KR101457744B1 - 광전자 장치용 충진재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 충진재, 광전자 장치, 태양전지 모듈 및 광전자 장치의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에서는, 각종 광전자 장치에 사용되어, 우수한 특성을 나타낼 수 있는 충진재를 제공할 수 있다.

Description

광전자 장치용 충진재{Encapsulant for optoelectronic device}

본 발명은, 광전자 장치용 충진재, 광전자 장치, 태양전지 모듈 및 광전자 장치의 제조 방법에 관한 것이다.

광전지(Photovoltaic cell), LED(Light emitting diode) 또는 OLED(Organic Light emitting diode) 등과 같은 광전자 장치(Optoelectronic device)는, 광 방출 부위나 광 감지 부위를 캡슐화하는 충진재(Encapsulant)를 포함할 수 있다.

예를 들면, 태양전지 모듈은, 통상적으로 수광 기판인 투명 전면 기판, 충진재, 광기전력 소자, 충진재 및 이면 시트를 적층한 다음, 상기 적층체를 진공 흡인하면서, 가열 압착하여 제조되고 있다.

충진재로는, 가공성, 시공성 및 비용 등의 관점에서 EVA(ethylene-vinyl acetate) 수지가 가장 많이 사용되고 있다.

그러나, EVA 수지는, 전면 기판 또는 이면 시트 등과의 접착 강도가 낮기 때문에, 광전자 장치가 옥외에서 장기간 노출되면, 층간에 박리가 쉽게 일어난다는 문제가 있다. 또한, EVA 수지를 포함하는 충진재를 사용하여 장치를 제조하는 모듈화 과정에서는, 가열 압착 조건에 따라서는 EVA 수지가 열분해되어, 초산 가스 등이 발생할 수 있다. 이와 같은 초산 가스는, 작업 환경을 악화시킬 뿐만 아니라, 광전자 장치에 포함되는 광전자 소자 또는 전극 등에 나쁜 영향을 미치고, 또한 장치의 열화 및 효율 저하 등을 유발하는 문제가 있다.

본 발명은, 광전자 장치용 충진재, 광전자 장치, 태양전지 모듈 및 광전자 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 가수분해성기 또는 상기 가수분해성기의 가수분해물인 반응성기를 포함하는 올레핀 수지; 및 염기성 가수분해 촉매를 포함하고, 모듈화 후 상기 가수분해 촉매의 잔존량이 1 ppm 내지 50,000 ppm인 광전자 장치용 충진재(Encapsulant for optoelectronic device)에 관한 것이다.

이하, 본 발명의 충진재를 보다 구체적으로 설명한다.

상기 충진재는, 주쇄, 측쇄 또는 말단에 가수분해성기가 도입되거나, 또는 가수분해성기를 가지는 단량체가 그래프팅(grafting)되어 있는 올레핀 수지(이하, "변성 올레핀 수지"로 칭하는 경우가 있다.) 및 염기성 가수분해 촉매를 포함하는 조성물을 사용하여 제조할 수 있다.

상기 가수분해성기는, 충진재 또는 모듈화 과정에서 염기성 가수분해 촉매의 작용에 의하여, 반응성기로 전환될 수 있다. 용어 「반응성기」는, 광전자 장치에 포함되어, 상기 충진재와 접촉할 수 있는 부품, 예를 들면, 유리 기판 등의 표면과 물리적 또는 화학적 상호 작용을 할 수 있는 관능기를 의미한다.

상기 올레핀 수지가 가지는 가수분해성기 및 반응성기는, 충진재 내에 적절한 가교 구조를 형성하고, 또한 광전자 장치의 부품과의 접착성 등을 확보하는 때에 중요한 역할을 한다. 상기 염기성 가수분해 촉매는 충진재를 제조하는 과정, 또는 제조된 충진재를 사용하여 광전지 장치를 형성하는 모듈화 과정에서 가수분해성기가 도입된 상기 변성 올레핀 수지의 적절한 비율로 반응성기로 전환될 수 있고, 그 정도는 모듈화 후 충진재 내에서의 염기성 가수분해 촉매의 잔존량에 의하여 제어된다. 이론적으로 촉매는, 상기 가수분해성기의 가수분해 반응이 종료한 후에 원래의 상태를 유지하는 것이므로, 최초 충진재를 제조할 때에 배합한 촉매의 양이 모듈화 후에도 그대로 유지되는 것으로 생각할 수 있다. 그렇지만, 실제 충진재의 제조 과정이나 모듈화 과정에서는 배합된 촉매가 소실되거나, 혹은 가수분해 반응에 기여하는 과정에서 그 화학 구조나 속성이 변화되는 경우가 존재하기 때문에, 최초 배합된 촉매의 양과 모듈화 후의 잔존 촉매의 양이 반드시 일치하는 것은 아니며, 따라서 단순히 충진재 내의 촉매의 양만을 감안하여서는 목적하는 물성의 충진재를 설계하는 것이 곤란하다. 상기 충진재의 경우, 모듈화 후에 염기성 가수분해 촉매의 잔존량을 제어하여, 충진재 내에 적절한 가교 구조를 부여하고, 접착성 등의 물성도 효과적으로 유지할 수 있다.

본 명세서에서 용어 「모듈화 후 염기성 가수분해 촉매의 잔존량」이란, 상기 충진재를 사용하여 광전자 소자를 캡슐하고, 광전자 장치를 제조한 후에 상기 충전재에 대하여 측정한 상기 촉매의 잔존량을 의미한다. 예를 들어, 상기 충진재가 태양전지 모듈에 적용되는 경우, 상기 잔존량은, 상기 충진재, 수광 기판, 이면 시트 및 광기전력 소자를 적층하고, 가열 압착하는 방식 등으로 모듈을 제조한 후에, 상기 충진재에 대하여 측정한 촉매의 잔존량일 수 있다. 본 발명에서 상기와 같은 모듈화 후 염기성 가수분해 촉매의 잔존량은 1 ppm 내지 50,000 ppm, 바람직하게는 3 ppm 내지 10,000 ppm, 보다 바람직하게는 10 ppm 내지 10,000 ppm, 더욱 바람직하게는 50 ppm 내지 7,000 ppm, 보다 바람직하게는 300 ppm 내지 6,000 ppm일 수 있고, 이러한 범위에서 모듈화 후의 충진재 내에 적절한 가교 구조를 유지하고, 또한 모듈의 부품과의 접착성 등을 우수하게 유지할 수 있다. 상기 촉매의 잔존량은, 후술하는 바와 같이, 모듈화 후에 HPLC(High-performance liquid chromatography)로 측정한 수치이다.

상기 가수분해성기의 종류는. 가수분해 반응을 통해, 반응성기를 생성할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 가수분해성기는, 할로겐 원자, 알콕시기, 아릴옥시기, 아실옥시기, 알킬티오기 또는 알킬렌옥시티오기일 수 있다. 이 경우, 할로겐 원자의 예로는, 염소(Cl)를 들 수 있고, 알콕시기의 예로는, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 알콕시기를 들 수 있으며, 아릴옥시기의 예로는 탄소수 6 내지 12의 아릴옥시기를 들 수 있고, 아실옥시기의 예로는 탄소수 1 내지 12의 아실옥시기를 들 수 있으며, 알킬티오기의 예로는, 탄소수 1 내지 12의 알킬티오기를 들 수 있고, 알킬렌옥시티오기의 예로는, 탄소수 1 내지 12의 알킬렌옥시티오기를 들 수 있다. 상기 가수분해성기는, 바람직하게는 알콕시일 수 있으며, 구체적으로는 탄소수 1 내지 12, 바람직하게는 탄소수 1 내지 8, 더욱 바람직하게는 탄소수 1 내지 4의 알콕시기일 수 있다. 이러한 알콕시기로는 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 이소프로폭시기 또는 부톡시기를 들 수 있으며, 바람직하게는 메톡시기 또는 에톡시기를 들 수 있다. 또한, 상기 반응성기의 종류는, 가수분해성기의 종류에 따라 결정되는 것으로, 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들면, 히드록시기일 수 있다.

상기와 같은 가수분해성기를 포함하는 올레핀 수지의 종류는 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면, 실란 변성 올레핀 수지일 수 있다. 용어 「실란 변성 올레핀 수지」는, 실란 화합물이 공중합 단위로 포함되어 있거나, 혹은 그래프팅되어 있는 올레핀 수지를 의미한다.

하나의 예시에서, 상기 올레핀 수지는, α 올레핀 및 하기 화학식 1의 실란 화합물을 중합 단위로 포함하는 공중합체; 또는 폴리올레핀에 하기 화학식 1의 실란 화합물이 그래프팅된 그래프트 중합체일 수 있다.

[화학식 1]

DSi(X)_mY_(3-m)

상기 화학식 1에서 D는 알케닐을 나타내고, X는 규소 원자에 결합된 가수분해성기 또는 그 가수분해물인 반응성기를 나타내며, Y는 규소원자에 결합된 비가수분해성기를 나타내고, m은 1 내지 3의 정수를 나타낸다.

상기 화학식 1에서, 알케닐기는, 예를 들면, 비닐, 알릴, 프로페닐, 이소프로페닐, 부테닐, 헥세닐, 시클로헥세닐 또는 옥테닐 등일 수 있고, 바람직하게는 비닐일 수 있다.

또한, 상기 화학식 1에서 X는 전술한 바와 같은 가수분해성기 또는 그의 가수분해물일 수 있다.

또한, 상기 화학식 1의 비가수분해성 잔기의 예로는, 수소, 알킬기, 아릴기 또는 아랄킬기(aralkyl group) 등을 들 수 있다. 상기에서 알킬기는, 예를 들면, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기일 수 있다. 또한, 상기 Y에서 아릴기는 탄소수 6 내지 12의 아릴기, 예를 들면 페닐기일 수 있고, 아랄킬기는 탄소수 7 내지 12의 아랄킬, 예를 들면 벤질기일 수 있다.

또한, 상기 화학식 1에서 m은, 1 내지 3의 정수이고, 바람직하게는 3일 수 있다.

화학식 1의 불포화 실란 화합물의 구체적인 예로는 비닐트리메톡시 실란, 비닐트리에톡시 실란, 비닐트리프로폭시 실란, 비닐트리이소프로폭시 실란, 비닐트리부톡시 실란, 비닐트리펜톡시 실란, 비닐트리페녹시 실란, 또는 비닐트리아세톡시 실란 등을 들 수 있고, 이 중 비닐트리메톡시 실란 또는 비닐트리에톡시 실란을 사용하는 것이 바람직하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 상기에서 공중합체를 구성하거나, 그래프트 중합체의 폴리올레핀을 구성할 수 있는 α 올레핀의 예로는, 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 이소부틸렌, 1-펜텐, 2-메틸-1-부텐, 3-메틸-1-부텐, 1-헥센, 1-헵탄, 1-옥텐, 1-노넨 또는 1-데센의 일종 또는 이종 이상일 수 있고, 바람직하게는 에틸렌일 수 있고, 상기 폴리올레핀의 예로는, 상기와 같은 α 올레핀을 중합된 형태로 포함하는 수지일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

올레핀 수지는 상기 실란 화합물을, 공중합체의 경우, α 올레핀 100 중량부에 대하여, 그래프트 중합체의 경우, 폴리올레핀 100 중량부에 대하여, 0.1 중량부 내지 10 중량부, 바람직하게는 0.5 중량부 내지 5.0 중량부로 포함할 수 있다. 특별히 달리 규정하지 않는 한, 본 명세서에서 단위 「중량부」는 중량 비율을 의미한다. 이러한 범위에서 충진재는 모듈화 후 우수한 접착성을 나타낼 수 있다.

올레핀 수지는, 바람직하게는, 폴리올레핀에 상기 화학식 1의 실란 화합물을 그래프팅시킨 그래프트 중합체일 수 있다. 상기에서 폴리올레핀은 폴리에틸렌일 수 있다. 본 발명에서 폴리에틸렌은, 에틸렌을 중합된 형태로 포함하는 수지로서, 에틸렌의 단독 중합체(homopolymer); 또는 주성분으로서의 에틸렌을 중합 형태로 포함하고, 또한 다른 공단량체를 중합된 형태로 포함하는 공중합체(copolymer)일 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리에틸렌은, 예를 들면, 저밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 초저밀도 폴리에틸렌, 극초저밀도 폴리에틸렌 또는 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌의 일종 또는 이종 이상일 수 있다.

상기 실란 화합물이 그래프팅되는 폴리에틸렌으로서 측쇄가 많은 폴리에틸렌을 사용할 수 있다. 측쇄가 많은 폴리에틸렌의 경우, 그래프팅이 보다 효율적으로 이루어질 수 있다. 통상적으로, 측쇄가 많은 폴리에틸렌은, 밀도가 낮고, 측쇄가 적은 폴리에틸렌은 밀도가 높다. 즉, 본 발명에서는 저밀도의 폴리에틸렌을 사용하는 것이 바람직하고, 예를 들면 밀도가 0.85 g/cm³ 내지 0.96 g/cm³, 바람직하게는 밀도가 약 0.85 g/cm³ 내지 0.92 g/cm³인 폴리에틸렌을 사용할 수 있다.

또한, 상기 폴리에틸렌은, MFR(Melt Flow Rate)가 190℃에서 약 0.1 g/10분 내지 약 50 g/10분, 바람직하게는 약 10 g/10분 내지 50 g/10분, 보다 바람직하게는 약 1.0 g/10분 내지 30 g/10분일 수 있다. 이러한 MFR의 범위에서, 충진재가 우수한 성형성 및 접착성 등을 나타낼 수 있다.

상기 충진재는, 염기성 가수분해 촉매를 포함하고, 이와 같은 촉매는, 충진재의 제조 또는 모듈화 과정에서 가수분해성기의 가수 분해 반응을 유도할 수 있다. 본 발명에서는, 염기성 가수분해 촉매를 사용하고, 또한 모듈화 후의 그 잔존량을 조절함으로써, 가수분해 정도를 효과적으로 제어하고, 또한 충진재의 다른 성분과 촉매의 바람직하지 못한 반응을 억제하여, 충진재의 접착성을 확보하면서도, 다른 물성도 탁월하게 유지할 수 있다.

염기성 가수분해 촉매로는, 예를 들면, 유기 아민 화합물, 질소계 헤테로고리 화합물, 금속 수산화물(metal hydroxide) 또는 금속 아마이드(metal amide) 등의 일종 또는 이종 이상을 들 수 있다. 상기에서 유기 아민 화합물의 예로는, 알킬아민 또는 디알킬아민을 들 수 있고, 구체적으로는 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8, 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 가지는 알킬아민 또는 디알킬아민을 들 수 있으며, 보다 구체적으로는 에틸아민, 헥실아민, n-프로필아민 또는 디부틸아민 등을 들 수 있다. 또한, 상기에서 질소계 헤테로고리 화합물은, 고리 구성 헤테로 원자로서 질소를 포함하는 탄화수소 고리 화합물로서, 그 구체적인 예로는 피리딘을 들 수 있다. 또한, 금속 수산화물의 예로는, NaOH, KOH, RbOH 또는 CsOH 등을 들 수 있고, 금속 아마이드의 예로는, NaNH₂, KNH₂, RbNH₂ 또는 CsNH₂ 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명에서는, 바람직하게는 상기 촉매 중 유기 아민 화합물, 바람직하게는 탄소수 1 내지 20의 알킬기를 가지는 알킬 아민 또는 디알킬 아민을 사용할 수 있다.

본 발명의 충진재에서, 염기성 가수분해 촉매의 함량은 특별히 제한되지 않고, 모듈화 후에 상기와 같은 잔존량을 나타낼 수 있는 범위에서 조절될 수 있다.

본 발명의 충진재는, 필요에 따라서 광안정제, UV 흡수제 및 열안정제 등으로부터 선택되는 일종 또는 이종 이상의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.

광안정제는, 본 발명의 충진재가 적용되는 용도에 따라서, 올레핀 수지의 광열화 개시의 활성종을 포착하여, 광산화를 방지하는 역할을 할 수 있다. 본 발명에서는 사용할 수 있는 광안정제의 종류는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 힌더드 아민계 화합물 또는 힌더드 피페리딘계 화합물 등과 같은 공지의 화합물을 사용할 수 있다.

또한, 상기 UV 흡수제는, 충진재의 용도에 따라서, 태양광 등으로부터의 자외선을 흡수하여, 분자 내에서 무해한 열 에너지로 변환시켜, 올레핀 수지 중의 광열화 개시의 활성종이 여기되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다. 본 발명에서 사용할 수 있는 UV 흡수제의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 벤조페논계, 벤조트리아졸계, 아크릴니트릴계, 금속 착염계, 힌더드 아민계, 초미립자 산화 티탄 또는 초미립자 산화 아연 등의 무기계 UV 흡수제 등의 일종 또는 이종 이상의 혼합을 사용할 수 있다.

또한, 사용할 수 있는 열안정제의 예로는, 트리스(2,4-디-tert-부틸페닐)포스파이트, 비스[2,4-비스(1,1-디메틸에틸)-6-메틸페닐]에틸에스테르 아인산, 테트라키스(2,4-디-tert-부틸페닐)[1,1-비페닐]-4,4'-디일비스포스포네이트 및 비스(2,4-디-tert-부틸페닐)펜타에리쓰리톨디포스파이트 등의 인계 열안정제; 8-히드록시-5,7-디-tert-부틸-푸란-2-온과 o-크실렌과의 반응 생성물 등의 락톤계 열안정제를 들 수 있고, 상기 중 일종 또는 이종 이상을 사용할 수 있다.

충진재에서, 상기 광안정제, UV 흡수제 및/또는 열안정제의 함량은 특별히 한정되지 않는다. 즉, 상기 첨가제의 함량은, 수지 조성물의 용도, 첨가제의 형상이나 밀도 등을 고려하여 적절히 선택할 수 있고, 통상적으로 충진재 내에서 0.01 중량% 내지 5 중량%의 범위 내에서 적절히 조절될 수 있다.

충진재는, 상기 성분 외에도, 적용되는 용도에 따라, 해당 분야에서 공지되어 있는 다양한 첨가제를 적절히 추가로 포함할 수 있다.

상기와 같은 충진재의 형상은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 시트 또는 필름상일 수 있다. 이 경우, 상기 충진재의 막 두께는, 소자의 지지 효율 및 파손 가능성, 장치의 경량화나 작업성 등을 고려하여, 약 10 ㎛ 내지 2,000 ㎛, 바람직하게는 약 100 ㎛ 내지 1250 ㎛로 조절할 수 있다. 그러나, 충진재의 막두께는, 적용되는 구체적인 용도에 따라서 변경될 수 있다.

상기 충진재를 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 충진재는, 반응기 내에서 가수분해성기가 도입된 올레핀 수지를 포함하는 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 조성물을 필름 또는 시트 형상으로 성형하는 단계를 포함하는 방법으로 제조할 수 있다.

상기에서 반응기 내에서 가수분해성기가 도입된 올레핀 수지를 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 올레핀 수지는, α 올레핀, 전술한 바와 같은 불포화 실란 화합물 및, 필요에 따라서, 다른 공중합성 단량체를 반응기 내에서 가열 용융된 상태로 혼합하고, 소정 온도 및 압력 하에서 적절한 라디칼 중합 개시제, 필요에 따라서 연쇄 이동제의 존재 하에서 동시에 또는 단계적으로 공중합시켜서 제조할 수 있다. 또한, 상기와 같은 올레핀 수지는, 올레핀 수지 및 전술한 바와 같은 불포화 실란 화합물을 반응기 내에서 가열 용융 상태로 혼합하고, 적절한 라디칼 발생제의 존재 하에서 상기 불포화 실란 화합물을 올레핀 수지에 그래프팅시킴으로써 제조할 수도 있다.

하나의 예시에서 상기 올레핀 수지를 포함하는 조성물을 제조하는 방법은, 반응기 내에서 올레핀 수지, 상기 화학식 1의 실란 화합물 및 라디칼 발생제를 혼합하고, 상기 실란 화합물을 올레핀 수지에 그래프트시키는 단계; 및 동일 반응기 내로 가수분해 촉매를 투입하여, 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.

상기에서 올레핀 수지가 제조되는 반응기의 종류는, 가열 용융 또는 액상 상태의 반응물을 반응시켜 목적하는 수지를 제조할 수 있는 것이라면, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 반응기는, 압출기 또는 호퍼를 구비한 실린더일 수 있다. 이러한 반응기를 사용하는 경우, 예를 들면, 압출기를 통해 가열 용융된 올레핀 수지에 액상의 실란 화합물 및 라디칼 발생제를 투입하여 압출 가공하거나, 혹은 호퍼에서 올레핀 수지, 라디칼 발생제 및 실란 화합물을 혼합하여 투입한 후에 실린더 내에서 가열 용융하여 반응시켜 올레핀 수지를 제조할 수 있다.

상기 방법에서는, 전술한 바와 같이 올레핀 수지가 제조되는 반응기 내로 상기 올레핀 수지가 형성되기 전 또는 형성된 후에 가수분해 촉매를 투입할 수 있고, 이 경우, 가수분해 촉매는 물론 자외선 흡수제, 열안정제 또는 광안정제 등의 다른 첨가제도 함께 투입할 수 있다. 이와 같이 하나의 반응기 내에서 올레핀 수지의 제조 및 첨가제와의 혼합을 동시에 수행함으로써, 공정을 단순화할 수 있다.

상기에서 가수분해 촉매 및/또는 다른 첨가제는, 반응기 내로 그대로 투입되거나, 혹은 마스터 배치(master batch)의 형태로 투입되어 혼합될 수 있다. 상기에서 마스터 배치는 투입하고자 하는 첨가제를 고농도로 농축하여 분산시켜 놓은 펠릿(pellet) 형상의 원료를 의미하고, 통상적으로 압출 또는 사출 등의 방법으로 플라스틱 원료를 가공 성형함에 있어서, 완성 제품에 특정 기능의 첨가제를 도입하고자 할 때 사용된다.

상기에서 올레핀 수지가 형성되는 반응기 내에 가수분해 촉매 등의 첨가제를 투입하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 압출기 또는 실린더의 적절한 위치에 측면 공급기(side feeder)를 설치하고, 상기 공급기를 통하여 마스터 배치 형태의 첨가제를 투입하는 방법이나, 호퍼에서 올레핀 수지 등과 혼합하여 투입하는 방법을 사용할 수 있다.

상기의 방법에서, 반응기의 구체적인 종류 및 설계, 가열 용융, 혼합 또는 반응의 온도 및 시간 등의 조건이나 라디칼 발생제의 종류 및 마스터 배치의 제조 방법은 특별히 제한되지 않고, 사용되는 원료 등을 고려하여 적절하게 선택될 수 있다.

또한, 상기와 같은 과정을 거친 후에 얻어진 조성물을 시트 또는 필름 형상으로 성형하는 방법도 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, T 다이 공정 또는 압출 등과 같은 통상적인 필름화 또는 시트화 공정을 사용할 수 있다.

상기 방법에서, 바람직하게는 전술한 수지 조성물의 제조 공정 및 시트화 공정 또는 필름화 공정이, 서로 연결되어 있는 장치에서 in-situ 공정으로 진행될 수 있다.

본 발명은, 또한, 상기 광전자 장치용 충진재에 의해 캡슐화되어 있는 광전자 소자를 포함하고, 상기 충진재 내에서의 염기성 가수분해 촉매의 잔존량이 1 ppm 내지 50,000 ppm인 광전자 장치에 관한 것이다.

하나의 예시에서 캡슐화되는 상기 광전자 소자는, 예를 들면, 광전지, LED 또는 OLED 등의 광 방출 또는 광 감지 부위일 수 있다. 본 발명에서, 상기 광전자 장치의 구체적인 구조는 특별히 제한되지 않고, 해당 장치에 따라서 그 분야에서 통상적으로 적용되는 방식 및 구조를 적용하면 된다.

예를 들어, 상기 광전자 장치가 태양전지 모듈인 경우, 상기 장치는, 수광 기판; 이면 시트; 및 상기 수광 기판과 이면 시트의 사이에서 상기 충진재에 의해 캡슐화되어 있는 광기전력 소자를 포함할 수 있고, 상기에서 충진재 내의 염기성 가수분해 촉매의 잔존량은 1 ppm 내지 50,000 ppm일 수 있다.

도 1 및 2는, 예시적인 모듈의 단면도이다. 도 1 또는 2에 나타난 바와 같이, 태양전지 모듈은, 수광 기판(11, 21), 이면 시트(12, 22) 및 상기 수광 기판(11, 21)과 이면 시트(12, 22)의 사이에서 상기 충진재(14, 24)에 의해 캡슐화되어 있는 광기전력 소자(13, 23)를 포함할 수 있다.

상기에서 수광 기판, 이면 시트 및 광기전력 소자 등의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 수광 기판은, 통상적인 판유리; 또는 유리, 불소계 수지 시트, 내후성 필름과 배리어 필름을 적층한 투명 복합 시트일 수 있고, 이면 시트는 알루미늄 등과 같은 금속, 불소계 수지 시트, 내후성 필름과 배리어 필름 등을 적층한 복합 시트일 수 있다. 또한, 상기 광기전력 소자는, 예를 들면, 실리콘 웨이퍼계열의 활성층 또는 화학증착(CVD) 등에 의해 형성된 박막 활성층일 수 있다.

본 발명에서 상기와 같은 광전자 장치는, 예를 들면, 기판, 광전자 소자 및 본 발명의 충진재를 사용하여 적층체를 제조하는 단계; 및 제조된 적층체를 가열 압착하는 단계를 포함하는 방법으로 제조할 수 있다.

상기 기판, 광전자 소자 및 충진재를 사용하여 적층체를 제조하는 방법 및 상기 적층체 내에서 각 층의 적층 순서 등은 특별히 제한되지 않고, 목적하는 광전자 장치의 구조를 고려하여, 이 분야에서 통상적으로 적용되는 방식을 사용하면 된다. 또한, 상기 가열 압착 공정의 방식도 특별히 제한되지 않고, 해당 장치에 따른 적절한 방식을 선택할 수 있다.

예를 들어, 상기 예시한 태양전지 모듈은, 목적하는 구조에 따라서, 수광 기판, 충진재, 광기전력 소자 및 이면 시트 등을 적층하고, 이어서 이를 일체로서 진공 흡인하면서 가열 압착하여 제조할 수 있다.

또한, 상기에서 가열 압착 공정의 조건은, 통상적으로 90℃ 내지 230℃, 바람직하게는 110℃ 내지 190℃의 온도에서 5분 내지 60분, 바람직하게는 8분 내지 40분 동안 수행할 수 있다.

본 발명에서는, 각종 광전자 장치에 사용되어, 기판과 같은 장치의 부품과 우수한 접착력을 나타낼 수 있는 충진재를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은, 캡슐화되는 광전자 소자 또는 배선 전극 등과 같은 부품 및 작업 환경에 악영향을 미치지 않고, 장치 제조의 작업성 및 경제성 등을 우수하게 유지할 수 있는 충진재를 제공할 수 있다.

도 1 및 2는, 본 발명의 하나의 예시에 따른 광전자 장치인 태양전지 모듈을 예시적으로 나타내는 단면도이다.

이하 본 발명에 따르는 실시예 및 본 발명에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

실시예 1

충진재의 제조

밀도가 0.880 g/cm³이고, MFR이 190℃에서 5 g/10분인 폴리에틸렌 98 중량부, 비닐 트리메톡시 실란 2 중량부 및 라디칼 발생제(디쿠밀 퍼옥시드) 0.1 중량부를 압출기 내에서 혼합하고, 200℃에서 가열 용융 교반하여, 상기 비닐 트리메톡시 실란을 상기 폴리에틸렌에 그래프트시켰다. 또한, 밀도가 0.870 g/cm³인 직쇄상의 저밀도 폴리에틸렌 100 중량부, 힌더드 아민계 광안정제 4 중량부, 벤조 페논계 자외선 흡수제 2 중량부, 인계 열안정제 2 중량부 및 염기성 가수분해 촉매인 도데실 아민(C₁₂H₂₅NH₂) 1 중량부를 혼합하고, 용융, 가공하여 펠릿화한 마스터 배치를 상기 비닐 트리메톡시 실란이 그래프팅된 폴리에틸렌 100 중량부 대비 10 중량부의 양으로 측면 공급기를 사용하여 상기 압출기로 투입하고, 비닐 트리메톡시 실란이 그래프팅된 폴리에틸렌과 혼합하여 수지 조성물을 제조하였다. 이어서 이축 압출기(φ: 27mm) 및 T 다이스(폭: 500 mm)를 가지는 필름 성형기의 사이드 호퍼로 상기 수지 조성물을 투입하고, 압출 온도 200℃, 취출 속도 3 m/min에서 가공하여 두께가 약 500 μm인 시트상의 충진재를 가공하였다.

광전지 모듈의 제조

두께가 약 3 mm인 판유리, 상기에서 제조된 충진재, 결정계 실리콘 웨이퍼 광기전력 소자, 상기 제조된 충진재 및 이면 시트(두께: 폴리불화비닐 시트(두께: 38μm), 알루미늄 박(두께: 30μm) 및 폴리불화비닐 시트(두께: 38μm)의 적층 시트)를 상기 순서로 적층하고, 진공 라미네이터에서 150℃로 15분 동안 압착하여 광전지 모듈을 제조하였다.

실시예 2

마스터 배치의 제조 시에 가수분해 촉매로서 부틸 아민(C₄H₉NH₂) 10 중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1에 준한 방식으로 충진재 및 모듈을 제조하였다.

비교예 1

마스터 배치의 제조 시에 염기성 가수분해 촉매를 사용하지 않는 대신, 유기 금속 촉매인 DBTDL(dibutyl dilaurate) 10 중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1에 준한 방식으로 충진재 및 광전지 모듈을 제조하였다.

비교예 2

마스터 배치의 제조 시에 가수분해 촉매를 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1에 준한 방식으로 충진재 및 광전지 모듈을 제조하였다.

1. 염기성 촉매의 잔존량 분석

광전지 모듈의 제조 후의 충진재 내의 촉매의 잔존량을 HPLC 기기(모델명: Alliance 2690, Detector: PDL, Waters사(제))를 사용하여 제조사의 매뉴얼에 따라 측정하였다.

2. 박리 강도의 측정

제조된 충진재를 15 mm × 200 mm(가로×세로)의 크기로 재단하여 시편을 제조하였다. 이어서, 상기 시편을 광전지 모듈의 전면 기판으로 사용되는 판유리에 진공 라미네이터(제조사: Meier, 상품명: ICOLAM)에서 150℃의 조건 하에서 10분 동안 압착하여 접착시켰다. 그 후, 인장 시험기(제조사: Lloyd, 상품명: LEPlus)를 사용하여 상기 접착된 충진재를 50 mm/min의 박리 속도 및 90도의 박리 각도로 박리하면서 박리력을 측정하였다.

3. 겔 분율의 측정

제조된 충진재를 10mm×10mm(가로×세로)의 크기로 재단하여 시편을 제조하였다. 그 후, 상기 시편을 90℃의 온수에 18 시간 동안 담지시켜 겔화시키고, ASTM D-2765에 규정된 내용에 따라서 충진재의 겔 분율을 측정하였다.

상기 분석 결과를 하기 표 1에 정리하여 기재하였다.

	촉매잔존량(ppm)	박리 강도(N/15mm)	Gel 분율(중량%)
실시예 1	470	210	27
실시예 2	5000	200	48
비교예 1	-	20	81
비교예 2	0	50	0

표 1의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 염기성 가수분해성 촉매의 잔존량이 본 발명의 범주에 속하는 실시예의 경우, 충진재 내에서 적절한 가교 구조가 형성되고, 유리 기판에 대하여 높은 접착 강도를 나타내는 것을 확인할 수 있다.

1, 2: 태양전지 모듈
11, 21: 수광 기판
12, 22: 광기전력 소자
13, 23: 이면 시트
14, 24: 충진재

Claims (18)

1. 가수분해성기 또는 상기 가수분해성기의 가수분해물인 반응성기를 포함하는 올레핀 수지; 및 염기성 가수분해 촉매를 포함하고, 모듈화 후 상기 촉매의 잔존량이 1 ppm 내지 50,000 ppm인 광전자 장치용 충진재.
2. 제 1 항에 있어서, 모듈화 후 촉매의 잔존량이 3 ppm 내지 10,000 ppm인 광전자 장치용 충진재.
3. 제 1 항에 있어서, 가수분해성기가 할로겐 원자, 알콕시기, 아릴옥시기, 아실옥시기, 알킬티오기 또는 알킬렌옥시티오기인 광전자 장치용 충진재.
4. 제 1 항에 있어서, 가수분해성기가 탄소수 1 내지 12의 알콕시기인 광전자 장치용 충진재.
5. 제 1 항에 있어서, 반응성기가 히드록시기인 광전자 장치용 충진재.
6. 제 1 항에 있어서, 올레핀 수지는, α 올레핀 및 하기 화학식 1의 실란 화합물을 중합 단위로 포함하는 공중합체; 또는 폴리올레핀에 하기 화학식 1의 실란 화합물이 그래프팅되어 있는 그래프트 중합체인 광전자 장치용 충진재:
   [화학식 1]
   DSi(X)_mY_(3-m)
   상기 화학식 1에서 D는 알케닐을 나타내고, X는 각각 독립적으로 할로겐 원자, 알콕시기, 아릴옥시기, 아실옥시기, 알킬티오기 또는 알킬렌옥시티오기를 나타내거나, 상기 중 어느 하나의 가수분해물을 나타내며, Y는 각각 독립적으로 수소, 알킬기, 아릴기 또는 아랄킬기를 나타내고, m은 1 내지 3의 정수를 나타낸다.
7. 제 6 항에 있어서, 공중합체는, α 올레핀 100 중량부에 대하여, 화학식 1의 실란 화합물 0.1 중량부 내지 10 중량부를 포함하고, 그래프트 중합체는 폴리올레핀 100 중량부에 대하여, 화학식 1의 실란 화합물 0.1 중량부 내지 10 중량부를 포함하는 광전자 장치용 충진재.
8. 제 1 항에 있어서, 올레핀 수지가 폴리에틸렌에 하기 화학식 1의 불포화 실란 화합물이 그래프팅되어 있는 그래프트 중합체인 광전자 장치용 충진재:
   [화학식 1]
   DSi(X)_mY_(3-m)
   상기 화학식 1에서 D, X, Y 및 m은 제 6 항에서 정의한 바와 같다.
9. 제 8 항에 있어서, 폴리에틸렌은, 밀도가 0.85 g/cm³ 내지 0.96 g/cm³인 광전자 장치용 충진재.
10. 제 8 항에 있어서, 폴리에틸렌은 MFR이 190℃에서 0.1 g/10분 내지 50 g/10분인 광전자 장치용 충진재.
11. 제 1 항에 있어서, 염기성 가수분해 촉매가 유기 아민 화합물, 질소계 헤테로고리 화합물, 금속 수산화물 또는 금속 아마이드인 광전자 장치용 충진재.
12. 제 1 항에 있어서, 염기성 가수분해 촉매가 알킬아민 또는 디알킬아민인 광전자 장치용 충진재.
13. 제 1 항에 있어서, 광안정제, UV 흡수제 및 열안정제로 이루어진 군으로부터 선택되는 일종 이상을 추가로 포함하는 광전자 장치용 충진재.
14. 제 1 항에 있어서, 모듈화 후 촉매의 잔존량은, 상기 충진재를 사용하여 광전자 소자를 캡슐하고, 광전자 장치를 제조한 후에 상기 충진재에 대하여 측정한 상기 촉매의 잔존량인 광전자 장치용 충진재.
15. 제 1 항에 있어서, 모듈화 후 촉매의 잔존량은, 모듈화 후에 HPLC(High-performance liquid chromatography)로 측정한 수치인 광전자 장치용 충진재.
16. 제 1 항에 따른 광전자 장치용 충진재에 의해 캡슐화되어 있는 광전자 소자를 포함하고, 상기 충진재 내에서의 염기성 가수분해 촉매의 잔존량이 1 ppm 내지 50,000 ppm인 광전자 장치.
17. 수광 기판; 이면 시트; 및 상기 수광 기판과 이면 시트의 사이에서 제 1 항에 따른 충진재에 의해 캡슐화되어 있는 광기전력 소자를 포함하고, 상기 충진재 내의 염기성 가수분해 촉매의 잔존량이 1 ppm 내지 50,000 ppm인 태양전지 모듈.
18. 기판, 광전자 소자 및 제 1 항에 따른 충진재를 사용하여 적층체를 제조하는 단계; 및 제조된 적층체를 가열 압착하는 단계를 포함하는 광전자 장치의 제조 방법.

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