KR101183390B1 - 태양전지용 봉지재 시트 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 기능성 부여를 위한 첨가제와 에틸렌비닐아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate; EVA)를 배합하여 시트의 형상으로 제조한 후 그 표면에 외부 충격흡수를 위한 각종 형상을 형성한 태양전지용 봉지재 시트 및 이를 이용한 태양전지 모듈에 관한 것으로, 상기한 본 발명의 태양전지용 봉지재 시트는 가운데가 원통이고 그 밑면과 윗면이 반구로 이루어진 입체형태의 것을 수직방향으로 반으로 자른 형상을 가지는 오목부가 서로 교차된 형태로 봉지재 시트의 일면 혹은 양면에 형성되어 이루어진 것임을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 태양전지용 봉지재 시트는 시트의 일면 혹은 양면에 상기 특정한 형상의 오목부가 서로 연결된 형태로 존재하여 태양전지 모듈 제작을 위한 표면유리, 봉지재, 태양전지 셀, 봉지재, 후면 보호 필름의 합지과정에서 탈기 과정이 용이하고 기포의 발생을 억제하며 또한 압력분산 효과를 통해 가압에 의한 셀의 손상을 방지할 수 있게 한다.

Description

태양전지용 봉지재 시트 및 그 제조방법{Encapsulation sheet for a solarcell module and preparing process thereof}

본 발명은 태양광 발전을 위한 태양전지 모듈을 제작할 때 태양전지 셀의 보호 및 봉지를 위해 사용되는 태양전지용 봉지재 시트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 각종 기능성 부여를 위한 첨가제와 에틸렌비닐아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate; EVA)를 배합하여 시트의 형상으로 제조한 후 그 표면에 외부 충격흡수를 위한 각종 형상을 형성한 태양전지용 봉지재 시트 및 그 제조방법과 이를 이용한 태양전지 모듈에 관한 것이다.

종래의 에너지원은 그 사용량에 있어 한계가 존재하고, 이산화탄소 및 각종 유해 가스를 발생시켜 환경문제를 야기하는 문제점이 있다. 최근 들어 이러한 에너지 자원의 고갈 위기 극복 및 지구온난화 등의 환경 문제를 극복하기 위해 각종 신재생 에너지들이 주목받고 있으며, 그 중 태양 에너지를 이용한 태양광 발전은 무공해, 무소음, 무한 공급 에너지라는 이유로, 급격한 성장세를 보이고 있다. 이러한 태양광 발전의 대표로서, 결정 및 비결정 실리콘 태양전지 등의 반도체를 사용한 태양전지를 들 수 있다.

이러한 태양전지에 있어서 태양전지모듈은 광전효과를 이용하여 빛 에너지를 전기에너지로 변환시키는 반도체 소자로서, 태양전지의 이용에 있어 핵심적인 소재인데, 일반적으로 이러한 태양전지는 그 자체만으로는 사용할 수 없으며, 외부의 충격 및 오염으로부터 보호하기 위하여 모듈화 과정을 거친다. 일반적인 태양전지 모듈의 경우 표면 측 유리기판과 이면 측 보호 부재인 후면 보호 필름 사이에 봉지재 시트 2매가 태양전지 셀을 감싸고 있는 구성으로 이루어져 있다. 이와 같은 태양전지 모듈은 유리기판, 봉지재 시트, 태양전지 셀, 봉지재 시트, 후면 보호 필름을 순서대로 적층하고, 가열ㆍ가압에 의해 봉지재 시트가 완전히 용융되어 고분자의 충분한 이동성이 확보된 상태에서 상하 방향에서 가압 및 탈기공정을 거쳐 제조된다.

일반적으로 태양전지 모듈용 봉지재 시트로는 각종 요구 조건을 만족시키기 위해서 첨가제와 고분자를 배합한 후 제조된 시트로 이루어지는데, 상기 여러 가지 고분자 중에서도 특히 에틸렌 바이닐 아세테이트(EVA)가 흔히 사용된다.

이러한 태양전지용 봉지재 시트에 대해서는, 예를 들어 대한민국 등록특허 제0928441호는 앞에서 기술한 바와 같이 EVA 공중합체에 유기과산화물과 가교조제, 자외선 흡수제, 산화방지제와 함께 접착성을 위하여 실란화합물과 같은 접착보조제를 첨가하여 형성된 봉지재 시트를 개시하고 있다. 하지만, 상기한 특허발명은 태양전지 모듈용 봉지재를 사용하는데 있어 태양전지 모듈제작에 몇몇 문제를 일으키고 있어 이에 대한 개선이 요구되고 있는데, 구체적으로는 모듈제작을 위해 표면 유리, 봉지재, 셀, 봉지재, 후면보호필름의 적층 후 가압과정에서 압력으로 인해 셀이 손상되거나 탈기 과정에서 태양전지 모듈 내에 기포가 완전히 제거되지 못하는 문제점들이 발생하고 있었으며, 이러한 문제점을 개선하기 위해 일본 특허공개공보 제2000-183388호는 엠보싱 가공에 의해 요철 면이 연속적으로 형성이 되어 있고, 요철 면의 깊이는 14 내지 50μm 정도로 되어 있는 태양전지 모듈용 봉지재를 개시하고 있으나 모듈제작과정에서 발생되는 태양전지의 손상 및 발생한 기포를 제거하는데 충분치 않아 더욱 개선된 봉지재 시트가 요구되고 있는 실정이다.

특허문헌 1: 대한민국 등록특허 제0928441호 특허문헌 2: 일본 특허공개공보 제2000-183388호

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 기술적인 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 주요 목적은 상기한 종래의 태양전지용 봉지재 시트의 제조에 있어, 태양전지 모듈제작과정에서 발생되는 태양전지의 파손 및 기포의 발생을 현저히 감소시키고, 보관 및 사용과정에서 시트의 점착성을 현저히 감소시킨 태양전지 모듈용 봉지재 시트를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 우수한 특성을 갖는 태양전지용 봉지재 시트를 사용한 태양전지 모듈을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 또한 상기한 명확한 목적 이외에 본 명세서의 전반적인 기술로부터 이 분야의 통상인에 의해 용이하게 도출될 수 있는 다른 목적을 달성함을 그 목적으로 할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양전지용 봉지재 시트는;

가운데가 원통이고 그 밑면과 윗면이 반구로 이루어진 입체형태의 것을 수직방향으로 반으로 자른 형상을 가지는 오목부가 서로 교차된 형태로 봉지재 시트의 일면 혹은 양면에 형성되어 이루어진 것임을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 구성에 따르면, 상기 오목부는 원통부분의 높이(2b)는 0 내지 2000μm이고, 그 상부 및 하부에 각각 접해 있는 반구의 반지름(r)은 50 내지 400μm인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 오목부들은 이들의 중심점이 육각밀집 배열의 형태를 가지며, d1은 b+r < d1 < 2b+2r (여기서, 2b는 원통부분의 높이이고, r은 반구의 반지름이고, d1은 원통형 길이 부분을 마주하고 있는 오목부 패턴의 중심부끼리의 거리이고, d2는 반구 부분을 마주하고 있는 오목부 패턴의 중심부끼리의 거리임)의 범위를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 오목부는 이들의 중심점이 육각밀집 배열의 형태를 가지며, d2는 r < d2 < 4r (여기서, r은 반구의 반지름이고, d2는 반구 부분을 마주하고 있는 오목부 패턴의 중심부끼리의 거리임)의 범위를 가지는 것을 특징으로 한다. 가장 바람직하게는 상기 d2의 범위는 2r < d2 < 3r의 범위를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 오목부는 그 일부분이 서로서로 겹치는 배치를 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양전지용 봉지재 시트를 포함하는 태양전지 모듈은;

가운데가 원통이고 그 밑면과 윗면이 반구로 이루어진 입체형태의 것을 수직방향으로 반으로 자른 형상을 가지는 오목부가 서로 교차된 형태로 봉지재 시트의 일면 혹은 양면에 형성되어 이루어진 태양전지용 봉지재 시트를 포함하는 것임을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 태양전지용 봉지재 시트는 시트의 일면 혹은 양면에 상기 특정한 형상의 오목부가 서로 연결된 형태로 존재하여 태양전지 모듈 제작을 위한 표면유리, 봉지재, 태양전지 셀, 봉지재, 후면 보호 필름의 합지과정에서 탈기 과정이 용이하고 기포의 발생을 억제하며 또한 압력분산 효과를 통해 가압에 의한 셀의 손상을 방지할 수 있게 한다.

도 1은 본 발명에 따라 봉지재 시트의 일면 또는 양면에 형성되는 오목부 패턴의 평면 및 단면도이고,
도 2는 본 발명에 따라 봉지재 시트의 일면 또는 양면에 형성되는 오목부 패턴의 일부 연속하는 배열형태를 나타내는 평면도이다.

이하, 본 발명을 첨부도면을 참고로 하여 바람직한 실시형태에 의해 더욱 자세하게 설명하지만, 이는 본 발명의 설명을 위한 것으로 본 발명의 범위를 이들 실시형태에 제한하기 위한 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따라 봉지재 시트의 일면 또는 양면에 형성되는 오목부 패턴의 평면 및 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따라 봉지재 시트의 일면 또는 양면에 형성되는 오목부 패턴의 일부 연속하는 배열형태를 나타내는 평면도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 도 1의 평면 및 단면도와 같이 가운데가 원통이고 그 밑면과 윗면이 반구로 이루어진 입체형태의 것을 수직방향으로 반으로 자른 형상을 가지는 오목부가 서로 교차된 형태로 봉지재 시트의 일면 혹은 양면에 형성되어 이루어진 태양전지 모듈용 봉지재 시트를 제공한다. 이때, 바람직하기로는 상기 오목부의 원통 부분의 길이(2b)는 0 내지 2000μm이고, 위와 아랫부분에 접해 있는 반구의 반지름(r)은 50 내지 400μm이다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 오목부는 오목부의 중심점이 도 2와 같이 배치되는 육각밀집 배열의 형태를 가지며, d1은 b+r < d1 <2(b+r)의 범위를 가지며, d2는 2r < d2 < 4r, 더욱 바람직하게는 2r < d2 < 3r의 범위를 가지면서 일부분이 서로서로 겹치는 배치를 가질 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 오목부는 봉지재 시트를 형성하는 도중 혹은 형성된 후 상기의 오목부를 시트의 일면 혹은 양면에 형성하여 그 기능성을 부여한다. 상기 오목부는 도 1에 표시된 2b 및 r의 길이에 따라 그 기능성이 영향을 받는다. 본 발명에 따르면 상기 2b는 2000μm 이내의 범위를 가지며, 바람직하게는 300 내지 1500μm의 범위를 가지는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한 r의 경우는 50 내지 400μm의 범위를 가지며, 바람직하게는 50 내지 300μm의 범위를 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 상기 오목부는 도 2에 도시된 바와 같이 육각밀집 형태의 배열로 시트의 표면에 형성되어 지며, 이때, 배열의 패턴은 d1과 d2에 의해 결정된다. 이때 d1과 d2는 각각 (b+r) < d1 < 2(b+r) 및 2r < d2 < 3r의 조건을 만족시키면서 인접한 서로 다른 두 개의 오목부들이 겹치는 형태를 유지하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 본 발명의 봉지재 시트는 EVA 공중합체를 기본적으로 사용하나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 EVA 공중합체는 투명성, 유연성, 유기 과산화물과의 함침성, 모듈 제작시 사용되는 표면 유리 및 후면 보호 필름과의 접착성 등을 고려할 때 공중합체 중 비닐아세테이트의 함량이 20 내지 40 중량%인 것을 사용하는 것이 가장 바람직하며, 여기에 부가하여, 시트의 작업공정성 등을 고려하면 더욱 바람직하게는 25 내지 35 중량%인 것을 사용하는 것이다. 이때, 사용되는 EVA 공중합체는 190℃, 2160kg의 하중에서의 멜트 플로우 레이트가 1.0 내지 50g/10분인 것이 바람직하다.

위와 같이 준비된 EVA 공중합체와 아래에 기술된 각종 첨가제를 혼합한 후, T-다이(die) 압출 방식 혹은 칼렌더(Calendar) 방식을 이용하여 시트화한다.

본 발명의 봉지재 시트에 사용되는 유기 과산화물은 2,2-디(t-부틸퍼옥시)부탄, t-부틸-퍼옥시 아이소프로필벤젠, 1,1-디-(t-아밀퍼옥시)사이클로헥산, t-부틸 퍼옥시-2-에틸헥실 카보네이트, t-아밀(2-에틸헥실)모노퍼옥시 카르보네이트, t-부틸퍼옥시 아세테이트, t-아밀퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, 2,5-디메틸-2,5-비스(t-부틸퍼옥시)헥산, t-부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트 중에서 선택되는 1종 혹은 2종을 사용한다.

상기 과산화물의 사용량은 EVA 공중합체 100 중량부에 대하여 0.1 내지 3 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 태양광 발전 모듈용 봉지재 시트는 상기한 바와 같이 필요에 따라 기타 각종 첨가제를 첨가할 수 있는데, 본 발명에 따라 첨가될 수 있는 상기 각종 첨가제로는, 여기에 한정되는 것은 아니지만, 가교조제 및 내구성, 접착성, 및 내후성 부여를 위한 접착보조제인 실란 커플링제, 광안정제, 자외선흡수제, 산화방지제 등을 들 수 있다.

상기 접착 보조제로 사용될 수 있는 실란 커플링제로는 비닐기, 아크릴록시기, 메타아크릴록시기와 같은 불포화기, 아미노기, 에폭시기 등과 함께, 알콕시기와 같은 가수 분해 가능한 기를 갖는 화합물을 들 수 있다. 실란 커플링제로서 구체적으로는 비닐트리에톡시실록산, 비닐트리메톡시실록산, γ-메타아크릴록시프로필트리에톡시실록산 등을 예시할 수 있다. 실란 커플링제는 EVA 공중합체 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부 정도 첨가하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 EVA 공중합체의 겔 분율을 향상시키고, 내구성을 향상시키기 위해 가교조제를 첨가할 수 있으며, 이 목적으로 제공되는 가교조제는 트리알릴 아이소시아누레이트, 트리 알릴 아이소시아네이트 등을 들 수 있다.

본 발명의 봉지재 시트는 상기와 같이 EVA 공중합체와 각종 첨가제를 배합하여 T-다이 압출 방식 혹은 칼렌더 방식을 이용하여 200 내지 800μm 두께로 가공한 후 태양전지 모듈 제작시의 공정성을 위한 엠보싱 가공을 통해 제조할 수 있다.

본 발명의 태양광 발전 모듈용 봉지재 시트를 이용한 태양전지 모듈은 표면 유리, 봉지재 시트, 태양전지 셀, 봉지재 시트, 후면 보호 필름의 순으로 적층 후, 일정한 규칙에 따라 진공 라미네이터로 100 내지 150℃의 온도, 탈기시간 4 내지 15분, 가압 0.5 내지 1기압, 가압시간 5 내지 60분으로 가열?가압하여 제조할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의해 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 범위를 이들 실시예에 한정하기 위한 것이 아님은 물론이다.

실시예 1

EVA 공중합체(초기 비닐아세테이트 함량 28중량%, 멜트 플로우 레이트 15g/10분) 100 중량부에 대해, 5-디메틸-2,5-비스(t-부틸퍼옥시)헥산(알케마사제, 루페록스 101) 0.5 중량부, 가교조제로 트리알릴 아이소시아누레이트(일본화성제, TAIC) 1.0 중량부, UV 흡수제로 2-하이드록시-4-옥틸록시벤조피논(스미토모화학사제, sumisorb 130) 0.2 중량부를 상온에서 1시간 배합하여 하루간 방치한 후, 직경 104mm 트윈 압출기로 110℃ 미만의 온도로 압출하여 500μm의 시트를 제조하였다. 제조된 필름에 도 1의 오목부 패턴을 형성하였으며, 이때 2b와 r은 각각 1200과 300μm의 수준으로 형성되었다. 이때 오목부의 배열은 d1과 d2가 각각 1.7(b+r)과 2.5r의 값을 가지도록 하였다.

실시예 2

2b와 r을 600과 300μm로 한 오목부를 형성하는 것 외에는 실시예 1과 같이하여 시트를 제조하였다.

실시예 3

2b와 r을 1200과 150μm로 한 오목부를 형성하는 것 외에는 실시예 1과 같이하여 시트를 제조하였다.

실시예 4

d1과 d2가 1.5(b+r)과 2.5r로 하여 오목부를 형성하는 것 외에는 실시예 1과 같이하여 시트를 제조하였다.

실시예 5

d1과 d2가 1.7(b+r)과 2.8r로 하여 오목부를 형성하는 것 외에는 실시예 1과 같이하여 시트를 제조하였다.

비교예 1

d1과 d2가 2b+3r과 3r로 하여 오목부를 형성하는 것 외에는 실시예 1과 같이하여 시트를 제조하였다.

비교예 2

표면에 오목부를 형성하지 않고 평면으로 하는 것 외에는 실시예 1과 같이하여 시트를 제조하였다.

실험예

상기 각 실시예 및 비교예에서 제조된 시트를 태양전지용 표면 유리로 사용되는 저철분 강화 유리, 봉지재 시트, 태양전지 셀, 봉지재 시트, 저철분 강화 유리 순으로 적층 후 150℃, 20분간 진공 라미네이터를 이용하여 용융 합착하여 각 경우별로 30개의 합지체를 준비하였다. 합지가 완료된 후 육안으로 기포 발생 및 셀의 손상에 의한 불량 개수를 확인하여 비교하여 그 결과를 다음 표 1에 나타냈다.

	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	비교예1	비교예2
기포발생불량	0	0	2	1	1	10	18
셀손상불량	0	0	0	1	0	0	3

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 서로 연결된 형태의 오목부 패턴을 가진 봉지재의 경우 기포 발생 불량을 현저히 줄일 수 있으며, 셀의 손상 또한 거의 발생하지 않았다. 같은 형상의 오목부를 가지지만 서로 연결되지 않고 떨어져 있는 봉지재의 경우 셀의 손상은 없었지만, 탈기능력의 부족으로 기포발생 불량이 실시예들에 비해 급격히 늘어남을 확인할 수 있다. 평면의 봉지재는 기포발생 불량과 셀의 손상불량 모두 나빠지는 결과를 보였다.

2b : 오목부 중 원통형 부분의 길이
r : 오목부 부분중 반구 부분의 반지름
d1 : 원통형 길이 부분을 마주하고 있는 오목부 패턴의 중심부끼리의 거리
d2 : 반구 부분을 마주하고 있는 오목부 패턴의 중심부끼리의 거리

Claims (6)

1. 가운데가 원통이고 그 밑면과 윗면이 반구로 이루어진 입체형태의 것을 수직방향으로 반으로 자른 형상을 가지는 오목부가 서로 교차된 형태로 봉지재 시트의 일면 혹은 양면에 형성되어 이루어지고, 여기서 상기 오목부는 원통부분의 높이(2b)는 10 내지 2000μm이고, 그 상부 및 하부에 각각 접해 있는 반구의 반지름(r)은 50 내지 400μm로 됨을 특징으로 하는 태양전지용 봉지재 시트.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 오목부들은 이들의 중심점이 육각밀집 배열의 형태를 가지며, d1은 b+r < d1 < 2b+2r (여기서, 2b는 원통부분의 높이이고, r은 반구의 반지름이고, d1은 원통형 길이 부분을 마주하고 있는 오목부 패턴의 중심부끼리의 거리이고, d2는 반구 부분을 마주하고 있는 오목부 패턴의 중심부끼리의 거리임)의 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지용 봉지재 시트.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 오목부는 이들의 중심점이 육각밀집 배열의 형태를 가지며, d2는 r < d2 < 4r (여기서, r은 반구의 반지름이고, d2는 반구 부분을 마주하고 있는 오목부 패턴의 중심부끼리의 거리임)의 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지용 봉지재 시트.
   
5. 제 1항에 있어서, 상기 오목부는 그 일부분이 서로서로 겹치는 배치를 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지용 봉지재 시트.
   
6. 가운데가 원통이고 그 밑면과 윗면이 반구로 이루어진 입체형태의 것을 수직방향으로 반으로 자른 형상을 가지는 오목부가 서로 교차된 형태로 봉지재 시트의 일면 혹은 양면에 형성되어 이루어지고, 여기서 상기 오목부는 원통부분의 높이(2b)는 10 내지 2000μm이고, 그 상부 및 하부에 각각 접해 있는 반구의 반지름(r)은 50 내지 400μm로 되는 태양전지용 봉지재 시트를 포함하는 것임을 특징으로 하는 태양전지 모듈.

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