KR101089602B1 - 태양전지 모듈용 백시트 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지모듈용 백시트 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 결정질 실리콘 및 박막태양전지 모듈에 후면 보호시트로 사용가능하도록 고내후성 접착제 도공을 통해 삼중으로 페트필름을 적층한 후 태양전지모듈의 셀측에 고내습열성 이접착제를 추가로 도공하거나, 또는 이중으로 페트필름을 적층한 후 태양전지 셀측에 내자외선성 고반사능 폴리올레핀계 필름을 추가로 적층하여 고기능성의 백시트를 저렴하게 제조함으로써, 태양전지모듈의 봉지재인 EVA와의 접착력을 견고하게 향상시키면서 동시에 태양전지 모듈의 내후성을 증진시키고, 태양전지의 발전효율을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 태양전지 모듈용 백시트 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고기능성의 백시트를 저렴하게 제조할 수 있는 태양전지 모듈용 백시트의 제조방법에 관한 것이다.
최근 화석 에너지의 고갈로 인하여 대체 에너지를 개발하기 위한 노력이 진행되고 있다.
그 일환으로서 태양 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 태양광 발전 시스템이 활발하게 연구 개발되고 있다.
태양광 발전 시스템은 태양 에너지를 전기 에너지로 전환하는 과정에서 기계적, 화학적 작용이 없기 때문에 시스템의 구조가 단순하고 유지 보수하기가 용이하고 수명이 길고 안전하며 환경 친화적일 뿐만 아니라, 실용화 시 주택용에서 대규모 발전용 까지 다양한 발전 규모를 가지는 장점이 있다.
특히, 태양광 발전 산업은 고유가 시대를 맞이하여 신재생에너지를 비롯하여 대체 에너지에 대한 국민적 관심이 고조되어 많은 주목을 받고 있다.
이와 같은 태양광 발전 산업의 핵심인 태양전지 모듈은 광전효과를 이용하여 빛에너지를 전기에너지로 변환시키는 반도체 소자로서, 일반적으로 강화유리, 상부 EVA 필름, 태양전지 셀, 하부 EVA 필름, 백시트를 순차적으로 적층한 구조로 이루어진다.
상기 태양전지 모듈의 핵심 재료 중 하나인 백시트는 모듈의 최후면에서 침투하는 습기 등의 오염 방지, 절연 및 자외선을 차단하는 등 태양전지를 외부환경으로부터 보호하는 역할을 함으로써 모듈의 수명을 반영구적으로 연장시킬 수 있다.
태양전지 모듈용 백시트는 모듈의 수명을 연장시키기 위해 고온 다습, 고전압 및 강한 자외선 등에서도 잘 견딜 수 있는 내후성, 내습성, 내절연성, 자외선 차단성 등 내구성을 가진 재질이어야 한다.
폴리비닐 플루오라이드 필름(일명, 테들러 필름;DuPont™ Tedlar polyvinyl fluoride (PVF) films)은 장기간 동안 태양전지 모듈의 수명, 고효율 성능 및 신뢰성을 확보할 수 있는 장점을 가지므로 태양전지 모듈용 백시트의 소재로 사용되고 있다.
그러나, 상기 폴리비닐 플루오라이드 필름은 고가이면서 지속적인 수요의 증가 및 공급 부족 현상으로 인해 백시트를 제조하기 위한 공급물량이 줄어들어 태양전지 모듈의 개발 및 생산량을 떨어뜨리고, 더 나아가서는 태양광 산업 발전을 저해하고 있다.
이와 같은 문제점을 해결하고자 종래에는 오스트리아의 Isovolta가 플루오로 폴리머 계통의 ETFE(Ethylene tetrafluoroethylene, a fluorine based plastic)와 SiO를 사용한 이중 백시트 타입을 개발하였고, 미국의 Honeywell 또한 플루오로 폴리머 계통의 ECTFE(Ethylene chlorotrifluoroethylene) 이중 시트와 페트필름을 사용하는 삼중 백시트 타입을 개발하였다.
그러나, 이들 제품 들은 생산단가가 높고, 제조공정이 까다로우며, 생산설비의 관리 측면에서 폭발 위험성 등의 문제점이 있다.
이로 인해 향후 백시트의 대폭적인 수요 증가에 대해 상기 제품의 공급 물량을 신속하고 탄력적으로 대처하는데 어려움이 있으므로 상기 폴리비닐 플루오라이드 필름의 문제점에 대한 충분한 해결방안으로 부족한 점이 있다.
또한, 최근 고가재료인 폴리실리콘을 사용하는 실리콘계 태양전지 모듈의 대안으로 실리콘 웨이퍼 대신에 유리, 스테인리스 강 또는 플라스틱 등과 같은 저가의 기판에 반도체 막을 코팅하여 제작하는 박막형 태양전지(Thin Film Solar Cell) 모듈에 대한 관심과 기술개발이 확대되고 있고, 이에 따른 태양전지 모듈의 수명과 효율에 큰 영향을 미치는 핵심구성 재료인 박막형 태양전지용 백시트의 개발이 부각되고 있다.
그러나, 고가의 폴리비닐 플루오라이드 필름을 채용하지 않으면서도 동등 이상의 물성 및 성능이 구현되고, 박막형 태양전지 모듈 개발에 적합한 다양한 타입의 저가 및 고 효율화 된 백시트의 개발이 시급한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 기존의 고가의 불소수지계 폴리비닐 플루오라이드 필름을 채용하지 않으면서 기재 필름으로 내후성 및 절연성 페트필름을 적용함으로써 기존의 불소수지계 필름과 동등 수준 이상의 물성 및 성능을 구현할 뿐만 아니라, 저렴하면서 고효율화 된 태양전지 모듈용 백시트를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 평활도 및 라미네이팅 품질이 우수한 미세적층 가공방법을 적용함으로써 태양전지 셀의 봉지재인 EVA와의 접착력을 견고하게 유지하고, 태양전지 모듈의 내후성을 증진시키고 태양전지의 발전효율을 향상시키는 고기능성의 백시트를 저렴하게 제조할 수 있는 태양전지 모듈용 백시트 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지 모듈용 백시트는 삼중으로 적층되는 제1 내지 제3기재층; 및 상기 기재층 사이에 도포되어 기재층을 접착시키는 내후성 접착제;로 구성되고, 상기 제1 및 제3기재층은 내후성 페트필름이고, 제2기재층은 절연성 페트필름인 것을 특징으로 한다.
특히, 태양전지 모듈의 봉지재에 대한 접합력을 증진시키기 위해, 태양전지 셀 측에 위치한 제3기재층의 이면에 도포되어 제3기재층을 태양전지 셀의 봉지재와 견고하게 접착하는 고내습열성 이접착제를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2실시예에 따른 태양전지 모듈용 백시트는 삼중으로 적층되는 제1 내지 제3기재층; 및 상기 기재층 사이에 도포되어 기재층을 접착시키는 내후성 접착제;로 구성되고, 상기 제1기재층은 내후성 페트필름이고, 제2기재층은 절연성 페트필름이고, 상기 제3기재층은 내자외선성 폴리올레핀계 필름인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 태양전지 모듈용 백시트의 제조방법은 절연성 페트필름과 내후성 페트필름을 고내후성 접착제의 도공을 통해 이중으로 적층하여 이중 백시트를 제조하는 제1공정; 및 상기 제1공정에서 제조된 이중 백시트를 숙성시킨 후 상기 이중 백시트의 한쪽 면에 또 다른 내후성 페트필름을 적층하여 삼중 백시트를 제조하는 제2공정;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 제2공정에서 제조된 삼중 백시트를 숙성시킨 후 태양전지 셀의 봉지재와 접착가능하게 삼중 백시트의 일측면에 고내습열성 이접착제를 도포하거나, 상기 제1공정에서 제조된 이중 백시트를 숙성시킨 후 상기 이중 백시트의 한쪽 면에 내자외선성 폴리올레핀계 필름을 적층하여 삼중 백시트를 제조하는 제3공정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 태양전지 모듈용 백시트 및 이의 제조방법의 장점을 설명하면 다음과 같다.
1. 기존 고가의 불소수지계 필름(Tedlar Film)을 채용하지 않으면서도 기존 기술 대비 동등 이상의 물성 및 성능을 구현하고, 결정질 실리콘계 및 박막형 태양전지모듈 발전에 적합한 고성능의 태양전지 모듈용 백시트를 저렴하게 제조할 수 있다.
2. 본 발명에 따른 박막형 태양전지모듈용 백시트 제조방법은 박막형 태양전지의 제조공정이 TFT-LCD 공정과 유사하므로, 이 분야에서 세계적인 경쟁력을 확보하고 있는 국내업체의 태양전지 모듈 개발 및 시장 진출에 기본 토대가 될 수 있고, 이를 통해 국내 총에너지 소비량 대비 대체에너지 공급비율 향상 속도의 가속화에 기여할 수 있다.
3. 본 발명에 따른 페트필름 베이스의 태양전지모듈용 백시트의 제조방법은 지속적인 공급부족 현상으로 백시트의 공급부족 현상을 유발하고 있는 Tedler Film을 대체함으로써, 매년 30-40%이상 급성장 추세를 보이고 있는 태양전지모듈사업 분야에 태양전지 모듈의 핵심 구성재료인 백시트 원자재를 안정적으로 공급하여 수급균형의 기반을 확고히 하고 그 신뢰성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양전지 모듈용 백시트 제조방법을 설명하기 위한 블록도
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, 당업자 라고 칭함)가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 기존 고가의 폴리비닐 플루오라이드 필름 대비 내후성, 절연성, 내습성 및 자외선 차단성 등 동등 이상의 물성 및 성능을 구현하고, 결정질 실리콘계 및 박막형 태양전지 모듈 발전에 적합한 고성능 타입의 저렴하면서 고효율화 된 태양전지 모듈용 백시트를 제공한다.
본 발명에 따른 태양전지 모듈용 백시트는 필름 형태로 적층된 복수의 기재층을 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 백시트는 기재층으로 페트(PET) 필름을 사용할 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 백시트는 3개의 기재층, 내후성 페트필름으로 제조된 제1기재층과, 절연성 페트필름으로 제조된 제2기재층과, 내후성 페트필름으로 제조된 제3기재층으로 구성된다.
상기 페트필름은 태양전지 모듈용 백시트 전용필름으로 제공되는 폴리에스테르계 필름이며, 테레프탈산 또는 디메틸테레프탈산과 에틸렌글리콜과의 에스테르화 반응 및 중합 또는 축중합 반응을 거쳐 생산된 수지를 2축 연신공정을 통해 제조되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 "절연성 페트필름"이란 폴리에스테르계 필름의 전형적인 기본 물성으로 인장강도, 충격강도, 파열강도 등의 기계적 물성과 고온 다습한 조건하에서도 열수축율이 적게 발생되는 치수안정성, 수분과 산소에 대한 우수한 차단성 및 사용가능한 온도범위가 -70~150℃으로 열에 의한 치수변화가 극히 적어 우수한 열안정성을 가질 뿐만 아니라, 추가적으로 태양전지모듈의 백시트에 적용하기 위해 높은 절연파괴 전압과 우수한 내열성 등 전기절연 특성을 강화시킴으로써 태양전지의 배선과 단락을 방지할 수 있는 태양전지 모듈의 백시트 전용 폴리에스테르계 필름이다.
상기 절연성 폐트 필름으로 제조된 제2기재층의 두께는 30~300㎛ 인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 50~250㎛ 이고, 가장 바람직하게는 75~200㎛ 이다.
왜냐하면 상기 제2기재층의 두께가 30㎛ 미만인 경우에는 수증기 차단성 또는 장기 내구성에 문제점이 있고, 제2기재층의 두께가 300㎛를 초과하는 경우에는 필름적층 등의 가공성이 떨어지고 최근 모듈의 박막화 경향에 따른 가격경쟁력에서 불리한 문제점이 있기 때문이다.
그리고, 상기 제2기재층의 두께가 75~200㎛ 인 경우에 태양전지모듈에서 요구되는 전기절연 특성을 가지고 아울러 가격경쟁력이 있으면서도 박막모듈에 적합한 수준의 수증기 차단성 및 장기 내구성을 가질 수 있으며, 또한 적절한 두께로 인해 필름적층 가공시의 가공성과 완제품인 백시트의 유연성 측면에서 상기 범위를 벗어난 경우에 비해 탁월한 효과를 가진다.
또한, 본 발명에 있어서 "내후성 페트필름"이란 상기 절연성 페트필름의 전형적인 특성을 여전히 유지하면서, 내가수분해성, UV 안정성, 내열특성 등 내후성을 전반적으로 대폭 향상시킨 태양전지 모듈의 백시트 전용 폴리에스테르계 필름이다.
상기 내후성 페트필름으로 제조된 제1 및 제3기재층의 두께는 25~100㎛ 인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 30~80㎛ 이고, 가장 바람직하게는 50~75㎛ 이다.
왜냐하면, 내후성 페트필름의 두께가 25㎛ 미만 인 경우에는 수증기 차단성 및 장기 고내후성에 문제점이 있고, 내후성 페트필름의 두께가 100㎛를 초과하는 경우에는 필름적층 등의 가공성이 떨어지고 과도한 고내후성 물성 부여 및 최근 모듈의 박막화 경향에 따른 가격경쟁력 측면에서 불리한 문제점이 있기 때문이다.
그리고, 상기 내후성 페트필름의 두께가 50~75㎛ 인 경우에 태양전지모듈에서 요구되는 적합한 수준의 장기 고내후성 특성을 가지고, 아울러 가격경쟁력이 있으면서도 적절한 두께로 인해 필름적층 가공시의 가공성과 완제품인 백시트의 인장강도, 신율 등 기계적물성의 조절 측면에서 상기 범위를 벗어난 경우보다 탁월한 효과를 가진다.
상기 제1기재층과 제2기재층 사이, 그리고 제2기재층과 제3기재층 사이에 고내후성 접착제가 각각 도포됨으로써, 제1기재층, 제2기재층 및 제3기재층이 각 내후성 접착제에 의해 서로 접합되며, 제1기재층, 접착층, 제2기재층, 접착층 및 제3기재층 순서로 적층될 수 있다.
여기서, 태양전지 셀의 봉지재인 EVA와의 접착력을 견고하게 유지하기 위해 제1실시예에 따른 백시트의 태양전지 셀측에 고내습열성 이접착제를 추가로 도공할 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 태양전지 모듈용 백시트는 내후성 페트필름으로 제조된 제1기재층과, 절연성 페트필름으로 제조된 제2기재층과, 내자외선성(자외선 차단성) PE 필름으로 제조된 제3기재층으로 구성될 수 있다.
상기 제1기재층 및 제2기재층은 전술한 제1실시예와 동일한 구성으로 이루어지므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 있어서, "내자외선성 PE 필름"이란 에틸렌, 프로필렌, 부타디엔, 이소프렌 등의 올레핀, 또는 디올레핀을 중합 또는 공중합한 폴리올레핀계 수지로서 본 발명에서 적용된 상기의 PE필름은 내구성이 강화된 삼중공압출의 폴리에틸렌필름으로 열화방지를 위해 내자외선제의 첨가제를 사용하고 VA(비닐 아세테이트) 함량을 조절해 UV보지력의 강화 및 유백제의 첨가제를 사용하여 백시트의 반사율을 보강한 태양전지모듈용 백시트 전용으로 개발된 특수 PE필름이다.
상기 내자외선성 PE 필름으로 제조된 제3기재층의 두께는 30 ~ 150㎛ 인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 50 ~ 120㎛ 이고, 가장 바람직하게는 70 ~100㎛ 이다.
왜냐하면, 제3기재층의 두께가 30 ㎛ 미만 인 경우에는 필름가공성이 충분하지 못하고 이에 따라 내구성 및 내자외선성을 가지는 백시트를 가공하는데 문제점이 있고, 제3기재층의 두께가 150 ㎛를 초과하는 경우에는 생산단가의 상승으로 인해 경제성이 떨어지며, 모듈 제조시 봉지재인 EVA의 MI에 주는 영향으로 모듈불량의 원인이 되는 문제점이 있기 때문이다.
그리고, 상기 제3기재층의 두께가 70 ~100㎛ 인 경우에는 이 범위를 벗어난 경우에 비해 첨가제 배합 및 필름가공성이 뛰어나고, 경제성 있는 삼중공압출에 적합하여 백시트에 적용시 가격이 저렴하며 내구성을 증진시키는데 탁월한 효과를 가진다.
상기와 같은 구조의 백시트를 제조하기 위한 장치는 제1급지로서 페트필름을 공급하기 위해 페트필름을 권출(감겨진 것을 푸는)시키는 제1권출기와, 제1권출기로부터 권출되는 페트필름의 한쪽 면에 고내후성 접착체를 도포하는 도포장치부(마이크로 그라비아 또는 그라비아 도포장치)와, 페트필름에 도포된 접착제를 건조하기 위한 열풍 건조챔버부와, 제2급지로서 페트필름 또는 폴리올레핀계 필름을 공급하기 위해 페트필름 또는 폴리올레핀계 필름을 권출시키는 제2권출기를 포함한다.
이때, 열풍 건조챔버부는 접착제가 도포된 페트필름이 순차적으로 통과할 수 있도록 연속적으로 배열되고, 페트필름의 이송 건조수단으로 공기 부양방식 및 롤 지지 방식을 적절하게 혼합 적용한다.
또한, 상기 백시트 제조장치는 제2권출기로부터 공급되어지는 제2급지를 예열시켜주는 프리히팅 가열롤러와, 열풍 건조챔버부를 통해 건조된 제1급지와 프리히팅 가열롤러를 통해 예열된 제2급지를 합지시키는 가열 및 가압롤러로 구성된 라미네이팅부와, 상기 합지된 이중필름을 권취(감는)하는 권취기를 포함한다.
상기 프리히팅 가열롤러는 합지 전에 제2급지를 예열함으로써 최상의 라미네이팅 품질을 발현시킬 수 있다.
상기와 같이 구성된 백시트 제조장치를 이용한 백시트 제조방법을 설명하기로 한다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 태양전지 모듈용 백시트 제조방법을 설명하기 위한 블록도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 백시트 제조방법은 이중 백시트를 제조하는 제1공정과, 삼중 백시트를 제조하는 제2공정, 모듈 봉지재와의 접합력을 증진하기 위한 제3공정으로 이루어진다.
이 중 제3공정은 태양전지 모듈의 제반조건을 고려하여 이에 적용되는 백시트의 필요 구비 사양에 따라 임의로 수행되거나 수행되지 않을 수 있다.
상기 제1공정은 이액 반응형(二液反應型)의 고내후성 접착제를 배합 제조하는 준비단계와, 제1권출기로부터 제1페트필름을 권출시키는 제1단계와, 제1단계에서 권출된 제1페트필름의 한쪽면에 고내후성 접착제를 도포하는 제2단계와, 제2단계에서 접착제가 도포된 제1페트필름을 다수의 연속식 열풍건조챔버부로 통과시켜 이동 건조시키는 제3단계와, 제2권출기로부터 제2페트필름을 권출시키는 제4단계와, 최상의 라이네이팅 품질을 발현하기 위해 상기 제4단계에서 권출되는 제2페트필름을 합지 전에 프리히팅 롤러에 의해 예열하는 제5단계와, 제3단계에서 건조되는 제1페트필름과 제4단계에서 권출되는 제2페트필름을 가열 압착하여 합지시킴으로써 이중 백시트를 형성하는 제6단계와, 상기 6단계를 통과한 이중 백시트를 권취기에 권취한 후 숙성시키는 제7단계로 이루어진다.
이때, 상기 제5단계에서 제1페트필름의 접착제 도포면과 제2페트필름의 한쪽면은 라미네이팅부의 가열 및 가압롤러에 의해 압착됨으로써 합지된다.
상기 제2공정은 이액 반응형(二液反應型)의 고내후성 접착제를 배합 제조하는 준비단계와, 제1급지로서 제1권출기로부터 제1공정에서 제조된 이중 백시트를 권출시키는 제1단계와, 제1단계에서 권출된 이중 백시트의 한쪽면에 고내후성 접착제를 도포하는 제2단계와, 제2단계에서 접착제가 도포된 이중 백시트를 다수의 연속식 열풍건조챔버부로 통과시켜 이동 건조시키는 제3단계와, 제2급지로서 제2권출기로부터 제3페트필름을 권출시키는 제4단계와, 권출되는 제3페트필름을 합지 전에 프리히팅 롤러에 의해 예열하는 제5단계와, 제3단계에서 건조된 이중 백시트와 제5단계에서 예열된 제3페트필름을 가열 및 가압롤러에 의해 가열 압착하여 합지시킴으로써 삼중 백시트를 형성하는 제6단계와, 상기 6단계를 통과한 삼중 백시트를 권취기에 권취한 후 숙성시키는 제7단계로 이루어진다.
상기 제3공정은 이중 또는 삼중 백시트가 적용되는 태양전지모듈의 봉지재에 대한 접합력을 증진시킬 수 있다.
제3공정은 제1급지로서 고내습열성 이접착제 또는 이액 반응형의 고내후성 접착제를 배합 제조하는 준비단계와, 제1권출기로부터 제2공정에서 제조된 삼중 백시트 또는 제1공정에서 제조된 이중 백시트를 권출시키는 제1단계와, 제1단계에서 권출된 삼중 백시트의 한쪽면에 고내습열성 이접착제를 도포하거나, 제1급지로서 권출되는 제1공정에서 제조된 이중 백시트의 한쪽 면에 고내후성 접착제를 도포하는 제2단계와, 제2단계에서 고내습열성 이접착제가 도포된 삼중 백시트 또는 고내후성 접착제가 도포된 이중 백시트를 다수의 연속식 열풍건조챔버부로 통과시켜 이동 건조시키는 제3단계와, 제2급지로서 제2권출기로부터 내자외선성 고반사능 올레핀계 필름을 권출시키는 제4단계와, 권출되는 내자외선성 올레핀계 필름을 합지 전에 프리히팅 롤러에 의해 예열하는 제5단계와, 제5단계에서 예열된 올레핀계 필름의 한쪽면을 제3단계를 통과한 이중 백시트의 접착제 도포면에 가열 및 가압롤러로 가열 압착하여 합지시킴으로써 삼중 백시트를 형성하는 제6단계와, 상기 6단계를 통과한 삼중 백시트를 권취기에 권취한 후 숙성시키거나 제3단계의 고내습열성 이접착제가 도포되 이동건조된 삼중 백시트를 권취기에 권취하는 제7단계로 이루어진다.
상기와 같이 제1공정 내지 제3공정을 통해 제조된 백시트에 의해 태양전지 모듈의 내후성 및 내구성을 증진시키고 발전효율을 개선할 뿐만 아니라, 고기능성의 저렴한 백시트를 제공할 수 있다.
본 발명의 태양전지 모듈용 백시트 제조방법을 도 1과 제1실시예 및 제2실시예를 참조하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
상기 태양전지 모듈용 백시트 제조방법(제1 내지 제3공정) 중 준비단계는 고내후성 접착제 또는 고내습성 이접착제를 배합하여 조액하는 단계이며, 균일한 도막특성을 나타내도록 교반기를 사용하여 분당 400~520rpm으로 조성물을 충분히 혼합한다.
이때 상기 배합 및 조액되는 고내후성 접착제의 고형분 함량은 적용되는 태양전지 모듈의 사양과 경제성 및 접착력 증대를 고려하여 10~50중량% 인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 15~40중량% 이고, 가장 바람직하게는 20~35중량% 이다.
상기 고내후성 접착제의 고형분 함량은 백시트 층간의 접착력을 증대시키기 위해 적절히 조절되며, 10 중량% 미만인 경우 댐프 히트 시험(Damp Heat Test)(85/85 test)기준 1,000hrs(필드(field)에서의 10년 내후성) 보증(박리현상 없음)이 어려우며, 20 중량% 이상일 때는 2,000hrs(필드에서의 20년 내후성) 보증이 가능하고, 35 중량% 이상일 때는 접착력증대효과에 따른 장기간 내후성 보증이 충분하지만, 경제성 측면에서 경쟁력이 떨어지며, 50%이상일 때는 경제성 측면에서 경쟁력이 떨어질 뿐만 아니라 접착제의 고형분의 점도가 너무 높아 코팅가공성이 현저히 악화되며, 아울러 건조특성 및 라미네이팅 품질의 저하로 접착력 증대 효과 또한 감소한다.
또한, 상기 배합 및 조액되는 고내습열성 이접착제의 고형분 함량은 적용되는 태양전지 모듈의 사양과 경제성 및 접착력 증대를 고려하여 15~60중량% 인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 20~50중량% 이고, 가장 바람직하게는 25~40중량% 이다.
상기 고내습열성 이접착제의 고형분은 함량은 백시트와 모듈봉지재인 EVA와의 접합력을 증대시키기 위해 적절히 조절되며, 15 중량% 미만인 경우 Damp Heat Test(85/85test)기준 1,000hrs(필드에서의 10년 내후성) 보증(박리현상 없음)이 어려우며, 25 중량% 이상일 때는 2,000hrs(필드에서의 20년 내후성) 보증이 가능하고, 40 중량% 이상일 때는 접착력증대효과에 따른 장기간 내후성 보증이 충분하지만, 경제성에서 경쟁력이 떨어지며, 60 중량% 이상일 때는 경제성뿐만 아니라 접착제의 고형분의 점도가 너무 높아 코팅가공성이 현저히 악화되며, 아울러 건조특성 및 라미네이팅 품질의 저하로 평활도가 나빠지고 모듈봉지재와의 접합성 불량발생의 문제점이 있다.
상기 태양전지 모듈용 백시트 제조방법 중 제2단계는 제1급지로서 제1권출기로부터 권출되는 절연성 페트필름의 한쪽 면에 고내후성 접착제 또는 삼중백시트의 한쪽 면에 고내습열성 이접착제를 도포하는 단계로서 내후성 페트필름과 절연성 페트필름으로 구성되는 이중 백시트의 형성 시 고내후성 접착제의 도포 두께는 접착액의 전이율과 미세 균일한 도포특성 발현 등 미세적층 가공조건에 부합되도록 바람직하게는 3~15㎛ 범위로 실시될 수 있다.
또한, 상기 이중 백시트와 내후성 페트필름으로 구성되는 삼중 백시트 형성 시 고내후성 접착제의 도포 두께는 바람직하게는 3~15㎛ 범위로 실시된다.
왜냐하면, 상기 고내후성 접착제의 도포두께가 3㎛ 미만인 경우 코팅 전이율이 나빠지며, 또한 접착력증대효과도 미미해 댐프 히트 시험(85/85test)기준 1,000hrs(field에서의 10년 내후성)이상의 보증(박리현상 없음)이 어려우며, 고내후성 접착제의 도포두께가 15㎛를 초과할 때는 접착력 증대 효과에 따른 장기간 내후성 보증이 충분하지만 경제적 측면에서 경쟁력이 떨어지며, 필요이상의 코팅두께로 인해 미세균일한 도포특성이 발현되지 않으며 이로 인해 건조특성 및 라미네이팅 품질의 저하로 핀홀 현상의 증대 등 미세적층 가공품질이 나빠지는 문제점이 있기 때문이다.
아울러, 삼중 백시트의 한쪽 면에 도포되는 고내습열성 이접착제의 도포두께는 이접착액의 전이율 및 미세균일한 도포특성 발현에 부합되도록 바람직하게는 2~7㎛ 범위로 실시된다.
만약, 상기 고내습열성 이접착제의 도포 두께가 2㎛ 미만인 경우 코팅전이율이 나빠지며, 또한 접착력증대효과도 미미해 댐프 히트 시험(85/85test)기준 1,000hrs(field에서의 10년 내후성)이상의 보증(박리현상 없음)이 어려우며, 고내습열성 이접착제의 도포 두께가 7㎛를 초과하는 경우에는 접착력 증대 효과에 따른 장기간 내후성 보증은 충분하지만 경제적 측면에서 경쟁력이 떨어지며, 필요 이상의 코팅두께로 인해 미세균일 도포특성이 발현되지 않으며, 이로 인해 건조특성 및 라미네이팅 품질의 저하로 핀홀 현상의 증대 및 백시트 권취 시 블로킹현상이 발생할 수 있는 문제점이 있기 때문에 상기 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 제1급지로서 절연성 페트필름 및 제2급지로서 내후성 페트필름의 원단 폭은 바람직하게는 300~1500㎜, 더욱 바람직하게는 500~1200㎜, 가장 바람직하게는 900~1100㎜ 이다.
왜냐하면, 상기 절연성 페트필름 및 내후성 페트필름의 원단 폭이 300mm 미만인 경우에 백시트제조의 생산성이 떨어지며, 기능적으로도 태양전지모듈 적용범위가 제한적인 문제점이 있고, 절연성 페트필름 및 내후성 페트필름의 원단 폭이 1500mm를 초과하는 경우에는 태양전지모듈의 제조시 손실량이 너무 많이 발생할 뿐아니라 모듈의 설치시 취급이 어려운 문제점이 발생하기 때문이다.
상기 백시트 제조방법(제1공정 내지 제3공정) 중 각 공정의 제3단계는 절연성 페트필름 또는 절연성 페트필름과 내후성 페트필름이 합지된 이중 백시트, 또는 상기 이중 백시트와 내자외선성 고반사능 올레핀 필름이 합지된 삼중 백시트에 대해 고내후성 접착제 또는 고내습열성 이접착제를 도포시킨 후 최적의 온도커브조건을 유지하면서 연속적으로 배열된 다수의 열풍건조챔버부로 통과시키는 단계로, 표 2에 나타낸 바와 같이 제1공정 및 제2공정의 경우 최적의 온도커브조건으로 제1챔버는 35 ~ 65℃, 제2챔버는 50 ~ 75℃, 제3챔버는 70 ~ 100℃, 제4챔버는 50 ~ 80℃ 온도범위를 설정하여 운용하고, 또한 제3공정에서는 제1챔버는 70 ~ 100℃, 제2챔버는 90 ~ 125℃, 제3챔버는 100 ~ 135℃, 제4챔버는 80 ~ 110℃ 온도범위를 설정하여 운용함으로써, 미세기포 및 주름형성을 배제할 수 있고, 우수한 평활도와 더불어 향상되고 견고한 부착력을 확보할 수 있다.
만약, 연속적으로 배열되어 있는 각 건조챔버의 설정온도 범위를 벗어나게 되면, 건조품질, 라미네이팅품질 등의 저하와 맞물려 다량의 미세기포 발생, 코팅표면의 주름형성 및 평활도가 나빠지게 되며, 결국에는 부분적인 접착력 불량이 발생하여, 장기간의 고내후성 저하 및 국부적인 박리현상이 나타날 가능성이 높아지기 때문에 각 챔버의 온도커브조건을 상기 범위로 최적화하는 것이 바람직하다.
상기 제1공정 내지 제3공정에서 각 공정의 제6단계는 절연성 또는 내후성 페트필름 또는 내자외선성 올레핀계 필름들을 제1급지 또는 제2급지로서 라미네이팅부로 진행시키며 적절하게 가열 및 압착하여 합지시키는 단계로서, 접착제 도포두께에 따른 우수한 라미네이팅 특성을 발현시키고, 미세기포 및 주름 발생을 방지하기 위해 라미네이팅부의 공정 운용이 실시되며, 표 2에 나타낸 바와 같이 가압 롤러에 의해 가해지는 상기 기재필름 간 합지 선압력은 상기 이중 백시트 제조의 경우 5 ~ 12kg/cm 이고, 상기 삼중 백시트 제조의 경우 이중 백시트와 내후성 페트필름 간의 합지 선압력은 10 ~ 17kg/cm 이고, 상기 이중 백시트와 상기 올레핀계필름간의 합지 선압력은 8 ~ 14kg/cm이다.
여기서, 가압롤러의 선압력이 5 kg/cm 미만인 경우, 백시트 구성 층간 불충분한 접합력으로 라미네이팅 품질저하 및 미세기포 증가와 견고한 부착력 확보가 어려워지며, 가압롤러의 선압력이 17 kg/cm을 초과하는 경우, 과도한 압착으로 인해 주름현상 및 불균일한 라미네이팅 특성의 발생가능성이 커져 국부적인 부착력 불량 및 박리현상이 발생하는 문제점이 있기 때문에 상기 가압롤러의 선압력은 5~17 kg/cm를 만족하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 가열 및 압착하여 합지시키는 단계에서, 표 2에 나타낸 바와 같이 라미네이팅부에서 합지 가열 온도는 상부롤러의 경우에 바람직하게는 75 ~ 100℃ 이고, 하부롤러의 경우에 바람직하게는 50 ~ 90℃이다.
상기 라미네이팅부에서 접착제 도포두께 및 백시트 구성 층수에 따른 적절한 합지 가온으로 압착하여 합지시킴으로써 우수한 라미네이팅 특성을 발현할 수 있으며, 상부 또는 하부 가압롤러의 합지가열온도가 75℃ 또는 50℃ 미만인 경우, 백시트 구성 층 및 접착층 소재에 충분한 열전달이 이루어지지 않아 접착제의 불충분한 경화 정도 및 라미네이팅 품질의 불균일성으로 균일하고 견고한 부착력 확보가 어려워지며, 상부 또는 하부 가압롤러의 합지가열온도가 100℃ 또는 90 ℃를 초과하는 경우, 과도한 열압착으로 인해 미세기포 증가와 주름현상 발생 빈도가 커지며, 이에 따라 라미네이팅 품질저하를 초래하는 문제점이 있기 때문에 상기 합지가열온도범위가 최적이다.
상기 제1공정 내지 제3공정 각각의 제7단계는 상기 합지된 이중 백시트 또는 삼중 백시트 또는 이접착제가 도포건조된 삼중 백시트에 대해 상기 권취기로 권취하여 숙성시키는 단계로서, 상온에서 1 ~ 2일 보관한 후, 바람직하게는 40 ~ 65℃, 더욱 바람직하게는 50 ~ 57℃ 구간에서 5 ~ 7일 보관하는 항온 경화조건의 스텝 에이징 방식으로 숙성시킨다.
상기 백시트를 숙성시키는 단계는 보다 견고한 접착성능 및 우수한 가공품질을 확보하기 위한 것으로서, 상온에서의 숙성기간이 짧은 경우 백시트 기재필름의 원상회복시간이 부족하여 표면불량이나 미세 핀홀 개선이 어려워질 수 있고, 상온 숙성기간이 너무 긴 경우에는 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 상기 고온 항온조건 범위에 따라 숙성기간이 달라질 수 있으며, 고온 항온 경화 조건에서 백시트의 숙성 온도가 40℃ 미만인 경우에 충분한 경화 진행이 어려워 추가적인 접착력 증대효과를 기대하기 어려울 뿐 만아니라 미세 핀홀 현상의 개선도 어렵게 되며, 숙성 온도가 65℃를 초과하는 경우에는 숙성시간이 더 짧아야 하기도 하지만, 상대적으로 급속한 경화진행으로 균일한 접착력 증대효과의 충분한 발현에 저해요인이 될 뿐 만아니라, 미세 핀홀 개선에도 도움이 안되며, 또한 고온 항온 조건에서의 숙성기간은 생산성을 고려할 때 5~7일이 적합하다.
이러한 단계를 통해 보다 견고한 접착성능이 발현되어 상기 페트필름과 페트필름, 페트필름과 올레핀계필름 사이에 우수한 층간 박리강도 및 상기 숙성 제조된 백시트와 EVA 등 모듈 봉지재와의 접합력이 최대로 증진되어 쉽게 박리되지 않는다.
이어서 상기 태양전지 모듈용 백시트는 태양전지 보호용 필름으로서, 미세적층 가공방법으로 진행되는 전체 공정구간에 대하여 최적의 텐션제어 조건을 설정하여 운용할 필요성이 있으며, 이에 따라 백시트를 구성하는 페트필름 등 기재 필름 상호간에 층 분리의 발생(터널현상 등)을 방지하고, 기재들 간의 견고한 접착성능을 발현시켜, 전기절연성, 내후성, 내습성, 자외선 차단성 등 태양전지 모듈용 백시트의 주요한 특성들을 추가적으로 충족시킬 수 있다.
표 1는 전체 공정 구간에서 최적의 텐션제어 조건을 나타낸다.
표 1에 보인 바와 같이 실시예에 따라 다소 달라지나 본 발명에 따른 이중 또는 삼중 백시트의 구성에 한정되는 경우 상기 제1권출기로부터 권출 시 제1급지인 기재필름의 텐션은 15 ~ 18kgf/㎠, 상기 제2권출기로부터 권출 시 제2급지인 기재필름의 텐션은 10 ~ 21kgf/㎠, 상기 열풍건조챔버부 출구에서 건조되어 나오는 기재필름의 텐션은 20 ~ 23kgf/㎠, 상기 권취기로 권취되는 합지필름의 텐션은 15 ~ 27kgf/㎠ 범위로 설정하는 것이 바람직하다.
전체 공정 중 각 유닛(UNIT)에 설정되는 텐션 제어범위는 PET 베이스 백시트 제조시 기재필름들 간의 견고한 접착성능을 발현시키며, 공정간 상호유기적으로 작용하고 그 범위를 설정함으로써 제조되는 백시트의 우수한 미세 적층 가공품질을 유지되도록 하기 위함이며, 공정별 각 유닛에 설정되는 텐션 범위의 하한치 미만으로 설정되는 경우에, 코팅부의 도막 특성 저하, 건조부의 평활특성 저하, 라미네이팅부의 주름형성 증대 등의 가공불량이 나타나게 되며, 각 텐션 범위의 상한치를 초과하여 설정되는 경우에, 기재필름 및 접착제층 등 백시트 구성소재 간의 적층불량에 따른 부착력 감소 및 권출과 권취시 공정 트러블 발생으로 가공품질에 이상 현상을 초래하는 문제점이 있다.
이와 같은 각 공정구간별 적절한 텐션 제어를 통해 기재필름 간 적층 표면의 핀홀, 주름제거 및 균일한 평활도 향상과 층간 접착력 증대의 효과를 확보할 수 있다.
이하, 본 발명의 제1 및 제2실시예를 도 1을 참조하여 더욱 상세하게 설명하겠으나, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예
결정질 실리콘 및 박막형 태양전지 모듈용으로 공급되는 백시트에 대하여 본 발명에 따른 백시트 제조방법을 적용하였고, 본 발명의 백시트 제조방법에 사용되는 태양전지 모듈용 백시트의 기재들의 적층 구성은 표 2와 같다.
전술한 본 발명에 따른 백시트 제조방법을 이용하여 표 2의 실시예 1 및 실시예 2와 같이 구성된 백시트를 상기 표 1에 따른 세부 공정조건에 따라 저렴하게 제조할 수 있다.
그리고, 상기한 표 2와 같이 구성된 백시트를 표 1의 세부 공정조건에 따라 본 발명에 따른 백시트 제조방법을 실시하여 최종적으로 만들어진 결정질 실리콘 및 박막형 태양전지 모듈용 고성능 백시트의 물성분석 결과를 나타내면 다음 표 3과 같다.
표 3에 나타낸 바와 같이 실시예 1 및 실시예 2에 따른 이중 백시트 또는 삼중 백시트는 인장강도가 325 N/10mm 이상, 신율이 125% 이상, 수증기 차단성이 1.2 g/㎡?day 이하, 층간 박리강도가 5.5 N/10mm 이상, 모듈봉지재 접합강도가 45 N/10mm 이상, 절연파괴전압이 20 kV 이상 이며, 이는 비교예(종래 기술에 따른 듀퐁의 Tedlar필름이 기재필름으로 사용된 TPT 또는 TPE 타입의 시판중인 백시트)와 비교하면 절연성, 내후성, 내습성, 자외선 차단성 등 동등 이상의 물성 및 성능을 구현할 뿐만 아니라 태양전지 모듈의 봉지재에 대한 접합력을 증진시킨다.
Claims (17)
- 삭제
- 태양전지 모듈용 백시트에 있어서,
삼중으로 적층되는 제1 내지 제3기재층; 및
상기 기재층 사이에 도포되어 기재층을 접착시키는 고내후성 접착제;
로 구성되고, 상기 제1 및 제3기재층은 내후성 페트필름이고, 제2기재층은 절연성 페트필름이며,
태양전지모듈의 셀 측에 위치한 제3기재층의 이면에 도포되어 제3기재층을 태양전지모듈의 봉지재와 견고하게 접합되도록 고내습열성 접착제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 백시트.
- 태양전지 모듈용 백시트에 있어서,
삼중으로 적층되는 제1 내지 제3기재층; 및
상기 기재층 사이에 도포되어 기재층을 접착시키는 고내후성 접착제;
로 구성되고, 상기 제1기재층은 내후성 페트필름이고, 제2기재층은 절연성 페트필름이고, 상기 제3기재층은 내자외선성 폴리올레핀계 필름인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 백시트.
- 삭제
- 절연성 페트필름과 내후성 페트필름을 고내후성 접착제의 도공을 통해 이중으로 적층하여 이중 백시트를 제조하는 제1공정; 및
상기 제1공정에서 제조된 이중 백시트를 숙성시킨 후 상기 이중 백시트의 한쪽 면에 또 다른 내후성 페트필름을 적층하여 삼중 백시트를 제조하는 제2공정;
를 포함하여 이루어지며,
상기 제2공정에서 제조된 삼중 백시트를 숙성시킨 후 태양전지모듈의 봉지재와 접착가능하게 삼중 백시트의 일측면에 고내습열성 이접착제를 도포하거나, 상기 제1공정에서 제조된 이중 백시트를 숙성시킨 후 상기 이중 백시트의 한쪽 면에 내자외선성 폴리올레핀계 필름을 적층하여 삼중 백시트를 제조하는 제3공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 백시트의 제조방법.
- 청구항 5에 있어서,
상기 절연성 페트필름은 -70~150℃ 범위에서 우수한 열안정성, 높은 절연파괴전압을 가지는 전기절연성을 강화시킨 백시트 전용 폴리에스테르계 필름이고, 30~300㎛ 필름 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 백시트의 제조방법.
- 청구항 5에 있어서,
상기 내후성 페트필름은 내가수분해성, UV안정성 등 내후성을 강화시킨 폴리에스테르계 필름이고, 25~100μm 필름 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 백시트의 제조방법.
- 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
상기 절연성 페트필름 및 내후성 페트필름은 300 ~ 1,500mm 원단 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 백시트의 제조방법.
- 청구항 5에 있어서,
상기 제1공정 내지 제3공정에서 각 공정의 준비단계는 고내후성 접착제를 배합하여 조액하는 단계를 포함하고, 상기 고내후성 접착제의 고형분 함량은 10 ~ 50중량% 인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 백시트의 제조방법.
- 청구항 5에 있어서,
상기 제3공정의 준비단계는 고내습열성 이접착제를 배합하여 조액하는 단계를 포함하고, 상기 고내습열성 이접착제의 고형분 함량은 15 ~ 60중량% 인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 백시트의 제조방법.
- 청구항 5 또는 청구항 10에 있어서,
상기 제1공정 내지 제3공정에서 각 공정의 제2단계는 고내후성 접착제를 3 ~ 15㎛ 두께로 도포하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 백시트의 제조방법.
- 청구항 5에 있어서,
상기 제3공정의 제2단계는 고내습열성 이접착제를 2 ~ 7㎛ 두께로 도포하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 백시트의 제조방법.
- 청구항 5에 있어서,
상기 제1공정 내지 제3공정에서 각 공정의 제3단계는 이중 백시트 또는 삼중 백시트를 다수의 열풍 건조챔버부에 순차적으로 통과시키는 단계이고, 상기 제1공정 내지 제2공정의 경우 제1챔버는 35 ~ 65℃, 제2챔버는 50 ~ 75℃, 제3챔버는 70 ~ 100℃, 제4챔버는 50 ~ 80℃ 및, 제3공정에서는 제1챔버는 70 ~ 100℃, 제2챔버는 90 ~ 125℃, 제3챔버는 100 ~ 135℃, 제4챔버는 80 ~ 110℃ 온도범위의 온도커브 특성을 갖는 건조방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 백시트의 제조방법.
- 청구항 5에 있어서,
상기 제1공정 내지 제3공정에서 각각의 제6단계는 제1급지 및 제2급지에 대해 가열압착하여 합지시키는 단계이고, 가압 롤러가 5 ~ 17kg/cm의 합지 선압력으로 가압하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 백시트의 제조방법.
- 청구항 14에 있어서,
상기 제1공정 내지 제3공정의 각 공정 중 가열 압착으로 합지시키는 단계에서 라미네이팅부의 합지가열은 상부롤러에서 75 ~ 100℃, 하부롤러에서 50 ~ 90℃의 온도범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 백시트의 제조방법.
- 청구항 5에 있어서,
상기 제1공정 내지 제3공정에서 각 공정 중 제5단계는 백시트를 숙성시키는 단계로 상온에서 1 ~ 2일, 40 ~ 65℃에서 5 ~ 7일 보관하는 항온 경화조건으로 수행되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 백시트의 제조방법.
- 청구항 5에 있어서,
상기 제1공정 내지 제3공정에서 텐션이 제1권출기로부터 권출되는 기재필름에 대해서는 15 ~ 18kgf/㎠, 제2권출기로부터 권출되는 기재필름에 대해서는 10 ~ 21kgf/㎠, 열풍건조챔버부 출구에서의 기재필름에 대해서는 20 ~ 23kgf/㎠, 권취기로 권취되는 합지필름에 대해서는 15 ~ 27kgf/㎠ 범위로 조절되어 수행되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 백시트의 제조방법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN105489704A (zh) * | 2015-12-23 | 2016-04-13 | 英利集团有限公司 | 一种背接触光伏组件的制备方法 |
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2011
- 2011-07-28 KR KR1020110075454A patent/KR101089602B1/ko not_active IP Right Cessation
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