KR101218900B1 - 태양 전지의 밀봉재용 시트 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

열 수축율이 매우 낮고 유연성이 크며, 태양전지 모듈의 제작 시 기포 배출 능력이 우수한 태양전지 밀봉재용 시트의 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 태양전지 밀봉재용 시트의 제조 방법은 (a) 올레핀계 수지를 주성분으로 하는 열접착성 수지를 마련하는 단계, (b) 상기 열접착성 수지를 분말화하여 산포하는 단계 및 (c) 상기 열접착성 수지 분말을 상기 수지 분말의 용융온도 이하에서 가열하여, 다수의 공극을 포함하는 시트를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

태양 전지의 밀봉재용 시트 및 그 제조 방법 {SHEET FOR SOLAR CELL SEALING AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 태양 전지의 밀봉재용 시트 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열수축율이 현저히 낮고 유연성이 우수하며, 제조 단계에서 기포 배출능력이 탁월한 태양전지의 밀봉재용 시트에 관한 것이다.
지구 환경 문제, 에너지 문제 등이 심각함을 더해가는 가운데, 깨끗하고 또한 고갈의 우려가 없는 에너지원으로서 태양전지가 각광 받고 있다. 태양전지를 건물의 지붕 부분 등의 옥외에서 사용하는 경우, 태양전지 모듈의 형태로 사용하는 것이 일반적이다.
이러한 태양전지는 도 1에 도시한 바와 같이, 글래스 또는 투명수지로 이루어진 표면측 보호 부재(1)의 표면에 열접착성 수지로 이루어진 밀봉재용 시트(4)를 올리고, 그 위에 다수의 태양전지 소자(3)를 올린다. 또한, 이들 태양전지 소자(3) 위에 마찬가지로 밀봉재용 시트(4)를 올리고, 그 위에 글래스 혹은 수지로 이루어진 이면측 보호 부재(2)를 올려 적층체를 구성한다.
상기와 같이 만들어진 적층체는 이를 가열하면서 두 개의 보호 부재(1, 2) 사이를 가압하고, 밀봉재용 시트(4, 4)를 용융하여 일체화된다. 또한, 도 2에서는 상기 밀봉재용 시트(4, 4)가 용융되어 다른 부재와 일체화되어 완성된 태양전지 모듈을 도시하며, 밀봉재용 시트(4, 4)가 일체화된 것을 밀봉재(4')로서 도시하고 있다.
그리고, 상기 밀봉재용 시트(4)에 사용하는 열접착성 수지 시트는 T 다이에 의한 압출 가공, 혹은 칼렌더 가공에 의해 성형된 것이 많았는데, 이와 같이 기계 방향으로 연장되어 형성된 열접착성 수지 시트는 모두 열수축율이 크다. 이 때문에, 이러한 열접착성 수지 시트를 밀봉재용 시트(4)에 사용하면, 상기와 같이 열 융착 시에 크게 수축되는데, 이러한 수축 시에 내부의 태양전지 소자(3)의 위치가 어긋나거나, 태양전지 소자(3)에 응력이 작용하여 태양전지 소자(3)를 파손시키는 경우가 있었다.
태양전지 밀봉재용 시트와 태양전지 소자 및 보호 부재를 적층하여 라미네이팅하는 과정에서 유해 가스가 포함되는 기포가 발생하게 된다. 이와 같이 발생되는 기포는 진공 공정을 통하여 제거할 수 있다. 이 때, 기존의 태양전지 밀봉재용 시트는 기포 배출을 위해 장시간 진공 공정을 수행하므로 태양전지 모듈의 제작 비용이 증가하는 문제점이 있었다.
또한, 태양전지 모듈에 기포가 제거 되지 못하고 남게 되면, 태양전지가 옥외에 장시간 노출된 상태에서 온도가 낮을 때는 기포가 수축되고, 온도가 높을 때는 기포가 팽창하게 되는데, 이러한 과정을 반복하면 태양전지 모듈 내에 균열이 발생하게 되고, 제품의 장기간 내구성 및 신뢰성에 악영향을 미치게 되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 기존의 압출 가공 등으로 제조되는 밀봉재용 시트와는 달리 열 수축률이 매우 적으면서 높은 유연성을 갖도록 하는 태양전지 밀봉재용 시트의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 열 수축율이 매우 작고 유연성이 높으며, 태양전지 모듈의 제작 시 발생하는 유해 가스가 포함된 기포 배출 능력이 탁월한 태양전지의 밀봉재용 시트를 제공하는 것이다
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지 밀봉재용 시트의 제조 방법은 (a) 올레핀계 수지를 주성분으로 하는 열접착성 수지를 마련하는 단계, (b) 상기 열접착성 수지를 분말화하여 산포하는 단계 및 (c) 상기 열접착성 수지 분말을 상기 수지 분말의 용융온도 이하에서 가열하여, 다수의 공극을 포함하는 시트를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일실시예에 따른 태양전지의 밀봉재용 시트는 올레핀계 수지를 주성분으로 하는 열접착성 수지를 포함하는 태양전지의 밀봉재용 시트로서, 상기 시트는 분말 형태의 열접착성 수지가 융착되어 다수의 공극을 가지면서 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 태양전지 밀봉재용 시트의 제조 방법은 소정의 온도에서 수지 분말을 열 융착하여 공극을 갖는 시트를 제조함으로써, 제조 과정에서 발생되는 유해 가스가 공극으로 모두 배출되는 장점이 있다. 또한, 가열시 열 수축율이 매우 낮고 유연성이 높은 밀봉재용 시트를 제공하여 태양전지 모듈의 생산성을 향상시키는 장점이 있다.
본 발명에 따른 태양전지의 밀봉재용 시트는 압출 가공으로 제조 되지 않고, 수지 분말이 융착되어 형성됨으로써 열수축률이 낮고 유연성도 매우 높은 장점이 있다. 또한, 상기 시트는 다수의 공극을 구비하여 태양전지 모듈의 제조시 발생하는 유해 가스의 배출이 용이하고, 버블 배출 능력이 우수한 장점을 갖는다.
도 1은 일반적인 태양전지의 구성을 나타내는 도면으로, 밀봉재용 시트가 열용융되지 않은 상태를 나타내는 단면도이다.
도 2는 일반적인 태양전지의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 3a 내지 3e는 태양전지 모듈의 진공 배기 시간에 따른 기포 배출 능력 실험 결과를 나타내는 사진이다.
도 4a 내지 4h는 태양전지 밀봉재용 시트의 열에 대한 수축률 비교 실험 결과를 나타내는 사진이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 태양전지의 밀봉재용 시트 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 태양전지의 밀봉재용 시트(4)는 올레핀계 수지를 주성분으로 하는 열접착성 수지를 포함하는 태양전지의 밀봉재용 시트로서, 상기 시트는 분말 형태의 열접착성 수지가 융착되어 다수의 공극을 가지면서 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 밀봉재용 시트(4)에 사용되는 열접착성 수지란 열을 가함으로써 접착성이 발현되는 수지를 의미한다. 상기 수지에 이용되는 중합체는 올레핀계 수지, 폴리비닐부티랄, 공중합 나일론, 폴리에스테르 등이 있는데, 특히 올레핀계 수지가 그 가공성, 내구성 등에서 우수하여 바람직하게 사용될 수 있다.
본 발명에서 올레핀계 수지란, 에틸렌, 프로필렌, 부타디엔, 이소프렌 등의 올레핀, 또는 디올레핀을 중합 또는 공중합한 중합체의 총칭이며, 에틸렌과 비닐 아세테이트, 아크릴산 에스테르 등 다른 단량체와의 공중합체나 이오노머 등도 포함할 수 있다.
상기 올레핀계 수지는 에틸렌계 수지 및 프로필렌계 수지를 모두 포함할 수 있으며, 구체적으로는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐, 에틸렌 염화 비닐 공중합체, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체, 에틸렌 비닐알코올 공중합체, 염소화 폴리에틸렌, 염소화 폴리프로필렌 등을 들 수 있다.
에틸렌계 수지는 에틸렌 및 에틸렌과 공중합할 수 있는 수지의 공중합체며, 예를 들면 다음과 같은 것이 있다.
에틸렌과 비닐아세테이트 혹은 프로피온산 비닐 등의 비닐에스테르와의 공중합체, 에틸렌과 에틸렌과 아크릴산메틸, 아크릴산에틸, 아크릴산이소부틸, 아크릴산n부틸, 메타크릴산메틸 등의 불포화 카본산 에스테르와의 공중합체, 에틸렌과 아크릴산, 메타크릴산 등의 불포화 카본산과의 공중합체, 또는 에틸렌과 불포화 카본산의 일부를 나트륨, 아연, 리튬 등의 금속염으로 중화된 단량체, 프로필렌, 1-부텐, 1-헥센, 1-옥텐, 4-메틸, 1-펜텐 등의 σ-올레핀과의 공중합체 등 이외에, 이들 공중합체의 2종류 이상의 혼합물 등이 이에 해당할 수 있다. 바람직하게는 에틸렌 비닐아세테이트 공중합체가 사용될 수 있다.
또한, 상기 에틸렌계 수지는 폴리에틸렌계 수지를 포함할 수 있으나, 특별히 한정되는 것은 아니며 에틸렌의 단독 중합체, 또는 폴리에틸렌에 비닐 실란 화합물이 그라프트 중합되는 공중합체 등을 모두 포함할 수 있다.
상기 태양전지의 밀봉재용 시트(4)에 사용되는 에틸렌계 수지로는, 공중합체 중 에틸렌 함유량이 60 중량% 이상 90 중량% 미만이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 에틸렌 함유량이 65 중량% 이상 75 중량% 이하 범위일 수 있다.
에틸렌 함유량이 60 중량% 미만이면, 공중합체의 접착성이 강해져 분말로서의 취출이 어려워진다. 만일 분말을 얻었다고 하더라도 그 분말의 유동성이 나빠져, 결과적으로 균일한 분말 산포가 어려워진다. 균일한 분말 산포가 어려우면 균일한 밀봉재용 시트(4)를 얻을 수 없다. 여기서 불균일한 밀봉재용 시트란 부분적으로 수지의 공극율이 다르거나 시트 두께가 위치에 따라 불균일해지는 것을 의미한다. 또한, 공중합체의 접착성이 강해지기 때문에 밀봉재용 시트의 제조시 공정장비인 롤이나 다이 등에 접착되는 문제가 있어 제막 공정상 어려움이 발생할 수 있다.
상기 공중합체의 에틸렌 함유량이 90 중량 %를 넘으면 투명성 및 유연성이 나빠져 태양전지의 밀봉재용 시트로서 바람직하지 못하다.
또한, 태양전지의 밀봉재용 시트의 주성분으로 사용되는 프로필렌계 공중합체는 프로필렌 및 프로필렌과 공중합할 수 있는 수지의 공중합체이며, 예를 들면 다음과 같은 것이 있다.
프로필렌과 1종 이상의 프로필렌 이외의 탄소 원자수가 2 내지 20인 α-올레핀과의 공중합체를 들 수 있다. 여기서, 프로필렌 이외의 탄소 원자수가 2 내지 20인 α-올레핀으로서는, 에틸렌, 1-뷰텐, 1-펜텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐, 1-옥텐, 1-데센, 1-도데센, 1-테트라데센, 1-헥사데센, 1-옥타데센, 1-에이코센 등을 들 수 있지만, 본 발명에 있어서는 에틸렌 또는/및 탄소 원자수가 4 내지 10인 α-올레핀과의 공중합체를 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 밀봉재용 시트에 사용하는 수지의 용융 질량 흐름(JIS K6924-1)은 1 (g/10분) 이상 50 (g/10분)이하가 바람직하다.
상기 수지의 용융 질량 흐름이 1(g/10분) 미만이면, 열용융 상태의 수지의 유동성이 나빠진다. 이러한 수지를 사용한 밀봉재용 시트는 태양전지의 제조 시 상기 밀봉재(4)와 태양전지 소자(3)의 모서리 주위에서 틈이 남거나, 접착불량이 일어날 우려가 있다.
또한, 상기 수지의 용융 질량 흐름이 50 (g/10분) 이상이 되면, 반대로 유동성이 너무 높기 때문에 보호 부재(1, 2)의 단면으로부터 접착제가 흘러나올 우려가 있어 바람직하지 않다.
올레핀계 수지로 이루어진 밀봉재용 시트(4)의 기능을 더욱 높이기 위해, 이하에서 기술하는 첨가제를 하나 이상 첨가할 수 있다.
올레핀계 수지로 이루어진 밀봉재용 시트(4)의 내열성, 투명성, 접착성을 개량할 목적으로 가교제를 더 첨가할 수 있다. 가교제로는, 유기 과산화물이 바람직하게 사용되며, 그 1시간의 반감기 온도가 70~180℃가 바람직하고, 특히 90~160℃가 바람직하다. 이러한 과산화물로는 예를 들면, 제3부틸퍼옥시이소프로필카보네이트, 제3부틸퍼옥시2-에틸헥실카보네이트, 제3부틸퍼옥시아세테이트, 제3부틸퍼옥시벤조에이트, 제3부틸디쿠밀퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5비스(제3부틸퍼옥시)헥산, 디제3부틸부틸퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-비스(제3부틸퍼옥시)헥신-1,1-비스(제3부틸퍼옥시)시클로헥산, 메틸에틸케톤퍼옥사이드, 2,5-디메틸헥실-2,5-비스퍼옥시벤조에이트, 제3부틸하이드로퍼옥사이드, p-메탄하이드로퍼옥사이드, 벤조일퍼옥사이드, p-크롤벤조일퍼옥사이드, 제3부틸퍼옥시이소부틸레이트, 히드록시헵틸퍼옥사이드, 디크롤헥사논퍼옥사이드 등을 들 수 있다. 상기 유기 과산화물의 첨가량은 에틸렌계 공중합체 100(중량부)에 대해서, 0.1~15(중량부), 바람직하게는 0.5~5(중량부)이다.
또한, 가교 효율을 높이기 위해서, 가교조제를 더 첨가할 수 있다. 가교조제로는 트리아릴시아누레이트, 트리아릴이소시아누레이트, (메타)아크릴에스테르 등을 들 수 있다. 이들 가교조제의 첨가량은 에틸렌계 공중합체 100(중량부)에 대해 0.05~15(중량부), 바람직하게는 0.1~5(중량부)이다.
또한, 올레핀계 수지의 접착성을 개량하는 목적으로, 실란커플링제를 첨가할 수 있다. 이들 실란커플링제로는, γ-클로로프로필메톡시실란, 비닐에톡시실란, 비닐트리스(β-메톡시에톡시)실란, γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 비닐트리아세톡시실란, γ-그리시독시프로필트리메톡시실란, γ-그리시독시프로필트리에톡시실란, β-(3, 4-에폭시시크헥실)에틸트리에톡시실란, 비닐트리클로로실란, γ-멜캅토프로필트리메톡시실란, γ-아미노프로필트리에톡시실란, N-γ-(아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란을 들 수 있다. 이들 실란커플링제의 첨가량은 에틸렌계 공중합체 100중량부에 대해, 0.05~5(중량부), 바람직하게는 0.1~1(중량부)이다.
또한, 올레핀계 수지는 태양광 중의 자외선에 의한 열화를 방지하기 위해서 자외선 흡수제, 광안정제, 산화방지제 등의 첨가제를 첨가할 수 있다.
자외선 흡수제로는 2-히드록시-4-메톡시벤조페논, 2, 2-디히드록시-4-메톡시벤조페논, 2-히드록시-4-메톡시-2-카복시벤조페논, 2-히드록시-4-옥톡시벤조페논 등의 벤조페논계, 2-(2-히드록시-3, 5-디제3부틸페닐)벤조트리아졸, 2-(2-히드록시-5-메틸페닐)벤조트리아졸, 2-(2-히드록시-5-제3옥틸페닐)벤조트리아졸 등의 벤조트리아졸계, 페닐살리실산염, p-옥틸페닐살리실산염 등의 살리실산에스테르계, 그 밖의 2-에틸, 2'-에톡시-옥사닐리드 등을 들 수 있다.
광안정제로는 힌더드아민계가 바람직하다. 또한, 산화방지제로는 힌더드페놀계 산화방지제, 인계 열안정제, 락톤계 열안정제, 유황계 열안정제를 들 수 있다. 그리고, 이들 첨가제의 첨가량은 에틸렌계 공중합체 100(중량부)에 대해 0.01~2(중량부), 바람직하게는 0.03~1중량%이다.
본 발명에 따른 태양전지의 밀봉재용 시트(4)는 분말 형태의 열접착성 수지가 융착되어 있기 때문에, 시트의 내부에는 다수의 공극을 포함하고 있다.
고분자 수지 분말의 용융은 고체 상태에서 점차 액체상태로 변화하여 점성을 갖는 과정을 의미한다. 이러한 현상은 고분자 수지 분말의 용융온도 이상으로 가열하였을 경우 발생한다. 상기 수지 분말의 융용온도는 각 고분자 수지의 종류에 따라서 달라질 수 있다.
본 발명에서 상기 수지 분말의 융용온도 이하라 함은, 고분자 수지 분말이 액체로 변화하는 과정이 발생하는 온도 이하를 의미한다. 즉, 본 발명에 따른 밀봉재용 시트는 상기 용융온도 이하에서 수지 분말의 입자간 융착을 통해 형성된다.
또한, 본 발명에 따른 밀봉재용 시트는 열접창성 수지 분말이 부분적으로 융착됨으로써 기존의 밀봉재용 시트에 비하여 우수한 유연성을 가질 수 있다. 상기 수지 분말의 부분적 융착은 상기 열접착성 수지의 순밀도에 대한 밀봉재용 시트의 겉보기 밀도 비율을 통해 조정이 가능하다.
이와 같이 공극을 갖는 밀봉재용 시트(4)는 종래와 같이 열압착 혹은 칼렌더 가공으로 제조되는 시트보다 열수축률이 우수하고, 유연성이 높은 시트로 만들어진다. 이 유연성은 공극이 많아지면 많아질수록 증가한다. 즉, 수지의 순밀도에 대한 겉보기 밀도의 비율이 작으면 작을수록 유연성이 증가하게 된다.
본 발명에 따른 태양전지의 밀봉재용 시트(4)는 겉보기 밀도가 열접착성 수지의 순밀도의 20% 이상 70% 이하가 바람직하다.
상기 밀봉재용 시트(4)의 겉보기 밀도가 수지의 순밀도의 20% 미만에서는 공극율이 너무 크기 때문에, 태양전지 모듈의 제조시 밀봉재용 시트(4) 내의 공극으로부터 공기를 빼기 어려워져, 밀봉재용 시트(4)를 용융시킨 밀봉재(4') 내에 기포가 남게 된다. 또한, 밀봉재 시트(4)의 공극율이 너무 크면, 시트로서의 형태를 유지하기 어렵고, 그러한 시트를 형성하기 위해서 제조비용이 증가한다는 문제도 있다.
한편, 상기 순밀도에 대한 겉보기 밀도의 비율이 70%를 넘는 열접착성 수지 시트에서는 공극율이 작기 때문에 유연성이 떨어져 태양전지의 밀봉재용 시트(4)로서의 적절하지 않다.
따라서, 본 발명의 밀봉재용 시트(4)의 겉보기 밀도는 열접착성 수지의 순밀도의 20% 이상 70% 이하로 하는 것이 바람직하다.
이렇게 유연성이 높은 밀봉재용 시트(4)를 사용함으로써, 태양전지 제조시 태양전지 소자(3)의 주위와 밀봉재용 시트(4)와의 사이의 틈을 작게 하여, 열접착후의 밀봉재(4')에 공극을 남기지 않도록 할 수 있다. 즉, 공극에 의한 불량품의 발생률을 낮출 수 있다.
또한, 상기 밀봉재용 시트(4)의 겉보기 밀도는 상기 박리 시트 위에 산포하는 수지 분말의 산포 상태나 수지 분말을 융착시키기 위한 가열 온도 및 가열 시간에 의해 조정할 수 있다.
또한, 이 상기 밀봉재용 시트(4)에는 공극이 마련되어 있기 때문에, 공극이 없는 밀봉재용 시트에 비해 부피가 큰 스폰지 형상으로 되어 있다. 이 때문에, 밀봉재용 시트(4)는 쿠션성이 높고, 태양전지의 제조공정에서 한 쌍의 밀봉재용 시트(4, 4)를 사이에 둔 태양전지 소자(3)에 대한 외력의 영향을 완화할 수 있다.
또한, 상기 밀봉재용 시트(4)로서 최적의 두께는 접착하는 태양전지 소자의 두께나 크기, 그 배치 등에 의해 달라지는데, 도 2에 도시하는 태양전지 소자(3)가 두 개의 보호 부재(1, 2) 사이에서 확실하게 접착되는 동시에, 열접착된 상태의 밀봉재(4') 내에 공극이 발생하지 않는 수지량에 의거하여 결정할 필요가 있다.
또한, 상기 공극을 메우는데 충분한 수지량이 있더라도, 밀봉재용 시트(4)의 두께가 너무 얇으면 쿠션성이 불충분해지고, 태양전지 소자(3)가 파손될 우려가 있다. 한편, 밀봉재용 시트(4)의 두께가 너무 두꺼워 제조된 태양전지의 밀봉재(4')가 너무 두꺼워지면, 태양광의 광선 투과율이 감소되어 태양전지의 기전력이 저하되는 문제도 발생할 수 있고, 두개의 보호 부재(1, 2)의 접합시 밀봉재(4')가 단면으로부터 빠져나오는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지 밀봉재용 시트의 구체적 제조 방법은 이하와 같다.
본 발명에 따른 태양전지 밀봉재용 시트의 제조 방법은 (a) 올레핀계 수지를 주성분으로 하는 열접착성 수지를 마련하는 단계; (b) 상기 열접착성 수지를 분말화하여 산포하는 단계; 및 (c) 상기 열접착성 수지 분말을 상기 수지 분말의 용융온도 이하에서 가열하여, 다수의 공극을 포함하는 시트를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
(a) 단계는 올레핀계 수지를 주성분으로 하는 열접착성 수지를 마련하는 단계이다. 본 발명에 따른 태양전지 밀봉재용 시트의 주성분으로 사용되는 올레핀계 수지는 바람직하게는 에틸렌계 수지 또는 프로필렌계 수지를 포함할 수 있다. 특히 에틸렌계 수지는 에틸렌과 비닐아세테이트 공중합체를 주성분으로 할 수 있다.
(b) 단계는 상기 마련된 열접착성 수지를 분말화하여 박리 시트 위에 산포하는 단계이다.
상기 밀봉재용 시트(4)를 구성하는 열접착성 수지 분말은 열접착성 수지의 펠렛을 기계 분쇄, 냉동 분쇄, 화학 분쇄 등에 의하여 얻을 수 있다. 얻어진 분말의 입자 크기는 특별히 제한되지 않으나, 분말의 유동성, 시트의 유연성을 고려하면 20 메쉬(분말입자의 크기는 약 864 미크론) 내지 120 메쉬(분말입자의 크기는 약 117 미크론)의 범위가 바람직하다. 더욱 바람직하게는 30 메쉬(분말입자의 크기는 약 535 미크론) 내지 70 메쉬(분말입자의 크기는 약 200 미크론) 범위에서의 수지 분말을 사용할 수 있다.
20 메쉬를 초과하는 크기를 갖는 입자가 많을 경우, 얇은 막 두께의 시트 제조가 어렵기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 120 메쉬 미만의 크기를 갖는 입자가 많을 경우 분말의 유동성이 나쁘고, 밀봉재용 시트를 균일한 두께로 제조하기 어려운 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 수지 분말의 산포량은 300 ~ 1000 g/m2 인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 밀봉재용 시트는 가로X세로 1m의 넓이에 1 ㎛ 두께의 시트를 만들기 위해 약 1 g의 수지 분말이 산포될 수 있다. 본 발명에 따른 밀봉재용 시트의 바람직한 두께는 다공성 상태에서는 300 ㎛ 에서 1000 ㎛ 이므로, 밀봉재용 시트의 제조에 필요한 수지 분말의 산포량은 300 ~ 1000 g/m2 일 수 있다. 그리고, 태양전지 모듈 라미네이션 후의 두께는 약 150 ㎛ 에서 400 ㎛ 일 수 있다.
보다 바람직하게는 다공성 시트의 두께가 500~700 ㎛ 이고(산포량은 500~700 g/m2), 라미네이션 후의 두께는 150~300㎛ 로 제조 될 수 있다.
열접착성 수지 분말을 상기와 같은 산포량을 통해 박리 시트 위에 파우더 산포기 등으로 균일하게 산포한다.
다만, 수지 분말의 산포량이 300 g/m2 ~ 1000 g/m2 를 벗어나게 되면, 밀봉재용 시트로서 적합한 두께를 얻지 못하므로 태양전지 모듈의 제작 시 불량율이 높아지는 문제점이 발생할 수 있다.
상기와 같이 제조된 열접착성 수지 분말을 박리 시트 위에 파우더 산포기 등으로 균일하게 산포한다.
(c) 상기 열접착성 수지 분말을 용융온도 이하에서 가열하여, 다수의 공극을 포함하는 시트를 형성하는 단계이다.
기존의 밀봉재용 시트의 제조 공정인 압출 또는 캘린더링 공정은 고분자 수지를 용융온도 이상에서 가열하여 완전히 녹인 후 고화되기 전 성형을 하는 공정이다. 이와 달리 본 발명에 따른 밀봉재용 시트의 제조방법은 열접착성 수지 분말을 용융온도 이하에서 가열하여 융착시킴으로써 시트를 형성하게 된다.
열접착성 수지 분말을 용융온도 이하에서 가열하여 융착시킨다는 것은 상기 분말의 표면이 살짝 융착되어 시트 형태가 유지되는 것을 의미한다. 즉, 분말 상태의 입자를 융융온도 이하에서 융착을 시킴으로써 입자상태에 있었던 기공이 균일하게 유지되어 다수의 공극을 포함하는 시트를 제조할 수 있다.
상기 열접착성 수지 분말이 용융온도 이상에서 가열된다면, 상기 수지 분말이 전부 용융되어 태양전지 밀봉재용 시트로서 원하는 형상을 얻기 어려울 뿐 아니라, 상기 시트가 박리판에 상에 늘러 붙는 등 제조상 문제점이 발생할 수 있다.
상기 열접착성 수지 분말의 융착은 원적외선 히터 등을 이용하여 수행할 수 있다. 이 때 히터의 가열 온도는 80 ~ 140 ℃의 범위인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 100 ~ 120 ℃ 에서 수행할 수 있다.
상기 가열 온도가 80 ℃ 미만인 경우에서는 상기 열접착성 수지 분말의 일부가 충분히 융착되지 않을 수 있다. 즉, 태양전지 밀봉재용 시트에 적합한 유연성을 초과하여 태양전지 모듈 제조에 어려움이 있을 수 있다. 또한, 상기 가열 온도가 140 ℃를 초과하는 경우, 가열 온도가 너무 높기 때문에 상기 수지 분말의 전체에 가까운 양이 융착되어 밀봉재용 시트에 적합한 유연성 얻을 수 없는 문제점이 발생할 수 있으며, 또한 시트가 박리판에 붙어 버리는 제조상 문제점이 발생할 수 있다.
상기 가열에 의해 열접착성 수지 분말이 융착되고, 상기 분말끼리 접착하여 시트 형상이 되면, 전체를 냉각한다. 이 후 박리 시트로부터 상기 시트를 박리하면 본 발명에 따른 태양전지의 밀봉재용 시트를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지의 밀봉재용 시트(4)는 열접착성 수지 분말을 융착했기 때문에, 상기 시트는 내부에 다수의 공극을 포함하고 있다.
이와 같이 공극을 포함하는 밀봉재용 시트(4)는 종래의 열압착 혹은 칼렌더 가공으로 제조되는 시트에 비해 열수축율이 우수하고 유연성이 높은 시트로 만들어진다. 이러한 유연성은 공극이 많아지면 많아질수록 증가한다.
또한, 본 발명에 따른 밀봉재용 시트(4)는 태양전지 모듈의 제조시 발생되는 유해 가스가 포함된 기포가 상기 공극에 의하여 용이하게 배출되기 때문에, 불량품 발생율이 떨어지고 기포 제거 공정시간을 확연히 줄일 수 있어 태양전지 모듈의 공정 비용을 줄일 수 있는 장점을 갖는다.
[실험예]
이하에서는 본 발명에 따른 밀봉재용 시트(4)의 실시예 및 비교예를 통하여 설명한다. 다만, 본 발명은 이들 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
본 발명에 따른 실시예는 산화비닐을 28중량% 함유하고, 용융 질량 흐름이 18(g/10분)인 에틸렌 비닐아세테이트 공중합체(100 중량부)에, 가교제로서 1시간의 반감기 온도가 119.3℃인 제3부틸퍼옥시2-에틸헥실카보네이트 1(중량부)와, 실란커플링제로서의 γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란 0.5(중량부)를 혼합하고, 이를 압출기로 수지 온도가 100℃가 되도록 설정하여 용융 혼련하여 열접착성 수지를 얻었다.
그 후, 상기 열접착성 수지를 액체질소를 사용한 냉동분쇄에 의해 분쇄하여 42메쉬 내지 200메쉬의 입자 크기를 갖는 열접착성 수지 분말을 얻었다.
다음에, 상기 열접착성 수지 분말을 파우더 산포기로 박리 시트 위에 균일하게 산포하고, 그 후 원적외선 히터로 120℃로 가열함으로써 상기 수지 분말을 부분적으로 융착한 이 실시예의 밀봉재용 시트(4)를 얻었다. 이 밀봉재용 시트(4)의 두께는 0.7(mm)이고, 단위 면적당 중량은 400(g/cm2)이었다.
이상과 같이 제작한 밀봉재용 시트의 기포 제거 능력, 가열 시 발생하는 수축 정도, 시트의 유연성(수지의 순밀도에 대한 겉보기 밀도의 비)에 따른 불량품 발생 정도를 확인하기 위해, 기존의 타사에서 제조하여 실시하고 있는 태양전지 밀봉재용 EVA 시트와 비교하는 실험을 행하였다.
1. 기포제거능력 실험
밀봉재용 시트의 기포 배출을 위한 기존의 진공 공정 시간은 약 5분이다. 본 실험은 기존의 공정 시간을 절반 이하로 줄였을 경우에도 기포 배출이 잘 되는지 여부를 비교예와의 비교를 통해 확인할 수 있다.
가로 및 세로의 길이가 500mm, 두께가 3.2 t 인 유리를 보호 부재로 사용하였고, 밀봉재용 시트 사이에 9개의 태양전지 및 금속 전극을 삽입하여 실제 모듈과 동일한 조건의 태양전지 모듈을 제작하였다.
상기 모듈 제조 조건은 기포 배출을 위한 진공 공정 시간을 제외한 기존 태양전지 모듈 생산 공정 조건인 압착 온도 145℃, 압력 1기압의 공정 조건을 사용하였다.
비교예는 Mitsui 사에서 제조된 EVA 시트(solar EVA)를 사용하여 제작된 태양전지 모듈이며, 실험 결과는 하기의 표1과 같다.
[표 1]
Figure 112010076575566-pat00001
태양전지 모듈의 기포 배출을 위한 진공 공정 시간이 기존의 공정 시간과 같은 5분에서는 비교예와 실시예 모두 기포가 제거되었다. 또한, 진공 공정 시간을 3분으로 줄인 경우에도 실시예 및 비교예 모두 기포가 제거되었다.
진공 공정 시간이 2분 이하인 경우에, 실시예는 기포가 모두 제거되었지만, 비교예는 기포가 모두 제거되지 않고, 태양전지 모듈에서 기포가 발견되기 시작하였다.
도 3a 내지 도 3e를 참조하면, 도시된 바와 같이 Mitsui 사에서 제조된 EVA 시트를 이용하여 제작된 태양전지 모듈에서는 기포가 발생하였다. 도 3a 및 도 3b는 진공 공정 시간이 2분인 경우 비교예에서 발생한 기포를 나타내는 이미지이고, 도 3c 내지 도 3e은 진공 시간 1분인 경우 비교예에서 발생한 기포를 나타내는 이미지이다.
본 발명에 따른 밀봉재용 시트는 그 내부에 다수의 공극을 포함하고 있으며 이러한 공극에서는 기포 배출이 용이하다. 즉, 진공 탈기 공정 시간을 줄이더라도 본 발명에 의한 밀봉재용 시트는 기포가 모두 배출되기 때문에 태양전지 모듈의 생산성이 우수하다.
2. 열 수축 정도 측정 실험
밀봉재용 시트의 자체 수축율을 알기 위해 145℃의 가열기 위에, 밀봉재용 시트와 접합이 안 일어나는 테프론 시트를 올려놓은 후, 가로, 세로 길이 150mm인 정사각형 밀봉재용 시트를 올려놓고 20분간 가열 후, 최대 수축한 정도를 측정한 것이다.
비교예는 각각 타사에서 제조된 태양전지의 밀봉재용 EVA 시트이다. 비교예1은 3M 사에서 제조된 3M DYNEONTM　E-20101 EVA 시트 (0.45t)이고, 비교예2는 HZ 사의 FirstTM F806 EVA 시트이며, 비교예3은 Misui사의 solar EVA 시트, 비교예4는 중우상사에서 제조된 EVA 시트, 비교예5는 C.I. kasei 사의 CIK　Cap FL, 비교예 6은 C.I. kasei 사의 CIK　Cap FH EVA 시트이다. 열 수축 정도에 대한 실험 결과는 하기의 표 2와 같다.
[표 2]
Figure 112010076575566-pat00002
표 2의 결과 값에서 마이너스 부호는 수축을 나타낸다. 길이 방향(가로)으로는 비교예가 모두 수축되었으며, 폭 방향(세로)으로는 수축 내지는 미세하게 늘어난 것을 확인할 수 있다.
도 4a 내지 도 4h는 비교예 및 실시예의 열 수축 정도를 나타내는 이미지이다. 도 4a 내지 도 4g는 각각 비교예 1 내지 6의 열 수축 정도를 나타내는 이미지이며, 도 4h는 실시예의 열 수축 정도를 나타내는 이미지이다.
본 발명에 따른 시트는 열 수축률이 매우 작기 때문에 시트의 길이 방향 내지 폭 방향에서 변형이 없었다.
본 발명에 따른 밀봉재용 시트는 기존의 압출 방식 등을 이용한 EVA 필름과는 달리 수지 분말이 융착되어 이루어 지기 때문에 열수축성이 작다. 따라서, 상기와 같은 실험결과를 얻을 수 있었다.
3. 밀봉재용 시트의 유연성에 따른 불량률 측정
상기 실시예에 따른 시험편을 사용하여 이하의 식에 의해 시트의 겉보기 밀도(D)를 산출하였다.
D= W/V
D: 겉보기 밀도(kg/m3)
W: 시트의 단위 면적당 중량(g/cm2)
V: 시트의 단위 면적당 부피(cm3/cm2)
실시예에서 얻어진 열접착성 수지의 순밀도는 948(kg/m3)이었다.
또한, 실시예에 의하여 제작된 밀봉재용 시트의 겉보기 밀도는 400(kg/m3)이고, 열접착성 수지의 순밀도의 42%이었다.
이상과 같이 제작한 본 발명에 따른 밀봉재용 시트를 사용하여 태양전지 모듈을 제작하였다.
도 1에 도시한 바와 같이, 글래스로 이루어진 표면측 보호 부재(1)의 표면에 밀봉재용 시트(4)를 올리고, 그 위에 다수의 태양전지 소자(3)를 올린다. 또한, 이들 태양전지 소자(3) 위에 마찬가지로 밀봉재용 시트(4)를 올리고, 그 위에 글래스로 된 이면측 보호 부재(2)를 올려 적층체를 구성한다.
이와 같이 만든 적층제를 태양전지 제조용 라미네이터에 세팅하고, 열판 온도 130℃로 하고 진공 시간 3분으로 탈기한 후, 1(kgf/cm2)으로의 압력으로 5분간 가압했다.
같은 조건으로 100개의 태양전지 모듈을 제작했는데, 태양전지 소자(3)의 파손, 위치 어긋남, 공극의 혼입 등은 전혀 보이지 않았다.
즉, 불량품은 발생하지 않았다.
<비교예>
상기 실시예에 따른 밀봉재용 시트와 대비하기 위해서, 그 겉보기 밀도가 열가소성 수지의 순밀도의 70%를 넘는 밀봉재용 시트를 제작했다.
비교예의 밀봉재용 시트는 실시예에서 사용한 열접착성 수지 분말을 박리 시트에 산포한 후, 원적외선 히터로 용융하여 형성하는데, 이 때 온도를 145℃로 하는 것 이외에는 실시예와 동일하게 했다.
상기 적외선 히터에 의한 가열 온도를 높였기 때문에, 얻어진 이 비교예의 밀봉재용 시트는 열접착성 수지 분말끼리 거의 융착되고, 공극이 적었다. 그리고, 이 밀봉재용 시트의 두께는 0.45 mm가 되고, 상기 실시예의 밀봉재용 시트의 절반 이하의 두께였다.
또한, 이 비교예의 밀봉재용 시트는 단위 면적당 중량이 400 (g/cm2)이고, 겉보기 밀도는 889 (kg/m3)이었다. 즉, 비교예의 밀봉재용 시트의 겉보기 밀도는 열접착성 수지의 순밀도의 94%이고, 겉보기 밀도가 상기 열접착성 수지의 순밀도의 70%보다 컸다.
이상과 같이 하여 제작한 비교예의 밀봉재용 시트를 사용하여, 상기 실시예와 같은 제조 조건으로 100개의 태양전지 모듈을 제작했는데, 이 중에 태양전지 소자가 파손된 것이 2개 있었다.
또한, 태양전지 소자의 위치 어긋남은 없었으나, 밀봉재 중에 공극이 보이는 것이 3개 있었다.
즉, 불량품의 발생율은 5%이었다.
상기와 같이, 비교예에 따른 밀봉재용 시트에서는 태양전지 모듈의 불량품이 발생하였는데 그 이유는 다음과 같이 생각할 수 있다.
이 비교예의 밀봉재용 시트는 겉보기 밀도가 크고, 즉 공극율이 작기 때문에 충분한 유연성을 얻을 수 없었다. 이 때문에, 태양전지 모듈의 제조공정에서 태양전지 소자와 상기 밀봉재용 시트 사이의 틈이 커져, 그 틈을 밀봉재로 메울 수 없었다.
또한, 이 비교예에 따른 밀봉재용 시트는 상기한 바와 같이, 실시예의 밀봉재용 시트에 비해 공극율이 낮은 동시에 두께도 얇다. 이 때문에, 쿠션성이 나빠 제조 공정에서의 압력이 태양전지 소자에 작용된 것이다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 이하에 기재되는 특허청구범위에 의해서 판단되어야 할 것이다.
1 : 표면측 보호 부재
2 : 이면적 보호 부재
3 : 태양전지 소자
4 : 밀봉재용 시트
4': 밀봉재

Claims (18)

  1. (a) 올레핀계 수지를 포함하는 열접착성 수지를 마련하는 단계;
    (b) 상기 열접착성 수지를 분말화하여 산포하는 단계; 및
    (c) 산포된 상기 열접착성 수지의 분말을 상기 분말의 용융온도 이하에서 가열하여 부분적으로 융착시켜,
    다수의 공극을 포함하고, 겉보기 밀도가 상기 열접착성 수지의 순밀도의 20% 이상 70% 이하인 시트를 형성하는 단계;를 포함하는 태양전지 밀봉재용 시트의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 올레핀계 수지는
    에틸렌계 또는 프로필렌계 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 밀봉재용 시트의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 에틸렌계 수지는
    폴리에틸렌계 수지 또는 에틸렌 비닐아세트테이트 공중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 밀봉재용 시트의 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 에틸렌계 수지는
    에틸렌 함유량이 60 중량% 이상, 90 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지 밀봉재용 시트의 제조 방법
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열접착성 수지는
    용융 질량 흐름(melt mass-flow rate)이 1 g/10min 이상 50 g/10min 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지 밀봉재용 시트의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 열접착성 수지는
    가교제, 가교 조제, 실란 커플링제, 자외선 흡수제, 광안정제 및 산화방지제에서 선택되는 하나 이상의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 밀봉재용 시트의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계는
    상기 분말의 산포량이 300 ~ 1000 g/m2 인 것을 특징으로 하는 태양전지의 밀봉재용 시트의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계는
    상기 분말을 80 ~ 140 ℃에서 융착시키는 것을 특징으로 하는 태양전지 밀봉재용 시트의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 분말은
    입자 크기가 20 ~ 120 메쉬인 것을 특징으로 하는 태양전지 밀봉재용 시트의 제조 방법.
  10. 올레핀계 수지를 포함하는 열접착성 수지를 포함하는 태양전지의 밀봉재용 시트로서,
    상기 시트는 분말 형태의 열접착성 수지가 부분적으로 융착되어 다수의 공극을 가지면서 형성되고, 겉보기 밀도가 상기 열접착성 수지의 순밀도의 20% 이상 70% 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 밀봉재용 시트.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 올레핀계 수지는
    에틸렌계 또는 프로필렌계 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 밀봉재용 시트.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 에틸렌계 수지는
    폴리에틸렌계 수지 또는 에틸렌 비닐아세트테이트 공중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 밀봉재용 시트.
  13. 삭제
  14. 제10항에 있어서,
    상기 분말은
    상기 분말의 용융온도 이하에서 가열되어 융착되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 밀봉재용 시트.
  15. 삭제
  16. 제11항에 있어서,
    상기 에틸렌계 수지는
    에틸렌 함유량이 60 중량% 이상, 90 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 밀봉재용 시트.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 열접착성 수지는
    용융 질량 흐름(melt mass-flow rate)이 1 g/10min 이상 50 g/10min 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 밀봉재용 시트.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 열접착성 수지는
    가교제, 가교 조제, 실란 커플링제, 자외선 흡수제, 광안정제 및 산화방지제에서 선택되는 하나 이상의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 밀봉재용 시트.
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