KR20210092034A - 태양 전지 패널 - Google Patents

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KR20210092034A
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solar cell
cell panel
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KR1020200005511A
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이지욱
김민표
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 실시예에 따른 태양 전지 패널은, 태양 전지를 구비하는 패널 본체와, 패널 본체의 전방에서 패널 본체와 공간부를 사이에 두고 이격되어 위치하며 서로 다른 광학 특성을 가지는 복수의 부분을 가지는 전면 커버 부재를 포함한다.

Description

태양 전지 패널{SOLAR CELL PANEL}
본 발명은 태양 전지 패널에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는, 구조를 개선한 태양 전지 패널에 관한 것이다.
일반적으로 태양 전지 패널을 건물에 적용하는 경우에는 옥상이나 지붕 등에 설치하였다. 그러나 고층 건물 등에서는 옥상이나 지붕에 설치될 수 있는 태양 전지 패널의 크기가 한정되어 태양광을 효율적으로 활용하기 어려웠다. 이에 최근에는 건물 등의 외벽 등에 설치되어 건물 등과 일체화되는 건물 일체형 구조를 가지는 태양 전지 패널에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 건물 일체형 구조를 가지는 태양 전지 패널을 적용하면 건물의 외벽의 넓은 면적에서 광전 변환이 이루어질 수 있어 태양광을 효과적으로 사용할 수 있다.
그런데, 건물 일체형 구조를 가지는 태양 전지 패널의 수광면이 설계에 따라 특정한 색상 또는 디자인을 가지거나, 수광면에 원하지 않는 오염 물질, 그림자 등이 위치하면, 광의 투과가 방해 또는 저감되어 태양 전지 패널의 출력에 손실이 발생할 수 있다. 특히, 건물 일체형 구조를 가지는 태양 전지 패널은 바닥면과 상대적으로 큰 각도(일 예로, 직각의 각도)를 가지면서 설치되므로 광의 입사각이 낮아 발전량이 낮으며 오염 물질의 청소 등이 용이하지 않아 태양 전지 패널의 출력 손실이 더욱 심화될 수 있다.
종래에는 국내등록특허 제10-0359846호에서와 같이 건축 자재용 태양전지 모듈에서는 단열, 방열, 이슬 맺힘 방치 등과 같이 건축 자재로서의 특성을 향상하기 위한 구조를 위주로 개발이 이루어졌다. 이에 따라 건물 일체형 구조를 가지는 태양 전지 패널에서의 광학 특성, 광 경로 등을 고려하여 출력을 향상하는 데 한계가 있었다.
국내등록특허 제10-0359846호(발명의 명칭: 건축 자재용 태양전지 모듈)
본 발명은 우수한 심미성 및 외관, 그리고 높은 출력을 가지는 태양 전지 패널을 제공하고자 한다.
특히, 건물 일체형 구조를 가지는 태양 전지 패널에 적용되어 광전 변환 장치 및 건축 자재로서의 특성을 모두 향상할 수 있는 태양 전지 패널을 제공하고자 한다.
좀더 구체적으로, 건물 일체형 구조를 가지는 태양 전지 패널이 디자인부를 구비하는 경우에 광량 저감을 방지 또는 최소화하여 원하는 외관을 구현하면서도 우수한 출력을 가지는 태양 전지 패널을 제공하고자 한다.
본 실시예에 따른 태양 전지 패널은, 태양 전지를 구비하는 패널 본체와, 패널 본체의 전방에서 패널 본체와 공간부를 사이에 두고 이격되어 위치하며 서로 다른 광학 특성을 가지는 복수의 부분을 가지는 전면 커버 부재를 포함한다. 이와 같이, 공간부를 이용하여 패널 본체와 전면 커버 부재를 분리 및 이격하여 위치시켜 원하는 외관을 구현하면서도 이에 따른 광량 저감을 방지 또는 최소화할 수 있다. 여기서, 패널 본체는, 태양 전지와, 태양 전지를 둘러싸서 밀봉하는 밀봉재와, 밀봉재 위에서 태양 전지의 전면 쪽에 위치하는 제1 커버 부재와, 밀봉재 위에서 태양 전지의 후면 쪽에 위치하는 제2 커버 부재를 포함할 수 있다. 그리고 전면 커버 부재가 제3 커버 부재를 구성할 수 있다.
여기서, 공간부의 두께가 제1 커버 부재와 제2 커버 부재 사이의 거리보다 클 수 있다. 예를 들어, 공간부의 두께가 제1 커버 부재의 두께보다 클 수 있다. 일 예로, 공간부의 두께가 2mm 내지 30mm일 수 있다.
본 실시예에서 제3 커버 부재의 복수의 부분이 서로 다른 광 투과도를 가질 수 있다. 여기서, 제3 커버 부재가 디자인부를 포함하는 그래픽 커버 부재로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제3 커버 부재가, 디자인부가 형성되는 유리 기판을 더 포함하고, 디자인부가 유리 기판의 일부에 위치하며 다른 일부에 위치하지 않아 광 투과부가 구비될 수 있다. 이때, 디자인부가 서로 실질적으로 동일한 형상 및 크기를 가지면서 균일한 간격으로 반복적으로 배치되는 복수의 디자인부를 포함하여 규칙 구조를 가질 수 있다.
일 예로, 제3 커버 부재가, 베이스 부재와, 베이스 부재의 일면 쪽에 위치하는 디자인부와, 베이스 부재의 타면에 형성되는 광학 코팅층을 포함할 수 있다.
본 실시예에서 디자인부가 산화물 세라믹 조성물로 구성되고, 제3 커버 부재가 디자인부가 일체화된 강화 유리 기판 또는 반강화 유리 기판으로 구성될 수 있다.
한편, 제1 커버 부재가 디자인부를 구비하지 않는 투명 유리 기판으로 이루어질 수 있다.
본 실시예에서 제1 커버 부재, 제2 커버 부재, 그리고 제3 커버 부재가 각기 유리 기판을 포함하여 적어도 3중 유리 구조를 가질 수 있다.
이때, 제3 커버 부재가 제1 또는 제2 커버 부재와 다른 두께, 특성, 또는 물질을 가질 수 있다. 예를 들어, 제3 커버 부재의 두께가 제1 커버 부재의 두께와 같거나 그보다 클 수 있다. 일 예로, 패널 본체의 두께가 제3 커버 부재의 두께와 같거나 이보다 클 수 있고, 제3 커버 부재의 두께에 대한 패널 본체의 두께의 비율이 1.5 이하일 수 있다. 그리고 제1 커버 부재의 두께가 제2 커버 부재의 두께와 같거나 그보다 작을 수 있다.
제1 커버 부재 또는 제3 커버 부재의 산화철 함량이 제2 커버 부재의 산화철 함량과 같거나 그보다 작을 수 있다. 일 예로, 제1 커버 부재 또는 제3 커버 부재의 산화철 함량이 150ppm 미만인 저철분 유리 기판을 포함하고, 제2 커버 부재가 판 유리 기판을 포함할 수 있다.
상술한 태양 전지 패널이 건물 일체형 구조를 가져 건물에 일체화되도록 설치될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 서로 다른 광학 특성을 가지는 복수의 부분을 포함하는 제3 커버 부재를 공간부를 사이에 두고 패널 본체와 이격하여 위치시켜, 공간부에 의한 광의 굴절, 반사, 산란 등을 유도하여 태양 전지로 입사되는 광량을 최대화할 수 있다. 본 실시예에서는 건물 일체형 구조를 가져 바닥면과 상대적으로 큰 각도를 가지면서 설치되어 광이 낮은 입사각으로 입사되는 태양 전지 패널에서 공간부에 의하여 저입사각 광을 태양 전지 패널의 내부로 충분히 입사시켜 광량을 증가시키는 것에 의하여 발전 효율을 향상할 수 있다. 특히, 제3 커버 부재가 디자인부를 구비하는 그래픽 커버 부재로 구성되는 경우에 제3 커버 부재를 공간부를 사이에 두고 패널 본체와 이격하도록 설치하여 디자인부에 의하여 태양 전지로 입사되는 광량이 저감되는 것을 효과적으로 방지 또는 최소화할 수 있다. 이에 의하여 디자인부 등에 의하여 태양 전지 패널이 원하는 외관을 가지면서도 태양 전지 패널의 출력을 우수하게 유지할 수 있다. 그리고 제1 및 제2 커버 부재 이외에 제3 커버 부재를 더 구비하여 태양 전지 패널의 내구성, 단열 특성 등을 향상할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지 패널의 광전 변환 장치로서의 특성을 최대화하면서 건축 자재로서의 특성을 향상할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널이 적용된 건물의 일 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 잘라서 본 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 패널을 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 4은 도 3의 IV-IV 선을 따라 잘라서 본 개략적인 단면도이다.
도 5는 도 3에 도시한 태양 전지 패널에 포함되는 제3 커버 부재의 일 예를 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 변형예에 따른 태양 전지 패널에 포함되는 제3 커버 부재의 다양한 예들을 도시한 평면도이다.
도 7은 종래의 건물 일체형 구조의 태양 전지 패널에서 광량이 충분하지 않은 이유를 설명하기 위한 모식도이다.
도 8의 (a) 및 (b)는 각기 본 실시예 및 비교예에 따른 건물 일체형 구조의 태양 전지 패널에서 광 경로를 도시한 모식도이다.
도 9는 본 실시예에 다른 태양 전지 패널에서 서로 다른 굴절률을 가지는 복수의 디자인부를 통과하는 광의 경로를 도시한 모식도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 패널을 도시한 개략적인 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 경우 뿐만 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. 본 명세서에서 "제1" 또는 "제2"의 표현은 서로 간의 구별을 위하여 사용된 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널이 적용된 건물의 일 예를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 잘라서 본 개략적인 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지 패널(100)은, 일 예로, 건물(1)의 외벽(예를 들어, 수직 벽체(3), 지붕면 등)에 적용되는 건물 일체형 구조를 가지는 태양 전지 패널일 수 있다. 특히, 본 실시예에서 태양 전지 패널(100)은 창호(5)를 제외한 부분에서 바닥 구조체(7)에 연결되는 외벽(예를 들어, 수직 벽체(3))의 일부를 구성하는 벽면 구조체로 사용될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 태양 전지 패널(100)이 창호(5)에 적용될 수도 있고, 건물(1)의 옥상, 또는 건물(1)이 아닌 다른 곳 등에 설치될 수도 있다. 이러한 태양 전지 패널(100)은 태양 전지(도 3의 참조부호 150)를 포함하여 태양으로부터 공급되는 태양광을 이용하여 전력을 생산할 수 있다.
본 실시예에서 태양 전지 패널(100)은 일정한 색상, 이미지, 패턴, 느낌, 질감 등을 가지거나 일정한 도형, 글자 등이 구비된 그래픽 커버 기판(일 예로, 제3 커버 부재(도 3의 참조부호 130))을 포함할 수 있다. 이와 같이 그래픽 커버 기판에서 색상 등을 구비하는 디자인부에 의하여 태양 전지 패널(100) 및 이를 포함하는 건물(1)의 심미성 및 외관을 향상할 수 있다. 그러면서도 그래픽 커버 기판에 의한 태양광의 손실이 크지 않도록 하여 태양 전지 패널(100)의 태양광 변환 효율의 감소를 최소화 또는 방지할 수 있도록 한다. 도 1 및 도 2와 함께 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 실시예에 따른 태양 전지 패널(100)을 좀더 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 패널(100)을 개략적으로 도시한 분해 사시도이고, 도 4은 도 3의 IV-IV 선을 따라 잘라서 본 개략적인 단면도이다. 그리고 도 5는 도 3에 도시한 태양 전지 패널(100)에 포함되는 제3 커버 부재(130)의 일 예를 도시한 평면도이다. 간략한 도시를 위하여 도 3에서는 제1 내지 제3 커버 부재(110, 120, 130), 그리고 고정 부재(144)를 대략적으로 도시하였으며, 도 4에서는 태양 전지(150)의 구조를 상세하게 도시하지 않았다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지 패널(100)은, 패널 본체(100a)와, 패널 본체(100a)의 전방에서 패널 본체(100a)와 공간부(S)를 사이에 두고 이격되어 위치하는 제3 커버 부재(130)를 포함한다. 이때, 제3 커버 부재(130)가 서로 다른 광학 특성을 가지는 복수의 부분을 가질 수 있다. 패널 본체(100a)는, 태양 전지(150)와, 태양 전지(150)를 둘러싸서 밀봉하는 밀봉재(140)와, 밀봉재(140) 위에서 태양 전지(150)의 전면 쪽에 위치하는 제1 커버 부재(110)와, 밀봉재(140) 위에서 태양 전지(150)의 후면 쪽에 위치하는 제2 커버 부재(120)를 포함할 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.
본 실시예에서 태양 전지(150)는, 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 광전 변환부와, 광전 변환부에 전기적으로 연결되어 전류를 수집하여 전달하는 전극을 포함할 수 있다. 예를 들어, 태양 전지(150)는 적어도 90nm 내지 1400nm(일 예로, 100nm 내지 1200nm)의 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 태양 전지(150)의 전면에는 광의 입사를 방지하기 위한 반사 방지막이 위치할 수 있는데, 반사 방지막에 의한 보강 간섭에 의하여 태양 전지(150)가 일정한 색상(예를 들어, 청색, 검은색 등)을 가질 수 있다. 일 예로, 반사 방지막은 증착 또는 스퍼터링에 의하여 형성될 수 있다. 또는, 반사 방지막 위에 성막, 인쇄, 스프레이 등으로 유기 염료 또는 무기 안료 등을 위치시켜 태양 전지(150)가 일정한 색상을 가지도록 할 수도 있다.
본 실시예에서는 태양 전지(150)가 서로 이격되면서 복수로 구비되며, 복수 개의 태양 전지(150)가 배선부(152, 155)에 의하여 전기적으로 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다. 일 예로, 복수의 태양 전지(150)가 배선재(152)에 의하여 직렬로 연결되어 제1 방향(도면의 z축 방향)을 따라 길게 연장되는 태양 전지 스트링을 구성할 수 있다. 그리고 태양 전지 스트링의 단부에 제1 방향과 교차하는 제2 방향(도면의 x축 방향)으로 연장되는 버스 리본(155)이 구비될 수 있다. 일 예로, 버스 리본(155)은 태양 전지 스트링의 배선재(152)의 양쪽 단부에 연결될 수 있다. 이러한 버스 리본(155)은, 제2 방향에서 인접하는 태양 전지 스트링을 직렬, 병결, 또는 직병렬로 연결하거나, 태양 전지 스트링을 전류의 역류를 방지하는 정션 박스에 연결할 수 있다.
배선부(152, 155)(특히, 버스 리본(155))은 1mm 이상의 폭을 가지는 광폭 부분을 가질 수 있는데, 이러한 광폭 부분이 외부에서 쉽게 인식되는 것을 방지할 수 있도록 착색 부재(160)가 구비될 수 있다. 착색 부재(160)는 특정한 색상(일 예로, 검은색, 회색, 또는 태양 전지(150)와 동일 또는 유사한 색상)을 가질 수 있고, 배선부(152, 155)의 광폭 부분과 다른 반사도를 가질 수 있다. 그리고 착색 부재(160)는 두께가 1mm 이하인 필름 형태, 시트 형태, 또는 테이프 형태로 구성되어 다양한 방법으로 원하는 위치에 위치할 수 있다. 착색 부재(160)의 크기, 형태, 배치, 고정 구조 등은 다양하게 변형될 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 태양 전지(150), 배선부(152, 155), 착색 부재(160) 등의 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 가지거나, 하나의 태양 전지(150)만이 구비되는 것도 가능하다. 그리고 배선재(152)로 리본, 와이어 등 태양 전지(150)를 연결할 수 있는 다양한 구조, 형상이 적용될 수 있고, 버스 리본(155)의 물질, 형상, 연결 구조 등이 다양하게 변형될 수 있다. 본 실시예는 각 태양 전지(150)에 사용되는 배선부(152, 155)의 개수, 구조, 형상 등에 한정되지 않는다.
밀봉재(140)는, 태양 전지(150)와 제1 커버 부재(110) 사이에 위치하는 제1 밀봉재(141) 및 태양 전지(150)와 제2 커버 부재(120) 사이에 위치하는 제2 밀봉재(142)를 포함할 수 있다. 제1 밀봉재(141)와 제2 밀봉재(142)는 수분과 산소의 유입되는 것을 방지하며 패널 본체(100a)의 각 요소들을 화학적으로 결합한다. 제1 및 제2 밀봉재(141, 142)는 투광성 및 접착성을 가지는 절연 물질로 구성될 수 있다. 일 예로, 제1 밀봉재(141)와 제2 밀봉재(142)로 에틸렌초산비닐 공중합체 수지(EVA), 폴리비닐부티랄, 규소 수지, 에스테르계 수지, 올레핀계 수지(예를 들어, 폴리올레핀) 등이 사용될 수 있다. 제1 또는 제2 밀봉재(141, 142)는 하나의 층 또는 둘 이상의 층을 포함할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제1 및 제2 밀봉재(141, 142)가 상술한 설명 이외의 다양한 물질을 포함할 수 있으며 다양한 형태를 가질 수 있다.
제1 커버 부재(110)는 밀봉재(140)(일 예로, 제1 밀봉재(141)) 상에 위치하여 패널 본체(100a)의 일면(일 예로, 전면)을 구성하고, 제2 커버 부재(120)는 밀봉재(140)(일 예로, 제2 밀봉재(142)) 상에 위치하여 패널 본체(100b) 또는 태양 전지 패널(100)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. 제1 커버 부재(110)는 태양 전지(150)로 입사되는 광을 차단하지 않도록 광이 투과할 수 있는 투광성을 가질 수 있다. 제2 커버 부재(120)는 투광성, 비투광성, 반투광성, 또는 반사 특성의 다양한 특성을 가질 수 있다.
예를 들어, 제1 커버 부재(110) 또는 제2 커버 부재(120)가 높은 광 투과도를 가지는 유리 기판으로 이루어질 수 있다. 일 예로, 제1 커버 부재(110) 또는 제2 커버 부재(120)(특히, 제1 커버 부재(110))가 일정한 색상 등을 가지는 착색부 또는 디자인부가 구비되지 않는 비착색 또는 투명 유리 기판으로 이루어질 수 있다. 좀더 구체적으로, 제1 커버 부재(110) 또는 제2 커버 부재(120)(특히, 제1 커버 부재(110))가 비착색 또는 투명 강화 또는 반강화 유리 기판으로 구성될 수 있다. 이에 의하면 우수한 투명도, 우수한 절연 특성, 안정성, 내구성, 내화성 등을 가져 광전 변환에 의하여 전기 에너지를 생성하는 광전 변환 장치로서의 역할 및 건축 자재로서의 역할을 모두 우수하게 수행할 수 있다. 제2 커버 부재(120)는 유리 기판을 포함하되 착색부(커버 부분)을 구비하는 착색 커버 기판으로 구성되거나, 유리 기판 이외의 물질을 포함하는 착색 커버 기판으로 구성될 수 있다. 제1 커버 부재(110) 또는 제2 커버 부재(120)에 대해서는 추후에 제3 커버 부재(130)를 설명한 이후에 좀더 상세하게 설명한다.
라미네이션 공정 등에 의하여 제2 커버 부재(120), 제2 밀봉재(142), 배선부(152, 155)가 연결된 태양 전지(150), 착색 부재(160), 제1 밀봉재(141), 제1 커버 부재(110)가 일체화되어 패널 본체(100a)를 구성할 수 있다. 도 4에서 제1 밀봉재(141)와 제2 밀봉재(142)가 일정한 경계를 가지는 것으로 도시하였으나, 실제로는 라미네이션 공정에 의하여 일체화되어 경계를 가지지 않고 일체화된 상태일 수 있다.
이러한 패널 본체(100a)의 전방(즉, 제1 커버 부재(110)의 전방)에 제3 커버 부재(130)가 공간부(S)를 사이에 두고 위치할 수 있다. 이에 의하여 제3 커버 부재(130)가 태양 전지 패널(100)의 최전방을 구성할 수 있다. 여기서, 제3 커버 부재(130)와 제1 커버 부재(110)(즉, 패널 본체(100a))의 사이에서 가장자리 부분에 고정 부재(144)가 위치하여 제3 커버 부재(130)와 제1 커버 부재(110)를 고정하면서 그 내부에 외부와 분리되어 밀봉되는 공간부(S)가 위치하게 된다.
고정 부재(144)는 제3 커버 부재(130)와 제1 커버 부재(110)의 가장자리를 고정할 수 있는 다양한 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 고정 부재(144)가 코킹 부재(145)와 스페이서(간봉)(146)을 포함할 수 있다. 스페이서(146)는 제3 커버 부재(130)와 제1 커버 부재(110)의 사이에 위치하여 제3 커버 부재(130)와 제1 커버 부재(110)를 일정한 간격으로 이격시켜 이들 사이에 일정한 두께를 가지는 공간부(S)가 위치할 수 있도록 한다. 스페이서(146)는 제3 커버 부재(130) 및 제1 커버 부재(110)의 휨 현상을 방지하는 역할을 할 수 있다. 스페이서(146)의 내부에는 습기를 흡습할 수 있는 흡습제, 건조제 등이 구비될 수도 있다. 스페이서(146)는 접착 물질 등을 구비하여 코킹 부재(145), 또는 제1 및/또는 제3 커버 부재(110, 130)에 접착 고정될 수 있다. 코킹 부재(145)는 제3 커버 부재(130)와 제1 커버 부재(110)를 서로 접착하여 고정하고 제3 커버 부재(130)와 제1 커버 부재(110) 사이에 위치한 공간부(S)를 외부 공간과 분리되도록 밀봉할 수 있다. 코킹 부재(145)는 다양한 접착 물질, 밀봉 물질 등을 포함할 수 있다. 일 예로, 코킹 부재(145)가 부틸 러버로 구성될 수 있다. 이러한 코킹 부재(145)는 외부의 수분 유입, 공간부(S)의 내부 기체 등의 누출을 방지하도록 형성되며, 하나 또는 복수의 부분으로 이루어질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 고정 부재(144)의 형상, 구조 등은 다양하게 변형될 수 있다.
이때, 공간부(S)는 진공으로 유지되거나, 또는 공간부(S)에 일정한 내부 기체(예를 들어, 불활성 기체, 일 예로, 아르곤 기체, 크립톤 기체 등)가 봉입될 수 있다. 이와 같이 제3 커버 부재(130)와 제1 커버 본체(110)(즉, 패널 본체(100a))의 사이에 공간부(S)가 위치하여 방음 특성, 단열 특성 등을 향상할 수 있다. 특히, 공간부(S)에 아르곤 기체, 크립톤 기체 등과 같은 불활성 기체가 구비되면, 외면을 구성하는 제3 커버 부재(130)와 내부에 위치하는 제1 커버 부재(110)의 온도차에 의하여 발생되는 열 교환 현상을 효과적으로 방지할 수 있다. 이에 의하여 결로 현상 및 냉복사 현상을 억제하여 단열 성능을 향상할 수 있다. 일 예로, 아르곤 기체는 공기보다 밀도가 높고 열 전도율이 낮으며 압력이 높아 대류 현상을 감소시키고 열 전도율을 저하시키므로, 공간부(S)에 아르곤 기체가 주요 물질(가장 큰 부피로 포함되는 물질)로 구비되면 단열 성능을 크게 향상할 수 있다. 그리고 공간부(S)에 아르곤 기체와 함께 크립톤 기체를 포함하여 밀도를 좀더 향상할 수 있다.
그리고 공간부(S)는, 상술한 바와 같이 건축 자재로서의 특성을 향상하는 역할과 함께, 패널 본체(100a)의 전면에 위치하여 광의 굴절, 반사, 산란 등을 유도하여 패널 본체(100a)로 입사되는 광을 증가시켜 태양 전지 패널(100)의 광전 변환 효율을 향상하는 광학 부재로서의 역할을 할 수 있다. 특히, 본 실시예에서와 같이 제3 커버 부재(130)가 서로 다른 광학 특성(일 예로, 서로 다른 광 투과도)를 가지는 복수의 부분을 포함하거나 또는 디자인부(일 예로, 착색부)(134)를 구비하는 그래픽 커버 기판으로 구성되는 경우에 제3 커버 부재(130)를 패널 본체(100a)의 전방에서 공간부(S)를 사이에 두고 위치시켜 태양 전지 패널(100)의 출력 저감을 방지 또는 최소화하는 광학 부재로서의 역할이 배가될 수 있다. 이에 대해서는 추후에 좀더 상세하게 설명한다.
본 실시예에서 패널 본체(100a)의 전방에 위치하는 제3 커버 부재(130)가 서로 다른 광학 특성(일 예로, 서로 다른 광 투과도)를 가지는 복수의 부분을 포함할 수 있다. 이와 같이 제3 커버 부재(130)가 서로 다른 광 투과도를 가지는 복수의 부분을 구비하면, 상대적으로 광 투과도가 낮은 저투과도 부분으로 입사되는 광량이 저감되어 태양 전지 패널(100)의 출력이 저하될 수 있다.
본 실시예에서 제3 커버 부재(130)가 디자인부(134)를 구비하여 일정한 디자인, 이미지, 패턴, 느낌, 광택, 질감 등을 표현하여 원하는 외관을 가지도록 하는 그래픽 커버 부재 또는 그래픽 커버 기판일 수 있다. 이에 의하여 태양 전지 패널(100)가, 원하는 색상, 이미지 등을 구현하거나, 목재, 나뭇잎, 석재, 목탄, 벽돌, 콘크리트, 건축 패널 등의 다양한 외관을 가지도록 할 수 있다. 이에 따라 태양 전지 패널(100)의 심미성 및 외관을 향상할 수 있다. 또한, 제3 커버 부재(130)가 디자인부(134)를 구비하여 태양 전지(150) 또는 이에 연결되는 배선부(152, 155)가 명확하게 인식되는 것을 방지하는 역할을 주로 수행하는 착색 커버 기판의 역할도 함께 수행할 수 있다.
일 예로, 평면 상에서 제3 커버 부재(130)의 일부에 일정한 색상, 명도, 채도, 광택, 질감 등을 가지는 디자인부(134)가 형성되고, 다른 일부에는 디자인부(134)가 형성되지 않을 수 있다. 즉, 디자인부(134)가 평면 상에서 제3 커버 부재(130)에 부분적으로 형성될 수 있다. 이에 따라 디자인부(134)가 형성된 부분 및 디자인부(134)가 형성되지 않은 부분이 서로 다른 광 투과도를 가지는 복수의 부분을 구성하고, 디자인부(134)가 형성되지 않은 부분이 상대적으로 낮은 광 투과도를 가지는 저투과도 부분일 수 있다.
좀더 구체적으로, 디자인부(134)는 특정한 형상 등을 구현하기 위한 다양한 형상을 가질 수 있다. 일 예로, 디자인부(134)는 디자인부(134)가 형성된 커버 영역(CA)에서 규칙 구조를 가질 수 있다. 여기서, 커버 영역(CA)이라 함은 일정한 색상, 이미지, 패턴, 느낌, 질감 등을 구현할 수 있도록 동일한 색상, 이미지, 패턴, 느낌, 질감 등을 가진다고 인식되는 영역을 의미한다.
도 5의 (a)에 도시한 바와 같이 커버 영역(CA)에서 복수의 디자인부(134)가 서로 실질적으로 동일한 형상 및 크기를 가지면서 균일한 간격으로 반복적인 배치 형태를 가지도록 위치하면 규칙 구조를 가진 것으로 볼 수 있다. 도 5의 (a)에 도시한 같이 커버 영역(CA)의 전체 영역에서 디자인부(134)가 균일한 간격을 가지는 규칙 구조를 가지면서 복수로 위치하면서 일정 면적 비율 이상 형성되면, 일정한 거리만큼 떨어져서 보면 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이 복수의 디자인부(134)가 위치한 커버 영역(CA)이 전체적으로 일정한 형상을 가지는 하나의 영역으로 인식될 수 있다.
디자인부(134)의 크기, 커버 영역(CA)의 총 면적에 대한 디자인부(134)의 총 면적의 비율, 디자인부(134)의 간격 등은 일정 거리(일 예로, 1m)를 두고 복수의 디자인부(134)를 바라보면 하나의 영역으로 인식될 수 있는 다양한 값을 가질 수 있다. 커버 영역(CA)을 구성하는 디자인부(134)는 원형, 타원형, 다각형(삼각형, 사각형 등), 스트라이프 형상, 체크 무늬 형상, 불규칙한 형상, 또는 이들의 조합으로 구성되는 다양한 형상을 가질 수 있다. 이에 의하면 복수의 디자인부(134) 사이에 위치한 높은 광 투과도의 베이스 부재(132)로 구성된 광 투과부(LTA)를 통하여 태양광은 큰 손실 없이 제3 커버 부재(130)를 통과하여 태양 전지(150)에 전달될 수 있다. 이에 따라 건물(1)의 외관을 조망하기에 충분한 거리에서 태양 전지 패널(100)을 본 경우에 디자인부(134)이 규칙 구조에 의하여 건물(1)의 외관을 향상하면서도 출력은 크게 줄지 않도록 할 수 있다.
다른 예로, 디자인부(134)가 평면 상에서 제3 커버 부재(130)의 일부에 위치하며 일정한 색상, 명도, 채도, 광택, 질감 등을 가지는 제1 디자인부, 그리고 평면 상에서 제3 커버 부재(130)의 다른 일부에 위치하며 이와 다른 색상, 명도, 채도, 광택, 질감 등을 가지는 제2 디자인부를 포함할 수 있다. 그리고 제3 커버 부재(130)가 경우에 따라 또 다른 디자인부(134), 및/또는 디자인부(134)가 형성되지 않은 부분을 더 구비할 수 있다. 이에 따라 제1 디자인부, 제2 디자인부, 또 다른 디자인부(134)가 형성된 부분, 및/또는 디자인부(134)가 형성되지 않은 부분이 서로 다른 광 투과도를 가지는 복수의 부분을 구성하고, 복수의 부분 중 상대적으로 낮은 광 투과도를 가지는 디자인부(134)가 형성된 부분이 저투과도 부분을 구성할 수 있다. 또는, 동일한 특성의 디자인부(134)의 두께를 얇게 형성한 부분과 두껍게 형성한 부분을 구비하여 서로 다른 광 투과도를 가지는 복수의 부분을 구성하고, 두께가 두꺼운 부분이 저투과도 부분을 구성할 수도 있다. 이러한 구조에서는 디자인부(134)가 제3 커버 부재(130) 또는 커버 영역(CA)의 일부에 형성될 수도 있고, 디자인부(134)가 제3 커버 부재(130) 또는 커버 영역(CA)의 전체 영역에 형성될 수도 있다. 디자인부(134)가 제3 커버 부재(130) 또는 커버 영역(CA)의 전체 영역에 형성된 것도 규칙 구조를 가지는 것으로 볼 수 있다.
본 실시예에서 제3 커버 부재(130) 또는 커버 영역(CA)의 전체 면적에 대한 복수의 디자인부(134)의 전체 면적의 비율이 5% 내지 100%일 수 있다. 예를 들어, 제3 커버 부재(130) 또는 커버 영역(CA)의 전체 면적에 대한 복수의 디자인부(134)의 전체 면적의 비율이 99% 이하(즉, 5% 내지 99%, 예를 들어, 10% 내지 90%, 일 예로, 50 내지 80%)일 수 있다. 이러한 범위에서 디자인부(134)가 구비되어도 태양 전지 패널(100)로 입사되는 광의 균일도를 향상할 수 있다. 그리고 이러한 범위 내에서 디자인부(134)를 가진 제3 커버 부재(130)가 구비되는 경우에도 공간부(S)에 의하여 태양 전지 패널(100)의 출력 저감을 방지하는 효과가 충분할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 태양 전지 패널(100)의 설치 장소, 디자인부(134)의 색상, 형상 등에 따른 태양 전지 패널(100)의 외관 및 출력을 고려하여 디자인부(134)의 총 면적 비율이 다양한 값을 가질 수 있다. 일 예로, 인접한 두 개의 디자인부(134) 사이의 간격(최소 간격)이 2mm 내지 161mm일 수 있다. 상술한 간격이 2mm 미만이면, 디자인부(134) 사이로 입사되는 광량이 충분하지 않거나 광 경로를 제어하는 데 효과적이지 않을 수 있다. 상술한 간격이 161mm를 초과하면, 광 경로를 제어하는 데 효과적이지 않거나 디자인부(134)에 의한 외관 구현의 선명도, 해상도 등이 저하될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 디자인부(134) 사이의 간격, 디자인부(134) 크기 등은 다양하게 변형될 수 있다.
그리고 상술한 설명 및 도 5에서는 디자인부(134)가 커버 영역(CA) 내에서 규칙 구조를 가진 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 디자인부(134)가 커버 영역(CA)의 내부에서, 균일하지 않은 간격을 가지면서 위치하거나, 배치 형태의 규칙을 찾기 어렵거나, 균일한 형상을 가지지 않는 등 불규칙 구조를 가질 수도 있다. 그리고 도 6에 도시한 바와 같이, 각 디자인부(134)가 하나의 커버 영역(CA)을 구성하여 이미지, 패턴, 형상 등을 구현하되 디자인부(134) 또는 커버 영역(CA)이 평면 상에서 제3 커버 부재(130)에 부분적으로 형성될 수도 있다.
본 실시예에서 제3 커버 부재(130)가, 베이스 부재(132)와, 베이스 부재(132)의 일부에 위치하여 일정한 색상, 명도, 채도, 광택, 질감 등을 가지도록 형성되는 디자인부(134)를 포함할 수 있다.
여기서, 베이스 부재(132)가 높은 광 투과도를 가지는 유리 기판으로 이루어질 수 있다. 좀더 구체적으로, 베이스 부재(132)가 강화 또는 반강화 유리 기판으로 구성될 수 있다. 본 실시예에서는 우수한 강도를 가지는 강화 또는 반강화 유리 기판으로 구성되는 베이스 부재(132)를 포함하는 제3 커버 부재(130)를 더 포함하여, 안정성, 내구성, 내화성 등을 향상하여 건축 자재로서의 역할을 좀더 안정적으로 수행할 수 있다.
디자인부(134)는 태양 전지 패널(100)이 원하는 색상, 이미지, 패턴 등을 가지도록 백색, 회색, 검은색 등의 무채색, 또는 빨간색, 노란색, 초록색, 파란색 등과 같은 유채색, 투명 또는 반투명 특성, 무광택 또는 유광택 특성, 유리 기판 등으로 구성된 베이스 부재(132)와 다른 특성을 단독 또는 조합으로 가질 수 있다.
본 실시예에서는 디자인부(134)가 산화물 세라믹 조성물로 구성된 것을 예시하였다. 예를 들어, 베이스 부재(132)를 구성하는 유리 기판 위에 세라믹 프릿(유리 프릿), 색소, 수지 등을 포함하는 디자인 형성층을 형성한 후에 유리 기판을 강화 또는 반강화하는 유리 강화 공정을 수행하여 디자인부(134)를 형성할 수 있다. 이에 따라 제3 커버 부재(130)는 두께 방향의 일부분에 산화물 세라믹 조성물로 구성된 디자인부(134)가 일체화된 강화 또는 반강화 유리 기판(일 예로, 착색 강화 또는 반강화 유리 기판)으로 구성될 수 있다. 이에 의하면, 디자인부(134)가 베이스 부재(132)와 일체화되어 형성되어 물리적 내구성 및 화학적 내구성이 우수할 수 있다.
좀더 구체적으로, 제3 커버 부재(130)를 형성하는 유리 강화 공정에서 베이스 부재(132)의 내부로 산화물 세라믹 조성물을 구성하는 세라믹 프릿, 색소 등이 확산 및 침투하여 유리 기판을 구성하는 물질과 혼합되는 조성 구배 부분(composition gradient portion)으로 구성된 디자인부(134)를 형성하면서 베이스 부재(132)와 일체화되어 형성될 수 있다. 상술한 제조 공정에 의하면, 베이스 부재(132)와 디자인부(134) 사이의 경계가 불분명한 경계로 구성되되 베이스 부재(132)와 디자인부(134)가 일체화된 형태를 가질 수 있다. 여기서, 불분명한 경계라 함은 베이스 부재(132)(일 예로, 유리 기판을 구성하는 물질)에 포함된 물질과 디자인부(134)를 구성하는 산화물 세라믹 조성물에 포함된 물질이 혼재되어 조성이 변하는 조성 구배 부분(혼재 부분, 중간 부분, 또는 천이 부분)가 일정 두께 이상(일 예로, 50nm 이상) 으로 존재하는 것을 의미할 수 있다. 베이스 부재(132)와 조성 구배 부분이 적어도 하나의 동일한 물질을 포함하면서 조성이 일부 다른 부분이며 조성 구배 부분과 디자인부(134)가 적어도 하나의 동일한 물질을 포함하며 조성이 일부 다른 부분인 바, 베이스 부재(132)와 디자인부(134)가 조성 구배 부분에 의하여 서로 일체화된 형태를 가질 수 있다.
좀더 구체적으로, 디자인부(134)는 비정질 상태의 유리 구조를 가지는 산화물 세라믹 조성물로 구성될 수 있다. 예를 들어, 디자인부(134)가 유리질 산화물 세라믹 조성물(glassy oxide ceramic composition)로 구성될 수 있다. 이러한 디자인부(134)는, 세라믹 프릿 및/또는 색소에 포함된 복수의 금속과 비금속(일 예로, 산소)를 포함하는 금속 화합물(일 예로, 금속 산화물)을 복수로 포함하여 형성되어, 복수의 금속과 산소를 포함하는 불규칙 망목 구조를 가지는 산소 다면체, 유리 구조, 불규칙 망목 구조 등을 가질 수 있다. 디자인부(134)가 산화물 세라믹 조성물로 구비되었는지 여부는 광전자 분석(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS) 등에 의하여 판별할 수 있다.
상술한 산화물 세라믹 조성물은 일반적인 산화물 세라믹을 형성하는 온도보다 낮은 온도에서 열처리하여 형성되어 비정질 상태의 유리 구조를 가질 수 있다. 비정질 상태의 유리 구조를 가지는 산화물 세라믹 조성물은 결정질 부분을 포함하지 않거나 부분적으로만 포함할 수 있다. 예를 들어, 비정질 상태의 유리 구조를 가지는 산화물 세라믹 조성물에는, 비정질 부분이 결정질 부분과 같거나 그보다 많이 포함될 수 있고, 특히, 비정질 부분이 결정질 부분보다 많이 포함될 수 있다. 일 예로, 비정질 상태의 유리 구조를 가지는 산화물 세라믹 조성물은 결정화도가 50% 이하(좀더 구체적으로, 50% 미만, 일 예로, 20% 이하)일 수 있다. 참조로, 기존에 사용하던 일반적인 산화물 세라믹이라 함은 이온 결합, 공유 결합, 또는 이들의 결합이 혼재된 산화물로서 고온 및 고압에서 생성된 무기질 비금속 재료를 의미한다. 이러한 산화물 세라믹은 850
Figure pat00001
이상(예를 들어, 1400
Figure pat00002
부근)의 높은 온도, 그리고 높은 압력 하에서 열처리되어 대부분이 결정화된 상태를 가진다.
이러한 디자인부(134)는 세라믹 프릿을 기본 물질(일 예로, 가장 많이 포함된 물질, 50 중량부 이상으로 포함된 물질)로 포함할 수 있다. 그리고 디자인부(134)는, 필요에 따라 첨가된 색소, 첨가제 등을 더 포함할 수 있다. 그리고 유리 강화 단계에서 디자인 형성층에 포함된 수지가 휘발될 수 있으므로 디자인부(134)는 수지를 포함하지 않거나 포함하지 않을 수 있다. 디자인부(134)에 색소가 포함되는 경우에도 디자인부(134)의 세라믹 프릿과 색소의 구별이 명확하지 않을 수 있다. 예를 들어, 색소로 포함된 물질의 금속이 세라믹 프릿을 구성하는 산소 다면체, 유리 구조, 불규칙 망목 구조 등의 금속으로 포함된 형태로 존재할 수 있다. 이와 같이 디자인부(134)에 포함된 세라믹 프릿 등은 다양한 성분 분석 방법(예를 들어, 주사전자현미경-에너지 분산형 분광 분석법(SEM-EDX) 등)에 의하여 판별될 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 디자인부(134)는 산화물 세라믹 조성물(특히, 비정질 상태의 유리 구조를 가지는 산화물 세라믹 조성물)로 구성되어 파장에 따른 특정한 광 투과도 형태, 다른 부분보다 큰 표면 거칠기 등을 가져 디자인부(134)에 의하여 광 투과도가 다소 낮아지더라도 태양 전지 패널(100)의 출력이 저하되는 것을 방지 또는 최소화할 수 있다. 이러한 디자인부(134)의 굴절률이 1.0을 초과하며 5.0 이하일 수 있다. 일 예로, 디자인부(134)는 베이스 부재(132) 또는 밀봉재(140)보다 큰 굴절률(일 예로, 1.48 이상의 굴절률)을 가질 수 있다. 이에 의하여 자외선 영역의 광에 대한 평균 광 투과도(즉, 제3 투과도)를 낮춰 자외선에 의하여 발생할 수 있는 문제를 최소화할 수 있다. 이러한 디자인부(134)의 굴절률은 디자인부(134)의 물질, 제조 방법 등에 의하여 조절 또는 제어될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 디자인부(134)의 굴절률이 다양하게 변형될 수 있다.
본 실시예에서 비정질 상태의 유리 구조를 가지는 산화물 세라믹 조성물로 구성된 디자인부(134)에서는, 적외선 영역의 광에 대한 평균 광 투과도인 제1 투과도가 가시광선 영역의 광에 대한 평균 광 투과도인 제2 투과도와 같거나 그보다 더 크다. 특히, 제1 투과도가 제2 투과도보다 클 수 있다. 그리고 비정질 상태의 유리 구조를 산화물 세라믹 조성물로 구성된 디자인부(134)는, 적외선 영역 및 가시광선 영역의 광 각각에 대한 평균 광 투과도인 제1 및 제2 투과도보다 자외선 영역의 광에 대한 평균 광 투과도인 제3 투과도가 더 작을 수 있다. 이는 디자인부(134)가 세라믹 프릿, 색소, 첨가제 등을 포함하여 유리 기판으로 구성된 베이스 부재(132)보다 높은 굴절률을 가지며 물질에 따라 유리 기판으로 구성된 베이스 부재(132)보다 높은 흡광 계수를 가지기 때문이다. 여기서, 자외선 영역의 광은 100nm 내지 380nm의 파장을 가지는 광, 가시광선 영역의 광은 380nm 내지 760nm의 파장을 가지는 광, 적외선 영역의 광은 760nm 내지 1200nm의 파장을 가지는 광으로 정의될 수 있다. 그리고 평균 광 투과도는 베이스 부재(132)의 광 투과도를 반영하지 않도록 정규화된 광 투과도(normalized transmittance)의 평균으로 정의될 수 있다.
색상에 따라 차이가 있으나 제1 투과도가 제2 투과도와 같거나 그보다 큰 경향성은 그대로 유지한다. 이러한 경향성은 유리 강화 단계에서의 열처리 온도, 냉각 속도 등에 의하여 구현될 수 있다.
상술한 바와 같이 제1 투과도가 제2 투과도와 같거나 그보다 크면, 디자인부(134)가 구비되어도 제3 커버 부재(130)를 통과하여 태양 전지(150)에 도달하는 광 중에서 적외선 영역의 광의 양이 가시광선 영역의 광의 양과 같거나 그보다 클 수 있다. 이에 따라 디자인부(134)에 의하여 광 투과도가 다소 저하되는 경우에도 적외선 영역의 광이 태양 전지(150)에 많이 도달하여 이를 효과적으로 사용할 수 있다. 특히, 적외선 영역의 광에서 단결정 실리콘을 기반으로 하는 태양 전지(150)의 스펙트럼 응답(즉, 광의 특정 파장에서 생성되는 단락 전류 밀도(Isc) 또는 출력) 및 양자 효율이 높다. 이에 따라 디자인부(134)에 의하여 광 투과도가 다소 저하되는 경우에도 적외선 영역의 광을 효과적으로 사용할 수 있다. 이에 의하여 디자인부(134)가 형성되어도 태양 전지(150)의 광전 변환 효율 또는 태양 전지 패널(100)의 출력이 높은 값을 유지할 수 있다.
자외선 영역의 광은 스펙트럼 응답 및 양자 효율이 매우 낮은 값을 가져 태양 전지(150)의 광전 변환 효율, 그리고 태양 전지 패널(100)의 출력에 기여하는 바가 크지 않다. 그리고 자외선 영역의 광은 높은 광자 에너지(photon energy)를 가져 태양 전지(150), 밀봉재(140) 등의 변형, 특성 변화 등을 일으킬 수 있다. 본 실시예에서는 디자인부(134)가 자외선 영역의 광을 산란, 차단, 또는 흡수하여, 자외선 영역의 광의 광 투과도를 낮추는 역할을 한다. 이에 따라 태양 전지(150)의 광전 변환 효율, 태양 전지 패널(100)의 출력에는 큰 영향을 미치지 않으면서 자외선에 의하여 발생할 수 있는 태양 전지(150), 밀봉재(140) 등의 변형, 특성 변화 등을 최소화할 수 있다.
예를 들어, 본 실시예에서 디자인부(134)는, 제1 투과도가 제2 투과도보다 2% 이상 더 클 수 있다. 또는, 제1 투과도와 제2 투과도 사이의 제1 차이가 제2 투과도와 제3 투과도 사이의 제2 차이보다 클 수 있다. 이러한 경우에 태양 전지 패널(100)에서 적외선 영역의 광을 좀더 효과적으로 사용할 수 있다. 상술한 광 투과도는 다양한 방법에 의하여 측정될 수 있는데, 수직광의 투과도(정상 투과도)(normal transmittance)와 산란광의 투과도(확산 투과도)(diffused transmittance)를 모두 측정할 수 있는 방법으로 측정될 수 있다. 예를 들어, ISO 9050:2003, BS EN 14500:2008 등과 같은 표준 측정 방법에 의하여 광 투과도를 측정할 수 있다.
그리고 본 실시예에서 디자인부(134)는 기포(134V)를 구비하여 다공성을 가질 수 있다. 기포(134V)는 디자인부(134)를 형성하기 위한 열처리 공정(일 예로, 유리 강화 단계)에서 수지 또는 첨가제가 휘발하는 부분에 위치할 수 있다. 이와 같이 디자인부(134)가 기포(134V)를 구비하면, 기포(134V)에 의하여 반구형 투과 형태를 가지도록 광이 산란될 수 있다. 그리고 기포(134V)가 위치한 부분에서 디자인부(134)와 베이스 부재(132)가 불분명한 경계를 가지면서 큰 표면 거칠기를 가질 수 있어 광의 산란을 유도할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지 패널(100)의 내부 쪽으로 향하는 광을 산란시켜 태양 전지(150)로 입사되는 광량을 증가시킬 수 있으며, 태양 전지 패널(100)의 외부 쪽으로 광을 산란시켜 눈부심 방지(anti-glare) 특성을 향상할 수 있다. 일 예로, 디자인부(134)가 태양 전지들(150) 사이에 대응하는 부분(즉, 비유효 영역)에 위치하거나 0.1um 이상의 크기를 가지는 기포(134V)가 구비될 수 있다. 그러면, 디자인부(134) 또는 기포(134V)에 의한 광 산란에 의한 효과를 최대화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 디자인부(134)가 기포(134V)를 구비하지 않을 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
일 예로, 디자인부(134)는 20um 이하의 두께를 가질 수 있고, 1um 이상의 두께를 가질 수 있다. 디자인부(134)의 두께가 20um를 초과하면, 광 투과도가 전체적으로 저하될 수 있으며 디자인부(134)의 박리, 균열 등의 현상이 발생할 수 있다. 또한, 디자인부(134)가 유리 강화 단계에서 인장 응력(tensile stress)를 완화하는 역할을 할 수 있어 디자인부(134)의 두께가 커지면 베이스 부재(132)의 강화가 원하는 대로 이루어지지 않도록 할 수 있다. 디자인부(134)의 두께가 1um 미만이면, 원하는 외관을 구현하는데 어려움이 있을 수 있고 색소를 포함하는 경우에 색소의 밀집도가 저하되어 원하는 색상을 나타내기 어려울 수 있다. 일 예로, 디자인부(134)에 의한 효과를 충분하게 구현할 수 있도록 디자인부(134)의 두께가 4um 이상일 수 있고, 디자인부(134)의 제조 공정을 단순화하고 재료 비용을 절감하기 위하여 디자인부(134)의 두께가 15um 미만(일 예로, 10um 이하)일 수 있다. 이때, 디자인부(134)의 두께가 15um 미만이면 디자인부(134)의 유무, 디자인부(134)의 색상 등에 따른 광 투과도 차이를 최소화하여 다양한 형상, 색상 등을 가지는 디자인부(134)를 구비하는 경우에도 전체적으로 균일하게 광이 입사되도록 할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 색상에 따라 디자인부(134)의 두께를 조절할 수 있는데, 일 예로, 디자인부(134)가 상대적으로 낮은 광 투과도를 가지는 백색을 가지는 경우에는 다른 색상의 디자인부(134)보다 작은 두께를 가질 수 있다.
상술한 바와 같이 디자인부(134)가 산화물 세라믹 조성물로 구성되면, 적외선 광의 효과적 이용, 기포(134V) 및/또는 상대적으로 큰 표면 거칠기에 의한 광 산란 등에 의하여 태양 전지 패널(100)의 출력을 우수하게 유지하면서도 원하는 외관을 구현할 수 있다. 일 예로, 디자인부(134) 또는 이를 구비하는 제3 커버 부재(130)의 380nm 내지 1200nm의 파장을 가지는 광에 대한 광 투과도가 5% 이상(일 예로, 10% 내지 99%, 좀더 구체적으로, 20% 내지 99%)일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 디자인부(134)의 색상, 물질, 형성 면적 등에 따라 제3 커버 부재(130)의 광 투과도가 다양한 값을 가질 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 그래픽 커버 부재를 구성하는 제3 커버 부재(130) 또는 이에 포함된 디자인부(134)가 상술한 바와 다른 다양한 구조, 물질 등을 가져 원하는 색상 등이 구현될 수 있다.
도 4에서는 디자인부(134)가 제3 커버 부재(130)의 외면 쪽에 위치하고 디자인부(134)가 형성되지 않은 내면에 광 확산부(LD) 또는 요철이 위치하는 것을 도시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 디자인부(134)가 제3 커버 부재(130)의 내면 쪽에 위치하거나, 내면 및 외면 쪽에 모두 위치할 수 있다. 그리고 광 확산부(LD) 또는 요철이 제3 커버 부재(130)의 외면에 위치하거나, 내면 및 외면 쪽에 모두 위치하거나, 디자인부(134)가 형성된 면에 위치할 수 있다. 또는 광 확산부(LD) 또는 요철이 형성되지 않을 수도 있다. 그리고 제3 커버 부재(130)의 외면에 디자인부(130), 광 확산부(LD), 요철 등을 덮는 방오염층, 보호층, 반사 방지층 등이 더 구비될 수도 있다.
광 확산부(LD)는 광을 확산시켜 태양 전지(150) 등의 인식을 최대한 방지하고 디자인부(134)에 의한 색상 등의 통일성을 개선할 수 있다. 요철은 스크래치에 의한 손상 등을 방지하기 위하여 형성되거나 반사 방지 또는 미관 향상 등의 역할을 위하여 형성될 수 있다. 그리고 광 확산부(LD) 또는 요철이 밀봉재(140)에 접하여 형성되면 밀봉재(140)와의 접착 면적의 증가시켜 접착력을 향상하는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 광 확산부(LD) 또는 요철이 10 내지 500um의 크기를 가질 수 있으며, 라운드진 형상(일 예로, 구형의 일부에 대응하는 형상), 각진 형상, 피라미드 형상 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 상술한 광 확산부(LD) 또는 요철이 양각 형상으로 돌출된 형상을 가질 수 있고, 음각 형상으로 오목한 형상을 가질 수도 있다. 이러한 광 확산부(LD) 또는 요철은 서로 실질적으로 동일한 형상 및 크기를 가지면서 균일한 간격으로 반복적인 배치 형태를 가지도록 위치한 규칙 구조를 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 본 실시예에서는 패널 본체(100a)를 구성하는 제1 및 제2 커버 부재(110, 120) 이외에, 패널 본체(100a)의 전방에서 공간부(S)를 사이에 두고 위치하는 제3 커버 부재(130)를 포함한다. 좀더 구체적으로는, 패널 본체(100a)를 구성하며 각기 유리 기판으로 구성되는 제1 및 제2 커버 부재(110, 120) 이외에, 패널 본체(100a)의 전방에서 공간부(S)를 사이에 두고 위치하며 유리 기판으로 구성되는 베이스 부재(132)를 포함하는 제3 커버 부재(130)를 포함한다. 이에 의하여 태양 전지 패널(100)이 적어도 3개의 유리 기판이 구비되는 적어도 3중 유리 구조를 가질 수 있다. 본 실시예에서는 3개의 유리 기판이 구비되는 3중 유리 구조를 가지는 것을 예시하였으나, 유리 기판이 추가로 구비되는 것도 가능하다.
이와 같이 건물 일체형 구조를 가지는 태양 전지 패널(100)이 적어도 3중 유리 구조를 구비하여 우수한 내구성, 강도, 단열성, 방음성 등을 가져 건축 자재로서 우수한 특성을 가질 수 있다.
여기서, 제1 커버 부재(110), 제2 커버 부재(120), 제3 커버 부재(130)는 서로 다른 역할을 수행한다. 제1 커버 부재(110)는 밀봉재(140)에 의하여 태양 전지(150)와 일체화되면서 태양 전지(150)의 전면 위에 위치하여 태양 전지(150)를 보호하는 밀봉 커버 부재로서의 역할과 함께 광이 대체로 입사되는 수광 부재로서의 역할을 수행한다. 제2 커버 부재(120)는 밀봉재(140)에 의하여 태양 전지(150)와 일체화되면서 태양 전지(150)의 후면 위에 위치하여 태양 전지(150)를 보호하는 밀봉 커버 부재로서의 역할과 함께 후방 쪽 외면을 구성하여 외부 충격 등을 방지하는 외면 부재로서의 역할을 수행한다. 그리고 제3 커버 부재(130)는 태양 전지(150) 또는 이를 포함하는 패널 본체(100a)와 이격하여 이의 전방 쪽 외면을 구성하여 외부 충격 등을 방지하는 외면 부재로서의 역할과 함께 광이 대체로 입사되는 수광 부재로서의 역할을 수행한다. 또한, 제3 커버 부재(130)는 서로 다른 광 투과도를 가지는 복수의 부분을 구비하여 원하는 외관을 구현하는 그래픽 커버 부재로서의 역할을 한다.
여기서, 그래픽 커버 부재인 제3 커버 부재(130)가 패널 본체(100a)와 별개로 위치하여(특히, 공간부(S)를 사이에 두고 패널 본체(100a)와 이격하도록 위치하여) 제3 커버 부재(130)에 의하여 태양 전지 패널(100)의 출력이 감소하는 것을 방지할 수 있다.
좀더 구체적으로, 디자인부(134) 등이 형성된 제3 커버 부재(130)가 공간부(S)을 사이에 두고 패널 본체(100a)와 이격하여 위치하므로, 공간부(S)가 디자인부(134)의 외곽 부분(즉, 광 투과부(LTA))을 통하여 입사된 광의 굴절, 반사, 산란 등을 유도하여 광 경로를 증가시킬 수 있다. 즉, 디자인부(134)가 구비된 경우에도 디자인부(134)의 외곽 부분을 통하여 입사된 광이 공간부(S)에 의하여 굴절, 반사, 또는 산란되어 디자인부(134)에 직접 대응하는 제1 커버 부재(110)의 부분을 통하여 광이 입사되도록 할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지(150)에 입사되는 광량을 증대할 수 있다. 특히, 건물 일체형 구조의 태양 전지 패널은 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이 태양광의 입사 방향과 무관하게 바닥면과 40도 이상의 각도(일 예로, 바닥면과 실질적으로 직각의 각도)로 설치되어, 종래의 건물 일체형 구조의 태양 전지 패널에서는 저입사각 광이 많아 태양 전지 패널의 내부로 입사하는 광량이 충분하기 어려웠다. 이에 따라 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이 태양광의 입사 방향을 고려하여 바닥면과 경사지게 설치된 경우에 비하여, 종래의 건물 일체형 구조의 태양 전지 패널에 입사되는 광량이 작아 발전 효율이 낮았다.
본 실시예에서는, 도 8의 (a)에 도시한 바와 같이, 공간부(S)에 의하여 내부 산란 효과를 크게 증가시켜 태양 전지(150)로 입사되는 광량 저감을 효과적으로 방지 또는 최소화할 수 있다. 좀더 구체적으로, 도 8의 (a)에서 화살표로 표시한 바와 같이, 디자인부(134) 사이 또는 디자인부(134)를 통하여 입사된 입사광이 제3 커버 부재(130)와 공간부(S)의 경계, 그리고 공간부(S)의 제1 커버 부재(110)의 경계에서 굴절, 반사, 또는 산란되면서 태양 전지(150)로 입사되는 광량이 증가하게 된다. 특히, 공간부(S)에 의한 내부 산란 효과에 의하여 저입사각의 광이 태양 전지 패널(100)의 내부로 효과적으로 입사될 수 있다. 이에 따라 태양 전지 패널(100)의 내부로 입사되는 광량이 증가되고 발전 효율이 향상될 수 있다. 즉, 디자인부(134)를 구비한 제3 커버 부재(130)를 공간부(S)를 사이에 두고 패널 본체(100a)와 이격하여 위치하여, 디자인부(134)에 의한 출력 손실이 클 수 있는 건물 일체형 구조의 태양 전지 패널(100)에서 우수한 출력을 유지하도록 할 수 있다. 도 8의 (a)에서는 디자인부(134)가 제3 커버 부재(130)의 외면 쪽에 위치한 것을 예시로 하여 도시하였으나, 디자인부(134)가 제3 커버 부재(130)의 내면 쪽에 위치하여도 공간부(S)에 의하여 내부 산란 효과가 일어나므로 이에 의하여 광량이 증가되고 발전 효율이 향상될 수 있다.
이때, 도 9의 화살표로 도시한 바와 같이, 디자인부(134)가 서로 다른 굴절률을 가지는 복수의 디자인부(134a, 134b)를 가지는 경우에는 복수의 디자인부(134a, 134b)의 굴절률에 따라 광의 굴절 등에 차이가 발생한다. 이에 따라 디자인부(134)의 굴절율을 조절 또는 개선하거나 서로 다른 굴절률을 가지는 복수의 디자인부(134a, 134b)의 크기, 배치 등을 조절 또는 개선하여 광 경로를 최적화할 수 있다.
본 실시예에서와 달리, 도 8의 (b)에 도시한 바와 같은 종래의 예 또는 비교예에서와 같이, 패널 본체(100a)를 구성하는 제1 커버 부재(110)에 디자인부(134) 등이 형성되면, 디자인부(134)가 형성된 부분의 낮은 광 투과도에 의하여 태양 전지 패널(100)의 내부로 입사되는 광이 저감되어 이에 해당하는 출력 손실이 발생할 수 있다. 특히, 바닥면과 40도 이상의 각도로 태양 전지 패널(100)이 설치되는 경우에는 광이 대체로 낮은 각도로 입사하게 되므로 태양 전지 패널(100)의 내부로 입사하는 광량이 충분하지 않아 태양 전지 패널(100)의 출력 손실이 더 커질 수 있다. 건물 일체형 구조를 가지는 태양 전지 패널(100)은 바닥면과 실질적으로 수직하게 설치되는 경우가 많으므로 패널 본체(100a)를 구성하는 제1 커버 부재(110)에 디자인부(134) 등이 형성되면, 태양 전지 패널(100)의 출력 손실이 매우 클 수 있다. 또한, 태양 전지 패널(100)의 전면에 오염 물질, 그림자 등이 위치하여 가려지는 영역이 발생하면, 가려지는 영역에 비례하여 태양 전지 패널(100)의 출력 손실이 발생할 수 있다.
본 실시예와 또 다른 구조로, 박막 태양 전지 등에서는 태양 전지(150)의 일면에만 밀봉재(140)가 위치하거나, 밀봉재(140)를 구비하지 않고 태양 전지(150)를 제1 또는 제2 커버 부재(110, 120)에 부착하여 위치하는 구조 등이 있다. 이와 같이 공간부가 구비되더라도 별도의 제3 커버 부재(130)의 사용 없이 제1 커버 부재(110)와 제2 커버 부재(120) 사이에 공간부가 구비되면(즉, 패널 본체(100a)의 내부에 공간부가 위치하면), 태양 전지(150)의 적어도 일면이 공간부에 노출된 상태로 유지되므로 구조적 안정성 및 화학적 안정성이 저하될 수 있다. 예를 들어, 구조적으로 취약하여 진동, 충격, 휨 등에 의하여 태양 전지(150)가 쉽게 파손될 수 있으며, 태양 전지(150)의 부식, 단락 등으로 인하여 태양 전지(150)의 성능이 저하될 수 있다. 특히, 밀봉재(140)를 구비하지 않는 경우에는 태양 전지(150)의 손상 등의 문제가 매우 심각하게 발생할 수 있다. 그리고 이 경우에도 태양 전지 패널(100)의 전면에 디자인부(134), 오염 물질, 그림자 등이 위치하여 가려지는 영역이 발생하면, 가려지는 영역에 비례하여 태양 전지 패널(100)의 출력 손실이 발생할 수 있다.
이러한 효과는 디자인부(134)가 구비된 경우 뿐만 아니라, 태양 전지 패널(100)의 전면, 즉, 제3 커버 부재(130)의 전면에 오염 물질, 그림자 등이 위치하는 경우에도 공간부(S)를 통한 광의 굴절, 반사, 산란 등에 의하여 구현될 수 있다. 이에 의하여 오염 물질, 그림자 등에 의한 광량 저감을 방지 또는 최소화할 수 있다. 건물 일체형 구조를 가지는 태양 전지 패널(100)에서는 오염 물질의 청소 등이 어렵고 오염 물질, 그림자 등에 의한 출력 저하의 우려가 큰데, 본 실시예에 의하면 이를 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 그래픽 커버 기판인 제3 커버 부재(130)를 패널 본체(100a)와 분리하여 별도로 위치시키므로, 제1 내지 제3 커버 부재(110, 120, 130)의 구조 등을 다양하게 변형할 수 있다. 이와 같이 태양 전지 패널(100)의 설계 자유도를 향상할 수 있다.
즉, 제3 커버 부재(130)가 패널 본체(100a)의 구조, 이에 포함되는 태양 전지(150)의 종류 등에 영향을 방지 않고 다양한 그래픽 커버 기판으로 구성될 수 있다. 그리고 필요에 따라 제3 커버 부재(130)의 전면 또는 후면에 다양한 전기 소자 등을 위치시킬 수 있다. 일 예로, 제3 커버 부재(130)의 전면 또는 후면에 발광 소자(예를 들어, 발광 다이오드)를 구비한 발광 시트를 부착할 수 있다. 발광 소자는 디자인부(134)에 중첩되도록 위치하며 디자인부(134)보다 작은 크기를 가질 수 있다. 그러면, 발광 소자를 오프(off)하여 태양광이 존재하는 낮 시간에는 태양 전지 패널(100)의 광전 변환이 이루어지도록 하고, 태양광이 존재하지 않는 밤 시간에는 태양 전지 패널(100)에 의하여 축적된 전기 에너지를 이용하여 발광 소자를 온(on)하여 조명 등으로 사용하도록 할 수 있다. 사물 인터넷(Internet of Things, IoT) 센서 등을 추가하여 태양 전지 패널(100), 발광 소자 등을 제어하도록 할 수도 있다.
또는, 디자인부(134)를 구비하지 않거나 그래픽 커버 기판으로 사용되지 않는 제1 커버 부재(110)에 반사 방지층 등을 자유롭게 형성할 수 있다. 좀더 구체적으로, 디자인부(134)를 구비한 경우 또는 그래픽 커버 기판의 경우에는 그 위에 반사 방지층 등을 형성하는 데 공정 상 어려움이 있는 경우가 많았다. 본 실시예에는 디자인부(134)를 구비하거나 그래픽 커버 기판으로 구성되는 제3 커버 부재(130)와 태양 전지(150)와 밀봉재(140)에 의하여 접합되어 밀봉 커버 부재로서의 역할을 수행하는 제1 및/또는 제2 커버 부재(110, 120)를 분리하여, 제1 및 제2 커버 부재(110, 120)에 다양한 구조, 층 등을 형성할 수 있다. 또는 제1 및/또는 제2 커버 부재(110, 120)로 일정한 목적(예를 들어, 반사 방지 등)을 위한 특정한 형상을 가지는 형상 유리를 도입할 수 있다.
본 실시예에서는 제1 커버 부재(110), 제2 커버 부재(120), 제3 커버 부재(130)가 서로 다른 역할을 수행하므로, 제1 커버 부재(110), 제2 커버 부재(120), 그리고 제3 커버 부재(130)가 서로 다른 두께, 특성, 또는 물질을 가질 수 있다. 특히, 밀봉재(140)에 접촉하지 않으며 공간부(S)를 사이에 두고 패널 본체(100a)의 전방에 위치하는 제3 커버 부재(130)가, 밀봉재(140)에 접촉하여 태양 전지(150)와 일체화되는 제1 커버 부재(110) 및/또는 제2 커버 부재(120)와 다른 두께, 특성, 또는 물질을 가질 수 있다.
예를 들어, 제3 커버 부재(130)의 두께(T3)가 제1 커버 부재(110)의 두께(T1)와 같거나 이보다 클 수 있다. 특히, 제3 커버 부재(130)의 두께(T3)가 제1 커버 부재(110)의 두께(T1)보다 클 수 있다. 그러면, 외면에 위치하는 외측 보호 부재로서의 역할을 수행하는 제3 커버 부재(130)가 충분한 두께를 가져 태양 전지 패널(100)의 전면을 안정적으로 보호할 수 있다.
그리고 제1 커버 부재(110)의 두께(T1)가 제2 커버 부재(120)의 두께(T2)와 같거나 그보다 작을 수 있다. 그러면, 외면에 위치하는 외면 부재로서의 역할을 수행하는 제2 커버 부재(120)가 충분한 두께를 가져 태양 전지 패널(100)을 안정적으로 보호할 수 있다. 일 예로, 제1 커버 부재(110)의 두께(T1)와 제2 커버 부재(120)의 두께(T2)가 실질적으로 동일하면, 밀봉 커버 부재로서의 역할을 수행하는 제1 커버 부재(110)와 제2 커버 부재(120)에 스트레스가 안정적으로 분배되어 패널 본체(100a)의 구조적 안정성을 향상할 수 있다. 다른 예로, 제1 커버 부재(110)의 두께(T1)보다 제2 커버 부재(120)의 두께(T2)가 더 크면, 외면 부재로서의 역할을 수행하는 제2 커버 부재(120)가 큰 두께를 가져 태양 전지 패널(100)의 후면을 안정적으로 보호할 수 있다.
그리고 패널 본체(100a)의 두께(T0)가 제3 커버 부재(130)의 두께(T3)와 같거나 이보다 클 수 있다. 이는 하나의 유리 기판을 포함하는 제3 커버 부재(130)의 두께(T3)를 일정 수준을 초과하도록(일 예로, 패널 본체(100a)의 두께(T0)를 초과하도록) 형성하는 데 실질적인 어려움이 있기 때문이다. 일 예로, 제3 커버 부재(130)의 두께(T3)에 대한 패널 본체(100a)의 두께(T0)의 비율(T0/T3)가 1.5 이하일 수 있다. 그러면, 공간부(S)를 사이에 두고 위치한 패널 본체(100a)와 제3 커버 부재(130)를 포함하는 태양 전지 패널(100)의 구조적 안정성을 향상할 수 있다.
본 실시예에서 공간부(S)의 두께(TS)가 제1 커버 부재(110)와 제2 커버 부재(120) 사이의 거리(즉, 밀봉재(140)의 두께(D))보다 클 수 있고, 공간부(S)의 두께(TS)가 제1 커버 부재(110)의 두께(T1)보다 클 수 있다. 상술한 바와 같이 공간부(S)에 의하여 광 굴절, 산란 등에 의하여 광 경로가 증가되므로, 공간부(S)의 두께(TS)가 충분하게 큰 값을 가지면 광 경로를 증가시키는 효과를 효과적으로 향상할 수 있다. 일 예로, 공간부(S)의 두께(TS)가 제2 커버 부재(120)의 두께(T2)보다 클 수 있고, 공간부(S)의 두께(TS)가 제3 커버 부재(130)의 두께(T3)보다 클 수 있다. 이에 의하여 공간부(S)에 의한 광 경로 증가 효과를 더욱 향상할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 고층에서는 외면 부재인 제2 또는 제3 커버 부재(120, 130)의 두께(T2, T3)를 더 크게 하여야 하므로, 이 경우에는 공간부(S)의 두께(TS)가 제2 또는 제3 커버 부재(120, 130)의 두께(T2, T3)보다 작을 수도 있다.
예를 들어, 공간부(S)의 두께(TS)가 2mm 이상(일 예로, 4mm 이상)일 수 있다. 이러한 범위에서 공간부(S)에 의한 광 경로 증가 효과를 향상할 수 있다. 그리고 단열 특성을 향상하여 건축 자재로서의 특성이 향상될 수 있다. 그리고 공간부(S)의 두께(TS)가 30mm 이내일 수 있다. 이러한 범위에서 태양 전지 패널(100)의 구조적 안정성을 향상할 수 있다. 공간부(S)에 요구되는 특성, 공간부(S)에 위치하는 내부 기체 등에 의하여 공간부(S)의 두께(TS)가 다양하게 변화될 수 있다. 예를 들어, 공간부(S)를 통하여 냉기가 전달되도록 하여 결로를 방지하고자 하는 경우에는 공간부(S)의 두께(TS)가 6mm 내지 8mm일 수 있다. 또는, 내부 기체로 아르곤 기체가 사용되면, 공간부(S)의 두께를 12mm 내지 14mm으로 하여 단열 특성을 향상할 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
그리고 제1 또는 제2 커버 부재(110, 120)의 두께가 2mm 이상일 수 있다. 이러한 범위에서 태양 전지(150)를 보호하는 밀봉 커버 부재로서의 역할을 충분하게 수행할 수 있다. 일 예로, 제3 커버 부재(130)의 두께가 2mm 이상(좀더 구체적으로, 3mm 이상, 일 예로, 4mm 이상)일 수 있다. 이러한 범위에서 제3 커버 부재(130)의 외면 부재로서의 역할을 충분하게 구현할 수 있다. 비용, 제조 용이성 등을 고려하면 제1 내지 제3 커버 부재(110, 120, 130)는 10mm 이하의 두께를 가질 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 태양 전지 패널(100)이 설치되는 건물(1)의 용도, 위치 등을 고려하여 제1 내지 제3 커버 부재(110, 120, 130)가 10mm를 초과하는 두께를 가질 수도 있다.
이와 같이 본 발명이 제1 커버 부재(110), 제2 커버 부재(120), 제3 커버 부재(130), 밀봉재(140), 공간부(S) 등의 두께에 한정되지 않으며, 이들의 두께가 다양하게 변형될 수 있다.
참조로, 본 명세서에서 제1 내지 제3 커버 부재(110, 120, 130)의 두께, 패널 본체(100a)의 두께, 공간부(S)의 두께, 밀봉재(140)의 두께 등과 관련하여 두께가 동일하다고 함은, 실질적으로 동일한 두께를 가짐을 의미할 수 있다. 예를 들어, 실질적으로 동일한 두께를 가진다 함은, 두 개의 부재 사이의 두께 차이가 두 개의 부재 중에 더 두꺼운 부재의 두께의 10% 이내(좀더 구체적으로, 5% 이내, 일 예로, 1% 이내)의 차이를 가지는 것을 의미할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 태양 전지(150)의 전면 쪽에 위치하여 수광 부재를 구성하는 제1 커버 부재(110) 또는 제3 커버 부재(130)(좀더 구체적으로는, 베이스 부재(132), 이하 동일)의 산화철 함량이 태양 전지(150)의 후면 쪽에 위치하는 제2 커버 부재(120)의 산화철 함량과 같거나 그보다 작을 수 있다. 일 예로, 제1 커버 부재(110) 또는 제3 커버 부재(130)의 산화철 함량이 제2 커버 부재(120)의 산화철 함량보다 작을 수 있다. 이에 의하면 수광 부재인 제1 커버 부재(110) 또는 제3 커버 부재(130)가 산화철 함량이 매우 낮은 저철분 유리 기판(일 예로, 강화 또는 반강화 저철분 유리 기판)을 포함할 수 있다. 일 예로, 제1 커버 부재(110) 또는 제3 커버 부재(130)가 380nm 내지 1200nm의 파장을 가지는 광에 대한 광 투과도가 80% 이상(일 예로, 85% 이상)이며 산화철 함량이 150ppm 미만인 저철분 유리 기판을 포함할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 실시예가 속하는 기술분야에서 저철분 유리 기판을 인식되는 유리 기판을 포함할 수 있다. 이와 같이 제1 커버 부재(110) 또는 제3 커버 부재(130)로 저철분 유리 기판을 사용하면, 태양광의 반사를 방지하고 광의 투과도를 향상하여 태양 전지(150)로 입사되는 광량을 증가할 수 있다.
그리고 태양 전지(150)의 후면 쪽에 위치하여 수광 부재로서의 역할을 거의 수행하지 않는 제2 커버 부재(120)는 제1 커버 부재(110) 또는 제3 커버 부재(130)보다 높은 산화철 함량을 가지는 유리 기판으로 구성하여, 비용을 절감할 수 있다. 예를 들어, 제2 커버 부재(120)가 판 유리 기판(플로트 유리 기판)으로 구성되어 비용을 절감하면서도 상대적으로 큰 두께를 가지도록 하여 외부 충격 등에 안정적으로 대응하여 내구성을 향상하도록 할 수 있다. 참조로, 저철분 유리 기판은 큰 두께를 가질 경우에 재료 비용이 매우 비싸거나 원활한 공급이 어려운 등의 문제가 있다.
일 예로, 제1 커버 부재(110) 및 제3 커버 부재(130)가 각기 저철분 유리 기판으로 구성될 수 있다. 그러면, 태양 전지(150)의 전면 쪽에 위치한 제1 커버 부재(110) 및 제3 커버 부재(130)의 광 투과도가 모두 우수할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지(150)로 입사되는 광량을 최대화할 수 있다. 다른 예로, 제1 커버 부재(110)가 저철분 유리 기판으로 구성되고, 제3 커버 부재(130)가 제1 커버 부재(110)보다 높은 산화철 함량을 가지는 유리 기판으로 구성될 수 있다. 이에 의하면 태양 전지(150)에 인접하는 제1 커버 부재(110)에 의하여 태양 전지(150)로 입사되는 광량을 크게 줄이지 않을 수 있다. 그리고 태양 전지(150)와 이격된 제3 커버 부재(130)는 일반 유리 기판을 사용하여 비용을 절감할 수 있으며 디자인부(134), 광 확산부(LD) 등을 더 쉽게 형성하도록 할 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
본 실시예에서 제2 커버 부재(120)가 태양 전지(150) 또는 이에 연결되는 배선부(152, 155)가 명확하게 인식되는 것을 방지하는 착색 커버 기판으로 구성될 수 있다. 일 예로, 제2 커버 부재(120)가, 유리 기판으로 구성되는 베이스 부재와, 베이스 부재에 형성되는 커버 부분을 포함할 수 있다. 커버 부분은 베이스 부재의 일부 또는 전체에 형성될 수 있다. 커버 부분이 디자인부(134)과 동일 또는 유사하게 산화물 세라믹 조성물로 구성될 수 있다. 이 경우에 베이스 부재(132) 및 디자인부(134)에 대한 설명이 베이스 부재 및 커버 부분에 각기 적용될 수 있다. 이와 같이 제2 커버 부재(120)가 베이스 부재, 그리고 산화물 세라믹 조성물로 구성되는 커버 부분을 포함하면, 동일 또는 유사한 제조 공정에 의하여 제2 및 제3 커버 부재(120, 130)를 형성할 수 있어 제조 공정을 단순화할 수 있다. 이때, 커버 부분의 색상, 형상, 각각의 면적, 전체 면적 등은 디자인부(134)의 색상. 형상, 각각의 면적, 전체 면적 등과 동일할 수도 있고 다를 수도 있다. 특히, 커버 부분은 투명, 반투명 등으로는 형성되지 않을 수 있고, 흰색을 제외한 무채색, 불투명한 색상, 또는 태양 전지(150)와 동일한 계열의 색을 가질 수 있다. 예를 들어, 커버 부분이 검은색, 회색, 푸른색, 녹색, 갈색, 태양 전지(150)(특히, 태양 전지(150)의 반사 방지층)와 동일한 계열의 색, 또는 이들을 혼합한 색을 가질 수 있다. 흰색은 명도가 높은 색이므로 이를 이용하여 커버 부분을 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 아니다. 상술한 색 이외의 색이라도 디자인부(134)보다 낮은 명도 또는 베이스 부재보다 낮은 광 투과도를 가지는 색을 가질 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 커버 부분이 산화물 세라믹 조성물 이외의 다른 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 커버 부분이 하나 또는 복수의 커버층, 커버 필름, 또는 금속막(일 예로, 검은색을 가지도록 코팅된 은(Ag), 또는 알루미늄)으로 구성될 수 있다. 커버층 또는 커버 필름은 특정한 색상을 구현할 수 있는 개수로 형성되며 각 착색층, 커버 필름, 또는 금속막은 유전 물질, 절연 물질, 반도체 물질, 금속 물질 등과 같은 다양한 물질로 구성될 수 있다. 또는 제2 커버 부재(120)가 일체화된 하나의 부재로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 커버 부재(120)가 금속 플레이트(일 예로, 강판), 회로 기판, 색상 유리 기판 등으로 구성될 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
본 실시예에 따르면, 서로 다른 광학 특성을 가지는 복수의 부분을 포함하는 제3 커버 부재(130)를 공간부(S)를 사이에 두고 패널 본체(100a)와 이격하여 위치시켜, 공간부(S)에 의한 광의 굴절, 반사, 산란 등을 유도하여 태양 전지(150)로 입사되는 광량을 최대화할 수 있다. 즉, 종래에 건물 일체형 구조를 가지는 태양 전지 패널은 바닥면과 상대적으로 큰 각도(일 예로, 직각의 각도)를 가지도록 설치되므로 광이 낮은 입사각으로 입사되는데, 이러한 저입사각 광은 태양 전지 패널의 내부로 충분히 입사되기 어렵다. 이에 따라 종래에 건물 일체형 구조를 가지는 태양 전지 패널의 발전 효율이 낮았다. 본 실시예에서는 건물 일체형 구조를 가져 바닥면과 상대적으로 큰 각도를 가지면서 설치되어 광이 낮은 입사각으로 입사되는 태양 전지 패널(100)에서 공간부(S)에 의하여 저입사각 광을 태양 전지 패널(100)의 내부로 충분히 입사시켜 광량을 증가시키는 것에 의하여 발전 효율을 향상할 수 있다. 특히, 제3 커버 부재(130)가 디자인부(134)를 구비하는 그래픽 커버 부재로 구성되는 경우에 공간부(S)를 사이에 두고 패널 본체(100a)와 이격하도록 설치하여 디자인부(134)에 의하여 태양 전지(150)로 입사되는 광량이 저감되는 것을 효과적으로 방지 또는 최소화할 수 있다. 이에 의하여 디자인부(134) 등에 의하여 태양 전지 패널(100)이 원하는 외관을 가지면서도 태양 전지 패널(100)의 출력을 높게 유지할 수 있다. 그리고 제1 및 제2 커버 부재(120) 이외에 제3 커버 부재(130)를 더 구비하여 태양 전지 패널(100)의 내구성, 단열 특성 등을 향상할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지 패널(100)의 광전 변환 장치로서의 특성을 최대화하면서 건축 자재로서의 특성을 향상할 수 있다.
상술한 설명에서는 제3 커버 부재(130)가 서로 다른 광 투과도를 가지는 복수의 부분을 구비하는 것을 예시로 하였으나, 제3 커버 부재(130)가 서로 다른 표면 거칠기, 요철 형상 등을 가져 서로 다른 광학 특성을 가지는 복수의 부분을 구비할 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 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 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 패널을 도시한 개략적인 단면도이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에서는 제3 커버 부재(130)가, 베이스 부재(132)와, 베이스 부재(132)의 일면 쪽에 위치하는 디자인부(134)와, 베이스 부재(132)의 타면에 형성되는 광학 코팅층(136)을 더 포함할 수 있다. 베이스 부재(132) 및 디자인부(134)에 대해서는 상술한 실시예의 설명이 그대로 적용될 수 있으므로 상세한 설명을 생략한다.
광학 코팅층(136)은 굴절, 반산, 산란 등을 강화하거나 약화시켜 광 경로를 개선하거나 제어하는 다양한 층일 수 있다. 예를 들어, 광학 코팅층(136)이 반사 방지층, 반사층, 굴절층, 산란층 등일 수 있다. 광학 코팅층(136)은 상술한 역할을 위한 다양한 물질을 포함할 수 있는데, 일 예로, 실리콘 산화물층, 티타늄 산화물층 등을 포함할 수 있다. 실리콘 산화물층, 티타늄 산화물층 등은 유리 기판 등으로 구성되는 베이스 부재(132) 위에 쉽고 안정적으로 형성될 수 있기 때문이다. 이와 같이 본 실시예에서는 디자인부(134)가 구비되는 제3 커버 부재(136)를 패널 본체(100a)와 별도로 구비하므로, 디자인부(134)가 구비되지 않는 면에 광학 코팅층(136)을 형성하여 광학 특성을 더욱 개선할 수 있다.
도 10에서는 광학 코팅층(136)이 평면 상에서 제3 커버 부재(130)에 전체적으로 형성된 것을 예시하였다. 이에 의하면 광학 코팅층(136)의 형성 공정을 단순화하고 광학 코팅층(136)에 의한 효과를 충분하게 구현할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 광학 코팅층(316)이 평면 상에서 제3 커버 부재(130)에 부분적으로 형성되어 재료 비용을 절감할 수도 있다.
그리고 도 10에서는 디자인부(134)가 제3 커버 부재(130)의 외면에 위치하고 광학 코팅층(136)이 제3 커버 부재(130)의 내면에 위치한 것을 예시하였다. 이에 의하여 디자인부(134)에 의한 외관을 선명하게 구현할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 디자인부(134)가 제3 커버 부재(130)의 내면에 위치하고 광학 코팅층(136)이 제3 커버 부재(130)의 외면에 위치할 수도 있다. 그러면, 디자인부(134)를 외부로부터 보호할 수 있으며, 광학 코팅층(136)에서 태양 전지 패널(100)에 광이 도달하는 처음 부분에 위치하여 광 경로 등을 효과적으로 제어할 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
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
100a: 패널 본체
110: 제1 커버 부재
120: 제2 커버 부재
130: 제3 커버 부재
132: 베이스 부재
134: 디자인부
140: 밀봉재
150: 태양 전지

Claims (20)

  1. 태양 전지와, 상기 태양 전지를 둘러싸서 밀봉하는 밀봉재와, 상기 밀봉재 위에서 상기 태양 전지의 전면 쪽에 위치하는 제1 커버 부재와, 상기 밀봉재 위에서 상기 태양 전지의 후면 쪽에 위치하는 제2 커버 부재를 포함하는 패널 본체; 및
    상기 패널 본체의 전방에서 상기 패널 본체와 공간부를 사이에 두고 이격되어 위치하며, 서로 다른 광학 특성을 가지는 복수의 부분을 가지는 제3 커버 부재
    를 포함하는 태양 전지 패널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공간부의 두께가 상기 제1 커버 부재와 상기 제2 커버 부재 사이의 거리보다 큰 태양 전지 패널.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공간부의 두께가 상기 제1 커버 부재의 두께보다 큰 태양 전지 패널.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 공간부의 두께가 2mm 내지 30mm인 태양 전지 패널.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제3 커버 부재의 상기 복수의 부분이 서로 다른 광 투과도를 가지는 태양 전지 패널.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제3 커버 부재가 디자인부를 포함하는 그래픽 커버 부재로 구성되는 태양 전지 패널.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제3 커버 부재가 상기 디자인부가 형성되는 유리 기판을 더 포함하고,
    상기 디자인부가 상기 유리 기판의 일부에 위치하며 다른 일부에 위치하지 않아 광 투과부가 구비되는 태양 전지 패널.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 디자인부가 서로 실질적으로 동일한 형상 및 크기를 가지면서 균일한 간격으로 반복적으로 배치되는 복수의 디자인부를 포함하여 규칙 구조를 가지는 태양 전지 패널.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제3 커버 부재가, 베이스 부재와, 상기 베이스 부재의 일면 쪽에 위치하는 상기 디자인부와, 상기 베이스 부재의 타면에 형성되는 광학 코팅층을 포함하는 태양 전지 패널.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 디자인부가 산화물 세라믹 조성물로 구성되고,
    상기 제3 커버 부재가 상기 디자인부가 일체화된 강화 유리 기판 또는 반강화 유리 기판으로 구성되는 태양 전지 패널.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 커버 부재가 디자인부를 구비하지 않는 투명 유리 기판으로 이루어지는 태양 전지 패널.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 커버 부재, 상기 제2 커버 부재, 그리고 상기 제3 커버 부재가 각기 유리 기판을 포함하여 적어도 3중 유리 구조를 가지는 태양 전지 패널.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제3 커버 부재가 상기 제1 또는 제2 커버 부재와 다른 두께, 특성, 또는 물질을 가지는 태양 전지 패널.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제3 커버 부재의 두께가 상기 제1 커버 부재의 두께와 같거나 그보다 큰 태양 전지 패널.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 패널 본체의 두께가 상기 제3 커버 부재의 두께와 같거나 이보다 큰 태양 전지 패널.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제3 커버 부재의 두께에 대한 상기 패널 본체의 두께의 비율이 1.5 이하인 태양 전지 패널.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제1 커버 부재의 두께가 상기 제2 커버 부재의 두께와 같거나 그보다 작은 태양 전지 패널.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 제1 커버 부재 또는 상기 제3 커버 부재의 산화철 함량이 상기 제2 커버 부재의 산화철 함량과 같거나 그보다 작은 태양 전지 패널.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 커버 부재 또는 상기 제3 커버 부재의 산화철 함량이 150ppm 미만인 저철분 유리 기판을 포함하고,
    상기 제2 커버 부재가 판 유리 기판을 포함하는 태양 전지 패널.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 태양 전지 패널이 건물 일체형 구조를 가지는 태양 전지 패널.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102520317B1 (ko) * 2022-10-24 2023-04-13 주식회사 알파에너웍스 태양광모듈 및 이의 설치구조

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100359846B1 (ko) 2000-02-19 2002-11-07 엘지산전 주식회사 건축 자재용 태양전지 모듈

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