KR20100044757A - 광전효율이 우수한 태양광 발전 모듈용 광학유리 - Google Patents
광전효율이 우수한 태양광 발전 모듈용 광학유리 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 태양광 발전 모듈의 전면에 위치하는 광학유리에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양광 발전 모듈의 광전효율 향상을 위하여 모듈 제작 시 사용되는 전면 유리표면의 앞면 또는 배면의 적어도 한쪽면에 2D 또는 3D Micro Geometric Array 형상면이 인각된 광전효율이 우수한 광학유리 및 그것의 제조방법에 관한 것이다. 태양광 발전 모듈에서 전면유리는 모듈의 최상 표면에 위치하여 태양전지(솔라셀)를 보호하는 역할을 하는 중요한 소재이지만 표면반사에 의해서 광전효율이 저하되는 문제점이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 2D 또는 3D Micro Geometric Array 형상면이 인각된 엠보롤에 자외선 경화형 수지를 도포하고 그 형상면을 기재인 투명유리에 전사 후 경화를 시켜 제조된 광학유리는 종래 방법의 투명유리(Flat) 보다 광전효율이 증대되어 우수한 광전효율을 가지는 태양광 발전 모듈을 제조할 수 있다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 2D 또는 3D Micro Geometric Array 형상면이 인각된 엠보롤에 자외선 경화형 수지를 도포하고 그 형상면을 기재인 투명유리에 전사 후 경화를 시켜 제조된 광학유리는 종래 방법의 투명유리(Flat) 보다 광전효율이 증대되어 우수한 광전효율을 가지는 태양광 발전 모듈을 제조할 수 있다.
Description
본 발명은 태양광 발전 모듈의 전면에 위치하는 광학유리에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양광 발전 모듈의 광전효율 향상을 위하여 모듈 제작 시 사용되는 전면 유리표면의 앞면 또는 배면의 적어도 한쪽면에 2D 또는 3D Micro Geometric Array 형상면이 인각된 광전효율이 우수한 광학유리 및 그것의 제조방법에 관한 것이다.
태양전지(솔라셀)는 광전지로서, 반도체를 사용하여 광자(photon)를 전기적 에너지로 전환하는 전지이고 태양전지에서 태양광을 전기적 에너지로 전환시키는 원리는 반도체의 p-n접합(junction) 원리를 이용한다. 태양전지는 광흡수층으로 사용되는 물질에 따라 다양한 종류가 있으며 크게 결정질 실리콘 태양전지와 박막 태양전지로 구분된다.
태양전지는 셀이라는 최소 단위를 통해 약 0.5V의 전력을 생산하므로 적절한 전력을 확보하고 직렬로 연결된 다수의 셀들을 보호하기 위해 이를 패키징하여 태양광 발전 모듈(Photovoltaic Module)로 만들어 사용하고 이들 모듈을 태양광선을 잘 받는 위치에 설치한 것이 어레이(Array) 이다. 일반적으로 사용되고 있는 태양광 발전 모듈의 구조가 도1에 도시되어 있다. 모듈은 여러 개의 태양전지를 얇은 선으로 서로 연결하고 외부환경으로부터 보호하기 위해 충전재와 유리기판, 백시트 등과 함께 압축한 것이다.
태양광 발전 시스템에 있어서 태양광 발전 모듈 가격이 차지하는 비중이 크고 시스템을 설치할 때 드는 모듈 설치 비용, 설치에 필요한 땅값, 유지 관리비 등 태양전지 이외의 비용이 태양전지의 총 면적에 비례하기 때문에 태양전지의 효율 증가는 태양광 발전 시스템의 제조 단가를 낮추는 효과도 있지만, 발전 단가를 낮추는 중요한 변수이다. 따라서, 태양전지의 광전효율 개선이 중요한 핵심 기술이라고 할 수 있다.
이에, 태양 전지의 효율을 증가시키기 위한 연구가 많이 진행 되고 있으며, 그 한가지 방법으로 웨이퍼 표면을 텍스처링(texturing)하여 빛의 흡수를 최대화하는 방법을 사용하고 있다. 텍스처링 방법으로는 화학적인 식각 방법(chernical etching), 플라즈마 식각(plasma etching)을 이용한 방법, 미케니컬 스크라이빙(mechaning scribing) 방법 및 사진인쇄법(photolithography) 등을 이용하고 있다. 그러나 이러한 태양전지 Cell 텍스처링 방법은 고비용, 저효율 및 양산성의 문제점으로 인해 아직 적용되고 있지 않는 실정이다.
태양광 발전 모듈에서 전면유리는 모듈의 최상 표면에 위치하여 태양전지 (솔라셀)를 보호하는 역할을 하는 중요한 소재이지만 표면반사에 의해서 광전효율이 저하되는 문제점이 있다. 태양광 발전 모듈용 유리소재에서 철분에 의한 얼룩으로 모듈의 효율이 감소하는 것을 방지하고, 가시광선의 투과율을 91%이상 유지하기 위하여 저철분 강화유리를 사용하고 있으나 이 또한 표면반사에 의해서 요구되는 광전효율에 도달하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 태양광 발전 모듈의 광전효율 향상을 위하여 모듈 제작 시 사용되는 전면 유리표면의 앞면 또는 배면의 적어도 한쪽면에 2D 또는 3D Micro Geometric Array 형상면이 인각된 광전효율이 우수한 광학유리를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 2D 또는 3D Micro Geometric Array 형상면이 인각된 엠보롤에 자외선 경화형 수지를 도포하고 그 형상면을 기재인 투명유리에 전사 후 경화를 시켜 제조된 2D 또는 3D Micro Geometric Array 형상면이 인각된 광학유리 및 그것의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따라 제조되는 광학유리의 단면도가 도2에 도시되어 있다.
본 발명에 대해 도면과 함께 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서 인각되어지는 구조화된 형상면은 도3에 나타나 있고 2D 또는 3D Micro Geometric Array 형상을 가지는 것을 특징으로 한다. 여기서 2D라 함은 한쪽 방향으로 길게 늘어선 모양을 말하고 3D라 함은 3D 구조물이 면상에 배열된 형태를 말한다. 상기 2D 또는 3D 형상 구조는 수 나노미터 내지 수 밀리미터인 것이 바람직하다. 왜냐하면 수 나노미터 보다 작은 경우에는 제작의 어려움이 있고 수 밀리미터 보다 큰 경우에는 광학특성이 저하되는 문제점이 있다. 이런 이유로 2D 또는 3D 형상 구조는 수 마이크로 내지 수백 마이크로미터인 것이 보다 바람직하다.
본 발명에 의해서 제조된 광학유리의 제조공정도가 도4에 도시되어있고 보다 구체적으로 설명하면 기재인 투명유리가 공급(40)되는 단계; 구조화된 형상면으로 인각된 엠보롤(42)에 자외선 경화형 수지 공급장치(41)를 이용하여 자외선 경화형 수지를 도포하고 그 형상면을 기재인 투명유리에 전사(43)시키는 단계; 전사 후 자외선 램프장치(44)에 의해 경화되는 단계; 이송롤(45)을 이용하여 이송되는 단계; 라미네이션(합지) 장치(48)를 이용하여 보호필름(46, 47)으로 상, 하면에 점착합지 되는 단계; 및 최종적으로 아웃피드장치(49)를 이용하여 2D 또는 3D Micro Geometric Array 형상면이 인각된 광학유리가 제조되는 단계;를 포함하는 것으로 구성된다. 또한 상기 광학유리의 제조에서 자외선 경화형 수지를 기재인 투명유리에 코팅장치를 이용하여 도포하는 단계; 도포 후 구조화된 형상면으로 인각된 엠보롤로 가압하여 엠보롤의 구조화된 형상면을 인각하는 단계; 인각 후 자외선 램프장치에 의해 경화되는 단계; 이송 및 보호필름으로 상, 하면에 점착합지되는 단계; 및 최종적으로 2D 또는 3D Micro Geometric Array 형상면이 인각된 광학유리가 제조되는 단계;를 포함하는 다른 제조방법이 적용될 수도 있다.
상기 형상면이 인각되는 기재인 투명유리는 우수한 광투과도, 내구성 등의 물성을 만족하는 일반적으로 두께가 5밀리미터 이하인 것을 특징으로 하는 투명유리, 저철분유리 또는 저철분 강화유리인 것이 바람직하고, 그 중에서 특히 투명성과 태양전지(솔라셀) 보호 특성상 저철분 강화유리가 보다 바람직하다.
또한 형상면이 인각된 엠보롤에 도포되고 기재인 투명유리에 전사 후 경화되는 상기 자외선 경화형 수지는 일반적으로 투명하고 굴절률은 1.40이상의 값을 가지는 수지 단독 또는 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
기존의 아무 처리가 되어 있지 않은 투명하고 평평(Flat)한 유리표면은 입광면과 Cell이 있는 출광면 사이의 표면 반사로 인하여 4%~15%의 광손실을 유발하게 된다. 또한 광전효율을 일으키는 Cell에 들어가는 광자들은 거의 수직으로 입사하여 Cell의 두께에 해당하는 최단거리로 통과하게 된다. 광을 흡수하여 전기를 생성하는 Cell의 특성상 광자의 Cell 통과 거리가 길수록 광전효율이 커지게 된다.
도2에서와 같이, 본 발명의 구조화된 형상면을 포함한 광학유리의 경우 표면에서의 반사를 최소화 함과 동시에 광자들의 경로를 여러 각도로 변경시켜 줌으로써 Cell을 통과하는 경로를 최대화 할 수 있다. 이는 Cell이 광을 보다 많이 흡수 할 수 있게 하는 방법이 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 2D 또는 3D Micro Geometric Array 형상면이 인각된 엠보롤에 자외선 경화형 수지를 도포하고 그 형상면을 기재인 투명유리에 전사 후 경화를 시켜 제조할 수 있으며, 이로부터 제조된 광학유리는 종래 방법의 투명유리(Flat) 보다 광전효율이 증대되었다. 따라서, 본 발명에 의하여 제조된 광학유리를 사용하여 우수한 광전효율을 가지는 태양광 발전 모듈을 제조할 수 있다.
도1은 일반적으로 사용되고 있는 태양광 발전 모듈의 구조를 나타낸 것이다.
도2는 본 발명에 따라 제조되는 광학유리 구조를 도시한 단면도이다.
도3은 본 발명에 따라 제조되는 2D 또는 3D Micro Geometric Array 형상에 대한 그림이다.
도4는 본 발명에 따라 제조되는 광학유리의 제조방법을 도시한 것이다.
도2는 본 발명에 따라 제조되는 광학유리 구조를 도시한 단면도이다.
도3은 본 발명에 따라 제조되는 2D 또는 3D Micro Geometric Array 형상에 대한 그림이다.
도4는 본 발명에 따라 제조되는 광학유리의 제조방법을 도시한 것이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 기술하여 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이러한 실시예는 본 발명의 바람직한 일부 실시예일 뿐 본 발명이 하기 기술한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
상술한 제조방법과 같이, 형상면이 인각된 엠보롤에 자외선 경화형 수지를 도포하고 그 형상면을 기재인 투명유리에 전사 후 경화시켜 피치가 100um, 높이가 50um인 2D Prism인 형상면이 텍스처링된 광학유리를 제조하였다.
제조된 광학유리는 태양광 발전 모듈의 전면 유리로 적용되어 그 형상면을 전면으로 향하게 하여 최종적으로 태양광 발전 모듈이 제작되었으며, 광전효율의 특성평가는 통상적인 종래 방법 100% 대비 상대적인 광전효율로 측정하였고 얻어진 광전효율 특성을 하기 표1에 나타내었다.
광학유리에 텍스처링되는 형상이 곡률반경이 50um, 높이가 50um인 2D Spherical Lens 라는 점이 다를 뿐이고 나머지는 상기 실시예1과 동일한 방법으로 실시하였다.
광학유리에 텍스처링되는 형상이 가로, 세로 각각 100um, 높이가 50um인 3D Prism 라는 점이 다를 뿐이고 나머지는 상기 실시예1과 동일한 방법으로 실시하였다.
광학유리에 텍스처링되는 형상이 곡률반경이 50um, 높이가 50um인 3D Spherical Lens 라는 점이 다를 뿐이고 나머지는 상기 실시예1과 동일한 방법으로 실시하였다.
실시예와 비교하기 위한 종래 방법인 일반적인 두께가 5밀리미터 이하인 전면 유리표면의 Flat한 형상인 점이 다를 뿐이고 나머지는 상기 실시예1과 동일한 방법으로 비교 실시하였다. (비교예1)
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예1 방법으로 제조된 태양광 발전 모듈용 광학유리의 광전효율을 측정하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| 광전효율 ( Max Gain ) | |
| 실시예1 | 121.4% |
| 실시예2 | 110.9% |
| 실시예3 | 148.2% |
| 실시예4 | 118.5% |
| 비교예1 | 100.0% |
상기 표 1의 결과로 부터, 실시예 1 내지 4의 방법으로 제조된 태양광 발전 모듈용 광학유리가 비교예 1 보다 광전효율이 약 111% 내지 148%로 높아 광전효율이 향상된 태양광 발전 모듈을 제조할 수 있다.
Claims (5)
- 본 발명은 태양광 발전 모듈의 전면에 위치하는 광학유리에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양광 발전 모듈의 광전효율 향상을 위하여 모듈 제작 시 사용되는 전면 유리표면의 앞면 또는 배면의 적어도 한쪽면에 2D 또는 3D Micro Geometric Array 형상면이 인각된 광전효율이 우수한 광학유리 및 그것의 제조방법에 관한 것이다.
- 제1항에 있어서, 상기 2D 또는 3D 형상 구조는 수 나노미터 내지 수 밀리미터이고 보다 바람직하게는 수 마이크로미터 내지 수백 마이크로미터인 것을 특징으로 하는 광학유리.
- 제1항에 있어서, 상기 광학유리의 제조는 기재인 투명유리가 공급되는 단계; 구조화된 형상면으로 인각된 엠보롤에 자외선 경화형 수지 공급장치를 이용하여 자외선 경화형 수지를 도포하고 그 형상면을 기재인 투명유리에 전사하는 단계; 전사 후 자외선 램프장치에 의해 경화되는 단계; 이송롤을 이용하여 이송되는 단계; 라미네이션(합지) 장치를 이용하여 보호필름으로 상, 하면에 점착합지되는 단계; 및 최종적으로 아웃피드장치를 이용하여 2D 또는 3D Micro Geometric Array 형상면이 인각된 광학유리가 제조되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 투명유리는 우수한 광투과도, 내구성 등의 물성을 만족하는 일반적으로 두께가 5밀리미터 이하인 것을 특징으로 하는 투명유리, 저철분유리 또는 저철분 강화유리인 것이 바람직하고, 그 중에서 특히 저철분 강화유리가 더욱 바람직하다.
- 제1항에 있어서 상기 자외선 경화형 수지는 일정 함량의 자외선 경화형 올리고머수지, 희석용 모너머, 광개시제, 분산제, 광안정제, 용매 등을 포함하고 투명하며 굴절률이 1.40이상의 값을 가지는 수지 단독 또는 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
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| KR1020100028345A KR20100044757A (ko) | 2010-03-30 | 2010-03-30 | 광전효율이 우수한 태양광 발전 모듈용 광학유리 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20100044757A (ko) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101871973B1 (ko) * | 2017-06-23 | 2018-07-31 | 김운곤 | 태양광 발전모듈용 시트 |
| CN109390426A (zh) * | 2018-09-10 | 2019-02-26 | 广州市龙珠化工有限公司 | 一种太阳能光伏电池用的玻璃面板及其制备方法 |
| US11935980B2 (en) | 2018-11-29 | 2024-03-19 | Posco Co., Ltd | Filtering panel and photovoltaic module including same |
| CN109390426B (zh) * | 2018-09-10 | 2024-05-28 | 广州市龙珠化工有限公司 | 一种太阳能光伏电池用的玻璃面板及其制备方法 |
-
2010
- 2010-03-30 KR KR1020100028345A patent/KR20100044757A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101871973B1 (ko) * | 2017-06-23 | 2018-07-31 | 김운곤 | 태양광 발전모듈용 시트 |
| CN109390426A (zh) * | 2018-09-10 | 2019-02-26 | 广州市龙珠化工有限公司 | 一种太阳能光伏电池用的玻璃面板及其制备方法 |
| CN109390426B (zh) * | 2018-09-10 | 2024-05-28 | 广州市龙珠化工有限公司 | 一种太阳能光伏电池用的玻璃面板及其制备方法 |
| US11935980B2 (en) | 2018-11-29 | 2024-03-19 | Posco Co., Ltd | Filtering panel and photovoltaic module including same |
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