KR20110095926A - 광기전 패널의 전면용 기재, 광기전 패널, 및 광기전 패널의 전면용 기재의 용도 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 특히 카드뮴 기반의 흡수성 광기전 재료를 함유하는 광기전 패널(1)에 관한 것으로서, 상기 패널은 투명한 전극 코팅(100)을 포함하는 전면 기재(10), 특히 투명한 유리 기재를 포함하고, 기재 반대편 금속 기능층(40) 위에 배치한 반사방지 코팅(60)은 그 전체 두께에 걸쳐 혼성 아연 주석 산화물 기반의 단일 반사방지층(66)을 포함하는 것을 특징으로 하거나, 기재 반대편 금속 기능층(40) 위에 배치한 반사방지 코팅(60)은, 한편으로는 기능층(40)에 더 가깝고, 그 전체 두께에 걸쳐 혼성 아연 주석 산화물 기반인 반사방지층(62) 및 다른 한편으로는 기능층(40)으로부터 더 멀고, 그 전체 두께에 걸쳐 혼성 아연 주석 산화물 기반이 아닌 반사방지층(65)을 포함하는 적어도 2개의 반사방지층(62,65)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 광기전 패널(photovoltaic panel)의 전면 기재, 특히 투명한 유리 기재에 관한 것이다.
광기전 패널에서, 입사 방사선의 효과하에서 전기 에너지를 생산하는 광기전 재료를 함유하는 광기전 시스템은 배면(rear side) 기재와 전면(front side) 기재 사이에 배치하는데, 이러한 전면 기재는 입사 방사선이 광기전 재료에 도달하기 전에 통과하는 첫 번째 기재이다.
광기전 패널에서, 전면 기재는 통상적으로 입사 방사선의 메인 도달 방향이 위로부터인 점을 고려할 때 아래에 배치된 광기전 재료와 전기적으로 접촉하는 투명한 전극 코팅을 광기전 재료와 대면하는 메인 표면 아래에 포함한다.
따라서, 이러한 전면 전극 코팅은 예를 들어 광기전 패널의 네거티브 단자를 구성한다.
명백하게도, 광기전 패널은 배면 기재의 방향으로 전극 코팅을 또한 포함하여 광기전 패널의 포지티브 단자를 구성하지만, 일반적으로 배면 기재의 전극 코팅은 투명하지 않다.
본 발명의 맥락에서, "광기전 패널"은 태양 방사선의 전환을 통해 전극들 사이에서 전류를 발생하는 임의의 세트의 구성요소를 의미하고, 이러한 조립체의 치수와 관계없이 그리고 생성된 전압 및 전류와 관계없이, 특히 이러한 세트의 구성요소는 하나(또는 그 이상)의 내부 전기 연결부(직렬 및/또는 병렬)를 구비하거나 구비하지 않는다. 그러므로 본 발명의 맥락에서 "광기전 패널"의 개념은 본원에서 "광기전 모듈" 또는 심지어 "광전지"의 개념과 동등하다.
전면 기재의 투명한 전극 코팅용으로 통상적으로 사용한 재료는 예를 들어 인듐 주석 산화물(ITO) 기반, 또는 알루미늄 도핑된 아연 산화물(ZnO:Al) 혹은 붕소 도핑된 아연 산화물(ZnO:B) 기반, 또는 심지어 불소 도핑된 주석 산화물(SnO2:F) 기반의 재료와 같은 일반적으로 투명한 전도성 산화물(TCO) 기반의 재료이다.
이러한 재료는 예를 들어 화학 기상 증착법("CVD"), 임의로 플라스마-강화 화학 기상 증착법("PECVD"), 예를 들어 임의로 자기장에 의해 강화된 캐소드 스퍼터링(즉, 마그네트론 스퍼터링)에 의한 진공 증착법을 통해 화학적으로 증착한다.
그러나 원하는 전기 전도 또는 오히려 원하는 낮은 저항을 얻기 위하여, TCO-기반 재료로 제조된 전극 코팅은 상대적으로 두꺼운 물리적 두께, 대략 500㎚ 내지 1,000㎚ 및 심지어 때로는 그 이상으로 증착해야 하는데, 이는 이러한 두께의 층으로 증착하는 경우 이러한 재료의 비용을 고려하면 비용이 많이 든다.
증착 방법이 열 입력을 필요로 하는 경우, 이는 생산 비용을 더욱 증가시킨다.
TCO-기반 재료로 제조된 전극 코팅의 또 다른 주요한 결점은 선택된 재료의 경우 그 물리적 두께는 항상 최종적으로 얻은 전기 전도와 최종적으로 얻은 투명성 간의 절충안이라는 사실에 있는데, 물리적 두께가 두꺼울수록 전도성은 높아지지만 투명성은 낮아지고, 반대로 물리적 두께가 얇을수록 투명성은 커지지만 전도성은 낮아지기 때문이다.
그러므로 TCO-기반 재료로 제조된 전극 코팅을 사용하면 전극 코팅의 전도성 및 투명성을 독립적으로 최적화할 수 없다.
선행기술은 카드뮴 기반의 흡수성 광기전 재료를 함유하는 광전지에 관한 미국특허 US 6 169 246을 포함하는데, 상기 광전지는 투명한 전도성 산화물 TCO로 이루어진 투명한 전극 코팅을 메인 표면상에 포함하는 투명한 유리 전면 기재를 포함한다.
이 문헌에 따르면, TCO 전극 코팅 아래와 광기전 재료 위에 아연 주석산염의 버퍼층을 삽입하며, 상기 층은 TCO 전극 코팅의 일부 또는 광기전 재료의 일부가 아니다. 이러한 층은 또한 이러한 재료를 혼입한 타깃이 상대적으로 비전도성이기 때문에 마그네트론 스퍼터링 기법으로 증착하는 것이 매우 어렵다는 결점이 있다. 이러한 타입의 절연 타깃을 마그네트론 "코터(coater)"에 사용하면 스퍼터링 동안 수많은 전기 아크를 발생시켜, 증착된 층에 수많은 결함을 야기한다.
선행기술은 국제특허출원번호 WO 01/43204의 광기전 패널을 제조하기 위한 방법을 포함하는데, 이 방법에서 투명한 전극 코팅은 TCO-기반 재료로 제조하는 것이 아니라 전면 기재의 메인 면상에 증착된 얇은 층들의 스택으로 이루어지고, 이러한 코팅은 특히 은 기반의 적어도 하나의 금속 기능층 및 적어도 2개의 반사방지 코팅을 포함하고, 상기 반사방지 코팅 각각은 적어도 하나의 반사방지층을 포함하고, 상기 기능층은 2개의 반사방지 코팅 사이에 배치한다.
이 방법은 위로부터 패널로 들어오는 입사광의 방향을 고려하는 경우 금속 기능층 아래와 광기전 재료 위에 증착하는, 산화물 또는 질화물의 적어도 하나의 높은 굴절층을 제공한다는 특징이 있다.
문헌은 예시적인 실시양태를 기술하는데, 예시적인 실시양태에서 금속 기능층의 양면상의 2개의 반사방지 코팅인, 기재를 향해 금속 기능층 아래에 배치한 반사방지 코팅 및 기재 반대편 금속 기능층 위에 배치한 반사방지 코팅 각각은 높은 굴절 재료, 이 경우 아연 산화물(ZnO) 또는 규소 질화물(Si3N4)로 제조된 적어도 하나의 층을 포함한다.
그러나 이러한 해결책은 특히 카드뮴-기반 광기전 코팅을 위한 경우처럼 고온으로 실시하는 광기전 코팅을 증착하기 위한 방법에 대하여 더욱 개선할 수 있다.
따라서 광기전 패널의 전면 기재를 위한 본 발명은 특히 선택한 광기전 재료를 응용을 위하여 열처리할 필요가 있는 경우 선택한 광기전 재료에 따라 원하는 광기전 패널 효율을 얻기 위하여 전면 전극 코팅의 광학 경로에 대한 특정 조건을 정의하는 것으로 이루어진다. (본 발명의 맥락에서 "열처리"는 적어도 400℃의 온도에서 적어도 1분 동안 처리하는 것을 의미한다).
따라서 제1 접근법에서, 본 발명은 특히 카드뮴 기반의 흡수성 광기전 재료를 함유하는 광기전 패널에 관한 것으로서, 상기 패널은 특히 은 기반의 적어도 하나의 금속 기능층 및 적어도 2개의 반사방지 코팅을 포함하는 얇은 층들의 스택으로 이루어진 투명한 전극 코팅을 메인 표면상에 포함하는 전면 기재, 특히 투명한 유리 기재를 포함하고, 상기 반사방지 코팅 각각은 적어도 하나의 반사방지층을 포함하고, 상기 기능층은 2개의 반사방지 코팅 사이에 배치하고, 기재 반대편 금속 기능층 위에 배치한 상기 반사방지 코팅은 그 전체 두께에 걸쳐 혼성 아연 주석 산화물 기반의 단일 반사방지층을 포함하고, 혼성 아연 주석 산화물 기반의 이 반사방지층은 금속 기능층 아래에 배치한 반사방지 코팅의 광학 두께의 1.5배 내지 4.5배, 심지어 1.5배 내지 3배, 바람직하게는 1.8배 내지 2.8배의 광학 두께를 갖는다.
따라서 제2 접근법에서, 본 발명은 특히 카드뮴 기반의 흡수성 광기전 재료를 함유하는 광기전 패널에 관한 것으로서, 상기 패널은 특히 은 기반의 적어도 하나의 금속 기능층 및 적어도 2개의 반사방지 코팅을 포함하는 얇은 층들의 스택으로 이루어진 투명한 전극 코팅을 메인 표면상에 포함하는 전면 기재, 특히 투명한 유리 기재를 포함하고, 상기 반사방지 코팅 각각은 적어도 하나의 반사방지층을 포함하고, 상기 기능층은 2개의 반사방지 코팅 사이에 배치하고, 기재 반대편 금속 기능층 위에 배치한 반사방지 코팅은, 한편으로는 기능층에 더 가깝고, 그 전체 두께에 걸쳐 혼성 아연 주석 산화물 기반인 반사방지층 및 다른 한편으로는 기능층으로부터 더 멀고, 그 전체 두께에 걸쳐 혼성 아연 주석 산화물 기반이 아닌 반사방지층을 포함하는 적어도 2개의 반사방지층을 포함하고, 상기 반사방지층(들)은 그 전체 두께에 걸쳐 혼성 아연 주석 산화물 기반이고, 혼성 아연 주석 산화물 기반의 이 반사방지층은 금속 기능층 아래에 배치한 반사방지 코팅의 광학 두께의 0.1배 내지 6배, 또는 심지어 0.2배 내지 4배, 특히 0.25배 내지 2.5배의 광학 두께를 갖는다.
이 제2 접근법의 경우, 그 전체 두께에 걸쳐 혼성 아연 주석 산화물 기반이 아닌(즉, Zn과 Sn 둘 다를 함께 포함하지 않는) 상기 반사방지층은 바람직하게는 그 전체 두께에 걸쳐 아연 산화물 기반이다. 따라서 이 층은 아연 산화물 및 Sn 외의 원소를 포함할 수도 있거나 주석 산화물 및 Zn 외의 원소를 포함할 수도 있다.
또한, 이 제2 접근법의 경우, 그 전체 두께에 걸쳐 혼성 아연 주석 산화물 기반인 상기 반사방지층(들)은 기재로부터 가장 먼 반사방지 코팅의 광학 두께의 2% 내지 50%를 나타내는 총 광학 두께 및 특히 기재로부터 가장 먼 반사방지 코팅의 광학 두께의 3% 내지 30%, 특히 3.8% 내지 16.9%를 나타내는 광학 두께를 갖는다.
그러나 이 제2 접근법에서, 그 전체 두께에 걸쳐 혼성 아연 주석 산화물 기반인 상기 반사방지층(들)은 기재로부터 가장 먼 반사방지 코팅의 광학 두께의 50% 내지 95%를 나타내는 총 광학 두께 및 특히 기재로부터 가장 먼 반사방지 코팅의 광학 두께의 70% 내지 90%를 나타내는 광학 두께를 갖는 것이 또한 가능하다.
따라서, 두 가지 접근법은 그 전체 두께에 걸쳐 혼성 아연 주석 산화물 기반의 특정 층인, 기능층의 상부(overlying) 코팅에 이용하기 위한 한 가지 해결책을 제안한다.
사실, 이 층은 높은 강화 열처리(stressing heat treatment)에 잘 견디는, 특정 투명 전극 코팅을 형성하는 얇은 층들의 스택을 만드는 특별한 능력이 있다는 점이 관찰되었다.
그러나 그 전체 두께에 걸쳐 혼성 아연 주석 산화물 기반의 이 특정 층의 두께는 이 층이 (기능층과 광기전 재료 사이의) 단지 기능층 상부의 반사방지 코팅의 층인지 여부 또는 이 층이 기능층 상부의 반사방지 코팅 내 또 다른 재료의 또 다른 층을 동반하는지 여부에 따라 동일한 방식으로 규정하지 않는데, 이는 두 가지 접근법을 설명한다.
그 전체 두께에 걸쳐 혼성 아연 주석 산화물 기반의 이 반사방지층은 바람직하게는 2×10-4Ω.㎝ 내지 105Ω.㎝, 또는 심지어 0.1 내지 103Ω.㎝의 저항률 ρ를 갖는다.
본 발명의 맥락에서 "코팅"은 단일 층 또는 상이한 재료의 복수의 층이 코팅에 존재할 수도 있음을 의미한다.
본 발명의 맥락에서 "반사방지층"은 그 본질의 관점으로부터 재료가 "비-금속성"인, 즉 재료가 금속이 아님을 의미한다. 본 발명의 맥락에서, 이러한 용어는 전도체의 저항률(일반적으로 ρ＜10-3Ω.㎝), 절연체의 저항률(일반적으로 ρ＞109Ω.㎝), 또는 반도체의 저항률(일반적으로 2개의 이전 값 사이)일 수도 있는 재료의 저항률을 제한하려는 의도는 아니다.
금속 기능층의 양면상의 코팅의 목적은 이 금속 기능층이 "반사방지성"이도록 하는 데 있다. 이로 인해 코팅은 "반사방지 코팅"으로 불린다.
사실, 기능층이 심지어 얇은 물리적 두께(약 10㎚)로 전극 코팅에 대하여 원하는 전도성을 자체적으로 얻는 역할을 하는 경우, 기능층은 광의 통과를 강력하게 저지할 것이다.
이러한 반사방지 시스템의 부재 시 (반사방지 시스템은 광기전 패널의 제조에 관계가 있기 때문에, 가시 범위와 근 적외선 범위에서) 광 투과는 매우 미약하고, 광 반사는 매우 강하다.
본 발명의 맥락에서 "광학 경로"란 표현은 특정 의미를 갖고, 제조된 간섭 필터의 금속 기능층 하부와 상부의 다양한 반사방지 코팅의 다양한 광학 두께의 합을 나타내는 데 이용한다. 코팅의 광학 두께는 단일 층만이 코팅에 존재하는 경우에는 재료의 물리적 두께와 지수의 곱과 동일하거나, 복수의 층이 존재하는 경우에는 각 층의 재료의 물리적 두께와 지수의 곱들의 합과 동일하다(본 명세서에 나타낸 모든 지수(또는 굴절률)는 일반적으로 550㎚의 파장에서 측정한다)는 점을 상기할 수도 있다.
본 발명에 따른 광학 경로는 절대적인 표현으로는 금속 기능층의 물리적 두께의 함수이지만, 실제로는 원하는 컨덕턴스를 얻는 역할을 하는 금속 기능층의 물리적 두께 범위에서 광학 경로가 변하지 않는 경우도 있다. 따라서, 본 발명에 따른 해결책은 예를 들어 은 기반의 기능층이 단일층이고, 5㎚ 내지 20㎚의 물리적 두께를 갖는 경우 적합하다.
더욱이, 바람직하게는 금속 기능층 위에 배치한 상기 반사방지 코팅은 광기전 재료의 최대 흡수 파장 λm의 0.4배 내지 0.6배의 광학 두께를 갖고, 바람직하게는 금속 기능층 위에 배치한 상기 반사방지 코팅은 광기전 재료의 흡수 스펙트럼과 태양 스펙트럼의 곱의 최대 파장 λM의 0.4배 내지 0.6배의 광학 두께를 갖는다.
더욱이, 바람직하게는 금속 기능층 위에 배치한 상기 반사방지 코팅은 광기전 재료의 최대 흡수 파장 λm의 0.075배 내지 0.175배의 광학 두께를 갖고, 바람직하게는 금속 기능층 아래에 배치한 상기 반사방지 코팅은 광기전 재료의 흡수 스펙트럼과 태양 스펙트럼의 곱의 최대 파장 λM의 0.075배 내지 0.175배의 광학 두께를 갖는다.
따라서, 본 발명에 따르면, 바람직하게는 광기전 패널의 최상의 효율을 얻기 위하여 최적의 광학 경로는 광기전 재료의 최대 흡수 파장 λm에 따라 정의하거나, 광기전 재료의 흡수 스펙트럼과 태양 스펙트럼의 곱의 최대 파장 λM에 따라 정의한다.
본원에서 참조하는 태양 스펙트럼은 ASTM 표준에서 정의한 AM 1.5 태양 스펙트럼이다.
뜻밖에도, 본 발명에 따른 단층(monolayer) 기능성 얇은 층들의 스택을 구비한 전극 코팅의 광학 경로는 개선된 광기전 패널 효율뿐만 아니라 패널의 동작 동안 발생하는 응력에 대한 개선된 내성을 얻는 역할을 한다.
본 발명에 따른 투명한 전극을 구성하는 얇은 층들의 스택은 일반적으로 진공 기법, 예컨대 캐소드 스퍼터링, 임의로 마그네트론 스퍼터링으로 생성되는 일련의 증착물로 얻는다.
본 발명의 맥락에서 층 또는 (하나 이상의 층을 포함하는) 코팅을 또 다른 층 또는 코팅 바로 아래 또는 바로 위에 증착한다고 기재하는 경우, 이는 이러한 2개의 층 또는 코팅 사이에는 층을 삽입하지 않음을 의미한다.
특정 대안에서, 기재는 전극 코팅 아래에 기재의 굴절률에 근접한 낮은 굴절률 n15를 갖는 베이스 반사방지층을 포함하고, 상기 베이스 반사방지층은 바람직하게는 규소 이산화물 기반 또는 알루미늄 산화물 기반 또는 둘 다의 혼합물 기반이다.
또한, 유전체인 이 층은 확산, 특히 기재로부터 발생하는 나트륨의 확산에 대한 화학적 장벽층을 구성할 수도 있어, 특히 선택적인 열처리, 특히 템퍼링(tempering) 동안 전극 코팅 및 더욱 특별하게는 금속 기능층을 보호한다.
본 발명의 맥락에서 유전체층은 전하(전류)의 이동에 참여하지 않는 층이거나, 이 층이 전하의 이동에 참여하는 효과는 전극 코팅의 다른 층들이 참여하는 효과에 비해 없는 것으로 간주할 수 있다.
더욱이, 이 베이스 반사방지층은 바람직하게는 10㎚ 내지 300㎚ 또는 25㎚ 내지 200㎚ 및 심지어 더욱 바람직하게는 35㎚ 내지 120㎚의 물리적 두께를 갖는다.
금속 기능층은 바람직하게는 결정질인 얇은 유전체층(이는 위에 증착된 금속층의 적절한 결정 배향을 촉진하기 때문에, 이 경우 "습윤층(wetting layer)"으로서 간주함)상에 바람직하게는 결정질 형태로 증착한다.
이 금속 기능층은 은, 구리 또는 금 기반일 수도 있고, 임의로 이러한 원소 중 적어도 또 다른 것으로 도핑할 수도 있다.
도핑은 통상적으로 층의 금속 원소의 10 몰% 미만의 양으로 원소가 존재하는 것으로서 이해하고, 본 명세서에서 "기반"이라는 표현은 보통은 재료를 주로 함유하는, 즉 이러한 재료의 적어도 50 몰%를 함유하는 층을 의미하고, 따라서 "기반"이란 표현은 도핑을 포함한다.
전극 코팅을 제공하는 얇은 층들의 스택은 바람직하게는 단일 기능층을 구비하고 있는 기능성 단층 코팅이고, 기능성 다층일 수는 없다.
따라서, 기능층은 바람직하게는 산화물 기반, 특히 임의로 알루미늄으로 임의로 도핑된 아연 산화물 기반의 습윤층 위 또는 바로 위에 증착한다.
습윤층의 물리적(또는 실제) 두께는 바람직하게는 2㎚ 내지 30㎚, 심지어 더욱 바람직하게는 3㎚ 내지 20㎚이다.
이 습윤층은 유전체이고, 바람직하게는 0.5Ω.㎝＜ρ＜200Ω.㎝ 또는 50Ω.㎝＜ρ＜200Ω.㎝의 (층의 Ω/□와 두께의 곱으로 정의하는) 저항률 ρ를 갖는 재료이다.
더욱이, 기능층은 적어도 하나의 하부(underlying) 블록킹 코팅 바로 위 및/또는 적어도 하나의 상부(overlying) 블록킹 코팅 바로 아래에 배치할 수도 있다.
적어도 하나의 블록킹 코팅은 Ni 또는 Ti 기반일 수도 있거나, Ni-기반 합금 기반, 특히 NiCr 합금 기반이다.
특정 대안에서, 기재를 향한 금속 기능층 아래의 코팅은 혼성 산화물 기반, 특히 혼성 아연 주석 산화물 또는 혼성 인듐 주석 산화물(ITO) 기반의 층을 포함한다.
또한, 기재를 향한 금속 기능층 아래의 코팅 및/또는 금속 기능층 위의 코팅은 예를 들어 알루미늄 또는 지르코늄으로 임의로 도핑된, 예를 들어 규소 질화물 기반의 층과 같은, 특히 2 이상의 매우 높은 굴절률을 갖는 층을 포함할 수도 있다.
또 다른 특정 대안에서, 금속 기능층 아래에서 기재를 향한 코팅 및/또는 금속 기능층 위의 코팅은 예를 들어 티타늄 이산화물 기반의 층과 같은, 특히 2.35 이상의 매우 높은 굴절률을 갖는 층을 포함한다.
특정 대안에서, 상기 전극 코팅은 건축 글레이징(architectural glazing)을 위한 스택, 특히 건축 글레이징을 위한 "템퍼링가능한(temperable)" 스택 또는 "템퍼링할(to be tempered)" 그러한 스택, 특히 저-방사율 스택, 특히 "템퍼링가능한" 저-방사율 스택 또는 "템퍼링할" 그러한 스택으로 이루어지고, 얇은 층들의 이러한 스택은 본 발명의 특징이 있다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 광기전 패널을 위한, 얇은 층들의 스택으로 코팅한 기재, 특히 본 발명의 특징이 있는 건축 글레이징을 위한 기재, 특히 건축 글레이징을 위한 "템퍼링가능한" 스택 또는 "템퍼링할" 그러한 스택, 특히 본 발명의 특징이 있는 저-방사율 스택, 특히 "템퍼링가능한" 저-방사율 스택 또는 "템퍼링할" 그러한 스택에 관한 것이다.
이 기재는 본 발명에 따른 광기전 패널의 제조를 위한 전면 기재 반대편의 전극 코팅 위에 광기전 재료 기반의 코팅을 또한 포함한다.
그러나 광기전 재료가 열처리를 통해 증착된 카드뮴 텔루라이드 기반인 경우 본 발명에 따른 전극 코팅이 템퍼링가능한 얇은 층들의 스택이더라도, 이 스택을 구비하는 기재는 열처리 온도 때문에 이러한 열처리가 템퍼링 열처리와 유사한 경우에는 이러한 열처리 후 템퍼링하지 않는다.
따라서, 본 발명에 따른 전면 기재의 바람직한 구조는 기재/(선택적인 베이스 반사방지층)/본 발명에 따른 전극 코팅/광기전 재료의 타입이거나, 심지어 기재/(선택적인 베이스 반사방지층)/본 발명에 따른 전극 코팅/광기전 재료/전극 코팅의 타입이다.
그러므로 본 발명은 또한 본 발명의 특징이 있고, 열처리하는 얇은 층들의 스택으로 코팅한 건축 글레이징을 위한 이러한 기재에 관한 것이고, 또한 본 발명의 특징이 있고, 열처리하는 얇은 층들의 스택으로 코팅한 건축 글레이징을 위한 이러한 기재는 특히 그 내용이 본원에 포함되는 국제특허출원번호 WO 2008/096089로부터 알려진 타입의 기재이다.
본 발명에 따른 얇은 층들의 스택의 타입은 "저-방사율" 및/또는 "태양광 제어" 타입의 강화된 단열 글레이징을 얻기 위한 빌딩 또는 차량용 글레이징의 분야에 알려져 있다.
따라서, 본 발명자들은 저-방사율 글레이징에 사용한 스택과 같은 특정 스택은 특히 광기전 패널을 위한 전극 코팅을 제조하는 데 사용하기 적합하였고, 특히 "템퍼링가능한" 스택 또는 "템퍼링할" 스택의 명칭으로 알려진 스택은 스택을 구비하는 기재를 템퍼링 열처리할 것임을 예상하는 경우 사용하는 스택인 점을 이해한다.
따라서, 본 발명은 또한 본 발명에 따른 광기전 패널의 전면 기재를 제조하는, 본 발명의 특징이 있는 건축 글레이징을 위한 얇은 층들의 스택, 특히 "템퍼링가능한" 또는 "템퍼링할" 이러한 타입의 스택, 특히 "템퍼링가능한" 또는 "템퍼링할" 특히 저-방사율 스택의 용도에 관한 것이고, 또한 본 발명에 따른 광기전 패널의 전면 기재를 제조하기 위한 얇은 층들의 스택으로 코팅한 기재의 용도에 관한 것이다.
전극 코팅을 포함하는 이러한 스택 또는 이러한 기재는 건축 글레이징을 위한 스택 또는 기재, 특히 건축 글레이징을 위한 기재, 특히 건축 글레이징을 위한 "템퍼링가능한" 스택 또는 "템퍼링할" 스택, 특히 저-방사율 스택, 특히 "템퍼링가능한" 저-방사율 스택 또는 "템퍼링할" 그러한 스택일 수도 있다.
따라서, 본 발명은 열처리한 얇은 층들의 이러한 스택의 용도에 관한 것이고, 또한 본 발명의 특징이 있고, 국제특허출원번호 WO 2008/096089로부터 알려진 타입의 표면 열처리한 건축 글레이징을 위한 얇은 층들의 스택의 용도에 관한 것이다.
본 발명의 맥락에서 "템퍼링가능한" 기재는 열처리 동안 (방사율과 직접적으로 연관되는 Ω/□로 표현한) 본질적인 광학 특성 및 열 전달 특성이 유지됨을 의미한다.
따라서, 동일한 빌딩 파사드(facade)상에, 동일한 스택으로 모두 코팅한 예를 들어 통합형 템퍼링 기재 및 비-템퍼링 기재에 서로 근접한 글레이징 패널을 배치할 수 있지만, 반사중인 색 및/또는 광 반사/투과의 단순한 시각적 관찰로는 그 차이를 구별할 수 없다.
예를 들어, 열처리 전/후 다음의 변화가 있는 스택 또는 스택으로 코팅한 기재는 이러한 변화를 육안으로 지각할 수 없기 때문에 템퍼링가능한 것으로서 고려할 것이다.
- 3% 또는 심지어 2% 미만인 (가시 범위에서) 광 투과의 적은 변화 △TL; 및/또는
- 3% 또는 심지어 2% 미만인 (가시 범위에서) 광 반사의 적은 변화 △RL; 및/또는
- 3 또는 심지어 2 미만인 (랩 시스템에서) 색의 적은 변화 
.
본 발명의 맥락에서 "템퍼링가능한" 기재는 코팅된 기재의 광학 특성과 열 전달 특성은 열처리 후 허용할 수 있는 반면, 광학 특성과 열 전달 특성은 이전에는 허용할 수 없거나, 임의의 경우에는 광학 특성과 열 전달 특성 모두 허용할 수 없다는 점을 의미한다.
예를 들어, 열처리 후 다음의 특징이 있는 스택 또는 스택으로 코팅한 기재는 본 발명의 맥락에서 템퍼링할 것으로서 고려하는 반면, 열처리 전에는 이러한 특징 중 적어도 하나를 충족시키지 않았다.
- 적어도 65%, 또는 심지어 70%, 또는 심지어 적어도 75%의 (가시 범위에서) 높은 광 투과 TL; 및/또는
- 10% 미만, 또는 심지어 8% 미만, 또는 심지어 5%인 (가시 범위에서 1-TL-RL로 정의한) 낮은 광 흡수; 및/또는
- 적어도 통상적으로 사용한 전도성 산화물의 Ω/□만큼 양호하고, 특히 20Ω/□ 미만, 심지어 15Ω/□ 미만, 또는 10Ω/□ 이하인 Ω/□ R□.
따라서, 전극 코팅은 투명해야 한다. 그러므로 기재상에 장착한 전극 코팅은 300㎚ 내지 1200㎚에서 적어도 65%, 또는 심지어 75%, 바람직하게는 심지어 85%, 또는 심지어 더욱 특별하게는 적어도 90%의 평균 광 투과를 가져야 한다.
얇은 층들의 증착 후 전면 기재를 광기전 패널에 설치하기 전 또는 광기전 재료의 적용 동안 전면 기재를 열처리하는 경우, 이러한 열처리 전에는, 전극 코팅으로서 작용하는 스택으로 코팅한 기재는 상대적으로 투명하지 않다는 점이 충분히 가능하다. 이러한 열처리 전에는, 기재는 예를 들어 가시 범위에서 65% 미만, 또는 심지어 50% 미만의 광 투과를 가질 수도 있다.
열처리는 전극 코팅을 구비하는 기재의 템퍼링 대신 또는 템퍼링에 추가로 적용할 수도 있거나, 광기전 패널의 제조 공정의 결과일 수도 있다.
따라서, 광선과 전기 에너지 간의 에너지 전환을 수행하는 광기전 코팅이 카드뮴 기반인 광기전 패널의 제조의 환경에서, 광기전 패널의 제조 공정은 400℃ 내지 700℃의 온도 범위에서 고온 증착 단계를 필요로 한다. 투명한 전면 전극을 형성하는 스택상의 광기전 코팅의 증착 동안 인가된 이러한 열은 이러한 광기전 코팅의 물리적 화학적 변형을 야기할 수 있고, 또한 전극 코팅에서 특정 층들의 결정 구조의 변경을 야기할 수 있다. 또한, 이러한 열처리는 일반적으로 더 오랫동안 지속하고/거나 더 높은 온도에서 수행하기 때문에 템퍼링 열처리보다 더욱 강화(stressing)이다.
그러므로 전극 코팅은 열처리 전에는 투명하고, 열처리 후에는 300㎚ 내지 1200㎚(가시 범위)에서 적어도 65%, 또는 심지어 75%, 바람직하게는 심지어 85% 또는 심지어 더욱 특별하게는 적어도 90%의 평균 광 투과를 갖는 것이 중요하다.
또한, 본 발명의 맥락에서 스택은 절대적인 표현으로는 가능한 최상의 광 투과를 갖는 것이 아니라, 본 발명에 따른 광기전 패널 및 그 제조 방법의 환경에서 가능한 최상의 광 투과를 갖는다.
전극 코팅의 모든 층은 바람직하게는 진공 증착 기법으로 증착하지만, 스택의 제1 층(들)을 또 다른 기법, 예를 들어 열분해 타입의 열분해 기법 또는 임의로 진공하에서 임의로 플라스마 강화된 CVD로 증착하는 것을 고려할 수 없는 것은 아니다.
유리하게도, 얇은 층들의 스택을 구비한 본 발명에 따른 전극 코팅은 또한 TCO 전극 코팅보다 훨씬 높은 기계적 강도를 갖는다. 따라서, 광기전 패널의 유효 수명이 증가할 수 있다.
유리하게도, 얇은 층들의 스택을 구비한 본 발명에 따른 전극 코팅은 또한 적어도 통상적으로 사용한 TCO 전도성 산화물의 전기 저항만큼 양호한 전기 저항을 갖는다. 본 발명에 따른 전극의 Ω/□인 R□은 1 내지 20 Ω/□, 또는 심지어 2 내지 15 Ω/□, 예를 들어 약 5 내지 8 Ω/□이다.
유리하게도, 얇은 층들의 스택을 구비한 본 발명에 따른 전극 코팅은 또한 적어도 통상적으로 사용한 TCO 전도성 산화물의 광 투과만큼 양호한 광 투과를 가시 범위에서 갖는다. 본 발명에 따른 전극 코팅의 가시 범위에서의 광 투과는 50% 내지 98%, 또는 심지어 65% 내지 95%, 예를 들어 약 70% 내지 90%이다.
본 발명의 상세한 내용과 유용한 특성은 첨부한 도면으로 예시한 이하의 비제한적인 실시예로부터 분명해질 것이다.
도 1은 투명한 전도성 산화물 전극 코팅과 혼성 아연 주석 산화물의 접촉 반사방지층으로 코팅한 전면 기재를 구비한 선행기술의 광기전 패널을 도시한다.
도 2는 단층 기능성 얇은 층들과 혼성 아연 주석 산화물 기반의 반사방지층의 스택으로 이루어진 전극 코팅으로 코팅한 전면 기재를 구비한 본 발명에 따른 광기전 패널을 도시한다.
도 3은 세 가지 광기전 재료의 양자 효율 곡선을 도시한다.
도 4는 이러한 세 가지 광기전 재료의 흡수 스펙트럼과 태양 스펙트럼의 곱에 대응하는 실제 효율 곡선을 도시한다.
도 5 내지 7은 실시예 4, 5 및 9의 TOF-SIMS 분석 곡선을 각각 도시한다.
도 2는 단층 기능성 얇은 층들과 혼성 아연 주석 산화물 기반의 반사방지층의 스택으로 이루어진 전극 코팅으로 코팅한 전면 기재를 구비한 본 발명에 따른 광기전 패널을 도시한다.
도 3은 세 가지 광기전 재료의 양자 효율 곡선을 도시한다.
도 4는 이러한 세 가지 광기전 재료의 흡수 스펙트럼과 태양 스펙트럼의 곱에 대응하는 실제 효율 곡선을 도시한다.
도 5 내지 7은 실시예 4, 5 및 9의 TOF-SIMS 분석 곡선을 각각 도시한다.
도 1 및 2에서, 다양한 코팅, 층 및 재료의 두께들 간의 비율은 이들을 더 쉽게 판독하기 위하여 엄격하게 반영하지 않는다.
도 5 내지 7에서, 그래프를 더 쉽게 판독하기 위하여 분석한 모든 요소를 예시하지는 않는다.
도 1은 메인 표면상에 투명한 전극 코팅(100')을 포함하는 전면 기재(10'), 흡수성 광기전 코팅(200) 및 메인 표면상에 전극 코팅(300)을 포함하는 배면 기재(310)를 포함하는 광기전 패널(1')을 도시하는데, 광기전 코팅(200)은 2개의 전극 코팅(100',300) 사이에 배치하고, 상기 투명한 전극 코팅(100')은 TCO로 제조된, 전류를 전도하는 층(110)으로 이루어진다.
도면에 도시하지 않은 수지의 층은 일반적으로 전극 코팅(300)과 기재(310) 사이에 삽입한다는 점을 알아야 한다.
전면 기재(10')는, 전면 기재(10')가 입사 방사선(R)이 광기전 재료(200)에 도달하기 전에 통과하는 첫 번째 기재가 되는 방식으로 광기전 패널에 배치한다.
혼성 아연 주석 산화물 기반이고, 일반적으로 아연 주석산염 Zn2SnO4로 제조된 접촉 반사방지층(116)은 투명한 전극 코팅(100')과 광기전 코팅(200) 사이에 삽입한다.
도 2는 메인 표면상에 얇은 층들의 스택으로 이루어진, 전류를 전도하는 투명한 전극 코팅(100), 즉 TCC(투명 전도성 코팅)를 포함하는 전면 기재(10)를 제외하고는 도 1의 광기전 패널과 동일한 광기전 패널(1)을 도시한다.
따라서, 광기전 패널(1)은 입사 방사선(R)의 방향을 따라, 메인 표면상에 투명한 전극 코팅(100)을 포함하는 전면 기재(10), 이어서 흡수성 광기전 코팅(200), 배면 기재(310)가 지지하는 전극 코팅(300)을 포함하는데, 상기 광기전 코팅(200)은 2개의 전극 코팅(100,300) 사이에 배치한다.
도면에 도시하지 않은 수지의 층은 일반적으로 전극 코팅(300)과 기재(310) 사이에 삽입한다는 점을 알아야 한다.
따라서, 전면 기재(10)는 메인 표면상에 투명한 전극 코팅(100)을 포함하지만, 도 1과는 다르게 이 전극 코팅(100)은 은 기반의 금속 기능층(40) 및 적어도 2개의 반사방지 코팅(20,60)을 포함하는 얇은 층들의 스택으로 이루어지고, 상기 코팅 각각은 적어도 하나의 얇은 반사방지층(22,24,26;62,65,66)을 포함하고, 상기 기능층(40)은 (도 2에 도시한 것과 비교해 수평으로 기재를 회전함으로써) 기재를 향해 기능층 아래에 위치한 하부(underlying) 반사방지 코팅(20)으로 불리는 하나와, 기재 반대편 방향에서 기능층 위에 위치한 상부(overlying) 반사방지 코팅(60)으로 불리는 다른 하나인, 2개의 반사방지 코팅 사이에 배치한다.
도 2에서 투명한 전극 코팅(100)을 구성하는 얇은 층들의 스택은 빌딩용 건축 글레이징의 분야에 적용하기 위한 시장에서 발견할 수도 있는, 저-방사율 기재, 임의로 템퍼링가능하거나 템퍼링할 기능성 단층과 같은 타입의 스택 구조이다.
예시한 전면 전극 코팅의 구조에 기초한 두 가지 시리즈의 실시예를 준비하였다.
- 도 1의 실시예 1 내지 3의 경우; 및
- 도 2의 실시예 4 내지 10의 경우.
또한, 이하의 모든 실시예에서 얇은 층들의 스택은 3㎜의 두께를 갖는 투명한 소다 석회 유리의 기재(10,10')상에 증착하였다.
도 1에 따른 실시예의 전극 코팅(100')은 전도성 알루미늄-도핑된 아연 산화물 기반이다.
도 2에 따른 실시예의 전극 코팅(100)을 구성하는 각 스택은 은 기반의 단일 기능층(40)을 포함하는 얇은 층들의 스택으로 이루어진다.
모든 실시예에서, 광기전 재료(200)는 카드뮴 텔루라이드 기반이다. 이 재료는 전극 코팅(100)의 증착 후 전면 기재(10)상에 증착한다. 카드뮴 텔루라이드 기반의 광기전 재료(200)의 적용은 상대적으로 높은 온도, 적어도 400℃, 일반적으로는 약 500℃ 내지 600℃에서 수행한다.
발명자들은, 이러한 열처리는 심지어 통상의 템퍼링 온도(550℃ 내지 600℃)에 근접한 높은 온도에서 수행할 때에도 템퍼링 열처리와 유사한 열처리는 템퍼링 열처리를 구성하지는 않고, 기재(10)가 미리 템퍼링 열처리된 이 온도에서 이러한 열처리를 수행하는 경우 카드뮴 텔루라이드 기반의 광기전 재료(200)의 증착 동안 기재(10)의 "디템퍼링(detempering)"이 관찰된다는 점을 발견하였다. 그러나 광기전 재료의 증착 전에 템퍼링된 기재의 템퍼링된 외양을 유지할 수 있지만, 단지 이 재료의 증착이 500℃ 미만의 온도에서 수행되는 경우이다.
그러나 광기전 재료(200)는 또한 미정질 규소 기반 또는 (비-결정질인) 비정질 규소 기반일 수 있다.
이러한 재료의 양자 효율(QE)은 도 3에 도시한다.
여기서, 그 자체로 어느 정도 알려진 양자 효율(QE)은 도 3에서 x축에 있는 파장을 갖는 입사 광자가 전자-정공 쌍으로 변형되는 확률(0 내지 1 사이)의 표현임을 상기한다.
도 3에서 알 수도 있는 바와 같이, 최대 흡수 파장 λm, 즉 양자 효율이 (가장 높은) 최대인 파장, 즉
- 비정질 규소 a-Si의 λm a-Si는 520㎚이고,
- 미정질 규소 μc-Si의 λm μc-Si는 720㎚이고,
- 카드뮴 황화물-카드뮴 텔루라이드 CdS-CdTe의 λm CdS-CdTe는 600㎚이다.
제1 접근법에서, 이 최대 흡수 파장 λm은 하부 반사방지 코팅(20)과 상부 반사방지 코팅(60)의 광학 두께를 충분히 정의한다.
아래의 표 1은 이러한 세 가지 재료의 함수로서 각 코팅(20,60)에 대한 ㎚ 단위인 광학 두께의 바람직한 범위를 보여준다.
그러나 스택의 광학 선명도는 양자 효율을 고려하여 지구 표면에 대한 햇빛의 파장 분포에 의한 이러한 확률을 콘볼루팅(convoluting)함으로써 개선된 실제 효율을 얻음으로써 개선할 수 있다. 여기서, 우리는 표준 태양 스펙트럼 AM1.5를 이용한다.
이 경우, 기재를 향해 금속 기능층(40) 아래에 배치한 반사방지 코팅(20)은 광기전 재료의 흡수 스펙트럼과 태양 스펙트럼의 곱의 최대 파장 λM의 약 ⅛과 동일한 광학 두께를 갖고, 기재 반대편 금속 기능층(40) 위에 배치한 반사방지 코팅(60)은 광기전 재료의 흡수 스펙트럼과 태양 스펙트럼의 곱의 최대 파장 λM의 약 반과 동일한 광학 두께를 갖는다.
도 4에서 알 수도 있는 바와 같이, 광기전 재료의 흡수 스펙트럼과 태양 스펙트럼의 곱의 최대 파장 λM, 즉 양자 효율이 (가장 높은) 최대인 파장, 즉
- 비정질 규소 a-Si의 λM a-Si는 530㎚이고,
- 미정질 규소 μc-Si의 λM μc-Si는 670㎚이고,
- 카드뮴 황화물-카드뮴 텔루라이드 CdS-CdTe의 λM CdS-CdTe는 610㎚이다.
아래의 표 2는 이러한 세 가지 재료의 함수로서 각 코팅(20,60)에 대한 ㎚ 단위인 광학 두께의 바람직한 범위를 보여준다.
예를 들어 비정질 규소 또는 결정질 또는 미정질 규소 또는 심지어 카드뮴 텔루라이드 또는 구리 인듐 디셀렌화물(CuInSe2 - CIS) 또는 구리-인듐-갈륨-셀레늄 기반의 광기전 재료(200)는 2개의 기재, 즉 입사 방사선이 통과하는 전면 기재(10,10')와 배면 기재(310,310') 사이에 위치한다. 이러한 광기전 재료는 전류를 제공하는 n-도핑된 반도체 물질의 층과 p-도핑된 반도체 물질의 층으로 이루어진다. 한편으로는 전면 기재(10,10')와 n-도핑된 반도체 물질의 층 사이에, 다른 한편으로는 p-도핑된 반도체 물질의 층과 배면 기재(310,310') 사이에 각각 삽입된 전극 코팅(100,300)은 전기적 구조를 완성한다.
전극 코팅(300)은 은 또는 알루미늄 또는 금 기반일 수도 있거나, 또한 본 발명에 따라 적어도 하나의 금속 기능층을 포함하는 얇은 층들의 스택으로 이루어질 수도 있다.
제1 시리즈의
실시예
-
TCO
제1 시리즈의 실시예에서, TCO로 제조된 투명한 전극 코팅은 참조를 위하여 증착하였다.
아래의 표 3은 실시예 1 내지 3에 대한 이러한 전극 코팅의 층의 두께를 요약한다.
알루미늄으로 도핑한 (금속의 2 중량%까지 도핑한) 아연 산화물 기반의 TCO층의 재료의 저항률 ρ는 10-4Ω.㎝로 측정되었다.
도 1(그러나 배면 기재(310)도 없고, 자주 설명한 바와 같이 수지층도 없음)에 도시한 바와 같이, 이러한 3개의 코팅은 광기전 패널의 전면을 구성하기 위하여 투명한 유리 기재상에 증착하였고, 이어서 CdTe-CdS 광기전 코팅은 전면 전극 코팅상에 증착하였고, 마지막으로 금 기반의 투명하지 않은 제2 전극 코팅은 광기전 패널의 배면 전극을 형성하도록 증착하였다.
CdTe-CdS 광기전 코팅의 증착은 약 550℃의 온도에서 약 2분의 시간 동안 수행하였다(총 증착 두께: 약 6㎛). 그러므로 이는 투명한 전면 전극 코팅에 대하여 높은 강화이다.
아래의 표 4는 실시예 1 내지 3에 기초하여 제조한 광기전 패널의 주요 특성을 보여준다.
이 표에서,
- Eta는 곱 FF×Jsc×Voc와 같이 정의한, 광기전 패널의 양자 효율이고;
- FF는 충전율이고;
- Jsc는 단락 전류이고;
- Voc는 개방 회로 전압이고;
- Rs는 직렬 저항이고;
- Rsh는 션트 저항(shunt resistance) 또는 단락 저항이다.
따라서, 실시예 3의 경우 (더욱 정밀하게는 이러한 세 가지 실시예의 경우 화학식 Zn2SnO4를 갖는 아연 주석산염으로 제조하는) 혼성 아연 주석 산화물의 단자층(166)의 존재는 실시예 2로 얻은 값과 유사한 값을 얻는 역할을 하는 반면, 아연 산화물 기반의 전도성 산화물층의 두께는 실시예 3의 경우 반으로 감소한다.
제2 시리즈의
실시예
-
TCC
아래의 표 5는 실시예 4 내지 10에 대한 이러한 전극 코팅의 층의 두께를 요약한다.
스택의 구조는 다음과 같다.
- 임의로, 기재의 알칼리 금속에 대한 장벽층이고, 알루미늄으로 약 8% 도핑된 규소 질화물 Si3N4:Al 기반의 유전체층이고, 지수 n=1.99인, 반사방지층(22);
- 화학식 Sn0 .5Zn0 .5O를 갖는 혼성 아연 주석 산화물 기반의 평탄화층이고, 유전체이고, 지수 n=1.99인, 반사방지층(24);
- 알루미늄으로 약 2% 도핑된 아연 산화물 ZnO:Al 기반의 습윤층이고, 유전체이고, 지수 n=1.96인, 반사방지층(26);
- 임의로, 예를 들어 Ti 기반 또는 NiCr의 합금 기반이고, 기능층(40) 바로 아래에 배치할 수 있지만, 도면에는 제공하지 않은 (도 2에 도시하지 않은) 하부 블록킹층으로서, 이 코팅은 일반적으로 습윤층(26)의 부재 시 필요하지만 반드시 필요한 것은 아닌, 하부 블록킹층;
- 습윤 코팅(26) 바로 위에 배치하는 은의 단일 기능층(40);
- Ti 기반, 또는 NiCr의 합금 기반일 수 있는, 기능층(40) 바로 위에 배치한 상부 블록킹 코팅(50)으로서, 이 코팅은 금속 형태로 배치하지만, 광기전 패널에서 부분적인 산화를 나타낼 수도 있는, 상부 블록킹 코팅;
- 화학식 Sn0 .5Zn0 .5O를 갖는 혼성 아연 주석 산화물 기반의 흡수층이고, 약 200Ω.㎝의 저항률을 갖고, 지수 n=1.99인, 반사방지층(62);
- 임의로, 아연 산화물 기반의 유전체이고, 지수 n=1.96이고, 약 0.01Ω.㎝의 저항률을 갖는 반사방지층(65)으로서, 이 층은 블록킹 코팅(50) 바로 위 세라믹 타깃으로부터 증착하는, 반사방지층; 이어서,
- 임의로, 화학식 Sn0 .5Zn0 .5O를 갖는 혼성 아연 주석 산화물 기반의 흡수층이고, 약 200Ω.㎝의 저항률을 갖고, 지수 n=1.99인, 반사방지층(66).
그 전체 두께에 걸쳐 혼성 아연 주석 산화물 기반의 층은 이러한 층을 증착하는 데 사용한 타깃에 따라 그리고 특히 상이한 조성의 복수의 타깃을 사용하여 층을 증착하는 경우에 따라 변하는 Sn:Zn 비 또는 도핑제의 비율을 그 두께에 걸쳐 가질 수도 있다는 점을 알아야 한다.
도 2(그러나 배면 기재(310)도 없고, 자주 설명한 바와 같이 수지층도 없음)에 도시한 대로, 실시예 1 내지 3의 경우, 이러한 6개의 전극 코팅은 광기전 패널의 전면을 구성하기 위하여 투명한 유리 기재상에 증착하였고, 이어서 CdTe-CdS 광기전 코팅은 실시예 1 내지 3의 경우 동일한 조건하에서 이러한 실시예 1 내지 3의 전면 TCO 전극 코팅상에 증착하였고, 마지막으로 금 기반의 투명하지 않은 제2 전극 코팅은 광기전 패널의 배면 전극을 형성하도록 증착하였다.
이러한 층의 증착 조건은 본 기술분야의 숙련자에게 알려져 있는데, 이는 저-방사율 또는 태양광-제어 응용에 사용한 스택과 유사한 스택의 제조에 관한 것이기 때문이다.
이러한 점에서, 본 기술분야의 숙련자는 특허출원 EP 718 250, EP 847 965, EP 1 366 001, EP 1 412 300, 또는 심지어 EP 722 913을 참조할 수 있다.
특히 그 전체 두께에 걸쳐 혼성 아연 주석 산화물 기반의 층의 화학량론은 본원에서 이용한 화학량론과 상이할 수도 있지만, 단지 하나의 비정질층 또는 임의의 경우 불완전한 결정질층을 사용하는 것은 바람직하게 보이고, 정밀한 조성 Zn2SnO4를 갖는 (또는 임의로 도핑된) 아연 주석산염 기반의 층을 사용하지 않는 것이 바람직하게 보이는데, 이 재료는 본 발명이 필요로 하는 높은 강화 열처리에 대한 내성의 목적과 양립할 수 없는 특정한 결정학적 구조를 가질 수도 있기 때문임을 알아야 한다.
또한, 혼성 아연 주석 산화물 기반의 층이 기능층 하부의 전체 코팅 또는 이러한 코팅의 최종층을 형성하는 경우, 즉 이러한 두 가지 경우에서 혼성 아연 주석 산화물 기반의 층이 광기전 재료와 접촉할 때, 특히 혼성 아연 주석 산화물 기반의 층이 비결정질일 때 혼성 아연 주석 산화물 기반의 층은 평탄화층을 제공하는 역할을 한다. 이러한 평탄화층은 특히 광기전 재료가 카드뮴 기반인 경우 적합하다.
아래의 표 6은 실시예 4 내지 10에 기초하여 제조한 광기전 패널의 주요 특성을 보여준다.
표 6에서 상부 첫 번째 4개의 값은 광기전 재료로 코팅하지 않고, 열처리하지 않은 기재 단독에 대하여 측정하였다.
- R은 4-포인트 프로브로 측정한 스택의 Ω/□이고;
- TL은 발광체 D65하에서 측정한 가시 범위에서의 광 투과이고;
- RL은 발광체 D65, 기재 측에서 측정한 가시 범위에서의 광 반사이고;
- Abs는 발광체 D65, 기재 측에서 측정한 가시 범위에서의 광 흡수이다.
이 표에서 하부 마지막 6개의 값은 투명한 전극 코팅을 광기전 패널의 전면으로서 포함한 후 제1 시리즈의 실시예에 대하여 이전에 측정한 대로 측정하였다.
그러나 표의 이러한 두 번째 부분에서 광기전 패널에 포함된 실시예 4에 대한 값은 제공하지 않는데, 이러한 값은 이 실시예에 대하여 측정할 수 없었기 때문이다. 전기의 생성은 관찰되지 않았다.
이에 대한 원인을 이해하기 위하여, 실시예 4를 통합하는 광기전 패널의 TOF-SIMS 분석을 수행하였다.
주요 파라미터는 아래의 표에 요약한다.
도 5는 이러한 분석 결과를 도시하는데, x축에는 초당 시간 T를 기록하고, y축에는 (임의의 단위로) 각 원소에 대하여 측정한 전류 I를 기록한다.
광기전 패널의 밑면부터 분석을 수행하였고, 즉 도 5의 왼쪽부터 오른쪽으로 원소의 전류 피크는 각각 배면 전극, 광기전 재료 및 전면 전극에서 원소의 존재를 보여준다.
따라서, 도면 중앙의 Cd 피크(빈 삼각형)는 광기전 코팅에서 이러한 원소의 존재를 예시한다.
도면의 오른쪽에 있는 Zn 피크(빈 원)와 Ag 피크(짙은 별)는 전면 전극 코팅에서 이러한 원소의 존재를 보여준다.
그러나 이 도면에서 Ag 피크는 도면의 왼쪽에서 또한 관찰할 수도 있다.
이 피크는 비정상인데, 배면 전극 코팅도 광기전 코팅도 은을 포함하지 않기 때문이다.
그러므로 이는 아마도 전면 전극 코팅의 기능층(40)으로부터 광기전 재료를 통과하는 은의 이동을 나타낸다.
이러한 이동은 실시예 4를 포함하는 광기전 패널은 최종적으로 전기를 생성하지 못했고, 전면 전극 코팅은 비록 정상적으로 증착된 전극 코팅이 전류의 통과를 허용하는 충분한 은을 포함할지라도 아마도 더 이상 충분히 전도성이지 않다는 점을 설명할 수 있다.
본 발명에 따른 실시예 5 내지 9는 TCO 전면 전극을 구비한 실시예 3의 환경에서 얻은 광기전 패널 파라미터와 실질적으로 동일한 광기전 패널 파라미터를 얻는 역할을 했다.
특히, 다음을 관찰하였다.
- 양자 효율 Eta는 TCO를 구비한 것보다 우수하였고;
- 충전율 FF는 TCO를 구비한 것보다 우수하였고;
- 단락 전류 Jsc는 TCO를 구비한 것만큼 양호하였고;
- 개방 회로 전압 Voc는 TCO를 구비한 것만큼 양호하였고;
- 직렬 저항 Rs는 TCO를 구비한 것만큼 양호하였거나, (실시예 5의 경우) 심지어 우수하였고;
- 션트 저항 Rsh는 가끔은 TCO를 구비한 것만큼 양호하였고, 가끔은 양호하지 않았다(실시예 9).
실시예 5 및 9를 통합하는 광기전 패널의 TOF-SIMS 분석을 수행하였다.
주요 파라미터는 표에 요약한다.
도 6 및 7은 각각 실시예 5를 통합하는 패널 및 실시예 9를 통합하는 패널에 대한 이러한 두 가지 분석 결과를 도시하는데, x축에는 초당 시간 T를 기록하고, y축에는 (임의의 단위이지만, 하나의 분석으로부터 다른 분석까지 비교가능한) 각 원소에 대하여 측정한 전류 I를 기록한다.
실시예 4의 경우 광기전 패널의 밑면부터 분석을 수행하였고, 즉 도 6 및 7의 왼쪽부터 오른쪽으로 원소의 전류 피크는 각각 배면 전극, 광기전 재료 및 전면 전극에서 원소의 존재를 보여준다.
도 5에서 관찰한 것과는 다르게, 도 6 및 7의 왼쪽에는 임의의 은 피크가 더 이상 존재하지 않는다.
그러므로 기능층(40)으로부터의 은 이동 메커니즘은 혼성 아연 주석 산화물 기반의 층(62)의 존재를 통해 방지하였고, 또한 아마도 혼성 아연 주석 산화물 기반의 층(66)의 존재(실시예 9)를 통해 더욱 적은 정도로 방지하였다.
실시예 6 내지 8의 TOF-SIMS 프로파일은 실시예 5 및 9에 대하여 각각 관찰한 것과 정확하게 동일한 관찰을 가능하게 하는데, 왼쪽에는 임의의 은 피크가 더 이상 존재하지 않는다.
실시예 5 내지 9의 경우, 금속 기능층 아래의 코팅(20)의 광학 두께는 약 88㎚(=30×1.99+7×1.99+7×1.96)이고, 금속 기능층 위의 혼성 아연 주석 산화물 기반의 층(62)(+ 임의로 66)의 총 두께는 대략 다음과 같다는 점을 알아야 한다.
- 실시예 5의 경우: 240㎚(=120×1.99);
- 실시예 6의 경우: 10㎚(=5×1.99);
- 실시예 7의 경우: 40㎚(=20×1.99);
- 실시예 8의 경우: 20㎚(=5×1.99+5×1.99);
- 실시예 9의 경우: 40㎚(=10×1.99+10×1.99).
실시예 5의 경우, 혼성 아연 주석 산화물 기반의 층(62)은 따라서 반사방지 코팅(20)의 광학 두께의 2.7배와 동일한 광학 두께를 갖고, 실시예 6 내지 9의 경우, 혼성 아연 주석 산화물 기반의 층(들)(62)(+66) 전체는 반사방지 코팅(20)의 광학 두께의 0.1배 내지 0.45배의 광학 두께를 제공한다.
실시예 10의 경우, 금속 기능층 아래의 코팅(20)의 광학 두께는 약 60㎚(=20×1.99+5×1.99+5×1.96)이고, 금속 기능층 위의 혼성 아연 주석 산화물 기반의 층(62)의 총 두께는 약 219㎚(=110×1.99)이다. 실시예 10의 경우, 혼성 아연 주석 산화물 기반의 층(62)은 따라서 반사방지 코팅(20)의 광학 두께의 3.65배와 동일한 광학 두께를 갖는다.
또한, 이러한 실시예 6 내지 9의 경우, 혼성 아연 주석 산화물 기반의 층(들)(62)(+66) 전체는 반사방지 코팅(60)의 광학 두께의 3.8% 내지 16.9%를 나타낸다.
더욱이, 본 발명의 맥락에서 전극 코팅을 형성하는 얇은 층들의 스택은 절대적인 표현으로 반드시 매우 높은 투명성을 가질 필요가 없다는 점을 아는 것이 유용하다.
따라서, 실시예 5의 경우, 전극 코팅을 형성하는 스택으로만 코팅하고, 광기전 재료를 구비하지 않은 기재의 가시 범위에서의 광 투과는 임의의 열처리 전에는 약 72%이다.
본 발명에 따른 전극 코팅을 형성하는 얇은 층들의 스택은 광기전 패널에 스택을 통합하기 위하여 일반적으로 셀에 대하여 적용하는 에칭 공정을 수행할 수도 있다.
본 발명은 실시예로서 상술한다. 본 기술분야의 숙련자는 특허청구범위에서 정의한 특허의 범위 내에 있는 본 발명의 상이한 변형을 얻을 수 있음을 이해하게 된다.
Claims (19)
- 특히 카드뮴 기반의 흡수성 광기전 재료를 함유하는 광기전 패널(1)로서,
상기 패널은 특히 은 기반의 적어도 하나의 금속 기능층(40) 및 적어도 2개의 반사방지 코팅(20,60)을 포함하는 얇은 층들의 스택으로 이루어진 투명한 전극 코팅(100)을 메인 표면상에 포함하는 전면 기재(10), 특히 투명한 유리 기재를 포함하고, 상기 반사방지 코팅 각각은 적어도 하나의 반사방지층(24,26;62)을 포함하고, 상기 기능층(40)은 2개의 반사방지 코팅(20,60) 사이에 배치하고,
기재 반대편 금속 기능층(40) 위에 배치한 반사방지 코팅(60)은 그 전체 두께에 걸쳐 혼성 아연 주석 산화물 기반의 단일 반사방지층(62)을 포함하고, 혼성 아연 주석 산화물 기반의 이 반사방지층(62)은 금속 기능층(40) 아래에 배치한 반사방지 코팅(20)의 광학 두께의 1.5배 내지 4.5배, 심지어 1.5배 내지 3배의 광학 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 광기전 패널(1). - 특히 카드뮴 기반의 흡수성 광기전 재료를 함유하는 광기전 패널(1)로서,
상기 패널은 특히 은 기반의 적어도 하나의 금속 기능층(40) 및 적어도 2개의 반사방지 코팅(20,60)을 포함하는 얇은 층들의 스택으로 이루어진 투명한 전극 코팅(100)을 메인 표면상에 포함하는 전면 기재(10), 특히 투명한 유리 기재를 포함하고, 상기 반사방지 코팅 각각은 적어도 하나의 반사방지층(24,26;62,65)을 포함하고, 상기 기능층(40)은 2개의 반사방지 코팅(20,60) 사이에 배치하고,
기재 반대편 금속 기능층(40) 위에 배치한 반사방지 코팅(60)은, 한편으로는 기능층(40)에 더 가깝고, 그 전체 두께에 걸쳐 혼성 아연 주석 산화물 기반인 반사방지층(62) 및 다른 한편으로는 기능층(40)으로부터 더 멀고, 그 전체 두께에 걸쳐 혼성 아연 주석 산화물 기반이 아닌 반사방지층(65)을 포함하는 적어도 2개의 반사방지층(62,65)을 포함하고, 상기 반사방지층(들)(62,65)은 그 전체 두께에 걸쳐 혼성 아연 주석 산화물 기반이고, 혼성 아연 주석 산화물 기반의 이 반사방지층(62)은 금속 기능층(40) 아래에 배치한 반사방지 코팅(20)의 광학 두께의 0.1배 내지 6배, 또는 심지어 0.2배 내지 4배의 광학 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 광기전 패널(1). - 제2항에 있어서,
그 전체 두께에 걸쳐 혼성 아연 주석 산화물 기반이 아닌 상기 반사방지층(65)은 그 전체 두께에 걸쳐 아연 산화물 기반인 것을 특징으로 하는 광기전 패널(1). - 제2항 또는 제3항에 있어서,
그 전체 두께에 걸쳐 혼성 아연 주석 산화물 기반의 상기 반사방지층(들)(62,66)은 기재로부터 가장 먼 반사방지 코팅(60)의 광학 두께의 2% 내지 50%를 나타내는 총 광학 두께 및 특히 기재로부터 가장 먼 반사방지 코팅(60)의 광학 두께의 3% 내지 30%를 나타내는 광학 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 광기전 패널(1). - 제2항 또는 제3항에 있어서,
그 전체 두께에 걸쳐 혼성 아연 주석 산화물 기반의 상기 반사방지층(들)(62,66)은 기재로부터 가장 먼 반사방지 코팅(60)의 광학 두께의 50% 내지 95%를 나타내는 총 광학 두께 및 특히 기재로부터 가장 먼 반사방지 코팅(60)의 광학 두께의 70% 내지 90%를 나타내는 광학 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 광기전 패널(1). - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
그 전체 두께에 걸쳐 혼성 아연 주석 산화물 기반의 반사방지층(62)은 2.10-4Ω.㎝ 내지 105Ω.㎝의 저항률 ρ를 갖는 것을 특징으로 하는 광기전 패널(1). - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
금속 기능층(40) 위에 배치한 상기 반사방지 코팅(60)은 광기전 재료의 최대 흡수 파장 λm의 0.4배 내지 0.6배의 광학 두께를 갖고, 바람직하게는 금속 기능층(40) 위에 배치한 상기 반사방지 코팅(60)은 광기전 재료의 흡수 스펙트럼과 태양 스펙트럼의 곱의 최대 파장 λM의 0.4배 내지 0.6배의 광학 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 광기전 패널(1). - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
금속 기능층(40) 위에 배치한 상기 반사방지 코팅(60)은 광기전 재료의 최대 흡수 파장 λm의 0.075배 내지 0.175배의 광학 두께를 갖고, 바람직하게는 금속 기능층(40) 아래에 배치한 상기 반사방지 코팅(20)은 광기전 재료의 흡수 스펙트럼과 태양 스펙트럼의 곱의 최대 파장 λM의 0.075배 내지 0.175배의 광학 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 광기전 패널(1). - 제1항 또는 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기재(10)는 전극 코팅(100) 아래에 기재의 굴절률에 근접한 낮은 굴절률 n15를 갖는 베이스 반사방지층(15)을 포함하고, 상기 베이스 반사방지층(15)은 바람직하게는 규소 이산화물 기반 또는 알루미늄 산화물 기반 또는 둘 다의 혼합물 기반이고, 상기 베이스 반사방지층(15)은 바람직하게는 10㎚ 내지 300㎚의 물리적 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 광기전 패널(1). - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
기능층(40)은 산화물 기반, 특히 임의로 도핑된 아연 산화물 기반의 습윤층(26) 위에 증착하는 것을 특징으로 하는 광기전 패널(1). - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
기능층(40)은 적어도 하나의 하부(underlying) 블록킹 코팅 바로 위 및/또는 적어도 하나의 상부(overlying) 블록킹 코팅(50) 바로 아래에 배치하는 것을 특징으로 하는 광기전 패널(1). - 제11항에 있어서,
적어도 하나의 블록킹 코팅(30,50)은 Ni 또는 Ti 기반이거나, Ni 기반의 합금 기반, 특히 NiCr 합금 기반인 것을 특징으로 하는 광기전 패널(1). - 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
기재를 향한 금속 기능층 아래의 코팅(20)은 혼성 산화물 기반, 특히 혼성 아연 주석 산화물 또는 혼성 인듐 주석 산화물(ITO) 기반의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광기전 패널(1). - 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
기재를 향한 금속 기능층 아래의 코팅(20) 및/또는 금속 기능층 위의 코팅(60)은 예를 들어 티타늄 이산화물 기반의 층과 같은, 특히 2.35 이상의 매우 높은 굴절률을 갖는 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광기전 패널(1). - 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전극 코팅(100)은 건축 글레이징(architectural glazing)을 위한 스택, 특히 건축 글레이징을 위한 "템퍼링가능한(temperable)" 스택 또는 "템퍼링할(to be tempered)" 그러한 스택, 특히 저-방사율 스택, 특히 "템퍼링가능한" 저-방사율 스택 또는 "템퍼링할" 그러한 스택으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광기전 패널(1). - 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 광기전 패널(1)을 위한, 얇은 층들의 스택으로 코팅한 기재(10)로서,
특히 건축 글레이징을 위한 기재, 특히 건축 글레이징을 위한 "템퍼링가능한" 스택 또는 "템퍼링할" 그러한 스택, 특히 저-방사율 스택, 특히 "템퍼링가능한" 저-방사율 스택 또는 "템퍼링할" 그러한 스택인, 기재(10). - 제16항에 있어서,
전면 기재(10) 반대편 전극 코팅(100) 위에 광기전 재료 기반의 코팅(200)을 포함하는 것을 특징으로 하는 기재(10). - 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 광기전 패널(1)의 전면 기재(10)를 제조하기 위한, 얇을 층들의 스택으로 코팅한 기재의 용도.
- 제18항에 있어서,
전극 코팅(100)을 포함하는 기재(10)는 건축 글레이징을 위한 기재, 특히 건축 글레이징을 위한 "템퍼링가능한" 스택 또는 "템퍼링할" 그러한 스택, 특히 저-방사율 스택, 특히 "템퍼링가능한" 저-방사율 스택 또는 "템퍼링할" 그러한 스택인, 용도.
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