KR20110039726A - 박막형 태양전지 모듈의 커버 유리 기판용 조성물 및 이를 이용한 유리 기판의 화학강화 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 박막형 태양전지 모듈의 커버 유리 기판용 조성물 및 이를 이용한 유리 기판의 화학강화 처리 방법에 관한 것으로써, SiO2, B2O3, Al2O3, Li2O, Na2O, CaO, BaO 및 FeO 원료를 적정비율로 포함하는 유리 조성물을 제공하고, 이를 이용하여 화학강화 처리를 수행함으로써, 0.2 내지 2.0mm의 얇은 두께를 가지면서, 90% 이상의 태양광 투과율, 200 내지 260℃의 내열성 및 일반유리의 9배 내지 15배의 충격강도를 갖는 고강도 박막 유리 기판을 제조할 수 있도록 하는 발명에 관한 것이다.
박막형 태양전지, 모듈, 커버, 화학강화, 저철분 유리
Description
본 발명은 박막형 태양전지 모듈의 커버 유리 기판용 조성물 및 이를 이용한 유리 기판의 화학강화 처리 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 두께가 얇은 박막형 저철분 무늬 유리를 화학강화 처리함으로써 강도 및 태양광 투과율을 향상시켜 박막 유리 기판의 내구성을 증가시키고 발전 효율을 높이는 기술에 관한 것이다.
최근 태양광 발전에 관련된 산업은 지구환경문제와 미래에너지원의 다원화에 의한 에너지 안보를 강조하면서 일본, 유럽, 미국을 중심으로 세계적인 관심 속에 급속한 속도로 성장을 하고 있다.
이에 따라, 태양광 이용 분야 측면에서도 주택용 및 중대규모 산업용 건물, 공공건물 및 빌딩 등, 건물에 PV 시스템을 적용하기 위한 건물일체형 태양광 발전시스템(BIPV, Building Integrated Photovoltaic System) 개발이 활발히 진행되고 있다. 특히, 선진국을 중심으로 건물적용 PV 시스템의 설치사례가 증가하면서, 다양한 건물 적용을 위한 태양전지모듈(BIPV모듈)에 대한 연구개발이 활발히 추진되고 있다.
건물일체형 태양광 발전시스템은 태양광에너지로 전기를 생산하여 소비자에게 공급하는 것 외에 건물일체형 태양전지 모듈을 건축물 외장재로 사용하여 건설비용을 줄이고 건물의 가치를 높이는 디자인요소로도 쓰이는데, 이러한 건물 일체형 태양광 발전에 적용되는 모듈은 특히 얇은 박막의 모듈과 일정 수준의 강도가 요구된다.
태양광 발전 모듈의 커버 유리 기판을 제조하는데 있어서, 일반적으로는 열강화 처리한 커버 유리 기판을 사용하고 있다. 이때, 열강화 처리는 650 내지 750℃의 온도에서 수행되고 있어, 가열 과정에서 유리 기판에 변형이 가해질 위험이 있다.
따라서, 열강화 처리가 가능한 유리 두께는 최소 3.2mm 이상 유리에서만 가능하였다. 그러나, 태양광 발전 모듈 커버용 유리 기판의 두께가 지나치게 두꺼워 질 경우 태양광 투과율이 저조하게 되고, 이에 따라 발전 효율이 떨어져 태양광 발전 모듈의 단위 면적당 생산전력이 감소되는 문제가 발생한다.
이와 같이, 태양광 발전 모듈의 발전 효율은 커버용 유리 기판의 투과율에 영향을 받고, 유리 기판의 성분과 두께에 따라 그 효율이 직접적으로 변화하게 된다. 또한, 유리 기판의 두께가 두꺼워 질수록 유리 기판의 무게가 증가하게 되므 로, 이를 지탱하기 위해서는 프레임의 충격강도를 증가시켜야 하는 등 설치비용이 증가하게 되고, 태양광 발전 모듈을 제조하는 원가도 상승하게 된다.
따라서, 건물일체형 태양전지 모듈 제조에 있어 유리 기판의 두께를 감소시키는 것이 중요한 문제로 대두 되고 있으나, 열강화 방식에 적용할 수 있는 유리 두께를 감소시키는 것은 여전히 한계가 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 박막형 태양전지 모듈의 커버 유리 기판을 저철분 무늬 유리로 제조하되, 화학강화처리 방식을 적용함으로써, 유리 기판의 강도를 증대시킴으로써 0.2 내지 2.0mm 이내의 두께의 박막 형태로 제조 가능할 뿐만 아니라, 태양광 투과율을 향상시켜 발전 효율을 극대화시킬 수 있는 화학강화 적용을 위한 박막형 태양전지 모듈의 커버 유리 기판용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 조성물을 용융시켜 저철분 유리 기판을 형성시키고 이를 이온교환 공정을 통해 화학강화시키는 박막형 태양전지 모듈 커버용 유리 기판의 화학강화 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 조성물 및 화학강화 방법을 사용하여 제조한 박막형 태양전지 모듈의 커버 유리 기판을 적용함으로써, 투광효율을 향상시키고, 전력생산량도 증가된 건물일체형 태양전지를 제공하는 것이다.
하나의 양태로서, 본 발명은 SiO2, B2O3, Al2O3, Li2O, Na2O, CaO, BaO 및 FeO 원료를 적정 비율로 포함하는 박막형 태양전지 모듈의 커버 유리 기판용 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 유리 기판용 조성물은 종래의 열강화 처리 유리기판보다 투과율 및 내열성을 향상시키기 위하여, 화학강화 방법을 사용하여 유리 기판을 형성하게 되는데, 이때, 상기 화학강화가 보다 더 용이하게 수행될 수 있도록 상기 각 구성성분의 조성비를 조절할 수 있다. 본 발명의 유리 기판용 조성물에 포함되는 상기 각 구성성분은 SiO2 60 내지 70중량%, B2O3 15 내지 25중량%, Al2O3 3 내지 8중량%, Li2O 0.1 내지 2중량%, Na2O 0.1 내지 5중량%, CaO 0.1 내지 1.0중량%, BaO 0.3 내지 3.0중량% 및 FeO 0.001 내지 0.02중량%으로 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 SiO2 64 내지 66중량%, B2O3 20 내지 22중량%, Al2O3 4 내지 6중량%, Li2O 0.5 내지 1중량%, Na2O 0.1 내지 3.5중량%, CaO 0.3 내지 0.8중량%, BaO 0.5 내지 2.0중량% 및 FeO 0.001 내지 0.015중량%로 포함될 수 있다.
본 발명의 유리 기판 조성물에 포함되는 SiO2 는 유리의 주성분으로 규사 또는 규석을 통하여 얻을 수 있다. SiO2 가 60중량% 미만으로 첨가되면 유리의 기본 구조가 이루어지지 않을 수 있고, 70중량%를 초과하게 되면 유리 용융이 어려워지고 유리의 기본적 특성이 열화될 수 있다.
상기 구성성분 B2O3는 유리의 저팽창성, 화학적 내구성, 내열성을 안정화시키는 역할을 하며, 붕산(H3BO3)을 통하여 얻을 수 있다. 따라서, B2O3의 첨가량이 15 내지 25중량%를 벗어나는 경우 유리의 안정성, 내구성 및 내열성이 열화될 수 있다.
상기 구성성분 Na2O는 소다회를 통하여 얻을 수 있으며, 유리의 용융을 쉽게 하고 용융유리의 기포를 제거하거나 균질화를 돕기 위해 사용되는데, 유리 기판의 표면에 나트륨 이온(Na+) 형태로 존재하여 유리가 알칼리성을 띄게 하고, 후속의 화학강화 공정에서 이온교환 작용을 일으키는 주요 원소로서 작용한다. 따라서, Na2O가 0.1중량% 미만으로 첨가될 경우, 후속 공정에서 본 발명에 따른 화학강화 공정이 정상적으로 수행되지 않을 수 있고, 5중량%를 초과하게 될 경우 유리의 용융이 너무 쉽게 되어 충격강도 저하의 원인이 될 수 있다.
상기 구성성분 CaO는 석회석을 통하여 얻을 수 있으며, 용융유리 내의 화학적 성질을 안정화시키는 역할을 한다. CaO가 0.1중량% 미만으로 첨가될 경우 화학적 안정화가 충분히 이루어지지 않아 유리의 특성이 저하될 수 있고, 1.0중량%를 초과할 경우 안정화에 사용되고 잔류하는 석회석에 의하여 유리의 충격강도가 저하되는 문제를 야기할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 유리 기판용 조성물은 염기성 산화물로 Al2O3 및 Li2O이 포함할 수 있고, BaO 산화제 및 미량의 FeO를 포함할 수 있다.
본 발명의 상기 유리 기판용 조성물은 태양전지 모듈의 커버 유리 기판 제조에 이용될 수 있으며, 바람직하게는 박막형 태양전지 모듈의 커버 유리 기판, 더욱 바람직하게는 건물일체형 박막 태양전지 모듈의 커버 유리 기판 제조에 이용될 수 있다. 이때, 박막 형태의 유리 기판 두께는 박막형 태양전지 모듈의 적용 목적 및 형태에 따라 달라질 수 있으며, 0.2 내지 2.0mm인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하 게는 0.4 내지 1.5mm이나, 이에 제한되지 않는다.
또 다른 양태로서, 본 발명은 (a) SiO2, B2O3, Al2O3, Li2O, Na2O, CaO, BaO 및 FeO 원료를 용융시켜 용융유리를 형성하는 단계; (b) 상기 용융유리를 무늬가 있는 두 개의 롤러 사이를 통과시키면서 0.2 내지 2.0mm의 두께의 저철분 무늬 유리 기판으로 형성하는 단계; (c) 상기 저철분 무늬 유리 기판을 410 내지 460℃의 질산칼륨(KNO3) 용액에 3 내지 5시간 동안 침지시켜, 상기 저철분 무늬 유리 기판 표면의 나트륨 이온(Na+)과 상기 질산칼륨(KNO3) 용액의 칼륨 이온(K+)이 서로 치환되도록 하는 이온교환 공정을 수행하는 단계; 및 (d) 상기 저철분 무늬 유리 기판을 서냉 공정, 고압세척 공정 및 건조 공정을 수행하여 화학강화 처리가 완료된 저철분 무늬 유리 기판을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 박막형 태양전지 모듈 커버용 유리 기판의 화학강화 처리 방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 박막형 태양전지 모듈 커버용 유리 기판의 화학강화 처리 방법을 단계별로 설명한다.
상기 단계 (a)는 상기 본 발명의 박막형 태양전지 모듈의 커버 유리 기판용 조성물인 SiO2, B2O3, Al2O3, Li2O, Na2O, CaO, BaO 및 FeO 원료를 용융시켜 용융유리를 형성하는 단계이다.
이때, 상기 조성물의 용융은 당업계에 공지된 통상적인 유리 용융 방법으로 수행할 수 있으며, 바람직하게는 1200~ 1300℃ 온도에서 용융시킬 수 있다.
상기 단계 (b)는 상기 단계 (a)에서 형성된 용융유리를 무늬가 있는 두 개의 롤러 사이를 통과시키면서 박막 형태의 저철분 무늬 유리 기판으로 형성하는 단계이다.
상기 박막 형태의 저철분 무늬 유리 기판 성형 방법은 바람직하게는 롤 아웃(Roll-out) 방식으로 유리 기판 두께가 0.2 내지 2.0mm가 되도록 성형시키고, 기판의 양면을 특수 표면처리한 저철분 무늬 유리 카스미(일면 안개무늬) 또는 세미 샌드(Semi Sand)와 유사한 형상을 갖는 매트 매트 피니쉬드(Matt Matt Finished, MM) 방식으로 형성하거나, 한 면은 격자무늬, 다른 한 면은 특수 표면처리한 무늬유리 미스트 라이트와 유사한 형상을 갖는 프리매스틱 매트 피니쉬드(Prismatic Matt Finished, PM)) 방식으로 형성할 수 있다.
상기 단계 (c)는 상기 단계 (b)에서 성형된 박막 형태의 저철분 무늬 유리 기판을 질산칼륨(KNO3) 용액에 침지시켜, 상기 저철분 무늬 유리 기판 표면의 나트륨 이온(Na+)과 상기 질산칼륨(KNO3) 용액의 칼륨 이온(K+)이 서로 치환되도록 하는 이온교환 공정을 수행하는 단계이다.
상기 공정은 구체적으로 단계 (b)에서 얻어진 저철분 무늬 유리 기판을 400℃에서 40분간 예열 처리한 후 410 내지 460℃의 질산칼륨(KNO3) 용액에 3 내지 5시 간 동안 침지시키는 것이 바람직하며, 이러한 과정을 통해 저철분 무늬 유리 기판 표면에 존재하는 나트륨 이온(Na+)과 질산칼륨(KNO3) 용액 내에 존재하는 칼륨 이온(K+)이 서로 치환되는 이온교환반응이 진행되게 된다(도 2 및 도 3 참조). 이때, 410℃ 미만에서는 이온 교환 공정이 활성화 되지 않을 수 있으며, 460℃이상인 경우 이온 교환 속도가 둔화될 수 있다. 또한, 이와 마찬가지로 침지 시간이 3시간 미만일 경우 이온 교환 과정이 충분히 수행되지 않고, 5시간을 초과하는 경우 이온 교환이 과도하게 수행되어 오히려 충격강도가 낮아질 수 있다. 이와 같은 과정을 통해서 성형되는 저철분 무늬 유리 기판은 표면에 16 ~ 60㎛의 압축응력층이 형성되고, 이러한 압축응력층에 의해 유리 기판의 충격강도가 향상되게 된다.
상기 단계 (d)는 상기 단계 (c)에서 이온교환 공정을 거친 저철분 무늬 유리 기판을 서냉 공정, 고압세척 공정 및 건조 공정을 수행함으로써 최종적으로 화학강화 처리가 완료된 박막 형태의 저철분 무늬 유리 기판을 형성하는 단계이다.
이때, 상기 서냉 공정은 2 ~ 7℃/분의 속도로 200 내지 260℃ 까지 냉각시키고, 상기 고압세척 공정은 600 ~ 800MPa의 압력하에서 세척하며, 상기 건조 공정은 40 ~ 50㎡/분의 송풍으로 수행하는 것이 바람직하다.
상기 화학강화 처리가 완료된 박막 형태의 저철분 무늬 유리 기판의 두께는 0.2 내지 2.0mm, 바람직하게는 0.4 내지 1.5mm이다. 또한, 상기 화학강화 처리가 완료된 박막 형태의 저철분 무늬 유리 기판은 90%이상, 바람직하게는 90 내지 99.9%의 태양광 투과율을 가질 수 있다. 상기 박막 형태의 저철분 무늬 유리 기판은 200 내지 260℃의 내열성을 가지고, 35 내지 75kg/㎠, 바람직하게는 40 내지 55kg/㎠의 충격강도를 가지도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 유리 기판의 화학강화 처리 방법은 유리 기판 조성물 내에 각 성분을 적정 비율로 포함하고, 이온교환 반응을 통해 화학강화처리함으로써, 종래의 열강화 처리 유리기판보다 투과율 및 내열성을 향상시키고, 강도를 월등히 증진시킴으로써, 박막 형태의 유리 기판 제조를 가능하게 한다. 종래의 유리기판 강화방식인 열강화 방식은 온도가 600 내지 700℃ 이상에서 이루어지므로, 태양광 전지 모듈의 커버 유리 기판 두께가 3.2mm 이하가 되면 열강화 후 유리 기판의 형태가 변형되었으나, 본 발명의 상기 화학강화 처리 방식은 유리 기판의 두께가 3.2mm 이하, 특히 박막 형태인 0.2 내지 2.0mm일 때에도 유리 기판의 형태 변형 없이 안정적으로 강화 처리가 가능한 특징을 갖는다. 또한, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 모듈의 커버 유리 기판용 조성물은 화학강화를 위한 최적의 조성물을 제공함으로써, 종래의 열강화 유리 기판 내열성 온도(170 ~ 190℃)보다 더 높은 온도, 즉, 200 내지 260℃의 온도에 대해 내열성을 갖는 저철분 무늬 유리 기판을 제조할 수 있도록 하였으며, 제조된 유리 기판의 충격강도는 일반 유리의 9배 내지 15배로 파괴 압력은 800MPa까지 견딜 수 있게 하였다.
또 다른 양태로서, 본 발명은 박막형 태양전지 모듈 커버용 유리 기판의 화 학강화 처리 방법에 의해 형성된 유리 기판을 포함하는 건물일체형 태양전지에 관한 것이다.
본 발명에 따른 박막형 태양전지 모듈의 커버 유리 기판용 조성물은 화학강화를 가능하게 함으로써, 일정 충격 강도를 가지면서도 기판의 두께를 감소시켜 박막 형태의 유리 기판 제조가 가능하게 하였다. 이러한 화학강화 처리방법에 의해 형성된 박막 형태의 저철분 무늬 유리 기판은 태양광 투과율 및 내열성이 향상될 뿐만 아니라, 종래의 열강화 처리 제품과 동일 수준 또는 그 이상의 충격 강도를 가지므로, 외부 충격으로부터 모듈에 손상이 발생되지 않도록 할 수 있는 장점을 가진다. 그러므로, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 모듈의 커버 유리 기판용 조성물을 이용하여 제조된 커버 유리 기판을 포함시켜 태양전지를 제조할 경우, 태양광 발전 모듈당 생산전력을 극대화시킬 수 있으며, 유리 기판 두께 및 무게 감소를 통한 제조원가 절감 및 태양광 발전 모듈의 설치비용을 감소시키면서도 높은 충격강도를 통해 태양전지 모듈을 보호할 수 있게 된다.
이와 같은, 본 발명에 따른 태양전지는, 박막형 태양전지 모듈의 하부를 지지하는 백시트(Back Sheet)가 구비되고, 백시트 상부에 제 1 완충 시트 및 태양광 발전을 수행하는 셀이 순차적으로 형성될 수 있다.
다음에는, 셀 상부에 제 2 완충 시트가 형성되고, 제 2 완충시트 상부에 본 발명에 따른 박막형 태양전지 모듈 커버용 유리 기판이 형성될 수 있다.
그 다음에는, 백시트, 제 1 완충시트, 셀, 제 2 완충시트 및 박막형 태양전 지 모듈 커버용 유리 기판을 고정시키는 알루미늄 프레임이 모듈의 둘레를 감싸는 형태로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 상기 태양전지는 건물일체형 태양광 발전시스템(BIPV, Building Integrated Photovoltaic System)을 적용하여 건물일체형으로 제작되는 것이 바람직한데, 태양전지를 건물에 적용하는 방법으로는 건축물의 지붕에 설치하거나, 벽에 설치할 수 있다.
본 발명에 따른 박막형 태양전지 모듈의 커버 유리 기판용 조성물은 얇은 두께의 저철분 무늬 유리 기판으로 성형되고 화학강화 처리됨으로써, 2.0mm 이하의 유리 기판 두께를 가지면서도 높은 충격강도를 유지할 뿐만 아니라, 내열성 및 태양광 투과율이 향상된 유리 기판 제조를 가능하게 한다.
또한, 본 발명에 따른 화학강화 처리방법에 의해 제조된 박막 형태의 유리 기판은 충격강도, 내열성 및 투과율이 향상됨으로써, 태양광 발전 모듈을 보호하고 발전 효율을 높일 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 모듈의 커버 유리 기판용 조성물을 적용한 태양전지는 단위 면적당 발생시키는 전력 생산량을 극대화시킬 수 있고, 커버 유리 기판의 두께 및 무게를 감소시킴으로써, 생산 제조 원가 감소 및 태양광 전지를 설치하는 비용을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되지는 않는다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
본 실시예에서는 본 발명에 따른 박막형 태양전지 모듈의 커버 유리 기판용 조성물을 이용하여 제조한 커버 유리 기판을 형성하되, 화학강화를 적용하고, 각 두께별 상부 충격강도 및 발전효율을 측정하여 그 특성을 비교하는 것으로 한다.
여기서, 태양전지를 구성하는 모듈은 셀 54장으로 구성하였으며, 각 3개의 태양광 전지에 대한 특성을 조사하여 평균값을 나타내었다.
발전효율은 태양전지에 박막형 태양전지 모듈 커버용 유리 기판을 설치한 후와 설치하기 전의 발전전환율 차이를 백분율(%)로 환산하여 측정하였다.
충격강도 실험은 610*610mm의 면적을 갖는 커버용 유리 기판에 1,040그램(g)의 철볼(Ball)을 낙하시켜 실험하였으며, 낙하거리를 1,000mm 지점으로 하여 측정하였다. 즉, 각 유리 기판의 두께별 1,000kg·㎝/㎠으로 충격을 가했을 경우 파괴 되지 않고 견디는 정도를 측정한 것이며, KS CIES 61215 10-15항, 10-16항을 기준 충격강도로 하여 실험을 진행하였다.
실시예1
내지
실시예4
실시예1은 본 발명에 따른 조성물, 구체적으로 SiO2 66중량%, B2O3 22중량%, Al2O3 6중량%, Li2O 1중량%, Na2O 2.8중량%, CaO 0.5중량%, BaO 1.69중량% 및 FeO 0.01중량%로 이루어진 박막형 태양전지 모듈의 커버 유리 기판용 조성물을 이용하고, 화학강화 처리를 적용한 커버 유리 기판을 적용하였으며, 그 두께는 0.5mm로 하였다.
구체적으로, 상기 조성을 갖는 유리 기판용 조성물을 용융시키고, 상기 용융유리를 무늬가 있는 두 개의 롤러 사이를 통과시키면서 0.5mm의 두께의 저철분 무늬 유리 기판으로 형성시켰다. 상기에서 성형된 저철분 무늬 유리 기판을 430℃의 질산칼륨(KNO3) 용액에 4시간 동안 침지시켜, 상기 저철분 무늬 유리 기판 표면의 나트륨 이온(Na+)과 상기 질산칼륨(KNO3) 용액의 칼륨 이온(K+)이 서로 치환되도록 하는 이온교환 공정을 수행하였다. 이후, 상기 저철분 무늬 유리 기판을 4℃/분의 속도로 200℃ 까지 냉각시키고, 700MPa의 압력하에서 세척한 후, 45㎡/분의 송풍으로 건조하여 화학강화 처리가 완료된 박막 형태의 저철분 무늬 유리 기판을 제조하였다.
다음으로, 실시예2 내지 실시예4는 실시예1과 동일한 조성을 갖는 조성물을 이용하고 두께를 달리하여 실시예2는 1.0mm, 실시예3은 2.0mm, 실시예4는 3.0mm의 커버 유리 기판을 각각 제조하였으며, 이들의 충격강도 및 발전효율을 측정하였다.
비교예1
내지
비교예4
비교예1 내지 비교예4는 열강화 처리를 적용한 커버용 유리기판을 적용한 것을 제외하고, 모든 다른 조건은 실시예1 내지 실시예4와 각각 동일하게 적용하였다.
상기 실험 결과를 종합해 보면 하기 표 1과 같이 나타난다.
| 두께(mm) | 발전효율(%) | 충격강도(Kg/㎠) | |
| 실시예1 | 0.5 | 94.53 | 45.12 |
| 실시예2 | 1.0 | 94.14 | 46.50 |
| 실시예3 | 2.0 | 93.95 | 49.55 |
| 실시예4 | 3.0 | 93.58 | 49.75 |
| 비교예1 | 0.5 | 형태변형, 실험불가 | |
| 비교예2 | 1.0 | 형태변형, 실험불가 | |
| 비교예3 | 2.0 | 형태변형, 실험불가 | |
| 비교예4 | 3.0 | 93.20 | 35.13 |
표 1에서 보듯이, 본 발명의 화학강화 처리방법에 의해 제조된 유리 기판은 박막 형태, 즉, 0.5mm 내지 2.0mm의 얇은 두께를 가지면서도 높은 충격 강도를 가지는 것으로 나타났다. 이에 비해, 열강화 처리방법에 의해 제조된 유리 기판은 3.0mm 이하의 두께로 제조될 때, 기판의 형태변형이 일어나 유리 기판 제조가 불가능한 것을 확인하였다.
또한, 형태변형되지 않은 비교예4(열강화, 종래기술)와 실시예4(화학강화, 본 발명의 기술)의 발전효율을 비교하여 보면, 실시예4의 유리 기판이 비교예4의 유리 기판에 비해 발전효율이 0.38% 향상된 것을 볼 수 있다. 일반적으로 0.1%의 발전효율은 3,800W/MW/일의 향상을 나타내므로, 이는 일/3.8시간/메가와트(MW) 기준으로 환산할 경우 14,440와트(W) 만큼 전력생산량이 증가된 것을 뜻하므로, 전력효율이 향상되었음을 알 수 있다.
또한, 실시예1과 다른 두께를 갖는 실시예2 내지 실시예4의 유리 기판 또한 비교예4의 유리 기판에 비해, 발전효율 및 충격 강도가 높은 것으로 나타났다.
이와 같이, 본 발명에 따른 박막형 태양전지 모듈 커버용 유리 기판의 투과율은 91 내지 99.9% 범위인 것을 확인할 수 있었다.
또한, 본 발명에 따른 유리 기판 중 가장 얇은 실시예1의 경우까지도 충격강도가 45.12Kg/㎠로 나타나고 있어, 보다 안정적인 태양전지 보호가 가능함을 확인하였다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 저철분 무늬 유리 조성물 및 화학강화 방법을 이용하여 박막형 태양전지 모듈 커버용 유리 기판을 제조할 경우, 열강화 방식을 사용한 종래의 경우보다 유리 기판의 두께를 최대 94%까지 감소시킬 수 있으므로, 생산 원가 및 설치비용을 감소시킬 수 있다. 또한, 유리 기판의 투과율 향상에 따른 발전효율의 증가를 통해 전력 생산 효율을 증진시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라 박막형 태양전지 모듈의 커버 유리 기판용 조성물을 이용하여 유리 기판을 제조하고 화학강화 처리하여 제조된 박막 형태의 유리 기판을 포함하는 건물일체형 태양전지를 도시한 것이다.
도 2는 나트륨 이온(Na+, 120)이 용융되어 있는 유리 기판(100)을 칼륨 이온(K+, 130)을 포함하는 질산칼륨(KNO3) 용액에 담근 형태를 나타낸 것이다.
도 3은 질산칼륨(KNO3) 용액 내의 칼륨 이온(K+, 130)이 유리 기판(100) 내의 나트륨 이온(Na+, 120)과 치환되면서, 질산칼륨(KNO3) 용액 내에는 치환된 나트륨 이온(125)이 형성되고, 유리 기판(100) 내에는 치환된 칼륨 이온(135)이 형성되는 과정을 도시한 것이다.
Claims (9)
- SiO2 60 내지 70중량%, B2O3 15 내지 25중량%, Al2O3 3 내지 8중량%, Li2O 0.1 내지 2중량%, Na2O 0.1 내지 5중량%, CaO 0.1 내지 1.0중량%, BaO 0.3 내지 3.0중량% 및 FeO 0.001 내지 0.02중량%로 포함하는 박막형 태양전지 모듈의 커버 유리 기판용 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 각 구성성분은 SiO2 64 내지 66중량%, B2O3 20 내지 22중량%, Al2O3 4 내지 6중량%, Li2O 0.5 내지 1중량%, Na2O 0.1 내지 3.5중량%, CaO 0.3 내지 0.8중량%, BaO 0.5 내지 2.0중량% 및 FeO 0.001 내지 0.015중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는, 박막형 태양전지 모듈의 커버 유리 기판용 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 박막형 태양전지 모듈의 커버 유리 기판의 두께는 0.2 내지 2.0mm인 것을 특징으로 하는, 박막형 태양전지 모듈의 커버 유리 기판용 조성물.
- (a) SiO2, B2O3, Al2O3, Li2O, Na2O, CaO, BaO 및 FeO 원료를 용융시켜 용융유리를 형성하는 단계;(b) 상기 용융유리를 무늬가 있는 두 개의 롤러 사이를 통과시키면서 0.2 내지 2.0mm의 두께의 저철분 무늬 유리 기판으로 형성하는 단계;(c) 상기 저철분 무늬 유리 기판을 410 내지 460℃의 질산칼륨(KNO3) 용액에 3 내지 5시간 동안 침지시켜, 상기 저철분 무늬 유리 기판 표면의 나트륨 이온(Na+)과 상기 질산칼륨(KNO3) 용액의 칼륨 이온(K+)이 서로 치환되도록 하는 이온교환 공정을 수행하는 단계; 및(d) 상기 저철분 무늬 유리 기판을 서냉 공정, 고압세척 공정 및 건조 공정을 수행하여 화학강화 처리가 완료된 저철분 무늬 유리 기판을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 박막형 태양전지 모듈 커버용 유리 기판의 화학강화 처리 방법.
- 제4항에 있어서,상기 단계 (d)의 서냉 공정은 2 ~ 7℃/분의 속도로 200 내지 260℃ 까지 냉각시키는 것을 특징으로 하는, 박막형 태양전지 모듈 커버용 유리 기판의 화학강화 처리 방법.
- 제4항에 있어서,상기 단계 (d)의 고압세척 공정은 600 ~ 800 MPa의 압력하에서 세척하는 것을 특징으로 하는, 박막형 태양전지 모듈 커버용 유리 기판의 화학강화 처리 방법.
- 제4항에 있어서,상기 단계 (d)의 건조 공정은 40 ~ 50㎡/분의 송풍으로 수행하는 것을 특징으로 하는, 박막형 태양전지 모듈 커버용 유리 기판의 화학강화 처리 방법.
- 제4항에 있어서,상기 화학강화 처리가 완료된 저철분 무늬 유리 기판은 90 내지 99.9%의 태양광 투과율, 200 내지 260℃의 내열성 및 35 내지 75kg/㎠의 충격강도를 가지도록 하는 것을 특징으로 하는, 박막형 태양전지 모듈 커버용 유리 기판의 화학강화 처리 방법.
- 제4항의 박막형 태양전지 모듈 커버용 유리 기판의 화학강화 처리 방법에 의해 형성된 유리 기판을 포함하는 건물일체형 태양전지.
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|---|---|---|---|---|
| KR101338659B1 (ko) * | 2011-11-29 | 2013-12-06 | 엘지이노텍 주식회사 | 태양전지 및 이의 제조방법 |
| KR101538053B1 (ko) * | 2013-12-20 | 2015-07-21 | 국방과학연구소 | 보로실리케이트 유리의 강화방법 및 이에 의해 강화된 보로실리케이트 유리 |
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