KR101691550B1 - 반사 방지율이 향상된 태양전지 반사 방지막용 코팅 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유-무기 변성 실리케이트, 나노 저굴절화제, 소수성 콜로이달 실리카 및 경화촉진제를 포함하는 태양전지 반사 방지막용 코팅 조성물에 관한 것으로, 기존의 3층 또는 4층 이상의 다층 코팅막과 달리 단층으로 구성되어 제조 공정 및 제조비용을 절감할 수 있으며, 소수성을 가져 자기 세정을 통한 오염 방지로 광 효율을 크게 증가시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한 상기 특성 이외에도 경도, 밀착성, 내오염성, 투명성 등에서 우수한 물성을 확보할 수 있으며, 조성물을 구성하는 원료의 값이 저렵하여 기존 원료 대비 1/3의 가격으로 제조할 있어 모바일기기, 전자제품 등의 반사방지막으로도 활용할 수 있다.

Description

반사 방지율이 향상된 태양전지 반사 방지막용 코팅 조성물{Monolayer hydrophobic coating composition improved anti-reflection efficiency for solar cell}

본 발명은 반사 방지율이 향상된 태양전지 반사 방지막용 코팅 조성물에 관한 것으로, 상세하게는 단층 반사방지막 코팅으로 경도, 내오염성, 자기 세정성, 투명성, 광효율 등의 물성 면에서 우수하며, 대량 생산이 가능하여 제조비용을 크게 줄일 수 있는 태양전지 반사 방지막용 코팅 조성물에 관한 것이다.

최근 에너지 절감 및 효율, 지구 온난화 방지 측면에서 자연 에너지를 이용하는 기술, 예컨대 태양광을 이용한 전기 발생, 풍력을 이용한 전기 발생 등의 대체 에너지를 개발하는데 많은 노력을 기울이고 있다. 태양이 무한한 에너지 자원이라는 이유 때문에, 특히 태양광을 이용한 전지의 개발은 지금까지 많은 업체들 사이에서 상용화를 앞 다퉈 실시하고 있다. 그러나 태양광 전지 개발에 있어서 가장 큰 문제점으로 대두되고 해결하여야 할 사항으로 태양광의 효율 증대를 꼽을 수 있다. 실제로 각 업체별로 태양 전지의 각 부분마다 효율을 높일 수 있는 방안을 강구하고 있으며, 일부 외국 업체의 경우에는 태양 전지의 외부 유리에 태양광의 투과율을 높이고 반사를 방지할 수 있는 코팅막을 설계하여 상용화를 하고 있다.

일반적으로 기재의 상층에 저 굴절 막을 형성시키면 외부 광원의 반사율이 낮아진다는 것은 주지의 사실로 이러한 특성을 이용하여 반사 방지막을 형성하게 된다. 반사 방지막 필름의 경우에는 눈부심 방지 필름과는 달리 투명한 제품으로 반사방지 필름 제조가 다소 까다롭다. 그러나 이미지의 선명성이 우수한 장점을 가지고 있기 때문에 고 해상도 또는 고급 제품에 많이 적용되고 있는 상황이다.

또한 반사방지 필름 제조에 있어서 base film으로는 PDP filter 분야에서는 PET 필름을, LCD 편광판 분야에서는 PVA 편광 필름의 양면을 지지하는 TAC 필름이 사용된다. 이러한 두 가지 base 필름에 코팅을 하여 만들어지는 반사 방지 필름의 종류는 기본적으로 HARD, 고굴절, 저굴절, 그리고 내오염 이라는 네 가지 층이 필요하며 이 네 가지 층들을 디스플레이 업체의 요청에 따라 어떤 층을 선택하고 어떻게 조합하느냐에 따라 여러 가지 종류의 필름을 만들 수 있다.

이러한 종류 중에서 투명한 반사방지 필름은 hard coating층 위의 반사 방지막의 층수에 따라 단층 및 다층 반사 방지 필름으로 나눌 수 있다. 단층의 반사방지 필름은 공기 저 굴절 층과 저 굴절층 하드 층의 계면에서 반사되는 광이 서로 상쇠 간섭을 일으킬 수 있도록 저 굴절 층이 λ/4 두께로 하드 층에 코팅된 구조로 일반적으로 다층 구조인 반사방지 필름과 구분하기 위하여 저 반사 필름이라고 부른다.

반사방지 필름의 구조를 살펴보면 기재의 약한 스크래치 특성을 보안하기 위해서 내 스크래치 특성을 부여하기 위한 하드코팅 층이 존재하게 되며 그 위에 저 굴절 단층만을 이용하여 반사율을 낮추거나, 대한민국 공개특허 2012-0027652와 같이 동일 또는 상이한 굴절율을 가지는 조성물을 이중으로 코팅하여 반사방지막을 형성하는 2층 구조의 저 반사 제품이 생산되고 있다. 그러나 이럴 경우에는 반사 방지 효과가 2% 내외로 반사 방지 효과가 충분하지 않은 문제가 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위해서 하드 코팅층 위에 고 굴절 층을 코팅하고 그 위에 저 굴절 층을 코팅하는 3층 구조의 반사방지 필름이 제조되고 있는데, 이러한 제품들은 반사율이 대략 1% 수준으로 반사 방지 효과는 좋지만 3층 구조의 경우에는 광학 특성상 특정한 색상을 띄는 문제점이 발생하게 된다. 최근의 필름 시장의 트렌드는 반사 색상을 띄지 않고 반사율 1% 수준의 필름을 요구하고 있어서 각 층의 굴절률 및 두께 등을 조절하는 최적의 광학 설계를 통하여 반사 색상을 많이 감소시킨 제품이 출시되고 있다.

최근에는 4개의 층을 이용한 반사방지 필름도 시도되고 있으며, 2층 또는 3층 구조를 이용하여 반사방지 필름의 반사율 특성을 개선하고자 하는 연구가 진행 중이다.

이외에도 대한민국 공개특허 2012-0094550과 같이 기판의 표면에 나노 로드를 가지는 반사방지막을 코팅하는 방법이 있으나, 코팅 대상면의 평탄화공정이 반드시 요구되며, 나노 로드를 형성하기 위해 하이드로써멀 반응공정을 거쳐야 한다는 단점이 존재한다.

대한민국 공개특허 10-2012-0027652 (2012년 03월 22일) 대한민국 공개특허 10-2012-0094550 (2012년 08월 27일)

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 단층 반사방지막 코팅으로 경도, 내오염성, 자기 세정성, 투명성, 광효율 등의 물성 면에서 우수하며, 대량 생산이 가능하여 제조비용을 크게 줄일 수 있는 태양전지 반사 방지막용 코팅 조성물의 제공을 목적으로 한다.

본 발명은 태양전지 반사 방지막용 코팅 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 일 양태는 유-무기 변성 실리케이트, 나노 저굴절화제, 소수성 콜로이달 실리카 및 경화촉진제를 포함하는 태양전지 반사 방지막용 코팅 조성물에 관한 것이다.

본 발명에서 상기 조성물은 유-무기 변성 실리케이트 10 내지 30 중량%, 나노 저굴절화제 5 내지 20 중량%, 소수성 콜로이달 실리카 40 내지 75 중량% 및 경화촉진제 1 내지 10 중량%를 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 유-무기 변성 실리케이트는 하기 화학식 1의 구조를 가지는 실란 커플링제; 규산리튬, 규산칼륨 및 규산나트륨에서 선택되는 어느 하나 이상의 규산알칼리금속염; 아크릴 에멀젼; 및 물을 포함하는 조성물을 포함할 수 있다.

[화학식 1]

(상기 화학식 1에서 n은 1 내지 10의 정수이고; R은 각각 (C1-C10)알킬, (C1-C10)불소화알킬, (C1-C10)알콕시알킬, (C1-C10)아미노알킬에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.)

또한 상기 나노 저굴절화제는 불소화칼슘, 불소화리튬, 불소화바륨, 불소화마그네슘, 불소화나트륨, 불소화알루미늄 및 중공성 실리카에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상이며, 상기 소수성 콜로이드 실리카는 규산소다, 붕산 및 요소의 혼합물로 합성되며, 평균입경이 0.1 내지 1㎛일 수 있다.

또한 본 발명에서 상기 나노 저굴절화제로 더욱 상세하게는 불소화칼슘일 수 있으며, 상기 불소화칼슘은 염화칼슘 및 불소화나트륨의 혼합물로 합성되며, 평균입경이 1 내지 50㎚일 수 있다.

또한 본 발명에서 상기 경화촉진제는 인산, 불산, 염산, 질산, 아세트산, 포름산, 시트르산 및 옥살산에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 것일 수 있다.

본 발명에 따른 태양전지 반사 방지막용 코팅 조성물은 기존의 3층 또는 4층 이상의 다층 코팅막과 달리 단층으로 구성되어 제조 공정 및 제조비용을 절감할 수 있으며, 소수성을 가져 자기 세정을 통한 오염 방지로 광 효율을 크게 증가시킬 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 예에 따라 제조된 소수성 콜로이드 실리카의 주사전자현미경 사진으로, 배율은 십만 배이다.

이하 구체예 또는 실시예를 통해 본 발명에 따른 태양전지 반사 방지막용 코팅 조성물을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 구체예 또는 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.

또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 구체예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.

또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.

본 발명자는 기존의 복잡하고 고가의 다층 반사 방지막 코팅제 및 코팅 시스템을 개선하고자 끊임없는 실험과 연구를 거듭한 결과, 유-무기 변성 실리케이트, 나노 저굴절화제, 소수성 콜로이달 실리카 및 경화촉진제를 포함하여 반사방지막 조성물을 제조할 경우, 단층으로 제조함에도 다층 필름과 대등한 광전환 효율을 보이며, 추가적으로 경도, 내오염성, 자기 세정성, 투명성 측면에서 우수한 특성을 보이는 것을 발견하여 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명에서 사용하는 용어 “중공”은 껍질을 이루는 성분에 의해 둘러싸인 내부의 빈 공간을 의미하는 것으로 ‘공동(cavity)'이라는 용어가 동시에 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 반사 방지율이 향상된 태양전지 반사 방지막용 코팅 조성물은 (A) 유-무기 변성 실리케이트, (B) 나노 저굴절화제, (C) 소수성 콜로이달 실리카 및 (D) 경화촉진제를 포함하여 이루어질 수 있다.

이하 각 성분들을 더욱 상세히 설명한다.

(A) 유-무기 변성 실리케이트

종래 반사 방지막용 코팅 조성물은 일반적으로 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란 등의 유기 실란을 사용하였다. 이러한 유기 실란은 반응성이 낮고, 높은 열처리 후에는 글래스 표면 위에서 색상의 변화가 발생하거나 원하는 접착 물성을 발휘하지 못하기 때문에 품질이 저하되는 문제가 있었다. 이에 비해, 본원 유무기 변성실리케이트는 유기 실란에 비해 반응성이 높고, 500℃ 이하의 낮은 소성온도에서도 충분한 접착물성을 발휘할 수 있다는 이점이 있다.

본 발명에 따른 유-무기 변성 실리케이트는 하기 화학식 1의 구조를 가지는 실란 커플링제; 규산리튬, 규산칼륨 및 규산나트륨에서 선택되는 어느 하나 이상의 규산알칼리금속염; 아크릴 에멀젼; 및 물을 포함하는 조성물을 포함할 수 있다.

[화학식 1]

(상기 화학식 1에서 n은 1 내지 10의 정수이고;

R은 각각 (C1-C10)알킬, (C1-C10)불소화알킬, (C1-C10)알콕시알킬, (C1-C10)아미노알킬에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.)

본 발명에서 상기 실란 커플링제는 규산알칼리금속염과 아크릴 에멀젼의 상용성을 개선하며, 유-무기 변성 실리케이트 조성물에 발수성을 부여하기 위한 것으로, 상기 화학식 1에서 치환되는 R에 따라 효과가 다르게 나타날 수 있다.

본 발명에서 알킬기는 특별히 제한은 없지만 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 이소펜틸기, 네오펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기 및 2-에틸헥실기 등의 직쇄 또는 분기쇄의 알킬기 등을 들 수 있다.

불소화알킬기로는 특별히 제한은 없으나, 상기 알킬기에 포함되는 수소원자 중 하나 이상이 불소원자로 치환된 것으로, 플루오로메틸기, 1-플루오로에틸기, 1-플루오로프로필기, 1-플루오로부틸기, 1-플루오로옥틸기 등을 들 수 있다.

알콕시알킬기의 예를 들면, 메톡시메틸기, 1-메톡시에틸기, 2-메톡시에틸기, 3-메톡시부틸기, 1-에톡시에틸기, 2-에톡시에틸기, 2-프로폭시메틸기, 1-iso-프로폭시에틸기, 2-프로폭시에틸기, 1-n-부톡시에틸기, 2-부톡시에틸기, 1-tert-부톡시에틸기, 메톡시메틸기, 에톡시메틸기, iso-프로폭시메틸기, n-부톡시메틸기, tert-부톡시메틸기, 프로폭시프로필기 등을 들 수 있다.

본 발명에서 아미노알킬기는 규산알칼리금속염과 아크릴 에멀젼의 상용성을 개선하기 위해 첨가되는 것으로, 예를 들어 아미노에틸아미노프로필기, 아미노프로필기, 메타크릴옥시프로필기, 글리시드옥시프로필기 등을 들 수 있다.

이들 중 반응성의 관점에서 R은 탄소원자수 1 내지 4의 알킬기, 탄소원자수 1 내지 4의 불소화알킬기 또는 탄소원자수 3 내지 6의 알콕시알킬기를 나타내는 것이 바람직하고, 탄소원자수 1 내지 4의 알킬기를 나타내는 것이 보다 바람직하며, 메틸기, 에틸기인 것이 특히 바람직하다. 　

본 발명에서 상기 규산알칼리금속염은 알칼리금속산화물과 이산화규소가 결합된 것으로 상기 알칼리금속은 리튬, 나트륨, 칼륨에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 바람직하게는 나트륨인 것이 좋다.

상기 규산알칼리금속염은 알칼리금속산화물과 이산화규소의 몰비가 1 : 3 내지 5인 것이 좋으며, 고형분 함량이 40 내지 50 중량%일 수 있으나 본 발명이 이에 한정하는 것은 아니다.

본 발명에서 상기 아크릴 에멀젼은 규산알칼리금속염의 내수성을 개선하기 위해 첨가되는 것으로 고형분 함량이 40 중량%이며, pH 8 이상인 것이 좋다.

본 발명에 따른 유-무기 변성 실리케이트 조성물은 조성비를 한정하는 것은 아니나 조성물 100 중량%를 기준으로 규산알칼리금속염 55 내지 90 중량%, 실란 커플링제 1 내지 20 중량%, 아크릴 에멀젼 1 내지 5 중량% 및 물 1 내지 20 중량%를 포함하는 것이 좋다.

본 발명에서는 메틸, 에틸, 이소프로필 등의 알킬 그룹을 포함하는 유기 실리케이트만을 기재하고 있으나, 그 외 알칼리 토금속, 준금속, 전이금속 등을 포함하는 무기 실리케이트를 사용하여 전술한 효과를 발휘하는 것 역시 본 발명의 범주에 속한다.

본 발명에서 상기 유-무기 변성 실리케이트의 함량은 소성온도와 접착력을 고려하여 적절히 조절할 수 있으나, 전체 조성물 100 중량% 대비 10 내지 30 중량% 범위일 수 있다. 실리케이트의 첨가량이 10 중량% 미만인 경우 내 스크래치성 경도 효과의 발현이 나오지 않을 가능성이 있으며, 30 중량% 초과인 경우에는 제품 단가 상승 및 저 반사율 특성에 악영향을 미칠 수 있다.

(B) 나노 저굴절화제

본 발명에서 나노 저굴절화제는 반사방지막의 굴절율을 조절하기 위해 첨가되는 것이다. 일반적으로 반사방지막 코팅 조성물은 굴절율에 따라 반사율이 결정된다. 즉, 반사율 측면에서는 굴절율이 낮으면 낮을수록 저반사율 특성을 보이게 되지만, 도막의 표면 강도는 더 약해지게 된다. 그러나 본 발명에서는 유-무기 변성 실리케이트와 촉매 성분의 사용으로 인해 도막의 표면 강도를 확보할 수 있으며, 이와 동시에 나노 저굴절화제 사용으로 인해 광효율 특성 또한 증대시킬 수 있다.

또한 본 발명에 따른 나노 저굴절화제는 중공을 가질 수 있으며, 낮은 중공율을 가지고 있어 광학 소재로서는 물론이고, 디스플레이 소자의 표면에서 요구되는 기능, 예를 들어 반사방지와 같은 방현 기능을 갖는 필름층이나 코팅액의 원료로서는 물론이고, 낮은 유전율을 확보할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 나노 저굴절화제는 불소화칼슘, 불소화리튬, 불소화바륨, 불소화마그네슘, 불소화나트륨, 불소화알루미늄 등의 금속불소화물 및 중공성 실리카에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 사용할 수 있다. 이외에도 금속산화물을 사용하여도 무방하다. 더욱 바람직하게는 불소화칼슘을 사용하는 것이 저굴절특성을 가지면서도 고-투명성, 내부식성, 열안정성, 고경도 등의 특성을 가지고 있어 바람직하다.

본 발명에 따른 불소화칼슘은 염화칼슘 및 불소화나트륨의 혼합물로 합성될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니며, 평균입경이 1 내지 50㎚인 것이 좋다. 일반적으로 입사광 파장의 1/2 (λ/2) 보다 입자의 크기가 작은 경우, 예컨대 나노 단위의 입자일 경우 굴절율 감소를 통한 전반사 감소 효과를 도모할 수 있으며, 코팅 후 투명성 발휘로 인해 광투과율 측면에서 유리할 수 있다. 따라서 상기평균입경의 범위가 상기 범위를 만족하는 것이 좋다.

본 발명에 따른 나노 저굴절화제는 전체 조성물 100 중량% 대비 5 내지 20 중량% 범위일 수 있으나, 이에 특별히 제한되지 않는다. 나노 저굴절화제가 5 중량% 미만 첨가되는 경우에는 반사 방지 효과의 발현이 나오지 않을 가능성이 있으며, 20 중량% 초과 첨가되는 경우에는 제품의 가격이 상승하는 단점이 있을 수 있다.

(C) 소수성 콜로이달 실리카

본 발명에서 상기 소수성 콜로이달 실리카는 반사방지막에 자기 세정성을 부여하기 위한 것이다. 상기 소수성 콜로이달 실리카는 표면에 요철을 가져 코팅층인 도막 표면에 오염 물질이 묻어도 연꽃잎 효과(Lotus effect)와 같은 기능을 발휘하여 별도의 광촉매 등의 첨가제가 필요 없다는 장점이 있다.

본 발명에 따른 소수성 콜로이달 실리카는 규산소다, 붕산 및 요소의 혼합물로 합성되며, 평균입경이 0.1 내지 1㎛일 수 있다. 상기 평균 입경의 범위를 벗어나는 경우 즉, 평균 입경이 너무 작은 경우에는 제조 단가의 상승을 초래할 수 있으며, 너무 큰 경우에는 코팅 후 제품의 투명도에서 불리할 수 있다.

또한 상기 소수성 콜로이달 실리카는 전체 조성물 100 중량% 대비 40 내지 75 중량% 첨가할 수 있다. 40 중량% 미만 첨가되는 경우 자기 세정 효과가 미비할 수 있으며, 75 중량% 초과인 경우 나노 저굴절화제 대비 전체 굴절율이 증가하여 반사율이 높아질 수 있다.

(D) 경화촉진제

상기 경화촉진제는 증점제 기능의 역할을 하며 경화촉진제 자체가 유리나 필름에 코팅 시 타 원료와 혼합되어 점도에 영향을 미치게 되며, 글래스 기재에 도장 시 코팅 조성물의 점도를 증가시켜 코팅성을 향상시킬 수 있다. 또한 유무기 변성실리케이트의 접착력을 촉진시켜 소성 온도를 낮출 수 있는 결정적인 역할을 한다.

본 발명에서 사용 가능한 경화촉진제의 예로는 인산, 불산, 염산, 질산 등에서 선택되는 어느 하나 이상의 무기산 또는 아세트산, 포름산, 시트르산 및 옥살산 등에서 선택되는 어느 하나 이상의 유기산을 사용할 수 있으며, 유기산 및 무기산을 혼합하여 사용하여도 무방하고, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 경화촉진제의 함량은 접착력 효과와 코팅막의 투명도를 고려하여 적절히 조절할 수 있으며, 바람직하게는 전체 조성물 100 중량% 대비 1 내지 10 중량% 첨가할 수 있다. 1 중량% 미만 첨가되는 경우 접착력 향상 효과가 제대로 발현되지 못하며, 10 중량% 초과 첨가되는 경우 점도가 급격히 증가하여 반사방지막의 코팅성이 떨어지며 두께가 불균일해질 수 있다.

본 발명에 따른 태양전지 반사 방지막용 코팅 조성물은 전술한 성분들 이외에도 당업계에서 통상적으로 사용되는 첨가제, 이를테면 점도 조절제, 무기 필러 등을 더 포함할 수 있다.

본 발명에서는 전술한 조성물을 이용하여 태양전지 반사방지막을 제조할 수 있다. 이의 바람직한 일 실시형태를 들면 하기와 같다. 그러나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

1) 투명 기재의 표면상에 상기 조성물을 스프레이 코팅하여 도막을 형성한다.

상기 조성물이 적용되는 투명 기재로는, 플라스틱, 유리, 수지, 세라믹스, 필름 등의 투명 기재 등이 있으며, 또는 경면(鏡面) 처리된 실리콘 웨이퍼 또는 투명 산화물 전극일 수 있다. 이중 글래스 기재가 바람직한데, 이러한 글래스 기재는 저철분 강화 유리일 수 있다. 상기와 같이 투명 기재의 양면에 반사방지막 형성용 조성물을 스프레이 코팅하는데, 이때 광 투과율과 반사방지 효과를 고려하여 조성물의 두께는 3 ㎛ 미만, 바람직하게는 1㎛ 이하로 조절한다.

전술한 스프레이 코팅법 이외에, 당 업계에 알려진 통상적인 코팅방법을 실시할 수도 있으며, 이의 비제한적인 예로는 스핀코트(spin court)법, 플로우코트(flow court)법, 롤 코트(roll court)법, 스크린 인쇄법 등이 있다.

2) 이후 상기 양면 코팅된 투명 기재를 소성로 또는 열풍건조로를 사용하여 500℃ 이하, 바람직하게는 200℃ 내지 500℃ 범위의 온도 조건하에서 10 내지 30분 동안 열처리 과정을 거친다.

본 발명은 투명 기재 상에 형성되고, 전술한 코팅 조성물로부터 형성된 도막을 포함하는 태양전지용 반사방지막 및 상기 반사방지막을 구비하는 태양전지를 제공할 수 있다.

이때 상기 조성물로부터 형성되는 도막의 두께는 재료의 굴절율 및 입사광의 파장에 따라 적절히 조절될 수 있다. 코팅 두께가 너무 두꺼울 경우 투과율 저하로 인해 반사방지 효과를 발휘할 수 없으므로, 0.3 ㎛ 내지 3 ㎛ 범위일 수 있으며, 바람직하게는 0.1㎛ 내지 1㎛ 범위이다. 또한 상기 도막은 투명 기재의 일면 또는 양면 상에 형성될 수 있다.

본 발명에서는 상기 반사방지막을 태양전지 용도에 적용되는 것을 기재하고 있으나, 그 외 반사방지 효과가 요구되는 디스플레이 장치 등에 적용되는 것도 본 발명의 범주에 속한다. 이때 반사방지 효과가 요구되는 분야는, 일례로 CRT (cathode-ray tube), CPT (color picture tube), LCD (liquid crystal display), PDP (plasma display panel), 유기 EL (emitting diode) 등의 디스플레이 장치나 또는 안경, 광학필터, 광학 렌즈 등의 광학분야일 수 있다.

또한 본 발명에 따른 태양전지 반사 방지막용 코팅 조성물은 광투과성 및 반사방지성을 더욱 증진시키기 위해 하기 화학식 2의 구조를 가지는 디올 화합물을 더 포함할 수 있다.

[화학식 2]

(상기 화학식 2에서 Rf는 하나 이상의 불소가 치환된 (C6-C24)아릴렌이다.)

본 발명에서 상기 디올 화합물은 주쇄에 방향족 환을 가지는 올리고머 형태로 내열성이 우수하며, 투명성 및 다른 코팅 조성물과의 상용성이 높아 물성 개선 효과가 크다.

본 발명에서 상기 화학식 2의 Rf로 더욱 상세하게는

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에서 선택되는 어느 하나의 구조를 가질 수 있으며, 상기 화학식 2에서 치환된 아릴렌이 서로 다른 둘 이상의 디올 화합물을 혼합하여 사용하여도 무방하다.

본 발명에서 상기 디올 화합물은 전체 태양전지 반사 방지막용 코팅 조성물 100 중량% 중 0.01 내지 0.2 중량% 포함될 수 있다. 0.01 중량% 미만 포함되는 경우 디올 화합물 첨가에 따른 물성 개선 효과가 미비하며, 0.2 중량% 초과 첨가하는 경우 표면 경도가 하락하여 기계적 물성이 저하될 수 있다.

이하 실시예를 들어 본 발명을 더 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예는 어디까지나 발명의 이해를 돕기 위함이며, 본 발명의 권리 범위를 어떠한 형태로도 제한하기 위한 의도가 아니다.

본 발명에 따라 제조된 시편의 물성 측정 방법 및 조성물의 제조방법은 하기와 같다.

(반사율)

UV/VIS/NIR 스펙트로미터 (Lambda 950, 퍼킨-엘머(Perkin-Elmer) 제품)를 이용하여 측정하였다. 입사각 8˚로 지정하였으며, 반사된 빛 중 스펙큘러 빛에 대한 반사율을 측정하였다. 측정된 반사율 값에 대해서 380 내지 780 ㎚의 범위에서의 반사율 평균을 계산하였다.

(광투과율)

광 투과율은 투명 기재의 이면(반사방지막의 반대측 면)에 흑색 도료를 도포하고 시험편을 제작하고 이 시험편에 관해서 가시광 영역 (400 내지 700 ㎚)으로 분광 광도계에 의하여 반사율을 측정하였다. 또한 반사방지막이 형성되지 않은 투명 기재((주)한글라스, 저철분 플로트유리)의 반사율은 6.2%이었다. 광투과율 측정 시, 투과율 장비는 Hitachi의 U-3300를 사용하였으며, 380 내지 700 ㎚의 파장대에서 측정하였다.

(경도)

JIS K5400에 준하여 측정하였으며, 연필경도 45도의 기울기로 1 ㎏/㎠의 하중을 주어 연필 경도를 측정하였다.

(밀착성/부착성)

1㎜ 폭의 크로스 컷트(cross cut)로 100개의 매스 눈금을 만들고, 점착 테이프에 의한 박리시험으로 기재에 잔존하는 막 조각의 수를 측정하고, 모든 막 조각이 잔존하는 경우를 ○, 잔존하고 있는 막 조각의 수가 50 내지 99인 경우를 △, 잔존하고 있는 막 조각의 수가 50 미만인 경우를 × 로 평가하였다.

(자기세정성)

유리 시편의 도장면을 유성매직으로 오염시켜 상온(20℃)에서 5분간 건조시킨 후, 시편을 흐르는 물에 세척하여 매직 오염이 사라지는 정도를 평가하였다. 이때 평가 방법은 매우 우수 (◎), 우수 (○), 보통 (Δ), 불량 (ΔΧ), 매우 불량 (Χ)로 구분하였다.

(막의 두께)

오츠카덴시(주) 제품 MCPD-2000에 의해 측정하였다.

(소수성 콜로이달 실리카)

출발 물질로서 규산소다 (영일화성 제품) 1.5M, 붕산 (덕산화학 제품) 0.1M, 그리고 요철 실리카로 만들어주는 요소 (덕산화학 제품) 0.1M, 및 용매인 알코올을 사용하였다. 여기서 용매로 에탄올을 사용하였다. 표면 요철을 갖는 실리카 분말의 제조는 초음파 분무 열분해 장치를 이용, 펌프로 3 ℓ/min의 유량으로 상기 혼합 용액을 분무 장치로 첨가시키고 질소 캐리어 가스에 의해 분무 용액들을 700℃ 온도 범위에서 전기로를 통하여 건조 내지는 소결시켜 제조하였다. 이렇게 하여 얻어진 실리카는 도 1에서처럼 표면이 요철 형태로 이루어진 파우더가 얻어지게 되며, 이는 연꽃잎 효과와 같은 소수성 특성을 가지게 된다. 그리고 이렇게 얻어진 분말들은 10 wt%의 고형분으로 이소프로필알콜 용매에 넣은 후 기계적 볼 밀링을 통하여 3시간 동안 분산시켜 콜로이달 실리카를 제조하였다.

(나노 불소화칼슘)

증류수 600g과 7.5g의 염화칼슘 수용액(CaCl₂6H₂O)(덕산화학 제품)을 혼합시켜 1.25% 농도로 유지시킨 비커에 증류수 300g과 불소화 나트륨 (NaF) (덕산화학제품) 3.75g을 혼합하여 이 용액을 마이크로 피드 펌프를 이용하여 약 0.33㎖/min의 유속으로 적가시켜 투명해질 때까지 2시간 교반시켰다. 상기 반응은 모두 상온에서 실시하며 교반이 종료된 후 증류수를 사용하여 3회 동안 세척을 통하여 염화나트륨 (NaCl)을 제거하였다. 그리고 원심 분리기를 이용하여 3,000rpm의 속도로 분말을 분리한 후 70℃에서 24시간 동안 건조 시킨 후 고형분 3%에 맞추어 이소프로필알콜 용매에 재 분산 시켜 제조하였다.

(실시예 1)

이소프로필알콜 용매로 고형분 3%로 조정된 에틸실리케이트 (YWG, 영일화성 제품, pH 11, 비중(20℃) 1,200, LiO₂ 함량 2.1 중량%, SiO₂ 함량 20 중량%, 점도(20℃) 50 cps) 192g을 계량하여 상온에서 교반 하였다. 여기에 직접 제조한 소수성 콜로이달 실리카를 이소프로필알콜 용매에 고형분 3%의 용액으로 변환하여 722g을 혼합한 후, 여기에 이소프로필알콜 용매 내에 분산되어 있는 3% 고형분의 직접 제조한 나노불소화칼슘 용액 64g 및 1% 인산수용액 22g을 첨가하여 30분간 혼합하여 실시예 1의 코팅 조성물을 제조하였다.

다음으로 스프레이 도장 시스템을 이용하여 글래스의 양면을 300㎚의 두께로 코팅하였으며, 코팅이 끝난 후 230℃의 소성로에서 20분간 열처리를 실시하였다. 열처리가 끝난 후 반사율과 투과율, 경도 측정 실험을 실시하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다.

(실시예 2 및 비교예 1 내지 4)

하기 표 1에 기재된 것과 같이 코팅 조성물의 첨가량을 달리한 것을 제외하고 실시예와 동일한 방법으로 반사방지막을 제조하였다. 다만 실시예 2에 첨가된 디올은 하기 화학식 3과 같다. 제조된 반사방지막의 반사율과 투과율, 경도 측정 실험을 실시하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다.

[화학식 3]

[표 1]

[표 2]

나노 저굴절화제에 대한 소수성 콜로이달 실리카 및 함량 변화에 따른 실험 결과를 보여주는 비교예 1 및 비교예 3의 경우, 나노 저굴절화제의 함량이 일정하고 소수성 콜로이달 실리카의 함량이 많아 질 경우 비교예 1 및 3과 같이 코팅막이 haze하여 광투과율이 낮아지게 되며, 경화제 및 경화 촉진제의 함량이 각각 감소 또는 증가하게 되는 비교 예 2 그리고 3, 4의 경우에는 연필 경도에서 현저하게 감소하게 되는 것을 알 수 있다. 또한 경화 촉진제를 지나치게 많이 첨가하는 경우에도 경도 향상의 변화가 없음을 알 수 있다.

반면, 본원 실시예 1 에서는 본원 코팅 조성물 및 도장 시스템으로 인해 광투과율 면에서 97% 이상의 높은 수치를 가져왔으며, 경도 및 자기 세정성에서도 매우 높은 결과를 보여주었다. 또한 디올 화합물을 더 첨가한 실시예 2의 경우 실시예 및 비교예를 통틀어 가장 좋은 반사율 및 광투과율을 나타냄을 확인하였다.

따라서 본 발명에 따른 반사 방지막 코팅 조성물 및 도장 시스템으로 인해 태양 전지의 효율을 높일 수 있는 방법을 제공할 수 있다. 나아가 상기 반사 방지율이 향상된 태양 전지용 소수성 코팅 조성물의 자기세정 특성에 따라 내 오염성 기능을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 반사 방지율이 향상된 태양 전지용 소수성 코팅 조성물을 이용하는 경우, 태양 전지의 효율 증대를 비롯한 기타 모바일 기기에서도 그 활용 범위가 매우 많을 것으로 예상된다.

Claims (8)

1. 유-무기 변성 실리케이트,
   나노 저굴절화제,
   표면에 요철 구조를 가지는 소수성 콜로이달 실리카 및
   경화촉진제를 포함하는 태양전지 반사 방지막용 코팅 조성물.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 조성물은 유-무기 변성 실리케이트 10 내지 30 중량%, 나노 저굴절화제 5 내지 20 중량%, 소수성 콜로이달 실리카 40 내지 75 중량% 및 경화촉진제 1 내지 10 중량%를 포함하는 태양전지 반사 방지막용 코팅 조성물.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 유-무기 변성 실리케이트는 하기 화학식 1의 구조를 가지는 실란 커플링제; 규산리튬, 규산칼륨 및 규산나트륨에서 선택되는 어느 하나 이상의 규산알칼리금속염; 아크릴 에멀젼; 및 물을 포함하는 조성물을 포함하는 태양전지 반사 방지막용 코팅 조성물.
   [화학식 1]
   

   

   
   (상기 화학식 1에서 n은 1 내지 10의 정수이고;
   R은 각각 (C1-C10)알킬, (C1-C10)불소화알킬, (C1-C10)알콕시알킬, (C1-C10)아미노알킬에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.)
4. 제 1항에 있어서,
   상기 나노 저굴절화제는 불소화칼슘, 불소화리튬, 불소화바륨, 불소화마그네슘, 불소화나트륨, 불소화알류미늄 및 중공성 실리카에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상인 태양전지 반사 방지막용 코팅 조성물.
5. 삭제
6. 제 4항에 있어서,
   상기 나노 저굴절화제는 불소화칼슘인 태양전지 반사 방지막용 코팅 조성물.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 불소화칼슘은 염화칼슘 및 불소화나트륨의 혼합물로 합성되며, 평균입경이 1 내지 50㎚인 태양전지 반사 방지막용 코팅 조성물.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 경화촉진제는 인산, 불산, 염산, 질산, 아세트산, 포름산, 시트르산 및 옥살산에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 것인 태양전지 반사 방지막용 코팅 조성물.

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