KR101782441B1 - 태양전지 모듈용 백시트 및 이를 포함하는 태양전지 모듈 - Google Patents
태양전지 모듈용 백시트 및 이를 포함하는 태양전지 모듈 Download PDFInfo
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Abstract
태양전지 셀의 하부에 적층되는 태양전지 모듈용 백시트로서, 해당 태양전지 모듈용 백시트는, 태양전지 모듈의 셀의 하부에 구비된 반사층; 반사층 하부에 구비된 방열봉지층; 방열봉지층 하부에 구비된 기재층; 기재층 하부에 구비된 절연층; 및 절연층 하부에 구비된 불소재료층;을 포함하고, 방열봉지층은 폴리 올레핀계 수지, 세라믹 분말 및 방열 충전재(filler)를 포함하며, 방열 충전재는 금속 코팅층으로 코팅된 금속 분말을 포함하는 태양전지 모듈용 백시트가 제공된다.
Description
본 발명은 방열성이 향상된 태양전지 모듈용 백시트 및 이를 포함하는 태양전지 모듈에 관한 것이다.
태양전지는 다수의 태양전지 셀(cell)이 모듈화되어 구성된다. 이때, 다수의 태양전지 셀은 봉지층에 패킹(packing)되어 고정되며, 상기 봉지층의 하부 면에는 밀봉 부재로서의 백시트(back sheet)가 접착되어 모듈화된다.
일반적으로 상기 태양전지 모듈은 복수의 태양전지 셀(cell)이 집적된 것으로서, 태양전지 셀의 상부에는 광이 입사되는 투명부재가 구비되고, 태양전지 셀의 하부에는 백시트(back sheet)가 구비된다. 상기 태양전지 셀은 투명부재와 백시트 사이에 고정(packing)되어 있으며, 이를 위하여 투명부재와 백시트는 태양전지 셀 사이에 각각 봉지층을 구비한다. 즉, 백시트는 상층에 봉지층을 구비함으로써 태양전지 모듈의 하부면에 접착되어 태앙전지 셀을 보호한다.
태양전지 셀은 빛을 전기로 변환시키는 광전변환하는 과정에서 열을 발산하게 되는데, 태양전지 셀은 온도가 증가하면 광전변환효율이 저하되므로 태양전지 셀에 의해 발생된 열은 외부로 효과적으로 방출되어야 한다.
그러나, 종래 태양전지 모듈용 백시트는 베이스 기재로서 내열성의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름과 그 양면에 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF) 필름이 적층된 구조를 갖는다. 그러나, 이와 같은 종래의 백시트는 내구성은 우수하나 태양전지 모듈 부위에서 발생된 열을 발산하는 기능성이 부여되지 않아, 모듈 내부의 온도가 상승됨에 따라 태양전지의 전력효율이 떨어지는 문제가 있다.
또한 백시트 상층의 절연체인 봉지층은 태양전지 셀의 보호를 위해 일정 두께 이상의 고 두께를 가지고 있어, 모듈 내부에서 발생하는 열의 발산을 차단시킨다. 봉지층은 일반적으로 에틸렌비닐아세테이트(EVA)가 사용되는데, EVA는 열전도효율이 없어 태양전지 모듈 내부에서 발생되는 열이 밖으로 방출되지 못하고 백시트까지 열이 효과적으로 전달되는 것을 막는 단열재로서의 기능을 하게 된다. 그러므로 태양전지의 구동 시 발생하는 열이 외부로 효율적으로 발산(방출)되지 못하므로 내부 온도가 계속 상승하게 되어, 태양전지의 광전환 효율(광을 전기로 바꾸는 효율), 즉 발전량이 저하된다는 문제가 있다.
본 발명은 태양전지 모듈용 백시트의 봉지층에 반사율과 방열기능을 부여하여, 태양전지 모듈의 전력 효율을 향상할 수 있고 태양전지 모듈내에서 발생하는 열을 효과적으로 방출할 수 있는 태양전지 모듈용 백시트를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예에서, 태양전지 셀의 하부에 적층되는 태양전지 모듈용 백시트로서, 상기 태양전지 모듈용 백시트는, 태양전지 모듈의 셀의 하부에 구비된 반사층; 상기 반사층 하부에 구비된 방열봉지층; 상기 방열봉지층 하부에 구비된 기재층; 상기 기재층 하부에 구비된 절연층; 및 상기 절연층 하부에 구비된 불소재료층;을 포함하고, 상기 방열봉지층은 폴리 올레핀계 수지, 세라믹 분말 및 방열 충전재(filler)를 포함하며, 상기 방열 충전재는 금속 코팅층으로 코팅된 금속 분말을 포함하는 태양전지 모듈용 백시트가 제공된다.
예시적인 구현예에 있어서, 상기 방열봉지층은 상기 상기 방열봉지층 전체 중량에 대하여 15 내지 70 wt%의 상기 방열 충전재와 상기 세라믹 분말의 혼합물을 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에 있어서, 상기 금속 코팅층은 상기 금속 분말에 포함되는 금속 물질보다 전기전도도가 더 큰 물질을 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에 있어서, 상기 금속 분말은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 및 철(Fe)로 이루어지는 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하고, 상기 금속 코팅층은 은(Ag)을 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에 있어서, 상기 세라믹 분말은 육방정 질화붕소(h-BN), 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 탄화규소(SiC), 산화마그네슘(MgO), 실리카(SiO2) 및 활석(Talc)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에 있어서, 상기 방열 충전재는 1 내지 50μm의 평균 직경을 가질 수 있다.
예시적인 구현예에 있어서, 상기 방열 봉지층은 50 내지 400μm의 두께를 가질 수 있다.
예시적인 구현예에 있어서, 상기 절연층은 폴리올레핀계 수지와 세라믹계, 금속계 및 탄소계 중 하나 이상의 충전재(filler)를 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에 있어서, 상기 절연층은 폴리 올레핀계 수지, 세라믹 분말 및 방열 충전재(filler)를 포함하며, 상기 방열 충전재는 금속 코팅층으로 코팅된 금속 분말을 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에 있어서, 상기 기재층은 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni), 주석(Sn), 아연(Zn), 텅스텐(W), 스테인리스 및 철(Fe)로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상의 금속을 포함하는 금속층; 및 상기 금속층의 양면 또는 일면 상에 형성되며 육방정 질화붕소(h-BN)을 포함하는 세라믹층;을 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에 있어서, 상기 금속층은 복수 개로 형성될 수 있다.
예시적인 구현예에 있어서, 상기 반사층은 이산화티타늄(TiO2), 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO) 및 산화지르코늄(ZrO2)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에 있어서, 상기 불소재료층은 폴리비닐플루오라이드(PVF), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 에틸렌테트라플루오르에틸렌(ETFE), 폴리클로로트리플루오르에틸렌(PCTFE), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 및 퍼플루오르알콕시(PFA)로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 상기 태양전지 모듈용 백시트를 포함하는 태양전지 모듈이 제공된다.
본 발명의 구현예들에 따른 태양전지 모듈용 백시트는 방열봉지층에 폴리올레핀계 수지, 세라믹 분말 및 금속층이 코팅된 금속 분말을 포함하는 방열 충전재를 포함함으로써 종래 봉지층과 같은 높은 두께를 가지더라도 태양전지 셀에서 발생하는 열을 백시트, 나아가 백시트 외부까지 효과적으로 전달하여 발산할 수 있다. 따라서, 태양전지 셀을 안전하게 보호하면서도 태양전지 모듈의 전력효율을 향상시킬 수 있다.
특히, 본 발명에 사용되는 방열 충전재는 내전압 및 부분방전에 필요한 전기절연성을 부여하면서 모듈에 발생되는 열을 외부로 흐르게 함으로서 동일조건에서 더 많은 전기를 생산할 수 있도록 도모할 수 있을 뿐만 아니라, 우수한 접착력을 보이므로, 본 발명의 구현예들에 따른 백시트를 포함하는 태양전지 모듈은 방열 기능과 반사율이 강화되어, 전력효율이 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따라 형성된 태양전지 백시트의 구성도를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 구현예에 따라 형성된 태양전지 백시트의 구성도를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 구현예에 따라 형성된 태양전지 백시트의 구성도를 나타낸 단면도이다.
본 명세서에서 "백시트" 라 함은, 태양전지 셀 하부에 구비되어 태양전지 셀을 봉지하여 태양전지 셀을 보호하는 부재를 의미한다. 따라서, 일반적인 의미의 백시트는 물론 백시트 상에 구비되는 봉지층 역시 본 발명의 "백시트" 에 포함된다.
본 명세서에서 “방열 충전재“라 함은 방열성을 갖는 충전재(filler)를 의미한다.
본 발명은 상기 태양전지 모듈용 백시트에 관한 것으로, 이하, 본 발명의 구현예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
첨부된 도 1 및 도 2는 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것이다. 도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 구현예들에 따른 태양전지 모듈용 백시트는 태양전지 셀의 하부에 적층되는 태양전지 모듈용 백시트로서, 태양전지 모듈의 셀의 하부에 구비된 반사층(10), 반사층(10) 하부에 구비된 방열봉지층(20), 방열봉지층(20) 하부에 기재된 기재층(30), 기재층(30) 하부에 기재된 절연층(40), 절연층(40) 하부에 구비된 불소재료층(50)을 포함하고, 방열봉지층(40)은 폴리 올레핀계 수지, 세라믹 분말 및 방열 충전재(filler)를 포함하고, 상기 방열 충전재는 금속 분말; 및 상기 금속 분말 상에 코팅된 금속 코팅층을 포함한다.
먼저, 반사층(10)은 태양전지 모듈의 셀의 하부에 구비되며, 방열봉지층(20) 상에 형성될 수 있으며, 폴리올레핀계 수지 및 백색무기물을 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 반사층(10)의 폴리올레핀계 수지는 예를 들어, 저밀도 폴리에틸렌(Low density polyetylene: LDPE), 선형저밀도 폴리에틸렌(Linear density polyethylene: LLDPE), 고밀도 폴리에틸렌(High density polyethylene: HDPE) 및 폴리프로필렌(Polypropylene: PP) 로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상일 수 있으며, 바람직하게는 LLDPE일 수 있다.
일 구현예로서 상기 백색무기물은 이산화티타늄(TiO2), 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO) 및 산화지르코늄(ZrO2)로 이루어진 그룹에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 물질들은 백시트의 기계적 강도를 향상시킬 뿐만 아니라, 태양전지 모듈을 투과하는 빛을 태양전지 셀 방향으로 반사시키므로, 태양전지 셀의 수광량(광을 받는 양)이 증가하여 광전환 효율(광을 전기로 바꾸는 비율)이 향상된다. 일반적으로 반사율이 약 10% 증가함에 따라 약 1%의 효율이 향상된다고 알려져 있으며, 이에 따른 태양전지의 전력생산효율을 증가시킬 수 있다. 상기와 같은 물질들은 반사층(10)의 총 중량(100중량부)에 대하여 약 5 내지 40 중량부로 포함될 수 있으며, 상기 물질들의 입자크기는 약 1 내지 50 μm일 수 있다.
예시적인 구현예에서, 반사층(10)의 두께는 약 10 내지 200 ㎛일 수 있으며, 바람직하게는 20 내지 100㎛일 수 있다. 반사층(10)의 두께가 상기 범위 미만인 경우 백시트의 반사율이 저하될 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우 태양전지 모듈용 백시트의 두께가 과도하게 넓게 형성될 뿐만 아니라, 태양전지의 전략생산 효율 상승값이 미비할 수 있다.
일 구현예에서, 반사층(10)은 박막의 폴리에틸렌 수지 시트에 이산화티타늄(TiO2), 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO) 및 산화지르코늄(ZrO2)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다. 이 경우 종래 태양전지 백시트보다 550nm 파장 기준에서 10% 이상의 반사율 향상효과를 부여할 수 있다.
또한, 반사층(10)은 질화붕소(BN), 산화알루미늄(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 탄화규소(SiC) 및 산화마그네슘(MgO), 실리카(SiO2)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 세라믹계 충전재를 더 포함할 수 있다.
일 구현예로서 반사층(10)은 하부의 방열기능이 부여된 시트(즉, 방열 봉지층)의 압출 시 함께 제작되거나 단독으로 압출 후 방열기능성이 부여된 시트와 별도로 용매 건식 적층(Solvent Dry Lamination) 방식으로 합지하여 제조될 수 있다.
한편, 방열봉지층(20)은 내전압 및 부분방전 물성을 확보하기 위하여 반사층(10) 및 기재층(30)의 사이에 개재될 수 있다.
본 발명의 일 구현예들에 따르면, 방열봉지층(20)은 백시트의 접착력을 보다 향상시키는데 도모할 수 있는 폴리 올레핀계 수지와 백시트의 반사율 및 방전율을 향상시키는데 도모할 수 있는 세라믹 분말 및 방열 충전재를 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 방열봉지층(20)은 방열봉지층(20) 전체 중량에 대하여 15 내지 70wt%의 세라믹 분말 및 방열 충전재의 혼합물을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 40 내지 70wt%의 세라믹 분말 및 방열 충전재의 혼합물을 포함할 수 있다. 세라믹 분말 및 방열 충전재의 혼합물이 15wt% 미만으로 포함되는 경우 방열 성능이 미비할 수 있으며, 70wt%를 초과하는 경우 필름으로 제조되기 어려울 수 있다.
방열봉지층(20)은 폴리 올레핀계 수지로서, 예를 들어, 초선형 저밀도 폴리에틸렌(ULLDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 및 폴리에틸렌계(PE) 수지 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 에틸렌비닐아세테이트(EVA)와 폴리에틸렌계(PE) 수지는 동질의 단량체로서 서로간의 접착력이 우수하므로, 두 층을 적층하는 것도 가능하다. 에틸렌비닐아세테이트(EVA)는 열 차단 특성 및 태양전지 셀과의 고정력이 우수하며, 폴리에틸렌계(PE) 수지는 절연성 및 기체나 액체의 불투과성, 즉 습기 차단성 및 배리어성이 우수하다. 상기 폴리에틸렌계 수지는 분자 내에 에틸렌을 포함하는 것이면 제한되지 않는다. 상기 폴리에틸렌계 수지는 예를 들어 에틸렌 단량체의 단독 중합체 또는 에틸렌 함유 공합중체로부터 선택될 수 있다. 상기 공중합체는 에틸렌 단량체와, 프로필렌 또는 부틸렌 단량체 등의 공중합체를 예로 들 수 있다.
예시적인 구현예예서, 세라믹 분말은 육방정 질화붕소(h-BN), 질화붕소(BN), 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 탄화규소(SiC), 산화마그네슘(MgO), 실리카(SiO2) 및 활석(Talc)으로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상의 세라믹계 충전재를 더 포함할 수 있다.
일 구현예예서, 상기 세라믹 분말은 1 내지 50 범위의 평균 직경을 가질 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 40μm의 평균 직경을 가질 수 있다. 1μm 미만의 평균 직경을 갖는 경우 방열효과가 미비할 수 있으며, 50μm을 초과하는 평균 직경크기를 갖는 경우 필름의 물성 및 가공성의 저하가 발생 할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 방열봉지층(20)의 방열 충전재는 금속 분말 및 상기 금속 분말 상에 코팅된 금속 코팅층을 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 금속 분말은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 및 철(Fe)로 이루어지는 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 금속 분말은 덴드라이트, 플레이트, 플레이크, 구형, 비정형 및 섬유상 구조 중 하나 이상의 구조를 가질 수 있으나, 접촉면적을 극대화하기 위하여 덴드라이트 구조를 갖는 것이 바람직하다.
한편, 금속 분말 상에 코팅된 금속 코팅층은 금속 분말에 포함되는 금속 물질보다 전기전도도가 더 큰 물질을 포함하며, 예를 들어, 상기 금속 코팅층은 은(Ag)을 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 금속 코팅층은 금속 분말 전체 중량의 3wt% 내지 30wt%로 코팅 될 수 있다. 3wt% 미만의 중량비로 코팅하는 경우, 높은 방열성능 향상을 기대할 수 없고, 금속 분말의 신뢰성 저하 문제가 발생할 수 있으며, 30wt%를 초과하는 경우, 성능 대비 경제성이 떨어질 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 방열 충전재는 1 내지 50μm의 평균 직경을 가질 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 40μm의 평균 직경을 가질 수 있다. 상기 방열 충전재의 평균 직경이 50μm를 초과하는 경우 필름으로 제조되기 어려울 수 있으며, 1μm 미만인 경우 방열 효과가 미비할 수 있다.
본 발명의 일 구현예들에 따르면, 방열봉지층(20)의 총 두께는 약 50 내지 400μm일 수 있으며, 바람직하게는 100 내지 300μm일 수 있다. 방열봉지층(20)의 두께가 약 50μm 미만인 경우 이를 포함하는 태양전지 백시트 전체의 부분 방전 특성 등과 같은 내전기절연성의 저하가 발생하고, 두께가 약 400 μm 이상인 경우에는 방열성능이 저하될 수 있다.
본 발명의 구현예들에 따른 기재층(30)은 방열봉지층(20)과 절연층(40) 사이에 개재되며, 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni), 주석(Sn), 아연(Zn), 텅스텐(W), 스테인리스 및 철(Fe)로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상의 금속을 포함하는 금속층을 1층 이상 포함할 수 있다. 상기 금속은 열전도성이 있는 금속이면 제한되지 않으며, 단일 금속 또는 합금일 수 있다.
기재층(30)의 두께는 제한되지 않으나, 구체적으로 약 8 내지 250㎛의 두께를 가질 수 있다. 기재층(30)의 두께가 상기 범위 미만이면 방열성과 지지력 등이 미미할 수 있고, 상기 범위를 초과하면 백시트의 유연성이 떨어지고 생산원가가 상승하게 되는 문제가 있다.
한편, 기재층(30)에 포함되는 금속층은 1층 이상의 구조를 가지되, 각 층을 구성하는 금속은 인접하는 층과 다른 금속으로 구성될 수 있으며, 상기 2층 이상의 기재층(30)은 2장 이상의 금속 박막이 적층 코팅된 것으로, 이때 금속들은 서로 열전도율이 다른 것일 수 있다. 예를 들면, 기재층(30)은 알루미늄(Al) 박막에 금(Au), 은(Ag) 또는 구리(Cu) 중에 어느 하나의 금속 박막으로 코팅된 2층 구조일 수 있다.
구체적으로, 기재층(30)은 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 금속층 (33) 및 제1 금속층(33) 상에 형성된 제2 금속층(35)를 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 금속층(33)보다 제2 금속층(35)이 전기전도도가 더 큰 금속을 포함하도록 제조될 수 있다. 예를 들어, 제1 금속층(33)은 알루미늄을 포함하도록 제조되며, 제2 금속층(35)은 구리를 포함하도록 제조될 수 있다.
상기와 같이 기재층(30)을 2층 이상의 금속층으로 구성하되, 각 층은 인접하는 층과 서로 다른 금속으로 구성하게 되면 단일층으로 구성된 경우보다 우수한 방열성을 갖는다. 기재층(30)은 불소재료층(20), 방열봉지층(40)과 용매 건식 적층(Solvent Dry Lamination) 방식으로 합지할 수 있다.
한편, 도시되지는 않았으나, 기재층(30)은 상기 금속층의 일면 또는 양면에 형성되는 세라믹층을 더 포함할 수 있으며, 이 경우, 백시트의 전기절연성, 수평열전도도 및 반사율이 보다 향상될 수 있다.
기재층(30)이 세라믹층을 포함하도록 제조되는 경우, 기재층(30)은 예를 들어, 세라믹층/금속층, 세라믹층/금속층/세라믹층, 세라믹층/제1금속층/제2금속층 또는 세라믹층/제1금속층/제2금속층/세라믹층 등의 구조를 갖도록 제조될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 세라믹층은 육방정 질화붕소(h-BN) 등을 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 세라믹층은 5 내지 30 μm 의 두께를 가질 수 있다. 수 있다. 상기 세라믹층의 두께가 5μm 미만일 경우, 전기절연성, 수평열전도도 향상이 미미하고, 두께가 30μm를 초과할 경우 제조공정 속도 저하 및 과다한 두께에 따라 경제성이 떨어지게 된다.
한편, 상기 세라믹층의 제조는 스프레이 코팅 방식으로 제조하는 것이 바람직하며, 방열봉지층(20)및/또는 절연층(40)과 합지 시 용매 건식 적층(Solvent Dry Lamination) 방식으로 제조하는 것도 가능하다.
일반적으로 전지와 같은 열원으로부터 외부까지의 열 전달에 있어서, 열전도도가 높은 것부터 낮은 순서로 태양전지 백시트를 형성하는 것이 열전달에 유리할 수 있다. 하지만, 열원인 전지의 후면에 알루미늄등과 같은 금속을 포함하는 기재층(30)을 형성하면 전기의 누설이 발생할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 구현예에 따른 태양전지 백시트는 태양전지 셀과 기재층(30)사이에 형성된 방열봉지층(20)을 포함하고 있으므로 이와 같은 누설전류의 영향을 최소화 시킬 수 있다.
한편, 기재층(30)은 백시트의 내구성을 향상시키기 위하여 기재층(30)의 최외면에 PVDF(Polyvinylidene Fluoride) 필름층을 더 포함할 수 있다. 상기 PVDF 필름층은 층에 용매 건식 적층(Solvent Dry Lamination) 방식으로 합지할 수 있다.
본 발명의 구현예들에 따른 절연층(40)은 불소재료층(50) 및 기재층(30) 사이에 개재될 수 있다. 절연층(40)이 열이 발생하는 셀과 가까워지면 전달에 방해요인이 되므로 열원인 셀과 거리를 두기 위해서 기재층(30)과 불소재료층(50) 사이에 개재시켜 열전달의 손실을 최소화할 수 있다.
본 발명의 구현예들에 따른 절연층(40)은 상기 구조를 가지는 백시트에서 누설전류를 감소시켜 부분방전 특성을 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 백시트를 포함하는 완제품인 태양전지모듈의 내전압과 절연파괴전압을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 절연층(40)은 약 50 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있다. 절연층이 약 50㎛ 미만의 두께를 가진 경우 부분방전 특성의 향상을 기대하기 어려우며, 절연층이 약 500㎛을 초과하는 두께를 갖는 경우 태양전지 백시트의 열전달의 손실이 커질 수 있다.
본 발명의 구현예들에 따른 절연층(40)은 폴리올레핀계 수지를 포함하며, 세라믹계, 금속계 및 탄소계 중 하나 이상의 충전재(filler)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리올레핀계 수지는 예를 들어, 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 및 폴리프로필렌(PP)으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 세라믹계 충전재는 질화붕소(BN), 산화알루미늄(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 탄화규소(SiC), 산화마그네슘(MgO), 실리카(SiO2) 및 활석(Talc)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이고, 상기 금속계 충전재는 금, 은, 구리, 니켈, 주석, 아연, 텅스텐, 스테인리스 및 철로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이며, 상기 탄소계 충전재는 그라파이트, 그래핀, 탄소나노튜브, 탄소섬유, 카본블랙 및 DLC로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 예로 들 수 있다.
이와 달리, 절연층(40)은 상술한 방열 봉지층(20)과 동일한 구성을 갖도록 제조될 수도 있다. 즉, 절연층(40)은 폴리 올레핀계 수지, 세라믹 분말 및 방열 충전재(filler)를 포함하며, 상기 방열 충전재는 금속 분말 및 상기 금속 분말 상에 코팅된 금속 코팅층을 포함하도록 제조될 수도 있다. 이와 같이, 절연층(40)이 방열 봉지층(20)과 동일한 구성을 갖도록 제조되는 경우 방열성능의 향상과 함께 태양전지 모듈에서 요구되는 내전압과 파괴전압 성능 등의 전기적인 안정성을 보다 확보할 수 있다.
한편, 본 발명의 구현예들에 따른 불소재료층(50)은 불소필름층 및/또는 불소코팅층이며, 불소(F)를 포함하는 성분이면 제한 없이 포함할 수 있다. 예를 들면, 폴리비닐플루오라이드(PVF), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 에틸렌테트라플루오르에틸렌(ETFE), 폴리클로로트리플루오르에틸렌(PCTFE), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 및 퍼플루오르알콕시(PFA) 로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 이때 불소재료층(50)에 방열성능을 부여하기 위하여 세라믹계 충전재를 더 포함할 수 있으며, 그 예로 질화붕소(BN), 산화알루미늄(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 탄화규소(SiC), 산화마그네슘(MgO), 실리카(SiO2)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 불소재료층(50)은 약 5 내지 50㎛의 두께를 가질 수 있다. 두께가 낮을 경우 내구성이 떨어지고 코팅의 경우 은폐력이 저하되며, 두꺼울 경우 고가인 불소소재에 의해 생산원가가 상승하게 되는 문제가 있다. 불소재료층(50)은 절연층(40) 및/또는 절연층(40)이 형성된 기재층(30)과 용매 건식 적층(Solvent Dry Lamination) 방식으로 합지할 수 있고, 불소재료층(50)은 Roll코팅, 코마코팅, 다이코팅, 그라비아코팅, 마이크로 그라비아코팅 중 하나의 공정으로 코팅하여 형성될 수 있다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예 및 실험예를 통하여 설명한다. 실시예 및 실험예는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 하기의 실시예의 범위로 제한되는 것은 아니다. 또한, 아래에 기술된 비교예는 실시예들과 대비하기 위한 것으로 기재된 것일 뿐이며, 종래의 기술로서 기재한 것이 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 이 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않고 첨부한 특허청구범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능하다.
[실시예 1]
본 발명의 일 구현예로서, [반사층(White-PO)/방열봉지층(복합-PO)/ 기재층/절연층(복합-PO)/불소재료층(PVDF)]이 적층된 태양전지 모듈용 백시트를 제조하였다.
구체적으로, 가교된 LLDPE 100 중량부에 대하여 이산화티타늄(TiO2)을 30중량부로 컴파운딩한 후 압출하여 약 30μm의 두께를 갖는 반사층(White-PO)을 제조하였다. 방열봉지층(복합-PO)을 제조하기 위해 덴드라이트 형상의, 은이 코팅된 동분말을 포함하는 방열 충전재(10μm 의 평균 직경)와 알루미나 분말(40μm의 평균 직경)를 1:1 비율로 혼합하여 혼합물을 형성한 후 형성되는 방열봉지층 100중량부에 대하여 혼합물의 함량이 60중량부가 되도록 LLDPE에 상기 혼합물을 컴파운딩한 후 압출하여 약 200μm두께의 방열봉지층(복합-PO)을 제조하였다. 기재층으로서는 내식방지 처리된 알루미늄 150μm 호일에 h-BN이 각 10μm 양면 코팅된 기재를 사용하였다. 한편, 절연층은 방열봉지층과 동일한 구성을 갖도록 제조하였으며, 불소재료층으로는 PVDF 30μm를 상기 절연층에 적층하였다. 이후, 상기 각 층을 용매 건식 적층(Solvent Dry Lamination) 방식으로 합지하여 [반사층(White-PO)/방열봉지층(복합-PO)/기재층/절연층(복합-PO)/불소재료층(PVDF)]의 구조를 갖는 태양전지 모듈용 백시트를 제조하였다.
[실시예 2]
본 발명의 일 구현예로서, [반사층(White-PO)/ 방열봉지층(복합-PO)/ 복합기재층/절연층(복합-PO)/불소재료층(PVDF)]로 적층된 태양전지 모듈용 백시트를 하기와 같이 제조하였다.
구체적으로, 가교된 LLDPE 100 중량부에 대하여 이산화티타늄(TiO2)을 30중량부로 컴파운딩한 후 압출하여 약 30μm의 두께를 갖는 반사층(White-PO)을 제조하였다. 방열봉지층(복합-PO)을 제조하기 위해 덴드라이트 형상의, 은이 코팅된 동분말 방열 충전재(10μm 의 평균 직경)와 알루미나 분말(40μm의 평균 직경)를 1:1 비율로 혼합하여 혼합물을 제조한 후 LLDPE에 형성되는 방열봉지층 100중량부에 대하여 혼합물의 함량이 60중량부가 되도록 컴파운딩한 후 압출하여 약 200μm두께의 방열봉지층(복합-PO)을 제조하였다. 복합기재층은 내식방지 처리된 알루미늄 150μm 호일 상에 건식 및 습식 표면 처리를 통해 20μm의 구리 박막(금속박막의 두께)을 코팅시켜 형성한 후 h-BN이 각 10μm 양면 코팅된 기재를 사용하였다. 한편, 절연층은 방열봉지층과 동일한 구성을 갖도록 제조하였으며, 불소재료층으로는 PVDF 30μm를 상기 절연층에 적층하였다. 이후, 상기 각 층을 용매 건식 적층(Solvent Dry Lamination) 방식으로 합지하여 [반사층(White-PO)/방열봉지층(복합-PO)/기재층/절연층(복합-PO)/불소재료층(PVDF)]의 구조를 갖는 백시트를 제조하였다.
[비교예 1]
본 발명의 비교예로서, [불소기재(PVDF)/ 기재층(Al)/불소재료층(PVDF)]로 적층된 태양전지 모듈용 백시트를 하기와 같이 제조하였다.
내식방지 처리된 알루미늄층(150μm)의 상, 하부에 각각 PVDF 30μm를 용매 건식 적층(Solvent Dry Lamination) 방식으로 합지하여 백시트를 제조하였다.
[비교예 2]
본 발명의 비교예로서, [반사층(White-PO)/기재층(Al)/불소재료층 (PVDF)]로 적층된 태양전지 모듈용 백시트를 하기와 같이 제조하였다.
가교된 LLDPE를 준비한 다음, 상기 가교된 LLDPE 상부에 반사층(White-PO)을 반사층 총 중량에 대하여 이산화티타늄(TiO2)을 4중량부로 컴파운딩한 후 압출하여, 총 약 100μm두께의 시트로 제조하여 반사층(White-PO)을 제조하였다. 그 다음, 반사층(White-PO) 하부에 금속층으로 내식방지 처리된 알루미늄층(150μm)을 용매 건식 적층(Solvent Dry Lamination) 방식으로 합지하고, PVDF 30μm를 상기 금속층 하부에 용매 건식 적층(Solvent Dry Lamination) 방식으로 합지하여 백시트를 제조하였다.
[비교예 3]
본 발명의 비교예로서, [반사층(White-PO)/세라믹 방열필름/기재층/ 세라믹 방열필름/불소재료층]로 적층된 태양전지 모듈용 백시트를 하기와 같이 제조하였다.
가교된 LLDPE를 준비한 다음, 상기 가교된 LLDPE 상부에 반사층 100 중량부에 대하여 이산화티타늄(TiO2)을 30중량부로 컴파운딩한 후 압출하여 약 100μm두께의 반사층(White-PO)을 제조하였다. 세라믹 방열필름은 가교된 LLDPE에 알루미나를 혼합하여 세라믹 방열필름 100중량부에 대하여 60중량부가 되도록 컴파운딩한 후 압출하여 약 200μm두께의 시트로 제조하였다. 금속층으로 내식방지 처리된 알루미늄층(150μm)을 준비하고, 불소재료층으로서 PVDF 30μm를 준비하였다. 이후, 상기 각 층을 용매 건식 적층(Solvent Dry Lamination) 방식으로 합지하여 [반사층(White-PO)/세라믹 방열필름/금속층/ 세라믹 방열필름/불소재료층]의 구조를 갖는 백시트를 제조하였다.
[시험예 1]
상기에서 제조한 실시예 1 및 2와 비교예 1 내지 3의 태양전지 모듈용 백시트의 방열성 및 이를 포함하는 태양전지의 전력효율을 비교하기 위하여, 하기의 실험을 실시하였다.
(1) 내구성
각 실시예 및 비교예에 따른 백시트 시편에 대하여, 제논(Xenon) 아크를 이용하는 내구성 시험기(Xenon Weather-Ometer, ATLAS Ci3000+)를 이용하여, 항온 항습(80℃, 80%RH) 3000hr 조건에서 통상적인 방법에 따라 내구성을 평가하고, 그 결과를 우수(◎), 양호(○), 보통(△) 불만족(X)으로 표시하였다.
이때, 육안상 시험 전후로 외형의 변화가 없고, 각 층간 접착강도 저하가 없었던 경우 우수(◎)로 표시하였으며, 육안상 시험 전후로 외형의 변화가 없고, 각 층간 접착강도 저하는 25% 인 경우 양호(○)로 표시하였다. 또한, 육안상 시험 전후로 외형의 변화가 없고, 각 층간 접착강도 저하는 50% 내인 경우 보통(△)으로 표시하였으며, 시험 전후로 육안으로 균열(Crack), 황변이 혹은 층간 박리가 발생하는 경우 불만족(X)으로 나타내었다.
(2) 부분방전
각 실시예 및 비교예에 따른 백시트 시편에 대하여, Partial Discharge TEST 설비(한양대학교)를 이용하여 부분방전을 평가하였다. 구체적으로, 시험전압을 시스템 최대전압 이하의 값에서 시작하여 부분방전이 발생하는 점을 지나 10 %까지 더 증가시키는 시험을 10개의 시험편에 대해 반복 실시하였다. 그 다음, 부분 방전 소멸 전압의 평균값에서 표준 편차를 뺀 값이 주어진 최대 시스템 전압의 1.5배를 넘은 경우 시험을 통과한 것으로 판정하였다.
(3) 방열성능
각 실시예 및 비교예에 따른 백시트 시편에 대하여, 열원(LED 램프)이 설치된 알루미늄판을 피시험체로 하여, 초기 100℃로 설정된 피시험체에 각 실시예 및 비교예에 따른 백시트 시편을 붙이고, 1시간 후의 피시험체 온도를 측정하여 온도하강 정도를 확인하였다.
(4) 발전량(%)
각 실시예 및 비교예에 따른 백시트 시편에 대하여, 백시트 부착 전의 태양전지 발전량을 100%로 하고, 부착 후의 발전량을 평가하여 부착 전에 대한 상대적인 비율로 나타내었다.
| 비교예 1 (불소기재/금속층/ 불소재료층) |
비교예 2 (White-PO /기재층/ 불소재료층) |
비교예 3 (White-PO/세라믹 방열필름/기재층/ 세라믹 방열필름/ 불소재료층) |
실시예 1 (White-PO/ 복합-PO /기재층/ 복합-PO / 불소재료층) |
실시예 2 (White-PO/ 복합-PO /복합기재층/ 복합-PO / 불소재료층) |
|
| 내구성 | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ |
| 부분방전 | X | △ | ◎ | ◎ | ◎ |
| 방열성능 | ◎ (75℃) | △ (90℃) | ○ (80℃) | ◎ (78℃) | ◎ (76℃) |
| 발전량(%) | 130 | 105 | 120 | 125 | 129 |
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 백시트인 실시예 1 및 2는 비교예 1 내지 3과 동등한 높은 내구성을 가지면서도, 비교예들에 비하여 부분방전 및 방열성능이 우수하였다. 구체적으로, 복합방열필름을 포함하는 실시예 1 및 2는 기존의 세라믹 방열 필름을 포함하는 비교예 3보다 부분방전 및 방열성능이 모두 높은 것으로 나타났다. 이는 실시예 1 및 2의 높은 반사율과 열전도 효율로 인해 빠른 열전달이 일어남에 따라 방열효과가 향상된 것으로 판단되며, 그 결과 실시예 1 및 2 모두 비교예 1 내지 3에 대하여 부분방전에 대한 내구성이 확보된 상태에서도 향상된 전력생산효율을 나타냄을 알 수 있다.
10: 반사층
20: 방열봉지층
30: 기재층
33: 제1 금속층
35: 제2 금속층
40: 절연층
50: 불소재료층
20: 방열봉지층
30: 기재층
33: 제1 금속층
35: 제2 금속층
40: 절연층
50: 불소재료층
Claims (14)
- 태양전지 셀의 하부에 적층되는 태양전지 모듈용 백시트로서,
상기 태양전지 모듈용 백시트는,
태양전지 모듈의 셀의 하부에 구비된 반사층;
상기 반사층 하부에 구비된 방열봉지층;
상기 방열봉지층 하부에 구비된 기재층;
상기 기재층 하부에 구비된 절연층; 및
상기 절연층 하부에 구비된 불소재료층;을 포함하고,
상기 방열봉지층은 폴리 올레핀계 수지, 세라믹 분말 및 방열 충전재(filler)를 포함하며,
상기 방열 충전재는 금속 코팅층으로 코팅된 금속 분말을 포함하고,
상기 기재층은 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni), 주석(Sn), 아연(Zn), 텅스텐(W), 스테인리스 및 철(Fe)로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상의 금속을 포함하는 금속층을 포함하고,
상기 기재층은 2 이상의 상기 금속층을 포함하고,
상기 금속층의 양면 또는 일면 상에 형성되며 육방정 질화붕소(h-BN)을 포함하는 세라믹층을 포함하고,
금속 코팅층은 금속 분말 전체 중량의 3wt% 내지 30wt%로 코팅되고,
상기 방열 충전재에 포함되는 금속 분말은 금속 덴드라이트 분말인 태양전지 모듈용 백시트. - 제1항에 있어서,
상기 방열봉지층은 상기 상기 방열봉지층 전체 중량에 대하여 15 내지 70 wt%의 상기 방열 충전재와 상기 세라믹 분말의 혼합물을 포함하는 태양전지 모듈용 백시트. - 제1항에 있어서,
상기 금속 코팅층은 상기 금속 분말에 포함되는 금속 물질보다 전기전도도가 더 큰 물질을 포함하는 태양전지 모듈용 백시트. - 제3항에 있어서,
상기 금속 분말은 구리(Cu)를 포함하고,
상기 금속 코팅층은 은(Ag)을 포함하는 태양전지 모듈용 백시트. - 제1항에 있어서,
상기 세라믹 분말은 육방정 질화붕소(h-BN), 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 탄화규소(SiC), 산화마그네슘(MgO), 실리카(SiO2) 및 활석(Talc)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인 태양전지 모듈용 백시트. - 제1항에 있어서,
상기 방열 충전재는 1 내지 50μm의 평균 직경을 갖는 태양전지 모듈용 백시트. - 제1항에 있어서,
상기 방열 봉지층은 50 내지 400μm의 두께를 갖는 태양전지 모듈용 백시트. - 제1항에 있어서,
상기 절연층은 폴리올레핀계 수지와 세라믹계, 금속계 및 탄소계 중 하나 이상의 충전재(filler)를 포함하는 태양전지 모듈용 백시트. - 제1항에 있어서,
상기 절연층은 폴리올레핀계 수지, 세라믹 분말 및 방열 충전재(filler)를 포함하며,
상기 방열 충전재는 금속 코팅층으로 코팅된 금속 분말을 포함하는 태양전지 모듈용 백시트. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 반사층은 이산화티타늄(TiO2), 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO) 및 산화지르코늄(ZrO2)로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 태양전지 모듈용 백시트. - 제1항에 있어서,
상기 불소재료층은 폴리비닐플루오라이드(PVF), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 에틸렌테트라플루오르에틸렌(ETFE), 폴리클로로트리플루오르에틸렌(PCTFE), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 및 퍼플루오르알콕시(PFA)로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하는 태양전지 모듈용 백시트. - 제1항 내지 제9항, 제12항 및 제13항 중 어느 한 항의 태양전지 모듈용 백시트를 포함하는 태양전지 모듈.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160092398A KR101782441B1 (ko) | 2016-07-21 | 2016-07-21 | 태양전지 모듈용 백시트 및 이를 포함하는 태양전지 모듈 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160092398A KR101782441B1 (ko) | 2016-07-21 | 2016-07-21 | 태양전지 모듈용 백시트 및 이를 포함하는 태양전지 모듈 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101782441B1 true KR101782441B1 (ko) | 2017-09-28 |
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ID=60035747
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160092398A KR101782441B1 (ko) | 2016-07-21 | 2016-07-21 | 태양전지 모듈용 백시트 및 이를 포함하는 태양전지 모듈 |
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| Country | Link |
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| KR (1) | KR101782441B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020256307A2 (ko) | 2019-06-20 | 2020-12-24 | 주식회사 포스코 | 열전도-전기절연성 도료 조성물 및 이를 포함하는 태양전지용 외장재 강판 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009032852A (ja) | 2007-07-26 | 2009-02-12 | Hitachi Chem Co Ltd | 太陽電池モジュール |
| KR101602290B1 (ko) * | 2014-11-12 | 2016-03-10 | 율촌화학 주식회사 | 태양전지 모듈용 백시트 및 이를 포함하는 태양전지 모듈 |
-
2016
- 2016-07-21 KR KR1020160092398A patent/KR101782441B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
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| JP2009032852A (ja) | 2007-07-26 | 2009-02-12 | Hitachi Chem Co Ltd | 太陽電池モジュール |
| KR101602290B1 (ko) * | 2014-11-12 | 2016-03-10 | 율촌화학 주식회사 | 태양전지 모듈용 백시트 및 이를 포함하는 태양전지 모듈 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2020256307A2 (ko) | 2019-06-20 | 2020-12-24 | 주식회사 포스코 | 열전도-전기절연성 도료 조성물 및 이를 포함하는 태양전지용 외장재 강판 |
| KR20200145081A (ko) | 2019-06-20 | 2020-12-30 | 주식회사 포스코 | 열전도-전기절연성 도료 조성물 및 이를 포함하는 태양전지용 외장재 강판 |
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