KR20220164902A - 태양광 투과도가 향상된 유리를 이용한 컬러 태양광 모듈 - Google Patents

태양광 투과도가 향상된 유리를 이용한 컬러 태양광 모듈 Download PDF

Info

Publication number
KR20220164902A
KR20220164902A KR1020210073229A KR20210073229A KR20220164902A KR 20220164902 A KR20220164902 A KR 20220164902A KR 1020210073229 A KR1020210073229 A KR 1020210073229A KR 20210073229 A KR20210073229 A KR 20210073229A KR 20220164902 A KR20220164902 A KR 20220164902A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
color
refractive index
glass
transparent layer
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
KR1020210073229A
Other languages
English (en)
Inventor
김용한
Original Assignee
(주)옥토끼이미징
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 (주)옥토끼이미징 filed Critical (주)옥토끼이미징
Priority to KR1020210073229A priority Critical patent/KR20220164902A/ko
Publication of KR20220164902A publication Critical patent/KR20220164902A/ko
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/40—Optical elements or arrangements
    • H10F77/42—Optical elements or arrangements directly associated or integrated with photovoltaic cells, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H10F77/45—Wavelength conversion means, e.g. by using luminescent material, fluorescent concentrators or up-conversion arrangements
    • H01L31/055—
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/34—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions
    • C03C17/3411—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of inorganic materials
    • C03C17/3417—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of inorganic materials all coatings being oxide coatings
    • H01L31/02327—
    • H01L31/0236—
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S20/00—Supporting structures for PV modules
    • H02S20/20—Supporting structures directly fixed to an immovable object
    • H02S20/22—Supporting structures directly fixed to an immovable object specially adapted for buildings
    • H02S20/26—Building materials integrated with PV modules, e.g. façade elements
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/40—Optical elements or arrangements
    • H10F77/413—Optical elements or arrangements directly associated or integrated with the devices, e.g. back reflectors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/70—Surface textures, e.g. pyramid structures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2217/00—Coatings on glass
    • C03C2217/70—Properties of coatings
    • C03C2217/73—Anti-reflective coatings with specific characteristics
    • C03C2217/734—Anti-reflective coatings with specific characteristics comprising an alternation of high and low refractive indexes
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

본 발명은 투명층의 양면에 요철을 형성시킴으로써 전면에서 반사되는 광이 굴절되도록 하여 반사현상을 억제하는 동시에 입사되는 태양광의 투과량을 97% 이상의 수준으로 향상시킬 수 있도록 투과되는 빛을 산란하기 위한 요철면이 형성되는 투명층; 상기 투명층을 투과한 빛이 다층구조의 매질을 통과하면서 겪게 되는 굴절률 차이로 야기되는 간섭에 의해 색상을 발현할 수 있도록 굴절률이 다른 무기물층을 상기 투명층의 배면에 교대로 증착시킨 다층구조로 이루어진 컬러 발현층; 및 광기전 효과를 이용하여 태양광을 전기에너지로 바꿔주는 태양광 패널층;을 포함하는 태양광 투과도가 향상된 유리를 이용한 컬러 태양광 모듈에 관한 것이다.

Description

태양광 투과도가 향상된 유리를 이용한 컬러 태양광 모듈{COLOR SOLAR PANEL USING GLASS WITH IMPROVED LIGHT TRANSMITTANCE}
본 발명은 태양광 투과도가 향상된 유리를 이용한 컬러 태양광 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 입사되는 태양광을 97% 이상 투과할 수 있는 것은 물론, 특정 컬러를 구현 가능하여 심미감까지 향상킬 수 태양광 투과도가 향상된 유리를 이용한 컬러 태양광 모듈에 관한 것이다.
최근 가정용이나 상업용 또는 건축용 BIPV 태양광 패널등이 건축물 입면에 사용이 증가되고 있다. 사용되는 전면유리는 일반적으로 입사하는 태양광의 각도에 따라 반사가 일어나 주변 환경에 빛 공해를 일으키는 요인이 있기 때문에 빛 공해에 대한 대책이 필요하다.
또한, 건축물 입면에 수직형으로 부착되기 때문에 태양광 입사광이 전면으로 입사되지 않기 때문에 태양광 효율이 약 30% 정도 감소하여 지붕형이나 경사형에 비해, 효율이 떨어지는 문제가 있다.
한편, 태양광용 전면유리는 투과율이 85% 대인 일반 건축용 유리 대비 상대적으로 투과율이 90~94% 대의 높은 저철분 유리를 사용하며, 전면유리의 투과율을 높이기 위해 표면층에 반사방지 기능의 박막 코팅을 93~94% 대의 투과율을 향상시켜 사용하는 예도 있다.
종래의 모든 태양광용 전면유리는 입사하는 태양광의 반사가 있고, 이로 인해 입사량 손실이 있기 때문에 태양광 패널에 있는 태양 전지에 도달하는 태양광이 5~10% 정도의 태양광 발전의 절대량이 감소하게 되는 문제점이 있었다.
그리고 미세한 요철구조를 형성하여 입사하는 광과 요철 구조에 박막층을 형성하여 컬러박막 층이 평평한 구조 대비 확산과 산란현상에 의해 확산하는 입사광과 박막층간의 경계면에서의 균일한 컬러를 구현할 수 있는데, 이러한 컬러유리를 제조하기 위해 종래에는 투명한 판유리의 전면에 원하는 컬러나 무늬가 인쇄된 필름을 부착시켜 제작하거나, 유기물 등으로 형성된 안료나 염료를 투명한 유리판에 도장하고 이를 건조시켜 제작한다.
이러한 종래의 컬러유리에 형성되는 컬러층은 특정 파장대역의 광투과율이 높은 무기 안료나 염료에 고분자 수지가 결합된 형태의 물질로 구성됨이 일반적이었다. 그러나 형성된 컬러층의 색상은 시간이 경과함에 따라 자외선을 비롯한 각종 환경 요인에 노출됨으로 인해 변색의 우려가 있고, 컬러감도 원색에 가깝기 때문에 심미감이 약할 수 밖에 없으며, 특히 컬러층을 형성하기 위해 도포된 무기 안료나 염료로 인해 전체적인 광 투과도가 낮아 외부에서 입사되는 빛이 충분히 투과되어야 하는 건축용이나 태양광 패널용으로 사용하기에는 많은 제약을 갖게 되는 문제점이 있었다.
한국등록특허 제10-1917533호(2018.11.05.등록) 한국등록특허 제10-1872004호(2018.06.21.등록) 한국등록특허 제10-1987834호(2019.06.04.등록)
본 발명은 투명층의 양면에 요철을 형성시킴으로써 전면에서 반사되는 광이 굴절되도록 하여 반사현상을 억제하는 동시에 반사광이 투명층 내부를 입사하고 투과된 입사광이 배면에 도달하여 산란과 확산 현상을 일으키게 하여 입사광이 고르게 태양전지에 도달할 수 있어 태양광으로부터 입사되는 태양광의 투과량을 97% 이상의 수준으로 향상시킬 수 있는 태양광 투과도가 향상된 유리를 이용한 컬러 태양광 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 투명층의 양면에 요철을 형성시킴으로써 전면에서 반사되는 광이 굴절되도록 하여 반사현상을 억제하는 동시에 입사되는 태양광의 투과량을 97% 이상의 수준으로 향상시킬 수 있도록 한 태양광 투과도가 향상된 유리를 이용한 컬러 태양광 모듈에 관한 것으로서, 투과되는 빛을 산란하기 위한 요철면이 형성되는 투명층; 상기 투명층을 투과한 빛이 다층구조의 매질을 통과하면서 겪게 되는 굴절률 차이로 야기되는 간섭에 의해 색상을 발현할 수 있도록 굴절률이 다른 무기물층을 상기 투명층의 배면에 교대로 증착시킨 다층구조로 이루어진 컬러 발현층; 및 광기전 효과를 이용하여 태양광을 전기에너지로 바꿔주는 태양광 패널층;을 포함한다.
그리고 상기 요철면은 상기 투명층의 전면과 배면에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 투명층 중 요철면이 형성된 전면의 평균거칠기(Ra)는 2 ~ 5㎛ 범위에 이르는 값을 갖고, 상기 투명층 중 요철면이 형성된 배면의 평균거칠기(Ra) 0.1 ~ 1.5㎛ 범위에 이르는 값을 갖는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 투명층 중 전면에 형성된 요철면의 단차는 40 ~ 70㎛ 범위에 이르는 값을 갖고, 상기 투명층 중 배면에 형성된 요철면의 단차는 0.1 ~5㎛ 범위에 이르는 값을 갖는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 컬러 발현층은, 상대적으로 높은 굴절률을 갖는 고 굴절률층과, 상대적으로 낮은 굴절률을 갖는 저 굴절률층이 교대로 증착되면서 다층구조를 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 고 굴절률층을 형성하는 고 굴절 물질은 2.0 내지 2.5의 굴절률을 갖는 물질들로 형성되고, 상기 저 굴절률층을 형성하는 저 굴절 물질은 1.0 내지 1.5의 굴절률을 갖는 물질들로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 고 굴절률층은 산화니오븀(Nb2O5)으로 구성되고, 상기 저 굴절률층은 이산화규소(SiO2)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 컬러 발현층은 총 두께가 10 ~ 1,000㎚인 것을 특징으로 한다.
상기 태양광 패널층의 배면에는 블랙 시트층 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 투명층의 요철에서 산란된 후 입사되는 빛이 다층 구조의 컬러 발현층을 투과하면서 겪게 되는 굴절률의 차이로 인한 빛의 간섭에 의해 색상을 발현할 수 있게 함으로써, 안료나 염료를 사용하지 않고 변색의 우려가 없고 심미감을 향상시킬 수 있는 색상을 구현할 수 있는 효과가 있다.
발명의 투명층에 형성된 요철면과, 컬러 구현층에 의해 확산하는 입사광과 컬러구현층 간의 경계면에서의 반사로 인해 균일한 컬러를 구현할 수 있어 심미감을 향상시키는 것은 물론,95% 이상의 향상된 투과율을 가져 태양광 패널의 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 투과도가 향상된 유리를 이용한 컬러 태양광 모듈의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 투과도가 향상된 유리를 이용한 컬러 태양광 모듈의 투명층 및 컬러 구현층을 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 투과도가 향상된 유리를 이용한 컬러 태양광 모듈의 투명층 및 컬러 구현층을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 본 발명에 따른 태양광 투과도가 향상된 유리를 이용한 컬러 태양광 모듈의 투명층에 형성된 요철면의 패턴을 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명에 따라 투명층에 형성된 요철면에서 빛이 산란되는 것을 나타내는 모식도이다.
도 6은 본 발명에 따라 컬러 발현층을 형성하는 다층 구조 산화물층에서 빛이 반사되는 것을 나타내는 모식도이다.
도 7은 본 발명에 따라 블루 컬러를 나타내도록 구현된 컬러유리의 예시사진이다.
도 8은 본 발명에 따라 블루 컬러를 나타내는 컬러유리가 커버 글라스로 적용된 태양광 패널의 예시사진이다.
도 9는 본 발명에 따라 블루 컬러와 골드 컬러와 레드 컬러를 나타내기 위해 컬러 발현층을 형성하는 각 층의 순서와 두께를 나타내는 일 예를 나타낸 표이다.
도 10은 일반 태양광 전면유리와, 반사방지막 코팅이 적용된 일반 태양광 전면유리의 투과율을 측정한 결과를 나타내는 그래프이고, 도 11은 본 발명의 태양광 투과도가 향상된 유리를 이용한 컬러 태양광 모듈의 투명층과 컬러 구현층의 투과율을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 태양광 투과도가 향상된 유리를 이용한 컬러 태양광 모듈의 투명층과 컬러 구현층에 구현된 컬러별 출력값을 측정한 표이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 투과도가 향상된 유리를 이용한 컬러 태양광 모듈의 모식도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 투과도가 향상된 유리를 이용한 컬러 태양광 모듈의 투명층 및 컬러 구현층을 나타내는 단면도이며, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 투과도가 향상된 유리를 이용한 컬러 태양광 모듈의 투명층 및 컬러 구현층을 나타내는 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 본 발명에 따른 태양광 투과도가 향상된 유리를 이용한 컬러 태양광 모듈의 투명층에 형성된 요철면의 패턴을 나타내는 모식도이며, 도 5는 본 발명에 따라 투명층에 형성된 요철면에서 빛이 산란되는 것을 나타내는 모식도이고, 도 6은 본 발명에 따라 컬러 발현층을 형성하는 다층 구조 산화물층에서 빛이 반사되는 것을 나타내는 모식도이며, 도 7은 본 발명에 따라 블루 컬러를 나타내도록 구현된 컬러유리의 예시사진이고, 도 8은 본 발명에 따라 블루 컬러를 나타내는 컬러유리가 커버 글라스로 적용된 태양광 패널의 예시사진이며, 도 9는 본 발명에 따라 블루 컬러와 골드 컬러와 레드 컬러를 나타내기 위해 컬러 발현층을 형성하는 각 층의 순서와 두께를 나타내는 일 예를 나타낸 표이다.
도 1 내지 9에 도시된 바와 같이, 본 발명은 투명층의 양면에 요철을 형성시킴으로써 전면에서 반사되는 광이 굴절되도록 하여 반사현상을 억제하는 동시에 반사광이 투명층 내부를 입사하고 투과된 입사광이 배면에 도달하여 산란과 확산 현상을 일으키게 하여 입사광이 고르게 태양전지에 도달할 수 있어 태양광으로부터 입사되는 태양광의 투과량을 97% 이상의 수준으로 향상시킬 수 있는 태양광 투과도가 향상된 유리를 이용한 컬러 태양광 모듈에 관한 것으로서, 투과되는 빛을 산란하기 위한 요철면(110)이 형성되는 투명층(100)과, 상기 투명층(100)을 투과한 빛이 다층구조의 매질을 통과하면서 겪게 되는 굴절률 차이로 야기되는 간섭에 의해 색상을 발현할 수 있도록 굴절률이 다른 무기물층을 상기 투명층(100)의 배면에 교대로 증착시킨 다층구조로 이루어진 컬러 발현층(200)과, 광기전 효과를 이용하여 태양광을 전기에너지로 바꿔주는 태양광 패널층(300)을 포함한다.
상기 투명층(100)은 투과되는 빛을 산란시키는 요철면(110)이 적어도 하나의 면에 형성되어 있는데, 분광특성을 빛의 간섭효과 및 매질마다 상이하게 갖고 있는 반사율, 투과율, 굴절률 등의 광학적 특성에 접목하여 다양한 컬러를 구현하면서도, 광 투과도가 80% 이상으로 유지될 수 있게 하여 건축용 외장 유리 또는 태양광 패널 등 높은 광 투과도가 요구되는 분야에 활용할 수 있는 컬러유리를 구현하기 위한 것이다.
이를 위해 상기 투명층(100)은 입사광을 산란시킨 후 투과시킬수 있도록 빛이 입사되는 전면에 일정 범위의 거칠기를 갖는 요철면(110)이 형성되어 있는 투명한 판형의 플레이트로 구성되며, 이때, 투명층은 투명 플라스틱판이나 플라스틱 필름으로 구성될 수 있다.
그리고 상기 투명층(100)은 빛이 입사되는 전면에 형성된 요철면(110)에서 빛을 산란시킨 후 내부로 투과시킴으로써, 일종의 분광기(Spectrum)로서 작용할 수있게 된다. 이처럼 상기 투명층에 형성된 요철면(110)에서 빛을 산란시킴으로써 다층 구조로 이루어진 상기 컬러 발현층(200)에서 서로 다른 굴절률을 갖고 투과되면서 반사되는 빛의 간섭에 의해 같은 색이더라도 외부에서 컬러유리를 보는 시야의각도에 따라 색의 명도 차이가 나는 파스텔 컬러와 같은 심미적인 색상을 구현할수 있게 된다.
입사되는 빛이 거친 요철을 만나 일부는 반사되고 일부는 내부로 투과되는 과정에서 다양한 각도로 거칠게 형성되어있는 요철면(110)에서 산란되면서 그 저면에 증착되어 있는 컬러 발현층으로 입사되므로, 보다 다양한 명도의 색상을 발현함이 용이하게 된다.
한편, 상기 투명층(100)에 형성되는 요철면(110)은 투명 유리판이나 투명 플라스틱판 등의 일면을 평균거칠기(Ra)가 0.1 ~ 5㎛ 범위에 이르는 값을 갖도록 에칭하여 형성되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 투명층(100)에 형성되는 요철면(110)의 평균거칠기(Ra)가 대략 1㎛ 내외로 형성될 경우 분광 효율이 향상되어 보는 각도에 따라 같은 색이어도 색의 명도 차이가 나타나는 심미적인 색상의 구현이 가능하게 된다.
상기 투명층(100) 중 요철면(110)이 형성된 전면의 평균거칠기(Ra)는 2 ~ 5㎛ 범위에 이르는 값을 갖고, 상기 투명층(100) 중 요철면(110)이 형성된 배면의 평균거칠기(Ra) 0.1 ~ 1.5㎛ 범위에 이르는 값을 갖는 것이 바람직하며, 상기 투명층(100) 중 전면에 형성된 요철면(110)의 단차는 40 ~ 70㎛ 범위에 이르는 값을 갖고, 상기 투명층(100) 중 배면에 형성된 요철면(110)의 단차는 0.1 ~5㎛ 범위에 이르는 값을 갖는 것이 바람직하다.
상기 투명층(100)에 형성되는 요철면(110)은 빛이 입사되는 전면에만 형성될 수 있으며, 상기 투명층(100)의 전면과 배면 모두에 형성될 수도 있다.
또한, 상기 투명층(100)은 컬러를 구현하고자 하는 환경과 목적에 따라 2개 이상 적층한 후, 다층구조로 적층한 투명층에 각각 요철면(110)을 형성할 수도 있을 것이다.
상기 컬러 발현층(200)은, 상기 투명층(100)에서 산란된 후 입사되는 빛이 상이한 굴절률을 겪을 수 있도록 굴절률이 다른 무기물층을 교대로 증착시킨 다층 구조의 무기물층으로 구성된다.
본 발명에서는 광 투과도를 저하시키는 안료나 염료를 사용하지 않으면서도 색상을 구현할 수 있게 하기 위하여, 물질의 굴절률 차이에 의해 발생되는 입사된 광의 간섭현상을 이용하였다.
즉, 상기 투명층(100)에서 산란된 후 입사되는 빛이 상기 컬러 발현층(200)을 이루는 다층 구조의 무기물층을 투과하면서 겪게 되는 매질 간의 굴절률의 차이에 의해 색상을 구현할 수 있게 하였다.
상기 컬러 발현층(200)은 금속산화물이나 금속질화물등으로 이루어진 무기물층을 상기 투명층(100)의 저면에 수십 ㎚ ~ 수백 ㎚의 두께를 갖도록 다층으로 진공 증착하여 형성함으로써, 상기 투명층에서 산란된 후 입사되는 빛이 다층의 무기물층을 순차로 투과하면서 매질간의 굴절률 차이를 겪을 수 있도록 구성된다.
금속산화물이나 금속질화물으로 이루어지는 상기 컬러발현층(200)은, 입사되는 빛이 투과되면서 매질간의 굴절률 차이를 겪을 수 있도록 상대적으로 높은 굴절률을 갖는 고 굴절률층(210)과, 상대적으로 낮은 굴절률을 갖는 저 굴절률층(220)이 교대로 증착되면서 다층구조를 형성하도록 구성된다.
이때, 상기 고 굴절률층(210)을 형성하는 고 굴절 물질은 2.0 내지 2.5의 굴절률을 갖는 물질들로 형성되고, 상기 저 굴절률층(220)을 형성하는 저 굴절 물질은 1.0 내지 1.5의 굴절률을 갖는 물질들로 형성되는 것이 바람직하다.
이때, 고 굴절률층을 형성하는 물질(210)과 저 굴절률층(220)을 형성하는 물질들의 굴절률 차이가 클수록 더 바람직함은 물론이다. 또한, 컬러를 구현하면서도 광 투과도를 향상시키고자 하는 본 발명의 취지를 고려할 때 고 굴절 물질과 저 굴절 물질 모두 높은 광 투과도를 갖는 투명 금속산화물이나 금속질화물로 구성되어야 함은 물론이다.
이와 같이 고 굴절률층(210)과 저 굴절률층(220)이 교대로 증착된 다층구조를 형성함으로써, 상기 투명층(100)에서 산란된 후 입사되는 빛이 다층 구조를 이루는 상기 컬러 발현층(200)의 각 계면에서 다른 굴절률을 갖고 반사되면서 그 반사된 빛들의 간섭에 의해 특정 컬러를 구현할 수 있게 된다.
즉, 특정 컬러를 눈에서 인지한다는 것은 특정 파장대역의 빛이 반사되는 것을 보는 것이므로, 원하는 색상의 파장만 반사하고 나머지 파장대역의 빛은 전부 투과되는 것이 이상적이며, 색 반사를 높이기 위해서는 굴절률 차이가 커야 효과적이므로 상기 컬러 발현층(200)을 형성하는 고 굴절률층(210)과 저굴절률층(220)을 이루는 물질들의 굴절률 차이가 클수록 바람직하게 된다.
상기 컬러 발현층(200)의 색 반사를 높이기 위해 굴절률의 차이가 있어야 하므로, 가시광선 파장대역에서의 고 굴절률층(210)과 저 굴절률층(220)을 교차하여 다층 구조를 형성하도록 구성되며, 다층 구조를 이루는 컬러 발현층(200)은 10 ~ 1,000㎚ 정도의 두께를 갖는 얇은 박막층으로 형성함으로써 광투과도 저하를 최소화할 수 있게 함이 바람직하다.
하기의 수학식은 서로 다른 매질에서의 반사율을 공식으로서, n은매질의 굴절률을 나타내며, 두 매질 상호간의 굴절률 차이가 커야 반사율(R)이 커지게 된다.
Figure pat00001
유리의 경우 굴절률(n)이 1.5이며, 여기에 공기의 굴절률 1을 대입하면 4% 정도의 반사가 일어나게 된다. 또한, 입사광의 각도에 따라 반사율, 투과율이 상이한 광학 특성을 가질 수 있게 된다. 일반적으로 입사된 광은 가시광으로서 다양한 파장대역을 가질 수 있는바, 입사된 가시광 중 특정 파장 대역의 광은 각각 청색, 적색 및 녹색을 나타낼 수 있게 된다. 그에 따라, 다층의 금속 산화물이나 질화물로 이루어지는 컬러 발현층의 각 층의 두께를 조절함에 따라 색상이 조절될 수 있으며, 입사된 광을 확산시켜 컬러의 색감의 효과를 증가시킬 수 있다.
또한, 금속 산화물이나 금속질화물의 굴절률은 저 굴절 물질은 1.0 내지 1.5의 굴절률을 갖고, 고 굴절 물질은 2.0 내지 2.5 굴절률을 갖는바, 이러한 저 굴절 물질과 고 굴절 물질을 교대로 적층함으로써 그 계면에서의 굴절률 차이에 의한 상이한 반사 효과를 구현할 수 있게 된다.
이와 같이 컬러를 구현하기 위해 상기 컬러 발현층(200)은 고 굴절률층(210)은 굴절률(Refractive index)이 2.31인 산화니오븀(Nb2O5)를 이용하고, 저 굴절률층(220)은 굴절률(Refractive index)이 1.46인 이산화규소(SiO2)를 이용하는 것을 일예로 나타내고 있으나, 고 굴절률층과 저 굴절률층을 형성하는 물질들이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
먼저, 블루(Blue) 색상을 구현하기 위하여 산화니오븀(Nb2O5)으로 이루어진 고 굴절률층과 이산화규소(SiO2)로 이루어진 저 굴절률층을 도 7에 나타난 바와 같은 두께로 순차 적층하여 6층의 다층 구조로 이루어진 컬러 발현층을 형성하되, 총 두께(Total thickness)가 254.93㎚에 불과하여 광 투과도 저하를 최소화하면서 도 5에 도시된 바와 같이 블루 색상을 구현하였다.
이경우 광 투과도를 85% 이상으로 우수하게 유지하면서 블루 색상을 구현할 수 있는바, 이러한 컬러유리를 건축용 외장재로 활용하는 것을 넘어, 도 6에 도시된 바와 같이 태양광 패널의 커버 글라스에도 적용할 수 있게 된다.
또한, 골드(Gold) 색상을 구현하기 위하여 산화니오븀(Nb2O5)으로 이루어진 고 굴절률층과 이산화규소(SiO2)로 이루어진 저 굴절률층을 블루 색상을 구현할 때와는 다른 두께로 순차 적층하여 6층의 다층 구조로 이루어진 컬러 발현층을 형성하는 것을 실험적으로 확인하였는바, 이 경우에도 총 두꼐는 408.4㎚에 불과하여 광 투과도 저하를 최소화할 수 있게 된다.
또한, 레드(Red) 색상을 구현하기 위하여 산화니오븀(Nb2O5)으로 이루어진 고 굴절률층과 이산화규소(SiO2)로 이루어진 저 굴절률층을 블루나 골드 색상을 구현할 때와는 달리 8층의 다층 구조로 이루어진 컬러 발현층을 형성하는 것을 실험적으로 확인하였는바, 이 경우에도 총 두께는 660.5㎚에 불과하여 광 투과도 저하를 최소화할 수 있게 된다.
이처럼 상기 컬러 발현층을 이루는 고 굴절률층과 저 굴절률층의 두께와 층의 개수를 증감시키면서 다양한 색상을 발현할 수 있는바, 광 투과도를 저하시키는 안료나 염료 등을 사용하지 않고 컬러 발현층의 총 두께를 수십 ㎚ ~ 수백 ㎚로 유지하여 광 투과도를 최소화하면서도 심미감 있는 컬러를 구현할 수 있게 된다.
상기 태양광 패널층(300)은 광기전 효과를 이용하여 태양광을 전기에너지로 바꿔주는 역할을 수행하는데, 상기 컬러 발현층(200)의 배면에 구성되며, 상기 태양광 패널층(300)의 배면에는 블랙 시트층이 형성될 수도 있다.
도 10은 일반 태양광 전면유리와, 반사방지막 코팅이 적용된 일반 태양광 전면유리의 투과율을 측정한 결과를 나타내는 그래프이고, 도 11은 본 발명의 태양광 투과도가 향상된 유리를 이용한 컬러 태양광 모듈의 투명층과 컬러 구현층의 투과율을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10 및 11에 도시된 바와 같이, ①일반 태양광 전면유리, ②반사방지막 코팅이 적용된 일반 태양광 전면유리의 투과율을 측정해 본 결과, 일반 태양광 전면유리의 경우, 파장에 따른 투과도 그래프가 약 90%정도로 나타나며, 반사방지막 코팅이 적용된 일반 태양광 전면유리의 경우, 파장에 따른 투과도 그래프가 약 94~95%인 것을 확인할 수 있었으며, 반면에, 본 발명의 ③태양광 투과도가 향상된 유리를 이용한 컬러 태양광 모듈의 투명층 및 컬러 구현층의 투과율을 측정해 본 결과, 가시광선영역의 파장에 따른 투과도 그래프가 99%인 것을 확인할 수 있었다.
그리고 도 12는 본 발명의 태양광 투과도가 향상된 유리를 이용한 컬러 태양광 모듈의 투명층과 컬러 구현층에 구현된 컬러별 출력값을 측정한 표이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 구현되는 컬러에 따라 출력값이 다르나 블루의 컬러는 90% 무색대비 90% 이상의 값을 유지하고 있음을 확인할 수 있었다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
100 : 투명층 110 : 요철면
200 : 컬러 발현층 210 : 고 굴절률층
220 : 저 굴절률층

Claims (8)

  1. 투과되는 빛을 산란하기 위한 요철면이 형성되는 투명층;
    상기 투명층을 투과한 빛이 다층구조의 매질을 통과하면서 겪게 되는 굴절률 차이로 야기되는 간섭에 의해 색상을 발현할 수 있도록 굴절률이 다른 무기물층을 상기 투명층의 배면에 교대로 증착시킨 다층구조로 이루어진 컬러 발현층; 및
    광기전 효과를 이용하여 태양광을 전기에너지로 바꿔주는 태양광 패널층;을 포함하는 것을 특징으로 태양광 투과도가 향상된 유리를 이용한 컬러 태양광 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 요철면은 상기 투명층의 전면과 배면에 형성되는 것을 특징으로 하는 태양광 투과도가 향상된 유리를 이용한 컬러 태양광 모듈.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 투명층 중 요철면이 형성된 전면의 평균거칠기(Ra)는 2 ~ 5㎛ 범위에 이르는 값을 갖고, 상기 투명층 중 요철면이 형성된 배면의 평균거칠기(Ra) 0.1 ~ 1.5㎛ 범위에 이르는 값을 갖는 것을 특징으로 하는 태양광 투과도가 향상된 유리를 이용한 컬러 태양광 모듈.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 투명층 중 전면에 형성된 요철면의 단차는 40 ~ 70㎛ 범위에 이르는 값을 갖고, 상기 투명층 중 배면에 형성된 요철면의 단차는 0.1 ~5㎛ 범위에 이르는 값을 갖는 것을 특징으로 하는 태양광 투과도가 향상된 유리를 이용한 컬러 태양광 모듈.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 컬러 발현층은, 상대적으로 높은 굴절률을 갖는 고 굴절률층과, 상대적으로 낮은 굴절률을 갖는 저 굴절률층이 교대로 증착되면서 다층구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 태양광 투과도가 향상된 유리를 이용한 컬러 태양광 모듈.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 고 굴절률층을 형성하는 고 굴절 물질은 2.0 내지 2.5의 굴절률을 갖는 물질들로 형성되고, 상기 저 굴절률층을 형성하는 저 굴절 물질은 1.0 내지 1.5의 굴절률을 갖는 물질들로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양광 투과도가 향상된 유리를 이용한 컬러 태양광 모듈.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 고 굴절률층은 산화니오븀(Nb2O5)으로 구성되고, 상기 저 굴절률층은 이산화규소(SiO2)로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 투과도가 향상된 유리를 이용한 컬러 태양광 모듈.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컬러 발현층은 총 두께가 10 ~ 1,000㎚인 것을 특징으로 하는 태양광 투과도가 향상된 유리를 이용한 컬러 태양광 모듈.
KR1020210073229A 2021-06-07 2021-06-07 태양광 투과도가 향상된 유리를 이용한 컬러 태양광 모듈 Ceased KR20220164902A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210073229A KR20220164902A (ko) 2021-06-07 2021-06-07 태양광 투과도가 향상된 유리를 이용한 컬러 태양광 모듈

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210073229A KR20220164902A (ko) 2021-06-07 2021-06-07 태양광 투과도가 향상된 유리를 이용한 컬러 태양광 모듈

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220164902A true KR20220164902A (ko) 2022-12-14

Family

ID=84438275

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210073229A Ceased KR20220164902A (ko) 2021-06-07 2021-06-07 태양광 투과도가 향상된 유리를 이용한 컬러 태양광 모듈

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20220164902A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024236902A1 (ja) * 2023-05-17 2024-11-21 国立研究開発法人産業技術総合研究所 色調整板及び太陽電池モジュール

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101872004B1 (ko) 2018-04-04 2018-06-28 (주) 비제이파워 패턴을 형성하여 심미성과 발전량이 증대되는 태양광 모듈
KR101917533B1 (ko) 2017-08-31 2018-11-09 주식회사 포스코 컬러 태양광 모듈
KR101987834B1 (ko) 2018-01-17 2019-06-12 주식회사 셀코스 컬러유리 및 그 제조방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101917533B1 (ko) 2017-08-31 2018-11-09 주식회사 포스코 컬러 태양광 모듈
KR101987834B1 (ko) 2018-01-17 2019-06-12 주식회사 셀코스 컬러유리 및 그 제조방법
KR101872004B1 (ko) 2018-04-04 2018-06-28 (주) 비제이파워 패턴을 형성하여 심미성과 발전량이 증대되는 태양광 모듈

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024236902A1 (ja) * 2023-05-17 2024-11-21 国立研究開発法人産業技術総合研究所 色調整板及び太陽電池モジュール

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104736338B (zh) 适于太阳能系统的具有彩色反射和高日光透射率的层压玻璃窗
CN106415334B (zh) 太阳能光伏组件
CN106233168B (zh) 红外透射盖板
EP2994940B1 (en) Solar photovoltaic module
JP7383817B2 (ja) 複合ペイン構造を有するカラーファサード素子
CN112740424B (zh) 具有图案化盖板和光学干涉层的太阳能模块
CN112753106B (zh) 具有图案化盖板和光学干涉层的太阳能模块
US11745473B2 (en) Laminated glazing with coloured reflection and high solar transmittance, and solar energy systems employing the same
JP7526799B2 (ja) 構造化カバープレート及びカラーフィルタ層を有するカラープレート状部品
KR20220164902A (ko) 태양광 투과도가 향상된 유리를 이용한 컬러 태양광 모듈
KR20210092626A (ko) 태양 전지 패널
JP7617084B2 (ja) 透明カバープレートの加工方法及びカバープレート
JP6661664B2 (ja) 太陽電池モジュール
CN119364868A (zh) 用于bipv的彩色太阳能组件
HK1208844B (en) Laminated glazing with coloured reflection and high solar transmittance suitable for solar energy systems

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20210607

PA0201 Request for examination
PG1501 Laying open of application
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20230226

Patent event code: PE09021S01D

E601 Decision to refuse application
PE0601 Decision on rejection of patent

Patent event date: 20230718

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PE06012S01D

Patent event date: 20230226

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event code: PE06011S01I