KR101350517B1 - 태양전지 백시트 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 1) 기재층, 2) 상기 기재층의 적어도 일면에 코팅되고, 우레탄계 접착제를 포함하는 접착층, 및 3) 상기 접착층 상에 코팅되고, 불화비닐리덴계 중합체를 포함하는 불소계 코팅층을 포함하는 태양전지 백시트, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 태양전지에 관한 것이다. 본 발명에 따른 태양전지 백시트는 불소계 코팅층의 건조온도를 170℃ 이하로 낮출 수 있으므로, 기재층의 열변형을 최소화할 수 있고, 태양전지 백시트의 제조비용 및 생산성을 향상시킬 수 있다.
백시트, 태양전지
Description
본 발명은 신뢰성, 접착성 등이 우수하고, 공정편이성이 뛰어나며, 가격이 싼 태양전지 백시트, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 태양전지에 관한 것이다.
최근 지구 환경 문제와 화석 연료의 고갈 등에 따른 신 재생에너지에 대한 관심이 고조되고 있으며, 그 중 무공해 에너지원인 태양광 발전에 대한 연구개발이 활발하게 진행되고 있다.
태양광 발전원리가 적용되는 태양전지(solar battery)는 태양광을 전기 에너지로 전환시키는 반도체 소자로서, 일반적으로 단결정 또는 다결정 또는 비정질 실리콘계의 반도체로부터 제조되며, 다이오드(diode)와 유사한 기본 구조를 가진다.
태양전지는 태양광을 용이하게 흡수할 수 있도록, 외부환경에 장기간 노출되어야 하므로, 셀을 보호하기 위한 여러 가지 팩키징(Packaging)이 수행되어 유닛(unit) 형태로 제조되며, 이러한 유닛을 태양전지 모듈이라 한다.
일반적으로, 태양전지의 팩키징에 사용되는 시트는 20년 이상 외부환경에 노출된 상태에서도 태양전지를 안정적으로 보호할 수 있도록, 내후성 및 내구성이 우 수한 백시트(back sheet)를 사용한다.
이러한 백시트는 기재층의 일면에 내구성 및 내후성 등을 갖는 수지층을 형성하는 방법으로 제조된다.
일반적으로, 내구성 및 내후성 등을 갖는 태양전지 백시트의 수지층 재료는 PVF(Poly Vinyl Fluoride) 수지가 사용되고 있다. 그러나, 상기 PVF(Poly Vinyl Fluoride) 수지는 기재층에 대한 접착력이 좋지 못하고, 수지용액으로 제조하여 기재층에 코팅하여 건조할 경우, 200℃ 이상의 높은 건조 온도를 필요로 하는 단점이 있다.
높은 건조온도를 요구하는 PVF(Poly Vinyl Fluoride) 수지 용액은 높은 건조온도를 제공하기 위한 고가의 건조공정 설비를 이용하여 건조되므로, 태양전지 백시트의 제조비용을 증가시키고, 기재층의 열변형을 유발함으로써, 태양전지 모듈의 제조시의 생산성 및 품질을 저하시킬 수 있는 문제점이 있다.
또한, 종래에는 상기 태양전지 백시트의 제조시 압출 또는 캐스팅으로 얻어진 PVF(polyvinyl fluoride) 필름을 우레탄계 접착제를 사용하여 PET(polyethylene threphthalate) 필름 등에 라미네이션하는 방법을 이용하였으나, 고가의 PVF 필름을 사용하므로 제조비용이 증가한다는 문제점이 있다.
따라서, 우수한 내구성 및 내후성을 가지면서, 낮은 건조온도에서 건조됨으로써, 태양전지 백시트의 제조 비용을 절감할 수 있고, 태양전지 모듈의 생산성 및 품질을 향상시킬 수 있는 태양전지 백시트 재료에 대한 필요성이 절실한 실정이다.
본 발명은 우수한 내구성 및 내후성을 가지면서, 낮은 건조온도에서 제조됨으로써 태양전지 백시트의 제조 비용을 낮추며, 태양전지 모듈의 생산성 및 품질을 향상시킬 수 있는 태양전지 백시트, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 태양전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은,
1) 기재층,
2) 상기 기재층의 적어도 일면에 코팅되고, 우레탄계 접착제를 포함하는 접착층, 및
3) 상기 접착층 상에 코팅되고, 불화비닐리덴계 중합체를 포함하는 불소계 코팅층
을 포함하는 태양전지 백시트를 제공한다.
또한, 본 발명은
1) 기재층을 준비하는 단계,
2) 상기 기재층의 적어도 일면에 우레탄계 접착제를 포함하는 조성물을 코팅하는 단계, 및
3) 상기 접착층 상에 불화비닐리덴계 중합체 및 비점이 170℃ 이하인 용매를 포함하는 수지 조성물을 코팅하는 단계
를 포함하는 태양전지 백시트의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 태양전지 백시트를 포함하는 태양전지를 제공한다.
본 발명에 따른 태양전지 백시트는 신뢰성, 접착성 등이 우수하다. 또한, 태양전지 백시트의 제조시 공정편이성이 뛰어나므로, 태양전지 백시트 및 태양전지 모듈의 제조비용을 큰 폭으로 절감할 수 있다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 태양전지 백시트는 1) 기재층, 2) 상기 기재층의 적어도 일면에 코팅되고, 우레탄계 접착제를 포함하는 접착층, 및 3) 상기 접착층 상에 코팅되고, 불화비닐리덴계 중합체를 포함하는 불소계 코팅층을 포함한다.
본 발명에 따른 태양전지 백시트에 있어서, 상기 1) 기재층은 요구되는 기능, 용도 등에 따라 선정할 수 있고, 구체적으로는 금속 기재, 폴리에스테르계 수지층 등을 들 수 있다.
상기 폴리에스테르계 수지층은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 등으로부터 형성할 수 있으며, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)가 보다 바람직하나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 1) 기재층의 두께는 50 내지 500㎛ 인 것이 바람직하고, 100 내지 300㎛ 인 것이 더욱 바람직하다. 상기 1) 기재층의 두께가 50㎛ 미만인 경우에는 충분 한 전기 절연성, 수분 차단성, 기계적 특성을 발휘할 수 없고, 500㎛를 초과하는 경우에는 취급이 불편하고, 단가 상승의 원인이 될 수 있다.
상기 1) 기재층에는 특별한 표면처리를 행할 필요가 없지만, 접착력을 보다 향상시키기 위하여 프라이머 처리 등과 같은 표면 처리를 수행할 수 있다. 상기 프라이머 처리에 의해 형성되는 프라이머층의 두께는 균일한 도막을 얻을 수 있으면 특별히 한정되지는 않지만, 일반적으로 0.01 내지 2㎛ 범위가 바람직하다. 상기 프라이머층의 두께가 0.01㎛ 미만인 경우에는 균일한 도막이 얻어지기가 어렵고 밀착성이 저하되는 경우가 있으며, 2㎛를 초과하는 경우에는 도막 물성이 접착력을 떨어뜨릴 수 있다.
상기 프라이머층은 오프셋 인쇄법, 그라비아 인쇄법 등의 주지의 인쇄 방식이나, 롤 코트(roll coat), 나이프 에지 코트(knife edge coat), 그라비아 코트(gravure coat) 등의 주지의 도포 방식을 이용하여 프라이머제를 플라스틱 필름 기재 위에 코팅하고, 그 후 코팅막을 건조하고 용매 등을 제거하고 경화시키는 것에 의해 형성할 수 있다. 상기 프라이머 처리를 위한 재료는 실란 커플링제, 우레탄계, 아크릴계, 에폭시계 화합물 등의 주지의 재료들을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지 백시트에 있어서, 상기 2)의 우레탄계 접착제는 내가수분해성, 내열성, 내후성 등이 우수한 우레탄계 접착제를 사용하여, 태양전지 모듈 평가에서 검토되는 고온 다습하의 촉진평가에서 열화가 되지 않고, 오랫동안 사용하여도 접착제층의 변형에 의한 디라미네이션 불량이나 태양전지의 출력 저하를 일으키지 않아야 한다.
상기 우레탄계 접착제는 PET와 불소계 수지에 높은 접착력을 내는 접착제로서 기존의 태양전지용 백시트 재료에 광범위하게 사용되고 있으며, 또한 충분한 내구성을 검증받은 접착제이다. 우레탄계 접착제는 필름과 필름간의 접착력에서도 우수한 접착성을 보이지만, 완전히 경화되지 않은 우레탄 접착제와 불소계 고분자의 코팅 조성물 사이에서는 코팅 조성물의 불소계 고분자가 접착제층으로 침투하여 더 강한 분자간 상호작용과 기계적 인터락킹(mechanical interlocking) 효과를 얻을 수 있다. 이렇게 하여 형성된 접착층은 일정 두께에서 접착제와 불소계 고분자가 상호 공존하는 영역을 갖게 되고 이러한 영역의 존재는 접착력을 강하게 하는 동시에 물과 같은 작은 입자의 공격에 의해서도 접착력을 유지할 수가 있다.
본 발명에 따른 태양전지 백시트에 있어서, 상기 2)의 우레탄계 접착제는 폴리우레탄계 접착제를 사용할 수 있고, 보다 구체적으로 상기 폴리우레탄계 접착제는 내가수분해성을 향상시킨 폴리에스테르 우레탄 폴리올; 및 디이소시아네이트, 디이소시아네이트의 뷰렛체 및 이소시아누레이트 중 선택되는 1종 이상을 포함하나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 태양전지 백시트에 있어서, 상기 2) 접착층의 두께는 0.1 내지 20㎛ 인 것이 바람직하고, 1 내지 10㎛ 인 것이 더욱 바람직하나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 태양전지 백시트에 있어서, 상기 3)의 불화비닐리덴계 중합체는 결정화도가 10 내지 70%인 것이 바람직하다. 상기 결정화도란 중합체에 존재하는 결정질 영역의 백분율을 의미한다. 상기 불화비닐리덴계 중합체의 결정화도는 10 내지 30%인 것이 더욱 바람직하다.
상기 결정화도는 고분자 물질의 비결정질 영역과 결정질 영역에 대한 백분율로 정의되며, 대체로 결정화도가 높을수록 용매에 대한 용해도가 떨어진다.
상기 결정화도가 너무 낮은 중합체의 경우 제조가 힘들고, 고분자의 물성도 떨어지는 단점이 있으므로, 상기 불화비닐리덴계 중합체는 10 내지 30%의 결정화도를 가지는 것이 용매에 대한 용해도와 고분자의 제조편이성, 물성 등을 고려했을 때 적절하다.
상기 불화비닐리덴계 중합체는 내구성 및 내후성 등의 물성이 우수함에도 불구하고, 규칙적인 원소 배열을 가지고 있어서 결정화도가 비교적 높은 고분자이며, 용매에 대한 용해도가 좋지 못한 단점이 있다. 따라서, 상기 불화비닐리덴계 중합체는 규칙적인 원소 배열을 해제시켜 결정화도를 낮출 수 있도록 추가의 공단량체를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 공단량체로는 헥사플루오로프로필렌(HFP), 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE), 테트라플루오로에틸렌(TFE), 트리플루오로에틸렌, 헥사플루오로이소부틸렌, 퍼플루오로 부틸에틸렌, 퍼플루오로 프로필 비닐 에테르(PPVE), 퍼플루오로 에틸 비닐 에테르(PEVE), 퍼플루오로 메틸 비닐 에테르(PMVE), 퍼플루오로-2,2-디메틸-1,3-디옥솔(PDD), 퍼플루오로-2-메틸렌-4-메틸-1,3-디옥솔란(PMD) 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 헥사플루오로프로필렌(HFP), 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE) 또는 테트라플루오로에틸렌(TFE)을 사용할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 공단량체의 함량은 불화비닐리덴계 공중합체 전체를 기준으로 5 내지 50 중량%의 범위이면 특별히 제한되지 않으나, 태양전지 백시트에 요구되는 내구성 및 내후성을 발휘하면서, 동시에 소망하는 저온 건조 특성을 발휘할 수 있도록, 7 내지 40 중량%인 것이 바람직하고, 10 내지 30 중량%인 것이 더욱 바람직하며, 12 내지 20 중량%인 것이 더더욱 바람직하다.
종래에 태양전지 백시트의 내후성을 위하여 주로 사용된 불소계 중합체는 비점이 낮은 용매에 잘 용해되지 않는 특성이 있었다. 그러나, 상기 불화비닐리덴계 중합체는 우수한 내구성 및 내후성을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 비점이 상대적으로 낮은 용매, 특히 바람직하게는 비점이 170℃ 이하인 용매에 용해될 수 있다. 따라서, 상기 불화비닐리덴계 중합체를 태양전지 백시트의 불소계 코팅층에 포함시키는 경우, 백시트 제조공정 중에 불소계 코팅층을 낮은 온도에서 건조시킬 수 있다. 이에 의하여 기재층의 열변형을 최소화할 수 있고, 태양전지 모듈의 제조비용을 낮출 수 있으며, 태양전지 모듈의 생산성 및 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 불화비닐리덴계 중합체를 이용하여 3) 불소계 코팅층을 형성하는 경우, 특별히 3) 불소계 코팅층과 2) 접착층 사이에서 작용기간의 화학적 결합 형성이 없는 경우에도 우수한 접착력을 제공할 수 있다. 구체적으로, 상기 태양전지 백시트의 제조공정 중, 상기 3) 불소계 코팅층과 상기 2) 접착층의 계면에서, 상기 불화비닐리덴계 중합체가 상기 2) 접착층으로 확산(interdiffusion)될 수 있다. 이에 의하여 상기 3) 불소계 코팅층과 상기 2) 접착층 사이의 접착력을 물리적으로 향상시킬 수 있다. 추가로, 상기 불화비닐리덴계 중합체에 포함되어 있는 작용성기 에 의하여, 반데르발스 결합(van der waales bond), 수소 결합, 이온 결합, 공유 결합과 같은 화학적 상호작용이 발생할 수 있으며, 이에 의하여도 3) 불소계 코팅층과 2) 접착층 사이의 접착력이 추가로 향상될 수도 있다.
상기 불화비닐리덴계 중합체의 수 평균 분자량은 50,000 내지 250,000인 것이 바람직하다. 상기 수 평균 분자량이 50,000 미만인 경우에는 용해도가 떨어질 우려가 있고, 250,000을 초과하는 경우에는 필름의 물성 저하가 일어날 수 있다.
상기 불화비닐리덴계 중합체의 융점은 80 내지 175℃인 것이 바람직하고, 120 내지 165℃인 것이 더욱 바람직하다. 상기 융점이 80℃ 미만인 경우에는 태양전지 모듈 제조공정과 사용 중에 백시트의 변형을 초래할 수 있고, 175℃를 초과하는 경우에는 용매에 대한 용해도가 떨어지거나 낮은 건조온도에서 코팅면의 광택성이 저하될 우려가 있다.
본 발명에 따른 태양전지 백시트에 있어서, 상기 3) 불소계 코팅층은 (메타)아크릴계 중합체를 추가적으로 포함할 수 있다.
상기 (메타)아크릴계 중합체로는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 메틸메타크릴레이트 및 글리시딜메타크릴레이트의 공중합체, 메틸메타크릴레이트 및 시클로헥실말레이미드의 공중합체 등을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 (메타)아크릴계 중합체의 함량은 1 내지 50 중량%인 것이 바람직하고, 5 내지 30 중량%인 것이 더욱 바람직하다. 상기 (메타)아크릴계 중합체의 함량이 1 중량% 미만인 경우에는 충분한 접착력을 확보하기가 어려운 문제점이 있을 수 있고, 50 중량%를 초과하는 경우에는 3) 불소계 코팅층의 내후성이 떨어지는 문제점 이 있을 수 있다.
상기 불화비닐리덴계 중합체 대 (메타)아크릴계 공중합체의 중량비는 9 ~ 7 : 1 ~ 3인 것이 바람직하나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
보다 구체적으로, 상기 3) 불소계 코팅층이 불화비닐리덴계 공중합체와 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 포함하는 경우, 이들의 중량비는 9 ~ 7 : 1 ~ 3인 것이 바람직하다. 또한, 상기 3) 불소계 코팅층이 불화비닐리덴계 공중합체와 메틸메타크릴레이트 및 시클로헥실말레이미드의 공중합체를 포함하는 경우, 이들의 중량비는 9 ~ 7 : 1 ~ 3인 것이 바람직하다. 또한, 상기 3) 불소계 코팅층이 불화비닐리덴계 공중합체와 메틸메타크릴레이트 및 글리시딜메타크릴레이트의 공중합체를 포함하는 경우, 이들의 중량비는 9 ~ 7 : 1 ~ 3인 것이 바람직하다. 또한, 상기 3) 불소계 코팅층이 불화비닐리덴계 공중합체, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 및 메틸메타크릴레이트 및 글리시딜메타크릴레이트의 공중합체를 포함하는 경우, 이들의 중량비는 9 ~ 6 : 0.5 ~ 2 : 0.5 ~ 2인 것이 바람직하다. 또한, 상기 3) 불소계 코팅층이 불화비닐리덴계 공중합체, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 및 메틸메타크릴레이트 및 시클로헥실말레이미드의 공중합체를 포함하는 경우, 이들의 중량비는 9 ~ 6 : 0.5 ~ 2 : 0.5 ~ 2인 것이 바람직하다. 또한, 상기 3) 불소계 코팅층이 불화비닐리덴계 공중합체, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 및 메틸메타크릴레이트 및 글리시딜메타크릴레이트의 공중합체를 포함하는 경우, 이들의 중량비는 9 ~ 6 : 0.5 ~ 2 : 0.5 ~ 2인 것이 바람직하다.
상기 글리시딜메타크릴레이트(GMA)와 시클로헥실말레이미드(CHMI)는 단독으 로 포함되지 않고, 메틸메타크릴레이트 및 글리시딜메타크릴레이트의 공중합체, 메틸메타크릴레이트 및 시클로헥실말레이미드의 공중합체의 형태로 포함되는 것이 바람직하며, 이들 이외에 메틸메타크릴레이트 및 하이드록시 에틸 메타크릴레이트 공중합체, 메틸메타크릴레이트 및 아크릴산 공중합체, 메틸메타크릴레이트 및 메타크릴산의 공중합체 등이 추가로 사용될 수 있다.
상기 (메타)아크릴계 중합체 이외에 하이드록시 에틸 메타크릴레이트(HEMA), 메타크릴산(MAA), 아크릴산(AA) 등이 추가적으로 사용될 수 있다.
상기 3) 불소계 코팅층은 태양전지의 발전 효율 향상과 태양전지 백시트의 물성 향상을 위해 안료 및/또는 충전제(filler)를 추가로 포함할 수 있으며, 안료 및/또는 충전제의 예로서, 이산화티탄(TiO2), 실리카(silica), 알루미나(alumina), 탄산칼슘, 황산바륨, 카본블랙, 메탈옥사이드 등의 첨가물을 사용할 수 있고, 카본블랙 등 블랙 피그먼트나 다른 칼라를 내기 위한 피그먼트도 사용할 수 있다.
상기 3) 불소계 코팅층은 상대적으로 비점이 낮은 용매에 전술한 불화비닐리덴계 공중합체와 필요한 경우 전술한 첨가제를 용해시킨 수지 조성물을 2) 접착층 상에 코팅하여 건조시키는 방법으로 형성할 수 있다. 이 때, 코팅 방법으로는 당 기술분야에 알려져 있는 방법을 이용할 수 있다.
바람직하게는, 전술한 불화비닐리덴계 공중합체를 포함하는 불소계 코팅층 재료를 비점이 170℃ 이하인 용매에 용해시킨 수지 조성물을 상기 2) 접착층에 코팅하는 방법으로 형성할 수 있다. 상기 용매의 구체적인 예로는 아세톤, 메틸에틸 케톤(MEK), 디메틸포름아미드(DMF) 및 디메틸아세트아마이드(DMAC)로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합 용매를 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
여기서, 상기 메틸에틸케톤(MEK), 디메틸포름아미드(DMF) 및 디메틸아세트아마이드(DMAC)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 용매는 170℃ 이하의 온도에서 증발되는 용매들로서, 전술한 불화비닐리덴계 중합체를 포함하는 불소계 코팅층 재료를 잘 용해시킬 수 있을 뿐만 아니라, 전술한 불화비닐리덴계 중합체와 함께 2) 접착층에 도포된 후 비교적 낮은 온도에서 건조될 수 있다. 또한, 2) 접착층의 층의 표면을 부분적으로 용해시킴으로써, 3) 불소계 코팅층과 2) 접착층 사이의 접촉면에서 불소계 코팅층 성분과 접착층 성분이 혼합되게 하여, 3) 불소계 코팅층과 2) 접착층 사이의 물리적 결합력을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 불소계 코팅층 재료로서 불화비닐리덴계 중합체에 전술한 첨가제를 혼합하는 경우, 용매로서 상기 불화비닐리덴계 중합체의 용해도가 높은 용매와 상기 첨가제에 대한 용해도가 높은 용매를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 상기와 같이 혼합 용매를 사용하는 경우, 용매의 혼합비는 불화비닐리덴계 중합체와 첨가제의 혼합비에 비례하게 사용할 수 있다. 구체적인 예로서 메틸에틸케톤(MEK)과 디메틸포름아미드(DMF)의 혼합 용매를 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 용매로서 불화비닐리덴계 중합체 이외에 상기 2) 접착층을 함께 적정하게 팽윤시킬 수 있는 용매를 사용하거나, 불화비닐리덴계 중합체를 용해시킬 수 있는 용매와 상기 2) 접착층을 팽윤시킬 수 있는 용매를 혼합하여 사용함으로써, 3) 불소계 코팅층과 2) 접착층 사이의 결합력을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 3) 불소계 코팅층의 제조시, 건조는 170℃ 이하의 온도에서 당업자가 적절한 온도 및 시간을 정할 수 있다. 본 발명에서 상기 건조 온도는 100℃ 내지 170℃인 것이 더욱 바람직하며, 시간은 1분 내지 30분이 바람직하고, 3분 내지 10분이 더욱 바람직하다.
상기 3) 불소계 코팅층의 건조 온도가 200℃를 초과하는 경우, 200℃ 이상의 고온 건조설비를 이용해야 하므로, 제조비용이 상승하고, 1) 기재층의 열변형이 유발되어 태양전지 백시트의 생산성과 품질이 현저히 저하되는 문제가 있다.
상기 3) 불소계 코팅층의 두께는 5 내지 100㎛ 인 것이 바람직하고, 10 내지 30㎛ 인 것이 더욱 바람직하다. 3) 불소계 코팅층의 두께가 5㎛ 미만인 경우에는 너무 얇아서 필러의 충진이 충분하지 못하여 광차단성이 떨어지고, 100㎛를 초과하는 경우에는 재료의 낭비에 의한 제조단가 상승의 원인이 된다.
본 발명에 따른 태양전지 백시트에 있어서, 상기 2) 접착층은 상기 1) 기재층의 어느 한 면에만 코팅될 수 있고, 상기 1) 기재층의 양면 모두에 코팅될 수도 있다. 또한, 상기 2) 접착층이 상기 1) 기재층의 양면 모두에 코팅되는 경우에는 상기 3) 불소계 코팅층도 상기 접착층이 코팅된 기재층의 양면 모두에 코팅되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 태양전지 백시트는 상기 1) 기재층, 2) 접착층 및 3) 불소계 코팅층 이외의 여러 가지 기능성을 갖는 층을 추가적으로 포함할 수 있다. 바람직 하게는 접착층 및/또는 절연층을 추가로 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 3) 불소계 코팅층의 상면에 접착층 및 절연층이 순차적으로 형성된 다층 구조의 태양전지 백시트로 제조될 수 있다. 상기 절연층은 당 기술분야에 알려져 있는 재료로 형성될 수 있으며, 예컨대 에틸렌비닐아세테이트(EVA)층일 수 있다. 상기 에틸렌비닐아세테이트(EVA)층은 절연층으로서의 기능뿐만 아니라, 밀봉 필름(Encapsulation film)과의 접착력이 높고, 제조비용을 절감할 수 있으며, 재작업 가능성(reworkability)를 높일 수 있다.
본 발명에 따른 어느 하나의 태양전지 백시트의 단면을 하기 도 1에 나타내었다.
도 1을 참조하면, 태양전지 백시트는 PET와 같은 기재층의 양면에 접착층이 형성되고, 상기 접착층 상에 불소계 코팅층이 형성된다.
또한, 본 발명에 따른 태양전지 백시트의 제조방법은 1) 기재층을 준비하는 단계, 2) 상기 기재층의 적어도 일면에 우레탄계 접착제를 포함하는 조성물을 코팅하는 단계, 및 3) 상기 접착층 상에 불화비닐리덴계 중합체 및 비점이 170℃ 이하인 용매를 포함하는 수지 조성물을 코팅하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 태양전지 백시트의 제조방법은 170℃ 이하의 온도에서 수지층을 건조하여 내후성 및 내구성을 발휘하는 태양전지 백시트를 제조할 수 있으므로, 태양전지 백시트, 특히 기재층의 열변형을 최소화시켜 생산성 및 품질을 향상시킬 수 있으며, 200℃를 초과하는 고온 건조설비를 사용하지 않아도 되므로, 제조비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 태양전지 백시트의 제조방법에 있어서, 상기 1) 단계 이후 상기 기재층의 적어도 일면에 프라이머층을 형성하는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지 백시트의 제조방법에 있어서, 상기 기재층, 우레탄계 접착제, 불화비닐리덴계 중합체, 비점이 170℃ 이하인 용매, 코팅방법 등에 대한 내용은 전술한 바와 동일하므로, 이에 대한 구체적인 내용은 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 태양전지 백시트의 제조방법에 있어서, 상기 2) 단계 및 3) 단계는 오프셋 인쇄법, 그라비아 인쇄법 등의 주지의 인쇄 방식이나, 롤 코트(roll coat), 나이프 에지 코트(knife edge coat), 그라비아 코트(gravure coat) 등의 주지의 도포 방식을 이용하여 조성물을 코팅하고, 그 후 코팅막을 건조시키는 방법을 이용할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명은 상기 태양전지 백시트를 포함하는 태양전지를 제공한다.
본 발명에 따른 태양전지는 직렬 또는 병렬로 배치된 태양전지 셀 주변을 열경화성 플라스틱(에틸렌-비닐아세테이트 공중합체)로 구성된 충전재로 간격을 메우고, 태양광이 부딪히는 면에는 유리면이 배치되며, 이면은 본 발명에 따른 태양전지 백시트로 보호하는 구성을 가질 수 있다.
상기 태양전지는 본 발명에 따른 태양전지 백시트를 포함하는 것을 제외하고, 당 기술분야에 알려진 방법으로 제조할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 보호범위가 하기 실시예에만 한정되 는 것은 아니다.
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실시예
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비교예
1>
표면에 어떠한 처리도 행하지 않은 무처리 PET 필름 위에 Solvay 사의 PVDF-HFP 공중합체 Solef 11010(HFP 10 중량%, 결정화도 26%)과 LG화학의 PMMA계 공중합체인 830HR을 4 : 1의 비율로 녹였다. 이 때, 용매는 DMF : MEK가 3 : 1인 공용매를 사용하였다. 고분자 용액을 콤마코터를 이용하여 30㎛ 두께로 코팅을 행하고, 160℃에서 5분간 건조시켰다. 얻어진 필름의 접착력을 상온에서 ASTM 1876에 의거하여 측정하고, 121℃, 2기압, 100% 상대습도에서 12시간의 Hot damp test 경과 후에 접착력을 측정하였다. 무처리 PET에 접착층 없이 PVDF계 공중합체/PMMA계 공중합체의 블렌드를 코팅하는 경우에는 효과적인 접착력을 얻을 수가 없었다.
<
실시예
1>
표면에 어떠한 처리도 행하지 않은 무처리 PET 필름 위에 접착층으로 seika bond 사의 EXUM(우레탄계 접착제)를 코팅하고 160℃에서 5분간 건조하였다. Solvay 사의 PVDF-HFP 공중합체 Solef 11010(HFP 10 중량%, 결정화도 26%)과 LG화학의 PMMA계 공중합체인 830HR을 4 : 1의 비율로 녹였다. 이 때, 용매는 DMF : MEK가 3 : 1인 공용매를 사용하였다. 고분자 용액을 콤마코터를 이용하여 접착층 코팅면에 30㎛ 두께로 코팅을 행하고, 160℃에서 5분간 건조시켰다. 얻어진 필름의 접착력을 상온에서 ASTM 1876에 의거하여 측정하고, 121℃, 2기압, 100% 상대습도에서 12시간의 Hot damp test 경과 후에 접착력을 측정하였다. 무처리 PET에 접착층을 코팅하고 PVDF계 공중합체/PMMA계 공중합체의 블렌드를 코팅하는 경우에는 Hot damp test 후에도 높은 접착력을 얻을 수가 있었다.
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실시예
2>
표면에 어떠한 처리도 행하지 않은 무처리 PET 필름 위에 접착층으로 Rohm&Hass 사의 Adcote A 3302(우레탄계 접착제)를 코팅하고 160℃에서 5분간 건조하였다. Solvay 사의 PVDF-HFP 공중합체 Solef 11010(HFP 10 중량%, 결정화도 26%)과 LG화학의 PMMA계 공중합체인 830HR을 4 : 1의 비율로 녹였다. 이 때, 용매는 DMF : MEK가 3 : 1인 공용매를 사용하였다. 고분자 용액을 콤마코터를 이용하여 접착층 코팅면에 30㎛ 두께로 코팅을 행하고, 160℃에서 5분간 건조시켰다. 얻어진 필름의 접착력을 상온에서 ASTM 1876에 의거하여 측정하고, 121℃, 2기압, 100% 상대습도에서 12시간의 Hot damp test 경과 후에 접착력을 측정하였다. 무처리 PET에 접착층을 코팅하고 PVDF계 공중합체/PMMA계 공중합체의 블렌드를 코팅하는 경우에는 Hot damp test 후에도 높은 접착력을 얻을 수가 있었다.
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비교예
2>
아크릴 프라이머로 처리된 PET 필름 위에 Solvay 사의 PVDF-HFP 공중합체 Solef 11010(HFP 10 중량%, 결정화도 26%)과 LG화학의 PMMA계 공중합체인 830HR을 4 : 1의 비율로 녹였다. 이 때, 용매는 DMF : MEK가 3 : 1인 공용매를 사용하였다. 고분자 용액을 콤마코터를 이용하여 30㎛ 두께로 코팅을 행하고, 160℃에서 5분간 건조시켰다. 얻어진 필름의 접착력을 상온에서 ASTM 1876에 의거하여 측정하고, 121℃, 2기압, 100% 상대습도에서 12시간의 Hot damp test 경과 후에 접착력을 측 정하였다. 프라이머가 처리된 PET 필름 위에 PVDF계 공중합체/PMMA계 공중합체의 블렌드를 코팅하는 경우에는 상온에서는 상당한 접착력을 확보할 수 있었지만, Hot damp test 후에는 효과적인 접착력을 얻을 수가 없었다.
<
실시예
3>
아크릴 프라이머로 처리된 PET 필름 위에 접착층으로 seika bond 사의 EXUM(우레탄계 접착제)를 코팅하고 160℃에서 5분간 건조하였다. Solvay 사의 PVDF-HFP 공중합체 Solef 11010(HFP 10 중량%, 결정화도 26%)과 LG화학의 PMMA계 공중합체인 830HR을 4 : 1의 비율로 녹였다. 이 때, 용매는 DMF : MEK가 3 : 1인 공용매를 사용하였다. 고분자 용액을 콤마코터를 이용하여 접착층 코팅면에 30㎛ 두께로 코팅을 행하고, 160℃에서 5분간 건조시켰다. 얻어진 필름의 접착력을 상온에서 ASTM 1876에 의거하여 측정하고, 121℃, 2기압, 100% 상대습도에서 12시간의 Hot damp test 경과 후에 접착력을 측정하였다. 무처리 PET에 접착층을 코팅하고 PVDF계 공중합체/PMMA계 공중합체의 블렌드를 코팅하는 경우에는 Hot damp test 후에도 높은 접착력을 얻을 수가 있었다.
<
실시예
4>
아크릴 프라이머로 처리된 PET 필름 위에 접착층으로 Rohm&Hass 사의 Adcote A 3302(우레탄계 접착제)를 코팅하고 160℃에서 5분간 건조하였다. Solvay 사의 PVDF-HFP 공중합체 Solef 11010(HFP 10 중량%, 결정화도 26%)과 LG화학의 PMMA계 공중합체인 830HR을 4 : 1의 비율로 녹였다. 이 때, 용매는 DMF : MEK가 3 : 1인 공용매를 사용하였다. 고분자 용액을 콤마코터를 이용하여 접착층 코팅면에 30㎛ 두께로 코팅을 행하고, 160℃에서 5분간 건조시켰다. 얻어진 필름의 접착력을 상온에서 ASTM 1876에 의거하여 측정하고, 121℃, 2기압, 100% 상대습도에서 12시간의 Hot damp test 경과 후에 접착력을 측정하였다. 무처리 PET에 접착층을 코팅하고 PVDF계 공중합체/PMMA계 공중합체의 블렌드를 코팅하는 경우에는 Hot damp test 후에도 높은 접착력을 얻을 수가 있었다.
상기 실시예 1 ~ 4 및 비교예 1 ~ 2의 각각의 층 구성은 하기 표 1에 나타내었고, 실험결과 값은 하기 표 2에 나타내었다.
Hot damp test : 121℃, 2기압, 100% 상대습도에서 12시간
Tearing: 접착력이 강하여 필름 자체가 찢어짐
<
실시예
5 ~ 9>
접착층의 주제와 경화제의 비율의 변화에 따른 접착력의 변화를 살펴보았다. 표면에 어떠한 처리도 행하지 않은 무처리 PET 필름 위에 접착층으로 Rohm&Hass 사의 Adcote A 3302(우레탄계 접착제)를 코팅하고, 80℃에서 2분간 건조하였다. Solvay 사의 PVDF-HFP 공중합체 Solef 11010(HFP 10 중량%, 결정화도 26%)과 LG화학의 PMMA계 공중합체인 830HR을 4 : 1의 비율로 녹였다. 이 때, 용매는 DMF : MEK가 3 : 1인 공용매를 사용하였다. 고분자 용액을 콤마코터를 이용하여 접착층 코팅면에 30㎛ 두께로 코팅을 행하고, 160℃에서 5분간 건조시켰다. 얻어진 필름의 접착력을 상온에서 ASTM 1876에 의거하여 측정하고, 121℃, 2기압, 100% 상대습도에서 12시간의 Hot damp test 경과 후에 접착력을 측정하였다. 주제와 경화제의 다양한 비율에도 불구하고, 무처리 PET에 접착층을 코팅하고 PVDF계 공중합체/PMMA계 공중합체의 블렌드를 코팅하는 경우에, Hot damp test 후에도 높은 접착력을 얻을 수가 있었다.
<
비교예
3 >
상업적으로 판매되고 있는 제품 중 PET 필름의 양면에 접착제를 코팅하고 라미네이션하는 것에 의해 얻어진 제품과의 비교평가를 수행하였다. Isovolta사의 제품을 상온에서의 접착력을 ASTM 1876에 의거하여 측정하고, 121℃, 2기압, 100% 상대습도에서 12시간의 Hot damp test 경과 후에 접착력을 측정하였다.
상기 실시예 5 ~ 9 및 비교예 3의 각각의 층 구성은 하기 표 3에 나타내었고, 실험결과 값은 하기 표 4에 나타내었다.
Hot damp test : 121℃, 2기압, 100% 상대습도에서 12시간
Tearing: 접착력이 강하여 필름 자체가 찢어짐
<
실시예
10>
표면에 어떠한 처리도 행하지 않은 무처리 PET 필름 위에 접착층으로 seika bond 사의 EXUM(우레탄계 접착제)를 코팅하고 160℃에서 5분간 건조하였다. 접착층의 두께는 10㎛ 였다. Solvay 사의 PVDF-HFP 공중합체 Solef 11010(HFP 10 중량%, 결정화도 26%)과 LG화학의 PMMA계 공중합체인 830HR, EG920B, BA611을 2 : 1 : 1의 비율로 녹였다. PVDF : PMMA의 비율은 8:2 였다. 이 때, 용매는 DMF : MEK가 3 : 1인 공용매를 사용하였다. 고분자 용액을 콤마코터를 이용하여 접착층 코팅면에 20㎛ 두께로 코팅을 행하고, 160℃에서 10분간 건조시켰다. 얻어진 필름의 접착력을 상온에서 ASTM 1876에 의거하여 측정하고, 121℃, 2기압, 100% 상대습도에서 12시간의 Hot damp test 경과 후에 접착력을 측정하였다. PMMA층에 변화를 주는 경우에도, 무처리 PET에 접착층을 코팅하고 PVDF계 공중합체/PMMA계 공중합체의 블렌드를 코팅하는 경우에, Hot damp test 후에도 높은 접착력을 얻을 수가 있었다.
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실시예
11>
표면에 어떠한 처리도 행하지 않은 무처리 PET 필름 위에 접착층으로 seika bond 사의 EXUM(우레탄계 접착제)를 코팅하고 40℃에서 50시간 건조하였다. 접착층의 두께는 10㎛ 였다. Solvay 사의 PVDF-HFP 공중합체 Solef 11010(HFP 10 중량%, 결정화도 26%)과 LG화학의 PMMA계 공중합체인 830HR, EG920B, BA611을 2 : 1 : 1의 비율로 녹였다. PVDF : PMMA의 비율은 8 : 2 였다. 이 때, 용매는 DMF : MEK가 3 : 1인 공용매를 사용하였다. 고분자 용액을 콤마코터를 이용하여 접착층 코팅면에 20㎛ 두께로 코팅을 행하고, 160℃에서 10분간 건조시켰다. 얻어진 필름의 접착력을 상온에서 ASTM 1876에 의거하여 측정하고, 121℃, 2기압, 100% 상대습도에서 12시간의 Hot damp test 경과 후에 접착력을 측정하였다. 접착제 건조조건의 변화에도 불구하고, 무처리 PET에 접착층을 코팅하고 PVDF계 공중합체/PMMA계 공중합체의 블렌드를 코팅하는 경우에, Hot damp test 후에도 높은 접착력을 얻을 수가 있었다.
상기 실시예 10 ~ 11의 각각의 층 구성은 하기 표 5에 나타내었고, 실험결과 값은 하기 표 6에 나타내었다.
Hot damp test : 121℃, 2기압, 100% 상대습도에서 12시간
도 1은 본 발명에 따른 어느 하나의 태양전지 백시트의 단면을 나타낸 도이다.
Claims (19)
1) 기재층, 2) 상기 기재층의 적어도 일면에 코팅되고, 우레탄계 접착제를 포함하는 접착층, 및 3) 상기 접착층 상에 코팅되고, 결정화도가 10 내지 70%인 불화비닐리덴계 중합체를 포함하는 불소계 코팅층을 포함하는 태양전지 백시트.
청구항 1에 있어서, 상기 1) 기재층은 금속 기재 또는 폴리에스테르계 수지층인 것을 특징으로 하는 태양전지 백시트.
청구항 1에 있어서, 상기 1) 기재층의 적어도 어느 한 면은 프라이머층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 백시트.
청구항 1에 있어서, 상기 2)의 우레탄계 접착제는 폴리에스테르 우레탄 폴리올; 및 디이소시아네이트, 디이소시아네이트의 뷰렛체 및 이소시아누레이트 중 선택되는 1종 이상을 포함하는 폴리우레탄계 접착제인 것을 특징으로 하는 태양전지 백시트.
청구항 1에 있어서, 상기 2) 접착층의 두께는 0.1 내지 20㎛ 인 것을 특징으로 하는 태양전지 백시트.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 3) 불화비닐리덴계 중합체는 헥사플루오로프로필렌(HFP), 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE), 테트라플루오로에틸렌(TFE), 트리플루오로에틸렌, 헥사플루오로이소부틸렌, 퍼플루오로 부틸에틸렌, 퍼플루오로 프로필 비닐 에테르(PPVE), 퍼플루오로 에틸 비닐 에테르(PEVE), 퍼플루오로 메틸 비닐 에테르(PMVE), 퍼플루오로-2,2-디메틸-1,3-디옥솔(PDD) 및 퍼플루오로-2-메틸렌-4-메틸-1,3-디옥솔란(PMD)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 공단량체를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 백시트.
청구항 7에 있어서, 상기 공단량체의 함량은 5 내지 50 중량%인 것을 특징으로 하는 태양전지 백시트.
청구항 1에 있어서, 상기 3)의 불화비닐리덴계 중합체의 수 평균 분자량은 50,000 내지 250,000인 것을 특징으로 하는 태양전지 백시트.
청구항 1에 있어서, 상기 3)의 불화비닐리덴계 중합체의 융점은 80 내지 175℃인 것을 특징으로 하는 태양전지 백시트.
청구항 1에 있어서, 상기 3) 불소계 코팅층은 (메타)아크릴계 중합체를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 백시트.
청구항 11에 있어서, 상기 (메타)아크릴계 중합체는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA); 메틸메타크릴레이트 및 글리시딜메타크릴레이트의 공중합체; 및 메틸메타크릴레이트 및 시클로헥실말레이미드의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 백시트.
청구항 11에 있어서, 상기 3) 불소계 코팅층 내 (메타)아크릴계 중합체의 함량은 1 내지 50 중량%인 것을 특징으로 하는 태양전지 백시트.
청구항 11에 있어서, 상기 불화비닐리덴계 중합체 대 (메타)아크릴계 공중합체의 중량비는 9 ~ 7 : 1 ~ 3인 것을 특징으로 하는 태양전지 백시트.
청구항 1에 있어서, 상기 3) 불소계 코팅층은 안료 및 충전제(filler)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 백시트.
청구항 1에 있어서, 상기 3) 불소계 코팅층의 두께는 5 내지 100㎛ 인 것을 특징으로 하는 태양전지 백시트.
1) 기재층을 준비하는 단계,
2) 상기 기재층의 적어도 일면에 우레탄계 접착제를 포함하는 조성물을 코팅하는 단계, 및
3) 상기 접착층 상에 결정화도가 10 내지 70%인 불화비닐리덴계 중합체 및 비점이 170℃ 이하인 용매를 포함하는 수지 조성물을 코팅하는 단계
를 포함하는 태양전지 백시트의 제조방법.
청구항 17에 있어서, 상기 비점이 170℃ 이하인 용매는 아세톤, 메틸에틸케톤(MEK), 디메틸포름아미드(DMF) 및 디메틸아세트아마이드(DMAC)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 백시트의 제조방법.
청구항 1 내지 청구항 5 및 청구항 7 내지 청구항 16 중 어느 하나의 항의 태양전지 백시트를 포함하는 태양전지.
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