KR101388381B1 - 광전지 모듈용 이면 시트 및 그 수리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광전지용 보호 이면 시트를 제공한다. 본 발명의 이면 시트는 우수한 내후성, 내열성, 보색성, 층과 인캡슐런트 사이의 접착성 및 내긁힘성을 가진다. 상기 이면 시트는 습기 침투로 인한 광전지 모듈의 성능 저하를 최소화할 수 있다. 또한, 오랜 시간 이상 원하는 광전 전환 효율을 얻을 수 있다. 게다가, 선택적으로 백스킨으로도 언급되는 이면 시트는 미적으로 만족스러운 형상으로 제조될 수 있다.
Description
본 발명은 광전지 모듈에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 보호 이면 시트에 관한 것이다.
광전지 모듈이 이용하는 태양 에너지는 금세기에 고갈되고 있는 화석 연료를 대체하는 가장 유망한 대체물 중에 하나이다. 그러나, 광전지 모듈의 생산 및 설치는 여전히 고비용 공정으로 남아있다. 전형적인 광전지 모듈은 유리 또는 연성 (flexible) 투명 전면 시트(front sheet), 태양 전지, 인캡슐런트(encapsulant), 보호 이면(裏面)(backing) 시트, 모듈의 가장자리를 차폐하는 보호 씰(protective seal) 및 상기 씰을 차폐하는 알루미늄으로 제작된 외주 프레임(perimeter frame)으로 구성된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전면 시트(10), 이면 시트(20) 및 인캡슐런트(30, 30')는 기상 요소(weather agents), 습기, 기계적 하중 및 충격으로부터 셀(40)의 배열을 보호하도록 설계된다. 또한, 이들은 사람의 안전 및 전류 손실을 위하여 전 기적 절연이 제공된다. 보호 이면 시트(20)는 광전지 모듈의 수명주기 및 효율을 향상시켜, 광전지 전기의 와트당 비용을 감소시킨다. 전면 시트(10) 및 인캡슐런트 (30, 30')는 높은 광 투과를 위하여 투명해야 하는 반면에, 이면 시트는 심미적인 (aesthetical) 목적을 위하여 높은 불투명도를 가져야 하고, 기능적인 목적을 위하여 높은 반사율을 가져야 한다.
가볍고 얇은 태양 전지 모듈은 군사적 용도(군인 장비 등에 통합) 뿐만 아니라 중량 감소, 특히 건축(건물 일체형 광전지 발전(PV)) 및 우주 용도를 포함한 수많은 이유로 인하여 바람직하다. 또한, 가볍고 얇은 모듈은 비용 절감에도 기여한다. 또한, 소비되는 재료의 양의 감소는 보다 친환경적인(greener) 기술이 되도록 하고, 따라서 더 많은 천연 자원을 절약하게 된다.
가볍고 얇은 태양 전지를 제작하는 방법은 가볍고 얇은 이면 시트를 결합시키는 것이다. 그러나, 배면 차폐재(backside covering material)는 광전지 소자, 전선 및 전극과 같은 기본적인 부품에 부식을 유발하고 태양 전지를 손상시킬 수 있는 수증기 및 물의 침투를 방지하는 내수성(moisture resistance)을 가져야만 한다. 또한, 이면 시트는 전기적 절연, 기계적 보호, 자외선 안정성, 인캡슐런트에의 부착성 및 출력 리드(output lead)를 부착하는 능력을 제공하여야 한다.
현재 사용되는 보호 이면 시트는 일반적으로 적층판(laminate)이다. 도 2는 종래의 적층판 이면 시트(20)를 도시한 것이다. 적층판은 가장 일반적인 상품명 Tedlar®인 폴리비닐 플루오라이드(22), 폴리에스테르(PET)(24) 및 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)의 공중합체를 핵심 성분으로 하는 필름으로 구성되어 있다.
상기 EVA층(26)은 모듈 내에서 인캡슐런트층(30)과 결합하고, 유전층으로서의 역할을 하며, 우수한 방습 특성을 갖는다. 이것은 치수적으로 안정적이다. 백색 EVA는 상당한 전력 증가를 가능하게 한다. 폴리에스테르층(24)은 매우 단단하며, 훌륭한 유전 특성을 갖고, 치수적으로 안정하고, 그리고 또한 양호한 방습 특성을 갖는다. 폴리비닐 플루오라이드층(22)은 상당한 내후성(weatherable) 층으로서의 역할을 한다.
비록 이러한 필름은 요구된 테스트 및 실제적인 사용 동안에 표준 성능 (performance standards)을 만족시키지만, 그들은 고 비용 및 Tedlar® 필름의 제한된 사용가능성과 같은 어떤 문제들을 드러낸다. PVF(Tedlar®), ECTFE (Halar®) 및 다른 불소 중합체(fluoropolymer)와 같은 종래 물질의 다른 단점은, 이와 같은 물질이 대기(주위) 또는 적당히 상승된 온도에서는 처리될 수 없다는 것이다.
예를 들어, PVF 필름은 높은 가열 용매(일반적으로, Tedlar® 용의 디메틸 아세트아미드 및 Tedlar® SP 용의 프로필렌 카보네이트)를 이용한 분산 (dispersion)으로부터의 주조법(casting process)에 의하여 생산된다. 디메틸 아세트아미드의 끓는점은 164-166℃ 이며, 프로필렌 카보네이트의 끓는점은 200℃이다. 분산은 적당한 필름 형성을 확보하기 위하여 160℃ 및 90% 또는 그 이상의 용매 함량에서 진행되어야 한다. 보다 높은 온도는 PVF 수지의 열적 불안정으로 인하여 허용되지 않는다: 용해(fusion) 및 분해 온도는 매우 밀접한 관계가 있고, PVF가 소성(baking) 동안 분해될 수 있다. 그 결과로서, Tedlar® 필름 내에는 잔존 용매가 항상 존재한다. 듀퐁(DuPont)사는, 0.05 내지 1.0 중량% 범위의 디메틸 아세트아미 드(DMAC)의 잔존량이 모든 Tedlar® PVF 필름에 존재할 것이라고 보고한다.
대안적으로, ECTFE(Halar®) 필름은 350℃-375℃에서 용융 압출(melt extrusion)에 의하여 생산된다. 그 결과로서, 그들은 안료, 점토 등과 쉽게 혼합될 수 없으며, 또한 고 비용이다.
미국 특허번호 제5,741,370은 두 개의 다른 아이오노머(ionomer), 예를 들어, 나트륨 아이오노머 및 아연 아이오노머의 혼합물을 포함하는 열가소성 올레핀 (thermoplastic olefin)을 백스킨(backskin) 물질로서 이용함으로써 제조 및 모듈 장착 비용이 감소될 수 있다는 것을 제안하고, 상기 혼합물은 개별 아이오노머 성분 중 어느 하나의 차단 특성(barrier property) 외에 백스킨(backskin) 물질의 수증기 차단 특성을 향상시키는 상승 작용을 발생시키는 것으로 설명하였다. 또한, 상기 특허는 이중(dual) 아이오노머 백스킨을 갖는 아이오노머 인캡슐런트의 사용을 개시한다.
그러나, 미국국립재생에너지 연구소(National Renewable Energy Laboratory)는 아이오노머 수지가 용융 공정 동안에 스테인레스 스틸 압형의 이용을 필요로 하는 유리 및 결합 메타크릴산(free and bound methacrylic acid)을 포함하여 제조 비용을 증가시킨다고 보고하였다: PVMaT Improvements in the Solarx Photovoltaic Module Manufacturing Technology Annual Subcontract Report May 5, 1998 - April 30, 1999, National Renewable Energy Labortory, January 2000ㆍNREL/SR-520-27643.
본 발명은 광전지 모듈용 보호 이면 시트를 제공한다. 본 발명의 이면 시트는 우수한 내후성, 내열성, 보색성(color retension), 층과 인캡슐런트 사이의 접착성 및 내긁힘성(scratch resistance)을 가진다. 상기 이면 시트는 습기 침투로 인한 태양 전지 모듈의 성능 저하를 최소화할 수 있다. 또한, 오랜 시간에 걸쳐 원하는 광전 전환 효율을 얻을 수 있다. 게다가, 선택적으로 백스킨으로도 언급되는, 상술한 이면 시트는 미적으로 만족스러운 형상으로 제조될 수 있다.
본 발명의 이면 시트는 액체 코팅 적용 기술 및 그 이후의 EVA에 의한 적층화(lamination)를 이용함으로써 생산되며, 적용 요구에 따라 만들어질 수 있다. 더욱이, 상술한 백스킨(이면) 물질을 이용한 태양 전지 모듈의 장점은 제조 비용에서의 상당한 감소를 포함한다.
백스킨에 사용된 액체 코팅 제제는 종래 백스킨의 결함 중 하나 또는 그 이상을 극복한다. 본 발명의 백스킨은 현재 이용가능한 백스킨보다 얇게 제조될 수 있다. 이면 물질은 대기 또는 적당히 상승된 온도에서 처리될 수 있는 보다 쉽게 이용가능한 물질을 포함한다. 이러한 액체 코팅 제제는 적층판의 제2층에 직접 부착될 수 있어 접착제의 필요성을 없앤다. 더욱이, 그들은 안료, 점토 등과 같은 접착제와 쉽게 혼합될 수 있다.
본 발명의 일 관점에서, 광전지 모듈의 이면 시트는 유기 용매 가용성, 가교성 비결정질 불소 중합체(fluoropolymers)를 포함하는 층을 가지는 것으로 설명된다. 상기 불소 중합체는 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE) 및 반응성 OH 작용기를 갖는 알킬 비닐 에테르를 포함하는 하나 이상의 알킬 비닐 에테르의 불소 공중합체 (fluorocopolymers)일 수 있다. 상기 이면 시트는 불소 공중합체와 혼합된 가교제를 포함할 수 있다.
또한, 상기 이면 시트는 폴리에스테르 층과 같은 추가 층을 포함할 수 있다. 다른 예를 들어, 상기 이면 시트는 EVA 층을 또한 포함할 수 있다. 다른 선택가능한 추가 층은 EVA로 공압출된(coextruded) 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리올레핀, 폴리우레탄, 액정 고분자 및 아클라(aclar), 알루미늄 중 하나 이상 또는 스퍼터링 알루미늄 옥사이드 폴리에스테르, 스퍼터링 실리콘 옥사이드 또는 실리콘 니트리드 폴리에스테르, 스퍼터링 알루미늄 옥사이드 폴리카보네이트 및 스퍼터링 실리콘 옥사이드 또는 실리콘 니트리드 폴리카보네이트 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 이면 시트의 불소 공중합체 층은 접착제를 갖거나 갖지 않은 채로 폴리에스테르 층 또는 다른 종류의 층에 부착될 수 있다. 또한, 불소 공중합체 층은 단일층 또는 다층으로 부착될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 불소 공중합체 층은 1 밀리미터 이하의 두께를 가진다. 본 발명의 다른 관점에서, 상기 불소 공중합체는 1 밀리미터보다 큰 층을 갖는다. 다른 실시예에서, 상기 이면 시트는 실리카를 포함한다.
본 발명의 다른 관점에서, 광전지용 이면 시트가 설명된다. 상기 이면 시트는 테트라 플루오로 에틸렌(TFE)과 반응성 OH 작용기를 갖는 하이드로카본 올레핀의 공중합체를 포함하는 층을 가진다. 상기 이면 시트는 불소 공중합체와 혼합된 가교제를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 불소 공중합체 층은 1 밀리미터 이하의 두께를 가진다. 다른 실시예에서, 상기 불소 공중합체 층은 1 밀리미터보다 큰 두께를 가진다. 또 다른 실시예에서, 상기 이면 시트는 또한 아이오노머 층을 가진다.
상기 불소 중합체는 하나 이상의 불소 단량체(fluoromonomers)의 삼원 중합체(terpolymer)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 삼원 중합체는 비닐리덴 플루오라이드, 테트라 플루오로 에틸렌 및 헥사플루오로프로필렌을 포함한다.
다시, 상기 이면 시트는 폴리에스테르 층과 같은 추가 층을 또한 포함할 수 있다. 상기 불소 공중합체 층은 접착제를 갖거나 갖지 않은 채로 폴리에스테르 층에 부착될 수 있다. 상기 불소 공중합체 층은 단일 층으로 또는 투명(clear) 및 안료화된 다층의 조합으로 부착될 수 있다. 폴리에스테르 필름은 부가적으로 코로나 (corona)일 수 있거나 화학적으로 처리되어 접착력을 향상시킬 수 있다. 또한, 이면 시트는 EVA 층을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 이면 시트는 실리카를 함유한다. 다른 선택가능한 추가 층은 폴리카보네이트, EVA로 공압출된 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리우레탄, 액정 고분자, 아클라, 알루미늄 중 하나 이상, 또는 스퍼터링 알루미늄 옥사이드 폴리에스테르, 스퍼터링 실리콘 옥사이드 또는 실리콘 니트리드 폴리에스테르, 스퍼터링 알루미늄 옥사이드 폴리카보네이트 및 스퍼터링 실리콘 옥사이드 또는 실리콘 니트리드 폴리카보네이트, 스퍼터링 알루미늄 옥사이드 Lumiflon®, 스퍼터링 알루미늄 옥사이드 Zeffle®, 스퍼터링 실리콘 옥사이드 또는 실리콘 니트리드 Lumiflon, 스퍼터링 실리콘 옥사이드 또는 실리콘 니트리드 Zeffle® 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에서, 광전지 모듈의 이면 시트를 수리하는 방법이 제공된다. 본 방법은 수리가 필요한 이면 시트 상의 영역에 반응성 OH 작용기를 가지는 알킬 비닐 에테르를 포함하는 하나 이상의 알킬 비닐 에테르를 갖는 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE)의 비결정질 불소 공중합체를 포함하는 제제를 부착시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제제는 대기 온도 또는 적당히 상승된 온도에서 이면 시트에 부착된다. 다른 실시예에서, 상기 제제는 정적 혼합기(static mixer)를 구비한 트윈-챔버 주입기(syringe) 내에 배치되고, 상기 주입기에 부착된 어플리케이터를 통하여 부착되는 제1 및 제2 성분으로 구성된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제제의 제1 성분은 가교제와 용매의 혼합물로 구성되고, 제2 성분은 용매와 불소 공중합체의 혼합물로 구성된다.
본 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면이 참조될 수 있다.
도 1은 종래의 광전지 모듈의 구성 요소의 확대된 도면을 나타낸다.
도 2는 종래의 이면 시트의 일 실시예를 나타낸다.
도 3은 테들러계(Tedlar-based) 이면 시트와 비교한, 루미플론계(Lumiflon-based) 이면 시트를 위한 "습열(Damp heat)"에의 노출 함수로서의 인장강도를 나타 내는 그래프이다.
도 4는 테들러계 이면 시트와 비교한, 루미플론계 이면 시트를 위한 "습열"에의 노출 함수로서의 파괴신장율(elongation at break)을 나타내는 그래프이다.
도 5는 테들러계 이면 시트와 비교한, 루미플론계 이면 시트의 UV 안정성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 패치 킷(patch kit)과 사용된 어플리케이터(applicator)의 일 예를 보여준다.
본 발명은 광전지 모듈용 보호 이면 시트를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 이면 시트는 액체 코팅 적용 기술을 이용함으로써 생산된다. 바람직한 실시예에서, 액체 코팅 적용 이후 EVA에 의하여 적층화된다. 상기 공정은 적용 요구에 따라 맞추어질 수 있다.
다른 실시예에서, 인캡슐레이팅 물질이 제공된다. 상기 인캡슐레이팅 물질은 우수한 내후성, 내열성, UV 안정성, 이면 물질 및 광전지 모듈의 다른 구성 성분에의 접착성, 전기 절연성 및 황화(yellowing) 없는 우수한 보색성을 가진다. 상술한 인캡슐레이팅 물질은 스프레이 공정에 의하여 부착되어, 상승된 온도에서의 진공 적층 공정을 없애고, 제조 비용을 감소시킨다.
본 발명의 다른 관점에서, 패치 킷(patch kit)을 이용하여 찢어지고(torn) 또는 다른 손상된 백스킨의 빠르고 쉬운 수리 방법이 제공된다. 상기 방법 및 패치 킷은 과도한 온도 및 압력을 사용하지 않고 긁힌 이면 시트 상에 미적으로 만족스럽고, 견고한 도포의 빠른 부착을 가능하게 한다. 또한, 이러한 "패치 킷"은 현장에서 빠르고 효율적인 수리를 가능하게 한다.
본 발명의 방법에 따라 부착된 패치 킷의 도포는 IEC 60664-1, IEC 61730, IEC 1646 및 ASTM F1249의 모든 요구를 만족시킨다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, "패칭(patching)" 제제는 정적 혼합기 및 어플리케이터를 장착한 트윈-챔버 주입기(twin-chamber syringe)를 이용함으로서 부착된다.
본 발명에서 사용된 상기 액체 코팅 제제는 대기 온도 또는 적당히 상승된 온도에서 부착될 수 있다. 상기 액체 코팅 제제의 주 성분은 불소 중합체이며, 바람직하게는, 유기 용매 가용성 또는 수분산성(water dispersible)의 가교-결합할 수 있는(crosslinkable) 비결정질 불소 중합체이다.
상기 코팅 제제의 바람직한 성분은 다음의 구조를 가지는 불소 공중합체를 포함한다:
그리고
액체 제제에 사용될 수 있는 불소 중합체는, 이에 한정되지는 않지만, Lumiflon®(Asahi Glass) 및 Zeffle®(Daikin)을 포함한다. 다른 물질은 FluoroPel™ 및 FluoroThane™(Cytonix Corporation), FluoroLink™ 중합체 변형제(Polymer Modifiers(Solvay Solexis) 이다. 액체 코팅 제제 내의 부가 성분은 가교제, 촉매, 용매 및 선택적으로 충전제(filler) 및 보론 니트리드(Zyp 코팅)와 같은 무기물을 포함한다.
특히 바람직한 하나의 불소 중합체는 1982년에 아사이 글라스(Asahi Glass)에 의하여 개발된 Lumiflon®이다. Lumiflon®는 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE)과 몇 개의 특정 알킬 비닐 에테르(VE)의 비결정질 불소 공중합체이다.
상기 알킬 비닐 에테르 단량체와 하이드록실기의 조합은 가용성, 안료에 대한 호환성, 가교 반응성, 기판에의 접착성, 경도 및 유연성과 같은 중요한 특성을 갖는 중합체를 제공한다.
다른 바람직한 불소 중합체는 테트라 플루오로 에틸렌(TFE)과 가용성 유기 용매인 하이드로카본 올레핀(hydrocarbon olefins)의 공중합체인 Zeffle® 수지 (Daikin)이다. 특히, Zeffle®는 테트라 플루오로 에틸렌과 고 성능 페인트 및 코팅제에서 주재료 수지로서 이용하기 위하여 제제화된 반응성 OH 작용기를 갖는 하이드로카본 올레핀의 유성(solvent-based) 공중합체이다.
다른 실시예에서, 불소 중합체는 삼원 중합체(terpolymer)이다. 삼원 중합체는 하나 이상의 다른 불소 중합체를 함유할 수 있다. 일 예로써, 삼원 중합체는 비닐리덴 플루오라이드, 테트라 플루오로 에틸렌 및 헥사플루오로프로필렌을 함유한다. Dyneon® THV는 이러한 삼원 중합체의 하나이며, 낮은 공정 온도, 탄성중합체 (elastomers) 및 탄화수소계 플라스틱에의 결합 가능성, 유연성 및 투명성(optical clarity)과 같은 성능상 이점을 갖는 조합을 제공한다. 이것은 투명한 필름으로서 유리를 대체하는 전면 시트로 사용될 수 있다. 안료의 첨가는 광전지 모듈용 이면 시트로서 이용될 수 있는 필름을 제공한다.
액체 코팅 제제의 형성을 위하여 본 발명에서 이용될 수 있는 유기 용매는,이에 한정되지는 않지만, 메틸 에틸 케톤(MEK), 아세톤, 메틸 이소부틸 케톤 (MIBK), 톨루엔, 크실렌, 메탄올, 이소프로판올, 에탄올, 헵탄, 에틸 아세테이트, 이소프로필 아세테이트, n-부틸 아세테이트, n-부틸 알콜 또는 이들의 혼합물과 같은 유기 용매를 포함한다. 바람직한 용매는 크실렌, 사이클로헥사논 및 메틸 에틸 케톤(MEK)을 포함한다. 적당한 용매는 모든 성분들이 용해되고 그리고 비등점이 충 분히 낮아 코팅시에 잔존 용매의 존재를 최소화시키거나 제거하는 것이다.
보호 코팅의 형성을 위하여 본 발명에서 사용될 수 있는 선택가능한 안료 및 충전제는, 이에 한정되지는 않지만, 티타늄 디옥사이드, 카본 블랙, 페릴렌 (Perylene) 안료, 안료, 염료, 운모, 폴리아미드 파우더, 보론 니트리드, 아연 옥사이드, 알루미늄 옥사이드, 실리카, 자외선 흡수제, 부식 방지제 및 건조제 (desiccant)를 포함한다. 하나의 바람직한 안료는 티타늄 디옥사이드 Ti-Pure® R-105(DuPont) 이다. 하나의 바람직한 소수성 변형 실리카(hydrophobically modified silica)는 Cab-o-sil TS 720(Cabot) 이다. 안료, 자외선 흡수제 및 부식 방지제는 불투명도 및 내후성을 첨가하는 기능을 한다. Orgasol® Ultrafine는 바람직한 폴리아미드 파우더(Arkema Inc)이며, 감택 감소를 위하여 포함될 수 있다. 카본 블랙, 안료 및 염료는 이면 시트의 색상을 변경하기 위하여 포함될 수 있다. 운모는 방염 처리를 부가하도록 포함될 수 있다. 보론 니트리드, 알루미늄 니트리드 및/또는 알루미늄 옥사이드는 열 전도성을 향상시키기 위하여 포함될 수 있다. 바람직하게는, Cloisite® Nanoclays(Southern Clay Products), 3M™ Glass Bubbles 및 건조제는 방습 특성을 향상시키기 위하여 포함된다. 실리카 및/또는 보론 니트리드는 유전 특성을 향상시키기 위하여 포함될 수 있다. 또한, 실리카는 광택을 감소시키고 방염 처리를 부가하도록 포함될 수 있다.
바람직하게는, 보호 코팅제의 형성에 이용되는 가교제는 불용성 유기 용매인 무점착 필름(tack-free film)을 얻기 위하여 포함된다. 바람직한 가교제는, 이에 한정되지는 않지만, DuPont Tyzor® 유기 티타네이트, 실란, 이소시아네이트 및 멜 라민을 포함한다. 지방족 이소시아네이트는 이러한 필름이 일반적으로 30년 이상 야외에서 사용할 수 있도록 내후성을 확보하는데 바람직하다.
본 발명의 일 예로, Lumiflon®계 코팅 혼합물을 위한 액체 제제는 Lumiflon® 용액, 안료, 가교제 및 촉매를 혼합함으로써 준비될 수 있다. 주석 디부틸디라우레이트(Tin dibutyl dilaureate)는 유기 용매 내에서 루미플론(폴리올)과 이소시아네이트 사이의 가교 반응을 가속시키는데 이용된다. 이와 같은 성분들은, 바람직하게는 3 내지 80 중량부, 더욱 바람직하게는 약 46 중량부의 Lumiflon® 용액, 5 내지 60 중량부, 더욱 바람직하게는 약 17 중량부의 안료 및 20 내지 80 중량부, 더욱 바람직하게는 약 32 중량부의 유기 용매(MEK와 크실렌 또는 시클로헥사논의 혼합물)를 혼합함으로써 준비된다.
또한, 이면 시트는 추가층을 포함할 수 있다. 추가층은 접착제를 갖거나 또는 갖지 않은 채로 불소 공중합체에 부착될 수 있다. 예를 들어, 선택가능한 추가층은 예를 들어 폴리에스테르, EVA, 폴리카보네이트, 폴리올레핀, 폴리우레탄, 아크릴, 폴리이미드, 폴리아미드, 액정 고분자 및 아클라(aclar) 중 하나 이상 또는 스퍼터링 알루미늄 옥사이드 폴리에스테르, 스퍼터링 실리콘 옥사이드 또는 실리콘 니트리드 폴리에스테르, 스퍼터링 알루미늄 옥사이드 폴리카보네이트 및 스퍼터링 실리콘 옥사이드 또는 실리콘 니트리드 폴리카보네이트, 투명 불소 중합체 및 투명 불소 공중합체, 폴리에스테르 및 EVA와 같은 중합체의 공압출된(coextruded) 층 및 폴리부타디엔 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
실시예 1
실시예 1은 본 발명에 따른 Lumiflon®계 보호 이면 시트의 제조를 보여준다. 본 실시예에서 사용되는 Lumiflon®는 크실렌(200 g) 내의 60% 용액으로서 아사이 글라스로부터 얻어진 LF 200 등급(grade)이다. 본 실시예에서 사용된 안료는 듀퐁으로부터 얻어진 Ti-Pure® R-105(76.2 g) 이다. 가교제는 Bayer로부터 얻어진 Desmodur® N3300(21.4 g) 이다. 안료는 고전단 믹서(High Shear Mixer)를 이용하여 Lumiflon® 용액과 혼합되고, 뒤 이어 용매 및 가교제 첨가물과 혼합된다.
그런 다음, 상기 제제가 부착된다. 액체 제제는 어플리케이터 롤(applicator roll)에 의하여 팬(pan)으로부터 필름으로 운반되고, 마이어 로드(Mayer rod)에 의하여 계량되어 원하는 코팅제 중량을 얻는다. 상기 코팅제는 Mylar®(듀퐁)(5 밀리미터) 폴리에스테르 필름에 직접 부착된다. 접착제가 요구되지 않으며, 이 실시예에서는 사용되지 않는다. 상기 코팅제는 10-120 g/㎡, 바람직하는 30-90 g/㎡, 더 바람직하게는 30-45 g/㎡의 코팅 중량으로 부착된다.
건조 코팅제는 60-65% 중량%의 Lumiflon® 및 35% 중량%의 안료로 구성된다. 이 실시예에서, Lumiflon®계 제제로 코팅된 폴리에스테르 필름은 폴리에스테르-우레탄 적층 접착제(polyester-urethane laminating adhesive)를 사용하여 EVA(비닐 아세테이트 함량 4%)로 적층화된다. 적층물은 EVA 인캡슐런트 및 모듈과 진공 적층된다.
표 1은 Tedlar® SP로 제조된 이면 시트와 비교한, Lumiflon® and Zeffle®계 보호 이면 시트의 특성을 나타낸다.
표 1
| 샘플 | 두께 ㎛ | 외곽층 증기 투과 두께㎛ 테스트 |
g/(100in2·일) 100F 100% RH | 부분 방전 테스트 |
전압 최대,VDC |
| Tedlar® SP/ 폴리에스테르/EVA |
178 | 25.4 ASTM F1249 | 0.195 | IEC 60994-1, IEC 61730 |
820 |
| Lumiflon®/ 폴리에스테르/EVA |
165 | 12.7 ASTM F1249 | 0.174 | IEC 60994-1, IEC 61730 |
860 |
| Zeffle®/ 폴리에스테르/EVA |
165 | 12.7 ASTM F1249 | 0.143 | IEC 60994-1, IEC 61730 |
860 |
표 2는 연신된 Tedlar®로 제조된 이면 시트와 비교한, Lumiflon®계 보호 이면 시트의 특성을 나타낸다.
표 2
| 샘플 | 두께 ㎛ | 외곽층 증기 투과 두께 ㎛ 테스트 |
g/(100in2·일) 100F 100% RH | 부분 방전 테스트 |
전압 최대,VDC |
| Tedlar® SP/ 폴리에스테르/EVA |
267 |
38 ASTM F1249 |
0.12 |
IEC 60994-1, IEC 61730 |
1020 |
| Lumiflon®/ 폴리에스테르/EVA |
241 |
13 ASTM F1249 |
0.12 |
IEC 60994-1, IEC 61730 |
1015 |
상기 결과는 0.5 밀리미터 두께의 Lumiflon® 및 Zeffle®계 코팅제는, Lumiflon® 및 Zeffle®계 코팅제 두께의 2배인 1 밀리미터 두께의 비-연신된 Tedlar® SP 보다 더 우수한 차단 특성(낮은 투습도(moisture permeability) 및 높은 전압 저항성)을 갖는 것을 나타낸다. 더욱이, Lumiflon®계 이면 시트는 Tedlar®계 이면 시트보다 더 비용 효율적이다.
표 3은 연신된 Tedlar®로 제조된 이면 시트와 비교한, Lumiflon®계 보호 이면 시트의 내후성을 나타낸다. 샘플들은 85℃ 및 85% 상대 습도("습열")로 2000 시간동안 조건에서 환경 시험기(environmental chamber) 내에 배치된다. 상기 외곽층의 내후성은 ASTM D 903-98 박리 부착력시험(peel adhesion test), ASTM D 3359 크로스컷 테이프 부착력 시험(cross cut tape adhesion test) 및 ASTM D882에 따른 "습열"에의 노출 함수로서 외곽층 및 폴리에스테르 사이의 부착력, 인장강도 및 파괴신장율를 측정함으로써 계산되었다.
표 3에서 다음 약어가 적용된다: TB는 찢어진 결합(tear bond)이다; 5B = 0%의 코팅 제거; 4B = 5% 이하의 코팅 제거; 3B = 5-15%의 코팅 제거; 2B = 15-35%의 코팅 제거; 1B = 35-65%의 코팅 제거; 0B = 65% 이상의 코팅 제거.
표 3
| 외곽층 | 시간 500 1000 1500 2000 |
| Tedlar®38 ㎛ | TB TB TB TB |
| Lumiflon®13 ㎛ | 5B 5B 5B 4B |
표 3에서 나타내는 바와 같이, 박막 Lumiflon®계 이면 시트의 내후성은 연신된 Tedlar®계 이면 시트의 내후성에 필적한다.
도 3 및 4는 Lumiflon®계 이면 시트의 인장강도 및 파괴신장율이 "습열"에의 노출 함수로서 Tedlar®계 이면 시트의 인장강도 및 파괴신장율보다 매우 적게 감소하는 것을 나타낸다.
UV 안정성을 평가하기 위하여, 샘플들은 크세논 아크램프(Xenon Arc Lamp)를 구비한 Atlas ci 4000 크세논 Weather-Ometer 내에 4600 시간동안 배치되어, L*a*b*를 규칙적으로 측정하였다. b*-값은 물질의 황화를 나타낸다. 도 5에 나타난 바와 같이, Lumiflon®계 이면 시트의 UV 안정성은 Tedlar®계 이면 시트에 견줄만 하다.
실시예 2
실시예 2는 본 발명에 따른 Lumiflon®계 보호 이면 시트의 다른 실시예의 제조를 보여준다. 실시예 2에서 사용되는 Lumiflon®는 크실렌(150 g) 내의 60% 용액으로서 아사이 글라스로부터 얻어진 LF 200 등급(grade)이다. 이 실시예에서 사용된 안료는 듀퐁으로부터 얻어진 Ti-Pure® R-105(57 g) 이다. 이 실시예에 사용된 소수성으로 개질된 실리카는 Cabot으로부터 얻어진 Cab-o-sil TS 720(10 g)이다. 사용된 가교제는 Bayer로부터 얻어진 Desmodur® N3300(16 g) 이다. 이 실시예에서 사용된 촉매는 Aldrich로부터 얻어진 디부틸 주석 디라우레이트(dibutyl tin dilaureate)(MEK 내의 0.1% 용액 0.15 g) 이다. 안료와 실리카는 고전단 믹서를 이용하여 Lumiflon® 용액과 혼합되고, 뒤 이어 용매 및 가교제 첨가물과 혼합된다.
그런 다음, 상기 제제가 부착된다. 액체 제제는 어플리케이터 롤에 의하여 팬으로부터 필름으로 운반되고, 마이어 로드에 의하여 계량되어 원하는 코팅제 중량을 얻는다. 상기 코팅제는 Mylar®(듀퐁)(5 밀리미터) 폴리에스테르 필름에 직접 부착된다. 접착제가 요구되지 않으며, 이 실시예에서는 사용되지 않는다. 상기 코팅제는 10-120 g/㎡, 바람직하는 30-90 g/㎡, 더 바람직하게는 30-45 g/㎡의 코팅 중량으로 부착된다.
표 4
| 샘플 | 두께 ㎛ |
외곽층 증기 투과 두께 ㎛ 테스트 |
g/(100in2·일) 100F 100% RH | 부분 방전 테스트 |
전압 최대,VDC |
| Lumiflon®/ 폴리에스테르/EVA |
241 | 13 ASTM F1249 | 0.12 | IEC 60994-1, IEC 61730 |
1015 |
| Lumiflon®/실리카/폴리에스테르/EVA | 241 |
13 ASTM F1249 |
0.12 |
IEC 60994-1, IEC 61730 |
1060 |
표 4에서 보여주는 것과 같이, 실리카 첨가를 포함하는 실시예 2는 실리카를 구비하지 않은 Lumiflon®계 이면 시트보다 45 V(최대 허용 전압) 증가하며, Tedlar®계 이면 시트보다 40 V 증가한다.
실시예 3
실시예 3은 본 발명의 다른 실시예의 제조를 보여준다; Lumiflon®계 "패치 킷" 제제.
루미플론계 패치 킷 제제는 2개의 별도의 성분, A 및 B를 포함하는 제제로부터 바람직하게 제조된다.
성분 A는 가교제(이소시아네이트 Desmodur N3300 (2.5 g, Bayer)) 및 용매(이 실시예에서는 크실렌)의 혼합물을 포함한다.
성분 B는 용매, 안료 및 불소 공중합체의 혼합물을 포함한다. 이 실시예에서, 성분 B는 다음과 같이 제조된다. 분산제(Disperbyk 111(0.25 g, BYK-Chemie))는 크실렌, 14.1 g Lumiflon® LF 200, 안료 Ti-Pure® R101(10 g, 듀퐁), Orgasol® 2002D(4.7 g, Arkema Inc) 및 착색제(Microlith Blue, Microlith Yellow, Microlith Brown 및 Orasol Black)의 혼합물과 혼합된다. 다른 착색제들이 첨가되어 찢어진 이면 시트의 색상을 조화시킬 수 있다.
사용에 있어서, 성분 A와 B는 정적 혼합기를 구비한 트윈-챔버 주입기 내에 배치된다. 제제는 어플리케이터를 이용하여 이면 시트의 손상된 부위 상에 부착된다. 하나의 이와 같은 어플리케이터는 Brandywine Associates로부터 이용할 수 있고, 도 6에서 참조 번호 50은 혼합기이고, 참조 번호 52는 어플리케이터 팁(tip)이고, 참조 번호 54는 어플리케이터 패치 킷 제제로 나타낸다. 그러나, 브러시 (brush)와 같은 임의의 종류의 어플리케이터가 제제를 부착하기 위하여 이용될 수 있다.
상기 패치 킷은 Tedlar®/폴리에스테르/EVA와 같은 종래의 물질 또는 본 발명에 따라 제조된 이면 시트로 제조된 것과 같은 많은 이면 시트와 호환할 수 있다. Tedlar계 이면 시트에 부착된 제제는 부분 방전 테스트를 시험하였다. 이 테스트의 결과를 표 5에 요약하였다.
표 5 부분 방전 테스트 결과
| 적층물 | 두께 밀리미터 | 외곽층 두께 밀리미터 |
부분 방전 테스트 |
전압 최대,VDC |
| Tedlar®/폴리에스테르/EVA | 10.5 | 1.5 | IEC 60994-1, IEC 61730 |
1020 |
| Tedlar®/폴리에스테르/패치된 EVA | 10.5 |
1.5 | IEC 60994-1, IEC 61730 |
1020 |
부가적으로, 이 제제는 크로스컷 테이프 부착력 시험 ASTM D 3359-97에 의하 여 이면 시트 물질의 하부층에의 훌륭한 접착성, 다시 말해 5B를 갖는 것으로 증명되었다.
본 출원에서는 상표 또는 제품명을 기재하여 설명하면서 상표로 인용되는 제품의 일반 명칭 및 제품의 구입처 등을 같이 기재하고 있다. 본 출원의 기술분야의 당업자는 이러한 상표 또는 제품명에 친숙하고, 이러한 상표 또는 제품명으로부터 이미 알려져 있는 일반 명칭을 누구나 인식할 수 있고 또한 쉽게 구입할 수 있다. 또한, 이러한 상표 또는 제품명으로 인용되는 제품은 이미 다 알려진 것이고, 국제적으로 사용되고 있으며 동일한 조성 및 일정한 품질을 제공하는 것이다. 본 출원의 기술분야의 당업자에게는 이러한 상표 등으로 표시하는 방법이 적합한 제품을 얻기 위한 쉽고 확실한 일반적인 방법이다. 본 출원에서 사용된 상표 또는 제품명으로 기재한 제품의 일반 명칭에 대하여는 명세서 전체를 통하여 기재하였지만 여기에 이를 정리하여 설명한다.
Tedlar®: 폴리비닐 플루오라이드(PVF),
Lumiflon®: 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE)과 몇 개의 특정 알킬 비닐 에테르(VE)의 비결정질 불소 공중합체,
Zeffle®: 테트라 플루오로 에틸렌(TFE)과 반응성 OH 작용기를 갖는 하이드로카본 올레핀의 공중합체,
Ti-Pure®: 티타늄 디옥사이드 안료
Cab-o-sil TS 720: 변형 실리카(modified silica),
Orgasol®: 폴리아미드 파우더,
Tyzor®: 유기 티타네이트
이 명세서에 개시된 본 발명의 다양한 변경, 조절 및 적용은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이며, 본 발명은 이와 같은 실시예들을 포함하는 것으로 의도된다. 비록 본 발명이 특정의 바람직한 실시예의 내용에 의하여 설명되었지만, 뒤따르는 청구항들의 범위의 참조에 의하여 예측되는 것의 전체 범위로 의도된다.
Tedlar®: 폴리비닐 플루오라이드(PVF),
Lumiflon®: 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE)과 몇 개의 특정 알킬 비닐 에테르(VE)의 비결정질 불소 공중합체,
Zeffle®: 테트라 플루오로 에틸렌(TFE)과 반응성 OH 작용기를 갖는 하이드로카본 올레핀의 공중합체,
Ti-Pure®: 티타늄 디옥사이드 안료
Cab-o-sil TS 720: 변형 실리카(modified silica),
Orgasol®: 폴리아미드 파우더,
Tyzor®: 유기 티타네이트
이 명세서에 개시된 본 발명의 다양한 변경, 조절 및 적용은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이며, 본 발명은 이와 같은 실시예들을 포함하는 것으로 의도된다. 비록 본 발명이 특정의 바람직한 실시예의 내용에 의하여 설명되었지만, 뒤따르는 청구항들의 범위의 참조에 의하여 예측되는 것의 전체 범위로 의도된다.
여기에서 인용된 다양한 간행물, 특허 및 특허 출원서의 개시는 그들의 전문을 참조함으로써 구체화된다.
Claims (32)
- 유기 용매 가용성 또는 수분산성의 가교-결합할 수 있는 비결정질 불소 중합체를 포함하는 제1층; 및공압출된 폴리에스테르와 EVA를 포함하는 제2층을 포함하는 광전지 모듈용 이면 시트.
- 제1항에 있어서, 상기 불소 중합체는 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE) 및 하나 이상의 알킬 비닐 에테르의 불소 공중합체인 것을 특징으로 하는 광전지 모듈용 이면 시트.
- 제2항에 있어서, 상기 불소 공중합체와 혼합된 가교제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전지 모듈용 이면 시트.
- 제3항에 있어서, 폴리카보네이트, 폴리올레핀, 폴리우레탄, 액정 고분자, 불소 중합체 필름, 알루미늄, 스퍼터링 알루미늄 옥사이드 폴리에스테르, 스퍼터링 실리콘 디옥사이드 폴리에스테르, 스퍼터링 알루미늄 옥사이드 폴리카보네이트 및 스퍼터링 실리콘 디옥사이드 폴리카보네이트 중 하나 이상을 포함하는 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전지 모듈용 이면 시트.
- 제4항에 있어서, 상기 불소 공중합체와 혼합된 가교제를 포함하는 층은 접착제 없이 폴리에스테르 층에 부착되는 것을 특징으로 하는 광전지 모듈용 이면 시트.
- 삭제
- 제5항에 있어서, 상기 불소 공중합체 층은 1 밀리미터 이하의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 광전지 모듈용 이면 시트.
- 제5항에 있어서, 상기 불소 공중합체 층은 1 밀리미터 이상의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 광전지 모듈용 이면 시트.
- 제4항에 있어서, 실리카, 티타늄 옥사이드, 알루미늄 옥사이드, 아연 옥사이드, 베릴륨 옥사이드, 미카, 점토, 보론 니트리드, 알루미늄 니트리드, 티타늄 니트리드, 카본 블랙 및 유기 안료 중 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전지 모듈용 이면 시트.
- 제1항에 있어서, 상기 불소 중합체는 테트라 플루오로 에틸렌(TFE)과 반응성 OH 작용기를 갖는 하이드로카본 올레핀의 공중합체인 것을 특징으로 하는 광전지 모듈용 이면 시트.
- 제10항에 있어서, 불소 공중합체와 혼합된 가교제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전지 모듈용 이면 시트.
- 제11항에 있어서, 폴리카보네이트, 폴리올레핀, 폴리우레탄, 액정 고분자, 불소 중합체 필름, 알루미늄, 스퍼터링 알루미늄 옥사이드 폴리에스테르, 스퍼터링 실리콘 디옥사이드 폴리에스테르, 스퍼터링 알루미늄 옥사이드 폴리카보네이트 및 스퍼터링 실리콘 디옥사이드 폴리카보네이트 중 하나 이상을 포함하는 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전지 모듈용 이면 시트.
- 제11항에 있어서, 상기 불소 공중합체와 혼합된 가교제를 포함하는 층은 접착제 없이 폴리에스테르 층에 부착되는 것을 특징으로 하는 광전지 모듈용 이면 시트.
- 삭제
- 제13항에 있어서, 아이오노머 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전지 모듈용 이면 시트.
- 제12항에 있어서, 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE) 및 하나 이상의 알킬 비닐 에테르의 불소 공중합체 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전지 모듈용 이면 시트.
- 제13항에 있어서, 상기 불소 공중합체 층은 1 밀리미터 이하의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 광전지 모듈용 이면 시트.
- 제13항에 있어서, 상기 불소 공중합체 층은 1 밀리미터 이상의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 광전지 모듈용 이면 시트.
- 제11항에 있어서, 실리카, 티타늄 옥사이드, 알루미늄 옥사이드, 아연 옥사이드, 베릴륨 옥사이드, 미카, 점토, 보론 니트리드, 알루미늄 니트리드, 티타늄 니트리드, 카본 블랙 및 유기 안료 중 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전지 모듈용 이면 시트.
- 제1항에 있어서, 상기 불소 중합체는 비닐리덴 플루오라이드, 테트라 플루오로 에틸렌 및 헥사 플루오로 프로필렌의 삼원 중합체인 것을 특징으로 하는 광전지 모듈용 이면 시트.
- 제20항에 있어서, 폴리카보네이트, 폴리올레핀, 폴리우레탄, 액정 고분자, 불소 중합체 필름, 알루미늄, 스퍼터링 알루미늄 옥사이드 폴리에스테르, 스퍼터링 실리콘 디옥사이드 폴리에스테르, 스퍼터링 알루미늄 옥사이드 폴리카보네이트 및 스퍼터링 실리콘 디옥사이드 폴리카보네이트 중 하나 이상을 포함하는 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전지 모듈용 이면 시트.
- 삭제
- 제21항에 있어서, 아이오노머 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전지 모듈용 이면 시트.
- 제21항에 있어서, 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE) 및 하나 이상의 알킬 비닐 에테르의 불소 공중합체 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전지 모듈용 이면 시트.
- 제24항에 있어서, 상기 불소 공중합체 층은 1 밀리미터 이하의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 광전지 모듈용 이면 시트.
- 제24항에 있어서, 상기 불소 공중합체 층은 1 밀리미터 이상의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 광전지 모듈용 이면 시트.
- 제20항에 있어서, 실리카, 티타늄 옥사이드, 알루미늄 옥사이드, 아연 옥사이드, 베릴륨 옥사이드, 미카, 점토, 보론 니트리드, 알루미늄 니트리드, 티타늄 니트리드, 카본 블랙 및 유기 안료 중 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전지 모듈용 이면 시트.
- 삭제
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|---|---|---|---|
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