KR20150136718A - 태양 전지 모듈의 제조 방법 및 이 제조 방법에 의해 제조된 태양 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법은, 별도의 밀봉재나 프레임과 같은 기구물 없이 제1 글라스와 제2 글라스를 결합시키는 인캡슐런트에 의해 제1 글라스와 제2 글라스의 가장 자리를 밀봉시킬 수 있다.
Description
본 발명은 태양 전지 모듈의 제조 방법에 관한 것으로서, 모듈을 구성하는 요소들의 적층(laminating) 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이 적층 방법에 의해 제조된 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
태양 전지 모듈은, 통상 전기 에너지를 발생시킬 수 있도록 구성된 단위 셀이 제공되는 기판과 단위 셀을 보호하도록 기판과 결합되는 커버물이 적층되어 이루어진다. 기판과 커버물이 적층될 때, 이들 사이에는 실링재가 제공되거나 프레임과 같은 별도의 기구물이 설치될 수 있다.
이러한, 종래 프레임 타임 G2G 모듈의 경우에는 프레임 재료비가 비싸고 모듈의 무게가 두껍기 때문에 프레임레스(frameless) 타입의 모듈 연구가 다양하게 진행되고 있다.
프레임레스 모듈의 경우에는 외곽에 모듈을 기계적으로 잡아주고 수분 침투를 막아주는 프레임이 없기 때문에 장기적인 신뢰성 측면에서 취약한 구조가 될 수 있다.
본 발명은 태양 전지 모듈은 프레임레스 구조에서 수분과 같은 외부 물질로부터 태양 전지를 보호할 수 있는 태양 전지 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 태양 전지 모듈 제조 방법은, 단위 셀이 제공된 제1 글라스와 상기 제1 글라스를 커버하는 제2 글라스 사이에 상기 단위 셀을 보호하기 위한 밀봉재의 적어도 일부분이 상기 제1 글라스 및 제2 글라스의 가장 자리 외측에 위치하도록 배치하는 단계, 공간을 갖는 형상틀의 상기 공간에 상기 제1 글라스와 상기 제2 글라스의 가장 자리 외측으로 배치된 상기 밀봉재가 위치하도록 상기 제1 글라스와 상기 제2 글라스의 가장 자리에 상기 형상틀을 장착하는 단계, 밀봉재를 가압, 가열 처리하여 상기 공간에 상기 밀봉재를 채우는 단계, 밀봉재를 경화시킨 후 상기 형상틀을 상기 밀봉재로부터 분리시키는 단계를 포함하고, 밀봉재는 상기 제1 글라스와 상기 제2 글라스의 가장 자리를 감싸도록 형성된다.
상기 제1 글라스와 상기 제2 글라스의 가장 자리를 감싸는 상기 밀봉재의 형상은 상기 공간의 형상과 실질적으로 동일할 수 있다.
상기한 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양 전지 모듈은 단위 셀이 제공된 제1 글라스, 제1 글라스와 마주하며 상기 제1 글라스를 커버하는 제2 글라스, 제1 글라스 및 상기 제2 글라스 사이에 위치하며 상기 단위 셀을 보호하기 위한 밀봉재를 포함하고, 밀봉재의 적어도 일부분이 상기 제1 글라스 및 제2 글라스의 가장 자리 외측으로 돌출되어 위치하고, 가장 자리 외측에 돌출되어 위치하는 상기 밀봉재는 상기 제1 글라스 또는 상기 제2 글라스의 일면과 접촉할 수 있다.
상기 제1 글라스와 상기 제2 글라스가 동일한 크기를 가질 수 있다.
상기 밀봉재가 상기 제1 글라스의 측면 및 상면, 상기 제2 글라스의 측면을 감쌀 수 있다.
상기 밀봉재가 상기 제1 글라스의 측면 및 상면, 상기 제2 글라스의 측면 및 하면을 감쌀 수 있다.
상기 제1 글라스의 측면 및 상기 제2 글라스의 측면 중 적어도 하나에 형성되어 있는 요철을 더 포함할 수 있다.
상기 요철은 상기 측면을 따라 길게 형성되어 있는 오목부를 포함할 수 있다.
상기 요철은 원형 또는 다각형의 평면 모양을 가지는 복수의 오목부를 포함할 수 있다.
상기 밀봉재가 상기 제1 글라스의 측면 및 상면, 상기 제2 글라스의 측면을 감쌀 수 있다.
상기 밀봉재가 상기 제1 글라스의 측면 및 상면, 상기 제2 글라스의 측면 및 하면을 감쌀 수 있다.
상기 제2 글라스의 크기가 상기 제1 글라스의 크기보다 클 수 있다.
상기 밀봉재가 상기 제1 글라스의 측면 및 상면, 상기 제2 글라스의 측면을 감쌀 수 있고, 상기 제1 글라스의 측면 및 상기 제2 글라스의 측면 중 적어도 하나에 형성되어 있는 요철을 더 포함할 수 있다.
상기 요철은 상기 측면을 따라 길게 형성되어 있는 오목부를 포함하거나, 요철은 원형 또는 다각형의 평면 모양을 가지는 복수의 오목부를 포함할 수 있다.
상기 밀봉재가 상기 제1 글라스의 측면 및 상면, 상기 제2 글라스의 측면을 감쌀 수 있다.
상기 밀봉재가 상기 제1 글라스의 측면 및 상면, 상기 제2 글라스의 측면 및 하면을 감쌀 수 있다.
상기 밀봉재는 로노머일 수 있다.
본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법은, 별도의 밀봉재나 프레임과 같은 기구물 없이 제1 글라스와 제2 글라스를 결합시키는 인캡슐런트에 의해 제1 글라스와 제2 글라스의 가장 자리를 밀봉시킬 수 있다.
이에 따라 본 발명은, 별도의 밀봉재나 프레임의 구비에 따른 재료비를 들이지 않고 태양 전지 모듈을 제조할 수 있어, 태양 전지 모듈의 제조 단가를 낮출 수 있는 효과를 가지게 된다.
더욱이, 본 발명에 따라 제조된 태양 전지 모듈은, 제1 글라스와 제2 글라스 사이에 인캡슐런트 이외에 별도로 밀봉재를 형성하여, 밀봉재가 차지하던 영역을 제거할 수 있어, 밀봉재가 차지하던 데드 스페이스를 활용할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따라 제조된 태양 전지 모듈은 프레임을 배제할 수 있게 되므로, 프레임을 갖는 태양 전지 모듈보다 상대적으로 경량화에 유리할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따라 제조된 태양 전지 모듈은 제1 글라스와 제2 글라스 사이에 개재되는 인캡슐런트에 의해 가장 자리를 밀봉시키므로, 그 결과 제1 글라스와 제2 글라스의 접촉 면적을 늘릴 수 있고 나아가 기구적인 강도를 강화시킬 수 있다.
무엇보다 이물질(예: 수분)의 침투 경로를 길게 할 수 있어, 태양 전지 모듈에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 일부 단면 확대도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법을 설명하기 위한 중간 단계에서의 태양 전지 모듈의 일부 단면 확대도이다.
도 5 내지 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 일부 단면 확대도이다.
도 12는 본 발명의 한 따른 태양 전지 모듈에 있어, 이물질의 침투 경로를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 한 태양 전지 모듈의 구조에서 38℃, 100%RH 로 환경설정하고 WVTR 평가 결과를 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명의 한 태양 전지 모듈의 구조에서 WVTR 값에 따른 분포 길이를 나타낸 것이다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 한 태양 전지 모듈의 구조에서 계면에 따라 침투하는 경로를 평가한 것이다.
도 17은 본 발명의 한 태양 전지 모듈에서 각 소재별로 댐프 히트 조건에서 수분 침투 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법을 설명하기 위한 중간 단계에서의 태양 전지 모듈의 일부 단면 확대도이다.
도 5 내지 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 일부 단면 확대도이다.
도 12는 본 발명의 한 따른 태양 전지 모듈에 있어, 이물질의 침투 경로를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 한 태양 전지 모듈의 구조에서 38℃, 100%RH 로 환경설정하고 WVTR 평가 결과를 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명의 한 태양 전지 모듈의 구조에서 WVTR 값에 따른 분포 길이를 나타낸 것이다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 한 태양 전지 모듈의 구조에서 계면에 따라 침투하는 경로를 평가한 것이다.
도 17은 본 발명의 한 태양 전지 모듈에서 각 소재별로 댐프 히트 조건에서 수분 침투 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체에서 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 같은 도면 부호를 붙이도록 한다. 도면에 표시된 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타낸 것이므로, 본 발명은 도시된 예로 한정되지 않는다.
명세서 전체에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분의 “위에” 또는 “상에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분의 “바로 위에” 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양 전지 모듈 및 그 제조 방법을 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 일부 단면 확대도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 서브 글라스(110) 하부에 커버 글라스(120)가 적층되며, 서브 글라스(110)와 커버 글라스(120) 사이에는 밀봉재(130)가 채워지며, 서브 글라스(110)의 바로 밑면에는 태양 전지(121)가 구비된다. 이때, 밀봉재(130)는 서브 글라스(110)과 커버 글라스(120)를 외곽에서 감싸도록 형성되어 있다. 밀봉재(130)의 가장자리 형상은 형상틀(미도시)에 의해 형상이 완성될 수 있으며, 형상틀의 형상 및 위치는 추후 설명하기로 한다.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법에 대해서 기 설명한 도 1과 함께 구체적으로 설명한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법을 설명하기 위한 중간 단계에서의 태양 전지 모듈의 일부 단면 확대도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 태양 전지(121)가 형성된 서브 글라스(110)을 준비하고, 태양 전지(121)와 커버 글라스(120) 사이에 밀봉재(130)를 삽입하여 정렬한다.
이때, 밀봉재9130)는 태양 전지(121)의 가장자리를 충분히 덮을 수 있으며, 서브 글라스(110) 및 커버 글라스(120)의 크기보다 충분히 큰 크기로 삽입된다.
다음, 도 3에 도시한 바와 같이, 형상틀(140)을 서브 글라스(110)와 커버 글라스(120)의 외곽을 감싸도록 배치한다.
형상틀(140)은 글라스의 측면과 마주하는 본체(14)와 본체(14)로부터 글라스로 절곡되어 있는 제1 절곡부(16) 및 제2 절곡부(18)를 포함한다. 제1 절곡부(16)는 제2 절곡부(18)보다 길게 형성되어 제1 절곡부(16)의 끝단이 서브 글라스의 상면과 접촉할 수 있고, 제2 절곡부(18)의 끝단은 커버 글라스(120)의 측면과 접촉할 수 있다.
물론 제2 절곡부(18)의 끝단이 커버 글라스의 하면과 접촉(도시하지 않음)하도록 형성할 수 있다.
이하에서는 설명을 용이하게 하기 위해서, 태양 전지가 형성되어 있는 서브 글라스의 일면을 서브 글라스의 하면이라 하고, 반대면을 상면이라 한다. 그리고 태양 전지와 마주하는 커버 글라스의 일면을 커버 글라스의 상면이라 하고, 반대면을 하면이라 한다.
다음, 도 4에 도시한 바와 같이, 라미네이션 공정을 실시하여 밀봉재(130)에 의해서 서브 글라스(110)와 커버 글라스(120)를 결합하여 태양 전지(121)를 밀봉한다.
이때, 라미네이션 공정으로 인해서 형상틀(140)의 상부에 일정한 압력 및 열이 가해져 밀봉재(130)가 녹게 되고, 녹은 밀봉재(130)는 두 글라스(110, 130)의 끝단과 형상틀(140) 사이의 공간(이하, 형상틀의 내부라고 함)을 채운다.
다음, 도 1에 도시한 바와 같이, 밀봉재(130)를 경화시킨 후 형상틀(140)을 제거하여 태양 전지 모듈을 완성한다.
밀봉재(130)는 녹으면서 형상틀(140)의 내부를 채우므로 경화된 밀봉재(130)는 글라스(110, 120)의 외측으로 돌출된 부분을 포함하고, 돌출된 부분은 글라스(110, 120)의 끝단을 감싸는 형상을 가진다.
여기서, 형상틀의 제1 절곡부(16)는 끝단만 서브 글라스의 상면과 접촉하도록 형성되어 있어 제1 절곡부(16)와 서브 글라스(110)의 상면 사이에 공간이 형성되고, 밀봉재가 채워지므로 밀봉재는 두 글라스의 측면 뿐 아니라 서브 글라스의 상면 일부와도 접촉하도록 형성된다.
이때, 서브 글라스(110)의 상면에 형성되는 밀봉재(130)는 태양 전지에 입사되는 광 경로를 방해하지 않도록 태양 전지를 덮지 않도록 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 한 실시예에서와 같이 밀봉재(130)의 가장자리가 두 글라스(110, 120)의 끝단을 감싸도록 형성하면, 외부에서 수분이 태양 전지로 침투하는 경로를 증가시켜 수분으로 인해서 태양 전지가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 서브 글라스(110)와 커버 글라스(120)를 단단하게 잡아 줌으로써 기계적 안정성을 증가시킬 수 있다.
또한, 라미네이션 공정에서 서브 글라스(110)나 커버 글라스(120)의 가장자리 부분 또는 리본 부분에 압력이 많이 가해질 경우 파손의 위험이 있는데 본 발명에서는 서브 글라스(110) 및 커버 글라스(120)의 가장자리까지 밀봉재가 위치하여 모듈에 균일한 압력이 가해질 수 있어, 글라스의 파손 위험도 줄어든다.
도 5 내지 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 일부 단면 확대도이다.
도 5 내지 도 11의 태양 전지 모듈은 대부분 도 1의 태양 전지 모듈과 동일하므로 다른 부분에 대해서만 구체적으로 설명한다.
도 5 내지 도 11의 태양 전지 모듈은 서로 마주하는 서브 글라스(110)와 커버 글라스(120) 사이에 태양 전지(121)가 밀봉재(130)에 의해서 밀봉되어 있다. 밀봉재(130)의 가장자리는 서브 글라스(110)와 커버 글라스(120)의 외곽에서 감싸도록 형성되어 있다.
이러한, 도 5 내지 도 11의 태양 전지 모듈은 서브 글라스(110)와 커버 글라스(120) 사이에 서브 글라스(110) 및 커버 글라스(120)보다 큰 밀봉재(130)를 배치하고, 이들을 형상틀(140)에 삽입한 다음 라미네이션 공정으로 밀봉한 후 형상틀(140)을 제거하여 형성할 수 있다.
구체적으로, 도 5의 태양 전지 모듈은 도 1에서와 같이 같은 서브 글라스(110)와 커버 글라스(120)의 크기가 같을 수 있다.
이때, 형상틀(140)은 제1 절곡부(14)와 제2 절곡부(16)의 길이가 동일하다. 따라서 제1 절곡부(14) 및 제2 절곡부(16)의 끝단이 서브 글라스 및 커버 글라스의 일면, 예를 들어 서브 글라스의 상면 및 커버 글라스의 하면과 각각 접촉하도록 배치되어 제1 절곡부(16)와 서브 글라스(110) 사이, 제2 절곡부(18)와 커버 글라스(120) 사이에 공간이 형성되고 라미네이션 공정시에 밀봉재가 형상틀 내부를 채우면서 두 글라스(110, 120)의 일면을 덮도록 형성된다.
물론, 제1 절곡부(16)와 제2 절곡부(18)의 길이를 서로 다르게 형성하여 두 글라스의 일면을 덮는 밀봉재의 면적을 서로 다르게(도시하지 않음) 할 수 있다.
이처럼, 제1 절곡부(16)와 제2 절곡부(18)가 서브 글라스(110) 및 커버 글라스(120)의 일면과 접촉하도록 배치한 후 밀봉재(130)를 형성하면, 밀봉재가 서브 글라스와 커버 글라스의 가장자리를 완전히 감싸도록 하여 밀봉재(130)와 글라스와의 경계선 사이로 수분이 침투하는 것을 방지할 수 있다.
도 6의 태양 전지 모듈은 서브 글라스 및 커버 글라스의 크기가 동일하며, 제1 절곡부(16)의 길이가 제2 절곡부(18)보다 긴 형상틀을 이용하여 라미네이션 공정을 진행하여, 밀봉재의 가장자리가 서브 글라스의 상부면 일부와 중첩하여 서브 글라스 가장자리를 감싸도록 형성된다.
그리고 도 6의 태양 전지 모듈은 서브 글라스(110)와 커버 글라스(120)의 끝단에 요철(111, 112)이 형성되어 있다.
도 6의 태양 전지 모듈은 서브 글라스(110) 및 커버 글라스(120)의 가공시 글라스 측면의 중앙 부분이 오목하도록 형성하며, 글라스의 측면을 따라서 긴 홈 형태로 오목부를 형성하여 요철(111, 112)을 이루도록 한다.
그러나 오목부는 원형 또는 다각형(도시하지 않음)으로 형성될 수 있으며, 측면을 따라 일정한 간격으로 배치하여 요철을 이루도록 형성할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 다양한 형태를 가지도록 형성될 수 있다.
도 6에서와 같이 글라스의 측면에 요철을 형성하면 밀봉재(130)와 글라스(110, 120)의 접촉 면적이 증가하여 밀봉재(130)와 글라스(110, 120)가 더욱 강하게 결합될 수 있도록 한다.
도 7에 도시한 태양 전지 모듈은 서브 글라스(110) 및 커버 글라스(120)의 크기가 동일하며, 제1 절곡부(16) 및 제2 절곡부(18)의 길이가 동일한 형상틀을 이용하여 라미네이션 공정을 진행하여, 밀봉재(130)의 가장자리가 서브 글라스 및 커버 글라스의 일면과 중첩하여 두 글라스의 가장자리를 감싸도록 형성된다.
도 7의 태양 전지 모듈은 서브 글라스(110)와 커버 글라스(120)의 끝단과 밀봉재의 접촉 면적을 증가시키기 위해서 요철(111, 112)이 형성되어 있다.
요철은 도 6에서와 같이 측면을 따라서 길게 형성된 홈 형태의 오목부일 수 있으며, 원형 또는 다각형의 오목부가 측면을 따라서 일정한 간격을 가지도록 형성될 수 있다.
도 8에 도시한 태양 전지 모듈은 서브 글라스(110) 및 커버 글라스(120)의 크기가 다르며, 이때 서브 글라스(110)의 크기가 커버 글라스(120)의 크기보다 작을 수 있다.
도 8의 라미네이션 공정은 도 5에서와 같이 제1 절곡부(16)가 서브 글라스(110)의 상면과 접촉하고, 제2 절곡부(18)가 커버 글라스의 측면과 접촉하는 형상틀(140)을 이용하여 진행할 수 있다.
따라서, 도 8의 태양 전지 모듈의 밀봉재(130)는 두 글라스의 측면 및 서브 글라스의 상면과 접촉하도록 형성된다. 또한, 밀봉재(130)는 두 글라스의 크기가 달라 노출된 커버 글라스의 상면과 접촉하여 계단형상을 이룰 수 있다.
이처럼, 두 글라스의 크기를 달리하면 밀봉재가 서브 글라스의 상면 뿐 아니라 커버 글라스의 상면과도 접촉하여 접촉 면적이 증가하므로 두 글라스의 결합 강도를 증가시킬 수 있다.
도 9에 도시한 태양 전지 모듈은 서브 글라스(110) 및 커버 글라스(120)의 크기가 다르며, 이때 서브 글라스(110)의 크기가 커버 글라스(120)의 크기보다 작을 수 있다.
도 9의 라미네이션 공정은 제1 절곡부(16)와 제2 절곡부(18)의 길이가 다르며, 제1 절곡부(16)와 제2 절곡부(18)의 끝단이 서브 글라스 및 커버 글라스의 상면 및 하면과 각각 접촉하는 형상틀을 이용하여 진행할 수 있다.
따라서, 도 9의 태양 전지 모듈의 밀봉재(130)는 서브 글라스 및 커버 글라스의 가장자리 상면 및 하면과 각각 접촉하도록 형성된다. 또한, 밀봉재(130)는 두 글라스의 크기가 달라 노출된 커버 글라스의 상면과도 접촉하여 계단형상을 포함한다.
도 9에서와 같이 밀봉재를 형성하면, 밀봉재가 서브 글라스 및 커버 글라스의 가장자리 일면과 접촉할 뿐 아니라, 서브 글라스에 의해서 노출된 커버 글라스의 가장자리 타면과도 접촉하여 접촉 면적을 더욱 증가시킬 수 있다. 따라서, 두 글라스의 결합력 및 밀봉력을 향상시킬 수 있다.
도 10 및 도 11의 태양 전지 모듈은 도 8 및 도 9에서와 같이 서로 다른 크기의 글라스를 포함하는 태양 전지 모듈에서, 서브 글라스 및 커버 글라스의 측면에 요철(111, 112)이 형성되어 있다.
요철은 도 6 및 도 7에서와 같이 측면을 따라 길게 형성된 홈 형태의 오목부일 수 있으며, 원형 또는 다각형 모양의 오목부를 측면을 따라 일정한 간격으로 배치하여 형성할 수 있다.
이처럼 도 10 및 도 11에서와 같이 요철(111, 112)을 형성하면 밀봉재와 글라스의 접촉 면적을 더욱 증가시킬 수 있으므로, 두 글라스의 결합력 및 밀봉력을 향상시킬 수 있다.
이처럼 본 발명의 실시예들에서와 같이 형상틀을 이용하여 밀봉재를 형성하면, 밀봉재가 서버 글라스 및 커버 글라스의 측면뿐 아니라, 가장자리의 일면과 접촉하여 서버 글라스 및 커버 글라스의 끝단을 감싸는 형상으로 형성된다. 따라서 외부로부터 수분과 같은 외부 물질이 내부의 태양 전지로 전달되는 것을 방지할 수 있다.
즉, 외부 물질이 태양 전지 쪽으로 침투할 수 있는 경로를 밀봉재 자체만으로 최대한 길게 형성되는 구조이다. 이 구조에서는 프레임과 흡습제에 대한 재료비를 줄일 수 있고, 흡습제 부착 영역에서의 데드 영역(dead area)도 없앨 수 있어 효율적인 영역이 증가되며 공정 단계 또한 감소시킬 수 있다.
그리고, 라미네이션 공정에서 글라스 가장자리 쪽에 압력이 많이 가해지면서 글라스가 깨지는 현상이 발생할 수 있고, 이를 방지하기 위해 모듈 외곽부에 비슷한 높이의 가이드를 사용하거나, 모듈이 들어갈 수 있는 틀을 만들어서 라미네이션을 진행하는 경우도 있다.
본 발명에 사용되는 형상틀은 라미네이션 공정에서 글라스 깨짐 예방을 위한 가이드 역할 또한 하게 되어 글라스 깨짐 현상을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에서와 같은 구조의 태양 전지 모듈은 밀봉재와 글라스의 끝단의 접촉 면적이 증가하여 서브 글라스와 커버 글라스를 단단하게 고정시켜줌으로써 기계적인 강도도 증가시킬 수 있다.
한편, 태양 전지의 수분은 도 12에서와 같은 경로를 통해서 태양 전지로 침투할 수 있다.
도 12는 도 11에 도시한 본 발명에 따른 한 태양 전지의 구조에서 밀봉재(130)만 사용하고 침투 경로를 길게 하여 외부 물질을 차단하는 구조로, A는 실링 소재나 밀봉재 소재를 통과해서 내부로 침투되는 경로를 나타내고 B는 계면을 따라 침투되는 경로를 나타낸다.
밀봉 소재나 밀봉재 소재 내부로 수분이나 수증기가 침투되는 경로를 평가하기 위하여 WVTR(Water Vapor Transmission Rate) 테스트를 실행하였다. WVTR 은 평가 소재를 통과하는 수분의 양을 감지하여 수분 침투 정도를 측정할 수 있는 평가로, 단위는 g·/m2·day 이며, 낮은 WVTR을 가진 소재를 확인함으로 EVA 의 대체 가능성과 엣지 실링-레스의 가능성이 있는 소재의 기준을 제시한다.
도 13은 38℃ 100%RH 로 환경설정하고 WVTR 평가 결과를 나타낸 것으로, 도 14에 도시된 바와 같이 "B"제품이 가장 우수하며, 그 다음 "D"제품, 그 다음"C"제품, 그 다음 "EVA", 그다음 "A"제품 순이다.
밀봉재 소재의 WVTR 값은 센싱 소재 수준에는 못 미치지만 기존의 EVA 가 가지는 WVTR 값보다 수십배 개선된 제품들이 계속해서 개발되고 있고, 더욱이 수분침투 경로 또한 길어진다면 향후 센싱이 없어도 충분히 신뢰성을 가지는 모듈이 제작될 수 있을 것이다.
도 14는 WVTR 값에 따른 분포 길이를 나타낸 것으로, 도 14에 도시된 바와 같이 상기 언급된 WVTR 이 0.66인 "B"제품의 경우 20년 동안 약 ~4.8mm 정도 소재 내부로 침투될 가능성이 있다. 따라서 "B"제품을 사용할 경우 PV 셀을 감싸고 있는 밀봉재 소재가 최소 4.8mm 이상이어야 하고, 보통 가장자리(edge) 삭제는 10~15mm 정도 하기 때문에 수분이 소재 내부로 침투되어 신뢰성을 저하시키는 경우는 없다고 볼수 있다.
도 15 및 도 16은 계면에 따라 침투하는 경로를 평가한 것으로, 수분 감지 테이프를 활용하여 소재별 습기가 침투하는 정도를 파악한다. HF 10 테스트 및 DH 1000 테스트를 실시하여 초기 대비 수분 감지 테이프의 변화 경향을 관찰하고 습기 침투 흔적(가장자리(edge)로부터의 거리)을 확인하여 밀봉재 별 내습성 성능을 비교한 것이다.
평가 결과, HF 10 테스트(85℃/85%RH, -40℃, 10사이클), DH 1000 테스트(85℃, 85% RH 항온 항습 시험)를 진행하였는데 수분 감지 테이프의 습기 침투 별 색깔 변화를 관찰하였다. 또한 시료 제작시 밀봉재에서 노출되는 수분을 최소화하고자 테이프 주변의 밀봉재를 제거하고 진행하며, HF 10 이후에 연속적으로 DH 1000 평가를 진행하였다.
또한 기존에 주로 사용하던 EVA 소재는 HF 10 후에 글라스 가장자리(edge)로부터 약 15mm 침투하였고, DH1000 이후에는 추가로 30mm 가 더 침투하여 총 45mm 정도 침투하여, 실링 소재 없이 EVA 소재 만으로는 신뢰성이 좋은 모듈을 제작할 수는 없다.
반면에 "B" 제품의 경우, 신뢰성 표준 평가 방법인 HF10, DH1000 조건을 연속적으로 들어갔음에도 수분 침투 길이가 1mm 이내로 확인되어, 실링 소재 없이 밀봉재 소재만으로도 충분히 신뢰성이 뛰어난 모듈 제작의 가능성을 보여준다.
실링 소재를 사용하면 신뢰성 특성에 유리하지만 재료비와 공정 단계가 증가하기 때문에 실링 재료를 사용하지 않고 신뢰성을 유지한다면 여러가지 측면에서 유리하다.
도 17은 밀봉재 "B" 제품과 유사한 구조(lonomer)를 가지는 소재의 모델링 결과를 나타낸다.
도 18의 그래프에서, C는 PDMS(Pt catalyzed addition cure polydimethylsiloxane(폴리다이메틸실록세인))를 나타내며, D는 EVA(PV formulated ethylene-co-vinyl acetate with ~33 wt% vinyl-acetate), E는 PVB(poly(vinyl butyral), F는 TPU(aliphatic thermoplastic polyurethane), G는 lonomer #1(thermoplastic poly(ethylens-co-methacrylate) with Na and Zn counter inons), H는 PIB #1(thixotropic polyisobutylene edge seal filled with molecular sieves), I는 PIB #2(pseudoplastic silane and polyisobutylene copolymer edge seal filled with a reactive desiccant)를 나타낸다.
도 18의 그래프는 각 소재별로 댐프 히트(damp heat) 조건에서 수분 침투 시뮬레이션 결과이다.
밀봉재 소재 자체만으로는 G의 수분 침투 특성이 가장 좋으며, 실제 외부에 노출되는 모듈의 평균 조건과 비교해보면, 85℃에서는 재료의 분포도가 약 5~10배 정도 더 높고 물 용해도가 2~3배 더 높다. 그리고 실제로는 상대습도가 20~50% RH 정도로 DH 조건인 85% RH 보다 더 낮다. 따라서 일반적인 영역에서는 85℃/85% RH 조건에서의 실행률보다 작게는 약 17배 정도, 크게는 약 127배 정도 좋은 실행률을 보인다.
G의 경우에, 일반적인 영역 조건에서 20 년간 약~50mm 정도 수분이 침투하는 수준으로 시뮬레이션 된다. 따라서, 가장자리(edge) 밀봉없이 G를 사용하여 본 발명과 같은 구조로 제작한다면, PV 셀 내부까지 수분 침투 경로를 50mm 이상으로 설계하면 된다. G보다 더 내투습성이 뛰어난 소재가 개발된다면 수분 침투 경로를 더 작게 가져갈 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지는 서브 글라스와 커버 글라스의 크기가 같을 경우 글라스 가장자리(edge)면 가공시, 모서리 부분만 가공하거나(기존 연마 방식), 측면 가운데 부분도 둥근 형태로 가공하여 접촉면적을 넓히는 구조를 제공한다. 또한, 커버 글라스의 크기가 서브 글라스의 크기보다 큰 구조일때, 유리 r가장자리(edge)면 가공시 모서리 부분만 가공하는 구조 또는 측면 가운데 부분도 둥근 형태로 가공하여 접촉면적을 넓히는 구조를 제공한다.
또한, 실링 소재를 사용하지 않고 밀봉재 소재로만 라미네이션 하는 구조를 제공하는 것으로, 봉지재를 서브 글라스 또는 커버 글라스보다 충분히 크게 하여, 소재가 녹으면서 형상틀(140)에 채워지는 구조 또는 봉지재가 내투습성이 우수한 고분자 물질을 사용하는 구조를 제공한다.
또한, 라미네이션 공정에서 모듈 외곽쪽으로 특정형태의 형상틀(140)을 사용하는 구조를 제공하는바, 형상틀(140)의 모양이 서브 글라스만 감싸는 구조와 서브 글라스와 커버 글라스 모두를 감싸는 구조를 제공하거나, 외부 물질의 침투 경로를 증가시키기 위해 밀봉재가 전후면 글라스 표면까지 완전히 감싸는 구조를 제공한다. 또한, 모듈의 4면에 형상틀이 장착되어 라미네이션 공정에서 글라스의 압력을 최대한 균일하게하여 글라스 모서리 부분의 깨짐을 방지할 수 있는 구조 또는 형상틀은 라미네이터 설비 내부에 장착되어 있고, 모듈이 삽입되면 위쪽 또는 옆쪽으로 나와 모듈을 잡아준 뒤 라미네이션 하는 구조를 제공한다.
또한 내투습성이 좋은 소재를 사용하고, PV 셀까지의 수분 침투 경로가 최소 50mm 인 구조를 제공한다.
상기와 같은 특징을 가지는 본 발명의 태양 전지는 흡습제를 사용하지 않고 밀봉재 자체를 사용하여 수분과 같은 외부 물질을 최대한 차단하기 위하여 글라스와 밀봉재의 접촉면적을 최대한 크게하고, 서브 글라스와 커버 글라스를 단단하게 고정시켜 줌으로써 기계적인 강도도 증가시킬 수 있는 구조이다. 즉, 외부 물질이 셀 내부로 침투할 수 있는 경로를 밀봉재 자체만으로 최대한 길게 형성하는 구조이다. 이 구조에서는 프레임과 흡습제에 대한 재료비를 줄일 수 있고, 흡습제 부착 영역에서의 데드 영역도 없앨 수 있어 효과적인 영역이 증가되며 공정 단계 또한 감소시킬 수 있다.
그리고 라미네이션 공정에서 글라스 모서리 쪽에 압력이 많이 가해지면서 글라스가 깨지는 현상이 발생할 수 있고, 이를 방지하기 위해 모듈 외곽부에 비슷한 높이의 형상틀을 사용하거나 모듈이 들어갈 수 있는 틀을 만들어서 라미네이션을 진행하는 경우도 있다.
110: 서브 글라스
120: 커버 글라스
121: 태양 전지 130: 밀봉재
140: 형상틀
121: 태양 전지 130: 밀봉재
140: 형상틀
Claims (20)
- 단위 셀이 제공된 제1 글라스와 상기 제1 글라스를 커버하는 제2 글라스 사이에 상기 단위 셀을 보호하기 위한 밀봉재의 적어도 일부분이 상기 제1 글라스 및 제2 글라스의 가장 자리 외측에 위치하도록 배치하는 단계,
공간을 갖는 형상틀의 상기 공간에 상기 제1 글라스와 상기 제2 글라스의 가장 자리 외측으로 배치된 상기 밀봉재가 위치하도록 상기 제1 글라스와 상기 제2 글라스의 가장 자리에 상기 형상틀을 장착하는 단계,
상기 밀봉재를 가압, 가열 처리하여 상기 공간에 상기 밀봉재를 채우는 단계,
상기 밀봉재를 경화시킨 후 상기 형상틀을 상기 밀봉재로부터 분리시키는 단계
를 포함하고,
상기 밀봉재는 상기 제1 글라스와 상기 제2 글라스의 가장 자리를 감싸도록 형성되는 태양 전지 모듈의 제조 방법. - 제1항에서,
상기 제1 글라스와 상기 제2 글라스의 가장 자리를 감싸는 상기 밀봉재의 형상은 상기 공간의 형상과 실질적으로 동일한 태양 전지 모듈의 제조 방법. - 단위 셀이 제공된 제1 글라스,
상기 제1 글라스와 마주하며 상기 제1 글라스를 커버하는 제2 글라스,
상기 제1 글라스 및 상기 제2 글라스 사이에 위치하며 상기 단위 셀을 보호하기 위한 밀봉재를 포함하고,
상기 밀봉재의 적어도 일부분이 상기 제1 글라스 및 제2 글라스의 가장 자리 외측으로 돌출되어 위치하고,
상기 가장 자리 외측에 돌출되어 위치하는 상기 밀봉재는 상기 제1 글라스 또는 상기 제2 글라스의 일면과 접촉하는 태양 전지 모듈. - 제3항에서,
상기 제1 글라스와 상기 제2 글라스가 동일한 크기를 갖는 태양 전지 모듈의 제조 방법. - 제4항에서,
상기 밀봉재가 상기 제1 글라스의 측면 및 상면, 상기 제2 글라스의 측면을 감싸는 태양 전지 모듈. - 제4항에서,
상기 밀봉재가 상기 제1 글라스의 측면 및 상면, 상기 제2 글라스의 측면 및 하면을 감싸는 태양 전지 모듈. - 제4항에서,
상기 제1 글라스의 측면 및 상기 제2 글라스의 측면 중 적어도 하나에 형성되어 있는 요철을 더 포함하는 태양 전지 모듈. - 제7항에서,
상기 요철은 상기 측면을 따라 길게 형성되어 있는 오목부를 포함하는 태양 전지 모듈. - 제8항에서,
상기 요철은 원형 또는 다각형의 평면 모양을 가지는 복수의 오목부를 포함하는 태양 전지 모듈. - 제7항에서,
상기 밀봉재가 상기 제1 글라스의 측면 및 상면, 상기 제2 글라스의 측면을 감싸는 태양 전지 모듈. - 제7항에서,
상기 밀봉재가 상기 제1 글라스의 측면 및 상면, 상기 제2 글라스의 측면 및 하면을 감싸는 태양 전지 모듈. - 제4항에서,
상기 제2 글라스의 크기가 상기 제1 글라스의 크기보다 큰 태양 전지 모듈. - 제12항에서,
상기 밀봉재가 상기 제1 글라스의 측면 및 상면, 상기 제2 글라스의 측면을 감싸는 태양 전지 모듈. - 제12항에서,
상기 밀봉재가 상기 제1 글라스의 측면 및 상면, 상기 제2 글라스의 측면 및 하면을 감싸는 태양 전지 모듈. - 제12항에서,
상기 제1 글라스의 측면 및 상기 제2 글라스의 측면 중 적어도 하나에 형성되어 있는 요철을 더 포함하는 태양 전지 모듈. - 제15항에서,
상기 요철은 상기 측면을 따라 길게 형성되어 있는 오목부를 포함하는 태양 전지 모듈. - 제16항에서,
상기 요철은 원형 또는 다각형의 평면 모양을 가지는 복수의 오목부를 포함하는 태양 전지 모듈. - 제15항에서,
상기 밀봉재가 상기 제1 글라스의 측면 및 상면, 상기 제2 글라스의 측면을 감싸는 태양 전지 모듈. - 제15항에서,
상기 밀봉재가 상기 제1 글라스의 측면 및 상면, 상기 제2 글라스의 측면 및 하면을 감싸는 태양 전지 모듈. - 제3항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밀봉재는 로노머인 태양 전지 모듈.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |