KR102589919B1 - 샌드 블라스팅 에칭 태양광 모듈용 열 강화 글래스 제조 방법 - Google Patents

샌드 블라스팅 에칭 태양광 모듈용 열 강화 글래스 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 입자 분사기가 샌드 블라스팅(sand blasting) 에칭(etching) 입자를 분사하는 입자 분사 단계, 롤러(roller)가 글래스 지지대에 놓인 열 강화 글래스(glass)를 상기 입자 분사기 내에서 일정속도로 이동시켜 상기 열 강화 글래스의 표면을 샌드 블라스팅 에칭하는 샌드 블라스팅 에칭 단계 및 세척기가 세척액을 분사하여 상기 샌드 블라스팅 에칭된 열 강화 글래스를 세척하는 세척단계를 포함하는 것을 그 구성으로 한다.

Description

샌드 블라스팅 에칭 태양광 모듈용 열 강화 글래스 제조 방법 {METHOD OF MANUFACTURING SAND BLASTING ETCHED THERMALLY TEMPERED GLASS USED FOR SOLAR CELL}
본 발명은 태양광 모듈에 사용되는 저철분 열 강화 글래스에 대한 샌드 블라스팅 에칭 태양광 모듈용 열 강화 글래스 제조 방법에 관한 것이다.
기존의 일반 플랫(flat) 형상 글래스를 사용한 태양광 모듈은, 글래스를 통하여 빛이 투과되면 투과된 빛 일부분은 태양전지에 흡수되어 태양광 발전에 활용되지만 반사된 빛은 태양광 발전에 활용되지 못하여 태양광 모듈의 발전효율이 떨어지는 문제가 있다. 이를 개선하기 위하여 고안된 미스트(mist) 형상 태양광 모듈용 글래스는, 태양전지에 흡수된 후 태양광 발전에 활용되지 않고 반사된 태양광 일부를, 글래스 표면에 형성된 미스트 형상을 통하여 재 반사시켜 태양전지 내부에 가둬둠으로써 태양광 모듈의 발전효율이 향상된다. 그러나, 미스트 형상 태양광 모듈용 글래스는 글래스의 강도를 높이기 위한 열 강화 공정을 거친 후에는 글래스 표면에 압축응역이 형성되고 내부에 인장응력이 형성되어 인장응력 영역에 물리적 충격이 가해질 경우 쉽게 파손됨에 따라 태양광 모듈의 발전성능 향상을 위한 추가적인 글래스의 성형이 어려운 문제가 있다.
대한민국 공개특허 제10-2010-0030188호(명칭: 태양전지 및 이의 제조방법, 공개일: 2010.03.18.) 일본 공개특허 제09199745호(명칭: 태양전지용 기판의 제조방법 및 태양전지용 기판 가공장치, 공고일: 1997.07.31.)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 열 강화 공정이 처리된 미스트 형상 글래스의 표면에 샌드 블라스팅 에칭을 하여 글래스의 파손 없이 태양광 반사율을 낮추기 위한 것이다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드 블라스팅 에칭 태양광 모듈용 글래스 제조 방법은 입자 분사기가 샌드 블라스팅(sand blasting) 에칭(etching) 입자를 분사하는 입자 분사 단계, 롤러(roller)가 글래스 지지대에 놓인 열 강화 글래스(glass)를 상기 입자 분사기 내에서 일정속도로 이동시켜 상기 열 강화 글래스의 표면을 샌드 블라스팅 에칭하는 샌드 블라스팅 에칭 단계 및 세척기가 세척액을 분사하여 상기 샌드 블라스팅 에칭된 열 강화 글래스를 세척하는 세척단계를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 열 강화 글래스는, 상기 열 강화 글래스의 한쪽 면에 미스트(mist) 형상이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 입자 분사 단계에서는, 상기 샌드 블라스팅 에칭 입자는 석영, 유리, 니켈, 구리, 플라스틱, 철 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 미세한 구 형태의 과립인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 입자 분사 단계에서는, 상기 샌드 블라스팅 에칭 입자는 10 메쉬(#) 보다는 크고, 300 메쉬(#) 보다는 작은 크기로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 입자 분사 단계에서는, 상기 분사 압력은 0.5 kgf/㎠ 보다는 크고, 10 kgf/㎠ 보다는 작은 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 샌드 블라스팅 에칭 단계에서는, 상기 롤러의 속도는 50 RPM 보다는 빠르고, 1,000 RPM 보다는 느린 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 샌드 블라스팅 에칭 단계에서, 상기 글래스 지지대는, 온도가 25℃ 보다는 높고, 100℃ 보다는 낮게 유지되어 상기 글래스 지지대에 놓인 상기 열 강화 글래스를 가열하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 태양광 모듈용 글래스의 발전성능 향상을 위하여 샌드 블라스팅 에칭을 하는 경우, 글래스 표면으로부터 5㎛ 이내의 깊이로 에칭 영역의 조절이 가능하므로, 글래스 표면으로부터 100㎛ 이상의 깊이부터 형성되는 인장응력 발생 영역에 영향을 주지 않고 샌드 블라스팅 에칭 처리할 수 있다. 태양광 모듈용 미스트 글래스의 미스트 형상의 글래스 표면에 샌드 블라스팅 에칭을 함으로써 미세하고 거친 미스트 형상의 글래스 표면을 형성하여 기존 글래스 대비 평균 50% 감소한 반사율을 얻을 수 있고 이로 인하여 최대 출력값 기준 6% 향상된 태양광 발전 효과를 얻을 수 있다. 또한 샌드 블라스팅 에칭을 통한 글래스 표면적의 증가로 인하여 태양광 모듈의 접착강도가 증가되어 내구성이 향상되는 효과도 얻을 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드 블라스팅 에칭 태양광 모듈용 저철분 열 강화 글래스 제조방법의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드 블라스팅 에칭에 대한 공정 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미스트 형상 글래스에 의한 태양광의 반반사 효과를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미스트 형상의 정면도 및 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드 블라스팅 에칭 적용 가능한 열 강화 글래스 내 영역의 평면도 및 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드 블라스팅 에칭 전후의 플랫 형상 글래스의 반사도 비교 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드 블라스팅 에칭 전후의 미스트 형상 글래스의 태양광 출력값 비교 도면이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드 블라스팅 에칭 태양광 모듈용 저철분 열 강화 글래스 제조방법의 블록도이다.
이후, 본 명세서에서 “태양광 모듈용 저철분 열 강화 글래스”는 “열 강화 글래스”라고 한다. 저철분 글래스는 태양광 흡수율을 높일 수 있는 글래스로, 태양광 모듈용 글래스는 대부분 저철분 글래스가 사용된다.
도 1을 참조하면 열 강화 글래스(10) 제조 방법은 입자 분사 단계(S10), 샌드 블레스팅 에칭 단계(S20) 및 세척 단계(S30)를 포함한다.
입자 분사 단계(S10)는 도 2를 참조하면, 입자 분사기(101)가 샌드 블라스팅(sand blasting) 에칭(etching) 입자(102)를 분사하는 단계이다.
샌드 블라스팅 에칭 단계(S20)는 도 2를 참조하면, 롤러(roller)(103)가 글래스 지지대(104)에 놓인 열 강화 글래스(glass)(10)를 상기 입자 분사기(101) 내에서 일정 속도로 이동하여 이동된 상기 열 강화 글래스(10)의 표면을 샌드 블라스팅 에칭하는 단계이다.
세척 단계(S30)는 세척기가 세척액을 분사하여 상기 열 강화 글래스(10)를 세척하는 단계이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드 블라스팅 에칭에 대한 공정 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 샌드 블라스팅 에칭 입자의 입자 분사기(101)가 입자 분사기(101) 내에 포함된 샌드 블라스팅 에칭 입자(102)를 분사할 수 있다. 샌드 블라스팅 에칭 입자(102)의 분사는 압축 분사 방식, 흡입 분사 운동에너지를 활용한 자연 분사 방식 또는 그 이외의 방식을 포함할 수 있다.
상기 샌드 블라스팅 에칭 입자(102)는 석영, 유리, 니켈, 구리, 플라스틱, 철 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 미세한 구 형태의 과립일 수 있다. 일 실시예에서 상기 샌드 블라스팅 에칭 입자는 10 메쉬(#) 보다는 크고, 300 메쉬(#) 보다는 작은 크기일 수 있다. 여기에서, 메쉬(#)는 가로, 세로 1인치 길이 안에 들어가는 구멍의 수를 의미하는 단위이다.
상기 메쉬(#)는 입자 알갱이 크기의 평균값을 이용하여 도출될 수 있다.
입자의 크기가 커질수록 열 강화 글래스(10)의 표면이 거칠어짐에 따라 상기 열 강화 글래스(10) 표면의 단면적이 증가할 수 있다. 상기 열 강화 글래스(10) 표면의 단면적이 증가하는 경우, 태양광 모듈(20)에 상기 열 강화 글래스(10)를 접착하고 밀봉 처리할 때, 상기 열 강화 글래스(10)의 접착강도가 증가하여 태양광 모듈(20)의 내구성이 향상될 수 있다.
샌드 블라스팅 에칭 시에는, 상기 모터(105)의 회전력이 상기 롤러(103)에 전달되어 롤러(103)가 회전할 수 있다. 상기 롤러(103)의 회전은 하나의 모터(105)의 회전력에 의하여 모든 롤러(103)들이 컨베이어(conveyer) 방식에 의하여 회전하는 경우, 각각의 롤러(103)가 개별로 연결된 각각의 모터(105)의 회전력에 의하여 회전하는 경우 또는 그 이외의 방법을 포함할 수 있다. 롤러(103)의 속도는 50 RPM 보다는 빠르고, 1,000 RPM 보다는 느린 속도의 범위 내에서 조정될 수 있다. 상기 롤러(103)의 속도에 의하여 상기 열 강화 글래스(10)가 샌드 블라스팅 에칭에 노출되는 시간을 결정할 수 있다. 롤러(103)의 속도가 빠를수록 샌드 블라스팅 에칭의 깊이는 낮아질 수 있다.
상기 롤러(103)는 롤러 상부에 글래스 지지대(104)가 구비될 수 있다. 상기 글래스 지지대(104)는, 온도가 25℃ 보다는 높고, 100℃ 보다는 낮게 유지되어 상기 글래스 지지대(104) 상에 놓인 상기 열 강화 글래스(10)를 가열할 수 있다. 상기 열 강화 글래스(10)를 가열하는 방식에는 상기 글래스 지지대(104)를 가열하는 방식, 샌드 블라스팅 에칭 입자(102)를 가열하는 방식 또는 그 이외의 가열방식을 포함할 수 있다. 상기 열 강화 글래스(10)의 온도가 상승함에 따라 상기 열 강화 글래스(10) 표면에 있는 분자들의 결합력이 낮아져서, 상기 열 강화 글래스(10)의 에칭 속도가 증가할 수 있다.
세척 시에는, 세척기가 세척액을 상기 열 강화 글래스(10) 표면에 분사하는 방식, 세척기에 세척액을 담아두고 상기 열 강화 글래스(10)를 상기 세척액 속에 일정 시간 동안 담그는 방식 또는 그 이외의 방식을 포함할 수 있다. 상기 세척액은 물, 알코올, 아세톤, 벤젠, 에테르, 페놀 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 유기용제일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미스트 형상 글래스에 의한 태양광의 반반사 효과를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 미스트 형상 글래스 표면층(30)에 의한 태양광 반사율 감소 효과를 알 수 있다. 플랫 형상 글래스(12)에 있어서는 플랫 형상 글래스(12)를 통과하는 태양광 중에 일부는 태양전지에 흡수되고, 나머지는 반사되어 공기 중에 산란할 수 있다. 미스트 형상 글래스(11)에 있어서는 반사된 태양광(40) 일부가 미스트 형상의 글래스 표면층(30)에 의하여 재 반사되어, 재 반사된 태양광(50)이 태양전지 내부에 남아 있을 수 있다. 이러한 미스트 형상 글래스(11)의 재 반사효과로 인하여 태양전지의 태양광 반사율을 낮출 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미스트 형상의 정면도 및 평면도이다.
도 4를 참조하면, 미스트 형상의 깊이는 약 60㎛ 일 수 있다. 미스트 형상의 크기는 폭이 약 500㎛ 이고 길이가 약 800㎛ 일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드 블라스팅 에칭 적용 가능한 열 강화 글래스 내 영역의 평면도 및 단면도이다.
도 5를 참조하면, 평면도에 보이는 바와 같이 미스트 형상 글래스(11)에 대한 열 강화 처리 이후에 미스트 형상 글래스(11) 표면에는 압축응력이 형성되고 내부에는 인장응력이 형성될 수 있다. 내부의 인장응력 영역에 물리적 충격이 가해질 경우 미스트 형상 글래스(11)가 쉽게 파손됨에 따라, 열 강화 완료된 미스트 형상 글래스(11)에 대한 추가적인 성형이 어려울 수 있다. 단면도에 보이는 바와 같이 인장, 압축응력 경계는 미스트 형상 글래스(11) 표면으로부터 100㎛ 정도의 깊이에 형성될 수 있다. 따라서, 미스트 형상 글래스(11)의 표면으로부터 100㎛ 이내의 영역에서 추가적인 가공이 이루어져야만 미스트 형상 글래스(11)의 파손을 방지할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 샌드 블라스팅 에칭에 의한 미스트 형상 글래스(11) 표면의 가공은 미스트 형상 글래스(11) 표면으로부터 5㎛ 이내의 깊이에서 이루어질 수 있다. 따라서, 샌드 블라스팅 에칭에 의한 미스트 형상 글래스(11) 표면의 가공에 의하여서는 미스트 형상 글래스(11) 표면으로부터 100㎛ 이상의 깊이에 형성된 인장응력 영역에 영향을 주지 않을 수 있다. 결과적으로 샌드 블라스팅 에칭은 열 강화 처리를 거친 미스트 형상 글래스(11)에 적용 가능한 후 처리 방법일 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드 블라스팅 에칭 전후의 플랫 형상 글래스의 반사도 비교 도면이다.
도 3을 참조하면, 미스트 형상 글래스(11)는 난반사가 심하여 반사율 측정이 불가하므로 플랫 형상 글래스(12)로 샌드 블라스팅 에칭 전후의 반사율을 비교하였다. 도 6을 참조하면, 샌드 블라스팅 에칭을 하지 않은 플랫 형상 글래스(12)의 경우 평균 4.3의 반사율을 보이는데 반하여, 샌드 블라스팅 에칭을 진행한 후의 플랫 형상 글래스(12)의 반사율은 샌드 블라스팅 에칭의 강도에 따라 평균 2.2 까지 나타남을 알 수 있다. 반사율이 낮을수록 태양전지의 태양광 재 반사율이 높으며, 이로 인하여 태양광 모듈의 출력 개선이 될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드 블라스팅 에칭 전후의 미스트 형상 글래스의 태양광 출력값 비교 도면이다.
도 7을 참조하면, 샌드 블라스팅 에칭 처리 전의 최대 출력은 296.09 W 였고 샌드 블라스팅 에칭 처리 후의 최대 출력은 314.25 W 로, 샌드 블라스팅 에칭을 통하여 최대 출력값이 6% 향상됨을 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 태양광 모듈용 글래스의 발전성능 향상을 위하여 샌드 블라스팅 에칭을 하는 경우, 글래스 표면으로부터 5㎛ 이내의 깊이로 에칭 영역의 조절이 가능하므로, 글래스 표면으로부터 100㎛ 이상의 깊이부터 형성되는 인장응력 발생 영역에 영향을 주지 않고 샌드 블라스팅 에칭 처리할 수 있다. 태양광 모듈용 미스트 글래스의 미스트 형상의 글래스 표면에 샌드 블라스팅 에칭을 함으로써 미세하고 거친 미스트 형상의 글래스 표면을 형성하여 기존 글래스 대비 평균 50% 감소한 반사율을 얻을 수 있고 이로 인하여 최대 출력값 기준 6% 향상된 태양광 발전 효과를 얻을 수 있다. 또한 샌드 블라스팅 에칭을 통한 글래스 표면적의 증가로 인하여 태양광 모듈의 접착강도가 증가되어 내구성이 향상되는 효과도 얻을 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
101 : 입자 분사기
102 : 샌드 블라스팅 에칭 입자
103 : 롤러
104 : 글래스 지지대
105 : 모터
10 : 열 강화 글래스
11 : 미스트 형상 글래스
12 : 플랫 형상 글래스
20 : 태양전지
30 : 미스트 형상 글래스 표면층
40 : 반사된 태양광
50 : 재 반사된 태양광
S10 : 입자 분사 단계
S20 : 샌드 블라스팅 에칭 단계
S30 : 세척 단계

Claims (7)

  1. 입자 분사기가 샌드 블라스팅(sand blasting) 에칭(etching) 입자를 분사하는 입자 분사 단계;
    롤러(roller)가 글래스 지지대에 놓인 열 강화 글래스(glass)를 상기 입자 분사기 내에서 일정속도로 이동시켜 상기 열 강화 글래스의 표면을 샌드 블라스팅 에칭하는 샌드 블라스팅 에칭 단계; 및
    세척기가 세척액을 분사하여 상기 샌드 블라스팅 에칭된 열 강화 글래스를 세척하는 세척단계;를 포함하며,
    상기 열 강화 글래스는,
    한쪽 면에 미스트(mist) 형상이 형성된 미스트 형상 글래스이고,
    샌드 블라스팅 에칭에 의한 미스트 형상 글래스 표면의 가공은 미스트 형상 글래스 표면으로부터 5㎛ 이내의 깊이에서 이루어짐으로써 글래스 표면의 가공으로 미스트 형상 글래스 내부의 인장응력 영역에 영향을 주지 않으며,
    상기 입자 분사 단계에서,
    상기 샌드 블라스팅 에칭 입자는 석영, 유리, 니켈, 구리, 플라스틱, 철 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 구 형태의 과립이고, 10 메쉬(#) 보다는 크고, 300 메쉬(#) 보다는 작은 크기로 이루어지며,
    분사 압력은 0.5 kgf/㎠ 보다는 크고, 10 kgf/㎠ 보다는 작으며,
    상기 샌드 블라스팅 에칭 단계에서,
    상기 롤러의 속도는 50 RPM 보다는 빠르고, 1,000 RPM 보다는 느리며,
    상기 글래스 지지대는,
    온도가 25℃ 보다는 높고, 100℃ 보다는 낮게 유지되어 상기 글래스 지지대에 놓인 상기 열 강화 글래스를 가열하는 것을 특징으로 하는 샌드 블라스팅 에칭 태양광 모듈용 열 강화 글래스 제조 방법.
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