KR101615396B1 - 고 용융 유동 폴리(비닐 부티랄) 봉지재를 포함하는 태양 전지 모듈 - Google Patents

고 용융 유동 폴리(비닐 부티랄) 봉지재를 포함하는 태양 전지 모듈 Download PDF

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Abstract

하나 또는 복수의 전기적으로 상호접속된 태양 전지로 구성된 태양 전지층 및 ASTM 1238(150℃, 5 ㎏ 하중, 2 ㎜ 오리피스)에 따라 측정될 때 용융 유량(MFR)이 0.8 내지 2 g/10분인 폴리(비닐 부티랄) 시트를 포함하거나 그로 제조된 봉지재층을 포함하는 태양 전지 모듈 및 그의 제조 방법.

Description

고 용융 유동 폴리(비닐 부티랄) 봉지재를 포함하는 태양 전지 모듈{SOLAR CELL MODULES COMPRISING HIGH MELT FLOW POLY(VINYL BUTYRAL) ENCAPSULANTS}
본 발명은 높은 용융 유량(melt flow rate)을 가진 폴리(비닐 부티랄) 봉지재를 포함하는 태양 전지 모듈 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
지속가능한 에너지원을 제공하기 때문에, 태양 전지의 사용은 빠르게 확산되고 있다. 태양 전지는 전형적으로, 사용되는 흡광 재료에 기초하여 두 가지 유형, 즉 벌크 또는 웨이퍼-기반 태양 전지 및 박막 태양 전지로 분류될 수 있다.
단결정질 규소(c-Si), 폴리- 또는 다-결정질 규소(폴리-Si 또는 mc-Si) 및 리본 규소가 보다 전통적인 웨이퍼-기반 태양 전지를 형성하는 데 있어서 가장 일반적으로 사용되는 재료이다. 웨이퍼-기반 태양 전지로부터 유도된 태양 전지 모듈은 흔히, 함께 납땜되는 일련의 180 및 240 ㎛ 두께의 자기-지지(self-supporting) 웨이퍼(또는 전지)를 포함한다. 태양 전지의 그러한 패널은 태양 전지층이라 부르며, 개별 전지 유닛을 접속시키는 크로스 리본(cross ribbon) 및 전지에 접속되는 일 단부 및 모듈을 빠져나가는 타 단부를 갖는 버스 바아(bus bar)와 같은 전기 배선을 추가로 포함할 수 있다. 이들 전기 배선은 최대 200 ㎛의 두께 및 10 ㎜의 폭일 수 있다. 이어서, 태양 전지층은 봉지재층(들) 및 보호층(들)에 추가로 라미네이팅되어 최대 25 내지 30년 동안 사용될 수 있는 내후성 모듈을 형성한다. 일반적으로, 웨이퍼-기반 태양 전지(들)로부터 유도된 태양 전지 모듈은, 상부 수광면으로부터 후방 비-수광면으로의 위치 순으로 (1) 입사층, (2) 전방 봉지재층, (3) 태양 전지층, (4) 후방 봉지재층, 및 (5) 배킹층을 포함한다.
점차 중요해지는 대안의 박막 태양 전지에 관해서, 일반적으로 사용되는 재료에는 비정질 규소(a-Si), 미세결정질 규소(μc-Si), 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 구리 인듐 셀레나이드(CuInSe2 또는 CIS), 구리 인듐/갈륨 다이셀레나이드(CuInxGa(1-x)Se2 또는 CIGS), 흡광 염료, 및 유기 반도체가 포함된다. 예로서, 박막 태양 전지가, 예를 들어 미국 특허 제5,507,881호, 제5,512,107호, 제5,948,176호, 제5,994,163호, 제6,040,521호, 제6,137,048호 및 제6,258,620호 및 미국 특허 출원 공개 제20070298590호, 제20070281090호, 제20070240759호, 제20070232057호, 제20070238285호, 제20070227578호, 제20070209699, 및 제20070079866호에 개시되어 있다. 전형적인 두께가 2 ㎛ 미만인 박막 태양 전지는 반도체 재료의 층을 유리 또는 가요성 필름으로 형성된 상층재(superstrate) 또는 기재(substrate) 상에 침착시킴으로써 생성된다. 웨이퍼 전지와 마찬가지로, 태양 전지층은 크로스 리본 및 버스 바아와 같은 전기 배선을 추가로 포함할 수 있다. 소정 실시 형태에서는, 박막 태양 전지의 제조 동안 레이저 스크라이빙 시퀀스(laser scribing sequence)가 포함되는데, 이는 인접한 전지들이 직렬로 직접 상호접속되는 것을 가능하게 하며, 이때 전지들 사이에 추가의 납땜 접속에 대한 필요성이 없다. 그러한 실시 형태에서, 태양 전지층은 모듈로부터의 전력을 이끄는 접속 라인 및 버스 바아를 추가로 포함할 수 있다. 그리고, 웨이퍼 전지와 유사하게, 박막 태양 전지는 다른 봉지재층 및 보호층에 추가로 라미네이팅되어, 내후성을 갖고 환경에 대해 강건한 모듈을 생성한다. 그러나, 다층 침착이 실시되는 순서에 따라, 전지는 궁극적으로 최종 모듈에서 입사층으로서의 역할을 하는 상층재 상에 침착될 수 있고, 또는 전지는 최종 모듈에서 배킹층으로서의 역할을 하는 기재 상에 침착될 수 있다. 따라서, 박막 태양 전지로부터 유도된 태양 전지 모듈은 2가지 유형의 구조 중 하나를 가질 수 있다. 제1 유형은 상부 수광면으로부터 후방 비-수광면으로의 위치 순으로, (1) 상층재 및 비-수광면에서 상층재 상에 침착된 박막 태양 전지(들)의 층을 포함하는 태양 전지층, (2) (후방) 봉지재층, 및 (3) 배킹층을 포함한다. 다른 유형은 상부 수광면으로부터 후방 비-수광면으로의 위치 순으로, (1) 입사층, (2) (전방) 봉지재층, 및 (3) 수광면에서 기재 상에 침착된 박막 태양 전지(들)의 층을 포함하는 태양 전지층을 포함할 수 있다.
태양 전지 모듈에 사용되는 봉지재층은 깨지기 쉬운 태양 전지를 봉지하고 보호하도록 설계된다. 태양 전지 봉지재층에 사용되는 적합한 중합체 재료는 전형적으로, 높은 투명도, 낮은 탁도(haze), 높은 내충격성, 높은 내침투성, 우수한 자외(UV)광 내성, 우수한 장기간의 열안정성, 유리 및 다른 강성 중합체 시트에 대한 적절한 접착 강도, 높은 내습성, 및 우수한 장기간의 내후성과 같은 특성들의 조합을 갖는다. 추가로, 전방 봉지재층의 광학 특성은 광이 태양 전지층까지 효과적으로 투과될 수 있도록 하는 것일 수 있다.
가소화된 폴리(비닐 부티랄) 조성물이 태양 전지 봉지재층의 재료로서 개시되어 있다. 예를 들어, 미국 특허 제3,957,537호, 제4,249,958호, 제4,321,418호, 제5,508,205호, 제5,582,653호, 제5,728,230호, 제6,075,202호, 제6,288,323호, 제6,288,326호, 제6,538,192호, 제6,777,610호, 제6,822,157호, 및 제6,940,008호, 미국 특허 출원 공개 제20040191422호 및 제20050284516호, 및 유럽 특허 제0 343 628호; 제0 631 328호; 제1 005 096호; 및 제1 054 456호를 참조한다. 이들 출원에서, 가소화된 폴리(비닐 부티랄) 조성물은 대부분 고온 용융 접착제로서 사용되어 태양 전지를 봉지하고 보호한다.
태양 전지 모듈의 유용한 수명을 연장시키고 탈층을 방지하기 위해서는, 라미네이션 공정 동안 구성요소 층들 사이, 특히 봉지재와 태양 전지층 사이의 충분한 탈기를 갖는 것이 중요하다. 예를 들어, 충분한 탈기를 달성하기 위해서는, 봉지재 물질이 전지 주위를 용이하게 유동하고 개별 웨이퍼-기반 태양 전지들 사이의 간극(void)을 충전할 수 있다면 유리할 것이다. 박막 태양 전지에 관해서, (2 ㎛ 미만의 두께를 갖는) 박막 태양 전지에 비하여 훨씬 더 두꺼운 (150 내지 250 ㎛ 두께의) 크로스 리본 및 버스 바아와 같은 전기 배선의 존재로 인해, 봉지재와 태양 전지층 사이의 충분한 탈기를 제공하기 위해서 봉지재 물질이 배선 주위를 용이하게 유동하는 것이 더욱 더 중요하다. 추가로, 태양 전지를 위한 효과적인 보호층으로서 기능을 하기 위해서, 봉지재는 전형적인 작동 조건 하에서 크리핑(creeping) 또는 유동되지 않아야 한다. 현재 사용되는 가소화된 폴리(비닐 부티랄) 봉지재는 이들 요건을 충족시키기에 최적화되어 있지 않다.
본 발명은 태양 전지층 및 폴리(비닐 부티랄) 시트를 포함하는 태양 전지 모듈을 제공하는데, (a) 태양 전지층은 하나 또는 복수의 전기적으로 상호접속된 태양 전지를 포함하고; (b) 태양 전지층은 수광면 및 비-수광면을 갖고; (c) 폴리(비닐 부티랄) 시트는 ASTM 1238(150℃, 5 ㎏ 하중, 2 ㎜ 오리피스)에 따라 측정될 때 용융 유량(MFR)이 0.8 내지 2 g/10분이고, 폴리(비닐 부티랄) 수지 및 가소제를 포함하고; (d) 폴리(비닐 부티랄) 시트는 태양 전지층의 2개의 면 중 하나에 라미네이팅된다.
일 실시 형태에서, 폴리(비닐 부티랄) 시트는 MFR이 1 내지 1.7 g/10분이다.
추가의 실시 형태에서, 폴리(비닐 부티랄) 시트는 MFR이 1.1 내지 1.3 g/10분이다.
다른 추가의 실시 형태에서, 폴리(비닐 부티랄) 시트는 두께가 0.25 내지 1.52 ㎜이다.
다른 추가의 실시 형태에서, 폴리(비닐 부티랄) 시트는 두께가 0.38 내지 1.14 ㎜이다.
다른 추가의 실시 형태에서, 폴리(비닐 부티랄) 수지는 중량 평균 분자량이 30,000 내지 600,000이고, 폴리비닐 알코올(PVOH)로서 계산된 하이드록실 기를 12 내지 23 중량% 포함한다.
다른 추가의 실시 형태에서, 폴리(비닐 부티랄) 수지는 중량 평균 분자량이 200,000 내지 300,000이고, 폴리비닐 알코올(PVOH)로서 계산된 하이드록실 기를 15 내지 19 중량% 포함한다.
다른 추가의 실시 형태에서, 폴리(비닐 부티랄) 시트는 폴리(비닐 부티랄) 수지의 건조 중량을 기준으로 5 내지 80 pph(part per hundred)의 가소제를 포함한다.
다른 추가의 실시 형태에서, 폴리(비닐 부티랄) 시트는 폴리(비닐 부티랄) 수지의 건조 중량을 기준으로 30 내지 40 pph의 가소제를 포함하고, 가소제는 트라이에틸렌 글리콜 다이-2-에틸헥사노에이트, 테트라에틸렌 글리콜 다이-n-헵타노에이트, 다이부틸 세바케이트, 및 이들의 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
다른 추가의 실시 형태에서, 폴리(비닐 부티랄) 시트는 태양 전지층에 직접 라미네이팅된다.
다른 추가의 실시 형태에서, 모듈은 태양 전지층의 수광면에 라미네이팅된 전방 봉지재층 및 태양 전지층의 비-수광면에 라미네이팅된 후방 봉지재층을 포함하며, 전방 및 후방 봉지재층의 하나는 상기된 폴리(비닐 부티랄) 시트이고, 전방 및 후방 봉지재층의 나머지 하나는 산 공중합체, 이오노머, 폴리(에틸렌 비닐 아세테이트), 폴리(비닐 아세탈), 폴리우레탄, 폴리비닐클로라이드, 폴리에틸렌, 폴리올레핀 블록 공중합체 탄성중합체, 폴리(α-올레핀-코-α,β-에틸렌계 불포화 카르복실산 에스테르) 공중합체, 실리콘 탄성중합체, 에폭시 수지, 및 그 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 중합체 재료를 포함한다.
다른 추가의 실시 형태에서, 모듈은 상기된 폴리(비닐 부티랄) 시트를 2개 포함하며, 전방 및 후방 봉지재층의 각각은 이들 2개의 폴리(비닐 부티랄) 시트 중 하나이다.
다른 추가의 실시 형태에서, 모듈은 입사층 및/또는 배킹층을 추가로 포함하며, 입사층은 모듈의 최외 표면층이고 태양 전지층의 수광면 상에 위치되고, 배킹층은 모듈의 최외 표면층이고 태양 전지층의 비-수광면 상에 위치된다.
추가의 실시 형태에서, 입사층은 (i) 유리 시트, (ii) 폴리카르보네이트, 아크릴, 폴리아크릴레이트, 환형 폴리올레핀, 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리에스테르, 플루오로중합체, 또는 이들의 둘 이상의 조합을 포함하거나 그로 제조된 중합체 시트, 및 (iii) 폴리에스테르, 폴리카르보네이트, 폴리올레핀, 노르보르넨 중합체, 폴리스티렌, 스티렌-아크릴레이트 공중합체, 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체, 폴리설폰, 나일론, 폴리우레탄, 아크릴, 셀룰로오스 아세테이트, 셀로판, 폴리(비닐 클로라이드), 플루오로중합체, 또는 이들의 둘 이상의 조합을 포함하거나 그로 제조된 중합체 필름으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 배킹층은 (iv) 유리 시트, (v) 중합체 시트, (vi) 중합체 필름, (vii) 금속 시트, 및 (viii) 세라믹판으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 중합체 시트는 폴리카르보네이트, 아크릴, 폴리아크릴레이트, 환형 폴리올레핀, 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리에스테르, 플루오로중합체, 또는 이들의 둘 이상의 조합을 포함하거나 그로 제조되고, 상기 중합체 필름은 폴리에스테르, 폴리카르보네이트, 폴리올레핀, 노르보르넨 중합체, 폴리스티렌, 스티렌-아크릴레이트 공중합체, 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체, 폴리설폰, 나일론, 폴리우레탄, 아크릴, 셀룰로오스 아세테이트, 셀로판, 폴리(비닐 클로라이드), 플루오로중합체, 또는 이들의 둘 이상의 조합을 포함하거나 그로 제조된다.
다른 추가의 실시 형태에서, 태양 전지는 결정질 규소(c-Si) 및 다결정질 실리콘(mc-Si) 기반 태양 전지로 이루어진 군으로부터 선택되는 웨이퍼-기반 태양 전지이다. 그러한 모듈은 (i) 입사층, (ii) 태양 전지층의 수광면에 라미네이팅되는 전방 봉지재층, (iii) 태양 전지층, (iv) 태양 전지층의 비-수광면에 라미네이팅되는 후방 봉지재층, 및 (v) 배킹층의 위치 순으로 본질적으로 이루어질 수 있으며, 전방 및 후방 봉지재층 중 하나는 상기된 폴리(비닐 부티랄) 시트이다. 대안적으로, 그러한 모듈은 상기된 폴리(비닐 부티랄) 시트를 2개 포함할 수 있으며, 전방 및 후방 봉지재층의 각각은 이들 2개의 폴리(비닐 부티랄) 시트 중 하나를 포함한다.
다른 추가의 실시 형태에서, 태양 전지는 비정질 규소(a-Si), 미세결정질 규소(μc-Si), 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 구리 인듐 셀레나이드(CIS), 구리 인듐/갈륨 다이셀레나이드(CIGS), 흡광 염료, 및 유기 반도체 기반 태양 전지로 이루어진 군으로부터 선택되는 박막 태양 전지이다. 그러한 모듈은 (i) 입사층, (ii) 상기된 폴리(비닐 부티랄) 시트를 포함하는 전방 봉지재층, 및 (iii) 태양 전지층의 위치 순으로 본질적으로 이루어질 수 있으며, 태양 전지층은 기재를 추가로 포함하며, 기재 상에는 박막 태양 전지가 침착되고, 기재는 기재가 모듈의 최외 표면이 되고 태양 전지층의 비-수광면 상에 위치되도록 위치된다. 대안적으로, 모듈은 (i) 태양 전지층, (ii) 상기된 폴리(비닐 부티랄) 시트를 포함하는 후방 봉지재층, 및 (iii) 배킹층의 위치 순으로 본질적으로 이루어지며, 태양 전지층은 상층재를 추가로 포함하며, 상층재 상에는 박막 태양 전지가 침착되고, 상층재는 상층재가 태양 전지층의 수광면 상의 모듈의 최외 표면이 되도록 위치된다.
본 발명은 태양 전지 모듈의 제조 방법을 추가로 제공하며, 본 방법은 (i) 상기 태양 전지 모듈에서 설명된 모든 구성요소 층을 포함하는 조립체를 제공하는 단계 및 (ii) 태양 전지 모듈을 형성하도록 조립체를 라미네이팅하는 단계를 포함한다. 일 실시 형태에서, 라미네이팅하는 단계는 조립체에 열 및 선택적으로 진공 또는 압력을 가함으로써 수행된다.
<도 1>
도 1은 본 명세서에 개시된 웨이퍼-기반 태양 전지 모듈의 비축척 단면도.
<도 2>
도 2는 본 명세서에 개시된 하나의 특정 박막 태양 전지 모듈의 비축척 단면도.
<도 3>
도 3은 본 명세서에 개시된 다른 박막 태양 전지 모듈의 비축척 단면도.
달리 정의되지 않는다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 상충되는 경우에는, 정의를 포함한 본 명세서가 좌우할 것이다.
본 명세서에서 설명되는 것과 유사하거나 동등한 방법 및 재료가 본 발명의 실시 또는 시험에서 사용될 수 있지만, 적합한 방법 및 재료가 본 명세서에 기재된다.
달리 언급되지 않는다면, 모든 백분율, 부, 비 등은 중량 기준이다.
양, 농도, 또는 다른 값 또는 파라미터가 범위, 바람직한 범위 또는 바람직한 상한값 및 바람직한 하한값의 열거로서 주어지는 경우, 범위가 별도로 개시되는 지에 상관없이 임의의 한 쌍의 임의의 위쪽 범위 한계치 또는 바람직한 값 및 임의의 아래쪽 범위 한계치 또는 바람직한 값으로 형성된 모든 범위를 구체적으로 개시하는 것으로 이해되어야 한다. 명세서에서 수치 범위를 인용하는 경우, 달리 언급되지 않는다면, 그 범위는 그 종점, 및 상기 범위 내의 모든 정수 및 분수를 포함하고자 하는 것이다. 본 발명의 범주는 범위를 정의할 때 언급되는 특정한 값들에 한정되는 것으로 의도되는 것은 아니다.
용어 "약"이 범위의 값 또는 종점을 설명하는 데 사용될 때, 그 개시 내용은 언급되는 특정한 값 또는 종점을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "포함하다(comprise)", "포함하는(comprising)", "함유하다(include)", "함유하는(including) ", "포함하는(containing)", "~을 특징으로 하는(characterized by)" "갖는다(has)" "갖는(having)"이라는 용어들 또는 이들의 임의의 기타 변형은 배타적이지 않은 포함을 커버하고자 한다. 예를 들어, 구성요소들의 목록을 포함하는 공정, 방법, 물품, 또는 장치는 반드시 그러한 구성요소만으로 제한되지는 않고, 명확하게 열거되지 않거나 그러한 공정, 방법, 물품, 또는 장치에 내재적인 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 또한, 명백히 반대로 기술되지 않는다면, "또는"은 포괄적인 '또는'을 말하는 것이지 배타적인 '또는'을 말하는 것은 아니다.
이행구 "~로 본질적으로 이루어진"은 명시된 물질 또는 단계 및 청구된 발명의 기본적인 및 신규한 특징(들)에 실질적으로 영향을 주지 않는 것들로 청구항의 범주를 제한한다.
출원인들이 "포함하는 "과 같은 무제한(open-ended) 용어를 사용하여 본 발명 또는 그의 일부를 정의한 경우, (달리 언급되지 않는다면) 그 설명은 "~로 본질적으로 이루어진"이라는 용어를 사용하여 그러한 발명을 또한 설명하는 것으로 해석되어야 한다는 것이 용이하게 이해되어야 한다.
단수형("a" 또는 "an")의 사용은 본 발명의 요소 및 구성요소를 설명하기 위해 채용된다. 이는 단지 편의상 그리고 본 발명의 전반적인 의미를 제공하기 위한 것이다. 이러한 설명은 하나 또는 적어도 하나를 포함하는 것으로 이해되어야 하고, 단수형은 그가 달리 의미하는 것이 명백하지 않으면 복수를 또한 포함한다.
소정의 중합체의 설명에 있어서, 때때로 출원인들은 중합체를 제조하기 위해 사용되는 단량체 또는 중합체를 제조하기 위해 사용되는 단량체의 양에 의해 그 중합체를 언급하는 것으로 이해되어야 한다. 그러한 설명은 최종 중합체를 설명하기 위해 사용되는 특정 명명법을 포함하지 않을 수 있거나 또는 제법 한정 물건(product-by-process) 용어를 포함하지 않을 수 있지만, 단량체 및 양에 대한 임의의 그러한 언급은 중합체가 그러한 단량체 또는 단량체의 양, 및 상응하는 중합체 및 그 조성물로부터 제조됨을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명을 설명 및/또는 청구하는 데 있어서, 용어 "공중합체"는 둘 이상의 단량체의 공중합 유닛을 포함하는 중합체를 말하는 데 사용된다.
용어 "유한량" 및 "유한값"은 0보다 큰 양을 말하는 데 사용된다.
본 출원의 목적을 위해, 용어 "폴리(비닐 부티랄) 조성물", "폴리(비닐 부티랄) 수지 조성물", 및 "가소화된 폴리(비닐 부티랄) 조성물"은 유한량의 폴리(비닐 부티랄) 및 유한량의 가소제를 포함하는 조성물을 말하는 데 상호교환적으로 사용된다. 추가로, 상기에 정의된 바와 같은 폴리(비닐 부티랄) 조성물은 단일 가소제 또는 가소제들의 혼합물을 포함할 수 있다. 그러나 편의상, 폴리(비닐 부티랄) 조성물을 설명할 때, 가소제들의 혼합물을 또한 "가소제"라고 부를 수 있다. 즉, 본 명세서에 사용되는 단수 형태의 단어 "가소제"는 하나의 가소제 또는 둘 이상의 가소제들의 혼합물의 사용을 나타낼 수 있다.
용어 "가소화된 폴리(비닐 부티랄) 시트" 및 "폴리(비닐 부티랄) 시트"는 상기에 정의된 폴리(비닐 부티랄) 조성물을 포함하는 중합체 시트를 말하는 데 상호교환적으로 사용된다.
본 발명은 ASTM 1238(150℃, 5 ㎏ 하중, 2 ㎜ 오리피스)에 따라 측정될 때 용융 유량(MFR)이 0.8 내지 2 g/10분인 소정의 고 용융 유동 폴리(비닐 부티랄) 시트를 포함하거나 그로 제조된 태양 전지 봉지재 시트를 제공한다. 바람직하게는, 고 용융 유동 폴리(비닐 부티랄) 시트는 ASTM 1238(150℃, 5 ㎏ 하중, 2 ㎜ 오리피스)에 따라 측정될 때, MFR이 0.9 내지 1.8 g/10분 또는 더 바람직하게는 1 내지 1.7 g/10분 또는 더욱 더 바람직하게는 1.1 내지 1.3 g/10분이다. 본 발명의 경우, 중합체 시트 및 중합체 시트 재료에 포함된 전체 중합체 조성물이 동일한 MFR을 가질 것임을 당업자는 이해할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 MFR의 값은 폴리(비닐 부티랄) 시트 및 시트 재료에 포함된 전체 폴리(비닐 부티랄) 조성물 둘 모두를 특징으로 한다.
폴리(비닐 부티랄)은 폴리(비닐 알코올)과 부티르알데히드의 축합으로부터 생성되는 비닐 수지이다. 폴리(비닐 부티랄)은 수성 또는 용매 아세탈화에 의해서 생성될 수 있다. 용매 공정에 있어서, 아세탈화는 폴리(비닐 부티랄)을 용해하기에 충분한 용매의 존재 하에 실시되며 아세탈화의 종료시 균질한 용액을 생성한다. 폴리(비닐 부티랄)은 물을 사용한 고체 입자의 침전에 의해 용액으로부터 분리되고 나서, 세척 및 건조된다. 사용된 용매는 에탄올과 같은 저급 지방족 알코올이다. 수성 공정에 있어서, 아세탈화는 약 20℃ 내지 약 100℃의 온도에서 산 촉매의 존재 하에 부티르알데히드를 폴리(비닐 알코올)의 수용액에 첨가하고, 중간생성물 폴리(비닐 부티랄)이 미세분할된 형태로 침전하도록 혼합물을 교반하며, 반응 혼합물이 원하는 종점으로 진행될 때까지 가열하면서 계속 교반하는 것에 의해 그리고 이후의 촉매의 중화, 분리, 안정화 및 폴리(비닐 부티랄)의 건조에 의해 실시된다. 예를 들어, 폴리(비닐 부티랄)은 미국 특허 제3,153,009호 및 미국 특허 제4,696,971호에 개시된 바와 같이 생성될 수 있다.
고 용융 유동 폴리(비닐 부티랄) 시트에 포함되는 폴리(비닐 부티랄) 수지는 낮은 각도의 레이저광 산란을 사용하는 크기 배제 크로마토그래피(size exclusion chromatography)에 의해 측정될 때, 30,000 내지 600,000, 바람직하게는 45,000 내지 300,000, 또는 더 바람직하게는 200,000 내지 300,000의 중량 평균 분자량을 가질 수 있다. 폴리(비닐 부티랄)은 폴리비닐 알코올(PVOH)로서 계산된 하이드록실 기를 12 내지 23 중량%, 바람직하게는 14 내지 21 중량%, 더 바람직하게는 15 내지 19.5 중량%, 또는 가장 바람직하게는 15 내지 19중량% 포함할 수 있다. 이러한 하이드록실가(hydroxyl number)는 ASTM D1396-92 (1998)와 같은 표준 방법에 따라 결정될 수 있다. 게다가, 바람직한 폴리(비닐 부티랄)은 폴리비닐 에스테르로서 계산된 잔류 에스테르 기, 전형적으로 아세테이트 기를 최대 10%, 또는 더 바람직하게는 최대 3% 포함할 수 있으며, 이때 나머지는 부티르알데히드 아세탈이다. 폴리(비닐 부티랄)은 미국 특허 제5,137,954호에 개시된 바와 같이, 부티랄 이외의 미량의 아세탈 기, 예를 들어 2-에틸 헥사날을 추가로 포함할 수 있다.
폴리(비닐 부티랄)에 더하여, 본 발명의 고 용융 유동 폴리(비닐 부티랄) 시트는 또한, 폴리(비닐 부티랄) 수지 중량을 기준으로, 15 내지 80 pph의 가소제를 함유한다. 폴리(비닐 부티랄) 수지 중량을 기준으로, 바람직하게는 25 내지 45 pph, 더 바람직하게는 30 내지 40 pph, 또는 가장 바람직하게는 33 내지 38 pph의 가소제가 시트 조성물에 포함된다. 가소제는 폴리(비닐 부티랄) 시트에 대하여 유연성 및 가공성을 향상시킨다. 폴리(비닐 부티랄) 조성물에 적합한 가소제는 당업계에 알려져 있다 (예를 들어, 미국 특허 제3,841,890호, 제4,144,217호, 제4,276,351호, 제4,335,036호, 제4,902,464호, 제5,013,779호, 및 제5,886,075호 참조). 다가 알코올 또는 다가산(polybasic acid)의 에스테르가 통상적으로 사용되는 이들 가소제 중 하나이다. 바람직한 가소제에는, 트라이에틸렌 글리콜 또는 테트라에틸렌 글리콜과 6 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 지방족 카르복실산의 반응으로부터 얻어지는 다이에스테르; 세바식산과 1 내지 18개의 탄소 원자를 갖는 지방족 알코올의 반응으로부터 얻어지는 다이에스테르; 올리고에틸렌 글리콜 다이-2-에틸헥사노에이트; 테트라에틸렌 글리콜 다이-n-헵타노에이트; 다이헥실 아디페이트; 다이옥틸 아디페이트; 헵틸 및 노닐 아디페이트의 혼합물; 다이부틸 세바케이트; 트라이부톡시에틸포스페이트; 아이소데실페닐포스페이트; 트라이아이소프로필포스파이트; 중합체 가소제, 예를 들어 오일-개질된 세바시드 알키드(sebacid alkyd); 포스페이트 및 아디페이트의 혼합물; 아디페이트 및 알킬 벤질 프탈레이트의 혼합물; 및 그 혼합물이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 더 바람직한 가소제에는 트라이에틸렌 글리콜 다이-2-에틸헥사노에이트, 테트라에틸렌 글리콜 다이-n-헵타노에이트, 다이부틸 세바케이트, 및 그 혼합물이 포함된다. 더욱 더 바람직한 가소제에는 트라이에틸렌 글리콜 다이-2-에틸헥사노에이트, 테트라에틸렌 글리콜 다이-n-헵타노에이트, 및 그 혼합물이 포함된다. 가장 바람직한 가소제는 트라이에틸렌 글리콜 다이-2-에틸헥사노에이트이다.
일반적으로, 소정의 MFR을 가진 폴리(비닐 부티랄) 시트를 얻기 위해서, 절차는 흔히 (a) 비-가소화된 폴리(비닐 부티랄) 수지를 제조하는 데 사용되는 폴리(비닐 알코올)의 분자량 또는 MFR을 조정하는 단계 및/또는 (b) 폴리(비닐 부티랄) 시트 조성물에 함유된 가소제의 수준을 조정하는 단계를 포함한다. 구체적으로, 보다 낮은 분자량 또는 보다 높은 MFR을 가진 폴리(비닐 알코올)로부터 유도된 비-가소화된 폴리(비닐 부티랄) 수지는 또한 보다 낮은 분자량 또는 보다 높은 MFR을 갖는 경향이 있으며, 가소제와 조합될 때, 보다 높은 MFR을 가진 가소화된 폴리(비닐 부티랄) 시트를 생성하게 된다. 한편, 폴리(비닐 부티랄) 시트에 함유된 가소제의 수준이 더 높을수록, 시트의 MFR은 더 높게 된다. 시트에 포함된 비-가소화된 폴리(비닐 부티랄) 수지의 분자량 또는 MFR 및/또는 시트에 포함된 가소제의 수준을 조정함으로써 상기된 고 용융 유동 가소화된 폴리(비닐 부티랄) 시트를 생성하는 것은 임의의 숙련된 기술자의 능력 범위 내이다. 바람직하게는, 상기된 고 용융 유동 폴리(비닐 부티랄) 시트의 MFR은 비-가소화된 폴리(비닐 부티랄) 수지의 분자량 또는 MFR을 조정함으로써 달성된다. 더 바람직하게는, 상기된 고 용융 유동 폴리(비닐 부티랄) 시트의 MFR은 상기에 명시된 가장 바람직한 가소제 수준을 유지하면서 비-가소화된 폴리(비닐 부티랄) 수지의 분자량 또는 MFR을 조정함으로써 달성된다.
고 용융 유동 폴리(비닐 부티랄) 시트에 대한 MFR의 하한은 시트 재료가 라미네이션 공정 동안 태양 전지(들) 및 전기 배선(예를 들어, 크로스 리본 및 버스 바아) 주위를 충분히 유동하고 이를 완전히 봉지할 수 있게 하도록 결정하였다. 보다 낮은 MFR을 갖는 당업계에서 현재 사용되는 폴리(비닐 부티랄) 봉지재 시트는 라미네이션 조건 하에서 충분한 유동을 갖지 않는다. 그러한 결함을 극복하려는 시도는 전형적으로 (i) 흔히 파손되거나 균열된 입사층, 배킹층, 및/또는 태양 전지(들)를 생성하는, 라미네이션 공정 동안 증가된 압력을 인가하는 단계 및/또는 (ii) 바람직하지 않게 두껍고 무거운 태양 전지 모듈을 생성하는, 폴리(비닐 부티랄) 봉지재 시트의 두께를 증가시키는 단계를 포함한다.
고 용융 유동 폴리(비닐 부티랄) 시트에 대한 MFR의 상한은 깨지기 쉬운 태양 전지(들)에 대한 충분한 보호를 제공하고 시트 재료가 라미네이션 공정 동안 또는 태양 전지 모듈의 의도된 수명인 20 내지 30년에 걸쳐 태양 전지 모듈의 에지 외부로 크리핑되는 것을 방지하도록 결정하였다.
예를 들어, 고 용융 유동 폴리(비닐 부티랄) 시트와 태양 전지 모듈 내의 다른 구성요소 층 사이의 접착제 접합을 제어하기 위한 접착력 제어 첨가제가 또한 시트 조성물에 포함될 수 있다. 그러한 첨가제는 일반적으로 유기 및 무기산의 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 염이다. 바람직하게는, 이들은 2 내지 16개의 탄소 원자를 갖는 유기 카르복실산의 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 염이다. 더 바람직하게는, 그들은 2 내지 16개의 탄소 원자를 갖는 유기 카르복실산의 마그네슘 또는 칼륨 염이다. 접착력 제어 첨가제의 구체적인 예에는, 예를 들어 칼륨 아세테이트, 칼륨 포르메이트, 칼륨 프로파노에이트, 칼륨 부타노에이트, 칼륨 펜타노에이트, 칼륨 헥사노에이트, 칼륨 2-에틸부틸레이트, 칼륨 헵타노에이트, 칼륨 옥타노에이트, 칼륨 2-에틸헥사노에이트, 마그네슘 아세테이트, 마그네슘 포르메이트, 마그네슘 프로파노에이트, 마그네슘 부타노에이트, 마그네슘 펜타노에이트, 마그네슘 헥사노에이트, 마그네슘 2-에틸부틸레이트, 마그네슘 헵타노에이트, 마그네슘 옥타노에이트, 마그네슘 2-에틸헥사노에이트 등 및 그 혼합물이 포함된다. 접착력 제어 첨가제는 조성물의 총 중량을 기준으로, 전형적으로 0.001 내지 약 0.5 중량%의 범위로 사용된다.
트랜스(Trans)(등록상표) 290 또는 트랜스(등록상표) 296(미국 위스콘신주 브리스톨 소재의 트랜스-켐코 컴퍼니(Trans-Chemco Company)) 또는 Q-23183(등록상표)(미국 미시간주 미들랜드 소재의 다우 케미칼 컴퍼니(Dow Chemical Company))과 같은 표면 장력 제어제가 또한 폴리(비닐 부티랄) 시트 조성물에 함유될 수 있다.
고 용융 유동 폴리(비닐 부티랄) 시트는 또한 당업계에 알려진 다른 첨가제를 함유할 수 있다. 첨가제에는 처리 조제, 유동 향상 첨가제, 윤활제, 안료, 염료, 난연제, 충격 조절제, 핵화제(nucleating agent), 블로킹 방지제(anti-blocking agent), 예를 들어 실리카, 열 안정화제, UV 흡수제, UV 안정화제, 분산제, 계면활성제, 킬레이팅제, 커플링제, 보강 첨가제, 예를 들어 유리 섬유, 충전제 등이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 일반적으로, 보강 첨가제 및 충전제와 같이 조성물의 광학 투명도(optical clarity)를 감소시킬 수 있는 첨가제는 후방 봉지재로서 사용되는 시트용으로 마련된다.
열 안정화제가 사용될 수 있으며, 이는 당업계에 널리 개시되어 있다. 알려진 임의의 열 안정화제가 본 발명에 이용될 수 있다. 바람직한 일반적인 부류의 열 안정화제에는 페놀계 산화방지제, 알킬화 모노페놀, 알킬티오메틸페놀, 하이드로퀴논, 알킬화 하이드로퀴논, 토코페롤, 하이드록실화 티오다이페닐 에테르, 알킬리덴비스페놀, O-, N- 및 S-벤질 화합물, 하이드록시벤질화 말로네이트, 방향족 하이드록시벤질 화합물, 트라이아진 화합물, 아민계 산화방지제, 아릴 아민, 다이아릴 아민, 폴리아릴 아민, 아실아미노페놀, 옥사미드, 금속 불활성화제, 포스파이트, 포스포나이트, 벤질포스포네이트, 아스코르브산(비타민 C), 과산화물을 파괴하는 화합물, 하이드록실아민, 나이트론, 티오시너지스트(thiosynergist), 벤조푸라논, 인돌리논 등 및 그 혼합물이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 더 바람직하게는, 열 안정화제는 비스-페놀계 산화방지제이다. 그러한 조성물은 의외로, 특히 트라이에틸렌 글리콜 다이-2-에틸헥사노에이트 가소제와 조합하여 사용될 때, 가소화된 폴리(비닐 부티랄)을 제조하기에 적합함이 밝혀졌다. 적합한 특정 비스-페놀계 산화방지제에는 2,2'-에틸리덴비스(4,6-다이-t-부틸페놀); 4,4'-부틸리덴비스(2-t-부틸-5-메틸페놀); 2,2'-아이소부틸리덴비스(6-t-부틸-4-메틸페놀); 및 2,2'-메틸렌비스(6-t-부틸-4-메틸페놀)이 포함된다. 비스-페놀계 산화방지제는 상표명 아녹스(Anox)(등록상표) 29 및 로우이녹스(Lowinox)(등록상표) 22M46, 44B25, 및 22IB46(미국 인디애나주 인디애나폴리스 소재의 그레이트 레이크스 케미칼 코포레이션(Great Lakes Chemical Corporation))으로 구매가능하다. 고 용융 유동 폴리(비닐 부티랄) 시트는 임의의 유효량의 열 안정화제를 함유할 수 있다. 열 안정화제의 사용은 선택적이며, 일부 경우에는 바람직하지 않다. 사용될 때, 폴리(비닐 부티랄) 시트는 시트 조성물의 총 중량을 기준으로, 적어도 0.05 중량%, 및 최대 10 중량%, 더 바람직하게는 최대 5 중량%, 그리고 가장 바람직하게는 최대 1 중량%의 열 안정화제를 함유한다.
UV 흡수제가 사용될 수 있으며, 이는 또한 당업계에 널리 개시되어 있다. 알려진 임의의 UV 흡수제가 본 발명에서 이용될 수 있다. 바람직한 일반적인 부류의 UV 흡수제에는 벤조트라이아졸 유도체, 하이드록시벤조페논, 하이드록시페닐 트라이아진, 치환 및 비치환된 벤조산의 에스테르 등 및 그 혼합물이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 고 용융 유동 폴리(비닐 부티랄) 시트는 임의의 유효량의 UV 흡수제를 함유할 수 있다. UV 흡수제의 사용은 선택적이며, 일부 경우에는 바람직하지 않다. 사용될 때, 폴리(비닐 부티랄) 시트는 시트 조성물의 총 중량을 기준으로, 적어도 0.05 중량%, 및 최대 10 중량%, 더 바람직하게는 최대 5 중량%, 그리고 가장 바람직하게는 최대 1 중량%의 UV 흡수제를 함유한다.
장애 아민 광 안정화제(HALS)가 사용될 수 있으며, 이는 또한 당업계에 널리 개시되어 있다. 일반적으로, 장애 아민 광 안정화제는 아민 작용기에 인접한 탄소 원자 상의 지방족 치환기로부터 일반적으로 유도되는 입체 장애를 추가로 포함하는, 2차, 3차, 아세틸화된, N-하이드로카르빌옥시 치환된, 하이드록시 치환된 N-하이드로카르빌옥시 치환된, 또는 다른 치환된 환형 아민인 것으로 개시된다. 고 용융 유동 폴리(비닐 부티랄) 시트는 임의의 유효량의 장애 아민 광 안정화제를 함유할 수 있다. 장애 아민 광 안정화제의 사용은 선택적이며, 일부 경우에는 바람직하지 않다. 사용될 때, 폴리(비닐 부티랄) 시트는 시트 조성물의 총 중량을 기준으로, 적어도 0.05 중량%, 및 최대 10 중량%, 더 바람직하게는 최대 5 중량%, 그리고 가장 바람직하게는, 최대 1 중량%의 장애 아민 광 안정화제를 함유한다.
고 용융 유동 폴리(비닐 부티랄) 시트는 알려진 임의의 공정을 통해 생성될 수 있다. 일반적으로, 폴리(비닐 부티랄) 시트는 압출 캐스팅 공정을 통해 생성된다. 시트는 매끄럽거나 거친 표면을 가질 수 있다. 바람직하게는, 폴리(비닐 부티랄) 시트는 라미네이션 공정 동안에 탈기를 용이하게 하기 위해 거친 표면을 갖는다.
예를 들어, 고 용융 유동 폴리(비닐 부티랄) 시트는, 초기에 폴리(비닐 부티랄)을 적절한 양의 가소제와 혼합하고 이어서 시트-형상화 다이를 통해 조성물을 압출함으로써, 즉 용융된 가소화된 폴리(비닐 부티랄) 조성물을, 길이 및 폭에 있어서 형성되는 시트의 길이 및 폭과 실질적으로 일치하는 수평으로 길고 수직으로 좁은 다이 개구를 통해 가압함으로써 형성될 수 있다. 가소화된 폴리(비닐 부티랄) 조성물은 일반적으로 225℃ 내지 245℃의 온도에서 압출될 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 제4,281,980호에 개시된 바와 같이, 압출하는 시트의 일 면 또는 양 면의 거친 표면은 바람직하게는 다이 개구의 설계 및 압출물이 통과하는 다이 출구 표면의 온도에 의해 제공된다. 압출하는 폴리(비닐 부티랄) 시트의 바람직한 거친 표면을 생성하기 위한 대안적인 기술은 중합체 분자량 분포, 물 함량 및 용융 온도 중 하나 이상의 상세 사항 및 제어를 포함한다. 가소화된 폴리(비닐 부티랄)의 시트 형성은 미국 특허 제2,904,844호, 제2,909,810호, 제3,679,788호, 제3,994,654호, 제4,161,565호, 제4,230,771호, 제4,292,372호, 제4,297,262호, 제4,575,540호, 제5,151,234호, 및 제5,886,675호 및 유럽 특허 제0 185 863호에 개시되어 있다. 대안적으로, 압출된 그대로의 폴리(비닐 부티랄) 시트는, 용융된 중합체의 일 면에 바람직한 표면 특성을 부여하는 다이의 출구에 근접하여 위치된 다이 롤의 특별히 제조된 표면 위로 지나갈 수 있다. 따라서, 그러한 롤의 표면이 미세한 피크(peak) 및 밸리(valley)를 가지는 경우, 그 위에 캐스팅된 중합체로 형성된 시트는 롤과 접촉하는 쪽에 거친 표면을 가질 것이며, 상기 거친 표면은 일반적으로 롤 표면의 밸리 및 피크와 각각 일치한다. 그러한 다이 롤이, 예를 들어 미국 특허 제4,035,549호에 개시되어 있다. 거친 시트 표면은, 라미네이션 공정을 단순화하고 우수한 태양 전지 모듈을 제공하는 데 바람직하다. 그러한 거친 표면은 단지 일시적이며 특히 라미네이팅 동안에 탈기를 용이하게 하는 기능을 하고, 그 후에는 오토클레이빙(autoclaving) 및 다른 라미네이션 공정과 관련된 상승된 온도 및 압력으로 인해 용융되어 매끄럽게 되는 것으로 이해된다.
고 용융 유동 폴리(비닐 부티랄) 시트의 두께는 0.25 내지 1.52 ㎜(10 내지 60 밀(mil))일 수 있다. 바람직하게는, 고 용융 유동 폴리(비닐 부티랄) 시트의 두께는 0.38 내지 1.14 ㎜(15 내지 45 밀), 더 바람직하게는 0.38 내지 1.02 ㎜(15 내지 40 밀), 더욱 더 바람직하게는 0.38 내지 0.89 ㎜(15 내지 35 밀), 그리고 더욱 더 바람직하게는 0.51 내지 0.89 ㎜(20 내지 35 밀)로, 이용되는 봉지재의 양을 최소화하면서 태양 전지에 적절한 보호를 제공하게 된다. 두께의 최소화는 시트의 투명도 및 광 투과도를 개선할 것이며, 이러한 개선은 또한 그를 포함하는 태양 전지 모듈의 효율을 향상시킬 것이다. 이는 최종 태양 전지 모듈의 두께 및 중량을 추가로 바람직하게 감소시킬 수 있다. 한편, 고 용융 유동 폴리(비닐 부티랄) 시트는 또한 태양 전지와, 크로스 리본 및 버스 바아와 같은 배선 주위를 유동하고 이를 봉지하기에 충분한 두께를 가질 필요가 있다.
본 발명은 상기된 고 용융 유동 폴리(비닐 부티랄) 시트의 적어도 하나의 층 및 하나 또는 복수의 태양 전지로 구성된 태양 전지층을 포함하는 태양 전지 모듈을 추가로 제공한다. 바람직하게는, 태양 전지는 전기적으로 상호접속되고 그리고/또는 평면으로 배열된다.
용어 "태양 전지"는 광을 전기 에너지로 변환시킬 수 있는 임의의 물품을 포함하는 것을 의미한다. 본 발명에 유용한 태양 전지에는 웨이퍼-기반 태양 전지(예를 들어, 배경기술 섹션에 전술된 바와 같은, c-Si 또는 mc-Si 기반 태양 전지) 및 박막 태양 전지(예를 들어, 배경기술 섹션에 전술된 바와 같은, a-Si, μc-Si, CdTe, 또는 CI(G)S 기반 태양 전지)가 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 태양 전지층 내에서, 태양 전지들은 전기적으로 상호접속되는 것이 바람직하다. 추가로, 태양 전지층은 크로스 리본 및 버스 바아와 같은 전기 배선을 추가로 포함할 수 있다.
태양 전지 모듈은 전형적으로 태양 전지층에 라미네이팅되고 봉지재층으로서의 역할을 하는 고 용융 유동 폴리(비닐 부티랄) 시트의 적어도 하나의 층을 포함한다. "라미네이팅된"은, 라미네이팅된 구조체 내에서, 2개의 층이 직접적으로 (즉, 2개의 층 사이에 임의의 추가의 재료 없이) 또는 간접적으로 (즉, 2개의 층 사이에 중간층 또는 접착제 물질과 같은 추가의 재료를 이용하여) 접합되는 것을 의미한다. 바람직하게는, 고 용융 유동 폴리(비닐 부티랄) 시트는 태양 전지층에 직접 라미네이팅되거나 또는 접합된다.
태양 전지 모듈은 다른 중합체 재료, 예를 들어 산 공중합체(즉, α-올레핀 및 α,β-에틸렌계 불포화 카르복실산의 공중합체), 이오노머(즉, α-올레핀 및 α,β-에틸렌계 불포화 카르복실산의 산 공중합체를 부분 또는 완전 중화시킴으로써 생성되는 공중합체), 폴리(에틸렌 비닐 아세테이트), 폴리(비닐 아세탈)(음향 등급 폴리(비닐 아세탈)을 포함함), 폴리우레탄, 폴리(비닐 클로라이드), 폴리에틸렌(예를 들어, 선형 저밀도 폴리에틸렌), 폴리올레핀 블록 공중합체 탄성중합체, 폴리(α-올레핀-코-α,β-에틸렌계 불포화 카르복실산 에스테르)(예를 들어, 폴리(에틸렌-코-메틸 아크릴레이트) 및 폴리(에틸렌-코-부틸 아크릴레이트)), 실리콘 탄성중합체, 에폭시 수지, 및 이들의 둘 이상의 조합을 포함하거나 그로 제조된 추가의 봉지재층을 추가로 포함할 수 있다.
고 용융 유동 폴리(비닐 부티랄) 시트(들) 이외의 개별 봉지재층의 두께는 독립적으로 0.026 ㎜ 내지 3 ㎜(1 내지 120 밀), 바람직하게는 0.026 내지 1.02 ㎜(1 내지 40 밀), 또는 더 바람직하게는 0.026 내지 0.51 ㎜(1 내지 20 밀)일 수 있다. 태양 전지 모듈에 포함된 모든 봉지재층(들)은 매끄럽거나 거친 표면을 가질 수 있다. 바람직하게는, 라미네이션 공정을 통해 라미네이트의 탈기를 용이하게 하기 위해서 봉지재층(들)은 거친 표면을 갖는다.
태양 전지 모듈은 수광면 및 비-수광면에서 각각 모듈의 최외층으로서의 역할을 하는 입사층 및/또는 배킹층을 또 추가로 포함할 수 있다.
태양 전지 모듈의 외부층, 즉 입사층 및 배킹층은 임의의 적합한 시트 또는 필름으로부터 유도될 수 있다. 적합한 시트는 유리 또는 플라스틱 시트, 예를 들어 폴리카르보네이트, 아크릴, 폴리아크릴레이트, 환형 폴리올레핀(예를 들어, 에틸렌 노르보르넨 중합체), 폴리스티렌(바람직하게는, 메탈로센-촉매된 폴리스티렌), 폴리아미드, 폴리에스테르, 플루오로중합체, 또는 이들의 둘 이상의 조합일 수 있다. 추가적으로, 금속 시트, 예를 들어 알루미늄, 강, 아연도금 강, 또는 세라믹 플레이트가 배킹층을 형성하는 데 이용될 수 있다.
용어 "유리"는 창유리, 판유리, 실리케이트 유리, 시트 유리, 저철분 유리(low iron glass), 강화 유리(tempered glass), 강화 CeO 무함유 유리, 및 플로트(float) 유리뿐만 아니라, 착색 유리, (예컨대 태양열을 제어하는 성분들을 포함하는 것과 같은) 특수 유리, (예를 들어, 태양광 제어 목적을 위해 금속(예컨대, 은 또는 인듐주석 산화물)으로 스퍼터링된 것과 같은) 코팅된 유리, E-유리, 토로글래스(Toroglass), 솔렉스(Solex)(등록상표) 유리(미국 펜실베이니아주 피츠버그 소재의 피피지 인더스트리즈(PPG Industries)), 및 스타피어(Starphire)(등록상표) 유리(피피지 인더스트리즈)도 포함한다. 그러한 특수 유리는, 예를 들어 미국 특허 제4,615,989호, 제5,173,212호, 제5,264,286호, 제6,150,028호, 제6,340,646호, 제6,461,736호, 및 제6,468,934호에 개시되어 있다. 그러나, 특정 모듈용으로 선택되는 유리의 유형은 의도하는 용도에 좌우되는 것으로 이해된다.
적합한 필름층은, 폴리에스테르(예를 들어, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 및 폴리(에틸렌 나프탈레이트)), 폴리카르보네이트, 폴리올레핀(예를 들어, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 및 환형 폴리올레핀), 노르보르넨 중합체, 폴리스티렌(예를 들어, 신디오택틱 폴리스티렌), 스티렌-아크릴레이트 공중합체, 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체, 폴리설폰(예를 들어, 폴리에테르설폰, 폴리설폰 등), 나일론, 폴리(우레탄), 아크릴, 셀룰로오스 아세테이트(예를 들어, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 트라이아세테이트 등), 셀로판, 폴리(비닐 클로라이드)(예를 들어, 폴리(비닐리덴 클로라이드)), 플루오로중합체(예를 들어, 폴리비닐 플루오라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체 등) 및 이들의 둘 이상의 조합이 포함될 수 있지만 이로 한정되지 않는 중합체일 수 있다. 중합체 필름은 2축 배향된 폴리에스테르 필름(바람직하게는 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 필름) 또는 플루오로중합체 필름(예를 들어, 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니(E. I. du Pont de Nemours and Company)(듀폰(DuPont))으로부터의 테들러(Tedlar)(등록상표), 테프젤(Tefzel)(등록상표), 및 테플론(Teflon)(등록상표) 필름)일 수 있다. 플루오로중합체-폴리에스테르-플루오로중합체(예컨대, "TPT") 필름은 또한 일부 응용에 바람직하다. 알루미늄 포일과 같은 금속 필름이 또한 배킹층으로서 사용될 수 있다.
태양 전지 모듈은 모듈 내에 매립된 다른 기능성 필름 또는 시트 층(예를 들어, 유전체층 또는 장벽층)을 추가로 포함할 수 있다. 그러한 기능성 층은 상기에 언급된 중합체 필름 또는 추가의 기능성 코팅으로 코팅된 것들 중 임의의 것으로부터 유도될 수 있다. 예를 들어, 금속 산화물 코팅으로 코팅된 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 필름, 예컨대 미국 특허 제6,521,825호, 제6,818,819호 및 유럽 특허 제1182710호에 개시된 것은 라미네이트에서 산소 및 수분 장벽층으로서 기능을 할 수 있다.
필요하다면, 라미네이션 공정 동안 탈기를 용이하게 하기 위하여 또는 봉지재의 보강재로서의 역할을 하도록 부직 유리 섬유(스크림)의 층이 태양 전지층과 봉지재 사이에 또한 포함될 수 있다. 그러한 스크림 층의 사용이, 예를 들어 미국 특허 제5,583,057호, 제6,075,202호, 제6,204,443호, 제6,320,115호, 및 제6,323,416호 및 유럽 특허 제0769818호에 개시되어 있다.
태양 전지층의 수광면에 위치된 필름 또는 시트 층은 바람직하게는 투과성 재료로 제조되어 태양 전지 내로의 태양광의 효율적인 투과를 가능하게 한다. 태양 전지층의 수광면은 때때로 상면 또는 전방면이라고 부를 수 있으며, 실제의 사용 조건에서는 일반적으로 광원을 대면할 것이다. 태양 전지층의 비-수광면은 때때로 하면 또는 후방면이라고 부를 수 있으며, 실제의 사용 조건에서는 일반적으로 광원으로부터 멀리 대면할 것이다. 봉지재층 및 외부층의 기능 둘 모두를 제공하기 위해서 특수 필름 또는 시트가 포함될 수 있다. 모듈에 포함된 필름 또는 시트 층 중 임의의 것이 사전 형성된 단층 또는 다층 필름 또는 시트의 형태일 수 있음이 또한 생각될 수 있다.
필요하다면, 태양 전지 모듈 내에 포함되는 입사층 필름 및 시트, 배킹층 필름 및 시트, 봉지재층 및 다른 층의 일 표면 또는 양 표면은 라미네이션 공정에 앞서 처리되어 다른 라미네이트 층에 대한 접착력을 향상시킬 수 있다. 이러한 접착력 향상 처리는 당업계에 알려진 임의의 형태를 취할 수 있으며, 화염 처리(예를 들어, 미국 특허 제2,632,921호, 제2,648,097호, 제2,683,894호, 및 제2,704,382호 참조), 플라즈마 처리(예를 들어, 미국 특허 제4,732,814호), 전자 빔 처리, 산화 처리, 코로나 방전 처리, 화학적 처리, 크롬산 처리, 고온 공기 처리, 오존 처리, 자외광 처리, 샌드 블래스트 처리, 용매 처리, 및 이들의 둘 이상의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 접착 강도는 라미네이트 층(들)의 표면 상에 접착제 또는 프라이머 코팅을 추가로 적용함으로써 더욱 개선될 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 제4,865,711호는 개선된 접합성을 가진 필름 또는 시트를 개시하는데, 이는 일 표면 또는 양 표면 상에 침착된 탄소의 얇은 층을 갖는다. 다른 예시적인 접착제 또는 프라이머에는 실란, 폴리(알릴 아민) 기반 프라이머(예를 들어, 미국 특허 제5,411,845호, 제5,770,312호, 제5,690,994호, 및 제5,698,329호 참조), 및 아크릴 기반 프라이머(예를 들어, 미국 특허 제5,415,942호 참조)가 포함될 수 있다. 접착제 또는 프라이머 코팅은 접착제 또는 프라이머의 단층의 형태를 취할 수 있으며, 두께가 0.00001 내지 0.03 ㎜(0.0004 내지 1 밀), 또는 바람직하게는, 0.0001 내지 0.013 ㎜(0.004 내지 0.5 밀), 또는 더 바람직하게는 0.0001 내지 0.003 ㎜ (0.004 내지 0.1 밀)일 수 있다.
(이제 도 1을 참고하여) 태양 전지가 웨이퍼-기반 자기 지지 태양 전지 유닛으로부터 유도되는 특정 일 실시 형태에서, 태양 전지 모듈(20)은 상부 수광면으로부터 후방 비-수광면으로의 위치 순으로, (a) 입사층(10), (b) 전방 봉지재층(12), (c) 하나 이상의 전기적으로 상호접속된 태양 전지로 구성된 태양 전지층(14), (d) 후방 봉지재층(16), 및 (e) 배킹층(18)을 포함할 수 있으며, 전방 및 후방 봉지재층(12, 16)의 적어도 하나 또는 둘 모두는 고 용융 유동 폴리(비닐 부티랄) 시트를 포함하거나 그로 제조된다.
그러나, 바람직하게는, 태양 전지 모듈은 박막 태양 전지로부터 유도되며, (i) 일 실시 형태(도 2에서 30)에서, 상부 수광면으로부터 후방 비-수광면으로의 위치 순으로, (a) 투명한 입사층(10), (b) 고 용융 유동 폴리(비닐 부티랄) 시트를 포함하거나 그로 제조된 (전방) 봉지재층(12), 및 (c) 수광면에서 기재(24) 상에 침착된 박막 태양 전지(들)의 층(22)을 포함하는 태양 전지층(14a)을 포함하거나, 또는 (ii) 더 바람직한 실시 형태(도 3에서 40)에서는, 상부 수광면으로부터 후방 비-수광면으로의 위치 순으로, (a) 상층재(26) 및 비-수광면에서 상층재 상에 침착된 박막 태양 전지(들)의 층(22)을 포함하는 태양 전지층(14b), (b) 고 용융 유동 폴리(비닐 부티랄) 시트를 포함하거나 그로 제조된 (후방) 봉지재층(16), 및 (c) 배킹층(18)을 포함할 수 있다.
더욱이, 일련의 상기된 태양 전지 모듈이 추가로 연결되어 태양 전지 어레이를 형성할 수 있으며, 이는 원하는 전압 및 전류를 생성할 수 있다.
예시적인 태양 전지 모듈은 상부 수광면으로부터 후방 비-수광면으로의 위치 순으로 하기의 라미네이션 구조체를 가질 수 있으며, 여기서 HMF-PVB는 고 용융 유동 폴리(비닐 부티랄) 시트의 약어이다.
· 유리/HMF-PVB/태양 전지(들)/HMF-PVB/유리;
· 유리/HMF-PVB/태양 전지(들)/HMF-PVB/플루오로중합체 필름(예를 들어, 테들러(등록상표) 필름);
· 플루오로중합체 필름/HMF-PVB/태양 전지(들)/HMF-PVB/유리;
· 플루오로중합체 필름/HMF-PVB/태양 전지(들)/HMF-PVB/플루오로중합체 필름;
· 유리/HMF-PVB/태양 전지(들)/HMF-PVB/폴리에스테르 필름(예를 들어, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 필름);
· 플루오로중합체 필름/HMF-PVB/태양 전지(들)/HMF-PVB/폴리에스테르 필름;
· 유리/HMF-PVB/태양 전지(들)/HMF-PVB/장벽 코팅된 필름/HMF-PVB/유리;
· 유리/이오노머 시트/태양 전지(들)/HMF-PVB/장벽 코팅된 필름/HMF-PVB/플루오로중합체 필름;
· 플루오로중합체 필름/HMF-PVB/장벽 코팅된 필름/HMF-PVB/태양 전지(들)/HMF-PVB/장벽 코팅된 필름/HMF-PVB/플루오로중합체 필름;
· 유리/HMF-PVB/태양 전지(들)/HMF-PVB/알루미늄 스톡;
· 플루오로중합체 필름/HMF-PVB/태양 전지(들)/HMF-PVB/알루미늄 스톡;
· 유리/HMF-PVB/태양 전지(들)/HMF-PVB/아연도금강 시트;
· 유리/HMF-PVB/태양 전지(들)/HMF-PVB/폴리에스테르 필름/HMF-PVB/알루미늄 스톡;
· 플루오로중합체 필름/HMF-PVB/태양 전지(들)/HMF-PVB/폴리에스테르 필름/HMF-PVB/알루미늄 스톡;
· 유리/HMF-PVB/태양 전지(들)/HMF-PVB/폴리에스테르 필름/HMF-PVB/아연도금강 시트;
· 플루오로중합체 필름/HMF-PVB/태양 전지(들)/HMF-PVB/폴리에스테르 필름/HMF-PVB/아연도금강 시트;
· 유리/HMF-PVB/태양 전지(들)/음향 폴리(비닐 부티랄) 시트/유리;
· 유리/HMF-PVB/태양 전지(들)/폴리(비닐 부티랄) 시트/플루오로중합체 필름;
· 플루오로중합체 필름/이오노머 시트/태양 전지(들)/HMF-PVB/유리;
· 플루오로중합체 필름/HMF-PVB/태양 전지(들)/산 공중합체 시트/플루오로중합체 필름;
· 유리/HMF-PVB/태양 전지(들)/폴리(에틸렌 비닐 아세테이트) 시트/폴리에스테르 필름;
· 플루오로중합체 필름/HMF-PVB/태양 전지(들)/폴리(에틸렌-코-메틸 아크릴레이트) 시트/폴리에스테르 필름;
· 유리/폴리(에틸렌-코-부틸 아크릴레이트) 시트/태양 전지(들)/HMF-PVB/장벽 코팅된 필름/폴리(에틸렌-코-부틸 아크릴레이트) 시트/유리;
· 강성 시트 상층재 상에 지지된 박막 태양 전지/HMF-PVB/강성 시트;
· 유리 시트 상층재 상에 지지된 박막 태양 전지/HMF-PVB/유리 시트 등.
여기서 용어 " HMF-PVB"는 상기된 고 용융 유동 폴리(비닐 부티랄) 시트를 나타낸다. 추가적으로, 듀폰으로부터의 테들러(등록상표) 필름 외에도, 적합한 플루오로중합체 필름에는 또한 플루오로중합체/폴리에스테르/플루오로중합체 다층 필름(예를 들어, 오스트리아 이소볼타 아게.(Isovolta AG.) 또는 미국 매사추세츠주 워번 소재의 마디코(Madico)로부터 입수가능한 테들러(등록상표)/PET/테들러(등록상표) 또는 TPT 라미네이트 필름)이 포함된다.
당업계에 알려진 임의의 라미네이션 공정(예를 들어, 오토클레이브(autoclave) 또는 비-오토클레이브 공정)이 태양 전지 모듈을 제조하는 데 사용될 수 있다.
예시적인 공정으로, 태양 전지 모듈의 구성요소 층을 원하는 순서대로 적층하여 예비-라미네이션 조립체를 형성한다. 이어서, 조립체를 진공을 유지할 수 있는 백 ("진공 백") 안에 위치시키고, 진공 라인 또는 다른 수단에 의해 백으로부터 공기를 빼내고, (예를 들어, 적어도 0.0914 내지 0.0948 ㎫(27 내지 28 in Hg, 689 내지 711 ㎜ Hg)로) 진공을 유지하면서 백을 밀봉하고, 밀봉된 백을 1.034 내지 1.724 ㎫(150 내지 250 psi, 11.3 내지 18.8 바)의 압력, 130℃ 내지 180℃, 또는 120℃ 내지 160℃, 또는 135℃ 내지 160℃, 또는 145℃ 내지 155℃의 온도에서 10 내지 50분, 또는 20 내지 45분, 또는 20 내지 40분, 또는 25 내지 35분 동안 오토클레이브에 위치시킨다. 진공 링이 진공 백을 대체할 수 있다. 적합한 진공 백의 일 유형이 미국 특허 제3,311,517호에 개시되어 있다. 가열 및 압력 사이클 후, 추가 가스를 더하지 않고서 오토클레이브 내의 공기를 냉각시켜 오토클레이브 내의 압력을 유지한다. 약 20분 냉각 후, 과잉 공기압을 배출시키고, 라미네이트를 오토클레이브로부터 꺼낸다.
대안적으로, 예비-라미네이션 조립체를 80℃ 내지 120℃, 또는 90℃ 내지 100℃의 오븐에서 20 내지 40분 동안 가열할 수 있으며, 그 후, 가열된 조립체를 한 세트의 닙 롤을 통과시켜 개별 층들 사이의 빈 공간 내의 공기를 압착 배출시키고, 조립체의 에지를 밀봉할 수 있다. 이러한 스테이지의 조립체를 예비-프레스(pre-press)라고 부른다.
이어서, 예비-프레스를 공기 오토클레이브 내에 위치시킬 수 있는데, 이 공기 오토클레이브 내의 온도를 0.690 내지 2.068 ㎫(100 내지 300 psi, 6.9 내지 20.7 바), 또는 바람직하게는 1.379 ㎫(200 psi, 13.8 바)의 압력에서 120℃ 내지 160℃, 또는 135℃ 내지 160℃로 상승시킨다. 이들 조건을 15 내지 60분, 또는 20 내지 50분 동안 유지하고, 그 후에, 더 이상의 공기를 오토클레이브에 추가하지 않으면서 공기를 냉각시킨다. 20 내지 40분의 냉각 후, 과잉 공기압을 배출시키고, 라미네이팅된 제품을 오토클레이브로부터 꺼낸다.
태양 전지 모듈은 또한 비-오토클레이브 공정을 통해 제조될 수 있다. 그러한 비-오토클레이브 공정은, 예를 들어 미국 특허 제3,234,062호, 제3,852,136호, 제4,341,576호, 제4,385,951호, 제4,398,979호, 제5,536,347호, 제5,853,516호, 제6,342,116호, 및 제5,415,909호, 미국 특허 출원 공개 제20040182493호, 유럽 특허 제1235683 B1호, 및 국제특허 공개 WO9101880호 및 WO03057478호에 개시되어 있다. 일반적으로 비-오토클레이브 공정은 예비-라미네이션 조립체의 가열 단계 및 진공, 압력 또는 이들 둘 모두의 인가 단계를 포함한다. 예를 들어, 이 조립체를 가열 오븐 및 닙 롤에 연속적으로 통과시킬 수 있다.
이들 라미네이션 공정의 예는 한정하려는 것이 아니다. 본질적으로 임의의 라미네이션 공정이 이용될 수 있다.
필요하다면, 태양 전지 모듈의 에지는 수분 및 공기 침입과 태양 전지(들)의 효율 및 수명에 대한 잠재적인 열화의 영향을 감소시키기 위해서 당업계에 개시된 임의의 수단에 의해 밀봉될 수 있다. 적합한 에지 밀봉 재료에는 부틸 고무, 폴리설파이드, 실리콘, 폴리우레탄, 폴리프로필렌 탄성중합체, 폴리스티렌 탄성중합체, 블록 공중합체 탄성중합체, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 등이 포함되지만 이로 한정되지 않는다.
본 발명은 소정의 실시 형태의 하기 실시예에서 추가로 예시된다.
[실시예]
하기 실시예는 본 발명을 예시하려는 것이며, 어떠한 방식으로든 본 발명의 범주를 제한하려는 것이 아니다.
비교예 CE1 내지 비교예 CE2 및 실시예 E1 내지 실시예 E2.
비교예 CE1 내지 비교예 CE2 및 실시예 E1 내지 실시예 E2의 각각에서, 상면으로부터 바닥면으로의 위치 순으로, 상부 유리 시트, 2축 배향된 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 필름 심(shim), 다양한 MFR 수준을 가진 폴리(비닐 부티랄) 시트, 및 바닥 유리 시트로 이루어진 305 x 305 ㎜(12 x 12 in) 라미네이트 구조체를 제조하여 베이크 시험(bake test)을 받았다. 그러한 라미네이트 구조체에서, 필름 심을 태양 전지 및/또는 태양 전지 배선을 모방하도록 포함시켰으며, 베이크 시험 결과는 필름 심이 사이에 있는 상부 유리 시트에 폴리(비닐 부티랄) 시트가 얼마나 잘 라미네이팅되었는지를 보여주었다.
구체적으로는, 라미네이트를 제조하기 위해서, 305 x 305 x 2.6 ㎜ 플로트 유리 시트를 5분 동안 50℃에서 탈이온수 중 인산삼나트륨의 용액(5 g/l)으로 세척하고, 5분 동안 탈이온수로 철저히 헹구고, 건조시켰다. 이어서, 바닥 유리 시트의 중심 위에, 5 ㎜ 폭, 305 ㎜(12 in) 길이 및 0.05 ㎜(2 밀) 두께의 2축 배향된 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 필름 심, 0.76 ㎜(30 밀) 두께의 폴리(비닐 부티랄) 시트, 및 이어서 상부 유리 시트를 위치시켰다. 각각의 폴리(비닐 부티랄) 시트에 대한 MFR 수준은 (150℃에서 5 ㎏ 하중 및 2 ㎜ 오리피스를 사용하여) ASTM 시험 방법 1238에 따라 측정하였다. 결과가 표 1에 기록되어 있다. 또한, E1에 사용된 폴리(비닐 부티랄) 중간층 시트를 150℃에서 2.26 ㎏ 하중을 사용하여 ASTM 시험 방법 1238에 따라 추가로 시험하였다. 그러한 조건 하에서 측정했을 때 그의 MFR은 0.3 g/10분이었다. 이어서, 하기와 같이 닙 롤 공정에 의해 라미네이트를 제조하였다. 구체적으로, 상기에서 얻어진 바와 같은 예비-라미네이션 조립체를, 먼저 강제 대류식 오븐 안에 20분 동안 105℃로 넣어 두고, 이어서 닙 롤 갭이 4.3 ㎜로 설정된 한 세트의 닙 롤에 통과시켰다. 닙 롤에 통과시킨 후, 조립체를 공기 오토클레이브 안에 추가로 넣고, 온도 및 압력을 15분에 걸쳐 주위로부터 13.8바에서 135℃로 증가시켰다. 이 온도 및 압력을 30분 동안 유지하고, 이어서 더 이상의 공기를 오토클레이브에 추가하지 않으면서 공기를 냉각시킴으로써 오토클레이브를 냉각시켰다. 20분의 냉각 후 (또는 공기 온도가 50℃ 미만에 도달할 때), 과잉 압력을 배출시키고, 최종 라미네이트를 오토클레이브로부터 꺼냈다.
베이크 시험에서, 각각의 라미네이트를 2시간 동안 105℃의 온도에서 강제 대류식 오븐 안에 넣고, 이어서 라미네이트 내에 형성된 버블의 총 개수를 계수하였다. 결과는 표 1에 작성된 바와 같다. 이어서, 라미네이트를 오븐으로 되돌리고, 2시간 동안 120℃의 온도에서 유지시켰다. 상기 시간 이후, 버블의 총 개수를 다시 계수하였다. 결과는 표 1에 작성된 바와 같다. 라미네이트를 다시 오븐으로 되돌리고, 2시간 동안 135℃의 온도에서 유지시켰다. 이어서, 버블의 총 개수를 계수하였다. 결과는 표 1에 작성된 바와 같다. 라미네이트를 오븐으로 되돌리고, 추가 2시간 동안 150℃의 온도에서 유지시켰다. 이어서, 버블의 총 개수를 계수하였다. 결과는 표 1에 작성된 바와 같다.
[표 1]
Figure 112010071675528-pct00001
결과는 높은 MFR(0.8 g/10분 초과)을 가진 폴리(비닐 부티랄) 시트를 포함하는 라미네이트(E1 및 E2) 내에 보다 적은 수의 버블이 형성되었으며, 보다 낮은 MFR(0.8 g/10분 미만)을 가진 폴리(비닐 부티랄) 시트를 포함하는 라미네이트(CE1 및 CE2) 내에는 보다 많은 수의 버블이 형성되었음을 보여준다. 또한, CE1 및 CE2에서, 버블이 라미네이션 공정의 닙 롤 스테이지 동안 필름 심 및 트레일링 에지(trailing edge) 둘 모두를 따라 형성되었으며, 한편 E1 및 E2에서는 버블이 단지 필름 심을 따라서만 나타났음이 확인되었다.
실시예 E3 내지 실시예 E22:
라미네이션 공정 1:
모듈 구조체의 구성요소 층들을 적층하여 예비-라미네이션 조립체를 형성한다. 외부 표면층으로서 중합체 필름층을 포함하는 조립체의 경우, 커버 유리 시트를 필름 층 위에 놓는다. 이어서, 예비-라미네이션 조립체를 마이어(Meier) 이코람(ICOLAM)(등록상표) 10/08 라미네이터(마이어 라미네이터; 독일 보홀트 소재의 마이어 바쿰테크닉 게엠베하(Meier Vakuumtechnik GmbH)) 안에 넣는다. 라미네이션 사이클은 5.5분의 진공화 단계(0.0102 ㎫(3 in Hg, 76 ㎜ Hg)의 압력) 및 145℃의 온도에서의 5.5분의 압착 스테이지(0.1 ㎫(1000 밀리바)의 압력)를 포함한다. 이어서, 생성된 라미네이트를 라미네이터로부터 꺼낸다.
라미네이션 공정 2:
모듈 구조체의 구성요소 층들을 적층하여 예비-라미네이션 조립체를 형성한다. 외부 표면층으로서 중합체 필름층을 포함하는 조립체의 경우, 커버 유리 시트를 필름 층 위에 놓는다. 이어서, 예비-라미네이션 조립체를 진공 백에 넣고, 진공 백을 밀봉하고, 진공을 인가하여 진공 백으로부터 공기를 제거한다. 백을 오븐 안에 넣고, 약 90℃ 내지 약 100℃로 30분 동안 가열하여 조립체 층들 사이에 포함된 임의의 공기를 제거한다. 이어서, 조립체를 1.379 ㎫(200 psig, 14.3 바)의 압력으로 공기 오토클레이브 안에서 140℃로 30분 동안 오토클레이빙을 받게 한다. 공기를 냉각시키고, 더 이상의 공기를 오토클레이브에 추가하지 않는다. 20분의 냉각 후 그리고 공기 온도가 약 50℃ 미만에 도달할 때, 과잉 압력을 배출시키고, 라미네이팅된 조립체를 포함하는 진공 백을 오토클레이브로부터 꺼낸다. 이어서, 생성된 라미네이트를 진공 백으로부터 꺼낸다.
하기 표 2에 기재된 305 x 305 ㎜(12 x 12 in) 태양 전지 모듈을 조립하고 라미네이션 공정 1(E3 내지 E12) 또는 라미네이션 공정 2(E13 내지 E22)에 의해 라미네이팅한다. 적용가능한 경우, 층 1 및 층 2는 각각 입사층 및 전방-시트 봉지재층을 구성하며, 층 4 및 층 5는 각각 후방-시트 봉지재층 및 배킹층을 구성한다.
[표 2]
Figure 112010071675528-pct00002

Claims (14)

  1. 태양 전지층 및 폴리(비닐 부티랄) 시트를 포함하며,
    (a) 태양 전지층은 하나 또는 복수의 전기적으로 상호접속된 태양 전지를 포함하고;
    (b) 태양 전지층은 수광면 및 비-수광면을 갖고;
    (c) 폴리(비닐 부티랄) 시트는 ASTM 1238(150℃, 5 ㎏ 하중, 2 ㎜ 오리피스)에 따라 측정될 때 용융 유량(MFR)이 0.8 내지 2 g/10분이고, 폴리(비닐 부티랄) 수지 및 가소제를 포함하고;
    (d) 폴리(비닐 부티랄) 시트는 태양 전지층의 2개의 면 중 하나에 라미네이팅되고;
    120℃ 이상의 온도에서 2시간 동안 가열되는 경우, 폴리(비닐 부티랄) 시트가 0.7 g/10분 미만의 MFR을 갖는 비교 폴리(비닐 부티랄) 시트보다 더 적은 공기 버블을 형성하는, 태양 전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 폴리(비닐 부티랄) 시트는 MFR이 1 내지 1.7 g/10분인 태양 전지 모듈.
  3. 제1항에 있어서, 폴리(비닐 부티랄) 시트는 두께가 0.25 내지 1.52 ㎜인 태양 전지 모듈.
  4. 제1항에 있어서, 폴리(비닐 부티랄) 수지는 중량 평균 분자량이 30,000 내지 600,000이고, 폴리비닐 알코올(PVOH)로서 계산된 하이드록실 기를 12 내지 23 중량% 포함하는 태양 전지 모듈.
  5. 제4항에 있어서, 폴리(비닐 부티랄) 수지는 중량 평균 분자량이 200,000 내지 300,000이고, 폴리비닐 알코올(PVOH)로서 계산된 하이드록실 기를 15 내지 19 중량% 포함하는 태양 전지 모듈.
  6. 제1항에 있어서, 폴리(비닐 부티랄) 시트는 폴리(비닐 부티랄) 수지의 건조 중량을 기준으로 5 내지 80 pph(part per hundred)의 가소제를 포함하는 태양 전지 모듈.
  7. 제1항에 있어서, 폴리(비닐 부티랄) 시트는 태양 전지층에 직접 라미네이팅되는 태양 전지 모듈.
  8. 제1항에 있어서, 입사층 및 배킹층 중 적어도 하나를 추가로 포함하고, 입사층은 모듈의 최외 표면층이고 태양 전지층의 수광면 상에 위치되고, 배킹층은 모듈의 최외 표면층이고 태양 전지층의 비-수광면 상에 위치되는 태양 전지 모듈.
  9. 제1항에 있어서, 태양 전지는 결정질 규소(c-Si) 및 다결정질 실리콘(mc-Si) 기반 태양 전지로 이루어진 군으로부터 선택되는 웨이퍼-기반 태양 전지인 태양 전지 모듈.
  10. 제1항에 있어서, 태양 전지는 비정질 규소(a-Si), 미세결정질 규소(μc-Si), 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 구리 인듐 셀레나이드(CIS), 구리 인듐/갈륨 다이셀레나이드(CIGS), 흡광 염료, 및 유기 반도체 기반 태양 전지로 이루어진 군으로부터 선택되는 박막 태양 전지인 태양 전지 모듈.
  11. (i) 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 모든 구성요소 층을 포함하는 조립체를 제공하는 단계; 및
    (ii) 태양 전지 모듈을 형성하기 위하여 조립체를 라미네이팅하는 단계를 포함하는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 라미네이팅하는 단계는 조립체에 열 및 선택적으로 진공 또는 압력을 가함으로써 수행되는 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
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