KR20200009552A - 은폐성 태양전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 은폐성 태양전지 모듈은 전면에 표면개질층이 형성된 전면유리; 상기 전면유리의 후면과 마주하게 배치되며, 상기 전면유리로부터 입사된 광을 흡수하는 후면기재; 및 상기 전면유리와 후면기재 사이에 배치되며, 서로 이격 형성된 단위셀을 구비하는 태양전지부;를 포함한다.
Description
본 발명은 은폐성 태양전지 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내부 태양전지를 보이지 않게 하기 위한 은폐성 태양전지 모듈에 관한 것이다.
최근 들어 태양에너지를 이용하여 전력을 생산할 수 있는 태양광 발전설비의 사용이 보편화되고 있다. 이러한 태양에너지를 이용하는 태양전지는 석탄이나 석유와 같은 화석연료를 사용하지 않고, 무공해이며 무한의 에너지원인 태양광을 이용하므로 미래의 새로운 대체 에너지자원으로서 각광을 받고 있으며, 현재에는 태양광 발전소나 건축물, 자동차 등의 발전 전력을 얻는데 이용되고 있다.
태양광 발전은 다양한 응용분야가 있지만 그 중에서도 태양전지를 건축물의 외피 마감재로 사용하는 건물 일체화(BIPV: Building Integrated Photovoltaic) 기술은 21세기 유망 신기술로서 근래 전 세계적으로 주목 받고 있다.
건물 일체화 기술은 기존의 건축물 외피를 단순히 외적 자극에 대한 보호의 개념의 관점에서 탈피하여 에너지 창출의 도구로 발전시킨 적극적인 기술로서, 태양전지 수급의 일익을 담당할 수 있어 기존의 태양전지 시스템 설치에 소요되는 비용을 절감하는 이중효과를 기대할 수 있다.
태양전지를 건축물 외장재로 이용한 것 중 하나가 태양전지를 창호에 결합한 태양전지 창호이다.
이와 관련, 한국등록특허 제10-1541357호에서는 창호형 박막 태양전지와 그의 제조방법을 제공한다. 그러나 종래의 창호형 박막 태양전지는 블랙 칼라의 외관을 가져 창호형으로써의 활용가치가 떨어져 상용화가 어려운 문제점 및 태양전지의 효율을 유지함과 동시에 아름다운 외관을 보이는 것이 어려운 치명적인 약점이 존재한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 은폐성이 향상된 태양전지 모듈을 제공함에 있다.
또한 본 발명은 은폐성 뿐 아니라 태양광 변환효율이 향상된 태양전지 모듈을 제공함에 있다.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론 할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 은폐성 태양전지 모듈은, 전면에 표면개질층이 형성된 전면유리; 상기 전면유리의 후면과 마주하게 배치되며, 상기 전면유리로부터 입사된 광을 흡수하는 후면기재; 및 상기 전면유리와 후면기재 사이에 배치되며, 서로 이격 형성된 단위셀을 구비하는 태양전지부;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 은폐성 태양전지 모듈에 있어, 상기 표면개질층은 0.1 내지 3 ㎛의 표면거칠기 Ra를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 은폐성 태양전지 모듈에 있어, 상기 전면유리와 후면기재 사이이고, 상기 전면유리의 후면에 형성된 칼라코팅층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 은폐성 태양전지 모듈에 있어, 상기 칼라코팅층은 Al, Zr, Zn, Sn, In, Nb, Cd, Cu, Si, Ti, W, Mo, Co, Au, Ag, Be, Ba, Mg, Sb, Bi, B, Ca, Ce, Pd, Pt, Re, Rh, Ru, Sm 및 Ta 중에서 선택된 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 은폐성 태양전지 모듈에 있어, 상기 칼라코팅층은 10 nm 내지 30 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 은폐성 태양전지 모듈에 있어, 상기 전면유리와 후면기재 사이이고, 상기 후면기재 상에 형성된 반사방지 코팅층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 은폐성 태양전지 모듈에 있어, 상기 후면기재는 반사방지 코팅층이 형성된 유리 기재 또는 블랙 백시트(black back sheet)일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 은폐성 태양전지 모듈에 있어, 상기 전면유리와 후면기재 사이이고, 상기 태양전지 양면에 배치된 제1, 제2 접합 필름을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 은폐성 태양전지 모듈에 있어, 상기 제1, 제2 접착필름은 에틸렌 비닐 아세테이트, 폴리비닐부티랄, 에틸렌초산비닐 부분 산화물, 규소 수지, 에스테르계 수지 및 올레핀계 수지 중에서 선택된 하나 이상의 고분자를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 은폐성 태양전지 모듈에 있어, 상기 전면유리, 후면기재 및 태양전지를 수납하는 프레임을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 은폐성 태양전지 모듈은 태양광의 반사 각도에 따라 다양한 색상을 구현할 수 있고, 태양전지 모듈의 내부에 구성된 태양전지를 은폐시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 은폐성 태양전지 모듈은 주위 자연경관, 건축물과 조화를 이루도록 은폐성 태양전지 모듈의 색상을 변환할 수 있으므로, 심미성을 갖는 창호형 태양전지로써 활용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 은폐성 태양전지 모듈은 은폐성 뿐 아니라 태양광 변환효율이 향상된 태양전지 모듈을 제공할 수 있다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 은폐성 태양전지 모듈의 구성을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 은폐성 태양전지 모듈을 개략적으로 도시하는 정면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 은폐성 태양전지의 구성을 도시한 단면도이다.
도 4는 실시예 1~2 및 비교예 1~2에서 제작된 은폐성 태양전지 모듈에 대한 투명성 및 색변환성을 나타내는 사진이다.
도 5는 실시예 1~2 및 비교예 1~2에서 제작된 은폐성 태양전지 모듈에 대한 전류-전압 스캐닝 그래프이다.
도 6은 실시예 2에서 제작된 은폐성 태양전지 모듈의 실물 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 은폐성 태양전지 모듈을 개략적으로 도시하는 정면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 은폐성 태양전지의 구성을 도시한 단면도이다.
도 4는 실시예 1~2 및 비교예 1~2에서 제작된 은폐성 태양전지 모듈에 대한 투명성 및 색변환성을 나타내는 사진이다.
도 5는 실시예 1~2 및 비교예 1~2에서 제작된 은폐성 태양전지 모듈에 대한 전류-전압 스캐닝 그래프이다.
도 6은 실시예 2에서 제작된 은폐성 태양전지 모듈의 실물 사진이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "구비한다(comprises)" 및/또는 "구비하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정하지 않는다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 3를 참조하여 은폐성 태양전지 모듈(1001, 1002)의 구조에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 은폐성 태양전지 모듈(1001)의 구성을 도시한 단면도이다. 도 1을 참조하면, 상기 은폐성 태양전지 모듈(1001)은 기본적으로 전면유리(100), 태양전지부(300) 및 후면기재(200)를 포함한다.
상기 전면유리(100)는 투과성을 가지는 유리이면 족하며, 예컨대 강화유리, 반강화 유리, 일반 판유리, 색유리 등 이 분야에서 통상적으로 사용되는 유리를 들 수 있다.
상기 전면유리(100)의 두께는 강도나 투과성을 고려하여 적정두께를 가지면 좋다. 예컨대, 상기 전면유리(100)의 평균두께는 0.5 mm 내지 10 mm 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 은폐성 태양전지 모듈(1001)는 상기 전면유리(100)의 전면에 형성되는 표면개질층(110)을 더 포함할 수 있다.
상기 표면개질층(110)은 미세 요철 형상으로 형성되어 있어서, 상기 전면유리(100)를 통과하여 상기 태양전지부(300)로부터 반사되어 돌아가는 태양광을 상기 태양전지 방향으로 재반사시킴으로써 은폐성을 증대시킬 수 있다. 본 발명을 상술함에 있어, "미세 요철 형상"은 반구형, 반타원형, 종(bell)형, 원반형, 원기둥형, 별기둥형, 삼각기둥형, 사각기둥형, 육면체형, 사면체형, 피라미드형 또는 이들의 혼합형 중에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 3차원 구조일 수 있다. 이러한 형상을 가지는 표면개질층(110)은 상기 전면유리(100)의 전면에 나노 요철 구조(nano embossing structure)가 도입되는 효과를 가져오게 되며, 이에 따라 본 발명에 따른 은폐성 태양전지 모듈(1001)의 은폐성 및 발전효율을 상승시키게 된다.
상기 표면개질층(110)을 형성하는 방법은 이 분야에서 통상적으로 사용되는 습식 또는 건식 에칭법을 사용할 수 있고, 보다 구체적으로 실크 스크린 방식의 화학 에칭, 레이저 에칭, 폴리싱 에칭, 샌드 블라스팅 등을 수행할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 에칭법에 의해 상기 표면개칠층은 나노 요철 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 상기 표면개질층(110)의 표면거칠기 Ra는 0.1 내지 3 ㎛일 수 있다. 바람직한 일 예로, 상기 표면개질층(110)의 평균 표면거칠기 Ra는 1 내지 3 ㎛일 수 있다. 상기 평균 표면거칠기 Ra의 범주를 만족하는 경우, 상기 태양전지부(300)로부터 반사되어 돌아가는 태양광을 상기 태양전지부(300) 방향으로 재반사시킴으로써 은폐성을 더욱 증대시킬 수 있고, 이와 더불어 입사된 태양광을 최대한 상기 은폐성 태양전지 모듈(1001) 내부에 머물러 있도록 하여 태양광 모듈의 발전 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 태양전지부(300)는 상기 전면유리(100)와 상기 후면기재(200) 사이에 배치되며, 서로 이격 형성된 단위셀(301)을 구비할 수 있다. 구체적이고 비한정적인 일 예로, 상기 태양전지부(300)에 사용되는 태양전지로는 결정질 태양전지, 비결정질 태양전지, 박막 태양전지, 염료감응 태양전지, 유기 태양전지 등 이 분야에서 통상적으로 사용되는 것일 수 있다.
상기 태양전지부(300)는 입사된 태양광을 흡수함으로써 전기 에너지로 변환하는 역할을 한다. 그러나, 상기 태양전지부(300)에 구비된 단위셀(301)은 입사된 태양광을 외부로 반사함으로써 외부에서 볼 때 상기 태양전지부(300)가 가지고 있는 고유의 색을 나타내게 하므로, 태양전지 모듈의 색상이 제한하는 문제가 있다.
상세하게, 기존의 태양전지 모듈은 내부에 위치한 태양전지의 종류에 따라 검정색, 파란색, 갈색 등과 같은 색을 나타낼 수 있다. 만일, 이러한 색이 주위 환경의 배경과 적절히 조화되지 않을 때는 불쾌감을 줄 뿐 아니라 자연이나 건물이 가지고 있는 심미성까지도 훼손할 수 있다. CIGS 기반 태양전지는 어두운 갈색 또는 검정색 계통의 색을 나타내므로 자연경관과 조화를 이루지 못하며, 실리콘 기반 태양전지는 파란색 계통의 색을 나타내므로 건물 등에 설치할 경우 건물 외관이 단조로워 진다는 문제가 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 일 예로서, 본 발명에 따른 은폐성 태양전지 모듈(1001)은 상기 전면유리(100)의 후면과 마주하게 배치되며, 상기 전면유리(100)로부터 입사된 광을 흡수하는 후면기재(200)를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 후면기재(200)는 표준광원 D65에 대한 흡수도가 70% 이상일 수 있다. 상기 흡수도는 {(입사광세기 - (반사광세기 + 투과광세기))/(입사광세기)}*100)로 정의될 수 있다.
상기 후면기재(200)는 이 분야에서 통상적으로 박막 태양전지에 사용되는 것을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 소다-라임 유리(soda-lime glass, SLG)를 포함하는 유리 기재, 세라믹 기재, 스테인리스강을 포함하는 금속 기재, 폴리머 기재 등을 사용할 수 있고, 보다 바람직하게는 반사방지 코팅층(210)이 형성된 유리 기재 또는 블랙 백시트(black back sheet)를 사용할 수 있다.
도 2를 참조하여, 상기 후면기재(200)의 역할을 보다 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 은폐성 태양전지 모듈(1001)을 개략적으로 도시하는 정면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 태양전지부(300)는 단위셀(301)이 복수의 행 및 열로 배치될 수 있다. 입사된 태양광은 상기 단위셀(301) 사이를 통과하여 상기 후면기재(200)에 도달하게 된다. 만일, 상기 후면기재(200)가 상기 전면유리(100)에서 입사된 태양광을 반사하게 되면 상기 단위셀(301)을 외부에 노출시키게 되므로, 태양전지 모듈의 색상이 단조로워지고 탁해지는 문제점이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에 따른 후면기재(200)는 상기 전면유리(100)로부터 입사된 태양광을 흡수할 수 있도록, 상기 전면유리와 후면기재 사이이고, 상기 후면기재 상에 배치된 반사방지 코팅층(210)을 포함할 수 있다. 상기 반사방지 코팅층(210)은 입사된 태양광을 흡수할 뿐 아니라, 난반사가 없어서 은폐성 태양전지 모듈(1001) 색상을 더욱 선명하게 하므로 태양전지 모듈(1001)의 심미성을 증진시킬 수 있다.
상기 반사방지 코팅층(210)에 사용되는 물질로는 무기입자, 유기입자 및/또는 유무기 하이브리드 입자가 사용될 수 있다. 예컨대, 카본나노튜브, 그래핀, 카본블랙, 바인블랙(vine black), 램프블랙(lamp black), 아이보리블랙(ivory black), 티타늄블랙(titanium black) 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 은폐성 태양전지 모듈(1002)의 구성을 도시한 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 은폐성 태양전지 모듈(1002)는 상기 전면유리(100)와 상기 후면기재(200) 사이이고, 상기 전면유리(100)의 후면에 형성된 칼라코팅층(120)을 더 포함할 수 있다.
상기 칼라코팅층(120)은 외부에서 입사된 태양광의 일부를 반사하고 다른 일부를 투과하여 상기 은폐성 태양전지 모듈(1002)의 색을 변환시키는 역할을 한다. 상세하게, 상기 칼라코팅층(120)은 외부에서 입사된 태양광의 일부를 반사하여 상기 은폐성 태양전지 모듈(1002)의 색을 변환시켜 심미성을 부여할 수 있고, 또한 다른 일부를 투과하여 상기 태양전지부(300)에 광에너지를 공급할 수 있다.
상기 칼라코팅층(120)은 단일막 또는 복합막으로 이루어질 수 있다.
상기 칼라코팅층(120)이 단일막인 경우 Al, Zr, Zn, Sn, In, Nb, Cd, Cu, Si, Ti, W, Mo, Co, Au, Ag, Be, Ba, Mg, Sb, Bi, B, Ca, Ce, Pd, Pt, Re, Rh, Ru, Sm 및 Ta 중에서 선택된 하나 이상의 원소를 포함하는 막일 수 있다.
구체적이고 비한정적인 일 예로, 상기 칼라코팅층(120)은 BN, SiNX (0.2 ≤ x ≤ 1.3), TiN, TaNx (0.5 ≤ x ≤ 1.5) 등을 포함하는 금속 질화막; TiO2, Cr2O3, Al2O3 Nb2O4 등을 포함하는 금속 산화막; 또는 Ag, Ni, Cr, Ge, Ga, Si 등을 포함하는 금속막;일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 칼라코팅층(120)은 그 두께가 10 nm 내지 30 ㎛일 수 있고, 바람직하게는 10 nm 내지 1 ㎛일 수 있다. 상기 두께를 만족하는 경우, 입사되는 태양광의 각도에 따라 보라색, 청색, 황색, 오렌지색 및 적색과 같은 다양한 색상을 구현할 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 칼라코팅층(120)은 그 평균 두께가 40 nm 내지 200 nm일 수 있다. 상기 평균 두께의 범주를 만족하는 경우, 본 발명에서 목적으로 하는 은폐성 및 변환효율을 보다 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전면유리(100)는 상기 표면개질층(110) 및 칼라코팅층(120)을 구비하는 경우, 표준광원 D65에 대한 반사율이 20 내지 40% 이고, 투과율이 80 내지 60% 일 수 있다. 상기 반사율이 20% 미만이면 은폐성이 낮아 내부 태양전지가 노출되는 문제가 있고, 상기 반사율이 40% 초과이면 태양전지의 변환효율이 감소되는 문제가 있으므로, 상기 반사율이 20 내지 40%인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 은폐성 태양전지 모듈(1001, 1002)는 상기 전면유리(100)와 상기 후면기재(200) 사이이고, 상기 태양전지부(300) 양면에 배치된 제1, 제2 접착필름(10, 11)을 더 포함할 수 있다.
상기 제1, 제2 접착필름(10, 11)은 상기 전면유리(100)와 후면기재(200) 사이에 태양전지부(300)를 배치하고 밀봉하기 위한 접착 및 충전을 목적으로 한 것이다. 상세하게, 상기 제1, 제2 접착필름(10, 11)은 상기 태양전지부(300)에 악영향을 주는 수분이나 산소를 차단할 수 있다. 상기 제1, 제2 접착필름(10, 11)은 가수분해 또는 적외선에 의한 열화 방지가 우수하고, 태양광에 대한 투과율이 높은 재질인 것이 바람직하다.
상기 제1, 제2 접착필름(10, 11)은 상기 태양전지부(300)의 양면에 각각 배치된 상태에서 라미네이션 공정에 의해 상기 태양전지부(300)와 일체화되는 것으로, 습기 침투로 인한 부식을 방지하고 태양전지부(300)를 충격으로부터 보호한다. 예컨대, 상기 제1, 제2 접착필름(10, 11)은 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA, ethylene vinylacetate), 폴리비닐부티랄(PVB, Poly vinyl Butyral), 에틸렌초산비닐 부분 산화물, 규소 수지, 에스테르계 수지 및 올레핀계 수지 중에서 선택된 하나 이상의 고분자를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 은폐성 태양전지 모듈(1001, 1002)은 그 둘레를 따라 상기 전면유리, 후면기재 및 태양전지를 수납하는 프레임(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이처럼 여러 부품들이 라미네이션 공정에 의해 하나로 일체화된 은폐성 태양전지 모듈(1001,1002)은 프레임에 수납되어 외부 환경이나 충격으로부터 보호된다. 프레임은 절연 물질로 코팅되어 있는 알루미늄 등과 같이 외부 환경으로 인한 부식과 변형 등이 발생하지 않는 물질로 이루어질 수 있다.
상술한 은폐성 태양전지 모듈(1001, 1002)는 상부에 태양전지부(300)에서 생산된 전류 및 전압을 최종적으로 수집하는 정션 박스(미도시)를 구비할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명한다. 이하에서 설명하는 실시예는 당업계의 통상의 기술자에게 본 발명이 쉽게 이해되도록 하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[실시예 1]
표면개질층(110), 전면유리(100), 제1 접착필름(10), 태양전지부(300), 제2 접착필름(11), 반사방지 코팅층(210) 및 후면기재(200)로 구성된 은폐성 태양전지 모듈(1001)을 제작하였다.
상기 전면유리(100)로는 강화유리를 사용하였다.
스크린 인쇄법을 이용하여 상기 강화유리 표면을 부식시켜 표면개질층(100)을 형성하였다. 스크린 인쇄법에 사용된 에칭 페이스트(paste)의 주성분은 중불화암모늄(NH4FHF) 이었다. 이때, 상기 표면개질층(110)의 평균 표면거칠기 Ra는 1.77 ㎛이었다.
상기 태양전지부(300)는 단위셀(301)로 구성되고, 통상적인 실리콘 반도체 셀을 사용하였다.
상기 후면기재(200)는 불소 필름 및 PET 필름의 복합필름으로 이루어진 백시트(back sheet)를 사용하였고, 상기 반사방지 코팅층(210)은 카본블랙 분산액을 상기 후면기재(200)에 코팅하여 형성하였다.
상기 제1 접착필름(10)은 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA, ethylene vinylacetate) 시트를 사용하였다. 상기 제2 접착필름(11)은 폴리비닐부티랄(PVB, Poly vinyl Butyral) 시트를 사용하였다.
[실시예 2]
상기 전면유리(100)의 후면에 칼라코팅층(120)을 형성한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 은폐성 태양전지 모듈(1002)을 제작하였다. 칼라코팅층(120)은 Ti 타겟을 스퍼터링하여 TiO2 막으로 형성하였다. 이때 칼라코팅층(120)은 80 nm의 평균 두께를 가지고, 루타일 TiO2 를 포함하였다.
상기 실시예 2에서 제조된 전면유리(100에 대한 투과반사 측정값을 하기 표 1에 수록하였다. 상기 실시예 2에 따른 전면유리(100)는 전면에 표면개질층(110)이 형성되고, 후면에 칼라코팅층(120)이 형성된 것이다. 투과반사 측정에 사용된 기기는 MINOLTA CM-5, 광원은 D65, 측정면적은 30 mm이었다.
| Group Traits | L*(D65) | a*(D65) | b*(D65) | 550nm | Y(D65) | |
| 반사측정값 | SCI | 64.19 | -2.7 | -7.14 | 33.11 % | 33.03 % |
| 투과측정값 | - | 85.53 | 1.09 | 4.52 | 67.13 % | 67.05 % |
도 6은 상기 실시예 2의 방법으로 제작된 은폐성 태양전지 모듈(1002)의 실물 사진이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 은폐성 태양전지 모듈(1002)은 가로×세로 크기 980 mm × 1940mm 대면적화가 가능하고, 태양전지 내부 단위쉘이 전혀 보이지 않고, 고급스러운 연한 파란색을 나타내므로 심미성이 우수한 것을 알 수 있다.
[비교예 1]
표면개질층(110)이 없는 은폐성 태양전지 모듈을 제작한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 상세하게, 비교예 1에 따른 은폐성 태양전지 모듈은 좌로부터 전면유리(100), 제1 접착필름(10), 태양전지부(300), 제2 접착필름(11), 반사방지 코팅층(210) 및 후면기재(200)로 구성된 은폐성 태양전지 모듈을 제작하였다.
[비교예 2]
상기 전면유리(100)의 후면에 칼라코팅층(120)을 형성한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일하게 은폐성 태양전지 모듈을 제작하였다.
도 4는 상기 실시예 1~2 및 비교예 1~2에서 제작된 은폐성 태양전지 모듈에 대한 투명성 및 색변환성을 나타내는 사진이다. 상세하게, 도 4는 상기 실시예 1~2 및 비교예 1~2에서 제조된 전면유리(100)를 포함하는 구성부를 흑색의 백시트 상에 놓고 가시광 하에서 촬영한 사진이다.
도 4에 도시된 Clear Glass는 상술한 전면유리(100)를 사용한 비교예 1을 나타내며, Coating Glass는 상술한 전면유리(100)의 후면에 칼라코팅층(120)을 형성한 비교예 2를 나타내며, Etching Glass는 전면유리(100)의 전면에 표면개질층(110)을 형성한 실시예 1을 나타내며, Etching-Coating Glass는 상술한 전면유리(100)의 전면에 표면개질층(110), 후면에 칼라코팅층(12)을 각각 형성한 실시예 2를 나타낸다.
도 4에 보는 바와 같이, 전면유리(100)의 전면에 표면개질층(110)을 형성하면 후면기재(300)인 흑색의 백시트가 보이지 않는 것을 알 수 있다. 또한, 전면유리(100)의 전면에 표면개질층(110), 후면에 칼라코팅층(120)을 각각 형성하면 흑색의 백시트가 보이지 않을 뿐 아니라, 코팅 색상에 변화를 주어 심미감을 부여할 수 있다.
도 5는 상기 실시예 1~2 및 비교예 1~2에서 제작된 은폐성 태양전지 모듈에 대한 전류-전압 스캐닝 그래프이다. 각 그래프에 도시된 삽도(inset)는 측정 조건, 실험결과를 나타낸다.
하기 표 2는 상기 도 5에 도시된 실험결과인 변환효율(Eff.), 최대전력점(MPP)과, 은폐성 결과를 수록한 것이다. 은폐성 결과는 가시광역(380-700nm) 파장을 발산하는 형광등 하에서 실리콘 반도체 셀이 육안으로 확인되면 X, 일부 확인되면 △, 전혀 확인되지 않으면 ○로 표기하였다.
| 변환효율 (%) |
최대전력점 (W) |
은폐성 결과 | |
| 비교예 1 | 16.33 | 10.205 | X |
| 비교예 2 | 12.63 | 7.894 | X |
| 실시예 1 | 17.02 | 10.639 | △ |
| 실시예 2 | 15.23 | 9.521 | ○ |
[실시예 3~9, 비교예 3~6]
표면개질층(110), 전면유리(100), 칼라코팅층(120), 제1 접착필름(10), 태양전지부(300), 제2 접착필름(11), 반사방지 코팅층(210) 및 후면기재(200)로 구성된 은폐성 태양전지 모듈(1002)을 제작하였다.
상기 표면개질층(110)의 평균 표면거칠기 Ra, 칼라코팅층(120)의 두께는 하기 표 3에 수록하였다. 각각의 평균 표면거칠기 Ra는 에칭시간을 변화시켜 형성하였고, 칼라코팅층(120)의 두께는 스퍼터링 시간을 변화시켜 형성하였다.
전면유리(100), 태양전지부(300), 후면기재(200), 제1 접착필름(10), 제2 접착필름(11)은 실시예 2와 동일하게 실시하였다.
하기 표 3에 본 발명의 은폐성 태양전지 모듈에 대한 가시광 은폐성 결과를 수록하였다. 가시광 은폐성은 맥베스(Macbeth) 광농도계에 의하여, 가시광역(380-700nm)에서의 분광 반사율을 측정하여 광학 농도(O.D)를 계산하였고, 하기의 평가 기준에 따라 평가했다. A, B, C 및 D가 실용상 허용할 수 있는 기준이나, A는 은폐성 효과가 미미하여 본 발명에서 목적으로 하는 효과를 달성하기 어려운 수준이다.
A : 광학 농도가 0.7 초과인 것
B : 광학 농도가 0.6 초과 0.7 이하인 것
C : 광학 농도가 0.5 초과 0.6 이하 인 것
D : 광학 농도가 0.4 초과 0.5 이하 인 것
E : 광학 농도가 0.4 미만인 것
| 표면개질층(110)의 평균 표면거칠기 Ra (㎛) |
칼라코팅층(120) 평균 두께 (nm) |
가시광 은폐성 | |
| 실시예 2 | 1.77 | 80 | C |
| 실시예 3 | 1.05 | 80 | B |
| 실시예 4 | 2.33 | 80 | D |
| 실시예 5 | 2.85 | 80 | B |
| 비교예 3 | 3.31 | 80 | E |
| 비교예 4 | 0.85 | 80 | A |
| 실시예 6 | 1.77 | 63 | B |
| 실시예 7 | 1.77 | 40 | B |
| 실시예 8 | 1.77 | 150 | C |
| 실시예 9 | 1.77 | 200 | D |
| 비교예 5 | 1.77 | 30 | A |
| 비교예 6 | 1.77 | 220 | E |
상기 표 3에 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 은폐성 태양전지 모듈(1002)은 표면개질층(110)의 평균 표면거칠기 Ra가 1 ㎛ 내지 3 ㎛ 범주에 포함되고, 칼라코팅층(120)의 평균 두께가 적어도 40 nm 이상일 때, 가시광 은폐성이 향상되는 것을 알 수 있다. 한편, 상기 표 2에 수록하지는 않았지만, 상기 칼라코팅층(120)의 평균 두께가 40 nm 내지 200 nm인 경우(실시예 6~9), 태양광 변환효율이 약 14% 이상으로 유지되나, 상기 칼라코팅층(120)의 평균 두께가 200 nm를 초과하면 태양광 변환효율이 약 12% 이하로 급감하는 문제가 생기므로, 상기 칼라코팅층(120)의 평균두께는 40 nm 내지 200 nm인 것이 바람직하다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10 : 제1 접착필름
20 : 제2 접착필름
100 : 전면유리 110 : 표면개질층
120 : 칼라코팅층 200: 후면기재
210 : 반사방지 코팅층 300: 태양전지부
301 : 단위셀 1001, 1002 : 은폐성 태양전지 모듈
100 : 전면유리 110 : 표면개질층
120 : 칼라코팅층 200: 후면기재
210 : 반사방지 코팅층 300: 태양전지부
301 : 단위셀 1001, 1002 : 은폐성 태양전지 모듈
Claims (10)
- 전면에 표면개질층이 형성된 전면유리;
상기 전면유리의 후면과 마주하게 배치되며, 상기 전면유리로부터 입사된 광을 흡수하는 후면기재; 및
상기 전면유리와 후면기재 사이에 배치되며, 서로 이격 형성된 단위셀을 구비하는 태양전지부;를 포함하는, 은폐성 태양전지 모듈.
- 제 1항에 있어서,
상기 표면개질층은 0.1 내지 3 ㎛의 표면거칠기 Ra를 가지는, 은폐성 태양전지 모듈.
- 제 1항에 있어서,
상기 전면유리와 후면기재 사이이고, 상기 전면유리의 후면에 형성된 칼라코팅층을 더 포함하는, 은폐성 태양전지 모듈.
- 제 3항에 있어서,
상기 칼라코팅층은,
Al, Zr, Zn, Sn, In, Nb, Cd, Cu, Si, Ti, W, Mo, Co, Au, Ag, Be, Ba, Mg, Sb, Bi, B, Ca, Ce, Pd, Pt, Re, Rh, Ru, Sm 및 Ta 중에서 선택된 하나 이상의 원소를 포함하는, 은폐성 태양전지 모듈.
- 제 4항에 있어서,
상기 칼라코팅층은 10 nm 내지 30 ㎛의 두께를 가지는, 은폐성 태양전지 모듈.
- 제 1항에 있어서,
상기 전면유리와 후면기재 사이이고, 상기 후면기재 상에 형성된 반사방지 코팅층을 더 포함하는, 은폐성 태양전지 모듈.
- 제 1항에 있어서,
상기 후면기재는,
반사방지 코팅층이 형성된 유리 기재 또는 블랙 백시트(black back sheet)인, 은폐성 태양전지 모듈.
- 제 1항에 있어서,
상기 전면유리와 후면기재 사이이고, 상기 태양전지 양면에 배치된 제1, 제2 접합 필름을 더 포함하는, 은폐성 태양전지 모듈.
- 제 8항에 있어서,
상기 제1, 제2 접착필름은,
에틸렌 비닐 아세테이트, 폴리비닐부티랄, 에틸렌초산비닐 부분 산화물, 규소 수지, 에스테르계 수지 및 올레핀계 수지 중에서 선택된 하나 이상의 고분자를 포함하는, 은폐성 태양전지 모듈.
- 제 1항에 있어서,
상기 전면유리, 후면기재 및 태양전지를 수납하는 프레임을 더 포함하는, 은폐성 태양전지 모듈.
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2018
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