KR101233522B1

KR101233522B1 - 자외선 안정성이 우수한 태양전지 봉지재용 ｅｖａ 시트의 제조방법

Info

Publication number: KR101233522B1
Application number: KR1020110038318A
Authority: KR
Inventors: 조재환; 장희정; 이구형
Original assignee: 삼성토탈 주식회사
Priority date: 2011-04-25
Filing date: 2011-04-25
Publication date: 2013-02-14
Also published as: KR20120120620A

Abstract

본 발명은 자외선 안정성이 우수한 태양전지 봉지재용 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 시트의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 수지에 중합가능한 자외선 흡수제, 가교제, 가교조제, 자외선 안정제 및 실란커플링제를 혼합하여 시트를 성형하는 것을 특징으로 하는 태양전지 봉지재용 EVA 시트의 제조방법에 관한 것이다.

Description

자외선 안정성이 우수한 태양전지 봉지재용 ＥＶＡ 시트의 제조방법 {Prepatation method for excellent UV irradiation stable EVA sheet for solar cell encapsulant}

본 발명은 자외선 안정성이 우수한 태양전지 봉지재용 EVA 시트의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에틸렌비닐아세테이트 공중합체(이하, 'EVA'라고 칭함) 수지에 중합가능한 자외선 흡수제, 가교제, 가교조제, 실란커플링제 및 자외선 안정제를 혼합하여 시트를 성형하는 것을 특징으로 하는 태양전지 봉지재용 EVA 시트의 제조방법에 관한 것이다.

태양광 발전에 사용되는 태양전지 모듈은 통상 셀을 보호하기 위해 양면에 EVA 시트가 사용되며, 추가적으로 태양광이 입사되는 쪽에는 투명 유리기판이, 그 반대편에는 수증기 차단성 및 내후성이 우수한 시트로 라미네이팅되어 있다. 상기 라미네이팅 방법은 투명유리 기판, EVA 시트, 셀, EVA 시트, 기체 차단성 시트를 적층한 후, 특정의 온도, 압력하에 가열, 가교하여 접착시키는 것이다.

일반적으로 태양전지 봉지재용 EVA 시트는, 가교 후 높은 투명성과 접착성, 내후 안정성이 요구되기 때문에, EVA에 가교제, 가교조제, 실란 커플링제, 산화방지제, 자외선 안정제, 자외선 흡수제 등 각종 첨가제를 첨가하여 EVA의 용융온도 이상이면서, 가교제인 유기과산화물 분해온도 이하의 온도에서 용융 혼련하여 봉지재용 EVA 시트를 제조한다.

그러나, 현재 대부분의 태양전지 봉지재용으로 사용되는 EVA 시트에 사용되는 자외선 흡수제는 저분자량의 경우 초기에는 광산화반응을 억제시키는 특성이 우수하게 나타나지만, 시간이 경과함에 따라 저분자로 인한 휘발 및 시트 표면으로 블루밍(blooming)되면서 광안정 특성이 저하되고, 셀이나 커버유리, 백 시트와의 접착성이 저하되는 문제점이 있으며, 라미네이션 및 가교시 고온에 의해 자체 분해가 일어나거나 다른 첨가물들과 부반응이 일어나기 쉽다. 이럴 경우 EVA 시트의 변색 및 물성 저하의 요인이 될 수 있다.

본 발명의 목적은, 황변 안정성 및 자외선 안정화 효과가 오랜기간 동안 지속될 수 있는 태양전지 봉지재용 EVA 시트의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 태양전지 봉지재용 EVA 시트의 제조방법은, EVA 수지에 중합가능한 자외선 흡수제, 가교제, 가교조제, 자외선 안정제 및 실란커플링제를 혼합하여 시트를 성형하는 것을 특징으로 한다.

하나의 구체예에서, 본 발명의 태양전지 봉지재용 EVA 시트의 제조방법은, EVA 수지에 중합가능한 자외선 흡수제, 가교제, 가교조제, 자외선 안정제 및 실란커플링제를 함께 혼합하여 가교제의 분해온도 이하에서 용융 혼련하여 시트를 성형하는 것을 특징으로 한다.

또 다른 구체예에서, 본 발명의 태양전지 봉지재용 EVA 시트의 제조방법은, EVA 수지에 자외선 안정제를 균일하게 혼합시켜 얻어진 EVA 수지 조성물을 압출기에서 가교제의 분해온도 이하에서 용융시키면서, 중합가능한 자외선 흡수제, 가교제, 가교조제 및 실란커플링제의 혼합물을 별도의 원료공급장치를 통하여 상기 압출기에 공급하여 용융 혼련하여 시트를 성형하는 것을 포함한다.

시트 성형시 가교제의 분해 온도보다 높은 온도에서 용융 혼련할 경우, 시트 성형성이 나쁘거나 선가교가 일어나 바람직하지 않다.

본 발명에 따른 태양전지 봉지재용 EVA 시트의 제조방법에 있어서, 상기 EVA 수지는 비닐아세테이트(VA) 함량이 25~32중량%이고, 용융지수(190℃, 2.16kg의 하중으로 측정)가 6~30g/10분인 것이 바람직한데, 비닐아세테이트의 함량이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 투명성, 유연성 및 내블로킹성이 떨어져 바람직하지 않고, 용융지수가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 시트 성형성 및 기계적 물성이 떨어져 바람직하지 않다.

본 발명에서 사용되는 중합가능한 자외선 흡수제는, 그 종류에 특별히 한정은 없고, 예를 들면, 메타크릴, 아크릴 또는 알릴기를 갖는 벤조페논계, 벤조트리아졸계, 또는 벤조트리아진계 단량체를 1종 이상 사용할 수 있다. 상기 벤조페논계 자외선 흡수제 단량체의 구체예로는 4-메타크릴옥시-2-히드록시벤조페논(4-methacryloxy-2-hydroxybenzophenone), 4-알릴옥시-2-히드록시벤조페논(4-allyloxy-2-hydroxybenzophenone), 1,3-비스-(4-벤조일-3-히드록시페녹시)-프로프-2-일-아크릴레이트(1,3-bis-(4-benzoyl-3-hydroxyphenoxy)-prop-2-yl-acrylate, 1,3-비스-(4-벤조일-3-히드록시페녹시)-프로프-2-일-메타크릴레이트(1,3-bis-(4-benzoyl-3-hydroxyphenoxy)-prop-2-yl-methacrylate), 1,3-비스-(4-벤조일-3-히드록시페녹시)-프로프-2-일-3,3-디메타크릴레이트(1,3-bis-(4-benzoyl-3-hydroxyphenoxy)-prop-2-yl-3,3-dimethacrylate), 4-벤조일-3-히드록시페닐아크릴레이트(4-benzoyl-3-hydroxyphenylacrylate), 2-(4-벤조일-3-히드록시페녹시)에틸아크릴레이트(2-(4-Benzoyl-3-hydroxyphenoxy)ethylacrylate) 등을 들 수 있고, 벤조트리아졸계 자외선 흡수제 단량체의 구체예로는, 2[2-히드록시-4-알콕시-(2-옥시프로필-α-메틸아크릴레이트)-페닐]2H-벤조트리아졸(2[2-hydroxy-4-alkoxy-(2-oxypropyl-α-methylacrylate)-phenyl]2H-benzotriazole), 2[2-히드록시-4-알콕시-(2-옥시프로필-α-메틸아크릴레이트)-페닐]2H-메톡시벤조트리아졸(2[2-hydroxy-4-alkoxy-(2-oxypropyl-α-methylacrylate)-phenyl]2H-4-methoxybenzotriazole), 2-(2H-벤조트리아졸-2-일)-4-메틸-6-(2-프로페닐)페놀(2-(2H-benzotriazol-2-yl)-4-methyl-6-(2-propenyl)phenol), 2-[3-(2H-벤조트리아졸-2-일)-4-히드록시페닐]에틸메타크릴레이트(2-[3-(2H-benzotriazol-2-yl)-4-hydroxyphenyl]ethyl methacrylate) 등을 들 수 있고, 벤조트리아진계 자외선 흡수제 단량체의 구체예로는, 3-[4-{4,6-비스(2,4-디메틸페닐)-1,3,5-트리아진-2-일}-3-히드록시페녹시]-2-히드록시프로필메타크릴레이트(3-[4-{4,6-bis(2,4-dimethylphenyl)-1,3,5-triazine-2-yl}-3-hydroxyphenoxy]-2-hydroxypropyl methacrylate) 등이 있다.

본 발명에 따른 태양전지 봉지재용 EVA 시트의 제조방법에 있어서, 상기 EVA 수지 100중량부에 대하여, 중합가능한 자외선 흡수제 0.01~0.5중량부를 사용하는 것이 바람직한데, 상기 중합가능한 자외선 흡수제의 함량이 0.01중량부 미만인 경우에는 자외선 안정 효과가 미미하여 바람직하지 않고, 0.5중량부를 초과하는 경우에는 변색이 되거나 경제성이 떨어져 바람직하지 않다.

본 발명에서 사용되는 가교제의 예로서는 유기과산화물을 들 수 있는데, 예를 들면 1시간 반감기 온도(분해온도)가 130~160℃인 디알킬퍼옥사이드계 가교제 및 1시간 반감기 온도가 100~135℃인 알킬퍼옥시에스테르계 가교제 또는 퍼옥시케탈로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으며, 또한 1시간 반감기 온도가 서로 다른 2종 이상을 병용하는 것도 가능하다.

상기 디알킬퍼옥사이드계 가교제의 구체예로는, 2,4-디메틸-2,5-비스(t-부틸퍼옥시)헥산(2,5-dimethyl-2,5-bis(t-butylperoxy)hexane) 등이 있고, 알킬퍼옥시에스테르계 가교제의 구체예로는 t-부틸-2-에틸헥실 모노퍼옥시카보네이트(tert-butylperoxy-2-ethylhexyl carbonate) 등이 있으며, 퍼옥시케탈계로는 1,1-디-(t-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸시클로헥산(1,1-di-(t-butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexane) 등을 들 수 있다.

상기 가교제는 EVA 수지 100중량부에 대하여, 0.3~1.5중량부를 포함하는 것이 바람직한데, 0.3중량부 미만이면 가교 효과가 미미하여 바람직하지 않고, 1.5중량부를 초과하면 경제성이 떨어져 바람직하지 않다.

본 발명에서 사용되는 가교조제는, 그 종류에 특별히 한정은 없고, 예를 들면, 폴리알릴 화합물이나 폴리메타크릴옥시 화합물을 사용할 수 있으며, 구체예로는 트리알릴이소시아누레이트(Triallyl isocyanurate) 등을 들 수 있다.

상기 가교조제는 EVA 수지 100중량부에 대하여, 0.3~1.5중량부를 포함하는 것이 바람직한데, 0.3중량부 미만이면 가교 효과가 미미하여 바람직하지 않고, 1.5중량부를 초과하면 경제성이 떨어져 바람직하지 않다.

본 발명에서 사용되는 자외선 안정제는, 그 종류에 특별히 한정은 없고, 예를 들면, 힌더드 아민계 자외선 안정제 등을 사용할 수 있으며, 구체예로는, 비스(2,2,6,6,-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트(bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)sebacate), 비스-(엔-옥틸옥시-테트라메틸)피페리디닐세바케이트(bis-(N-octyloxy-tetramethyl)piperidinyl sebacate), 비스(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜)세바케이트(bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl)sebacate) 및 메틸-1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜세바케이트(methyl　1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl sebacate) 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상 사용할 수 있다.

상기 자외선 안정제는 EVA 수지 100중량부에 대하여, 0.01~0.3중량부를 포함하는 것이 바람직한데, 0.01중량부 미만이면 광안정 효과가 미미하여 바람직하지 않고, 0.3중량부를 초과하면 경제성이 떨어져 바람직하지 않다.

본 발명에 사용되는 실란커플링제는, 그 종류에 특별히 한정이 없고, 예를 들면, 유기규소 화합물을 사용할 수 있으며, 구체예로는 3-메타크릴옥시프로필메톡시실란(3-Methacryloxypropyl　trimethoxysilane) 등을 들 수 있다.

상기 실란커플링제는 EVA 수지 100중량부에 대하여, 0.3~1.5중량부를 포함하는 것이 바람직한데, 0.3중량부 미만이면 소량이어서 첨가효과를 나타내지 못해 바람직하지 않고, 1.5중량부를 초과하면 경제성이 떨어져 바람직하지 않다.

본 발명에 따른 태양전지 봉지재용 시트 제조방법에 있어서, 상기 성분들 이외에 통상적인 첨가제들을 필요에 따라 더 첨삭할 수 있다.

본 발명에 의하면, 기존의 자외선 흡수제 대신에 중합가능한 자외선 흡수제를 첨가함으로써 경시변화에 의해 시트의 표면에 이행되거나, 용융, 분산 등 가공의 어려움 없이 황변 안정성 뿐만 아니라 자외선 안정성이 향상되는 효과를 도모할 수 있다.

이하, 하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.　

실시예　1

첨가제가 들어있지 않은 EVA 수지(비닐아세테이트 함량 28중량%, 용융지수 15g/10분, 삼성토탈 E280PV) 100중량부에 대하여, 중합가능한 자외선 흡수제 단량체로 Sigma Aldrich사의 4-알릴옥시-2-히드록시벤조페논(4-allyloxy-2-hydroxybenzophenone) 0.3중량부, 자외선 안정제로 바스프사의 Tinuvin 770(비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트)　0.1중량부, 가교제로 알케마사의 Luperox TBEC(t-부틸-2-에틸헥실 모노퍼옥시카보네이트) 0.7중량부, 가교조제로 에보닉사의 TAICROS(트리알릴이소시아누레이트) 0.5중량부, 및 실란커플링제로 다우코닝사의 OFS 6030(3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실록산) 0.5중량부를　혼합한　후, 압출기 온도를 90℃, T-다이 온도를 100℃로 하고, 시트의 선속도를 분당 6.5미터로 하여 두께 0.45mm의 시트를 제조하였다.

실시예　2

중합가능한 자외선 흡수제 단량체로 Sigma Aldrich사의 2-(2H-벤조트리아졸-2-일)-4-메틸-6-(2-프로페닐)페놀(2-(2H-benzotriazol-2-yl)-4-methyl-6-(2-propenyl)phenol)을 0.3중량부 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 시트를 제조하였다.

실시예　3

중합가능한 자외선 흡수제 단량체로 3-[4-{4,6-비스(2,4-디메틸페닐)-1,3,5-트리아진-2-일}-3-히드록시페녹시]-2-히드록시프로필메타크릴레이트(3-[4-{4,6-bis(2,4-dimethylphenyl)-1,3,5-triazine-2-yl}-3-hydroxyphenoxy]-2-hydroxypropyl methacrylate)를 0.3중량부 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 시트를 제조하였다.

비교예　1

자외선 흡수제로 바스프사의 Chimassorb 81(2-히드록시-4-옥틸옥시-벤조페논) 0.3중량부를 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 시트를 제조하였다.

실시예 4

저철분 강화 유리(200mm×200mm)　위에　상기 실시예 1에서 얻은 EVA 시트 (200mm×160mm)　1장을 놓고, 그 위에 DNP사 백시트(200mm×200mm)를 놓고, 온도 150℃에서 6분간 진공단계를 거쳤으며, 그런 다음, 16분간 라미네이터 상부압과 하부압 차이를 100Mpa로 유지하여 가교를 진행하여 시편을 제조하였다. 상온 냉각 과정을 거친 후 제조된 시편의　내부 기포　잔존 상태를 육안으로 관찰하고, 가교된 시편에 대해 가교도를 측정하고, 인장강도 및 신율과 헌터랩사 울트라스캔 프로스펙트로 칼라리메터(Hunter Lab., UltraScan PRO Colorimeter)로 황변도(YI)를 측정한 후, UV 조사(340nm, 60℃) 및 항온항습기(85℃, 상대습도 85%)에서 1,000시간 방치 후, 인장강도 차이, 신율 차이 및 황변도 차이(△YI)를 평가하였다.

실시예 5

상기 실시예 2에서 제조된 시트를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 방법으로 시편을 제조하여, 동일한 방법으로 관찰, 측정 및 평가하였다.

실시예 6

상기 실시예 3에서 제조된 시트를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 방법으로 시편을 제조하여 동일한 방법으로 관찰, 측정 및 평가하였다.

비교예 2

상기 비교예 1에서 제조된 시트를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 방법으로 시편을 제조하여, 동일한 방법으로 관찰, 측정 및 평가하였다.

상기 실시예 4~6 및 비교예 2에서 얻어진 가교된 시트의 물성 평가 결과를 표 1에 나타내었다.

	실시예4		실시예5		실시예6		비교예2
내후안정성 시험시간(hr)	0	1000	0	1000	0	1000	0	1000
가교도 (%)	89.5%		90%		89%		90.2
광투과율(%)	> 90%		> 90%		> 90%		> 90%
인장강도(DH) (kgf/㎠)	230	230	245	250	250	235	221	222
인장강도(UV) (kgf/㎠)		155		170		160		145
신율(DH)(%)	550	550	560	540	530	540	540	520
신율(UV)(%)		530		525		500		490
YI(DH)	1.80	5.30	1.77	5.20	1.86	4.5	1.99	5.8
YI(UV)		6.25		6.50		6.76		8.30

*UV = UV 조사 (340nm, 60℃)

*DH = 항온항습기(85℃, 상대습도 85%)

상기 표 1의 결과에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 방법에 의할 경우, 투명한 태양전지 봉지재용 EVA 시트를 제조할 수 있으며, 본 발명의 방법으로 제조된 시트로 라미네이팅 및 가교를 할 경우, 황변 안정성 뿐만 아니라 시간 경과에 따른 자외선 안정성이 더욱 향상됨을 알 수 있다.

Claims

에틸렌비닐아세테이트 공중합체 수지에, 메타크릴, 아크릴 또는 알릴기를 포함하는 벤조페논계, 벤조트리아졸계 또는 벤조트리아진계 화합물로부터 선택되는 1종 이상의 중합가능한 자외선 흡수제, 가교제로서 유기과산화물, 가교조제, 자외선 안정제 및 실란커플링제를 혼합하여 시트를 성형하는 것을 포함하는 태양전지 봉지재용 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 시트의 제조방법.
제 1항에 있어서, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 수지에 중합가능한 자외선 흡수제, 유기과산화물, 가교조제, 자외선 안정제 및 실란커플링제를 함께 혼합하여 유기과산화물의 분해온도 이하에서 용융 혼련하여 시트를 성형하는 것을 특징으로 하는 태양전지 봉지재용 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 시트의 제조방법.
제 1항에 있어서, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 수지에 자외선 안정제를 균일하게 혼합시켜 얻어진 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 수지 조성물을 압출기에서 유기과산화물의 분해온도 이하에서 용융시키면서, 중합가능한 자외선 흡수제, 유기과산화물, 가교조제 및 실란커플링제의 혼합물을 별도의 원료공급장치를 통하여 상기 압출기에 공급하여 용융 혼련하여 시트를 성형하는 것을 특징으로 하는 태양전지 봉지재용 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 시트의 제조방법.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 수지　100중량부에 대하여 상기 중합가능한 자외선 흡수제 0.01~0.5중량부를 사용하는 것을 특징으로 하는 태양전지 봉지재용 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 시트의 제조방법.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 수지의 비닐아세테이트 함량이 25~32중량%이고, 용융지수(190℃, 2.16kg)가 6~30g/10분인 것을 특징으로 하는 태양전지 봉지재용 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 시트의 제조방법.
삭제
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 유기과산화물로서 분해온도가 다른 것을 2종 이상 사용하는 것을 특징으로 하는 태양전지 봉지재용 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 시트의 제조방법.