[go: up one dir, main page]

KR102768986B1 - 컬러 태양광 패널용 고채도 유리 및 이의 제조방법 - Google Patents

컬러 태양광 패널용 고채도 유리 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102768986B1
KR102768986B1 KR1020230107717A KR20230107717A KR102768986B1 KR 102768986 B1 KR102768986 B1 KR 102768986B1 KR 1020230107717 A KR1020230107717 A KR 1020230107717A KR 20230107717 A KR20230107717 A KR 20230107717A KR 102768986 B1 KR102768986 B1 KR 102768986B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
color
glass
refractive
thickness
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.)
Active
Application number
KR1020230107717A
Other languages
English (en)
Inventor
정용찬
이수열
윤하은
한영희
김진태
송민지
Original Assignee
한국전력공사
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 한국전력공사 filed Critical 한국전력공사
Priority to KR1020230107717A priority Critical patent/KR102768986B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102768986B1 publication Critical patent/KR102768986B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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
    • 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
    • H10F19/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one photovoltaic cell covered by group H10F10/00, e.g. photovoltaic modules
    • 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
    • H10F71/00—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass

Landscapes

  • Surface Treatment Of Glass (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 컬러 태양광 패널용 고채도 유리는 유리기판; 및 상기 유리기판 상부에 구비되는 굴절재료층;을 포함하고, 상기 굴절재료층은 제1 층 및 제2 층이 교대로 증착된 구조이고, 상기 제1 층은 제2 층보다 굴절률이 높은 굴절재료를 포함하고, 상기 제1 층 및 제2 층은, 최대 파장(λx)이 목표 파장(λx) 범위 내에 있으며, 반사율이 80 % 이상을 갖도록 적층 두께 및 적층수를 갖는다.

Description

컬러 태양광 패널용 고채도 유리 및 이의 제조방법{COLOR HIGH CHROMA GLASS FOR PHOTOVOLTAIC PANEL AND MANUFACTURING METHOD THEREBY}
본 발명은 컬러 태양광 패널용 고채도 유리 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 다양한 색상을 나타낼 수 있는 컬러 태양광 패널용 고채도 유리 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
건물 일체형 태양광(Building Integrated Photovoltaic)은 건축물 외장재로 태양전지 모듈을 사용하는 것으로 최근 사용이 급증하고 있다. 국내에서 건물용 태양광 시장은 매년 약 5 ~ 10% 성장하고 있으며, 제로에너지건축물(ZEB) 인증 의무대상이 민간 및 공공 건축물로 확대되어 사용량이 더욱 증가될 것으로 예상된다.
이에 따라 건물 외관의 심미성을 향상시킬 수 있는 컬러 구현 기술에 대한 관심이 높아지고 있다.
대한민국 특허 제10-2386568호는 컬러유리가 결합된 태양광 패널 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 태양전지 일측에 태양전지를 보호하면서 심미감을 형성시키는 컬러유리의 구성을 개시한다. 다만 유리 기판 전면에 단층 또는 복층의 굴절소재를 증착하여 고채도 컬러를 가지는 태양광 패널의 구성을 개시하지 않는다.
본 발명의 목적은 유리기판의 전면에 굴절소재를 부착하여 다양한 색상을 나타낼 수 있는 컬러 태양광 패널용 고채도 유리를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 컬러 태양광 패널용 고채도 유리를 포함하는 태양전지 패널을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 컬러 태양광 패널용 고채도 유리의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
1. 본 발명의 하나의 관점은 컬러 태양광 패널용 고채도 유리에 관한 것이다.
상기 컬러 태양광 패널용 고채도 유리는 유리기판; 및
상기 유리기판 상부에 구비되는 굴절재료층;을 포함하고,
상기 굴절재료층은 제1 층 및 제2 층이 교대로 증착된 구조이고, 상기 제1 층은 제2 층보다 굴절률이 높은 굴절재료를 포함하고,
상기 제1 층 및 제2 층은, 최대 파장(λx)이 목표 파장(λx) 범위 내에 있으며, 반사율이 80 % 이상을 갖도록 하기 식 1 및 2에 따라 적층 두께 및 적층수를 갖는 것인,
컬러 태양광 패널용 고채도 유리:
[식 1]
[식 2]
상기 식 1에서, d는 증착 두께(nm)이고, m은 두께변환계수로 2n-1(n은 적층수이며, 1 이상임)이며, λc는 목표 파장(nm)이고, n은 제1층 또는 제2층 재료의 굴절률이고,
상기 식 2에서 nH 는 고굴절재료층의 굴절률이고, nL은 저굴절재료층의 굴절률이며, nsub는 유리기판의 굴절률이고, S는 고굴절재료층과 저굴절재료층의 반복 적층 수이다.
2. 상기 1 구체예에서, 상기 제1 층은 Nb2O5, Si3N4 및 TiO2 중 1종 이상을 포함하고, 상기 제2 층은 SiO2를 포함할 수 있다.
3. 상기 1 또는 2 구체예에서, 상기 제1 층은 굴절률이 2.0 이상, 상기 제2층은 굴절률이 1.5 이하일 수 있다.
4. 상기 1 내지 3 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 제1 층과 제 2층의 굴절률 차이는 0.5 이상일 수 있다.
5. 상기 1 내지 4 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 제1 층은 상기 유리기판 상부에 증착되고, 상기 제2 층은 제1 층 상부에 증착될 수 있다.
6. 상기 5 구체예에서, 상기 굴절재료층은 최상부에 제1 층이 증착될 수 있다.
7. 상기 1 내지 6 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 목표 파장 범위는 빨간색을 구현하는 경우 630 내지 750nm 이고, 초록색을 구현하는 경우 495 내지 570nm이며, 파랑색을 구현하는 경우 450 내지 495nm일 수 있다.
8. 상기 1 내지 7 중 어느 하나의 구체예에서, 다층 구조의 상기 굴절재료층의 반사율 R(%)은 하기 식 3 및 식 4를 만족할 수 있다.
[식 3]
R2n-1 > R2n (n≥2)
[식 4]
R2n+1 > R2n (n≥1)
상기 식 3, 4에서 n은 적층 수이다.
9. 상기 1 내지 8 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 굴절재료층이 Nb2O5/SiO2를 포함하는 경우 5층 구조이며, 목표 색상이 빨간색인 경우 Nb2O5/SiO2의 증착 두께가 73~82nm/118~128nm, 초록색인 경우 166~173nm/262~272nm, 파란색인 경우 150~153nm/236~241nm 범위 내일 수 있다.
10. 상기 1 내지 9 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 굴절재료층이 TiO2/SiO2를 포함하는 경우 5층 구조이며, 목표 색상이 빨간색인 경우 TiO2/SiO2의 증착 두께가 73~82nm/118~128nm, 초록색의 경우 160~172nm/257~277nm, 파란색의 경우 147~150nm/236~241nm의 범위 내일 수 있다.
11. 상기 1 내지 10 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 굴절재료층이 Si3N4/SiO2를 포함하는 경우 7층 구조이며, 목표 색상이 빨간색인 경우 Si3N4/SiO2의 증착 두께가 81~89nm/115~125nm, 초록색의 경우 182~193nm/257~272nm, 파란색의 경우 171~175nm/241~247nm의 범위 내일 수 있다.
12. 본 발명의 또 다른 관점은 건물 일체형 컬러 태양광 패널에 관한 것이다.
상기 건물 일체형 컬러 태양광 패널은 상기 컬러 태양광 패널용 고채도 유리; 및
상기 유리 후면에 배치되어 태양 에너지를 흡수하는 태양 전지 모듈;을 포함한다.
13. 본 발명의 또 다른 관점은 컬러 태양광 패널용 고채도 유리 제조방법에 관한 것이다.
상기 컬러 태양광 패널용 고채도 유리 제조방법은
(a) 굴절재료층의 제1 층과 제2 층의 재료를 선택하는 단계로서, 상기 제1 층의 굴절률은 제2 층의 굴절률보다 큰 굴절재료를 선택하는 단계;
(b) 목표 색상에 따른 목표 파장을 설정하는 단계;
(c) 하기 식 1, 식 2에 따라 상기 제1 층 및 제2 층의 증착 두께 및 적층수를 시뮬레이션 하여 결정하는 단계; 및
(d) 상기 굴절재료층을 포함하는 기판의 반사율(R)이 80% 이상이고, 반사광의 최대 파장(λx)이 목표 파장(λc) 범위 내인지 확인하는 단계;를 포함한다.
[식 1]
[식 2]
상기 식 1에서, d는 증착 두께(nm)이고, m은 두께변환계수로 2n-1(n은 적층수이며, 1 이상임)이며, λc는 목표 파장(nm)이고, n은 제1층 또는 제2층 재료의 굴절률이고, 상기 식 2에서 nH 는 제1 층의 굴절률이고, nL은 제2 층의 굴절률이며, nsub는 유리기판의 굴절률이고, S는 제1 층과 제2 층의 반복 적층 수이다.
19. 본 발명의 다른 관점은 태양광 패널용 유리기판의 고채도 색상을 구현하는 방법이다.
상기 태양광 패널용 유리기판의 고채도 색상을 구현하는 방법이며, 상기 방법은,
유리 기판 전면에 증착되는 굴절재료층의 종류, 두께 및 적층 수를 최적화하는 단계를 포함하고, 상기 단계는
(a) 굴절률이 서로 다른 제1 층과 제2 층의 재료를 선택하고(단, 상기 제1층의 굴절률은 제2층의 굴절률보다 크다);
(b) 목표 색상에 따른 목표 파장을 설정하고; 그리고
(c) 하기 식 1 및 식 2에 따라 상기 제1 층 및 제2 층의 증착 두께 및 적층수를 결정하는; 단계를 포함하여 태양광 패널용 유리기판의 고채도 색상을 구현한다.
[식 1]
[식 2]
상기 식 1에서, d는 증착 두께(nm)이고, m은 두께변환계수로 2n-1(n은 적층수이며, 1 이상임)이며, λc는 목표 파장(nm)이고, n은 제1층 또는 제2층 재료의 굴절률이고,
상기 식 2에서 nH 는 제1 층의 굴절률이고, nL은 제2 층의 굴절률이며, nsub는 유리기판의 굴절률이고, S는 제1 층과 제2 층의 반복 적층 수이다.
20. 본 발명의 다른 관점은 태양광 패널용 유리기판의 고채도 색상을 구현하기 위한 증착두께 결정방법이다.
상기 방법은 유리기판 전면에 증착되는 굴절재료층의 제1 층과 제2 층(단, 상기 제1 층의 굴절률은 제2 층의 굴절률보다 크다)에 대해 하기 식 1에 따라 증착두께를 결정한다.
[식 1]
상기 식 1에서, d는 증착 두께(nm)이고, m은 두께변환계수로 2n-1(n은 적층수이며, 1 이상임)이며, λc는 목표 파장(nm)이고, n은 제1층 또는 제2층 재료의 굴절률이다.
본 발명에 컬러 태양광 패널용 고채도 유리는 태양전지에 사용되어 목표로 하는 다양한 색상을 나타낼 수 있으며, 건물 일체형 태양광 패널로 사용되는 경우 건물 외관의 심미감을 향상시킬 수 있다. 컬러 태양광 패널용 고채도 유리 제조방법은 유리기판 전면에 굴절소재를 단층 또는 복층으로 증착하는 방법으로 목표로 하는 최대 파장의 반사율을 최대로 증가시켜 원하는 색상을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 컬러 태양광 패널용 고채도 유리의 모식도이다.
도 2는 매질의 굴절률 차이에 의한 빛의 굴절과 반사를 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 한 구체예에 따른 컬러 태양광 패널용 고채도 유리의 굴절재료층의 두께 및 굴절재료에 따른 파장범위에서 반사율의 변화를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 한 구체예에 따른 다층 구조의 굴절재료층을 포함하는 컬러 태양광 패널용 고채도 유리의 모식도이다.
도 5는 본 발명의 한 구체예에 따른 컬러 태양광 패널용 고채도 유리에 있어서, 다층 구조의 굴절재료층을 포함하는 경우 가시광선 영역 내에서 반사율의 변화를 나타낸 것이다.
도 6은 CIE 1931 색 공간 내 RGB 범위를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 다른 관점에 따른 컬러 태양광 패널용 고채도 유리 제조방법의 공정순서도이다.
도 8은 본 발명의 한 구체예에 따른 컬러 태양광 패널용 고채도 유리 제조방법에 있어서, 약 50nm 두께의 2 내지 8층의 적층수에 따른 반사율 곡선과 색상 변화 시뮬레이션 결과를 CIE 1931 색좌표계에 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 한 구체예에 따른 컬러 태양광 패널용 고채도 유리 제조방법에 있어서, 적층수 3 내지 13층에 따른 반사율 곡선과 전산모사 결과를 CIE 1931 색좌표계에 나타낸 것이다.
도 10a은 본 발명의 실시예 1에 따른 두께변환계수(m)가 1, 3, 5일 때 빨간색 모델의 파장대별 반사율과 색상 변화 시뮬레이션 결과를 CIE 1931 색좌표에 나타낸 것이다.
도 10b는 본 발명의 실시예 1에 따른 두께변환계수(m)가 1, 3, 5일 때 초록색 모델의 파장대별 반사율과 색상 변화 시뮬레이션 결과를 CIE 1931 색좌표에 나타낸 것이다.
도 10c는 본 발명의 실시예 1에 따른 두께변환계수(m)가 1, 3, 5일 때 파란색 모델의 파장대별 반사율과 색상 변화 시뮬레이션 결과를 CIE 1931 색좌표에 나타낸 것이다.
도 10d는 본 발명의 실시예 1에 따른 목표 색상 및 파장대별 반사율 그래프와 이에 따른 RGB 값을 CIE 1931 색좌표에 나타낸 것이다.
도 11a은 본 발명의 실시예 2에 따른 두께변환계수(m)가 1, 3, 5일 때 빨간색 모델의 파장대별 반사율과 색상 변화 시뮬레이션 결과를 CIE 1931 색좌표에 나타낸 것이다.
도 11b는 본 발명의 실시예 2에 따른 두께변환계수(m)가 1, 3, 5일 때 초록색 모델의 파장대별 반사율과 색상 변화 시뮬레이션 결과를 CIE 1931 색좌표에 나타낸 것이다.
도 11c는 본 발명의 실시예 2에 따른 두께변환계수(m)가 1, 3, 5일 때 파란색 모델의 파장대별 반사율과 색상 변화 시뮬레이션 결과를 CIE 1931 색좌표에 나타낸 것이다.
도 11d는 본 발명의 실시예 2에 따른 목표 색상 및 파장대별 반사율 그래프와 이에 따른 RGB 값을 CIE 1931 색좌표에 나타낸 것이다.
도 12a는 비교예 1에 따른 두께변환계수(m)가 1, 3, 5일 때 빨간색 모델의 파장대별 반사율과 색상 변화 시뮬레이션 결과를 CIE 1931 색좌표에 나타낸 것이다.
도 12b는 비교예 1에 따른 두께변환계수(m)가 1, 3, 5일 때 초록색 모델의 파장대별 반사율과 색상 변화 시뮬레이션 결과를 CIE 1931 색좌표에 나타낸 것이다.
도 12c는 비교예 1에 따른 두께변환계수(m)가 1, 3, 5일 때 파란색 모델의 파장대별 반사율과 색상 변화 시뮬레이션 결과를 CIE 1931 색좌표에 나타낸 것이다.
도 13a는 본 발명의 실시예 3에 따른 두께변환계수(m)가 1, 3, 5일 때 빨간색 모델의 파장대별 반사율과 색상 변화 시뮬레이션 결과를 CIE 1931 색좌표에 나타낸 것이다.
도 13b는 본 발명의 실시예 3에 따른 두께변환계수(m)가 1, 3, 5일 때 초록색 모델의 파장대별 반사율과 색상 변화 시뮬레이션 결과를 CIE 1931 색좌표에 나타낸 것이다.
도 13c는 본 발명의 실시예 3에 따른 두께변환계수(m)가 1, 3, 5일 때 파란색 모델의 파장대별 반사율과 색상 변화 시뮬레이션 결과를 CIE 1931 색좌표에 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명의 실시예 3(우측)과 비교예 1(좌측)의 색상별 반사율을 나타낸 그래프이다.
도 15는 본 발명의 실시예 3의 7층 구조와 비교예 1의 5층 구조의 시뮬레이션 결과를 CIE 1931 색좌표에 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 도면은 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 제공되는 것일 뿐, 본 발명이 하기 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 표현하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수 있다.
'상부', '상면', '하부', '하면' 등과 같은 위치 관계는 도면을 기준으로 기재된 것일 뿐, 절대적인 위치 관계를 나타내는 것은 아니다. 즉, 관찰하는 위치에 따라, '상부'와 '하부' 또는 '상면'과 '하면'의 위치가 서로 변경될 수 있다.
본 명세서에서, 수치범위를 나타내는 "a 내지 b"는 "≥a 이고 ≤b"으로 정의한다.
본 발명의 하나의 관점은 컬러 태양광 패널용 고채도 유리에 관한 것이다.
이하에서 도면을 참조하여, 본 발명의 한 구체예에 따른 컬러 태양광 패널용 고채도 유리를 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에서 컬러 태양광 패널은 특정 파장의 반사율이 증가되어 해당 파장의 색상이 구현되는 것이고, 고채도는 반사광의 최대 파장(λx)이 컬러 유리가 구현하고자 하는 색상을 나타내는 목표 파장(λc) 범위 내에 위치하며, 컬러 유리의 반사율이 약 80% 이상인 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 컬러 태양광 패널용 고채도 유리의 모식도이다.
도 1을 참조하면, 상기 컬러 태양광 패널용 고채도 유리는 유리기판(100) 및 굴절재료층(200)을 포함한다.
상기 유리기판(100)은 저철분 판유리일 수 있으며, 바람직하게는 철분 함류량이 약 150ppm 이하인 플로트 유리인 것이 바람직하다.
상기 굴절재료층(200)은 상기 유리기판 상부에 증착된다. 상기 굴절재료층(200)은 상기 유리기판(100) 상부에 증착되며, 특정 파장 범위 내의 광에 대한 반사율이 증가될 수 있다.
상기 굴절재료층(200)은 상기 유리기판(100)과 상이한 굴절률을 가질 수 있으며, 유리기판(100)과 굴절률의 차이로 인하여 계면에서 반사율이 변화되고, 목표 파장이 반사되어 일정한 색상을 구현할 수 있다.
상기 굴절재료층(200)은 상기 유리기판(100)과 굴절률의 차이 및 굴절재료층(200)의 두께에 의해서 목표 파장에 대한 반사율을 증가시켜 목표로 하는 색상이 구현되도록 할 수 있다
한 구체예에서, 상기 굴절재료층은 SiO2, Nb2O5, Si3N4 및 TiO2 중 1종 이상일 수 있다. 상기 종류의 굴절재료는 독성이 없고, 수급이 용이하며, 가격이 상대적으로 낮아서 대량 생산이 가능할 뿐만 아니라, 유리기판 상에 물리기상증착(PVD), 화학기상증착(CVD)과 같은 방법으로 증착이 가능하여 박막 증착 조건이 까다롭지 않으며 증착 시 두께 조절이 용이하다.
상기 굴절재료는 고유의 굴절률을 나타낼 수 있다.
도 2는 매질의 굴절률 차이에 의한 빛의 굴절과 반사를 나타낸 모식도이다.
도 2를 참조하면, n０는 공기의 굴절률이고, n1은 고굴절 재료의 굴절률이며, n2는 저굴절 재료의 굴절률이고, θ０는 공기에서 고굴절 재료로 진행되는 빛의 입사각(=반사각)이며, θ１은 고굴절 재료에서 저굴절 재료로 진행되는 빛의 입사각(=반사각)이고, θ２는 저굴절 재료에서 공기로 진행되는 빛의 입사각(=반사각)이다.
상기 굴절률은 빛이 한 매질에서 다른 매질로 진행할 때 속도와 방향이 바뀌는 정도를 나타내는 물리량으로, 공기 중의 빛이 막으로 입사될 때, 매질의 굴절률과 입사 및 굴절각은 스넬의 법칙(n1sinθ1=n2sinθ2)을 만족한다. 이때 입사된 빛의 일부는 막의 표면에서 반사하고 일부는 투과하여 내부에서 반사한 후 다시 공기 중으로 나와 두 빛이 중첩하여 간섭현상이 발생한다. 즉 굴절률이 n1인 매질에서 n2인 매질로 빛이 이동할 때 경계면에서 발생하는 반사율은 하기 식 5를 만족하며 두 물질의 굴절률 차이가 클수록 반사율은 증가한다.
[식 5]
상기 식 5에서 R은 반사율(%)이고, n1, n2는 증착 재료의 굴절률이다. 굴절률의 크기에 따라 n1이 고굴절 재료, n2가 저굴절 재료라고 할 때 빛의 굴절 및 반사가 발생된다. 따라서 굴절률 차이에 의해서 계면에서 빛이 반사될 수 있다.
상기 굴절재료층(200)은 제1 층(210) 및 제2 층(220)이 교대로 증착된 구조이다.
도 4는 본 발명의 한 구체예에 따른 다층 구조의 굴절재료층을 포함하는 컬러 태양광 패널용 고채도 유리의 모식도이다.
도 4를 참조하면, 상기 굴절재료층(200)은 제1 층(210) 및 제2 층(220)이 교대로 증착된 구조이다.
상기 제1 층(210)은 제2 층(220)보다 굴절률이 높은 굴절재료를 포함한다.
한 구체예에서, 상기 제1 층은 굴절률이 2.0 이상, 상기 제2층은 굴절률이 1.5 이하일 수 있다. 구체적으로 상기 SiO2 의 굴절률이 약 1.46이고, Nb2O5는 약 2.30이며, Si3N4는 약 2.06이고, TiO2는 약 2.35이이고, 제1 층은 상기 제1 층은 Nb2O5, Si3N4 및 TiO2 중 1종 이상을 포함하고, 상기 제2 층은 SiO2를 포함할 수 있다.
상기 종류의 굴절재료를 선택하여 상기 제1 층(210)은 제2 층(220)보다 굴절률이 높도록 굴절재료층(200)을 형성하는 경우 계면에서 굴절률 차이에 따른 목표 파장에 대한 반사율을 조절하여 특정 색상을 구현할 수 있다.
도 3은 본 발명의 한 구체예에 따른 컬러 태양광 패널용 고채도 유리의 굴절재료층의 두께 및 굴절재료에 따른 파장범위에서 반사율의 변화를 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, SiO2, Nb2O5, Si3N4 및 TiO2 의 최대 파장에서 반사율은 굴절률의 크기와 비례 관계를 갖는다. 굴절률이 높은 물질일수록 유리기판(100)과 굴절률의 차이로 인해 반사율이 증가되는 파장의 범위를 확인할 수 있다. 구체적으로, 상기 굴절재료층의 두께가 약 50nm 또는 150nm인 경우에 SiO2를 선택하는 것보다 Nb2O5, Si3N4 및 TiO2 중 어느 하나를 선택하는 경우 파장 범위에 따라 반사율이 크게 증가될 수 있으며, 예를 들면 TiO2는 굴절률이 약 2.35로 가장 높아서 약 400 내지 500nm의 파장 범위에서 반사율이 약 35%에 달할 수 있다.
상기 유리기판(100) 상에 유리기판(100)과 상이한 굴절률을 가지는 굴절재료를 증착하는 것만으로 계면에서 반사율을 변화시킬 수 있으며, 특정 파장에 대한 반사율을 증가시켜 일정 색상을 구현할 수 있다.
상기 굴절재료층(200)은 상기 유리기판(100) 상부에 증착되며, 제1 층(210)과 제2 층(220)이 교대로 적층되어 다층 구조를 형성한다.
상기 제1 층(210)과 제2 층(220)의 굴절률 차이에 따른 계면에서 반사율 변화와 굴절재료층(200)의 두께 및 제1 층(210)과 제2 층(220)의 적층수에 따른 반사율 변화로 인하여 목표 파장 범위에서 반사율이 증가될 수 있다.
상기 굴절재료층(200)이 다층 구조인 경우에 목표 파장(λc) 범위에서 최대 파장( λx)의 반사율을 효과적으로 증가시킬 수 있다.
상기 제1 층(210) 및 제2 층(220)은, 최대 파장(λx)이 목표 파장(λc) 범위 내에 있으며, 반사율이 80 % 이상을 갖도록 하기 식 1 및 2에 따라 적층 두께 및 적층수를 갖는다.
[식 1]
상기 식 1에서, d는 증착 두께(nm)이고, m은 두께변환계수로 2n-1(n은 적층수 이며, 1 이상임)이며, λc는 목표 파장(nm)이고, n은 제1 층(210) 또는 제2 층(220) 재료의 굴절률이다.
상기 식 1에서 증착 두께(d)는 유리기판(100) 상부에 증착된 굴절소재층(200)의 물리적 두께를 의미하며, 상기 식 1에 따라 유리기판(100)보다 높은 굴절률을 가지는 굴절소재층(200)을 증착하는 경우 최대 파장에서 반사율이 80% 이상이 되어 본 발명의 효과인 고채도 컬러를 가지는 증착 두께를 결정할 수 있다.
[식 2]
상기 식 2에서 nH 는 제1 층(210)의 굴절률이고, nL은 제2 층(200)의 굴절률이며, nsub는 유리기판의 굴절률이고, S는 제1 층과 제2 층의 반복 적층 수이다.
한 구체예에서, 상기 제1 층(210)은 상기 유리기판(100) 상부에 증착되고, 상기 제2 층(220)은 제1 층(210) 상부에 증착될 수 있다.
한 구체예에서, 제1 층(210)과 제2 층(220)은 Nb2O5/SiO2, Si3N4/SiO2, 또는 TiO2/SiO2로 구비될 수 있다. 제1 층과 제 2층의 굴절률 차이는 0.5 이상일 수 있다.
상기 굴절재료는 SiO2의 굴절률이 약 1.46이고, Nb2O5는 약 2.30이며, Si3N4는 약 2.06이고, TiO2 는 약 2.35이므로, 상기 제2 층과 제1 층의 굴절률 차이는 약 0.5 이상일 수 있다. 구체적으로 Nb2O5/SiO2,의 굴절률의 차이는 약 0.84이고, Si3N4/SiO2 의 굴절률의 차이는 약 0.6이며, TiO2/SiO2의 굴절률의 차이는 약 0.89이므로 TiO2/SiO2의 굴절률 차이가 가장 크다.
도 5는 본 발명의 한 구체예에 따른 컬러 태양광 패널용 고채도 유리에 있어서, 다층 구조의 굴절재료층(200)을 포함하는 경우 가시광선 영역 내에서 반사율의 변화를 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 가시 광선 파장 범위인 약 380 내지 800nm 영역에서 다층 구조인 굴절재료층(200)을 포함하는 컬러 유리의 반사율이 변화되는 것을 알 수 있으며, TiO2/SiO2의 굴절률 차이가 가장 크다.
상기 복층 구조를 포함하는 굴절재료층(200)에서 목표 색상을 구현하기 위해서, 목표 파장(λc)범위를 결정하는 경우 상기 식 1에 따라 제1 층과 제2 층 각각의 증착두께를 결정할 수 있다.
상기 증착두께는 두께변환계수에 따라 결정될 수 있으며, 예를 들면 임의의 두께변환계수를 대입하여 제1 층과 제2 층의 두께를 결정하되, 층수의 증가에 따른 목표 파장(λc)을 바탕으로 반사율을 시뮬레이션 하여 결정한 후 본 발명의 정의에 따라 고채도 기준인 반사율 약 80% 이상을 만족하는 최종 증착두께를 결정할 수 있다.
한 구체예예서, 상기 다층 구조에서 반사율 R(%)은 상기 식 2에 따라 결정될 수 있다.
상기 식 2는 두 가지 이상의 굴절 재료를 증착하여 굴절재료층(100)에 다층 구조를 형성하는 경우 증착되는 증수가 증가될수록 매질 사이 경계면에서 다양한 굴절과 반사가 일어나는 것을 나타내며, 특히 고반사 증착층의 반사율을 효과적으로 나타낼 수 있다. 예를 들면, 각각의 굴절재료층(200)의 두께가 목표 파장(λc)/4를 가지는 경우 굴절재료층(200)의 복층 구조가 공기/(HL)s H/ 유리기판(H: 제1 층, L: 제2 층, S: 적층 수) 구조이며, 총적층수가 2S+1을 만족하면 다층 구조의 굴절재료층의 반사율은 S가 증가할수록 증가할 수 있다.
한 구체예에서, 상기 목표 파장(λc) 범위는 빨간색을 구현하는 경우 약 630 내지 750nm 이고, 초록색을 구현하는 경우 약 495 내지 570nm이며, 파랑색을 구현하는 경우 약 450 내지 495nm일 수 있다.
상기 파장 범위에서 대표값을 목표 파장(λc)를 결정할 수 있으며, 예를 들면, 빨간색은 약 690nm, 초록색은 약 530nm, 파란색은 약 470nm을 대푯값으로 선택하고 상기 식 1에 대입하여 목표로 하는 색상을 구현하는 두께변환계수(m) 값을 결정할 수 있다.
한 구체예에서, 상기 유리기판(100) 상부에 제1 층(210)이 증착되고, 제2 층(220)과 제1 층(210)이 교대로 적층되며, 최상부에 제1 층(210)이 증착되어 하기 식 6을 만족할 수 있다.
[식 6]
TL = 2n + 1
상기 식 3에서 TL은 총적층수이고, n은 정수로 1 이상이다.
상기 식 6에 따라 총 적층수가 홀수층 구조인경우 최대 파장(λx)에서 반사율이 최대로 증가할 수 있다.
한 구체예에서, 상기 다층 구조의 굴절재료층의 반사율 R(%)은 하기 식 3 및 식 4를 만족할 수 있다.
[식 3]
R2n-1 > R2n (n≥2)
[식 4]
R2n+1 > R2n (n≥1)
상기 식 3, 4에서 n은 적층 수이다.
상기 식 3 및 4를 만족하는 경우 다층 구조는 총 적층수가 홀수 개이며, 최하부 및 최상부에 증착되는 굴절재료층이 제1 층(210)으로 구비되어 최대 파장에서 높은 반사율 R(%)을 나타낼 수 있다.
상기 다층 구조의 반사율 R이 약 80% 이상이고, 반사광의 최대 파장(λx)이 목표 파장(λc) 범위 내일 수 있다. 상기 다층 구조의 반사율 R이 약 80% 이상이고, 반사광의 최대 파장(λx)이 목표 파장(λc) 범위 내인 경우 본 발명의 효과인 고채도 색상을 나타낼 수 있다.
한 구체예에서, 상기 다층 구조의 반사율 범위 및 최대 파장 범위를 만족하는 굴절재료층의 두께변환계수(m) 값이 하나 이상인 경우에는 CIE1931 색공간을 사용하여 나타낸 RGB값 내에서 두께변환계수를 결정하여 증착 두께가 결정될 수 있다.
도 6은 CIE 1931 색 공간 내 RGB 범위를 나타낸 것이다.
도 6을 참조하면, 상기 두께변환계수(m) 값이 하나 이상인 경우에는 목표 색상을 구현하는 목표 파장을 결정하되, 두께변환계수(m)가 클수록 코팅층의 두께가 증가하여 증착 공정 시간이 증가하고 목표 파장(λC) 이외의 파장에서 반사율이 증가되어 목표 색상과 멀어지는 단점이 있으므로 조건을 만족하는 두께변환계수(m) 값 중에서 가장 작은 값을 선택할 수 있다.
한 구체예에서, 상기 굴절재료층(200)이 Nb2O5/SiO2를 포함하는 경우 5층 구조이며, 목표 색상이 빨간색인 경우 Nb2O5/SiO2의 증착 두께가 73~82nm/118~128nm, 초록색인 경우 166~173nm/262~272nm, 파란색인 경우 150~153nm/236~241nm 범위 내일 수 있다.
상기 굴절재료층(200)이 TiO2/SiO2를 포함하는 경우 5층 구조이며, 목표 색상이 빨간색인 경우 TiO2/SiO2의 증착 두께가 73~82nm/118~128nm, 초록색의 경우 160~172nm/257~277nm, 파란색의 경우 147~150nm/236~241nm의 범위 내일 수 있다.
상기 굴절재료층(200)이 Si3N4/SiO2를 포함하는 경우 7층 구조이며, 목표 색상이 빨간색인 경우 Si3N4/SiO2의 증착 두께가 81~89nm/115~125nm, 초록색의 경우 182~193nm/257~272nm, 파란색의 경우 171~175nm/241~247nm의 범위 내일 수 있다.
굴절재료의 선택에 따라 두께변환계수(m)를 결정하고, 이에 따라 목표 색상이 결정되면 제1 층(210)과 제2 층(220)의 두께를 결정할 수 있다.
상기 다층 구조의 굴절재료층(200)을 포함하는 컬러 태양광 패널용 고채도 유리는 굴절재료 선택, 굴절재료층의 두께 및 굴절재료층의 적층 수에 따라 목표 파장의 최대 반사율을 결정하여 다양한 색상이 구현될 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점은 건물 일체형 컬러 태양광 패널에 관한 것이다.
상기 건물 일체형 태양전지 패널은 상기 컬러 태양광 패널용 고채도 유리 및 상기 유리 후면에 배치되어 태양 에너지를 흡수하는 태양 전지 모듈을 포함한다.
상기 건물 일체형 컬러 태양광 패널은 굴절 재료를 포함하는 굴절재료층(200) 및 기판의 계면에서 굴절 및 반사율을 조절하여 다양한 색상이 구현될 수 있으므로, 건물 외부에 활용되어 건물 일체형으로 사용될 수 있으며, 건물 외부의 심미감을 효과적으로 증가시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점은 컬러 태양광 패널용 고채도 유리 제조방법에 관한 것이다.
도 7은 본 발명의 다른 관점에 따른 컬러 태양광 패널용 고채도 유리 제조방법의 공정순서도이다.
도 7을 참조하면, 상기 컬러 태양광 패널용 고채도 유리 제조방법은(a) 굴절재료층의 제1 층과 제2 층의 재료를 선택하는 단계로서, 상기 제1 층의 굴절률은 제2 층의 굴절률보다 큰 굴절재료를 선택하는 단계;
(b) 목표 색상에 따른 목표 파장을 설정하는 단계;
(c) 하기 식 1, 식 2에 따라 상기 제1 층 및 제2 층의 증착 두께 및 적층수를 시뮬레이션 하여 결정하는 단계; 및
(d) 상기 굴절재료층을 포함하는 기판의 반사율(R)이 80% 이상이고, 반사광의 최대 파장(λx)이 목표 파장(λc) 범위 내인지 확인하는 단계;를 포함한다.
도 7을 참조하면, 우선 상기 제1 층(210)의 굴절률은 제2 층(220)의 굴절률보다 큰 굴절재료를 선택한다(S100).
이때 기판은 유리기판(100)일 수 있으며, 바람직하게는 저철분 판유리일 수 있다. 상기 굴절재료는 상기 유리기판(100)과 상이한 굴절률을 가질 수 있으며, 바람직하게는 상기 유리기판(100)보다 높은 굴절률을 가지는 굴절재료를 선택할 수 있다.
한 구체예에서, 상기 굴절재료는 SiO2 , Nb2O5, Si3N4 및 TiO2 중에서 어느 하나를 선택할 수 있으며, 구체적으로 저굴절재료로 SiO2를 선택하고, 고굴절재료로 Nb2O5, Si3N4 및 TiO2 중 1 종 이상을 선택할 수 있다.
한 구체예에서, 상기 다층 구조의 굴절재료층은 제1 층(210)과 제2 층(22)을 포함할 수 있다.
상기 SiO2의 굴절률이 약 1.46이고, Nb2O5는 약 2.30이며, Si3N4는 약 2.06이고, TiO2는 약 2.35이므로, 상기 제2 층과 제1 층의 굴절률 차이는 약 0.5 이상일 수 있다. 바람직하게는 약 0.8 이상으로 선택할 수 있다.
한 구체예에서, 상기 다층 구조의 굴절재료층(200)은 제1 층(210)과 제2 층(220)이 교대로 증착하여 제조되고, 유리기판(100) 상부에 제1 층(210)이 먼저 증착되고, 제2 층(220)이 교대로 적층된 후 최상부에 제1 층(210)이 증착될 수 있다.
목표 색상에 따른 목표 파장을 설정한다(S200).
상기 굴절재료층(200)의 굴절재료를 선택하고 굴절재료에 따른 최적 적층수를 산출하기 위한 시뮬레이션 과정에서 우선 목표 파장을 설정할 수 있다.
하기 식 1, 식 2에 따라 상기 제1 층 및 제2 층의 증착 두께 및 적층수를 시뮬레이션 하여 결정한다(S300).
[식 1]
[식 2]
상기 식 1에서, d는 증착 두께(nm)이고, m은 두께변환계수로 2n-1(n은 적층수이며, 1 이상임)이며, λc는 목표 파장(nm)이고, n은 제1층 또는 제2층 재료의 굴절률이고, 상기 식 2에서 nH 는 고굴절재료층의 굴절률이고, nL은 저굴절재료층의 굴절률이며, nsub는 유리기판의 굴절률이고, S는 고굴절재료층과 저굴절재료층의 반복 적층 수이다.
상기 굴절재료층(200)의 증착 두께를 결정하고, 증착 두께에 따른 두께변환계수(m)를 결정하며, 상기 유리기판(100) 상에 다층 구조의 굴절재료층(200)을 형성하는 시뮬레이션을 통하여 반사율에 따른 적층수를 결정할 수 있다.
예를 들면, 상기 굴절재료에서 고굴절재료로 Nb2O5를 선택하고, 저굴절재료로 SiO2를 선택하여 공기/(Nb2O5/SiO2)2Nb2O5/유리 구조를 가지도록 증착할 수 있다. 목표 색상을 파란색으로 선정하는 경우에 가시광선 내 파란색 파장 범위(a≤λC≤b)가 약 450 내지 495nm이고, 범위 내 목표 파장(λC)을 약 470nm라고 가정한다.
상기 식 1에 따라 굴절재료(Nb2O5 :굴절률 2.30, SiO2 : 굴절률 1.46)의 굴절률(n), 목표 파장(λC)과 임의의 두께변환계수(m) 값을 대입하여 목표 파장(λC)에서 최대 반사율을 가지는 증착 두께를 계산할 수 있다. 두께변환계수(m)는 2n-1(n=1,2…)이며, 임의의 값 m=1을 대입하여 증착 두께를 계산한다.
두께변환계수(m)이 1인 경우 증착 Nb2O5의 증착 두께(nm)는 약 51 nm(= 1*470(nm)/(4*2.30))이고, SiO2의 증착 두께(nm)는 약 80 nm(= 1*470(nm)/(4*1.46))이다.
상기 굴절재료층이 Nb2O5, SiO2로 구성된 5층 다층 구조로 증착될 때 목표 색상인 파란색을 구현하기 위한 Nb2O5 굴절재료층과, SiO2 굴절재료층의 두께는 두께변환계수(m)가 1인 경우 각각 51, 80nm이다.
상기 굴절재료층의 두께를 가지고 최대 파장(λx)과 반사율을 시뮬레이션을 통하여 구하면, 최대 파장(λx)이 462nm일 때 반사율 약 62%를 나타내며, 상기 최대 파장(λx)이 목표 파장 범위(a≤λx≤b)인 450nm≤λx(nm)≤495nm를 만족하지만 반사율이 약 80% 미만이므로 두께변환계수(m)를 조절하여 두께를 다시 설정해야하는 것을 알 수 있으며, 상기 과정을 반복하여 최대 파장이 목표 파장 범위 내이며, 목표로 하는 고채도를 나타내는 반사율에 도달할 수 있는 적절한 두께변환계수(m)를 도출할 수 있다.
상기 두께변환계수(m)를 바탕으로 기판 상에 다층 구조의 굴절재료층을 형성하고 적층 수에 따른 반사율을 모사하여 적층수를 결정할 수 있다.
한편 상기 식 2에서 nH 는 제1 층(210)의 굴절률이고, nL은 제2 층(220)의 굴절률이며, nsub는 유리기판(100)의 굴절률이고, S는 제1 층(210)과 제2 층(220)의 반복 적층 수이다.
상기 식 2에 따라 제1 층(210)과 제2 층(220)이 교대로 반복 적층되는 경우 적층수에 따라 최대 파장에서 반사율의 크기가 증가할 수 있다. 구체적으로 굴절재료층(200)이 Nb2O5, SiO2를 포함하도록 증착하여 적층수에 따른 반사율을 시뮬레이션을 통하여 구할 수 있다.
상기 제1 층(210)과 제2 층(220)을 교대로 증착하려면 단층 구조가 아닌 최소 2층 이상의 구조를 가져야 하므로 2 내지 8층 구조에서 각 층의 두께가 50nm가 되도록 임의로 고정하여 적층수에 따른 반사율을 구한다.
도 8은 본 발명의 한 구체예에 따른 컬러 태양광 패널용 고채도 유리 제조방법에 있어서, 약 50nm 두께의 2 내지 8층의 적층수에 따른 반사율 곡선과 색상 변화 시뮬레이션 결과를 CIE 1931 색좌표계에 나타낸 것이다.
도 8을 참조하면, 시뮬레이션 결과 최대 파장에서의 반사율의 크기는 7층>8층>5층>6층>3층>4층>2층 순서를 가지며, 7층 구조일 때 최대 파장 약 375nm에서 반사율이 약 91%로 가장 큰 값을 가진다. 2층 구조일 때는 최대 파장에서 충분한 반사율을 가지지 않아 고채도 색상을 구현하기에 바람직하지 않은 구조로 판단될 수 있다.
이때 적층 수(n)에 따른 최대 파장의 반사율(R) 크기는 다음 R2n-1>R2n(n≥2), R2n+1>R2n(n≥1) 조건을 만족하므로 적층수가 홀수개일 때, 즉 최하부층과 최상부층이 제1 층으로 구비되었을 때 최대 파장에서의 높은 반사율을 가지는 것을 확인하였고, 적층 수에 따라 색상 변화가 가능하다는 것을 시뮬레이션을 통해 알 수 있다.
도 9는 본 발명의 한 구체예에 따른 컬러 태양광 패널용 고채도 유리 제조방법에 있어서, 적층수 3 내지 13층에 따른 반사율 곡선과 시뮬레이션 결과를 CIE 1931 색좌표계에 나타낸 것이다.
도 9를 참조하면, 구체적으로 바람직한 적층수를 결정하기 위해 2n+1(n은 정수, n≥1)층 구조를 가지도록 3, 5, 7, 9, 11, 13층 총 6개 모델의 파장대별 반사율에 대한 시뮬레이션을 진행하였다.
시뮬레이션 결과에 따르면, 적층수가 증가할수록 최대 파장에서 반사율의 크기가 증가하는 것을 확인하였으며, 즉 제1 층(210)과 제2 층(220)을 순서대로 증착한 홀수층 구조가 짝수층 구조보다 최대 파장에서의 반사율이 크고, 홀수층(2n+1(n은 정수, n≥1)) 구조일 때 적층수가 증가할수록(n이 클수록) 더 큰 반사율을 나타낼 수 있는 것을 알 수 있다.
적층수별 구현 색상을 나타낸 CIE 1931 색 좌표계에서 5층 구조의 색 좌표가 단색광과 가장 가까이 위치하는 것이 확인된다.
상기 굴절재료층(200)을 Nb2O5, SiO2로 증착하되, 교대로 증착한 홀수층 구조일 때는 최대 파장에서 약 80% 이상의 반사율을 갖는 고채도 색상을 구현하기 위해서 5층 구조를 가지는 것이 최적임을 알 수 있다.
상기 굴절재료층을 포함하는 기판의 반사율(R)이 80% 이상이고, 반사광의 최대 파장(λx)이 목표 파장(λc) 범위 내인지 확인할 수 있다(S400).
상기 기판의 반사율이 80% 미만이거나, 반사광의 최대 파장(λx)이 목표 파장(λc) 범위를 벗어나는 경우 S200으로 회귀하여 두께변환계수(m)을 다시 설정하고, 굴절재료층(200)의 반사율에 따른 시뮬레이션을 통하여 적층수를 결정할 수 있다.
한 구체예에서, 상기 (e)에서 반사율이 80% 이상이고, 반사광의 최대 파장(λx)이 목표 파장 범위 내인 두께변환계수(m)가 하나 이상인 경우에는 CIE 1931 색공간을 사용하여 색공간 색상범위를 충족하는 두께변환계수(m) 중에서 최소값을 선택할 수 있다.
이때 두께변환계수(m) 값이 클수록 증착되는 굴절재료층의 두께가 증가하여 공정 시간이 증가하고, 목표 파장(λC)외의 파장에서 반사율이 커져 목표 색상과 멀어지는 단점을 가지므로 상기 조건을 만족하는 m값 중 가장 작은 m값이 최종적으로 선택될 수 있다.
한 구체예에서, 상기 굴절재료층은 Nb2O5/SiO2, TiO2/SiO2 또는 Si3N4/SiO2를 포함하고, 처음과 마지막에 각각, Nb2O5 ,TiO2 또는 Si3N4 가 증착되는 5층 구조를 가지는 경우에는 빨간색 모델의 경우에는 두께변환계수(m) 가 1이고, 초록색과 파란색 모델의 경우 두께변환계수(m)를 3으로 선택하여 시뮬레이션할 수 있다. 두께변환계수를 임의로 설정하고, 시뮬레이션을 통하여 목표 색상을 나타낼 수 있은 최적의 두께변환계수를 다시 결정할 수 있다.
마지막으로 기판을 회수한다.
다층 구조인 굴절재료층을 포함하여 최대 파장이 목표 파장 범위 내이며, 반사율이 80% 이상인 컬러 태양광 패널용 고채도 유리를 회수할 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 태양광 패널용 유리기판의 고채도 색상을 구현하는 방법이며, 상기 방법은, 유리 기판 전면에 증착되는 굴절재료층의 종류, 두께 및 적층 수를 최적화하는 단계를 포함하고, 상기 단계는
(a) 굴절률이 서로 다른 제1 층과 제2 층의 재료를 선택하고(단, 상기 제1층의 굴절률은 제2층의 굴절률보다 크다);
(b) 목표 색상에 따른 목표 파장을 설정하고; 그리고
(c) 하기 식 1 및 식 2에 따라 상기 제1 층 및 제2 층의 증착 두께 및 적층수를 결정하는;
단계를 포함한다.
[식 1]
[식 2]
상기 식 1에서, d는 증착 두께(nm)이고, m은 두께변환계수로 2n-1(n은 적층수이며, 1 이상임)이며, λc는 목표 파장(nm)이고, n은 제1층 또는 제2층 재료의 굴절률이고, 상기 식 2에서 nH 는 제1 층의 굴절률이고, nL은 제2 층의 굴절률이며, nsub는 유리기판의 굴절률이고, S는 제1 층과 제2 층의 반복 적층 수이다.
상기 방법을 통하여 태양광 패널용 유리기판의 고채도 색상을 구현할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점은 태양광 패널용 유리기판의 고채도 색상을 구현하기 위한 증착두께 결정방법으로, 상기 방법은
유리기판(100) 전면에 증착되는 굴절재료층(200)의 제1 층(210)과 제2 층(200)(단, 상기 제1 층의 굴절률은 제2 층의 굴절률보다 크다)에 대해 하기 식 1에 따라 증착두께를 결정한다.
[식 1]
상기 식 1에서, d는 증착 두께(nm)이고, m은 두께변환계수로 2n-1(n은 적층수이며, 1 이상임)이며, λc는 목표 파장(nm)이고, n은 제1층 또는 제2층 재료의 굴절률이다.
굴절재료층의 두께를 조절하여 고채도 색상을 구현할 수 있다.
따라서 상기 컬러 태양광 패널용 고채도 유리 제조방법은 굴절재료, 굴절재료층의 두께 및 적층수를 고려하여 제조할 수 있으며, 굴절재료는 굴절률 차이가 큰 고굴절재료와 저굴절재료를 사용하며 제1 층과 제2 층을 증착하여 형성하고, 최하부층과 최상부층이 제1 층이 되도록 교대로 증착하여 2n+1(n은 정수, n≥1)층의 구조를 포함하도록 한다. 이 경우 최대 파장(λx)이 원하는 색상의 목표 파장 범위(a≤λX≤b)내에 존재하고, 반사율이 약 80% 이상을 만족하는 증착 두께를 가질 때, 고채도 색상을 구현할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해서 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
굴절재료로 Nb2O5, SiO2를 사용하여 코팅층을 증착할 때, 목표색상으로 빨간색, 초록색 및 파란색을 나타내는 컬러 태양광 패널용 고채도 유리를 제조하였다.
컬러 코팅층인 굴절재료층의 두께를 설정하기 위해서 우선 기판 및 굴절재료를 선정하고 목표 파장(λc)을 설정하였다. 굴절재료는 Nb2O5, SiO2,를 선택하고 RGB 색상의 목표 파장 범위(a≤λC≤b)는 각각 630~750nm(빨간색), 495~570nm(초록색), 450~495nm(파란색)일 때 각 색상의 대푯값을 690, 530, 470nm라고 가정하였다. 즉 최대 파장(λC)이 690nm(빨간색), 530nm(초록색), 470(파란색)nm이다. 임의의 m값을 사용하여 해당 파장에서 최대 반사율을 가지는 증착 두께를 식 1을 사용하여 구하였다.
이때 식 1에 따른 증착두께(nm)는 m(=1, 3, 5,…)×목표 파장(nm)/(4×굴절률)이다.
컬러 유리의 다층 구조는 공기/ (Nb2O5/SiO2)2 Nb2O5 / 유리 순으로 적층되도록 유리기판 상부에 굴절재료를 교차로 스퍼터링하여 굴절재료층을 5층 구조로 증착하였다.
제1 층과 제2 층을 교대로 증착한 5층 구조를 가지도록 하고, 임의의 m값이 1, 3, 5일 때의 증착 두께를 도출하고 Essential Macleod 프로그램으로 시뮬레이션을 진행하였다. 시뮬레이션 결과와 CIE 1931 색 공간 내에 위치한 색상별 범위를 참조하여 적절한 m값을 찾을 수 있다.
실험예 1
실시예 1에 따른 다층구조의 굴절재료층을 포함하는 컬러 기판의 색상 구현 과정을 검증하였다.
색상 별 최적 모델을 도출하기 위해서 반사율 크기와 최대 파장(λX)을 고려해야 한다. 고채도 색상을 구현하기 위한 반사율은 80% 이상, 최대 파장(λX)은 목표 파장 범위(a≤λX≤b)를 만족해야 한다.
도 10a은 본 발명의 실시예 1에 따른 두께변환계수(m)가 1, 3, 5일 때 빨간색 모델의 파장대별 반사율과 색상 변화 시뮬레이션 결과를 CIE 1931 색좌표에 나타낸 것이고, 도 10b는 본 발명의 실시예 1에 따른 두께변환계수(m)가 1, 3, 5일 때 초록색 모델의 파장대별 반사율과 색상 변화 시뮬레이션 결과를 CIE 1931 색좌표에 나타낸 것이며, 도 10c는 본 발명의 실시예 1에 따른 두께변환계수(m)가 1, 3, 5일 때 파란색 모델의 파장대별 반사율과 색상 변화 시뮬레이션 결과를 CIE 1931 색좌표에 나타낸 것이고, 도 10d는 본 발명의 실시예 1에 따른 목표 색상 및 파장대별 반사율 그래프와 이에 따른 RGB 값을 CIE 1931 색좌표에 나타낸 것이다.
도 10을 참조하면, 시뮬레이션 결과 두 가지 조건을 모두 만족하므로 CIE 1931 색공간을 사용하여 나타낸 RGB 색상 범위를 사용하여 적절한 m값을 도출할 수 있다. m=1, 3, 5일 때 모두 빨간색 색상 범위 내에 위치하지 않지만 m이 7이상의 값을 가질 때, 목표 파장(λC) 외의 파장에서 반사율이 높아 목표 색상과 멀어지므로 빨간색 영역과 가까운 다홍색(Reddish orange), 황분홍색(Yellowish pink), 분홍색(Pink), 자주색(Purplish red) 내에 위치하는 m값을 목표로 한다. 목표 색상의 CIE 1931 색공간 범위를 만족하는 m값이 두 개 이상일 경우, m값이 클수록 코팅층의 두께가 증가하여 공정 시간이 증가하는 단점을 가지므로 상기 조건을 만족하는 m값들 중 가장 작은 m값이 최종적으로 선택된다. 즉 빨간색 모델에서는 m=1, 초록색과 파란색 모델에서는 m=3일 때의 증착 두께를 만족 할 때 가장 최적의 결과를 얻을 수 있는 것을 확인하였다.
목표 파장 범위(a≤λC≤b) 내에 위치하는 모든 파장을 목표 파장(λC)으로 설정하여 시뮬레이션 하였을 때 고채도 색상을 구현할 수 있는 증착 물질의 두께 범위를 설정하였다. 이때 빨간색 모델에서 Nb2O5/SiO2의 두께는 73~82nm/118~128nm(빨간색(m=1) : Nb2O5 75nm, SiO2 118nm), 초록색 모델에서 Nb2O5/SiO2의 두께는 166~173nm/262~272nm(초록색(m=3) : Nb2O5 173nm, SiO2 272nm), 파란색 모델에서 Nb2O5/SiO2의 두께는 150~153nm/236~241nm(파란색(m=3) : Nb2O5 153nm, SiO2 241nm)범위를 포함한다. 즉 총 두께 범위는 RGB 모델 각각 455~502nm, 872~1,063nm, 922~941nm 범위를 내인 것을 확인하였다.
실시예 2
굴절재료로 TiO2, SiO2를 사용하여 코팅층을 증착할 때, 목표색상으로 빨간색, 초록색 및 파란색을 나타내는 컬러 태양광 패널용 고채도 유리를 제조하였다.
컬러 코팅층인 굴절재료층의 두께를 설정하기 위해서 우선 시편 및 굴절재료를 선정하고, 목표 파장을 설정하였다. 증착 재료는 TiO2, SiO2 이고, RGB 색상의 목표 파장 범위(a≤λC≤b)는 각각 630~750nm(빨간색), 495~570nm(초록색), 450~495(파란색)nm일 때 각 색상의 대푯값을 690, 530, 470nm라고 가정하고, 임의의 m값을 사용하여 해당 파장에서 최대 반사율을 가지는 증착 두께를 식 1을 사용하여 구하였다.
컬러 유리는 제1 층과 제2 층을 교대로 증착한 5층 구조를 가지며, 구체적으로 공기/ (TiO2/SiO2)2 TiO2 /유리인 적층 구조를 형성하였다.
임의의 m값이 1, 3, 5일 때의 증착 두께를 계산하여 시뮬레이션을 진행하였다. 시뮬레이션 결과와 CIE 1931 색 공간을 사용하여 색상별 범위를 나타내어 적절한 m값을 확인하였다.
실험예 2
RGB 최적 모델을 도출하기 위해서 실시예 2에 따른 다층구조의 굴절재료층을 포함하는 컬러 기판의 색상 구현 과정을 검증하였다.
최적 모델을 도출하기 위해서 반사율 크기와 최대 파장(λX)을 고려하였으며, 고채도 색상을 구현하기 위한 반사율은 80% 이상, 최대 파장(λX)은 목표 파장 범위(a≤λX≤b)를 만족해야 한다. 시뮬레이션 결과에 따르면, 두 가지 조건을 모두 만족하므로 CIE 1931 색공간을 사용하여 나타낸 RGB 색상 범위를 사용하여 적절한 m값을 도출할 수 있다.
도 11a은 본 발명의 실시예 2에 따른 두께변환계수(m)가 1, 3, 5일 때 빨간색 모델의 파장대별 반사율과 색상 변화 시뮬레이션 결과를 CIE 1931 색좌표에 나타낸 것이고, 도 11b는 본 발명의 실시예 2에 따른 두께변환계수(m)가 1, 3, 5일 때 초록색 모델의 파장대별 반사율과 색상 변화 시뮬레이션 결과를 CIE 1931 색좌표에 나타낸 것이며, 도 11c는 본 발명의 실시예 2에 따른 두께변환계수(m)가 1, 3, 5일 때 파란색 모델의 파장대별 반사율과 색상 변화 시뮬레이션 결과를 CIE 1931 색좌표에 나타낸 것이고, 도 11d는 본 발명의 실시예 2에 따른 목표 색상 및 파장대별 반사율 그래프와 이에 따른 RGB 값을 CIE 1931 색좌표에 나타낸 것이다.
도 11을 참조하면, m=1, 3, 5일 때 모두 빨간색 색상 범위 내에 위치하지 않지만 m이 7이상의 값을 가질 때 목표 파장(λC) 외의 파장에서 반사율이 높아 목표 색상과 멀어지므로 빨간색 영역과 가까운 다홍색(Reddish orange), 황분홍색(Yellowish pink), 분홍색(Pink), 자주색(Purplish red) 영역 내에 위치하는 m값을 목표로 하였다. 목표 색상의 CIE 1931 색공간 범위를 만족하는 m값이 두 개 이상일 경우, m값이 클수록 코팅층의 두께가 증가하여 공정 시간이 증가하는 단점을 가지므로 상기 조건을 만족하는 m값들 중 가장 작은 m값이 최종적으로 선택하였다. 즉 빨간색 모델에서는 m=1(TiO2 : 73nm, SiO2 : 118nm), 초록색 모델에서는 m=3(TiO2 : 169nm, SiO2 : 272nm)과 파란색 모델에서 m=3(TiO2 : 150nm, SiO2 : 241nm)일 때의 증착 두께를 만족 할 때 최적의 결과를 얻을 수 있는 것을 확인하였다.
목표 파장 범위(a≤λC≤b) 내에 위치하는 모든 파장을 목표 파장(λC)으로 설정하여 시뮬레이션 하였을 때 고채도 색상을 구현할 수 있는 증착 물질의 두께 범위를 설정하였다. 이때 빨간색 모델에서 TiO2/SiO2의 두께는 72~80nm/116~128nm, 초록색 모델에서 TiO2/SiO2 의 두께는 160~172nm/257~277nm, 파란색 모델에서 TiO2/SiO2 의 두께는 147~150nm/236~241nm 범위를 포함하였다. 즉 총 두께 범위는 RGB 모델 각각 448~496nm, 994~1070nm, 913~932nm 범위를 포함하는 것을 확인하였다.
비교예 1
굴절재료로 Si3N4, SiO2를 사용하여 코팅층을 증착할 때, 목표색상으로 빨간색, 초록색 및 파란색을 나타내는 컬러 태양광 패널용 고채도 유리를 제조하였다.
굴절재료층의 두께를 설정하기 위하여 우선 시편 및 굴절재료를 선정하고, 목표 파장을 설정하였다. 굴절재료는 Si3N4, SiO2, 목표 파장 범위(a≤λC≤b)는 RGB 각각 630~750nm(빨간색), 495~570nm(초록색), 450~495nm(파란색)일 때 각 색상의 대푯값을 690, 530, 470nm라고 가정하고, 임의의 m값을 사용하여 해당 파장에서 최대 반사율을 가지는 증착 두께를 식 1을 사용하여 구하였다. 이 때 컬러 유리는 상기 실시예 1을 참조하여 제1 층과 제2 층을 교대로 증착한 5층 구조를 가지며, 공기 /(Si3N4/SiO2)2 Si3N4 /유리인 적층 구조를 가지도록 스퍼터링 하였다.
임의의 m값이 1, 3, 5일 때의 증착 두께를 계산하여 시뮬레이션을 진행하였다.
최적의 RGB 모델을 도출하기 위해서 반사율 크기와 최대 파장(λX)을 고려해야 한다. 고채도 색상을 구현하기 위한 반사율은 80% 이상을 가져야 하며, 최대 파장(λX)은 목표 파장 범위(a≤λX≤b)를 만족해야 한다.
도 12a는 비교예 1에 따른 두께변환계수(m)가 1, 3, 5일 때 빨간색 모델의 파장대별 반사율과 색상 변화 시뮬레이션 결과를 CIE 1931 색좌표에 나타낸 것이고, 도 12b는 비교예 1에 따른 두께변환계수(m)가 1, 3, 5일 때 초록색 모델의 파장대별 반사율과 색상 변화 시뮬레이션 결과를 CIE 1931 색좌표에 나타낸 것이며, 도 12c는 비교예 1에 따른 두께변환계수(m)가 1, 3, 5일 때 파란색 모델의 파장대별 반사율과 색상 변화 시뮬레이션 결과를 CIE 1931 색좌표에 나타낸 것이다.
도 12를 참조하면, 최대 파장(λX)의 목표 파장 범위(a≤λX≤b)는 만족하지만 반사율이 80% 미만으로 고채도 색상을 구현할 수 없는 것을 확인하였다.
실시예 3
비교예 1에서 반사율이 80% 미만으로 고채도 색상을 구현하기 위한 조건을 만족하지 못하므로, 적층수를 증가시켜 최적의 RGB 색상을 구현하고자 하였다. 반사율을 증가시키기 위해 적층 수를 5층에서 7층으로 증가시키고 다른 조건은 비교예 1의 조건들과 동일하게 유지하여 시뮬레이션을 진행하였다.
실험예 3
도 13a는 본 발명의 실시예 3에 따른 두께변환계수(m)가 1, 3, 5일 때 빨간색 모델의 파장대별 반사율과 색상 변화 시뮬레이션 결과를 CIE 1931 색좌표에 나타낸 것이고, 도 13b는 본 발명의 실시예 3에 따른 두께변환계수(m)가 1, 3, 5일 때 초록색 모델의 파장대별 반사율과 색상 변화 시뮬레이션 결과를 CIE 1931 색좌표에 나타낸 것이며, 도 13c는 본 발명의 실시예 3에 따른 두께변환계수(m)가 1, 3, 5일 때 파란색 모델의 파장대별 반사율과 색상 변화 시뮬레이션 결과를 CIE 1931 색좌표에 나타낸 것이다.
도 13을 참조하면, RGB 색상에서 최대 파장(λx)은 각각 630~750nm, 495~570nm, 450~495nm 범위를 만족하고 반사율이 모두 80% 이상을 만족하는 최적의 고채도 모델을 도출하였다. 즉 빨간색 모델에서는 m=1(Si3N4 : 84nm, SiO2 : 118nm), 초록색 모델은 m=3(Si3N4 : 193nm, SiO2 : 272nm)일 때, 파란색 모델에서는 m=3(Si3N4 : 171nm, SiO2 : 241nm)일 때의 증착 두께를 만족 할 때 최적의 RGB 모델을 얻을 수 있는 것을 확인하였다.
목표 파장 범위(a≤λC≤b) 내에 위치하는 모든 파장을 목표 파장(λC)으로 설정하여 시뮬레이션 하였을 때 고채도 색상을 구현할 수 있는 증착 물질의 두께 범위를 설정하였다. 이때 빨간색 모델에서 Si3N4/SiO2의 두께는 81~89nm/115~125nm, 초록색 모델에서 Si3N4/SiO2 의 두께는 182~193nm/257~272nm, 파란색 모델에서 Si3N4/SiO2 의 두께는 171~175nm/241~247nm 범위를 포함하였다. 즉 총 두께 범위는 RGB 모델 각각 473~517nm, 1,060~1,123nm, 995~1,019nm 범위를 포함하는 것을 확인하였다.
도 14는 본 발명의 실시예 3(우측)과 비교예 1(좌측)의 색상별 반사율을 나타낸 그래프이고, 도 15는 본 발명의 실시예 3의 7층 구조와 비교예 1의 5층 구조의 시뮬레이션 결과를 CIE 1931 색좌표에 나타낸 것이다.
도 14 및 15를 참조하면, 증착층의 개수를 증가시켜 최적의 RGB 모델을 구현할 수 있는 것을 확인하였다.
실험예 4
굴절재료로 Nb2O5, Si3N4, TiO2, SiO2를 선택하여 고굴절 재료와 저굴절 재료를 교대로 증착하여 굴절재료층을 기판 상에 증착한 경우에 최적의 고채도 모델은 다음 세 가지 구조 및 두께를 가진다. 첫 번째는 공기/ (Nb2O5/SiO2)2 Nb2O5 / 유리인 구조를 가지며 Nb2O5/SiO2의 RGB 모델의 두께가 각각 75/118nm, 173/272nm, 153/241nm로 구성되며, 두 번째는 공기/ (TiO2/SiO2)2 TiO2/ 유리인 구조를 가지며 TiO2/SiO2의 RGB 모델의 두께가 각각 73/118nm, 169/272nm, 150/241nm로 구성된다. 마지막으로는 공기/ (Si3N4/SiO2)3Si3N4/ 유리인 구조를 가지며 Si3N4/SiO2의 RGB 모델의 두께가 각각 84/118nm, 193/272nm, 171/241nm로 구성되었다.
증착재료 Nb2O5, SiO2 TiO2, SiO2 Si3N4, SiO2
적층수 5 5 7
Red(m=1) 최대파장(λx : nm) 673 672 684
반사율(%) 80 82 82
두께(nm) 고굴절재료 75 73 84
SiO2 118
Green(m=3) 최대파장(λx : nm) 553 551 529
반사율(%) 82 84 83
두께(nm) 고굴절재료 173 169 193
SiO2 272
Blue(m=3) 최대파장(λx : nm) 460 461 471
반사율(%) 84 86 83
두께(nm) 고굴절재료 153 150 171
SiO2 241
기 표 1은 본 발명의 실시예에 따른 굴절재료, 두께에 따른 최대 파장 및 반사율 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다.
굴절률이 상이한 굴절재료를 선택하고, 두께를 결정하여 최대 파장에 대한 반사율을 시뮬레이션 하여 최적의 RGB 모델을 설계할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 유리기판 200 : 굴절재료층
210 : 제1 층 220 : 제2 층

Claims (20)

  1. 유리기판; 및
    상기 유리기판 상부에 구비되는 굴절재료층;을 포함하고,
    상기 굴절재료층은 제1 층 및 제2 층이 교대로 증착된 구조이고, 상기 제1 층은 제2 층보다 굴절률이 높은 굴절재료를 포함하고,
    상기 제1 층 및 제2 층은, 최대 파장(λx)이 목표 파장(λx) 범위 내에 있으며, 반사율이 80 % 이상을 갖도록 하기 식 1 및 2에 따라 적층 두께 및 적층수를 갖는 것이고,
    하기 식 1에 따른 굴절재료층의 두께는, 하기 식 2에 따른 반복 적층 수에 따른 반사율을 만족하도록 조절된 것인,
    컬러 태양광 패널용 고채도 유리:
    [식 1]

    [식 2]

    상기 식 1에서, d는 증착 두께(nm)이고, m은 두께변환계수로 2n-1(n은 적층수이며, 1 이상임)이며, λc는 목표 파장(nm)이고, n은 제1층 또는 제2층 재료의 굴절률이고,
    상기 식 2에서 nH 는 제1 층의 굴절률이고, nL은 제2 층의 굴절률이며, nsub는 유리기판의 굴절률이고, S는 제1 층과 제2 층의 반복 적층수임.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 층은 Nb2O5, Si3N4 및 TiO2 중 1종 이상을 포함하고, 상기 제2 층은 SiO2를 포함하는 것인, 컬러 태양광 패널용 고채도 유리.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 층은 굴절률이 2.0 이상, 상기 제2층은 굴절률이 1.5 이하인, 컬러 태양광 패널용 고채도 유리.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 층과 제 2층의 굴절률 차이는 0.5 이상인 것인, 컬러 태양광 패널용 고채도 유리.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 층은 상기 유리기판 상부에 증착되고, 상기 제2 층은 제1 층 상부에 증착되는 것인, 컬러 태양광 패널용 고채도 유리.
  6. 제5항에 있어서, 상기 굴절재료층은 최상부에 제1 층이 증착된 것인, 컬러 태양광 패널용 고채도 유리.
  7. 제1항에 있어서, 상기 목표 파장 범위는 빨간색을 구현하는 경우 630 내지 750nm 이고, 초록색을 구현하는 경우 495 내지 570nm이며, 파랑색을 구현하는 경우 450 내지 495nm인 것인, 컬러 태양광 패널용 고채도 유리.
  8. 제1항에 있어서, 다층 구조의 상기 굴절재료층의 반사율 R(%)은 하기 식 3 및 식 4를 만족하는 것인, 컬러 태양광 패널용 고채도 유리:
    [식 3]
    R2n-1 > R2n (n≥2)
    [식 4]
    R2n+1 > R2n (n≥1)
    상기 식 3, 4에서 n은 적층 수임.
  9. 제1항에 있어서, 상기 굴절재료층이 Nb2O5/SiO2를 포함하는 경우 5층 구조이며, 목표 색상이 빨간색인 경우 Nb2O5/SiO2의 증착 두께가 73~82nm/118~128nm, 초록색인 경우 166~173nm/262~272nm, 파란색인 경우 150~153nm/236~241nm 범위 내인 것인, 컬러 태양광 패널용 고채도 유리.
  10. 제1항에 있어서, 상기 굴절재료층이 TiO2/SiO2를 포함하는 경우 5층 구조이며, 목표 색상이 빨간색인 경우 TiO2/SiO2의 증착 두께가 73~82nm/118~128nm, 초록색의 경우 160~172nm/257~277nm, 파란색의 경우 147~150nm/236~241nm의 범위 내인 것인, 컬러 태양광 패널용 고채도 유리.
  11. 제1항에 있어서, 상기 굴절재료층이 Si3N4/SiO2를 포함하는 경우 7층 구조이며, 목표 색상이 빨간색인 경우 Si3N4/SiO2의 증착 두께가 81~89nm/115~125nm, 초록색의 경우 182~193nm/257~272nm, 파란색의 경우 171~175nm/241~247nm의 범위 내인 것인, 컬러 태양광 패널용 고채도 유리.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 컬러 태양광 패널용 고채도 유리; 및
    상기 유리 후면에 배치되어 태양 에너지를 흡수하는 태양 전지 모듈;을 포함하는,
    건물 일체형 컬러 태양광 패널.
  13. (a) 굴절재료층의 제1 층과 제2 층의 재료를 선택하는 단계로서, 상기 제1 층의 굴절률은 제2 층의 굴절률보다 큰 굴절재료를 선택하는 단계;
    (b) 목표 색상에 따른 목표 파장을 설정하는 단계;
    (c) 하기 식 1, 식 2에 따라 상기 제1 층 및 제2 층의 증착 두께 및 적층수를 시뮬레이션 하여 결정하는 단계; 및
    (d) 상기 굴절재료층을 포함하는 기판의 반사율(R)이 80% 이상이고, 반사광의 최대 파장(λx)이 목표 파장(λc) 범위 내인지 확인하는 단계;를 포함하고,
    상기 (c)에서 하기 식 1에 따른 굴절재료층의 두께는, 하기 식 2에 따른 반복 적층 수에 따른 반사율을 만족하도록 조절된 것인,
    컬러 태양광 패널용 고채도 유리 제조방법:
    [식 1]

    [식 2]

    상기 식 1에서, d는 증착 두께(nm)이고, m은 두께변환계수로 2n-1(n은 적층수이며, 1 이상임)이며, λc는 목표 파장(nm)이고, n은 제1층 또는 제2층 재료의 굴절률이고,
    상기 식 2에서 nH 는 제1 층의 굴절률이고, nL은 제2 층의 굴절률이며, nsub는 유리기판의 굴절률이고, S는 제1 층과 제2 층의 반복 적층 수임.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1 층의 굴절재료는 Nb2O5, Si3N4 및 TiO2 중 1종 이상이고, 제2 층의 굴절재료는 SiO2를 선택하는 것인, 컬러 태양광 패널용 고채도 유리 제조방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 제1 층과 제2 층의 굴절률 차이는 0.5 이상으로 선택하는 것인, 컬러 태양광 패널용 고채도 유리 제조방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 다층 구조의 굴절재료층은 제1 층과 제2 층이 교대로 증착하여 제조되고, 기판 상부에 제1 층이 먼저 증착되고, 최상부에 다시 제1 층이 증착되는 것인, 컬러 태양광 패널용 고채도 유리 제조방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 (d)에서 반사율이 80% 이상이고, 최대 파장(λx)이 목표 파장 범위 내인 두께변환계수(m)가 하나 이상인 경우에는 CIE 1931 색공간 내의 색상범위를 충족하는 두께변환계수(m) 중에서 최소값을 선택하는 것인, 컬러 태양광 패널용 고채도 유리 제조방법.
  18. 제13항에 있어서, 상기 굴절재료층은 Nb2O5/SiO2, TiO2/SiO2 또는 Si3N4/SiO2를 포함하고, 처음과 마지막에 각각, Nb2O5 ,TiO2 또는 Si3N4 가 증착되는 5층 구조를 가지는 경우에는 빨간색 모델의 경우에는 두께변환계수(m) 가 1이고, 초록색과 파란색 모델의 경우 두께변환계수(m) 를 3으로 선택하여 시뮬레이션 하는 것이고,
    상기 두께변환계수는 CIE 1931 색 공간 내에 목표 색상별 범위에 따른 시뮬레이션으로 굴절재료층의 두께를 산출하는 것인,
    컬러 태양광 패널용 고채도 유리 제조방법.
  19. 태양광 패널용 유리기판의 고채도 색상을 구현하는 방법이며, 상기 방법은,
    유리 기판 전면에 증착되는 굴절재료층의 종류, 두께 및 적층 수를 최적화하는 단계를 포함하고,
    상기 단계는
    (a) 굴절률이 서로 다른 제1 층과 제2 층의 재료를 선택하고(단, 상기 제1 층의 굴절률은 제2 층의 굴절률보다 크다);
    (b) 목표 색상에 따른 목표 파장을 설정하고; 그리고
    (c) 하기 식 1 및 식 2에 따라 상기 제1 층 및 제2 층의 증착 두께 및 적층수를 결정하는;
    단계를 포함하고,
    상기 (c)에서 하기 식 1에 따른 굴절재료층의 두께는, 하기 식 2에 따른 반복 적층 수에 따른 반사율을 만족하도록 조절된 것인,
    는 태양광 패널용 유리기판의 고채도 색상을 구현하는 방법:
    [식 1]

    [식 2]

    상기 식 1에서, d는 증착 두께(nm)이고, m은 두께변환계수로 2n-1(n은 적층수이며, 1 이상임)이며, λc는 목표 파장(nm)이고, n은 제1층 또는 제2층 재료의 굴절률이고,
    상기 식 2에서 nH 는 제1 층의 굴절률이고, nL은 제2 층의 굴절률이며, nsub는 유리기판의 굴절률이고, S는 제1 층과 제2 층의 반복 적층 수임.
  20. 삭제
KR1020230107717A 2023-08-17 2023-08-17 컬러 태양광 패널용 고채도 유리 및 이의 제조방법 Active KR102768986B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020230107717A KR102768986B1 (ko) 2023-08-17 2023-08-17 컬러 태양광 패널용 고채도 유리 및 이의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020230107717A KR102768986B1 (ko) 2023-08-17 2023-08-17 컬러 태양광 패널용 고채도 유리 및 이의 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102768986B1 true KR102768986B1 (ko) 2025-02-19

Family

ID=94823087

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020230107717A Active KR102768986B1 (ko) 2023-08-17 2023-08-17 컬러 태양광 패널용 고채도 유리 및 이의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102768986B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190101011A (ko) * 2018-02-22 2019-08-30 한국과학기술원 박막 태양전지의 제조 방법 및 이를 통해 제조된 박막 태양전지

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190101011A (ko) * 2018-02-22 2019-08-30 한국과학기술원 박막 태양전지의 제조 방법 및 이를 통해 제조된 박막 태양전지

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4800947B2 (ja) 電磁遮蔽用薄膜積層体を備えた透明基板
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
JP2019197877A (ja) コーティングパネル及びその製造方法、ソーラーモジュール
KR101141232B1 (ko) 다수의 반사 방지 박막이 형성된 고 투과율의 전도성 필름, 이를 이용한 터치 패널 및 이들의 제조방법
CN100565248C (zh) 新型抗反射导电膜
EP1892777A2 (en) A light emitting device including anti-reflection layer(s)
CN101830643B (zh) 一种双银镀膜玻璃及其制造方法
CN107209285A (zh) 分层系统和包括分层系统的光学元件
CN106501882A (zh) 耐划抗反射涂层
JP2020511781A (ja) グレージングユニット、その製造方法、及びその使用
JP2019197202A (ja) 曲面コーティングパネル及びその製造方法、ソーラーモジュール
JP2018519239A (ja) 熱特性を有する積層体を備えている基材
Schüler et al. Thin film multilayer design types for colored glazed thermal solar collectors
CN105487143B (zh) 一种无色硬质ar膜及其制备方法
JP2015508374A (ja) 車両または建築用の合わせガラス
JP2003248103A (ja) 反射防止膜と光学レンズおよび光学レンズユニット
CN100476457C (zh) 防反射膜
JP2022500690A (ja) 層パケットのスタックを備えた光学素子、および当該光学素子を製造するための方法
KR102768986B1 (ko) 컬러 태양광 패널용 고채도 유리 및 이의 제조방법
JP6611192B2 (ja) 低反射コーティング付きガラス板及びそれを用いた合わせガラス
JP2007171735A (ja) 広帯域反射防止膜
KR20180078530A (ko) 박막 다층이 구비된 투명 기판 및 이를 포함하는 단열 유리 유닛
CN201576105U (zh) 一种防反射色差补正成膜滤光片
CN111338007A (zh) 一种防反射膜及其制备方法
JP2004217432A (ja) 積層体および構造体

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20230817

PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02011R01I

Patent event date: 20230817

Comment text: Patent Application

PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20240920

Patent event code: PE09021S01D

PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20241216

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20250212

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20250213

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration