KR20160143874A - 모듈 및 모듈 제조방법 - Google Patents

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베셀링카 페트로바-코치
안드레아스 마더
마르쿠스 얀들
랄프 볼랜더
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리젝 오스트리아 게엠베하
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Abstract

광전 변환 모듈과 같은 모듈은, 특히 입사광의 방향을 향하는 전방 커버로서의 판유리 페인(11), 성분(광전 변환 소자), 및 내장 재료로서 제공된 플라스틱 층(14)을 포함하고, 플라스틱 층(14)을 향하는 측 상의 판유리 페인(11)의 표면은, 표면 처리에 의해 만들어진 층의 굴절률이 커버(11)의 유리의 굴절률과 층(14)의 플라스틱 재료의 굴절률 사이의 값을 가지도록 처리된다.

Description

모듈 및 모듈 제조방법{MODULE AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF}
본 발명은 표면 처리된 유리의 적어도 한 층과 플라스틱의 적어도 한 층으로 이루어지는 모듈에 관한 것이다.
플라스틱이 막 물질로 존재하는 모듈은 적층법으로 만들어질 수 있다.
본 발명의 체제(framework) 내에서, 광전 변환 공학, 유기 발광 다이오드(OLED), 차광 요소, 조명 요소, 및 적층된 유리에서 사용된 것과 같은, 진공 모듈이나 유리-유리 모듈에 대한 고려가 이루어지고 있다. 특히, 본 발명은 광전 변환 모듈(=태양광 모듈)에 관한 것이다.
광전 변환 모듈은 보통 커버 플레이트들 사이에서 캡슐에 넣어지는 적어도 하나의 광전 변환 소자(=태양 전지)로 이루어진다. 적어도 입사광 쪽으로 향하는 커버 플레이트는 반투명하다. 또한 예를 들면 광전 변환 소자를 캡슐에 넣기 위해, 입사광 쪽으로 향하는 커버 플레이트와 광전 변환 소자 사이에, 막의 형태로 된 플라스틱 층을 제공하는 것이 알려져 있다.
전형적인 태양광 모듈의 설계는 다음과 같이 설명될 수 있다.
- 태양을 향하는 측 상의 앞측 커버로서의 유리판(대부분의 경우, 소위 TSG(tempered safety glass)).
- 태양 전지가 내장되는 투명한 플라스틱 층(EVA(ethylene vinyl acetate), PVB(polyvinyl butyral) 또는 실리콘들이나 실리콘 수지).
- 땜납(solder)의 스트립들에 의해 서로 전기적으로 연결되는 단결정 또는 다결정 태양 전지들(광전 변환 소자들).
- 예를 들면, 폴리비닐 플루오라이드(Tedlar)나 폴리에스테르로 만들어진 내후성(weather-resistant) 플라스틱 복합막으로 뒷면 상에서 적층하거나 덮는 것,
- 환류 다이오드나 바이패스(bypass) 다이오드 및 연결 단자를 지닌 용기(receptacle).
- 강화, 그리고 접합을 증강하기 위해, 운반(shipping), 취급, 및 처리하는 동안 유리판을 보호하기 위한 알루미늄 프로필 프레임.
전술한 타입의 알려진 모듈들, 특히 광전 변환 모듈들에서는 모듈에 맞부딪히는 광(태양광)이 상당한 손실을 가지고 내장된 광전 변환 전지들에 도달하여, 광전 변환 모듈들의 효율이 광전 변환 전지 자체의 것보다 낮다고 하는 문제가 있다.
또한, 예를 들면 나트륨 이온과 같은 이온성 오염물질이 소다 석회 유리로부터 내장 막들을 통해 광전 변환 전지들까지 확산할 수 있어, 모듈들의 전기적 거동이 또한 손상될 수 있다.
본 발명의 목적은 전술한 타입의 모듈을 가리키는 것으로, 이러한 모듈은 간단하게 설계되고 계면 매칭(interface matching)("매칭")에 의해 강화된 기계적, 물리-화학적, 및/또는 광학적 특성들을 포함한다. 특히, 본 발명에 따른 모듈은, 그것이 광전 변환 모듈일 때 높은 효율을 가지게 된다.
이러한 목적은 청구항 1의 특징들을 가지는 모듈을 구비한 본 발명에 따라 달성된다.
본 발명에 따른 모듈의 바람직하고 유리한 구성들은 종속항들의 주제이다.
특히, 본 발명에 따른 모듈은, 심지어 그것이 광전 변환 모듈일 때에도, 유리와 플라스틱, 특히 주형용 수지(casting resin)나 적층막 사이의 강화된 접착을 가진다. 이는 일상적인(customary) 기능화된 적층된 유리나 진공 소자들인 경우에도 그러하다.
본 발명에 따른 모듈이 광전 변환 모듈일 때에는, 입사광이 (적어도 하나의) 광전 변환 소자에 도달하고, 높은 효율로 광이 전기로 변환되는 것이 매우 확실히 보장된다.
이러한 수단들은 특히 다음과 같다:
- 유리, 특히 철의 함량이 낮은 소다-라임(soda-lime) 유리로 만들어지는 커버 - 그것의 외부 표면, 즉 광전 변환 소자로부터 멀어지게 향하는, 즉 입사광을 향하는 것을 가지고 - 를 사용하여, 광 반사는 그것을 감소시키도록 처리된다.
- 유리, 특히 소다-라임 유리와 같은 반투명한 재료로 만들어진 커버를 사용하는 것으로, 그러한 반투명한 재료의 광학 특성들은 표면 처리에 의해 형성되는 층이 유리의 굴절률과 플라스틱의 굴절률 사이의 값을 가지는 굴절률을 가지도록 표면 처리에 의해 조정된다.
본 발명에 따른 모듈들, 특히 본 발명에 따른 광전 변환 모듈들은 진공 캡슐화나 일상적인 적층법들에 의해 제조될 수 있는데, 이는 표면 처리, 특히 물유리(water glass)를 이용하는 처리의 추가적인 방법 단계들이 고려될 때 그러하다.
또한, 본 발명에 따른 모듈에서는 바람직한 일 실시예에서, 유리로부터 플라스틱, 특히 플라스틱 막으로의 나트륨 이온들의 이동이 감소하는 것이 유리하다. 이는 그것이 나트륨 이온들이 반도체 성분들(광전 변환 소자들의)을 손상시키는 것을 방지하기 때문에 유리하다.
마지막으로, 본 발명에 따른 모듈은 상대적인 굴절률들이 조정되기 때문에, 광의 투과율이 증가한다는 장점을 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 침투성 레벨들(투과율)을 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 재현된 투과율 값들을 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 재현된 투과율 값들을 도시하는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 모듈을 개략적으로 도시하는 분해도.
도 5는 본 발명에 따른 모듈을 개략적으로 도시하는 분해도.
도 6은 본 발명에 따른 광전 변환 모듈을 도시하는 도면.
유리를 처리하기 위한 본 발명에 따른 방법(유리의 광학 특성들을 변화시키고 경화시킬 목적으로)에서는, 예를 들면 다음과 같은 방법 단계들이 구현될 수 있다:
1. 사전 세정/활성화(Pre-Cleaning/Activation)
유리의 표면은 페인(pane)의 가장자리 상의 절삭유와 같은 오일들, 지방들 및 고형 입자들을 제거하기 위해 (다시) 새롭게 만들어진다. 칼륨(potassium)-물유리 용액을 가지고 성공적으로 처리하기 위해서는, 용액이 유리, 즉 관통(through-going) 막을 적시고, 어떠한 드롭/스트리크(drop/streak)도 형성되지 않는 것, 즉 칼륨-물유리 용액이 처리될 유리의 표면상에 고르게 묻혀지는 것이 유리하다.
사전 세정/활성화와 실제 처리 사이의 기간은 유리의 표면이 예를 들면 먼지에 의해 더 오염되지 않도록 가능한 짧은 것이 유리하다.
2. 처리 수단으로 뿌리는 것(spraying)
예를 들면, 졸겔(sol-gel)법에 따른 수직 뿌림에 의해 수직인 방식으로 본질적으로 배향되는 판유리 상에 적용되는 수성(aqueous) 칼륨-물유리 용액이 소다-라임 판유리에 뿌려진다.
본 명세서에서 졸겔법은 유리에 묻혀지는 졸이 용매(물)를 제거(증발)시킴으로써 젤로 변환되는 방법으로 정의된다.
이 경우 묻혀질 칼륨 물유리로 이루어지는 용액을 분무하는 것이 그렇게 매우 필요한 것은 아니지만, 유리 표면상의 졸의 폐쇄된 표면(막)이 만들어지는 것을 보장할 필요가 있는데, 이는 특히 위 항목(item)에서 언급된 사전 처리에 의해 이루어진다.
3. 반응 시간(건조)
적용된 졸은 셀을 형성하도록 건조하는 것이 허용되고, 이는 또한 환경시험 챔버나 특별한 청정실 조건 없이 일어날 수 있다. 이 경우, 칼륨-물유리는 유리, 특히 소다-라임 유리와 반응한다.
기후 비율(climatic ratio)들과 페인 온도에 따라, 건조 시간은 5분과 25분 사이이다.
건조 시간은 판유리 및/또는 열 패널(heat panel)들의 (약간) 상승된 온도 및/또는 건조한 공기로 인한 (약간의) 대류에 의해 빨라질 수 있다.
졸이 완전히 건조되어 겔을 형성할 때 유리한데, 이는 그렇지 않게 되는 경우 층의 큰 성분들이 제거되는 위험이 존재하고, (판) 유리의 표면에 반점들이 보일 수 있기 때문이다.
남색(bluish-violet)의 어렴풋한 빛이 일광에 보여질 수 있을 때가 표면의 양호한 처리의 표시이다.
4. 후속 세정(subsequent cleaning)
이것의 목적은 큰 부피의 조절된 삼투물(30μS/㎝ 미만의 전도율을 가진)을 가지고 부착되지 않는 칼륨이 층으로부터 분리되는 것이다.
5. 층이 압착되고 유리 기판과의 접합이 처리된 유리의 열적 경화에 의해 강화된다.
본 발명의 체제 내에서 고려된 또 다른 가능성은, 본 발명에 따른 처리에 따라 유리의 특성들을 변경하기 위해, 칼륨-물유리에 첨가제를 추가하는 것으로 이루어진다. 그러한 첨가제로는 염료들이 있을 수 있는데, 예를 들면 반사 거동을 증강시키는 백색 염료(산화 아연과 같은), 형광성을 만들어내는 물질 또는 처리 후에 얻어지고 유리 표면에 존재하는 층을 전기적으로 전도성이 되게 하는 물질이다.
아래에, 본 발명의 실시예들이 재현된다.
[예 1]
이 예에서는, 반사가 감소한 표면을 지니고, 2.1㎜ 두께를 가지고 치수가 550×360㎜인 깨끗한 유리가 제공된다.
그 절차는 다음과 같다:
유리가 대략 40℃인 뜨거운 물로 세척기에서 세척된다. 그 후, 유리 표면이 부탄 가스 불꽃으로 처리된다. 그런 다음, 유리 표면에 수성 칼륨-물유리 용액이 뿌려진다. 그 후, 칼륨-물유리가 그것의 표면 영역에서 유리와 반응할 때까지의 대기 기간이 존재하는데, 이는 대략 10분 내지 15분 정도이다.
뿌리는데 사용된 용액은 96 내지 97중량 백분율의 물과 3 내지 4중량 백분율 비율의 고형물의 조성을 가지고, 이로 인해 액체의 칼륨 함유량이 1중량 백분율 미만이고, 3.4중량 백분율의 고형물 비율이 처리 재료에 존재한다.
그 후, 유리는 재차 40℃의 뜨거운 물로 씻어 내린다.
그 다음, 유리는 열적 경화를 겪게 되어, 비접촉 절차가 행해진다.
그 결과, 침투성 레벨들(투과율)이 달성되고, 이는 도 1의 그림에 도시되어 있다.
[예 2]
예 1에 표시된 동작 모드와, 그 경우 언급된 수단을 사용하여, 3조각의 유리 페인이 일측 상에서 칼륨-물유리로 처리되고 경화된다. 이 시험에서, 도 2의 그림(곡선들은 3개의 페인에 걸친 평균값들이다)에 재현된 투과율 값들이 결정된다.
[예 3]
유리판들이 이러한 동작 모드와 예 1에서 언급되는 수단을 가지고 처리된다. 하나의 페인(pane)에서, 표면의 1/3이 처리되지 않은 채로 남겨지고, 표면의 1/3이 일측 상에서 처리되며, 표면의 1/3이 양측 상에서 처리되어, 처리가 본 동작 모드에 따라 행해지고, 예 1에서 언급되는 수단을 가지고 행해진다. 이 시험에서, 도 3에 따른 투과율 값들이 달성된다.
본 발명의 가능한 일 실시예에서 제공되는 유리 표면의 처리는, 예를 들면 다음 방법 단계들을 포함할 수 있다:
- 유리, 바람직하게는 판유리 페인으로 만들어진 물체, 특히 소다-라임 유리로 만들어지는 판유리 페인이 세정된다.
- 칼륨-물유리의 수성 용액이 연속 층에서 칼륨-물유리의 수성 용액이 뿌려지는 유리로 만들어지는 물체마다 적용된다.
- 유리로 만들어진 물체 상에 적용되는 층은 건조가 허용되어, 칼륨-물유리가 유리로 만들어진 물체의 표면과 반응한다.
- 부착되지 않은 칼륨이 물로 적용된 층으로부터 씻겨 내려간다.
- 유리로 만들어진 물체는 열 처리를 위해 가열되고, 재차 열적 경화를 위해 실온까지 냉각된다.
유리로 만들어진 물체의 표면 처리시, 물체는 바람직하게는 접촉 없이, 600℃와 650℃ 사이의 범위에 있는 온도까지 열 처리를 위해 가열된 다음, 실온까지 재차 냉각된다고 할 수 있다.
유리로 만들어진 물체의 표면 처리시, 물에서 3 내지 4중량 백분율, 바람직하게는 3.4중량 백분율의 칼륨-물유리의 고형물들을 담고 있는 용액이 사용된다고 할 수 있다.
유리로 만들어진 물체의 표면 처리시, 2중량 백분율 미만, 특히 1중량 백분율 미만의 칼륨을 함유하는 용액이 사용된다고 할 수 있다.
유리로 만들어진 물체의 표면 처리시, 적어도 염료, 특히 광물 염료가 추가되는 용액이 사용된다고 할 수 있다.
유리로 만들어진 물체의 표면 처리시, 형광을 일으키는 적어도 하나의 물질이 추가되는 용액이 사용된다고 할 수 있다.
유리로 만들어진 물체의 표면 처리시, 전도성을 보장하는 적어도 하나의 물질이 추가되는 용액이 사용된다고 할 수 있다.
유리로 만들어진 물체의 표면 처리시, 세정 후 그리고 층이 적용되기 전에 열린 프레임으로 물체가 처리된다고 할 수 있다.
유리로 만들어진 물체의 표면 처리시, 세정 동안 및/또는 칼륨을 씻어 내리는 동안, 대략 30℃와 50℃ 사이, 특히 40℃인 뜨거운 물로 세척된다고 할 수 있다.
유리로 만들어진 물체의 표면 처리시, 부착되지 않은 칼륨을 씻어 내리기 위해 재생된 물, 특히 50μS/㎝ 미만, 바람직하게는 30μS/㎝ 미만의 전도도를 지닌 물이 사용된다고 할 수 있다.
유리로 만들어진 물체의 표면 처리시, 칼륨-물유리의 용액으로 뿌리기 전에, 물체는 20℃와 40℃ 사이, 바람직하게는 대략 30℃의 온도까지 가열된다고 할 수 있다.
유리로 만들어진 물체의 표면 처리시, 판유리가 처리될 때, 판유리는 본질적으로 수직으로 배향되게 처리된다고 할 수 있다.
유리로 만들어진 물체의 표면 처리시, 칼륨-물유리를 함유하는 용액이 서로 겹쳐지게 배치되는 노즐들로부터 판유리 상에 뿌려진다고 할 수 있다.
유리로 만들어진 물체의 표면 처리시, 유리로 만들어진 물체가 일측 상에서 처리된다고 할 수 있다.
유리로 만들어진 물체의 표면 처리시, 유리로 만들어진 물체가 양측 상에서처리된다고 할 수 있다.
유리로 만들어진 물체의 표면 처리시, 칼륨-물유리로 구현된, 유리로 만들어진 물체의 처리 및 이어지는 가열은 유리 물체의 표면상에 나노다공성 스킨(nanoporous skin)의 형성을 초래한다고 할 수 있다.
유리로 만들어진 물체의 표면 처리시, 이 경우, 유리로 만들어진 물체는 600℃ 내지 650℃ 정도의 온도까지 가열된다고 할 수 있다.
유리로 만들어진 물체의 표면 처리시, 유리로 만들어지고 판유리로서 존재하는 물체가 가열된 후, 판유리를 경화시키기 위해 갑작스런 냉각이 이루어진다고 할 수 있다.
유리로 만들어진 물체의 표면 처리시, 물체에 부착되지 않은 칼륨은 나노다공성 표면으로부터 씻겨 내려간다고 할 수 있다.
본 발명의 체제 내에서는, 아래에 열거되는 모듈들의 변형들이 고려된다:
도 4와 도 5에서 분해도로 개략적으로 도시되어 있는 모듈(1)들은, 나란한 평면 방식으로 배치되는 2개의 편평하거나 판과 같은 성분(2, 2')으로 이루어지고, 이러한 성분 중 적어도 제 1 성분(2)은 판유리 페인으로서 설계되고 하나의 막(4)(도 4) 또는 2개의 막(5, 5')(도 5) 사이에 끼워진 판과 같은 또는 막과 같은 성분(6) 사이에 도입된다. 성분(2, 2')과, 사이에 도입되는 막(4) 또는 사이에 도입되는 2개의 막(5, 5')으로 만들어진 스택 및 스택 사이에 위치하는 성분(6)은 적층에 의해 서로 연결되어, 모듈의 조립 전에, 막측 표면(3)이 표면 처리(특히 전술한 바와 같이)를 받거나, 성분(2, 2') 모두가 판유리 페인들로서 설계된다면, 선택적으로 또한 표면 처리가 막측 표면들(3, 3') 모두에 대해 행해진다.
일 대안예로서, 모듈(1)의 조립 전에, 막측 표면(3)의 표면 처리(특히 전술한 바와 같이)를 받거나, 양 성분들(2, 2')이 판유리 페인들로서 설계된다면, 선택적으로 또한 막측 표면들(3, 3')이 모두 표면 처리(특히 전술한 바와 같이)를 받아, 적층 공정 동안 막 재료가 직접 유리와 연결 상태로 가지 않고, 표면 처리에 의해, 표면(3) 상에 형성된 층이나 표면들(3, 3') 상에 형성된 층들과 연결되어 진다.
일 대안예로서, 모듈(1)의 조립 전에, 막측 표면(3)의 표면 처리(특히 전술한 바와 같이)를 받거나, 양 성분들(2, 2')이 판유리 페인들로서 설계된다면, 선택적으로 또한 막측 표면들(3, 3')이 모두 표면 처리(특히 전술한 바와 같이)를 받고, 이로 인해 다음 특성들 중 적어도 하나가 달성된다:
- 판유리 페인이나 페인들과 막 재료 사이의 접착이 강화된다.
- 유리로부터 막 재료로의 나트륨 이온들의 이동이 감소한다.
- 상대적 굴절률을 조정함으로써, 적어도 하나의 판유리 페인에 의해 가시 스펙트럼 범위에서 광의 투과가 증가한다.
또 다른 대안예에서는, 모듈(1)의 조립 전에, 막측 표면(3)의 표면 처리를 받거나, 양 성분들(2, 2')이 판유리 페인들로서 설계된다면, 선택적으로 또한 막측 표면들(3, 3')이 물유리로 모두 표면 처리를 받고, 이로 인해 표면 처리는 다음 방법 단계들을 포함한다:
- 표면들(3, 3'), 특히 판유리 페인들의 표면들, 특히 소다-라임 유리로 만들어진 판유리 페인들이 세정된다.
- 연속 층에서, 칼륨-물유리의 수성 용액이 뿌려지는 성분들(2, 2')에 의해, 성분들(2, 2') 상에서 칼륨-물유리의 수성 용액이 적용된다.
- 성분들(2, 2') 상에 적용된 층이 건조가 허용되어, 칼륨-물유리가 물체의 표면과 반응한다.
- 부착되지 않은 칼륨이 물을 사용하여 층으로부터 씻겨 내린다.
- 성분들(2, 2')이 가열 처리를 위해 가열되고, 열적 경화를 위해 실온까지 재차 냉각된다.
본 발명의 일 실시예에서, 조립 전에 행해진 표면의 처리가 물유리로 수행된다고 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 조립 전에 행해진 표면의 처리가 칼륨-물유리로 수행된다.
본 발명의 일 실시예에서, 조립 전에 칼륨-물유리를 이용한 표면 처리가 다음 방법 단계들에 따라 행해진다고 할 수 있다:
- 성분(2 또는 2'), 바람직하게는 판유리 페인, 특히 소다-라임 유리로 만들어진 판유리 페인이 세정된다.
- 칼륨-물유리의 수성 용액이 연속 층에서, 칼륨-물유리의 수성 용액이 뿌려지는 성분(2 또는 2')에 의해, 성분(2 또는 2') 상에 적용된다.
- 성분(2 또는 2') 상에 적용된 층이 건조가 허용되어, 칼륨-물유리가 물체의 표면과 반응한다.
- 부착되지 않은 칼륨이 물을 사용하여, 적용된 층으로부터 씻겨 내린다.
- 성분(2 또는 2')은 열 처리를 위해 가열되고, 열적 경화를 위해 실온까지 재차 냉각된다.
본 발명의 일 실시예에서, 표면(3 및/또는 3') 상에서의 표면 처리에 의해 형성되는 층의 굴절률이 판유리 페인(2)의 굴절률과 막(4) 또는 막들(5 및/또는 5') 사이의 값을 가진다고 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 조립 전 표면(3 및/또는 3')의 처리시, 적어도 염료, 특히 무기 염료가 추가되는 용액이 사용된다고 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 조립 전 표면(3 및/또는 3')의 처리시, 적어도 하나의 형광 물질이 추가되는 용액이 사용된다고 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 조립 전 표면(3 및/또는 3')의 처리시, 전도성을 보장하는 적어도 하나의 물질이 추가되는 용액이 사용된다고 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 조립 전 후방 커버의 표면(3')(도 4와 도 5에서 위쪽을 가리키고 있는)의 처리에 있어서, 염료가 추가되고 후방 커버 플레이트에 강화된 반사성 거동을 주는 용액이 사용된다고 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 전방 커버 플레이트의 입사광측 표면(7)(도 4와 도 5에서 아래쪽을 가리키고 있는)이 가시광의 파장 범위에서 감소된 반사 특성을 가진다고 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 입사광측 표면(7) 및/또는 적층면을 향하는 전방 커버 플레이트의 표면(3)이 적외선에 관해 강화된 반사성 거동을 가진다고 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 막(4)은 실리콘계(silicon-based) 플라스틱으로 이루어지거나, 선택적으로 막들(5, 5')은 모두가 실리콘계 플라스틱으로 이루어진다고 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 한 성분(6)으로서 광전 변환 소자를 통합함으로써, 모듈이 광전 변환 모듈로서 설계되고, 그러한 경우 태양을 향하고, 성분이 전방 커버 플레이트로서의 역할을 하는, 판과 같은 성분(2)은 판유리 페인으로 이루어지는데 반해, 태양으로부터 멀어지게 향하고 후방 커버 플레이트의 역할을 하는 성분(2')은 유리와 상이한 재료, 특히 금속 재료나 플라스틱으로 이루어진다고 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 성분(6)으로서 광전 변환 소자를 통합함으로써 광전 변환 모듈로서 설계된다고 할 수 있고, 그러한 경우 태양을 향하고 전방 커버 플레이트로서의 역할을 하는 판과 같은 성분(2)과, 태양으로부터 멀어지게 향하고 후방 커버 플레이트로서의 역할을 하는 성분(2') 모두 판유리 페인으로 이루어진다.
본 발명의 일 실시예에서, 조립 전 표면(3 및/또는 3')은 광을 방출하고 광전 변환 또는 일렉트로크로매틱 기능 또는 전술한 기능들 중 여러 개의 조합을 지닌 층 또는 여러 층들을 가진다고 할 수 있다.
도 4와 도 5에 도시된 모듈들은 또한 아래와 같이 설계될 수 있다:
도 5와 도 6에 도시된 것과 같이 설계되는 광전 변환 모듈에서 광전 변환 소자(5, 5')는 플라스틱, 선택적으로는 실리콘계 플라스틱으로 만들어지는 접합 층들이다. 성분(2)은 표면 처리된 판유리 페인으로서, 그것의 측(3) 상에는 표면 처리에 의해, 조정된 굴절률, Na+에 대한 배리어(barrier) 작용, 및 강화된 부착을 지닌 층이 제공된다. 성분(2)의 입사광측 표면(7)은 가시 스펙트럼 범위에서 광에 관한 감소한 반사 특성을 가질 수 있다. 입사광측 표면(7)은 또한 입사광이 모듈을 때릴 때(고온에서 출력이 감소한다), 모듈의 가열을 감소시키기 위해, 1100㎚로부터 시작하는 IR 방사에 관해 강화된 반사 거동을 가질 수 있다. 2'은 유리와 상이한 재료, 예를 들면 Al(가볍고 반사성인)이나 플라스틱으로 만들어지는 판이다.
전술한 모듈(1)은 또한 아래와 같이 설명된 광전 변환 모듈로서 설계될 수 있다:
광전 변환 모듈은 앞서 설명된 설계를 가질 수 있어, 성분(2')은 판유리 페인으로서 설계되고, 이러한 판유리 페인은 표면(3')의 처리에 의해 반사성이 증가한다. 이러한 목적을 위해, 무기 고형물이 사용된다.
도 4에 따른 설계를 지닌 광전 변환 모듈에서, 표면(3')은 광전 변환 층을 가진다. 접합층(4)은 플라스틱, 선택적으로는 실리콘계 플라스틱으로 이루어진다. 성분(2)은 표면 처리된 판유리 페인이고, 이는 그것의 측(3) 상에서의 표면 처리에 의해 조정된 굴절률, Na+에 대한 배리어 작용, 및 강화된 부착을 지닌 층이 제공된다. 성분(2)의 입사광측 표면(7)은 가시 스펙트럼 범위에서 광에 대한 감소된 반사 특성들을 가질 수 있다. 입사광측 표면(7)은 또한 입사광이 광전 변환 모듈을 때릴 때(고온에서 출력이 감소한다), 광전 변환 모듈의 가열을 감소시키기 위해, IR 방사에 관해 강화된 반사 거동을 가질 수 있다.
표면(3')이 유기 발광 다이오드(OLED)로 코팅되는, 도 4에 따른 설계를 지닌 OLED 모듈이 가능하다. 플라스틱으로 만들어지는 접합층(4)은 선택적으로는 실리콘계 플라스틱으로 이루어진다. 표면 처리된 판유리 페인(2)에는 그것의 측(3)에 조정된 굴절률과 강화된 부착을 가진 층이 표면 처리에 의해 제공된다.
성분(6)이 OLED로 코팅되는, 도 5 에 따른 설계를 지닌 OLED 모듈이 또한 가능하다. 막(5, 5')은 플라스틱, 선택적으로는 실리콘계 플라스틱으로 만들어지는 접합층들이다. 성분(2)은 표면 처리된 판유리 페인으로서, 그러한 판유리 페인의 측(3) 상에는, 표면 처리에 의해 조정된 굴절률과 강화된 부착을 가진 층이 제공된다.
이러한 실시예에서 광전 변환 모듈로서의 본 발명에 따른 모듈의 설계는 도 6에서의 예를 통해 도시되어 있고, 이로 인해 성분들 사이의 거리들은 실제로 주어지지 않고, 오직 드래프팅(drafting)의 이유들 때문에 도시되어 있다. 광전 변환 모듈은 광전 변환 소자(15)를 가지는데, 이러한 광전 변환 소자(15) 상에는 막(14)이 위에 놓여 있는 질화 실리콘층(16)이 적용된다(입사광측 상에). 막(14)의 외측에는 소다-라임 유리로 만들어지는, 특히 TSG(tempered safety glass)의 형태로 된, 열적으로 경화된 판유리 페인(11)가 앞측 커버로서 배치된다. 판유리 페인(11)의 외부 표면은 반사를 감소시키도록 설계된다. 광전 변환 소자(16)의 후방 접촉 외측(17)에는 광을 반사시키는 역할을 하는 막(18)이 적용된다. 도시된 예에서, 광전 변환 모듈의 후방측에는 예를 들면 소다-라인 유리로 만들어진 페인(19)이 후방측 커버(후방측 적층)로서 제공되고, 이러한 페인은 페인(19)의 반사 특성들을 강화시키는 층(20)을 지닐 수 있다. 커버(19)는 유리, 플라스틱 또는 알루미늄과 같은 급속으로 이루어질 수 있다. 이러한 층(20)은 백색의 무기 염료(예를 들면 산화아연)가 추가되는 칼륨-물유리로 처리되는 소다-라임 유리에 의해 얻어질 수 있다.
페인의 표면 처리에 의해 형성되는 층과, 유리의 굴절률과 플라스틱 층의 굴절률 사이의 값을 가지는 굴절률을 가지는 층에 의해, 소다-라임 유리로 만들어진 페인과 플라스틱 층 사이의 (광학) 특성들을 조정하는 것은 유리하다.
막(14)과, 선택적으로 또한 막(18)은 삽입 재료로서의 역할을 하고, 예를 들면 Tectosil(www.wacker.com)이라는 상표명으로 얻어질 수 있는 탄성 중합체와 같은, 열가소적으로 실현 가능한 실리콘 탄성 중합체와 같은 실리콘계 플라스틱, 실리콘계 플라스틱 또는 실리콘이다. 삽입 재료로서의 막들 대신, 액체 실리콘이 또한 삽입 재료로서 사용될 수 있다. EVA나 PVB와 비교할 때, 실리콘계 삽입 재료들이나 쉘(shell) 재료들은, 광전 변환 소자들에서 가치 있는 것으로 입증된 소다-라임 유리보다는 낮은 굴절률을 만든다. 커버(11)로서의 소다-라임 유리와 실리콘 탄성 중합체(예를 들면, Tectosil)로 만들어진 막(14)을 조립시, 한편으로는 광학 특성들(굴절률들)에 차이를 적응시키고, 막(14)(Tectosil, 실리콘)에서의 유리(커버 11)로부터 표류하는 요소들, 특히 양의 나트륨 이온들과 다른 가벼운 이온들에 맞서는 배리어를 만드는 것이 유리한데, 이는 나트륨 이온들과 같은 이온들이 경계면에서의 광학 거동에 부정적으로 영향을 미치기 때문이다(광학 반사를 증가시키는). 또한, 광전 변환 모듈의 유리/막(캡슐화) 경계면의 장시간의 안정성(전기적 및 기계적 안정성)이 악영향을 받을 수 있다.
이는 다음과 같이 처리된, 소다-라인 유리와 같은 상응하게 처리된 유리를 사용함으로써 행해질 수 있다:
본 발명의 체제 내에서 광을 향하는 전방 커버(11)로서 사용될 수 있는 판유리는 다음과 같이 얻어질 수 있다:
먼저, 유리, 바람직하게는 예를 들면 챔버에서 소다-라임 유리로 만들어진 판유리에는 물유리-분무 스프레이(atomized spray)가 뿌려진다. 특히, 칼륨-물유리의 수성 용액이 사용된다. 뿌리기 전에, 공기로부터 물이 유리 상에서 응결하지 않도록, 유리가 30℃까지 미리 가열될 수 있다.
미리 가열하기 전에, 유리는 뜨거운 상태에서 세척되고 재생된 물로 씻겨진다.
유리하게, 유리 표면은 경화하기 전에, 그리고 유리 표면이 친수성이 되도록 칼륨-물유리 혼합물을 뿌리기 전에 상태가 조절된다. 이는 유리 표면상에 물유리를 균질하게 도포하는데 있어서 중요한 사안이다(칼륨-물유리의 용액에 의한 유리 표면의 양호한 적심(wetting)). 칼륨-물유리의 용액이 도포되고 코팅이 마른 후(즉, 반응 후)에는, 부착되지 않은 칼륨이 실온에서 물로(또는 아세트산으로) 씻겨 내질 수 있는데, 이는 대기의 이산화탄소와 산화 칼륨의 반응으로 인한 표면의 백화성(efflorescing)을 방지하기 위함이다.
우선, 분무 스프레이는 물로 많이 희석한 칼륨-물유리 용액을 담고 있다. 바람직하게, 유리는 노즐로부터 나가는 분무 스프레이를 통해 이동한다.
분무 스프레이는 판유리 페인 상에 응결하여, 그곳에서 물로 칼륨-물유리의 용액을 이루는 스스로 둘러싸는(self-enclosed) 판을 만든다. 칼륨-물유리의 용액은 그것의 한쪽 또는 양쪽에 균일한 막을 형성한다.
다음 단계에서는, 칼륨-물유리를 담고 있는 막이 건조가 허용되어 칼륨-물유리가 유리와 반응한다. 이어지는 세척 공정에서는, 유리에 부착되지 않은 칼륨이 씻어 내어진다.
그 후, 열정 경화를 위해 일반적으로 그러하듯이 유리는 가열되고 냉각되어, 이전에 부착된 층이 소결-융합(sinter-fuse)하고, 유리 코어로부터 칼륨-물유리로 만들어진 외부층으로의 연속적인 전이가 이루어진다.
전술한 바와 같이 칼륨-물유리로 처리되는 소다-라임 유리의 또 다른 중요한 장점은, 유리가 삽입 재료로서 사용되는 실리콘들(예를 들면, Tectosil막)에 더 잘 부착하여, 커버로서의 유리와 삽입 재료로서의 실리콘 사이의 깊은 연결이 제공된다는 점이다. 삽입 재료와 전방 커버로서 제공되는 판유리 페인(11) 사이의 이러한 깊은 연결은, 감소된 반사 때문에 광전 변환 셀(15)로 광이 들어가는 것을 늘인다.
유리 표면상의 표면 처리에 의해 형성되는 층의 두께는, 가시광에 관한 산란 중심들이 없는 매끄러운 표면이 존재하도록 200㎚ 미만의 값을 가진다.
그러므로, 그것의 광학 특성들로 처리되고 열적으로 경화된, 즉 정렬된 (얇은) 유리가 얻어지고, 이러한 유리는 광전 변환 모듈의 형태로 본 발명에 따른 모듈 용으로 사용될 수 있다.
외부 표면들(도 4와 도 5에서의 7, 7')과 내부 표면들(도 4와 도 5에서의 3, 3')의 표면 처리를 위해, 또한 위에서 설명된 방법이 원칙적으로 사용될 수 있다.
방법 파라미터들의 선택에 의해, 그리고 처리 수단의 설정에 의해, 원하는 결과로 방법을 조정하는 것에 대한 고려가 이루어진다(특히, 반사 특성들을 변경하고 굴절률들을 변경하는 것).
아래에, 본 발명의 일 실시예가 재현된다:
예:
이 예에서는, 두께가 2.1㎜이고 치수가 550×360㎜인 깨끗한 유리가 칼륨-물유리의 수성 용액으로 처리된다.
그 절차는 다음과 같다:
유리는 대략 40℃인 뜨거운 물로 세척기에서 세척된다. 그 후, 유리 표면은 불꽃으로 처리된다. 그런 다음, 유리 표면이 수성인 칼륨-물유리 용액으로 처리된다. 처리 후, 처리 재료가 그것의 표면 영역에서 유리와 반응할 때까지의 대기 기간이 존재하는데, 이는 대략 10분 내지 15분 정도이다.
처리를 위해 사용된 용액은 96 내지 97중량 백분율의 물과 3 내지 4중량 백분율 비율의 고형물(SiO2, K2O,...)의 조성을 가지고, 이로 인해 액체의 칼륨 함유량이 1중량 백분율 미만이고, 3.4중량 백분율의 고형물 비율이 처리 재료에 존재한다.
그 후, 유리는 재차 40℃의 뜨거운 물로 씻어 내린다.
그 후, 유리는 열적 경화를 겪게 되어, 일상적인 절차가 뒤따른다.
그 다음, 광전 변환 모듈이 다음 설계를 지닌 처리된 유리로 준비된다:
- 전술한 바와 같이 처리된 유리로부터 만들어진 면-플레이트, 이로 인해 처리된 유리는 모듈의 내부(삽입 재료) 쪽을 향한다,
- Tectosil 삽입막,
- 광전 변환 셀,
- Tectosil 삽입막,
- 2㎜ 열 처리된 배면(back) 유리.
기준 모듈로서, 동등하게 양호한 모듈이 전술한 바와 같이, 하지만 처리되지 않은 면-플레이트를 가지고 설계되었다.
2개의 모듈식 구조의 광원으로 조사하는 경우에서의 전기 출력을 측정함으로써, 처리된 면 플레이트를 지닌 모듈에서는 1%의 증분(increment)이 결정될 수 있었다.
요약하면, 본 발명의 일 실시예는 다음과 같이 설명될 수 있다.
모듈, 예를 들면 광전 변환 모듈은, 입사광을 향하는 전방 커버로서, 판유리 페인(11), 성분(광전 변환 소자)(15), 및 삽입 재료로서 제공되는 플라스틱 층(14)을 포함하고, 이로 인해 표면 처리에 의해 만들어지는 층의 굴절률이 커버(11)의 유리의 굴절률과 층(14)의 플라스틱 재료의 굴절률 사이의 값을 가지도록, 플라스틱 층(14)을 향하는 측 상의 표면에서 판유리 페인(11)이 처리된다.

Claims (1)

  1. 적어도 하나가 반투명한 2개의 성분(2, 2')을 구비한 모듈(1)로서,
    상기 2개의 성분 사이에는 플라스틱으로 만들어진 층이 제공되고,
    적어도 하나의 반투명한 성분(2, 2')의 플라스틱으로 만들어진 상기 층을 향하는 표면(3, 3')이 플라스틱으로 만들어진 상기 층 내로의 광의 이동을 증진시키도록 설계되는 것을 특징으로 하는 모듈.
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