KR101794213B1 - 태양 전지 모듈 - Google Patents

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KR101794213B1
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박상환
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 실시예에 따른 태양 전지 모듈은, 복수의 태양 전지; 및 상기 복수의 태양 전지의 후면에 위치하는 후면 시트를 포함한다. 상기 후면 시트는, 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함하는 베이스 필름; 상기 베이스 필름의 상면에 형성되는 제1 코팅층; 및 상기 베이스 필름의 하면에 형성되는 제2 코팅층을 포함한다. 상기 제1 및 제2 코팅층은, 전체 100중량부에 대하여 0~3 중량부의 자외선 안정제, 0~3 중량부의 자외선 흡수제, 0~30 중량부의 아크릴 수지 및 잔부 폴리불화비닐렌(PVDF)를 포함하되, 자외선 안정제 및 자외선 흡수제 중 적어도 하나를 포함한다.

Description

태양 전지 모듈{SOLAR CELL MODULE}
본 발명은 태양 전지 모듈에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는, 시트 형태의 후면 기판을 구비한 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 전지는 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 차세대 전지로서 각광받고 있다.
이러한 태양 전지는 외부 환경에 장기간 노출되어야 하므로, 태양 전지를 보호하기 위한 패키징(packaging) 공정에 의하여 모듈 형태로 제조된다. 특히, 태양 전지 모듈의 후면 기판은 공기 중의 수분 등으로부터 태양 전지를 보호하고, 태양 전지를 밀봉하는 밀봉재를 자외선으로부터 보호하는 역할을 한다. 따라서, 후면 기판은 태양 전지 모듈의 특성에 영향을 미치는 인자가 된다.
종래에는 태양 전지 모듈의 후면 기판으로 유리 기판을 사용했는데, 이에 의하면 중량이 커지고 외부 충격 등에 의한 파손의 문제가 있다. 또는, 후면 기판이 기재층에 라미네이션 공정에 의하여 복수 개의 필름이 적층되어 형성되었다. 이에 의하면 접착제를 사용하여야 하여 신뢰성이 저하될 수 있으며, 특정한 특성(예를 들어, 투과도)을 구현하기에 어려움이 있었다.
본 발명의 실시예는 높은 투과도, 낮은 중량 및 높은 접착력을 가지는 후면 시트를 포함하는 태양 전지 모듈을 제공하고자 한다.
본 실시예에 따른 태양 전지 모듈은, 복수의 태양 전지; 및 상기 복수의 태양 전지의 후면에 위치하는 후면 시트를 포함한다. 상기 후면 시트는, 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함하는 베이스 필름; 상기 베이스 필름의 상면에 형성되는 제1 코팅층; 및 상기 베이스 필름의 하면에 형성되는 제2 코팅층을 포함한다. 상기 제1 및 제2 코팅층은, 전체 100중량부에 대하여 0~3 중량부의 자외선 안정제, 0~3 중량부의 자외선 흡수제, 0~30 중량부의 아크릴 수지 및 잔부 폴리불화비닐렌(PVDF)를 포함하되, 자외선 안정제 및 자외선 흡수제 중 적어도 하나를 포함한다.
본 실시예에서는, 제1 및 제2 코팅층이 백색 안료, 흑색 안료 등의 안료를 포함하지 않으므로 투과율 및 접착력을 향상하면서도, 자외선 안정제, 자외선 흡수제 등을 포함하여 태양광 중의 자외선으로부터 태양 전지를 보호할 수 있다.
이에 의하여 전면 및 후면으로 입사되는 태양광을 모두 사용하는 태양 전지에 적합하도록 하면서도, 자외선은 효과적으로 차단할 수 있다. 또한, 후면 시트를 사용하여 후면에 유리 기판 등의 후면 기판을 사용하지 않으므로 태양 전지 모듈의 중량을 줄일 수 있으며 공정 시간을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 태양 전지 모듈을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 태양 전지 모듈의 후면 시트를 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 4는 제조예에 따라 제조된 후면 시트에 300nm~1200nm 파장의 광 투과율을 측정하여 나타낸 그래프이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.
도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다. 그리고 도면에서는 설명을 좀더 명확하게 하기 위하여 두께, 넓이 등을 확대 또는 축소하여 도시하였는바, 본 발명의 두께, 넓이 등은 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.
그리고 명세서 전체에서 어떠한 부분이 다른 부분을 "포함"한다고 할 때, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 부분을 배제하는 것이 아니며 다른 부분을 더 포함할 수 있다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 위치하는 경우도 포함한다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 위치하지 않는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 태양 전지 모듈을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 3은 도 1의 태양 전지 모듈의 후면 시트를 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)은 태양 전지(150), 태양 전지(150)의 전면 상에 위치하는 전면 기판(110) 및 태양 전지(150)의 후면 상에 위치하는 후면 시트(200)을 포함할 수 있다. 또한, 태양 전지 모듈(100)은 태양 전지(150)와 전면 기판(110) 사이의 제1 밀봉재(131)와, 태양 전지(150)와 후면 시트(200) 사이의 제2 밀봉재(132)를 포함할 수 있다.
먼저, 태양 전지(150)는 태양 에너지를 전기 에너지로 변화하는 반도체 소자로써, 예를 들어, 제1 도전형의 실리콘 기판과, 실리콘 기판상에 형성되며 제1 도전형과 반대 도전형을 가지는 제2 도전형 반도체층과, 제2 도전형 반도체층의 일부면을 노출시키는 적어도 하나 이상의 개구부를 포함하며 제2 도전형 반도체층 상에 형성되는 반사방지막과, 적어도 하나 이상의 개구부를 통해 노출된 제 2 도전형 반도체층의 일부면에 접촉하는 전면전극과, 실리콘 기판의 후면에 형성된 후면전극을 포함하는 실리콘 태양 전지(silicon solar cell)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 태양 전지(150)는 화합물 반도체 태양 전지(compound semiconductor solar cell), 탠덤형 태양 전지(tandem solar cell), 염료 감응형 태양 전지 등 다양한 구조를 가질 수 있다.
이러한 태양 전지(150)는 복수개가 리본(142)에 의해 전기적으로 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결되어 태양 전지 스트링(140)을 이룬다.
구체적으로, 리본(142)은 태양 전지(150)의 수광면 상에 형성된 전면 전극과, 인접한 다른 태양 전지(150)의 이면 상에 형성된 후면 전극을 태빙(tabbing) 공정에 의해 연결할 수 있다. 태빙 공정은 태양 전지(150)의 일면에 플럭스(flux)를 도포하고, 플럭스(flux)가 도포된 태양 전지(150)에 리본(142)을 위치시킨 다음, 소성 과정을 거쳐 수행될 수 있다.
또는, 태양 전지(150)의 일면과 리본(142) 사이에 전도성 필름(미도시)을 부착시킨 다음, 열 압착에 의해 복수의 태양 전지(150)를 직렬 또는 병렬로 연결할 수 있다. 전도성 필름(미도시)은 도전성이 우수한 금, 은, 니켈, 구리 등으로 형성된 도전성 입자가 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 폴리카보네이트 수지 등으로 형성된 필름 내에 분산된 것일 수 있다. 이러한 전도성 필름을 열을 가하면서 압착하면 도전성 입자가 필름의 외부로 노출되고, 노출된 도전성 입자에 의해 태양 전지(150)와 리본(142)이 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같이 전도성 필름(미도시)에 의해 복수의 태양 전지(150)를 연결하여 모듈화하는 경우는, 공정 온도가 낮아져 스트링(140)의 휘어짐이 방지될 수 있다.
또한, 버스 리본(145)은 태양 전지 스트링(140)의 리본(143) 양끝단을 교대로 연결하여, 태양 전지 스트링(140)을 전기적으로 연결한다. 버스 리본(145)은 태양 전지 스트링(140)의 단부에서 태양 전지 스트링(140)의 길이 방향과 교차하는 방향으로 배치될 수 있다. 이러한 버스 리본(145)은 태양 전지(150)가 생산한 전기를 모으며 전기가 역류되는 것을 방지하는 정션 박스(미도시)와 연결된다.
제1 밀봉재(131)는 태양 전지(150)의 수광면에 위치하고, 제2 밀봉재(132)는 태양 전지(150)의 이면에 위치할 수 있으며, 제1 밀봉재(131)와 제2 밀봉재(132)는 라미네이션에 의해 접착하여, 태양 전지(150)에 악영향을 미칠 수 있는 수분이나 산소를 차단하며, 태양 전지의 각 요소들이 화학적으로 결합할 수 있도록 한다.
이러한 제1 밀봉재(131)와 제2 밀봉재(132)는 에틸렌초산비닐 공중합체 수지(EVA), 폴리비닐부티랄, 규소 수지, 에스테르계 수지, 올레핀계 수지 등이 사용될 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제1 및 제2 밀봉재(131, 132)는 그 외 다양한 물질을 이용하여 라미네이션 이외의 다른 방법에 의하여 형성될 수 있다.
전면 기판(110)은 태양광을 투과하도록 제1 밀봉재(131) 상에 위치하며, 외부의 충격 등으로부터 태양 전지(150)를 보호하기 위해 강화유리인 것이 바람직하다. 또한, 태양광의 반사를 방지하고 태양광의 투과율을 높이기 위해 철분이 적게 들어간 저철분 강화유리인 것이 더욱 바람직하다.
후면 시트(200)은 태양 전지(150)의 이면에서 태양 전지를 보호하는 층으로서, 방수, 절연 및 자외선 차단 기능을 한다. 이때, 본 실시예에서는 후면 시트(200)으로도 태양광이 적어도 일부 투과할 수 있도록 형성된다. 즉, 380nm~1200nm의 파장을 가지는 광의 투과율이 50% 이상(일례로, 85~99%)이 되도록 하고, 380nm 미만의 파장을 가지는 광의 투과율이 5% 이하(일례로, 0~3%)가 되도록 한다. 이에 의하여 전면 및 후면으로 입사되는 태양광을 모두 사용하는 태양 전지(150)에 적합하도록 하면서도, 자외선은 효과적으로 차단할 수 있다.
좀더 상세하게는, 도 3을 참조하면, 후면 시트(200)은 베이스 필름(210)과 베이스 필름(210)의 상면 및 하면에 각각 형성된 제1 코팅층(220)과 제2 코팅층(230)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 코팅층(220)과 제2 코팅층(230)의 별도의 접작체층 없이 베이스 필름(210) 상에 직접 코팅하여 형성되어, 베이스 필름(210)과 접촉하여 형성될 수 있다.
먼저, 베이스 필름(210)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 형성될 수 있다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)는 테레프탈산 HOOC--COOH와 에틸렌글리콜의 축합반응에 의해 얻어지는 포화폴리에스테르 수지로서, 내열성, 내후성, 절연성, 기계적 강도 등이 우수하다. 특히, 성형 수축률이 0.1~0.6% 정도로, 후면 시트(200)이 열에 의해 변형되는 것을 방지할 수 있다.
이러한, 베이스 필름(210)의 두께(T1)는 200 내지 300㎛로 형성될 수 있다. 베이스 필름(210)의 두께(T1)가 200㎛ 미만으로 형성되는 경우는, 충분한 전기 절연성, 수분 차단성, 기계적 특성을 가지기 어려울 수 있다. 300㎛를 초과하는 경우에는 취급이 불편하고, 단가 상승의 원인이 될 수 있다.
제1 코팅층(220)과 제2 코팅층(230)은 베이스 필름(210)의 상면 및 하면에 각각 형성된다.
제1 코팅층(220)과 제2 코팅층(230)은 전체 100 중량부에 대하여 0~3 중량부의 자외선 안정제, 0~3 중량부의 자외선 흡수제, 0~30 중량부의 아크릴수지, 나머지 폴리불화비닐리덴(polyvinylidene fluoride, PVDF)을 포함할 수 있다. 이때, 자외선 안정제와 자외선 흡수제 중 적어도 하나는 포함한다. 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
자외선 안정제는 태양광 중의 자외선으로부터 태양 전지(150) 등을 보호하는 역할을 한다. 이러한 자외선 안정제는 힌더드 아민계 자외선 안정제(hindered amine light stabilizer, HALS)일 수 있다. 힌더드 아민계 자외선 안정제로는 비스-1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜 세바케이트 (bis-1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl sebacate), 비스-(1-옥틸옥시-2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐) 세바케이트 (bis-(1-octyloxy-2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl) sebacate), 테트라키스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)-1,2,3,4-부탄 테트라카르복실레이트(tetrakis (2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)-1,2,3,4-butane tetracarboxylate), [(4-메톡시-페닐)-메틸렌]-비스(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리디닐)에스테르, [(4-methoxy-phenyl)-methylene]-bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidinyl)ester, 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)세바케이트, (bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl)sebacate), 폴리-메틸프로필-3-옥시-[4(2,2,6,6-테트라메틸)하이퍼리디닐]실록산 등일 수 있다. 좀더 구체적으로, 이 중에서 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)세바케이트를 사용할 수 있다.
이러한 힌더드 아민계 자외선 안정제는 표면 보호 작용이 우수하고 얇은 두께를 가지는 제품에도 적용 가능하며, 특정한 색을 부여하지 않고 사용할 수 있다. 그리고 힌더드 아민계 자외선 안정제는 자외선에 의해 생성되는 불안정한 과산화수소물을 정한 화합물로 전환시키는 과산화물 분해제의 역할과 함께, 자외선에 의해 생성되는 자유 라디칼을 제거하는 라디칼 포착제의 역할을 한다. 이에 따라 내후성을 증가시키고 내후성을 증대시켜 자외선에 의한 황변 현상을 방지하는 역할을 한다.
자외선 안정제는 전체 100 중량부에 대하여 0~3 중량부만큼 포함될 수 있다. 자외선 안정제가 3 중량부를 초과하면, 양이 증가하여도 자외선으로부터의 보호 효과가 더 증가하지 않을 수 있다. 효율적으로 효과를 구현하기 위해서는 자외선 안정제는 전체 100 중량부에 대하여 0.1~3 중량부(좀더 바람직하게는 1.5~2.5 중량부)만큼 포함될 수 있다.
자외선 흡수제의 예로는 벤조페논(benzophenone)계 또는 벤조트리아졸 (benzotriazole)계 자외선 흡수제를 들 수 있다. 일례로, 2-(2H-벤조트리아졸-2-일)-4-6-비스(1-메틸-1-페닐에틸)페놀, 2-(5-클로로-(2H)-벤조트리아졸-2-일)-4-메틸-6-(tert-부틸)페놀, 2-(4,6-디페닐-1,3,5-트리아진-2-일)-5-(헥실)옥시)-페놀 및 2,4-디-테르트-부틸페닐-3,5-디-테르트-부틸4-히드록시 벤조에이트, 2-하이드록시-4-n-d옥틸옥시벤조페논 등일 수 있다. 좀더 구체적으로, 이 중에서 2-하이드록시-4-n-d옥틸옥시벤조페논을 사용할 수 있다.
이러한 벤조페논계 또는 벤조트리아졸계 자외선 흡수제는 자외선 흡수를 차단 또는 감소시키는 기능을 통하여 황변을 억제하는 역할을 할 수 있다.
자외선 흡수제는 전체 100 중량부에 대하여 0~3 중량부만큼 포함될 수 있다. 자외선 흡수제가 3 중량부를 초과하면, 양이 증가하여도 자외선 흡수 효과는 더 증가하지 않을 수 있다. 효율적으로 효과를 발휘하기 위해서는 자외선 흡수제가 전체 100 중량부에 대하여 0.1~3 중량부(좀더 바람직하게는 1.5~2.5 중량부)만큼 포함될 수 있다.
아크릴 수지는 제1 및 제2 코팅층(220, 230)의 코팅 시 베이스 필름(210)과 제1 및 제2 코팅층(220, 230)의 접착성을 향상하기 위하여 포함될 수 있다. 또한, 이러한 아크릴 수지에 의하여 성형성 및 미관 등이 향상될 수 있다. 이러한 아크릴 수지로는 다양한 물질을 사용할 수 있는데 일례로, 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA)를 사용할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 폴리메틸메타크릴레이트 이외의 다른 아크릴 수지를 사용할 수 있음은 물론이다.
이러한 아크릴 수지는 전체 100 중량부에 대하여 0~30 중량부만큼 포함될 수 있다. 30 중량부를 초과하면, 자외선에 대한 장기 안정성이 저하되어 황변 등이 발생될 수 있다. 아크릴 수지에 의한 효과를 좀더 얻기 위해서는, 아크릴 수지가 전체 100 중량부에 대하여 5~30 중량부(좀더 정확하게는 10~30 중량부)만큼 포함될 수 있다.
폴리불화비닐리덴은 (CH2CF2)n의 구조를 지닌 고분자로서, 더블(Double)불소분자 구조를 가지기 때문에, 기계적 성질, 내후성, 내자외선성이 우수하다. 따라서, 후술하는 바와 같이, 본 실시예에 따른 후면 시트(200)은 우수한 물성을 가질 수 있다.
이러한 제1 및 제2 코팅층(220, 230)은 베이스 필름(210)의 전면 및 후면에 다양한 방법에 의하여 페이스트 등을 도포한 후에 이를 건조하여 형성될 수 있다. 페이스트 등을 도포하는 방법으로는 에어 나이프 코팅(air knife coating), 리버스 롤 코팅(reverse roll coating), 그라비아 코팅(gravure coating), 미터링 로드 코팅(metering rod (Meyer bar) coating) 등을 사용할 수 있다. 건조는
이와 같이 본 실시예에서는 제1 및 제2 코팅층(220, 230)을 별도의 접착제층 없이 베이스 필름(210) 상에 직접 코팅하므로, 제조 공정이 간단해지며 제1 및 제2 코팅층(220, 230)의 조성을 조절하기 쉬우며, 내후성을 향상할 수 있다.
이러한 제1 및 제2 코팅층(220, 230)은 각기 베이스 필름(210)보다 얇은 두께를 가질 수 있는데, 일례로 5~50㎛의 두께를 가질 수 있다. 제1 코팅층(220)의 두께(T2) 또는 제2 코팅층(230) 두께(T3)가 5㎛ 미만이면 내후성 등의 물성의 특징이 저하될 수 있고, 제1 코팅층(220)의 두께(T2) 또는 제2 코팅층(230) 두께(T3)가 50㎛를 초과하는 경우는, 재료의 낭비에 의한 제조단가 상승의 원인이 될 수 있다.
이때, 제1 코팅층(220)의 두께(T2) 및 제2 코팅층(230) 두께(T3)는 동일하거나 서로 다를 수 있다. 이때, 제1 코팅층(220)의 두께(T2)와 제2 코팅층(230) 두께(T3)가 동일하면 동일한 공정 조건으로 제1 코팅층(220) 및 제2 코팅층(230)을 형성할 수 있다. 이에 의하여 공정을 단순화할 수 있다. 반면에, 제1 코팅층(220)의 두께(T2)와 제2 코팅층(230) 두께(T3)를 다르게 하여 특성을 좀더 향상할 수도 있다. 즉, 제1 코팅층(220)은 제2 밀봉재(132) 쪽에 위치하는 부분이며 제2 코팅층(230)은 외부에 위치하는 부분인바, 외부에 위치한 제2 코팅층(230)을 제1 코팅층(220)보다 두껍게 하여 자외선에 의한 문제를 좀더 효과적으로 해결할 수 있다. 즉, 제2 코팅층(230)에 의하여 자외선을 효과적으로 해결하면서도, 제2 코팅층(230)을 두껍게 하여 자외선에 의한 문제를 효과적으로 해결할 수 있다.
또한, 제1 코팅층(220)과 제2 코팅층(230)은 서로 동일한 물질을 포함하되, 그 함량에는 차이가 있을 수 있다. 즉, 제1 코팅층(220)은 태양 전지(150) 쪽으로 위치하는 반면, 제2 코팅층(230)은 외부 쪽에 위치하므로 제2 코팅층(230)에 더 많은 함량의 자외선 흡수제 및 자외선 안정제 등이 포함될 수 있다.
본 실시예에서는, 제1 및 제2 코팅층(220, 230)이 백색 안료, 흑색 안료 등의 안료를 포함하지 않으므로 투과율을 향상할 수 있다. 또한 안료 첨가 시 접착력이 저하될 수 있는데, 본 실시예에서는 안료를 포함하지 않아 접착력 또한 향상할 수 있다. 또한, 자외선 안정제, 자외선 흡수제 등을 포함하여 태양광 중의 자외선으로부터 태양 전지(150), 베이스 필름(210) 등을 보호할 수 있다. 그리고 이러한 자외선 안정제, 자외선 흡수제 등의 함량을 조절하여 380nm~1200nm 파장의 광에서 후면 시트(200)의 투과율이 50% 이상(좀더 구체적으로는 85~99%)이 될 수 있도록 하고, 380nm 미만의 파장을 가지는 광에서 후면 시트(200)의 투과율이 5% 이하(일례로, 0~3%)가 되도록 한다. 이에 의하여 전면 및 후면으로 입사되는 태양광을 모두 사용하는 태양 전지(150)에 적합하도록 하면서도, 자외선은 효과적으로 차단할 수 있다. 또한, 후면 시트(200)를 사용하여 후면에 유리 기판 등의 후면 기판을 사용하지 않으므로 태양 전지 모듈(100)의 중량을 줄일 수 있으며 공정 시간을 줄일 수 있다.
이하 본 발명의 제조예를 참조하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 제조예는 본 발명을 좀더 상세하게 설명하기 위하여 예시한 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제조예
폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어지며 가로 200mm, 세로 200mm, 두께 200㎛인 베이스 필름을 준비하였다. 이러한 베이스 필름의 전면 및 후면에 각기 제1 및 제2 코팅층용 페이스트를 리버스 롤 코팅 방법으로 도포하고 건조하여 대략 30㎛의 제1 및 제2 코팅층을 형성하였다. 상기 페이스트는 전체 100 중량부에 대하여 2 중량부의 자외선 안정제, 2 중량부의 자외선 흡수제, 20 중량부의 아크릴 수지 및 잔부 폴리불화비닐렌(PVDF)를 포함하였다. 이렇게 제조된 후면 시트를 태양 전지의 후면에 제2 밀봉재를 이용하여 접착하였고, 저철분 강화 유리로 구성된 전면 기판을 제1 밀봉재를 이용하여 태양 전지의 전면에 접착하여, 태양 전지 모듈을 제조하였다.
비교예
유리 기판을 태양 전지의 후면에 접착하였다는 점을 제외하고는 제조예와 동일한 방법으로 태양 전지 모듈을 제조하였다.
제조예에 따라 제조된 후면 시트에 300nm~1200nm 파장의 광 투과율을 측정하여 도 4에 나타내었다.
도 4를 참조하면, 본 제조예에 따른 후면 시트는 380nm~1200nm 파장의 광 투과율이 90% 정도로 매우 우수한 반면, 380nm 미만 파장의 광 투과율이 거의 0%로 매우 낮은 것을 알 수 있다. 즉, 태양 전지에 필요한 광은 투과시키면서도 자외선은 투과시키지 않아 태양 전지 등을 자외선으로부터 보호할 수 있다. 따라서, 태양 전지 모듈의 전면 뿐만 아니라 후면으로 입사되는 광을 이용할 수 있어 태양 전지의 효율을 좀더 향상할 수 있다.
그리고 제조예 및 비교예에 따른 태양 전지 모듈의 총 중량과 공정 시간을 표 1에 나타내었다. 여기서, 공정 시간은 동일한 개수의 후면 기판 또는 후면 시트를 부착하는 데 걸리는 시간이다.
제조예 비교예
모듈 총 중량 20 kg 40 kg
공정 시간 15분 30분
그리고 제조예에 의해 제조된 후면 시트의 박리강도, 항복전압, 부분방전, 열수축률, 인장 탄성률 및 인장 강도를 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.
구 분 단위 결과
박리 강도
(Peel Strength)		 N/㎝ Tear
내후성 테스트 - 발생하지 않음
항복 전압
(Breakdown Voltage)		 KV > 20
부분 방전
(Partial Discharge)		 VDC > 1000
열 수축률
(Heat Shrinkage)		 % (MD) < 0.1
% (TD) < 0.1
인장 탄성율
(Tensile Modulus)		 MPa (MD) 2300
MPa (TD) 2300
인장 강도
(Tensile strength)		 MPa (MD) 120
MPa (TD) 130
수분투습도(WVTR) g/m2-day 1.2
이때, 박리 강도는 도 85℃, 상대 습도 85%의 비교적 고온, 고습의 조건 하에서 3000시간 경과 후, 접착력 평가에 의하였다. 결과에서 Tear는 계면접착특성이 우수하여 박리 전에 찢어짐을 의미한다. 표 2를 참조하면, 제조예에 의한 후면 시트는 박리되기 전에 찢어질 정도로 박리 강도가 우수한 것을 알 수 있다.
내후성 테스트는 온도 85℃, 상대습도 85% 하에서 약 40일간 경과 후 황변되었는지 여부를 체크한 것이다. 표 2를 참조하면, 제조예에 의한 후면 시트는 황변이 발생되지 않았음을 알 수 있다.
열 수축률은, 150℃에서 30분간 가열한 다음, 기계 방향(MD) 및 폭 방향(TD)에서 각기 측정되었다. 열 수축률은 수학식 1에 의하여 계산되었다.
Figure 112012004390744-pat00001
(여기서, α는 가열 전 길이이며, β는 가열 후 길이이다.)
표 2를 참조하면, 제조예에서는 기계 방향 및 폭 방향에서 모두 0.1 이하의 열 수축률을 가져 우수한 특성을 가짐을 알 수 있다.
인장 탄성률 및 인장 강도는 인장 시험기에 의해 측정된 것으로, 표 2를 참조하면, 제조예에서는 인장 탄성률 및 인장 강도 또한 우수한 값을 가짐을 알 수 있다.
수분 투습도는 수분 투습도 분석기에 의하여 측정된 것으로, 표 2를 참조하면, 제조예에서는 수분 투습도가 1.2 g/m2-day 정도로 낮아 접착력이 우수한 것을 알 수 있다. 그 외 항복 전압, 부분 방전 등의 특성도 우수함을 알 수 있다.
이와 같이 제조예에 의해 제조된 후면 시트는 우수한 특성을 가짐을 알 수 있다.
또한, 제조예로 5개의 샘플을 제작하여, 온도 85℃, 상대습도 85% 하에서 약 40일 경과 후에 제2 밀봉재와 후면기판 간의 접착력을 테스트한 결과를 표 3에 나타내었다.
접착력(Kgf) 완전박리여부
1 15.3 ○
2 14 ×
3 9.9 ×
4 13.8 ×
5 13.6 ○
표 3을 참조하면, 2번, 3번, 4번 샘플에서는 박리가 일어나기 전에 후면 시트가 찢어진 경우로서, 완전 박리 시의 접착력 대신 후면 시트가 찢어질 때의 힘을 기재하였다. 그럼에도 불구하고, 본 발명에 따른 후면기판과 제2 밀봉재의 접착력은 9.9Kgf 이상이며, 평균은 13.32Kgf로, 제2 밀봉재와 후면기판 간의 접착력 역시 매우 우수한 것을 알 수 있다.
상술한 바에 따른 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 태양 전지 모듈
110: 전면 기판
150: 태양 전지
200: 후면 시트
210: 베이스 필름
220: 제1 코팅층
230: 제2 코팅층

Claims (11)

  1. 복수의 태양 전지; 및
    상기 복수의 태양 전지의 후면에 위치하는 후면 시트
    를 포함하고,
    상기 후면 시트는,
    폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함하는 베이스 필름;
    상기 베이스 필름의 상면에 형성되는 제1 코팅층; 및
    상기 베이스 필름의 하면에 형성되는 제2 코팅층을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 코팅층은, 전체 100중량부에 대하여 0~3 중량부의 자외선 안정제, 0~3 중량부의 자외선 흡수제, 0~30 중량부의 아크릴 수지 및 잔부 폴리불화비닐렌(PVDF)를 포함하되, 자외선 안정제 및 자외선 흡수제 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 제2 코팅층에 포함된 상기 자외선 안정제 또는 자외선 흡수제의 양은 상기 제1 코팅층에 포함된 상기 자외선 안정제 또는 자외선 흡수제의 양보다 많으며,
    상기 베이스 필름의 상면은 상기 베이스 필름의 후면 보다 상기 태양 전지에 가까우며,
    상기 베이스 필름의 두께가 200 내지 300um이고,
    상기 제1 코팅층 및 제2 코팅층의 두께가 5 내지 50um이며,
    상기 제2 코팅층의 두께가 상기 제1 코팅층의 두께보다 두꺼우며,
    380nm~1200nm의 파장을 가지는 광에 대한 상기 후면 시트의 투과율이 85 내지 99% 이고
    380nm 미만의 파장을 가지는 광에 대한 상기 후면 시트의 투과율이 3% 이하인 태양 전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 코팅층은, 전체 100 중량부에 대하여 0.1~3 중량부의 자외선 안정제, 0.1~3 중량부의 자외선 흡수제, 0.1~30 중량부의 아크릴 수지 및 잔부 폴리불화비닐렌으로 이루어지는 태양 전지 모듈.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 자외선 안정제는 힌더드 아민계 자외선 안정제를 포함하는 태양 전지 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 자외선 흡수제는 벤조페논(benzophenone)계 또는 벤조트리아졸 (benzotriazole)계 자외선 흡수제를 포함하는 태양 전지 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 아크릴수지는 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA)를 더 포함하는 태양 전지 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 태양 전지의 전면에 위치하는 전면 기판을 더 포함하고,
    상기 복수의 태양 전지와 상기 전면 기판 사이에 위치하는 제1 밀봉재 및 상기 복수의 태양 전지와 상기 후면 시트 사이에 위치하는 제2 밀봉재를 포함하는 태양 전지 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 코팅층이 상기 제2 밀봉재에 접촉하는 태양 전지 모듈.
  10. 삭제
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 코팅층은 상기 베이스 필름과 접촉 형성되는 태양 전지 모듈.
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