KR20110078970A - 구조 개선된 글래스가 장착된 태양전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 구조 개선된 글래스가 장착된 태양전지 모듈에 관한 것이다. 본 발명은 태양전지 셀(100)의 전면 일부에 형성된 버스바(110) 및 리본(120)이 형성되고, 상기 버스바(110) 및 리본(120)을 포함하여 태양전지 셀(100)의 전면에는 EVA(130)가 형성된다. 상기 EVA(130) 위에는 태양 빛을 인가받는 글래스(150)가 형성된다. 상기 글래스(150)는, 상기 버스바(110) 및 리본(120)의 상부에만 반호 형상부(170)가 일치되게 형성되고, 상기 반호 형상부(170)의 중심부분에는 요철 패턴부(180)가 형성된다. 상기 요철 패턴부(180)에는 복수 개의 피라미드 형상이 형성되어 있다. 그래서, 글래스(150) 상부에서 빛이 입사되면, 반호 형상부(170)가 미 형성된 영역은 직접 태양전지 셀(100)의 내부로 입사되며, 반호 형상부(170)가 형성된 영역 중에서 요철 패턴부(180)가 미 형성된 영역은 입사된 빛이 한 번의 굴절에 의해 태양전지 셀(100)의 내부로 입사되며, 요철 패턴부(180)가 형성된 영역에서는 상기 리본(120) 표면 및 글래스(150) 표면과의 적어도 2번 이상의 반사를 통해 상기 태양전지 셀(100)로 입사된다. 그와 같은 본 발명에 따르면, 입사되는 빛의 손실을 최소화할 수 있어, 태양전지 모듈의 효율이 향상되는 이점이 있다.
태양전지 셀, 태양전지 모듈, 글래스, 요철, 피라미드, 반사
Description
본 발명은 태양전지용 글래스(Glass)에 관한 것으로, 특히 태양전지의 전면에 입사되는 빛이 태양전지 기판 내부로 보다 많이 흡수될 수 있도록 구조 개선된 글래스가 장착된 태양전지 모듈에 관한 것이다.
최근 환경문제와 에너지 고갈에 대한 관심이 높아지면서, 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없으며 에너지 효율이 높은 대체 에너지로서 태양전지에 대한 관심이 높아지고 있다.
상기 태양전지는 광 기전력 현상을 응용하여 태양의 빛 에너지를 전기적 에너지로 바꾸는 에너지 변환소자로서, 태양전지의 구조에 따라 그 효율은 상이하다. 이에 상기 태양전지는 태양 광을 최대한 많이 흡수하는 것이 최대 관건이라 할 수 있다. 이를 위해 다양한 구조의 태양전지가 개발되고 있고, 태양전지의 전면 구조와 관련하여서도 태양 빛의 흡수 효율을 조금이라고 더 높이기 위한 연구가 계속 개발되고 있다.
한편, 상기 태양전지는 최소 단위인 셀(Cell) 1개로부터 나오는 전압은 매우 작고, 외부 환경에 쉽게 영향을 받는다. 그러기 때문에 셀을 패키지(pakage)하여 태양전지 모듈(Module)을 제조하고 있다. 실질적으로 전기 에너지를 얻기 위해서 현장에서는 이러한 태양전지 모듈이 사용되고, 발전용량에 따라 상기 태양전지모듈의 사이즈는 가변적으로 설계된다.
상기 태양전지 모듈에는 전면에 글래스가 장착된다. 상기 태양광은 글래스를 통과하여 태양전지에 입사된다.
그런데, 상기 태양전지 모듈의 전면에 가장 많이 사용되는 글래스가 평탄하면, 입사광의 약 8% 정도의 빛이 1차로 글래스 표면에 의하여 반사되어 손실이 발생한다.
또한 태양전지 셀의 표면에 형성된 버스바도 평탄하면 상기 글래스를 통과하여 2차로 태양전지 모듈내로 들어온 빛이 상기 버스바에서 반사되어 손실이 발생한다.
그렇기 때문에, 태양전지 모듈에서도 태양 빛의 흡수율 향상을 위하여 글래스에 별도의 렌즈를 형성하거나, 버스바에 특정 패턴을 형성하는 것이 제안된 바 있다.
먼저, 글래스에 렌즈를 형성한 경우이다. 상기 렌즈는 마이크로 렌즈로서, 보통 상기 글래스의 전체 면적에서 대략 60% 이상 차지하고, 마이크로 렌즈의 개수는 최소 160개/㎠ 이 형성된 구조가 제안된 바 있다.
이렇게 하면, 빛이 수직이 아닌 각도로 입사되었을 때 글래스 표면에서 반사되는 빛을 굴절시켜, 빛의 반사를 최소화하고 있다.
다음, 버스바위에 메탈 포밍(metal forming) 기술을 이용하여 V-자형의 홈을 형성한 구조이다. 이는 버스바 상부로 입사된 빛이 버스바에 의하여 흡수 및 반사되어 모듈 밖으로 빠져나가는 것을 방지하기 위한 것이다.
상기 버스바에 패턴을 형성하면, 버스바에 90%로 입사된 후 전반사되어 손실되었던 빛을 패턴을 이용하여 반사각을 바꿔서 반사시킴으로써, 글래스에서 2차로 다시 반사시켜 모듈 내부로 흡수되도록 하는 것이다.
이렇게 하면, 버스바에 패턴이 미 형성된 경우보다 약 2% 정도의 태양전지모듈의 효율이 상승되는 것을 확인할 수 있었다.
하지만, 상기한 기술들은 다음과 같은 문제점이 있다.
상기 글래스에 마이크로 렌즈를 형성한 경우에는 상기 글래스에 형성된 마이크로 렌즈에 의해 굴절된 빛이 버스바 표면의 상부나 버스바 측면부로도 입사될 수 있어 재반사 혹은 흡수될 수 있어 광 손실이 초래될 수 있다.
그리고 상기 버스바 위에 패턴을 형성한 경우에는 태양전지모듈의 제조공정의 태빙(tabbing) 및 스트링(String) 시에 잘못된 접합이나 공정상 리본 표면에 손상이 발생하면, 버스바 리본으로 입사된 빛이 반사되어 태양전지 기판 내부로 흡수되는 태양 빛의 양이 줄어들 수 있다.
따라서 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 버스바 리본의 형상은 그대로 유지하면서, 버스바 리본의 상부쪽으로 입사된 빛을 태양전지 내부로 굴절시키도록 하여 흡수율을 향상시키도록 하는 태양전지용 글래스를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 개선된 태양전지용 글래스가 장착된 태양전지모듈을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 태양전지 셀: 상기 태양전지 셀의 전면 일부에 형성된 버스바 및 리본: 상기 버스바 및 리본을 포함하여 태양전지 셀의 전면에 형성된 보호시트: 그리고 상기 보호시트상에 형성된 글래스를 포함하고, 상기 글래스는, 상기 버스바 및 리본의 상부에만 반호 형상부가 일치되게 형성되고, 상기 반호 형상의 중심부분에는 요철 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 요철 패턴은 피라미드 패턴이다.
상기 반호 형상부에서 요철패턴이 미 형성된 영역에 빛이 입사되면, 상기 입사된 빛은 굴절되어 상기 태양전지 셀로 바로 입사된다.
상기 반호 형상부에서 요철패턴이 형성된 영역에 빛이 입사되면, 상기 입사된 빛은 상기 리본 표면 및 글래스 표면과의 적어도 2번 이상의 반사를 통해 상기 태양전지 셀로 입사된다.
본 발명에서는, 태양전지 모듈용 글래스의 표면에 반호 형상으로 오목하게 형성하고 그 반호 형상의 중심부분에는 요철패턴(즉, 피라미드 모양)을 형성하고 있다.
그렇게 하면, 글래스로 입사된 빛 중에서 글래스의 평탄한 표면에 입사된 빛은 태양전지 셀로 직접 입사되고, 반호 형상으로 입사된 빛 중에서 요철패턴이 형성되지 않은 영역으로 입사된 빛은 1회 굴절되어 태양전지 셀로 입사되고, 요철패턴이 형성된 영역으로 입사된 빛은 리본 표면과 글래스 표면과의 반사동작을 통해 태양전지 셀로 입사되게 된다.
따라서, 태양전지 모듈용 글래스로 입사된 빛의 대부분을 태양전지 셀로 입사되도록 유도하고 있어, 태양전지 셀 내부에서의 전자-정공을 생성할 수 있는 확률이 증대되어, 태양전지의 효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
이하 본 발명에 의한 구조 개선된 글래스가 장착된 태양전지 모듈의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
본 실시 예는 태양전지모듈의 글래스에 특정 패턴을 형성하여 버스바/리본의 상부로 입사되는 빛을 태양전지 셀의 내부로 굴절되게 하여 빛의 흡수율을 향상시키는 것이다.
도 1에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태양전지용 글래스의 구조를 보인 단면도가 도시되어 있다.
도 1을 보면, 태양전지 셀(100)이 구비된다.
그리고 상기 태양전지 셀(100)의 전면 일부에는 입사된 태양빛에 의해 생성된 소수 캐리어를 전극으로 이송시키는 기능을 수행하는 버스바(110)가 형성되고, 상기 버스바(110) 상면에는 상기 태양전지 셀(100)들을 연결하기 위한 리본(ribbon)(120)이 형성된다.
상기 버스바(110)/리본(120)이 형성된 상기 태양전지 셀(100)의 상면 및 태양전지 셀(100)의 하면에는 외부로부터 이물질이나 수분 등이 침입하는 것을 방지하기 위하여 보호시트로서 EVA(Ethylene Vinyl Acetate)(130)(140)가 형성된다. 상기 태양전지 셀(100)의 상면에 있는 EVA를 도면부호 '130'으로 도시하고, 하면에 있는 EVA는 도면부호 '140'으로 도시한다.
상기 상면측 EVA(130) 위에는 글래스(150)가 형성되고, 하면측 EVA(140)의 밑에는 후면시트(Back Sheet)(160)가 형성된다.
상기 글래스(150)에는 표면에서 오목하게 반호 형상부(170)가 형성된다. 상기 반호 형상부(170)는 상기 버스바(110)/리본(120)이 형성된 영역과 일치되게 형성된다.
상기 반호 형상부(170)의 중심부분에는 요철 패턴부(180)가 형성된다. 상기 요철 패턴부(180)은 복수 개의 피라미드 패턴이 형성된 것을 말한다. 상기 피라미드 패턴은 상기 반호 형상부(170)의 표면을 따라 형성된다. 실시 예에서는 5개의 피라미드 패턴이 형성된다.
상기 피라미드 패턴은, 빛이 입사되면 그 입사된 빛의 입사각의 각도를 변경하기 위한 것이다. 즉 상기 피라미드를 이루는 빗면에 빛이 입사되었을 때, 입사된 빛은 리본(120) 및 글래스(150)의 표면에서 2번 이상의 반사과정을 통해 태양전지 셀(100)의 내부로 향하도록 굴절시킨다.
상기 글래스(150)의 패턴 형성은 일반적인 글래스의 제조 공정중에서 유리를 가열연마하는 템퍼링(Tempering) 공정시에 형성하는 것이 좋다.
도 2에는 도 1의 태양전지용 글래스에서 빛이 입사될 때, 입사되는 빛의 진행방향을 도시하고 있는 상태도이다.
외부에서 빛이 입사될 때, 상기 반호 이외의 영역(A)으로 입사된 빛은 글래스(150) 및 EVA(130)를 거쳐 바로 태양전지 셀(100)의 내부로 입사된다. 도면에서는 실선으로 표시하고 있다. 상기 입사된 빛에 의해 상기 태양전지 셀(100)의 내부에서 전자-정공 쌍이 생성된다.
다음은 상기 반호 형상부(170)가 형성된 영역(B)으로 빛이 입사된 경우이다.
이 경우는 상기 반호 형상부(170)에서 상기 요철 패턴부(180)가 미 형성된 비 요철패턴영역(B')과 상기 요철 패턴부(180)가 형성된 요철패턴영역(B")으로 구분될 수 있다.
먼저, 태양 빛이 비 요철패턴영역(B')으로 입사된 경우이다.
상기 영역에서는 반호 형상부(170)의 중심보다는 굴절각이 크기 때문에 입사된 빛의 대부분은 상기 반호 형상부(170)의 면에서 굴절되어 상기 태양전지 셀(100)의 내부로 향하게 된다. 입사된 빛은 점선으로 표시하고 있다.
다음은 태양 빛이 상기 요철패턴영역(B")으로 입사된 경우이다.
상기 영역은 상기 반호 형상부(170)의 중심부분에 있기 때문에 상기 입사되는 빛을 굴절시킬 수 있는 각도가 낮고 입사각이 거의 90°에 가깝다.
그러나, 상기 반호 형상부(170)에 요철인 피라미드 패턴이 형성되어 있기 때문에, 상기 피라미드의 빗면에 도달한 빛은 피라미드의 형성 위치 및 빛이 빗면에 도달할 때의 입사각 등에 의하여 리본(120) 상면에서 반사가 일어나서 글래스(150) 측으로 반사되고, 상기 글래스(150) 측에 도달한 빛은 다시 반사되어 상기 태양전지 셀(100) 내부로 향하게 된다. 이 상태는 도면에서 일점쇄선 및 이점쇄선으로 표시하고 있다.
이처럼, 입사된 빛의 대부분이 상기 태양전지 셀(100) 내부로 입사됨을 알 수 있다.
즉 본 실시 예는 글래스(150)에 반호 형상부(170)를 형성하고, 그 반호 형상부(170)의 중심 부분에는 피라미드의 형상이 형성된 요철 패턴부(180)을 형성하고 있다. 상기 요철 패턴부(180)은 입사되는 빛의 굴절각을 변화시켜 2번 이상의 반사 과정을 통해 태양전지 셀(100)의 내부로 입사되게 굴절시키고 있다.
이상과 같이 본 발명의 도시된 실시 예를 참고하여 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것들에 불과하며, 본 발명의 속하는 기술분야의 통상 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지 및 범위에 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 타 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적인 사상에 의해 정해져야 할 것이 다.
즉 본 실시 예에서는 요철 패턴부에 피라미드 형상을 형성하고 있지만, 피라미드 형상 이외에도 입사되는 빛의 대부분을 태양전지 셀(100)의 내부로 굴절시킬 수 있는 다른 구조도 본 발명에 적용 가능하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태양전지용 글래스의 구조를 보인 단면도
도 2는 도 1의 태양전지용 글래스에서 빛이 입사될 때, 입사되는 빛의 진행방향을 도시하고 있는 상태도
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 태양전지 셀 110 : 버스바
120 : 리본 130, 140 : EVA
150 : 글래스(Glass) 160 : 후면시트
170 : 반호 형상부 180 : 요철 패턴부
Claims (4)
- 태양전지 셀:상기 태양전지 셀의 전면 일부에 형성된 버스바 및 리본:상기 버스바 및 리본을 포함하여 태양전지 셀의 전면에 형성된 보호시트: 그리고상기 보호시트상에 형성된 글래스를 포함하고,상기 글래스는, 상기 버스바 및 리본의 상부에만 반호 형상부가 일치되게 형성되고, 상기 반호 형상부의 중심부분에는 요철 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구조 개선된 글래스가 장착된 태양전지 모듈.
- 제 1항에 있어서,상기 요철 패턴은 피라미드 패턴인 것을 특징으로 하는 구조 개선된 글래스가 장착된 태양전지 모듈.
- 제 1항에 있어서,상기 반호 형상부에서 요철패턴이 미 형성된 영역에 빛이 입사되면, 상기 입사된 빛은 굴절되어 상기 태양전지 셀로 바로 입사되는 것을 특징으로 하는 구조 개선된 글래스가 장착된 태양전지 모듈.
- 제 1항에 있어서,상기 반호 형상부에서 요철패턴이 형성된 영역에 빛이 입사되면, 상기 입사된 빛은 상기 리본 표면 및 글래스 표면과의 적어도 2번 이상의 반사를 통해 상기 태양전지 셀로 입사되는 것을 특징으로 하는 구조 개선된 글래스가 장착된 태양전지 모듈.
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