KR101518135B1 - 태양전지 모듈용 백 시트 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지 모듈용 백 시트 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 폴리에스테르 필름층; 및 상기 폴리에스테르 필름층의 단면 또는 양면에 형성되고, 폴리프로필렌계 수지를 포함하는 폴리프로필렌계 필름층을 포함하는 태양전지 모듈용 백 시트, 및 이의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 저렴한 가격으로 백 시트의 공급이 가능하고, 접착성 및 습기 차단성(배리어성), 내후성 등이 우수하다.
Description
본 발명은 태양전지 모듈용 백 시트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래의 백 시트 대비 우수한 가격 경쟁력을 가지며, 접착성, 배리어성(습기 차단성 등) 및 내후성 등이 우수한 태양전지 모듈용 백 시트 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
최근, 차세대 친환경 에너지원으로서 태양전지가 개발되어 주택용, 공업용 등으로 급속하게 보급되고 있다.
태양전지는 다수의 태양전지 셀(cell)이 모듈화되어 구성된다. 이때, 다수의 태양전지 셀은 봉지층에 패킹(packing), 고정되며, 상기 봉지층의 하부 면에는 밀봉 부재로서의 백 시트(back sheet)가 접착되어 모듈화된다. 이를 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 1은 종래의 일반적인 태양전지 모듈의 단면 구성도를 보인 것으로서, 여기에는 종래 기술에 따른 백 시트가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 태양전지 모듈은 일반적으로 광이 입사되는 투명 강화 유리(3), 상부 봉지층(2a), 다수의 태양전지 셀(C), 하부 봉지층(2b) 및 백 시트(1)가 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 다수의 태양전지 셀(C)은 봉지층(2a)(2b)에 패킹, 고정되어 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 다수의 태양전지 셀(C)은 상부 봉지층(2a)과 하부 봉지층(2b)의 사이에 패킹, 고정되어 있다. 이때, 상기 봉지층(2a)(2b)은 태양전지 셀(C)의 패킹(고정)에 유리한 에틸렌비닐아세테이트(EVA)가 주로 사용된다. 상기 백 시트(1)는 태양전지 모듈의 하부, 즉 상기 하부 봉지층(2b)의 하부 면에 접착되어 태양전지 셀(C)을 보호한다.
태양전지 모듈은 장시간에 걸쳐 출력 저하가 없는 장수명화가 요구된다. 이러한 장수명화를 위해, 상기 백 시트(1)는 태양전지 셀(C)에 악영향을 주는 수분이나 산소를 차단할 수 있고, 자외선 등에 의한 열화를 방지할 수 있어야 한다. 또한, 최근에는 백 시트(1)의 저가격화가 강하게 요구되고 있다. 이에 따라, 백 시트(1)는 태양전지 모듈의 장수명화를 위해 높은 온도나 습도, 그리고 자외선 등에 잘 견딜 수 있는 내열성, 내구성 및 내후성 등을 가진 재질이어야 하며, 이와 함께 저가의 가격으로 보급되어야 한다.
일반적으로, 태양전지 모듈용 백 시트(1)는 베이스 기재로서 내열성의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름과 내후성의 불소계 필름이 적층된 구조를 갖는다. 구체적으로, 도 1에 도시한 바와 같이, 백 시트(1)는 베이스 기재로서의 PET 필름(1a)과, 상기 PET 필름(1a)에 접착제를 통해 접착된 불소계 필름(1b)을 포함한다.
상기 PET 필름(1a)은, 내열성은 물론 기계적 강도 등의 내구성이 우수하여 백 시트(1)의 베이스 기재로서 유용하다. 또한, 상기 불소계 필름(1b)은 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF; Polyvinylidene fluoride)나 폴리비닐플로라이드(PVF ; Polyvinyl fluoride) 등의 필름이 주로 사용되는데, 이러한 불소계 필름(1b)은 내후성 등이 뛰어난 장점이 있다.
그러나 종래의 백 시트(1)는 구성 재질의 가격이 높아 가격 경쟁력이 떨어지는 문제점이 있다. 구체적으로, 종래 백 시트(1)를 구성함에 있어서, 내후성을 위해, 상기한 바와 같이 필름 상으로 성형된 PVDF나 PVF 등의 불소계 필름(1b)을 PET 필름(1a) 상에 접착제를 통해 접착하고 있는데, 이때 상기 PVDF나 PVF 등의 불소계 필름(1b)은 필름 자체의 가격이 높아 백 시트(1)의 저가격화를 도모하지 못하고 있는 문제점이 있다.
또한, 종래의 백 시트(1)는, 백 시트(1)를 구성하는 각층의 층간 접착력과, 모듈화를 위한 접착력이 약하여 내구성 등이 떨어지고, 습기 차단성 등의 배리어(barrier) 특성 면에서도 양호하지 못한 문제점이 있다. 구체적으로, PET 필름(1a)과 불소계 필름(1b)을 접착제를 통해 접착시키고 있지만, 이들 두 필름(1a)(1b) 사이의 층간 접착력이 약한 문제점이 있다. 아울러, 백 시트(1)는 태양전지 모듈의 하부 봉지층(2b), 즉 EVA 시트에 견고하게 접착되어 밀봉성을 유지해야 하는데, 불소계 필름(1b)과 EVA 시트 간의 접착력이 약하여 내구성이 떨어지는 문제점이 있다. 부가적으로, 상기 불소계 필름(1b)은 내후성에서는 유리하나, 투습도가 높아 습기 차단성 등의 배리어성이 양호하지 못한 문제점도 지적된다.
이에, 본 발명은 저렴한 가격으로 보급될 수 있고, 접착력, 배리어성(습기 차단성 등) 및 내후성 등이 우수한 태양전지 모듈용 백 시트, 및 이를 포함하는 태양전지 모듈을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명의 구현예들에서는, 폴리에스테르 필름층; 및 상기 폴리에스테르 필름층의 단면 또는 양면에 형성되고, 폴리프로필렌계 수지를 포함하는 폴리프로필렌계 필름층을 포함하고, 상기 폴리프로필렌계 필름층 중 하나는 적어도 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 봉지층과 열접착되는 층인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 백 시트를 제공한다.
예시적인 구현예에서, 상기 폴리프로필렌계 필름층은 백색 무기물, 가교제, 광안정제, 자외선 흡수제, 산화 방지제, 블로킹(Blocking) 방지제, 슬립제 및 대전방지제로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 바람직하게는 폴리프로필렌계 수지 100 중량부에 대하여 첨가제를 1 ~ 30 중량부, 바람직하게는 2~15 중량부로 포함할 수 있다.
예시적인 다른 구현예에서, 상기 폴리프로필렌계 필름층은 50 ~ 500㎛의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 구현예들에서는, 폴리에스테르 필름층을 형성하는 단계; 및 상기 폴리에스테르 필름층의 단면 또는 양면에 코팅 조성물을 코팅하여 폴리프로필렌계 필름층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 코팅 조성물은 폴리프로필렌계 수지를 포함하며, 상기 폴리프로필렌계 필름층을 형성하는 단계는 폴리에스테르 필름층 상에 폴리프로필렌계 필름층을 라미네이션하면서 열처리 공정을 동시에 진행하고, 상기 폴리프로필렌계 필름층 중 하나는 적어도 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 봉지층과 열접착되는 층인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 백 시트의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 구현예들에 따른 태양전지 모듈용 백 시트는, 저렴한 가격으로 보급될 수 있고, 접착성, 내후성 및 배리어성(습기 차단성 등) 등이 우수한 효과를 갖는다.
도 1은 종래 기술에 따른 태양전지 모듈과 백 시트의 단면 구성도를 보인 것이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 형태에 따른 태양전지 모듈용 백 시트의 단면 구성도를 보인 것이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 형태에 따른 태양전지 모듈의 단면 구성도를 보인 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1에 따른 백 시트 시편에 대한 인장강도 및 신장율을 측정한 결과를 그래프로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 형태에 따른 태양전지 모듈용 백 시트의 단면 구성도를 보인 것이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 형태에 따른 태양전지 모듈의 단면 구성도를 보인 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1에 따른 백 시트 시편에 대한 인장강도 및 신장율을 측정한 결과를 그래프로 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 보인 것으로서, 도 2는 본 발명에 따른 태양전지 모듈용 백 시트의 단면 구성도를 예시한 것이고, 도 3은 본 발명에 따른 태양전지 모듈의 단면 구성도를 예시한 것이다.
먼저, 도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 태양전지 모듈용 백 시트(이하, "백 시트"로 약칭한다.)는 베이스 기재로서의 폴리에스테르 필름층(12)과, 상기 폴리에스테르 필름층(12) 상에 형성된 폴리프로필렌계 필름층(14)을 포함한다.
이때, 상기 폴리프로필렌계 필름층(14)은 폴리에스테르 필름층(12)의 양면에 형성될 수 있다. 즉, 상기 폴리프로필렌계 필름층(14)은 폴리폴리에스테르 필름층(12)의 상부 면과 하부 면 모두에 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따른 백 시트(10)는 도 2에 도시한 바와 같이 기재로서의 폴리에스테르 필름층(12), 상기 폴리에스테르 필름층(12)의 상부 면에 형성된 상부 폴리프로필렌계 필름층(14a), 및 상기 폴리에스테르 필름층(12)의 하부 면에 형성된 하부 폴리프로필렌계 필름층(14b)을 포함하는 적층 구조를 갖는다. 그리고 상기 폴리프로필렌계 필름층(14)(14a)(14b)은 첨가물을 더 함유할 수 있다. 여기서, 상기 폴리프로필렌계 필름층 중 하나(14a)는 적어도 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 봉지층(20a)과 열접착되는 층이다.
본 발명자들은 폴리에스테르 필름층(12)의 단면 또는 양면에 특히 폴리프로필렌계 필름층(14)을 형성함으로써, 예컨대 폴리에틸렌계 필름층을 형성하는 종래의 기술과 대비하여 특히 우수한 내후성 및 투습 배리어승 등을 달성할 수 있음을 지견하였다. 즉, PCT 시험(예컨대, 120℃, 100%, 2기압 조건)의 경우, 폴리프로필렌 필름층 대신 폴리에틸렌 필름층을 포함하는 종래의 백 시트는 용융점(Melting Point)이 낮아 가혹한 조건에서 융융되어 단일필름 측정이 불가하나, 폴리프로필렌 필름층을 포함하는 본 발명은 용융점이 폴리에틸렌에 비하여 높기 때문에 가혹한 조건에서도 불소계 필름(예컨대, PVDF 필름 등)과 유사한 정도의 내후성을 나타낼 수 있다.
또한 색차계(황변) 측정시, 폴리에틸렌 필름층을 포함하는 백 시트에 비하여 색 변화 폭이 작으며, 황변이 양호하다.
나아가, 폴리에틸렌 필름층을 포함하는 종래의 백 시트의 경우 투습 배리어성이 낮지만(예컨대 투습도 수치가 평균 18g/24hrs/m2) 폴리프로필렌 필름층을 포함하는 본 발명은 예컨대 투습도 수치가 평균 4g/24hrs/m2에 이를 정도로 투습 배리어성이 높은 것으로서 (참고로, 투습도 수치가 낮을수록 투습 배리어성이 높은 것임) 폴리에틸렌 필름층의 경우 보다도 더 우수한 배리어성(습기 차단성 등)을 가질 수 있다.
상기 폴리에스테르 필름층(12)은 폴리에스테르 필름으로 구성된다. 이때, 폴리에스테르 필름층(12)은 1장의 폴리에스테르 필름으로 구성되거나, 2장 이상 다수의 폴리에스테르 필름이 적층 합지되어 구성될 수 있다. 본 발명에서, 상기 폴리에스테르 필름은 폴리에스테르계 수지를 포함하는 것이면 제한되지 않으며, 이는 예를 들어 카르복실기를 가지는 화합물과 수산기를 가지는 화합물이 중합된 폴리에스테르계 수지를 포함하는 조성물을 필름 형상으로 성형한 것을 사용할 수 있다.
상기 폴리에스테르 필름층(12)은, 바람직하게는 폴리에스테르계 수지로서 내열성 및 기계적 강도 등에서 유리한 폴리프로필렌계테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌계나프탈레이트(PEN), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 및 폴리부틸렌나프탈레이트(PBN) 등으로부터 선택된 하나 이상의 수지를 포함하는 것일 수 있다. 폴리에스테르 필름층(12)은, 보다 바람직하게는 상기한 나열한 것들 중에서 분자 내에 프로필렌계를 가지는 폴리프로필렌계테레프탈레이트(PET) 및 폴리프로필렌계나프탈레이트(PEN) 등으로부터 선택된 하나 이상의 수지를 포함하는 것일 수 있다. 폴리에스테르 필름층(12)은 보다 구체적으로 폴리프로필렌계테레프탈레이트 필름(PET 필름) 또는 폴리프로필렌계나프탈레이트 필름(PEN 필름)으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 폴리에스테르 필름층(12)은 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어 50㎛(마이크로미터) ~ 1,000㎛의 두께를 가질 수 있다. 이때, 폴리에스테르 필름층(12)의 두께가 50㎛ 미만이면 배리어성, 내열성, 기계적 강도(인장강도 등) 및 치수안정성 등이 양호하지 않을 수 있으며, 1,000㎛를 초과하는 경우 유연성(flexible)이나 비용 면에서 바람직하지 않을 수 있다. 이러한 점을 고려하여, 상기 폴리에스테르 필름층(12)은 80 ~ 500㎛의 두께를 가지는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 100 ~ 300㎛의 두께를 가질 수 있다.
상기 폴리프로필렌계 필름층(14)은 폴리프로필렌 수지를 포함하되, 내후성 및 내구성을 향상시키기 위해서 바람직하게는 백색 무기물, 가교제, 광안정제, 자외선 흡수제, 산화 방지제, 블로킹(Blocking) 방지제, 슬립제, 대전 방지제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 백색 무기물은 이산화티탄, 바륨 설페이드, 바륨 티타네이드, 스트론튬 티타네이드, 칼슘 티타네이트, 리드티타네이드(PbTiO3), 틴디옥사이드, 마그네슘 옥사이드, 알루미늄 옥사이드, 실리카, 산화철 등일 수 있다.
상기 광안정제 힌더드아민, 퍼옥사이드 또는 히드로퍼옥사이드 화합물 등일 수 있다.
상기 자외선 흡수제는 산화티탄, 산화아연 등의 무기계, 벤조페논계, 벤조트리아졸계, 아크릴니트릴 등일 수 있다.
상기 산화 방지제는 페놀 계, 아민 계, 유황계, 인산계 등의 산화 방지제일 수 있으며, 상기 블로킹 방지제는 에루크아미드, 베헨아미드, 테트라코사닐아미드, 헥사코사닐아미드, 옥타코사닐아미드, 트리아콘틸아미드, 도트리아콘틸아미드, 테트라트리아콘틸아미드, 테트라콘틸아미드 또는 이들의 조합물인 중합체 조성물일 수 있다.
상기 블로킹 방지제는 에루크아미드, 베헨아미드, 테트라코사닐아미드, 헥사코사닐아미드, 옥타코사닐아미드, 트리아콘틸아미드, 도트리아콘틸아미드, 테트라트리아콘틸아미드, 테트라콘틸아미드 또는 이들의 조합인 조성물일 수 있다.
상기 슬립제는 올레아미드(Oleamide), 스테아라미드(Stearamide) 등일 수 있다.
상기 대전방지제는 폴리알킬렌글리콜 또는 그 유도체일 수 있다.
일구현예에서, 상기 첨가제의 함량은 전체 첨가제 총 함량 100 중량을 기준으로, 백색 무기물 2~30중량%, 광안정제 1~30 중량%, 자외선 흡수제 1~10 중량%, 산화방지제 1~10 중량%, 블로킹 방지제 1~28 중량% (또는 그 이상), 슬립제 1~5 중량%, 대전방지제 1~5 중량%일 수 있다. 참고로, 여기서 블로킹 방지제가 1~28 중량% 또는 그 이상 첨가될 수 있다는 의미는, 상기한 함량 범위에서 각 첨가제를 선택하여 첨가하되 만일 총 합계가 100 중량%에 이르지 않게 되면, 그 모자라는 부분만큼을 블로킹 방지제를 더 첨가하여 100 중량%가 되도록 한다는 의미이다. 예컨대, 상기한 범위에 따라, 백색 무기물 최소값 2중량%, 광안정제 최대값 30 중량%, 자외선 흡수제 최대값 10 중량%, 산화 방지제 최대값 10 중량%, 블로킹 방지제 최대값 28 중량%, 슬립제 최대값 5 중량%, 대전 방지제 최대값 5 중량%인 경우 해당 중량들의 총 합계는 90중량%가 되어 100중량%에 이르지 못하는데, 이 경우에는 블로킹 방지제가 10 중량% 더 포함되어 총 100 중량%가 된다.
또한, 상기 폴리프로필렌계 필름층(14)은 폴리프로필렌 수지 100 중량부에 대하여 첨가제를 1 ~ 30 중량부로 함유하는 것이 바람직하며, 2~15 중량부로 함유하는 것이 더욱 바람직하다. 이때, 첨가제의 함량이 1 중량부 미만이면, 이의 함유에 따른 내구성 등의 기계적 특성 및 내후성 등의 개선 효과가 미미할 수 있다. 또한, 첨가제의 함량이 30 중량부를 초과하면, 상대적으로 내후성의 특성은 증가하지만 폴리프로필렌계 수지의 함량 비율이 낮아져 필름층의 황변 및 크랙(crack)현상이 발생될 수 있고, 가격 면에서도 바람직하지 않을 수 있다. 특히 색변화 및 크랙 방지의 측면에 상기 첨가제는 폴리프로필렌 수지 100 중량부에 대하여 2~15 중량부로 포함되는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 구현예들에서 상기 첨가제의 함량에 따른 효과 차이는 포함하는 첨가제의 종류에 따라 달라지지 않는다. 즉, 첨가제의 종류가 바뀌더라도 폴리프로필렌 수지 총 100 중량부에 대한 첨가제의 총 함량이 상기한 바와 같은 특성(특히 색변화 및 크랙 방지 특성)을 좌우하는 요소가 된다.
상기 폴리프로필렌계 필름층(14)은 50 ~ 500㎛의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 이때, 폴리프로필렌계 필름층(14)의 두께가 50㎛ 미만으로서 너무 얇으면 내후성, 접착성 및 기계적 특성 등의 효과가 미미할 수 있다. 또한, 500㎛를 초과하여 너무 두꺼우면, 백 시트(10)의 유연성(flexible)을 저해할 수 있고, 가격 면에서도 바람직하지 않을 수 있다.
상기 폴리프로필렌계 필름층(14)은 전술한 바와 같이 폴리에스테르 필름층(12)의 양면에 형성되는데, 이때 상부 폴리프로필렌계 필름층(14a)은 태양전지 모듈의 봉지층(20, 도 3 참조), 즉 하부 봉지층(20a)과 접착된다. 그리고 하부 폴리프로필렌계 필름층(14b)은 태양전지 모듈의 하측 최외각 표면을 구성한다.
본 발명에 따르면, 위와 같은 폴리프로필렌계 필름층(14)이 폴리에스테르 필름층(12)의 양면에 형성되어, 우수한 내구성 및 내후성 등을 가짐은 물론, 종래의 백 시트 대비 우수한 가격 경쟁력을 도모한다. 구체적으로, 폴리에스테르 필름층(12)은 기계적 강도 등의 기본적인 물성을 갖게 하고, 폴리프로필렌계 필름층(14)은 종래의 PVDF나 PVF 등의 불소계 필름(1b, 도 1 참조)과 대비하여 동등 수준 이상의 내구성 및 내후성 등을 갖게 하면서 동시에 가격이 현저히 저렴하여 백 시트(10)를 저가의 가격으로 보급되게 할 수 있다.
또한, 상기 폴리프로필렌계 필름층(14)은 별도의 프라미어 층을 가지지 않고도 폴리프로필렌 자체가 폴리올레핀 계열이어서, 일반적으로 EVA 시트로 구성되는 봉지층(20)과의 열접착력이 매우 우수하다. 또한, 해당 폴리프로필렌계 필름층(14)은 백 시트(10) 자체의 우수한 층간 접착력을 도모할 수 있다.
한편, 일 구현예에서, 상기 폴리프로필렌계 필름층(14)은 폴리프로필렌 수지 100 중량부에 대하여 고밀도 폴리에틸렌 수지를 2~30 중량부로 더 포함할 수 있다. 이와 같이 폴리프로필렌 수지에 투습 및 기체 투과도가 우수한 고밀도 폴리에틸렌 수지를 배합하면 기체나 액체의 불투과성이 우수하여, 백시트(10)에 습기 차단성 등의 배리어성을 더욱 개선하여 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다.
위와 같은 폴리프로필렌계 필름층(14)은 폴리에스테르 필름층(12) 상에 다양한 방법으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 폴리프로필렌계 필름층(14)은 폴리프로필렌 수지와 첨가제를 함유하는 조성물을 필름 상으로 성형한 후, 이를 폴리에스테르 필름층(12) 상에 열 융착이나 접착제에 의해 합지될 수 있다. 이때, 상기 접착제는 특별히 제한되지 않으며, 이는 예를 들어 아크릴계, 우레탄계 및 에폭시계 수지 등으로부터 선택된 1종 이상의 접착제를 사용할 수 있다.
바람직한 구현예에 따라서, 상기 폴리프로필렌계 필름층(14)은 코팅을 통해 형성될 수 있다. 구체적으로, 폴리프로필렌계 필름층(14)은 폴리프로필렌 수지와 첨가제를 함유하는 코팅 조성물을 폴리에스테르 필름층(12) 상에 코팅한 후, 경화(건조)를 통해 형성된 것이 제조 공정 면에서 바람직하다.
나아가, 폴리에스테르 필름층(12) 상에 폴리프로필렌계 필름층(14)을 적층(lamination) 작업하면서 열처리 공정을 동시에 진행하면, 공정 비를 절감하고 우수한 가격 경쟁력 면에서 바람직할 수 있다. 이때, 폴리프로필렌계 필름층(14)은 폴리프로필렌 수지 자체의 접착성에 의해 폴리에스테르 필름층(12)과의 접착력이 도모된다.
상기 열처리 공정은 예를 들어, 180℃ 고온의 드라이 챔버(Dry Chamber) 건조에서 설비의 Tension을 제어(저 Tension)하고, 가공속도를 최적화하여 폴리에스테르 기재 필름의 치수 안정성을 개선시킬 수 있다. 통상적인 PET 필름의 경우에는 치수 안정성이 1% 이상이지만, 상기 열처리 공정은 그 결과 0.5% 이하의 치수 안정성을 확보할 수 있다.
상기 코팅 조성물은, 보다 구체적으로 폴리프로필렌계 수지, 첨가제 및 용매를 함유할 수 있다. 이때, 상기 용매는 폴리프로필렌계 수지를 희석하여 코팅이 가능할 정도의 점도를 갖게 하는 것이면 제한되지 않는다. 용매는, 예를 들어 알콜계, 글리콜계, 케톤계 및 포름아마이드계 등으로부터 선택된 하나 이상의 유기용제를 사용할 수 있다. 구체적으로 용매는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 메틸렌글리콜, 프로필렌계글리콜, 메틸에틸케톤(MEK) 및 다이메틸포름아마이드(DMF) 등으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 이러한 용매는 폴리프로필렌계 수지 100 중량부에 대하여 예를 들어 50 ~ 300 중량부로 함유할 수 있다. 이때, 용매의 함량이 50 중량부 미만이면 점도가 높아 코팅 작업성이 떨어질 수 있으며, 300 중량부를 초과하면 경화(건조) 시간이 오래 걸릴 수 있다.
또한, 상기 코팅 조성물의 코팅 방법 및 코팅 회수는 제한되지 않는다. 예를 들어 스핀 코팅(spin coating), 딥 코팅(dip coating), 바 코팅(bar coating), 스프레이 코팅(spray coating), 잉크젯 프린팅(ink-jet printing), 그라비아(gravure) 및 스크린 프린팅(screen-printing) 등으로부터 선택된 하나 이상의 코팅 방법으로 1회 또는 2회 이상 코팅하여 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지 모듈은, 본 명세서에 개시하는 백 시트(10)를 포함한다. 도 3은 본 발명에 따른 태양전지 모듈의 예시적인 형태를 보인 단면 구성도이다.
도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 태양전지 모듈은 투명 부재(30), 봉지층(20), 태양전지 셀(C), 및 상기한 바와 같은 본 발명의 백 시트(100)이 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있다.
이때, 상기 투명 부재(30)는 태양전지 셀(C)의 상부 측을 보호하는 것으로서, 이는 태양전지 셀(C) 보호와 함께 광의 입사에 유리한 강화 유리 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 봉지층(20)은 전기적으로 연결된 다수의 태양전지 셀(C)을 패킹, 고정할 수 있는 것으로서, 이는 도 3에 도시된 바와 같이 상부 봉지층(20b)과 하부 봉지층(20a)으로 구분될 수 있다. 이러한 봉지층(20)은, 바람직하게는 통상과 같이 프로필렌계비닐아세테이트(EVA) 시트로 구성될 수 있다.
아울러, 백 시트(10)는 봉지층(20)의 하부에 접착된다. 보다 구체적으로, 하부 봉지층(20a)의 하부 면에 백 시트(100)의 상부 폴리프로필렌계 필름층(14a)이 접착된다. 이때, 상부 폴리프로필렌계 필름층(14a)과 하부 봉지층(20a)은 열 융착이나 접착제를 통해 접착될 수 있다. 접착제는 특별히 제한되지 않으며, 이는 예를 들어 아크릴계, 우레탄계 및 에폭시계 수지 등으로부터 선택된 1종 이상의 접착제를 사용할 수 있다. 상부 폴리프로필렌계 필름층(14a)과 하부 봉지층(20a)은, 바람직하게는 열 융착에 의해 접착되는 것일 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따르면, 전술한 바와 같이 백 시트(10)의 저가격화를 도모할 수 있다. 즉, 내후성을 위한 표면층을 구성함에 있어서, 종래와 같이 필름 자체의 가격이 높은 PVDF나 PVF 등의 불소계 필름을 사용하지 않고, 가격이 저렴한 폴리프로필렌계 수지를 주성분으로 하는 폴리프로필렌계 필름층(14)이 사용되어 동등 이상의 내구성, 내후성을 갖게 하면서 백 시트(10)를 저렴한 가격으로 보급할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 봉지층(20)과의 접착력은 물론, 폴리에스테르 필름층(12)과의 층간 접착력이 개선되며, 습기 차단성 등의 배리어성이 향상된다.
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 예시한다. 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕도록 하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1 내지 6]
폴리프로필렌(PP) 100 중량부에 대하여 2 중량부(실시예 1), 6 중량부(실시예 2), 10 중량부(실시예 3), 14 중량부(실시예 4), 18 중량부(실시예 5), 20 중량부(실시예 6)의 첨가제[이산화티탄(백색 무기물), 힌더드아민(광안정제), 산화아연(자외선 흡수제), 페놀계 산화방지제인 Irganox1010, 에루크아미드(블로킹방지제), 올레아미드(Oleamide)(슬립제) 및 폴리알킬렌글리콜(대전방지제)]를 혼합한 액상의 코팅 조성물을 얻었다.
참고로, 상기 첨가제는 첨가제 100 중량%에 대하여 상기 백색 무기물 30중량%, 광안정제 30중량%, 자외선 흡수제 10중량%, 산화방지제 10중량%, 블로킹 방지제 10 중량%, 슬립제 5 중량%, 대전 방지제 5 중량%이다.
그리고 두께 250㎛의 내열성 PET 필름을 준비하고, 이의 양면에 상기 코팅 코성물을 바 코팅한 후, 열풍 건조하여 제조하였다. 즉, PET 필름(두께 250㎛)의 양면에 각각 50㎛ 두께의 PP필름(이하, 'W-PP 필름'이라 함)을 형성하여, W-PP(50㎛)/PET(250㎛)/W-PP(50㎛)의 적층 구조를 가지는 각 실시예 1 내지 6의 백 시트를 제조하였다. 다만, 실시예 2는 W-PP(50㎛)/PET(188㎛)/W-PP(50㎛)의 적층구조로 백 시트를 제조하였다.
[비교예 1]
종래의 일반적인 백 시트로서, 내열성 PET 필름(두께 250㎛)의 양면에 PVDF 필름(두께 50㎛)을 아크릴계 접착제로 접착하여, PVDF(30㎛)/PET(250㎛)/PVDF(30㎛)의 적층 구조를 가지는 백 시트를 준비하였다.
[비교예 2]
폴리에틸렌(PE) 100 중량부에 대하여 평균 입도 3㎛ 크기의 백색 이산화티타늄(TiO2) 10 중량부를 혼합한 액상의 코팅 조성물을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 조건으로 W-PE(50㎛)/PET(250㎛)/W-PE(50㎛)의 적층 구조를 가지는 백 시트를 제조하였다.
[실험예]
상기 각 실시예 및 비교예에 따른 백 시트 시편에 대하여, 아래와 같이 인장강도, 신장율, 층간 접착력, EVA 시트와의 접착력, 투습도 및 치수 안정성 등의 물성을 평가하고, 그 결과를 하기 표에 나타내었다.
(1) 치수 안정성
각 백 시트 시편을 커터 바(cutter bar)를 이용하여 120mm x 60mm(가로 x 세로) 크기로 절단한 다음, 가로 방향으로 시작점과 100mm가 되는 지점을 표시하였다. 그리고 오븐에 넣어 150℃의 온도에서 30분간 방치한 다음, 꺼내어 시작점부터 표시된 지점까지의 길이를 측정하고, 아래의 수학식에 따라 내열 치수 안정성을 평가하였다.
내열 치수 안정성(%) = (t - t0)/t0 x 100
(t : 초기 치수(100mm), t0 : 열처리 후 치수)
(2) 층간 접착력
각 백 시트 시편 끝 부분의 PET 필름을 약간 분리한 후, 180도 박리각으로 박리 강도를 측정하였다. 이때, 실시예 1의 경우 W-PP 필름과 PET 필름 간, 비교예 1의 경우 PVDF 필름과 PET 필름 간, 비교예 2의 경우 W-PE 필름과 PET 필름간의 박리 강도(층간 접착력)를 측정하여 비교하였다.
(3) EVA(충전시트)와의 접착력
각 백 시트 시편을 EVA 시트와 열융착하여 접착하였다. 이때, 백 시트 시편은 A4 크기로 절단하고, EVA 시트는 백 시트 시편보다 작은 크기로 절단한 다음, 포개어 열풍 오븐에 150℃, 15분간 넣어 접착하였다. 그리고 오븐에서 꺼내어 식힌 후, 15mm x 15mm(가로 x 세로) 크기로 절단한 다음, EVA 시트와 백 시트 간의 박리 강도(EVA와의 접착력)를 측정하였다. 이때, 실시예 1의 경우 W-PP 필름과 EVA 시트 간, 비교예 1의 경우 PVDF 필름과 EVA 시트 간, 비교예 2의 경우 W-PE 필름과 EVA 시트 간의 박리 강도(EVA와의 접착력)를 측정하여 비교하였다.
(4) 투습도
각 백 시트 시편을 커터 바(cutter bar)를 이용하여 15mm x 15mm(가로 x 세로) 크기로 절단한 다음, 투습도 측정기를 이용하여 측정하였다.
| 비 고 | 실시예 1 | 실시예 2 | 비교예 1 | 비교예 2 |
| 백 시트 적층구조 |
W-PP(50㎛)/ PET(250㎛)/ W-PP(50㎛) |
W-PP(50㎛)/ PET(188㎛)/ W-PP(50㎛) |
PVDF(30㎛)/ PET(250㎛)/ PVDF(30㎛) |
W-PE(50㎛)/ PET(250㎛)/ W-PE(50㎛) |
| 치수안정성 (%) |
0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 층간 접착력 (kgf/15㎜) |
2.5 (W-PP/PET) |
2.5 (W-PE/PET) |
0.5 (PVDF/PET) |
2.2 (W-PE/PET) |
| EVA와의 접착력 (kgf/15㎜) |
박리불능 (W-PE/EVA) |
박리불능 (W-PE/EVA) |
0.5 (PVDF/EVA) |
박리불능 (W-PE/EVA) |
| 투습도 (g/㎡ㆍday) |
0.7 | 0.9 | 2.4 | 1.1 |
상기 표 1에서 확인할 수 있듯이, 치수 안정성의 경우 동일한 PET를 사용하였으므로 동일한 결과가 나왔으며, 층간 접착력은 실시예 1 및 2가 비교예 1 및 2보다 높게 나왔다. 실시예 1 및 2의 EVA과의 접착력 결과는 우수하게 나왔으며, 투습도는 PP가 투습 배리어성이 더 우수하여 비교예보다 더 낮은 값이 나왔으며, 상기 결과는 백 시트로서 사용하기에는 적절한 값이었다.
(5) 인장강도 / 신장율
한편, 상기 실시예 1(도 4에서 W-PP로 표시) 및 비교예 1(도 4에서 PVDF로 표시)에 따른 백 시트 시편에 대한 인장강도 및 신율 측정에 대한 결과를 그래프로 도 4에 나타내었다.
참고로, 도4는 PCT 시험에 대한 것으로서, PCT 시험이란 Pressure Cooker Test 로 고온, 고압, 고습도의 상태에 Package substrate를 노출시키고 패키지의 신뢰성을 평가하는 테스트이다. 먼저, 시험 시편을 오븐 크기에 맞게 절단한 후 120℃, 100% 습도, 2기압에서 168시간 동안 노출시키며, 24시간, 48시간, 60시간, 96시간이 지난 중간 지점에 인장강도 및 신율 평가를 진행하였다.
인장강도 및 신율 평가는 원하는 크기(15mm)로 Cutter Bar를 이용하여, 절단한 후 인장강도기를 이용하여 Full Scale을 시료의 인장강도 보다 20~30% 높게 정한 다음 Cutting한 시료의 인장강도를 측정하였다.
(6) 내후성(신뢰성)
또한, 상기 실시예 1-2 및 비교예 1-2에 따른 백 시트 시편에 대하여, UV 촉진폭로 시험 장비를 이용하여 내후성(신뢰성)을 평가하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 이때, 상대 습도 70% RH, 65℃의 조건에서, 각 백 시트 시편을 촉진폭로 시험장비의 UV 램프에 65W/㎡의 세기로 100시간, 200시간, 500시간 동안 노출시킨 후, 상기와 같은 방법으로 치수 안정성 및 층간 접착력을 평가하였다.
| 비 고 | 초기 | 500hr | 1000hr | 1500hr | ||
| 실시예 1 |
W-PP(50㎛)/ PET(250㎛)/ W-PP(50㎛) |
인장강도(kgf/15㎜) | 63 | 61 | 59 | 63 |
| 신율(%) | 150 | 145 | 147 | 144 | ||
| 층간 접착력(kgf/15㎜) | 2.5 | 2.5 | 2.4 | 2.0 | ||
| 실시예 2 |
W-PP(50㎛)/ PET(188㎛)/ W-PP(50㎛) |
인장강도(kgf/15㎜) | 58 | 52 | 50 | 45 |
| 신율(%) | 139 | 144 | 128 | 122 | ||
| 층간 접착력(kgf/15㎜) | 2.5 | 2.4 | 2.4 | 2.0 | ||
| 비교예 1 |
PVDF(30㎛)/ PET(250㎛)/ PVDF(30㎛) |
인장강도(kgf/15㎜) | 55 | 51 | 55 | 50 |
| 신율(%) | 211 | 200 | 218 | 153 | ||
| 층간 접착력(kgf/15㎜) | 0.5 | 0.5 | 0.3 | 0.2 | ||
| 비교예 2 |
W-PE(50㎛)/ PET(250㎛)/ W-PE(50㎛) |
인장강도(kgf/15㎜) | 68 | 55 | 49 | 41 |
| 신율(%) | 160 | 155 | 150 | 138 | ||
| 층간 접착력(kgf/15㎜) | 2.2 | 2.0 | 2.0 | 1.6 | ||
UV 내후성 평가 결과, 실시예 1 및 2의 경우 층간 접착력 및 기계적 강도(인장강도, 신율)등이 변화폭이 작았고 1,500hr에서도 양호함을 알 수 있었다. 반면, 비교예 1의 경우는 층간 접착력이 낮을 뿐만 아니라, 신율이 1,500hr에서 변화폭이 큼을 알 수 있으며, 비교예 2의 경우는 층간 접착력은 양호하지만 시간이 지남에 따라 기계적 강도가 실시예 1 및 2에 비해 떨어짐을 알 수 있다.
(7) 첨가제의 함량에 따른 물성
실시예 1~6의 백 시트 시편에 대하여, 색차계 및 크랙(crack) 발생 여부를 평가하였다.
색차계는 표준색을 기준으로 하고, 그것과의 비교치를 측정하여 색차를 수량적(dE*)으로 나타내는 것으로서, 하기 표 3은 첨가제 함량별 색 변화 비교 시험을 색차계 측정기기(color and color difference meter)로 측정한 값이다.
크랙은 상이한 함량으로 폴리프로필렌 수지에 첨가된 첨가제의 함량별로 Crack(갈라지거나, 깨짐) 발생 유무를 측정한 것으로서, 첨가제 함량이 15 이상 증가시 크랙이 발생하였다.
| 구 분 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 실시예 5 | 실시예 6 |
| 첨가제 함량 (중량부) |
2 | 6 | 10 | 14 | 18 | 20 |
| 색차계(dE*) | 0.24 | 0.19 | 0.48 | 1.00 | 4.64 | 6.69 |
| Crack 발생 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 있음 | 있음 |
상기 표 3에서 확인할 수 있듯이, 폴리프로필렌계 필름층(14)에 포함되는 첨가제의 함량이 14 중량부에서 18 중량부로 넘어가면서 색차계 값이 매우 커지며, 크랙이 발생하게 된다. 따라서, 색차계 및 크랙 발생 방지를 위해서, 첨가제의 함량은 2 ~ 15 중량부가 바람직하다.
10 : 백 시트 12 : 폴리에스테르 필름층
14(14a, 14b): 폴리프로필렌계 필름층
20(20a, 20b) : 봉지층 30 : 투명 부재
C : 태양전지 셀
14(14a, 14b): 폴리프로필렌계 필름층
20(20a, 20b) : 봉지층 30 : 투명 부재
C : 태양전지 셀
Claims (10)
- 폴리에스테르 필름층; 및
상기 폴리에스테르 필름층의 단면 또는 양면에 형성되고, 폴리프로필렌 수지를 포함하는 폴리프로필렌계 필름층을 포함하며,
상기 폴리프로필렌계 필름층 중 하나는 적어도 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 봉지층과 열접착되는 층이며,
상기 폴리프로필렌계 필름층은 백색 무기물, 가교제, 광안정제, 자외선 흡수제, 산화 방지제, 블로킹(Blocking) 방지제, 슬립제 및 대전방지제로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 첨가제를 더 포함하고,
상기 폴리프로필렌계 필름층은, 폴리프로필렌 수지 100 중량부에 대하여 상기 첨가제를 2~15 중량부로 포함하고,
상기 폴리프로필렌계 필름층은, 폴리프로필렌 수지 100 중량부에 대하여, 고밀도 폴리에틸렌 수지를 2~30 중량부로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 백 시트. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 폴리프로필렌계 필름층은 50 ~ 500㎛의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 백 시트. - 제5항에 있어서,
상기 폴리에스테르 필름층은 폴리프로필렌계테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌계나프탈레이트(PEN), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 및 폴리부틸렌나프탈레이트(PBN)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하며,
상기 폴리에스테르 필름층은 50㎛ ~ 1,000㎛의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 백 시트. - 폴리에스테르 필름층을 형성하는 단계; 및
상기 폴리에스테르 필름층의 단면 또는 양면에 코팅 조성물을 코팅하여 폴리프로필렌계 필름층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 코팅 조성물은 폴리프로필렌 수지를 포함하며,
상기 폴리프로필렌계 필름층을 형성하는 단계는 폴리에스테르 필름층 상에 폴리프로필렌계 필름층을 라미네이션하면서 열처리 공정을 동시에 진행하며,
상기 폴리프로필렌계 필름층 중 하나는 적어도 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 봉지층과 열접착되는 층이고,
상기 코팅 조성물은 백색 무기물, 가교제, 광안정제, 자외선 흡수제, 산화 방지제, 블로킹(Blocking) 방지제, 슬립제 및 대전제로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 첨가제를 더 포함하고,
상기 코팅 조성물은 폴리프로필렌 수지 100 중량부에 대하여 상기 첨가제를 2 ~ 15 중량부로 포함하고,
상기 코팅 조성물은 폴리프로필렌 수지 100 중량부에 대하여, 고밀도 폴리에틸렌 수지를 2~30 중량부로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 백 시트의 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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| KR1020130150770A KR101518135B1 (ko) | 2013-12-05 | 2013-12-05 | 태양전지 모듈용 백 시트 및 그 제조방법 |
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|---|---|---|---|---|
| CN113927986A (zh) * | 2020-07-14 | 2022-01-14 | 上海海优威应用材料技术有限公司 | 多层结构的透明光伏背板 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011145599A1 (ja) * | 2010-05-20 | 2011-11-24 | 東レフィルム加工株式会社 | 太陽電池モジュール用裏面保護シート |
| KR101324062B1 (ko) * | 2012-04-09 | 2013-10-31 | 한화엘앤씨 주식회사 | 태양전지용 백 시트 |
-
2013
- 2013-12-05 KR KR1020130150770A patent/KR101518135B1/ko active IP Right Grant
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