KR20220049521A - 광기전력 모듈 - Google Patents

광기전력 모듈 Download PDF

Info

Publication number
KR20220049521A
KR20220049521A KR1020227005186A KR20227005186A KR20220049521A KR 20220049521 A KR20220049521 A KR 20220049521A KR 1020227005186 A KR1020227005186 A KR 1020227005186A KR 20227005186 A KR20227005186 A KR 20227005186A KR 20220049521 A KR20220049521 A KR 20220049521A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
module
transparent
sheet
microstructured
Prior art date
Application number
KR1020227005186A
Other languages
English (en)
Inventor
스벤 올레 크라벤보르크
얀-베른트 쿠에스
마르쿠스 문두스
표자 슈미트
파트리체 부야르트
Original Assignee
바스프 코팅스 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 바스프 코팅스 게엠베하 filed Critical 바스프 코팅스 게엠베하
Publication of KR20220049521A publication Critical patent/KR20220049521A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/055—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means where light is absorbed and re-emitted at a different wavelength by the optical element directly associated or integrated with the PV cell, e.g. by using luminescent material, fluorescent concentrators or up-conversion arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/048—Encapsulation of modules
    • H01L31/049—Protective back sheets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/0547—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the reflecting type, e.g. parabolic mirrors, concentrators using total internal reflection
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)

Abstract

전방 측 및 후방 측으로부터 들어온 광을 변환시킬 수 있는 PV 셀(3)을 포함하는 광기전력 모듈이 개시되며, 상기 모듈은 태양광 직사광선을 수용하도록 설계된 상부 외부 표면을 노출시키는 전방 측 및 분산 광을 수용하도록 설계된 하부 외부 표면을 노출시키는 후방 측을 포함하고, 여기서 하부 외부 표면은 적어도 부분적으로는 마이크로구조화된 층(9)에 의해 형성되고, 상기 마이크로구조화된 층(9)은 각뿔형 마이크로구조물을 포함하며, 그의 삼각형 기부가 상기 층(9)에 고정된 것을 특징으로 한다. 상기 마이크로구조화된 층은 비등방성 투과 특성을 초래한다. 상기 모듈은 유사한 양면 PV 모듈에 비해 개선된 효율을 나타낸다.

Description

광기전력 모듈
본 발명은 전방 측 및 후방 측으로부터 들어온 광을 변환시킬 수 있는 광기전력 (PV) 셀을 포함하고 후방 광 진입 및 모듈의 전방 측으로부터 셀 쪽으로의 미사용 광의 반사를 허용하는 투명한 재료로 만들어진 구조화된 반사체를 배면 측에 포함하는 광기전력 모듈, 및 추가로, 배면 측을 구조화함으로써 양면 모듈의 효율을 개선하는 방법뿐만 아니라, 양면 광기전력 모듈의 효율을 개선하기 위한, 투명한 재료로 만들어진 구조화된 층의 용도에 관한 것이다.
태양광 발전 모듈이라고도 공지되어 있는, 전형적인 광기전력 모듈은, 일반적으로 PV 셀의 2개 이상의 "스트링"으로부터 형성된, 광기전력 (PV) 셀의 어레이를 포함하며, 이때 각각의 스트링은 일렬로 배치되고 전기적으로 직렬 연결된 복수의 PV 셀로 이루어진다. PV 셀은 전형적으로 투명한 중합체 층 상에 배치되거나 이러한 층 내에 봉지된다. 유리 또는 다른 적합한 중합체 재료로 만들어진 두 개의 패널은 통상적으로 봉지재의 전방 측 및 배면측에 인접하게 배치되고 결합된다. 적어도 전방 패널은 태양 방사선에 대해 투명하고, 배면측 패널은 투명할 수 있거나, 예를 들어 금속 층을 보유하는, 불투명한 층으로서 형성될 수 있으며; 상기 두 개의 패널은 각각 전방 측 층 또는 전방 커버 부재, 및 배면측 층 또는 배면 시트 (배면 판이라고도 불림)라고도 지칭된다. 봉지재는 PV 셀 주위에 배치된 광-투명성 중합체 (PV 셀을 봉지하도록 셀과 광학적으로 접촉함)이며 또한 셀을 물리적으로 밀봉하기 위해 전방 측 층 및 배면 시트에 결합된다. 이러한 라미네이트 구조물은 셀을 기계적으로 지지하고 또한 그것을 바람, 눈 및 얼음과 같은 환경적 요인으로 인한 손상으로부터 보호한다.
원칙적으로, 전방 측 및 후방 측으로부터 들어온 광을 변환시킬 수 있는 광기전력 셀 (즉, 양면 PV 셀)을 보유하는 모듈은 또한 "잘못된" 측으로부터 (즉, 후방으로부터) 셀에 도달한 광을 사용할 수 있게 해 주며, 따라서 효율을 증진할 가능성을 제공할 수 있다.
기본 모듈 구조물은 여전히 모듈에 도달한 광의 일정 부분을 손실한다. 도 1은, 전방 판(1, 전형적으로 유리), PV 셀(3), 봉지재(2, 예를 들어 EVA), 배면 판(7, 예를 들어 또 다른 유리 판)을 갖는 모듈의 횡단면을 보여주는, 도면의 좌측 및 우측에 도시된 2가지의 전형적인 부류의 양면 모듈에서 가능한 일부 광 경로의 개략도를 제공한다. 도면의 좌측에는, 추가의 요소로서, 배면 판 상에 존재하거나 배면 판과 일체화된 반사 층(8)이 추가로 도시되어 있고, 상기 층은 셀들 사이의 공간 (셀 간극) 및 임의로 셀 아래를 덮을 수 있으며, 배면 판(7) 상에 배치되거나 요소(2)와 요소(7) 사이에 배치될 수 있다.
모듈에 배면 반사 층(8, 도 1의 좌측에 도시됨)이 장착된 경우에, 전방 측으로부터 진입하여 셀을 통과하지 않고 지나친 광은 반사되어 셀에 직접 도달하거나 (광 경로 III), 전방 계면 상에서 반사된 후에 셀에 도달하거나 (광 경로 I), 근IR 광의 경우에 더 자주 발생하는 바와 같이, 셀을 통과하지만 흡수되지 않은 광은 다시 셀 쪽으로 반사된다 (광 경로 II).
배면 판에 반사 층(8; 도 1의 우측)이 장착되지 않은 경우에, 경로 I - III을 따라가는 광은 크게 손실되는 반면에, 배면 측으로부터 모듈에 도달하는 광은 셀에 도달할 수 있다 (광 경로 IV 및 V). 이러한 유형의 모듈이 EP3214659A에 제안되어 있는데, 상기 모듈의 투명한 배면 판은 효율을 향상시키기 위해 복수의 정사각뿔을 포함하는 표면 텍스처로 덮여 있다.
추가의 광 손실이 PV 셀의 배면 측 상에서의 반사에 의해 유발되며: 셀의 전방 측은 통상적으로 반사-방지 구조물을 갖지만 (이러한 구조물을 갖는 PV 셀은 "검은색 규소(black silicon)"로도 공지되어 있음), 이러한 반사-방지 특성은 전형적으로 셀의 배면 측에는 없기 때문에, 특히 광 경로 V의 경우에, 반사에 의한 손실이 초래된다.
본 발명에 이르러, 투명하여 후방 광 진입을 허용할 뿐만 아니라 미사용 광을 전방 측으로부터 셀 쪽으로 반사하기도 하는 구조화된 층이 모듈의 배면 측에 적층된다면, 도 1에 도시된 구조물 둘 다의 단점이 회피될 수 있고, 양면 모듈의 개선된 효율이 수득될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이러한 효과는, 전방 측으로부터 들어온 광의 내부 반사 및 또한 투명성 및 모듈의 배면 측으로부터의 광의 진입을 제공하는, 배면 시트의 표면의 구조화 부분에 의해 수득될 수 있다.
도 2a는, 배면 판(7)의 외부 표면 상의 구조화된 층(9)의 횡단면을 보여주는, 전방 판(1, 전형적으로 유리), PV 셀(3), 봉지재(2, 예를 들어 EVA), 배면 판(7, 예를 들어 또 다른 유리 판 또는 중합체 시트, 예컨대 PET 시트)을 포함하는 본 발명의 이러한 양면 모듈에서의 전형적인 광 경로의 개략도 (횡단면)를 제공한다. 전방 측으로부터 진입하여 셀을 통과하지 않고 지나친 광은 추가의 층(9)의 구조화 부분에 의해 크게 반사되어 셀에 직접 도달할 수 있거나 (광 경로 III), 전방 계면 상에서 반사된 후에 셀에 도달할 수 있거나 (광 경로 I), 셀을 통과하지만 흡수되지 않은 광은 다시 셀 쪽으로 반사되는 반면에 (광 경로 II), 배면 측으로부터 모듈에 도달한 광은 셀에 도달할 수 있고 (광 경로 IV 및 V), 셀의 배면 측으로부터 반사된 광은 셀 쪽으로 추가로 반사될 수 있다 (광 경로 VI).
복수의 삼각뿔을 갖는 상기 층(9)의 구조화 부분은 특히 효율적인 광 사용을 제공하고, 따라서 (도 2b에 개략적으로 도시된 바와 같이) 모듈의 배면 측에 도달한 광보다 모듈의 전방 측으로부터 들어온 광에 더 높은 반사율을 제공하는 비등방성 반사체로서 기술될 수 있음이 밝혀졌다.
따라서, 본 발명은 주로 하나 이상의 양면 광기전력 셀(3)을 포함하는 광기전력 모듈에 관한 것이며, 상기 모듈은 태양광 직사광선을 수용하도록 설계된 상부 외부 표면을 노출시키는 전방 측 및 분산 광을 수용하도록 설계된 하부 외부 표면을 노출시키는 후방 측을 포함하고, 하부 외부 표면은 적어도 부분적으로 마이크로구조화된 층(9)에 의해 형성되고, 상기 마이크로구조화된 층(9)은 각뿔형 마이크로구조물을 포함하며, 그의 삼각형 기부가 상기 층(9)에 고정된 것을 특징으로 한다.
더 구체적으로는, 본 발명은 봉지재(2)에 내장된 광기전력 셀(3)을 덮으며 임의로 반사방지 층에 의해 덮인 전방 판(1), 및 임의적 배면 시트(7) 및/또는 중간 층(10)을 포함하는 광기전력 모듈에 관한 것이며, 여기서 전방 판(1), 봉지재(2), 광기전력 셀(3), 및 임의적 반사방지 층, 배면 시트(7) 및 중간 층(10)은 서로 광학적으로 접촉하고; 전방 판(1), 봉지재(2), 및 임의적 반사방지 층 및 배면 시트(7) 및 중간 층(10)은 각각 투명한 재료로 만들어지고, 이에 따라 봉지재(2) 또는 배면 시트(7) 또는 중간 층(10)은 본질적으로 평면인 후방 표면을 형성하며, 이는 복수의 삼각뿔을 포함하는 마이크로구조화된 층(9)에 의해 적어도 부분적으로 덮인다.
구조화된 층(9)은 배면 시트에 대해 전형적으로 15 내지 89° 범위의 각 알파만큼 경사진 투명한 평면을 필요로 하며 (도 4b를 참조), 하기를 추가로 참조하도록 한다. 전형적으로 평평하고 투명한 표면을 형성하는, 모듈의 배면 시트(7)는 하나 이상의 층을 포함할 수 있고; 그것이 구조화된 층(9)이 적층되는 기재를 형성하거나, 아니면 배면 시트 그 자체가 구조화된 표면(9) 또는 표면 층(9)을 수득하기 위한 기술된 방식으로 구조화될 수 있다. 층(9)은 모듈의 하부 표면 (즉, 전형적으로 1.4 내지 1.7의 굴절률을 갖는 투명한 재료들 사이의 계면, 하기를 참조) 및 공기를 구성하고, 따라서 전방 측으로부터 입사하는 복수의 광에 대해 내부 전반사를 제공한다. 모듈의 배면 측 상에 존재하는, 본 발명의 구조화된 층으로 인해, 전방 측으로부터 수직으로 들어와서 셀들 사이의 간극에 떨어지는 광의 투과가 크게 저감되는 반면에 (도 2b의 좌측에 도시된 바와 같이, 전형적으로 들어온 광의 0-60%), 본 발명의 구조물은 모듈의 배면 측 상에 수직으로 떨어지는 광이 거의 방해받지 않고서 투과할 수 있게 한다 (도 2b의 우측에 도시된 바와 같이, 전형적으로 들어온 광의 80% 초과, 특히 80-100%). 총체적으로, 본 발명의 모듈의 광 수율은 하기에 추가로 제시되는 바와 같이 뚜렷하게 개선된다.
본 발명의 마이크로구조물은, 도 6에 예시된 바와 같이, 적어도 셀들(3) 사이의 간극 아래에 배치되거나, 바람직하게는 전체 배면 시트(7)를 가로질러 배치된다.
결과적으로, 본 발명에 따른 광기전력 모듈은 일반적으로 금속 또는 난반사체 (즉, 불투명한 재료로 만들어진 반사체)를 보유하지 않는다.
본 발명의 모듈은 모듈 배면 측 상에 떨어지는 광을 사용하므로 특히 효율적이어서, 그것은 바람직하게는 5% 이상, 특히 20% 이상의 반사율 (알베도(albedo))을 갖는 표면 상에 장착되며; 이러한 표면의 예는 지붕 타일, 콘크리트, 모래이다. 모듈은 반사 표면에 대해 평행하게 배향되거나 경사질 수 있다.
이하에, 용어 "필름"은 시트 및 유사한 구조물과 동의어이다.
표현 "구조화된 반사체 시트" 또는 "마이크로구조화된 반사체 시트"는 반사체 시트, 구조화된 반사체 필름, 광 반사 필름, 구조화된 층, 구조화된 배면 시트와 동의어이다.
용어 "상부" 및 "전방"은 태양 입사광 쪽을 향하는 측을 의미하고, 용어 "하부", "더 하부", "아래" 및 "배면"은 반대편 측을 의미한다.
본 발명에 따른 PV 모듈에 사용되는 용어 "배면 시트" 또는 "배면 판"은, 본 발명의 구조화된 층이 적층되는 표면을 포함하는, 광기전력 모듈의 투명한 하부 커버를 의미한다 (따라서 "기재 시트"라고도 불림). 기재 시트는 하나의 층 (예를 들어 유리 시트) 또는 2개 이상의 층 (예를 들어 유리 시트 또는 중합체 시트 및 이에 더해 하나 이상의 중합체 층; 배면 시트의 한 예는 EVA 프라이머, 1개 이상의 층으로 이루어진 PET 코어 및 뒤이어 보호 층으로서의 UV 코팅을 포함함)으로 이루어질 수 있다.
용어 "배면 평면"은, 전형적으로 평평하고 PV 셀에 평행하며 본 발명의 구조화된 층이 적층되는, 배면 시트의 하부 표면을 의미한다.
용어 "태양광 발전 셀" 또는 "PV 셀"은 임의의 광기전력 셀, 예컨대 단결정성 셀, 다결정성 셀, 리본 규소 셀, 박막 셀 등을 의미하며; 본 발명의 PV 모듈에 보유된 셀은, 전형적으로 양면 셀에 의해 구현되는 바와 같이, 전방 측 및 후방 측으로부터 들어온 광을 변환시킬 수 있다.
용어 "투명한"은, 전형적으로 90% 초과의 태양광 투과 및 10% 미만의 산란을 초래하는, 본질적으로 산란이 없는 가시광의 투과를 의미한다. 따라서 투명한 재료는 일반적으로 광학 품질을 갖는 재료를 의미한다. 따라서 경사진 평면을 포함하고 투명한 재료로 이루어진 마이크로구조물은 상기 재료를 통한 투과를 제공하면서도 일반적으로 기하광학에 따라 그것의 각각의 마이크로평면 상에서 광 회절을 초래한다.
용어 "봉지재"는 PV 셀을 모든 측에서 둘러싸는 ("내장하는") 투명한 중합체 재료를 의미하며; 전형적인 봉지재 재료는 EVA이다.
용어 "옹스트롬"은 10-10 미터의 길이를 의미한다.
용어 "태양광 발전 모듈"은 광기전력 모듈 또는 PV 모듈과 동의어이다.
본 발명의 태양광 발전 모듈을 형성하는 조립체는 일반적으로 전방 측과 배면 측이 구별되도록 하는 방식으로 장착된다.
재료의 굴절률은, 언급될 때마다, 달리 지정되지 않는 한, 589 nm의 방사선 (소듐 D 라인)에 대해 결정된 바와 같다.
본 발명에 따른 태양광 발전 모듈은, 직사광선을 수용하는 전방 측을 갖는, 전기적으로 상호연결된 복수의 양면 태양광 발전 셀을 포함한다. 태양광 발전 셀은, 적어도 두 개의 셀이 태양광 발전 셀을 갖지 않는 영역에 의해 서로 이격되고 구조화된 층이 태양광 발전 셀을 갖지 않는 영역과 적어도 중첩되도록 하는 패턴으로 배치된다.
본 발명의 원리는 태양광 발전 모듈 내의 태양광 발전 셀의 기존의 통상적인 열/행 배치와는 무관하다. 한 실시양태에 따르면, 태양광 발전 셀은 행 및 열로 배치되고, 여기서 행 또는 열 중 적어도 하나는 서로 이격되어 있다.
본 발명의 구조화된 층(9)은, 그것의 임의적 캐리어 필름(10)과 함께, 배면 시트(7) 및/또는 봉지재 (즉, 셀 아래의 중합체 층 또는 최하부 중합체 층)와 직접 광학적으로 접촉한다.
본 발명에 따른 광기전력 모듈은 일반적으로 유리하게는 반사방지 층에 의해 덮인 전방 판(1)을 보유하며; 전방 판(1)은 투명한 중합체 재료(2)에 내장된 양면 광기전력 셀(3)을 덮고, 상기 셀의 다른 측 (즉, 들어온 광과 반대편에 있는 배면 측)은 투명한 배면 시트(7)에 의해 덮이며, 상기 배면 시트의 표면은 모듈의 하부 표면의 적어도 일부를 형성하는 투명한 구조화된 층(9)에 의해 적어도 부분적으로 덮인다. 통상적인 규소-기재의 PV 셀과 같은 셀은 전형적으로 예를 들어 1 내지 10 mm 폭의 간극에 의해 분리되며; 구조화된 층(9)은 적어도 이러한 간극 아래의 배면 평면을 덮는다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서, 전형적으로 박막 모듈의 경우에서와 같이, 이러한 간극을 필요로 하지 않는 모듈에 포함된 PV 셀(3)은 종종 유기 PV 셀을 기재로 한다. 이러한 간극 없는 PV 셀을 포함하는 본 발명의 모듈에 있어서, 구조화된 층(9)은 바람직하게는 전체 배면 평면을 덮는다.
본 발명의 한 실시양태에서, 구조화된 층(9)은 모듈의 배면 시트(7)와 광학적으로 접촉하는 중합체 필름(10)을 덮거나, 구조화된 층(9)은, 각각 임의로 접착 중간 층의 적층에 의해, 봉지재(2)와 광학적으로 접촉하는 중합체 필름(7)을 덮는다.
추가의 실시양태에서, 구조화된 층(9)은 모듈의 배면 시트(7)를 직접 덮고, 상기 배면 시트(7)는 중합체 시트 또는 유리 시트이고; 전형적으로 이러한 실시양태에서, 구조화된 층은, 예를 들어 유리 시트 또는 중합체 시트(7) 상의, 구조화된 방사선 경화되는 코팅(9), 또는 중합체 시트(7) 상의 엠보싱된 층 또는 중합체 시트(7)의 엠보싱된 표면일 수 있다.
구조물
본 발명의 광기전력 모듈의 마이크로구조화된 층(9)은, 삼각형 기부를 가지며 모듈의 전방 측으로부터 멀어지는 방향을 향하는 꼭짓점을 갖는 각뿔형 마이크로구조물을 포함한다. 전형적으로, 마이크로구조화된 층(9)은 각뿔을 포함하며, 상기 각뿔의 측방향 면들은 각각 배면 평면에 대해 15 내지 89°, 바람직하게는 15 내지 75°, 더 바람직하게는 25 내지 70°, 가장 바람직하게는 25 내지 65°, 특히 35 내지 65° 범위의 각 (알파)만큼 경사지고; 배면 평면은 본질적으로 평면인 후방 표면에 의해 한정된다.
각뿔형 마이크로구조물은 마이크로구조화된 층(9)의 표면의 적어도 90%, 특히 적어도 95%를 차지한다. 각뿔의 삼각형 기부의 길이는 1 내지 600 마이크로미터의 범위, 바람직하게는 5 내지 400, 더 바람직하게는 12 내지 200, 특히 20 내지 100 마이크로미터의 범위이다. 각뿔의 꼭지각은 30°내지 135°, 특히 60 내지 120°의 범위이다.
따라서 구조화된 표면(9)은 각뿔 측방향 면들의 경사진 평면을 보유하며, 그것의 가장 긴 측 길이 (L) 및 가장 짧은 측 길이는 전형적으로 1 내지 600 마이크로미터의 범위, 예를 들어 1 내지 100 마이크로미터 또는 10 내지 300 마이크로미터의 범위이다.
한 실시양태에서, 모듈의 배면 측 표면은 총 표면을 기준으로 90% 초과, 특히 95% 초과의 상기 경사진 평면을 포함한다. 각뿔의 높이 (h)는 그것의 꼭짓점으로부터 그것의 세 개의 면들과 동일한 각을 이루는 선이다. 완벽한 각뿔 (예컨대 정육면체의 면들 사이에서 90°를 이루는 완벽한 정육면체 모서리)의 경우에, 이러한 선은 시트 기재 표면 (즉, 배면 평면)에 수직이다. 높이는 법선으로부터 시트 표면까지 최대 25°벗어날 수 있으며; 바람직한 벗어나기 각(deviation angle) (캔트 각(cant angle)으로도 공지되어 있음)은 10°, 더 바람직하게는 5° 이하이다.
투명한 마이크로구조물은 삼각형 기부가 배면 평면 상에 서 있는 각뿔을 형성하며; 그것의 높이는 전형적으로 배면 평면에 수직을 이루거나 배면 평면 법선으로부터 최대 25° 벗어난다.
결과적으로, 이러한 각뿔의 꼭지각은 30 내지 150°(바람직하게는 50 내지 120°)의 범위이고, 각뿔은 10 내지 300 마이크로미터 범위의 전형적인 높이를 갖는다.
도 4a는 삼각형 기부를 갖는 각뿔을 사용한 "정육면체-모서리" 구조화 부분의 한 예를 도시한다. 교차 격자에 의해 제조될 수 있는 구조물이 바람직하다 (예를 들어, 도 4a에 도시되고 하기에서 추가로 설명됨). 삼각형 기부를 갖는 이러한 각뿔로 이루어진 구조물이 더 바람직하며, 그 예가 도 4a에 도시되어 있다 ("mu"는 마이크로미터를 나타내며; 구조물은 약 90°의 전형적인 꼭지각을 갖는 "정육면체 모서리"로서 기술될 수 있음).
재료 및 방법
구조화된 층(9)은 일반적으로, 열 및/또는 방사선을 가함으로써 경화될 수 있는 투명한 수지 재료로부터, 또는 투명한 중합체 재료의 적합한 엠보싱에 의해 제조된다. 구조화된 층(9)은 배면 시트(7) 상에 직접 적층될 수 있거나, 중합체 배면 시트가 사용되는 경우에 그것에 엠보싱될 수 있거나, 구조화된 층(9)은 투명한 기재로서의 중합체 필름(10) 상에 적층되거나 엠보싱되고, 이어서 구조화된 층(9)을 갖게 된 중합체 필름은 바람직하게는 배면 시트(7)와 캐리어 필름(10) 사이에서 적합한 접착제를 사용하여 배면 시트(7)에 적층될 수 있고; 그 예는 도 5 및 6에 도시되어 있다.
따라서, 한 실시양태에서, 본 발명에 따른 광기전력 모듈은 화학 방사선, 특히 UV 방사선에 의해 경화되는 수지를 포함하는 투명한 구조화된 층(9)을 보유한다. 후자의 실시양태는, 특히 UV 경화성 수지 층이 PET 필름과 같은 중합체 필름에 적층되고 임프린팅(imprinting) 공정에 의해 구조화되고 UV 광에 의해 경화됨으로써 구조화된 층(9)이 상기 중합체 필름 상에 형성되는 경우에, 특별한 기술적인 관심을 받는다. 이렇게 수득된 라미네이트는 후속적으로 배면 시트(7)에 적층된다.
본 발명의 모듈의 가장 바람직한 구성은
- PET 코어 상의 구조화된 UV 코팅으로 이루어진 배면 시트; 또는
- 임의로 유리 판 상에 접착제를 갖는, 구조화된 UV-코팅에 의해 덮인 유리 배면 시트 (PET 기재를 갖지 않음)
를 포함한다.
다른 바람직한 구성은, 접착제가 (유리 또는 중합체) 배면 시트 상에 도포되어 있는, PET 상의 구조화된 UV-코팅을 포함한다.
한 공정은 임프린팅 공정, 바람직하게는 롤-투-롤(roll-to-roll) 임프린팅 공정일 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 구조화된 층(9)을 갖는 라미네이트는 UV 임프린팅 공정에 의해 단일 구조물로서 제조된다. 또 다른 실시양태에서, 코팅된 기재는 방사선 경화성 (메트)아크릴레이트 재료로부터 제조되며, 성형된 (메트)아크릴레이트 재료는 화학 방사선 노출에 의해 경화된다. 예를 들어, 경화성 중합체 재료는 기재 필름(10 또는 7) 상에 코팅되고 마이크로구조화된 성형 도구에 반해 가압되고, 예를 들어 UV 조사에 의해, 경화됨으로써, 구조화된 층(9)이 기재 필름 상에 형성될 수 있다. 성형 도구가 제거되자마자, 구조화된 층(9)이 형성된다. 임프린팅된 표면(9) 상의 구조물은 도구 표면 상의 구조물과 반대되며, 즉, 도구 표면 상의 돌출부는 임프린팅된 표면 상의 함몰부를 형성하고 도구 표면 상의 함몰부는 임프린팅된 표면 상에 돌출부를 형성할 것이다.
임의로, 그 결과로 생성된, 캐리어 필름(10) 및 구조화된 층(9)을 포함하는 생성물은 적절한 크기의 스트립이 되도록 절단되고 태양광 발전 셀을 갖지 않는 영역과 중첩되도록 배면 시트(7)에 적층될 수 있다. 바람직하게는, 스트립은 적어도 태양광 발전 셀들 사이의 영역과 동일한 크기 및 형상을 갖는다.
이러한 조립체의 경우에, 통상적으로 유리 또는 중합체 필름을 포함하는 배면 시트(7) 또는 봉지재(2)에 대한 더 우수한 접착이, 구조물을 갖지 않는 기재 측의 표면 상에 접착 촉진제를 도포함으로써, 달성될 수 있다 (도 5).
또 다른 실시양태에서, 층(9)은, 도 6과 유사하게 전체 표면에 걸쳐 또는 순차적으로, 유리 또는 하기에 추가로 기술되는 중합체 재료일 수 있는 배면 시트(7) 상에 직접 적층되며; 도 7은 배면 시트의 가장 큰 부분을 덮는 층(9)을 갖는 이러한 조립체를 도시한다.
도 7에 따른 또 다른 실시양태에서, 층(9)은 배면 시트(7)의 외부 층을 대체하거나 배면 시트(7)의 일부이며, 특히 중합체 필름 또는 시트, 또는 봉지재(2) 그 자체, 예컨대 EVA가 배면 시트(7)를 형성하기도 한다.
열 및/또는 방사선 경화성 수지 재료가 구조화된 층(9)의 제조에 사용되는 경우에, UV 경화성 수지가 바람직하다. 이러한 경우에, 결합제는 본질적으로 에틸렌계 불포화 결합을 보유하는 단량체 또는 올리고머 화합물을 포함하며, 이는 적층 후에 화학 방사선에 의해 경화되고, 즉, 가교된 고분자량 형태로 전환된다. 시스템이 UV-경화성인 경우에, 그것은 일반적으로 광개시제도 보유한다. 상응하는 시스템은 전술된 간행물(Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Edition, Vol.　A18, pages 451-453)에 기술되어 있다. 수지 조성물은 전형적으로 하나 이상의 안정화제, 예를 들어 입체 장애 아민 및 UV 흡수제를 추가로 보유한다.
먼저 열에 의해 경화되고 후속적으로 UV 조사에 의해 경화되거나 그와 정반대의 방식으로 경화되는 이중 경화 시스템은, 전형적으로 광개시제의 존재 하에, UV 광 조사 시 반응할 수 있는 에틸렌계 이중결합을 보유하는 성분을 포함한다.
따라서 전자기 방사선은 바람직하게는 UV 광이고, 방사선 경화성 코팅은 전형적으로 UV 경화성 코팅이다. 전사 단계 동안 UV 경화성 코팅 (UV 래커)의 경화는 WO 12/176126에 기술된 방법과 유사하게 달성될 수 있다. 바람직한 경화 파장은, 예를 들어 LED 경화에 의해 달성 가능한 바와 같이, 단파장 범위 220 - 300 nm, 특히 240 - 270 nm, 및/또는 장파장 범위 340 - 400 nm, 특히 350 - 380 nm이다.
대안적으로, 구조화된 층(9)은 엠보싱에 의해 제조될 수 있다. 이러한 공정에서는, 엠보싱 가능한 표면을 갖는 평평한 필름을 구조화된 도구에 접촉시키고 압력 및/또는 열을 가함으로써 엠보싱된 표면을 형성한다. 평평한 필름 전체는 엠보싱 가능한 재료를 포함할 수 있거나, 평평한 필름은 엠보싱 가능한 표면만 가질 수 있다. 엠보싱 가능한 표면은 평평한 필름의 재료와 상이한 재료의 층을 포함할 수 있으며, 즉, 평평한 필름은 그것의 표면에 엠보싱 가능한 재료의 코팅을 가질 수 있다. 엠보싱된 표면 상의 구조물은 도구 표면 상의 구조물과 반대되며, 즉, 도구 표면 상의 돌출부는 엠보싱된 표면 상의 함몰부를 형성하고 도구 표면 상의 함몰부는 엠보싱된 표면 상에 돌출부를 형성할 것이다.
마이크로구조화된 성형 도구를 제조하기 위한 다양한 방법이 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지되어 있다. 이러한 방법의 예는 포토리소그래피, 에칭, 방전 가공, 이온 밀링, 마이크로가공, 다이아몬드 밀링, 다이아몬드 드릴링, 및 전기주조를 포함하지만 이로 제한되지 않는다. 마이크로구조화된 성형 도구는 또한, 가교성 액체 실리콘 고무, 방사선 경화성 우레탄 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것과 같은 성형 가능한 재료로 불규칙적인 형상 및 패턴을 포함하는 다양한 마이크로구조화된 표면을 복제하거나 전기주조를 통해 다양한 마이크로구조물을 복제하여, 음각 또는 양각 복제 중간물 또는 최종 엠보싱 도구 성형틀을 제조함으로써, 제조될 수 있다. 또한, 무작위적이거나 불규칙적인 형상 및 패턴을 갖는 마이크로구조화된 성형틀은, 개별적인 구조화된 입자를 성형 가능한 재료에 화학적 에칭, 샌드블라스팅, 샷 피닝(shot peening) 또는 싱킹(sinking)함으로써, 제조될 수 있다. 추가로, 임의의 마이크로구조화된 성형 도구는 US 특허 5,122,902 (Benson)에 교시된 절차에 따라 변경되거나 개조될 수 있다. 도구는 금속, 예컨대 니켈, 구리, 강철, 또는 금속 합금, 또는 중합체 재료를 포함하는 다양한 재료로부터 제조될 수 있다.
기재(7)는 하나 이상의 층을 포함할 수 있고, 투명한 재료, 예컨대 유리 및/또는 중합체, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리메틸메타크릴레이트 (PMMA), 폴리에틸렌 (PE), 폴리스티렌 (PS), 폴리프로필렌 (PP), 폴리카르보네이트 (PC) 또는 환형 올레핀 (공)중합체 (COC/COP), 또는 열경화성 중합체, 예컨대, 예를 들어 폴리이미드 (PI), 셀룰로스 트리아세테이트 (TAC)와 조합되거나 조합되지 않은 다른 통상적인 열가소성 재료로 만들어질 수 있다. 이러한 투명한 재료의 굴절률은 종종 1.4 내지 1.7의 범위, 전형적으로 1.4 내지 1.6의 범위이다. 복굴절의 특별한 경우에 (특히 PET), 기재의 평면을 따라 굴절률이 1.6 초과일 수 있다.
배면 시트(7) 또는 PV 셀을 내장하는 봉지재(2)로서 사용되는 임의의 중합체 층은 폴리카르보네이트, 폴리에스테르 (예를 들어 PET), 비닐 중합체, 예컨대 폴리비닐 알콜 또는 에틸렌 비닐 아세테이트 (EVA), 예를 들어 아크릴, 예컨대 폴리메틸메타크릴레이트 등으로부터 종종 선택되는 투명한 중합체 재료이다. 봉지재(2)의 예는 폴리카르보네이트, 폴리아크릴, 예컨대 PMMA, 폴리비닐부티랄, 실리콘 중합체, 폴리이미드, 폴리스티렌, 스티렌 아크릴로니트릴, 폴리아미드, 폴리에테르이미드, 폴리술폰, 환형 올레핀 공중합체, 및 특히 EVA이다. PE 또는 PP와 같은 일부 중합체의 광학 품질은 청징제의 첨가에 의해 개선될 수 있다. 그것은 본 발명의 구조화된 층 및 배면 시트 및 PV 셀과 접촉하는 하나의 벌크 재료 (봉지재)로 이루어질 수 있거나, 이러한 재료로 만들어진 둘 이상의 층을 포함할 수 있다. 구조화된 층(9)과 PV 셀(3) 사이에서 셀에 인접하게 배치되고 광의 주 입사 측과 반대편에 배치된 중합체 층(들)(7)의 두께는, 존재하는 경우에, 전형적으로 최대 2 mm에 도달하며, 종종 예를 들어 1 마이크로미터 내지 약 2 mm의 범위이고, 바람직하게 그것의 두께는 약 0.1 내지 1 mm, 특히 0.3 내지 0.5 mm이다. 중합체 필름(10)은 중합체 배면 시트(7)와 동일하거나 상이한 재료로 만들어질 수 있거나; 대안적으로, 그것은 중합체 배면 시트(7)를 대체할 수 있다. 중합체 필름(10)을 위한 전형적인 재료는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET)이다. 중합체 필름(10)은 단층 또는 다층일 수 있다. 마찬가지로, 중합체 기재 시트(7)는 단층 또는 다층일 수 있거나, 2개 이상의 층으로 이루어진 중합체-유리 시트(7)가 사용될 수 있다.
전형적으로, 전방 판(1)은 전방 판의 텍스처화된 표면을 형성할 수 있는 반사방지 요소를 갖거나, 그것은 전방 판에 도포된 반사방지 코팅일 수 있다. 코팅은 전형적으로, 예를 들어 적합한 유전 입자, 예컨대 이산화규소 또는 알루미나를 적합한 결합제에 포함하는, 굴절률-정합 특성을 갖는 투명하거나 반투명한 다공성 재료, 예컨대 문헌(Wicht et al. (Macromolecular Materials and Engineering 295, 628 (2010))에 개시된 재료이다. 코팅은 저굴절률 재료, 예컨대 MgF2 또는 플루오로중합체로 만들어질 수 있다. 반사방지 요소는 또한 저굴절률 재료 층 및 고굴절률 재료 층을 교대로 갖는 다층 간섭 시스템으로 이루어질 수 있다. 반사방지 요소는 또한 나노구조화된 표면을 갖는 필름, 예를 들어 나방 눈 구조물 (육각형 패턴의 돌기로 이루어진 구조물)을 갖는 필름일 수 있다.
본 발명의 추가의 측면은 태양광 발전 모듈의 제조 방법이다.
따라서, 본 발명은 추가로 전방 측 및 후방 측으로부터 들어온 광을 변환시킬 수 있는 PV 셀을 포함하는 광기전력 모듈의 제조 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 모듈의 배면 측 상에 투명한 코팅 재료를 적층, 구조화 및 경화시키거나, 또는 모듈의 배면 측 상에 투명한 시트를 적층함으로써, 모듈의 투명한 배면 측을 투명한 코팅 재료 층의 마이크로구조물로 구조화하는 단계를 포함하며, 여기서 상기 시트는 UV 경화 코팅 재료를 포함하는 하나의 마이크로구조화된 표면을 보유하며, 상기 마이크로구조물이 복수의 삼각뿔을 포함하는 것을 특징으로 한다.
한 실시양태에서, 본 발명의 방법은
(a) 투명한 방사선 경화성 수지 층을 PET 필름과 같은 중합체 필름에 적층하는 단계,
(b) 상기 방사선 경화성 수지 층을 적합하게 구조화된 성형 도구를 사용하여 임프린팅함으로써 구조화하여, 삼각뿔을 포함하는 마이크로구조물을 수득하는 단계,
(c) 수득된 상기 구조화된 층을 조사에 의해 경화시켜, 구조화된 측 및 구조화되지 않은 측을 포함하는 중합체 필름을 수득하는 단계, 및
(d) 단계 (c)에서 수득된 중합체 필름의 구조화되지 않은 측을 배면 시트(7)에 적층하거나, 또는 상기 중합체 필름의 구조화되지 않은 측을 봉지재(2) 상에 직접 적층하는 단계
를 포함하며, 여기서 상기 단계 (d)는 임의로 접착 촉진제 및/또는 접착제를 전형적으로 단계 (c)에서 수득된 바와 같은 중합체 필름의 구조화되지 않은 측 상에 도포하는 것을 포함한다.
또 다른 실시양태에서, 상기 방법은
(a) 투명한 방사선 경화성 수지 층을, 바람직하게는 PV 모듈의 제조 시 배면 시트로서 예상되는 유리 시트이거나 모듈의 유리 배면 측인, 배면 시트(7)에 적층하는 단계,
(b) 상기 방사선 경화성 수지 층을 적합하게 구조화된 성형 도구를 사용하여 임프린팅함으로써 구조화하여, 삼각뿔을 포함하는 마이크로구조물을 수득하는 단계, 및
(c) 수득된 상기 구조화된 층을 조사에 의해 경화시키는 단계
를 포함한다.
상기 방법에서, 구조화 단계(b) 및 경화 단계(c)를 순차적으로 또는 동시에 수행할 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 구조화를 중합체 필름 또는 시트(7) 또는 (10)을 엠보싱함으로써 실행한다.
본 발명의 태양광 발전 모듈에서, 광기전력 셀(3)은 바람직하게는 규소 셀, 예컨대 단결정성 셀 또는 다결정성 셀이거나, 유기 광기전력 재료와 같은 PV 셀에 사용되는 임의의 다른 반도체 재료를 기재로 하는 셀일 수 있다. 셀(3)은 전형적으로 양면 셀이다.
규소 셀과 같은 전형적인 셀은 직사각형 또는 원형일 수 있으며, 그것의 가장 긴 직경은 전형적으로 5 내지 20 cm의 범위이고, 가장 작은 직경은 전형적으로 4 내지 12 cm의 범위이다. PV 셀의 두께는 전형적으로 0.1 내지 1 mm, 특히 약 200 내지 400 마이크로미터이다. PV 셀은 전형적으로 EVA 또는 폴리비닐 알콜과 같은 중합체 재료의 층(2)에 의해 둘러싸여 있으며; EVA 또는 폴리비닐 알콜과 같은 중합체 재료는 일반적으로 또한, 종종 1 내지 최대 10 mm, 통상적으로 약 2 내지 5 mm의 범위인, 셀들 사이의 간극을 채운다. 보호 시트, 봉지재, PV 셀, 배선 및 본 발명의 구조화된 층으로 덮인 배면 시트를 포함하는 태양광 발전 모듈의 총 두께는 전형적으로 1 내지 20 mm, 특히 2 내지 8 mm의 범위이다.
실시예
1. 구조화된 층
구조화된 층을 캐리어 호일 (기재) 및 UV-경화성 코팅과 함께 임프린팅 공정을 사용하여 제조한다. 이러한 경우에 기재는 175 μm의 총 두께의 양 측 상에 프라이머 처리된 PET-호일 (미쓰비시 호스타판(Mitsubishi Hostaphan) GN 175 CT 01B)이다. UV-경화성 코팅 (우레탄 아크릴레이트, 아크릴레이트 단량체, 광개시제 및 각각의 첨가제를 기재로 함)을 기재 상에 도포하고, 후속적으로 원하는 최종 구조물의 음각 구조를 갖는 임프린팅 도구와 접촉시킨다. 임프린팅 도구와 기재를 서로 가압하여, UV-경화성 코팅이 임프린팅 도구의 음각 구조물의 공동을 채우게 한다. 임프린팅 도구와 코팅된 기재를 접촉시키는 동안, 코팅을 UV-방사선을 사용하여 경화시킨다. 경화 후에, 임프린팅 도구와 코팅된 기재를 분리하여, 경화되고 구조화된 코팅 층을 갖는 기재를 얻는다. 전체 임프린팅 공정 동안, 코팅은 기재와 접촉하였다.
수득된, 대략 60 마이크로미터 높이의 "정육면체 모서리" 각뿔로 이루어진 층이 도 8에 도시되어 있다.
반사율의 측정을, 250 내지 1200 nm의 범위에서 UV-Vis 분광광도계를 사용하고, 태양광 스펙트럼 (AM1.5) 및 PERC-태양광 발전 셀의 양자 효율에 따른 가중치를 부여하고, 전방 구조물 층을 갖는 필름의 배면 측 계면에 의해 광이 반사되지 않도록 배면 측이 페인트로 검게 칠해진 샘플을 사용하여, 수행한다.
상기에 기술된 구조화된 층은 2.2%의 가중 평균 반사율을 나타낸다.
이에 비해 배면 측이 검게 칠해진 플로트(float) 유리의 가중 반사율은 4.5%인 것으로 결정되었다. 따라서 본 발명의 구조화된 층은 반사율을 플로트 유리에 비해 2.3% 감소시켜, 예를 들어 도 2a에 도시된 광 경로 IV-VI에 의한 광 진입을 증진한다.
2. 전체 모듈에 대한 시험
전체 배면 측이 실시예 1의 구조화된 층으로 코팅된, 전체 크기 (1.68 m x 1.0 m, 60개 셀)의 양면 유리 배면 시트 모듈을 사용하여, 시험을 수행한다.
모듈의 전방 측 또는 배면 측에 수직으로 조사하는 손전등 (태양광 스펙트럼 AM1.5, 1000 W/m2)을 사용하여 효율의 측정을 수행한다.
a) 전방 측 조광: 모듈의 전방 측에의 조사 시 모듈의 출력의 측정 (각각 오차 한계 ± 1W):
전체 배면 표면 상의 구조화된 층 (본 발명에 따름): 284.5 W
대조용 모듈 (플로트 유리 배면 측): 277.8 W
b) 배면 측 조광: 시험 모듈의 양면성 (즉, 배면측으로부터의 조사와 전방 측으로부터의 조사 사이의 출력 비 (와트))의 측정을 모듈의 배면 측에 수직으로 조사하는 손전등 (태양광 스펙트럼 AM1.5, 1000 W/m2)를 사용하여 수행한다. 실시예 1에 제시된 본 발명의 구조화 부분의 반사-방지 효과는 태양광 발전 모듈의 배면측 상에서 발휘되기 때문에, 예상된 양면성의 증가분은 0.023 * 61% = 1.4%이다.
그러나, 예상 외로, 전체 모듈에 대해 측정된 양면성은 3.1 ± 0.3%이고, 즉, 반사-방지 효과로부터 예상될 수 있는 것보다 훨씬 높다.
본 발명의 모듈은 구조화된 배면 측을 갖지 않는 동일한 모듈보다 뚜렷하게 더 높은 양면성 및 효율을 제공한다.
3. EP 3214659의 정사각형 구조물과의 비교
EP 3214659에 청구된 바와 같은 정사각형 구조물의 성능을 광선-추적 시뮬레이션을 사용하여 실시예 1의 본 발명의 "정육면체 모서리" 구조물 (삼각형 기부)과 비교한다.
광선-추적 모델에 대한 설명: 구조물을 각각 n = 1.5의 굴절률을 갖는 기재의 후방 측에 부착한다 (주변 매질은 n = 1인 공기임). 기재는 남쪽을 향해 28.56°만큼 경사져 있으며, 이는 미국 피닉스에서의 비-추적 PV 모듈의 최적 경사 각에 대한 추정치를 나타낸다. 피닉스에서 1년에 걸쳐 평균 내어진 양의 태양광 직사광선 방사선을 기재에 조광한다. (투명한) 수광기(receiver)를 구조화된 후방 측에 가깝게 기재 내부에 배치하고 하기 둘 다를 측정한다 (도 3a를 참조).
a) 후방-측 구조물에의 첫 번째 입사 전의 광선의 광 출력 및
b) 후방-측 구조물에의 두 번째 입사 전의 광선의 광 출력.
따라서, b)를 a)로 나누면 가상 수광기에 두 번째로 부딪히는 광 출력의 비를 얻게 된다 (따라서 이는 역반사 구조로 인해 재사용된다; 예: 평면 후방 측의 경우에 입사 출력의 0.16%만 재사용되어 가상 수광기 평면에 두 번째로 충돌하고, 후방 및 전방 측에서의 반사율은 4%임). 이러한 비가 높을수록 구조물이 더 잘 작동한다.
매개변수 공간: 시뮬레이션을 구조물 1) EP 3214659에 기술된 바와 같은 정사각뿔 (꼭지각 60°내지 120°를 제공하는 밑각 30°내지 60°를 가짐) 및 2) 29° 내지 165°의 꼭지각을 제공하는 밑각 10°내지 80°를 갖는 삼각뿔 둘 다에 대해 수행한다. 삼각형 기부의 길이는 구조물 둘 다에 대해 30 μm이다. 시뮬레이션에서, 기재 및 구조물 둘 다에 대한 굴절률은 1.5이다.
도 3b에 도시된 결과는, 재사용된 출력이, 특히 최대 135도 범위의 꼭지각에서, 공지되어 있는 정사각뿔 (정사각형)에 비해 삼각뿔 (검은색 삼각형; 본 발명에 따름)에서 훨씬 더 높다는 것을 입증한다.
도면의 간단한 설명:
도 1: 최신식 모듈의 2가지 변형물에서의 전형적인 광 경로; 광 경로 I 내지 III은 도면의 우측에 도시된 바와 같이 배면 반사체(8)의 부재 하에는 광의 손실을 초래하지만, 반사 시에는 PV 전류에 기여할 수 있고 (도 1의 좌측); 광 경로 IV 및 V는 투명한 배면 측의 경우에서만 가능하다 (반사체(8)가 부재함, 도 1의 우측).
도 2a는 본 발명에 따른 PV 모듈에서의 전형적인 광 경로를 보여주며, 여기서 경로 I 내지 VI를 따라가는 "미사용" 광은 모듈의 효율에 기여할 수 있다.
도 2b는 모듈의 배면 측 상의 본 발명의 마이크로구조화된 층의 결과 (비등방성 광 유동)를 보여주며, 여기서 전방 측으로부터 수직으로 들어와서 셀들 사이의 간극에 떨어지는 광의 투과는 크게 저감되는 반면에 (도 2b의 좌측), 본 발명의 마이크로구조물은 모듈의 배면 측에 수직으로 떨어지는 광이 거의 방해받지 않고서 투과할 수 있게 한다 (도 2b의 우측).
도 3a: 실시예 3에서 사용된 광선-추적 모델의 도해; 모듈은 내장된 투명한 수광기(e, 실제 모듈의 PV 셀(3)을 나타냄)를 갖는 투명한 기재(d)를 포함하고, 마이크로구조화된 층(f)이 모듈의 배면 측에 부착되고, 기재 및 마이크로구조화된 층 둘 다는 굴절률 n = 1.5을 갖는다. 태양광원(c)으로부터 들어온 광선의 광 출력은 후방-측 마이크로구조화된 층에의 첫 번째 입사 전 (a) 및 후방-측 마이크로구조화된 층에의 두 번째 입사 전 (b)에 고려된다.
도 3b는 삼각뿔을 포함하는 본 발명의 마이크로구조화된 층 (삼각형)을 본 실시예 3의 정사각뿔을 포함하는 층 (정사각형)과 비교한 것을 보여준다.
도 4a는, 기부가 도면에 지정된 바와 같은 전형적인 치수 ("mu"는 마이크로미터를 나타냄)를 갖는, 삼각뿔 ("정육면체 모서리" 유형)의 어레이로 이루어진 본 발명의 마이크로구조화된 층에 대한 한 예의 개략적인 평면도 (좌측, 치수 지정됨) 및 투시도 (우측)를 보여주며; 층(9)의 이러한 바람직한 구조화 부분은 교차 격자에 의해 제조될 수 있다. 도 4a의 우측에는 도시된 구조물의 "단위 셀"이 도시되어 있고, 이는 그것의 형성 층(9)의 횡단면을 나타낸다.
도 4b는 도 4a의 구조물의 확대 단면도로서, 절단선을 나타내는 삼각뿔의 평면도 (파선, 좌측), 및 그 결과로 생성된, 각뿔의 면 중 하나의 꼭지각 및 밑각 알파 (배면 평면 (즉, 층(2) 또는 (7)의 더 하부의 표면에 의해 한정된 일반적인 후방 표면 평면)에 대한 경사 각)를 한정하는 상기 각뿔의 횡단면도 (우측)를 보여준다.
도 5는 일 측 상에 투명한 UV 경화 수지 층 (그것 상에 존재하는 높이 H의 구조화 부분을 포함하여, 10 내지 100 마이크로미터의 두께를 가짐) 및 다른 측 상에 모듈의 배면 시트에의 부착을 위한 접착 촉진제를 갖는 두께 약 200 마이크로미터의 투명한 기재 필름의 한 예를 개략적으로 보여주며, 이때 모듈의 배면 측 상에서의 위치가 지정되어 있다.
도 6은 배면 판(7; 도면의 좌측)의 전체 표면 상에 존재하거나, PV 셀들 사이의 간극을 덮도록 배면 판의 일부 영역에만 부착된 (상기 도면의 우측), 구조화된 층(9)을 갖는 기재 필름(10)을 보여준다.
도 7은 구조화되고 UV 경화 수지 층(9)이 중합체 재료 또는 유리 시트일 수 있는 배면 판(7) 상에 직접 적층된 실시양태를 보여준다.
도 8은 본 실시예 1 및 2의 마이크로구조화된 층(9)의 현미경 사진을 보여준다.
약어
EVA 폴리(에틸렌-비닐 아세테이트)
PET 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)
PV 광기전력
AM1.5 대기 질량(air mass) 1.5 조도 조건
HRI 고굴절률
Jsc (PV 모듈의) 단락 전류 밀도
TIR 내부 전반사
mu 마이크로미터
숫자
(1) PV 모듈의 투명한 전방 시트 (전방 판이라고도 불림)
(2) PV 셀을 내장하는 봉지재
(3) PV 셀
(7) 배면 판
(8) 반사 층 (비교용)
(9) 투명한 구조화된 층 (본 발명에 따름)
(10) 구조화된 층(9)을 위한 임의적 캐리어 필름

Claims (15)

  1. 하나 이상의 양면 광기전력 셀(3)을 포함하는 광기전력 모듈이며, 상기 모듈은 태양광 직사광선을 수용하도록 설계된 상부 외부 표면을 노출시키는 전방 측 및 분산 광을 수용하도록 설계된 하부 외부 표면을 노출시키는 후방 측을 포함하고, 여기서 하부 외부 표면은 적어도 부분적으로 마이크로구조화된 층(9)에 의해 형성되고, 상기 마이크로구조화된 층(9)은 각뿔형 마이크로구조물을 포함하고, 그의 삼각형 기부가 상기 층(9)에 고정된 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 봉지재(2)에 내장된 광기전력 셀(3)을 덮으며 임의로 반사방지 층에 의해 덮인 전방 판(1), 및 임의적 배면 시트(7) 및/또는 중간 층(10)을 포함하며, 여기서 전방 판(1), 봉지재(2), 광기전력 셀(3), 및 임의적 반사방지 층, 배면 시트(7) 및 중간 층(10)은 서로 광학적으로 접촉하고; 전방 판(1), 봉지재(2), 및 임의적 반사방지 층 및 배면 시트(7) 및 중간 층(10)은 각각 투명한 재료로 만들어지고, 여기서 이에 따라 봉지재(2) 또는 배면 시트(7) 또는 중간 층(10)은 본질적으로 평면인 후방 표면을 형성하며, 이는 복수의 삼각뿔을 포함하는 마이크로구조화된 층(9)에 의해 적어도 부분적으로 덮인 것인 광기전력 모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 마이크로구조화된 층(9)이, 삼각형 기부를 가지며 모듈의 전방 측으로부터 멀어지는 방향을 향하는 꼭짓점을 갖는 각뿔형 마이크로구조물을 포함하는 것인 광기전력 모듈.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 마이크로구조화된 층(9)이 각뿔을 포함하고, 여기서 상기 각뿔의 측방향 면들은, 본질적으로 평면인 후방 표면에 의해 한정된 배면 평면에 대해 15 내지 89°, 바람직하게는 15 내지 75°, 특히 25 내지 70° 범위의 각도로 경사진 것인 광기전력 모듈.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 각뿔형 마이크로구조물이 마이크로구조화된 층(9)의 표면의 적어도 90%, 특히 적어도 95%를 차지하는 것인 광기전력 모듈.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 각뿔의 삼각형 기부의 길이가 1 내지 600 마이크로미터의 범위이고, 각뿔의 꼭지각이 30°내지 135°, 특히 60 내지 120°의 범위인 광기전력 모듈.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 전형적으로 1 내지 10 mm 폭의 간극에 의해 분리된 복수의 PV 셀을 포함하며, 여기서 마이크로구조화된 층(9)이 적어도 이러한 간극 아래에 배치된 것인 광기전력 모듈.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 마이크로구조화된 층(9)이 모듈의 배면 시트(7)와 광학적으로 접촉하는 중합체 필름(10)을 덮거나, 또는 마이크로구조화된 층(9)이 봉지재(2)와 광학적으로 접촉하는 중합체 필름(10)을 덮는 것인 광기전력 모듈.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 마이크로구조화된 층(9)이 모듈의 배면 시트(7)를 직접 덮고, 상기 배면 시트(7)는 중합체 시트 또는 유리 시트인 광기전력 모듈.
  10. 제8항에 있어서, 투명한 재료로 만들어진 마이크로구조화된 층(9)이 화학 방사선에 의해 경화된 수지 또는 엠보싱된 중합체 재료, 특히 UV 방사선에 의해 경화된 수지를 포함하는 것인 광기전력 모듈.
  11. 전방 측 및 후방 측으로부터 들어온 광을 변환시킬 수 있는 PV 셀을 포함하는 광기전력 모듈을 제조하는 방법이며, 상기 방법은 모듈의 배면 측 상에 투명한 코팅 재료를 적층, 구조화 및 경화시키거나, 또는 모듈의 배면 측 상에 투명한 시트를 적층함으로써, 모듈의 투명한 배면 측을 투명한 코팅 재료 층의 마이크로구조물로 구조화하는 단계를 포함하며, 여기서 상기 시트는 UV 경화 코팅 재료를 포함하는 하나의 마이크로구조화된 표면을 보유하며, 상기 마이크로구조물은 복수의 삼각뿔을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 모듈의 투명한 배면 측을 구조화하는 단계가
    (a) 투명한 방사선 경화성 수지 층을 PET 필름과 같은 중합체 필름에 적층하는 단계,
    (b) 상기 방사선 경화성 수지 층을 적합하게 구조화된 성형 도구를 사용하여 임프린팅함으로써 구조화하여, 삼각뿔을 포함하는 마이크로구조물을 수득하는 단계,
    (c) 수득된 상기 구조화된 층을 조사에 의해 경화시켜, 구조화된 측 및 구조화되지 않은 측을 포함하는 중합체 필름을 수득하는 단계, 및
    (d) 단계 (c)에서 수득된 중합체 필름의 구조화되지 않은 측을 배면 시트(7)에 적층하거나, 또는 상기 중합체 필름의 구조화되지 않은 측을 봉지재(2) 상에 직접 적층하는 단계
    를 포함하며, 여기서 상기 단계 (d)는 임의로 접착 촉진제 및/또는 접착제를 도포하는 것을 포함하는 것인
    방법.
  13. 제11항에 있어서, 모듈의 투명한 배면 측을 구조화하는 단계가
    (a) 투명한 방사선 경화성 수지 층을 유리 시트와 같은 배면 시트(7)에 적층하는 단계,
    (b) 상기 방사선 경화성 수지 층을 적합하게 구조화된 성형 도구를 사용하여 임프린팅함으로써 구조화하여, 삼각뿔을 포함하는 마이크로구조물을 수득하는 단계, 및
    (c) 수득된 상기 구조화된 층을 조사에 의해 경화시키는 단계
    를 포함하는 것인
    방법.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 각뿔의 삼각형 기부의 길이가 1 내지 600 마이크로미터의 범위이고, 각뿔의 꼭지각이 30°내지 135°, 특히 60 내지 120°의 범위인 방법.
  15. 전방 측 및 후방 측으로부터 들어온 광을 변환시킬 수 있는 PV 셀을 포함하는 광기전력 모듈의 제조를 위한, 특히 광기전력 모듈의 배면 시트로서의, 복수의 삼각뿔을 포함하는 마이크로구조화된 표면을 포함하는 투명한 중합체 필름의 용도.
KR1020227005186A 2019-08-20 2020-08-05 광기전력 모듈 KR20220049521A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP19192564 2019-08-20
EP19192564.3 2019-08-20
PCT/EP2020/072033 WO2021032489A1 (en) 2019-08-20 2020-08-05 Photovoltaic module

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220049521A true KR20220049521A (ko) 2022-04-21

Family

ID=67659469

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227005186A KR20220049521A (ko) 2019-08-20 2020-08-05 광기전력 모듈

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20220285573A1 (ko)
EP (1) EP4018485A1 (ko)
JP (1) JP2022546308A (ko)
KR (1) KR20220049521A (ko)
CN (1) CN114270539A (ko)
WO (1) WO2021032489A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114678437B (zh) * 2022-04-14 2024-04-02 浙江晶科能源有限公司 光伏组件

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3670835B2 (ja) * 1998-04-22 2005-07-13 三洋電機株式会社 太陽電池モジュール
JP3259692B2 (ja) * 1998-09-18 2002-02-25 株式会社日立製作所 集光型太陽光発電モジュール及びその製造方法並びに集光型太陽光発電システム
US20160079462A1 (en) * 2010-12-06 2016-03-17 Industrial Technology Research Institute Package structure of solar photovoltaic module
CN104134705A (zh) * 2013-05-03 2014-11-05 常州亚玛顿股份有限公司 高效率太阳能电池模块
EP3214659A1 (en) * 2016-03-02 2017-09-06 DSM IP Assets B.V. Bi-facial photovoltaic device comprising a rear texture
CN206834186U (zh) * 2017-06-05 2018-01-02 上海海优威新材料股份有限公司 表面设有花纹的胶膜
CN207009445U (zh) * 2017-07-21 2018-02-13 广州信邦智能装备股份有限公司 一种太阳能电池组件盖板玻璃

Also Published As

Publication number Publication date
EP4018485A1 (en) 2022-06-29
US20220285573A1 (en) 2022-09-08
JP2022546308A (ja) 2022-11-04
CN114270539A (zh) 2022-04-01
WO2021032489A1 (en) 2021-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11575059B2 (en) Photovoltaic module
CN101431115B (zh) 太阳能电池板及其制造方法
JP6407971B2 (ja) 多層太陽電池デバイス
US20090178704A1 (en) Solar electric module with redirection of incident light
US20100180946A1 (en) Increasing the angular range of light collection in solar collectors/concentrators
KR20190027855A (ko) 광 방향전환 필름용 접착제
KR102501442B1 (ko) 광학패턴이 포함된 컬러필름의 제조방법 및 상기 컬러필름을 포함하는 태양광 발전 모듈
US20160172518A1 (en) Reflective microstructured films with microstructures having curved surfaces, for use in solar modules
EP3214659A1 (en) Bi-facial photovoltaic device comprising a rear texture
CN101807610A (zh) 提高光线捕获效率的贴膜以及使用该膜的太阳能电池板
US20190305165A1 (en) Photovoltaic module
KR20220049521A (ko) 광기전력 모듈
TWI447923B (zh) 增光穿透膜及含其之太陽能電池組件
US20160172517A1 (en) Reflecting films with rounded microstructures for use in solar modules
CN102315293A (zh) 太阳光电模块封装叠层结构及其制造方法
CN212182348U (zh) 反射胶膜和光伏组件
AU2020213717A1 (en) Optical structure for solar applications and manufacturing method
KR101150194B1 (ko) 광전지 모듈용 커버기판 및 이를 구비하는 광전지 모듈
KR101167564B1 (ko) 광전지 모듈용 커버기판 및 이를 구비하는 광전지 모듈
KR20120032693A (ko) 광전지 모듈용 커버기판 및 이를 구비하는 광전지 모듈