KR101615864B1 - 증착반사층을 갖는 필름을 포함하는 태양전지용 백시트 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 태양전지용 백시트는 전기절연성의 베이스 필름층; 상기 베이스 필름층의 적어도 일면의 일부 또는 전부에 형성되며 폴리에스테르 성분, 폴리우레탄 성분 또는 이들 모두를 함유하는 수지 도포층; 그리고 상기 수지 도포층 상에 위치하며 금속을 함유하는 증착층으로 광학밀도(optical density, OD)가 2 이상인 증착반사층;을 포함하는 반사필름을 포함한다. 상기 태양전지용 백시트는 단순한 공정을 거치면서 높은 반사율을 확보하고, 고온 고습 환경에서 금속 증착면의 접착력을 접착력을 개선되며 황변 현상도 억제할 수 있다.
Description
본 발명은 증착반사층을 갖는 베이스 필름층을 포함하는 태양전지용 백시트, 이를 포함하는 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
근래 화석연료 고갈 및 이산화탄소에 의한 지구온난화 등으로 인해 청정 대체 에너지에 대한 요구가 대두되고 있으며 이로 인해 풍력, 바이오가스, 수소 및 연료전지, 원자력, 태양열, 지열 등 다양한 분야에서 대체 에너지원 개발이 진행되고 있다. 태양전지도 이중 가장 많이 주목을 받는 대체 에너지원 중 하나이다.
태양전지는 태양전지는 여러 가지 소재들로 구성되어 모듈로 만들어져 있으며, 기본적으로 유리, 태양전지 Cell, 봉지제, 이면보호시트 등으로 구성되어 있다.
이중 태양전지용 이면보호시트(백시트)는 태양전지 모듈 후면에서 Cell을 고정시키는 봉지제와 융착되어 외부 환경으로부터의 물리적인 충격이나 수분 및 기타 오염 물질로부터 모듈을 보호하는 역할을 한다. 또한, 일정 크기의 태양전지 모듈에서 발전용량을 높이기 위해 백시트의 높은 반사율이 요구되기도 한다. 이는 태양전지로 입사되는 태양광 이 셀과 셀 사이의 백시트에서 반사되고 유리면에서 다시 전반사 되어 셀로 전달되므로 태양전지의 출력 향상에 기여할 수 있기 때문이다.
그런데, 종래의 일반적인 태양전지용 백시트는 반사율을 높이기 위해 유백 색상의 색상의 소재를 주로 사용하고 있으며, 이산화티탄 등의 함량을 조절하거나 표면에 광확산층이나 광반사층을 부여하여 반사율을 올리게 된다. 그러나, 필름 내 이산화티탄 함량을 높이는데 물성상 한계가 있으며, 광확산층이나 광반사층 부여시 내구성이나 백시트 제작에 필요한 비용이 상승되는 문제점이 수반된다.
일본 공개특허공보 특개2006-319250에서는 한쪽 면에 미세한 볼록부 또는 오목부를 가지는 광확산층과 반사성 및 가스베리어를 가지는 금속증착층을 구비하는 태양전지용 백시트를 설명하고 있으나 미세한 볼록부 또는 오목부를 가진 광확산층을 부여하기 위한 높은 제조 비용과 고도의 기술을 요하게 된다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 동일한 크기의 태양전지 모듈에서 기존에 비해 높은 발전효율을 얻기 위한 태양전지용 백시트와 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 백시트는, 전기절연성의 베이스 필름층; 상기 베이스 필름층의 적어도 일면의 일부 또는 전부에 형성되며 i)폴리에스테르 성분, 및 ii) 디카복실산 화합물, 글리콜 화합물, 및 디이소시아네이트 화합물을 포함하는 폴리우레탄 성분을 함유하는 공중합 수지 도포층; 그리고 상기 공중합 수지 도포층 상에 위치하는 금속 함유 증착층인 증착반사층;을 포함하는 반사필름을 포함한다.
상기 태양전지용 백시트는 상기 반사필름 일면의 일부 또는 전부 상에 380 nm 파장의 빛에 대한 투과율이 5% 이하인 UV 차단층을 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 수지 도포층은 i) 폴리에스테르 성분과 ii) 폴리우레탄 성분을 1: 1 내지 5의 중량비로 함유하는 수분산 우레탄 수지층일 수 있다.
상기 금속 함유 증착층은 광학밀도(optical density, OD)가 2 이상일 수 있다.
상기 글리콜 화합물은 에틸렌 글리콜, 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 네오펜틸 글리콜, 1,6-헥산디올, 1,2-사이클로헥산 디메탄올, 1,3-사이클로헥산 디메탄올, 1,4-사이클로헥산 디메탄올, p-크실렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 폴리에테르 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 및 폴리테트라메틸렌 글리콜 에서 선택된 적어도 2 종 이상을 혼용하는 것일 수 있다.
상기 태양전지용 백시트는 상기 반사필름의 일면에 형성된 UV 차단층 상에 위치하는 제1필름층을 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 태양전지용 백시트는 상기 반사필름의 타면에 접하는 제2필름층을 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 반사필름과 상기 제2필름층 사이에는 접착층을 더 포함할 수 있고, 상기 접착층에는 UV 안정제가 포함될 수 있다.
상기 태양전지용 백시트는 열전도도가 0.2 내지 0.3 W/mK(70℃)인 것일 수 있다.
상기 태양전지용 백시트는 가시광선 영역(400-780nm)에서의 반사율이 75 내지 80%, 근적외선 영역(780-2500nm)에서의 반사율이 60 내지 65% 인 것일 수 있다.
상기 수지 도포층은 85℃/85%RH 1,000hr 조건에서 3N/cm 이상의 층간 접착력을 갖는 것일 수 있다.
상기 태양전지용 백시트는 투습도(38 ℃, 90% 상대습도 조건)가 0.75 g/m2day 이하인 값을 갖는 것일 수 있다.
상기 태양전지용 백시트는 투습도(38 ℃, 90% 상대습도 조건)가 0.75 g/m2day 이하인 값을 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 태양전지용 백시트의 제조방법은, 전기절연성의 베이스 필름층 일면에 수지 조성물을 도포하여 공중합 수지 도포층을 형성하는 공중합 수지 도포층 형성단계; 그리고 상기 공중합 수지 도포층 상에 금속을 함유하는 반사층을 증착하여 금속함유 증착층인 증착반사층을 형성하는 증착반사층 형성단계;를 포함한다.
상기 수지 조성물은, i) 폴리에스테르 성분, 및 ii) 디카복실산 화합물, 글리콜 화합물, 및 디이소시아네이트 화합물을 포함하는 폴리우레탄 성분을 함유하는 것일 수 있다.
상기 수지 조성물은, i) 폴리에스테르 성분, 및 ii) 디카복실산 화합물, 글리콜 화합물, 및 디이소시아네이트 화합물을 포함하는 폴리우레탄 성분을 함유하는 것일 수 있다.
삭제
상기 금속함유 증착층은 광학밀도(optical density, OD)가 2 이상일 수 있다.
상기 제조방법은 상기 증착단계 이후에 UV 차단층 형성단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제조방법은 상기 증착단계 이후에 UV 차단층 형성단계를 더 포함할 수 있다.
상기 UV 차단층 형성단계는 UV 안정제가 포함된 접착제를 380 nm 파장의 빛에 대한 투과율이 5% 이하가 되도록 층을 형성하는 단계일 수 있다.
상기 수지 조성물은 i) 폴리에스테르 성분과 ii) 폴리우레탄 성분을 1: 1 내지 5의 중량비로 함유하는 수분산 우레탄 수지 조성물일 수 있다.
상기 수지 도포층은 85℃/85%RH 1,000hr 조건에서 3N/cm 이상의 층간 접착력을 갖는 것일 수 있다.
상기 태양전지용 백시트는 가시광선 영역(400-780nm)에서의 반사율이 75 내지 80%, 근적외선 영역(780-2500nm)에서의 반사율이 60 내지 65%인 것일 수 있다.
상기 태양전지용 백시트는 열전도도가 0.2 내지 0.3 W/mK(70℃)인 것일 수 있다.
상기 폴리에스테르 성분은 하기 화학식 1로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, R은 탄소수 1 내지 30의 지방족 탄화수소이고, 상기 n 및 상기 m은 서로 독립적으로 1 내지 5의 정수이다..
상기 폴리에스테르 성분은 하기 화학식 1로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, R은 탄소수 1 내지 30의 지방족 탄화수소이고, 상기 n 및 상기 m은 서로 독립적으로 1 내지 5의 정수이다..
본 발명의 발명자들은 금속 증착 폴리에스테르 필름과 같은 반사필름을 적용하여 고온 고습 환경에서도 안정적인 물성을 나타내는 태양전지용 백시트에 대한 발명을 완성하였다. 구체적으로, 본 발명은 고온 고습 하에서의 금속 증착면의 접착 내구성과 반사율이 우수하며, UV에 의해 황변이 발생하지 않는 태양전지용 백시트를 제공하고자 한다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 명세서 전체에서, “~ 상”, “~ 위”등의 용어는 하나의 층과 구별되어 다른 층이 그 층의 맞닿거나 맞닿지 않은 상태로 위쪽에 위치한다는 것을 의미하며, 하나의 층과 다른 층의 사이에 또 다른 층이 위치하는 경우를 포함한다.
본 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본 명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 의 기재는, "A, B, 또는, A 및 B" 를 의미한다.
본 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본 명세서 전체에서, “제1”, “제2” 또는 “A”, “B”와 같은 용어는 동일한 용어를 서로 구별하기 위하기 위하여 사용되며 이들을 구별하는 것 이상의 의미를 부여하여 권리범위를 한정하는 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 백시트에 포함되는 반사필름의 단면을 보여주는 개념도이고, 도 2 내지 도4는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 백시트 단면을 보여주는 개념도이다. 이하, 도 1 내지 도 4를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 백시트를 설명한다.
본 발명의 태양전지용 백시트(500)는, 전기절연성의 베이스 필름층(10); 상기 베이스 필름층(10)의 적어도 일면의 일부 또는 전부에 형성되며 폴리에스테르 성분, 폴리우레탄 성분 또는 이들 모두를 함유하는 수지 도포층(20); 그리고 상기 수지 도포층 상에 위치하며 금속을 함유하는 증착층으로 광학밀도(optical density, OD)가 2 이상인 증착반사층(30);을 갖는 반사필름(100)을 포함한다.
전기절연성의 베이스 필름층(10)은 투명한 필름이 적용되는 것이 좋으며, 구체적으로 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리비닐플루오라이드(PVF), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 에틸렌테트라플루오르 에틸렌(ETFE), 에틸렌클로로트리플루오로에틸렌(ECTFE), 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 베이스 필름(10)으로 바람직하게 이축연신된 폴리에스테르 필름이 적용될 수 있다.
상기 폴리에스테르 필름은 주반복 단위에 에틸렌테레프탈레이트를 60 중량 % 이상 함유하는 폴리에스테르 필름이 적용될 수 있다. 이러한 폴리에스테르 필름이 상기 베이스 필름으로 적용되는 경우에는 우수한 전기절연성을 가지면서도 기계적인 강도가 우수하고 증착반사층 형성 시에도 베이스 필름의 변형이 적으며, 태양전지 모듈에 적용 시 반복되는 온도 및 습도 변화에서 우수한 치수안정성을 가질 수 있다.
수지 도포층(20)은 상기 베이스 필름층(10) 상에 형성되어 이후 증착의 방법으로 형성되는 금속을 함유하는 증착반사층(30)과 베이스 필름층(10)을 접착하며 필름의 안정성과 내구성 향상에 기여하는 층으로, 폴리에스테르 성분, 폴리우레탄 성분 또는 이들 모두를 함유하는 수지를 도포한 후 형성된 도포층을 건조하는 방식으로 형성될 수 있다.
수지 도포층(20)에 적용되는 수지로는 수분산성 아크릴 수지와 같은 다른 수지류 보다는 수분산성 폴리에스테르 수지나 폴리우레탄 수지가 적용되는 것이 좋고, 수분산 폴리에스테르 수지와 폴리우레탄 수지가 모두 함유되어 있는 우레탄 수지(공중합 수지 도포층)가 적용되는 것이 우수한 층간 접착력과 기재 접착력을 얻을 수 있다는 점에서 좋다.
특히, 수지 도포층(20)은 i) 폴리에스테르 성분과 ii) 폴리우레탄 성분을 1: 1 내지 5의 중량비로 함유하는 우레탄 수지 도포층(공중합 수지 도포층)일 수 있고, 1: 2 내지 4의 중량비로 포함된 우레탄 수지 도포층(공중합 수지 도포층)일 수 있다. 이러한 중량비의 범위로 상기 폴리에스테르 성분과 폴리우리텐 성분을 함께 사용하는 경우 고온 습윤의 환경에서도 증착반사층과의 접착력이 우수하게 유지되는 수지 도포층을 얻을 수 있다.
이때, 수지 도포층(20)은 ii) 디카복실산 성분, 글리콜 성분, 디이소시아네이트 성분 및 i) 화학식 1로 표시되는 성분(폴리에스테르 성분)을 공중합 시켜 제조된 수분산성 폴리우레탄 수지(공중합 수지 도포층)를 포함할 수 있다.
상기 화학식 1에서 R은 탄소수 1 내지 30의 지방족 탄화수소를 나타내고 n 및 m은 서로 독립적으로 1 내지 5의 정수이다.
상기 디이소시이네이트 성분이 하기 화학식 2로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 것을 포함한다.
상기 화학식 2에서, R1, R2, 및 R3은 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 30의 지방족 탄화수소기를 나타낸다.
수지 도포층(20)은 디카복실산 성분, 글리콜 성분, 디이소시아네이트 성분 및 화학식 1의 성분을 공중합시켜 제조된 상기 수분산성 폴리우레탄 수지가 베이스 필름층의 표면에 0.01 내지 0.5 g /㎡의 양으로 도포된 후 건조되는 것(공중합 수지 도포층)일 수 있다.
구체적으로, 수지 도포층(20)에 적용되는 폴리우레탄 성분은 디카복실산 화합물, 디메틸이소프탈산글리콜 화합물, 및 디이소시아네이트 화합물을 포함한다.
디카복실산 화합물으로는 테레프탈산, 이소프탈산, 1,4-나프탈렌 디카복실산, 2.5-나프탈렌 디카복실산, 2,5-메틸테레프탈산, 디메틸 이소프탈산 등과 같은 방향족 디카복실산, 1,3-사이클로펜탄 디카복실산, 1,2-사이클로헥산 디카복실산, 1,3-사이클로헥산 디카복실산, 1,4-사이클로헥산 디카복실산 등과 같은 지환족 디카복실산 및 아디프산, 세바식산 및 이들의 조합과 같은 지방족 디카복실산이 적용될 수 있고, 방향족 디카복실산이 적용되는 것이 접착력 향상에 더 좋다.
글리콜 화합물으로는 탄소수 2 내지 8 개의 지방족 글리콜 및 탄소수 6 내지 12 개의 지환족 글리콜이 유용하며, 예를 들면 에틸렌 글리콜, 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 네오펜틸 글리콜, 1,6-헥산디올, 1,2-사이클로헥산 디메탄올, 1,3-사이클로헥산 디메탄올, 1,4-사이클로헥산 디메탄올, p-크실렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜 또는 이들의 조합이 적용될 수 있고, 폴리에테르 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리테트라메틸렌 글리콜, 또는 이들의 조합도 사용 가능하다.
디이소시아네이트 화합물로는 2,4-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 2,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 상기 화학식 2로 표시되는 5-이소시아네이트-1-이소시아네이트메틸-1,3,3-트리메틸 사이클로헥산과 이들의 유도체가 적용될 수 있으며, 5-이소시아네이트-1-이소시아네이트메틸-1,3,3-트리메틸 사이클로헥산 및 이의 유도체가 적용되는 것이 좋다.
상기 글리콜 화합물은 적어도 2 종 이상이 혼용되는 것이 좋은데, 이들을 혼용하여 사용하는 경우 가혹 환경에서도 더 안정적으로 접착력이 유지되는 수지 조성물을 얻을 수 있다.
수지 도포층(20)은 좋게는 디카복실산 화합물으로서 디메틸테레프탈산과 글리콜 화합물으로서 에틸렌 글리콜과 디에틸렌 글리콜 및 디이소시아네이트 화합물으로서 5-이소시아네이트-1-이소시아네이트메틸-1,3,3-트리메틸 사이클로헥산을 사용될 수 있다.
수지 도포층(20)은 이하에서 설명하는 증착반사층(30)과 베이스필름층(10) 사이에 위치하면서 이들이 단단하고 안정적으로 결합하여 강도, 신도, 강성률과 같은 기계적 물성이 가혹한 사용 환경 하에서도 우수하게 유지될 수 있도록 돕는다.
수지 도포층(20)은 85℃/85%RH의 고온 고습윤 운전 조건 하에서 1,000hr 이상 운전한 후에도 1.5 N/cm 이상의 층간 접착력을 갖는 것일 수 있고, 2.0 N/cm 이상의 층간 접착력을 갖는 것일 수 있으며, 3.0 N/cm 이상의 층간 접착력을 갖는 것일 수 있고, 가장 좋게는 4.0 N/cm 이상의 층간 접착력을 갖는 것일 수 있다.
증착반사층(30)은 금속을 함유하는 증착층으로 반사층으로 기능할 수 있는 금속을 함유하는 증착층이 적용될 수 있는데, 구체적으로 아연, 니켈, 은, 동, 금, 인듐, 주석, 스테인레스 스틸, 크롬, 티타늄, 알루미늄 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 금속을 함유할 수 있으며, 구체적으로 알루미늄 금속의 증착층이 적용될 수 있다.
상기 증착반사층(30)은 광학밀도(optical density, OD)가 2 이상일 수 있고, 2 내지 3.5일 수 있으며, 2 내지 3일 수 있다. 이 광학밀도가 2 미만이 되도록 상기 증착반사층(30)이 형성되는 경우에는 반사율 성능이 부족한 태양전지용 백시트가 제조될 수 있고, 이 광학밀도가 3.5를 초과하는 경우에는 반사율 증가나 수증기 투과율 향상 효과가 미미함에도 과다한 금속성분을 사용하게 되어서 경제성 면에서 불리해질 수 있다. 좋게는, 증착반사층(30)의 광학밀도가 2 내지 3일 수 있으며, 이때 이 백시트를 포함하여 모듈화된 태양전지가 빛의 발전영역에서 우수한 반사율을 갖도록 할 수 있다.
상기 증착반사층(30)은 상기 베이스 필름층(10)의 일면 또는 양면에 형성될 수 있는데, 일면에만 형성하는 것이 비용 절감 및 공정 단순화의 측면에서 유리하다. 다만, 증착반사층(30)이 상기 베이스 필름층(10)의 일면 또는 양면에 형성될 경우에도 증착반사층(30)과 베이스 필름층(10)의 사이에는 수지도포층이 형성되는 것이 좋다.
태양전지용 백시트(500)는 반사필름(100)의 일면 또는 양면의 일부 또는 전부 상에 UV 차단층(210)을 더 포함할 수 있다.
UV 차단층(210)은 반사필름(100)의 증착반사층(30)이 형성된 일면에 마주보게 형성될 수 있고, 필요에 따라 상기 반사필름(100)의 타면에 더 형성될 수 있다. 이러한 UV 차단층(210)은 380 nm 파장의 빛에 대한 투과율이 5% 이하인 UV 차단층일 수 있고, 380 nm 파장의 빛에 대한 투과율이 3% 이하인 것일 수 있으며, 380 nm 파장의 빛에 대한 투과율이 1.5% 이하인 것일 수 있다. 이렇게 낮은 투과율을 갖는 UV 차단층을 백시트에 적용하는 것이 UV 에 의한 내구성 저하 방지 및 황변 현상 방지의 면에서 좋다.
UV 차단층(210)은 UV 안정제가 포함된 접착제층일 수 있다.
상기 UV 안정제는 벤조페논계 UV 안정제, 벤조트라이아졸계 UV 안정제, 살릴레이트계 UV 안정제, 또는 이들의 조합이 적용될 수 있다.
상기 벤조페논계 UV 안정제는 2-하이드록시-4-옥톡시벤조페논, 2-하이드록시-4-메톡시-5-술폰벤조페논 또는 이들의 조합이 포함되는 것일 수 있고, 상기 벤조트라이아졸계 UV 안정제는 2-(2-하이드록시-5-메틸 페닐)벤조트라이아졸 또는 이의 유도체를 포함하는 것일 수 있으며, 상기 살릴레이트계 UV 안정제는 페닐살릴레이트, p-t-뷰틸페닐살릴레이트 또는 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있다.
태양전지용 백시트(500)는 UV 차단층(210) 상에 위치하는 제1필름층(200)을 더 포함할 수 있고, UV 차단층과 접하는 반사필름의 일면과 반대 위치인 반사필름의 타면에 상에 형성되는 제2필름층(300)을 더 포함할 수 있다.
제1필름층(200)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리비닐플루오라이드(PVF), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 에틸렌테트라플루오르 에틸렌(ETFE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 에틸렌클로로트리플루오로에틸렌(ECTFE), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나가 적용될 수 있고, 좋게는 폴리비닐플루오라이드(PVF), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 에틸렌클로로트리플루오로에틸렌(ECTFE), 또는 이들의 조합에서 선택된 어느 하나가 적용될 수 있다.
제2필름층(300)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리비닐플루오라이드(PVF), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 에틸렌테트라플루오르 에틸렌(ETFE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 에틸렌클로로트리플루오로에틸렌(ECTFE), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나가 적용될 수 있고, 좋게는 폴리비닐플루오라이드(PVF), 폴리에틸렌(PE), 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나가 적용될 수 있다.
반사필름(100)과 제1필름층(200) 사이에는 위에서 설명한 UV차단층(210)이 위치하여 UV 차단 효과와 함께 이들 사이의 부착을 도울 수 있다.
반사필름(100)과 제2필름층(300) 사이에는 접착층(220)이 위치할 수 있는데, 이 접착층은 반사필름(100)과 제2필름층(300) 사이의 부착을 견고하게 하는 역할을 하며, 선택적으로 UV 차단 효과를 가질 수 있다.
즉, 접착층(220)은 UV 안정제가 포함된 접착제층일 수 있고, 상기 UV 안정제는 벤조페논계 UV 안정제, 벤조트라이아졸계 UV 안정제, 살릴레이트계 UV 안정제, 또는 이들의 조합이 적용될 수 있다.
상기 벤조페논계 UV 안정제는 2-하이드록시-4-옥톡시벤조페논, 2-하이드록시-4-메톡시-5-술폰벤조페논 또는 이들의 조합이 포함되는 것일 수 있고, 상기 벤조트라이아졸계 UV 안정제는 2-(2-하이드록시-5-메틸 페닐)벤조트라이아졸 또는 이의 유도체를 포함하는 것일 수 있으며, 상기 살릴레이트계 UV 안정제는 페닐살릴레이트, p-t-뷰틸페닐살릴레이트 또는 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있다.
제1필름층(200)과 제2필름층(300)은 모듈의 형태에 따라 투명한 필름이 적용되거나 색상을 지니며 투명하지 않은 필름이 적용될 수 있다. 이때, 적용되는 색상은 백색 또는 흑색이 적용되는 것이 좋으며, 백색 또는 흑색의 필름은 필름 자체에 안료 또는 색소를 적용하여 제조되거나 제1필름층(200) 또는 제2필름층(300)에 유색층을 별도로 형성하여 제조되는 것일 수 있다. 상기 색상을 지녀 투명하지 않은 필름은 태양전지용 백시트(500)가 태양전지 모듈에 설치되었을 때에 가장 표면에 위치하는 태양전지용 백시트(500)의 최외곽 면에 적용되는 것일 수 있다.
본 발명의 태양전지용 백시트(500)는 반사필름(100)을 포함하여 우수한 반사율을 가지며, 가시광선 영역(400-780nm)에서의 반사율이 75 내지 80%일 수 있고, 근적외선 영역(780-2500nm)에서의 반사율이 60 내지 65% 일 수 있다. 이러한 본 발명의 태양전지용 백시트(500)를 태양전지 모듈에 적용 시, 태양전지 모듈의 전면에서 들어오는 빛을 재반사 시킬 수 있고 태양전지 셀에 조사되는 태양광의 양을 증대시켜 동일한 시간과 면적에서 태양전지의 발전 효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 태양전지용 백시트(500)는 태양전지 모듈의 뒷면에서 올라오는 복사열을 반사시키는 역할을 하여 태양전지 모듈이 지면으로부터의 복사열에 의하여 온도가 상승하는 것을 억제 또는 완화할 수 있다.
본 발명의 태양전지용 백시트(500)는 투습도(38 ℃, 90% 상대습도 조건)가 0.75 g/m2day이하일 수 있고, 0.65 g/m2day 이하일 수 있으며, 0.58 내지 0.63 g/m2day일 수 있다. 이러한 태양전지용 백시트(500)는 이에 포함된 증착반사층(30), 수지도포층(20) 등을 포함하는 구성에 의하여 고온 다습한 환경에서도 수증기 배리어성이 우수하며 가혹 환경에서도 우수한 내구성을 가질 수 있다.
본 발명의 태양전지용 백시트(500)는 열전도도가 0.2 내지 0.3 W/mK(70℃)인 것일 수 있다. 이러한 본 발명의 우수한 열전도도 특성은 기존에 적용되는 일반적인 태양전지용 백시트와 비교하여 우수한 특성으로, 일반적인 태양전지용 백시트와 비교하여 우수한 방열 효과를 가질 수 있음을 의미하며, 특히 고온 환경에서의 우수한 방열효과를 가질 수 있다.
본 발명의 백시트를 태양전지 모듈에 적용하면 고온의 가혹 환경에서 장시간 사용 시 발생하는 내구성 저하를 지연시킬 수 있으며, 태양전지 모듈의 온도 상승도 저감시킬 수 있다.
본 발명이 또 다른 일 실시예에 따른 태양전지용 백시트의 제조방법은, 전기절연성의 베이스 필름층 일면에 수지 조성물을 도포하여 수지 도포층을 형성하는 수지 도포층 형성단계; 그리고 상기 수지 도포층 상에 금속을 함유하는 반사층을 광학밀도(optical density, OD)가 2 이상이 되도록 증착하여 증착반사층을 형성하는 증착반사층 형성단계;를 포함할 수 있다.
전기절연성의 베이스 필름층은 투명한 필름이 적용되는 것이 좋으며, 구체적으로 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리비닐플루오라이드(PVF), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 에틸렌테트라플루오르 에틸렌(ETFE), 에틸렌클로로트리플루오로에틸렌(ECTFE), 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 폴리에스테르 필름은 주반복 단위에 에틸렌테레프탈레이트를 60 중량 % 이상 함유하는 폴리에스테르 필름이 적용될 수 있다. 상기 폴리에스테르 필름은 극한점도 0.4 내지 0.9 ㎗/g인 수지조성물을 이축연신하여 제조한 것일 수 있다. 이러한 폴리에스테르 필름이 상기 베이스 필름으로 적용되는 경우에는 우수한 전기절연성을 가지면서도 기계적인 강도가 우수하고 증착반사층 형성 시에도 베이스 필름의 변형이 적으며, 태양전지 모듈에 적용 시 반복되는 온도 및 습도 변화에서 우수한 치수안정성을 가질 수 있다.
수지 도포층은 상기 베이스 필름층 상에 형성되어 이후 증착의 방법으로 형성되는 금속을 함유하는 증착반사층과 베이스 필름층 사이의 접착력을 향상시키며 필름의 안정성 향상에 기여하는 층으로, 폴리에스테르 성분, 폴리우레탄 성분 또는 이들 모두를 함유하는 수지를 도포한 후 형성된 도포층을 건조하는 방식으로 형성될 수 있다.
상기 수지 도포층에 적용되는 수지로는 수분산성 아크릴 수지와 같은 다른 수지류 보다는 수분산성 폴리에스테르 수지나 폴리우레탄 수지가 적용되는 것이 좋고, 수분산 폴리에스테르 수지와 폴리우레탄 수지가 모두 함유되어 있는 우레탄 수지가 적용되는 것이 우수한 층간 접착력과 기재 접착력을 얻을 수 있다는 점에서 좋다.
특히, 수지 도포층은 폴리에스테르 성분과 폴리우레탄 성분을 1: 1 내지 5의 중량비로 함유하는 수분산 우레탄 수지 조성물로 형성된 층(공중합 수지 도포층)일 수 있고, 1: 2 내지 4의 중량비로 포함된 수분산 우레탄 수지 조성물로 형성된 층(공중합 수지 도포층)일 수 있다. 이러한 중량비의 범위로 상기 폴리에스테르 성분과 폴리우리텐 성분을 함께 사용하는 경우 고온 습윤의 환경에서도 증착반사층과의 접착력이 우수하게 유지되는 공중합 수지 도포층을 얻을 수 있다.
이때, 상기 공중합 수지 도포층은 ii) 디카복실산 성분, 글리콜 성분, 디이소시아네이트 성분 및 i) 화학식 1로 표시되는 성분을 공중합 시켜 제조된 수분산성 폴리우레탄 수지를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서 R은 탄소수 1 내지 30의 지방족 탄화수소를 나타내고 n 및 m은 서로 독립적으로 1 내지 5의 정수이다.
상기 디이소시이네이트 성분이 하기 화학식 2로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 것을 포함한다.
[화학식 2]
상기 화학식 2에서, R1, R2, 및 R3은 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 30의 지방족 탄화수소기를 나타낸다.
수지 도포층은 디카복실산 성분, 글리콜 성분, 디이소시아네이트 성분 및 화학식 1의 성분을 공중합시켜 제조된 상기 수분산성 폴리우레탄 수지가 베이스 필름층의 표면에 0.01 내지 0.5 g /㎡의 양으로 도포된 후 건조되는 것일 수 있다.
구체적으로, 수지 도포층에 적용되는 폴리우레탄 성분은 디카복실산 화합물, 디메틸이소프탈산글리콜 화합물, 및 디이소시아네이트 화합물을 포함한다.
디카복실산 화합물으로는 테레프탈산, 이소프탈산, 1,4-나프탈렌 디카복실산, 2.5-나프탈렌 디카복실산, 2,5-메틸테레프탈산, 디메틸 이소프탈산 등과 같은 방향족 디카복실산, 1,3-사이클로펜탄 디카복실산, 1,2-사이클로헥산 디카복실산, 1,3-사이클로헥산 디카복실산, 1,4-사이클로헥산 디카복실산 등과 같은 지환족 디카복실산 및 아디프산, 세바식산 및 이들의 조합과 같은 지방족 디카복실산이 적용될 수 있고, 방향족 디카복실산이 적용되는 것이 접착력 향상에 더 좋다.
글리콜 화합물으로는 탄소수 2 내지 8 개의 지방족 글리콜 및 탄소수 6 내지 12 개의 지환족 글리콜이 유용하며, 예를 들면 에틸렌 글리콜, 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 네오펜틸 글리콜, 1,6-헥산디올, 1,2-사이클로헥산 디메탄올, 1,3-사이클로헥산 디메탄올, 1,4-사이클로헥산 디메탄올, p-크실렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜 또는 이들의 조합이 적용될 수 있고, 폴리에테르 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리테트라메틸렌 글리콜, 또는 이들의 조합도 사용 가능하다.
디이소시아네이트 화합물로는 2,4-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 2,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 상기 화학식 2로 표시되는 5-이소시아네이트-1-이소시아네이트메틸-1,3,3-트리메틸 사이클로헥산과 이들의 유도체가 적용될 수 있으며, 5-이소시아네이트-1-이소시아네이트메틸-1,3,3-트리메틸 사이클로헥산 및 이의 유도체가 적용되는 것이 좋다.
이때, 상기 글리콜 화합물은 적어도 2 종 이상이 혼용되는 것이 좋은데, 이들을 혼용하여 사용하는 경우 가혹 환경에서도 더 안정적으로 접착력이 유지되는 수지 조성물을 얻을 수 있다.
수지 도포층은 좋게는 디카복실산 화합물으로서 디메틸테레프탈산과 글리콜 화합물으로서 에틸렌 글리콜과 디에틸렌 글리콜 및 디이소시아네이트 화합물으로서 5-이소시아네이트-1-이소시아네이트메틸-1,3,3-트리메틸 사이클로헥산을 사용될 수있다.
수지 도포층은 이하에서 설명하는 증착반사층과 베이스필름층 사이에 위치하면서 이들이 단단하고 안정적으로 결합하여 강도, 신도, 강성률과 같은 기계적 물성이 가혹한 사용 환경 하에서도 우수하게 유지될 수 있도록 돕는다.
수지 도포층은 85℃/85%RH의 고온 고습윤 운전 조건 하에서 1,000hr 이상 운전한 후에도 1.5 N/cm 이상의 층간 접착력을 갖는 것일 수 있고, 2.0 N/cm 이상의 층간 접착력을 갖는 것일 수 있으며, 3.0 N/cm 이상의 층간 접착력을 갖는 것일 수 있고, 가장 좋게는 4.0 N/cm 이상의 층간 접착력을 갖는 것일 수 있다.
증착반사층은 금속을 함유하는 증착층으로 반사층으로 기능할 수 있는 금속을 함유하는 증착층이 적용될 수 있는데, 구체적으로 아연, 니켈, 은, 동, 금, 인듐, 주석, 스테인레스 스틸, 크롬, 티타늄, 알루미늄 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 금속을 함유할 수 있으며, 구체적으로 알루미늄 금속의 증착층이 적용될 수 있다.
상기 증착반사층은 광학밀도(optical density, OD)가 2 이상일 수 있고, 2 내지 3.5일 수 있으며, 2 내지 3일 수 있다. 이 광학밀도가 2 미만이 되도록 상기 증착반사층이 형성되는 경우에는 반사율 성능이 부족한 태양전지용 백시트가 제조될 수 있고, 이 광학밀도가 3.5를 초과하는 경우에는 반사율 증가나 수증기 투과율 향상 효과가 미미함에도 과다한 금속성분을 사용하게 되어서 경제성 면에서 불리해질 수 있다. 좋게는, 증착반사층의 과학밀도가 2 내지 3일 수 있으며, 이때 이 백시트를 포함하여 모듈화된 태양전지가 빛의 발전영역에서 우수한 반사율을 갖도록 할 수 있다.
증착반사층 형성단계는, 구체적으로 금속을 고진공, 예를 들어 약 10-3 torr 또는 약 10-5 torr 이하에서 금속의 증기압이 약 10-2 torr를 초과할 정도의 융점 이상의 온도로 가열하여 수행하거나, 금속을 충격 이온의 스트림에 합류시켜 질량 전이 스퍼터링(sputtering) 방식에 의해 증착증을 형성하는 방법으로 수행할 수 있다.
이러한 방식으로 형성되는 증착반사층은 금속 증기 또는 금속 원자가 증발 또는 스퍼터링되어, 베이스 필름 상의 수지도포층의 표면에 충돌, 증착됨으로써 얇은 피막의 형태로 증착반사층을 형성할 수 있다.
상기 이렇게, 베이스필름층, 수지도포층, 및 증착반사층을 포함하는 반사필름은 태양전지 모듈의 보호 효과 및 태양열 발전 효율 향상 효과를 유지하면서도 교체가 용이하며 고온의 사막환경에서 사용시에도 충분한 내구성을 가질 수 있는 것이 좋은데, 태양전지용 백시트의 경량화를 위해서 충분한 내구성과 반사율을 가지면서도 얇고 경량화된 반사필름이 태양전지용 백시트에 적용되는 것이 좋다. 이를 위하여, 본 발명의 반사필름은 그 총 두께가 300 um 이하인 것이 좋고, 210 um 이하로 제조되어 적용되는 것이 더 좋다.
상기 증착반사층은 상기 베이스 필름층의 일면 또는 양면에 형성될 수 있는데, 일면에만 형성하는 것이 비용 절감 및 공정 단순화의 측면에서 유리하다. 다만 증착반사층이 상기 베이스 필름층의 일면 또는 양면에 형성될 경우에도 증착반사층과 베이스 필름층 사이에는 수지도포층이 형성되는 것이 반사필름의 기계적 물성 향상이 좋다.
상기 제조방법은 상기 증착단계 이후에 UV 차단층 형성단계를 더 포함할 수 있다.
상기 UV 차단층 형성단계는 UV 안정제가 포함된 접착제를 380 nm 파장의 빛에 대한 투과율이 5% 이하가 되도록 층을 형성하는 단계일 수 있고, 380 nm 파장의 빛에 대한 투과율이 3% 이하가 되도록 층을 형성하는 단계일 수 있으며, 380 nm 파장의 빛에 대한 투과율이 1.5% 이하가 되도록 층을 형성하는 것일 수 있다. 이렇게 낮은 투과율을 갖는 UV 차단층을 백시트에 적용하는 것이 UV 에 의한 내구성 저하 방지 및 황변 현상 방지의 면에서 좋다. 이때 적용되는 UV 안정제의 종류 등에 대한 내용은 위에서 설명한 것과 중복되므로 그 기재를 생략한다.
태양전지용 백시트는 UV 차단층 상에 위치하는 제1필름층을 더 포함하도록 필름을 상기 반사필름과 합지하는 단계와 상기 UV 차단층과 접하는 반사필름의 일면과 반대 위치인 반사필름의 타면에 제2필름층이 합지되도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때 적용되는 제1필름과 제2필름의 종류 등에 대한 내용은 위에서 설명한 내용과 중복되므로 그 기재를 생략한다.
또한, 상기 태양전지용 백시트의 제조방법은 상기 제2필름과 반사필름 사이에 접착층을 더 형성하는 접착층 형성단계를 포함할 수 있고, 이때 접착층에는 필요에 따라 상기 UV 차단층에 적용되는 UV 안정제를 더 포함할 수 있다. 구체적인 UV 안정제에 대한 설명은 위의 설명과 중복되므로 그 기재를 생략한다.
이렇게 제조된 태양전지용 백시트는 우수한 반사 특성을 가짐과 동시에, 기존에 적용하는 유리를 적용한 태양전지용 백시트 등과 비교하여 우수한 반사특성과 수증기 베리어성을 가지면서 동시에 우수한 내후성과 내구성을 가질 수 있다. 특히, 일반적인 태양전지 모듈이 설치되어 이의 태양전지 단위셀의 보호와 동시에 우산 태양광발전 효율을 얻기 위한 태양전지용 백시트와 달리, 고온의 사막지역에 설치될 경우 더욱 가혹한 조건에서도 태양전지를 보호하고 태양광 발전의 효율성 향상의 기능을 할 수 있어야 한다.
본 발명의 태양전지용 백시트는, 강한 자외선과 고온에의 장기적인 노출, 급격한 온도변화에 따른 백시트 상에 크랙 발생 가능성, 외부 습기 발생 가능성, 그리고 모래 입자와 바람에 의한 백시트의 손상 가능성이 큰 환경에서도 우수한 내구성과 내후성, 그리고 기계적인 강도와 안정성을 가져서 고온 사막과 같은 가혹 환경에서도 태양전지용 백시트로 활용도가 높다.
또한, 본 발명의 태양전지용 백시트는 기존에 반사층의 기재로 유리를 사용하여 크랙 발생시 그 손상도가 심하고 백시트 자체의 무게도 상당히 무거웠다는 점을 보완하여 유리 기재를 적용하지 않은 플라스틱 필름을 이용한 태앙전지용 백시트를 제조하여 태양전지용 백시트의 제조, 운반 및 설치시 작업상의 용이성을 높였으며, 경량화로 태양전지 모듈 자체에 가해지는 하중도 감소시킬 수 있다.
본 발명의 태양전지용 백시트 및 이의 제조방법은 단순한 공정을 거치면서 높은 반사율을 확보하고, 고온 고습 환경에서 환경에서 금속 증착면의 접착력을 개선하고 황변 현상도 억제시킨 태양전지용 백시트를 제공할 수 있다. 본 발명의 태양전지용 백시트은 동일한 크기의 태양전지 모듈에서 기존에 비해 높은 발전효율을 얻기 위해 금속 증착 폴리에스테르 필름 적용하고 고온 고습 환경 하에서의 금속 증착면의 접착 내구성과 모듈 전/후면에서의 반사율이 우수하며, UV에 의한 황변이 발생하지 않는 태양전지용 백시트를 낮은 가격으로 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 백시트에 포함되는 반사필름의 단면을 보여주는 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 백시트 단면을 보여주는 개념도.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 태양전지용 백시트 단면을 보여주는 개념도.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 태양전지용 백시트 단면을 보여주는 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 백시트 단면을 보여주는 개념도.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 태양전지용 백시트 단면을 보여주는 개념도.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 태양전지용 백시트 단면을 보여주는 개념도.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
<
실시예
1>
1) 수지
도포층
형성을 위한 수분산성 폴리우레탄 수지의 제조
디카복실산 성분으로서 디메틸테레프탈산과 디메틸이소프탈산 글리콜 성분으로서 에틸렌 글리콜과 디에틸렌 글리콜 및 디이소시아네이트 성분으로서 5-이소시아네이트-1-이소시아네이트메틸-1,3,3-트리메틸 사이클로헥산을 사용하고 여기에 [화학식 1]의 폴리에스테르 성분을 첨가하여 통상적인 중합 방법에 의해 공중합시켜, 폴리에스테르 성분 대 폴리우레탄 성분의 비가 약 25:75 중량비인 수분산성 폴리우레탄 수지를 제조하였다. 이렇게 수득된 폴리우레탄 수지 1 중량%(고형분 함량 기준) 및 계면활성제 0.05 중량%를 물에 분산시켜 수분산액을 제조하였다.
2) 폴리에스테르 필름의 제조
디메틸테레프탈레이트와 에틸렌 글리콜을 통상적인 방법으로 에스테르교환 반응 및 중축합 반응을 거쳐 폴리에스테르 수지를 수득했고, 이 수지를 용융 압출시킨 후 70 내지 100℃에서 한쪽 방향으로 3 내지 4배 연신 시켜 폴리에스테르 필름을 제조하였다.
3) 반사필름(
증착반사층을
갖는 폴리에스테르 필름)의 제조
위의 2)에서 제조한 폴리에스테르 필름의 적어도 한 면에, 위의 1)에서 제조한 수분산액을 건조 전 도포 층의 두께가 4 내지 6㎛가 되도록 도포한 다음, 다시 220 내지 240℃에서 다른 한쪽 방향으로 3 내지 4배 연신시키면서 동시에 도포된 도포액을 건조시켜 이축연신된 수분산 수지 도포층을 갖는 투명 폴리에스테르 필름을 제조하였다.
상기 수분산 수지 도포층을 갖는 투명 폴리에스테르 필름의 도포층 상에 알루미늄을 증착하여 OD(Optical density)가 2인 알루미늄 금속이 증착된 증착반사층을 갖는 폴리에스테르 필름을 제조하였다.
4) 태양전지용
백시트의
제조
3)에서 제조한 증착반사층을 갖는 폴리에스테르 필름의 증착반사층 상에 UV 안정제가 포함된 접착제를 380nm의 자외선에 대한 투과율이 1%가 되도록 도포하여 UV 차단층을 형성하고, 100℃에서 건조한 후, 투명 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene Fluoride, PVDF) 필름을 합지하여 제1필름층을 형성하였다. 상기 증착반사층을 갖는 폴리에스테르 필름의 증착반사층의 반대면에 봉지재와 용융 압착할 수 있도록 투명 폴리에틸렌 필름을 동일한 방법으로 합지하여 제2필름층을 형성하여, 실시예 1의 태양전지용 백시트를 제조하였다.
<
실시예
2>
증착반사층의 OD(Optical density)가 3인 알루미늄 금속이 증착된 증착반사층을 갖는 폴리에스테르 필름을 적용한 것을 제외하면. 위의 실시예 1과 동일하게 제조하여 실시예 2의 태양전지용 백시트를 제조하였다.
<
실시예
3>
증착반사층의 OD(Optical density)가 3.5인 알루미늄 금속이 증착된 증착반사층을 갖는 폴리에스테르 필름을 적용한 것을 제외하면. 위의 실시예 1과 동일하게 제조하여 실시예 3의 태양전지용 백시트를 제조하였다.
<
실시예
4>
실시예 1의 2)에서 적용한 실시예1의 폴리우레탄 수지 대신에 폴리에스테르성분을 포함하지 않는 수분산성 폴리우레탄계 수지를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시예 4의 태양전지용 백시트를 제조하였다.
<
실시예
5>
실시예 1의 2)에서 적용한 실시예1의 폴리우레탄 수지 대신에 수용성 폴리에스테르 수지로서 일본 합성사의 WR-961을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시예 5의 태양전지용 백시트를 제조하였다.
<
실시예
6>
UV 안정제가 포함된 접착제를 380nm의 자외선에 대한 투과율이 3%가 되도록 적용한 것을 제외하면 실시예 1과 동일하게 실시예 6의 태양전지용 백시트를 제조하였다.
<
실시예
7>
UV 안정제가 포함된 접착제를 380nm의 자외선에 대한 투과율이 5%가 되도록 적용한 것을 제외하면 실시예 1과 동일하게 실시예 7의 태양전지용 백시트를 제조하였다.
<
실시예
8>
UV 안정제가 포함된 접착제 대신에 일반접착제를 적용한 것을 제외하면 실시예 1과 동일하게 실시예 8의 태양전지용 백시트를 제조하였다.
<
비교예
1>
증착반사층의 OD(Optical density)가 1.5인 알루미늄 금속이 증착된 증착반사층을 갖는 폴리에스테르 필름을 적용한 것을 제외하면. 위의 실시예 1과 동일하게 제조하여 비교예 1의 태양전지용 백시트를 제조하였다.
<
비교예
2>
실시예 1의 1)에서 제조한 수분산액을 폴리에스테르 필름에 도포하지 않았다는 점을 제외하면 실시예 1과 동일한 과정으로 비교예 2의 태양전지용 백시트를 제조하였다.
<
비교예
3>
실시예 1의 2)에서 적용한 실시예1의 폴리우레탄 수지 대신에 폴리아크릴계수지로서 롬 앤 하스사의 AC-503을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 비교예 3의 태양전지용 백시트를 제조하였다.
<
시험예
1: 반사율 및 투습도 평가>
실시예 1 내지 3 및 비교예 1에서 OD(Optical density)별로 제조된 백시트에 대해 백시트 또는 태양전지 모듈의 반사율을과 백시트의 투습도를 각각 측정하여 표 1에 나타내었다.
물성측정시험법
1) 반사율: Spectrophotometer(V670, Jasco社)를 사용하여 반사 모드에서 파장 400-2500nm의 광원 범위에서의 분광 영역별로 평균반사율로 측정.
2) 미니 모듈: 유리/봉지재(Ethylene vinylacetate, EVA) 2장/백시트 구조.
- 150℃, 진공 라미네이션 하여 샘플을 제작함.
| 반사율(%) | 투습도 (g/m2day) |
|||
| 백시트(단독) | 미니 모듈 | 백시트 (38℃, 90%RH) |
||
| 가시광선영역 (400-780nm) |
근적외선 영역 (780-2500nm) |
발전영역 (400-1150nm) |
||
| 실시예 1 | 76.2 | 64.9 | 70.7 | 0.6 |
| 실시예 2 | 75.2 | 64 | 70.3 | 0.62 |
| 실시예 3 | 75.6 | 64.2 | 70.4 | 0.65 |
| 비교예 1 | 63.2 | 58.2 | 60.5 | 0.9 |
상기 표 1을 참조하면, OD(Optical density) 값을 각각 2, 3, 및 3.5로 적용한 실시예 1, 2, 및 3의 경우 우수한 반사율을 나타냈으나, OD 값이 1.5인 비교예 1은 반사율인 백시트 단독은 물론 미니 모듈에서도 반사율 값이 떨어지는 것으로 나타나 실시예의 반사필름을 적용하는 경우 우수한 반사율을 가질 수 있다는 점을 확인했다. 또한, 투습도의 면에서도 실시예 1 내지 3의 경우와 비교해 비교예 1의 경우가 현저하게 낮은 투습도를 보여 습기에도 취약한 것으로 나타났다.
<
시험예
2: 기재접착력 및
층간접착력
평가>
실시예 1, 실시예 4, 실시예 5, 비교예 2 및 비교예 3에서 제조된 백시트에 대해 IEC-61215 또는 IEC 61730에서 요구하는 내환경평가(Damp heat test, 85℃/85%RH/1,000hr 조건) 후 내구성을 확인할 수 있도록 금속 증착층의 기재부착력 및 층간 접착력을 측정해 아래 표 2에 정리하였다.
물성측정시험법
1) 기재 접착력: ASTM D3359(Cross cut tape adhesion test)에 의거하여 측정하였다.
- 격자 100ea 중 박리 후 남는 격자로 기재 접착력 평가
2) 층간접착력: JIS K-6854(Testing methods for Peel strength of Adhesive)
-180 Peel test, 박리속도: 300mm/min
| 도포액 | 평가 조건 | 기재 접착력 | 층간 접착력 | |
| 85℃/85%RH | 100/100 | 단위, N/cm | ||
| 실시예1 | 수분산성 폴리우레탄 수지 | 1,000hr | 100/100 | 4.1 |
| 실시예4 | 폴리에스테르 성분을 포함하지 않는 수분산성 폴리우레탄 수지 | 1,000hr | 85/100 | 2.2 |
| 실시예5 | 수분산성 폴리에스테르 수지 | 1,000hr | 54/100 | 1.6 |
| 비교예2 | 미도포 | 1,000hr | 0/100 | 0.3 |
| 비교예3 | 수분산성 아크릴수지 | 1,000hr | 20/100 | 1.3 |
상기 표 2를 참조하면, 폴리에스테르 성분과 폴리우레탄 성분을 모두 포함하는 수분산성 폴리우레탄 수지를 적용한 실시예 1의 경우가 가장 우수한 접착력을 보였고, 폴리에스테르 성분을 포함하지 않고 폴리우레탄 성분만을 포함한 실시에 4의 경우도 상당히 우수한 기재접착력과 층간 접착력을 보였다. 폴리우레탄 성분이 없는 수분산성 폴리에스테르 수지의 경우 기재 접착력이나 층간 접착력 면에서 일정 수준 이상을 보여주었으나, 위의 실시예 1과 실시예 4와 비교하면 약한 접착력을 갖는 것으로 평가되었다.
도포액을 도포하지 않고 바로 폴리에스테르 필름 상에 알루미늄 층을 증착한 비교예 2의 경우 기재 접착력이 현저하게 떨어졌으며 층간접착력도 미미했다. 반면에 수분산성 아크릴수지를 적용한 경우는 일정한 정도로 층간접착력은 나타났으나 기재접착력 면에서는 떨어지는 결과를 보여주었다.
<
시험예
3: 내
UV성
평가>
실시예 1, 및 실시예 6 내지 8에서 UV접착제 적용 유무에 따른 백시트의 IEC-61215 또는 IEC 61730에서 요구하는 내UV평가(15kWh/m2@UVA 280~385nm, 60℃) 조건에서 색 변화를 측정하여 아래 표 3에 정리하였다.
물성측정시험법
1) 투과율: UV Visible측정기(UltraScanTM Pro, HunterLab社)를 사용하여 380nm 광원에서의 투과율을 측정
2) 황변: 색차계(UltraScanTM Pro, HunterLab社)를 사용하여 E313〔D65/10〕 모드에서 YI 수치의 변화량을 측정.
| 도포량 | 투과율 (@380nm) |
황변 (△YI, 15kwh/m2@UVA) |
|
| 실시예1 | UV 차단 접착제 | 1 | 1 |
| 실시예6 | UV 차단 접착제 | 3 | 2 |
| 실시예7 | UV 차단 접착제 | 5 | 15 |
| 실시예8 | 일반접착제 | 70 | 36 |
상기 표 3을 참조하면, UV 차단 접착제를 도포하여 UV 차단층을 형성한 경우, 380 nm 파장의 빛이 투과하는 비율이 상대적으로 적었으나, 일반접착제의 경우 상당히 많은 양의 빛이 투과되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 실시예 1과 6의 경우 황변이 거의 일어나지 않거나 미미한 정도로만 발생했으나 실시예 7과 8의 경우에는 다소 황변 현상이 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
종합하면, 본 발명에서 적용하는 수지도포층을 적용하고 증착반사층을 형성하는 경우 고온 고습의 환경에서도 안정적인 접착 물성을 나타낼 수 있다는 점을 확인할 수 있었고, OD(Optical density) 2 내지 3에서 가시광선 영역에서 75-80%, 적외선 영역에서 60-65% 수준의 높은 반사율을 확인할 수 있었으며, 실리콘 태양전지용 셀의 발전영역에서 70% 수준의 높은 반사율을 확인할 수 있었다. 이는 태양전지 모듈의 발전 성능 개선에 상당한 도움을 줄 수 있는 결과로 평가된다. 또한, UV 차단기능의 접착력를 사용하고 380nm에서 투과율이 3% 이하의 범위에서 내UV성이 안정적인 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명의 바람직한 금속 증착 폴리에스테르 필름 및 조성 범위에 따라 제조된 태양전지용 백시트는 고온 고습 하 내구성과 내UV성이 우수하며, 태양전지의 출력을 개선할 수 있도록 반사율이 우수한 물성을 확인할 수 있었다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 베이스 필름층 20: 수지 도포층
30: 증착반사층 100: 반사필름
200: 제1필름층 210: UV 차단층
220: 접착층 300: 제2필름층
500: 태양전지용 백시트
30: 증착반사층 100: 반사필름
200: 제1필름층 210: UV 차단층
220: 접착층 300: 제2필름층
500: 태양전지용 백시트
Claims (12)
- 전기절연성의 베이스 필름층;
상기 베이스 필름층의 적어도 일면의 일부 또는 전부에 형성되며 i)폴리에스테르 성분, 및 ii) 디카복실산 화합물, 글리콜 화합물, 및 디이소시아네이트 화합물을 포함하는 폴리우레탄 성분을 함유하는 공중합 수지 도포층; 그리고
상기 공중합 수지 도포층 상에 위치하는 금속 함유 증착층인 증착반사층;을 포함하는 반사필름을 포함하는, 태양전지용 백시트. - 제1항에 있어서,
상기 태양전지용 백시트는 상기 반사필름 일면 또는 양면의 일부 또는 전부 상에 380 nm 파장의 빛에 대한 투과율이 5% 이하인 UV 차단층을 더 포함하는, 태양전지용 백시트. - 제1항에 있어서,
상기 수지 도포층은, i) 폴리에스테르 성분과 ii) 폴리우레탄 성분을 1:1 내지 5의 중량비로 함유하는 수분산 우레탄 수지층인, 태양전지용 백시트. - 제1항에 있어서,
상기 글리콜 화합물은 에틸렌 글리콜, 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 네오펜틸 글리콜, 1,6-헥산디올, 1,2-사이클로헥산 디메탄올, 1,3-사이클로헥산 디메탄올, 1,4-사이클로헥산 디메탄올, p-크실렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 폴리에테르 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 및 폴리테트라메틸렌 글리콜 에서 선택된 적어도 2 종 이상을 혼용하는 것인, 태양전지용 백시트. - 제2항에 있어서,
상기 태양전지용 백시트는 상기 반사필름의 일면에 형성된 UV 차단층 상에 위치하는 제1필름층과, 상기 반사필름의 타면에 접하는 제2필름층을 더 포함하는, 태양전지용 백시트. - 제1항에 있어서,
상기 태양전지용 백시트는 열전도도가 0.2 내지 0.3 W/mK(70℃)인, 태양전지용 백시트. - 제1항에 있어서,
상기 금속 함유 증착층은 광학밀도(optical density, OD)가 2 이상이고, 상기 태양전지용 백시트는 가시광선 영역(400-780nm)에서의 반사율이 75 내지 80%, 근적외선 영역(780-2500nm)에서의 반사율이 60 내지 65% 인, 태양전지용 백시트. - 제1항에 있어서,
상기 수지 도포층은 85℃/85%RH 1,000hr 조건에서 3N/cm 이상의 층간 접착력을 갖는 것이고, 상기 태양전지용 백시트는 투습도(38 ℃, 90% 상대습도 조건)가 0.75 g/m2day 이하인 값을 갖는 것인, 태양전지용 백시트. - 전기절연성의 베이스 필름층 일면에 수지 조성물을 도포하여 공중합 수지 도포층을 형성하는 공중합 수지 도포층 형성단계; 그리고
상기 공중합 수지 도포층 상에 금속을 함유하는 반사층을 증착하여 금속함유 증착층인 증착반사층을 형성하는 증착반사층 형성단계;를 포함하고,
상기 수지 조성물은, i) 폴리에스테르 성분, 및 ii) 디카복실산 화합물, 글리콜 화합물, 및 디이소시아네이트 화합물을 포함하는 폴리우레탄 성분을 함유하는 것인, 태양전지용 백시트의 제조방법. - 제9항에 있어서,
상기 금속함유 증착층은 광학밀도(optical density, OD)가 2 이상인 것이고,
상기 제조방법은 상기 증착단계 이후에 UV 차단층 형성단계를 더 포함하고, 상기 UV 차단층 형성단계는 UV 안정제가 포함된 접착제를 380 nm 파장의 빛에 대한 투과율이 5% 이하가 되도록 층을 형성하는 단계인, 태양전지용 백시트의 제조방법. - 제9항에 있어서,
상기 수지 조성물은 i) 폴리에스테르 성분과 ii) 폴리우레탄 성분을 1: 1 내지 5의 중량비로 함유하는 수분산 우레탄 수지 조성물이고,
상기 베이스 필름층과 상기 증착반사층 사이의 층간 접착력이 85℃/85%RH 1,000hr 조건에서 3N/cm 이상인, 태양전지용 백시트의 제조방법. - 제9항에 있어서,
상기 폴리에스테르 성분은 하기 화학식 1로 표시되는 것인, 태양전지용 백시트의 제조방법;
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, R은 탄소수 1 내지 30의 지방족 탄화수소이고, 상기 n 및 상기 m은 서로 독립적으로 1 내지 5의 정수이다.
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| CN201610945303.XA CN107039550B (zh) | 2015-11-02 | 2016-11-02 | 背板、太阳能电池模块以及它们的制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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|---|---|
| KR101615864B1 true KR101615864B1 (ko) | 2016-05-13 |
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|---|---|---|---|---|
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| JP2012048015A (ja) * | 2010-08-27 | 2012-03-08 | Toyobo Co Ltd | 反射シート |
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2015
- 2015-11-02 KR KR1020150153273A patent/KR101615864B1/ko active IP Right Grant
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