KR20120132980A - 태양 전지 모듈 - Google Patents

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KR20120132980A
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light
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홍종경
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김태윤
이은주
문세영
최영호
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Abstract

본 발명은 태양 전지에 관한 것이다. 상기 태양 전지는 복수의 태양전지, 상기 태양전지의 제1 면 쪽에 위치하는 광 투과성 기판, 상기 광 투과성 기판과 상기 태양전지의 사이에 위치하는 전면 보호부, 상기 태양전지의 제2 면 쪽에 위치하는 후면 시트, 그리고 상기 후면 시트와 상기 태양전지의 사이에 위치하는 후면 보호부를 포함하며, 상기 전면 보호부의 굴절률은 상기 후면 보호부의 굴절률보다 크다. 이로 인해, 임계각보다 큰 입사각으로 전면 보호부로 빛이 입사될 때 후면 보호부에 의해 전반사되어 태양 전지쪽으로 입사되는 빛의 양이 증가한다. 따라서 태양 전지의 효율이 향상되므로, 복수의 태양 전지를 구비한 태양 전지 모듈의 효율 또한 향상된다.

Description

태양 전지 모듈{SOLAR CELL MODULE}
본 발명은 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
광전 변환 효과를 이용하여 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양 전지가 대체 에너지 수단으로 널리 이용되고 있다.
태양 전지에서 생산되는 전압과 전류는 매우 작기 때문에 원하는 크기의 전압이나 전류를 얻기 위해서는 여러 개의 태양 전지를 직렬 또는 병렬로 연결한 후 패널(panel) 형태로 설계된 태양 전지 모듈을 제조하여 사용하고 있다.
이러한 태양 전지 모듈은 외부 충격 및 습기 등의 외부 환경으로부터 상기 태양전지를 보호하기 위해 태양전지의 상부 및 하부에 배치되는 보호 부재를 포함한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지 모듈의 효율을 향상시키는 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 태양 전지 모듈은 복수의 태양전지, 상기 태양전지의 제1 면 쪽에 위치하는 광 투과성 기판, 상기 광 투과성 기판과 상기 태양전지의 사이에 위치하는 전면 보호부, 상기 태양전지의 제2 면 쪽에 위치하는 후면 시트, 그리고 상기 후면 시트와 상기 태양전지의 사이에 위치하는 후면 보호부를 포함하며, 상기 전면 보호부의 굴절률은 상기 후면 보호부의 굴절률보다 크다.
상기 전면 보호부는 1.3 내지 1.6의 굴절률을 갖고 있고, 상기 후면 보호부는 1.2 내지 1.5의 굴절률을 갖는 것이 좋다.
상기 전면 보호부와 상기 후면 보호부는 동일한 재료로 이루어질 수 있다.
상기 전면 보호부와 상기 후면 보호부는 실리콘 수지로 이루어질 수 있다.
상기 후면 보호부는 복수의 섬유 가닥으로 이루어진 섬유 망을 포함할 수 있다.
복수의 섬유 가닥 각각의 두께는 0.01㎜ 내지 1㎜일 수 있다.
상기 복수의 섬유 가닥은 유리 섬유, 석영 섬유, 흑연 섬유, 나일론 섬유, 폴리에스테르 섬유, 아라미드 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유 및 실리콘 카바이드 섬유 중 하나로 이루어질 수 있다.
상기 전면 보호부와 상기 후면 보호부의 두께가 서로 동일하거나 상기 후면 보호부의 두께가 상기 전면 보호부의 두께보다 두꺼울 수 있다.
상기 복수의 태양전지 각각의 상부는 상기 전면 보호부에 의해 덮여지고, 상기 복수의 태양전지 각각의 측부 및 하부는 상기 후면 보호부에 의해 덮질 수 있다.
상기 복수의 태양전지 각각의 상부는 상기 전면 보호부에 의해 덮여지고, 상기 태양전지 각각의 하부는 상기 후면 보호부에 의해 덮여지며, 상기 복수의 태양전지 각각의 측면은 상기 전면 보호부와 후면 보호부에 의해 덮여질 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 복수의 태양 전지를 보호하는 전면 보호부의 굴절률이 후면 보호부의 굴절률보다 큰 값을 갖고 있으므로, 임계각보다 큰 입사각으로 전면 보호부 쪽으로 빛이 입사될 때 후면 보호부에 의해 전반사되어 태양 전지쪽으로 입사되는 빛의 양이 증가한다. 따라서 태양 전지의 효율이 향상되므로, 복수의 태양 전지를 구비한 태양 전지 모듈의 효율 또한 향상된다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 한 예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 빛의 파장대에 따른 실리콘 수지와 에틸렌 비닐 아세테이트의 빛의 흡수 계수를 도시한 그래프이다.
도 3의 (a)와 (b) 각각은 본 발명의 한 실시예에 따른 섬유 망의 예에 대한 개략적인 평면도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따라 임계각보다 큰 빛이 전면 보호부 쪽으로 입사될 때의 빛의 반사 경로를 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6 각각은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 다른 예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7은 비교예와 실시예 각각에서 빛의 파장대에 따른 반사율을 도시한 그래프이다.
도 8 및 도 9은 각각 비교예와 실시예 각각에서 시간 변화에 따라 태양 전지 모듈에서 출력되는 전력을 상대적으로 도시한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분 위에 "전체적"으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 면에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것도 포함한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈에 대하여 설명한다.
도 1을 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지 모듈은 복수의 태양전지(10), 복수의 태양전지(10)를 전기적으로 연결하는 인터커넥터(20), 복수의 태양전지(10)를 보호하는 전면 보호부(30) 및 후면 보호부(40), 태양전지(10)의 전면에 위치하는 광 투과성 전면 기판(50), 및 태양전지(10)의 후면에 위치하는 후면 기판(60)을 포함한다.
광 투과성 전면 기판(50)은 태양전지(10)의 제1 면, 예컨대 태양전지(10)의 수광면 쪽에 위치하며, 투과율이 높은 강화 유리로 이루어져 있다. 이때, 강화 유리는 철 성분 함량이 낮은 저 철분 강화 유리(low iron tempered glass)일 수 있다. 이러한 광 투과성 전면 기판(50)은 빛의 산란 효과를 높이기 위해서 내측면이 엠보싱(embossing)이나 텍스처링(texturing) 처리될 수 있다. 이때, 광 투과성 전면 기판(50)은 약 1.52의 굴절률을 가질 수 있다.
전면 보호부(30)와 후면 보호부(40)는 습기 침투로 인한 금속의 부식 등을 방지하고 태양전지(10) 및 태양 전지 모듈을 충격으로부터 보호한다.
이러한 전면 보호부(30)와 후면 보호부(40)는 복수의 태양 전지(10)의 상부 및 하부에 각각 배치된 상태에서 라미네이션 공정(lamination process) 시에 복수의 태양 전지(10)와 일체화된다.
본 예에서, 전면 보호부(30)는 실리콘 수지(silicon resin)로 이루어져 있고, 실리콘 수지는 폴리디메틸실록산(PDMS, polydimethylsiloxane) 또는 폴리디알킬실록산(PDAS, polydialkylsiloxane)과 같은 실록산으로 이루어질 수 있다.
도 2를 참고하여 빛의 파장에 따른 실리콘 수지와 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)의 빛 흡수계수(absorption coefficient, cm-1)를 살펴보면 다음과 같다.
도 2에 도시한 그래프에서, "A" 그래프는 빛의 파장대에 따른 EVA의 빛의 흡수 계수의 변화를 도시한 그래프이고, "B" 그래프는 빛의 파장대에 따른 실리콘 수지의 빛의 흡수 계수의 변화를 도시한 그래프이다.
실험에 사용된 EVA는 일반적으로 태양전지의 보호부로서 사용하는 통상의 제품이고, 본 발명의 실시예에 따라 그래프 "B"에 사용된 실리콘 수지는 폴리디메틸실록산(PDMS)이다.
도 2에 도시한 것처럼, 단파장 대역, 예컨대 300㎚ 내지 500㎚에서의 EVA의 빛의 흡수 계수가 PDMS보다 높다. 따라서, 단파장 대역에서의 빛 흡수율은 실리콘 수지가 EVA에 비해 낮다.
단파장 대역에서의 빛 흡수율이 낮다는 것은 단파장 대역의 빛을 잘 투과시킨다는 의미이다. 이러한 실험에 의하면, 실리콘 수지, 보다 구체적으로 PDMS 또는 PDAS와 같은 실록산은 단파장 대역에서의 빛 투과율이 70% 이상인 것을 알 수 있었다.
따라서, 전면 보호부(30)로 실리콘 수지를 사용할 경우, 전면 보호부(30) 자체에서 흡수되는 빛의 양이 감소하므로, 태양 전지(10)의 내부로 입사되는 빛의 양이 증가한다. 따라서, 태양 전지 모듈의 출력 효율이 향상된다.
또한, 자외선 노출로 인한 전면 보호부(30)의 변색 문제(예, 갈변 또는 황변 현상으로 인한 빛 투과율 감소) 및 공기와 산소 흡수로 인한 부식 문제를 억제할 수 있어 태양 전지 모듈의 내구성이 증가한다.
또한, 실리콘 수지는 경화 온도(대략 80℃ 이상, 예를 들어 90℃ 내지 110℃)가 EVA의 경화 온도(대략 165℃)에 비해 낮으므로 태양 전지 모듈의 모듈화 공정을 보다 낮은 온도에서 실시할 수 있다.
또한, 실리콘 수지를 경화하는 데에는 대략 1.5분(min) 정도의 시간이 소비되지만, EVA를 경화하는 데에는 대략 16분 정도의 시간이 소비된다. 따라서, 전면 보호부(30)의 경화 및 모듈화 공정에 소비되는 시간을 단축할 수 있다.
실리콘 수지는 경화제를 대략 50 중량부 정도 포함하여 제조할 수 있다.
후면 보호부(40) 역시 전면 보호부(30)와 같이 실리콘 수지로 이루어진다. 후면 보호부(40)는 복수의 섬유 가닥(fiber)(411)이 서로 불규칙적으로 메쉬(mesh) 형태로 연결되어 있는 섬유 망(41)을 포함한다. 이때, 섬유 망(41)의 예는 도 3의 (a)와 (b)와 같다. 이때, 섬유 망(41)의 두께는 하부 보호부(40)의 두께보다 얇을 수 있다.
이때, 후면 보호부(40)가 섬유 망(41)을 포함할 때, 섬유 망(41)에 형성된 공간은 실리콘 수지로 채워진다. 따라서, 후면 보호부(40)가 섬유 망(41)을 함유할 때, 후면 보호부(40)는 섬유 강화형 실리콘 수지로 형성된다.
복수의 섬유 가닥(411)을 이루는 섬유는 유리 섬유, 석영 섬유, 흑연 섬유, 나일론 섬유(nylon fiber), 폴리에스테르 섬유(polyester fiber), 아라미드 섬유(aramid fiber) 섬유, 폴리에틸렌 섬유(polyethylene fiber), 폴리프로필렌 섬유(polypropylene fiber) 및 실리콘 카바이드 섬유(silicon carbide fiber) 등 일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
섬유 가닥(411)의 두께는 약 0.01㎚ 내지 1㎚의 두께를 가질 수 있다.
또한 후면 보호부(40)를 이루는 실리콘 수지는 전면 보호부(30)를 이루는 실리콘 수지보다 단파장 대역의 빛 투과율이 낮으며 후면 기판(60)과의 접착력이 10kg/cm2 내지 15kg/cm2일 수 있다.
따라서, 후면 보호부(40)의 빛 투과율이 전면 보호부(30)의 빛 투과율보다 낮으므로, 전면 보호부(31)를 투과한 단파장 대역의 빛 중에서 일부는 후면 보호부(40)를 투과하지 못하게 된다. 따라서 후면 보호부(40)를 투과한 빛의 양이 전면 보호부(30)를 통과한 빛의 양보다 적게 되어, 후면 기판(60), 예를 들어 백 시트(back sheet)가 변색되거나 열화되는 것이 줄어든다.
본 예에서, 후면 보호부(40)는 밀봉 효과(sealing effect)를 높이기 위해 실리카(silica) 계열의 물질을 함유할 수 있다.
이와 같이, 후면 보호부(40)가 섬유 망(41)을 함유할 경우, 후면 보호부(40)의 강도가 증가하여, 후면 보호부(40)의 휨 현상이나 균열 발생이 감소하고, 이로 인해 후면 기판(60)의 평탄화가 향상되고 태양 전지 모듈의 수명이 연장된다.
또한, 복수의 태양 전지(10)를 통과하여 후면 보호부(40)에 도달하는 빛이 후면 보호부(40) 내에 함유된 복수의 섬유 가닥(411)에 의해 반사되어 복수의 태양 전지(10)로 재입사되므로, 태양 전지 모듈의 효율이 향상된다.
섬유 망(41)이 후면 기판(60)보다 태양 전지(10)에 더 가깝게 배치되는 경우에 비해 섬유 망(41)이 태양전지(10)보다 후면 기판(60)에 더 가깝게 배치되는 경우, 섬유 망(41)에 입사되는 빛이 증가하여 섬유 망(41)의 반사 효과는 더욱 증가하여 태양전지(10)의 효율이 더욱 상승한다.
하지만, 대안적인 예에서, 후면 보호부(40)는 전면 보호부(30)의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 에바(EVA)로 이루어질 수 있다.
도 1에 도시한 것처럼, 복수의 태양 전지(10)에 연결된 인터커넥터(20)가 전면 보호부(30)의 하부면과 후면 보호부(40)의 상부면에 접해있어, 태양 전지(10)의 상부면은 전면 보호부(30)로 덮여지고, 태양 전지(10)의 측면과 하부면은 후면 보호부(40)로 덮여진다.
하지만, 도 5에 도시한 것처럼 각 태양 전지(10)의 인터커넥터(20)의 적어도 일부가 전면 보호부(30) 속으로 매립되어 있거나, 도 6에 도시한 것처럼, 각 태양 전지(10)의 적어도 일부가 전면 보호부(30) 속으로 매립되어 있다.
이 경우, 각 태양 전지(10)의 상부면은 전면 보호부(30)와 접해 있어 전면 보호부(30)로 덮여지고, 하부면은 후면 보호부(40)와 접해 있어 후면 보호부(40)로 덮여지만, 각 태양 전지(10)의 측면 적어도 일부는 전면 보호부(30) 후면 보호부(40)의 적어도 하나와 접해 있다.
이때, 전면 보호부(30)와 후면 보호부(40)에 의해 접해 있는 각 태양 전지(10)의 측면은 전면 보호부(30)와 후면 보호부(40) 모두와 접해 있거나 후면 보호부(40)와만 접해 있을 수 있다.
도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이 인터커넥터(20) 또는 인터커넥터(20) 및 태양전지(10)의 적어도 일부분이 전면 보호부(30)에 매립되면, 태양전지(10)의 위치가 전면 보호부(30)에 의해 고정되어 이후의 모듈화 공정에서 오정렬이 발생하는 문제가 줄어든다.
본 예에서, 후면 보호부(40)의 최대 두께(T2)는 전면 보호부(30)의 최대 두께(T1)보다 조금 두껍지만, 필요에 따라 동일할 수 있다.
본 예에서, 전면 보호부(30)와 후면 보호부(40)의 최대 두께(T1, T2)는 0.02㎜ 내지 2㎜에서 정해질 수 있다.
복수의 태양 전지(10)가 전면 보호부(30) 속으로 매립되지 않고 전면 보호부(30) 위에 위치할 경우, 즉 도 1의 경우, 전면 보호부(30)는 실질적으로 위치에 따라 일정한 두께를 갖는 광 투과성 전면 기판(50)과 태양 전지(10) 사이에 위치하므로, 전면 보호부(30)는 위치 변화에 무관하게 일정한 최대 두께(T1)를 갖는다. 하지만, 후면 보호부(40)는 태양 전지(10)가 존재하는 부분과 존재하지 않는 부분으로 나눠지고, 후면 보호부(40)의 최대 두께(T2)는 실질적으로 태양 전지(10)가 존재하지 않는 부분에서의 두께이다. 따라서, 후면 보호부(40)는 위치에 따라 서로 다른 두께를 갖고 있다.
하지만, 각 태양 전지(10)의 인터커넥터(20)의 적어도 일부 또는 각 태양 전지(10)의 적어도 일부가 전면 보호부(30) 속에 매립된 경우, 즉 도 5 및 도 6의 경우, 전면 보호부(30)와 후면 보호부(40) 모두 인터커넥터(20)를 부착한 태양 전지(10)가 존재하는 부분과 존재하지 않는 부분으로 나눠지고, 전면 보호부(30)와 후면 보호부(40)의 최대 두께(T1, T2)는 실질적으로 태양 전지(10)가 존재하지 않는 부분에서의 두께이다. 따라서, 전면 보호부(30)와 후면 보호부(40)는 위치에 따라 서로 다른 두께를 갖고 있다.
태양 전지(10)의 후면쪽에 위치하고 있는 후면 보호부(40)의 두께가 전면 보호부(30)의 두께보다 두꺼우면, 외부의 충격이나 오염 물질 등으로부터 좀더 안정하게 태양 전지(10)를 보호하게 되며, 태양 전지 모듈의 내후성(耐候性)을 증가시켜, 태양 전지 모듈의 수명을 연장시킨다.
또한, 전면 보호부(30)와 후면 보호부(40) 각각의 최대 두께(T1, T2)가 약 0.02㎜ 이상일 경우, 좀더 안정적으로 태양 전지(10)를 밀봉할 수 있고, 전면 보호부(30)와 후면 보호부(40) 각각의 최대 두께(T1, T2)가 약 2㎜ 이하일 경우, 전면 보호부(30)와 후면 보호부(40)에서 흡수되는 빛의 양을 감소시키고 태양 전지 모듈의 두께 증가를 방지한다.
본 예에서, 전면 보호부(30)와 후면 보호부(40)는 서로 다른 굴절률을 갖고, 예를 들어, 전면 보호부(30)의 굴절률은 후면 보호부(40)의 굴절률보다 크다. 이때, 전면 보호부(30)와 후면 보호부(40)는 광 투과성 전면 기판(50)의 굴절률과 약 10% 내외의 차이를 가질 수 있다. 따라서, 한 예로서, 전면 보호부(30)의 굴절률은 1.3 내지 1.6일 수 있고, 후면 보호부(40)의 굴절률은 1.2 내지 1.5일 수 있다.
이와 같이, 전면 보호부(30)와 후면 보호부(40)의 굴절률이 광 투과성 기판(50)의 굴절률과 큰 차이가 발생하지 않으므로 광 투과성 기판(50)쪽으로 입사되는 빛의 반사량이 감소한다.
전면 보호부(30)와 후면 보호부(40) 각각이 약 1.3과 약 1.2 이상의 굴절률을 가질 경우, 좀더 용이하게 원하는 굴절률을 얻을 수 있고, 전면 보호부(30)와 후면 보호부(40) 각각이 약 1.6과 약 1.5 이하의 굴절률을 가질 경우, 빛의 반사량을 안정적으로 줄일 수 있다.
전면 보호부(30)와 후면 보호부(40)의 굴절률은 K2O, Na2O, Li2O 계열의 물질, 비전도성 실리카(silica) 계열의 물질 등을 이용하여 제어 가능하다. 또한, 공정실의 압력 또는 공정 온도 등을 이용하여 전면 보호부(30)와 후면 보호부(40)의 밀도를 변화시켜, 전면 보호부(30)와 후면 보호부(40)의 굴절률을 제어할 수 있다.
이와 같이, 전면 보호부(30)와 후면 보호부(40)의 굴절률이 서로 상이하여, 전면 보호부(30)가 후면 보호부(40)보다 큰 굴절률을 갖고 있으므로, 도 4에 도시한 것처럼, 외부로부터 전면 보호부(30)와 후면 보호부(40)의 임계각보다 큰 입사각으로 빛(예를 들어, 일출시나 일몰 시)이 전면 보호부(30)를 통과해 후면 보호부(40)로 입사될 때, 입사되는 빛이 후면 보호부(40)에 의해 전반사되어 복수의 태양 전지(10)쪽으로 재입사된다.
반면, 전면 보호부(30)와 후면 보호부(40)가 모두 동일한 굴절률을 갖고 있는 물질, 예를 들어, 에바(EVA)로 이루어진 비교예의 경우에 빛의 일부는 후면 시트(60)에 의해 반사되어 복수의 태양 전지(10)쪽으로 입사되지만 일부 빛은 후면 보호부(40)에 흡수된다.
이로 인해, 빛의 입사면쪽으로 위치한 전면 보호부(30)가 후면 보호부(40)보다 큰 굴절률을 갖는 본 예의 경우 위에 기재한 비교예의 경우보다 태양 전지(10)쪽으로 재입사되는 빛의 양이 증가한다.
또한, 본 예의 경우, 후면 기판(60)에 의해 빛의 재입사도 추가로 행해지므로, 비교예보다 태양 전지(10) 쪽으로 재입사되는 빛의 양은 더욱더 늘어나므로, 각 태양 전지(10)의 효율이 향상되고, 이로 인해, 태양 전지 모듈의 효율 또한 향상된다. 또한, 후면 보호부(40)로 입사되는 빛의 양이 감소하므로, 후면 보호부(40) 의 변색이나 열화 현상은 더욱더 줄어들어, 태양 전지 모듈의 효율은 더욱 향상된다.
후면 시트(60)는 FP/PE/FP(fluoropolymer/polyeaster/fluoropolymer)와 같은 절연 물질로 이루어진 얇은 시트로 이루어지지만, 다른 절연 물질로 이루어진 절연 시트일 수 있다.
이러한 후면 시트(60)는 태양 전지 모듈의 후면에서 습기가 침투하는 것을 방지하여 태양 전지(10)를 외부 환경으로부터 보호한다. 이러한 후면 시트(60)는 수분과 산소 침투를 방지하는 층, 화학적 부식을 방지하는 층, 절연 특성을 갖는 층과 같은 다층 구조를 가질 수 있다.
다음, 도 7 내지 도 9를 참고로 하여, 실시예와 비교예에서, 빛의 파장대에 따른 반사율과 시간 변화에 따라 태양 전지 모듈에서 출력되는 전력을 살펴본다.
도 7에서, 본 발명의 실시예의 경우는 전면 보호부는 약 1.48의 굴절률을 갖고 후면 보호부는 약 1.37의 굴절률을 갖고 있는 경우이고, 비교예의 경우는 전면 보호부와 후면 보호부 모두 1.48의 굴절률을 갖고 있는 경우이고, 태양 전지 모듈의 후면에서 반사된 빛의 반사도를 측정하여 그래프로 도시한 것이다. 이때, 빛의 입사각은 약 70°이었다.
따라서, 비교예의 경우(A1)는 전면 보호부와 후면 보호부가 모두 동일한 굴절률을 갖고 있으므로 굴절률 차이가 발생하는 후면 보호부와 후면 시트 사이에서 발생한 빛의 반사율을 도시한 것이고,
본 실시예의 경우(B1)는 굴절률 차이가 발생하는 전면 보호부와 후면 보호부 사이 그리고 후면 보호부와 후면 시트 사이에서 발생한 빛의 반사율이다.
따라서, 도 7에 도시한 것처럼, 실시예의 경우 비교예의 경우보다 전면 보호부와 후면 보호부 사이에서 빛의 반사가 측정된 빛의 파장대 전체에 걸쳐 추가로 발생하므로, 실시예의 경우(B1)가 태양 전지 쪽으로 반사되는 빛의 반사율을 측정된 빛의 파장대 전체에 걸쳐 비교예의 경우(A1)보다 증가함을 알 수 있었다.
또한, 도 8 및 도 9는 전면 보호부 위에 광 투과성 전면 기판을 설치하여 태양 전지 모듈을 완성한 후 태양 전지 모듈에서 출력되는 전력을 시간대별로 측정하여 실시예와 비교예의 경우를 비교할 그래프이다.
도 8 및 도 9에서, 실시예의 경우 전면 보호부의 굴절률은 1.53이었고 후면 보호부의 굴절률은 1.37이었으며, 비교예의 경우 전면 보호부와 후면 보호부는 모두 1. 48의 굴절률을 갖고 있었다. 도 8 및 도 9는 겨울에 위도 36.1°의 위치에서 측정한 수치이며 태양 전지 모듈에 사용된 태양 전지는 단결정 실리콘을 이용하여 제작되었다.
도 8의 경우, 투과성 전면 기판의 표면은 표면에 엠보싱이나 텍스처링 처리가 이루어지지 않은 평탄한 면을 갖는 경우이고, 도 9의 경우 빛의 반사율을 줄이기 위해 투과성 전면 기판은 엠보싱이나 텍스처링 처리가 이루어진 표면을 갖는 경우이다.
도 8 및 도 9의 경우에도 실시예의 경우 각 시간대 별로 태양 전지 모듈에서 출력되는 전력이 비교예의 경우보다 증가함을 알 수 있다. 이는 이미 설명한 것처럼, 본 발명의 실시예에서 전면 보호부와 후면 보호부의 굴절률 차이로 인해, 태양 전지 쪽으로 반사되는 빛의 양이 증가함으로써 태양 전지 모듈에서 출력되는 전력이 비교예의 경우보다 증가한 것이라고 생각된다. 도 8 및 도 9에서, 측정된 전력(W) 값은 상대적인 값(arbitrary unit, a.u.)이다.
이러한 태양 전지 모듈은 다음과 같은 방법을 통해 제조될 수 있다.
먼저, 전면 기판(50)의 한쪽 면에 전면 보호부용 실리콘 수지를 설정 시간 동안(예, 30초 내지 60초) 방치하여 실리콘 수지를 레벨링(leveling)한다. 이때, 전면 기판(50)을 둘러싸는 일정 높이의 틀(frame)을 설치하여 도포된 실리콘 수지가 전면 기판(50)의 외부 공간으로 흘러 넘치는 것을 방지할 수 있다.
이어서, 액상의 실리콘 수지가 도포된 전면 기판을 오븐(oven)에 배치하고, 80℃ 이상의 온도, 예를 들어 90℃ 내지 110℃의 온도에서 경화(curing) 공정을 진행하여 실리콘 수지를 경화시킴으로써 전면 보호부(30)를 형성한다. 경화 공정을 진행하면 전면 보호부(30)는 전면 기판(50)과 접착되며, 전면 보호부(30)의 한쪽 표면, 즉 전면 기판(50)과 접착되는 면의 반대쪽 표면은 비평탄면으로 형성된다.
이후, 전면 보호부(30) 위에 복수의 태양전지(10)를 배치하고, 후면 보호부용 실리콘 수지를 3㎜ 내지 5㎜의 두께로 도포한 후, 30초 내지 60초 동안 방치하여 전면 보호부(30) 위에 도포된 실리콘 수지를 레벨링(leveling)한다.
이때, 액상의 후면 보호부용 실리콘 수지를 도포하는 작업도 전면 보호부용 실리콘 수지를 도포할 때와 마찬가지로 틀을 설치한 상태에서 실시할 수 있다.
후면 보호부용 실리콘 수지의 도포 및 레벨링 작업에 따르면, 액상의 실리콘 수지는 인접한 태양전지(10)의 사이 공간 및 태양전지(10)와 전면 보호부(30)의 사이 공간에도 채워진다.
후면 보호부용 실리콘 수지의 레벨링 작업을 완료한 후, 실리콘 수지 위에 섬유 망(41)를 배치하고, 섬유 망(41) 위에 후면 기판(60)을 배치한다.
액상의 후면 보호부용 실리콘 수지 위에 섬유 망(41)와 후면 기판(60)을 배치하면, 섬유 망(41)와 후면 기판(60)의 무게로 인해 실리콘 수지가 눌려지면서 섬유 망(41)의 섬유 가닥(411) 사이에 형성된 공간으로 실리콘 수지가 채워진다. 그리고 섬유 가닥(411) 사이에 형성된 공간에 채워진 실리콘 수지는 후면 기판(60)과 접촉된다.
섬유 망(41)의 적어도 일부분이 후면 기판(60)과 접촉되지 않는 경우에는 섬유 망(43)과 후면 기판(60) 사이의 공간에도 실리콘 수지가 채워진다.
실리콘 수지가 섬유 가닥(411)의 사이 공간 및/또는 섬유 망(41)과 후면 기판(60) 사이의 공간에 잘 채워질 수 있도록 하기 위해 후면 기판(60)의 상부로부터 일정한 압력이 인가될 수 있다.
대안적인 예에서, 후면 보호부용 실리콘 수지 위에 섬유 망(41)은 위치하지 않을 수 있다.
이후, 후면 보호부용 실리콘 수지의 경화 작업을 진행하여, 후면 기판(60)와 부착된 후면 보호부(40)를 형성하여, 태양 전지 모듈을 완성한다. 후면 보호부용 실리콘 수지의 경화 작업은 전면 보호부용 실리콘 수지와 마찬가지로 오븐에서 80℃ 이상의 온도, 예를 들어 90℃ 내지 110℃의 온도로 가열하여 이루어질 수 있다. 이와는 달리, 후면 보호부용 실리콘 수지의 경화 작업은 통상의 라미네이팅 장비에 의해 이루어질 수도 있다.
후면 보호부용 실리콘 수지가 경화되면, 섬유 망(41)의 공간에 채워진 실리콘 수지가 후면 기판(60)과 접착된다. 또한, 섬유 망(41)과 후면 기판(60)의 사이 공간에 채워진 실리콘 수지도 후면 기판(60)과 접착된다.
한편, 후면 보호 부재(40)의 섬유 망(41)은 실질적으로 후면 기판(60)과 일정한 간격만큼 이격될 수 있다. 여기에서, 섬유 망(41)이 실질적으로 후면 기판(60)과 이격된다는 것은 후면 기판(60)과 마주하는 섬유 망(41)의 표면 중 일부 영역을 제외한 대부분의 표면이 후면 기판(60)과 이격된다는 것을 포함한다. 따라서, 섬유 망(41)은 태양전지(10)보다는 후면 기판(60)에 더 가까운 위치에서 후면 부호부용 실리콘 수지의 내부에 위치할 수 있다.
후면 보호부(40)을 형성할 때, 다른 예에서, 후면 보호부용 실리콘 수지를 1차 도포한 후 섬유 망(41)을 배치하고, 이후 후면 보호부용 실리콘 수지를 2차 도포하는 방법을 사용할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 태양전지 20: 인터커넥터
30: 전면 보호부 40: 후면 보호부
41: 섬유망 411: 섬유 가닥
50: 전면 기판 60: 후면 시트

Claims (12)

  1. 복수의 태양전지,
    상기 태양전지의 제1 면 쪽에 위치하는 광 투과성 기판,
    상기 광 투과성 기판과 상기 태양전지의 사이에 위치하는 전면 보호부,
    상기 태양전지의 제2 면 쪽에 위치하는 후면 시트, 그리고
    상기 후면 시트와 상기 태양전지의 사이에 위치하는 후면 보호부
    를 포함하며,
    상기 전면 보호부의 굴절률은 상기 후면 보호부의 굴절률보다 큰
    태양 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 전면 보호부는 1.3 내지 1.6의 굴절률을 갖고 있고, 상기 후면 보호부는 1.2 내지 1.5의 굴절률을 갖고 있는 태양 전지 모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 전면 보호부와 상기 후면 보호부는 동일한 재료로 이루어져 있는 태양 전지 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 전면 보호부와 상기 후면 보호부는 실리콘 수지로 이루어져 있는 태양 전지 모듈.
  5. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 전면 보호부와 상기 후면 보호부는 실리콘 수지로 이루어져 있는 태양 전지 모듈.
  6. 제1항에서,
    상기 후면 보호부는 복수의 섬유 가닥으로 이루어진 섬유망을 포함하는 태양 전지 모듈.
  7. 제6항에서,
    복수의 섬유 가닥 각각의 두께는 0.01㎜ 내지 1㎜인 태양 전지 모듈.
  8. 제6항에서,
    상기 복수의 섬유 가닥은 유리 섬유, 석영 섬유, 흑연 섬유, 나일론 섬유, 폴리에스테르 섬유, 아라미드 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유 및 실리콘 카바이드 섬유 중 하나로 이루어진 태양 전지 모듈.
  9. 제1항에서,
    상기 전면 보호부와 상기 후면 보호부의 두께가 서로 동일한 태양전지 모듈.
  10. 제1항에서,
    상기 후면 보호부의 두께가 상기 전면 보호부의 두께보다 두꺼운 태양전지 모듈.
  11. 제1항에서,
    상기 복수의 태양전지 각각의 상부는 상기 전면 보호부에 의해 덮여지고, 상기 복수의 태양전지 각각의 측부 및 하부는 상기 후면 보호부에 의해 덮여지는 태양 전지 모듈.
  12. 제1항에서,
    상기 복수의 태양전지 각각의 상부는 상기 전면 보호부에 의해 덮여지고, 상기 태양전지 각각의 하부는 상기 후면 보호부에 의해 덮여지며, 상기 복수의 태양전지 각각의 측면은 상기 전면 보호부와 후면 보호부에 의해 덮여지는 태양 전지 모듈.
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