KR102205984B1 - 자정작용 특성을 갖는 칼라 태양광 모듈 제조방법 - Google Patents
자정작용 특성을 갖는 칼라 태양광 모듈 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 나노 무기소재 코팅으로 자정작용 특성을 갖는 마이크로 도트 패턴을 이용하여 칼라(색상)의 투과율 제어가 실현되는 칼라 태양광 모듈용 커버유리 제조 방법에 관한 것으로 무연(Pb free) 저 융점 후릿트에 5-30% 정도의 칼라 원료를 혼합하여 도막두께 10~33um 를 유지하며, 500~800 ℃ 소부온도에 이르게 하여 유리표면에 융착발색되도록 하는 것으로 한국 공업표준 규격인 CMYK 조색시스템에 의해 다양한 색상으로 조색이 가능하며, 내후성과 내화학성, 기계적 물성이 우수하여 외장재로 사용이 가능한 나노 세라믹 소재로서 도트형태의 마이크로 패턴을 이용하여 칼라(색상)와 투과율 제어를 구현시키는 칼라 태양광 모듈용 커버유리 제조 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 나노 무기소재 코팅으로 자정작용 특성을 갖는 마이크로 도트 패턴을 이용하여 칼라(색상)의 투과율 제어가 실현되는 태양광용 접합유리 제조 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 무연(Pb free) 저 융점 후릿트(또는 유리플리트)에 5-30% 정도의 칼라 원료를 혼합하여 도막두께 10~33um 를 유지하며, 500~800 ℃ 소부온도에 이르게 하여 유리표면에 융착발색되도록 하는 것으로 한국 공업표준 규격인 CMYK 조색시스템에 의해 다양한 색상으로 조색이 가능하며, 내후성과 내화학성, 기계적 물성이 우수하여 외장재로 사용이 가능한 나노 세라믹 소재로서 도트형태의 마이크로 패턴을 이용하여 칼라(색상)와 투과율 제어를 구현시키는 접합유리를 활용한 칼라 태양광 모듈 제조 방법에 관한 것이다.
최근 들어 유리가 가지는 고급스러운 이미지에 색상을 부여한 유색 투명유리가 건축용 내외장재뿐만 아니라 산업용으로 많이 사용되고 있다.
또한 상기의 유색 투명유리를 태양광에 사용되는 태양전지 모듈에 이용하려는 시도도 많고 특히 최근 지구 환경 문제와 화석 에너지의 고갈, 원자력 발전의 폐기물 처리 및 신규 발전소 건설에 따른 위치 선정 등의 문제로 인하여 신·재생 에너지에 대한 관심이 고조되고 있으며, 그 중에서도 무공해·무진장의 에너지원인 태양 전지에 대한 연구 개발이 국내외적으로 활발하게 진행되고 있다.
이때, 상기 태양 전지는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키고, 결과적으로 회전되는 터빈에 의해 전기 에너지를 얻는 태양열 발전과, 반도체의 성질을 이용하여 태양빛(photons)을 전기 에너지로 변환시키는 태양광 전지가 있는바, 상기 태양 전지는 일반적으로 태양광 전지를 일컫는다.
상기 태양 전지는 통상적으로 다이오드와 같이 P형 반도체와 N형 반도체의 접합 구조를 가지며, 태양 전지에 태양광이 입사되면, 태양광과 태양 전지의 상호 작용으로 전류가 흐르게 된다.
한편, 상기와 같은 구조로 이루어진 태양 전지는 통상적으로 태양광을 수직으로 전달받을 수 있도록 건물의 옥상이나 지붕 등에 일정 각도로 설치되는데, 요즘 같이 다세대로 이루어진 고층 빌딩의 경우 건물의 옥상이나 지붕 등의 공간이 한정되어 있어 상기 태양 전지를 설치하기에 무리가 있다는 등의 문제점이 있었다.
따라서, 근래에는 건축물의 외벽에 태양 전지를 설치하여 전기 에너지를 발생할 수도 있으나, 태양 전지가 갖는 특유의 색상 때문에 건물 미관이 어두워져 전체적으로 도시 미관이 어두워질 수 있다는 문제점 있었다.
상기의 문제점들을 극복하기 위한 많은 시도가 있지만 색상으로 인한 태양광의 투과율이 떨어져 발전효율이 매우 낮아져 상용화하는데 많은 문제점이 노출되는 것이 현재 시점의 기술개발 상황이다.
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이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하고자, 태양을 마주보는 태양 전지의 전면에 다양한 색상이 표시되도록 함으로써, 태양 전지의 외관을 아름답게 하고, 이와 더불어 투과율을 조절할 수 있으면서 다양한 색상을 연출할 수 있는 태양전지를 제조하는데 목적이 있으며 또 다른 목적은 태양전지 모듈의 최외각에 자정작용 특성을 갖는 나노무기소재 코팅을 함으로서 발현되는 자가세정 특성으로 인하여 오래도록 태양전지의 발전효율을 유지할 수 있는 태양 전지 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는, 태양전지에 사용되는 유리(일반적으로 저철분 유리)에 광확산과 눈부심 방지를 위하여 AG(Anti Glare) 코팅층을 형성하고 상부에 광확산을 기능을 포함한 다양한 칼라를 제어하기 위하여 스크린 프린팅을 진행하며 상기의 칼라코팅층 상부에 자정작용 기능을 갖는 나노 무기소재를 이용한 코팅을 형성한다.
상기의 칼라 코팅층에 사용되는 칼라 잉크는 무연(Pb free) 저 융점 후릿트에 5-30% 정도의 안료를 혼합하여 제조하고 도막두께 10~33um를 유지할 수 있도록 한다. 상기의 코팅이 완료되면 1차로 550℃미만에서 칼라 안료의 건조를 위해 1분 이내의 열처리를 진행하여 칼라원료를 융착 후 건조시키며 자정작용 특성을 갖을 수 있도록 나노 무기소재의 코팅층과 유리의 열적강화를 위하여 2차로 680~800 ℃ 소부온도에 이르게 하여 5분 이내의 열처리를 함으로서 유리의 열적 강화와 동시에 나노 무기소재의 소성을 통한 경화를 진행하고 칼라는 한국 공업표준 규격인 CMYK 조색시스템에 의해 다양한 색상으로 조색이 가능하도록 하였다.
또한, 다양한 색상을 조색하기 위해서 본 발명에서는 스크린 프린팅 방식을 활용하는 칼라 코팅층이 형성은 프린팅 시에 스크린 마스크를 이용해 피인쇄체와 선접촉 방식으로 인쇄하여 칼라원료가 포함된 잉크를 스크린사의 마스크 부분으로 스퀴지를 이용해 긁어내려 피도물(GLASS)에 마스크의 패턴대로 인쇄하고 잉크의 점도, 스크린사의 mesh 사이즈, 스퀴지의 인쇄각도 및 인쇄속도, 스크린 판과 피인쇄체 사이의 간격 등을 최적으로 제어하는 스크린 프린팅 방식을 이용함으로서 잉크의 점도, 스크린 사의 mesh 사이즈, 스퀴지의 인쇄각도 및 인쇄속도, 스크린 판과 피인쇄체 사이의 간격 등이 인쇄에 있어서 중요한 기술적인 요인이 된다.
본 발명에 따른 투과도 제어가 가능한 고효율의 칼라 태양 전지 모듈은 다양한 색상을 갖는 각각의 태양 전지를 여러 가지 형태로 조합이 가능하고 발명에 따르면 투과율을 제어하면서 다양한 칼라를 제어할 수 있어 고효율의 발전효율을 갖을 뿐만 아니라 칼라에 의하여 모든 건물 또는 빌딩등의 벽에 시공할 수 있어 미려한 공간 창조가 가능하며 공정설비가 복잡하지 않고 일반적인 스크린 인쇄방법으로 상대적으로 저비용으로 인쇄가 가능하고, 대면적의 유리 소재에도 쉽게 인쇄할 수 있다는 장점을 갖는 효과가 있으며 나노 무기소재를 이용하여 최외각층에 코팅함으로서 자정작용 특성과 내구성을 확보하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 투과도 제어가 가능한 태양광용 칼라 접합유리 제조의 전체 공정블럭도
도 2는 본 발명에 따른 태양전지 모듈조립 공정도
도 3은스크린 프린팅 개념도
도 4는 본 발명에 따라 형성하는 패턴상의 도트의 크기와 간격에 따른 투과도의 실시예.
도 5는 본 발명의 패턴상의 90% 투과율을 나타내는 도트 패턴의 실시예.
도 6는 본 발명의 패턴상의 60% 투과율을 나타내는 도트 패턴의 실시예.
도 7은 본 발명의 패턴상의 45% 투과율을 나타내는 도트 패턴의 실시예.
도 8은 본 발명에 따라 완성된 투명 태양광용 칼라 접합유리
도 9는 본 발명에 따른 칼라 코팅 비교 실시예
도 10은 본 발명에 따른 투과율 제어가 가능한 태양광용 칼라 접합유리 단면도
도 11은 본 발명에 따른 투과율 제어가 가능한 태양광용 칼라 접합유리 또 다른 단면도
도 12는 본 발명에 따른 리본 마스킹 설명도
도 2는 본 발명에 따른 태양전지 모듈조립 공정도
도 3은스크린 프린팅 개념도
도 4는 본 발명에 따라 형성하는 패턴상의 도트의 크기와 간격에 따른 투과도의 실시예.
도 5는 본 발명의 패턴상의 90% 투과율을 나타내는 도트 패턴의 실시예.
도 6는 본 발명의 패턴상의 60% 투과율을 나타내는 도트 패턴의 실시예.
도 7은 본 발명의 패턴상의 45% 투과율을 나타내는 도트 패턴의 실시예.
도 8은 본 발명에 따라 완성된 투명 태양광용 칼라 접합유리
도 9는 본 발명에 따른 칼라 코팅 비교 실시예
도 10은 본 발명에 따른 투과율 제어가 가능한 태양광용 칼라 접합유리 단면도
도 11은 본 발명에 따른 투과율 제어가 가능한 태양광용 칼라 접합유리 또 다른 단면도
도 12는 본 발명에 따른 리본 마스킹 설명도
이하, 본 발명의 패턴을 이용하여 투과율 제어가 가능한 태양광용 나노칼라 접합유리 제조 방법에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 1에 나타난 바와 같이 투과율을 제어할 수 있는 태양광용 칼라 접합유리를 코팅하여 접합하는 공정으로 대형 원판 유리(저철분 유리)가 코팅 자동화 공정에 투입되면 가장 먼저 표면의 이물질 제거를 위한 세척공정, 세척 후 표면을 건조시켜 광확산 및 눈부심 방지를 위한 AG(Anti Glare) 코팅층을 형성하고 AG 코팅층 상부에 광확산을 기능을 포함한 다양한 칼라를 제어하는 칼라 코팅층 형성을 위한 스크린 프린팅을 진행하며 상기의 칼라코팅층 상부에 자정작용 기능을 갖는 나노 무기소재를 이용한 코팅을 형성한다.
상기의 나노 무기코팅층을 형성한 후 칼라 안료가 유리위에 경화시키기 위하여 건조 또는 소성을 1차로 550℃ 미만에서 열처리하는 공정을 진행하며 이후 나노 무기소재의 경화와 유리의 강화를 위해 2차로 800℃이하의 온도에서 열처리를 진행한다. 이후 표면 경도를 높이기 위해 냉각단계를 거친 후 검사하는 공정으로 칼라 유리를 완성하게 되며 상기 완성된 유리는 태양광용 칼라 접합유리를 제조하기 위하여 유리 또는 백시트 상부에 태양전지용 셀(Cell)을 안착하고 셀 위에 리본 마스킹테이프를 안착시킨 후 EVA , PVB 또는 POE 필름을 안착하여 EVA , PVB 또는 POE 필름층이 안착된 백시트와 상기의 칼라 코팅층과 나노 무기소재 코팅층이 형성된 원자재를 120~150℃의 온도에서 가열 압착하고 태양광 모듈의 프레임을 설치한 후 완제품에 대한 다양한 검사를 함으로서 최종적인 태양광용 칼라 접합유리가 제조된다.
또 다른 태양광용 칼라 접합유리 제조공정으로 대형 원판 유리(저철분 유리)가 코팅 자동화 공정에 투입되면 가장 먼저 표면의 이물질 제거를 위한 세척공정, 세척 후 표면을 건조시켜 광확산 및 눈부심 방지를 위한 AG(Anti Glare) 코팅층을 형성하고 AG 코팅층 상부에 자정작용 기능을 갖는 나노 무기소재를 이용한 코팅층을 형성한 후 원자재의 하부면에는 광확산을 기능을 포함한 다양한 칼라를 제어하는 칼라 코팅층 형성을 위한 스크린 프린팅을 진행함으로서 태양광용 칼라 접합유리를 제조할 수 있다.
상기의 공정을 상세히 설명하면 먼저 세척공정의 경우 세척시 또는 세척 후 정전기를 방지하고 원자재(또는 유리기판)의 표면 친수를 극대화시키기 위하여 DI(증류수) 또는 시수를 사용한다.
상기 세척공정이 마무리 되면 코팅층 형성을 위하여 세척시 사용된 DI를 완전하게 제거하기 위한 건조단계를 거쳐 컨베이어 등의 자동화 장비에 따라 눈부심 방지 및 광확산을 위한 AG(Anti Glare) 코팅층 형성 공정으로 원자재(유리)가 이동하게 된다.
여기서 원자재는 저철분 유리가 일반적이지만 일반 유리 또는 투명한 플라스틱 종류를 포함한 모든 투명한 자재들이 원자재로 활용될 수 있다.
상기의 AG 코팅층이 형성되면 상부에 칼라 코팅층 형성을 위한 스크린 프린팅 공정에서는 무연(Pb free) 저 융점 후릿트에 5-30% 정도의 칼라 안료가 혼합된 칼라의 원료인 잉크원료를 준비하고 준비된 잉크원료는 작업성을 높이기 위하여 잉크의 점도(PaS)는 낮을수록 유리하지만 투과도와 두께 등을 제어하기 위하여 본 발명에서는 잉크점도(PaS)를 100~200으로 범위를 설정하여 사용하고 최적화된 실시예로서는 150과 180을 사용하였다.
상기의 무연(Pb free) 저 융점 후릿트에 5-30% 정도의 칼라 안료를 혼합한 잉크에는 20~35%의 B2O3, 9.5~24.5%의 ZnO, 5~15%의 BaO, 0.01~5%의 CaO, 5~10%의 SrO, 0.01~20%의 SiO2, 0.01~10%의 Al2O3, 5~10%의 Na2O, 0.01~5%의 K2O, 0.01~5%의 Li2O, 그리고 0.01~10%의 ZrO를 함유하며, 그 크기는 4μm 이하의 그래뉼에 칼라원료를 5-30% 정도로 혼합한 것으로 잉크의 평균입도(μm)는 작을수록 투과율에 미치는 영향이 우수하기 때문에 0.5~4μm로 제어하여 사용하며 본 발명에서는 중간값인 2μm의 평균입도를 갖는 원료를 사용하였다.
상기 스크린 프린팅공정에는 칼라의 색상과 조도를 제어하기 위하여 마이크로 도트를 형성하기 위한 마스크를 이용하여 프린팅을 진행하는데 상기 마스크의 메쉬(Mesh)수는 칼라의 색상과 투과율을 제어하는 중요한 요소로서 본 발명에서는 200~300μm/in로 제어하여 사용하였지만 칼라의 조도와 색상 등을 고려하여 200μm/in이하 또는 300μm/in이상으로 제어하여 사용할 수도 있다.
또한, 스크린 프린팅 시에는 다양한 기능성을 높이기 위하여 스퀴즈가 사용되는데 스퀴즈의 경도(Squeegee Hardness)는 70~90(Shore 또는 Sh)를 사용하였고 70(Sh)이하의 경우 인쇄 번짐과 같은 문제가 발생하며 반대로 90(Sh) 이상의 경우 제판 손상의 문제가 발생할 수 있어 본 발명에서는 최적화된 80(Sh)을 사용하였고 스퀴즈 각도(Squeegee angle)는 45’이하의 경우 스퀴즈 자욱이나 잉크 번짐과 같은 문제가 발생할 있고 72’ 이상의 경우 도막두께 저하로 스크린 프린팅에 의한 품질의 문제가 발생할 수 있어 본 발명에서는 68’을 사용하였다.
또한, 스크린 프린팅 시 원자재(유리 등) 또는 스퀴지의 속도는 빠를수록 균일성(Uniformity)이 떨어지기 때문에 이러한 문제점을 극복하기 위하여 본 발명에서는 프린팅 스피드(Printing Speed)를 15~35mm/sec로 제어하여 프린팅을 하였으며 최적회된 프린팅 스피드는 중간값인 25mm/sec를 이용함으로서 최적화된 품질을 유지할 수 있도록 하였다.
또한, Off-contact(mm)의 경우 4~6mm를 활용하지만 6보다 높을시 번짐현상 발생할 수 있어 5mm을 기준으로 번짐현상이 발생하지 않도록 제어하였다.
본 발명에서 사용되는 최적화의 의미는 다양하고 많은 실험을 통하여 경험치로 확보한 것으로 환경과 조건에 따라 수치화된 범위는 일정부분 차이가 있을 수 있다.
상기의 스크린 프린팅 공정이 마무리되면 다음단계로 건조 또는 소성과정으로 진행하며 일반적으로 칼라 잉크는 520℃ 이상에서 결정화가 이루어지기 때문에 원료의 종류에 따라 520℃ 이하에서 건조를 위한 열처리를 진행하며 본 발명에서는 520℃이하에서 1분이내의 건조를 위한 열처리를 진행한 후 나노 무기소재를 코팅하고 800℃ 이하에서 5분 이내의 유리의 강화와 나노 무기소재의 경화를 위해 별도의 유리의 강화를 위한 열처리 없이 연이어 이루어질 수 있도록 하여 공정의 단순화를 이루었다. 상기의 건조 후 나노 무기소재 코팅을 위해서 냉각단계를 추가적으로 진행할 수 있다.
상기의 열처리과정은 1차로 550℃미만에서 칼라 잉크의 건조를 위해 1분 이내의 열처리에 의해 원자재에 융착 후 건조시키며 이후 나노 무기소재를 건조된 표면위에 코팅하게 되지만 표면의 온도가 100℃ 이상 될 경우 냉각단계를 추가할 수 있고 이어 2차로 680~800 ℃ 소부온도에 이르게 하여 유리의 열적 강화와 동시에 나노 무기소재의 경화를 위한 소성을 진행하게 된다.
상기의 소성 또는 건조공정이 진행된 후 표면 경도를 높이고 유리의 강화를 위하여 급냉과정을 진행하는데 본 발명에서는 팬(Fan)을 이용하는 공냉 방식을 채택하여 급냉시킴으로서 경도를 높이는 과정을 진행하였지만 공냉방식과 다른 다양한 냉각방식을 사용할 수 있음을 물론이다.
상기의 모든 과정이 진행한 후 코팅된 원자재의 색상 등에 문제점이 없는지 검사를 진행하고 특별한 문제점이 발견되지 않을 경우 코팅된 원자재를 적재하여 포장/출하함으로서 칼라 유리의 제조 공정을 마무리 할 수 있다.
특히 상기의 스크린 프린팅 공정에 있어서 색상과 조도 및 투과도를 제어하기 위하여 단위면적(inch)당 색상이 표현된 마이크로 도트(dot)를 활용한 패턴으로 도3~도6과 같이 도트의 크기를 제어하여 색상과 투과도를 제어할 수 있다.
상기 마이크로 도트는 원형 또는 다각형의 형상을 갖게 되는데 6각형 이상의 다각형이 본 발명에서 사용되었다. 도 3은 투과율과 커버리지 비율에 따른 다양한 패턴형상을 수치와 함께 나타낸 것이며 도 4는 0.5mm 직경을 갖는 도트 패턴의 경우 수평 및 수직거리는 0.63mm이고 도트패턴의 원점과 원점의 거리는 1.13mm이며 패턴과 패턴의 45°의 경사 거리는 1.09mm를 유지할 경우 커버리지 비율(C/R)은 15%, 유리 가시광선 투과율는 90%로 제어할 수 있음을 알 수 있다.
도 5는 상기에 나타난 실시예와 함께 커버리지 비율(C/R)이 40%, 유리의 가시광선 투과율을 60%로 제어하기 위한 것으로 0.5mm 직경을 갖는 도트 패턴의 경우 수평 및 패턴과 패턴의 45°의 경사 거리는 0.75mm를 유지하는 실시예를 나타낸 것이며 도 6은 커버리지 비율(C/R)은 40%, 유리의 가시광선 투과율은 45%를 제어하기 위하여 수평거리 0.5mm와 패턴과 패턴의 45°의 경사 거리는 0.71mm를 유지하는 실시예를 나타낸 것이다.
상기의 칼라가 융착된 유리에 대한 모든 공정이 마무리되면 투과율을 제어할 수 있는 태양광용 칼라 접합유리를 제조하기 위하여 백시트 또는 다른 한 장의 유리와 상기의 칼라 코팅층이 형성된 원자재(저철분 유리)를 접합하는 공정을 진행한다.
다양한 색상을 표현하기 위하여 본 발명에서는 한국 공업표준 규격인 CMYK 조색시스템에 의해 다양한 색상으로 조색이 가능하도록 하였다.
따라서, 본 발명에 따르면 마이크로 도트를 활용하여 투과율을 임의로 조절할 수 있으면서도 색상을 표현할 수 있는 태양전지 모듈을 제조함으로서 다양하게 활용할 수 있다.
또한, 상기 나노 무기소재의 코팅에 대하여 상세히 설명하면 나노 무기소재는 하기 화학식 1 내지 화학식 3으로 표시되는 알칼리 금속 실리케이트 중 적어도 하나 이상 10 ~ 85 중량부; 인산(H3PO4) 0.1 ~ 1 중량부; 무기안료분산액 5 ~ 10 중량부; 강염기 0.5 ~ 5 중량부; 및 물(H2O) 4 ~ 84 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 무기소재을 제공한다:
[화학식 1] xNa2OySiO2nH2O
[화학식 2] xK2OySiO2nH2O
[화학식 3] xLi2OySiO2nH2O
상기 화학식 1 내지 화학식 3에서, x 및 y는 각각 0.01 ~ 500이며, n은 1 ~ 20의 자연수이다.
또한, 상기 나노 무기소재는, 무기 도료 조성물 100 중량부 기준으로, 화학식 1 내지 화학식 3으로 표시되는 알칼리 금속 실리케이트 중 적어도 하나 이상 10 ~ 85 중량부; 인산(H3PO4) 0.1 ~ 1 중량부; 무기안료분산액 5 ~ 10 중량부; 강염기 0.5 ~ 5 중량부; 및 물(H2O) 4 ~ 84 중량부;를 포함하는 것일 수 있다.
여기서, 상기 화학식 1 내지 화학식 3으로 표시되는 알칼리 금속 실리케이트는, 나노 무기소재 100 중량부 기준으로, 각각 12 ~ 40 중량부, 1 ~ 30 중량부, 및 12 ~ 40 중량부로 포함되는 것일 수 있다.
그리고, 상기 화학식 1 내지 화학식 3으로 표시되는 알칼리 금속 실리케이트는, 각각 고형분의 함량이 25% ~ 50%, 15% ~ 40%, 10% ~ 35%인 것일 수 있다.
상기 나노 무기소재는 pH가 8 ~ 14가 되도록 제조함으로써 바람직한 반응효율을 얻을 수 있으며, 조성물이 용액상태를 최적의 상태로 유지할 수 있도록 할 수 있다.
또한, 무기 안료 분산액은 무기안료 5 내지 60 중량%와; 상기 무기 안료를 분산시키기 위한 분산제 1 내지 15 중량%와; 무기안료가 분산되는 분산매가 되는 용제 25 내지 94 중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 무기안료는 산화아연, 산화타이타늄, 실버화이트, 벵갈라, 버밀리온, 카드뮴레드, 크롬옐로, 황토, 카드뮴옐로, 에메랄드녹, 산화크로뮴녹, 프러시안블루, 코발트청, 카본블랙, 철흑, 실리카백, 알루미나백, 백토, 탄산칼슘, 오레올린, 코발트 바이올렛, 세룰리안 청, 비리디안, 울트라마린 또는 이들의 조합으로 이루어진 군 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 무기 안료는 5 내지 250nm의 평균 입경을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 나노 무기소재로부터 형성된 코팅막은, ASTM D3363의 기준에 따라 측정한 연필경도가 9H, ASTM D3359의 기준에 따라 측정한 부착력이 5B, 코팅막에 물 한 방울을 떨어뜨린 후의 코팅막과 물 간의 접촉각이 20도 이하인 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 나노 무기소재의 코팅막이 형성된 유리 표면은 염산을 포함한 강산 10% 용액으로 12시간 이상(바람직하게는, 48시간 이상) 처리한 후에도 부식이 일어나지 않는 것일 수 있다.
상기의 공정 중 리본 마스킹 공정에서 마스크로 사용되는 재료는 PET기재를 이용할 수 있으며 기재의 두께는 25~75μm 범위로서 240(gf/10mm) 이상의 점착력을 갖고 두께는 0.05~0.1(mm)의 범위인 아크릴릭의 점착제 유형으로 형성되어 인장강도 3(kgf/10mm)과 신장율 60%이상, 절연파괴전압은 4(KV)이상이며 내열도는 130(℃) 이상의 특성을 갖도록 하였다.
본 발명에서 사용하는 상기의 리본(실버 전극) 마스킹기술은 태양전지용 셀에 형성된 전극을 보이지 않도록 하는 기술로서 리본에 직접 부착하는 테이핑방식과 유리에 직접 스크린 프린팅으로 코팅하는 방식으로 목적을 달성할 수 있다.
상기 유리에 직접 스크린 프린팅으로 코팅하는 방식은 도 10의 원자재(저철분 유리)의 하부면에 마스크를 이용하여 코팅하는 방식과 도 11의 원자재 하부면에 칼라 코팅된 면에 마스크를 이용하여 코팅하는 방식을 적용할 수 있다.
또한, 상기의 나노 무기소재 코팅층은 자정작용 특성을 활용하여 자가세정이 가능하고 기계적 특성이 표면경도와 마모 특성이 우수할 뿐만 아니라 화학적으로 안정되어 내구성이 오래 지속되는 특징을 가지고 있으며 더불어 가시광선 투과도를 1~3%정도 향상시킬 수 있는 특성이 있어 태양전지 모듈의 에너지 변환효율을 향상시키는 특징이 있다.
하부에는 상기에 설명했던 특성들을 평가하는 구체적인 방법을 표현하였다.
평가 방법
1. 연필경도(Pencil hardness)
ASTM D3363의 기준에 따라 측정하였다.
측정용 연필을 끼우고, 일정 하중(1Kg)을 가함으로써 측정하였다. 측정결과는 9H ~ 1H, F, HB, 1B ~ 6B로 나타내었으며, 9H의 경우 최고로 단단한 것이며, 6B의 경우 가장 약한 경도를 나타낸다.
2. 부착력 내지 접착력(Adhension)
ASTM D3359의 기준에 따라 측정하였다.
무기 코팅소재 조성물을 이용한 코팅막에 cutter로 바둑판 모양의 흠을 낸 후, 그 위에 3M 테이프를 완전 밀착시킨 후 일정한 힘으로 떼어내어 코팅층과 기재와의 밀착 정도를 관찰하였다. 측정결과는 0B, 1B, 2B, 3B, 4B, 5B로 기재하였으며, 수치는 아래와 같다.
0B: 측정 후 코팅 막이 65% 이상 손실된 경우.
1B: 측정 후 코팅 막이 35 ~ 65% 정도 손실된 경우.
2B: 측정 후 코팅 막이 15 ~ 35% 정도 손실된 경우.
3B: 측정 후 코팅 막이 5 ~ 15% 정도 손실된 경우.
4B: 측정 후 코팅 막이 5% 미만 손실된 경우.
5B: 측정 후 코팅 막의 손실이 없는 경우.
3. 클린성 또는 자정작용 특성
코팅막에 유성 매직을 칠한 다음, 물(수돗물)을 뿌린 후 매직이 지워지는 정도로 측정하였으며, 한 포인트에 10회 연속 실시한 결과에 대해 아래와 같이 기재하였다. ◎ : 아주 좋음, ○ : 좋음, △ : 보통, X : 나쁨
4. 접촉각(Contact angle)
코팅막에 물 한 방울을 떨어뜨린 후 코팅 막 위의 물의 형태가 어떻게 변하는지 관찰하였다. 이는 코팅막의 친수성 정도를 알 수 있는 실험으로 초친수성 또는 친수성인 경우 클린성이 더 좋게 나온다. 접촉각이 20±5도인 경우는 친수성, 10±2도인 경우에는 초친수성이라 할 수 있다.
5. 내열성
90℃의 온도에서 유리를 12시간 동안 방치한 결과 코팅막의 상태를 측정하였다.
6. 투과율
UV-Visible Spectrometer를 이용하여 가시광선 영역부터 자외선 영역까지에서 유리판에 코팅된 코팅막의 투과율을 측정하였다.
7. 반사율(Reflectance)
UV-Visible Spectrometer를 이용하여 가시광선 영역부터 자외선 영역까지에서 유리판에 코팅된 코팅막의 반사율을 측정하였다.
또한 본 발명에서는, 무기 코팅소재 조성물의 입자가 나노사이즈 임을 감안하여 0.01 ~ 5 ㎛의 두께로 코팅하여 도막을 형성시키는 것이 바람직하다.
또한 유리의 재료에 따라 UV(자외선)을 활용하여 경화함으로서 무기 도막을 형성할 수 있으며 경도와 접착력을 높이고 도막형성이 더욱 효율적으로 이루어지도록 마이크로 웨이브와 UV(자외선)경화를 혼합하여 소성의 완성도를 높일 수 있다.
본 실시예에 따른 무기 도막 형성방법은, 유리의 표면에 무기질 코팅소재를 견고하게 코팅하고 소성하는 방법으로 고분자 재료와 복합재료의 단점인 경도를 매우 높게 유지할 수 있을 뿐만 아니라 초친수성 및 내부식성, 불연성, 내화학성, 항균성 등 무기재료가 갖는 일반적인 특징을 모두 포함할 수 있는 장점이 있다.
이상과 같이 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어야 한다.
1 : 자가세정코팅층
2 : 컬러+광확산층
3 : AG 코팅층
2 : 컬러+광확산층
3 : AG 코팅층
Claims (16)
- 칼라 태양광 모듈 제조방법에 있어서,
유리기판을 투입하고 세척하고 건조하는 단계;
상기 유리기판 상에, 눈부심방지(AG, Anti-Glare) 코팅층을 형성하는 단계;
상기 눈부심방지 코팅층 상에, 색상과 투과도를 제어하도록 마이크로 도트 패턴이 형성된 마스크를 위치시키고 칼라 안료를 혼합한 잉크를 스크린 프린팅하고 건조하여 칼라코팅층을 형성하는 단계로서, 상기 잉크는 저융점 유리플리트에 칼라 안료를 혼합하여 형성되는 단계;
상기 칼라코팅층 상에, 하기 화학식 1 내지 화학식 3으로 표시되는 알칼리 금속 실리케이트 중 적어도 하나 이상이 포함된 나노 무기소재를 코팅하여 나노 무기소재 코팅층을 형성하는 단계;
상기 눈부심방지 코팅층, 상기 칼라코팅층 및 상기 나노 무기소재 코팅층이 순차로 적층된 유리 기판을 소성하고 냉각시키는 단계;로 제조된 칼라유리를 포함하는 칼라 태양광 모듈 제조방법.
[화학식 1] xNa2OySiO2nH2O
[화학식 2] xK2OySiO2nH2O
[화학식 3] xLi2OySiO2nH2O
상기 화학식 1 내지 화학식 3에서, x 및 y는 각각 0.01 ~ 500이며, n은 1 ~ 20의 자연수이다. - 제 1항에 있어서,
상기 유리기판 하부면에 색상과 투과도를 제어하도록 마이크로 도트 패턴이 형성된 마스크를 위치시키고 칼라 안료를 혼합한 잉크를 스크린 프린팅하고 건조하여 칼라코팅층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라 태양광 모듈 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 저융점 유리플리트는 20~35%의 B2O3, 9.5~24.5%의 ZnO, 5~15%의 BaO, 0.01~5%의 CaO, 5~10%의 SrO, 0.01~20%의 SiO2, 0.01~10%의 Al2O3, 5~10%의 Na2O, 0.01~5%의 K2O, 0.01~5%의 Li2O, 및 0.01~10%의 ZrO를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 칼라 태양광 모듈 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 나노 무기소재가 코팅된 면이 최상층에 위치되는 것을 특징으로 하는 칼라 태양광 모듈 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 나노 무기소재가 코팅된 면은 자정작용 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 칼라 태양광 모듈 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 나노 무기소재가 코팅된 면은 표면 경도 9H를 갖는 것을 특징으로 하는 칼라 태양광 모듈 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 소성단계는 1차로 520℃이하에서 소성이 이루어지며 이후 2차로 800℃이하에서 유리의 강화를 위한 소성을 실시하는 것을 특징으로 하는 칼라 태양광 모듈 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 칼라 코팅층 형성 단계에서 CMYK 조색시스템을 이용하여 상기 칼라 코팅층의 색상이 제어되는 것을 특징으로 하는 칼라 태양광 모듈 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 칼라 코팅층 형성 단계에서 마이크로 도트의 크기와 간격을 제어하여 상기 칼라 코팅층의 투과율이 제어되는 것을 특징으로 하는 칼라 태양광 모듈 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 나노 무기소재 코팅층의 형성에 따라 상기 유리기판의 가시광선 투과율을 1~3% 향상시키는 것을 특징으로 하는 칼라 태양광 모듈 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 AG 코팅층은 광확산 기능과 눈분심 방지가 가능한 것을 특징으로 하는 칼라 태양광 모듈 제조방법.
- 태양광 모듈을 제조하는 방법으로서,
백시트 상부에 태양전지셀을 안착시키는 단계;
상기 태양전지셀 상부에 PET 마스크를 이용하여 상기 태양전지셀의 리본을 마스킹하는 단계;
상기 PET 마스크 상에 EVA, PVB 또는 POE 필름을 안착시켜 백시트 적층구조를 완성하는 단계;
상기 백시트 적층구조와 상기 청구항 제1항 내지 제6항, 제9항 내지 13항중 어느 하나에 따른 태양광용 칼라유리 제조방법에 따라 제조된 칼라유리를 합착시키되, 상기 백시트 적층구조의 EVA, PVB 또는 POE 필름과 상기 태양광용 칼라유리의 이면을 합착시키는 단계;
상기 합착된 필름과 칼라유리를 가열하고 압착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라 태양광 모듈 제조방법. - 제14항에 있어서,
상기 리본 마스킹 단계에서 사용되는 PET 마스크는 25~75μm 두께의 아크릴릭 점착제로서 인장강도 3(kgf/10mm), 신장율 60%이상, 절연파괴전압 4(KV)이상, 내열도는 130(℃) 이상의 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 칼라 태양광 모듈 제조방법.
- 제14항에 있어서,
상기 리본 마스킹 단계는 태양전지 셀의 리본에 PET 테이프를 직접 부착하는 방식인 것을 특징으로 하는 칼라 태양광 모듈 제조방법.
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