KR20190034050A - 태양 전지 패널 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 패널은, 태양 전지; 상기 태양 전지를 밀봉하는 밀봉재; 상기 밀봉재 위에서 상기 태양 전지의 일면 위에 위치하는 제1 커버 부재; 및 상기 밀봉재 위에서 상기 태양 전지의 타면 위에 위치하는 제2 커버 부재를 포함한다. 상기 제1 커버 부재는, 베이스 부재와, 상기 베이스 부재보다 낮은 광 투과도를 가지며 상기 베이스 부재에 부분적으로 형성되어 착색 영역을 구성하는 착색부를 포함한다. 상기 제2 커버 부재는 적어도 상기 태양 전지가 위치하지 않은 비유효 영역에서 상기 착색부의 명도보다 낮은 명도를 가지는 커버 부분을 포함한다.

Description

태양 전지 패널{SOLAR CELL PANEL}
본 발명은 태양 전지 패널에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는, 건물 일체형 태양 전지 패널에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 전지는 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 차세대 전지로서 각광받고 있다. 이러한 태양 전지는 복수 개가 리본에 의하여 직렬 또는 병렬로 연결되고, 복수의 태양 전지를 보호하기 위한 패키징(packaging) 공정에 의하여 태양 전지 패널의 형태로 제조된다.
일반적으로 태양 전지 패널을 건물의 옥상이나 지붕 등에 설치하였으나, 아파트나 고층 건물 등에서는 옥상이나 지붕에 설치될 수 있는 태양 전지 패널의 크기가 한정되어 태양광을 효율적으로 활용하기 어려웠다. 이에 최근에는 주택, 건물 등의 외벽 등에 설치되어 주택, 건물 등과 일체화되는 건물 일체형 태양 전지 패널에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 건물 일체형 태양 전지 패널을 적용하면 건물의 외벽의 넓은 면적에서 광전 변환이 이루어질 수 있어 태양광을 효과적으로 사용할 수 있다.
그런데, 건물 일체형 태양 전지 패널이 건물의 외벽, 특히 수직 벽체에 설치되면, 바닥면과 수직하므로 건물 일체형 태양 전지 패널의 전면에서 눈부심 현상이 발생될 수 있다. 또한, 건물의 외벽에 적용되기 위해서는 건물 일체형 태양 전지 패널을 설치한 후에도 우수한 심미적 특성을 가져야 하는바, 건물 일체형 태양 전지 패널의 색상을 다양화하거나 외관을 향상하는 것이 요구된다. 그러나 기존의 건물 일체형 태양 전지 패널은, 태양 전지, 이에 연결되는 배선 등이 그대로 외부에서 보여지거나, 태양 전지의 색상인 푸른색 계열의 색상만을 가질 수 있어, 심미성, 외관 등을 향상하기에 어려움이 있었다. 더욱이, 태양 전지 패널의 장시간 사용 시 황변이 발생하여 태양 전지 패널의 외관이 저하될 수 있었다.
본 발명은 우수한 외관을 가지며 눈부심 현상을 방지할 수 있는 태양 전지 패널을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 패널은, 태양 전지; 상기 태양 전지를 밀봉하는 밀봉재; 상기 밀봉재 위에서 상기 태양 전지의 일면 위에 위치하는 제1 커버 부재; 및 상기 밀봉재 위에서 상기 태양 전지의 타면 위에 위치하는 제2 커버 부재를 포함한다. 상기 제1 커버 부재는, 베이스 부재와, 상기 베이스 부재보다 낮은 광 투과도를 가지며 상기 베이스 부재에 부분적으로 형성되어 착색 영역을 구성하는 착색부를 포함한다. 상기 제2 커버 부재는 적어도 상기 태양 전지가 위치하지 않은 비유효 영역에서 상기 착색부의 명도보다 낮은 명도를 가지는 커버 부분을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 패널은, 태양 전지; 상기 태양 전지를 밀봉하는 밀봉재; 상기 밀봉재 위에서 상기 태양 전지의 일면 위에 위치하는 제1 커버 부재; 및 상기 밀봉재 위에서 상기 태양 전지의 타면 위에 위치하는 제2 커버 부재를 포함한다. 상기 제1 커버 부재는, 베이스 부재와, 상기 베이스 부재보다 낮은 광 투과도를 가지며 상기 베이스 부재에 부분적으로 형성되어 착색 영역을 구성하는 착색부를 포함한다. 상기 제2 커버 부재는, 적어도 상기 태양 전지가 위치하지 않은 비유효 영역에 위치하는 커버 부분을 포함한다. 상기 착색 영역의 면적에 대한 상기 착색부의 면적 비율인 제1 커버 비율보다, 상기 비유효 영역의 면적에 대하여 상기 비유효 영역에 위치한 상기 커버 부분이 차지하는 면적 비율인 제2 커버 비율이 더 크다.
본 실시예에 따르면, 제1 커버 부재에 부분적으로 형성된 착색부에 의하여 일정한 색상, 이미지, 패턴 등을 구현할 수 있으며 제2 커버 부재의 커버 부분에 의하여 태양 전지, 인터커넥터 등이 인식되는 것을 방지할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지 패널의 출력 저하를 최소화하면서 태양 전지 패널의 외관을 향상할 수 있다. 그리고 착색부에 의하여 눈부심 현상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널이 적용된 건물의 일 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 III-III 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널에 포함된 제1 커버 부재의 일 예를 도시한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널에 포함된 제1 커버 부재의 일 변형예를 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널에 포함된 제1 커버 부재의 다른 변형예들을 도시한 평면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널에 포함되는 제1 커버 부재의 제조 방법의 일 예를 도시한 흐름도이다.
도 8a 내지 도 8d는 도 7에 도시한 제조 방법의 각 단계를 도시한 단면도들이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 제1 커버 부재의 제조 방법의 일 예에 의하여 제조된 제1 커버 부재를 촬영한 평면 사진이다.
도 10의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 제1 커버 부재의 제조 방법의 일 예에서 유리 강화 단계 이전 및 이후의 제1 커버 부재의 단면 사진이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널에 포함된 제1 커버 부재 및 제2 커버 부재의 일 예를 도시한 평면도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널에 포함된 제1 커버 부재 및 제2 커버 부재의 다른 예를 도시한 평면도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널의 일 예의 일부를 촬영한 사진이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널에 포함된 제2 커버 부재의 다른 예들을 도시한 평면도이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 패널을 개략적으로 도시한 분해 단면도이다.
도 16은 도 15의 A 부분을 확대하여 도시한 부분 단면도이다.
도 17은 본 발명의 일 변형예에 따른 태양 전지 패널의 부분 단면도이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 패널을 개략적으로 도시한 분해 단면도이다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 패널을 개략적으로 도시한 단면도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.
도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다. 그리고 도면에서는 설명을 좀더 명확하게 하기 위하여 두께, 넓이 등을 확대 또는 축소하여 도시하였는바, 본 발명의 두께, 넓이 등은 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.
그리고 명세서 전체에서 어떠한 부분이 다른 부분을 "포함"한다고 할 때, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 부분을 배제하는 것이 아니며 다른 부분을 더 포함할 수 있다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 위치하는 경우도 포함한다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 위치하지 않는 것을 의미한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널이 적용된 건물의 일 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지 패널(100)은, 일 예로, 건물(1)의 외벽면(예를 들어, 수직 벽체(3), 지붕면 등)에 적용되는 건물 일체형 태양 전지 패널일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 태양 전지 패널(100)이 건물(1)의 옥상, 또는 건물(1)이 아닌 다른 곳 등에 설치될 수도 있다. 이러한 태양 전지 패널(100)은 태양 전지(150)를 포함하여 태양으로부터 공급되는 태양광을 이용하여 전력을 생산할 수 있다.
본 실시예에서 태양 전지 패널(100)은 일정한 색상, 이미지, 패턴을 가질 수 있다. 이때, 일정한 색상, 이미지, 패턴을 가져 건물(1)의 심미성을 향상하면서도 태양광의 손실을 줄여 태양광 변환 효율의 감소를 최소화 또는 방지할 수 있도록 한다. 이러한 태양 전지 패널(100)을 좀더 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널(100)을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 III-III 선을 따라 잘라서 본 단면도이다. 간략하고 명확한 도시를 위하여 도 2에서는 제1 커버 부재(110)를 간략하게 도시하여 착색부(114)를 도시하지 않으며, 도 2 및 도 3에서는 제2 커버 부재(120)를 간략하게 도시하여 커버 부분(124)을 도시하지 않았다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지 패널(100)은, 태양 전지(150)와, 태양 전지(150)를 둘러싸서 밀봉하는 밀봉재(130)와, 밀봉재(130) 위에서 태양 전지(150)의 일면(일 예로, 전면)에 위치하는 제1 커버 부재(또는 전면 부재)(110)와, 밀봉재(130) 위에서 태양 전지(150)의 타면(일 예로, 후면)에 위치하는 제2 커버 부재(또는 후면 부재)(120)를 포함한다.
이때, 태양 전지(150)는, 태양 전지를 전기 에너지로 변환하는 광전 변환부와, 광전 변환부에 전기적으로 연결되어 전류를 수집하여 전달하는 전극을 포함할 수 있다. 예를 들어, 태양 전지(150)는 200nm 내지 1400nm의 파장대의 광으로부터 전기 에너지를 생성하는 태양 전지일 수 있다. 본 실시예에서는 일 예로, 광전 변환부가, 결정질 실리콘 기판(일 예로, 실리콘 웨이퍼)과, 결정질 실리콘 기판에 또는 그 위에 형성되며 도펀트를 포함하는 도전형 영역 또는 산화물을 포함하는 도전형 영역으로 구성될 수 있다. 이와 같이 결정성이 높아 결함이 적은 결정질 실리콘 기판을 기반으로 한 태양 전지(150)는 전기적 특성이 우수하다.
그리고 본 실시예에서는 태양 전지(150)가 서로 이격되면서 복수로 구비되며, 복수 개의 태양 전지(150)가 인터커넥터(142, 145)에 의하여 전기적으로 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다. 일 예로, 복수의 태양 전지(150)가 직렬로 연결되어 일 방향을 따라 길게 연장되는 태양 전지 스트링을 형성할 수 있다. 인터커넥터(142, 145)로는 리본, 와이어 등 태양 전지(150)를 연결할 수 있는 다양한 구조, 형상이 적용될 수 있다. 본 발명은 각 태양 전지(150)에 사용되는 인터커넥터(142, 145)의 개수, 구조, 형상 등에 한정되지 않는다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 태양 전지(150)의 구조, 방식 등은 다양하게 변형될 수 있다. 일 예로, 태양 전지(150)는 화합물 반도체 태양 전지, 실리콘 반도체 태양 전지, 염료 감응형 태양 전지 등의 다양한 구조를 가질 수 있다. 그리고 하나의 태양 전지(150)만이 구비되는 것도 가능하다.
제1 커버 부재(110)는 밀봉재(130)(일 예로, 제1 밀봉재(131)) 상에 위치하여 태양 전지 패널(100)의 일면(일 예로, 전면)을 구성하고, 제2 커버 부재(120)는 밀봉재(130)(이 예로, 제2 밀봉재(132)) 상에 위치하여 태양 전지(150)의 타면(일 예로, 후면)을 구성한다. 제1 커버 부재(110) 및 제2 커버 부재(120)는 각기 외부의 충격, 습기, 자외선 등으로부터 태양 전지(150)를 보호할 수 있는 절연 물질로 구성될 수 있다. 이때, 본 실시예에서 제1 및 제2 커버 부재(110, 120)는 태양 전지 패널(100)이 일정한 색상, 이미지, 패턴을 가질 수 있도록 일정한 구조를 가지는바, 이에 대해서는 추후에 상세하게 설명한다.
밀봉재(130)는, 인터커넥터(142, 145)에 의하여 연결된 태양 전지(150)의 전면에 위치하는 제1 밀봉재(131)와, 태양 전지(150)의 후면에 위치하는 제2 밀봉재(132)를 포함할 수 있다. 제1 밀봉재(131)와 제2 밀봉재(132)는 수분과 산소의 유입되는 것을 방지하며 태양 전지 패널(100)의 각 요소들을 화학적으로 결합한다. 제1 및 제2 밀봉재(131, 132)는 투광성(일 예로, 투명성) 및 접착성을 가지는 절연 물질로 구성될 수 있다. 일 예로, 제1 밀봉재(131)와 제2 밀봉재(132)로 에틸렌초산비닐 공중합체 수지(EVA), 폴리비닐부티랄, 규소 수지, 에스테르계 수지, 올레핀계 수지(예를 들어, 폴리올레핀) 등이 사용될 수 있다. 라미네이션 공정에 의하여 제2 커버 부재(120), 제2 밀봉재(132), 인터커넥터(142, 145)에 의하여 연결된 복수의 태양 전지(150), 제1 밀봉재(131), 제1 커버 부재(110)가 일체화되어 태양 전지 패널(100)을 구성할 수 있다. 좀더 구체적으로, 라미네이션 공정에서는, 제2 커버 부재(120), 제2 밀봉재(132), 인터커넥터(142, 145)에 의하여 연결된 복수의 태양 전지(150), 제1 밀봉재(131), 제1 커버 부재(110)를 적층한 상태에서 열 및 압력을 가한다. 그러면, 제1 및 제2 밀봉재(131, 132)가 녹았다가 경화되면서 제1 및 제2 커버 부재(120)와 인터커넥터(142, 145)에 의하여 연결된 복수의 태양 전지(150)를 서로 접착시킨다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제1 및 제2 밀봉재(131, 132)가 상술한 설명 이외의 다양한 물질을 포함할 수 있으며 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 커버 부재(110) 또는 제2 커버 부재(120)가 다양한 형태(예를 들어, 기판, 필름, 시트 등) 또는 물질을 가질 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 태양 전지 패널(100)로 다양한 구조, 방식이 적용될 수 있다.
이하에서는 태양 전지 패널(100)에서, 태양 전지(150)가 위치한 부분을 유효 영역(AA), 태양 전지(150)가 위치하지 않은 부분을 비유효 영역(NA)이라 칭한다. 태양 전지(150) 또는 이에 연결되는 인터커넥터(142, 145)가 그대로 노출되거나, 비유효 영역(NA)을 통하여 제2 커버 부재(120)가 인식되어 태양 전지(150)의 경계가 명확하게 인식되면, 태양 전지 패널(100)의 심미성이 저하될 수 있다.
이에 본 실시예에서는, 태양 전지(150) 또는 이에 연결되는 인터커넥터(142, 145)가 그대로 노출되거나, 비유효 영역(NA)을 통하여 제2 커버 부재(120)가 인식되어 태양 전지(150)의 경계가 명확하게 인식되지 않도록 제1 커버 부재(110) 및 제2 커버 부재(120)가 일정한 구조를 가질 수 있다. 좀더 구체적으로, 제1 커버 부재(110) 및 제2 커버 부재(120)가 태양 전지 패널(100)을 일정 거리 이상(일 예로, 1m 이상)에서 떨어져서 육안으로 볼 경우에 일정한 색상, 이미지, 패턴 등을 가지도록 하는 구조를 가질 수 잇다. 일 예로, 건물(1)의 외관을 조망하기에 충분한 거리에서 태양 전지 패널(100)을 본 경우에 건물(1)의 외관을 향상하면서도 출력은 크게 줄지 않도록 할 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.
제1 커버 부재(110)는 태양 전지(150)로 입사되는 광을 차단하지 않도록 광이 투과할 수 있는 투광성을 가질 수 있다. 제1 커버 부재(110)는 베이스 부재(112)와, 베이스 부재(112)에 부분적으로 형성되어 착색 영역(도 4의 참조부호 CA, 이하 동일)을 구성하는 착색부(114)를 포함할 수 있다.
이때, 베이스 부재(112)는 우수한 광 투과도를 가지는(일 예로, 투명한) 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 베이스 부재(112)는 유리, 수지(일 예로, 폴리카보네이트(polycarbonate) 등) 등으로 구성되는 기판, 필름, 시트 등일 수 있다. 이러한 베이스 부재(112)는 단일층 또는 복수의 층으로 구성될 수 있다.
특히, 베이스 부재(112)는 우수한 투명도, 우수한 절연 특성, 안정성, 내구성 등을 가지는 유리 기판으로 이루어질 수 있다. 일 예로, 베이스 부재(112)는 300nm 내지 1200nm의 파장을 가지는 광에 대한 광 투과도가 80% 이상(일 예로, 85% 이상)인 저철분 유리 기판(일 예로, 저철분 강화 유리 기판)일 수 있다. 이와 같이 철분을 적게 포함하는 저철분 유리 기판을 사용하면, 태양광의 반사를 방지하고 태양광의 투과율을 높일 수 있다. 그리고 저철분 강화 유리 기판을 사용하면 외부의 충격 등으로부터 태양 전지(150)를 효과적으로 보호할 수 있다.
이때, 태양 전지 패널(100)이 건물(1)의 외장재로 사용될 경우에는, 풍압, 우박, 적설 하중과 같은 외부 충격에도 견딜 수 있도록 제1 커버 부재(110) 또는 태양 전지 패널(100)이 충분한 강도를 가져야 한다. 이를 위하여, 2400Nm2의 힘을 가했을 때 힘을 받는 방향으로 발생하는 휨(deflection)이 5mm 이하인 제1 커버 부재(110) 또는 베이스 부재(112)를 사용할 수 있다. 휨이 5mm를 초과하여 발생하면, 풍압, 우박 적설 하중과 같은 외부 충격에 대한 내구성이 충분하지 않아 건물(1)의 외장재로 사용하기 어려울 수 있다.
일 예로, 베이스 부재(112)는 3mm 내지 12mm(좀더 구체적으로, 3mm 내지 8mm)의 두께를 가질 수 있으며, 0.04 내지 10m2의 면적을 가질 수 있다. 베이스 부재(112)의 두께가 3mm 미만이면, 태양 전지 패널(100)이 외부 충격을 견디기 어렵거나 건물(1)에 적용되기에 충분한 내구성을 가지기 어려울 수 있다. 베이스 부재(112)의 두께가 12mm를 초과하면, 태양 전지 패널(100)의 무게가 증가하여 건물(1)에 적용되기 어려울 수 있다. 상술한 베이스 부재(112)의 면적은 태양 전지 패널(100)의 구조적 안정성, 생산성 등을 고려하여 한정된 것이다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 베이스 부재(112)의 휨의 값, 두께, 면적 등은 다양한 값을 가질 수 있다.
그리고 베이스 부재(112) 위에는 착색 영역(CA)을 구성하는 착색부(114)가 부분적으로 형성될 수 있다. 착색 영역(CA)을 도 4 및 5를 참조하여 좀더 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널(100)에 포함된 제1 커버 부재(110)의 일 예를 도시한 평면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널(100)에 포함된 제1 커버 부재(110)의 일 변형예를 도시한 평면도이다. 도 4 및 도 5의 (a)에는 착색부(114)가 형성된 제1 커버 부재(110)의 실제 형상을 도시하였고, (b)에서는 일정 거리만큼 이격된 거리에서 봤을 때의 제1 커버 부재(110)의 형상을 도시하였다.
본 실시예에서 착색 영역(CA)이라 함은 일정한 색상, 이미지, 패턴 등을 형성하기 위하여 색이 있는 것으로 인식되는 영역을 의미한다.
일 예로, 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 커버 부재(110) 또는 베이스 부재(112)의 전체 영역에 일정한 색상, 이미지, 패턴 등을 가지도록 색이 있는 것으로 인식되는 착색 영역(CA)이 위치하는 것을 예시하였다. 좀더 구체적으로, 도 4의 (a)에 도시한 같이 베이스 부재(112)의 전체 영역에 도트 형상의 착색부(114)가 일정 간격으로 위치하여, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이 일정한 거리만큼 떨어져서 보면 착색부(114)가 위치한 베이스 부재(112)의 착색 영역(CA)이 전체적으로 하나의 색으로 인식될 수 있다.
다른 예로, 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 커버 부재(110) 또는 베이스 부재(112)의 일부 영역에만 착색 영역(CA)이 위치하고, 다른 영역은 색이 있다고 인식되지 비착색 영역(NCA)이 위치할 수 있다. 좀더 구체적으로, 도 5의 (a)에 도시한 같이 베이스 부재(112)의 일부 영역에 도트 형상의 착색부(114)가 일정 간격으로 위치하고 나머지 영역에는 착색부(114)가 위치하지 않으면, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이 일정한 거리만큼 떨어져서 보면 착색부(114)가 위치한 착색 영역(CA)은 일정한 색을 가지는 착색 영역(CA)으로 인식될 수 있다. 그리고 나머지 영역은 색이 없는 것으로 인식되는 비착색 영역(NCA)될 수 있다.
복수의 착색부(114)가 구비되는 경우에 복수의 착색부(114)는 서로 동일한 색을 가질 수도 있고, 서로 다른 색을 가져 원하는 이미지를 구현할 수도 있다. 서로 다른 색을 가지는 복수의 착색 영역(CA)이 구비되는 경우에는, 서로 다른 색을 가지는 복수의 착색 영역(CA)이 서로 인접하거나 독립하여 위치할 수 있다. 도 5에서는, 일 예로, 두 가지 색을 가지는 착색부(114a, 114b)에 의하여 서로 다른 색을 가지는 두 개의 착색 영역(CA1, CA2)이 구비된 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 착색 영역(CA)의 형상, 색상 등에 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형이 가능하다.
도 4 및 도 5에서는 착색 영역(CA)을 구성하는 착색부(114)가 원형의 도트 형상을 가지고, 착색 영역(CA)에서 도트 형상의 착색부(114)가 위치하지 않는 부분이 전체적으로 연결되어 광 투과부(LTA)를 형성하는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 착색부(114)가 원형, 타원형, 다각형(삼각형, 사각형 등), 불규칙한 형상, 또는 이들의 조합으로 구성될 수도 있다. 다른 예로, 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 착색부(114)가 일자 형상을 가지도록 일 방향으로 길게 이어져서 복수의 착색부(114)가 스트라이프 형상을 형성할 수도 있다. 그러면, 복수의 착색부(114)와 평행한 광 투과부(LTA)가 복수의 착색부(114) 사이에 위치하여, 상기 일 방향과 교차하는 방향에서 착색부(114)와 광 투과부(LTA)가 교번하여 위치할 수 있다. 또 다른 예로, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 착색부(114)가, 제1 방향으로 연장되는 제1 부분과, 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되는 제2 부분을 포함하는 체크 무늬 형상을 가질 수도 있다. 그러면, 제1 부분과 제2 부분에 의하여 둘러싸여 도트 형상을 가지는 부분이 광 투과부(LTA)를 구성할 수 있다. 그 외에도 착색부(114)는 다양한 형상을 가질 수 있다.
이때, 복수의 착색부(114)가 일정한 거리를 가지면서 서로 이격되면서 일정 면적 비율 이상 형성되면, 일정 거리에서 보는 경우에 광 투과부(LTA)를 사이에 둔 복수의 착색부(114)가 하나로 인식될 수 있다. 즉, 복수의 착색부(114)에 의하여 복수의 착색부(114)가 위치한 착색 영역(CA)이 하나의 색으로 인식되면서도 복수의 착색부(114) 사이에 위치한 높은 광 투과도의 베이스 부재(112)로 구성된 광 투과부(LTA)를 통하여 태양광은 큰 손실 없이 제1 커버 부재(110)를 통과하여 태양 전지(150)에 전달될 수 있다.
일 예로, 착색부(114)가 각기 0.2 내지 10mm의 폭 또는 크기를 가지고, 착색 영역(CA)의 총 면적에 대한 착색부(114)의 총 면적의 비율이 0.1 내지 0.95(좀더 구체적으로, 0.1 내지 0.5)일 수 있다. 이러한 범위에서 일정 거리(일 예로, 1m)를 두고 복수의 착색부(114)를 바라보면 하나의 색으로 인식될 수 있다. 이때, 착색 영역(CA)의 총 면적에 대한 착색부(114)의 총 면적의 비율이 0.5 이하이면(즉, 착색부(114)의 총 면적이 광 투과부(LTA)의 면적과 같거나 그보다 작으면), 제1 커버 부재(110)를 통과하는 광의 손실이 거의 없이 원하는 색상, 이미지, 패턴 등을 구현할 수 있다.
또는, 복수의 착색부(114)가 서로 일정 간격으로 위치하면 복수의 착색부(114)를 하나로 인식할 수 있다. 일 예로, 복수의 착색부(114)가 40 내지 300 dpi(dots per inch)(일 예로, 80 내지 300dip)로 형성되면, 복수의 착색부(114)가 전체적으로 하나로 인식되어 원하는 형상, 이미지, 패턴 등을 구성할 수 있다.
착색부(114)는 원하는 색상, 이미 등을 고려한 다양한 색을 가질 수 있다. 이때, 착색부(114)의 색, 면적 비율, 두께 등, 그리고 착색부(114)에에 포함되는 색소(1142)의 종류, 크기, 농도, 밀집도 등을 조절하여 제1 커버 부재(110)의 투과율을 조절할 수 있다. 일 예로, 착색부(114)를 구비하는 제1 커버 부재(110)는 300nm 내지 1200nm의 파장을 가지는 광에 대한 광 투과도가 20% 내지 95%일 수 있는데, 특히, 우수한 광전 변환 효율을 위하여 300nm 내지 1200nm의 파장을 가지는 광에 대한 광 투과도가 80% 이상일 수 있다. 본 실시예에서는 착색부(114)는 색소(1142)를 포함하더라도 베이스 부재(112)보다는 낮지만 일정한 광 투과도를 가져 태양광의 일부를 투과시킬 수 있다. 그러면, 착색부(114)를 통하여서도 태양광이 투과될 수 있어, 착색부(114)에 의한 광 손실을 방지 또는 최소화할 수 있다. 일 예로, 착색부(114)가 300nm 내지 1200nm의 파장을 가지는 광에 대한 광 투과도가 20% 이상(일 예로, 20% 내지 95%)일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 변형이 가능하다.
착색부(114)는 베이스 부재(112) 위에 또는 베이스 부재(112)에 형성될 수 있으며 일정한 색을 가지는 다양한 물질로 구성될 수 있다. 일 예로, 베이스 부재(112)가 강화 유리 기판으로 구성되고, 착색부(114)가 상기 강화 유리 기판 내부에 색소(1142)가 혼합되어 강화 유리 기판의 일부를 구성하는 일체화된 부분으로 구성될 수 있다. 즉, 착색부(112)는 베이스 부재(112)를 구성하는 강화 유리 기판의 일부로 구성되되 베이스 부재(112)와 달리 색소(1142)를 포함하는 부분일 수 있다. 이러한 착색부(114)의 색소(1142)는 베이스 부재(112)를 구성하는 유리 기판을 강화하는 공정에서 베이스 부재(112)의 내부로 확산 및 침투하여 유리 기판의 물질과 혼합되어 형성될 수 있다. 이에 의하면, 착색부(114)가 베이스 부재(112)과 일체화되어 형성되어 물리적 내구성 및 화학적 내구성이 우수할 수 있다.
이러한 착색부(114)를 구비하는 제1 커버 부재(110)는 세라믹 프릿, 색소 및 수지를 포함하는 세라믹 잉크를 이용하여 형성될 수 있다. 이하에서는 도 7, 도 8a 내지 도 8d를 참조하여 상술한 착색부(114)를 구비하는 제1 커버 부재(110)를 제조하는 방법을 상세하게 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널(100)에 포함되는 제1 커버 부재(110)의 일 예의 제조 방법을 도시한 흐름도이고, 도 8a 내지 도 8d는 도 7에 도시한 제조 방법의 각 단계를 도시한 단면도들이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 제1 커버 부재(110)의 제조 방법은, 기판 세정 단계(S10), 착색용 잉크 도포 단계(S20), 건조 단계(S30), 유리 강화 단계(S40) 및 마무리 단계(S50)를 포함할 수 있다.
도 8a에 도시한 바와 같이, 기판 세정 단계(S10)에서는 비강화 유리 기판으로 구성된 베이스 부재(112)를 세정하고 건조한다. 기판 세정 단계(S10)에 의하여 베이스 부재(112) 상의 이물질 또는 유막 등이 제거될 수 있다.
이때, 비강화 유리 기판은 300nm 내지 1200nm의 파장을 가지는 광에 대한 광 투과도가 80% 이상(일 예로, 85% 이상)이고, 두께가 3mm이상일 수 있다. 일 예로, 비강화 유리 기판은 건축용 비강화 유리 기판일 수 있다.
이어서, 도 8b에 도시한 바와 같이, 착색용 잉크 도포 단계(S20)에서는, 색소(1142), 세라믹 프릿(1144) 및 수지(1146)를 포함하는 착색용 잉크를 베이스 부재(112) 위에 원하는 형상으로 도포하여 착색층(1140)을 형성한다. 이때, 착색용 잉크는 프린팅 방법에 의하여 도포될 수 있는데, 잉크젯 프린팅, 디지털 프린팅, 리소그래피 프린팅, 레이저 프린팅, 스크린 등의 다양한 프린팅 방법이 적용될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 그 외 다양한 방법으로 착색용 잉크를 도포할 수 있다.
색소(1142)로는 태양광 중의 가시광선을 선택적으로 흡수 또는 반사하여 고유한 색상을 나타낼 수 있는 물질을 사용할 수 있다. 일 예로, 색소(1142)는 안료(pigment) 또는 염료(dyestuff)일 수 있다.
안료란 물 및 대부분의 유기 용매에 용해되지 않은 무기 성분으로 구성된 색소로서, 색상을 입히는 대상물의 표면을 피복하여 색을 나타낸다. 안료는 내화학성, 내광성, 내후성 및 은폐력이 우수하다. 즉, 안료는 염기와 산에 강하고, 자외선에 노출되었을 때 변색, 퇴색이 잘 되지 않고, 기후에 잘 견딜 수 있다. 염료는 물 또는 유기 용매에 용해되는 유기 성분으로 구성된 색소로서, 색상을 입히는 대상물의 표면에 피복되거나 섬유와 같은 대상물에 침투하여 색상을 나타낸다. 전술된 안료에 비하여 내화학성, 내광성, 내후성 및 은폐력이 떨어진다. 본 발명이 색소(1142)의 종류 등에 한정되는 것은 아니며 다양한 색소(1142)를 사용할 수 있다.
일 예로, 원하는 색상을 고려하여 이에 대응하는 하나 또는 둘 이상의 물질을 색소(1142)로 사용할 수 있다. 예를 들어, 붉은 색, 노란색 등의 계열을 나타내기 위하여 구리(Cu), 철(Iron), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 우라늄(U), 바나듐(B) 중 적어도 하나를 포함하는 물질 등을 색소(1142)로 사용할 수 있다. 초록 색 또는 푸른 색 등의 계열을 나타내기 위하여 티타늄(Ti), 마그네슘(Mg), 루타인(rutile) 중 적어도 하나를 포함하는 물질을 색소(1142)로 사용할 수 있다. 색소(1142)를 구성하는 물질은 산화물, 탄화물, 질화물, 황화물, 염화물 등의 형태로 구성될 수 있다. 일 예로, 청색을 나타내기 위해서는 CoAl2O4를 색소(1142)로 사용할 수 있고, 노란색을 나타내기 위해서는 Ti(Cr, Sb)O2를 색소(1142)로 사용할 수 있다. 이러한 물질은 일 예로 제시한 것에 불과할 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
수지(1146)는 착색용 잉크를 도포할 때 적절한 점도, 유동성 등을 가지도록 하고 색소(1142)와 세라믹 프릿(1144)을 균일하게 혼합하게 사용되는 물질로서, 휘발될 수 있는 물질일 수 있다. 수지(146) 등으로는 알려진 다양한 물질을 포함할 수 있다
세라밋 프릿(1144)은 색소(1142)가 베이스 부재(112)(특히, 유리 기판)에 안정적으로 결합할 수 있도록 하다. 세라믹 프릿(1144)으로는 알려진 다양한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 세라믹 프릿(1144)은 비스무스 산화물(BiOx)를 기본 물질로 포함할 수 있고, 알루미늄 산화물(AlOx), 실리콘 산화물(SiOx), 나트륨 산화물(NaOx) 등을 더 포함할 수 있다. 일 예로, 세라믹 프릿(1144)이 비스무스 산화물, 나트륨 산화물, 알루미늄 산화물, 실리콘 산화물을 포함하는 나오스(NAOS) 계열 세라믹 물질을 포함할 수 있다. 세라믹 프릿(1144)은 열처리 이후에도 일부 잔류할 수도 있고, 열처리 시에 제거되거나 베이스 부재(112)와 일체화되어 판별하기 어려울 수 있다. 세라믹 프릿(1144)이 잔류하는 경우에는 다양한 성분 분석 방법(예를 들어, 주사전자현미경-에너지 분산형 분광 분석법(SEM-EDX) 등)에 의하여 세라믹 프릿(1144)을 판별할 수 있다.
이때, 착색용 잉크는 나트륨 및 칼륨 각각을 10 X 1018개/cc 이하로 포함할 수 있다. 이는 착색용 잉크가 나트륨 또는 칼륨을 상술한 범위를 초과하여 포함하면, 누설전류에 의한 열화(potential-induced degradation, PID) 현상이 발생하여 태양 전지 패널(100)의 신뢰성이 저하될 수 있다. 그리고 착색용 잉크는 납을 포함하지 않아 환경 문제가 발생하지 않도록 할 수 있다. 일 예로, 착색용 잉크에 포함된 나트륨, 칼륨, 납의 양은 이차이온질량분석(secondary ion mass spectrometry, SIMS) 등에 의하여 측정 또는 판별될 수 있다.
이어서, 도 8c에 도시한 바와 같이, 건조 단계(S30)에서는 열을 가하여 착색층(1140)을 건조하면서 수지(1146)를 휘발시킨다. 수지(1146)를 먼저 휘발시켜 색소(1142)가 베이스 부재(112)와 함께 효과적으로 혼합될 수 있도록 한다. 일 예로, 건조 단계(S30)에서는 50 내지 150℃의 온도에서 착색층(1140)을 건조할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 건조 온도는 다양하게 변화할 수 있다.
이어서, 도 8d에 도시한 바와 같이, 유리 강화 단계(S40)에서는 어닐링(annealing)에 의하여 베이스 부재(112)를 구성하는 비강화 유리 기판을 강화한다. 그때, 상평형을 맞추기 위하여 착색층(1140)에 포함된 색소(1142)가 강화 유리 기판 내부로 혼입되면서 강화 유리 기판의 일부를 구성하는 착색부(114)가 함께 형성된다. 유리 강화 단계(S40)는 비강화 유리 기판을 강화할 수 있는 온도(예를 들어, 700℃ 이하, 일 예로, 600 내지 700℃)에서 수행될 수 있다. 그러나 본 발명이 유리 강화 단계(S40)의 온도에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 마무리 단계(S50)에서는 유리 강화 단계(S40)가 수행된 제1 커버 부재(110)를 세정, 건조한다. 그러면, 일체화된 착색부(114)를 구비하는 제1 커버 부재(110)의 제조가 완료된다.
도 9 및 도 10을 참조하여, 본 실시예에 따른 제조 방법에 의하여 제조된 착색부(114)를 구비하는 제1 커버 부재(110)를 좀더 상세하게 설명한다. 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 제1 커버 부재(110)의 제조 방법의 일 예에 의하여 제조된 제1 커버 부재(110)를 촬영한 평면 사진이고, 도 10의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 제1 커버 부재(110)의 제조 방법의 일 예에서 유리 강화 단계(S40) 이전 및 이후의 제1 커버 부재(110)의 단면 사진이다.
도 9에서는 일 예로 상부에는 붉은색의 착색부, 하부에는 하늘색의 착색부를 형성된 것을 알 수 있다. 도 10의 (a)에 도시한 바와 같이, 유리 강화 단계(ST) 이전에는 착색용 잉크 또는 착색층(1140)이 큰 두께로 형성된 것을 알 수 있으나, 도 10의 (b)에 도시한 바와 같이, 유리 강화 단계(S40) 이후에는 착색용 잉크가 잔류하지 않았음을 알 수 있다.
상술한 설명에서는 강화 유리 기판으로 구성된 베이스 부재(112)에 이에 일체화된 착색부(114)를 구비한 제1 커버 부재(110)를 제조하는 것을 예시로 하여 설명하였다.
이에 의하면, 도 3 및 도 8d에 도시한 바와 같이, 베이스 부재(112)의 일면에서 두께 방향에서의 일부분에 대응하도록 형성된다. 좀더 구체적으로, 착색부(114)의 제1 부분(1144)이 베이스 부재(112)의 내부로 함몰되고 제2 부분(1146)이 베이스 부재(112)의 기판면(BS)보다 돌출된 형상을 가진다. 이러한 제1 부분(1144) 및 제2 부분(1146)은 라운드진 형상을 가지면서 베이스 부재(112)의 일면에 걸쳐서 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 베이스 부재(112)에 인접한 착색부(114)의 형상이 다른 형상을 가질 수도 있다. 일 예로, 착색부(114)가 균일한 두께를 가지면서 편평하게 형성될 수도 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
이때, 제1 부분(1144)의 두께(T1)가 제2 부분(1146)의 두께(T2)보다 클 수 있다. 이에 의하면 색소(1142) 또는 착색부(114)가 안정적으로 베이스 부재(112)와 일체화될 수 있다. 그리고 제2 부분(1146)의 돌출 두께를 줄여 불필요한 외관 저하, 광 굴절 등의 문제를 방지할 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 부분(1144)의 두께(T1)가 제2 부분(1146)의 두께(T2)와 같거나 그보다 작을 수도 있다.
일 예로, 착색부(114)가 색소(1142)로 안료를 포함하고 1 내지 50um(일 예로, 1 내지 10um, 좀더 구체적으로, 2 내지 5um)의 두께를 가질 수 있다. 이때, 착색부(114)의 두께가 1um 미만이면, 색소(1142)의 밀집도가 감소하여 원하는 색상을 나타내기 어려울 수 있다. 착색부(114)의 두께가 50um를 초과하면, 광 투과도가 저하될 수 있으며 착색부(114)의 박리, 균열 등의 현상이 발생할 수 있다.
다른 예로, 착색부(114)가 색소(1142)로 염료를 포함하고, 100nm 내지 500nm의 두께를 가질 수 있다. 이때, 착색부(114)의 두께가 100nm 미만이면, 색소(1142)의 밀집도가 감소하여 원하는 색상을 나타내기 어려울 수 있다. 착색부(114)의 두께가 500nm를 초과하면, 광 투과도가 저하될 수 있으며 태양광의 진로를 방해하여 태양광의 손실이 발생할 수 있다.
도면에서는 착색부(114)가 제1 커버 부재(112)의 외면 쪽에 위치하는 것을 예시하였다. 그러면, 태양 전지 패널(100)이 건물(1)에 적용되었을 때 발생할 수 있는 눈부심을 착색부(114)에 의하여 방지 또는 최소화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 착색부(114)가 제1 커버 부재(112)의 내면에 위치할 수도 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
한편, 도 2 및 도 3, 그리고 도 11 내지 도 13을 참조하여, 본 실시예에 따른 태양 전지 패널(100) 및 이에 포함된 제2 커버 부재(120)를 상세하게 설명한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널(100)에 포함된 제1 커버 부재(110) 및 제2 커버 부재(120)의 일 예를 도시한 평면도이다. 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널(100)에 포함된 제1 커버 부재(110) 및 제2 커버 부재(120)의 다른 예를 도시한 평면도이다. 그리고 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널(100)의 일 예의 일부를 촬영한 사진이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 본 실시예에서 제2 커버 부재(120)는, 적어도 비유효 영역(NA)에 위치하는 커버 부분(124)을 포함할 수 있다. 도 11 및 도 12에서는, 제2 커버 부재(120)가, 베이스 부분(122)과, 베이스 부분(122)에 부분적으로 형성되는 커버 부분(124)을 구비한 것을 예시하였다.
여기서, 베이스 부분(122)은 태양 전지(150)로 입사되는 광을 차단하지 않도록 광이 투과할 수 있는 투광성을 가질 수 있다. 이때, 베이스 부분(122)은 우수한 광 투과도를 가지는(일 예로, 투명한) 물질로 구성될 수 있다. 일 예로, 베이스 부분(122)은 300nm 내지 1200nm의 파장을 가지는 광에 대한 광 투과도가 80% 이상(일 예로, 85% 이상)일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 베이스 부분(122)이 반투과성 물질, 비투광성 물질, 또는 반사 물질 등으로 구성될 수도 있다.
본 실시예에서는, 커버 부분(124)이 착색부(114)보다 낮은 명도를 가지거나 상대적으로 낮은 광 투과도를 가지거나, 및/또는 제1 커버 비율보다 제2 커버 비율이 더 클 수 있다. 일 예로, 착색부(114)보다 커버 부분(124)의 명도가 낮거나, 커버 부분(124)이 착색부(114)와 동일한 색 또는 이보다 낮은 명도의 색을 가지면서 제1 커버 비율보다 큰 제2 커버 비율을 가질 수 있다.
여기서, 상대적으로 낮은 명도를 가진다 함은 착색부(114)보다 낮은 명도를 가지는 것을 의미할 수 있고, 상대적으로 낮은 광 투과도를 가진다 함은 베이스 부재(112) 및/또는 베이스 부분(122)보다 낮은 광 투과도를 가지는 것을 의미할 수 있다.
커버 부분(124)은 흰색을 제외한 무채색, 불투명한 색상, 또는 태양 전지(150)와 동일한 계열의 색을 가질 수 있다. 예를 들어, 커버 부분(124)이 검은색, 회색, 푸른색, 녹색, 갈색, 태양 전지(150)와 동일한 계열의 색, 또는 이들을 혼합한 색을 가질 수 있다. 흰색은 명도가 높은 색이므로 이를 이용하여 커버 부분(124)을 형성하기 힘들 수 있다. 일 예로, 커버 부분(124)이 태양 전지(150)와 동일한 계열의 색으로 형성되면 색상의 통일성을 가져 태양 전지 패널(100)이 전체적으로 색상의 통일성을 가지므로 심미성을 좀더 향상할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 상술한 색 이외의 색이라도 착색부(114)보다 낮은 명도 또는 베이스 부재(112) 및/또는 베이스 부분(122)보다 낮은 광 투과도를 가지는 색이라면 다양한 색을 사용할 수 있다.
제1 커버 비율은 착색 영역(CA)의 면적에 대한 상기 착색부(114)의 면적 비율을 의미하고, 제2 커버 비율은 비유효 영역(NCA)의 면적에 대하여 비유효 영역(NA)에 위치한 커버 부분(124)이 차지하는 면적 비율을 의미할 수 있다.
이에 의하면, 태양 전지(150)가 위치하지 않는 비유효 영역(NCA)에 위치하는 커버 부분(124)이 착색부(114)보다 낮은 명도를 가지거나 큰 커버 비율을 가져 태양 전지(150)의 경계가 인식되거나 인터커넥터(142, 145) 등이 인식되는 것을 방지할 수 있다.
즉, 도 13의 (a)에서와 같은 태양 전지(150)와 인터커넥터(142, 145) 위에, 도 13의 (b)에서와 같이 착색부(114)를 가지는 제1 커버 부재(110)를 놓으면 착색부(114)에 의한 색은 인식할 수 있으나 태양 전지(150)의 경계 및 인터커넥터(142, 145)의 경계가 어느 정도 인식된다. 이 상태에서 도 13의 (c)에서와 같이 커버 부분(124)을 가지는 제2 커버 부재(120)를 함께 놓으면, 착색부(114)에 의한 색이 인식되면서도 착색부(114)와 커버 부분(124)의 간섭에 의하여 태양 전지(150)의 경계 및 인터커넥터(142, 145)의 경계를 인식하기 어렵게 된다.
일 예로, 제2 커버 비율이 0.5 내지 1일 수 있다. 즉, 비유효 영역(NA)의 전체 면적에 대하여 이에 형성된 커버 부분(124)의 면적 비율이 0.5 내지 1일 수 있다. 이러한 제2 커버 비율을 가질 때 태양 전지(150)의 경계가 인식되거나 인터커넥터(142, 145) 등이 인식되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
일 예로, 제2 커버 부재(120)가, 도 11에 도시한 바와 같이, 유효 영역(AA) 및 비유효 영역(NA)에 대응하도록 전체적으로 형성될 수도 있고, 도 12에 도시한 바와 같이, 비유효 영역(NA)에 대응하는 부분에서만 형성되고 유효 영역(AA)에는 형성되지 않을 수 있다. 유효 영역(AA)에 커버 부분(124)이 형성되지 않으면 커버 부분(124)의 형성을 위한 비용이 절감될 수 있다.
도 11 및 도 12에서는 베이스 부분(122) 위에 도트 형상을 가지는 커버 부분(124)이 위치한 것을 예시하였다. 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 도 14의 (a)에 도시한 바와 같이, 커버 부분(124)이 제2 커버 부재(120)의 전체 부분에 형성될 수도 있다. 도 14의 (a)와 같은 경우에는, 베이스 부분(122)이 광 투과도가 낮은 색 또는 명도가 낮은 색을 가져 그 자체로 커버 부분(124)을 구성할 수 있다. 즉, 베이스 부분(122)과 커버 부분(124)이 하나의 단일층에 의하여 구현될 수 있다. 또는, 도 14의 (b)에 도시한 바와 같이, 커버 부분(124)이 비유효 영역(NA)에 대응하여 전체적으로 형성될 수 있다. 이와 같이 커버 부분(124)이 적어도 비유효 영역(NA) 전체를 커버하는 단일의 구조로 구성될 수 있다. 또는, 커버 부분(124)이 스트라이프 형상 등의 다른 형상을 가질 수도 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
이러한 제2 커버 부재(120)는 금속막(일 예로, 검은색을 가지도록 코팅된 은(Ag), 또는 알루미늄)이 증착된 유리 기판으로 이루지거나, 금속 플레이트(일 예로, 강판)로 구성될 수 있다. 제2 커버 부재(120)가 금속막이 증착된 유리 기판인 경우에는, 금속막이 커버 부분(124)에 해당하고 유리 기판이 베이스 부분(122)에 해당한다. 제2 커버 부재(124)가 금속 플레이트인 경우에는, 금속 플레이트가 베이스 부분(122)이면서 커버 부분(124)이다. 그 외에도 제2 커버 부재(120) 또는 베이스 부분(122)은 수지(일 예로, 폴리카보네이트(polycarbonate) 등)를 포함하며 투광성, 비투광성, 또는 반사 특성을 가지며 시트, 섬유 강화 플라스틱(fiber reinforced plastic) 등으로 구성될 수 있고, 그 위에 안료, 염료 등을 포함하는 별도의 커버 부분(124)을 형성하거나 그 내부에 커버 부분(124)을 형성하는 물질을 포함할 수도 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다. 베이스 부분(122)이 수지 등으로 구성되면, 베이스 부분(122)은 단일층 또는 복수의 층으로 구성될 수 있다.
상술한 바와 같이 커버 부분(124)는 하나의 형태, 색상을 가지면서 제2 커버 부재(120)의 일면에 위치하는 것도 가능하며, 여러 가지 형태, 색상 등을 가질 수 있으며 및/또는 제2 커버 부재(120)의 양면에 위치할 수도 있다. 예를 들어, 제2 커버 부재(120)의 일면에 도트 형상을 가지는 제1 커버 부분이 위치하고, 제2 커버 부재(120)의 다른 일면에 금속막이 형성되는 등의 다양한 변형이 가능하다.
본 실시예에 따르면, 제1 커버 부재(110)에 부분적으로 형성된 착색부(114)에 의하여 일정한 색상, 이미지, 패턴 등을 구현할 수 있으며 제2 커버 부재(120)의 커버 부분(124)에 의하여 태양 전지(150), 인터커넥터(142, 145) 등이 인식되는 것을 방지할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지 패널(100)의 출력 저하를 최소화하면서 태양 전지 패널(100)의 외관을 향상할 수 있다. 착색부(114)는 눈부심 현상을 방지하는 역할도 할 수 있다. 또한, 옆에서 보는 경우에도 색상 변화 또는 착색부(114)가 인식되지 않고 원하는 색상, 이미지, 패턴 등을 그대로 유지할 수 있다. 일 예로, 제1 커버 부재(110)의 착색부(114)와 제2 커버 부재(120)의 커버 부분(124)이 동일 또는 유사한 패턴을 가지면 태양 전지 패널(100) 내에서 디자인을 통일성을 가지며 심미성을 확보할 수 있다.
반면, 종래 기술로서 밀봉재 등에 일정한 색상을 구현하기 위한 안료, 염료 등을 추가하는 경우에는 밀봉재의 전기 전도도, 밀봉 특성 등에 영향을 미쳐 원하지 않게 특성 변화가 일어나는 등의 문제가 발생할 수 있다. 이에 의하여 신뢰성이 저하될 수 있었다. 또 다른 종래 기술로 별도의 착색 부분을 위치시키는 경우에는 옆에서 보거나 밝을 경우에 착색 부분의 색상이 다르게 인식되거나 다른 부재와 별도로 인식되어 심미성을 저하시킬 수 있었다.
상술한 바와 같이 착색부(114)가 베이스 부재(112) 내에 일체화된 구조를 가지도록 구성되면, 착색부(114) 및 이를 포함한 제1 커버 부재(110)의 물리적 및 화학적 내구성을 향상할 수 있다. 즉, 화학 물질, 열, 수분 등에 강하여 발색 수명이 길며 물리적 충격(스크래치 등)에 의하여 손상되지 않는다. 반면, 착색부(114)가 별도의 물질로 형성되면 화학 물질, 열, 수분, 물리적 충격 등에 상대적으로 취약할 수 있다. 이러한 제1 커버 부재(110)는 비강화 유리를 강화하는 공정에서 쉽게 형성될 수 있으며 비용도 절감할 수 있다. 반면, 베이스 부재(112)로 유리 기판이 아닌 수지 등을 사용하면 자외선에 대한 내구성, 물리적 및 화학적 내구성이 우수하지 못할 수 있고, 이를 보상하기 위하여 추가의 부재 등을 추가하는 경우 공정 비용이 상승할 수 있다.
상술한 바와 같이 제1 커버 부재(110) 및 제2 커버 부재(120) 각각이 유리 기판(일 예로, 강화 유리 기판)을 포함하는 구조를 포함하면, 건물 일체형 태양 전지 패널에 요구되는 우수한 내구성을 구현할 수 있다.
상술한 설명 및 도면에서는 착색부(114)가 강화 유리 내에 일체화된 부분으로 구성된 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 베이스 부재(112)가 다른 유리, 수지 등으로 구성될 수도 있고, 및/또는 착색부(114)가 베이스 부재(112) 위에서 베이스 부재(112)와 별개의 층으로 형성될 수도 있다. 이러한 예를 도 15 내지 도 17을 참조하여 상세하게 설명한다. 상술한 설명과 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고 서로 다른 부분에 대해서만 상세하게 설명한다
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 패널을 개략적으로 도시한 분해 단면도이다. 도 16은 도 15의 A 부분을 확대하여 도시한 부분 단면도이다. 도 17은 본 발명의 일 변형예에 따른 태양 전지 패널의 부분 단면도이다.
도 15을 참조하면, 본 실시예에서는 베이스 부재(112) 위에 이와 별개의 물질 및 층으로 구성된 착색부(114)가 위치할 수 있다. 이때, 착색부(114)는 베이스 부재(112)의 기판면 위에 형성되어 돌출될 수 있다. 일 예로, 도면에서는 착색부(114)가 태양 전지(150)에 향한 면에 위치하여 태양 전지(150)를 향하여 돌출된 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 착색부(114)가 태양 전지(150)의 반대면(즉, 외부)를 향하여 돌출 형성될 수도 있다.
이때, 도 16을 참조하면, 착색부(114)에서 베이스 부재(112)에 인접한 제1 면이 이의 반대면인 제2 면보다 넓게 형성될 수 있다. 이에 의하면, 착색부(114)와 베이스 부재(112)의 면적이 충분하므로 큰 접착력을 가져 착색부(114)가 안정적으로 형성될 수 있다. 그리고 도면에서와 같이 제2 면이 제1 밀봉재(131)에 인접(일 예로, 접촉)하면, 착색부(114)의 좁은 면적이 제1 밀봉재(131)에 인접하므로 제1 밀봉재(131)와 착색부(114)가 기공 또는 결합 없이 접합될 수 있다.
이러한 착색부(114)는 베이스 부재(112) 위에 착색층(1140)을 증착 등으로 형성한 후에 열처리하여 건조 또는 소성하여 형성될 수 있다. 즉, 쉐도우 마스크(shadow mask)를 이용하여 베이스 부재(112) 위에 착색용 물질을 도포할 수도 있다. 예를 들어, 쉐도우 마스크를 베이스 부재(112)의 위에 고정한 후에 착색용 물질을 물리적 또는 화학적으로 증착하여 착색층(1140)을 형성할 수 있다. 쉐도우 마스크의 개방부를 통하여 착색용 물질이 증착되어, 쉐도우 마스크의 개방부와 착색용 물질이 일대일 대응되어 동일한 형상을 가질 수 있다. 이와 같이 증착에 의하여 형성된 착색부(114)는, 도 16에 도시한 바와 같이, 제2 면이 편평한 면으로 구성될 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 착색부(114)를 베이스 부재(112) 위에 착색층(1140)을 형성한 후에 열처리하여 건조 또는 소성하여 형성될 수 있다. 일 예로, 착색용 잉크를 프린팅으로 도포한 후에 100 내지 300℃에서 열처리할 수 있다. 열처리 공정 중에 용매, 수지 등이 증발될 수 있다. 이때, 열처리의 온도가 100℃ 미만이면, 열처리 공정의 시간이 증가할 수 있다. 열처리 공정의 온도가 300℃를 초과하면, 프린팅 시 사용한 수지, 바인더 등의 변형이 일어날 수 있으며 용매가 급격하게 증발되면서 내부에 공극이 형성될 수 있다. 이와 같이 공극이 형성되면 공극에 의하여 빛이 산란될 수 있어 제1 커버 부재(110)의 광 투과도가 저하될 수 있다.
이와 같이 프린팅에 의하여 형성된 착색부(114)는, 도 17에 도시한 바와 같이, 제2 면에 일종의 돌출부(P)가 형성될 수 있다. 이러한 돌출부(P)는 프린팅에 의하여 착색부(114)를 형성할 때 프린팅되는 잉크의 표면 장력, 퍼짐 현상 등에 의하여 형성될 수 있다. 돌출부(P)는 착색부(114)와 동일한 물질로 이루어지며, 측면에서 연장되어 제2 면으로부터 돌출되어 제2 면의 가장자리에서 제2 면을 둘러싸는 형태를 가질 수 있다. 이와 같이 돌출부(P)가 형성되면, 착색부(114)와 제1 밀봉재(131)가 접합할 때 제2 면의 표면적을 넓혀서 착색부(114)와 제1 밀봉재(131)의 결합력을 향상할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 패널을 상세하게 설명한다. 상술한 설명과 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고 서로 다른 부분에 대해서만 상세하게 설명한다. 그리고 상술한 실시예 또는 이를 변형한 예와 아래의 실시예 또는 이를 변형한 예들을 서로 결합한 것 또한 본 발명의 범위에 속한다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 패널을 개략적으로 도시한 분해 단면도이다.
도 18을 참조하면, 본 실시예에서는 베이스 부재(112)와 착색부(114) 사이에 형성되는 금속 산화막(116)을 더 포함할 수 있다. 금속 산화막(116)은 태양광 중 290 내지 400 nm의 파장을 가지는 광(즉, 자외선(ultraviolet ray, UV))을 흡수할 수 있다. 이에 의하여 착색부(114) 내에 포함되는 색소가 자외선으로부터 보호되어 착색부(114)의 안정성, 내구성 등을 향상할 수 있다. 따라서, 상기 색소가 염료일지라도 자외선에 의한 화학 반응이 감소되어 색소의 색상의 변화(일 예로, 황변) 등을 방지할 수 있다. 이에 의하여 장기간 태양광에 노출되었을 때 발생할 수 있는 색상 변화를 최소화할 수 있고, 건물 일체형 구조로 사용되었을 때에도 장시간 초기 색상을 유지하여 우수한 심미성을 유지할 수 있다.
또한, 금속 산화막(116)이 자외선을 흡수하여 태양 전지 패널(100)을 구성하는 다른 부재(예를 들어, 밀봉재(130))의 황변 현상도 방지 또는 최소화할 수 있다. 이에 따라 태양 전지(150)에 입사되는 태양광의 손실을 최소화하여 태양 전지 패널(100)의 출력을 최대화할 수 있다.
금속 산화막(116)은 산화 티타늄(TiOx), 산화아연(ZnOx), 산화세슘(CeOx) 및 산화지르코늄(ZrOx)으로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 적어도 하나 포함할 수 있다. 금속 산화막(116)은 물리 기상 증착법(physical vapor deposition, PVC), 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD), 원자층 증착법(atomic layer deposition, ALD) 및 화학적 용액 성장법(chemical bath deposition, CBD)에 의하여 형성될 수 있으며, 200 내지 600 ℃의 온도에서 열처리되어 자외선을 흡수할 수 있는 물성을 가질 수 있다.
일 예로, 금속 산화막(116)은 50nm 내지 1.5μm의 두께를 가질 수 있다. 금속 산화막(116)의 두께가 50nm 미만일 경우에는 자외선을 흡수하는 효과가 충분하지 않을 수 있다. 금속 산화막(116)의 두께가 1.5μm를 초과하면, 금속 산화막(116)에 의하여 태양광이 손실될 수 있다.
또한, 일 예로, 금속 산화막(116)은 580 내지 600nm의 파장을 가지는 광에 대하여 2.1 내지 2.9 범위의 굴절률(refractive index, RI)을 가질 수 있다. 그러면, 금속 산화막(116)이 자외선을 효과적으로 흡수할 수 있다. 상술한 바와 같이 금속 산화막(116)의 굴절률은 열처리에 의하여 조절될 수 있다. 예를 들어, 금속 산화막(116)은 200 내지 600 ℃의 온도에서 열처리될 수 있다. 일 예로, 50nm 두께의 산화 티타늄(TiOx)막을 600℃ 로 열처리하여 굴절률이 2.1인 금속 산화막(116)을 형성할 수 있다. 다른 예로, 1.5μm 두께의 산화 티타늄(TiOx)막을 200 ℃로 열처리하여 굴절률이 2.8인 금속 산화막(116)을 형성할 수도 있다.
이러한 제1 커버 부재(110)는 착색부(114)를 형성하는 공정 이전에 제1 커버 부재(110) 위에 금속 산화막(116)을 형성하는 공정을 더 수행하여 제조될 수 있다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 패널을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 19를 참조하면, 본 실시예에서는 착색부(114)가 제1 커버 부재(110)의 내면에 위치하고, 제1 커버 부재(110)의 외면(즉, 베이스 부재(112)의 외면)에 반사 방지를 위한 텍스쳐링 구조(112a)가 형성될 수 있다. 텍스쳐링 구조(112a)는 물리적 또는 화학적 에칭에 의하여 형성될 수 있으며, 이에 의하여 태양 전지 패널(100)의 내부로 입사되는 광의 양을 증가시킬 수 있다.
그리고 베이스 부재(112)의 외면 위에 눈부심 방지층(118)이 더 위치하여 눈부심을 방지할 수 있다. 눈부심 방지층(118)으로는 알려진 다양한 구성이 적용될 수 있다.
도 19에서는 착색부(114)가 도 15에 도시한 바와 같이 베이스 부재(112) 위에 별개로 형성된 층으로 구성된 것을 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 착색부(114)가 도 2에 도시한 바와 같이, 베이스 부재(112)와 일체화된 구조가 적용될 수도 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
그리고 제2 커버 부재(120) 또는 커버 부분(124)에 텍스쳐링 구조 또는 에칭 등을 하여 반사 특성을 향상하거나, 반사를 방지하는 등 원하는 특성을 가지도록 할 수 있다. 예를 들어, 커버 부분(124)은 금속막으로 형성하고 이를 에칭할 수 있다.
상술한 실시예 및 변형예들은 서로 자유롭게 결합될 수 있으며 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
상술한 바에 따른 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 태양 전지 패널
110: 제1 커버 부재
112: 베이스 부재
114: 착색부
116: 금속 산화막
120: 제2 커버 부재
122: 베이스 부분
124: 커버 부분

Claims (20)

  1. 태양 전지;
    상기 태양 전지를 밀봉하는 밀봉재;
    상기 밀봉재 위에서 상기 태양 전지의 일면 위에 위치하는 제1 커버 부재; 및
    상기 밀봉재 위에서 상기 태양 전지의 타면 위에 위치하는 제2 커버 부재
    를 포함하고,
    상기 제1 커버 부재는, 베이스 부재와, 상기 베이스 부재보다 낮은 광 투과도를 가지며 상기 베이스 부재에 부분적으로 형성되어 착색 영역을 구성하는 착색부를 포함하고,
    상기 제2 커버 부재는, 적어도 상기 태양 전지가 위치하지 않은 비유효 영역에서 상기 착색부의 명도보다 낮은 명도를 가지는 커버 부분을 포함하는 태양 전지 패널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 착색 영역에서 상기 복수의 착색부는 광 투과부를 사이에 두고 형성되는 복수의 도트 또는 복수의 스트라이프 형상을 구비하는 태양 전지 패널.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 착색부가 각기 0.2 내지 10mm의 폭 또는 크기를 가지고,
    상기 착색 영역의 총 면적에 대한 상기 복수의 착색부의 총 면적의 비율이 0.1 내지 0.95인 태양 전지 패널.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 착색 영역의 총 면적에 대한 상기 복수의 착색부의 총 면적의 비율이 0.1 내지 0.5인 태양 전지 패널.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 부재가 강화 유리 기판을 포함하고,
    상기 착색부가 상기 강화 유리 기판의 내부에 색소가 혼합되어 상기 강화 유리 기판의 일부를 구성하는 일체화된 부분으로 구성되는 태양 전지 패널.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 착색부가 상기 강화 유리의 일면에 두께 방향에서의 일부분에 위치하는 태양 전지 패널.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 착색부는 상기 베이스 부재의 내부로 함몰되는 제1 부분 및 상기 베이스 부재의 기판면보다 돌출된 제2 부분을 가지는 태양 전지 패널.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 부분의 두께가 상기 제2 부분의 두께보다 큰 태양 전지 패널.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 착색 영역의 면적에 대한 상기 착색부의 면적 비율인 제1 커버 비율보다, 상기 비유효 영역의 면적에 대하여 상기 비유효 영역에 위치한 상기 커버 부분이 차지하는 면적 비율인 제2 커버 비율이 더 큰 태양 전지 패널.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 커버 부분은 흰색을 제외한 무채색, 불투명한 색상, 또는 상기 태양 전지와 동일한 계열의 색을 가지는 태양 전지 패널.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 커버 부분은 검은색, 회색, 푸른색, 녹색, 갈색, 상기 태양 전지와 동일한 계열의 색, 또는 이들을 혼합한 색을 가지는 태양 전지 패널.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제2 커버 부재가 도트 형상, 스트라이프 형상, 또는 적어도 상기 비유효 영역 전체를 커버하는 형상을 가지는 태양 전지 패널.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 커버 부분은, 전체적으로 형성되거나, 상기 비유효 영역에 대응하는 부분에만 형성되는 태양 전지 패널.
  14. 태양 전지;
    상기 태양 전지를 밀봉하는 밀봉재;
    상기 밀봉재 위에서 상기 태양 전지의 일면 위에 위치하는 제1 커버 부재; 및
    상기 밀봉재 위에서 상기 태양 전지의 타면 위에 위치하는 제2 커버 부재
    를 포함하고,
    상기 제1 커버 부재는, 베이스 부재와, 상기 베이스 부재보다 낮은 광 투과도를 가지며 상기 베이스 부재에 부분적으로 형성되어 착색 영역을 구성하는 착색부를 포함하고,
    상기 제2 커버 부재는, 적어도 상기 태양 전지가 위치하지 않은 비유효 영역에 위치하며 커버 부분을 포함하고,
    상기 착색 영역의 면적에 대한 상기 착색부의 면적 비율인 제1 커버 비율보다, 상기 비유효 영역의 면적에 대하여 상기 비유효 영역에 위치한 상기 커버 부분이 차지하는 면적 비율인 제2 커버 비율이 더 큰 태양 전지 패널.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 커버 부분은 흰색을 제외한 무채색, 불투명한 색상, 또는 상기 태양 전지와 동일한 계열의 색을 가지는 태양 전지 패널.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 커버 부분은 검은색, 회색, 푸른색, 녹색, 갈색, 상기 태양 전지와 동일한 계열의 색, 또는 이들을 혼합한 색을 가지는 태양 전지 패널.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 제2 커버 비율이 0.5 내지 1인 태양 전지 패널.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 제2 커버 부재가 도트 형상, 스트라이프 형상, 또는 적어도 상기 비유효 영역 전체를 커버하는 형상을 가지는 태양 전지 패널.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 커버 부분은, 전체적으로 형성되거나, 상기 비유효 영역에 대응하는 부분에만 형성되는 태양 전지 패널.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 태양 전지 패널이 건물에 일체화되는 건물 일체형 태양 전지 패널인 태양 전지 패널.
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