KR102077561B1 - 후면 시트 및 이를 포함하는 태양 전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈용 후면 시트는, 베이스 부재; 상기 베이스 부재의 일면에 형성되며 페릴린계 흑색 안료를 포함하는 제1 층; 및 상기 베이스 부재의 다른 일면에 형성되며 백색 안료를 포함하는 제2 층을 포함한다.
Description
본 발명은 후면 시트 및 이를 포함하는 태양 전지 모듈에 관한 것으로, 좀더 상세하게는, 구조를 개선한 후면 시트 및 이를 포함하는 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 전지는 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 차세대 전지로서 각광받고 있다.
이러한 태양 전지는 외부 환경에 장기간 노출되어야 하므로, 태양 전지를 보호하기 위한 패키징(packaging) 공정에 의하여 모듈 형태로 제조된다. 특히, 태양 전지 모듈의 후면 기판은 공기 중의 수분 등으로부터 태양 전지를 보호하고, 태양 전지를 밀봉하는 밀봉재를 자외선으로부터 보호하는 역할을 한다. 따라서, 후면 기판은 태양 전지 모듈의 특성에 영향을 미치는 인자가 된다.
종래에는 태양 전지 모듈의 후면 기판으로 유리 기판을 사용했는데, 이에 의하면 중량이 커지고 외부 충격 등에 의한 파손의 문제가 있다. 또는, 후면 시트로 기재층에 복수 개의 필름이 적층된 필름 형태를 사용하였다. 이에 의하면 광을 전부 투과하거나 전부 흡수하여 광을 효율적으로 이용하는 데 어려움이 있었다.
본 실시예는 광을 효율적으로 이용할 수 있어 출력을 향상할 수 있는 후면 시트 및 이를 포함하는 태양 전지 모듈을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈용 후면 시트는, 베이스 부재; 상기 베이스 부재의 일면에 형성되며 페릴린계 흑색 안료를 포함하는 제1 층; 및 상기 베이스 부재의 다른 일면에 형성되며 백색 안료를 포함하는 제2 층을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈용 후면 시트는, 베이스 부재; 상기 베이스 부재의 일면에 형성되며 가시광선의 파장 범위의 적어도 일부를 포함하는 제1 파장의 광을 흡수하고 상기 제1 파장보다 큰 제2 파장의 광을 투과하는 흑색 안료를 포함하는 제1 층; 및 상기 베이스 부재의 다른 일면에 형성되며 백색 안료를 포함하는 제2 층을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈은, 태양 전지; 상기 태양 전지를 감싸는 밀봉재; 및 상기 밀봉재에 부착되는 후면 시트를 포함한다. 상기 후면 시트는, 베이스 부재; 상기 밀봉재 쪽에 인접한 상기 베이스 부재의 일면에 형성되며 흑색 안료를 포함하는 제1 층; 및 상기 밀봉재와 반대되는 상기 베이스 부재의 다른 일면에 형성되며 백색 안료를 포함하는 제2 층을 포함한다.
본 실시예에 따른 후면 시트는, 흑색의 제1 층 및 백색의 제2 층을 구비하여 제1 파장을 흡수하여 흑색을 가지면서도 제2 파장을 반사하여 우수한 반사율을 가질 수 있다. 이에 의하여 본 실시예에 따른 후면 시트를 포함하는 태양 전지 모듈의 외관 및 출력을 크게 향상할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 II-II 선을 따라서 잘라서 본 태양 전지 모듈의 단면도이다.
도 3은 도 2의 A 부분을 확대하여 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제조예 및 비교예에 따라 제조된 후면 시트에서 광의 파장에 따른 반사도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제조예 및 비교예에 따른 태양 전지 모듈의 전류 밀도를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제조예 및 비교예에 따른 태양 전지 모듈의 최대 출력을 나타낸 그래프이다.
도 2는 도 1의 II-II 선을 따라서 잘라서 본 태양 전지 모듈의 단면도이다.
도 3은 도 2의 A 부분을 확대하여 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제조예 및 비교예에 따라 제조된 후면 시트에서 광의 파장에 따른 반사도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제조예 및 비교예에 따른 태양 전지 모듈의 전류 밀도를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제조예 및 비교예에 따른 태양 전지 모듈의 최대 출력을 나타낸 그래프이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.
도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다. 그리고 도면에서는 설명을 좀더 명확하게 하기 위하여 두께, 넓이 등을 확대 또는 축소하여 도시하였는바, 본 발명의 두께, 넓이 등은 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.
그리고 명세서 전체에서 어떠한 부분이 다른 부분을 "포함"한다고 할 때, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 부분을 배제하는 것이 아니며 다른 부분을 더 포함할 수 있다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 위치하는 경우도 포함한다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 위치하지 않는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 II-II 선을 따라서 잘라서 본 태양 전지 모듈의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)은 태양 전지(150), 태양 전지(150)의 전면 상에 위치하는 제1 기판(이하 "전면 기판")(110) 및 태양 전지(150)의 후면 상에 위치하는 제2 기판(이하 "후면 시트")(200)을 포함할 수 있다. 또한, 태양 전지 모듈(100)은 태양 전지(150)와 전면 기판(110) 사이의 제1 밀봉재(131)와, 태양 전지(150)와 후면 시트(200) 사이의 제2 밀봉재(132)를 포함할 수 있다.
먼저, 태양 전지(150)는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 광전 변환부와, 광전 변환부에 전기적으로 연결되는 전극을 포함하여 형성된다. 본 실시예에서는 일례로 반도체 기판과 불순물층을 포함하는 광전 변환부가 적용될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 화합물 반도체를 이용하거나, 염료 감응 물질을 이용하는 등 다양한 구조가 광전 변환부로 사용될 수 있다.
이러한 태양 전지(150)는 리본(142)를 포함하며, 리본(142)에 의하여 전기적으로 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다. 구체적으로, 리본(142)은 태양 전지(150)의 수광면 상에 형성된 전면 전극과, 인접한 다른 태양 전지(150)의 이면 상에 형성된 후면 전극을 태빙(tabbing) 공정에 의해 연결할 수 있다. 태빙 공정은 태양 전지(150)의 일면에 플럭스(flux)를 도포하고, 플럭스가 도포된 태양 전지(150)에 리본(142)을 위치시킨 다음, 소성 과정을 거쳐 수행될 수 있다. 플럭스는 솔더링을 방해하는 산화막을 제거하기 위한 것으로, 반드시 포함되어야 하는 것은 아니다.
또는, 태양 전지(150)의 일면과 리본(142) 사이에 전도성 필름(미도시)을 부착시킨 다음, 열 압착에 의해 복수의 태양 전지(150)를 직렬 또는 병렬로 연결할 수 있다. 전도성 필름(미도시)은 도전성이 우수한 금, 은, 니켈, 구리 등으로 형성된 도전성 입자가 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 폴리카보네이트 수지 등으로 형성된 필름 내에 분산된 것일 수 있다. 이러한 전도성 필름을 열을 가하면서 압착하면 도전성 입자가 필름의 외부로 노출되고, 노출된 도전성 입자에 의해 태양 전지(150)와 리본(142)이 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같이 전도성 필름(미도시)에 의해 복수의 태양 전지(150)를 연결하여 모듈화하는 경우는, 공정 온도를 저하시킬 수 있어 태양 전지(150)의 휘어짐을 방지할 수 있다.
또한, 버스 리본(145)은 리본(142)에 의하여 연결된 하나의 열(列)의 태양 전지(150)의 리본(142)의 양끝단을 교대로 연결한다. 버스 리본(145)은 하나의 열을 이루는 태양 전지(150)의 단부에서 이와 교차하는 방향으로 배치될 수 있다. 이러한 버스 리본(145)은 태양 전지(150)가 생산한 전기를 모으며 전기가 역류되는 것을 방지하는 정션 박스(미도시)와 연결된다.
제1 밀봉재(131)는 태양 전지(150)의 수광면에 위치하고, 제2 밀봉재(132)는 태양 전지(150)의 이면에 위치할 수 있으며, 제1 밀봉재(131)와 제2 밀봉재(132)는 라미네이션에 의해 접착하여, 태양 전지(150)에 악영향을 미칠 수 있는 수분이나 산소를 차단하며, 태양 전지의 각 요소들이 화학적으로 결합할 수 있도록 한다.
이러한 제1 밀봉재(131)와 제2 밀봉재(132)는 에틸렌초산비닐 공중합체 수지(EVA), 폴리비닐부티랄, 규소 수지, 에스테르계 수지, 올레핀계 수지 등이 사용될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제1 및 제2 밀봉재(131, 132)는 그 외 다양한 물질을 이용하여 라미네이션 이외의 다른 방법에 의하여 형성될 수 있다.
전면 기판(110)은 태양광을 투과하도록 제1 밀봉재(131) 상에 위치하며, 외부의 충격 등으로부터 태양 전지(150)를 보호하기 위해 강화유리인 것이 바람직하다. 또한, 태양광의 반사를 방지하고 태양광의 투과율을 높이기 위해 철분이 적게 들어간 저철분 강화유리인 것이 더욱 바람직하다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 전면 기판(110)이 다른 물질 등으로 이루어질 수 있다.
후면 시트(200)는 태양 전지(150)의 이면에서 태양 전지(150)를 보호하는 층으로서, 방수, 절연 및 자외선 차단 기능을 한다. 후면 시트(200)는 필름 또는 시트 등의 형태로 구성될 수 있다. 이하에서는 후면 시트(200)의 구조를 도 3을 좀더 상세하게 설명한다.
도 3은 도 2의 A 부분을 확대하여 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 후면 시트(200)는, 베이스 부재(210)와, 베이스 부재(210)의 일면에 형성되는 제1 층(212)과, 베이스 부재(210)의 다른 일면에 형성되는 제2 층(214)을 포함한다. 이때, 제1 층(212) 및 제2 층(214) 중 하나는 백색 안료를 구비하여 백색(white)이고, 다른 하나는 흑색 안료를 구비하여 흑색(black)을 가지게 된다. 이하에서는 제1 층(212)이 흑색이고, 제2 층(214)이 백색인 것을 예시로 하여 설명한다. 이에 대하여 상세하게 설명한다.
베이스 부재(210)는 제1 층(212) 및 제2 층(214)이 쉽게 형성될 수 있도록 하면서 제1 및 제2 층(212, 214)을 지지하는 역할을 한다. 베이스 부재(210)은, 일례로, 폴리에스테르를 포함할 수 있다. 폴리에스테르는 기계적 특성, 열적 특성, 전기적 특성, 성형성, 내약품성 등이 우수하여 태양 전지(150)를 보호하는 데 적합하다.
이때, 폴리에스테르는 일반적인 폴리에스테르 또는 내가수성 폴리에스테르일 수 있다. 일반적인 폴리에스테르는 장기간 사용할 경우에는 가수분해에 의하여 기계적 특성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 이를 고려하여 내가수성 폴리에스테르를 사용할 수 있다. 내가수성 폴리에스테르는 폴리에스테르에 가수분해성을 줄이기 위한 다양한 물질(일례로, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 인산염, 무기 인삼염 등, 또는 적당한 올리고머)을 첨가하여 제조될 수 있다. 또는, 폴리에스테르의 분자량을 조절하는 것 등에 의하여 제조될 수도 있다. 이 경우 내가수성 폴리에스테르의 분자량은 대략 8,000 내지 10,000일 수 있다. 일반적인 폴리에스테르(분자량이 대략 6,000 내지 8,000) 또는 내가수성 폴리에스테르를 포함하는 베이스 부재(210)로는 알려진 다양한 필름, 시트 등을 사용할 수 있다.
이때, 폴리에스테르로 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephtalate, PET)를 포함할 수 있다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 테레프탈산(HOOC?OOH)와 에틸렌글리콜의 축합반응에 의해 얻어지는 포화폴리에스테르 수지로서, 내열성, 내후성, 절연성, 기계적 강도 등이 우수하다. 특히, 성형 수축률이 0.1~0.6% 정도로 작아, 후면 시트(200)가 열에 의해 변형되는 것을 방지할 수 있다.
이러한 베이스 부재(210)의 두께(T1)는 50~350㎛일 수 있다. 베이스 부재(210)의 두께(T1)가 50㎛ 미만인 경우는, 충분한 전기 절연성, 수분 차단성, 기계적 특성을 가지기 어려울 수 있다. 베이스 부재(210)의 두께(T1)가 350㎛를 초과하는 경우에는 취급이 불편하고, 단가 상승의 원인이 될 수 있다. 그러나 본 발명이 베이스 부재(210)의 두께 범위로 한정되는 것은 아니다.
베이스 부재(210)는 투명 또는 흰색의 색을 가질 수 있다. 베이스 부재(210)가 흰색을 가질 때에는 베이스 부재(210)에 백색 안료 등이 포함될 수 있다. 베이스 부재(210)가 흰색일 경우에는 제1 층(212)을 투과한 광을 반사할 수 있다. 즉 베이스 부재(210)와 제2 층(214)이 함께 제1 층(212)을 투과한 광을 반사할 수 있어 태양 전지(100)로 반사되는 광의 양을 증가할 수 있다. 이에 따라 좀더 많은 양의 광을 태양 전지(100)에서 재사용할 수 있도록 한다.
제1 층(212)은, 태양 전지(150) 쪽에 인접한 층으로서, 흑색의 색깔을 가질 수 있다. 이와 같이 태양 전지(150)에 인접한 층이 흑색을 가지므로 가시광선 파장 범위의 적어도 일부를 포함하는 제1 파장의 광을 흡수하고, 제1 파장보다 큰 제2 파장을 가지는 광을 투과시킨다. 여기서, 제1 파장의 광을 흡수한다는 말은 100% 흡수하는 것뿐만 아니라 반사 및 투과하는 양보다 흡수하는 양이 더 많은 경우를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 제2 파장의 광을 투과한다는 말은 100% 투과하는 것뿐만 아니라 반사 및 흡수하는 양보다 투과하는 양이 많은 경우를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 층(212)은 650nm 미만(일례로, 300nm 이상, 650nm 미만)의 광을 대부분 흡수하여 후면 시트(200)가 흑색을 가지도록 하고, 650nm 내지 2100nm의 광을 투과시킨다. 이와 같이 후면 시트(200)가 흑색을 가지면 태양 전지 모듈(100)의 외관을 향상할 수 있다. 그러면서도 내지 2100nm의 광(좀더 구체적으로는 650nm 내지 1200nm의 광)을 투과시켜 제2 층(214)에서 반사시켜 재사용하는 것에 의하여 광의 사용량을 향상할 수 있다.
여기서, 제1 층(212)은, 수지와, 흑색 안료와, 접착 물질을 포함하고, 분산제 등을 더 포함할 수 있다.
수지로는 폴리불화비닐리덴(poly vinylidene fluoride, PVDF)를 사용할 수 있다. 폴리불화비닐리덴은 (CH2CF2)n의 구조를 지닌 고분자로서, 더블(Double)불소분자 구조를 가지기 때문에, 기계적 성질, 내후성, 내자외선성이 우수하다.
제1 층(212)의 전체 중량부를 100 중량부라 할 때, 수지는 20 내지 80 중량부만큼 포함될 수 있다. 수지가 20 중량부 미만으로 포함되면 온도, 습도에 따른 신뢰성이 저하될 수 있다. 수지가 80 중량부를 초과하여 포함되면 다른 물질의 양이 크게 줄어 들어 제1 층(212)이 원하는 효과를 가지지 못할 수 있다. 예를 들어, 수지가 80 중량부를 초과하면, 접착 물질의 양이 줄어들어 제1 층(212)의 접착 특성이 저하될 수 있고, 흑색 안료의 양이 줄어들어 제1 층(212)이 흑색을 가지지 못할 수도 있다. 이때, 접착 물질, 흑색 안료 등의 양을 충분히 확보하기 위하여 수지가 60 내지 80 중량부만큼 포함될 수 있다.
흑색 안료는 제1 층(212)이 흑색을 띨 수 있도록 첨가되는 것으로서, 흑색을 구현할 수 있는 안료가 사용될 수 있다. 본 실시예에서는 흑색 안료로 페릴린(perylene)계 안료(즉, 페릴린 유도체(perylene derivatives)를 포함하는 안료)를 사용할 수 있다.
페릴린계 안료는 제1 파장의 광(예를 들어, 650nm 미만(일례로, 300nm 이상, 650nm 미만)의 광)을 대부분 흡수하여 태양 전지 모듈(100)이 흑색을 가지도록 하고, 제2 파장의 광(650nm 내지 2100nm의 광)을 투과하는 특성을 가진다. 반면, 카본 블랙 등은 전체 영역에서의 광을 대부분 흡수할 뿐 광을 투과시킬 수 없다. 이와 같이 본 실시예에서는 페릴린계 안료를 사용함으로써 일부 광을 흡수하고 일부 광을 투과시키는 것에 의하여 투과된 광이 제2 층(214)에서 반사될 수 있도록 한다. 이에 의하여 제2 층(214)에서 반사된 광이 태양 전지(100)에서 재사용될 수 있도록 하여 태양 전지(100)의 출력을 향상할 수 있다.
흑색 안료의 평균 입경은 3,000nm 이하(100nm 내지 3,000nm)일 수 있다. 평균 입경이 3,000nm를 초과하면 자외선 차단 효과가 저하될 수 있고, 평균 입경이 100nm 미만이면 백색 안료의 입경이 작아져서 제조 비용이 증가될 수 있다.
제1 층(212)의 흑색 안료의 중량부가 제2 층(214)의 백색 안료의 중량부보다 클 수 있다. 이는 페릴린계 안료는 적은 양으로도 흑색이 잘 구현될 수 있는 반면, 티타늄 산화물, 아연 산화물과 같은 백색 안료는 더 많은 양을 포함하여야만 백색을 구현할 수 있기 때문이다.
일 예로, 제1 층(212)의 전체 중량부를 100 중량부라 할 때, 흑색 안료는 1 내지 20 중량부만큼 포함될 수 있다. 흑색 안료가 1 중량부 미만으로 포함되면 제1 층(212)이 원하는 정도의 흑색을 가지지 못할 수 있다. 흑색 안료가 20 중량부를 초과하면 수지의 양이 줄어들어 신뢰성이 저하될 수 있다. 이때, 흑색을 충분히 구현하면서 반사율 증가를 막을 수 있도록 흑색 안료가 5 내지 15 중량부만큼 포함될 수 있다.
접착 물질로는 제1 층(212)을 베이스 부재(210) 상에 안정적으로 접착하여 고정할 수 있으며 제2 밀봉재(132)와도 높은 접착력을 가지는 다양한 물질을 사용할 수 있다. 일례로, 접착 물질로 제2 밀봉재(132)와 우수한 접착력을 가지는 아크릴 계열의 접착 물질을 사용할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 접착 물질로 다양한 물질을 사용할 수 있음은 물론이다.
제1 층(212)의 전체 중량부를 100 중량부라 할 때, 접착 물질은 5 내지 40 중량부만큼 포함될 수 있다. 접착 물질이 5 중량부 미만으로 포함되면 제1 층(212)의 접착력이 충분하지 않을 수 있다. 접착 물질이 40 중량부를 초과하면 수지의 양이 줄어들어 신뢰성이 저하될 수 있다. 이때, 접착 특성 및 신뢰성을 더 고려하면 접착 물질은 20 내지 30 중량부만큼 포함될 수 있다.
그 외에도 제1 층(212)는 수지, 흑색 안료 및 접착 물질을 분산시키는 분산제 등을 더 포함할 수 있다. 분산제로는 알려진 다양한 물질이 사용될 수 있다.
제1 층(212)의 전체 중량부를 100 중량부라 할 때, 분산제는 0.1 내지 5.0 중량부만큼 포함될 수 있다. 분산제가 0.1 중량부 미만으로 포함되면 분산젱 의하여 효과가 충분하지 않을 수 있다. 분산제가 5.0 중량부를 초과하면 수지의 양이 줄어들어 신뢰성이 저하될 수 있다. 이때, 신뢰성을 더 고려하면 분산제는 0.1 내지 0.5 중량부만큼 포함될 수 있다.
이와 같은 제1 층(212)은 수지, 흑색 안료, 접착 물질, 분산제 등을 혼합한 다음 이를 베이스 부재(210) 상에 도포하여 열처리 및/또는 건조하여 형성될 수 있다. 혼합 방법, 도포 방법, 열처리 및/또는 건조 방법으로는 다양한 방법이 사용될 수 있다. 일례로, 혼합 방법으로는 밀링 등의 방법을 사용할 수 있고, 도포 방법으로는 에어 나이프 코팅(air knife coating), 딥 코팅(dip coating), 커튼 코팅(curtain coating), 리버스 롤 코팅(reverse roll coating), 그라비아 코팅(gravure coating), 미터링 로드 코팅(metering rod coating), 슬롯 다이 코팅(slot die coating) 등과 같은 방법을 사용할 수 있다. 열처리 및/또는 건조는 120℃ 내지 170℃의 온도에서 30초 내지 5분의 시간 동안 수행될 수 있다. 상술한 열처리 및/또는 건조 온도 및 시간은 베이스 부재(210) 상에 제1 층(212)이 안정적으로 형성될 수 있도록 한정된 것이나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 제1 층(212)의 두께(T2)는 베이스 부재(210)의 두께(T1)보다 작을 수있다. 예를 들어, 제1 층(212)의 두께(T2)는 1~50㎛일 수 있다. 제1 층(212)의 두께(T2)가 1㎛ 미만인 경우는, 상술한 바와 같은 광학 특성, 우수한 접착 특성 등을 가지기 어려울 수 있다. 제1 층(212)의 두께(T2)가 50㎛를 초과하는 경우에는 두께가 증가하고 단가 상승의 원인이 될 수 있다. 그러나 본 발명이 상술한 제1 층(212)의 두께(T2) 범위로 한정되는 것은 아니다.
제2 층(214)은, 태양 전지(150)과 반대되는 쪽에 인접하여 외부 쪽에 위치하는 층으로서, 백색의 색깔을 가질 수 있다. 이와 같이 태양 전지(150)와 반대되는 쪽에 위치한 제2 층(214)이 백색을 가지므로 제1 층(212)을 통과한 제2 파장의 광(예를 들어, 650nm 내지 2100nm의 광)을 반사한다. 특히, 제1 층(212)을 투과하여 제2 층(214)에 도달한 적외선을 효과적으로 반사할 수 있다. 이에 의하여 후면 시트(200)에서 반사가 잘 일어날 수 있도록 하여 후면 시트(200)의 반사 효율을 크게 향상할 수 있다. 그리고 태양 전지 모듈(100)의 후면으로 입사하는 광(예를 들어, 지면 반사 등에 의하여 입사하는 광)을 반사하여 태양 전지 모듈(100)의 온도가 상승되는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 제2 층(214)은, 수지와, 백색 안료와, 접착 물질과, 내열 물질을 포함하고, 분산제 등을 더 포함할 수 있다.
수지로는 폴리불화비닐리덴를 사용할 수 있다. 폴리불화비닐리덴은 기계적 성질, 내후성, 내자외선성이 우수하다.
제2 층(214)의 전체 중량부를 100 중량부라 할 때, 수지는 20 내지 80 중량부만큼 포함될 수 있다. 수지가 20 중량부 미만으로 포함되면 온도, 습도에 따른 신뢰성이 저하될 수 있다. 수지가 80 중량부를 초과하여 포함되면 다른 물질의 양이 크게 줄어 들어 제2 층(214)이 원하는 효과를 가지지 못할 수 있다. 예를 들어, 수지가 80 중량부를 초과하면, 접착 물질의 양이 줄어들어 제2 층(214)의 접착 특성이 저하될 수 있고, 백색 안료의 양이 줄어들어 제2 층(214)이 백색이 가지지 못할 수도 있다. 이때, 접착 물질, 백색 안료 등의 양이 충분히 확보하기 위하여 수지가 50 내지 70 중량부만큼 포함될 수 있다.
백색 안료는 제2 층(214)이 백색을 띨 수 있도록 참가되는 것으로서, 백색을 구현할 수 있는 다양한 안료가 사용될 수 있다. 이러한 백색 안료는 자외선에 대한 내구성이 우수하여 태양 전지(150)를 자외선으로부터 보호하는 데 적합하다. 백색 안료로는 티타늄 산화물, 아연 산화물 등을 포함할 수 있다. 티타늄 산화물은 백색 안료 중에서도 불투명도가 우수하며 불활성이고 열역학적으로도 안정하며 자외선 차단 능력이 매우 뛰어나다. 아연 산화물은 광범위하게 자외선을 필터링할 수 있다. 그러나 이 외의 다양한 백색 안료 물질이 사용될 수 있다.
백색 안료의 평균 입경은 100nm 내지 3,000nm일 수 있다. 평균 입경이 3,000nm를 초과하면 자외선 차단 효과가 저하될 수 있고, 평균 입경이 100nm 미만이면 백색 안료의 입경이 작아져서 제조 비용이 증가될 수 있다.
제2 층(214)의 전체 중량부를 100 중량부라 할 때, 백색 안료는 20 내지 50 중량부만큼 포함될 수 있다. 백색 안료가 20 중량부 미만으로 포함되면 제2 층(214)이 원하는 정도의 백색을 가지지 못할 수 있다. 백색 안료가 50 중량부를 초과하여 수지, 접착 물질 등의 양이 줄어 관련된 특성이 저하될 수 있다. 이때, 백색을 충분히 구현하면서 다른 물질도 충분한 양으로 포함될 수 있도록 백색 안료가 30 내지 40 중량부만큼 포함될 수 있다.
접착 물질로는 제2 층(214)을 베이스 부재(210) 상에 안정적으로 접착하여 고정할 수 있는 다양한 물질을 사용할 수 있다. 일례로, 접착 물질로 아크릴 계열의 접착 물질을 사용할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 접착 물질로 다양한 물질을 사용할 수 있음은 물론이다.
이때, 제2 층(214)의 접착 물질의 양은 제1 층(212)의 접착 물질의 양과 같거나 그보다 작을 수 있다. 제1 층(212)은 제2 밀봉재(132)와 접착하는 층이므로 높은 접착 특성이 요구되지만, 제2 층(212)은 제1 및/또는 제2 밀봉재(131, 132)와 접착하는 층이 아니기 때문이다.
제2 층(214)의 전체 중량부를 100 중량부라 할 때, 접착 물질은 0 내지 40 중량부만큼 포함될 수 있다. 접착 물질이 40 중량부를 초과하면 수지의 양이 줄어들어 신뢰성이 저하될 수 있다. 이때, 신뢰성을 더 고려하면 접착 물질은 0 내지 20 중량부만큼 포함될 수 있다.
내열 물질은 표면 내열성을 향상하여 지면 반사 등에 의하여 입사하는 광에 의하여 태양 전지 모듈(100)의 온도가 상승되는 것을 방지할 수 있다. 내열 물질로는 우수한 내열 특성을 가지는 다양한 물질을 사용할 수 있는데, 일례로, 실리콘 산화물(실리카, silica)를 포함할 수 있다.
제2 층(214)의 전체 중량부를 100 중량부라 할 때, 내열 물질은 1 내지 10 중량부만큼 포함될 수 있다. 내열 물질이 1 중량부 미만으로 포함되면 내열 특성을 향상하는 효과가 충분하지 않을 수 있다. 내열 물질이 10 중량부를 초과하여 포함되면 다른 물질의 양이 줄어들어 이와 관련된 특성이 저하될 수 있다. 이때, 내열 특성 등을 더 고려하면 내열 물질은 3 내지 7 중량부만큼 포함될 수 있다.
그 외에도 제2 층(214)는 수지, 백색 안료, 접착 물질 및 내열 물질을 분산시키는 분산제 등을 더 포함할 수 있다. 분산제로는 알려진 다양한 물질이 사용될 수 있다.
제2 층(214)의 전체 중량부를 100 중량부라 할 때, 분산제는 0.1 내지 5.0 중량부만큼 포함될 수 있다. 분산제가 0.1 중량부 미만으로 포함되면 분산젱 의하여 효과가 충분하지 않을 수 있다. 분산제가 5.0 중량부를 초과하면 수지의 양이 줄어들어 신뢰성이 저하될 수 있다. 이때, 신뢰성을 더 고려하면 분산제는 0.1 내지 0.5 중량부만큼 포함될 수 있다.
이와 같은 제2 층(214)은 수지, 백색 안료, 접착 물질, 내열 물질, 분산제 등을 혼합한 다음 이를 베이스 부재(210) 상에 도포하여 열처리 및/또는 건조하여 형성될 수 있다. 혼합 방법, 도포 방법, 열처리 및/또는 건조 방법으로는 다양한 방법이 사용될 수 있다. 제2 층(214)에서 적용되는 혼합 방법, 도포 방법, 열처리 및/또는 건조 방법은 전술한 제1 층(212)에서의 혼합 방법, 도포 방법, 열처리 및/또는 건조 방법과 동일 또는 극히 유사하므로, 상세한 설명을 생략한다.
이러한 제2 층(214)의 두께(T3)는 베이스 부재(210)의 두께(T1)보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제2 층(214)의 두께(T3)는 1~50㎛일 수 있다. 제2 층(214)의 두께(T3)가 1㎛ 미만인 경우는, 상술한 바와 같은 광학 특성, 내열 특성 등을 충분하게 가지기 어려울 수 있다. 제2 층(214)의 두께(T3)가 50㎛를 초과하는 경우에는 두께가 증가하고 단가 상승의 원인이 될 수 있다. 그러나 본 발명이 상술한 제2 층(214)의 두께(T3) 범위로 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에서 제1 및 제2 층(212, 214)은 코팅에 의하여 베이스 부재(210) 상에 직접 형성되어 베이스 부재(210)와 접촉 형성되는 코팅층일 수 있다. 이에 따라 별도의 접착층을 사용하지 않아도 되므로 재료비를 절감할 수 있고 제조 공정을 단순화할 수 있다. 또한, 별도의 접착층을 사용하지 않아도 되므로 베이스 부재(210)와 제1 및 제2 층(212, 214) 사이에서의 박리가 잘 발생하지 않는다.
반면, 종래에는 베이스 필름 상에 폴리우레탄 또는 아크릴을 포함하는 접착제를 도포하고 그 위에 불화 비닐 수지(polyvinyl fluoride, PVF) 필름을 라미네이션하여 후면 시트를 제조하였다. 불화 비닐 수지 필름의 재료비가 비싸고, 접착제의 재료비가 추가로 필요하며, 접착층을 도포하는 공정을 추가하여야 한다. 또한, 라미네이션 공정을 사용하여 베이스 필름의 한쪽에 불화 비닐 수지 필름을 부착한 후에 다른 한 쪽에 불화 비닐 수지 필름을 부착하여야 한다. 이와 같이 종래에는 재료비와 복잡한 공정에 의하여 제조 원가가 높은 문제가 있었다. 또한, 베이스 필름의 일면에 다양한 층(접착체층, 불화 비닐 수지 필름 등)을 형성하므로 이들 사이에서 박리가 일어날 수도 있었다.
본 실시예에 따른 후면 시트(200)에서는, 태양 전지(150) 쪽에 흑색의 제1 층(212)이 위치하고 태양 전지(150)의 반대쪽(즉, 태양 전지 모듈(100)의 후면 쪽)에 백색의 제2 층(214)이 위치한다. 이때, 제1 층(212)을 투과한 650nm 내지 2,100nm의 광은 제2 층(214)에서 반사되어 재사용될 수 있다. 이에 의하여 태양 전지 모듈(100)의 출력을 향상할 수 있다.
이때, 후면 시트(200)의 반사율을 제1 층(212) 쪽에서 측정하면 650nm 내지 1,200nm의 파장을 가지는 광의 반사율이 40% 이상(즉, 40% 내지 100%)이고, 1,200nm 내지 2,100nm의 파장을 가지는 광의 반사율이 30% 이상(즉, 30% 내지 100%)이며, 300nm 내지 650nm의 파장을 가지는 광의 반사율이 10% 이하(즉, 0% 내지 10%)일 수 있다. 상술한 바와 같이 300nm 내지 650nm의 파장을 가지는 광의 대부분이 제1 층(212)을 통과하면서 흡수되므로, 제1 층(212) 쪽에서 측정하면 300nm 내지 650nm의 파장을 가지는 광의 반사율이 다른 파장의 반사율보다 작은 값을 가지게 된다. 그리고 후면 시트(200)의 반사율을 제2 층(214) 쪽에서 측정하면 300nm 내지 1,200 nm의 파장을 가지는 광의 반사율이 50% 이상(즉, 50% 내지 100%)이 된다.
이와 같이 본 실시예에서는 흑색의 제1 층(212) 및 백색의 제2 층(214)을 구비하여 후면 시트(200)가 흑색을 가지면서도 일정 파장에서 높은 반사율을 가질 수 있다. 즉, 흑색 안료로 페릴린계 안료를 사용하여 가시광선의 파장 범위의 적어도 일부를 포함하는 제1 파장의 광을 흡수하여 후면 시트(200)가 흑색을 가지도록 하면서, 그 외의 제2 파장의 광을 투과하여 투과된 광이 제2 층(214)에서 반사될 수 있도록 한다. 이에 의하여 후면 시트(200)가 흑색을 가져 외광을 향상하면서도 높은 반사율에 의하여 광을 재사용하여 태양 전지(150)의 출력을 향상할 수 있다.
이하 본 발명의 제조예를 참조하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 제조예는 본 발명을 좀더 상세하게 설명하기 위하여 예시한 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제조예
폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어지며 가로 200mm, 세로 200mm, 두께 150㎛인 베이스 필름을 준비하였다. 이러한 베이스 필름의 전면 및 후면에 각기 제1 및 제2 층용 혼합물을 그라비아 코팅 방법으로 도포하고 건조하여 대략 10㎛의 제1 및 제2 코팅층을 형성하였다. 제1 층은, 수지로 폴리불화비닐리덴, 접착 물질로 아크릴계 물질, 흑색 안료로 페릴린계 안료, 그리고 분산제를 포함하였다. 제2 층은, 수지로 폴리불화비닐리덴, 접착 물질로 아크릴계 물질, 백색 안료로 티타늄 산화물, 내열 물질로 실리카, 그리고 분산제를 포함하였다. 이때, 제1 층의 전체 100 중량부에 대하여 페릴린계 안료가 10 중량부만큼 포함되었고, 제2 층의 전체 100 중량부에 대하여 입경이 티타늄 산화물이 40 중량부만큼 포함되었다. 페릴린계 안료 및 티타늄 산화물의 입경은 3,000nm 이하였다. 그리고 제1 코팅층에 대해서는 코로나 방전 처리를 수행하였다.
이렇게 제조된 후면 시트를 태양 전지의 후면에 제2 밀봉재(에틸렌초산비닐 공중합체 수지)를 이용하여 접착하였고, 저철분 강화 유리로 구성된 전면 기판을 제1 밀봉재(에틸렌초산비닐 공중합체 수지)를 이용하여 태양 전지의 전면에 접착하여, 태양 전지 모듈을 제조하였다.
비교예
제1 및 제2 코팅층 각각이 페릴린계 안료 및 티타늄 산화물 대신 카본 블랙을 포함한다는 점을 제외하고는 제조예와 동일한 방법에 의하여 후면 시트 및 이를 포함하는 태양 전지 모듈을 제조하였다.
제조예 및 비교예에 따라 제조된 후면 시트에서 광의 파장에 따른 반사도를 측정하여 그 결과를 도 4에 나타내었다. 그리고 제조예 및 비교예에 따른 태양 전지 모듈의 전류 밀도 및 최대 출력을 측정하여 그 결과를 도 5 및 도 6에 나타내었다.
도 4를 참조하면, 제조예에 따른 후면 시트는 650nm 내지 1,200nm의 파장을 가지는 광의 반사도가 60% 이상으로 매우 우수한 값을 가지는 반면, 비교예에 따른 후면 시트는 650nm 내지 1,200nm의 광에서의 반사율이 거의 0%에 가까운 것을 알 수 있다. 즉, 제조예에 따른 흑색을 가지는 후면 시트이면서도 650nm 내지 1,200nm의 파장을 가지는 광을 효과적으로 반사할 수 있음을 알 수 있다. 그러면 반사된 광이 다시 태양 전지로 입사되어 광전 변환에 이용되므로 태양 전지 모듈의 출력을 향상할 수 있다.
그리고 도 5를 참조하면, 제조예에 따른 후면 시트를 포함하는 태양 전지 모듈은 전류 밀도가 0.82% 증가함을 알 수 있다. 이는 후면 시트에서의 반사가 증가하여 반사된 광이 재입사되어 광전 변화에 이용되었기 때문으로 예측된다. 이에 따라 도 6을 참조하면, 제조예에 따른 태양 전지 모듈은 비교예에 따른 태양 전지 모듈에 의하여 출력이 1.28% 증가하였음을 알 수 있다.
상술한 바에 따른 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 태양 전지 모듈
110: 전면 기판
200: 후면 시트
210: 베이스 부재
212: 제1 층
214: 제2 층
110: 전면 기판
200: 후면 시트
210: 베이스 부재
212: 제1 층
214: 제2 층
Claims (20)
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- 태양 전지;
상기 태양 전지를 감싸는 밀봉재; 및
상기 밀봉재에 부착되는 후면 시트
를 포함하고,
상기 후면 시트는,
단층인 베이스 부재;
상기 밀봉재 쪽에 인접한 상기 베이스 부재의 일면에 형성되며 흑색 안료를 포함하는 제1 층; 및
상기 밀봉재와 반대되는 상기 베이스 부재의 다른 일면에 형성되며 백색 안료를 포함하는 제2 층을 포함하고, 상기 베이스 부재의 두께는 상기 제1층 및 상기 제2층의 두께보다 크고,
상기 흑색 안료가 가시광선의 파장 범위의 적어도 일부를 포함하는 제1 파장의 광을 흡수하고 상기 제1 파장의 광보다 큰 제2 파장의 광을 투과하며,
상기 후면 시트의 반사율을 상기 제1 층 쪽에서 측정할 때, 650nm 내지 1,200nm의 파장을 가지는 광의 반사율이 40% 이상이고, 1,200nm 내지 2,100nm의 파장을 가지는 광의 반사율이 30% 이상이며, 300nm 내지 650nm의 파장을 가지는 광의 반사율이 10% 이하이고,
상기 후면 시트의 반사율을 상기 제2 층 쪽에서 측정할 때, 300nm 내지 1,200 nm의 파장을 가지는 광의 반사율이 50% 이상인 태양 전지 모듈. - 삭제
- 삭제
- 제14항에 있어서,
상기 제1 층을 투과한 상기 제2 파장의 광이 상기 제2 층에서 반사되는 태양 전지 모듈. - 제14항에 있어서,
상기 흑색 안료가 페릴린계 흑색 안료를 포함하는 태양 전지 모듈. - 삭제
- 제14항에 있어서,
상기 후면 시트가 흑색을 가지는 태양 전지 모듈.
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| KR1020130072136A KR102077561B1 (ko) | 2013-06-24 | 2013-06-24 | 후면 시트 및 이를 포함하는 태양 전지 모듈 |
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