KR101557182B1 - 태양전지용 보호필름 및 이를 포함하는 태양전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 베리어 필름, 점착층 및 불소계 폴리머층을 포함하며, 상기 베리어 필름은 기재층, 유기-무기 하이브리드층 및 무기차단층 중 1 종 이상을 포함하는 태양전지용 보호필름과 상기 보호필름을 포함하는 태양전지에 관한 것으로, 상기 보호필름은 산소 및 수증기 침투에 의한 태양전지 모듈의 효율저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 자외선에 의한 보호필름의 성능저하를 방지하여 태양전지 모듈의 효율 및 수명을 현저하게 개선시킬 수 있다.

Description

태양전지용 보호필름 및 이를 포함하는 태양전지{PROTECTING FILM FOR SOLAR CELL AND SOLAR CELL COMPRISING THE SAME}
태양전지용 보호필름 및 이를 포함하는 태양전지에 관한 것이다.
최근 태양전지를 이용한 태양광 발전은 차세대 에너지 산업으로 각광을 받고 있다. 특히, 상기 에너지원은 청정하고, 석탄이나 석유를 사용할 때 발생되는 이산화탄소를 발생시키지 않아 지구 온난화 방지에 매우 적합하며, 친환경적인 대체 에너지원으로서 이용 가치가 높다.
일반적으로 태양전지는 빛을 비추면 전자가 방출되는 광전효과를 나타내는 반도체 재료로 제조한다. 반도체 재료에 빛이 투사되면 음전하를 띤 전자와 양전하를 띤 정공이 각각 발생하고, 전위 또는 전하의 농도 차이에 의해 전자는 음극으로 정공은 양극으로 이동한다. 음극과 양극으로 모인 전자와 정공을 이용하여 전기를 만드는 소자가 바로 태양전지이다.
최근 태양전지는 주로 단결정 실리콘, 다경정 실리콘, 비정질 실리콘 박막을 적절하게 결합하여 제조하고 있다. 이렇게 함으로써 태양전지의 두께를 얇게하고 효율이 높은 태양전지를 개발하고 이를 제품화하고 있다.
태양전지는 건물 외벽 또는 지붕 등 태양이 직접 내려 쬐는 외부 시설에 설치됨으로서 그 효율이 증대되게 되는데, 이와 같은 외부환경에 장시간 노출됨에 따라 태양전지 모듈을 보호하기 위한 보호필름으로서, 종래에는 작은 선팽창계수, 우수한 가스 베리어성, 높은 광투과도, 높은 평탄도, 뛰어난 내열성 및 내화학성 등의 여러 장점을 가지고 있는 유리 기판을 사용하였다. 그러나, 상기 유리 기판은 충격에 약하여 잘 깨지고, 밀도가 높아서 무거운 단점이 있어, 상기 유리 기판을 플라스틱 기판으로 대체하려는 연구가 진행되고 있다.
상기 태양전지 보호필름으로 사용된 유리 기판을 플라스틱 기판으로 대체할 경우, 태양전지 모듈 전체 무게가 가벼워지고 디자인의 유연성을 부여할 수 있으며, 충격에 강하며 연속 공정으로 제조할 경우 유리 기판에 비해 경제성을 가질 수 있다.
한편, 태양전지용 보호필름으로 플라스틱 기판을 사용하기 위해서, 상기 플라스틱 기판은 태양전지 모듈의 노화를 방지하기 위한 산소와 수증기 차단 특성, 자외선 안정성, 공정 온도 변화에 따른 기판의 뒤틀림 방지를 위한 작은 선팽창 계수와 치수안정성, 기존의 유리 기판에 사용되는 공정 기기와 호환성을 가지는 높은 기계적 강도, 에칭 공정에 견딜 수 있는 내화학성 또는 높은 광투과도 및 적은 복굴절률, 표면의 내스크레치성 등의 특성이 요구되며, 특히 산소와 수증기 차단 특성, 자외선 안정성이 요구된다.
본 발명은 태양전지 모듈의 효율 및 수명을 현저하게 개선할 수 있는 태양전지용 보호필름 및 이를 포함하는 태양전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 베리어층 및 불소계 폴리머층을 포함하며, 상기 베리어층은 기재층, 및 상기 기재층의 양면에 유기-무기 하이브리드층 및 무기차단층 중 1 종 이상이 적층된 구조를 포함하는 태양전지용 보호필름 및 이를 포함하는 태양전지를 제공한다.
본 발명에 따른 태양전지용 보호필름은 베리어층의 산소 및 수증기 침투에 의한 태양전지 모듈의 효율저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 자외선에 의한 보호필름의 성능저하를 방지하여 태양전지 모듈의 효율 및 수명을 현저하게 개선시킬 수 있다.
도 3 및 도 7은 각각 본 발명에 따른 태양전지 소자의 구조를 나타낸 한 예를 도시한 것이다.
도 9는 폴리에스테르 필름과 불소계 폴리머층의 자외선 처리여부에 따른 광투과를 비교 측정한 결과를 나타내 그래프이다.
본 발명은 태양전지용 보호필름에 관한 것으로, 베리어층 및 불소계 폴리머층을 포함하며, 상기 베리어층은 기재층, 및 상기 기재층의 양면에 유기-무기 하이브리드층 및 무기차단층 중 1 종 이상이 적층된 구조를 포함할 수 있다. 상기 태양전지용 보호필름은 베리어층을 포함함으로써, 산소 및 수증기 침투에 의한 태양전지 모듈의 효율저하를 방지할 수 있다. 또한, 자외선에 강한 불소계 폴리머층을 사용함으로써, 자외선에 의한 보호필름의 성능저하를 방지하여 태양전지 모듈의 효율 및 수명을 현저하게 개선시킬 수 있다.
본 발명에 따른 베리어 필름은 다양한 형태의 다층구조를 포함한다.
상기 베리어 필름은 기재층의 양면에 형성된 유기-무기 하이브리드층, 무기차단층 및 유기-무기 하이브리드층이 순차 적층된 대칭구조를 포함할 수 있다. 유기-무기 하이브리드층의 상부면에 무기차단층을 적층하면, 평탄화된 표면에 무기차단층을 적층할 수 있으며, 무기차단층과 유기-무기 하이브리드층 사이의 접착력이 우수하므로 가스 베리어 특성이 더욱 향상된다. 또한, 무기차단층의 상부면에 유기-무기 하이브리드층을 추가로 적층하면 무기차단층을 외부의 물리적 접촉으로부터 보호하거나 무기차단층의 결점을 보완할 수 있으므로 가스 베리어 특성이 더욱 향상된다. 더욱이, 무기차단층 자체의 모듈러스가 높고 선팽창계수가 작기 때문에 전체 베리어층의 기계적 특성 또한 향상시킬 수 있다.
하나의 실시예에서, 베리어 필름은 2층으로 형성된 기재층을 포함하고, 2층의 형성된 기재층의 상부 및 하부면에는 각각 유기-무기 하이브리드층 및 무기차단층이 적층된 구조일 수 있다. 구체적으로, 베리어 필름은 2층으로 형성된 기재층을 포함하고, 각 기재층의 일면에는 유기-무기 하이브리드층 및 무기차단층이 순차 적층되고, 각 기재층의 유기-무기 하이브리드층 및 무기차단층이 형성되지 않은 면끼리 서로 접합된 대칭구조일 수 있다. 이러한 대칭구조의 베리어 필름은 온도변화에 의해 기재층이 한쪽 방향으로 휘지 않게 된다. 또한, 상기 대칭구조를 이루는 베리어 필름은 기재층 간에 서로 합지하는 간편한 공정을 이용함으로써, 생산성을 높일 수 있으며, 저가의 장비로도 작은 선팽창계수, 우수한 치수안정성, 가스 베리어성 및 우수한 표면경도를 갖는 베리어 필름을 제조할 수 있다.
상기 태양전지용 보호필름은, 베리어 필름과 불소계 폴리머층 사이에 형성된 점착층을 포함할 수 있다. 상기 점착층은 다층구조의 베리어 필름과 불소계 폴리머필름의 접합을 위하여 사용될 수 으며, 점착층의 구체적인 예로는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 폴리비닐 부티랄(PVB) 및 폴리벤즈이미다졸 중 1 종 이상이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 점착층은 용제에 용해시켜 코팅액을 제조한 후 필름 형태로 제조하여 기제층 상에 적층할 수 있다. 경우에 따라서는, 별도의 점착층 없이 기재 상에 코팅될 수 있다.
상기 코팅방법의 비제한적인 예로서, 2롤 리버스 코팅, 3롤 리버스 코팅, 플로우 코팅, 그라비아 코팅, 마이크로 그라비아 코팅, 다이 코팅, 커튼 코팅, 바 코팅, 딥 코팅 등이 있을 수 있다.
상기 기재층은 단일 폴리머, 2 종 이상의 폴리머 블랜드, 및 유기 또는 무기 첨가물이 함유된 폴리머 복합 재료 중 1 종 이상을 포함할 수 있다. 상기 기재층을 형성하는 폴리머로는 폴리노보넨, 아로마틱 플로렌 폴리에스테르, 폴리에테르설폰, 비스페놀에이폴리설폰, 폴리이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈렌, 폴리아릴레이트, 폴리카보네이트 및 환상형 올레핀 공중합체 중 1 종 이상이 사용될 수 있다.
또한, 상기 기재층은 폴리머에 나노물질을 분산시킨 구조일 수 있다. 이러한 폴리머 복합 재료로는 폴리머-클레이 나노복합체가 있으며, 이는 클레이의 작은 입자크기(< 1 마이크론)와 큰 종횡비의 특성으로 인해 기존에 사용되던 유리 섬유 등의 복합체에 비해 작은 양의 클레이로 폴리머의 기계적 물성, 내열성, 가스 배리어성, 치수안정성 등의 물성을 향상시킬 수 있다. 즉, 상기 물성들을 향상시키기 위해서는 층상구조의 클레이층을 벗겨내어 폴리머 매트릭스에 잘 분산시키는 것이 중요한데, 이를 만족하는 것이 폴리머-클레이 복합체이다.
상기 폴리머-클레이 복합체에 사용될 수 있는 폴리머 및 클레이는 특별히 제한되지 않는다. 하나의 실시예에서, 상기 폴리머는 폴리스티렌, 폴리메타아크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈렌, 폴리아릴레이트, 폴라카보네이트, 환상형 올레핀 공중합체, 폴리노보렌, 아로마틱 플로렌 폴리에스터, 폴리이써설폰, 폴리이미드, 에폭시레진 및 다관능성아크릴레이트 중 1 종 이상을 포함할 수 있다. 또한, 클레이는 라포나이트, 몬모릴로나이트, 사포나이트 핵토라이트, 베이텔라이트, 벤토나이트, 논트로나이트, 버미큘라이트, 일라이트, 무스코바이트, 마이카 및 불소화마이카 중 1 종 이상을 포함할 수 있다.
상기 기재층의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 10 내지 2000 ㎛, 50 내지 1500 ㎛, 또는 100 내지 1000 ㎛의 두께를 가지는 필름 또는 시트 형태일 수 있다. 상기 기재층은 용액 캐스팅 방법이나 필름 압출 공정을 통해 제조될 수 있으며, 제조 후 온도에 따른 변형을 최소화하기 위해 유리 전이 온도 부근에서 수초에서 수분간 짧게 어닐링 하는 것이 좋다. 어닐링 이후에는 코팅성 및 접착성을 향상시키기 위해 플라스틱 필름 표면에 프라이머 코팅을 하거나 코로나, 아르곤, 산소, 질소 혹은 이산화탄소를 사용한 플라즈마 처리, 자외선-오존 처리, 반응 기체를 유입한 이온빔 처리 방법 등으로 표면 처리를 할 수 있다.
상기 베리어 필름은 기재층, 유기-무기 하이브리드층 및 무기차단층 을 포함할 수 있으며, 외부로부터 유입되는 산소 또는 수분을 차단할 수 있는 경우라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 또한, 경우에 따라 적절한 충진제, 용매 및 중합 촉매를 더욱 포함하는 조성물로부터 제조될 수 있다.
하나의 실시예에서, 상기 유기-무기 하이브리드층은 유기실란 및 금속알콕시드를 포함하는 조성물의 부분가수분해물일 수 있다.
또한, 경우에 따라 적절한 충진제, 용매 및 중합 촉매를 더욱 포함하는 조성물로부터 제조될 수 있다.
상기 유기실란은 하기 화학식 1 내지 3로 표시되는 화합물 중에서 1 종 이상을 선택하여 사용할 수 있으며, 이때 1 종의 유기실란 화합물을 사용할 경우에는 가교가 가능한 경우가 바람직하다.
[화학식 1]
(R1)m-Si-X(4-m)
[화학식 2]
(R1)m-O-Si-X(4-m)
[화학식 3]
(R1)m-HR2-Si-X(4-m)
상기 화학식 1 내지 3에서,
R1은 탄소수 1 내지 12의 알킬, 알케닐, 알키닐, 아릴, 아릴알킬, 알킬아릴, 아릴알케닐, 알케닐아릴, 아릴알키닐, 알키닐아릴, 할로겐, 아미노, 아마이드, 알데히드, 케톤, 알킬카보닐, 카르복시, 머캅토, 시아노, 하이드록시, 탄소수 1 내지 12의 알콕시, 탄소수 1 내지 12의 알콕시카보닐, 설폰산, 인산, 아크릴옥시, 메타크릴옥시, 에폭시 또는 비닐기이고,
R2는 수소 또는 탄소수 1 내지 12의 알킬이고,
X는 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 12의 알콕시, 아실옥시, 알킬카보닐, 알콕시카보닐 또는 -N(R3)2이고,
R3는 수소 또는 탄소수 1 내지 12의 알킬이고,
m은 1 내지 3의 정수이다.
상기 유기실란의 예로는, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 디페닐디메톡시실란, 디페닐디에톡시실란, 페닐디메톡시실란, 페닐디에톡시실란, 메틸디메톡시실란, 메틸디에톡시실란, 페닐메틸디메톡시실란, 페닐메틸디에톡시실란, 트리메틸메톡시실란, 트리메틸에톡시실란, 트리페닐메톡시실란, 트리페닐에톡시실란, 페닐디메틸메톡시실란, 페닐디메틸에톡시실란, 디페닐메틸메톡시실란,디페닐메틸에톡시실란, 디메틸에톡시실란, 디메틸에톡시실란, 디페닐메톡시실란, 디페닐에톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, p-아미노페닐실란, 알릴트림톡시실란, n-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아민프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필디이소프로필에톡시실란, (3-글리시독시프로필)메틸디에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-머캅토프로필트리메톡시실란, 3-머캅토프로필트리에톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필메틸디에톡시시란, 3-메타크릴옥시프로필메틸디메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, n-페닐아미노프로필트리메톡시실란, 비닐메틸디에톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란 등이 있다.
상기 금속알콕시드는 하기 화학식 4로 표시되는 화합물 중에서 1 종 이상을 선택하여 사용할 수 있다.
[화학식 4]
M-(R4)z
상기 화학식 4에서,
M은 알루미늄, 지르코늄 및 티타늄 중 1 종 이상이고,
R4는 할로겐, 탄소수 1 내지 12의 알킬, 알콕시, 아실옥시 또는 하이드록시기이며,
z는 3 또는 4의 정수이다.
유기-무기 하이브리드층에서, 유기실란의 함량은, 유기-무기 하이브리드층을 제조하기 위한 조성물 전체 중량부를 기준으로, 20 내지 99.99 중량부, 50 내지 99 중량부, 또는 70 내지 99 중량부일 수 있다. 또한, 상기 금속알콕시드의 함량은, 유기-무기 하이브리드층을 제조하기 위한 조성물 전체 중량부를 기준으로, 0.01 내지 80 중량부, 0.01 내지 70 중량부 또는 20 내지 70 중량부일 수 있다.
유기-무기 하이브리드층에 첨가되는 충진제, 용매 및 촉매의 사용량은 필요에 따라 첨가되는 것으로서 특별히 한정되지는 않는다. 상기 충진제는 금속, 유리분말, 다이아몬드분말, 실리콘옥시드, 클레이, 칼슘포스페이트, 마그네슘포스페스트, 바리움설페이트, 알루미늄 프루오라이드, 칼슘실리케이트, 마그네슘 실리케이트, 바리움실리케이트, 바리움카보네이트, 바리움히드록시드 및 알루미늄실리케이트 등의 물질 중에서 1종 이상 선택하여 사용할 수 있다. 상기 용매는 통상의 부분가수분해 반응에 사용되는 용매를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 증류수를 사용할 수 있다. 또한, 상기 촉매 역시 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 알루미늄부톡시드 및/또는 지르코늄 프로폭시드를 사용할 수 있다.
상기 무기차단층은 SiOx(여기서, x는 1 내지 3의 정수), SiOxNy(여기서, x 및 y는 각각 1 내지 3의 정수), Al2O3, TiO2, SnO2 및 ITO 중 1 종 이상의 무기물을 포함할 수 있다.
베리어 필름을 구성하는 무기차단층을 형성하는 방법은, 밀도가 높은 투명 무기물이나 나노미터 단위의 얇은 금속 박막을 유기-무기 하이브리드층의 상부면에 물리적 또는 화학적 방법으로 증착 코팅하여 형성할 수 있다. 상기 증착 코팅 방법으로는 스퍼터링법, 화학 증착법, 이온 플레이팅법, 원자층 적층법, 플라즈마 화학 증착법, 졸-젤법 등을 사용할 수 있다. 형성된 무기차단층의 두께는 5 내지 1000 nm, 5 내지 500 nm, 20 내지 500 nm, 또는 50 내지 200 nm일 수 있다.
상기 무기차단층은, 필요에 따라, 충진제, 용매 내지 촉매 등을 더 포함할 수 있다. 충진제, 용매 내지 촉매 등의 사용량은 필요에 따라 첨가되는 것으로서 특별히 한정되지는 않는다.
하나의 실시예에서, 상기 충진제로는 금속, 유리분말, 다이아몬드분말, 실리콘옥시드, 클레이, 칼슘포스페이트, 마그네슘포스페스트, 바리움설페이트, 알루미늄 프루오라이드, 칼슘실리케이트, 마그네슘 실리케이트, 바리움실리케이트, 바리움카보네이트, 바리움히드록시드 및 알루미늄실리케이트 중 1 종 이상을 사용할 수 있다.
상기 용매는 통상의 부분가수분해 반응에 사용되는 용매를 사용할 수 있으며, 예를 들어 증류수를 사용할 수 있다. 또한, 상기 촉매 역시 특별히 한정되지는 않으나, 알루미늄부톡시드 또는 지르코늄 프로폭시드 등을 사용할 수 있다.
불소계 폴리머층은 불소함유 공중합체를 포함하며, 불소함유 공중합체는 불소원자를 함유하는 단량체; 및 수산기 또는 에폭시기를 함유하는 단량체의 공중합물일 수 있다.
상기 불소계 폴리머층을 제조하기 위한 불소계 화합물은 불소 함유 공중합체를 포함할 수 있다. 불소 함유 공중합체는 불소원자를 함유하는 단량체; 및 수산기 또는 에폭시기를 함유하는 단량체를 공중합하여 얻을 수 있고, 필요에 따라서 에틸렌성 불포화 단량체를 첨가하여 제조할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 불소원자를 함유하는 단량체로는 테트라플루오르에틸렌, 헥사플루오르프로필렌, 불화비닐리덴, 클로로트리플루오르에틸렌, 트리플루오르에틸렌, 테트라플루오르에틸렌, 볼화알킬비닐에테르, 불화알콕시알킬비닐에테르, 과불소 함유 알킬비닐에테르, 과불소 함유 알콕시비닐에테르 및 불소함유 메타 아크릴산에스터의 단독 또는 이들의 조합을 사용될 수 있다.
상기 수산기 또는 에폭시기를 함유하는 단량체로는 히드록시에틸비닐에테르, 히드록시프로필비닐에테르, 히드록시부틸비닐에테르, 히드록시펜틸비닐에테르, 히드록시헥실비닐에테르, 히드록시에틸아릴에테르, 히드록시부틸아릴에테르, 글리세롤모노알릴에테르, 알릴알콜 및 히드록시 에틸메타 아크릴산에스터의 단독 또는 2종 이상의 조합으로 사용될 수 있다.
상기 불소 함유 화합물의 함량은, 불소계 폴리머층 형성용 조성물 전체 중량부를 기준으로, 0.5 내지 10 중량부, 또는 0.5 내지 5 중량부일 수 있다.
상기 불소계 폴리머층은 불소계 화합물을 용제에 용해시켜 불소 코팅액을 제조한 후 필름 형태로 제조하여 점착층 상에 적층할 수 있다.
상기 불소 코팅액에 있어서, 용제는 퍼플루오르 펜탄(perfluoro pentane), 퍼플루오르 핵산(perfluoro hexane), 퍼플루오르 옥탄(perfluoro octane)등의 퍼플루오르 카본류, 메틸 플루오르 이소부틸 에테르(methyl nonafluoroisobutyl ether), 메틸 퍼플루오르부틸 에테르(methyl nonafluorobutyl ether) 등의 퍼플루오르 폴리 에테르류, 클로로트리풀루오르사이클로부탄(1-chloro-1,2,2-trifluorocyclobutane), 클로로트리플루오르벤젠(1-chloro-2,3,4-trifluorobenzne), 클로로플루오르벤젠(chlorofluorobenzene), 디클로로플루오르벤젠(dichlorofluorobenzene) 등의 하이드로 클로로 탄화불소류 등을 예로 들 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 불소계 용제는 단독 또는 2종 이상 혼합해서 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 하나의 실시예에서, 상기 태양전지용 보호필름은 자외선 안정제 및 자외선 흡수제 중 1 종 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 베리어 필름을 구성하는 기재층, 유기-무기 하이브리드층 및 무기차단층 중 1 층 이상에 자외선 안정제 및 자외선 흡수제 중 1 종 이상이 포함될 수 있다. 또는, 태양전지용 보호필름 내의 점착층 또는 불소계 폴리머층에 자외선 안정제 및 자외선 흡수제 중 1 종 이상이 포함될 수 있다. 경우에 따라서는, 베리어 필름의 일면 또는 양면에 형성된 별도의 코팅층을 더 포함할 수 있으며, 상기 코팅층은 자외선 안정제 및 자외선 흡수제 중 1 종 이상을 포함하는 구조일 수 있다.
자외선 안정제는 최대 흡수피크가 340 내지 430 nm, 340 내지 400 nm, 또는 360 내지 400 nm 범위 내에 존재하는 경우일 수 있다. 자외선 안정제의 최대 흡수피크가 상기 파장 범위내에 존재하는 경우에는, 자외선 흡수능이 저하되는 것을 방지하고, 높은 가시영역 투과율 및 우수한 색감을 구현할 수 있다.
상기 자외선 안정제는 라디칼 스케빈져(radical scavenger; HALS) 화합물을 더 포함할 수 있다.
상기 라디칼 스케빈져는 하기 화학식 a의 구조를 포함할 수 있다.
[화학식 a]
Figure 112012044043215-pat00001
상기 화학식 a에서,
R5은 CH2이고,
n은 1 내지 16이고,
R6는 수소; 할로겐, 시아노기 또는 니트로기가 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 16의 알킬기; 할로겐, 시아노기 또는 니트로기가 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기; 할로겐, 시아노기 또는 니트로기가 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 16의 알콕시기; 할로겐, 시아노기 또는 니트로기가 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴옥시기다.
상기 화학식 a로 표시되는 라디칼 스케빈져의 경우, 주로 340 nm 이하에서 자외선 흡수능을 보여 단독으로는 자외선 안정제로서의 역할이 미미하나, 자외선 흡수제와 병행시 상승효과가 있다.
자외선 흡수제는 자외선 흡수에 의하여 들뜬 전자에너지를 열에너지로 분산시켜 안정화시키고 자유라디칼을 종결시키는 역할을 한다. 이 외에도, 라디칼을 제거하여 광산화반응을 정지시키고 과산화물을 분해하는 기능을 가지고 있는 라디칼 스케빈져와 병행 사용할 수도 있다.
상기 자외선 흡수제는 하기 화학식 b 내지 c의 구조를 포함할 수 있다.
[화학식 b]
Figure 112012044043215-pat00002
[화학식 c]
Figure 112012044043215-pat00003
상기 화학식 b에서,
R7 및 R10은 독립적으로, 수소; 히드록시기; 할로겐; 할로겐, 시아노기 또는 니트로기가 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 16의 알킬기; 할로겐, 시아노기 또는 니트로기가 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기; 할로겐, 시아노기 또는 니트로기가 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 16의 알콕시기; 또는 할로겐, 시아노기 또는 니트로기가 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴옥시기이고,
상기 화학식 c에서,
Z는 수소 또는 염소 치환체이고,
R11 및 R12은 독립적으로, 수소; 할로겐; 할로겐 원자, 할로겐, 시아노기 또는 니트로기가 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 16의 알킬기; 할로겐, 시아노기 또는 니트로기가 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기; 할로겐, 시아노기 또는 니트로기가 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 16의 알콕시기; 또는 할로겐, 시아노기 또는 니트로기가 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴옥시기다.
예를 들어, 상기 화학식 b의 화합물은 하기 화학식 b-1의 구조일 수 있다.
[화학식 b-1]
Figure 112012044043215-pat00004
예를 들어, 상기 화학식 c의 화합물은 하기 화학식 c-1 또는 c-2의 구조일 수 있다
[화학식 c-1]
Figure 112012044043215-pat00005
[화학식 c-2]
Figure 112012044043215-pat00006

하나의 예로서, 자외선 안정제로는 LA 67(제조사 Adeka사) 등을 사용할 수 있다. 또한, 자외선 흡수제로는 티누빈 1577(Tinuvin 1577, 2-(4,6-Diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)-5-[(hexyl)oxy]- phenol), 티누빈 326(Tinuvin 326, 2-2-hydroxy-3'-t-butyl-5'-methylphenyl)-5-chlorobenzotriazole) 및 티누빈 328(Tinuvin 328, 2-(3,5-di-t-amyl-2-hydroxyphenyl)benzotriazole) (제조사 Ciba-Geigy사) 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 이 외에도, 상업적으로 입수 가능한 다양한 자외선 안정제와 흡수제가 사용될 수 있다.
자외선 흡수제 및 안정제의 함량은, 자외선 흡수제 및/또는 안정제가 첨가되는 각 필름 100 중량부를 기준으로, 0.01 내지 50 중량부일 수 있다. 상기 함량 범위는 자외선 흡수제 및/또는 안정제의 첨가로 인한 유효 효과를 발휘하면서, 동시에 가시영역에서도 흡수가 일어나 광특성에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 자외선 흡수제 및/또는 안정제를 점착층에 첨가되는 경우에, 함량이 지나치게 높아지면 점착제의 물성에 영향을 미칠 수 있다.
상기 보호필름을 구성하는 각 층별 상호간의 접합방법은 위에서 설명한 점착층과 동일한 조성으로 이루어진 점착제 혹은 열접합방법에 의해 이루어질 수 있으며 이에 반드시 한정되는 것은 아니다. 이때, 점착제를 사용할 경우 그 함량은 특별히 한정되지는 않으나, 형성된 점착층의 두께는 0.1 내지 75 ㎛, 0.5 내지 50 ㎛, 0.1 내지 30 ㎛, 또는 0.5 내지 30 ㎛ 범위일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 태양전지용 보호필름을 포함하는 태양전지를 제공한다.
본 발명에 따른 태양전지는 직렬 또는 병렬로 배치된 태양전지 셀 주변을 열경화성 플라스틱(에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체)으로 구성된 충전제로 간격을 메우고, 태양광이 부딪히는 면에는 본 발명에 따른 태양전지용 보호필름이 배치되며, 이면은 백시트로 보호하는 구성을 가질 수 있으나, 이에만 한정하는 것은 아니다.
이하 도면을 통해 본 발명을 더 상세히 설명한다. 이는 발명의 상세한 설명을 위한 것일 뿐, 이에 의해 권리범위를 제한하려는 것은 아니다.
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이하 실시예를 들어 본 발명을 더 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 발명의 상세한 설명을 위한 것일뿐, 이에 의해 권리범위를 제한하려는 것은 아니다.
실시예 1
베리어 필름, 점착층, 및 불소계 폴리머층을 포함하는 태양전지용 보호필름을 제조하였다.
구체적으로는, 상기 베리어 필름은 기재층의 양면에 유기-무기 하이브리드층 및 무기차단층이 순차 적층된 구조로 형성하였다. 상기 베리어 필름은 50 ㎛ 두께의 폴리에스터(PET, Polyester) 필름을 사용한 기재층; 화학식 5의 유기실란과 화학식 6의 금속알콕시드를 포함하는 조성물의 부분가수분해물을 이용한 유기-무기 하이브리드층; 및 SiO2를 포함하는 무기차단층을 사용하여 제조하였다.
[화학식 5]
(R1)2-Si-X2
화학식 5에서, R1은 탄소수 6의 알킬기이고, X는 탄소수 6의 알콕시이고, m은 1 내지 3의 정수이다.
[화학식 6]
Al-(R4)3
화학식 6에서, R4는 탄소수 6의 알킬기이다.
상기 베리어 필름의 상부에는 에틸렌 비닐아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate)를 포함하는 점착층을 적층하고, 그 위에 테트라플루오르에틸렌 단량체와 히드록시에틸비닐에테르의 공중합체를 포함하는 불소계 폴리머층을 접착시켜 보호필름을 제조하였다.
또한, 앞서 제조한 보호필름의 하부면에 에틸렌 비닐아세테이트를 포함하는 점착층을 적층하여 도 3과 같이 태양전지 소자를 부착한 모듈을 제작하였다.
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실시예 5
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상기 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지 소자를 부착한 모듈을 제작하되, 베리어 필름의 구조를 달리하여 제작하였다.
구체적으로, 상기 베리어 필름의 구조는 기재층의 양면에 유기-무기 하이브리드층, 무기차단층, 유기-무기 하이브리드층 및 무기차단층이 순차 적층된 구조로 형성하여 도 7과 같이 제작하였다.
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실험예 1: 태양전지용 보호필름에 대한 내수성 및 접착성 평가
실시예 1 내지 실시예 5에서 제조된 보호필름이 적층된 태양전지 소자를 120℃ 물에 96 시간 동안 접촉시켰다. 그 후, 태양전지 소자와 보호필름의 접착 상태를 관찰하였다.
그 결과, 보호필름 내부의 층간 박리는 나타나지 않았다. 따라서, 본 발명에 따른 태양전지용 보호필름은 내수성 및 접착성이 우수한 것을 확인하였다.
실험예 2: 불소계 폴리머층의 내광성 평가
폴리에스테르 필름과 불소계 폴리머층의 내광성을 비교 평가하였다. 상기 불소계 폴리머층은 테트라플루오르에틸렌-헥사플루오르프로필렌 공중합체(FEP, Flourinated Ethylene Propylene copolymer)　필름을 사용하였다.
각 필름의 두께는 50 ㎛로 형성하였고, 하기 표 1과 같이 각각 자외선을 처리한 경우와 그렇지 않은 경우로 나누어 실험하였다. 자외선 처리는 0.6 W/m2, 60℃에서 100시간 동안 필름에 대해 자외선 처리(Quick UV 처리, QUV)를 시마츠사의 UV3600 분광기를 사용하여 진행하였다. 광투과도 측정결과는 도 9에 나타내었다.
No. 종류 자외선 처리여부
(a) 불소계 폴리머층 X
(b) 불소계 폴리머층 O
(c) 폴리에스테르 필름 X
(d) 폴리에스테르 필름 O
도 9를 참조하면, 자외선에 노출되었을 때 불소계 폴리머층으로 사용된 테트라플루오르에틸렌-헥사플루오르프로필렌 공중합체(FEP, Flourinated Ethylene Propylene copolymer)　는 전파장에서 광투과도의 변화가 없었다. 그러나 폴리에스터(PET, Polyester) 필름은 자외선A의 파장인 320 내지 400 nm에서 광투과도가 저하되는 것을 알 수 있다. 또한, 전 파장 영역에 걸쳐서 불소계 폴리머층의 광투과도가 상대적으로 우수한 것을 알 수 있다.
이를 통해, 본 발명에 따른 보호필름은 자외선에 의해 효율저하가 일어나지 않으며, 내구성이 우수한 태양전지 보호용 베리어 필름을 제작할 수 있다는 것을 확인하였다.
10: 기재층
20: 유기-무기 히이브리드층
30: 무기차단층
40: 점착층
50: 불소계 폴리머층
60: 베리어 필름
70: 태양 전지 소자

Claims (14)

  1. 베리어 필름 및 불소계 폴리머층을 포함하고,
    상기 베리어 필름은 기재층, 및 상기 기재층의 양면에 유기-무기 하이브리드층 및 무기차단층이 1회 또는 2회 교대 반복 적층된 구조이고,
    기재와 유기-무기 하이브리드층이 접합하도록 적층되어 있으며,
    상기 유기-무기 하이브리드층은 유기실란 및 금속알콕시드를 포함하는 조성물의 부분가수분해물이고,
    불소계 폴리머층은 불소함유 공중합체를 포함하며,
    불소함유 공중합체는 불소원자를 함유하는 단량체; 및
    수산기 또는 에폭시기를 함유하는 단량체의 공중합물이고,
    불소함유 공중합체의 함량은, 불소계 폴리머층 형성용 조성물 전체 중량부를 기준으로 0.5 내지 10 중량부인 태양전지용 보호필름.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    베리어 필름과 불소계 폴리머층 사이에 형성된 점착층을 더 포함하는 태양전지용 보호필름.
  5. 제 1 항에 있어서,
    기재층은 단일 폴리머, 2 종 이상의 폴리머 블랜드, 및 유기 또는 무기 첨가물이 함유된 폴리머 복합 재료 중 1 종 이상을 포함하는 태양전지용 보호필름.
  6. 제 1 항에 있어서,
    기재층은 클레이 나노 물질이 폴리머 매트릭스에 분산된 폴리머-클레이 나노복합제인 태양전지용 보호필름.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    유기-무기 하이브리드층은, 유기-무기 하이브리드층을 제조하기 위한 조성물 전체 중량부를 기준으로, 유기실란 화합물 20 내지 99.99 중량부 및 금속알콕시드 화합물 0.01 내지 80 중량부를 포함하는 조성물의 부분가수분해물인 태양전지용 보호필름.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    불소원자를 함유하는 단량체는 테트라플루오르에틸렌, 헥사플루오르프로필렌, 불화비닐리덴, 클로로트리플루오르에틸렌, 트리플루오르에틸렌, 테트라플루오르에틸렌, 볼화알킬비닐에테르, 불화알콕시알킬비닐에테르, 과불소 함유 알킬비닐에테르, 과불소 함유 알콕시비닐에테르, 불소함유 메타 아크릴산에스테르 중 1 종 이상을 포함하는 태양전지용 보호필름.
  11. 제 1 항에 있어서,
    수산기 또는 에폭시기를 함유하는 단량체는 히드록시에틸비닐에테르, 히드록시프로필비닐에테르, 히드록시부틸비닐에테르, 히드록시펜틸비닐에테르, 히드록시헥실비닐에테르, 히드록시에틸아릴에테르, 히드록시부틸아릴에테르, 글리세롤모노알릴에테르, 알릴알콜, 히드록시 에틸메타 아크릴산에스테르 중 1 종 이상을 포함하는 태양전지용 보호필름.
  12. 삭제
  13. 제 1 항에 따른 태양전지용 보호필름을 포함하는 태양전지.
  14. 제 13 항에 있어서,
    태양전지 소자, 점착층 및 태양전지용 보호필름이 순차 적층된 구조를 포함하는 태양전지.
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