KR20230095593A - Color Photovoltaic Module Having Anti-Decolorizing Sheet - Google Patents
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Abstract
본 발명은 UV에 의한 컬러층의 열화를 방지하고 컬러층과 투명 기판 사이의 계면의 접착성을 개선하는 컬러 변색 방지층을 포함하는 컬러 태양광 발전 모듈에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 컬러층 (50)과 투명 기판(70) 사이에 컬러 변색 방지층(60)을 포함하며, 상기 컬러변색 방지층(60)은 자외선을 흡수하는 UV 차단제로 금속 산화물 나노입자를 포함하는 컬러 태양광 발전 모듈이 제공된다. 본 발명에 의한 컬러 변색 방지층을 포함하는 컬러 태양광 발전 모듈은 UV에 의한 컬러층의 열화가 방지되고 컬러층과 투명 기판 사이의 계면의 접착성이 개선되어 우수한 신뢰성이 확보된다. 또한, 컬러 변색 방지층에 의해 UV는 흡수하고 발전에 필요한 가시광선은 투과시켜 발전 효율 저하 없이, UV에 대하여 개선된 안정성을 부여한다. The present invention relates to a color photovoltaic module including a color fading prevention layer that prevents deterioration of a color layer by UV and improves adhesion of an interface between a color layer and a transparent substrate. According to the present invention, a color fading prevention layer 60 is included between the color layer 50 and the transparent substrate 70, and the color fading prevention layer 60 includes metal oxide nanoparticles as a UV blocking agent that absorbs ultraviolet rays. A color solar power module is provided. The color photovoltaic module including the color fading prevention layer according to the present invention prevents deterioration of the color layer by UV and improves the adhesion of the interface between the color layer and the transparent substrate, thereby ensuring excellent reliability. In addition, UV is absorbed by the color fading prevention layer and visible light required for power generation is transmitted, thereby imparting improved stability against UV without deterioration in power generation efficiency.
Description
본 발명은 컬러 변색 방지층을 포함하는 컬러 태양광 발전 모듈에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 UV에 의한 컬러층의 열화를 방지하고 컬러층과 투명 기판 사이의 계면의 접착성을 개선하는 컬러 변색 방지층을 포함하는 컬러 태양광 발전 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a color photovoltaic module including a color fading prevention layer. More specifically, the present invention relates to a color photovoltaic module including a color fading prevention layer that prevents deterioration of a color layer by UV and improves adhesion of an interface between the color layer and a transparent substrate.
최근 탄소중립 선언에 따라 탄소감축을 위하여 제로에너지 하우스 구현을 위하여 많은 기술이 사용되고 있다. 그 중에 대표적인 기술인 태양광 기술을 이용하여 건물 옥상이나 외벽에 태양광 발전 모듈을 부착하는 BAPV(Building attached photovoltaic), BIPV(Building Integrated Photovoltaic) 등이 기술이 각광을 받고 있다. In accordance with the recent declaration of carbon neutrality, many technologies are being used to implement a zero-energy house for carbon reduction. Among them, technologies such as BAPV (Building attached photovoltaic) and BIPV (Building Integrated Photovoltaic), which attach photovoltaic power generation modules to the rooftop or outer wall of a building using photovoltaic technology, which are representative technologies, are in the limelight.
이중 건물 일체형 태양광은 건물 외장재를 대체하여 건물 외장재 기능과 태양광 발전모듈의 기능을 모두 수행하는 건축 자재이다. 그러나, 태양광 발전 모듈 제작에 가장 많이 사용되는 실리콘 태양전지는 불투명 단색으로써 건축물에 적용 되었을 때, 심미적 효과를 기대하기가 어렵다. 이를 개선하기 위해 보호 유리에 색상을 갖는 PVB(polyvinyl butyral) 필름을 부착하거나 EVA(ethylene-vinyl acetate copolymer) 필름 아래에 색상을 갖는 필름이나 컬러 모듈레이션 층을 도입하는 방법 등이 개발되었다. 가장 최근에는 건축물 일체형 태양전지 사용을 위하여 유리 하부에 패터닝층을 삽입하여 빛이 투과하는 부분으로 발전을 하고 나머지 부분은 빛이 반사되도록 만들어 색을 내고 하부 태양전지를 은폐할 수 있는 기술이 소개되었다.Among them, building-integrated photovoltaic is a building material that replaces building exterior materials and performs both the functions of building exterior materials and solar power generation modules. However, it is difficult to expect aesthetic effects when applied to buildings as silicon solar cells, which are most often used for manufacturing photovoltaic power generation modules, are opaque and monochromatic. To improve this, a method of attaching a polyvinyl butyral (PVB) film having a color to the protective glass or introducing a film having a color or a color modulation layer under an ethylene-vinyl acetate (EVA) film has been developed. Most recently, for the use of building-integrated solar cells, a patterning layer is inserted at the bottom of the glass to generate power to the part through which light passes, and the remaining part is made to reflect light to create a color and a technology that can hide the lower solar cell has been introduced. .
이러한 태양전지 모듈은 UV에 노출되면 봉지재(encapsulant)의 변색으로 외관이 손상되거나 물성 변화로 수분이 침투하여 모듈의 수명이 단축되는 경우가 있다. 이러한 신뢰성 문제를 극복하고자 유리 패널 위에 보호필름을 붙이거나 UV흡수하는 물질들(형광체(phosphor), UV흡수 레진, 반도체 재료)을 전면 유리 패널 아래 삽입하는 기술 또는 UV를 잘 흡수하는 물질의 조성에 관한 특허가 제시되고 있다. 예를 들어, 종래 도 1의 (a)에 나타낸 바와 같이, 전면 투명 유리 패널 위에 UV 보호층이 구비된 UV 차단 태양광 발전 모듈, 또는 도 1의 (b)에 나타낸 바와 같이, 전면 투명 유리 패널 아래에 UV 보호층이 구비된 UV 차단 태양광 발전 모듈이 제시되어 있다. When such a solar cell module is exposed to UV, the life of the module may be shortened due to damage to its appearance due to discoloration of an encapsulant or penetration of moisture due to a change in physical properties. In order to overcome this reliability problem, the technology of attaching a protective film on the glass panel or inserting UV absorbing materials (phosphor, UV absorbing resin, semiconductor material) under the front glass panel or the composition of materials that absorb UV well A patent for this is being presented. For example, as shown in (a) of FIG. 1, a UV blocking photovoltaic power generation module having a UV protection layer on a transparent front glass panel, or a transparent front glass panel as shown in (b) of FIG. 1 Shown below is a UV-blocking photovoltaic module equipped with a UV protective layer.
뿐만 아니라, 컬러층(50)을 구비하여 심미성을 높인 건물일체형 태양전지의 경우, 봉지재의 열화 문제 외에도 컬러층(50)의 색상을 내는 재료가 유기 염료이기 때문에 UV에 노출될 경우 쉽게 열화되는 문제가 있다. 일반 태양광 발전 모듈과 달리 건물일체형 태양전지는 외형 변화에 더욱 민감하기 때문에 모듈의 신뢰성 저하에 더하여 변색 방지 기술에 대한 필요성이 더욱 높다. 또한, 컬러층(50)과 유리 사이 계면에서 접착력이 낮기 때문에 장기 신뢰성에 문제가 되는 사례가 보고되고 있어 UV를 차단하는 동시에 컬러층(50)과 유리간의 접착력을 높여 신뢰성을 높일 필요가 있다.In addition, in the case of a building-integrated solar cell equipped with a
한편, 미국 특허출원공개 제2018/0198014 A1에는 태양전지 모듈 앞에 형광체 및 UV흡수 레진을 포함하는 UV 흡수층이 구비된 태양전지 모듈을 개시하고 있으나, 상기 특허출원의 태양전지 모듈은 별도의 컬러층 및 컬러층 열화 보호에 대한 구성을 개시하고 있지 않다.Meanwhile, US Patent Application Publication No. 2018/0198014 A1 discloses a solar cell module having a UV absorbing layer including a phosphor and a UV absorbing resin in front of the solar cell module, but the solar cell module of the patent application has a separate color layer and A configuration for color layer deterioration protection is not disclosed.
본 발명은 UV는 흡수하고 발전에 필요한 가시광선은 투과시켜 발전 효율 저하 없이 UV에 대한 안정성 및 층간 계면의 접착성이 개선되도록 하는, 컬러 변색 방지층을 포함하는 컬러 태양광 발전 모듈을 제공하는 것이다. The present invention provides a color photovoltaic module including a color fading prevention layer that absorbs UV and transmits visible light required for power generation to improve stability against UV and adhesion of interlayer interfaces without deterioration in power generation efficiency.
제1견지에 의하면, 컬러층 (50)과 투명 기판(70) 사이에 컬러 변색 방지층(60)을 포함하며, 상기 컬러변색 방지층(60)은 자외선을 흡수하는 UV 차단제로서 금속 산화물 나노입자를 포함하는 컬러 태양광 발전 모듈이 제공된다. According to the first aspect, a color
제2견지에 의하면, 상기 금속 산화물 나노입자는 주석 산화물, 아연 산화물, 세륨 산화물, 텅스텐 산화물, 티타늄 산화물, 지르코늄 산화물 및 철 산화물 나노입자로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 1종인, 제1견지에 따른 컬러 태양광 발전 모듈이 제공된다. According to the second aspect, according to the first aspect, the metal oxide nanoparticles are at least one selected from the group consisting of tin oxide, zinc oxide, cerium oxide, tungsten oxide, titanium oxide, zirconium oxide and iron oxide nanoparticles. A color solar power module is provided.
제3견지에 의하면, 상기 컬러 변색 방지층(60)은 200nm 내지 400nm인 자외선의 평균 투과율이 30%이하인, 제1견지에 따른 컬러 태양광 발전 모듈이 제공된다. According to the third aspect, the color
제4견지에 의하면, 상기 컬러 변색 방지층(60)은 400nm 내지 1200nm인 가시광선의 평균 투과율이 80% 이상인, 제1견지에 따른 컬러 태양광 발전 모듈이 제공된다. According to the fourth aspect, the color
제5견지에 의하면, 상기 컬러 변색 방지층(60)은 두께가 0.5㎛ 내지 400㎛인, 제1견지에 따른 컬러 태양광 발전 모듈이 제공된다. According to the fifth aspect, the color
제6견지에 의하면, 상기 컬러 태양광 발전 모듈은 상기 컬러층(50)의 후면 상의 제2 밀봉층(40), 상기 제2 밀봉층(40)의 후면 상의 발전층(30), 상기 발전층(30)의 후면 상의 제1 밀봉층(20) 및 상기 제1 밀봉층(20)상의 백시트(10)를 포함하는, 제1견지에 따른 컬러 태양광 발전 모듈이 제공된다. According to the sixth aspect, the color photovoltaic module includes a
제7견지에 의하면, 상기 컬러층(50)은 불연속적이어서 컬러 부위는 빛을 반사함으로서 하부 발전층을 은폐시키고, 컬러 부위가 아닌 부분은 하부 발전층에 선택적으로 투과시켜 발전 효율을 극대화하는, 제1견지에 따른 컬러 태양광 발전 모듈이 제공된다. According to the seventh aspect, the
본 발명에 의한 컬러 변색 방지층을 포함하는 컬러 태양광 발전 모듈은 컬러층(50)과 투명 기판(70) 사이의 컬러 변색 방지층(60)에 의해 UV에 의한 컬러층의 열화가 방지되고 컬러층과 투명 기판 사이의 계면의 접착성이 개선되며, 이에 따라 우수한 신뢰성이 확보된다. 뿐만 아니라, 컬러 변색 방지층은 UV는 흡수하고 발전에 필요한 가시광선은 투과시켜 발전 효율 저하 없이, UV에 대하여 개선된 안정성을 부여한다. In the color photovoltaic module including the color fading prevention layer according to the present invention, deterioration of the color layer by UV is prevented by the color
도 1의 (a)는 투명 기판(70) 위에 UV 보호층이 구비된 종래의 UV 차단 태양광 발전 모듈의 모식적인 측단면도를 그리고, (b)는 유리 패널 아래에 UV 보호층이 구비된 종래의 UV 차단 태양광 발전 모듈의 모식적 측단면도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 의한 컬러 변색 방지층을 포함하는 컬러 태양광 발전 모듈의 모식적 측단면도이다.
도 3의 (AS) 내지 (DS)는 컬러 변색 방지층 도입 유무에 의한 컬러 태양광 발전 모듈의 투과율 측정에 사용된 시편의 모식적 측단면도이다.
도 4는 시편 (AS) 내지 (DS)의 투과율을 나타내는 그래프이다.
도 5의 (AM) 내지 (DM)는 컬러 변색 방지층 도입 유무에 의한 컬러 태양광 발전 모듈의 전기적 특성 측정에 사용된 컬러 태양광 발전 모듈의 모식적 측단면도이다.
도 6은 컬러 태양광 발전 모듈 (AM) 내지 (DM)의 I-V 커브를 나타내는 그래프이다. Figure 1 (a) is a schematic side cross-sectional view of a conventional UV blocking solar power module equipped with a UV protective layer on a
2 is a schematic side cross-sectional view of a color photovoltaic module including a color fading prevention layer according to an embodiment of the present invention.
3 (AS) to (DS) are schematic side cross-sectional views of specimens used to measure transmittance of a color photovoltaic module with or without a color fading prevention layer.
4 is a graph showing transmittance of specimens (AS) to (DS).
5 (AM) to (DM) are schematic side cross-sectional views of a color photovoltaic module used to measure electrical characteristics of the color photovoltaic module with or without a color fading prevention layer.
6 is a graph showing IV curves of color photovoltaic modules (AM) to (DM).
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 구현예를 설명한다. 그러나, 본 발명의 구현예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 구현예로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 구현예는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상, 크기, 개수 등은 실제 크기, 또는 상대적 비율을 반영하는 것은 아니며 단지 설명을 위해 모식화된 것이다. 또한, 컬러 태양광 발전 모듈의 측단면도에서 각 층이 간격을 두고 있으나, 이는 단지 개념을 설명하기 위해 모식적으로 나타낸 것이며, 실제 컬러 태양광 발전 모듈의 각 층은 접촉된 상태로 적층되어 있다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. In addition, the embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. The shape, size, number, etc. of elements in the drawings do not reflect actual sizes or relative proportions, and are modeled for illustration only. In addition, although each layer is spaced apart in the side cross-sectional view of the color photovoltaic module, this is schematically shown only to explain the concept, and each layer of the actual color photovoltaic module is stacked in a contact state.
본 명세서에서 사용된, 층 또는 기판의 '전면'이란 용어는 태양광 발전 모듈에서 태양광이 입사하는 면을 지칭하고, 층 또는 기판의 '후면'이란 용어는 '전면'의 반대쪽 면으로서, 태양광 발전 모듈에서 태양광을 향하지 않는 면을 지칭한다.As used herein, the term 'front' of a layer or substrate refers to the side on which sunlight enters the photovoltaic module, and the term 'rear' of the layer or substrate refers to the opposite side of the 'front', Refers to the side of a photovoltaic module that does not face sunlight.
본 발명의 일 구현예에 의한, 컬러 태양광 발전 모듈은 컬러층 (50)과 투명 기판(70) 사이에 컬러 변색 방지층(60)을 포함하며, 상기 컬러 변색 방지층(60)은 자외선을 흡수하는 UV 차단제로서 금속 산화물 나노입자를 포함한다. According to one embodiment of the present invention, the color photovoltaic module includes a color
상기 UV 차단제로 사용되는 금속 산화물 나노입자는 UV 차단제로 당해 분야에서 일반적으로 사용되는 임의의 금속 산화물 나노입자일 수 있다. 예를 들어, 주석 산화물, 아연 산화물, 세륨 산화물, 텅스텐 산화물, 티타늄 산화물, 지르코늄 산화물 및 철 산화물 나노입자로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 1종의 금속 산화물 나노입자일 수 있으며, 이로써 한정되는 것은 아니다. 상기 금속 산화물 나노입자의 입자크기는 특히 한정되는 것은 아니며, 일반적으로 시판되는 금속 산화물 나노입자가 사용될 수 있다. The metal oxide nanoparticles used as the UV blocker may be any metal oxide nanoparticles generally used in the art as a UV blocker. For example, it may be at least one metal oxide nanoparticle selected from the group consisting of tin oxide, zinc oxide, cerium oxide, tungsten oxide, titanium oxide, zirconium oxide, and iron oxide nanoparticles, but is not limited thereto. The particle size of the metal oxide nanoparticles is not particularly limited, and generally commercially available metal oxide nanoparticles may be used.
가시광선을 흡수하지 않아야 하므로 바람직하게는, 아연 산화물, 티타늄 산화물, 지르코늄 산화물 및 세륨 산화물 나노입자로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속 산화물 나노입자가 사용될 수 있다. Since it should not absorb visible light, preferably, at least one metal oxide nanoparticle selected from the group consisting of zinc oxide, titanium oxide, zirconium oxide, and cerium oxide nanoparticles may be used.
상기 컬러 변색 방지층(60)은 상기 UV 차단제를 컬러 변색 방지층(60)의 총 중량을 기준으로 5 중량% 내지 50 중량%, 바람직하게는 8wt% 내지 20wt%로 포함할 수 있다. 상기 컬러 변색 방지층(60)에서 UV 차단제의 함량이 5wt% 미만이면 자외선 흡수 효과가 떨어지고, 50wt%을 초과하면 분산이 어려워지므로 바람직하지 않다. The color
상기 컬러 변색 방지층(60)에서 상기 UV 차단제 이외는 매트릭스 기재로서, 당해 기술분야에 베이스 매트릭스 폴리머로서 사용되는 것으로 일반적으로 알려져 있는 임의의 폴리머일 수 있다. 예를 들어, 이로써 한정하는 것은 아니지만, 상기 매트릭스 기재는 태양광 발전 모듈의 봉지층 형성에 사용되는 것으로 일반적으로 알려져 있는 임의의 복합폴리머가 사용될 수 있으며, 그 예로는 불소계 폴리머, 예컨대 비닐리덴 플루오라이드 (VDF), 비닐 플루오라이드 (VF), 테트라플루오로에틸렌 (TFE) 헥사플루오로프로필렌 (HFP), 클로로트리플루오로에틸렌 (CTFE), 트리플루오로에틸렌(TFE), 헥사플루오로이소부틸렌, 퍼플루오로부틸에틸렌, 퍼플루오로 메틸비닐에테르(PMVE), 퍼플루오로 에틸비닐에테르(PEVE), 퍼플루오로 프로필비닐에테르(PPVE), 퍼플루오로 헥실비닐에테르(PHVE), EVA(ethylene vinyl acetate), PC(polycarbonate), PET(polyethylene terephthalate), ETFE(ethylene tetra fluoro-ethylene), ECTFE (ethylene chlorotrifluoroethylene), PDMS(polydimethylsiloxane), PVA(polyvinyl alcohol), 및 PI(poly-imide) 폴리머로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 1종 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 매트릭스 기재는 BA(부틸아크릴레이트), 2EHA(2-에틸헥실아크릴레이트), IDA(이소데실아크릴레리트), LA(라우닐아크릴레이트) 및 ODA 옥틸데실아크릴레이트)로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 1종의 아크릴레이트 모노머 계열의 모노머일 수도 있다. Any polymer generally known to be used as a base matrix polymer in the art may be used as a matrix substrate other than the UV blocker in the color
나아가, 상기 컬러 변색 방지층(60)은 무기섬유 및/또는 유기섬유와 같은 필러를 포함할 수도 있다. 무기 섬유 및/또는 유기 섬유는 일반적으로 알려져 있는 임의의 것이 사용될 수 있으며, 여기서 상세히 기재하지 않는다. Furthermore, the color
상기 컬러 변색 방지층(60)은 컬러 변색 방지층(60)에서 총 중량을 기준으로 UV 차단제의 함량이 5 중량% 내지 50 중량%, 바람직하게는 8wt% 내지 20wt%이 될 수 있도록, 당해 분야에 일반적으로 적용될 수 있는 폴리머, 모노머 및/또는 기타 첨가제(분산제, 용매 등)을 배합하여 투명 기판에 분사 또는 코팅 등 이 기술분야에 일반적으로 알려져 있는 박막/후막형성 기법으로 적용하여 컬러 변색 방지층을 형성할 수 있다. In the color
또한, 상기 컬러 변색 방지층(60)은 상기 투명 기판(70)에 금속산화물 나노입자 함유 시트를 부착하여 형성할 수도 있다. 금속산화물 나노입자 함유 시트는 UV 차단에 사용되는 일반적으로 알려져 있는 임의의 금속산화물 나노입자 함유 시트일 수 있다. In addition, the color
상기 컬러 변색 방지층(60)은 0.5㎛ 내지 400㎛ 두께로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 1㎛ 내지 100㎛의 두께로 형성된다. 컬러 변색 방지층(60)의 두께가 0.5㎛ 미만이면 자외선을 흡수하기 위한 흡수 물질의 밀도가 낮아 충분한 자외선 흡수가 불가능하고, 400㎛를 초과하면 가시광선 투과율이 떨어져 바람직하지 않다. The color
상기 컬러 변색 방지층은 200nm 내지 400nm인 자외선에 대한 평균 투과율이 30%이하인 것이 바람직하다. 200nm 내지 400nm인 자외선의 투과율이 적을수록 태양광 발전 모듈의 컬러층의 변색 방지에 바람직하므로 200nm 내지 400nm인 자외선의 평균 투과율의 하한값은 특히 한정되지 않는다. 200nm 내지 400nm인 자외선에 대한 평균 투과율이 30%를 초과하면 태양광 발전 모듈의 컬러층 염료의 열화가 진행되고, 컬러 변색 방지층 기능 유효성을 감안할 때 바람직하지 않다. The color fading prevention layer preferably has an average transmittance of 30% or less for ultraviolet rays of 200 nm to 400 nm. Since the lower transmittance of ultraviolet rays of 200 nm to 400 nm is preferable for preventing discoloration of the color layer of the photovoltaic module, the lower limit of the average transmittance of ultraviolet rays of 200 nm to 400 nm is not particularly limited. When the average transmittance for ultraviolet rays of 200 nm to 400 nm exceeds 30%, the color layer dye of the photovoltaic module deteriorates, which is not preferable in view of the effectiveness of the color fading prevention layer.
상기 컬러 변색 방지층은 파장 400nm 내지 1200nm인 가시광선에 대한 평균 투과율이 80% 이상, 바람직하게는 85% 이상이다. 파장 400 내지 1200nm인 가시광선에 대한 평균 투과율이 80% 미만이면 태양광 발전에 필요한 빛을 차단하게 되어 바람직하지 않다. 가시광선에 대한 평균 투과율이 클수록 태양광 발전에 바람직하므로, 가시광선에 대한 평균 투과율에 대한 상한값은 특히 한정되지 않는다. The color fading prevention layer has an average transmittance of 80% or more, preferably 85% or more, for visible light having a wavelength of 400 nm to 1200 nm. If the average transmittance for visible light with a wavelength of 400 to 1200 nm is less than 80%, it is not preferable to block light necessary for solar power generation. The upper limit value for the average visible light transmittance is not particularly limited, since a higher average transmittance for visible light is preferable for photovoltaic power generation.
상기 200nm 내지 400nm인 자외선에 대한 평균 투과율 및 400nm 내지 1200nm인 가시광선에 대한 평균 투과율은 상기 컬러 변색 방지층의 UV 차단제 함량 및/또는 두께에 의해 달성된다. The average transmittance for ultraviolet rays of 200 nm to 400 nm and the average transmittance of visible rays of 400 nm to 1200 nm are achieved by the content and/or thickness of the UV blocker of the color fading prevention layer.
상기 컬러 변색 방지층(60)은 또한 태양광 발전 모듈의 컬러층(50)의 전면에 적용되어, 접착력이 우수하지 않은 컬러층(50)과 투명 기판(70) 사이에서 버퍼층 역할을 한다. 또한, 열팽창계수가 다른 컬러층(50)과 투명기판(70)이 직접 맞닿아 열챙창에 의한 박리가 발생할 수 있는데, 컬러 변색 방지층(60)이 얇은 버퍼층으로 삽입됨으로써 열팽창에 차이에 따른 스트레스를 완화할 수 있다. 이렇게 컬러층(50)과 투명 기판(70) 사이의 접착력이 향상되어 컬러 태양광 발전 모듈의 신뢰성이 향상된다. 뿐만 아니라 상기 컬러 변색 방지층(60)은 함유되어 있는 UV 차단제에 의해 UV의 입사는 차단하지만, 가시광선에 대한 투과도는 유지되어 컬러 태양광 발전 모듈의 발전에 저해가 되지 않는다. The color
본 발명의 다른 구현에 의한 상기 컬러 태양광 발전 모듈은 상기 컬러층(50)의 후면 상의 제2 밀봉층(40), 상기 제2 밀봉층(40)의 후면 상의 발전층(30), 상기 발전층(30)의 후면 상의 제1 밀봉층(20) 및 상기 제1 밀봉층(20)상의 백시트(10)를 포함할 수 있다. 도 2에 이러한 컬러 태양광 발전 모듈의 모식적 측단면도를 나타낸다. The color photovoltaic module according to another embodiment of the present invention includes a
본 발명의 임의의 견지에 의한, 컬러 태양광 발전 모듈에서, 상기 컬러층(50)은 연속 또는 불연속적일 수 있다. 컬러층(50)이 불연속적으로 구비되어 은폐와 발전의 역할을 동시에 수행하게 된다. 즉, 컬러층(50)은 발전층(30)(즉, 태양전지)의 제2 밀봉층(40)의 전면에 불연속적인 형상으로 형성될 수 있다. 컬러층(50)의 불연속적인 형상은 예를 들어, 줄무늬, 격자, 점, 허니컴(육각형) 형상일 수 있다. 구체적으로, 상기 컬러층(50)은 불연속적으로 형성되어, 컬러 부위는 빛을 반사함으로서 하부 발전층을 은폐시키고, 컬러 부위가 아닌 부분은 하부 발전층(30)으로 선택적으로 빛을 투과시켜 발전 효율을 극대화시킬 수 있다.In the color photovoltaic module according to any aspect of the present invention, the
상기 컬러 태양광 발전 모듈에서 컬러층(50)과 투명 기판(70) 사이에 컬러 변색 방지층(60)을 포함하는 것 이외에, 백시트(10), 제1 밀봉층(20), 발전층(30), 제2 밀봉층(40), 컬러층(50), 및 투명 기판(70)에 대한 사항은 이 기술분야에 일반적으로 알려져 있는 것이 적용될 수 있고, 컬러 태양광 발전 모듈의 제조 방법 또한, 이 기술분야에 일반적으로 알려져 있는 사항으로 여기서 상세히 기술하지 않는다. In the color photovoltaic module, in addition to including the color fading
이상에서 본 발명의 구현예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and variations are possible without departing from the technical spirit of the present invention described in the claims. It will be obvious to those skilled in the art.
실시예Example
이하, 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 위한 것일 뿐, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The following examples are only for understanding of the present invention, but do not limit the present invention.
(실시예 1) 투과율 평가(Example 1) Evaluation of transmittance
컬러 변색 방지층 형성 유무에 따른 투과율에 대하여 평가하였다. Transmittance according to the presence or absence of the color fading prevention layer was evaluated.
도 3의 (AS) 내지 (DS)에 나타낸 투과율 시험용 시편을 제조하였다. 투명기판으로는 두께 5 mm의 저철분 강화 유리를 사용하였다. 컬러 변색 방지층(60)(ADL)은 티타늄 산화물 10wt%, 에폭시 아크릴 수지 30wt%, 폴리우레탄 아크릴 수지 10wt%, 부틸아크릴레이트 25 wt%, 및 폴리에틸렌 섬유 필러 25wt%를 포함하는 혼합물 (이하, 컬러 변색 방지층용 혼합물)을 사용하였다. 컬러층(50)은 청색 펄 염료를 사용하여 형성하였다. Specimens for the transmittance test shown in (AS) to (DS) of FIG. 3 were prepared. As the transparent substrate, low-iron-strengthened glass having a thickness of 5 mm was used. The color fading prevention layer 60 (ADL) is a mixture containing 10wt% of titanium oxide, 30wt% of epoxy acrylic resin, 10wt% of polyurethane acrylic resin, 25wt% of butyl acrylate, and 25wt% of polyethylene fiber filler (hereinafter, color fading mixture for the prevention layer) was used. The
도 3의 (AS) 시편은 상기 저철분 강화 유리이다 (크기 50mm x 50mm). 도 4의 (AS) 시편에서는 투명 유리만의 투과율을 측정하였다. The (AS) specimen of FIG. 3 is the low iron tempered glass (
도 3의 (BS)시편은 상기 저철분 강화 유리 상에 컬러 변색 방지층(60)이 형성된 것이다. 상기 컬러 변색 방지층(60)은 상기 저철분 강화 유리의 일 면에 상기 컬러 변색 방지층용 혼합물을 약 10㎛ 두께로 스프레이 도포 후 상온에서 자연 건조하여 형성하였다. (BS) 시편은 컬러 변색 방지층의 UV 차단효과를 측정하기 위한 시편이다. In the (BS) specimen of FIG. 3, a color
도 3의 (CS) 시편은 상기 저철분 강화 유리 상에 컬러층이 형성된 것이다. 상기 저철분 강화 유리 상에 청색 펄 염료를 사용하여 스크린 프린팅 공정으로 15㎛ 두께의 컬러층(50)을 형성하였다. (CS) 시편은 컬러층(50)의 투과율 특징과 자외선 흡수를 실험하기 위한 시편이다. In the (CS) specimen of FIG. 3, a color layer is formed on the low iron tempered glass. A
도 3의 (DS) 시편은 상기 저철분 강화 유리 상에 컬러 변색 방지층(60)이 그리고 컬러 변색 방지층(60) 상에 컬러층(50)이 형성된 것이다. 상기 컬러 변색 방지층(60)은 상기 저철분 강화 유리의 일 면에 상기 컬러 변색 방지층용 혼합물을 약 10㎛ 두께로 스프레이 도포 후 상온에서 자연 건조하여 형성하였다. 상기 컬러 변색 방지층(60) 위에 청색 펄 염료를 사용하여 스크린 프린팅 공정으로 15㎛ 두께의 컬러층(50)을 형성하였다. 도 3의 (DS) 시편에서는 컬러 변색 방지층(60)을 포함하는 경우의 투과율 차이를 확인할 수 있다. In the (DS) specimen of FIG. 3 , a color
투과율은 PerkinElmer 사의 Lambda 750s를 이용하여 측정하였으며 파장별 빛이유리 표면으로부터 입사하도록 하여 측정하였다. 측정 파장은 일반적으로 실리콘 태양전지의 발전 범위인 200nm~1200nm 구간을 스캔하면서 측정하였다. 도 3의 (AS) 내지 (DS) 시편에서 얻어진 투과율 그래프를 도 4에 나타내었다.The transmittance was measured using a Lambda 750s from PerkinElmer, and the light for each wavelength was incident from the glass surface. The measurement wavelength was measured while scanning a range of 200 nm to 1200 nm, which is generally the power generation range of a silicon solar cell. Transmittance graphs obtained from the specimens (AS) to (DS) of FIG. 3 are shown in FIG. 4 .
자외선은 파장에 따라 3종류로 나뉘는데 320~400nm의 UV-A, 280~320nm의 UV-B, 100~280nm의 UV-C가 그것이다. 초단파장인 UV-C는 자연상태에서는 대부분 오존층에 의해서 흡수되며, UV-B는 전면 투명 기판인 유리층에 의해 대부분 흡수된다. UV중에서도 장파장인 UV-A가 유리를 투과하여 태양전지 모듈 내부에 침투하게 되며 컬러층이나 밀봉층의 열화 등을 유발시키게 된다.Ultraviolet rays are divided into three types according to the wavelength: UV-A of 320 to 400 nm, UV-B of 280 to 320 nm, and UV-C of 100 to 280 nm. UV-C, which is an ultra-short wavelength, is mostly absorbed by the ozone layer in nature, and UV-B is mostly absorbed by the glass layer, which is a front transparent substrate. UV-A, which is a long wavelength among UV rays, penetrates the inside of the solar cell module through glass and causes deterioration of the color layer or the sealing layer.
도 4에 나타낸 바와 같이, 도 3의 컬러 변색 방지층(60)이 구비된 (BS)시편은 유리 기판인 (AS) 시편에 비하여, 400nm 이하의 UV파장에 대하여 평균 투과율이 약 24% 감소함을 확인하였다. 하부에 블루 컬러를 발색할 수 있는 컬러층(50A)을 형성한 (CS) 시편의 경우, 빨강 및 녹색 영역(500~700nm)의 가시광선이 투과하지 못하는 것은 물론, 400nm의 이하의 자외선도 많이 흡수한다. (CS) 시편의 경우, 자외선의 흡수로 인하여 발색을 담당하는 염료의 열화가 심각한 것을 확인할 수 있다. 이 때 컬러층 전면에 컬러 변색 방지층을 형성하여 UV를 차단해 주면 컬러층의 수명을 그 만큼 증가시킬 수 있게 된다. (DS) 시편의 경우, (CS)시편과 투과율에 있어서 큰 차이가 나지 않음을 확인하였으며, 이에 따라 컬러층은 보호하면서도 태양전지 발전에는 방해가 되지 않을 것을 예상할 수 있다. As shown in FIG. 4, the (BS) specimen provided with the color fading
(실시예 2) 전기적 특성 평가(Example 2) Evaluation of electrical characteristics
컬러 변색 방지층 형성 유무에 따른 컬러 태양광 발전 모듈에 대한 전기적 특성을 평가하였다. Electrical characteristics of the color photovoltaic module with or without the color fading prevention layer were evaluated.
도 5의 (AM) 내지 (DM)의 개락적인 모식도에 나타낸 바와 같이, 상기 도 3의 (AS) 내지 (DS) 시편 각각의 후면에 EVA(ethylene vinyl acetate) 재질의 제2 밀봉층(40), 발전층(30), EVA재질의 제1 밀봉층(20) 및 백 시트 (10)을 순차적으로 순차적으로 적층하여, 개구 크기(aperture size)가 4㎠인 소형 태양전지 모듈 (AM) 내지 (DM)을 제작하였다. 그 후, 솔라 시뮬레이터(Solar Simulator)를 이용하여 효율 및 전류밀도 (Jsc)의 전기적 특성을 측정하여 도 6에 나타내었다. 측정 조건은 태양전지 표준측정 조건에 따라 측정하였다.As shown in the schematic diagrams of (AM) to (DM) of FIG. 5, the
1. 단락전류밀도(Jsc) (mA/cm2), 개방전압(Voc) (V) 1. Short circuit current density (J sc ) (mA/cm 2 ), open circuit voltage (Voc) (V)
솔라 시뮬레이터(Solar Simulator)를 이용하여 전류밀도 (Jsc) 및 개방전압(Voc)를 측정하였다. 전류밀도(Jsc)는 Electrochemical Station(VSP CLB-2000, Bio-Logic Science Instruments)에 태양광 발전 모듈을 연결한 후 광원으로 Solar Simulator(Sun 3000, Class AAA, ABET Technology)를 사용하여 태양광 발전 모듈의 J-V curve 를 측정하여 도 6에 나타내었다. 이 때의 스캔 속도는 100 mV/s 이며 VOC to 0 V 의 전압 범위에서 측정하였다.Current density (J sc ) and open circuit voltage (Voc) were measured using a solar simulator. The current density (J sc ) was measured by connecting the solar power module to the Electrochemical Station (VSP CLB-2000, Bio-Logic Science Instruments) and then using the Solar Simulator (Sun 3000, Class AAA, ABET Technology) as a light source for solar power generation. The JV curve of the module was measured and shown in FIG. 6 . The scan speed at this time was 100 mV/s and was measured in the voltage range of V OC to 0 V.
2. 충진율(F.F)(%)2. Filling rate (F.F) (%)
솔라 시뮬레이터(Solar Simulator)를 이용하여 측정된 단락전류밀도(Jsc), 개방전압(Voc), 전류밀도(Jmax), 전압(Vmax)을 이용하여 하기 식 (1)을 통해 충진률을 계산하였다.Using the short-circuit current density (J sc ), open-circuit voltage (Voc), current density (J max ), and voltage (V max ) measured using a solar simulator, the filling factor is calculated through the following equation (1) Calculated.
여기서, Jmax, Vmax 는 전력 값(JV)이 최대인 지점에서의 전류밀도와 전압 값이다.Here, J max and V max are current densities and voltage values at the point where the power value (JV) is maximum.
3. 광변환효율(PCE)(%)3. Optical Conversion Efficiency (PCE) (%)
솔라 시뮬레이터(Solar Simulator)를 이용하여 측정된 단락전류밀도, 개방전압, 충진율을 이용하여 하기 식 (2)를 통해 광변환효율을 계산하였다. The light conversion efficiency was calculated using the following equation (2) using the short-circuit current density, open-circuit voltage, and fill factor measured using a solar simulator.
태양광 발전 모듈 (AM) 내지 (DM)의 전기적 특성인 상기 측정된 단락전류밀도(Jsc)(mA/cm2), 개방전압(Voc), 충진률 및 광변환효율을 하기 표 1에 나타내었다. Table 1 shows the measured short-circuit current density (J sc ) (mA/cm 2 ), open circuit voltage (Voc), fill factor, and light conversion efficiency, which are the electrical characteristics of the photovoltaic modules (AM) to (DM). was
발전 모듈sunlight
power generation module
(AM)과 (BM)은 Jsc 및 효율 변화에 있어서 유의한 차이를 나타내지 않았다. (CM)의 경우, 적색/녹색 가시광선의 투과율 손실로 인하여 Jsc가 크게 떨어졌으나, (CM)과 컬러 변색 방지층을 갖는 (DM) 모듈은 거의 동일한 Jsc 및 효율을 나타내었다. 즉, 컬러 변색 방지층을 갖는 (DM) 모듈은 컬러층을 변색으로부터 보호하면서 모듈 효율에는 영향을 주지 않음을 실험적으로 확인할 수 있었다. 실제 컬러모듈에 해당하는 (CM), (DM) 모듈의 경우 Jsc는 0.2mA/㎠ 차이로 나타나 동일한 Jsc를 나타냈다. (AM) and (BM) showed no significant difference in Jsc and efficiency change. In the case of (CM), Jsc was greatly reduced due to a loss of transmittance of visible red/green light, but (CM) and the (DM) module with color fading prevention layer showed almost the same Jsc and efficiency. That is, it was experimentally confirmed that the (DM) module having the color fading prevention layer did not affect module efficiency while protecting the color layer from discoloration. In the case of (CM) and (DM) modules corresponding to actual color modules, Jsc showed a difference of 0.2 mA/cm 2 , indicating the same Jsc.
10: 백 시트 20: 제1 밀봉층
30: 발전층(태양전지) 40: 제2 밀봉층
50: 컬러층 60: 컬러 변색 방지층
60A: UV 보호층 70: 투명 기판10: back sheet 20: first sealing layer
30: power generation layer (solar cell) 40: second sealing layer
50: color layer 60: color fading prevention layer
60A: UV protective layer 70: transparent substrate
Claims (7)
상기 컬러변색 방지층(60)은 자외선을 흡수하는 UV 차단제로서 금속 산화물 나노입자를 포함하는 컬러 태양광 발전 모듈. It includes a color fading prevention layer 60 between the color layer 50 and the transparent substrate 70,
The color fading prevention layer 60 includes metal oxide nanoparticles as a UV blocker for absorbing ultraviolet rays.
상기 금속 산화물 나노입자는 주석 산화물, 아연 산화물, 세륨 산화물, 텅스텐 산화물, 티타늄 산화물, 지르코늄 산화물 및 철 산화물 나노입자로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 1종인, 컬러 태양광 발전 모듈. According to claim 1,
The metal oxide nanoparticles are at least one selected from the group consisting of tin oxide, zinc oxide, cerium oxide, tungsten oxide, titanium oxide, zirconium oxide and iron oxide nanoparticles, color photovoltaic module.
상기 컬러 변색 방지층(60)은 200nm 내지 400nm인 자외선의 평균 투과율이 30%이하인, 컬러 태양광 발전 모듈. According to claim 1,
The color fading prevention layer 60 has an average transmittance of 200 nm to 400 nm ultraviolet rays of 30% or less, a color photovoltaic module.
상기 컬러 변색 방지층(60)은 400nm 내지 1200nm인 가시광선의 평균 투과율이 80% 이상인, 컬러 태양광 발전 모듈. According to claim 1,
The color fading prevention layer 60 has an average transmittance of 80% or more of visible light of 400 nm to 1200 nm, a color photovoltaic module.
상기 컬러 변색 방지층(60)은 두께가 0.5㎛ 내지 400㎛인, 컬러 태양광 발전 모듈. According to claim 1,
The color fading prevention layer 60 has a thickness of 0.5 μm to 400 μm, color photovoltaic module.
상기 컬러 태양광 발전 모듈은 상기 컬러층(50)의 후면 상의 제2 밀봉층(40), 상기 제2 밀봉층(40)의 후면 상의 발전층(30), 상기 발전층(30)의 후면 상의 제1 밀봉층(20) 및 상기 제1 밀봉층(20)상의 백시트(10)를 포함하는, 컬러 태양광 발전 모듈. According to claim 1,
The color photovoltaic module includes a second sealing layer 40 on the rear surface of the color layer 50, a power generation layer 30 on the rear surface of the second sealing layer 40, and a rear surface of the power generation layer 30. A color solar power module comprising a first sealing layer (20) and a backsheet (10) on the first sealing layer (20).
상기 컬러층(50)은 불연속적이어서 컬러 부위는 빛을 반사함으로서 하부 발전층을 은폐시키고, 컬러 부위가 아닌 부분은 하부 발전층에 선택적으로 투과시켜 발전 효율을 극대화하는, 컬러 태양광 발전 모듈.
According to claim 1,
The color layer 50 is discontinuous, so that the color portion reflects light to conceal the lower power generation layer, and the non-color portion selectively transmits through the lower power generation layer to maximize power generation efficiency.
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| KR1020210185233A KR20230095593A (en) | 2021-12-22 | 2021-12-22 | Color Photovoltaic Module Having Anti-Decolorizing Sheet |
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|---|---|---|---|---|
| US20180198014A1 (en) | 2017-01-11 | 2018-07-12 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Solar cell module and method of manufacture thereof |
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