KR101379470B1 - 태양전지 백시트용 접착제 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 장기에 걸친 가혹한 옥외 환경 하에서의 사용에 견딜 수 있는 태양전지 모듈의 이면을 보호하기 위한 백시트(back-sheet) 및 이것을 사용한 태양전지 모듈에 관한 것이다.
Description
본 발명은 장기에 걸친 가혹한 옥외 환경 하에서의 사용에 견딜 수 있는 태양전지 모듈의 이면을 보호하기 위한 백시트(back-sheet) 및 이것을 사용한 태양전지 모듈에 관한 것이다.
최근, 석유, 석탄을 비롯한 화석연료의 고갈이 위험시되어, 이들 화석연료에 의해 얻어지는 대체 에너지를 확보하기 위한 개발이 급선무로 되어 있다. 이 때문에 원자력 발전, 수력 발전, 풍력 발전, 태양광 발전 등의 여러가지 방법이 연구되어 실제의 이용에 이르고 있다. 태양광 에너지를 전기 에너지로 직접 변환하는 것이 가능한 태양광 발전은 반영구적이고 무공해의 새로운 에너지원으로서 실용화되고 있고, 실제로 이용되는 데에 있어서의 가격성능비의 향상이 눈부시고, 깨끗한 에너지원으로서 매우 기대가 높다.
태양광 발전에 사용되는 태양전지는 태양광의 에너지를 직접 전기 에너지로 변환하는 태양광 발전 시스템의 심장부를 구성하는 것이며, 실리콘 등으로 대표되는 반도체로 만들어져 있다. 그 구조로서는 태양전지 소자를 직렬, 병렬로 배선하고, 20년 정도의 장기간에 걸쳐 소자를 보호하기 위해서 여러 가지 패키징이 실시되어 유닛화되어 있다. 이 패키지에 장착된 유닛은 태양전지 모듈이라 불리고, 일반적으로 태양광이 닿는 면을 유리로 덮어 열가소성 수지로 이루어지는 충전재에 의해 간극을 메우고, 이면을 백시트로 보호한 구성되며, 최근의 백시트는 여러 기능이 향상된 물성을 만족하기 위해 다층으로 구성되고 있다.
다층의 백시트는 공압출 또는 접착제에 의한 적층 등으로 제조될 수 있으며, 접착제를 사용하여 적층할 경우, 접착제의 물성 즉, 기계강도, 내후성, 내열성, 내수성, 내광성, 내화학성, 광반사성, 수증기 차단성, EVA 수지로 대표되는 충전재와의 열접착성이 매우 중요하다.
한편, 최근 유럽을 중심으로 태양전지 모듈이 지상면에 비스듬히 기대어 세우기형으로 설치될 경우도 많고, 그러한 케이스에서는 지표면으로부터의 반사 자외선광에 장기에 걸쳐 노출됨으로써 백시트의 외층면이 황변하여 필름 외관의 미려성이 손상될 뿐만 아니라, 극단적일 경우에는 백시트에 크랙 등이 발생하여 전기절연성이나 수증기 차단성 등 시트에 요구되는 여러 가지의 특성이 손상될 우려도 있다.
한국 특허출원 제10-2009-0067925호에서는 폴리에스테르 우레탄 폴리올; 및 디이소시아네이트, 디이소시아네이트의 뷰렛체 및 이소시아누레이트 중 선택되는 1종 이상을 포함하는 폴리우레탄계 접착제를 포함하는 태양전지 백시트 구조를 통해 태양전지용 폴리우레탄계 접착제의 기본 조성을 개시하고 있다.
공개특허 제10-2009-7001003호에서는 태양전지용 백시트에 있어서 폴리우레탄계 접착제 수지에 카르보디이미드를 첨가한 접착제 조성물로 내후성을 향상시킨 기술이 기재되어 있으나, 카르보디이미드의 사용량이 많아 초기 접착력 저하되고, 황변현상을 유발하는 문제점이 있다.
이에 내가수분해성 즉 내후성이 우수하며, 공정 시간이나 비용상 경제적이며, 기계적 물성을 유지하며 초기 접착력 저하나 황변현상의 문제가 없는 접착제 및 이를 사용한 백시트가 요구된다.
내가수분해성 즉 내후성이 우수하며, 공정 시간이나 비용상 경제적이며, 기계적 물성을 유지하는 동시에 초기 접착력 저하나 황변현상의 문제가 없는 태양 전지용 백시트 접착제 조성물 및 이를 사용한 백시트를 제공하고자 한다.
본 발명은 폴리에스테르계 폴리올 수지와 폴리카보네이트계 폴리올 수지를 혼합하거나 이소시아네이트화합물을 첨가하여 쇄연장시켜 폴리우레탄계 수지를 얻은 후, 이에 이소시아누레이트체 가교제를 배합하여 얻어지는 태양 전지용 백시트 접착제 조성물을 제공한다.
본 발명은 상기의 태양 전지용 백시트 접착제 조성물을 이용한 태양전지용 백시트를 제공한다.
상기 폴리에스테르계 폴리올 수지의 수평균 분자량은 80,000에서 1,000 사이를 사용할 수 있다. 바람직하게는, 상기 폴리에스테르계 폴리올 수지의 분자량은 60,000에서 2,000 사이이며, 더욱 바람직하게는 40,000에서 2,000 사이를 사용할 수 있다. 그 조성물은 이소프탈산, 무수프탈산, 테레프탈산, 석신산, 글루타르산, 아디프산, 슈베린산, 아젤라인산, 세바신산 및 이들의 에스터 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되어지는 1종 이상의 2가 산 성분 및 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 네오펜틸글리콜, 프로필렌글리콜, 1,4-부탄디올, 펜탄디올, 헥산디올, 2,2-부틸에틸-1,3-프로판디올, 2-메틸-1,3-프로판디올 및 1,4-사이클로헥산 디메탄올, 폴리프로필렌글리콜, 폴리테트라메틸렌 글리콜 혹은 폴리카프로락톤으로 이루어진 군으로부터 선택되어지는 1종 이상의 디올 성분으로 구성될 수 있다. 바람직하게는 2가 산 성분으로 방향족계의 산 성분을 1종 이상, 더욱 바람직하게는 이소프탈산, 무수프탈산, 테레프탈산 등을 1종 이상 사용할 수 있다.
쇄연장을 위하여 사용된 상기 이소시아네이트계 화합물은 2,4-톨릴렌디이소시아네이트, 2,6-톨릴렌디이소시아네이트, 크실릴렌디이소시아네이트, 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트, 메틸렌디이소시아네이트, 이소프로필렌디이소시아네이트, 리신디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트, 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트, 1,6-헥사메틸렌디이소시아네이트, 메틸시클로헥산디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 4,4'-디시클로헥실메탄디이소시아네이트, 이소프로필리덴디시클로헥실-4,4'-디이소시아네이트 중에서 선택되는 이소시아네이트 화합물, 상기 이소시아네이트 화합물 중의 적어도 1종 이상을 구비하는 아닥트체, 뷰렛체, 또는 이소시아누레이트체로 구성된 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 바람직하게는, 상기 디이소시아네이트계 화합물은 지방족계의 디이소시아네이트이며, 더욱 바람직하게는 이소포론디이소시아네이트를 사용할 수 있다.
상기 폴리카보네이트계 폴리올 수지의 분자량은 수평균 분자량은 5,000에서 1,000 사이를 사용할 수 있다. 바람직하게는, 상기 폴리에스테르계 폴리올 수지의 분자량은 3,000에서 1,000 사이이며, 더욱 바람직하게는 3,000에서 2,000 사이를 사용할 수 있다.
상기 이소시아누레이트체 가교제는 2,4-톨릴렌디이소시아네이트, 2,6-톨릴렌디이소시아네이트, 크실릴렌디이소시아네이트, 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트, 메틸렌디이소시아네이트, 이소프로필렌디이소시아네이트, 리신디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트, 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트, 1,6-헥사메틸렌디이소시아네이트, 메틸시클로헥산디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 4,4'-디시클로헥실메탄디이소시아네이트, 이소프로필리덴디시클로헥실-4,4'-디이소시아네이트 화합물 중 적어도 1종 이상을 구비하는 이소시아누레이트체로 구성된 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 바람직하게는, 상기 가교제는 지방족 이소시아누레이체가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 이소포론디이소시아네이트 이소시아누레이트체 (이소포론디이소시아네이트 (삼량체))를 사용할 수 있다.
한편, 폴리에스테르계 폴리올 수지 대 폴리카보네이트계 폴리올 수지의 중량비는 9 : 1 내지 6 : 4 일 수 있다. 바람직하게는 상기 중량비는 9 : 1 내지 7.5 : 2.5 이며, 더욱 바람직하게는 9 : 1 내지 8 : 2 이다. 폴리에스테르계 폴리올 수지 대 폴리카보네이트계 폴리올의 중량비가 6 : 4를 초과할 경우, 초기접착력이 충분하지 않으며, 9 : 1 미만일 경우, 충분한 내후성을 가지기 어렵다.
상기의 접착제를 이용한 태양전지용 백시트는 내가수분해성 즉 내후성이 우수하며, 공정 시간이나 비용상 경제적이며, 기계적 물성을 유지하는 동시에 초기 접착력 저하나 황변현상의 문제가 해결되었다.
본 발명을 하기의 일 구체예로 설명하고자 하나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아님이 주지되어야 할 것이다.
제조예 1
폴리에스테르계 폴리올 100중량부로 구성된 수지a를 얻었다.
제조예 2
폴리에스테르계 폴리올 90중량부에 이소포론디이소시아네이트(단량체) 10중량부를 반응시켜 폴리우레탄계 수지b를 얻었다.
제조예 3
폴리에스테르계 폴리올과 폴리카보네이트계 폴리올을 9:1 중량비로 배합하고, 이소포론디이소시아네이트 (단량체)를 8중량부를 첨가하여 쇄 신장 및 공중합한 수지c를 얻었다.
제조예 4
폴리에스테르계 폴리올과 폴리카보네이트계 폴리올을 8:2 중량비로 배합하고, 이소포론디이소시아네이트 (단량체)를 8중량부를 첨가하여 쇄 신장 및 공중합한 수지d를 얻었다.
제조예 5
폴리에스테르계 폴리올과 폴리카보네이트계 폴리올을 7.5:2.5 중량비로 배합하고, 이소포론디이소시아네이트 (단량체)를 8.5중량부를 첨가하여 쇄 신장 및 공중합한 수지e를 얻었다.
제조예 6
폴리에스테르계 폴리올과 폴리카보네이트계 폴리올을 6:4 중량비로 배합하고, 이소포론디이소시아네이트 (단량체) 9중량부를 첨가하여 쇄 신장 및 공중합한 수지f를 얻었다.
제조예 7
폴리에스테르계 폴리올과 폴리카보네이트계 폴리올을 5:5 중량비로 배합하고, 이소포론디이소시아네이트(단량체) 9.5중량부를 첨가하여 쇄 신장 및 공중합한 수지g를 얻었다.
실시예
상기 제조예에서 얻은 수지와 폴리카보네이트계 폴리올을 소정의 비율로 배합한 후 가교제로서 이소포론디이소시아네이트(삼량체)를 고형분 중량비 10:1로 상온에서 배합하여 얻은 폴리우레탄 접착제를 하기의 표1 (단위: 중량부)에 나타내었다.
| 수지a | 수지b | 수지c | 수지d | 수지e | 수지f | 폴리카보네이트 폴리올 |
|
| 실시예1 | 90 | - | - | - | - | - | 10 |
| 실시예2 | 80 | - | - | - | - | - | 20 |
| 실시예3 | 75 | - | - | - | - | - | 25 |
| 실시예4 | 60 | - | - | - | - | - | 40 |
| 실시예5 | - | 90 | - | - | - | - | 10 |
| 실시예6 | - | 80 | - | - | - | - | 20 |
| 실시예7 | - | 75 | - | - | - | - | 25 |
| 실시예8 | - | 60 | - | - | - | - | 40 |
| 실시예9 | - | - | 100 | - | - | - | - |
| 실시예10 | - | - | - | 100 | - | - | - |
| 실시예11 | - | - | - | - | 100 | - | - |
| 실시예12 | - | - | - | - | - | 100 | - |
비교예
상기 제조예에서 얻은 수지와 N,N-디페닐카르보디이미드를 소정의 비율로 배합한 후 가교제로서 이소포론디이소시아네이트(삼량체)를 상온에서 고형분 중량비 10:1로 배합하여 얻은 폴리우레탄 접착제를 하기의 표2(단위: 중량부)에 나타내었다.
| 수지a | 수지b | 수지g | N,N-디페닐카르보디이미드 | |
| 비교예1 | 100 | - | - | - |
| 비교예2 | 100 | - | - | - |
| 비교예3 | 90 | - | - | 10 |
| 비교예4 | 80 | - | - | 20 |
| 비교예5 | - | 90 | - | 10 |
| 비교예6 | - | 80 | - | 20 |
| 비교예7 | - | - | 100 | - |
평가용 백시트 제조
상기 제조된 접착제를 사용하여 드라이 라미네이트법에 의해 기재들과 적층시켰다.
통상 태양전지용 백시트는 기재층과 불소계 코팅층 사이에 접착층이 적층된 라미네이트로 구성된다. 사용된 접착제의 두께는 건조 후 평균 10㎛가 되도록 하였다. 에이징은 60℃에서 3일간 실시하였다.
평가방법
내후성 평가 (가속 테스트)
두께 250 ㎛의 미발포 타입 백색 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 이용하여 접착제를 10~12㎛로 도포한 후 ASTM D 1148과 같이 백시트 시편을 제작하여 A4 크기로 잘라내고, Auto clave 챔버(가압 증기에 의한 촉진 평가 장치)에 세트하고, 121℃, 2.0 atm의 환경에서 75시간 경과 후 Delamination 되는 지를 육안으로 확인하고, 라미네이트 강도를 평가하였다. 라미네이트 강도는 텐실론에 의한 T형 박리법을 이용하여, 15 mm폭 크로스 헤드 스피드 300 mm/분에서의 강도를 측정하였다. 이러한 가속테스트는 85℃-상대습도 85％ 환경에서 3,000 시간 경과 후 라미네이트 강도와 박리 거동을 평가하는 것과 동일한 수준으로 기간을 단축할 수 있다.
황변 거동 평가
두께 250 ㎛의 미발포 타입 백색 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 이용하여 접착제를 10~12㎛로 도포한 후 ASTM D 1148과 같이 백시트 시편을 제작하여 50℃에서 300W UV를 조사한 후 colorimeter를 이용하여 변화값 (Yellow Index)을 측정하였다.
평가 결과를 하기 표3으로 나타내었다.
| 초기접착력 Lami. Strength (N/10mm) |
내후성 평가 Lami. Strength (N/10mm) |
황변 (변화값) (YI) |
|
| 실시예1 | 7.0 | 4.5 | 0.2 |
| 실시예2 | 6.3 | 4.1 | 0.1 |
| 실시예3 | 5.8 | 3.9 | 0.1 |
| 실시예4 | 5.2 | 3.4 | 0.2 |
| 실시예5 | 6.5 | 4.7 | 0.1 |
| 실시예6 | 6.1 | 4.4 | 0.1 |
| 실시예7 | 5.8 | 4.3 | 0.2 |
| 실시예8 | 4.3 | 3.8 | 0.1 |
| 실시예9 | 5.0 | 4.2 | 0.1 |
| 실시예10 | 4.5 | 3.8 | 0.2 |
| 실시예11 | 4.5 | 3.9 | 0.1 |
| 실시예12 | 4.1 | 3.5 | 0.1 |
| 비교예1 | 7.3 | Delami. 발생 | 0.2 |
| 비교예2 | 6.8 | Delami. 발생 | 0.1 |
| 비교예3 | 6.7 | 4.3 | 2.7 |
| 비교예4 | 6.2 | 4.6 | 3.2 |
| 비교예5 | 5.9 | 4.1 | 2.6 |
| 비교예6 | 5.3 | 3.8 | 3.2 |
| 비교예7 | 시편 제작 불가능 | - | - |
Claims (11)
- 삭제
- 폴리에스테르계 폴리올 수지 및 폴리카보네이트계 폴리올 수지에 이소시아네이트계 화합물을 가하여 쇄연장을 시킨 폴리우레탄계 수지에 이소시아누레이트체 가교제를 배합하여 얻어진 것으로서, 10-12㎛ 도포 후 85℃, 상대습도 85% 환경에서 3,000시간 경과 후에 3.4N/10mm 이상의 접착력을 가지는 것을 특징으로 하는 태양 전지용 백시트 접착제 조성물.
- 제2항에 있어서, 폴리에스테르계 폴리올 수지의 수평균 분자량은 1,000 ~ 80,000인 것인 태양 전지용 백시트 접착제 조성물.
- 제2항에 있어서, 폴리카보네이트계 폴리올 수지의 수평균 분자량은 1,000 ~ 5,000인 것인 태양 전지용 백시트 접착제 조성물.
- 제2항에 있어서, 폴리에스테르계 폴리올 수지 대 폴리카보네이트계 폴리올 수지는 9:1 내지 6:4 중량부로 혼합되는 것인 태양 전지용 백시트 접착제 조성물.
- 제2항에 있어서, 이소시아네이트계 화합물은 2,4-톨릴렌디이소시아네이트, 2,6-톨릴렌디이소시아네이트, 크실릴렌디이소시아네이트, 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트, 메틸렌디이소시아네이트, 이소프로필렌디이소시아네이트, 리신디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트, 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트, 1,6-헥사메틸렌디이소시아네이트, 메틸시클로헥산디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 4,4'-디시클로헥실메탄디이소시아네이트, 이소프로필리덴디시클로헥실-4,4'-디이소시아네이트 중에서 선택되는 이소시아네이트 화합물, 및 상기 이소시아네이트 화합물 중의 적어도 1종 이상을 구비하는 아닥트체, 뷰렛체, 또는 이소시아누레이트체인 것인 태양 전지용 백시트 접착제 조성물.
- 제2항에 있어서, 상기 이소시아누레이트체 가교제는 2,4-톨릴렌디이소시아네이트, 2,6-톨릴렌디이소시아네이트, 크실릴렌디이소시아네이트, 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트, 메틸렌디이소시아네이트, 이소프로필렌디이소시아네이트, 리신디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트, 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트, 1,6-헥사메틸렌디이소시아네이트, 메틸시클로헥산디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 4,4'-디시클로헥실메탄디이소시아네이트 및 이소프로필리덴디시클로헥실-4,4'-디이소시아네이트 화합물 중 1종 이상을 구비하는 이소시아누레이트체로 구성된 군에서 선택된 1종 이상인 것인 태양 전지용 백시트 접착제 조성물.
- 제2항에 있어서, 가교제는 고형분비로 혼합수지의 100중량부 기준으로 1에서 20중량부를 사용하는 것인 태양 전지용 백시트 접착제 조성물.
- 제2항에 있어서, 상기 이소시아네이트 화합물은 혼합수지의 100 중량부 기준으로 0.1에서 50중량부로 사용하는 것인 태양 전지용 백시트 접착제 조성물.
- 제2항에 있어서, 폴리에스테르계 폴리올 수지 대 폴리카보네이트계 폴리올 수지의 중량비는9 : 1 내지 8 : 2 인 것인 조성물.
- 상기 제2항의 접착제 조성물을 적용한 태양 전지용 백시트.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120118655A KR101379470B1 (ko) | 2012-10-24 | 2012-10-24 | 태양전지 백시트용 접착제 조성물 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120118655A KR101379470B1 (ko) | 2012-10-24 | 2012-10-24 | 태양전지 백시트용 접착제 조성물 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101379470B1 true KR101379470B1 (ko) | 2014-04-01 |
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ID=50656103
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| KR (1) | KR101379470B1 (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011068839A (ja) * | 2009-09-28 | 2011-04-07 | Dainippon Printing Co Ltd | 太陽電池モジュール用裏面保護シート、及び太陽電池モジュール |
-
2012
- 2012-10-24 KR KR1020120118655A patent/KR101379470B1/ko active IP Right Grant
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|---|---|---|---|---|
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