KR20160027103A - 태양 에너지 장치 - Google Patents

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KR20160027103A
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KR
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solar energy
solar
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light transmissive
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KR1020167002553A
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Inventor
티모시 제이 헤브링크
에릭 알 잭슨
Original Assignee
쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니
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Abstract

태양광 스펙트럼의 적외선 파장 영역에서 흡수 대역폭을 갖는, 광기전 전지 또는 태양열 집열기 중 적어도 하나(101); 가시광 투과 반사기(103); 및 그래픽 필름 또는 조명 디스플레이 중 적어도 하나(105)를 포함하는, 태양 에너지 장치(100). 그래픽 필름 또는 조명 디스플레이는 가시광 투과 반사기를 통해 보일 수 있다. 태양 에너지 장치는, 예를 들어, 표지 (예를 들어, 광고 표지 또는 교통 표지)로서, 건물의 측면 및/또는 지붕에 뿐만 아니라 창문에 사용될 수 있다.

Description

태양 에너지 장치{SOLAR ENERGY DEVICES}
관련 출원의 상호참조
본 출원은, 그 개시 내용이 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2013년 7월 1일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/841565호의 이익을 주장한다.
광기전 장치 및 시스템을 상업용 건물 및 주거용 건물에 설치 및/또는 합체하는 것이 공지되어 있다. 일반적으로 그러한 시스템은 제한된 광기전 용량을 가질 수 있으며 미학적 매력을 거의 갖지 않을 수 있는 통상적인 옥상(roof-top) 기반 시스템에 제한되어 왔다. 통상적인 옥상 기반 시스템은 전형적으로 래킹(racking) 시스템에 의존적인데, 이는 예를 들어 매력적이고 편리한 방식으로 수직 건물 면에 합체되기에 전형적으로 적합하지 않으며 또한 다른 구성에서도 제한된 적합성을 가질 수 있다.
집광형 광기전 응용에서, 넓은 대역폭의 태양 에너지를 광기전 전지 또는 태양열 전달 요소 상으로 향하게 하기 위해 통상적인 태양광 집광 거울(solar concentrating mirror)이 전형적으로 사용된다. 그러나, 태양광 집광 거울로부터 태양 요소(solar element) 상으로 반사되는 소정 파장의 전자기 방사선은 태양 요소에 악영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 적외선 스펙트럼 내의 소정 파장은 소정 광기전 전지의 온도의 바람직하지 않은 증가를 유발할 수 있다. 그 결과, 광기전 전지는 효율성을 잃을 수 있고 과도한 열 노출로 인해 시간이 지남에 따라 열화될 수 있다. 또한, 가시광을 반사하는 광대역 거울은 소정 각도에서 눈이 부실 수 있으며, 미학적 이유로 일부 사람에게 불쾌할 수 있다. 광대역 거울은 유체를 가열하기 위해 집광형 태양열 패널에 또한 사용되지만, 건물 합체의 경우 미학적 매력이 역시 결여되며, 태양을 추적하지 않는 시스템에서 반사 미광(stray reflection)에 눈이 부실 수 있다. 자외선 (UV) 광에의 장기간 노출은 또한 전형적으로 광기전 전지의 구성요소의 조기 열화로 이어진다. 선택된 태양 전지의 흡수 대역폭에 상응하는 파장은 반사하고 이러한 대역폭 밖의 광의 대부분은 투과 또는 흡수하는 일부 태양광 집광 거울이 개시되어 있다 (예를 들어, 2009년 11월 19일자로 공개된 국제 특허 출원 공개 WO 2009/140493호 (헤브링크(Hebrink) 등) 참조).
일 태양에서, 본 명세서에서는 태양 에너지 장치를 기술하고 있는데, 이 태양 에너지 장치는 태양광 스펙트럼의 근적외선 파장 영역의 적어도 일부 (예를 들어, 적어도 100 nm 범위; 일부 실시 형태에서, 적어도 200 nm, 300 nm, 400 nm, 500 nm, 600 nm, 700 nm, 800 nm, 900 nm, 또는 심지어 적어도 1000 nm 범위)를 포함하는 흡수 대역폭 (즉, 800 nm 내지 1200 nm의 범위의 적어도 일부)을 갖는, 광기전 전지 또는 태양열 집열기 중 적어도 하나;
대체로 대향하는 제1 주 표면 및 제2 주 표면을 갖는 가시광 투과 반사기로서, 상기 가시광 투과 반사기는 상기 제1 주 표면으로부터 상기 광기전 전지 또는 태양열 집열기 중 적어도 하나 상으로 광을 반사하도록 위치되고, 상기 가시광 투과 반사기는 굴절률이 상이한 복수의 교번하는 제1 광학 층 및 제2 광학 층을 포함하는 광학 스택(optical stack)을 갖는 다층 광학 필름을 포함하고, 상기 다층 광학 필름은 상기 광기전 전지 또는 태양열 집열기 중 적어도 하나의 상기 흡수 대역폭과 상응하는 파장의 범위에서 광의 적어도 일부를 반사하는, 상기 가시광 투과 반사기; 및
상기 가시광 투과 반사기의 제1 주 표면보다 상기 가시광 투과 반사기의 제2 주 표면에 더 가깝게 배치된, 그래픽 필름 (일부 실시 형태에서, 부분 투과성 그래픽 필름) 또는 조명 디스플레이(lighted display) 중 적어도 하나로서, 존재하는 상기 그래픽 필름 또는 조명 디스플레이는 상기 가시광 투과 반사기를 통해 보일 수 있는, 상기 그래픽 필름 또는 조명 디스플레이 중 적어도 하나를 포함한다.
다른 태양에서, 본 명세서에서는 태양 에너지 장치가 기술되는데, 이 태양 에너지 장치는 태양광 스펙트럼의 근적외선 파장 영역의 적어도 일부를 포함하는 흡수 대역폭 (즉, 800 nm 내지 1200 nm의 범위의 적어도 일부)을 갖는, 광기전 전지 또는 태양열 집열기 중 적어도 하나;
대체로 대향하는 제1 주 표면 및 제2 주 표면을 갖는 가시광 투과 반사기로서, 상기 가시광 투과 반사기는 상기 제1 주 표면으로부터 상기 광기전 전지 또는 태양열 집열기 중 적어도 하나 상으로 광을 반사하도록 위치되고, 상기 가시광 투과 반사기는 굴절률이 상이한 복수의 교번하는 제1 광학 층 및 제2 광학 층을 포함하는 광학 스택을 갖는 다층 광학 필름을 포함하고, 상기 다층 광학 필름은 상기 광기전 전지 또는 태양열 집열기 중 적어도 하나의 상기 흡수 대역폭과 상응하는 파장의 범위에서 광의 적어도 일부를 반사하는, 상기 가시광 투과 반사기; 및
상기 가시광 투과 반사기의 제2 주 표면보다 상기 가시광 투과 반사기의 제1 주 표면에 더 가깝게 위치된 부분 투과성 그래픽 필름으로서, 반사된 적외광이 상기 부분 투과성 그래픽 필름을 투과하는, 상기 부분 투과성 그래픽 필름을 포함한다.
"그래픽 필름"은, 가시광 또는 근적외선 범위의 파장을 갖는 적어도 일부 광을 흡수하고 가시광 범위의 적어도 일부 광을 반사하며, 이때, 반사된 광은 어떠한 그래픽 컨텐트(graphical content)를 포함하는 임의의 필름이다. 그래픽 컨텐트는 패턴, 이미지, 또는 다른 시각적 표시(visual indicia)를 포함할 수 있다. 그래픽 필름은 인쇄된 필름일 수 있거나, 또는 그래픽은 인쇄 이외의 수단에 의해 생성될 수 있다. 예를 들어, 그래픽 필름은 천공들의 패턴화된 배열을 갖는 천공된 반사 필름일 수 있다. 그래픽은 또한 엠보싱에 의해 생성될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 그래픽 필름은 (예를 들어, 백라이팅되는 표지 (예를 들어, 백라이팅되는, 교통 표지)에 사용되는) 부분 투과성 그래픽 필름이다. 구매가능한 그래픽 필름의 예는 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)에 의해 상표명 "DI-NOC"으로 시판된다.
"광기전 전지"는 전자기 에너지 (예를 들어, 근적외선을 포함하는, 광)를 전기로 전환시키는 반도체 전기 장치이다.
"태양열 집열기"는 태양으로부터의 전자기 에너지 (즉, 적외선 에너지를 포함하는, 태양광)를 열 에너지로 전환시킬 수 있는 장치이다.
"태양 에너지 장치"는 태양으로부터의 전자기 에너지 (즉, 적외선 에너지를 포함하는, 태양광)를 다른 곳에 사용하기 위한 전기 또는 열 에너지로 전환시킬 수 있는 장치이다.
용어 "중합체"는 하나 이상의 반복되는 단량체 단위로 본질적으로 이루어지는 거대분자 화합물, 또는 하나 이상의 유사한 반복되는 단량체 단위로 본질적으로 이루어지는 거대 분자 화합물들의 혼합물을 지칭한다.
본 명세서에 기재된 태양 에너지 장치는, 예를 들어, 표지 (예를 들어, 광고 표지 또는 교통 표지)로서, 건물의 측면 및/또는 지붕에 뿐만 아니라 창문에 사용될 수 있다. 태양 에너지 장치는, 예를 들어, 건물의 일부로서 설치될 수 있으며, 가시광 투과 반사기의 제2 주 표면에 더 가깝게 위치된 그래픽 필름 또는 조명 디스플레이의 가시성을 허용할 수 있다. 그래픽 필름은 건물 미관을 위해, 예를 들어, 지붕널(shingle), 타일, 벽돌, 스투코(stucco), 또는 나뭇결의 인쇄된 외관을 가질 수 있다.
도 1은 본 명세서에 기재된 태양 에너지 장치의 예시적인 실시 형태의 개략 전면도이다.
도 1a는 도 1에 나타낸 태양 에너지 장치의 예시적인 실시 형태의 개략 측면도이다.
도 2는, 사용 중인, 본 명세서에 기재된 태양 에너지 장치의 예시적인 실시 형태의 개략 측면도이다.
도 3은, 사용 중인, 본 명세서에 기재된 태양 에너지 장치의 예시적인 실시 형태의 개략 측면도이다.
도 1 및 도 1a를 참고하면, 태양 에너지 장치(100)는 광기전 전지 또는 태양열 집열기(101), 가시광 투과 반사기(103), 및 그래픽 필름 또는 조명 디스플레이(105)를 포함한다.
도 2를 참고하면, 태양 에너지 장치(200)는 광기전 전지 또는 태양열 집열기(201), 가시광 투과 반사기(203), 및 그래픽 필름 또는 조명 디스플레이(205)를 포함한다. 태양(210)으로부터의 입사 태양광(207)은 광기전 전지 또는 태양열 집열기(201) 및 가시광 투과 반사기(203)를 직접 비춘다. 태양(210)으로부터의 에너지의 근적외선 부분(209)은 가시광 투과 반사기(203)로부터 광기전 전지 또는 태양열 집열기(201) 상으로 반사된다. 그래픽 필름 또는 조명 디스플레이(205)는 가시광 투과 반사기(203)를 통해 보일 수 있다.
도 3을 참고하면, 태양 에너지 장치(300)는 광기전 전지 또는 태양열 집열기(301), 가시광 투과 반사기(303), 및 부분 투과성 그래픽 필름 또는 조명 디스플레이(305)를 포함한다. 태양(310)으로부터의 입사 태양광(307)은 부분 투과성 그래픽 또는 조명 디스플레이(305)를 통해 광기전 전지 또는 태양열 집열기(301) 및 가시광 투과 반사기(303)를 비춘다. 태양(310)으로부터의 에너지의 근적외선 부분(309)은 가시광 투과 반사기(303)로부터 부분 투과성 그래픽 또는 조명 디스플레이(305)를 통해 광기전 전지 또는 태양열 집열기(301) 상으로 반사된다.
예시적인 광기전 전지에는 결정질 규소 단일 접합(crystalline silicon single junction) 전지, 리본 규소 전지, 비정질 규소 광기전 전지, 구리 인듐 갈륨 셀레나이드 전지, 카드뮴 텔루라이드 광기전 전지, 유기 광기전 전지, 및 갈륨 알세나이드 전지가 포함된다.
예시적인 태양열 집열기는 글레이징된 편평한 흑색 패널(glazed flat black panel), 흑색 태양광 흡수 핀(solar absorbing fin)에 부착된 흑색 워터 튜브(black water tube), 흡수제 튜브를 둘러싸는 진공화된 유리 튜브, 및 태양광 흡수 튜브 상으로 추가적인 적외광을 반사하는 복합 포물면 집광기(compound parabolic concentrator)를 포함한다.
본 명세서에 기재된 태양 에너지 장치는, 굴절률이 상이한 복수의 교번하는 제1 광학 층 및 제2 광학 층을 갖는 광학 스택을 갖는 다층 광학 필름을 포함하는 가시광 투과 반사기를 포함한다. 적어도 하나의 제1 중합체 및 하나의 제2 중합체의 교번하는 층을 갖는 통상적인 다층 광학 필름이, 가시광 투과 반사기를 생성하는 데 이용될 수 있다. 적절한 굴절률을 갖는 적절한 층 쌍(layer pair), 층 두께, 및/또는 층 쌍의 수를 선택함으로써, 광학 스택은 원하는 파장의 광을 투과 또는 반사하도록 설계될 수 있다.
제1 광학 층 및 제2 광학 층의 적절한 선택에 의해서, 본 명세서에 개시된 태양 에너지 장치 내의 가시광 투과 반사기는 원하는 대역폭의 광을 반사 또는 투과하도록 설계될 수 있다. 반사는 광학 스택 내의 광학 층들 사이의 각각의 계면에서 발생하며, 이러한 층들은 각각 n1 및 n2의 상이한 굴절률을 갖는다. 인접한 광학 층들의 계면에서 반사되지 않은 광은 전형적으로 연속하는 층들을 통과하고, 후속 광학 층에서 흡수되거나, 후속 계면에서 반사되거나, 또는 광학 스택을 통해 함께 투과된다. 전형적으로, 주어진 층 쌍의 광학 층들은 반사성(reflectivity)이 요구되는 그러한 광 파장에 대해 실질적으로 투과성이도록 선택된다. 층 쌍 계면에서 반사되지 않은 광은 다음의 층 쌍 계면으로 넘어가고, 여기서, 광의 일부가 반사되며, 반사되지 않은 광은 계속해서 진행된다. 광학 스택 내의 광학 층의 수를 증가시켜서 더 큰 광출력(optical power)을 제공할 수 있다. 이러한 방식으로, 다수의 광학 층을 갖는 광학 층 스택은 고도의 반사성을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 층 쌍들 사이의 굴절률이 작은 경우, 광학 스택은 원하는 반사성을 달성하지 못 할 수 있지만, 층 쌍의 수를 증가시킴으로써 충분한 반사성이 달성될 수 있다. 본 발명의 일부 실시 형태에서, 광학 스택은 2개 이상의 제1 광학 층 및 2개 이상의 제2 광학 층, 5개 이상의 제1 광학 층 및 5개 이상의 제2 광학 층, 50개 이상의 제1 광학 층 및 50개 이상의 제2 광학 층, 200개 이상의 제1 광학 층 및 200개 이상의 제2 광학 층, 500개 이상의 제1 광학 층 및 500개 이상의 제2 광학 층, 또는 1000개 이상의 제1 광학 층 및 1000개 이상의 제2 광학 층을 포함한다. 일반적으로, 제1 광학 층의 적어도 일부와 제2 광학 층의 적어도 일부는 밀접하게 접촉해 있다.
일반적으로, 인접한 광학 층들의 계면의 반사성은 반사 파장에서의 제1 광학 층 및 제2 광학 층의 굴절률 차이의 제곱에 비례한다. 층 쌍 사이의 굴절률의 절대차 (n1-n2)는 전형적으로 0.1 이상이다. 제1 광학 층과 제2 광학 층 사이의 더 큰 굴절률 차이가, 예를 들어, 더 반사성인 대역폭을 가능하게 하는, 더 높은 광출력 (예를 들어, 반사성)을 제공하는 데 유용하다. 그러나, 본 발명에서, 층 쌍 사이의 절대차는, 선택되는 층 쌍에 따라, 0.20 미만 (일부 실시 형태에서, 0.15 미만, 0.10 미만, 0.05 미만, 또는 심지어 0.03 미만)일 수 있다.
각각의 층의 두께는, 반사성의 양을 변화시키거나 또는 반사성 파장 범위를 이동시킴으로써, 광학 스택의 성능에 영향을 줄 수 있다. 광학 층은 전형적으로 반사될 파장 또는 파장들의 약 1/4의 평균 개별 층 두께 및 반사될 파장 또는 파장들의 약 1/2의 층 쌍 두께를 갖는다. 층 쌍에 대해 광학 두께의 합계가 파장의 1/2 (또는 그의 배수)이기만 하다면, 광학 층은 각각 1/4 파장 두께일 수 있거나 또는 광학 층은 상이한 광학 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 800 나노미터 (nm)의 광을 반사하기 위해서, 평균 개별 층 두께는 약 200 nm일 것이고, 평균 층 쌍 두께는 약 400 nm일 것이다. 제1 광학 층 및 제2 광학 층은 동일한 두께를 가질 수 있다. 대안적으로, 광학 스택은 상이한 두께를 갖는 광학 층을 포함하여, 반사 파장 범위를 증가시킬 수 있다. 2개 초과의 층 쌍을 갖는 광학 스택은 상이한 광학 두께를 갖는 광학 층을 포함하여, 파장의 소정 범위에 걸쳐 반사성을 제공할 수 있다. 예를 들어, 광학 스택은, 특정 파장을 갖는 수직 입사광의 최적의 반사를 달성하도록 개별적으로 조정된 층 쌍을 포함할 수 있거나, 더 넓은 대역폭에 걸쳐 광을 반사하도록 층 쌍 두께의 구배를 포함할 수 있다. 특정 층 쌍에 대한 수직 반사성은 주로 개별 층의 광학 두께에 따라 좌우되고, 여기서, 광학 두께는 층의 실제 두께와 그의 굴절률의 곱으로서 정의된다. 광학 층 스택으로부터 반사되는 광의 강도는 스택의 층 쌍의 개수 및 각 층 쌍의 광학 층들의 굴절률 차이의 함수이다. 비 n1d1/(n1d1 + n2d2) (일반적으로 "f-비"라고 함)는 특정 파장에서의 주어진 층 쌍의 반사성과 상관관계가 있다. f-비에서, n1 및 n2는 층 쌍 내의 제1 및 제2 광학 층의 특정 파장에서의 각각의 굴절률이고, d1 및 d2는 층 쌍 내의 제1 및 제2 광학 층의 각각의 두께이다. 굴절률, 광학 층 두께, 및 f-비의 적절한 선택에 의해, 1차 반사의 강도를 어느 정도 제어할 수 있다.
방정식 λ/2 = n1d1+n2d2를 사용하여 광학 층을 조정하여서, 수직 입사각에서 파장 λ의 광을 반사할 수 있다. 다른 각도에서, 층 쌍의 광학 두께는 성분 광학 층을 통해 이동되는 거리 (층의 두께보다 더 큼) 및 광학 층의 3개의 광학축 중 적어도 2개에 대한 굴절률에 따라 좌우된다.
본 명세서에 개시된 가시광 투과 반사기에 유용한 다층 광학 필름 내의 광학 스택은 전부 또는 대부분의 1/4파 필름 스택을 전형적으로 포함한다. 이 경우에, 스펙트럼의 제어는 필름 스택에서의 층 두께 프로파일의 제어를 필요로 한다. 그러한 광학 스택의 층 두께 프로파일은, 예를 들어, 현미경 기술로 얻어진 층 프로파일 정보와 조합된, 미국 특허 제6,783,349호 (니아빈(Neavin) 등)에 교시된 축방향 로드(axial rod) 장치를 사용하여, 개선된 스펙트럼 특성을 제공하도록 조정될 수 있다.
층 두께 프로파일 제어를 위한 기본 공정은 목표 층 두께 프로파일과 측정된 층 프로파일의 차이에 기초한 축방향 로드 구역 전력 설정의 조정을 포함한다. 주어진 피드블록(feedblock) 구역 내의 층 두께 값을 조정하기 위해 필요한 축방향 로드 전력 증가는, 먼저 그 가열기 구역 내에서 발생되는 층의 결과적인 두께 변화의 나노미터당 열 공급의 와트의 관점에서 보정될 수 있다. 275개의 층에 대해 24개의 축방향 로드 구역을 사용하여 스펙트럼의 미세한 제어가 가능하다. 일단 보정된 후, 필요한 출력 조정은 목표 프로파일 및 측정된 프로파일이 주어지기만 하면 계산될 수 있다. 과정은 2개의 프로파일이 수렴(converge)될 때까지 반복될 수 있다.
제어된 스펙트럼을 갖는 다층 광학 필름을 제공하기 위해 바람직한 기술은, 예를 들어 미국 특허 제6,783,349호 (니아빈 등)에 교시된 바와 같은 공압출된 중합체 층의 층 두께 값의 축방향 로드 가열기 제어의 사용; 층 두께 측정 도구 (예를 들어, 원자력 현미경, 투과 전자 현미경, 또는 주사 전자 현미경)로부터의 산출 동안의 적시의 층 두께 프로파일 피드백(feedback); 원하는 층 두께 프로파일을 생성하기 위한 광학 모델링(optical modeling); 및 측정된 층 프로파일과 원하는 층 프로파일 사이의 차이에 기초한 축방향 로드 조정의 수행을 포함한다.
광학 스택의 층 두께 프로파일 (층 두께 값)은, 제1 (가장 얇은) 광학 층이 원하는 반사 대역폭의 좌측 대역 에지(left band edge)에 대해 약 1/4 파 광학 두께 (굴절률 × 물리적 두께)를 갖도록 조정되고 원하는 반사 대역폭의 우측 대역 에지에 대해 약 1/4 파 두께의 광학 두께가 되도록 조정될 수 있는 가장 두꺼운 층으로 진행되는 대략 선형 프로파일이 되도록 조정될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 상이한 반사 대역을 갖는 2개 이상의 다층 광학 필름을 함께 라미네이팅하여 반사 대역을 넓힌다.
광학 층의 (예를 들어, 신장에 의해 유발되는) 복굴절은 층 쌍 내의 광학 층들의 굴절률 차이를 증가시킬 수 있다. 2개의 상호 수직인 평면 내 축에서 배향된, 층 쌍을 포함하는 광학 스택은, 예를 들어, 광학 층의 수, f-비, 및 굴절률에 따라, 이례적으로 높은 백분율의 입사광을 반사할 수 있는 매우 효율적인 반사기이다.
본 명세서에 개시된 태양 에너지 장치 내의 반사기는 가시광을 투과시킨다. 즉, 400 내지 700 나노미터 범위의 파장의 적어도 일부를 투과시킨다. "적어도 일부"는 400 내지 700 나노미터의 파장의 전체 범위뿐만 아니라, 파장의 일부, 예를 들어, 25 nm 이상 (일부 실시 형태에서, 50 nm 이상, 100 nm 이상, 150 nm 이상, 또는 200 nm 이상)의 대역폭을 포함하는 의미이다. 이러한 실시 형태에서, 투과율은 다층 광학 필름에 대해 수직인 각도에서 또는 45도 내지 60도의 이동된 각도에서 측정될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 다층 광학 필름은 다층 광학 필름에 대해 수직인 각도에서 평균 가시광 투과율이 45% 이상 (일부 실시 형태에서, 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상, 85% 이상, 90% 이상, 92% 이상, 또는 심지어 95% 이상)이다. 일부 실시 형태에서, 다층 광학 필름은 0도 입사각 (즉, 필름에 수직인 각도)에서 400 나노미터 내지 500 나노미터, 400 나노미터 내지 600 나노미터, 및 400 나노미터 내지 700 나노미터로 이루어진 군으로부터 선택되는 파장 범위에서 평균 가시광 투과율이 45% 이상 (일부 실시 형태에서, 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상, 85% 이상, 90% 이상, 92% 이상, 또는 심지어 95% 이상)이다.
다수의 태양 에너지 장치 구조물 (예를 들어, 통상적인 옥상 장치)에서, 가시광 투과는 불필요하다. 예를 들어, 옥상에 있는 태양광 백시트 또는 반사기는 종종 불투명 기재 상에 형성된다. 집광형 광기전 응용을 포함하는 일부 응용에서, 가시광 범위 내의 광을 흡수하는 경향이 있는 광기전 전지에 의해 사용가능한 광의 대부분을 반사기 (집광 거울)가 반사하는 것이 바람직한 것으로 여겨질 수 있다. 예를 들어, 국제 특허 출원 공개 2009/140493호 (헤브링크 등)는, 태양 전지의 흡수 대역폭과 상응하는 파장의 범위에 걸친 평균 광의 적어도 대부분을 태양 전지 상으로 반사하는, 태양광 집광 거울로서 유용한, 다층 필름을 개시한다. 대조적으로, 본 발명의 반사기는, 광기전 전지 또는 태양열 집열기에 의해 흡수되는 범위의 파장은 반사하고, 예를 들어, 디스플레이의 관찰, 기존 건물 외관(
Figure pct00001
)의 관찰, 또는 건물 외관처럼 보이도록 설계된 그래픽의 관찰에 유용한 가시광은 또한 투과시킨다.
본 명세서에 개시된 가시광 투과 반사기 내의 다층 광학 필름은 가시 범위 (예를 들어, 600 나노미터 내지 700 나노미터의 범위)에서 또는 적외선 범위 (예를 들어, 700 나노미터 내지 900 나노미터의 범위)에서 투과로부터 반사로 전환되도록 설계될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 가시광 투과 반사기는 평균 가시광 투과율이 30% 이상이다. 필름이 가시광 투과로부터 가시광 반사로 전환되는 파장은 좌측 대역 에지로 불린다. 일부 실시 형태에서, 다층 광학 필름은 600 나노미터 내지 1000 나노미터 범위의 좌측 대역 에지를 갖는 가시광 투과 반사기이다. 일부 실시 형태에서, 다층 광학 필름은 650 나노미터 내지 1350 나노미터, 650 나노미터 내지 1500 나노미터, 850 나노미터 내지 1200 나노미터, 및 850 나노미터 내지 1500 나노미터로 이루어진 군으로부터 선택되는 파장 범위에서 다층 광학 필름에 수직인 각도에서 평균 광 반사율이 50% 이상이다. 일부 실시 형태에서, 다층 광학 필름은 색변환(color-shifting) 필름이다. 색변환 필름은 시야각의 함수로서 색을 변화시킨다. 예를 들어, 다층 광학 필름의 좌측 대역 에지가 약 650 나노미터인 경우, 백색 배경에 대해, 필름은 0도 시야각에서 시안(cyan)으로 보이고 45도 내지 60도의 이동된 시야각에서 코발트 블루(cobalt blue)로 보일 수 있다. 다른 예에서, 다층 광학 필름의 좌측 대역 에지가 약 720 나노미터인 경우, 백색 배경에 대해, 필름은 0도 시야각에서 무색으로 보이고 45도 내지 60도의 이동된 시야각에서 시안으로 보일 수 있다. 좁은 투과 대역 (즉, 약 100 나노미터 이하의 범위의 투과 대역)의 경우, 연속하여 더 커지는 입사각에서 다수의 색이 보일 수 있다. 색변환 필름에 대한 추가의 상세 사항은, 예를 들어, 미국 특허 제6,531,230호 (웨버(Weber) 등) 및 미국 특허 제6,045,894호 (존자(Jonza) 등)에서 찾아 볼 수 있다.
본 명세서에 기재된 태양 에너지 장치에서, 가시광 투과 반사기는 광기전 전지 또는 태양열 집열기의 흡수 대역폭과 상응하는 파장의 범위에서 광의 적어도 일부를 반사한다. "적어도 일부"는 25 nm 이상 (일부 실시 형태에서, 50 nm 이상, 100 nm 이상, 150 nm 이상 또는 심지어 200 nm 이상)과 같은 대역폭을 포함한다.
적합한 광기전 전지에는 다양한 반도체 재료를 사용하여 개발된 것들이 포함된다. 각각의 유형의 반도체 재료는, 광의 소정 파장에서 가장 효율적으로 광을 흡수하게 하는, 또는 더욱 명확하게는 태양광 스펙트럼의 일부분에 걸친 전자기 방사선을 흡수하게 하는 특징적인 대역 갭 (band gap) 에너지를 가질 것이다. 광기전 전지를 제조하기 위해 유용한 예시적인 적합한 재료 및 그의 광기전 광 흡수 대역-에지 파장에는: 결정질 규소 단일 접합 (약 400 nm 내지 약 1150 nm), 비정질 규소 단일 접합 (약 300 nm 내지 약 720 nm), 리본 규소 (약 350 nm 내지 약 1150 nm), 구리 인듐 갈륨 셀레나이드 (CIGS) (약 350 nm 내지 약 1100 nm), 카드뮴 텔루라이드 (CdTe) (약 400 nm 내지 약 895 nm), 및 갈륨 알세나이드 (GaAs) 다중-접합 (약 350 nm 내지 약 1750 nm)이 포함된다. 광기전 전지는 또한 양면형 전지(bifacial cell) 또는 염료 감응형 전지(dye-sensitized cell)일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 광기전 전지는 결정질 규소 단일 접합 전지, 리본 규소 전지, CIGS 전지, GaAs 다중-접합 전지, 또는 CdTe 전지이다. 일부 실시 형태에서, 광기전 전지는 결정질 규소 단일 접합 전지, 리본 규소 전지, CIGS 전지, 또는 GaAs 전지이다. 일부 실시 형태에서, 광기전 전지는 결정질 규소 단일 접합 전지이다. 광기전 전지의 제조에 적합한 새로운 재료가 계속 개발되고 있다. 일부 실시 형태에서, 광기전 전지는 유기 광기전 전지이다. 일부의 이들 실시 형태에서, 유기 광기전 전지는 투명하며, 이는 본 명세서에 기재된 태양 에너지 장치를 위한 미학적 기능에 유리할 수 있다.
적합한 태양열 집열기는 글레이징된 편평한 흑색 패널, 흑색 태양광 흡수 핀에 부착된 흑색의 유체 함유 튜브, 흡수제 튜브를 둘러싸는 진공화된 유리 튜브, 태양광 흡수 튜브 상으로 태양 에너지를 반사하는 절두형 복합 포물면 집광기 (예를 들어, 문헌["The Optics of Non-imaging Concentrators Light and Solar Energy" written by W.T. Welford and R. Winston and published by Academic Press in 1978]에 기재된 것), 및 태양을 추적하는 적외선 거울을 갖는 포물면 집광기를 포함한다. 유체에 의해 집열되는 열은 뜨거운 수돗물, 건물 난방, 열 작동 공조(heat powered air conditioning) (흡착 냉각), 공기 제습, 및 공정 가열을 위해 이용될 수 있다.
전형적으로, 본 명세서에 기재된 태양 에너지 장치 내의 가시광 투과 거울은, 광의 근적외선 파장 및 선택적으로 더 긴 가시광 파장을 포함하는 광기전 전지의 흡수 대역폭과 상응하는 파장의 범위에서 광의 적어도 일부를 반사한다. 일부 실시 형태에서, 본 발명에 따른 가시광 투과 반사기는 650 nm 내지 1100 nm (일부 실시 형태에서, 650 nm 내지 1500 nm, 875 nm 내지 1100 nm, 또는 심지어 900 nm 내지 1500 nm)의 파장 범위의 적어도 일부에서 광을 반사한다. 이들 파장 범위 중 임의의 것에 대해, 가시광 투과 반사기는 평균 반사율이 수직 입사각에서 30% 이상 (일부 실시 형태에서, 40% 이상, 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상, 90% 이상, 95% 이상, 97% 이상, 98% 이상, 또는 심지어 99% 이상)일 수 있다. 가시광 투과 반사기는 원하는 대역폭의 광을 광기전 전지 또는 태양열 집열기 상으로 반사하도록 위치된다. 일부 실시 형태에서, 광기전 전지 또는 태양열 집열기의 흡수 대역폭과 상응하는 파장의 범위 밖의 광은 가시광 투과 반사기를 통과하며 광기전 전지 또는 태양열 집열기 상으로 반사되지 않는다. 다른 실시 형태에서, 광기전 전지 또는 태양열 집열기의 흡수 대역폭과 상응하는 파장의 범위 밖의 광의 일부는, 하기에 기재된 바와 같이, 가시광 투과 반사기에 의해 흡수된다. 선택된 광기전 전지 또는 태양열 집열기에 부합하는 파장의 범위에서 광의 적어도 일부를 반사하는 다층 광학 필름의 선택은, 광기전 전지 또는 태양열 집열기에 불리한 방사선을 감소시키면서, 광기전 전지 또는 태양열 집열기의 작동 효율을 유의하게 향상시킬 수 있다.
본 명세서에 개시된 가시광 투과 반사기는 굴절률이 상이한 제1 광학 층 및 제2 광학 층을 포함한다. 전형적으로, 제1 광학 층 및 제2 광학 층은 중합체 층이다. 이와 관련하여, 용어 "중합체"는 단일중합체 및 공중합체뿐만 아니라, 예를 들어 공압출에 의해 또는 에스테르 교환을 비롯한 반응에 의해 혼화성 블렌드로 형성될 수 있는 중합체 또는 공중합체를 포함하는 것으로 이해될 것이다. 용어 "중합체" 및 "공중합체"는 랜덤 및 블록 공중합체 둘 모두를 포함한다. 본 명세서에 기재된 제1 광학 층의 중합체는 제2 광학 층의 중합체보다 굴절률이 더 크다. 제1 광학 층을 위한 중합체의 유용한 부류에는, 일부 실시 형태에서, 폴리에스테르 및 폴리카르보네이트가 포함된다.
폴리에스테르는, 예를 들어, 락톤의 개환 부가 중합으로부터, 또는 다이카르복실산 (또는 그의 유도체 (예를 들어, 이산 할라이드 또는 다이에스테르))과 다이올의 축합에 의해 유도될 수 있다. 예시적인 다이카르복실산에는 2,6-나프탈렌다이카르복실산; 테레프탈산; 아이소프탈산; 프탈산; 아젤라산; 아디프산; 세바스산; 노르보르넨다이카르복실산; 바이사이클로옥탄다이카르복실산; 1,6-사이클로헥산다이카르복실산; t-부틸 아이소프탈산; 트라이멜리트산; 나트륨 설폰화 아이소프탈산; 4,4'-바이페닐다이카르복실산이 포함된다. 이들 산의 산 할라이드 및 저급 알킬 에스테르 (예를 들어, 메틸 또는 에틸 에스테르)가 또한 작용성 등가물로서 사용될 수 있다. 이와 관련하여, 용어 "저급 알킬"은, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기를 지칭한다. 예시적인 다이올에는 에틸렌 글리콜; 프로필렌 글리콜; 1,4-부탄다이올; 1,6-헥산다이올; 네오펜틸 글리콜; 폴리에틸렌 글리콜; 다이에틸렌 글리콜; 트라이사이클로데칸다이올; 1,4-사이클로헥산다이메탄올; 노르보르난다이올; 바이사이클로옥탄다이올; 트라이메틸올프로판; 펜타에리트리톨; 1,4-벤젠다이메탄올; 비스페놀 A; 1,8-다이하이드록시바이페닐; 및 1,3-비스 (2-하이드록시에톡시)벤젠이 포함된다.
일부 실시 형태에서, 제1 광학 층은 복굴절성 중합체를 포함한다. 복굴절성 광학 층을 형성하기 위해 유용한 예시적인 중합체에는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET); 폴리에틸렌 2,6-나프탈레이트 (PEN); 나프탈렌다이카르복실산, 추가적인 다이카르복실산, 및 다이올로부터 유도되는 코폴리에스테르 (coPEN) (예를 들어, 90 당량의 다이메틸 나프탈렌다이카르복실레이트, 10 당량의 다이메틸 테레프탈레이트, 및 100 당량의 에틸렌 글리콜의 공축합을 통해 유도되는 폴리에스테르); 테레프탈산으로부터 유도되는 코폴리에스테르, 예를 들어, 미국 특허 제6,449,093 B2호 (헤브링크 등) 또는 미국 특허 출원 공개 제2006/0084780 A1호 (헤브링크 등)에 기재된 것들; PEN의 공중합체 (CoPEN), 예를 들어, 미국 특허 제6,352,761호 (헤브링크 등) 및 미국 특허 제6,449,093호 (헤브링크 등)에 기재된 것들; 폴리에테르 이미드; 폴리에스테르/비-폴리에스테르 조합; 폴리부틸렌 2,6-나프탈레이트 (PBN); 개질된 폴리올레핀 탄성중합체, 열가소성 탄성중합체; 열가소성 폴리우레탄 (TPU); 및 예를 들어, 낮은 UV-광 흡수에 유용한, 신디오택틱 폴리스티렌 (sPS); 및 이들의 조합이 포함된다.
일부 실시 형태에서, 제1 광학 층은 아크릴 (예를 들어, 폴리(메틸 메타크릴레이트) (PMMA)), 폴리카르보네이트, 폴리올레핀 공중합체 (예를 들어, (EVA) 에틸렌 비닐 아세테이트), 환형 올레핀 공중합체, 또는 이들의 조합을 포함한다. 그러한 실시 형태는, 예를 들어, 제2 광학 층이 플루오로중합체를 포함하는 경우에 유용할 수 있다.
제1 광학 층을 위해 유용할 수 있는 예시적인 특정 중합체 제품에는, 예를 들어, 미국 테네시주 킹스포트 소재의 이스트맨 케미칼 컴퍼니(Eastman Chemical Company)로부터 입수가능한, 고유 점도가 0.74 dL/g인 PET, 및 예를 들어, 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 이네오스 아크릴릭스, 인크.(Ineos Acrylics, Inc.)로부터 상표명 "CP71" 및 상표명 "CP80"으로 입수가능한 PMMA가 포함된다.
다층 광학 필름의 제2 광학 층은, 예를 들어, 다양한 중합체로부터 제조될 수 있다. 제2 광학 층의 중합체는 제1 광학 층의 중합체의 유리 전이 온도와 양립할 수 있는 유리 전이 온도를 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 제2 광학 층의 중합체는 제1 광학 층의 제조에 유용한 복굴절성 중합체의 등방성 굴절률과 유사한 굴절률을 갖는다. 제2 광학 층에 유용한 예시적인 용융-가공성 중합체에는, 폴리에스테르 (예를 들어, 미국 테네시주 킹스포트 소재의 이스트맨 케미칼 컴퍼니(Eastman Chemical Co)로부터 구매가능한, 예를 들어, 폴리사이클로헥산다이메틸렌 테레프탈레이트); 폴리설폰; 폴리우레탄; 폴리아미드; 폴리이미드; 폴리카르보네이트; 폴리다이메틸실록산; 폴리다이오르가노실록산 폴리옥사미드 블록 공중합체 (OTP), 예를 들어, 미국 특허 출원 공개 제2007/0148474 A1호 (레이어(Leir) 등) 및 미국 특허 출원 공개 제2007/0177272 A1호 (벤슨(Benson) 등)에 기재된 것들; 폴리비닐리덴 다이플루오라이드 (PVDF)와 같은 단일중합체, 공중합체 (예를 들어, 테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌, 및 비닐리덴 플루오라이드의 공중합체 (THV), 헥사플루오로프로필렌, 테트라플루오로에틸렌, 및 에틸렌의 공중합체 (HTE); 테트라플루오로에틸렌 및 노르보르넨의 공중합체; 에틸렌 및 테트라플루오로에틸렌의 공중합체 (ETFE); 에틸렌 및 비닐 아세테이트의 공중합체 (EVA); 에틸렌 및 클로로트라이플루오로에틸렌의 공중합체 (ECTFE)), 플루오로탄성중합체를 포함하는 플루오로중합체; 아크릴 (예를 들어, PMMA (예를 들어, 이네오스 아크릴릭스로부터 상표명 "CP71" 및 상표명 "CP80"으로 입수가능함)) 및 메틸 메타크릴레이트의 공중합체 (coPMMA) (예를 들어, 75 중량%의 메틸 메타크릴레이트 및 25 중량%의 에틸 아크릴레이트로부터 제조되는 coPMMA (예를 들어, 이네오스 아크릴릭스, 인크.로부터 상표명 "퍼스펙스(PERSPEX) CP63"으로 입수가능함) 및 메틸 메타크릴레이트 및 n-부틸 메타크릴레이트로부터 형성되는 coPMMA); 스티렌 중합체; 비닐 아세테이트 공중합체 (예를 들어, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체); 에틸렌 및 환형 올레핀의 공중합체 (COC); PMMA와 PVDF의 블렌드 (예를 들어, 미국 텍사스주 휴스턴 소재의 솔베이 폴리머스, 인크.(Solvay Polymers, Inc.)로부터 상표명 "솔레프(SOLEF)"로 입수가능함); 폴리올레핀 공중합체, 예를 들어 미국 미시간주 미들랜드 소재의 다우 케미칼 컴퍼니(Dow Chemical Co.)로부터 상표명 "인게이지(ENGAGE) 8200"으로 입수가능한 폴리(에틸렌-코-옥텐) (PE-PO), 예를 들어, 미국 텍사스주 달라스 소재의 피나 오일 앤드 케미칼 컴퍼니(Fina Oil and Chemical Co.)로부터 상표명 "Z9470"으로 입수가능한 폴리(프로필렌-코-에틸렌) (PPPE), 및 예를 들어, 미국 유타주 솔트 레이크 시티 소재의 헌츠맨 케미칼 코포레이션(Huntsman Chemical Corp.)으로부터 상표명 "렉스플렉스(REXFLEX) W111"로 입수가능한, 어택틱(atactic) 폴리프로필렌 (aPP) 및 아이소택틱(isotactic) 폴리프로필렌 (iPP)의 공중합체; 및 이들의 조합이 포함된다. 제2 광학 층은 작용화된 폴리올레핀, 예를 들어 선형 저밀도 폴리에틸렌-g-말레산무수물 (LLDPE-g-MA) (예를 들어, 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니, 인크.(E. I. du Pont de Nemours & Co., Inc.)로부터 상표명 "바이넬(BYNEL) 4105"로 입수가능함), 또는 이 중합체와 상기에 기재된 다른 것과의 블렌드로부터 또한 제조될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 제2 광학 층을 위해 적합한 중합체 조성물은 PMMA, CoPMMA, 폴리다이메틸 실록산 옥사미드계 분절 공중합체 (SPOX), PVDF와 같은 단일중합체 및 테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌, 및 비닐리덴 플루오라이드로부터 유도되는 것 (THV)과 같은 공중합체를 포함하는 플루오로중합체, PVDF와 PMMA의 블렌드, 아크릴레이트 공중합체, 스티렌, 스티렌 공중합체, 실리콘 공중합체, 폴리카르보네이트, 폴리카르보네이트 공중합체, 폴리카르보네이트 블렌드, 폴리카르보네이트와 스티렌 말레산무수물의 블렌드, 및 환형 올레핀 공중합체를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 제2 광학 층은 폴리(메틸 메타크릴레이트), 메틸 메타크릴레이트와 다른 아크릴레이트 단량체의 공중합체, 또는 폴리(메틸 메타크릴레이트)와 폴리(비닐리덴 다이플루오라이드)의 블렌드를 포함한다.
다층 광학 필름의 생성에 사용되는 중합체 조성물의 선택은, 선택된 광기전 전지 또는 태양열 집열기 상으로 반사될, 원하는 대역폭에 따라 좌우될 것이다. 제1 광학 층과 제2 광학 층의 중합체들 사이의 더 큰 굴절률 차이가 더 큰 광출력을 생성하므로, 더 반사성인 대역폭을 가능하게 한다. 대안적으로, 추가적인 층을 이용하여 더 많은 광출력을 제공할 수 있다. 제1 중합체 층과 제2 중합체 층의 예시적인 유용한 조합에는, 폴리에틸렌 테레프탈레이트와, 테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌, 및 비닐리덴 플루오라이드의 공중합체; 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 폴리다이메틸 실록산 옥사미드계 분절 공중합체, 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 폴리(메틸 메타크릴레이트); 폴리에틸렌 테레프탈레이트와, 폴리비닐리덴 다이플루오라이드와 폴리(메틸 메타크릴레이트)의 블렌드; 폴리에틸렌 2,6-나프탈레이트와, 테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌, 및 비닐리덴 플루오라이드의 공중합체; 폴리에틸렌 2,6-나프탈레이트와 폴리다이메틸 실록산 옥사미드계 분절 공중합체; 폴리에틸렌 2,6-나프탈레이트와 폴리(메틸 메타크릴레이트); 폴리에틸렌 테레프탈레이트와, 메틸 메타크릴레이트의 공중합체; 폴리에틸렌 2,6-나프탈레이트와, 메틸 메타크릴레이트의 공중합체; 폴리에틸렌 2,6-나프탈레이트의 공중합체와 폴리(메틸 메타크릴레이트); 폴리에틸렌 2,6-나프탈레이트의 공중합체와 폴리다이메틸 실록산 옥사미드계 분절 공중합체; 신디오택틱 폴리스티렌과 폴리다이메틸 실록산 옥사미드계 분절 공중합체; 신디오택틱 폴리스티렌과, 테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌, 및 비닐리덴 플루오라이드의 공중합체; 폴리에틸렌 2,6-나프탈레이트의 공중합체와, 테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌, 및 비닐리덴 플루오라이드의 공중합체; 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 플루오로탄성중합체; 신디오택틱 폴리스티렌과 플루오로탄성중합체; 폴리에틸렌 2,6-나프탈레이트의 공중합체와 플루오로탄성중합체; 및 폴리(메틸 메타크릴레이트)와, 테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌, 및 비닐리덴 플루오라이드의 공중합체가 포함된다.
일부 실시 형태에서, 광학 층은 무기 재료를 포함한다. 이러한 재료는, (예를 들어, 화학 증착, 스퍼터링, 또는 물리 증착에 의해서) 예를 들어, 박막 진공 증착될 수 있다. 적합한 고굴절률 재료에는 산화티타늄 (TiO2), 산화세륨 (CeO2), 지르코니아 (ZrO2), 및 산화탄탈럼 (Ta2O5), 또는 심지어 니오비아 (Nb2O5) 및 하프니아 (HfO2)가 포함된다. 적합한 저굴절률 재료에는 이산화규소 (SiO2), 세스퀴산화규소 및 산화알루미늄 (Al2O3), 및 심지어 플루오르화마그네슘 (MgF2)이 포함된다.
일부 실시 형태에서, 광학 층은 상기 무기 재료와 유기 결합제의 혼합물을 또한 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 광학 층은 중합체-무기 나노입자 층의 다가전해질 용액을 포함한다. 예를 들어, 2013년 5월 31일자로 출원된 공계류 중인 미국 특허 출원 제61/829,332호 및 2012년 12월 20일자로 출원된 미국 특허 출원 제61/740,165호에 기재된 바와 같은, 층상 자가-조립(layer-by-layer self-assembly) 코팅 방법에 의해, 복수의 광학 층을 침착할 수 있다. 광학 스택 및 다층 광학 필름의 재료 및 제조 방법의 선택과 관련된 추가의 상세 사항은, 예를 들어, 미국 특허 제5,552,927호 (휘틀리(Wheatley) 등); 미국 특허 제5,882,774호 (존자 등); 미국 특허 제6,827,886호 (니아빈 등); 미국 특허 제6,830,713호 (헤브링크 등); 및 미국 특허 제7,141,297호 (콘도(Condo) 등); 및 국제 특허 출원 공개 WO 2010/078289호 (헤브링크 등)에 기재되어 있다.
예시적인 조명 디스플레이에는, 형광등, 발광 다이오드, 및 기타 광원에 의해 조명될 수 있는 액정 디스플레이 및 백릿 표지(backlit sign)가 포함된다.
일부 실시 형태에서, 그래픽 필름은 적외선 거울의 제2 표면의 약 75% 이상 (일부 실시 형태에서, 약 70% 이상, 65% 이상, 55% 이상, 50% 이상, 45% 이상, 40% 이상, 35% 이상, 30% 이상, 25% 이상, 20% 이상, 15% 이상, 10% 이상, 또는 심지어 약 5% 이상)을 덮는 그래픽을 포함한다.
그래픽 필름은 인쇄가능하거나 또는 달리 이미지 형성가능한 천공된 필름일 수 있다. 필름이 잉크 이미지를 수용할 수 있다면 필름은 인쇄가능하다. 유용한 천공된 인쇄가능한 필름에는, 예를 들어, 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 상표명 "스카치칼 마킹 필름(SCOTCHCAL MARKING FILM)"으로 입수가능한, 예를 들어, 천공된 투명 비닐 필름이 포함된다. 일부 실시 형태에서, 그래픽 필름은, 예를 들어, 개시 내용이 본 명세서에 참고로 포함된, 2013년 2월 7일자로 공개된 국제특허 공개 WO 2013/019766호 (스틸맨(Steelman) 등)에 기재된 바와 같이, 열가소성 우레탄 및 셀룰로식 에스테르를 포함할 수 있다.
잉크 층은 그래픽 필름의 적어도 하나의 표면 상에 제공될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 잉크 층은 디자인을 생성한다. 필름을 이미지 형성하는 데 적합한 이미지 형성 기술에는 잉크젯 인쇄, 열적 물질 전사(thermal mass transfer), 플렉소 인쇄, 염료 승화, 스크린 인쇄, 정전 인쇄, 오프셋 인쇄, 그라비어 인쇄 또는 기타 인쇄 공정이 포함된다. 유용한 잉크에는 피에조 잉크젯 잉크, 열전사 잉크, 자외선 경화성 잉크, 용제계 잉크 및 라텍스 잉크가 포함된다.
탑코트(top coat)가 또한 기능성 층으로서 이용될 수 있다. 탑코트는 중합체성일 수 있으며, 예를 들어, 플루오로중합체, 폴리우레탄, 폴리비닐리덴 클로라이드 (PVC), 폴리카르보네이트, 또는 폴리아크릴 또는 이들의 공중합체로 제조될 수 있다. 탑코트는 표면 특징을 변경하는 데 사용될 수 있으나, 예를 들어, 이미지 위의, 보호 층으로서 또한 사용될 수 있다. 탑코트는 영구적인 그래픽을 보호하는 유리 층일 수 있다. 이는 건축 응용, 지붕 응용, 타일 응용, 또는 유사한 응용을 위해 바람직할 수 있다.
그래픽 필름을 또한 통상적인 프라이머 코팅으로 처리하고/하거나 화염 또는 코로나 방전에 의해 및/또는 기타 표면 처리에 의해 활성화시켜서, 기능성 층의 접착력 및/또는 그에 대한 접착제 층의 접착력을 향상시킬 수 있다.
일부 실시 형태에서, 그래픽 필름은 그래픽 필름 층, 및 그래픽 필름 층 뒤의 반사 층을 포함하는 천공된 라미네이트이다. 예를 들어, 백색 반사 층 또는 은색(silvered) 반사 층이, 천공된 그래픽 층 뒤에 사용될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 그래픽 필름은 반투명 그래픽 필름 층, 및 반투명 그래픽 필름 층 뒤의 부분 반사 층을 포함하는 반투명 라미네이트이다.
일부 실시 형태에서, 본 명세서에 기재된 태양 에너지 장치는 가시광 투과 반사기의 적어도 하나의 표면 상에 자외광 보호 층 (UV 보호 층)을 추가로 포함한다. 일부 실시 형태에서, UV 보호 층은 양측 표면에 적용될 수 있다. 전형적으로 UV 보호 층은 열화를 유발할 수 있는 UV 방사선으로부터 다층 광학 필름을 차폐한다. 특히 280 nm 내지 400 nm의 자외 방사선이 플라스틱의 열화를 유발할 수 있는데, 이는 결국 색 변화 및 기계적 특성의 저하를 가져온다. 광산화 열화의 억제는, 장기간의 내구성이 요구되는 옥외 응용을 위해 유용하다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트에 의한 UV 광의 흡수는, 예를 들어 약 360 nm에서 시작되며 320 nm 미만에서 두드러지게 증가되고 300 nm 미만에서 매우 현저하게 나타난다. 일부 실시 형태에서, 자외광 보호 층은 폴리(비닐리덴 다이플루오라이드), 폴리(메틸 메타크릴레이트), 및 자외광 흡수제를 포함한다. 폴리에틸렌 나프탈레이트는 310 내지 370 nm 범위에서 UV 광을 강하게 흡수하며, 흡수 테일이 약 470 nm까지 연장되고, 따라서, 예를 들어, 개시 내용이 본 명세서에 참고로 포함된, 2012년 7월 30일자로 출원된 미국 특허 출원 제61/677,199호 (WO 2014/022049호 ― 공개일 2014년 2월 6일)에 기재된 바와 같은 청색광 보호로부터 또한 이득을 얻는다. 사슬 절단은 산소의 존재 하에 발생하고, 우세한 광산화 생성물은 일산화탄소, 이산화탄소, 및 카르복실산이다. 에스테르 기의 직접적인 광분해 외에도, 마찬가지로 과산화물 라디칼을 통해 이산화탄소를 형성하는 산화 반응을 고려해야 한다.
일부 실시 형태에서, 자외광 보호 층은 다층 자외광 반사 거울이다. 일부 실시 형태에서, 다층 자외광 반사 거울은, 개시 내용이 본 명세서에 참고로 포함된, 2011년 5월 26일자로 공개된 국제 특허 출원 공개 WO2011/062836 A1호 (헤브링크 등), 및 2010년 7월 8일자로 공개된 WO2010/078289 A1호 (헤브링크 등)에 기재된 바와 같은 UV 흡수제를 포함한다.
유용한 UV 보호 층은 UV 광을 반사하거나, UV 광을 흡수하거나, UV 광을 산란시키거나, 또는 이들의 조합에 의해서, 다층 광학 필름을 차폐할 수 있다. 유용한 UV 보호 층은 UV 방사선을 반사, 산란, 또는 흡수하면서 장기간 동안 UV 방사선을 견뎌낼 수 있는 중합체 또는 중합체들의 조합을 포함할 수 있다. 그러한 중합체의 비제한적인 예에는 폴리(메틸메타크릴레이트), 실리콘 열가소성 물질, 플루오로중합체, 및 이들의 공중합체, 및 이들의 블렌드가 포함된다. 예시적인 UV 보호 층은 폴리(메틸메타크릴레이트)와 폴리비닐리덴 다이플루오라이드의 블렌드를 포함한다.
다양한 선택적인 첨가제가 UV 보호 층에 포함되어서, 다층 광학 필름을 보호하는 그의 기능에 도움을 줄 수 있다. 첨가제의 비제한적 예에는 자외광 흡수제, 장애 아민 광 안정제, 산화방지제 및 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물이 포함된다.
UV 안정제, 예를 들어 UV 흡수제는 광-유도 열화의 물리적 및 화학적 과정에 개입할 수 있는 화학 화합물이다. 따라서, UV 방사선에 의한 중합체의 광산화는, UV 흡수제를 함유하는 보호 층을 사용하여 UV 광을 효과적으로 차단함으로써 방지할 수 있다. UV 흡수제는 전형적으로 180 nm 내지 400 nm의 파장 영역에서 입사광의 70% 이상 (일부 실시 형태에서, 80% 이상, 90% 이상, 또는 심지어 99% 이상)을 흡수하는 양으로 UV 흡수 층에 포함된다. UV 흡수제는 적색 편이(red-shifted) UV 흡수제일 수 있는데, 이는 장파 UV 영역에서 향상된 스펙트럼 커버리지를 가져서, 폴리에스테르에서 황변을 유발할 수 있는 높은 파장 UV 광을 차단할 수 있게 한다. 전형적인 UV 보호 층 두께는 10 마이크로미터 내지 500 마이크로미터이지만 더 두껍거나 더 얇은 UV 흡수 층이 일부 응용에서 유용할 수 있다. 전형적으로, UV 흡수제는 2 내지 20 중량%의 양으로 UV 흡수 층에 존재하지만, 더 작은 수준 및 더 큰 수준이 또한 일부 응용을 위해 유용할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 자외광 보호 층은 폴리(비닐리덴 다이플루오라이드), 폴리(메틸 메타크릴레이트), 및 자외광 흡수제를 포함한다.
한 가지 예시적인 UV 흡수제는 벤조트라이아졸 화합물, 5-트라이플루오로메틸-2-(2-하이드록시-3-알파-쿠밀-5-tert-옥틸페닐)-2H-벤조트라이아졸이다. 다른 예시적인 벤조트라이아졸에는 2-(2-하이드록시-3,5-다이-알파-쿠밀페닐)-2H-벤조트라이아졸, 5-클로로-2-(2-하이드록시-3-tert-부틸-5-메틸페닐)-2H-벤조트라이아졸, 5-클로로-2-(2-하이드록시-3,5-다이-tert-부틸페닐)-2H-벤조트라이아졸, 2-(2-하이드록시-3,5-다이-tert-아밀페닐)-2H-벤조트라이아졸, 2-(2-하이드록시-3-알파-쿠밀-5-tert-옥틸페닐)-2H-벤조트라이아졸, 2-(3-tert-부틸-2-하이드록시-5-메틸페닐)-5-클로로-2H-벤조트라이아졸이 포함된다. 추가의 예시적인 UV 흡수제에는 2-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)-5-헥실옥시페놀, 및 다이페닐 트라이아진 (예를 들어, 미국 뉴저지주 플로햄 파크 소재의 바스프(BASF)로부터 상표명 "티누빈(TINUVIN) 1600"으로 입수가능함), 및 미국 뉴욕주 태리타운 소재의 시바 스페셜티 케미칼스 코포레이션(Ciba Specialty Chemicals Corp.)으로부터 상표명 "티누빈 1577" 및 상표명 "티누빈 900"으로 입수가능한 것들이 포함된다. 또한, UV 흡수제(들)는 장애 아민 광안정제(들) (HALS) 및/또는 산화방지제와 조합하여 사용될 수 있다. 예시적인 HALS에는 시바 스페셜티 케미칼스 코포레이션으로부터 상표명 "치마소르브(CHIMASSORB) 944" 및 "티누빈 123"으로 입수가능한 것들이 포함된다. 예시적인 산화방지제에는 시바 스페셜티 케미칼스 코포레이션으로부터 상표명 "이르가녹스(IRGANOX) 1010" 및 상표명 "울트라녹스(ULTRANOX) 626"로 입수가능한 것들이 포함된다.
다른 첨가제가 UV 흡수 층에 포함될 수 있다. 작은 입자의 비-안료성(non-pigmentary) 산화아연 및 산화티타늄이 UV 흡수 층에서 차단 또는 산란 첨가제로서 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 소정의 나노미터-규모의 입자를 중합체 또는 코팅 기재 중에 분산시켜 UV 방사선 열화를 최소화할 수 있다. 나노입자는 가시광에는 투과성인 반면, 유해한 UV 방사선은 산란 또는 흡수하여서 열가소성물질에 대한 손상을 감소시킨다. 미국 특허 제5,504,134호 (팔머(Palmer) 등)는, 예를 들어, 직경이 약 0.001 마이크로미터 내지 약 0.20 마이크로미터 (일부 실시 형태에서, 직경이 약 0.01 내지 약 0.15 마이크로미터)인 크기 범위의 금속 산화물 입자의 사용을 통한, 자외 방사선으로 인한 중합체 기재 열화의 감소를 기재한다. 미국 특허 제5,876,688호 (론던(Laundon))는, 예를 들어, 페인트, 코팅, 마감재, 플라스틱 물품, 및 화장품에 UV 차단 및/또는 산란제로서 포함될 때 투과성일 정도로 충분히 작은 마이크로화된 산화아연 입자를 제조하는 방법을 기재한다. UV 방사선을 감쇠시킬 수 있는 이러한 미세 입자, 예를 들어, 10 nm 내지 100 nm 범위의 입자 크기를 갖는 산화아연 및 산화티타늄은, 예를 들어, 미국 뉴저지주 사우스 플레인필드 소재의 코보 프러덕츠, 인크. (Kobo Products, Inc.)로부터 입수가능하다. 난연제가 또한 UV 흡수 층 중에 첨가제로서 포함될 수 있다.
자외광 보호 층의 두께는, 비어-람베르트(Beer-Lambert) 법칙에 의해 계산되는 바와 같이, 특정 파장에서의 광학 밀도 목표에 따라 좌우된다. 전형적인 실시 형태에서, 자외광 흡수 층은 광학 밀도가 380 nm에서 3.5 초과; 390 nm에서 1.7 초과; 및 400 nm에서 0.5 초과이다. 의도된 보호 기능을 제공하기 위하여, 광학 밀도는 물품의 장기간의 수명에 걸쳐 꽤 일정하게 유지되어야 함을 당업자는 인지할 것이다.
일부 실시 형태에서, 자외광 보호 층은 다층 자외광 반사 거울 (다층 UV 반사 거울)이다. 다층 UV 반사 거울은 UV 광에 대해 반사성이며; 예를 들어, 수직 입사각에서 UV 광의 적어도 일부에 대해 30% 이상 (일부 실시 형태에서, 40% 이상, 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상, 90% 이상, 또는 심지어 95% 이상) 반사성이다. 다층 자외광 반사 거울은 전형적으로 약 350 내지 약 400 nm (일부 실시 형태에서, 300 nm 내지 400 nm)의 광의 파장을 반사하는 다층 광학 필름이다. 일부 실시 형태에서, 이러한 파장은 광기전 전지 또는 태양열 집열기의 흡수 대역폭에 포함된다. 다층 자외광 반사 거울은, 층 쌍 (예를 들어, 일부 실시 형태에서 제3 광학 층과 제4 광학 층)을 위한 중합체, 층 두께, 및 층의 수가 UV 광을 반사하도록 선택되는 점을 제외하고는, 다층 광학 필름을 제조하는 데 대하여 상기에 기재된 기술에 따라 제조될 수 있다. 다층 광학 필름이 되는 중합체는 전형적으로 300 nm 내지 400 nm 범위의 UV 광을 흡수하지 않도록 선택된다. 다층 UV 반사 거울을 제조하는 데 유용한 중합체의 예시적인 적합한 쌍에는 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌, 및 비닐리덴 플루오라이드 공중합체; 폴리(메틸 메타크릴레이트)와 테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌, 및 비닐리덴 플루오라이드 공중합체; 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 SPOX; 폴리(메틸 메타크릴레이트)와 SPOX; 신디오택틱 폴리스티렌과 테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌, 및 비닐리덴 플루오라이드 공중합체; 신디오택틱 폴리스티렌과 SPOX; 개질된 폴리올레핀 공중합체 (예를 들어, EVA)와 테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌, 및 비닐리덴 플루오라이드 공중합체; 열가소성 폴리우레탄과 테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌, 및 비닐리덴 플루오라이드 공중합체; 및 열가소성 폴리우레탄과 SPOX가 포함된다. 일부 실시 형태에서, 테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌, 및 비닐리덴 플루오라이드 공중합체의 블렌드 (미국 미네소타주 오크데일 소재의 다이네온 엘엘씨(Dyneon LLC)로부터 상표명 "다이네온(DYNEON) THV" (예를 들어, 220 등급 또는 2030 등급)로 입수가능함)가, 300 내지 400 nm를 반사하는 다층 UV 거울의 경우 PMMA와 함께, 또는 350 내지 400 nm를 반사하는 다층 거울의 경우 PET와 함께 이용된다. 일반적으로, 중합체 조합의 총 100 내지 1000개의 층이 본 발명에 사용하기에 적합하다. 다층 UV 광 반사 거울의 예는, 예를 들어, 국제 특허 출원 공개 WO 2010/078105호 (헤브링크 등)에서 찾아 볼 수 있다.
가시광 투과 반사기가 다층 UV 반사 거울을 포함하는 일부 실시 형태에서, 다층 UV 반사 거울은, 상기에 기재된 UV 흡수제들 중 임의의 것을 포함하는 UV 흡수제를 포함한다. UV 흡수제는, 예를 들어, 광학 층들 중 하나 이상에, 또는 다층 UV 반사 거울의 광학 층 스택의 양편의 비-광학 스킨 층들 중 하나 이상에 있을 수 있다.
UV 흡수제, HALS, 나노입자, 난연제, 및 산화방지제가 UV 보호 층에 첨가될 수 있는 한편, 다른 실시 형태에서 UV 흡수제, HALS, 나노입자, 난연제, 및 산화방지제는 다층 광학 층 그 자체 및/또는 선택적인 비-광학 스킨 층 또는 내구성 탑코트 층에 첨가될 수 있다. 형광 분자 및 광 증백제(optical brightener)가 UV 보호 층, 다층 광학 층, 선택적인 내구성 탑코트 층, 또는 이들의 조합에 또한 첨가될 수 있다.
가시광 투과 반사기가 임의의 상기 실시 형태에 기재된 바와 같은 UV 보호 층을 포함하는 실시 형태를 포함하는 일부 실시 형태에서, 가시광 투과 반사기는 UV 광에 의한 열화에 대한 저항성을 나타낸다. UV 광에 의한 열화에 대한 저항성은, ASTM G155 (2005년 10월)에 기재된 풍화 사이클(weathering cycle) 및 반사 모드에서 작동되는 D65 광원을 사용하여 결정될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 언급된 시험 하에서, 가시광 투과 반사기는 색, 헤이즈, 또는 투과율이 실질적으로 변화하지 않으며, 유의하게 균열되거나, 박리되거나 또는 탈층되지 않는다. 일부 실시 형태에서, 340 nm에서 18,700 kJ/m2 이상의 노출 후에, 가시광 투과 반사기의 CIE L*a*b* 스케일을 사용하여 얻은 b* 값은 10 이하 (일부 실시 형태에서, 5 이하, 4 이하, 3 이하, 또는 심지어 2 이하)만큼 증가한다. 일부 실시 형태에서, 340 nm에서 18,700 kJ/m2 이상의 노출 후에, 가시광 투과 반사기는 초기 헤이즈 대비 20% 이하 (일부 실시 형태에서, 15% 이하, 10% 이하, 5% 이하, 2% 이하, 또는 심지어 1% 이하)의 헤이즈 차이를 나타낸다. 일부 실시 형태에서, 340 nm에서 18,700 kJ/m2 이상의 노출 후에, 가시광 투과 반사기는 초기 투과율 대비 20% 이하 (일부 실시 형태에서, 15% 이하, 10% 이하, 5% 이하, 2% 이하, 또는 심지어 1% 이하)의 투과율 차이를 나타낸다.
가시광 투과 반사기가 임의의 상기 실시 형태에 기재된 바와 같은 UV 보호 층을 포함하는 실시 형태 (UV 보호 층이 UV 반사 거울인 실시 형태를 포함함)를 포함하는 일부 실시 형태에서, 가시광 투과 반사기는 가시광 스펙트럼의 적어도 일부에 대해 가시광-투과성으로 유지된다. 즉, UV 보호 층은 또한 적어도 부분적으로 가시광-투과성이다.
일부 실시 형태에서, 가시광 투과 반사기는 광기전 전지 상으로 반사되지 않은 적외광의 적어도 일부를 흡수하도록 적외선 흡수 입자를 포함하는 층을 포함할 수 있다. 적외선 흡수 입자는, 예를 들어, 일부의 광학 층에 또는 비-광학 스킨 층에 포함될 수 있다. 적외 방사선 흡수 나노입자는 적외 방사선을 우선적으로 흡수하는 임의의 재료를 포함할 수 있다. 적합한 재료의 예에는 금속 산화물, 예를 들어 주석, 안티몬, 인듐 및 아연 산화물과 도핑된 산화물이 포함된다. 일부 실시 형태에서, 금속 산화물 나노입자는 산화주석, 산화안티몬, 산화인듐, 인듐 도핑된 산화주석, 안티몬 도핑된 산화인듐주석, 산화안티몬주석, 안티몬 도핑된 산화주석 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 금속 산화물 나노입자는 산화안티몬(ATO) 및/또는 산화인듐주석(ITO)을 포함한다. 예를 들어, 반사되지 않은 적외광의 적어도 일부가, 본 명세서에 기재된 태양 에너지 장치가 설치된 건물 또는 구조체로 들어가는 것을 방지하도록 적외선 흡수 입자를 포함하는 것이 유용할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 가시광 투과 반사기는, 예를 들어, 상이한 반사 대역폭을 갖는 2개의 다층 광학 필름을 부착하거나, 또는 다층 광학 필름을 임의의 실시 형태의 UV 보호 층에 부착하기 위하여 타이 층(tie layer)을 포함한다. 선택적인 타이 층은 필름의 접착을 촉진할 수 있으며, 본 명세서에 기재된 태양 에너지 장치가 사용 중에 옥외 악천후에 노출되는 경우 장기간 안정성을 제공할 수 있다.
선택적인 타이 층은 유기 타이 층 (예를 들어, 중합체 층 또는 접착제), 무기 타이 층, 또는 이들의 조합일 수 있다. 예시적인 무기 타이 층에는 비정질 실리카, 일산화규소, 및 금속 산화물 (예를 들어, 오산화탄탈넘, 이산화티타늄, 및 산화알루미늄)이 포함된다. 타이 층은 증기 코팅, 용매 캐스팅 및 분말 코팅 기술을 포함하는 임의의 적합한 수단에 의해 제공될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 선택적인 타이 층은 전형적으로, 400 내지 2494 nm의 파장 범위에 걸쳐 광을 실질적으로 흡수하지 않는다 (예를 들어, 흡광도가 0.1 미만 (일부 실시 형태에서, 0.01 미만, 0.001 미만, 또는 심지어 0.0001 미만)임). 유용한 접착제 타이 층에는 감압 접착제, 열경화성 접착제, 고온 용융 접착제, 및 이들의 조합이 포함된다. 예시적인 유용한 접착제 타이 층에는, 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 상표명 "옵티칼리 클리어 라미네이팅 어드헤시브(OPTICALLY CLEAR LAMINATING ADHESIVE) 8141," 및 상표명 "옵티칼리 클리어 라미네이팅 어드헤시브 8171"로 입수가능한 광학적으로 투명한 아크릴 감압 접착제 (25 마이크로미터 두께); 미국 특허 제7,371,464 B2호 (셔먼(Sherman) 등)에 기재된 바와 같은 점착부여된 접착제; 및 예를 들어, 미국 특허 출원 공개 제2011/0123800호 (셔먼 등)에 기재된 바와 같은 비-실리콘 감압 접착제가 포함된다. 타이 층의 추가의 예에는 폴리다이오르가노실록산 폴리옥사미드 (POX), 설폰산 작용기에 의한 것과 같은 개질을 포함하는 CoPET, 폴리메틸메타크릴레이트/폴리비닐리덴플루오라이드 (PMMA/PVDF) 블렌드, 작용성 공단량체, 예를 들어, 말레산무수물, 아크릴산, 메타크릴산 또는 비닐 아세테이트에 의해 개질된 올레핀이 포함된다. 부가적으로, UV 또는 열 경화성 아크릴레이트, 실리콘, 에폭시, 실록산, 우레탄 아크릴레이트가 타이 층으로서 적합할 수 있다. 타이 층은 선택적으로 상기에 기재된 바와 같은 UV 흡수제를 함유할 수 있으며, 선택적으로 통상적인 가소제, 점착부여제, 또는 이들의 조합을 함유할 수 있다. 타이 층은 통상적인 필름 형성 기술을 이용하여 적용될 수 있다. 타이 층은 가시광 투과 반사기의 일부이기 때문에, 타이 층은 가시광에 적어도 부분적으로 투과성이다.
일부 실시 형태에서, 가시광 투과 반사기는, 옥외 악천후에의 노출로 인한 태양광 집광 거울의 조기 열화를 방지하는 데 도움을 주기 위하여 내구성 탑코트를 포함한다. 내구성 탑코트는 전형적으로 내마모성 및 내충격성이며, 광기전 전지 또는 태양열 집열기의 흡수 대역폭에 상응하는 선택된 대역폭의 광의 반사도 가시광의 투과도 방해하지 않는다. 내구성 탑코트 층은 하기 비제한적인 예 중 하나 이상을 포함할 수 있다: PMMA/PVDF 블렌드, 열가소성 폴리우레탄, 경화성 폴리우레탄, CoPET, 환형 올레핀 공중합체 (COC), 플루오로중합체 및 이들의 공중합체, 예를 들어, 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF), 폴리에틸렌 테트라플루오로에틸렌 (ETFE), 폴리에틸렌 헥사플루오로프로필렌 (FEP), 및 테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌, 및 비닐리덴 플루오라이드로부터 유도되는 공중합체 (THV), 열가소성 및 경화성 아크릴레이트, 가교결합된 아크릴레이트, 가교결합된 우레탄 아크릴레이트, 가교결합된 우레탄, 경화성 또는 가교결합된 폴리에폭사이드, 및 폴리다이메틸실록산 옥사미드 공중합체 (SPOX). 스트립가능한(strippable) 폴리프로필렌 공중합체 스킨이 또한 이용될 수 있다. 대안적으로, 실란 실리카 졸 공중합체 경질 코팅을 내구성 탑코트로서 적용하여 내스크래치성을 개선할 수 있다. 내구성 탑코트는 상기에 기재된 바와 같은 UV 흡수제, 장애 아민 광 안정제 HALS, 및 산화방지제를 함유할 수 있다. 그러한 내구성 탑코트로 코팅된 가시광 투과 반사기는, 탑코트가 승온에서 완전히 경화되기 전에, 전형적으로 열성형성이다. 경화 온도는 선택된 재료에 따라 좌우되지만, 예를 들어, 80℃에서 15분 내지 30분 동안일 수 있다.
다양한 방법이 내구성 탑코트의 내충격성 또는 내마모성을 평가하는 데 유용할 수 있다. 테이버 마모(Taber abrasion)가, 필름의 내마모성을 측정하기 위한 한 가지 시험이며, 내마모성은 문지름(rubbing), 스크래핑(scrapping) 또는 부식과 같은 기계적 작용을 견디는 재료의 능력으로서 정의된다. ASTM D1044 (2008) 시험 방법에 따라, 500 그램 하중을 CS-10 마모기 바퀴의 상단에 놓고 4 제곱인치 시험 시편 상에서 50 회전동안 회전하게 한다. 테이버 마모 시험 전에 및 후에 샘플의 반사성을 측정하고, 결과를 %반사성의 변화로서 표시한다. 일부 실시 형태에서, %반사성의 변화는 20% 미만(일부 실시 형태에서, 10% 미만, 또는 심지어 5% 미만)일 것으로 예상된다. 기계적 내구성에 대한 다른 적합한 시험에는 파단 신율, 연필 경도, 샌드 블라스트(sand blast) 시험, 및 샌드 쉐이킹 마모(sand shaking abrasion)가 포함된다. 내구성 탑코트는 또한 가시광 투과 반사기의 내후성을 향상시킬 수 있는데, 이는 상기에 기재된 바와 같은 ASTM G155 (2005년 10월)에 의해 평가될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 다층 광학 필름은 다수의 광기전 전지 또는 태양열 집열기 상으로 반사하는 다수의 반사 표면으로 형성된다.
일부 실시 형태에서, 다층 광학 필름은 다수의 랜드(land) 영역에 의해 분리된 다수의 평행한 융기부에 존재하며, 다수의 광기전 전지 또는 태양열 집열기는 다수의 랜드 영역 내에 위치된다. 일부 실시 형태에서, 각각의 랜드 영역은 도 1a, 도 2, 및 도 3에 나타낸 바와 같이 단일 열의 광기전 전지 또는 태양열 집열기를 갖는다.
일부 실시 형태에서, 본 명세서에 기재된 태양 에너지 장치는 대향하는 제1 융기면(ridge face) 및 제2 융기면을 각각 갖는 다수의 평행한 융기부를 추가로 포함하며, 가시광 투과 반사기는 각각의 제1 융기면 상에 위치되고, 광기전 전지 또는 태양열 집열기는 각각의 제2 융기면 상에 위치된다. 일부 실시 형태에서, 제2 융기면 상의 광기전 전지 또는 태양열 집열기는 도 1a, 도 2, 및 도 3에 나타낸 바와 같이 단일 열의 광기전 전지 또는 태양열 집열기로서 존재한다.
일부 실시 형태에서, 본 명세서에 기재된 태양 에너지 장치는 태양 에너지를 단일 열의 광기전 전지 또는 태양열 흡수 튜브 상에 집중시키도록 형상화된 포물면 형상의 가시광 투과 거울을 추가로 포함한다.
일부 실시 형태에서, 본 명세서에 기재된 태양 에너지 장치는 태양 에너지를 단일 열의 광기전 전지 또는 태양열 흡수기 상에 집중시키도록 형상화된 절두형 복합 포물면 집광기 형상의 가시광 투과 거울을 추가로 포함한다.
일부 실시 형태에서, 가시광 투과 반사기는 방오 코팅(antisoiling coating)을 포함한다. 방오 성분의 예에는 플루오로중합체, 실리콘 중합체, 이산화티타늄 입자, 다면체 올리고머 실세스퀴옥산 (예를 들어, 미국 미시시피주 해티즈버그 소재의 하이브리드 플라스틱스(Hybrid Plastics)로부터 다면체 올리고머 실세스퀴옥산 (POSS)으로 입수가능함), 및 이들의 조합이 포함된다. 일부 실시 형태에서, 방오 코팅은 중합체 매트릭스 (예를 들어, 실리콘 또는 플루오로중합체) 및 그에 분산된 나노입자를 포함하는 소수성 코팅일 수 있다. 나노입자는, 예를 들어, 중합체 (예를 들어, 플루오로중합체) 입자, 유전체 재료의 입자 (예를 들어, 실리카, 알루미나, 지르코니아, 티타니아, 또는 산화인듐주석 입자), 또는 금속 (예를 들어, 금) 입자일 수 있다. 그러한 소수성 코팅과 관련된 추가의 상세 사항은, 예를 들어, 국제 특허 출원 공개 2012/058090호 (장(Zhang) 등) 및 2012/058086호 (장 등)에 기재되어 있으며, 이들의 개시 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다. 일부 실시 형태에서, 방오 코팅은 나노실리카를 포함할 수 있으며 물로부터 코팅될 수 있다. 그러한 코팅의 추가의 상세 사항은 국제 특허 출원 공개 2012/047867호 (브라운(Brown) 등) 및 2012/047877호 (브라운 등)에 기재되어 있으며, 이들의 개시 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.
일부 실시 형태에서, 가시광 투과 반사기는 내스크리치성 코팅을 포함한다. 선택적으로 하드코트는, 개시 내용이 본 명세서에 참고로 포함된, 미국 특허 제7,153,588호 (맥먼(McMan)) 및 미국 특허 출원 제61/614,297호 (클리어(Clear) 등) (2013년 9월 26일자로 공개된 WO2013/142239호)에 기재된 것들을 포함하는, 본 기술 분야에 공지된 기술에 의해 제공될 수 있다. 추가의 하드코트에는, 예를 들어 미국 캘리포니아주 샌디에고 소재의 캘리포니아 하드 코트(California Hard Coat)로부터 상표명 "퍼마뉴(PERMANEW)"로, 그리고 미국 오하이오주 콜럼버스 소재의 모멘티브(Momentive)로부터 상표명 "AS4000" 및 상표명 "AS4700"으로 입수가능한, 실리카 충전된 실록산이 포함된다. 예시적인 아크릴 UV 보호 하드코트가, 예를 들어 미국 인디애나주 에반스빌 소재의 레드 스폿 페인트 앤드 바니시 컴퍼니(Red Spot Paint & Varnish Company)로부터 상표명 "UVT610(GEN IV)" 및 상표명 "UVT200"으로 입수가능하다. 예시적인 UV 보호 아크릴 하드코트가, 예를 들어 2012년 3월 22일자로 출원된 미국 특허 출원 제61/614,297호 (2013년 9월 26일자로 공개된 WO2013/142239호)에 개시되어 있다. 하드코트의 사용은, 예를 들어, 옥외 악천후에의 노출로 인한 물품의 조기 열화를 감소시키거나 방지할 수 있다. 하드코트는 일반적으로 내마모성 및 내충격성이이며, 선택된 대역폭의 전자기 방사선을 반사하는 주요 기능을 방해하지 않는다.
일부 실시 형태에서, 본 명세서에 기재된 태양 에너지 장치는 가시광 투과 기재를 추가로 포함한다. 다층 광학 필름은 기재에 적용될 수 있고, 선택적으로 광기전 전지 또는 태양열 집열기는 기재 상에 위치될 수 있다. 일부 응용에서 기재는 필요하지 않을 수 있지만, 본 명세서에 기재된 태양 에너지 장치를 기재 상에 적용하여 추가적인 강성(rigidity) 또는 치수 안정성을 제공할 수 있으며, 이는, 예를 들어, 태양 에너지 장치가 건물 또는 다른 구조체의 일부로서 설치되는 경우에 유용할 수 있다. 적합한 기재에는 유리 시트, 중합체 시트, 중합체 섬유 복합재, 및 유리 섬유 복합재가 포함된다. 앞서 기재된 것들 중 임의의 것과 같은 선택적인 타이 층이, 태양 에너지 장치를 기재에 접합하는 데 이용될 수 있다. 또한, 선택적으로, 앞서 기재된 것들 중 임의의 것과 같은 UV 흡수제가 기재에 포함될 수 있다. 한 가지 예시적인 기재 재료는 트윈 벽 폴리카르보네이트 시팅 (예를 들어, 미국 펜실베이니아주 커츠타운 소재의 팔람 아메리카스, 인크.(Palram Americas, Inc.)로부터 상표명 "선라이트 멀티월 폴리카르보네이트 시트(SUNLITE MULTIWALL POLYCARBONATE SHEET)"로 입수가능함)이다. 다른 실시 형태에서, 태양 에너지 장치는 (예를 들어, 미국 펜실베이니아주 필라델피아 소재의 아르케마, 인크.(Arkema, Inc.)로부터 상표명 "플렉시글라스(PLEXIGLAS)"로 입수가능한) 아크릴 시팅의 2개의 층들 사이에 샌드위칭될 수 있다.
적어도 가시광 투과 반사기가 적용되는 기재는 가시광이 통과되게 해야 하지만, 완전히 투과성일 필요는 없다. 가시광 투과 반사기를 형성하는 기재 및 다층 광학 필름은 또한 반투명할 수 있으며, 여전히 가시광이 예컨대 건물 또는 다른 구조체 내로 들어가게 할 수 있다. 그러나, 기재에는 반사기의 가시광 투과 특성을 파괴할 임의의 코팅 또는 시팅이 제공되어서는 안 된다. 예를 들어, 불투명 백색, 흑색, 또는 금속성 필름 또는 페인트가 가시광 투과 반사기의 기재 또는 다층 광학 필름 상에 적용되어서는 안 된다.
가시광 투과 반사기, 및 따라서 그의 임의의 일부는 전형적으로 순응성(compliant)인데, 이는 가시광 투과 반사기가 치수적으로 안정하지만 다양한 형태로 성형 또는 형상화할 수 있기에 충분히 유연함을 의미한다. 일부 실시 형태에서, 가시광 투과 반사기를 위해 선택되는 재료는, 재료의 총 중량을 기준으로, 10 중량% 미만의 필름 형성제 (가교결합제 또는 다른 다작용성 단량체)를 갖는다.
본 명세서에 기재된 태양 에너지 장치는 원하는 응용에 따라 다양한 크기, 형상 및 구성의 광기전 전지 또는 태양열 집열기 및 가시광 투과 반사기를 갖도록 설계될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 가시광 투과 반사기는 다수의 광기전 전지 또는 태양열 집열기 상으로 반사하는 다수의 반사 표면으로 형성된 다층 광학 필름을 포함한다. 예를 들어, 가시광 투과 반사기는 태양광 집광기를 위해 통상적으로 사용되는 형상 또는 치수로 형성될 수 있다 (예를 들어, 트로프(trough) 또는 포물면 접시). 일부의 이러한 실시 형태에서, 다층 광학 필름은 열성형된다. 열성형은, 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제6,788,463호 (메릴(Merrill) 등)에 일반적으로 기재되어 있다. 다수의 광기전 전지 또는 태양열 집열기 및 다수의 반사 표면이 다양한 방식으로 배열될 수 있다. 열성형된 중합체 설계는 경량이며, 이는 낮은 프로파일로 설계될 때 고가의 광기전 래킹에 대한 필요성을 없앨 수 있다.
본 명세서에 기재된 태양 에너지 장치는, 예를 들어, 표지 (예를 들어, 광고 표지 또는 교통 표지)로서, 건물의 측면 및/또는 지붕에 뿐만 아니라 창문에 사용될 수 있다. 태양 에너지 장치는, 예를 들어, 건물의 일부로서 설치될 수 있으며, 가시광 투과 반사기의 제2 주 표면에 더 가깝게 위치된 그래픽 필름 또는 조명 디스플레이의 가시성을 허용할 수 있다.
본 명세서에 기재된 태양 에너지 장치의 일부 실시 형태에서, 광기전 전지 또는 태양열 집열기의 동력 출력은, 임의의 가시광 투과 거울이 부재하는, 적용가능한 바와 같은, 동등한 광기전 전지 또는 태양열 집열기와 비교하여, 10% 이상 (일부 실시 형태에서, 15% 이상, 20% 이상, 또는 심지어 25% 이상)만큼 증가된다.
예시적인 실시 형태
1A. 태양 에너지 장치로서,
태양광 스펙트럼의 근적외선 파장 영역의 적어도 일부를 포함하는 흡수 대역폭 (즉, 800 nm 내지 1200 nm의 범위의 적어도 일부)을 갖는, 광기전 전지 또는 태양열 집열기 중 적어도 하나;
대체로 대향하는 제1 주 표면 및 제2 주 표면을 갖는 가시광 투과 반사기로서, 상기 가시광 투과 반사기는 상기 제1 주 표면으로부터 상기 광기전 전지 또는 태양열 집열기 중 적어도 하나 상으로 광을 반사하도록 위치되고, 상기 가시광 투과 반사기는 굴절률이 상이한 복수의 교번하는 제1 광학 층 및 제2 광학 층을 포함하는 광학 스택을 갖는 다층 광학 필름을 포함하고, 상기 다층 광학 필름은 상기 광기전 전지 또는 태양열 집열기 중 적어도 하나의 상기 흡수 대역폭과 상응하는 파장의 범위에서 광의 적어도 일부를 반사하는, 상기 가시광 투과 반사기; 및
상기 가시광 투과 반사기의 제1 주 표면보다 상기 가시광 투과 반사기의 제2 주 표면에 더 가깝게 배치된, 그래픽 필름 (일부 실시 형태에서, 부분 투과성 그래픽 필름) 또는 조명 디스플레이 중 적어도 하나로서, 존재하는 상기 그래픽 필름 또는 조명 디스플레이는 상기 가시광 투과 반사기를 통해 보일 수 있는, 상기 그래픽 필름 또는 조명 디스플레이 중 적어도 하나를 포함하는, 태양 에너지 장치.
2A. 예시적인 실시 형태 1A에 있어서, 상기 조명 디스플레이를 포함하는, 태양 에너지 장치.
3A. 임의의 전술한 예시적인 실시 형태 A에 있어서, 상기 그래픽 필름을 포함하는, 태양 에너지 장치.
4A. 임의의 예시적인 실시 형태 A에 있어서, 상기 그래픽 필름은 부분 투과성 그래픽 필름인, 태양 에너지 장치.
5A. 임의의 전술한 예시적인 실시 형태 A에 있어서, 상기 태양 에너지 장치는 건물의 일부로서 설치되며, 상기 가시광 투과 반사기의 제2 주 표면에 더 가깝게 위치된 상기 그래픽 필름 또는 조명 디스플레이의 가시성을 허용하는, 태양 에너지 장치.
6A. 임의의 전술한 예시적인 실시 형태 A에 있어서, 상기 가시광 투과 반사기는 평균 가시광 투과율이 30% 이상인, 태양 에너지 장치.
7A. 임의의 전술한 예시적인 실시 형태 A에 있어서, 상기 다층 광학 필름은 600 나노미터 내지 1000 나노미터 범위의 좌측 대역 에지를 갖는 가시광 투과 반사기인, 태양 에너지 장치.
8A. 임의의 전술한 예시적인 실시 형태 A에 있어서, 상기 다층 광학 필름은 650 나노미터 내지 1350 나노미터, 650 나노미터 내지 1500 나노미터, 850 나노미터 내지 1200 나노미터, 및 850 나노미터 내지 1500 나노미터로 이루어진 군으로부터 선택되는 파장 범위에서 상기 다층 광학 필름에 수직인 각도에서 평균 광 반사율이 50% 이상인, 태양 에너지 장치.
9A. 임의의 전술한 예시적인 실시 형태 A에 있어서, 상기 가시광 투과 반사기의 적어도 하나의 표면 상에 자외광 보호 층을 추가로 포함하는, 태양 에너지 장치.
10A. 예시적인 실시 형태 9A에 있어서, 상기 자외광 보호 층은 폴리(비닐리덴 다이플루오라이드), 폴리(메틸 메타크릴레이트), 및 자외광 흡수제를 포함하는, 태양 에너지 장치.
11A. 예시적인 실시 형태 9A 또는 10A에 있어서, 상기 자외광 보호 층은 다층 자외광 반사 거울인, 태양 에너지 장치.
12A. 예시적인 실시 형태 11A에 있어서, 상기 다층 자외광 반사 거울은 UV 흡수제를 포함하는, 태양 에너지 장치.
13A. 임의의 전술한 예시적인 실시 형태 A에 있어서, 적어도 상기 다층 광학 필름이 적용되는 가시광 투과 기재를 추가로 포함하는, 태양 에너지 장치.
14A. 임의의 전술한 예시적인 실시 형태 A에 있어서, 상기 다층 광학 필름은 다수의 광기전 전지 또는 태양열 집열기 상으로 반사하는 다수의 반사 표면으로 형성되는, 태양 에너지 장치.
15A. 임의의 전술한 예시적인 실시 형태 A에 있어서, 상기 다층 광학 필름은 다수의 랜드 영역에 의해 분리된 다수의 평행한 융기부에 존재하며, 다수의 광기전 전지 또는 태양열 집열기는 다수의 랜드 영역 내에 위치되는, 태양 에너지 장치.
16A. 예시적인 실시 형태 15A에 있어서, 각각의 랜드 영역은 단일 열의 광기전 전지 또는 태양열 집열기를 갖는, 태양 에너지 장치.
17A. 임의의 전술한 예시적인 실시 형태 A에 있어서, 대향하는 제1 융기면 및 제2 융기면을 각각 갖는 다수의 평행한 융기부를 추가로 포함하며, 상기 가시광 투과 반사기는 각각의 제1 융기면 상에 위치되고, 상기 광기전 전지 또는 태양열 집열기 중 적어도 하나는 각각의 제2 융기면 상에 위치되는, 태양 에너지 장치.
18A. 예시적인 실시 형태 17A에 있어서, 상기 제2 융기면 상의 상기 광기전 전지 또는 태양열 집열기 중 적어도 하나는, 적용가능한 바와 같이, 단일 열의 광기전 전지 또는 태양열 집열기로서 존재하는, 태양 에너지 장치.
19A. 임의의 전술한 예시적인 실시 형태 A에 있어서, 포물면 형상을 갖는 가시광 투과 반사기를 추가로 포함하는, 태양 에너지 장치.
20A. 임의의 전술한 예시적인 실시 형태 A에 있어서, 절두형 복합 포물면 형상을 갖는 가시광 투과 반사기를 추가로 포함하는, 태양 에너지 장치.
21A. 임의의 전술한 예시적인 실시 형태 A에 있어서, 상기 가시광 투과 반사기의 적어도 하나의 표면 상에 방오 코팅 또는 내스크래치성 코팅 중 적어도 하나를 추가로 포함하는, 태양 에너지 장치.
22A. 임의의 전술한 예시적인 실시 형태 A에 있어서, 상기 광기전 전지 또는 태양열 집열기 중 적어도 하나의 동력 출력은, 임의의 가시광 투과 거울이 부재하는, 적용가능한 바와 같은, 동등한 광기전 전지 또는 태양열 집열기와 비교하여, 10% 이상 (일부 실시 형태에서, 15% 이상, 20% 이상, 또는 심지어 25% 이상) 만큼 증가되는, 태양 에너지 장치.
23A. 임의의 전술한 예시적인 실시 형태 A에 있어서, 상기 그래픽 필름을 포함하는, 태양 에너지 장치.
24A. 예시적인 실시 형태 1A 내지 22A 중 어느 것에 있어서, 상기 조명 디스플레이를 포함하는, 태양 에너지 장치.
25A. 임의의 예시적인 실시 형태 24A에 있어서, 상기 조명 디스플레이는 액정 디스플레이인, 태양 에너지 장치.
26A. 임의의 전술한 예시적인 실시 형태 A에 있어서, 상기 광기전 전지를 포함하는, 태양 에너지 장치.
27A. 예시적인 실시 형태 26A에 있어서, 상기 광기전 전지는 결정질 규소 단일 접합 전지, 리본 규소 전지, 비정질 규소 광기전 전지, 구리 인듐 갈륨 셀레나이드 전지, 카드뮴 텔루라이드 광기전 전지, 유기 광기전 전지, 및 갈륨 알세나이드 전지 중 하나인, 태양 에너지 장치.
28A. 예시적인 실시 형태 1A 내지 25A 중 어느 것에 있어서, 상기 태양열 집열기를 포함하는, 태양 에너지 장치.
29A. 광고를 위한 표지로서 사용되는 임의의 전술한 예시적인 실시 형태 A의 태양 에너지 장치를 포함하는, 표지.
30A. 예시적인 실시 형태 29A에 있어서, 광고 표지인, 표지.
31A. 예시적인 실시 형태 29A에 있어서, 교통 표지인, 표지.
32A. 건물의 지붕으로서, 예시적인 실시 형태 1A 내지 28A 중 어느 것의 태양 에너지 장치를 포함하는, 지붕.
33A. 예시적인 실시 형태 1A 내지 28A 중 어느 것의 태양 에너지 장치를 포함하는, 건물의 측면.
34A. 예시적인 실시 형태 1A 내지 28A 중 어느 것의 태양 에너지 장치를 포함하는, 창문.
1B. 태양 에너지 장치로서,
태양광 스펙트럼의 근적외선 파장 영역의 적어도 일부를 포함하는 흡수 대역폭 (즉, 800 nm 내지 1200 nm의 범위의 적어도 일부)을 갖는, 광기전 전지 또는 태양열 집열기 중 적어도 하나;
대체로 대향하는 제1 주 표면 및 제2 주 표면을 갖는 가시광 투과 반사기로서, 상기 가시광 투과 반사기는 상기 제1 주 표면으로부터 상기 광기전 전지 또는 태양열 집열기 중 적어도 하나 상으로 광을 반사하도록 위치되고, 상기 가시광 투과 반사기는 굴절률이 상이한 복수의 교번하는 제1 광학 층 및 제2 광학 층을 포함하는 광학 스택을 갖는 다층 광학 필름을 포함하고, 상기 다층 광학 필름은 상기 광기전 전지 또는 태양열 집열기 중 적어도 하나의 상기 흡수 대역폭과 상응하는 파장의 범위에서 광의 적어도 일부를 반사하는, 상기 가시광 투과 반사기; 및
상기 가시광 투과 반사기의 제2 주 표면보다 상기 가시광 투과 반사기의 제1 주 표면에 더 가깝게 위치된 부분 투과성 그래픽 필름으로서, 적외광이 상기 부분 투과성 그래픽 필름을 통과하는, 상기 부분 투과성 그래픽 필름을 포함하는, 태양 에너지 장치.
2B. 임의의 전술한 예시적인 실시 형태 B에 있어서, 상기 가시광 투과 반사기는 평균 가시광 투과율이 30% 이상인, 태양 에너지 장치.
3B. 임의의 전술한 예시적인 실시 형태 B에 있어서, 상기 다층 광학 필름은 600 나노미터 내지 1000 나노미터 범위의 좌측 대역 에지를 갖는 가시광 투과 반사기인, 태양 에너지 장치.
4B. 임의의 전술한 예시적인 실시 형태 B에 있어서, 상기 다층 광학 필름은 650 나노미터 내지 1350 나노미터, 650 나노미터 내지 1500 나노미터, 850 나노미터 내지 1200 나노미터, 및 850 나노미터 내지 1500 나노미터로 이루어진 군으로부터 선택되는 파장 범위에서 상기 다층 광학 필름에 수직인 각도에서 평균 광 반사율이 50% 이상인, 태양 에너지 장치.
5B. 임의의 전술한 예시적인 실시 형태 B에 있어서, 상기 가시광 투과 반사기의 적어도 하나의 표면 상에 자외광 보호 층을 추가로 포함하는, 태양 에너지 장치.
6B. 예시적인 실시 형태 5B에 있어서, 상기 자외광 보호 층은 폴리(비닐리덴 다이플루오라이드), 폴리(메틸 메타크릴레이트), 및 자외광 흡수제를 포함하는, 태양 에너지 장치.
7B. 예시적인 실시 형태 5B 또는 6B에 있어서, 상기 자외광 보호 층은 다층 자외광 반사 거울인, 태양 에너지 장치.
8B. 예시적인 실시 형태 7B에 있어서, 상기 다층 자외광 반사 거울은 UV 흡수제를 포함하는, 태양 에너지 장치.
9B. 임의의 전술한 예시적인 실시 형태 B에 있어서, 적어도 상기 다층 광학 필름이 적용되는 가시광 투과 기재를 추가로 포함하는, 태양 에너지 장치.
10B. 임의의 전술한 예시적인 실시 형태 B에 있어서, 상기 다층 광학 필름은 다수의 광기전 전지 또는 태양열 집열기 상으로 반사하는 다수의 반사 표면으로 형성되는, 태양 에너지 장치.
11B. 임의의 전술한 예시적인 실시 형태 B에 있어서, 상기 다층 광학 필름은 다수의 랜드 영역에 의해 분리된 다수의 평행한 융기부에 존재하며, 다수의 광기전 전지 또는 태양열 집열기는 다수의 랜드 영역 내에 위치되는, 태양 에너지 장치.
12B. 예시적인 실시 형태 11B에 있어서, 각각의 랜드 영역은 단일 열의 광기전 전지 또는 태양열 집열기를 갖는, 태양 에너지 장치.
13B. 임의의 전술한 예시적인 실시 형태 B에 있어서, 대향하는 제1 융기면 및 제2 융기면을 각각 갖는 다수의 평행한 융기부를 추가로 포함하며, 상기 가시광 투과 반사기는 각각의 제1 융기면 상에 위치되고, 상기 광기전 전지 또는 태양열 집열기 중 적어도 하나는 각각의 제2 융기면 상에 위치되는, 태양 에너지 장치.
14B. 예시적인 실시 형태 13B에 있어서, 상기 제2 융기면 상의 상기 광기전 전지 또는 태양열 집열기 중 적어도 하나는, 적용가능한 바와 같이, 단일 열의 광기전 전지 또는 태양열 집열기로서 존재하는, 태양 에너지 장치.
15B. 임의의 전술한 예시적인 실시 형태 B에 있어서, 포물면 형상을 갖는 가시광 투과 반사기를 추가로 포함하는, 태양 에너지 장치.
16B. 임의의 전술한 예시적인 실시 형태 B에 있어서, 절두형 복합 포물면 형상을 갖는 가시광 투과 반사기를 추가로 포함하는, 태양 에너지 장치.
17B. 임의의 전술한 예시적인 실시 형태 B에 있어서, 상기 가시광 투과 반사기의 적어도 하나의 표면 상에 방오 코팅 또는 내스크래치성 코팅 중 적어도 하나를 추가로 포함하는, 태양 에너지 장치.
18B. 임의의 전술한 예시적인 실시 형태 B에 있어서, 상기 광기전 전지 또는 태양열 집열기 중 적어도 하나의 동력 출력은, 임의의 가시광 투과 거울이 부재하는, 적용가능한 바와 같은, 동등한 광기전 전지 또는 태양열 집열기와 비교하여, 10% 이상 (일부 실시 형태에서, 15% 이상, 20% 이상, 또는 심지어 25% 이상) 만큼 증가되는, 태양 에너지 장치.
19B. 임의의 전술한 예시적인 실시 형태 B에 있어서, 상기 그래픽 필름을 포함하는, 태양 에너지 장치.
20B. 예시적인 실시 형태 1B 내지 18B 중 어느 것에 있어서, 상기 조명 디스플레이를 포함하는, 태양 에너지 장치.
21B. 임의의 예시적인 실시 형태 20B에 있어서, 상기 조명 디스플레이는 액정 디스플레이인, 태양 에너지 장치.
22B. 임의의 전술한 예시적인 실시 형태 B에 있어서, 상기 광기전 전지를 포함하는, 태양 에너지 장치.
23B. 예시적인 실시 형태 22B에 있어서, 상기 광기전 전지는 결정질 규소 단일 접합 전지, 리본 규소 전지, 비정질 규소 광기전 전지, 구리 인듐 갈륨 셀레나이드 전지, 카드뮴 텔루라이드 광기전 전지, 유기 광기전 전지, 및 갈륨 알세나이드 전지 중 하나인, 태양 에너지 장치.
24B. 예시적인 실시 형태 1B 내지 21B 중 어느 것에 있어서, 상기 태양열 집열기를 포함하는, 태양 에너지 장치.
25B. 광고를 위한 표지로서 사용되는 임의의 전술한 예시적인 실시 형태 B의 태양 에너지 장치를 포함하는, 표지.
26B. 예시적인 실시 형태 25B에 있어서, 광고 표지인, 표지.
27B. 예시적인 실시 형태 25B에 있어서, 교통 표지인, 표지.
28B. 건물의 지붕으로서, 예시적인 실시 형태 1B 내지 24B 중 어느 것의 태양 에너지 장치를 포함하는, 지붕.
29B. 예시적인 실시 형태 1B 내지 24B 중 어느 것의 태양 에너지 장치를 포함하는, 건물의 측면.
30B. 예시적인 실시 형태 1B 내지 24B 중 어느 것의 태양 에너지 장치를 포함하는, 창문.
본 발명의 범주 및 사상으로부터 벗어남이 없이 본 발명의 예측가능한 변경 및 변형이 당업자에게 명백할 것이다. 본 발명은 예시의 목적으로 본 출원에 기재된 실시 형태로 제한되어서는 안 된다.

Claims (17)

  1. 태양 에너지 장치로서,
    태양광 스펙트럼의 근적외선 파장 영역의 적어도 일부를 포함하는 흡수 대역폭을 갖는, 광기전 전지 또는 태양열 집열기 중 적어도 하나;
    대체로 대향하는 제1 주 표면 및 제2 주 표면을 갖는 가시광 투과 반사기로서, 상기 가시광 투과 반사기는 상기 제1 주 표면으로부터 상기 광기전 전지 또는 태양열 집열기 중 적어도 하나 상으로 광을 반사하도록 위치되고, 상기 가시광 투과 반사기는 굴절률이 상이한 복수의 교번하는 제1 광학 층 및 제2 광학 층을 포함하는 광학 스택(optical stack)을 갖는 다층 광학 필름을 포함하고, 상기 다층 광학 필름은 상기 광기전 전지 또는 태양열 집열기 중 적어도 하나의 상기 흡수 대역폭과 상응하는 파장의 범위에서 광의 적어도 일부를 반사하는, 상기 가시광 투과 반사기; 및
    상기 가시광 투과 반사기의 제1 주 표면보다 상기 가시광 투과 반사기의 제2 주 표면에 더 가깝게 배치된, 그래픽 필름 (일부 실시 형태에서, 부분 투과성 그래픽 필름) 또는 조명 디스플레이(lighted display) 중 적어도 하나로서, 존재하는 상기 그래픽 필름 또는 조명 디스플레이는 상기 가시광 투과 반사기를 통해 보일 수 있는, 상기 그래픽 필름 또는 조명 디스플레이 중 적어도 하나
    를 포함하는, 태양 에너지 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 그래픽 필름을 포함하는, 태양 에너지 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 조명 디스플레이를 포함하는, 태양 에너지 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 그래픽 필름은 부분 투과성 그래픽 필름인, 태양 에너지 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 태양 에너지 장치는 건물의 일부로서 설치되며, 상기 가시광 투과 반사기의 제2 주 표면에 더 가깝게 위치된 상기 그래픽 필름 또는 조명 디스플레이의 가시성을 허용하는, 태양 에너지 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가시광 투과 반사기는 평균 가시광 투과율이 30% 이상인, 태양 에너지 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다층 광학 필름은 600 나노미터 내지 1000 나노미터 범위의 좌측 대역 에지(left band edge)를 갖는 가시광 투과 반사기인, 태양 에너지 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다층 광학 필름은 650 나노미터 내지 1350 나노미터, 650 나노미터 내지 1500 나노미터, 850 나노미터 내지 1200 나노미터, 및 850 나노미터 내지 1500 나노미터로 이루어진 군으로부터 선택되는 파장 범위에서 상기 다층 광학 필름에 수직인 각도에서 평균 광 반사율이 50% 이상인, 태양 에너지 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 대향하는 제1 융기면(ridge face) 및 제2 융기면을 각각 갖는 다수의 평행한 융기부를 추가로 포함하며, 상기 가시광 투과 반사기는 각각의 제1 융기면 상에 위치되고, 상기 광기전 전지 또는 태양열 집열기 중 적어도 하나는 각각의 제2 융기면 상에 위치되는, 태양 에너지 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제2 융기면 상의 상기 광기전 전지 또는 태양열 집열기 중 적어도 하나는, 적용가능한 바와 같이, 단일 열의 광기전 전지 또는 태양열 집열기로서 존재하는, 태양 에너지 장치.
  11. 태양 에너지 장치로서,
    태양광 스펙트럼의 적외선 파장 영역의 적어도 일부를 포함하는 흡수 대역폭을 갖는, 광기전 전지 또는 태양열 집열기 중 적어도 하나;
    대체로 대향하는 제1 주 표면 및 제2 주 표면을 갖는 가시광 투과 반사기로서, 상기 가시광 투과 반사기는 상기 제1 주 표면으로부터 상기 광기전 전지 또는 태양열 집열기 중 적어도 하나 상으로 광을 반사하도록 위치되고, 상기 가시광 투과 반사기는 굴절률이 상이한 복수의 교번하는 제1 광학 층 및 제2 광학 층을 포함하는 광학 스택을 갖는 다층 광학 필름을 포함하고, 상기 다층 광학 필름은 상기 광기전 전지 또는 태양열 집열기 중 적어도 하나의 상기 흡수 대역폭과 상응하는 파장의 범위에서 광의 적어도 일부를 반사하는, 상기 가시광 투과 반사기; 및
    상기 가시광 투과 반사기의 제2 주 표면보다 상기 가시광 투과 반사기의 제1 주 표면에 더 가깝게 위치된 부분 투과성 그래픽 필름으로서, 적외광이 상기 부분 투과성 그래픽 필름을 통과하는, 상기 부분 투과성 그래픽 필름
    을 포함하는, 태양 에너지 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 가시광 투과 반사기는 평균 가시광 투과율이 30% 이상인, 태양 에너지 장치.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 다층 광학 필름은 600 나노미터 내지 1000 나노미터 범위의 좌측 대역 에지를 갖는 가시광 투과 반사기인, 태양 에너지 장치.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다층 광학 필름은 다수의 광기전 전지 또는 태양열 집열기 상으로 반사하는 다수의 반사 표면으로 형성되는, 태양 에너지 장치.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다층 광학 필름은 다수의 랜드(land) 영역에 의해 분리된 다수의 평행한 융기부에 존재하며, 다수의 광기전 전지 또는 태양열 집열기는 다수의 랜드 영역 내에 위치되는, 태양 에너지 장치.
  16. 제15항에 있어서, 각각의 랜드 영역은 단일 열의 광기전 전지 또는 태양열 집열기를 갖는, 태양 에너지 장치.
  17. 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 대향하는 제1 융기면 및 제2 융기면을 각각 갖는 다수의 평행한 융기부를 추가로 포함하며, 상기 가시광 투과 반사기는 각각의 제1 융기면 상에 위치되고, 상기 광기전 전지 또는 태양열 집열기 중 적어도 하나는 각각의 제2 융기면 상에 위치되는, 태양 에너지 장치.
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