KR102075687B1 - 균일한 색상을 가지는 건축용 유리판넬 - Google Patents
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Abstract
표면개질층이 형성된 일측면과 칼라 코팅층이 형성된 타측면을 구비하는 전면유리; 일측면에 반사방지층이 형성된 후면기재; 상기 전면유리와 상기 후면기재 사이에 개재되되 서로 이격하여 위치하는 태양전지 단위셀의 집합으로 이루어지는 태양전지부; 상기 태양전지부의 양측면에 접하여 상기 전면유리와 상기 후면 기재를 접착 또는 밀봉하는 접착시트; 및 상기 태양전지 단위셀 사이에 위치하는 복수 개의 간격재를 포함하고, 상기 간격재는, 상기 전면유리와 상기 후면기재 사이의 간격을 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 균일한 색상을 가지는 건축용 유리판넬을 제공한다.
Description
본 발명은 건축용 유리판넬에 대한 것으로, 건물 일체화 기술을 적용하여 태양광 발전을 수행함과 동시에 건축물의 외관을 개선할 수 있는 균일한 색상을 가지는 건축용 유리판넬에 관한 것이다.
건물 일체화 기술(BIPV: Building Integrated Photovoltaic) 또는 제로 에너지 건축 설계로써 태양전지를 건축물의 외장재로 사용하는 방식은 근래 주목받는 신기술 중 하나이다. 건물 일체화 기술은 건축물 외장재를 외부 환경에 대해 보호하는 소재로서의 단순한 개념에서 탈피하여, 에너지 창출 도구의 개념으로 발전시킨 것이다. 즉, 건물 일체화 기술은 풍력이나 태양광을 에너지 자원으로 한 발전설비를 건축물의 외장재에 설치함으로써, 무공해의 무한 에너지원을 바탕으로 전력을 생산하는 복합기술이라 할 수 있다.
그러므로 태양광 발전설비를 건물 일체화 기술에 적용함으로써 기존의 태양광 발전시스템 설치에 필요한 지리적 비용 및 설치에 필요한 자원을 절감하는 이중효과를 기대할 수 있다.
또한, 고층 건물이 증가하면서 단열 성능과 함께 건물의 외관을 개선시킬 수 있는 기술이 연구 개발됨에 따라, 외장재를 유리로 마감하는 건축물이 증가하는 추세이다.
따라서, 태양광 발전과 유리 외장재를 결합한 건축용 유리판넬의 기술 개발이 활발히 진행되고 있다. 그러나 기존의 태양전지는 종류에 따라 검정색, 파란색, 갈색 등과 같은 색을 나타낼 수 있으며, 상기와 같은 태양전지 고유의 색이 주위 환경과 조화를 이루지 못하거나, 건물 외관이 단조로워짐으로 인해 건축미가 떨어질 수 있다. 나아가서, 주변 자연의 아름다움이나 건축물 특유의 심미성까지도 훼손할 수 있다.
이를 극복하기 위해 태양전지 종류마다 고유의 색을 보완하기 위한 재료를 유리판넬에 적용할 수 있지만, 시공된 일반적인 건축용 유리판넬을 나타낸 사진인 도 1과 같이 각각의 유리판넬마다 색상이 불균일해 보이는 문제가 발생할 수 있으며, 이로 인해 건축물 외관의 심미감이 떨어질 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 태양전지를 구비하되 다양한 색상을 구현할 수 있는 균일한 색상을 가지는 건축용 유리판넬를 제공하는 것에 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 입사된 태양광을 흡수할 뿐만 아니라, 난반사를 방지하여 색상을 더욱 선명하게 할 수 있는 균일한 색상을 가지는 건축용 유리판넬를 제공하는 것에 목적이 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 접착시트가 균일한 높이로 형성됨으로써 유리판넬의 두께가 일정하게 유지되어 유리판넬마다 색상차가 최소화되고 균일한 색감을 가질 수 있는 균일한 색상을 가지는 건축용 유리판넬를 제공하는 것에 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 표면개질층이 형성된 일측면과 칼라 코팅층이 형성된 타측면을 구비하는 전면유리; 일측면에 반사방지층이 형성된 후면기재; 상기 전면유리와 상기 후면기재 사이에 개재되되 서로 이격하여 위치하는 태양전지 단위셀의 집합으로 이루어지는 태양전지부; 상기 태양전지부의 양측면에 접하여 상기 전면유리와 상기 후면 기재를 접착 또는 밀봉하는 접착시트; 및 상기 태양전지 단위셀 사이에 위치하는 복수 개의 간격재를 포함하고, 상기 간격재는, 상기 전면유리와 상기 후면기재 사이의 간격을 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 균일한 색상을 가지는 건축용 유리판넬을 제공할 수 있다.
상기 표면개질층은 1 내지 3㎛의 평균 표면거칠기 Ra를 가질 수 있다.
상기 칼라 코팅층은 40nm 내지 200nm의 두께를 가지는 것일 수 있다.
상기 칼라코팅층은 Al, Zr, Zn, Sn, In, Nb, Cd, Cu, Si, Ti, W, Mo, Co, Au, Ag, Be, Ba, Mg, Sb, Bi, B, Ca, Ce, Pd, Pt, Re, Rh, Ru, Sm 및 Ta 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 후면기재는 유리 기재 또는 블랙 백시트(black back sheet)일 수 있다.
상기 접착시트는 PVB(Polyvinyl butyral) 또는 EVA(Ethylene vinyl acetate)로 이루어질 수 있다.
상기 간격재는 융점이 170℃ 이상인 투명한 소재로 이루어질 수 있다.
상기 간격재는 상기 태양전지 단위셀 사이에 등간격으로 위치할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 건축용 유리판넬은 표면개질층 및 칼라 코팅층을 구비한 전면유리로 인해 가시광에 대한 태양전지부의 은폐성을 향상시킴으로써 건축용 유리판넬의 다양한 색상을 구현할 수 있다. 그리고, 반사방지층을 구비한 후면기재로 인하여 입사된 태양광을 흡수하고 난반사를 방지하여 태양전지부의 변환효율이 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 건축용 유리판넬의 색상을 더욱 선명하게 할 수 있다.
또한, 간격재를 구비하여 접착시트가 균일한 높이로 형성됨으로써 유리판넬의 두께가 일정하게 유지되어 각각의 유리판넬마다 색상차가 최소화되고 균일한 색감을 가질 수 있으므로 건축물의 심미감을 더욱 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 시공된 일반적인 건축용 유리판넬을 나타낸 사진,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 균일한 색상을 가지는 건축용 유리판넬을 나타낸 정면도,
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 균일한 색상을 가지는 건축용 유리판넬을 나타낸 단면도,
도 3b는 도 3a의 A 영역의 확대도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 균일한 색상을 가지는 건축용 유리판넬의 제조과정을 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명의 비교예 및 실험예에 따른 건축용 유리판넬을 나타낸 사진,
도 6은 본 발명의 비교예 및 실험예에 따른 건축용 유리판넬에 대한 전류-전압 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 균일한 색상을 가지는 건축용 유리판넬을 나타낸 정면도,
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 균일한 색상을 가지는 건축용 유리판넬을 나타낸 단면도,
도 3b는 도 3a의 A 영역의 확대도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 균일한 색상을 가지는 건축용 유리판넬의 제조과정을 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명의 비교예 및 실험예에 따른 건축용 유리판넬을 나타낸 사진,
도 6은 본 발명의 비교예 및 실험예에 따른 건축용 유리판넬에 대한 전류-전압 그래프이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 층 및 영역의 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 시공된 일반적인 건축용 유리판넬을 나타낸 사진, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 균일한 색상을 가지는 건축용 유리판넬을 나타낸 정면도, 도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 균일한 색상을 가지는 건축용 유리판넬을 나타낸 단면도, 도 3b는 도 3a의 A 영역의 확대도, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 균일한 색상을 가지는 건축용 유리판넬의 제조과정을 나타낸 단면도, 도 5는 본 발명의 비교예 및 실험예에 따른 건축용 유리판넬을 나타낸 사진, 도 6은 본 발명의 비교예 및 실험예에 따른 건축용 유리판넬에 대한 전류-전압 그래프이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 균일한 색상을 가지는 건축용 유리판넬은 전면유리(100)와 후면기재(200)를 구비하고, 그 사이에 개재되는 태양전지부(300) 및 간격재(400)를 포함한다.
상세히 설명하면, 전면유리(100)는 유리 기재(110)에 표면개질층(120)이 형성된 일측면과 칼라 코팅층(130)이 형성된 타측면을 구비할 수 있다. 유리기재(110)는 강화유리, 반강화 유리, 일반 판유리, 색유리 등 건축용 외장재 분야에서 통상적으로 사용되는 유리로 예를 들 수 있다. 또한, 유리기재(110)는 요구되는 강도와 투과성을 고려하여 적정두께를 가질 수 있으며, 예를 들어 0.5 mm 내지 10 mm의 평균 두께를 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 표면개질층(120)은 미세 요철 형상으로써 1 내지 3㎛의 평균 표면거칠기 Ra를 가질 수 있다. 미세 요철 형상은 반구형, 반타원형, 종(bell)형, 원반형, 원기둥형, 다각기둥형, 피라미드형 또는 이들의 혼합형 중에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 3차원 구조일 수 있다. 상기의 형상으로 이루어지는 표면개질층(120)은 전면유리(100)의 일측면에 나노 요철 구조(nano embossing structure)가 형성되는 효과를 가져올 수 있으며, 태양전지부(300)의 은폐성 및 발전효율을 상승시킬 수 있다. 즉, 전면유리(100)를 통과하여 태양전지부(300)로부터 반사된 빛은 표면개질층(120)에 의해 태양전지부(300) 방향 즉, 후면 기재의 방향으로 재반사시킴으로써 가시광에 대한 태양전지부(300) 색상의 은폐성을 향상시킬 수 있으며, 재반사된 빛은 태양전지부(300)에 다시 입사되어 태양광에 대한 발전효율이 증가될 수 있다.
상기 표면개질층(120)을 형성하는 방법은 통상적인 습식 또는 건식 에칭법을 사용할 수 있으며, 예를 들어, 실크 스크린(silk screen) 방식의 화학 에칭(chemical etching), 레이저 에칭(laser etching), 연마 에칭(polishing etching), 샌드블라스트(sand blasting) 등을 수행할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
칼라코팅층(130)은 외부에서 입사된 태양광의 일부를 반사하고 다른 일부를 투과하여 건축용 유리판넬의 색상을 변환시킬 수 있다. 즉, 상기 칼라코팅층(130)은 입사된 태양광의 일부를 반사하여 건축용 유리판넬의 색상을 변환시켜 심미성을 부여할 수 있고, 또한 다른 일부를 투과하여 상기 태양전지부(300)에 빛에너지를 공급할 수 있다.
또한, 칼라코팅층(130)은 입사되는 태양광의 각도에 따라 태양전지부(300)의 발전효율에 영향을 최소화하며 보라색, 청색, 황색, 오렌지색 및 적색과 같은 다양한 색상을 구현할 수 있도록 40nm 내지 200nm의 두께를 가지는 것이 바람직하다.
상기 칼라코팅층(130)은 단일막 또는 다층의 복합막으로 이루어질 수 있으며, Al, Zr, Zn, Sn, In, Nb, Cd, Cu, Si, Ti, W, Mo, Co, Au, Ag, Be, Ba, Mg, Sb, Bi, B, Ca, Ce, Pd, Pt, Re, Rh, Ru, Sm 및 Ta 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 상기 칼라코팅층(130)은 BN, SiNX (0.2 ≤ x ≤ 1.3), TiN, TaNx (0.5 ≤ x ≤ 1.5) 등을 포함하는 금속 질화막, TiO2, Cr2O3, Al2O3 Nb2O4 등을 포함하는 금속 산화막, 또는 Ag, Ni, Cr, Ge, Ga, Si 등을 포함하는 금속막으로 이루어질 수 있다.
표면개질층(120) 및 칼라코팅층(130)을 구비하는 전면유리(100)는 표준광원 D65에 대한 반사율이 20 내지 40%, 투과율이 60 내지 80% 일 수 있다. 반사율이 20% 미만이면 태양전지부(300)의 가시광에 대한 은폐성이 낮아지므로 태양전지부(300)가 시야에 노출되어 심미감이 감소될 수 있으며, 반사율이 40%를 초과하면 태양전지의 발전 변환효율이 감소될 수 있으므로, 상기 반사율은 20 내지 40%인 것이 바람직하다.
후면기재(200)는 전면유리(100)로부터 입사된 빛을 흡수할 수 있도록, 판재(210)의 일측면에 반사방지층(220)이 형성된 것일 수 있다. 반사방지층(220)은 입사된 태양광을 흡수할 뿐만 아니라, 난반사를 방지하여 본 발명의 실시예에 따른 건축용 유리판넬의 색상을 더욱 선명하게 하므로 심미감을 더욱 향상시킬 수 있으며, 태양전지부(300)의 발전 변환효율을 더욱 증가시킬 수 있다.
상기 반사방지층(220)은 무기입자, 유기입자 및/또는 유무기 하이브리드 입자로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 카본 나노튜브(carbon nanotube), 그래핀(graphene), 카본블랙(carbon black), 바인블랙(vine black), 램프블랙(lamp black), 아이보리블랙(ivory black), 티타늄블랙(titanium black) 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
태양광을 흡수하고 난반사를 방지하도록 상기 후면기재(200)는 표준광원 D65에 대한 흡수도가 70% 이상일 수 있다. 상기 흡수도는 {(입사광세기 - (반사광세기 + 투과광세기))/(입사광세기)}*100으로 정의될 수 있다.
상기 후면기재(200)의 판재(210)는 통상적인 박막형 태양전지에 사용되는 것을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 소다-라임 유리(soda-lime glass, SLG)를 포함하는 유리 기재, 세라믹 기재, 스테인리스강을 포함하는 금속 기재, 폴리머 기재 또는 블랙 백시트(black back sheet)로 이루어질 수 있다. 백시트로 후면기재(200)를 구비하는 경우, 유리판넬의 견고함을 위해 전면 유리(100) 상에 프레임이 위치할 수 있다.
태양전지부(300)는 상기 전면유리(100)와 상기 후면기재(200) 사이에 개재되되 서로 이격하여 위치하는 태양전지 단위셀(300a)의 집합으로 이루어진다. 태양전지 단위셀(300a)은 결정질 태양전지, 비결정질 태양전지, 박막 태양전지, 염료감응 태양전지, 유기 태양전지 등이 사용될 수 있다.
상기 태양전지부(300)는 입사된 태양광을 흡수함으로써 전기 에너지로 변환하며, 정션박스(320)를 포함할 수 있다.
태양전지부(300)는 입사된 태양광을 외부로 반사함으로써 외부에서 볼 때 상기 태양전지부(300)가 가지고 있는 고유의 색을 나타낼 수 있지만, 표면개질층(120)이 형성된 일측면과 칼라 코팅층(130)이 형성된 타측면을 구비하는 전면유리(100)로 인해 태양전지부(300)의 색상에 대해 은폐성을 향상시킬 수 있으며, 태양광에 대한 발전효율이 증가될 수 있다. 또한 반사방지층(220)이 형성된 후면기재(200)로 인해 태양전지부(300)의 색상에 관계없이 본 발명의 실시예에 따른 건축용 유리판넬의 색상을 더욱 선명하게 하므로 심미감을 더욱 향상시킬 수 있다.
접착시트(10)는 후면기재의 일측에 위치하는 제 1 접착시트(10a)와 전면유리의 일측에 위치하는 제 2 접착시트(10b)를 포함할 수 있으며, 고온가압의 접착 공정 후 하나의 접착시트(10)로 형성될 수 있다. 즉, 접착시트(10)는 상기 태양전지부(300)의 양측면에 접하여 상기 전면유리(100)와 상기 후면 기재(200)를 접착 또는 밀봉할 수 있다. 즉, 상기 접착시트(10)는 태양전지부(300)의 수명을 감소시킬 수 있는 외부의 수분이나 산소를 차단하고 외부의 충격으로부터 보호하기 위해 위치하며, 가수분해 또는 적외선에 의한 열화 방지에 우수하고 태양광에 대한 투과율이 높은 재질인 것이 바람직하다.
접착시트(10)는 PVB(Polyvinyl butyral) 또는 EVA(Ethylene vinyl acetate)로 이루어질 수 있다. 또한, PVB 또는 EVA 이외에 에틸렌초산비닐 부분 산화물, 규소 수지, 에스테르계 수지 및 올레핀계 수지 중에서 선택된 하나 이상의 고분자를 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 태양전지 단위셀(300a) 사이에 위치하는 복수 개의 간격재(400)는 상기 전면유리(100)와 상기 후면기재(200) 사이의 간격을 일정하게 유지시킬 수 있으며, 나아가서 간격재(400)는 등간격으로 위치할 수 있다. 상기 접착시트(10)를 녹여 전면유리(100)와 후면기재(200)를 접착시키기 위해 고온 고압의 접착공정이 필요한데, 이 공정 과정 중 유리판넬 두께 차이가 발생하여 제조된 유리판넬 각각의 색상차가 생길 수 있다. 따라서, 소정의 높이를 구비하는 복수개의 간격재를 태양전지 단위셀(300a) 사이에 등간격으로 배치함으로써 유리판넬의 두께를 일정하게 유지할 수 있으며, 이로 인해 유리판넬의 색상을 균일하게 유지할 수 있다. 즉, 접착시트(10)가 녹으면서 간격재(400)로 인해 자연스럽게 전면유리(100)와 후면기재(200) 사이의 간격을 일정하게 유지하도록 유도함으로써, 유리판넬의 두께는 일정하게 형성되고 그로 인해 유리판넬의 색상을 균일하게 유지할 수 있다.
상기 간격재(400)는 고온 고압의 접착 공정에도 견고함을 유지하기 위해 융점이 170℃ 이상인 소재로 이루어지는 것이 바람직하며, 유리판넬의 색상의 균일성에 영향을 최소화할 수 있도록 투명한 소재로 이루어질 수 있다. 투명한 소재는 유리 또는 플라스틱의 소재에서 선택될 수 있으며, 염화비닐수지(PVC), 폴리스틸렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 공중합체수지(ABS), 폴리아세탈(POM), 폴리페닐렌옥사이드(PPO), 폴리카보네이트(PC), 폴리부틸렌텔레프탈레이트(PBT), U폴리머(U), 폴리술폰(PSF), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리에테르술폰(PES), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 4불화에틸렌수지(PTFE), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리이미드(PI) 등에서 선택될 수 있다.
나아가서, 상기 간격재(400)는 단면이 원형 또는 다각형을 구비할 수 있으며, 태양전지 단위셀(300a)의 배치에 따라 3 내지 10mm의 직경을 가질 수 있다. 또한, 접착시트(10)의 두께에 따라 간격재(400)의 높이가 결정될 수 있는데, 제 1 접착시트(10a) 또는 제 2 접착시트(10b)의 두께 대비 1.1 내지 2.0 배의 크기로 간격재(400)의 높이가 결정될 수 있다. 예를 들어 0.34mm의 접착시트(10)를 사용하는 경우 간격재(400)는 0.4 내지 0.6mm의 높이를 가질 수 있으며, 0.76mm의 접착시트(10)를 사용하는 경우 간격재(400)는 1.0 내지 1.5mm의 높이를 가질 수 있다.
나아가서, 접착시트(10)의 용융 시 점성이나 경화 시 강도 또는 시간에 따라 간격재(400)의 높이가 결정될 수 있다.
또한, 간격재(400)가 유리판넬의 가장자리에 위치하는 경우 접착공정의 압력에 대해 균일한 힘이 가해지도록 간격재(400)는 바(bar)의 형태로 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 균일한 색상을 가지는 건축용 유리판넬의 제조방법을 도 4를 참조하여 설명하면, 먼저 후면 기재(200) 상에 제 1 접착시트(10a)를 배치한다(a). 후면 기재(200)는 상기에서 설명한 바와 같이 반사방지층(220)이 형성된 것일 수 있다.
다음으로 제 1 접착시트(10a) 상에 태양전지 단위셀(300a)을 정렬하여 태양전지부(300)를 형성하고, 태양전지 단위셀(300a) 사이에 등간격으로 간격재(400)를 배치한다(b).
이후 태양전지부(300)와 간격재(400)가 배치된 후면 기재(200)의 상부에 제 2 접착시트(10b) 및 전면유리(100)를 순차적으로 적층한 후 접착공정을 수행한다(c). 예를 들어, 160℃ 내외의 온도로 진공압을 가하여 가압(P)함으로써 접착공정을 수행할 수 있다.
마지막으로 접착 공정으로 인해 접착시트(10)가 녹음으로써, 전면유리(100)와 후면기재(200) 사이가 접착되고, 그 사이에 개재된 태양전지부(300)가 밀봉됨으로써 유리판넬이 완성된다(d). 이때, 간격재(400)로 인해 전면유리(100)와 후면기재(200) 사이의 간격은 일정하게 유지될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 건축용 유리판넬은 표면개질층(120) 및 칼라 코팅층(130)을 구비한 전면유리(100)로 인해 다양한 색상을 구현할 수 있으며, 반사방지층(220)을 구비한 후면기재(200)로 인하여 입사된 태양광을 흡수할 뿐만 아니라, 난반사를 방지하여 색상을 더욱 선명하게 하므로 심미감을 더욱 향상시킬 수 있으며, 태양전지부(300)의 변환효율도 증가시킬 수 있다. 또한, 간격재(400)를 구비하여 접착시트(10)가 균일한 높이로 형성됨으로써 유리판넬의 두께가 일정하게 유지되어 각각의 유리판넬마다 색상차가 최소화되어 균일한 색감을 가질 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 균일한 색상을 가지는 건축용 유리판넬을 하기 실험예를 통해 설명하겠는 바, 하기 실험예는 본 발명을 설명하기 위한 예시일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실험예 1
강화유리(110)를 사용하여 전면유리(100)를 제작하였다. 중불화암모늄(NH4FHF)을 에칭 페이스트로 하여 스크린 인쇄법으로 강화유리의 일측면을 부식시킴으로써 표면개질층(120)을 형성하였다. 이때, 표면개질층(120)의 평균 표면거칠기 Ra는 1.77 ㎛이었다.
후면기재(200)는 불소 필름 및 PET 필름의 복합필름으로 이루어진 백시트(back sheet;210)를 사용하였고, 카본블랙 분산액을 후면기재에 코팅함으로써 반사방지층(220)을 형성하였다.
반사방지층(220)을 형성한 후면기재(200) 상에 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA, ethylene vinylacetate) 시트를 사용하여 제 1 접착시트(10a)를 적층하였다. 제 1 접착시트(10a) 상에 실리콘반도체를 기반으로 한 태양전지 단위셀(300a)을 배치하여 태양전지부(300)를 형성하고, 등간격으로 간격재(400)를 형성하였다.
이후 폴리비닐부티랄(PVB, Poly vinyl Butyral) 시트를 사용하여 제 2 접착시트(10b)를 형성하고, 상기 표면개질층(120)이 전면에 오도록 전면유리(100)를 적층한 후 163℃의 고온 가압공정을 수행하여, 전면유리(100)와 후면기재(200)를 접착 및 밀봉하여 건축용 유리판넬을 제조하였다.
실험예 2
전면유리(100)의 타측면에 칼라코팅층(120)을 형성한 것을 제외하고는, 실험예 1과 동일한 방법으로 건축용 유리판넬을 제조하였다. 칼라코팅층(120)은 Ti 타겟을 스퍼터링함으로써 TiO2 막으로 형성하였으며, 평균 두께는 80 nm로, 루타일 TiO2를 포함하였다.
실험예 3 내지 실험예 5
실험예 3은 1.05㎛, 실험예 4는 2.33㎛, 실험예 5는 2.85㎛의 평균 표면거칠기를 가진 표면개질층(120)을 형성하고, 칼라코팅층(130)의 평균두께를 80nm로 하여 전면유리를 형성하는 것을 제외하고, 실험예 1과 동일한 방법으로 건축용 유리판넬을 제조하였다.
실험예 6 내지 실험예 9
평균 표면거칠기는 1.77㎛로 표면개질층(120)을 형성하고, 칼라코팅층(130)의 평균두께는 실험예 6은 63nm, 실험예 7은 40nm, 실험예 8은 150nm, 실험예 9는 200nm로 하여 전면유리를 형성하는 것을 제외하고, 실험예 1과 동일한 방법으로 건축용 유리판넬을 제조하였다.
비교예 1
표면개질층이 없는 전면유리를 구성한 것을 제외하고는, 즉 강화유리(110)를 그대로 전면유리(100)로 사용한 것을 제외하고 실험예 1과 동일한 방법으로 건축용 유리판넬을 제조하였다.
비교예 2
전면유리(100)의 후면에 칼라코팅층을 형성한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 건축용 유리판넬을 제조하였다.
비교예 3 및 비교예 4
비교예 3은 3.31㎛, 비교예 4는 0.85㎛의 평균 표면거칠기를 가진 표면개질층(120)을 형성하고, 칼라코팅층(130)의 평균두께를 80nm로 하여 전면유리(100)를 형성하는 것을 제외하고 실험예 1과 동일한 방법으로 건축용 유리판넬을 제조하였다.
비교예 5 및 비교예 6
평균 표면거칠기는 1.77㎛로 표면개질층(120)을 형성하고, 칼라코팅층(130)의 평균두께는 비교예 5는 30nm, 비교예 6은 220nm로 하여 전면유리(100)를 형성하는 것을 제외하고, 실험예 1과 동일한 방법으로 건축용 유리판넬을 제조하였다.
결과 1 - 칼라코팅층과 표면개질층을 구비하는 전면유리특성
상기 실험예 2로부터 제조된 전면유리에 대한 투과 및 반사 측정값은 하기의 표 1과 같다. 투과 및 반사 측정에 사용된 기기는 MINOLTA CM-5, 광원은 D65, 측정면적은 직경 30 mm 이었다.
| Group Traits | L*(D65) | a*(D65) | b*(D65) | 550nm | Y(D65) | |
| 반사 측정값 |
SCI | 64.19 | -2.7 | -7.14 | 33.11 % | 33.03 % |
| 투과 측정값 |
- | 85.53 | 1.09 | 4.52 | 67.13 % | 67.05 % |
결과 2 - 실험예1, 2와 비교예 1,2의 특성 비교
도 5는 본 발명의 비교예 및 실험예에 따른 건축용 유리판넬을 나타낸 사진으로, Clear Glass는 비교예 1, Coating Glass는 비교예 2, Etching Glass는 실험예 1, Etching-Coating Glass는 실험예 2를 나타낸 것이다.
도 5에 나타난 바와 같이, 실험예 1 및 실험예 2의 건축용 유리판넬은 표면개질층이 형성된 전면유리를 통해 후면기재인 흑색의 백시트가 보이지 않는 것을 알 수 있었다. 또한, 실험예 2와 같이 칼라코팅층이 함께 형성된 전면유리는 흑색의 백시트가 보이지 않을 뿐 아니라, 건축용 유리판넬의 색상에 변화를 줄 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
도 6은 본 발명의 비교예 및 실험예에 따른 건축용 유리판넬에 대한 전류-전압 그래프로써, 각 그래프에 도시된 삽도(inset)는 측정 조건, 실험결과를 나타낸다. 또한, 하기의 표 2는 상기 도 5에 도시된 실험결과인 변환효율(Eff.), 최대전력점(MPP)과, 태양전지부(300)의 가시광에 대한 은폐성 결과를 나타낸 것이다.
태양전지부의 가시광에 대한 은폐성 결과는 가시광역(380-700nm) 파장을 발산하는 형광등 하에서 태양전지 단위셀(300a)이 육안으로 확인되면 X, 일부 확인되면 △, 전혀 확인되지 않으면 ○로 표기한 것이다.
표 2를 참조하면, 실험예 2와 같이 표면개질층 및 칼라코팅층이 함께 형성된 전면유리를 구비하는 건축용 유리판넬의 심미성이 더욱 증가할 것임을 예상할 수 있다.
| 변환효율 (%) |
최대전력점 (W) |
은폐성 결과 | |
| 비교예 1 | 16.33 | 10.205 | X |
| 비교예 2 | 12.63 | 7.894 | X |
| 실시예 1 | 17.02 | 10.639 | △ |
| 실시예 2 | 15.23 | 9.521 | ○ |
결과 3 - 칼라코팅층과 표면개질층에 따른 가시광 은폐성 비교
실시예 2 내지 9 및 비교예 3 내지 6의 건축용 유리판넬로부터 전면유리의 표면개질층과 칼라코팅층의 두께에 따른 가시광에 대한 태양전지부의 은폐성을 비교하였다.
가시광에 대한 태양전지부(300)의 은폐성은 맥베스(Macbeth) 광농도계를 이용하여 측정하였으며, 가시광역(380-700nm)에서의 분광 반사율을 측정하여 광학 농도(O.D)를 계산하였고, 하기의 평가 기준에 따라 평가하였다.
A : 광학 농도가 0.7 초과
B : 광학 농도가 0.6 초과 0.7 이하
C : 광학 농도가 0.5 초과 0.6 이하
D : 광학 농도가 0.4 초과 0.5 이하
E : 광학 농도가 0.4 미만
A는 가시광에 대한 태양전지부(300)의 은폐성 효과가 미미하여 본 발명에서 목적으로 하는 효과를 달성하기 어려운 수준이라 할 수 있으며, E는 태양전지부의 발전 변환효율이 낮아지고, 건축용 유리판넬로써 심미감 효과가 낮은 수준이라 할 수 있다.
실시예 2 내지 9 및 비교예 3 내지 6의 결과는 하기의 표 3과 같다.
| 표면개질층의 평균 표면거칠기 Ra(㎛) |
칼라코팅층의 평균 두께(nm) |
평가 | |
| 실시예 2 | 1.77 | 80 | C |
| 실시예 3 | 1.05 | 80 | B |
| 실시예 4 | 2.33 | 80 | D |
| 실시예 5 | 2.85 | 80 | B |
| 실시예 6 | 1.77 | 63 | B |
| 실시예 7 | 1.77 | 40 | B |
| 실시예 8 | 1.77 | 150 | C |
| 실시예 9 | 1.77 | 200 | D |
| 비교예 3 | 3.31 | 80 | E |
| 비교예 4 | 0.85 | 80 | A |
| 비교예 5 | 1.77 | 30 | A |
| 비교예 6 | 1.77 | 220 | E |
표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 건축용 유리판넬은 표면개질층의 평균 표면거칠기 Ra가 1㎛ 내지 3㎛, 칼라코팅층의 평균 두께가 적어도 40nm 이상일 때, 가시광에 대한 태양전지부의 은폐성이 향상되는 것을 알 수 있다.
또한, 태양전지부의 태양광 변환효율을 측정한 결과, 실시예 6 내지 9의 칼라코팅층의 평균 두께가 40nm 내지 200nm인 경우 태양광 변환효율이 약 14% 이상으로 유지되었으나, 칼라코팅층의 평균 두께가 200nm를 초과하면 태양광 변환효율이 약 12% 이하로 급감하였으므로, 칼라코팅층의 평균두께는 40nm 내지 200nm인 것이 바람직하다는 것을 알 수 있었다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100; 전면유리
120; 표면개질층
130; 칼라코팅층
200; 후면기재
220; 반사방지층
300; 태양전지부
400; 간격재
10; 접착시트
120; 표면개질층
130; 칼라코팅층
200; 후면기재
220; 반사방지층
300; 태양전지부
400; 간격재
10; 접착시트
Claims (8)
- 습식 또는 건식 에칭법으로 1 내지 3㎛의 평균 표면거칠기 Ra를 가지는 표면개질층이 형성된 일측면과 40nm 내지 200nm의 두께를 가지는 칼라 코팅층이 형성된 타측면을 구비하는 전면유리;
일측면에 반사방지층이 형성된 후면기재;
상기 전면유리와 상기 후면기재 사이에 개재되되 서로 이격하여 위치하는 태양전지 단위셀의 집합으로 이루어지는 태양전지부;
상기 태양전지부의 양측면에 접하여 상기 전면유리와 상기 후면 기재를 접착 또는 밀봉하며, PVB(Polyvinyl butyral) 또는 EVA(Ethylene vinyl acetate)로 이루어지는 접착시트; 및
상기 태양전지 단위셀 사이에 위치하는 복수 개의 간격재를 포함하고,
상기 간격재는, 융점이 170℃ 이상인 투명한 소재로 이루어지며, 상기 태양전지 단위셀 사이에 등간격으로 위치하여 상기 전면유리와 상기 후면기재 사이의 간격을 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 균일한 색상을 가지는 건축용 유리판넬.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 칼라코팅층은 Al, Zr, Zn, Sn, In, Nb, Cd, Cu, Si, Ti, W, Mo, Co, Au, Ag, Be, Ba, Mg, Sb, Bi, B, Ca, Ce, Pd, Pt, Re, Rh, Ru, Sm 및 Ta 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 균일한 색상을 가지는 건축용 유리판넬.
- 제 1 항에 있어서,
상기 후면기재는 유리 기재 또는 블랙 백시트(black back sheet)인 것을 특징으로 하는 균일한 색상을 가지는 건축용 유리판넬.
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| KR1020190066382A KR102075687B1 (ko) | 2019-06-05 | 2019-06-05 | 균일한 색상을 가지는 건축용 유리판넬 |
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|---|---|---|---|---|
| CN114927590A (zh) * | 2021-02-12 | 2022-08-19 | Ａｇｃ株式会社 | 太阳能电池用玻璃基板和太阳能电池 |
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| KR101290268B1 (ko) | 2011-07-20 | 2013-07-26 | 문봉운 | 유리판넬과 허니콤판넬이 구비된 건물의 벽면 마감재 |
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-
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- 2019-06-05 KR KR1020190066382A patent/KR102075687B1/ko active IP Right Grant
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