KR101919044B1 - 광 모듈용 투명시트, 이의 제조방법 및 광 모듈 - Google Patents

광 모듈용 투명시트, 이의 제조방법 및 광 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광 모듈용 투명시트, 이의 제조방법 및 광 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광 모듈의 표면특성, 내후성 및 발전 효율 등을 개선할 수 있는 광 모듈용 투명시트, 이의 제조방법 및 광 모듈에 관한 것이다. 본 발명에 따른, 광 모듈용 투명시트 및 광 모듈은 우수한 표면 경도 및 높은 광투과율을 가짐과 동시에 흡수된 자외선을 가시광선으로 방출함으로써 향상된 내후성과 발전 효율을 갖는다.

Description

광 모듈용 투명시트, 이의 제조방법 및 광 모듈 {TRANSPARENT SHEET FOR LIGHT MODULE, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME AND LIGHT MODULE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 광 모듈용 투명시트, 이의 제조방법 및 광 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광 모듈의 내후성과 발전 효율 등을 개선할 수 있는 광 모듈용 투명시트, 이의 제조방법 및 광 모듈에 관한 것이다.
최근, 지구 환경 문제와 화석 연료의 고갈 등으로 인해 신재생 에너지 및 청정 에너지에 대한 관심이 고조되고 있다. 그 중에서 광을 이용한 에너지는 환경오염 문제 및 화석 연료 고갈 문제를 해결할 수 있는 대표적인 무공해 에너지원으로 주목을 받고 있다. 특히, 태양 전지(solar cell) 등과 같은 광전지는 주택용, 공업용 등으로 급속하게 보급되고 있다.
광전지는 태양광을 전기 에너지로 전환시키는 소자로서, 이는 일반적으로 태양광을 용이하게 흡수할 수 있도록 외부환경에 장기간 노출되어야 하므로, 내부 소자를 보호하기 위한 여러 가지 패키징이 수행되어 유닛(unit) 형태로 제조되며, 이러한 유닛을 통상 광 모듈이라 한다.
또한, 대부분의 광 모듈, 예를 들어 태양전지 모듈(solar cell module) 등의 광 모듈은 내부 소자(예를 들어, 태양전지 셀)를 보호하기 위한 전면부재(유리 또는 전면시트)와 백시트(back sheet)를 포함한다.
일반적으로, 태양전지 모듈의 경우에는 광이 입사되는 투명 전면부재, 복수의 태양전지 셀이 봉지된 봉지재층, 및 백시트가 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 상기 투명 전면부재로는 주로 강화유리나 전면시트가 사용된다. 그리고 상기 복수의 태양전지 셀은 서로 전기적으로 연결되어 있되, 상기 봉지재층에 의해 패킹, 봉지되어 있다. 예를 들어, 대한민국 등록특허 제10-1022820호 및 대한민국 공개특허 제10-2011-0020227호에는 위와 관련한 기술이 제시되어 있다.
태양전지 모듈은 장시간에 걸쳐 출력 저하가 없는 장수명화가 요구된다. 이러한 장수명화를 위해, 상기 전면시트와 백시트는 태양전지 셀에 악영향을 주는 수분이나 산소를 차단할 수 있고, 자외선(UV) 등에 의한 열화를 방지할 수 있어야 한다.
특히, 태양전지 모듈의 전면에 위치되어 태양광이 바로 입사되는 전면시트의 경우에는 높은 발전 효율을 위해 높은 광투과율이 요구된다. 또한, 전면시트는 장기간에 걸쳐 옥외에 노출되므로 높은 내후성이 요구되며, 이를 위해서는 특히 우수한 자외선 차단능력이 필요하다. 자외선이 투과되는 경우, 전면시트 자체는 물론, 태양전지 셀의 내후성이 떨어진다.
이를 위해, 종래 대부분의 경우, 자외선 차단을 위해 자외선 흡수제를 사용하고 있다. 예를 들어, 일본 공개특허공보 2006-255927호에는 벤조트리아졸계 등의 유기계 자외선 흡수제를 사용한 태양전지용 투명 보호 필름이 제시되어 있고, 대한민국 공개특허 제10-2011-0029096호는 무기계 자외선 흡수제로서 산화아연을 사용한 태양전지용 전면시트(프론트 시트)가 제시되어 있다.
그러나 자외선 흡수제만의 사용으로는 우수한 자외선 차단성을 보이기 어렵다. 이에 따라, 대부분의 종래 기술은 내후성이 떨어지는 문제점이 있으며, 또한 높은 발전 효율을 보이기 어렵다.
대한민국 등록특허 제10-1022820호 대한민국 공개특허 제10-2011-0020227호
이에, 본 발명은 개선된 광 모듈용 투명시트, 이의 제조방법 및 광 모듈을 제공하고자 한다.
본 발명은, 예를 들어 표면 경도가 우수하고, 높은 광투과율을 가짐과 동시에 흡수된 자외선을 가시광선으로 방출하여 내후성과 발전 효율을 동시에 향상시킬 수 있는 광 모듈용 투명시트, 이의 제조방법 및 광 모듈을 제공하는 데에 목적이 있다.
본 발명은,
자외선 경화성 모노머 또는 올리고머; 및
광으로부터 흡수된 파장을 상기 흡수된 파장보다 높은 파장으로 변환시키는 파장변환물질을 포함하는 조성물이 경화되어 형성되는 수지층을 포함하고,
상기 수지층 표면의 연필경도는 1H 이상인 광 모듈용 투명시트를 제공한다.
본 발명은 또한,
자외선 경화성 모노머 또는 올리고머; 및 광으로부터 흡수된 파장을 상기 흡수된 파장보다 높은 파장으로 변환시키는 파장변환물질을 포함하는 조성물을 이용하여 기재상에 수지층을 형성하는 단계
를 포함하는 상기 광 모듈용 투명시트의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한,
전면부재;
상기 전면부재 상에 형성되고, 태양전지 셀이 봉지된 봉지재층; 및
상기 봉지재층 상에 형성된 백시트를 포함하고,
상기 전면부재 및 백시트 중에서 선택된 하나 이상은 상기 투명시트를 포함하는 광 모듈을 제공한다.
본 발명에 따르면, 개선된 광 모듈용 투명시트, 이의 제조방법 및 광 모듈을 제공할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따르면, 우수한 표면 경도 및 높은 광투과율을 가짐과 동시에 흡수된 자외선을 가시광선으로 방출함으로써 내후성과 발전 효율을 동시에 향상시키는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 광 모듈용 투명시트의 단면 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 광 모듈의 단면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 광 모듈의 단면 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에서 사용된 파장변환물질인 Eu(TTA)3phen 결정의 루미네센스 스펙트라(luminescence spectra) 결과를 보인 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 사용된 파장변환물질인 Lumogen F Violet 570의 루미네센스 스펙트라(luminescence spectra) 결과를 보인 그래프이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 광 모듈용 투명시트의 파장에 따른 흡수도 및 발광 피크를 보인 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 광 모듈용 투명시트의 파장에 따른 광투과율을 보인 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕도록 하기 위해 제공된다. 첨부된 도면에서, 각 영역을 명확하게 표현하기 위해 두께는 확대하여 나타낸 것일 수 있고, 도면에 표시된 두께, 크기 및 비율 등에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 명세서에서, "및/또는"은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나 이상을 포함하는 의미로 사용된다. 본 발명에서, "제1", 및 "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위해 사용되며, 각 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
본 명세서에서, "상에 형성", "한 면에 형성" 및 "양면에 형성" 등은, 당해 구성요소들이 직접 접하여 적층 형성되는 것만을 의미하는 것은 아니고, 당해 구성요소들 간의 사이에 다른 구성요소가 더 형성되어 있는 의미를 포함한다. 예를 들어, "상에 형성된다"라는 것은, 제1구성요소의 표면 위에 제2구성요소가 직접 접하여 형성되는 의미는 물론, 상기 제1구성요소와 제2구성요소의 사이에 제3구성요소가 더 형성될 수 있는 의미를 포함한다.
본 명세서에서, 용어 "수지"는, 반응성을 갖는 중합 가능한 모든 화합물을 의미하며, 예를 들어 모노머, 올리고머 및 예비 중합체 등을 모두 포함하는 의미일 수 있다. 또한, 본 명세서에서 용어 "(메트)아크릴레이트"는 아크릴레이트 및 메타크릴레이트를 포함하는 의미일 수 있다.
본 명세서에서 단위 "중량부"는 각 성분간의 중량의 비율을 의미할 수 있다.
도 1에는 본 발명의 조성물이 적용된 예시적인 실시형태에 따른 광 모듈용 투명시트(이하, "투명시트"로 약칭한다.)가 도시되어 있다. 본 발명에 따른 투명시트(10)는 적어도 1층 이상의 수지층(12)을 포함하되, 상기 수지층(12)은 자외선 경화성 모노머 또는 올리고머 및 광으로부터 흡수된 파장을 상기 흡수된 파장보다 높은 파장으로 변환시키는 파장변환물질을 포함하는 조성물이 경화되어 형성된다.
본 발명의 투명시트는 상기 수지층(12) 표면의 연필경도가 1H 이상인 것을 특징으로 한다. 본 발명에서, 연필경도는 JIS K5600-5-4에 규정하는 시험방법에 기재된 연필긋기 값에 따라 측정된 것으로서, 상기 수지층에 대하여 500g의 하중으로 3회 왕복하였을 때 흠집이 없는 경도를 의미한다. 상기 수지층이 1H이상의 연필경도를 나타낼 때, 표면 경도가 우수한 이점이 있다. 표면 경도가 우수한 수지층이 적용된 태양전지 모듈은 외부환경에의 노출에 따라 발생할 수 있는 표면 스크래치 현상을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 투명시트(10)는 1층 또는 2층 이상의 다층 구조를 가질 수 있다. 본 발명에 따른 투명시트(10)는 다층 구조로서, 예를 들어 기재층(11)과, 상기 기재층(11) 상에 형성된 수지층(12)을 포함할 수 있다. 그리고 이들 각 층(11)(12)은 모두 투명이다. 본 발명에서, 투명이란, 조사된 광(가시광선)이 수직선상에서 예를 들어 50% 이상, 예를 들어 60% 이상, 또는 예를 들어 80% 이상의 광투과율을 보이는 것을 의미할 수 있다. 광투과율은 높을수록 좋으므로 그 상한치는 제한치는 제한되지 않으나, 이는 예들 들어 99.9%, 99%, 또는 98% 이하일 수 있다.
상기 수지층(12)은 1층 또는 2층 이상의 복수 개일 수 있다. 수지층(12)은 예를 들어 기재층(11)의 한 면 또는 양면에 형성될 수 있다. 도 1은, 본 발명의 예시적인 실시형태로서, 상기 수지층(12)이 기재층(11)의 양면에 형성된 모습을 예시한 것이다. 구체적으로, 본 발명에 따른 투명시트(10)는 하나의 예시적인 형태에 따라서, 기재층(11); 상기 기재층(11)의 일측면(도 1에서 상부면) 상에 형성된 제1 수지층(12); 및 상기 기재층(11)의 타측면(도 1에서 하부면) 상에 형성된 제2 수지층(12)을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 투명시트(10)의 적층 구조는 제한되지 않는다. 본 발명에 따른 투명시트(10)는 기재층(11)과, 하나 이상의 수지층(12)을 포함하되, 이들 이외에 다른 기능성의 투명 층을 하나 또는 둘 이상 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 기재층(11)과 수지층(12)은 직접 접촉되어 있거나, 이들 사이에 다른 중간층이 개재될 수 있다. 상기 기재층(11)과 수지층(12)의 사이에는, 예를 들어 프라이머층(도시하지 않음) 등이 형성될 수 있다. 이때, 상기 프라이머층은 기재층(11)과 수지층(12) 간의 층간 접착력을 위한 것이면 제한되지 않으며, 이는 예를 들어 아크릴계, 우레탄계, 에폭시계 및 폴리올레핀계 등의 수지 접착제를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 투명시트(10)를 구성하는 각 구성요소의 예시적인 형태를 설명하면 다음과 같다.
상기 기재층(11)은 투명한 것이면 특별히 제한되지 않는다. 기재층(11)은 당분야에서 공지된 다양한 소재를 사용할 수 있으며, 이는 또한 요구되는 기능 및 용도 등에 따라 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 기재층(11)은, 하나의 예시에서 고분자 필름 등으로부터 선택될 수 있다. 기재층(11)은, 구체적인 예를 들어 폴리에스테르계 필름, 아크릴계 필름, 폴리올레핀계 필름, 폴리아미드계 필름 및 폴리우레탄계 필름 등의 단일 시트, 적층 시트 또는 공압출물을 들 수 있다.
상기 기재층(11)은, 예시적인 형태에 따라서, 고분자 필름으로 구성되되, 베이스 수지로서 내열성 등에서 유리한 폴리에스테르계 수지를 포함할 수 있다. 그리고 상기 폴리에스테르계 수지의 예로는, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET: Polyethylene Terephtalate), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN: Polyethylene Naphtalate) 및 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT: Polybuthylene Terephtalate) 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 기재층(11)은, 다른 예시적인 형태에 따라서, 폴리올레핀계 필름으로 선택될 수 있다. 이때, 폴리올레핀계 필름은, 일례로 폴리프로필렌(PP) 필름을 들 수 있다. 기재층(11)은 하나의 예시에서 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름을 사용하는 것이 좋다.
또한, 상기 기재층(11)에는 수지층(12)과의 접착력 향상을 위한 접착 강화 처리가 수행될 수 있다. 예를 들어, 기재층(11)의 일면 또는 양면에는 코로나 처리 또는 플라즈마 처리와 같은 고주파수의 스파크 방전 처리; 열 처리; 화염 처리; 앵커제 처리; 커플링제 처리; 프라이머 처리 또는 기상 루이스산(ex. BF3), 황산 또는 고온 수산화나트륨 등을 사용한 화학적 활성화 처리 등의 표면 처리를 수행할 수 있다. 상기 표면 처리 방법은 일반 산업분야에서 통용되는 모든 공지의 수단에 의할 수 있다. 상기와 같은 표면 처리를 통해 수지층(12)과의 결합력이 개선될 수 있다.
아울러, 상기 기재층(11)에는 수분 차단 특성 등의 추가적인 향상의 관점에서, 기재층(11)의 일면 또는 양면에는 무기물 증착층이 형성될 수 있다. 상기 무기물의 종류는 특별히 제한되지 않고, 수분 차단 특성이 있는 것이라면 제한 없이 채용할 수 있으며, 예를 들어 규소 산화물 또는 알루미늄 산화물을 사용할 수 있다. 상기에서 기재층(11)의 일면 또는 양면에 무기물 증착층을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 증착법 등에 의할 수 있다. 이와 같이 기재층(11)의 일면 또는 양면에 무기물 증착층을 형성하는 경우에는, 기재층(11)의 표면에 무기물 증착층을 형성한 후, 상기 증착층 상에 전술한 표면 처리를 행할 수도 있다. 즉, 본 발명의 일 구현예에서는 기재층(11) 상에 형성된 증착층 상에 접착력을 보다 향상시키기 위해 전술한 스파크 방전 처리, 화염 처리, 커플링제 처리, 앵커제 처리 또는 화학적 활성화 처리를 수행할 수 있다.
상기 기재층(11)의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 약 20㎛ 내지 1000㎛, 또는 약 50㎛ 내지 300 ㎛의 범위일 수 있다. 기재층(11)의 두께를 상기와 같은 범위로 조절하여, 투명시트(10)의 전기 절연성, 수분 차단성, 기계적 특성 및 취급성 등을 향상시킬 수 있다. 본 발명에서, 기재층(11)의 두께는 전술한 범위에 제한되는 것은 아니며, 이는 필요에 따라서 적절히 조절될 수 있다.
상기 수지층(12)은 전술한 바와 같이 기재층(11)의 한 면 또는 양면에 형성되며, 이는 코팅층 및 필름층으로부터 선택될 수 있다. 구체적으로, 수지층(12)은 기재층(11) 상에 필름이 접합되어 구성되거나, 상기 조성물이 코팅, 경화되어 형성될 수 있다. 이때, 수지층(12)이 필름인 경우, 이는 기재층(11) 상에 접착제를 통해 접합되거나, 열 융착(열 라미네이션) 등을 통해 접합될 수 있다.
상기 수지층(12)은 적어도 자외선 경화성 모노머 또는 올리고머 및 파장변환물질을 포함하는 조성물이 경화되어 형성된다. 자외선 경화성 모노머 또는 올리고머를 이용함으로써 수지층(12)의 표면 경도를 높이고 우수한 내찰상성을 확보할 수 있다.
상기 조성물에 포함되는 자외선 경화성 모노머 또는 올리고머는 자외선의 조사에 의하여 경화되는 물질이기만 하면, 당업계에 알려진 통상의 자외선 경화성 모노머 또는 올리고머를 제한 없이 이용할 수 있다.
예를 들어, 자외선 경화성 모노머는 다관능 (메트)아크릴레이트계 화합물을 포함할 수 있다. 다관능(메트)아크릴레이트계 화합물은, 이에 제한되는 것은 아니나, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 트리메틸올프로판에톡시 트리아크릴레이트, 글리세린 프로폭실화 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 펜타에리트리톨 펜타아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 트리아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트, 우레탄아크릴레이트, 에스테르아크릴레이트, 에폭시아크릴레이트, 에테르아크릴레이트 등이나 이들의 에틸렌 옥사이드(ethylene oxide, EO) 변성 화합물 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 투명시트의 표면 경도를 향상시킬 수 있는 관점에서 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트 또는 디펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트 등, 분자량 당의 관능기 수가 많은 화합물이 바람직하다.
본 발명의 일 예에 따른 조성물은, (메트)아크릴산 에스테르계 모노머 및/또는 하나 이상의 가교성 관능기를 포함하는 가교성 모노머를 추가로 포함할 수 있다.
상기 (메트)아크릴산 에스테르계 모노머의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 예를 들면, 알킬 (메트)아크릴레이트를 사용할 수 있고, 구체적으로는 수지층의 점착력 조절의 관점에서 탄소수가 1 내지 14, 바람직하게는 탄소수가 1 내지 8인 알킬기를 가지는 알킬 (메트)아크릴레이트를 사용할 수 있다. 이와 같은 모노머의 예로는, 메틸 (메트)아크릴레이트, 에틸 (메트)아크릴레이트, n-프로필 (메트)아크릴레이트, 이소프로필 (메트)아크릴레이트, n-부틸 (메트)아크릴레이트, t-부틸 (메트)아크릴레이트, sec-부틸 (메트)아크릴레이트, 펜틸 (메트)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메트)아크릴레이트, 2-에틸부틸 (메트)아크릴레이트, n-옥틸 (메트)아크릴레이트, 이소옥틸 (메트)아크릴레이트 또는 이소노닐 (메트)아크릴레이트 등을 들 수 있고, 이중 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 가교성 모노머는, 분자 내에 탄소-탄소 이중 결합과 같은 공중합성 관능기 및 가교성 관능기를 동시에 포함하는 화합물을 의미한다. 상기 가교성 모노머는 가교성 관능기를 통하여 가교점을 제공하거나, 고온 또는 고습 조건 하에서 점착력을 조절하는 역할을 할 수 있다.
상기 가교성 모노머로서는 특별한 제한 없이, 통상적으로 사용 가능한 모노머를 사용할 수도 있다. 상기 가교성 모노머로는 히드록시기 함유 모노머 또는 카복실기 함유 모노머 등을 들 수 있으며, 이를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 히드록시기 함유 모노머의 예로는, 2-히드록시에틸 (메트)아크릴레이트, 2-히드록시프로필 (메트)아크릴레이트, 4-히드록시부틸 (메트)아크릴레이트, 6-히드록시헥실 (메트)아크릴레이트, 8-히드록시옥틸 (메트)아크릴레이트, 2-히드록시에틸렌글리콜 (메트)아크릴레이트 또는 2-히드록시프로필렌글리콜 (메트)아크릴레이트를 들 수 있고; 카복실기 함유 모노머의 예로는 아크릴산, 메타크릴산, 2-(메트)아크릴로일옥시 아세트산, 3-(메트)아크릴로일옥시 프로필산, 4-(메트)아크릴로일옥시 부틸산, 아크릴산 이중체, 이타콘산 또는 말레산 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한 구체예에서, 가교성 모노머는 시아누레이트(cyanurate)계 화합물일 수 있다. 시아누레이트계 화합물은, 이에 제한 되는 것은 아니나, 트리알릴 시아누레이트, 트리알릴 이소시아누레이트일 수 있다.
한 구체예에서, 상기 조성물은 (메트)아크릴산 에스테르계 모노머를 40 내지 99.9 중량부 및 가교성 모노머를 0.1 내지 60 중량부로 포함할 수 있다. 상기 조성물에 포함되는 모노머의 비율을 전술한 범위로 조절함으로써, 보다 우수한 기재층과 표면층 사이의 점착력을 확보할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 조성물은, 상기 (메트)아크릴산 에스테르계 모노머 및 가교성 모노머 이외에 공중합성 모노머를 추가적로 포함할 수 있다.
상기 공중합성 모노머로는, 공중합 가능한 모노머라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 메타크릴레이트(methacrylate), tert-부틸 아크릴레이트(tertiary butyl acrylate), tert-부틸 메타크릴레이트(tertiarybutyl methacrylate), 이소부틸 메타크릴레이트(isobutyl methacrylate), n-부틸 메타크릴레이트(normal-butyl methacrylate), 1-헥사데실 (메트)아크릴레이트(1-hexadecyl (meth)acrylate), 메틸 메타크릴레이트(methyl methacrylate), n-프로필 메타크릴레이트(n-propyl methacrylate), 또는 sec-부틸 메타크릴레이트(sec-butyl methacrylate) 등과 같은 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기를 가지는 알킬 (메타)아크릴레이트; N-비닐포름아미드(N-vinylformamid) 등과 같이 탄소수 2 내지 20, 탄소수 2 내지 16, 탄소수 2 내지 12, 탄소수 2 내지 8 또는 탄소수 2 내지 4의 알케닐기를 가질 수 있는 N-알케닐포름아미드; 아크릴아미드(acrylamide), N,N-디페닐 (메트)아크릴아미드(N,N-diphenyl (meth)acrylamide), N-(n-도데실)(메트)아크릴아미드(N-(n-dodecyl)(meth)acrylamide), N,N-디메틸 (메트)아크릴아미드(N,N-dimethyl acrylamide) 또는 N-하이드록시에틸 아크릴아미드(N-hydroxyethyl acrylamide) 등과 같은 (메트)아크릴아미드, N-알킬 (메트)아크릴아미드, N,N-디알킬 (메트)아크릴아미드 또는 N,N-디아릴 (메트)아크릴아미드; 2-메톡시에틸 (메트)아크릴레이트(2-methoxyethyl (meth)acrylate) 등과 같은 알콕시알킬 (메트)아크릴레이트; 디하이드로디사이클로펜타다이에닐 아크릴레이트(dihydrodicyclopentadienyl acrylate), 사이클로헥실 (메트)아크릴레이트(cyclohexyl (meth)acrylate), 벤질 (메트)아크릴레이트(benzyl (meth)acrylate), 사이클로프로필 아크릴레이트(cyclopropyl acrylate), N-나프틸 아크릴레이트(N-naphtyl acrylate), 2-페녹시에틸 (메트)아크릴레이트(2-phenoxyethyl (meth)acrylate), 페닐 (메트)아크릴레이트(phenyl (meth)acrylate), 2-페닐에틸 (메트)아크릴레이트(2-phenylethyl (meth)acrylate), 이소보닐 (메트)아크릴레이트(isobornyl (meth)acrylate), 디사이클로펜타닐 (메타)아크릴레이트(dicyclopentanyl (meth)acrylate) 또는 사이클로헥실 (메트)아크릴레이트(cyclohexyl (meth)acrylate) 등과 같은 포화 또는 불포화 고리형 탄화수소기 또는 방향족기를 가지는 (메타)아크릴레이트((meth)acrylate); 또는 스티렌(styrene) 등이 예시될 수 있다.
상기 조성물이 공중합성 모노머로서 전술한 모노머의 1종 이상을 포함하는 경우, (메트)아크릴산 에스테르 모노머를 1 내지 99 중량부; 가교성 모노머를 0.5 내지 60 중량부; 및 공중합성 모노머를 0.5 내지 60 중량부를 포함할 수 있다.
상기 조성물을 중합하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 전술한 모노머를 적정 비율로 혼합하고, 이를 용액 중합(solution polymerization), 광 중합(photo polymerization), 괴상 중합(bulk polymerization), 현탁 중합(suspension polymerization) 또는 유화 중합(emulsion polymerization)과 같은 중합 방식에 적용하여 제조할 수 있다. 이 과정에서 필요할 경우, 적합한 중합 개시제 또는 분자량 조절제나 사슬 이동제 등이 함께 사용될 수도 있다.
한편, 본 발명에서, 수지층을 형성하는 조성물에 포함되는 파장변환물질은, 광(예를 들어, 태양광)으로부터 흡수된 파장을 상기 흡수된 파장보다 높은 파장으로 변환시키는 물질이면 제한되지 않는다. 하나의 예시에서, 파장변환물질은 적어도 자외선 흡수하고, 흡수된 자외선을 자외선 파장보다 높은 파장의 광으로 변환시키는 물질로부터 선택될 수 있다. 파장변환물질은, 예를 들어 400nm 이하의 자외선 파장을 흡수하여 400nm 이상의 파장(가시광선 파장 이상)으로 변환시켜, 적어도 가시광선을 방출시키는 물질이면 좋다. 보다 구체적인 예를 들어, 파장변환물질은 약 100nm 내지 400nm의 자외선 파장(단파장)을 흡수하여, 400nm 내지 1,200nm 장파장 영역으로서 가시광선 파장(약 400nm 내지 800nm)이나 근적외선 파장(약 800nm 내지 1,200nm)으로 변환시킬 수 있는 물질로부터 선택될 수 있다.
일반적으로, 대부분의 태양전지는 약 400nm에서 1,200nm 파장 범위에 감도가 높다. 이에 따라, 태양전지는 주로 상기 파장 범위의 광을 흡수하여 전기를 발생시킨다. 따라서 자외선 영역의 단파장(약 400nm 이하)은 태양전지에서 감도가 낮아 높은 발전 효율을 보이기 어렵다. 특히, 결정형 실리콘 태양전지 등의 경우에 그러하다. 또한, 태양전지는 상기 파장 범위 내에서도 장파장으로 갈수록 반응감도가 높아진다. 이때, 반응감도가 높다는 것은 해당 파장의 광을 높은 흡수율로 흡수함을 의미하며, 이는 결국 발전 효율이 높아진다는 것을 의미한다. 아울러, 파장이 높다고 하여 고효율을 보이는 것은 아니며, 대부분의 태양전지는 가시광선 파장 범위에서 고효율을 보인다.
이에 따라, 상기 조성물에 파장변환물질이 포함된 경우, 내후성이 개선되면서 발전 효율이 향상된다. 구체적으로, 파장변환물질에 의해 자외선이 흡수되어, 자외선의 투과에 따른 기재(11)나 태양전지 셀(C, 도 2 참조)의 열화가 방지된다. 그리고 흡수된 자외선은 가시광선 파장 이상(400nm 이상)으로 변환되어, 감도가 높은 가시광선 이상의 광을 방출하여 발전 효율이 향상된다.
한편, 상기 파장변환물질에 의해 너무 높은 파장으로 변환되는 경우, 온도가 상승되어 바람직하지 않을 수 있다. 즉, 적외선 파장으로의 변환율이 높은 경우, 태양전지 셀(C)이나 모듈 주위 설치 구조물(전자 장치 등)의 온도가 높아질 수 있다. 이에 따라, 파장변환물질은 흡수된 자외선 파장을 가시광선 파장 내지 근적외선 파장으로 변환시켜, 가시광선을 많이 방출시킬 수 있는 물질로부터 선택되는 것이 좋다. 한 구체예에서, 파장변환물질은 흡수된 자외선 파장을 400㎚ 내지 800㎚의 가시광선 파장으로 변환시키는 물질로부터 선택되는 것이 좋다.
한 구체예에서, 상기 파장변환물질은, 나프탈이미드(Naphtalimide)계 화합물, 금속-유기 복합물 및 페릴린(Perylene)계 화합물 등의 형광 물질로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 파장변환물질들은 흡수된 광을 가시광선 파장으로 변환시켜 본 발명에 유용하다.
상기 나프탈이미드(Naphtalimide)계 화합물로는, 예를 들어 나프탈이미드(Naphtalimide), 4,5-디메틸옥시-N-(2-에틸 헥실)나프탈이미드(4,5-dimethyloxy-N-(2-ethyl hexyl)naphthalimide) 및 이들의 유도체 등을 들 수 있으며, 상기 페릴린(Perylene)계 화합물로는, 예를 들어 페릴린(Perylene) 및 이의 유도체 등을 들 수 있다. 아울러, 상기 나프탈이미드(Naphtalimide)계 화합물로는 Lumogen F Violet 570 및/또는 Lumogen F Blue 650 등의 유기 형광체 제품을 사용할 수 있다.
상기 페릴린(Perylene)계 화합물로는, 예를 들어 페릴린(Perylene), 이소부틸 4,10-디시아노페릴린-3,9-디카르복실레이트(isobutyl 4,10-dicyanoperylene-3,9-dicarboxylate), 페릴린-3,4,9,11-테트라카르복실산 비스-(2,6-디이소프로필아닐리드)(perylene-3,4,9,11-tetracarboxylic acid bis-(2,6-diixopropylanilide), 페릴린-1,8,7,12-테트라페녹시-3,4,9,10-테트라카르복실산 비스-(2,6-디이소프로필아닐리드)(perylene-1,8,7,12-tetraphenoxy-3,4,9,10-tetracarboylic acid bis-(2,6-diisopropylanilide) 및 이의 유도체일 수 있다. 또한, 예를 들어, Lumogen F Yellow 083[이소부틸 4,10-디시아노페릴린-3,9-디카르복실레이트(isobutyl 4,10-dicyanoperylene-3,9-dicarboxylate)], Lumogen F Orange 240[페릴린-3,4,9,11-테트라카르복실산 비스-(2,6-디이소프로필아닐리드)(perylene-3,4,9,11-tetracarboxylic acid bis-(2,6-diisopropylanilide))], Lumogen F Red 305[페릴린-1,8,7,12-테트라페녹시-3,4,9,10-테트라카르복실산 비스-(2,6-디이소프로필아니리드)(perylene-1,8,7,12-tetraphenoxy-3,4,9,10-tetracarboxylic acid bis-(2,6-diisopropylanilide))], Lumogen F Green 850 및/또는 Lumogen F Yellow 170 등의 유기 형광체 제품을 사용할 수도 있다.
또한, 상기 금속-유기 복합물은, 하나 이상의 금속 원소를 가지는 금속-유기 복합물로서, 이는 예를 들어 금속 원소로서 희토류 원소를 포함하는 금속-유기 복합물로부터 선택될 수 있다. 상기 파장변환물질은 금속-유기 복합물로서, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112015055108931-pat00001
상기 화학식 1에서, M은 희토류 원소이다. 상기 화학식 1에서, 희토류 원소 M은, 예를 들어 Eu, La, Ce, Pr, Nd, Gd, Tb, Dy 및 Lu 등으로부터 선택될 수 있다. 또한, 상기 화학식 1에서, n은 1 이상의 정수이다. n의 상한치는 제한되지 않으나, 예를 들어 100 이하일 수 있다. 상기 화학식 1에서, n은 예를 들어 1 내지 500, 1 내지 200, 1 내지 100 또는 1 내지 50일 수 있다.
한 구체예에서, 상기 화학식 1의 M은 Eu일 수 있다. 구체적으로, 상기 파장변환물질은 금속-유기 복합물로서, 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. 하기 화학식 2에서, n은 화학식 1에서 설명한 바와 같다.
[화학식 2]
Figure 112015055108931-pat00002
상기 나열한 바와 같은 파장변환물질은 광 흡수능이 높고, 또한 흡수된 광을 효과적으로 400㎚ 내지 800㎚의 가시광선 파장으로 변환시켜, 높은 가시광선을 방출량을 가져 본 발명에 유용하다. 한편, 파장변환물질로서 무기물을 고려해 볼 수 있다. 구체적으로, 무기물 형광 안료로서, 예를 들어 La2O2S:Eu이나 (Ba,Sr)2SiO4:Eu 등의 금속산화물을 고려해 볼 수 있으나, 이들은 자외선 흡수능 및 파장 변환 효율이 낮거나, 흡수된 자외선을 너무 높은 파장(적외선)으로 변환시킬 수 있다. 이에 비해, 상기 나열한 바와 같은 파장변환물질 중에서도 나프탈이미드(Naphtalimide)계 화합물 및 금속-유기 복합물(예를 들어, 화학식 1 및 화학식 2로 표시되는 화합물)은 자외선 흡수능이 높으면서 흡수된 자외선을 400㎚ 내지 800㎚의 가시광선 파장으로 변환시켜, 태양전지 등에 반응감도가 높은 가시광선을 높은 방출량으로 방출하는 이점이 있다.
한 구체예에서, 파장변환물질은 상기 나열한 화합물 중에서, 나프탈이미드계 화합물과 금속-유기 복합물(예를 들어, 화학식 1 및 화학식 2로 표시되는 화합물)의 혼합일 수 있다. 이 경우, 서로 상이한 자외선 파장 영역을 흡수할 수 있어, 가시광선 방출량이 매우 높은 이점이 있다. 이에 따라 태양전지에서 감도가 높은 가시광선을 높은 방출량으로 방출하여 발전 효율(광 --> 전기 변환 효율)이 매우 높아질 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 나프탈이미드계 화합물은 약 350㎚ 내지 400㎚ 근방의 자외선을 흡수하여 약 400㎚ 내지 500㎚ 근방의 가시광선으로 변환시키고, 상기 금속-유기 복합물(예를 들어, 화학식 1 및 화학식 2로 표시되는 화합물)은 약 300㎚ 내지 380㎚ 근방의 자외선을 흡수하여 약 600㎚ 내지 620㎚ 근방의 가시광선으로 변환시킨다.
또한, 파장변환물질로서, 위와 같은 2종류의 물질을 혼합 사용하는 경우, 자외선 흡수 파장대가 넓어질 수 있다. 즉, 상기 나프탈이미드계 화합물과 금속-유기 복합물(예를 들어, 화학식 1 및 화학식 2로 표시되는 화합물)을 혼합 사용하는 경우, 약 300㎚ 내지 400㎚ 근방의 자외선을 흡수하여, 예를 들어 약 400㎚ 내지 550㎚와, 610㎚ 근방의 가시광선으로 변환시켜, 이러한 파장대의 가시광선을 재방출시킬 수 있다. 이에 따라, 흡수되는 자외선 영역의 파장이 넓고, 흡수된 자외선은 태양전지에 유리한 가시광선 파장으로 변환되어, 우수한 내후성을 가짐은 물론 높은 발전 효율을 갖게 할 수 있다. 이때, 상기 금속-유기 복합물과 나프탈이미드계 화합물은, 예를 들어 1:0.2 내지 5의 중량비로 혼합 사용될 수 있다.
본 발명에서, 상기 파장변환물질은 입자상일 수 있다. 이때, 파장변환물질은 수지와의 혼합성 및 코팅 표면성 등을 고려하여, 예를 들어 1㎚ 내지 2㎛, 5㎚ 내지 1㎛, 또는 10㎚ 내지 500㎚의 평균입자 크기를 가질 수 있다.
또한, 상기 조성물은 자외선 경화성 모노머 또는 올리고머 100 중량부에 대하여 0.1 내지 30 중량부의 파장변환물질을 포함할 수 있다. 이때, 파장변환물질이 0.1 중량부 미만인 경우, 이의 함유에 따른 자외선 흡수 및 파장 변환 효율 등이 미미할 수 있다. 그리고 30 중량부를 초과하는 경우, 예를 들어 수지층(12)의 기계적 물성이나 투명도 등에서 바람직하지 않을 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 파장변환물질은 자외선 경화성 모노머 또는 올리고머 100 중량부에 대하여 0.2 내지 25 중량부, 0.3 내지 20 중량부, 또는 0.4 내지 15 중량부로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 조성물은 가교제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 가교제로는 상기 조성물의 중합물에 포함되는 가교성 관능기와 반응할 수 있는 관능기를 적어도 2개 이상, 2개 내지 10개, 2개 내지 8개, 2개 내지 6개 또는 2개 내지 4개를 가지는 가교제를 사용할 수 있다. 이러한 가교제로는, 이소시아네이트 가교제, 에폭시 가교제, 아지리딘 가교제 또는 금속 킬레이트 가교제 등의 통상적인 가교제들 중에서 상기 조성물에 포함되는 가교성 관능기의 종류를 고려하여 적절한 종류가 선택되어 사용될 수 있다.
상기 이소시아네이트 가교제로는, 톨리렌 디이소시아네이트, 크실렌 디이소시아네이트, 디페닐메탄 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 이소보론 디이소시아네이트, 테트라메틸크실렌 디이소시아네이트 또는 나프탈렌 디이소시아네이트 등의 디이소시아네이트 화합물이나 상기 디이소시아네이트 화합물과 폴리올, 예를 들면 트리메틸롤프로판 등의 반응물 또는 상기 디이소시아네이트 화합물의 이소시아누레이트 부가체 등이 예시될 수 있으나, 바람직하게는 크실렌 디이소시아네이트 또는 헥사메틸렌 디이소시아네이트를 사용할 수 있고, 에폭시 가교제로는, 에틸렌글리콜 디글리시딜에테르, 트리글리시딜에테르, 트리메틸올프로판 트리글리시딜에테르, N,N,N',N'-테트라글리시딜 에틸렌디아민 및 글리세린 디글리시딜에테르로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이 예시될 수 있다.
또한 상기 아지리딘 가교제로는 N,N'-톨루엔-2,4-비스(1-아지리딘카르복사미드), N,N'-디페닐메탄-4,4'-비스(1-아지리딘카르복사미드), 트리에틸렌 멜라민, 비스이소프로탈로일-1-(2-메틸아지리딘) 또는 트리-1-아지리디닐포스핀옥시드 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 금속 킬레이트 가교제로는, 알루미늄, 철, 아연, 주석, 티탄, 안티몬, 마그네슘 및/또는 바나듐과 같은 다가 금속이 아세틸 아세톤 또는 아세토초산 에틸 등에 배위하고 있는 화합물 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 가교제는, 예를 들면, 자외선 경화성 모노머 또는 올리고머 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 60 중량부, 0.5 내지 50 중량부, 1 내지 40 중량부 또는 5 중량부 내지 30 중량부의 비율로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 조성물은, 기재층과의 접착력 향상의 관점에서, 필요한 경우 커플링제, 점착 부여제, 산화 방지제, 조색제, 보강제, 충진제, 소포제, 계면 활성제 및 가소제로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 조성물은 또한 광개시제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 광개시제로는, 예를 들면, 벤조인계 개시제, 히드록시케톤계 개시제, 아미노케톤계 개시제 또는 포스핀옥시드계 개시제 등과 같이, 자외선 등의 광 조사에 의해 라디칼을 발생시켜 광중합을 개시시킬 수 있는 일반적인 개시제를 제한 없이 사용할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 광개시제로는, 예를 들면 α-히드록시케톤계 화합물(ex. IRGACURE 184, IRGACURE 500, IRGACURE 2959, DAROCUR 1173; Ciba Specialty Chemicals(제)); 페닐글리옥실레이트(phenylglyoxylate)계 화합물(ex. IRGACURE 754, DAROCUR MBF; Ciba Specialty Chemicals(제)); 벤질디메틸케탈계 화합물(ex. IRGACURE 651; Ciba Specialty Chemicals(제)); α-아미노케톤계 화합물(ex. IRGACURE 369, IRGACURE 907, IRGACURE 1300; Ciba Specialty Chemicals(제)); 모노아실포스핀계 화합물(MAPO)(ex. DAROCUR TPO; Ciba Specialty Chemicals(제)); 비스아실포스펜계 화합물(BAPO)(ex. IRGACURE 819, IRGACURE 819DW; Ciba Specialty Chemicals(제)); 포스핀옥시드계 화합물(ex. IRGACURE 2100; Ciba Specialty Chemicals(제)); 메탈로센계 화합물(ex. IRGACURE 784; Ciba Specialty Chemicals(제)); 아이오도늄염(iodonium salt)(ex.IRGACURE 250; Ciba Specialty Chemicals(제)); 및 상기 중 하나 이상의 혼합물 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 광개시제는 예를 들어 자외선 경화성 모노머 또는 올리고머 100 중량부에 대하여 0.1 내지 20 중량부, 1 내지 15 중량부 또는 2 내지 10 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 효과적으로 광중합이 일어나 표면 경도 및 내찰상성이 우수한 수지층(12)을 형성할 수 있다.
상기 광개시제의 함량이 지나치게 적을 경우, 첨가로 인한 효과가 미미할 수 있고, 지나치게 많을 경우에는, 내구성이나 투명성 등의 물성에 악영향을 미칠 수 있으므로, 이러한 점을 고려하여 적절한 함량 범위를 선택할 수 있다.
상기 조성물은 필요에 따라, 광증감제 등의 첨가제를 추가로 포함할 수도 있다.
아울러, 상기 수지층(12)의 두께는 특별히 제한되지 않는다. 수지층(12)은, 예를 들어 0.1㎛ 내지 100㎛, 0.5㎛ 내지 50㎛, 1㎛ 내지 30㎛, 또는 2㎛ 내지 20㎛의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 기재층(11) 및/또는 수지층(12)은 기타 첨가제를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 기재(11) 및 수지층(12) 중에서 선택된 하나 이상은, 예를 들어 열 안정제, 산화 방지제, 및 무기 필러 등으로부터 선택된 하나 이상의 첨가제를 추가로 포함할 수 있으며, 이러한 첨가제는 당업계에서 공지된 것을 사용할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 투명시트(10)는, 필요에 따라서 다양한 기능성층을 추가로 포함할 수 있다. 상기 기능성층의 예로는 접착층, 절연층 및/또는 프라이머층 등을 들 수 있다. 상기 접착층과 절연층을 구성하는 성분은 특별히 제한되지 않으며, 이들은 예를 들어 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 및/또는 저밀도 선형 폴리에틸렌(LDPE)으로 구성된 층일 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 상기 기재층(11)과 수지층(12)의 사이에는 프라이머층이 형성될 수 있는데, 상기 프라이머층은 층간 접착력을 위한 아크릴계, 우레탄계, 에폭시계 및 폴리올레핀계 등의 수지 접착제를 포함할 수 있다. 상기 프라이머층은, 다른 예시적인 형태에 따라서 옥사졸린(oxazoline)기 함유 화합물을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 프라이머층은, 구체적으로 베이스 수지로서 옥사졸린(oxazoline)기 함유 화합물(고분자)을 포함할 수 있다.
상기 프라이머층에 포함되는 옥사졸린기 함유 고분자의 종류는 특별히 한정되지 않고, 자외선 경화성 모노머와의 상용성이 우수한 것이라면 제한 없이 가능하다. 본 발명에서, 상기 옥사졸린기 함유 고분자는 옥사졸린기 함유 모노머의 단일 중합체; 옥사졸린기 함유 모노머 및 하나 이상의 공단량체를 포함하는 공중합체; 또는 이들의 혼합물을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 프라이머층에 포함되는 옥사졸린기 함유 고분자의 함량은 상기 프라이머 층의 베이스 수지(예를 들어, 아크릴레이트계 수지 등) 100 중량부에 대하여 5 중량부 내지 100 중량부, 10 중량부 내지 95 중량부, 20 중량부 내지 80 중량부, 40 중량부 내지 100 중량부, 50 중량부 내지 95 중량부 등일 수 있으며, 상기 범위를 가질 경우, 접착력이 우수한 장점이 있다.
상기 프라이머층에 포함되는 아크릴레이트계 수지의 종류는, 상기 수지층(12)을 구성하는 아크릴레이트계 수지와 동일하거나 상이할 수 있으며, 필요에 따라 기타 다양한 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 투명시트(10)의 제조방법은, 기재(11) 상에 수지층(12)을 형성하는 단계를 포함한다. 이때, 수지층(12)을 형성하는 단계는 자외선 경화성 모노머 또는 올리고머, 및 파장변환물질을 포함하는 조성물을 이용하여 형성한다. 이때, 수지층(12)은 상기 수지 조성물을 코팅하여 형성하거나, 상기 조성물로부터 형성된 수지 필름을 접합하여 형성할 수 있다.
아울러, 상기 수지층(12)을 형성함에 있어서, 사용되는 자외선 경화성 모노머 또는 올리고머, 및 파장변환물질의 종류(성분), 그리고 이들의 함량은 전술한 바와 같다. 또한, 상기 조성물은 필요에 따라 기타 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 이러한 첨가제는 전술한 바와 같다. 아울러, 상기 조성물은, 경우에 따라 희석, 코팅 및/또는 용해 등을 목적으로 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 용매의 종류 및 함량은 특별히 제한되지 않는다. 용매는, 예를 들어 물 및/또는 유기 용제 등으로부터 선택될 수 있으며, 상기 유기 용제는 메틸에틸케톤(MEK), 디메틸포름아미드(DMF) 및 디메틸아세트아마이드(DMAC)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 또한, 용매는, 수지 100 중량부에 대하여, 예를 들어 5 내지 500중량부로 사용될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 투명시트(10)는 광 모듈에 적용된다. 본 발명의 투명시트(10)는, 예를 들어 광 모듈의 전면부재(전면시트) 및 백시트 중에서 선택된 하나 이상으로 적용될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 광 모듈은, 상기한 바와 같은 본 발명의 투명시트(10)를 적어도 하나 이상 포함한다. 본 발명에 따른 광 모듈은, 상기한 바와 같은 본 발명의 투명시트(10)를 포함하는 것이면 어떠한 구조이든 여기에 포함한다. 본 발명에 따른 광 모듈은 광(예를 들어, 태양광)을 이용하는 것이라면 제한되지 않으며, 예를 들어 광전지 모듈, 구체적인 예를 들어 태양전지 모듈 등으로부터 선택될 수 있다.
도 2 및 도 3에는 본 발명에 따른 광 모듈의 예시적인 실시형태가 도시되어 있다. 도 2 및 도 3에 보인 광 모듈은 태양전지 모듈의 일례를 보인 것이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 광 모듈은, 예시적인 실시형태에 따라서 전면부재(100), 봉지재층(200), 태양전지 셀(C), 및 백시트(300)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 전면부재(100) 및 백시트(300) 중에서 선택된 하나 이상은 상기 본 발명의 투명시트(10)를 포함할 수 있다.
상기 전면부재(100)는 태양전지 셀(C)의 전면 쪽(도면에서, 상부 측)을 보호하면서 수광면을 제공하는 것이면 좋다. 상기 전면부재(100)는, 광투과율이 우수한 것이면 좋다. 상기 전면부재(100)는, 구체적으로 광의 입사에 유리한 투명 기판으로서, 이는 예를 들어 유리(일례로, 강화 유리) 또는 투명 플라스틱판 등의 경질 기판으로부터 선택될 수 있다. 전면부재(100)는 플랙시블한 전면시트로 구성될 수 있으며, 이러한 전면시트는 통상과 같은 것을 사용할 수 있다. 전면부재(100)는 위와 같이 구성될 수 있으나, 하나의 실시형태에 따라서 도 2에 보인 바와 같이 본 발명의 투명시트(10)로 구성될 수 있다.
상기 봉지재층(200)은 태양전지 셀(C)을 봉지(패킹, 고정)하는 것으로서, 이는 전면 봉지재층(210)과 후면 봉지재층(220)을 포함할 수 있다. 이때, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 태양전지 셀(C)은 전면 봉지재층(210)과 후면 봉지재층(220)의 사이에 패킹, 고정될 수 있다.
상기 봉지재층(200)을 구성하는 봉지재는 제한되지 않는다. 상기 봉지재층(200)을 구성하는 봉지재는 접착성과 절연성 등을 가지는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 이는 예를 들어 통상적으로 사용되고 있는 EVA 수지, 즉 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 봉지재층(200)을 구성하는 봉지재는, 상기 EVA 수지 이외에 다른 수지가 사용될 수 있다. 상기 봉지재층(200)을 구성하는 봉지재는, 다른 예를 들어 폴리올레핀계 등을 사용할 수 있다. 보다 구체적으로, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌/프로필렌 공중합제, 및 에틸렌/프로필렌/부타디엔 공중합체 등의 폴리올레핀계를 사용할 수 있다.
상기 태양전지 셀(C)은 봉지재층(200) 내에 복수 개로 배열된다. 즉, 상기 태양전지 셀(C)은 전면 봉지재층(210)과 후면 봉지재층(220)의 사이에 복수개로 배열된 상태에서 패킹, 고정(봉지)될 수 있다. 그리고 상기 태양전지 셀(C)들은 서로 전기적으로 연결되어 있다.
본 발명에서, 상기 태양전지 셀(C)은 특별히 제한되지 않는다. 상기 태양전지 셀(C)은, 예를 들어 결정형 태양전지 및/또는 박막형 태양전지 등으로부터 선택될 수 있다. 아울러, 본 발명에서, 상기 태양전지 셀(C)은 전면 전극형, 후면 전극형 및 이들의 조합을 포함한다.
상기 백시트(300)는 상기 봉지재층(200)의 하부에 접착된다. 보다 구체적으로, 상기 후면 봉지재층(220)의 하부 면에 백시트(300)의 접착된다. 상기 후면 봉지재층(220)과 백시트(300)는 열 라미네이션(열 융착)이나 접착제 등을 통해 접착될 수 있다. 상기 접착제는 특별히 제한되지 않으며, 이는 예를 들어 아크릴계, 우레탄계, 에폭시계 및 폴리올레핀계 수지 등으로부터 선택된 1종 이상의 접착제를 사용할 수 있다. 하나의 형태에 따라서, 상기 후면 봉지재층(222)과 투명시트(10)는 열 라미네이션에 의해 접착될 수 있다. 이때, 열 라미네이션은, 예를 들어 90℃ 내지 230℃, 또는 110℃ 내지 200℃의 온도에서 1분 내지 30분, 또는 1분 내지 10분 동안 진행할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 백시트(300)는 통상적으로 사용되는 것을 사용할 수 있다. 백시트(300)는, 하나의 실시형태에 따라서 도 3에 보인 바와 같이 본 발명의 투명시트(10)로 구성될 수 있다.
위와 같은 광 모듈의 제조는, 하나의 형태에 따라서 전면부재(100), 전면 봉지재층(210), 전기적으로 연결된 태양전지 셀(C), 후면 봉지재층(220), 및 백시트(300)를 순차적으로 적층한 후, 이들을 일체로 진공 흡인하면서 열 라미네이션하는 방법으로 진행할 수 있다. 그리고 상기 전면부재(100) 및 백시트(300) 중에서 선택된 하나 또는 둘 모두는 전술한 바와 같은 본 발명의 투명시트(10)를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 광 모듈은, 예시적인 형태에 따라서 후면부재(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다. 이러한 후면부재는 백시트(300)의 배면에 설치될 수 있다. 상기 후면부재는, 광 모듈의 종류 및 설치 장소 등에 따라 선택적으로 포함될 수 있으며, 이는 예를 들어 상기 유리(일례로, 강화 유리) 또는 투명 플라스틱판 등의 경질 기판으로부터 선택될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따르면, 내후성과 발전 효율 등이 동시에 향상될 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 투명시트(10)는 높은 광투과율을 가짐과 동시에 우수한 자외선을 흡수/차단성을 갖는다. 이러한 자외선의 흡수/차단에 의해 투명시트(10) 자체는 물론 광 모듈의 내후성 등이 향상된다. 또한, 흡수된 자외선은 가시광선으로 변환되어 방출된다. 이때, 가시광선은 태양전지 셀(C)로 방출되어 발전 효율을 향상시킨다.
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 예시한다. 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕도록 하기 위해 예시적으로 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기의 비교예는 실시예와의 비교를 위해 제시되는 것으로서, 이는 종래 기술을 의미하는 것은 아니다.
[실시예 1]
두께 250㎛의 투명 PET 필름을 준비하였다. 상기 PET 필름의 양면에 수지 조성물을 코팅하여, 건조 후 두께가 약 5㎛인 수지층(12)이 양면에 형성된 투명시트를 제조하였다. 이때, 상기 PET 필름은 옥사졸린(oxazoline) 프라이머를 표면 코팅한 것을 사용하였다.
또한, 상기 수지층(12)을 형성하기 위한 조성물은, 먼저 자외선 경화성 모노머, 가교제, 광 개시제, 레벨링제 및 파장변환물질을 혼합하여 사용하였다. 본 실시예에 따른 수지층(12)을 구성하는 각 성분의 함량은 하기 [표 1]에 보인 바와 같다.
상기 자외선 경화성 수지로 다관능 모노머 디페닐펜타에리스리톨 헥사아크릴레이트(DPHA) 다관능 올리고머 Gatomer 8800(한국산노프코), 가교제로 트리알릴 이소시아누레이트(일본화성(Nippon kasei chemical) 社), 광 개시제로 Irgacure 184(1-하이드록시-사이클로헥실-페닐-케톤; 지바 스페셜티 케미컬 社), 레벨링제로 megaface F470(DIC coporation), 및 파장변환물질로 무기-유기 형광 안료 Eu(TTA)3phen 제품(일본, Tokyo Chemical Industry)을 사용하였다.
상기 Eu(TTA)3phen의 구조는 하기 화학식 3에 보인 바와 같다. 또한, 첨부된 도 4는 상기 Eu(TTA)3phen 결정의 루미네센스 스펙트라(luminescence spectra) 결과를 보인 그래프이다.
[화학식 3]
Figure 112015055108931-pat00003
[실시예 2]
상기 실시예 1과 대비하여, 파장변환물질의 종류를 달리한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. 구체적으로, 파장변환물질은 나프탈이미드계 화합물서의 유기 형광 안료 Lumogen F Violet 570 제품[나프탈이미스(Naphtalimice)](독일, BASF社 제품)을 사용하였다. 본 실시예에 따른 수지층을 구성하는 각 성분의 함량은 하기 [표 1]에 보인 바와 같다.
또한, 첨부된 도 5는 Lumogen F Violet 570의 루미네센스 스펙트라(luminescence spectra) 결과를 보인 그래프이다.
[실시예 3]
상기 실시예 1과 대비하여, 파장변환물질을 달리한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. 본 실시예에서는 2종류의 파장변환물질을 혼합 사용하였다. 구체적으로, 본 실시예에서는 파장변환물질로서 상기 실시예 1에서 사용된 금속-유기 복합물[Eu(TTA)3phen 제품]과, 나프탈이미드계 화합물서의 유기 형광 안료 Lumogen F Violet 570 제품[나프탈이미드(Naphtalimide)](독일, BASF社 제품)을 혼합 사용하였다. 본 실시예에 따른 수지층을 구성하는 각 성분의 함량은 하기 [표 1]에 보인 바와 같다.
[비교예]
상기 실시예 1과 비교하여, 파장변환물질 대신에 자외선(UV) 흡수제를 사용하고, 경화형수지 대신에 비경화형수지를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. 자외선(UV) 흡수제로는 C21V26O3의 화학식을 가지는 벤조페논계 화합물로서, UV 531 제품(한국, 송원社)을 사용하였다. 본 비교예에 따른 수지층을 각 성분의 함량은 하기 [표 1]에 보인 바와 같다. 본 비교예에 따른 수지층(12)을 구성하는 각 성분의 함량은 하기 [표 1]에 보인 바와 같다.
Figure 112015055108931-pat00004
또한, 상기 각 실시예 및 비교예에 따른 투명시트 시편에 대하여, 분광기(spectrometer)를 이용하여 광투과율, UV 투과율, 흡수도(Absorption), 발광(Emission) 특성, 연필경도 및 내찰상성을 평가하였다.
연필경도는 표면의 단단한 정도를 평가하는 척도로, 연필경도 측정기를 이용하여 코팅층에 대하여 측정 표준 JIS K5600-5-4에 따라 500g의 하중으로 3회 왕복한 후, 흠집이 없는 경도를 확인하였다.
내찰상성(耐擦傷性)은 표면에 흠집이 생기는 정도를 평가하는 척도로, 마찰시험기에 강철손(#0000)을 장착한 후, 코팅층에 대하여 500g의 하중으로 10회 왕복한 후 흠집의 개수를 평가하였다. 흠집이 2개 미만인 경우 O, 흠집이 2개 이상 5개 미만인 경우 Δ, 흠집이 5 개 이상인 경우 X로 평가하였다.
그 결과를 하기 [표 2]에 나타내었다.
Figure 112015055108931-pat00005
또한, 첨부된 도 6은 상기 실시예 1에 따른 투명시트 시편의 파장에 따른 흡수 및 방출 피크를 보인 그래프이고, 첨부된 도 7은 상기 실시예 2에 따른 투명시트 시편의 파장에 따른 흡수 및 방출 피크를 보인 그래프이며, 첨부된 도 8은 상기 실시예 3에 따른 투명시트 시편의 파장에 따른 흡수 및 방출 피크를 보인 그래프이다. 첨부된 도 9는 상기 비교예에 따른 투명시트 시편의 파장에 따른 흡수도 피크를 보인 그래프이다.
먼저, 첨부된 도 6에 보인 바와 같이, 파장변환물질로서 금속-유기 복합물[Eu(TTA)3phen]이 적용된 투명시트(실시예 1)는 약 300nm 내지 380nm 근방의 자외선 빛을 흡수하여 약 610nm 근방의 가시광선 빛을 재방출함을 알 수 있다.
또한, 첨부된 도 7에 보인 바와 같이, 파장변환물질로서 나프탈이미드계 화합물[Lumogen F Violet 570]이 적용된 투명시트(실시예 3)는 약 350nm 내지 400nm 근방의 자외선 빛을 흡수하여 약 400nm 내지 550nm 근방의 가시광선 빛을 재방출함을 알 수 있다.
또한, 첨부된 도 8에 보인 바와 같이, 파장변환물질로서 금속-유기 복합물[Eu(TTA)3phen]과 나프탈이미드계 화합물[Lumogen F Violet 570]이 혼합 적용된 투명시트(실시예 2)는 약 300nm 내지 400nm 근방의 자외선 빛을 흡수하여 약 400nm 내지 550nm와 610nm 근방의 가시광선 빛을 재방출함을 알 수 있다.
한편, 첨부된 도 9에 보인 바와 같이, 벤조페논계 자외선 흡수제 UV 530이 적용된 투명시트(비교예)는 약 300nm 내지 350nm 근방의 자외선 빛을 흡수함을 알 수 있다.
한편, 첨부된 도 10은 상기 실시예 1 내지 3과 비교예에 따른 투명시트 시편의 파장에 따른 광투과율을 보인 그래프이다. 첨부된 도 10에 보인 바와 같이, 상기 실시예들에 따른 투명시트의 경우가 비교예들보다 자외선을 효과적으로 차단함을 알 수 있다. 즉, 실시예들에 따른 투명시트의 경우, 약 310nm 내지 350nm 파장대의 자외선도 효과적으로 차단함을 알 수 있다.
또한, 상기 [표 2]에 보인 바와 같이, 실시예들에 따른 투명시트의 경우가 비교예들보다 자외선 투과율이 낮고, 가시광선 영역에서 최대 발광 피크를 보임을 알 수 있다. 이는 자외선 차단성이 높고, 가시광선을 효과적으로 방출하여 발전 효율을 증가시킬 수 있음을 의미한다. 아울러, 높은 광투과율을 보임을 알 수 있다. 특히, 파장변환물질로서 금속-유기 복합물[Eu(TTA)3phen]과 나프탈이미드계 화합물[Lumogen F Violet 570]을 혼합 사용하는 경우(실시예 3)가 UV 투과율 0.68%로서 매우 우수한 결과를 보임을 알 수 있다.
10 : 투명시트 11 : 기재층
12 : 수지층 100 : 전면부재
200 : 봉지재층 300 : 백시트
210 : 전면 봉지재층 220 : 후면 봉지재층
C : 태양전지 셀

Claims (19)

  1. 기재층;
    상기 기재층의 한 면 또는 양면에 형성된 수지층; 및
    상기 기재층과 상기 수지층의 사이에 형성된 프라이머층을 포함하며,
    상기 수지층은 자외선 경화성 모노머 또는 올리고머, 및 광으로부터 흡수된 파장을 상기 흡수된 파장보다 높은 파장으로 변환시키는 파장변환물질을 포함하는 조성물이 경화되어 형성되고,
    상기 수지층 표면의 연필경도는 1H 이상이며,
    상기 프라이머층은 옥사졸린기 함유 화합물을 포함하고,
    상기 파장변환물질은 나프탈이미드계 화합물, 금속-유기 복합물 및 페릴린계 화합물 중에서 선택되는 2종 이상을 포함하되, 적어도 하나의 파장변환물질은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 광 모듈용 투명시트:
    [화학식 1]
    Figure 112018053673153-pat00018

    상기 화학식 1에서, M은 희토류 원소이고, n은 1 이상의 정수이다.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    자외선 경화성 모노머 또는 올리고머는 다관능 (메트)아크릴레이트계 화합물을 포함하는 것인 광 모듈용 투명시트.
  4. 제3항에 있어서,
    자외선 경화성 모노머는 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 트리메틸올프로판에톡시 트리아크릴레이트, 글리세린 프로폭실화 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 펜타에리트리톨 펜타아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 트리아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트, 우레탄아크릴레이트, 에스테르아크릴레이트, 에폭시아크릴레이트, 에테르아크릴레이트 또는 이들의 에틸렌 옥사이드(ethylene oxide, EO) 변성 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 광 모듈용 투명시트.
  5. 제1항에 있어서,
    파장변환물질은 자외선을 흡수하여 자외선 파장보다 높은 파장으로 변환시키는 것인 광 모듈용 투명시트.
  6. 제5항에 있어서,
    파장변환물질은 흡수된 자외선 파장을 400㎚ 내지 800㎚의 가시광선 파장으로 변환시키는 것인 광 모듈용 투명시트.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물인 광 모듈용 투명시트:
    [화학식 2]
    Figure 112018053673153-pat00007

    상기 화학식 2에서, n은 1 이상의 정수이다.
  10. 제1항에 있어서,
    조성물은 자외선 경화성 모노머 또는 올리고머 100중량부에 대하여 파장변환물질을 0.1 내지 30 중량부로 포함하는 것인 광 모듈용 투명시트.
  11. 제1항에 있어서, 조성물은 (메트)아크릴산 에스테르계 모노머 및/또는 하나 이상의 가교성 관능기를 포함하는 가교성 모노머를 추가로 포함하는 광 모듈용 투명시트.
  12. 제11항에 있어서, 가교성 모노머는 시아누레이트계 화합물인 광 모듈용 투명시트.
  13. 제11항에 있어서, 조성물은 자외선 경화성 모노머 또는 올리고머 100 중량부에 대하여 (메트)아크릴산 에스테르계 모노머를 40 중량부 내지 99.9 중량부 및 가교성 모노머를 0.1 중량부 내지 60 중량부로 포함하는 광 모듈용 투명시트.
  14. 제1항에 있어서, 조성물은 광개시제를 추가로 포함하는 광 모듈용 투명시트.
  15. 제14항에 있어서, 조성물은 자외선 경화성 모노머 또는 올리고머 100 중량부에 대하여 광개시제를 0.1 내지 20 중량부로 포함하는 광 모듈용 투명시트.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 자외선 경화성 모노머 또는 올리고머; 및 광으로부터 흡수된 파장을 상기 흡수된 파장보다 높은 파장으로 변환시키는 파장변환물질을 포함하는 조성물을 이용하여 기재상에 수지층을 형성하는 단계
    를 포함하는 제1항에 따른 광 모듈용 투명시트의 제조방법.
  19. 전면부재;
    상기 전면부재 상에 형성되고, 태양전지 셀이 봉지된 봉지재층; 및
    상기 봉지재층 상에 형성된 백시트를 포함하고,
    상기 전면부재 및 백시트 중에서 선택된 하나 이상은 제1항에 따른 광 모듈용 투명시트를 포함하는 광 모듈.
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