KR101257573B1 - 태양 전지용 밀봉막 및 이를 사용한 태양 전지 - Google Patents

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Abstract

에틸렌-아세트산비닐 공중합체를 주성분으로 하고, 유기 과산화물에 의한 가교 구조를 갖는 태양 전지용 밀봉막이며, 접착력 향상을 위하여 실란 커플링제를 포함하고 있어도, 가교 속도를 저하시키지 않고, 블리스터(가스 발생에 의한 필름의 팽창)의 발생이 억제된 태양 전지용 밀봉막 및 이 밀봉막을 사용한 태양 전지를 제공한다.　에틸렌-아세트산비닐 공중합체, 유기 과산화물, 실란 커플링제를 포함하는 태양 전지용 밀봉막이며, 또한, 하기 화학식 1로 나타내어지는 포스파이트 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지용 밀봉막이다. 또한, 본 발명의 태양 전지용 밀봉막을 사용한 태양 전지이다.
<화학식 1>
Figure 112011034606544-pct00005

식 중, R1은 탄소 원자수 8 내지 14의 분지상의 지방족 알킬기이며, 3개의 R1은 동일해도 되고 상이해도 된다.

Description

태양 전지용 밀봉막 및 이를 사용한 태양 전지{SOLAR CELL SEALING FILM AND SOLAR CELL USING SAME}
본 발명은, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체를 주성분으로 하는 태양 전지용 밀봉막에 관한 것으로, 특히 유기 과산화물 및 실란 커플링제를 포함하고, 생산성이 우수한 태양 전지용 밀봉막에 관한 것이다. 또한 이 밀봉막을 사용한 태양 전지에 관한 것이다.
최근, 자원의 유효한 이용이나 환경 오염의 방지 등의 면에서, 태양광을 전기 에너지로 직접 변환하는 태양 전지가 널리 사용되고, 또한 생산성이나 내구성의 면에서 개발이 진행되고 있다.
태양 전지는, 일반적으로, 도 1에 도시한 바와 같이, 유리 기판 등으로 이루어지는 표면측 투명 보호 부재(11), 표면측 밀봉막(13A), 실리콘 발전 소자 등의 태양 전지용 셀(14), 이면측 밀봉막(13B) 및 이면측 보호 부재(백 커버)(12)를 이 순서로 적층하고, 감압으로 탈기한 후, 가열 가압하여 표면측 밀봉막(13A) 및 이면측 밀봉막(13B)을 가교 경화시켜 접착 일체화함으로써 제조된다. 종래의 태양 전지에서는, 높은 전기 출력을 얻기 위하여, 복수의 태양 전지용 셀(14)을 접속하여 사용하고 있다. 따라서, 태양 전지용 셀(14) 사이의 절연성을 확보하기 위하여, 절연성이 있는 밀봉막(13A, 13B)을 사용하여 태양 전지용 셀을 밀봉하고 있다.
태양 전지 셀에 사용되는 밀봉막으로서는, 저렴하고 높은 투명성을 가지므로 에틸렌-아세트산비닐 공중합체(EVA) 필름 등이 종래부터 사용되고 있다. 그리고, 밀봉막용 EVA 필름에는, 태양 전지용 셀의 기계적인 내구성의 확보나, 습기 또는 물의 투과에 의한 내부의 도선이나 전극의 녹 발생의 방지를 위하여, 고도의 밀착성 및 접착 강도로 각 부재를 접착 일체화시키는 기능이 필요하다.
그로 인해, 종래부터, EVA 수지에 대하여 가교제로서 유기 과산화물을 첨가함으로써, 가교 구조에 의한 내후성의 향상이나, 실란 커플링제를 첨가함으로써, 접착력의 향상이 도모되고 있다(하기 특허문헌 1).
일본 특허 공개 제2000-183382호 공보
그러나, 접착력의 향상을 위하여 실란 커플링제를 첨가하면, 가교 속도가 저하되어, 밀봉막의 생산성이 저하되는 문제가 발생한다. 또한, 가교 속도를 높이기 위하여, 유기 과산화물의 첨가량을 증가시키면 가스 발생에 의한 필름의 팽창(이하, 「블리스터」라고 칭함)이 발생하는 문제가 생긴다. 블리스터가 발생하면 광 투과성이 저하되어 발전 효율이 저하되므로 방지할 필요가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체를 주성분으로 하고, 유기 과산화물에 의한 가교 구조를 갖는 태양 전지용 밀봉막이며, 접착력 향상을 위하여 실란 커플링제를 포함하고 있어도, 가교 속도를 저하시키지 않고, 블리스터의 발생이 억제된 태양 전지용 밀봉막 및 이 밀봉막을 사용한 태양 전지를 제공하는 것에 있다.
상기 목적은, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체, 유기 과산화물, 실란 커플링제를 포함하는 태양 전지용 밀봉막이며, 또한 하기 화학식 1로 나타내어지는 포스파이트 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지용 밀봉막에 의해 달성된다. 특정한 포스파이트 화합물을 가교 촉진제로서 첨가함으로써, 실란 커플링제의 영향에 의한 가교 속도의 저하를 억제함과 함께, 유기 과산화물의 첨가량을 억제하여 블리스터의 발생을 방지할 수 있다.
Figure 112011034606544-pct00001
식 중, R1은 탄소 원자수 8 내지 14의 분지상의 지방족 알킬기이며, 3개의 R1은 동일해도 되고 상이해도 된다.
본 발명에 관한 태양 전지용 밀봉막의 바람직한 형태는 이하와 같다.
(1) 상기 포스파이트 화합물이 트리스이소데실포스파이트인 것을 특징으로 한다. 트리스이소데실포스파이트는 환경 호르몬 물질에 해당하는 일이 없어 안전성이 높으므로, 보다 바람직한 태양 전지용 밀봉막으로 할 수 있다.
(2) 상기 포스파이트 화합물을, 상기 에틸렌아세트산비닐 공중합체 100질량부에 대하여, 0.01 내지 5질량부 포함하는 것을 특징으로 한다.
(3) 상기 포스파이트 화합물의 인 원자(P)와, 상기 실란 커플링제의 알콕실기가 결합하는 규소 원자(Si)의 원자비(Si/P)가 0.1 내지 41이 되도록, 상기 포스파이트 화합물과 상기 실란 커플링제를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.
(4) 상기 포스파이트 화합물의 인 원자(P)와, 상기 실란 커플링제의 알콕실기가 결합하는 규소 원자(Si)의 원자비(Si/P)가 0.1 내지 36이 되도록, 상기 포스파이트 화합물과 상기 실란 커플링제를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다. 포스파이트 화합물과 실란 커플링제의 함유율을 상기 원자비가 되도록 함으로써, 더욱 적정하게 가교 속도의 저하를 억제하여, 접착력을 유지할 수 있고, 보다 바람직한 태양 전지용 밀봉막으로 할 수 있다.
(5) 상기 실란 커플링제를, 상기 에틸렌아세트산비닐 공중합체 100질량부에 대하여, 0.05 내지 1질량부 포함하는 것을 특징으로 한다.
(6) 상기 포스파이트 화합물을, 상기 에틸렌아세트산비닐 공중합체 100질량부에 대하여, 0.05 내지 1질량부 포함하는 것을 특징으로 한다.
(7) 투명한 것을 특징으로 한다. 본 발명의 태양 전지용 밀봉막은 블리스터의 발생이 억제되고, 광 투과성의 저하가 방지되어 있으므로, 광 투과성의 저하가 문제가 되는 투명한 태양 전지용 밀봉막에 적합하다.
또한, 상기 목적은, 본 발명의 태양 전지용 밀봉막을 사용한 것을 특징으로 하는 태양 전지에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체를 주성분으로 하고, 유기 과산화물에 의한 가교 구조를 갖고, 접착력 향상을 위하여 실란 커플링제를 포함하고 있어도, 가교 속도를 저하시키지 않고, 블리스터의 발생이 억제되어 있으므로, 생산 효율이 높고, 광 투과성의 저하가 방지된 태양 전지용 밀봉막으로 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 태양 전지용 밀봉막을 사용함으로써, 고도의 밀착성 및 접착 강도로 접착 일체화되어, 생산 효율이 높고, 발전 효율의 저하가 방지된 태양 전지를 제공할 수 있다.
도 1은 일반적인 태양 전지의 개략 단면도이다.
도 2는 접착력의 평가인, 180° 박리 시험법을 설명하기 위한 개략도이다.
본 발명의 태양 전지용 밀봉막은 에틸렌-아세트산비닐 공중합체, 가교제로서 유기 과산화물, 접착 향상제로서 실란 커플링제에 더하여, 가교 촉진제로서 특정한 포스파이트 화합물을 포함하고 있다.
(포스파이트 화합물)
상기 포스파이트 화합물은, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체의 유기 과산화물에 의한 가교 형성을 촉진할 수 있다. 포스파이트 화합물은, 인 원자에, 산소 원자를 통하여, 탄화수소기가 3개 결합한 것이다. 본 발명에 있어서의 포스파이트 화합물로서는, 하기 화학식 1로 나타내어지는 포스파이트 화합물을 들 수 있다.
<화학식 1>
Figure 112011034606544-pct00002
식 중, R1은 탄소 원자수 8 내지 14의 분지상의 지방족 알킬기이며, 3개의 R1은 동일해도 되고 상이해도 된다.
포스파이트 화합물로서는, (OH)P(OR2)2[식 중, R2는 탄소 원자수 1 내지 20인 탄화수소기임]로 나타내어지는 제2급 포스파이트 화합물 등도 알려져 있다. 그러나, 이와 같은 제2급 포스파이트 화합물은 용이하게 가수분해되어 포스폰산 등을 형성하기 쉬워, 본 발명에 있어서의 가교 촉진 효과를 충분히 얻을 수 없다. 한편 상기 화학식 1로 나타내어지는 제3급 포스파이트 화합물에 의하면, 우수한 가교 촉진 효과를 얻을 수 있다. 또한, 상기 화학식 1과 같은 분지상의 트리알킬 포스파이트는 자외선에 대하여 안정성이 높아, 태양 전지용 밀봉막에 사용하므로, 바람직한 포스파이트 화합물이다. 즉, 후술하는 실시예에 나타내는 바와 같이, 방향족 탄화수소기를 포함하는 포스파이트 화합물에 비하여, 자외선 조사에 대하여 황변하기 어렵고, 태양 전지용 밀봉막으로서, 높은 광 투과성을 유지할 수 있는 점에서 바람직하다.
분지상의 알킬기로서는, 예를 들어, iso-옥틸, iso-노닐, iso-데실기, iso-도데실기, iso-트리데실기, iso-테트라데실기 등을 들 수 있다.
상기 화학식 I의 트리알킬포스파이트로서 구체적으로는, 트리이소옥틸포스파이트, 트리이소노닐포스파이트, 트리스이소데실포스파이트, 트리이소도데실포스파이트 및 트리스(이소트리데실)포스파이트 등의 트리알킬포스파이트를 들 수 있다.
바람직한 트리알킬포스파이트로서는, 트리스이소데실포스파이트, 트리이소도데실포스파이트 및 트리스(이소트리데실)포스파이트 등을 들 수 있다. 특히, 가교 촉진제로서 유효하고, 환경 호르몬 물질에 해당할 우려가 없고 안전성이 높은 점에서, 트리스이소데실포스파이트가 바람직하다.
본 발명의 태양 전지용 밀봉막에 있어서 상술한 포스파이트 화합물의 함유량은, 상기 에틸렌-아세트산비닐 공중합체 100질량부에 대하여, 바람직하게는 0.01 내지 5질량부, 보다 바람직하게는 0.05 내지 1질량부, 특히 바람직하게는 0.1 내지 0.5질량부이다. 이에 의해, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체의 유기 과산화물에 의한 가교 형성에 있어서, 보다 적정한 가교 촉진 효과를 얻을 수 있다.
(실란 커플링제)
상기 실란 커플링제는 에틸렌-아세트산비닐 공중합체의 접착력을 향상시킬 수 있다. 실란 커플링제로서는, γ-클로로프로필메톡시실란, 비닐에톡시실란, 비닐트리스(β-메톡시에톡시)실란, γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 비닐트리아세톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리에톡시실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 비닐트리클로로실란, γ-머캅토프로필트리메톡시실란, γ-아미노프로필트리에톡시실란, N-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란을 들 수 있다. 이들 실란 커플링제는, 단독으로 사용해도 되고, 또는 2종 이상 조합하여 사용해도 된다. 또한, 실란 커플링제의 함유량은, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체 100질량부에 대하여 0.01 내지 5질량부인 것이 바람직하고, 특히 0.05 내지 1질량부가 바람직하다.
또한, 본 발명의 태양 전지용 밀봉막에 포함되는 상기 포스파이트 화합물과 상기 실란 커플링제의 비는, 상기 포스파이트 화합물의 인 원자(P)와, 상기 실란 커플링제의 알콕실기가 결합하는 규소 원자(Si)의 원자비(Si/P)가 0.1 내지 41이 되는 비가 바람직하다. Si/P는 또한 0.1 내지 36, 특히 1 내지 20이 되는 비가 바람직하다. 후술하는 실시예에 예시한 바와 같이, 상기 포스파이트 화합물과 상기 실란 커플링제를 상기 원자비(Si/P)의 범위가 되도록 포함함으로써, 보다 적정하게 가교 속도의 저하를 억제하고, 또한 접착력이 유지된 태양 전지용 밀봉막으로 할 수 있다.
(에틸렌-아세트산비닐 공중합체)
상기 에틸렌-아세트산비닐 중합체(EVA라고도 함)를 주성분으로 함으로써, 투명성, 접착성이 우수한 밀봉막을 얻을 수 있다. 상기 에틸렌-아세트산비닐 공중합체에 있어서의 아세트산비닐의 함유량은, 상기 에틸렌-아세트산비닐 공중합체 100질량부에 대하여, 바람직하게는 20 내지 35질량부, 보다 바람직하게는 20 내지 30질량부, 특히 바람직하게는 24 내지 28질량부이다. 아세트산비닐의 함유량이 20질량부 미만이면 고온으로 가교 경화시키는 경우에 얻어지는 밀봉막의 투명도가 충분하지 않을 우려가 있고, 35질량부를 초과하면 태양 전지에 있어서 밀봉막과 보호 부재의 계면에서 발포가 발생하기 쉬워질 우려가 있다.
본 발명의 태양 전지용 밀봉막은 에틸렌-아세트산비닐 공중합체 외에, 또한 폴리비닐 아세탈계 수지(예를 들어, 폴리비닐포르말, 폴리비닐부티랄(PVB 수지), 변성 PVB), 염화비닐 수지를 부차적으로 사용할 수도 있다. 그 경우, 특히 PVB가 바람직하다.
(유기 과산화물)
상기 유기 과산화물은, 가교제로서 에틸렌-아세트산비닐 공중합체의 가교 구조를 형성할 수 있고, 접착력, 투명성, 내습성, 내관통성이 개선된 태양 전지용 밀봉막을 얻을 수 있다.
상기 유기 과산화물로서는, 100℃ 이상의 온도에 의해 분해되어 라디칼을 발생하는 것이면, 어떤 것이라도 사용할 수 있다. 유기 과산화물은, 일반적으로, 성막 온도, 조성물의 조정 조건, 경화 온도, 피착체의 내열성, 저장 안정성을 고려하여 선택된다. 특히, 반감기 10시간의 분해 온도가 70℃ 이상인 것이 바람직하다.
상기 유기 과산화물로서는, 수지의 가공 온도ㆍ저장 안정성의 관점에서 예를 들어, 2,5-디메틸헥산; 2,5-디히드로퍼옥시드; 2,5-디메틸-2,5-디(tert-부틸퍼옥시)헥산; 3-디-tert-부틸퍼옥시드; tert-디쿠밀퍼옥시드; 2,5-디메틸-2,5-디(2-에틸헥사노일퍼옥시)헥산; 2,5-디메틸-2,5-디(tert-부틸퍼옥시)헥산; 2,5-디메틸-2,5-디(tert-부틸퍼옥시)헥신; 디쿠밀퍼옥시드; tert-부틸쿠밀퍼옥시드; α,α'-비스(tert-부틸퍼옥시이소프로필)벤젠; α,α'-비스(tert-부틸퍼옥시)디이소프로필벤젠; n-부틸-4,4-비스(tert-부틸퍼옥시)부탄; 2,2-비스(tert-부틸퍼옥시)부탄; 1,1-비스(tert-부틸퍼옥시)시클로헥산; 1,1-비스(tert-부틸퍼옥시)3,3,5-트리메틸시클로헥산; tert-부틸퍼옥시벤조에이트; 벤조일퍼옥시드; 1,1-디(tert-헥실퍼옥시)-3,3,5-트리메틸시클로헥산 등을 들 수 있다.
유기 과산화물로서, 특히 바람직하게는, 2,5-디메틸-2,5-디(2-에틸헥사노일퍼옥시)헥산, 1,1-디(tert-헥실퍼옥시)-3,3,5-트리메틸시클로헥산을 들 수 있다.
유기 과산화물의 함유량은, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체 100질량부에 대하여, 바람직하게는 0.1 내지 5질량부, 보다 바람직하게는 0.2 내지 1.8질량부인 것이 바람직하다.
(가교 보조제)
본 발명의 태양 전지용 밀봉막은, 필요에 따라서, 또한 가교 보조제를 포함하고 있어도 된다. 상기 가교 보조제는, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체의 겔 분율을 향상시키고, 밀봉막의 접착성 및 내구성을 향상시킬 수 있다.
상기 가교 보조제의 함유량은, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체 100질량부에 대하여, 일반적으로 10질량부 이하, 바람직하게는 0.1 내지 5질량부로 사용된다. 이에 의해, 접착성이 우수한 밀봉막이 얻어진다.
상기 가교 보조제(관능기로서 라디칼 중합성기를 갖는 화합물)로서는, 트리알릴시아누레이트, 트리알릴이소시아누레이트 등의 3관능의 가교 보조제 외에, (메트)아크릴에스테르(예, NK에스테르 등)의 단관능 또는 2관능의 가교 보조제 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 트리알릴시아누레이트 및 트리알릴이소시아누레이트가 바람직하고, 특히 트리알릴이소시아누레이트가 바람직하다.
(기타)
본 발명의 밀봉막은, 막의 다양한 물성(기계적 강도, 접착성, 투명성 등의 광학적 특성, 내열성, 내광성, 가교 속도 등)의 개량 혹은 조정, 특히 기계적 강도의 개량을 위해, 필요에 따라서, 가소제, 아크릴옥시기 함유 화합물, 메타크릴옥시기 함유 화합물 및/또는 에폭시기 함유 화합물 등의 각종 첨가제를 더 포함하고 있어도 된다.
상기 가소제로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 일반적으로 다염기산의에스테르, 다가 알코올의 에스테르가 사용된다. 그 예로서는, 디옥틸프탈레이트, 디헥실아디페이트, 트리에틸렌글리콜-디-2-에틸부티레이트, 부틸세바케이트, 테트라에틸렌글리콜디헵타노에이트, 트리에틸렌글리콜디펠라르고네이트를 들 수 있다. 가소제는 1종을 사용해도 되고, 2종 이상을 조합하여 사용해도 된다. 가소제의 함유량은, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체 100질량부에 대하여 5질량부 이하의 범위가 바람직하다.
상기 아크릴옥시기 함유 화합물 및 상기 메타크릴옥시기 함유 화합물로서는, 일반적으로 아크릴산 혹은 메타크릴산 유도체이며, 예를 들어 아크릴산 혹은 메타크릴산의 에스테르나 아미드를 들 수 있다. 에스테르 잔기의 예로서는, 메틸, 에틸, 도데실, 스테아릴, 라우릴 등의 직쇄상의 알킬기, 시클로헥실기, 테트라히드로푸르푸릴기, 아미노에틸기, 2-히드록시에틸기, 3-히드록시프로필기, 3-클로로-2-히드록시프로필기를 들 수 있다. 아미드의 예로서는, 디아세톤아크릴아미드를 들 수 있다. 또한, 에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨 등의 다가 알코올과 아크릴산 혹은 메타크릴산의 에스테르도 들 수 있다.
상기 에폭시 함유 화합물로서는, 트리글리시딜트리스(2-히드록시에틸)이소시아누레이트, 네오펜틸글리콜디글리시딜에테르, 1,6-헥산디올디글리시딜에테르, 알릴글리시딜에테르, 2-에틸헥실글리시딜에테르, 페닐글리시딜에테르, 페놀(에틸렌 옥시)5글리시딜에테르, p-t-부틸페닐글리시딜에테르, 아디프산디글리시딜에스테르, 프탈산디글리시딜에스테르, 글리시딜메타크릴레이트, 부틸글리시딜에테르를 들 수 있다.
상기 아크릴옥시기 함유 화합물, 상기 메타크릴옥시기 함유 화합물 또는 상기 에폭시기 함유 화합물은, 각각 에틸렌-아세트산비닐 공중합체 100질량부에 대하여 각각 일반적으로 0.5 내지 5.0질량부, 특히 1.0 내지 4.0질량부 포함되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 태양 전지용 밀봉막은, 자외선 흡수제, 광 안정제, 및/또는 노화 방지제를 포함하고 있어도 된다.
자외선 흡수제를 함유시킴으로써, 조사된 광 등의 영향에 의해 에틸렌-아세트산비닐 공중합체가 열화되고, 태양 전지용 밀봉막이 황변하는 것을 억제할 수 있다. 상기 자외선 흡수제로서는, 특별히 제한되지 않지만, 2-히드록시-4-메톡시벤조페논, 2-히드록시-4-n-도데실옥시벤조페논, 2,4-디히드록시벤조페논, 2,2'-디히드록시-4-메톡시벤조페논, 2-히드록시-4-n-옥톡시벤조페논 등의 벤조페논계 자외선 흡수제를 바람직하게 들 수 있다. 또한, 상기 벤조페논계 자외선 흡수제의 배합량은, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체 100질량부에 대하여 0.01 내지 5질량부인 것이 바람직하다.
광 안정제를 함유시킴으로써도, 조사된 광 등의 영향에 의해 에틸렌-아세트산비닐 공중합체가 열화되어, 태양 전지용 밀봉막이 황변하는 것을 억제할 수 있다. 상기 광 안정제로서는 힌더드 아민계라고 불리는 광 안정제를 사용하는 것이 바람직하고, 예를 들어, LA-52, LA-57, LA-62, LA-63LA-63p, LA-67, LA-68(모두 아데까(ADEKA)사제), 티누빈(Tinuvin) 744, 티누빈 770, 티누빈 765, 티누빈 144, 티누빈 622LD, 치마소르브(CHIMASSORB) 944LD(모두 시바 스페셜티 케미컬즈사제), UV-3034(B. F. 굿리치사제) 등을 들 수 있다. 또한, 상기 광 안정제는, 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상 조합하여 사용해도 되며, 그 배합량은, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체 100질량부에 대하여 0.01 내지 5질량부인 것이 바람직하다.
상기 노화 방지제로서는, 예를 들어 N,N'-헥산-1,6-디일비스〔3-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐)프로피온아미드〕 등의 힌더드 페놀계 산화 방지제, 인계 열안정제, 락톤계 열안정제, 비타민 E계 열안정제, 황계 열안정제 등을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 태양 전지용 밀봉막은, 블리스터의 발생이 억제되고, 광 투과성의 저하가 방지되어 있으므로, 특히 광 투과성의 저하가 문제가 되는 투명한 태양 전지용 밀봉막에 유효하다. 따라서, 산화티타늄 등의 백색 무기계 안료 등 투명성을 저하시키는 충전제는 포함되지 않는 태양 전지용 밀봉막이 바람직하다.
상술한 본 발명의 태양 전지용 밀봉막을 형성하기 위해서는, 공지의 방법에 준하여 행하면 된다. 예를 들어, 상술한 각 성분을 포함하는 조성물을, 통상의 압출 성형, 또는 캘린더 성형(캘린더링) 등에 의해 성형하여 시트 형상물을 얻는 방법에 의해 제조할 수 있다. 또한, 상기 조성물을 용제에 용해시켜, 이 용액을 적당한 도포기(코터)로 적당한 지지체 상에 도포, 건조하여 도막을 형성함으로써 시트 형상물을 얻을 수도 있다. 압출 성형 등을 사용하여 가열 압연함으로써 성막하는 경우, 가열은 일반적으로 50 내지 90℃의 범위이다. 태양 전지용 밀봉막의 두께는, 특별히 제한되지 않지만, 50㎛ 내지 2㎜의 범위이면 된다.
본 발명의 태양 전지의 구조는, 본 발명의 태양 전지용 밀봉막을 사용하고 있으면, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 표면측 투명 보호 부재와 이면측 보호 부재 사이에, 태양 전지용 셀을, 상기 태양 전지용 밀봉막에 의해 양측으로부터 끼워 접착 일체화시킴으로써 밀봉시킨 구조, 이면측 보호 부재의 표면 상에 형성시킨 태양 전지 소자 상에 상기 태양 전지용 밀봉막과 표면측 투명 보호 부재를 접착 일체화시킨 구조, 및 표면측 투명 보호 부재의 표면 상에 형성시킨 태양 전지 소자 상에 상기 태양 전지용 밀봉막과 이면측 보호 부재를 접착 일체화시킨 구조 등을 들 수 있다. 표면측 투명 보호 부재의 표면에 형성시킨 태양 전지 소자를 사용하는 태양 전지로서는, 예를 들어, 유리나 폴리이미드 기판, 불소 수지계 투명 기판 등의 투명 기판의 표면에 스퍼터링법이나 화학 기상 증착법 등에 의해 박막 실리콘계, 박막 아몰퍼스 실리콘계 태양 전지 소자, 셀렌화구리인듐(CIS)계 태양 전지 소자 등을 형성시키는 박막 태양 전지를 들 수 있다.
상기 태양 전지에 있어서, 태양 전지용 셀을 충분히 밀봉하기 위해서는, 예를 들어, 도 1에 도시한 바와 같이 표면측 투명 보호 부재(11), 표면측 밀봉막(13A), 태양 전지용 셀(14), 이면측 밀봉막(13B) 및 이면측 보호 부재(12)를 적층하고, 가열 가압 등 통상의 방법에 따라서 밀봉막을 가교 경화시키면 된다.
상기 가열 가압하기 위해서는, 예를 들어, 상기 적층체를, 진공 라미네이터로 온도 135 내지 180℃, 또한 140 내지 180℃, 특히 155 내지 180℃, 탈기 시간 0.1 내지 5분, 프레스 압력 0.1 내지 1.5kg/㎠, 프레스 시간 5 내지 15분으로 가열 압착하면 된다. 이 가열 가압 시에, 표면측 밀봉막(13A) 및 이면측 밀봉막(13B)에 포함되는 에틸렌-아세트산비닐 공중합체를 가교시킴으로써, 표면측 밀봉막(13A) 및 이면측 밀봉막(13B)을 통하여, 표면측 투명 보호 부재(11), 이면측 투명 부재(12) 및 태양 전지용 셀(14)을 일체화시켜, 태양 전지용 셀(14)을 밀봉할 수 있다.
본 발명의 태양 전지용 밀봉막은, 광 투과성의 저하가 방지되어, 투명성이 확보되어 있으므로, 태양 전지용 셀과 표면측 보호 부재 사이에 배치되는 표면측 밀봉막으로서 사용되는 것이 특히 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서, 태양 전지용 셀의 광이 조사되는 측(수광면측)을 「표면측」이라고 부르고, 태양 전지용 셀의 수광면과는 반대면측을 「이면측」이라고 부른다.
본 발명의 태양 전지에 사용되는 표면측 투명 보호 부재(11)는, 통상 규산염 유리 등의 유리 기판인 것이 좋다. 유리 기판의 두께는, 0.1 내지 10㎜가 일반적이며, 0.3 내지 5㎜가 바람직하다. 유리 기판은 일반적으로, 화학적으로 혹은 열적으로 강화시킨 것이어도 된다.
본 발명에서 사용되는 이면측 보호 부재(12)는, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 플라스틱 필름이지만, 내열성, 내습열성을 고려하여 불화폴리에틸렌 필름, 특히 불화폴리에틸렌 필름/Al/불화폴리에틸렌 필름을 이 순서로 적층시킨 필름이 바람직하다. 특히 PET 등의 플라스틱 필름은 태양 전지용 밀봉막과의 접착성이 낮으므로, 본원 발명의 태양 전지용 밀봉막은 PET 등의 플라스틱 필름을 이면측 보호 부재로서 갖는 태양 전지에 사용되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 태양 전지(박막 태양 전지를 포함함)는, 상술한 바와 같이, 표면측 및/또는 이면측에 사용되는 밀봉막에 특징을 갖는다. 따라서, 표면측 투명 보호 부재, 이면측 보호 부재 및 태양 전지용 셀 등의 상기 밀봉막 이외의 부재에 대해서는, 종래 공지의 태양 전지와 마찬가지의 구성을 갖고 있으면 되고, 특별히 제한되지 않는다.
<실시예>
이하, 본 발명을 실시예에 의해 설명한다.
(실시예 1)
표 1에 나타내는 배합으로 각 재료를 롤 밀에 공급하고, 70℃에서, 혼련하여 태양 전지용 밀봉막 조성물을 제조하였다. 상기 태양 전지용 밀봉막 조성물을, 70℃에서, 캘린더 성형하고, 방냉 후, 태양 전지용 밀봉막(두께 0.6㎜)을 제작하였다.
(실시예 2 내지 7, 비교예 1 내지 6)
재료 및 배합을, 각각 표 1에 나타내는 대로 한 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 태양 전지용 밀봉막 조성물을 제조하고, 이를 사용하여 태양 전지용 밀봉막을 제작하였다.
(평가 방법)
(1) 가교 속도
상기에서 제작한 각 태양 전지용 밀봉막을 오븐에서, 160℃에서 가교 반응을 행하고, 일정 시간마다 약 1g 정칭(精秤)하고, 속슬렛 추출기를 사용하여 열 크실렌으로 6시간 추출 처리한 후, 발생한 겔 성분을 80℃에서 12시간 이상 건조하여 칭량하였다. 밀봉막에 대한 겔 성분의 질량%를 산출하고, 그 수치가 80%에 도달하는 가교 시간을 가교 속도로 하였다. 가교 시간의 판정 기준은 10분 이하를 합격으로 하였다.
(2) 접착력
접착력은 180° 박리 시험(JIS K 6584, 1994년)에 의해 평가하였다. 180° 박리 시험은, 구체적으로는, 하기 수순에 따라서 도 2에 예시한 대로 행하였다.
유리 기판(21), 상기 각 태양 전지용 밀봉막(23) 및 PET 필름(두께 50㎛, 폭 10㎝)(22)을 이 순서로 적층하고, 얻어진 적층체를 진공 라미네이터로 진공 탈기하여, 100℃의 온도에서 예비 압착한 후, 다시 오븐에 넣어, 온도 155℃의 조건에서 4분간 가압 가열 처리하였다. 다음에, 23℃, 50%RH 분위기 하에서, 적층체를 24시간 방치한 후, 태양 전지용 밀봉막(23)과 PET 필름(22) 사이의 일부를 박리하여, PET 필름(22)을 180° 되접어 인장 시험기(시마즈 세이사꾸쇼사제, 오토그래프)를 사용하여 인장 속도를 100㎜/분으로 했을 때의 박리력을 PET 접착력[N/㎝]으로서 측정하였다. 접착력의 판정 기준은 10N/㎝ 이상을 합격으로 하였다.
(3) 블리스터성(가스 발생에 의한 팽창)
유리 기판, 상기 각 태양 전지용 밀봉막, 태양 전지 셀, 상기 태양 전지용 밀봉막, 가스 배리어층(테드라(불화폴리에틸렌 필름(듀퐁사제))/알루미늄박/테드라)을 이 순서로 적층하고, 얻어진 적층체를 진공 라미네이터로 진공 탈기하여, 160℃의 오븐에 정치하고, 가스 발생에 의한 팽창이 발생할 때까지의 시간을 측정하였다. 블리스터성의 판정 기준은 45분 이상을 합격으로 하였다.
(4) 자외선 안정성
상기 각 태양 전지용 밀봉막에 대하여, 아이 수퍼 UV 테스터(이와사끼 덴끼사제)를 사용하여, 조사 강도 1000W/㎡, 150시간 조사하였다. 각 밀봉막에 대하여 색차계(컬러 컴퓨터 SM-5-IS-2B(스가 시껭끼사제))로 황변도(YI)를 측정하고, 초기 황변도(ΔYI)를 차감한 황변도 변화(ΔYI)를 구하였다.
(평가 결과)
상기 각 평가의 결과를 표 1에 나타낸다. 실시예 1 및 비교예 1 내지 3에 있어서, EVA 100질량부에 대하여, 각종 포스파이트 화합물을 0.3질량부 배합한 태양 전지용 밀봉막을 평가하였다. 가교 속도, 접착력, 블리스터성에 대해서는, 동등하였지만, 자외선 안정성에 대해서는, 실시예 1의 분지상 트리알킬포스파이트가 방향족 탄화수소기를 포함하는 비교예 1 내지 3보다 황변도 변화가 작고 우수하였다. 한편, 포스파이트 화합물을 배합하고 있지 않은 비교예 4에서는, 가교 속도를 유지하기 위하여 유기 과산화물의 배합량을 증가시키고 있기 때문에, 블리스터성이 불합격이었다. 유기 과산화물의 배합량을 증가시키지 않는 경우에는, 비교예 5와 같이 가교 속도가 불합격이었다. 또한, 포스파이트 화합물을 배합해도, 제2급 포스파이트 화합물을 배합한 경우는, 비교예 6에 나타낸 바와 같이, 비교예 2와 마찬가지로 가교 속도가 불합격이었다. 이는 포스파이트 화합물의 가수분해가 진행되고, 가교 속도를 촉진하는 효과가 불충분했기 때문이라고 생각되었다.
또한, 실시예 2 내지 7에 있어서, 포스파이트 화합물로서 트리스이소데실포스파이트를 사용하여, 실란 커플링제와 포스파이트 화합물의 배합량을 바꾸어 제조한 태양 전지용 밀봉막을 평가하였다. 그 결과, EVA 100중량부에 대하여, 실란 커플링제 0.05 내지 1질량부 및 포스파이트 화합물 0.05 내지 1질량부의 범위에서 양호한 가교 속도, 접착력 및 블리스터성이 확인되었다. 또한, 포스파이트 화합물과 실란 커플링제의 배합비의 지표로서, 포스파이트 화합물의 인 원자(P)와, 실란 커플링제의 알콕실기가 결합하는 규소 원자(Si)의 원자비(Si/P)를 나타냈다. Si/P가 41인 실시예 7에서는 가교 속도가 약간 늦고, Si/P가 가교 속도와 접착력의 밸런스에 영향을 미친다고 생각되었다. 실시예에 의해, Si/P는 0.1 내지 36의 범위가 되도록 포스파이트 화합물과 실란 커플링제를 함유시킴으로써, 보다 적정하고 양호한 가교 속도와 접착력을 갖는 태양 전지용 밀봉막이 얻어지는 것이 확인되었다.
Figure 112011034606544-pct00003
또한, 본 발명은 상기한 실시 형태의 구성 및 실시예에 한정되는 것은 아니며, 발명의 요지의 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다.
11, 21: 표면측 투명 보호 부재
12, 22: 이면측 보호 부재
13A: 표면측 밀봉막
13B: 이면측 밀봉막
14: 태양 전지용 셀
21: 유리 기판
22: PET 필름
23: 태양 전지용 밀봉막

Claims (8)

  1. 에틸렌-아세트산비닐 공중합체, 유기 과산화물, 실란 커플링제를 포함하는 태양 전지용 밀봉막이며,
    또한, 하기 화학식 1로 나타내어지는 포스파이트 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지용 밀봉막.
    <화학식 1>
    Figure 112011034606544-pct00004

    식 중, R1은 탄소 원자수 8 내지 14의 분지상의 지방족 알킬기이며, 3개의 R1은 동일해도 되고 상이해도 된다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 포스파이트 화합물이 트리스이소데실포스파이트인 것을 특징으로 하는 태양 전지용 밀봉막.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 포스파이트 화합물을, 상기 에틸렌-아세트산비닐 공중합체 100질량부에 대하여, 0.01 내지 5질량부 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지용 밀봉막.
  4. 제3항에 있어서, 상기 포스파이트 화합물의 인 원자(P)와, 상기 실란 커플링제의 알콕실기가 결합하는 규소 원자(Si)의 원자비(Si/P)가 0.1 내지 41이 되도록, 상기 포스파이트 화합물과 상기 실란 커플링제를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 태양 전지용 밀봉막.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 포스파이트 화합물의 인 원자(P)와, 상기 실란 커플링제의 알콕실기가 결합하는 규소 원자(Si)의 원자비(Si/P)가 0.1 내지 36이 되도록, 상기 포스파이트 화합물과 상기 실란 커플링제를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 태양 전지용 밀봉막.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 실란 커플링제를, 상기 에틸렌-아세트산비닐 공중합체 100질량부에 대하여, 0.05 내지 1질량부 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지용 밀봉막.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 포스파이트 화합물을, 상기 에틸렌-아세트산비닐 공중합체 100질량부에 대하여, 0.05 내지 1질량부 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지용 밀봉막.
  8. 제1항 또는 제2항에 기재된 태양 전지용 밀봉막을 사용한 것을 특징으로 하는 태양 전지.
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