KR101504435B1 - Resin compositions for encapsulating material of photovoltaic modules - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체를 포함하는 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a resin composition for a solar cell module encapsulant, and more particularly to a resin composition for a solar cell module encapsulant comprising an ethylene-vinyl acetate copolymer.
최근 전세계적으로 지속적으로 성장 가능한 친환경 녹색성장에 대한 관심이 높아지고 있다. 특히, 이산화탄소 배출에 따른 지구온난화 문제의 주요 원인이 되고 있는 화석연료를 대체하고자 하는 신재생 에너지에 대한 연구 및 개발은 개인 및 소수 기업은 물론 정부와 범국가적인 차원에서 이루어지고 있다. 많은 학계와 기업에서 연료전지(Fuel Cell), 풍력, 바이오연료(Bio-Fuel), 지열 등 다양한 종류의 신재생 에너지에 대하여 연구 개발 중에 있지만, 그 중에서도 연구개발 단계를 거쳐 가장 빠르게 사업화가 실현되고 시장을 형성하며 급속도로 성장하고 있는 태양광 발전은 차세대 에너지 산업으로 각광을 받고 있다.Recently, interest in environmentally friendly green growth, which can be continuously grown globally, is increasing. In particular, the research and development of renewable energy to replace fossil fuels, which are the main cause of global warming due to carbon dioxide emission, is being carried out not only by individuals and small companies, but also by government and national level. Many academia and companies are researching and developing various kinds of renewable energy such as fuel cell (Fuel Cell), wind power, bio-fuel, and geothermal power. Among them, Solar power generation, which is growing rapidly by forming a market, is attracting attention as a next generation energy industry.
이러한 태양광 발전에 사용되는 태양전지는 빛에너지를 직접 전기에너지로 변환 및 발전시켜 주는 장비로서, 크게 결정형 실리콘 태양전지 및 박막형 태양전지로 구분된다. 그 중 태양광 시장은 높은 광전환 효율 및 생산성을 확보할 수 있는 결정형 실리콘 태양전지가 약 80% 이상의 시장점유율을 차지하고 있으며, 향후에도 결정형 실리콘 태양전지 시장이 꾸준히 성장할 것으로 예상되고 있다.Solar cells used for solar power generation are devices that convert light energy directly into electrical energy and are classified into crystalline silicon solar cells and thin film solar cells. Among them, crystalline silicon solar cells, which can secure high conversion efficiency and productivity, account for more than 80% of the market, and crystal silicon solar cell market is expected to grow steadily in the future.
한편, 결정형 실리콘 태양전지는 빛에너지를 전기에너지로 변환시켜주는 셀을 빛이 잘 투과할 수 있는 강화유리(전면커버) 위에 수 내지 수십 장으로 직렬 혹은 병렬로 배열하고, 발생한 전기가 이동할 수 있는 배선 처리를 한 뒤, 이면에 보호시트(후면커버)를 적층한 후, 라미네이션(Lamination) 공정을 거쳐 제조된다. 이때, 강화유리, 셀, 배선 및 보호시트를 강하게 접착시켜 주기 위하여, 강화유리 및 보호시트 사이에 열가소성 수지, 특히, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체가 태양전지 모듈 봉지재로 많이 사용되고 있다.On the other hand, a crystalline silicon solar cell is a solar cell in which a cell for converting light energy into electric energy is arranged in series or in parallel with several to several tens of sheets on a tempered glass (front cover) After the wiring process, a protective sheet (back cover) is laminated on the back surface, and then lamination is performed. At this time, a thermoplastic resin, particularly an ethylene-vinyl acetate copolymer, is often used as a solar cell module encapsulant between the tempered glass and the protective sheet to strongly adhere the tempered glass, the cell, the wiring and the protective sheet.
일반적으로 태양전지 모듈 봉지재는 상기와 같은 모듈을 접착시켜주는 접착층 역할 뿐만 아니라 수분, 이물질, 충격 등과 같은 외부 위험성으로부터 태양전지를 보호하고 셀의 배열을 고정시켜주는 역할을 한다. 이때, 태양전지 모듈 봉지재로 가장 많이 사용되고 있는 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체의 경우, 접착성이 우수하고 탄성이 양호하여, 외부의 충격으로부터 태양전지를 보호하는 특성이 뛰어나다. 또한, 투명성이 우수해 빛이 잘 투과되어 우수한 효율의 태양전지 제조를 가능하게 한다. 그러나, 수지의 용융 흐름성이 충분히 부여되지 않을 경우 모듈 라미네이션 공정 시 모듈 내부에 기포가 발생하고 태양전지의 배열이 틀어지는 현상이 발생하여 모듈의 불량률이 높아지게 된다. 또한, 봉지재의 수축율이 클 경우 모듈 제조 시 많은 양의 봉지재를 사용해야 하고, 라미네이션 공정 이후 트리밍(Trimming) 과정을 거쳐야 하기 때문에 생산성이 떨어지는 단점이 있다.In general, the solar cell module encapsulant not only serves as an adhesive layer for bonding the module, but also protects the solar cell from external hazards such as moisture, foreign matter, shock, and fixes the cell array. At this time, the ethylene-vinyl acetate copolymer which is most widely used as a solar cell module encapsulant has excellent adhesiveness, good elasticity, and excellent characteristics of protecting the solar cell from external impact. In addition, it is excellent in transparency and light is transmitted well, thereby making it possible to manufacture solar cells of excellent efficiency. However, if the melt flowability of the resin is not sufficiently imparted, bubbles are generated in the module during the module lamination process, and the arrangement of the solar cells is distorted, resulting in a high failure rate of the module. Also, when the shrinkage ratio of the encapsulant is large, a large amount of encapsulant must be used in the manufacture of the module, and after the lamination process, the product must be subjected to a trimming process.
등록특허공보 제1127671호는 투명성, 가교도, UV 안정성, 내열안정성, 고온고습안정성 및 접착성이 우수한 특성을 갖는 태양전지 봉지용 수지 조성물에 관해 개시하고 있으나, 비닐아세테이트 함량이 높고 분자량분포 특성이 매우 넓어 흐름성이 높기 때문에 모듈 제조 시 수지가 흘러나오고 트리밍 작업을 추가로 수행하게 됨에 따라 작업성에 한계가 생기는 문제가 있다.Patent Publication No. 1127671 discloses a resin composition for solar cell encapsulation having properties of transparency, crosslinking degree, UV stability, heat stability, high temperature and high humidity stability and adhesion, but it has a high vinyl acetate content and a high molecular weight distribution property The flow rate of the resin is very large and the flowability is high. Therefore, the resin flows out during the manufacture of the module, and the trimming operation is further performed.
등록특허공보 제1237226호는 일반 모듈 뿐만 아니라 건자재일체형 태양전지(BIPV) 모듈에 적용 시 수지 유동성이 낮아서 전,후면 커버 밖으로 밀려나오는 현상이 적고, 취급이 용이한 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물에 관해 개시하고 있으나, 수축율이 높아 사용 시 수축하는 부분을 고려하여 많은 양을 사용하여야하고, 모듈 제조 시 충분한 수지 흐름성을 갖지 못해 모듈 사이에 버블이 발생하여 제품 불량 발생율을 높아지는 문제가 있다.Regarding the resin composition for a solar cell module encapsulant, which is low in resin fluidity when applied to a building material integrated solar cell (BIPV) module as well as a general module, the registered patent publication No. 1237226 shows a small phenomenon of being pushed out from the front and rear covers, However, since the shrinkage ratio is high, it is necessary to use a large amount in consideration of the shrinking portion in use, and it is not possible to obtain sufficient resin flowability in the manufacture of the module, so that bubbles are generated between the modules.
공개특허공보 제2013-0058984호는 칼렌더 성형기에 필수적인 우수한 가공성을 나타내고, 끈적임이 적어 이형지가 필요하지 않으며, 취급도 용이한 태양전지 봉지재용 수지 조성물에 관해 개시하고 있다. 일반적으로 태양전지 모듈 봉지재는 가공장비에 따라 두가지 방식으로 제조가 된다. 첫번째는 T-다이(T-Die)에서 성형하는 방법과 칼렌더링 방식으로 제조하는 방식이 있는데, 상기 특허는 태양전지 모듈 봉지재용 제품에 관한 기술이기는 하나, 일반적인 T-다이용 제품이 아닌 칼렌더링 방식의 제조 공법에 적합한 에틸렌-비닐아세테이트 수지 제품으로 용융지수가 높고 초고분자 함량이 높아 T-다이에서 성형하는 제품으로는 적합하지 않은 문제가 있다.Laid-Open Publication No. 2013-0058984 discloses a resin composition for a solar cell encapsulant that exhibits excellent processability essential for a calender molding machine, is less tacky, requires no release paper, and is easy to handle. Generally, the solar cell module encapsulant is manufactured in two ways depending on the processing equipment. First, there is a method of molding by a T-die and a method of manufacturing by a knife rendering method. Although the above patent is related to a product for a solar cell module encapsulant, it is not a general T- Type ethylene-vinyl acetate resin product, which has a high melt index and high ultrahigh molecular weight, which is not suitable for molding in a T-die.
본 발명은 상기 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 충분한 용융 흐름성을 부여하면서 우수한 수축 특성을 가질 수 있도록 분자량분포 특성을 조절한 에틸렌-비닐아세테이트 수지를 태양전지 모듈 봉지재로 적용함으로써 버블 제거를 용이하게 하고 태양전지의 뒤틀어짐 현상을 방지하여 모듈 불량율을 낮추고, 최소한의 봉지재를 이용한 후 트리밍 공정 없이 모듈을 제조할 수 있도록 하는 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물을 제공하고자 한다.DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made to overcome the above problems, and it is an object of the present invention to provide a solar cell module encapsulant which is capable of easily removing bubbles by applying an ethylene-vinyl acetate resin whose molecular weight distribution characteristics are controlled so as to have excellent shrinkage properties while giving sufficient melt flowability And to provide a resin composition for a solar cell module encapsulant which enables a module to be manufactured without a post-trimming process using a minimum amount of encapsulating material by lowering the module defect rate by preventing twisting phenomenon of the solar cell.
또한, 상기 수지 조성물을 포함하는 태양전지 봉지재를 제공하고자 한다.It is also intended to provide a solar cell encapsulant comprising the resin composition.
또한, 상기 태양전지 봉지재를 사용하여 제조된 태양전지 모듈을 제공하고자 한다.Also, a solar cell module manufactured using the solar cell encapsulant is provided.
상기 과제 해결을 위하여 본 발명은, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체를 포함하는 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물로서, 상기 에틸렌-비닐아세테이트는, 용융지수(ASTM D1238, 125℃, 2.16㎏)가 20~40g/10분, 비닐아세테이트 함량이 25~35중량%, 분자량분포(MWD)가 4~6, 중량평균분자량(Mw)이 60,000~75,000, 중량분자량 10,000 이하의 분율이 15~20% 및 중량분자량 100,000 이상의 분율이 15~20%인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a resin composition for a solar cell module encapsulant comprising an ethylene-vinyl acetate copolymer, wherein the ethylene-vinyl acetate has a melt index (ASTM D1238, 125 캜, 2.16 kg) / 10 minutes, a vinyl acetate content of 25 to 35% by weight, a molecular weight distribution (MWD) of 4 to 6, a weight average molecular weight (Mw) of 60,000 to 75,000, a content of 15 to 20% And the above fraction is 15 to 20%. The present invention also provides a resin composition for a solar cell module encapsulant.
또한, 상기 수지 조성물은 하기 조건에 따라 측정된 시편의 수축율이 50% 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물을 제공한다.The resin composition for a solar cell module encapsulant according to the present invention is characterized in that the shrinkage of the test piece measured under the following conditions is 50% or less.
[수축율 측정 조건][Conditions for measuring the shrinkage ratio]
상기 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체를 단축 시트 성형기를 이용하여 태양전지 봉지재 시편을 제조하고, 상기 시편에 대하여 강제 순환 오븐에서 150℃ 온도 조건으로 15분 동안 보관 후 상기 시편의 면적(가로×세로) 변화를 측정함.The ethylene-vinyl acetate copolymer was prepared by preparing a solar cell encapsulating material specimen using a uniaxial sheet molding machine, storing the specimen in a forced circulation oven at 150 ° C. for 15 minutes, measuring the area (width × length) of the specimen, Measures change.
상기 다른 과제 해결을 위하여 본 발명은, 상기 수지 조성물을 포함하는 태양전지 봉지재를 제공한다.In order to solve the above-mentioned other problems, the present invention provides a solar cell encapsulant comprising the resin composition.
상기 또 다른 과제 해결을 위하여 본 발명은, 상기 태양전지 봉지재를 사용하여 제조된 태양전지 모듈을 제공한다.In order to solve the above-described problems, the present invention provides a solar cell module manufactured using the solar cell encapsulant.
이러한 본 발명의 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물에 따르면, 적정 수준의 수지의 흐름성으로 가공성을 유지하면서 수축율이 향상되어 태양전지 모듈 제조 시 태양전지의 흐트러짐 현상, 버블 발생 등에 의한 모듈 불량율을 낮추고 최적화된 수준의 봉지재 사용이 가능하도록 하는 효과가 있다.According to the resin composition for a solar cell module encapsulant of the present invention, the shrinkage ratio is improved while maintaining the processability due to the flowability of an appropriate level of resin, so that the module defect rate due to solar cell disruption, bubble generation, It is possible to use the encapsulated material at a level as low as possible.
또한, 상기 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물을 포함하는 태양전지 모듈 봉지재 및 이를 사용하여 제조된 태양전지 모듈을 제공할 수 있다.Also, it is possible to provide a solar cell module encapsulant containing the resin composition for the solar cell module encapsulant and a solar cell module manufactured using the same.
이하 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예의 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately The present invention should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Accordingly, it is to be understood that the constituent features of the embodiments described herein are merely the most preferred embodiments of the present invention, and are not intended to represent all of the inventive concepts of the present invention, so that various equivalents, And the like.
본 발명은 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체를 포함하는 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물로서, 상기 에틸렌-비닐아세테이트는, 용융지수(ASTM D1238, 125℃, 2.16㎏)가 20~40g/10분, 비닐아세테이트 함량이 25~35중량%, 분자량분포(MWD)가 4~6, 중량평균분자량(Mw)이 60,000~75,000, 중량분자량 10,000 이하의 분율이 15~20% 및 중량분자량 100,000 이상의 분율이 15~20%인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물을 개시한다. 먼저, 본 발명에 따른 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물의 성분인 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체에 대하여 상세히 설명한다.The present invention relates to a resin composition for a solar cell module encapsulant comprising an ethylene-vinyl acetate copolymer, wherein the ethylene-vinyl acetate has a melt index (ASTM D1238, 125 캜, 2.16 kg) of 20 to 40 g / 10 min, (MWD) of 4 to 6, a weight average molecular weight (Mw) of 60,000 to 75,000, a fraction having a weight molecular weight of 10,000 or less of 15 to 20% and a fraction of a weight molecular weight of 100,000 or more of 15 to 20 % ≪ / RTI > for a solar cell module encapsulant. First, the ethylene-vinyl acetate copolymer, which is a component of the resin composition for a solar cell module encapsulant according to the present invention, will be described in detail.
본 발명에 따른 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물에 사용되는 에틸렌-비닐아세테이트(ethylene-vinyl acetate; EVA) 공중합체는, 에틸렌(ethylene) 및 비닐아세테이트(vinyl acetate; VA)의 공중합 반응에 의해 제조되는 고분자이다. 일반적으로 비닐아세테이트의 함량이 증가할수록 필름의 탄성률과 열접착온도는 낮아지는 반면, 충격강도, 인열강도 및 투과도는 증가한다. 이러한 비닐아세테이트의 함량이 에틸렌-비닐아세테이트 총 중량에 대하여 15중량% 이상인 것은 주로 접착제 또는 왁스류의 베이스 수지로 사용된다. 또한, 필름용으로는 비닐아세테이트가 18중량% 정도 함유된 에틸렌-비닐아세테이트가 유연포장용으로 가장 많이 사용되는데, 이는 필름이 저온에서도 유연성이 있고 저온 열접착성과 핫택성(hot tack: 열접착 직후의 접착강도)이 좋기 때문이다. 본 발명에서는 이러한 비닐아세테이트의 함량이 에틸렌-비닐아세테이트 총 중량에 대하여 25~35중량% 포함되고, 바람직하게는 27~31중량% 포함된다. 상기 비닐아세테이트 함량이 25중량% 미만일 경우 접착강도가 저하되고 투명성이 낮아져 태양전지의 효율이 떨어질 수 있고, 35중량%를 초과할 경 우수지의 녹는점이 낮아지고, 봉지재의 강성(Stiffness)이 떨어져 작업성이 저하되며, 기체의 투과성이 좋아져 태양전지 셀을 보호하기 어려울 수 있고, 고압 오토클레이브 반응기에서 제조하는 것이 어려워 태양전지 봉지재용 제품에 적합하지 않을 수 있다.The ethylene-vinyl acetate (EVA) copolymer used in the resin composition for a solar cell module encapsulant according to the present invention is prepared by copolymerization reaction of ethylene and vinyl acetate (VA) It is a polymer. In general, as the content of vinyl acetate increases, the modulus of elasticity of the film and the heat bonding temperature decrease, while the impact strength, tear strength and permeability increase. Such a vinyl acetate content of 15% by weight or more based on the total weight of ethylene-vinyl acetate is mainly used as a base resin for adhesives or waxes. Ethylene-vinyl acetate containing about 18% by weight of vinyl acetate for film is most often used for flexible packaging because the film is flexible even at low temperatures and has a low temperature hot adhesion and hot tack Adhesive strength) is good. In the present invention, the content of such vinyl acetate is 25 to 35% by weight, preferably 27 to 31% by weight based on the total weight of ethylene-vinyl acetate. If the vinyl acetate content is less than 25% by weight, the adhesive strength may be lowered, transparency may be lowered and the efficiency of the solar cell may be lowered. When the vinyl acetate content is more than 35% by weight, the melting point of the excellent paper is lowered, The permeability of the gas is improved and it may be difficult to protect the solar cell, and it may be difficult to produce in the high pressure autoclave reactor and thus it may not be suitable for the product for the solar cell encapsulant.
본 발명에서 상기 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체의 용융지수는 20~40g/10분이고, 바람직하게는 20~30g/10분일 수 있고, 더욱 바람직하게는 22~26g/10분일 수 있다. 상기 용융지수가 20g/10분 미만일 경우 수축율 특성이 저하되고 가공성이 떨어져 생산량이 낮아질 수 있고, 40g/10분을 초과할 경우 가교 특성이 저하되며 수지의 강도가 저하되어 태양전지 봉지용 수지로 적합하지 않을 수 있다.In the present invention, the melt index of the ethylene-vinyl acetate copolymer may be 20 to 40 g / 10 min, preferably 20 to 30 g / 10 min, and more preferably 22 to 26 g / 10 min. If the melt index is less than 20 g / 10 min, the shrinkage characteristics may deteriorate and the workability may be deteriorated to reduce the yield. If the melt index is more than 40 g / 10 min, the crosslinking properties are lowered and the strength of the resin is lowered. I can not.
본 발명에서 상기 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체의 분자량분포는 4~6으로서, 상기 분자량분포(Molecular weight distribution; MWD)는 합성고분자가 갖는 특성으로, 대부분의 합성고분자는 다양한 크기를 갖는 분자들의 조합이므로 분자량분포가 생긴다. 고분자는 분자량에 의해 물성이 달라지며, 같은 분자량이라도 분자량분포에 의해 물리적 성질, 유변학적 성질, 기계적 성질이 달라진다. 따라서, 합성고분자의 분자량은 중량평균분자량(Mw)으로써 표기된다. 이때, 본 발명에 사용되는 에틸렌-비닐아세테이트의 중량평균분자량은 60,000~75,000인 것을 특징으로 하고, 바람직하게는 65,000~70,000일 수 있다. 상기 중량평균분자량이 60,000 미만일 경우 봉지재의 용융점도가 낮아지며 수지의 흐름도가 높아져 봉지재의 두께 조절이 어렵고 봉지재의 유연성(Flexability)이 높아져 사용에 어려움이 있을 수 있고, 75,000을 초과할 경우 가공성이 저하될 수 있다.In the present invention, the ethylene-vinyl acetate copolymer has a molecular weight distribution ranging from 4 to 6. The molecular weight distribution (MWD) is a characteristic of a synthetic polymer, and most synthetic polymers are combinations of molecules having various sizes A molecular weight distribution occurs. Physical properties, rheological properties, and mechanical properties of polymers vary depending on the molecular weight distribution. Therefore, the molecular weight of the synthesized polymer is represented by the weight average molecular weight (Mw). The weight average molecular weight of ethylene-vinyl acetate used in the present invention is 60,000 to 75,000, preferably 65,000 to 70,000. When the weight average molecular weight is less than 60,000, the melt viscosity of the encapsulant becomes low, the flow rate of the resin increases, the thickness of the encapsulant becomes difficult to control, the flexibility of the encapsulant becomes high and the use thereof may be difficult. .
또한, 본 발명에 따른 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물에 사용되는 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체는, 중량분자량 10,000 이하의 분율이 15~20%이고, 바람직하게는 16~18%일 수 있으며, 중량분자량 100,000 이상의 분율이 15~20%이고, 바람직하게는 16~18%일 수 있다. 상기 중량분자량 10,000 이하 분율이 15% 미만일 경우 접착성이 급격히 저하될 수 있고, 20%를 초과할 경우 가교도가 저하될 수 있다. 또한, 상기 중량분자량 100,000 이하 분율이 15% 미만일 경우 가교 효율이 저하되고 태양전지 모듈의 장기 내후성이 저하되어 태양전지 봉지재용 제품으로 적합하지 않을 수 있고, 20%를 초과할 경우 수축율이 증가할 수 있다.The ethylene-vinyl acetate copolymer used in the resin composition for a solar cell module encapsulant according to the present invention may have a fraction of not more than 10,000 in weight molecular weight of 15 to 20%, preferably 16 to 18% A fraction of 100,000 or more may be 15 to 20%, preferably 16 to 18%. If the fraction of the weight molecular weight of 10,000 or less is less than 15%, the adhesiveness may be drastically deteriorated, and when it is more than 20%, the degree of crosslinking may be deteriorated. If the weight molecular weight of less than 100,000 is less than 15%, the crosslinking efficiency may be lowered and the long-term weatherability of the solar cell module may be lowered, which may be unsuitable as a product for a solar cell encapsulation material. have.
한편, 본 발명에 다른 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물에 사용되는 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체는 고압 오토클레이브(autoclave) 반응기에서 제조된 폴리에틸렌인 것이 바람직하다. 상기 공중합체는 상기 반응기 이외에 고압 튜블라(tubular) 반응기에서도 제조된 것을 사용할 수도 있으나, 비닐아세테이트의 함량을 높이는데 한계가 있어, 고투명성이 요구되는 태양전지 모듈 봉지재용으로 사용하기에는 적합하지 않다.Meanwhile, the ethylene-vinyl acetate copolymer used in the resin composition for a solar cell module encapsulant according to the present invention is preferably polyethylene produced in a high-pressure autoclave reactor. The copolymer may be one prepared in a high-pressure tubular reactor in addition to the reactor, but it is not suitable for use as a solar cell module encapsulant requiring high transparency because it has a limitation in increasing the content of vinyl acetate.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상기 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물을 포함하는 태양전지 모듈 봉지재를 제공한다. 이하, 본 발명에 따른 태양전지 모듈 봉지재의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a solar cell module encapsulant comprising the resin composition for the solar cell module encapsulant. Hereinafter, a method for manufacturing a solar cell module encapsulant according to the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 태양전지 모듈 봉지재는 일례를 들면, a) 65~75중량%의 에틸렌 및 25~35중량%의 비닐아세테이트를 고압 오토클레이브 반응기에서 공중합 반응시켜 20~40/10분의 용융지수, 35~35중량%의 비닐아세테이트 함량, 4~6의 분자량분포 및 60,000~75,000의 중량평균분자량을 갖는 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체를 제조하는 단계; b) 상기 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 100중량부에 가교제 0.5~2중량부, 산화방지제 0.01~0.05중량부 및 붙음방지제 0.05~0.15중량부를 혼합하는 단계; 및 c) 상기 혼합물을 성형기를 이용하여 120~180℃에서 가교시켜 봉지재를 제조하는 단계;를 포함하여 제조될 수 있다. 이때, 본 발명의 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물을 다양한 태양전지 모듈 봉지재에 적용하기 위해, 일반적인 폴리에틸렌 첨가제를 본 발명의 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체에 첨가할 수 있다. 예를 들어, 열 및 광 안정제, 대전방지제, 윤활제, 블록킹방지제, 방부제, 가공조제, 슬립제, 안료, 난연제, 발포제 등을 첨가할 수 있다.The solar cell module encapsulant according to the present invention may be obtained by copolymerizing a) 65 to 75% by weight of ethylene and 25 to 35% by weight of vinyl acetate in a high pressure autoclave reactor to obtain a melt index of 20 to 40/10 minutes, Preparing an ethylene-vinyl acetate copolymer having a vinyl acetate content of from 35 to 35% by weight, a molecular weight distribution of from 4 to 6 and a weight average molecular weight of from 60,000 to 75,000; b) 0.5 to 2 parts by weight of a crosslinking agent, 0.01 to 0.05 parts by weight of an antioxidant and 0.05 to 0.15 parts by weight of an adhesion-inhibiting agent are mixed with 100 parts by weight of the ethylene-vinyl acetate copolymer; And c) crosslinking the mixture at 120 to 180 ° C using a molding machine to produce an encapsulant. At this time, in order to apply the resin composition for a solar cell module encapsulant of the present invention to various solar cell module encapsulants, a general polyethylene additive may be added to the ethylene-vinyl acetate copolymer of the present invention. For example, heat and light stabilizers, antistatic agents, lubricants, antiblocking agents, preservatives, processing aids, slip agents, pigments, flame retardants, foaming agents and the like can be added.
이러한 본 발명에 따른 상기 태양전지 모듈 봉지재는 에틸렌-비닐아세테이트를 이용하므로 높은 접착성, 투명성, UV 안정성, 내열안정성, 고온고습안정성은 물론, 적정 수준의 수지의 흐름성으로 가공성을 유지하면서 수축율이 향상되어 태양전지 모듈 제조 시 태양전지의 흐트러짐 현상, 버블 발생 등에 의한 모듈 불량율을 낮추고 최적화된 수준의 봉지재 사용이 가능하도록 할 수 있다.Since the solar cell module encapsulant according to the present invention uses ethylene-vinyl acetate, the shrinkage ratio can be maintained at a proper level due to the high adhesive property, transparency, UV stability, heat stability, high temperature and high humidity stability, It is possible to lower the module defect rate due to the disorder of the solar cell and the bubble generation in the manufacturing of the solar cell module, and to use the encapsulation material with the optimum level.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상기 태양전지 모듈 봉지재를 사용하여 제조된 태양전지 모듈을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a solar cell module manufactured using the solar cell module encapsulant.
본 발명에 따른 태양전지 모듈은 전면 커버, 후면 커버, 태양전지, 봉지재 및 연결 단자를 포함할 수 있다. 이때, 착색제, 산화방지제, 변색방지제 등이 추가로 사용될 수 있으며, 상기 봉지재는 전면 커버와 전지 사이 및 후면 커버와 전지 사이에 위치하는 것이 바람직하다. 상기 태양전지 모듈의 제조는 당해 기술 분야에 알려진 일반적인 방법에 의해 제조될 수 있으며, 사용되는 태양전지 셀은 비정질 실리콘형, 결정질 실리콘형, 화합물계, 염료 감음형, 유기물계 등의 모든 형태의 태양전지가 가능하나 바람직하게는 결정질 실리콘형 태양전지를 사용할 수 있다.The solar cell module according to the present invention may include a front cover, a rear cover, a solar cell, a sealing member, and a connection terminal. In this case, a colorant, an antioxidant, a color fading agent, and the like may be further used, and the sealing material is preferably disposed between the front cover and the battery, and between the rear cover and the battery. The solar cell module may be manufactured by a general method known in the art, and the solar cell to be used may be any type of solar cell such as an amorphous silicon type, a crystalline silicon type, a compound type, a dye type, Although a battery can be used, a crystalline silicon type solar cell can be preferably used.
이하에서는 본 발명을 실시예에 의하여 구체적으로 설명한다. 하기 실시예 및 비교예에서 제조한 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 물성은 하기 방법에 따라 측정하였다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. The properties of the ethylene-vinyl acetate copolymer prepared in the following Examples and Comparative Examples were measured according to the following methods.
1) 용융지수: ASTM D1238에 준하는 측정기를 사용하여, 온도 125℃, 하중 2.16kg 조건에서 MFR(Melt flow rate)을 측정한 후, 190℃에 준하는 MI 값으로 환산하는 식을 통해 계산하였다.1) Melt index: The MFR (melt flow rate) was measured at a temperature of 125 ° C under a load of 2.16 kg using a measuring machine according to ASTM D1238, and the MI value was calculated according to an MI value according to 190 ° C.
2) 비닐아세테이트 함량: Nicolet사의 FT-IR 기기로 측정하여 기준 피크(Peak)인 1980-2090cm-1의 면적과 비닐아세테이트 피크인 580-670cm-1의 면적비를 구하여 함량을 계산하였다.2) Vinyl Acetate Content: The content was determined by measuring the area of 1980-2090 cm -1 which is the reference peak (Peak) and the area ratio of 580-670 cm -1 of the vinyl acetate peak, as measured by a Nicolet FT-IR instrument.
3) 분자량분포(MWD): Polymer Laborotories사의 GPC-FTIR로 측정하였다. 측정 조건은 K값=14.1, Alpha=0.725, Set Flow Rate=1.00㎖/분, 속도=e.g. 1.2659㎝/s로 하여 수행하였다.
3) Molecular weight distribution (MWD): Measured by GPC-FTIR from Polymer Laborotories. The measurement conditions were as follows: K value = 14.1, Alpha = 0.725, Set Flow Rate = 1.00 ml / min, and speed = eg 1.2659 cm / s.
실시예 1Example 1
먼저, 본 발명에 따른 태양전지 봉지용 수지 조성물에 사용될 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체를 하기와 같이 제조하였다. 오토클레이브 반응기의 압력을 1,500~1,800kg/㎤, 온도를 220~280℃로 설정한 후, 고압으로 압축된 에틸렌 가스 및 비닐아세테이트 단량체를 상기 반응기에 투입하여 중합하였다. 중합개시제로는 t-부틸-퍼옥시벤조에이트와 디-t-부틸퍼옥사이드를 투입하였다. 반응 후, 중합된 에틸렌-비닐아세테이트 중합체를 단축 압출기로 압출하여 펠렛상으로 제조하였다. 상기의 방법으로 온도 및 압력, 반응기 내의 체류 시간 등을 조절하여 용융지수 25g/10분, 비닐아세테이트 함량 30중량%, 중량평균분자량 65,000, 중량분자량 10,000 이하의 분율 18.0% 및 중량분자량 100,000 이상의 분율 17.2%인 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체를 제조하였다.First, an ethylene-vinyl acetate copolymer to be used in the resin composition for solar cell encapsulation according to the present invention was prepared as follows. After setting the pressure of the autoclave reactor to 1,500 to 1,800 kg / cm 3 and the temperature to 220 to 280 ° C, ethylene gas and vinyl acetate monomer compressed at high pressure were charged into the reactor to polymerize. As the polymerization initiator, t-butyl-peroxybenzoate and di-t-butyl peroxide were added. After the reaction, the polymerized ethylene-vinyl acetate polymer was extruded into a pellet by a single-screw extruder. The temperature and pressure and the residence time in the reactor were adjusted to obtain a copolymer having a melt index of 25 g / 10 min, a vinyl acetate content of 30 wt%, a weight average molecular weight of 65,000, a fraction of 18.0% % Ethylene-vinyl acetate copolymer.
이후, 상기 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체에 대하여 단축 시트 성형기(Single Sheet Extruder, 봉명 인더스트리얼)에서 온도 100℃, 스크류 속도 60rpm의 조건으로 T-다이(두께 0.5㎜, 폭 0.8m)를 거쳐 태양전지 봉지재를 제조하였다.
Thereafter, the ethylene-vinyl acetate copolymer was passed through a T-die (thickness of 0.5 mm, width of 0.8 m) at a temperature of 100 ° C and a screw speed of 60 rpm in a single sheet extruder (Seomin Industrial Co., Ltd.) Ash.
실시예Example 2 2
실시예 1에서 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체가, 용융지수 23g/10분, 중량평균분자량 68,000, 중량분자량 10,000 이하의 분율 16.5% 및 중량분자량 100,000 이상의 분율 19.0%인 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 및 봉지재를 제조하였다.
Except that the ethylene-vinyl acetate copolymer in Example 1 had a melt index of 23 g / 10 min, a weight average molecular weight of 68,000, a fraction of 16.5% having a weight molecular weight of 10,000 or less, and a fraction of 19.0% An ethylene-vinyl acetate copolymer and an encapsulant were prepared in the same manner.
비교예Comparative Example 1 One
실시예 1에서 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체가, 용융지수 15g/10분, 중량평균분자량 78,000, 중량분자량 10,000 이하의 분율 14.2% 및 중량분자량 100,000 이상의 분율 25.4%인 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 및 봉지재를 제조하였다.
Example 1 was repeated except that the ethylene-vinyl acetate copolymer in Example 1 had a melt index of 15 g / 10 min, a weight average molecular weight of 78,000, a fraction of 14.2% having a weight molecular weight of 10,000 or less and a fraction of 25.4% An ethylene-vinyl acetate copolymer and an encapsulant were prepared in the same manner.
비교예Comparative Example 2 2
실시예 1에서 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체가, 용융지수 13g/10분, 중량평균분자량 80,000, 중량분자량 10,000 이하의 분율 13.9% 및 중량분자량 100,000 이상의 분율 26.7%인 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 및 봉지재를 제조하였다.
Except that the ethylene-vinyl acetate copolymer in Example 1 had a melt index of 13 g / 10 min, a weight average molecular weight of 80,000, a fraction of 13.9% having a weight molecular weight of 10,000 or less, and a fraction of 26.7% An ethylene-vinyl acetate copolymer and an encapsulant were prepared in the same manner.
비교예Comparative Example 3 3
실시예 1에서 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체가, 용융지수 20g/10분, 중량평균분자량 75,000, 중량분자량 10,000 이하의 분율 17.4% 및 중량분자량 100,000 이상의 분율 23.7%인 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 및 봉지재를 제조하였다.
Except that the ethylene-vinyl acetate copolymer in Example 1 had a melt index of 20 g / 10 min, a weight average molecular weight of 75,000, a fraction of 17.4% having a weight molecular weight of 10,000 or less, and a fraction of 23.7% An ethylene-vinyl acetate copolymer and an encapsulant were prepared in the same manner.
비교예Comparative Example 4 4
실시예 1에서 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체가, 용융지수 20g/10분, 중량평균분자량 73,000, 중량분자량 10,000 이하의 분율 17.9% 및 중량분자량 100,000 이상의 분율 22.6%인 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 및 봉지재를 제조하였다.
Except that the ethylene-vinyl acetate copolymer in Example 1 had a melt index of 20 g / 10 min, a weight average molecular weight of 73,000, a fraction of 17.9% having a weight molecular weight of 10,000 or less, and a fraction of 22.6% An ethylene-vinyl acetate copolymer and an encapsulant were prepared in the same manner.
실험예Experimental Example
상기 실시예 및 비교예에 따른 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체를 이용하여 제조된 봉지재에 대하여 하기와 같은 방법으로 시편 제작 및 수축율을 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The preparation and shrinkage of the encapsulant prepared using the ethylene-vinyl acetate copolymer according to the Examples and Comparative Examples were measured in the following manner, and the results are shown in Table 1 below.
[시편 제작][Psalter Production]
상기 실시예 및 비교예에 따른 봉지재를 10㎝×10㎝ 크기로 제단하여 시편을 제작하였다.The encapsulant according to the examples and comparative examples was cut to a size of 10 cm x 10 cm to prepare specimens.
[수축율 측정][Shrinkage Measurement]
상기 시편에 대하여 강제 순환 오븐(Convection Oven, Lab Tech)에 150℃의 온도 조건으로 15분 동안 보관 후, 시편의 면적(가로×세로) 변화를 측정하였다. 이때, 각 시편에 대하여 총 10회 측정을 실시하였으며, 최대값과 최소값을 제외한 8개의 측정 결과에 대하여 평균값을 계산하였다.The specimens were stored in a forced circulation oven (Convection Oven, Lab Tech) at a temperature of 150 ° C for 15 minutes, and then the area (width × length) of the specimen was measured. At this time, a total of 10 measurements were performed on each specimen, and average values were calculated for 8 measurement results excluding the maximum value and the minimum value.
표 1을 참조하면, 중량평균분자량(Mw)이 65,000 수준이고 중량분자량 100,000 이상의 분율이 17% 수준인 태양전지 봉지재의 수축율이 50% 이하, 바람직하게는 45% 이하(개별 측정 결과, 수축율을 38% 수준까지 낮출 수 있음을 확임함)로서, 다른 봉지재의 수축율과 비교하여 우수한 것을 확인할 수 있었으며, 이는 수축율에 영향을 미치는 고분자의 분율을 감소시키고 중량평균분자량을 조절했기 때문으로 판단된다. 특히, 고분자의 분율이 낮아질수록 수축율이 개선되는 것을 확인할 수 있었고, 이는 수축율에 직접적인 영향을 미치는 고분자를 감소시킴으로 인해서 나타나는 결과로 예상된다. 따라서, 에틸렌 비닐 아세테이트의 분자량분포를 적정 수준으로 조절함으로써 태양전지 모듈 봉지재의 수축율을 최적화할 수 있음을 확인할 수 있었다.
Referring to Table 1, the shrinkage of the solar cell encapsulant having a weight average molecular weight (Mw) of 65,000 and a molecular weight of 100,000 or more at a level of 17% is 50% or less, preferably 45% or less %). As a result, it was confirmed that the shrinkage ratio of the other encapsulant was superior to that of other encapsulants. This is because the proportion of the polymer that affects the shrinkage ratio was decreased and the weight average molecular weight was controlled. In particular, it was confirmed that the shrinkage ratio was improved as the fraction of the polymer was lowered, which is expected to result from a decrease in the polymer that directly affects the shrinkage ratio. Therefore, it was confirmed that the contraction ratio of the solar cell module encapsulant can be optimized by adjusting the molecular weight distribution of ethylene vinyl acetate to an appropriate level.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 기술적 과제를 해결하기 위해 개시된 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상 및 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.While the preferred embodiments of the present invention have been disclosed for illustrative purposes, those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, Such modifications and changes are to be considered as falling within the scope of the following claims.
Claims (4)
상기 에틸렌-비닐아세테이트는, 용융지수(ASTM D1238, 125℃, 2.16㎏)가 22~26g/10분, 비닐아세테이트 함량이 27~31중량%, 분자량분포(MWD)가 4~6, 중량평균분자량(Mw)이 65,000~70,000, 중량분자량 10,000 이하의 분율이 16~18% 및 중량분자량 100,000 이상의 분율이 16~18%이고,
상기 수지 조성물은 하기 조건에 따라 측정된 시편의 수축율이 45% 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물.
[수축율 측정 조건]
상기 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체를 단축 시트 성형기를 이용하여 태양전지 봉지재 시편(두께 0.5㎜ × 가로 10㎝ × 세로 10㎝)을 제조하고, 상기 시편에 대하여 강제 순환 오븐에서 150℃ 온도 조건으로 15분 동안 보관 후 상기 시편의 면적(가로×세로) 변화를 측정함.A resin composition for a solar cell module encapsulant comprising an ethylene-vinyl acetate copolymer,
The ethylene-vinyl acetate has a melt index (ASTM D1238, 125 DEG C, 2.16 kg) of 22 to 26 g / 10 min, a vinyl acetate content of 27 to 31 wt%, a molecular weight distribution (MWD) of 4 to 6, (Mw) of 65,000 to 70,000, a fraction of 16 to 18% in weight molecular weight of 10,000 or less and a fraction of 16 to 18% in weight molecular weight of 100,000 or more,
The resin composition for a solar cell module encapsulant according to any of the preceding claims, wherein a shrinkage of the specimen measured under the following conditions is 45% or less.
[Conditions for measuring the shrinkage ratio]
The above-mentioned ethylene-vinyl acetate copolymer was manufactured into a solar cell encapsulating material specimen (thickness 0.5 mm × width 10 cm × length 10 cm) using a single-shaft sheet molding machine, and the specimen was heated in a forced circulation oven at a temperature of 150 ° C. for 15 After the storage for a minute, the change of the area (width x length) of the specimen is measured.
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