KR101955622B1 - 태양전지용 백 시트 - Google Patents

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Abstract

종래 일반적으로 사용되던 PET 필름을 사용하지 않으면서도 내후성, 가공성 및 공정 경제성이 우수하며, 특히 공압출 시트로 제조 시 층간 결합력 저하로 인한 박리 문제를 완벽히 해결할 수 있는 태양전지용 백 시트가 개시된다. 본 발명은 내후성 올레핀 수지(Weather-resistant PP)를 포함하는 외층; 상기 외층과 직접 합지되도록 올레핀 수지를 포함하는 중간층; 및 상기 중간층과 직접 합지됨과 동시에 반대면에는 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 봉지제가 합지되도록 폴리에틸렌(PE) 또는 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 수지 20~70중량%와 고기능성 올레핀 수지(Modified PP) 또는 범용 폴리프로필렌(PP) 30~80중량%가 혼합된 혼합물을 포함하는 내층;을 포함하는 태양전지용 백 시트를 제공한다.

Description

태양전지용 백 시트{BACK SHEET FOR SOLAR CELLS}
본 발명은 태양전지용 백 시트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내후성 및 가공성이 향상된 태양전지용 백 시트에 관한 것이다.
지구 자원 고갈에 따른 친환경 대체 에너지로 태양광을 에너지화시키는 기술이 주목받고 있다.
태양광을 전기에너지로 전환하기 위해 태양전지가 사용되고 있는데, 태양전지는 통상 모듈 형태로 구성되는 것으로, 광전효과를 이용하여 빛에너지를 전기에너지로 변환시키는 반도체 소자이다. 예컨대, 일반적인 태양전지는 도 1에 도시된 바와 같이, 주로 실리콘을 소재로 만들어지며, 기본적으로 p-n접합의 구조로 이루어져 빛이 태양전지 내부로 흡수가 잘 되도록 하기 위한 반사방지막(AR Layer)과 실리콘 내부에서 만들어진 전기를 외부로 끌어내기 위한 상부전극 및 하부전극을 포함한다.
이와 같은 태양전지는 광흡수-전하생성-전하분리-전하수집의 과정을 거쳐 전기에너지를 만들게 된다. 이때, 광흡수는 전기를 생산하기 위해 외부의 빛이 실리콘 내부로 흡수되는 과정으로서, 흡수되는 빛의 양을 증가시키기 위하여 실리콘 표면에 반사방지막을 증착시키거나 표면을 거칠게 하여 반사율을 감소시키도록 구성되며, 전하생성은 흡수된 빛에 의해 실리콘 내부에 전하가 생성되는 것으로 통상 하나의 광자로부터 전자와 정공의 한 쌍이 생성된다. 그리고, 전하분리는 p형 실리콘과 n형 실리콘의 p-n접합에서 만들어진 전위차에 의해 전자와 정공이 분리되는데 전자는 n형 반도체 쪽으로 이동하고 정공은 p형 반도체 쪽으로 이동하는 것을 말하고, 전하수집은 상부전극 방향 및 하부전극 방향으로 이동한 전자와 정공이 실리콘과 전극의 계면장벽을 넘어 각각의 전극으로 수집되어 하부전극이 양극이 되고 상부전극이 음극이 되어 외부의 부하에 전기를 공급하게 된다.
이러한 태양전지는 통상 강화유리, 상부 EVA 필름, 태양전지 셀, EVA 필름, 백 시트를 순차적으로 적층시켜 모듈화되는데, 여기서 백 시트(back sheet)는 태양전지 셀을 방수, 절연 및 자외선 차단시키는 역할을 하는 것과 동시에, 태양전지 모듈의 수명을 연장시키기 위하여 높은 온도 및 습도에서도 잘 견딜 수 있는 우수한 내후성을 가진 재질로 구성된다.
그러나, 종래 백 시트는 대부분 외국으로부터 고가에 수입하고 있는 실정이어서 태양전지 모듈의 비용상승을 초래하고, 원자재 공급안정성이 떨어져 이에 대한 개선이 시급히 요청되고 있다. 무엇보다도, PET 필름은 외부 충격에 약하고, 수분에 약하여 내후성이 떨어지기 때문에 불소수지를 필름형태로 양쪽에 접합하여 보호할 수 밖에 없는 구조이므로 사실상 원가절감은 현실적으로 어려운 문제이다. 따라서, 공정도 2패스를 거쳐야 하므로 공정과다에 따른 또 다른 비용상승 요인이 존재하고 있어 가격경쟁력을 확보하기 어렵다는 한계도 가지고 있다.
등록특허공보 제0612411호는 종래 백 시트의 전형적인 구조로서 도 2에 도시된 바와 같은 다층 구조(불소수지층/접착제층/PET필름층/접착제층/PE 또는 불소수지층)를 개시하고 있으나, 접착제층(10)에서의 박리 현상을 효과적으로 해결하지 못하고 있을 뿐만 아니라, 비록 박리 현상을 최소화시킨다고 기재하고 있음에도 불구하고 이 역시 복잡한 층 구조를 가지고 있어 내후성이 떨어지는 문제가 있다.
등록특허공보 제1324062호는 고기능성 올레핀 수지(Modified PP)로 이루어진 외층; 외층과 직접 합지되도록 올레핀 수지로 이루어진 중간층; 중간층과 직접 합지됨과 동시에 반대면에는 EVA 봉지제가 합지되도록 PE 또는 EVA 80-90중량%와 고기능성 올레핀 수지(Modified PP) 혹은 범용 PP 10-20중량%가 혼합된 혼합물로 이루어진 내층;으로 이루어진 태양전지용 백 시트를 개시하고 있으나, 이 특허에 제시된 내층과 중간층 조성으로는 여전히 층간 결합력이 떨어져 박리가 일어나는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 종래 일반적으로 사용되던 PET 필름을 사용하지 않으면서도 내후성, 가공성 및 공정 경제성이 우수하며, 특히 공압출 시트로 제조 시 층간 결합력 저하로 인한 박리 문제를 완벽히 해결할 수 있는 태양전지용 백 시트를 제공하고자 한다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 내후성 올레핀 수지(Weather-resistant PP)를 포함하는 외층; 상기 외층과 직접 합지되도록 올레핀 수지를 포함하는 중간층; 및 상기 중간층과 직접 합지됨과 동시에 반대면에는 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 봉지제가 합지되도록 폴리에틸렌(PE) 또는 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 수지 20~70중량%와 고기능성 올레핀 수지(Modified PP) 또는 범용 폴리프로필렌(PP) 30~80중량%가 혼합된 혼합물을 포함하는 내층;을 포함하는 태양전지용 백 시트를 제공한다.
또한 상기 내후성 올레핀 수지는 고입체규칙성 폴리프로필렌(High Isotactic Polypropylene)인 것을 특징으로 하는 태양전지용 백 시트를 제공한다.
또한 상기 고입체규칙성 폴리프로필렌은 이소택틱 지수(Isotactic Index)가 0.93~0.99인 것을 특징으로 하는 태양전지용 백 시트를 제공한다.
또한 상기 외층은 상기 내후성 올레핀 수지 100중량부에 대하여 무기 필러를 0.01~5중량부 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 백 시트를 제공한다.
또한 상기 무기 필러는 탄산칼슘, 실리카, 알루미나, 수산화마그네슘, 산화아연, 탈크, 카올린클레이, 산화티탄 및 황산바륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지용 백 시트를 제공한다.
또한 상기 중간층을 구성하는 상기 올레핀 수지는 호모 폴리프로필렌(Homo PP), 랜덤 코폴리머 폴리프로필렌(Random Copolymer PP), 랜덤 터폴리머 폴리프로필렌(Random Terpolymer PP) 및 임팩트 코폴리머 폴리프로필렌(Impact Copolymer PP)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지용 백 시트를 제공한다.
또한 상기 중간층은 상기 외층 및 상기 내층과의 접착력 향상을 위한 상용화제를 상기 올레핀 수지 100중량부에 대하여 0.01~20중량부 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 백 시트를 제공한다.
또한 상기 상용화제는 과산화물(Peroxide), 펜타에리트리톨 테트라알릴 에테르(pentaerythritol tetraallyl ether; PETA), 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체, 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체 및 에틸렌-프로필렌-부텐(EPB) 삼원공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지용 백 시트를 제공한다.
또한 상기 내층은 상기 중간층과의 접착력 향상을 위한 상용화제를 상기 올레핀 수지 100중량부에 대하여 0.01~25중량부 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 백 시트를 제공한다.
또한 상기 상용화제는 과산화물(Peroxide), 펜타에리트리톨 테트라알릴 에테르(pentaerythritol tetraallyl ether; PETA), 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체, 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체 및 에틸렌-프로필렌-부텐(EPB) 삼원공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지용 백 시트를 제공한다.
또한 상기 백 시트는 T다이 공압출로 형성되어 3중 층상구조를 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지용 백 시트를 제공한다.
또한 상기 외층 및 상기 내층의 외부 접착면은 접착력 향상을 위해 물리적 또는 화학적으로 표면처리된 것을 특징으로 하는 태양전지용 백 시트를 제공한다.
또한 상기 물리적 표면처리는 코로나 방전처리인 것을 특징으로 하는 태양전지용 백 시트를 제공한다.
또한 상기 외층 및 상기 내층의 외부 접착면은 라미네이팅 시 기포 발생을 억제하도록 엠보싱처리된 것을 특징으로 하는 태양전지용 백 시트를 제공한다.
본 발명에 따르면, 외층, 중간층 및 중간층과 직접 합지됨과 동시에 에틸렌비닐아세테이트 봉지제와 접착되는 내층으로 구성되어 공압출 제조되는 태양전지용 백 시트에 있어서, 내층 조성을 최적화하고 내층과 중간층에 특정 상용화제를 적용함으로써 종래 대비 층간 결합력이 극적으로 향상되어 박리 문제를 완벽히 해결할 수 있는 태양전지용 백 시트를 제공할 수 있다.
도 1은 일반적인 태양전지의 구조를 설명하는 모식도,
도 2는 종래 태양전지용 백 시트의 구조를 설명하는 모식도,
도 3은 본 발명에 따른 태양전지용 백 시트의 층상 구조를 설명하는 단면도.
이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명한다.
본 발명자들은 종래 전형적인 구조의 백 시트에서의 내후성, 층간 결합력 문제의 해결을 시도한 선행특허에서 PET 필름을 사용하지 않으면서도 내후성, 가공성 등의 문제를 어느 정도 해결하였으나, 여전히 층간 결합력이 떨어져 박리가 일어나는 문제에 직시하고 예의 연구를 거듭한 결과, 특히 에틸렌비닐아세테이트 봉지제와 접착되는 내층의 조성에 있어 선행특허와는 다른 층간 결합력을 비롯한 내후성 향상에 최적인 조성이 존재함을 발견하고 본 발명에 이르게 되었다.
따라서 본 발명은 내후성 올레핀 수지(Weather-resistant PP)를 포함하는 외층; 상기 외층과 직접 합지되도록 올레핀 수지를 포함하는 중간층; 및 상기 중간층과 직접 합지됨과 동시에 반대면에는 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 봉지제가 합지되도록 폴리에틸렌(PE) 또는 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 수지 20~70중량%와 고기능성 올레핀 수지(Modified PP) 또는 범용 폴리프로필렌(PP) 30~80중량%가 혼합된 혼합물을 포함하는 내층;을 포함하는 태양전지용 백 시트를 개시한다.
도 3은 본 발명에 따른 태양전지용 백 시트의 층상 구조를 설명하는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 태양전지용 백 시트는 외층(100), 중간층(200) 및 내층(300)을 포함하는 층상 구조를 갖는다. 즉, 기존에는 도 2의 예시와 같이, 접착제층을 포함한 5중 층상 구조를 가졌지만, 본 발명에서는 각 층을 구성하는 성분을 기존과 완전히 다르게 구성함으로써 접착제층을 생략하되 물성은 오히려 더 향상시킨 새로운 층상구조를 제시한다.
본 발명에서 상기 외층(100)은 외부노출층으로서, 내후성 올레핀 수지(Weather-resistant PP)가 필름 형태로 층상 구조를 이룬다. 만약, 백 시트를 이루는 외층(100)이 일반적인 범용 PP(폴리프로필렌)를 포함할 경우, 자외선 및 수분 등과 같은 외부 환경요인에 의해 부식되거나 물성 변화를 일으켜 백 시트 본래의 기능을 상실하여 태양전지의 발전효율을 저하시키므로 일반적인 범용 PP의 사용에는 한계가 있으며, 본 발명에서는 내후성 올레핀 수지(Weather-resistant PP)를 사용하여 이러한 문제를 해결하였다.
상기 내후성 올레핀 수지(Weather-resistant PP)는 고입체규칙성 폴리프로필렌(High Isotactic Polypropylene)으로서 이소택틱 지수(Isotactic Index)가 0.93~0.99인 것이 바람직하다. 높은 배열구조의 수지는 높은 결정성을 갖게 되며, 이러한 구조적 특성은 모듈러스를 증가시켜 내후성을 향상시킬 수 있다.
한편, 단일의 내후성 올레핀 수지(Weather-resistant PP)를 사용할 경우에는 자외선 및 열에 의한 PP 자체의 황변 및 백 시트와 라미네이팅되는 다른 소재, 이를 테면 EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 시트도 황변시킬 수 있으므로, 강성, 내열성 및 치수안정성을 향상시키기 위해 무기 필러를 상기 내후성 올레핀 수지 100중량부에 대하여 5중량부 이하, 바람직하게는 1~5중량부 함량으로 포함될 수 있으며, 또한 UV 안정제, 산화방지제 등을 더욱 포함시켜 황변 현상이 발생하지 않도록 함이 바람직하다.
이러한 무기 필러로는 예컨대, 탄산칼슘, 실리카, 알루미나, 수산화마그네슘, 산화아연, 탈크, 카올린클레이, 산화티탄, 황산바륨 등의 무기계의 미립자가 내후성 향상 측면에서 사용될 수 있으며, 바람직하게는 탈크 및 산화티탄 입자가 사용될 수 있다. 여기서 결정형으로서 루틸형, 아나타제형, 브루카이트형 등이 알려져 있지만, 뛰어난 백색도와 내후성 및 광반사성 등의 특성을 고려할 때 루틸형이 바람직하게 사용될 수 있다.
또한 UV 안정제, 산화방지제 등을 더욱 포함시켜 황변 현상이 발생하지 않도록 함이 바람직한데, 상기 UV 안정제 및 산화방지제는 각각 내후성 올레핀 수지 100중량부에 대해 1중량부 이하로 첨가될 수 있으며, 본 발명에서 사용할 수 있는 UV 안정제 및 산화방지제는 다음과 같다.
UV 안정제의 경우 크게 HALS계열(예컨대, 시판중인 Basf Tinuvin 770, 944), UV 흡수제(예컨대, 시판중인 Basf Chimassorb 81) 등과 유사한 구조를 가진 첨가제 등이 사용될 수 있으며, 산화방지제의 경우에는 시판중인 Irganox 1076, 168 등과 같은 페놀계 혹은 인계 구조를 가진 첨가제 등이 사용될 수 있다.
또한 백 시트의 난연성을 향상시키기 위해서 첨가제를 넣을 수 있는데, 바람직한 난연제로는 포스페이트(Phosphate), 포스파진(Phosphazene), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 수산화은(Ag(OH)2) 등이 사용될 수 있으며, 필요 난연 등급에 따라 함유량은 조정될 수 있다.
이와 같은 첨가제의 함유량이 과도할 경우 첨가제 자체 황변이 발생될 수 있으며, 공압출된 태양전지용 백 시트 3중 간 박리가 발생할 수 있고, 또한 EVA 시트와의 합지 시에 낮은 접착강도를 발현할 수 있다. 그러나 너무 적게 첨가 시 본래의 UV 안정화 및 산화의 기능 효과를 발휘할 수 없으므로 적정한 양의 첨가제 함유량이 필요하다.
이러한 조성을 갖는 외층(100)은 두께가 50~150㎛, 바람직하게는 70~130㎛일 수 있으며, 외층의 두께가 얇을 경우 UV 및 수분을 통과시켜 중층 및 태양전지 모듈의 내구성에 영향을 주어 깨짐 혹은 변색의 원인을 제공할 수 있으며, 외층의 두께가 두꺼울 경우 제조원가의 상승, 가공 및 취급의 어려움을 가지므로 상기 범위로 한정됨이 바람직하다. 이때, 상기 두께는 용도와 기능에 따라 달라질 수 있으나, 상기 범위 내에서 가변될 필요가 있다.
본 발명에서 상기 중간층(200)은 외부로부터 침투하는 수분을 차단하고, 외부 충격을 흡수하며, 태양전지 내부로부터 발생하는 전기적인 영향을 최소화시키도록 기능하는 층이다.
따라서, 상기 중간층(200)은 범용 PP를 비롯한 올레핀 수지로 구성될 수 있는데, 단일 범용 PP의 경우 자외선 및 열에 의한 PP 자체의 황변 및 백 시트와 라미네이팅되는 다른 소재, 이를 테면 EVA 시트의 황변을 초래할 수 있으므로 일정량의 UV 안정제, 산화방지제, 난연제 등을 첨가시킴이 바람직하며, 첨가량은 상술한 바와 같다.
이러한 이유로 본 발명에서 상기 중간층(200)을 구성하는 바람직한 성분으로는 호모 폴리프로필렌(Homo PP), 랜덤 코폴리머 폴리프로필렌(Random Copolymer PP), 랜덤 터폴리머 폴리프로필렌(Random Terpolymer PP) 또는 임팩트 코폴리머 폴리프로필렌(Impact Copolymer PP)일 수 있고, 상기의 PP 중 어느 하나의 경우 녹는점이 170℃보다 비교적 낮아 태양전지 제조 공정 내 열융착 공정 시 폴리머 일부가 해리되어 내층 및 외층간의 밀착력이 상승하여 접착강도가 증가하며 백 시트의 층간박리 현상을 막을 수 있다.
또한, 상기 중간층과 내층 및 외층과의 접착력 향상을 위해 본 발명에서는 상기 중간층에 상용화제를 더 포함할 수 있으며, 과산화물(Peroxide), 펜타에리트리톨 테트라알릴 에테르(pentaerythritol tetraallyl ether; PETA), 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체, 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체 또는 에틸렌-프로필렌-부텐(EPB) 삼원공중합체가 올레핀 수지 100중량부에 대해 20중량부 이하로 첨가될 수 있으며, 바람직하게는 1~10중량부 첨가될 수 있다.
한편, 본 발명에서 상기 중간층(200)의 두께 역시 50~150㎛, 바람직하게는 70~130㎛일 수 있다.
본 발명에서 상기 내층(300)은 EVA 봉지제와 라미네이팅되는 층으로 EVA 봉지제와의 접착력이 떨어질 경우 태양전지의 발전효율을 떨어뜨릴 수 있다.
특히, 본 발명은 기존처럼 별도의 접착제층을 구성하지 않기 때문에 이 부분은 기존과 다른 매우 중요한 부분으로서, 접착력 저하를 방지할 수 있도록 상기 내층은 상기 중간층과 직접 합지됨과 동시에 반대면에는 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 봉지제가 합지되도록 폴리에틸렌(PE) 또는 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 수지 20~70중량%와 고기능성 올레핀 수지(Modified PP) 또는 범용 폴리프로필렌(PP) 30~80중량%가 혼합된 혼합물을 포함하며, 바람직하게는 폴리에틸렌(PE) 또는 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 수지 40~60중량%와 고기능성 올레핀 수지(Modified PP) 또는 범용 폴리프로필렌(PP) 40~60중량%가 혼합된 혼합물을 포함한다.
여기서, 상기 PE, EVA와 같은 올레핀계 수지를 단독으로 사용하거나 70중량%를 초과하여 사용하게 되면 중간층(200)을 구성하는 호모 PP와의 층간 결합력이 떨어져 박리가 일어나고, 20중량% 미만으로 사용되면 태양전지 모듈을 구성하는 EVA 필름(봉지제)과의 접착력을 떨어뜨리는 원인을 제공할 수 있기 때문에, 상기 범위로 혼합되어야 한다.
상기 범용 PP는 호모 폴리머(Homo polymer) PP, 랜덤 코폴리머(Random Copolymer) PP, 랜덤 터폴리머(Random Terpolymer) PP 또는 임팩트 코폴리머(Impact Copolymer) PP일 수 있으며, 상기 고기능성 올레핀 수지(Modified PP)는 범용 수지가 특수 가공처리된 것으로, 무수말레인산(maleic anhydride), 아크릴산(acrylic acid) 등의 산성기로 이루어진 작용기를 그라프팅(Grafting)하여 이종의 기재의 접착력을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서는 상기 내층은 서로 혼합되지 않는 PP와 PE 또는 EVA와의 혼합성을 위해 상용화제를 더 포함하는 것이 바람직하며, 과산화물(Peroxide), 펜타에리트리톨 테트라알릴 에테르(pentaerythritol tetraallyl ether; PETA), 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체, 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체 또는 에틸렌-프로필렌-부텐(EPB) 삼원공중합체가 올레핀 수지 100중량부에 대해 25중량부 이하로 첨가될 수 있으며, 바람직하게는 5~15중량부 첨가될 수 있다.
또한 상기 내층(300)의 경우에도 황변 방지를 위해 UV 안정제, 산화방지제 등이 더 첨가될 수 있고, 이 경우, 이들의 첨가량은 내층(300)을 조성하는 PE 또는 EVA 수지와 고기능성 올레핀 수지(Modified PP) 또는 범용 PP를 혼합한 조성물 100중량부에 대해 1중량부 이하로 각각 첨가될 수 있다.
한편, 본 발명에서 상기 내층(300)의 두께 역시 50~150㎛, 바람직하게는 70~130㎛일 수 있다.
본 발명에서 상기 외층(100)의 경우, 태양전지를 구성하는 정션박스가 추가로 부착되므로 이와의 접착력을 증대시키기 위해 접착되는 면이 인위적으로 코로나 방전처리 등과 같은 물리적 또는 화학적 표면처리될 수 있다. 뿐만 아니라, 상기와 같은 물리적 표면처리는 내층(300)에도 적용되는데, 이 경우에는 내층(300)과 EVA 봉지제 간의 접착력을 향상시키기 위한 것이다.
또한, 태양전지의 진공 라미네이팅 공정 시 발생할 수 있는 기포를 효과적으로 제거하기 위해 상기 외층(100) 및 내층(300)의 접착면에 특정 형상으로 엠보싱(Embossing) 처리하여 형상화시키면 더욱 바람직하다.
이와 같은 본 발명에 따른 층상 구조를 갖는 백 시트는 층수에 맞는 압출기를 구비한 다음 T 다이를 이용하여 공압출 함으로써 공정을 획기적으로 줄이면서 별도의 접착제 도포 공정없이 곧바로 제조될 수 있는 장점을 가진다.
이는 각 층을 구성하는 성분들이 상호 유기적인 관계를 가지고 있고, 특성들이 비슷하여 상호 접착력이 우수할 뿐만 아니라, 접착력 강화를 위해 표면처리가 수행됨으로써 가능한 것이며, 통상 120~280℃의 범위에서 T 다이 공압출이 이루어져 3중 층상구조를 갖출 수 있게 된다.
이에 반해, 종래에는 베이스 필름인 PET 필름에 일정량의 접착제를 도포/건조한 후 그 양측면에 보호용 불소필름을 합지하는 형태로 이루어지거나, 이미 합지된 필름에 EVA 봉지제와의 접착력을 향상시키기 위해 EVA 또는 PE 수지를 다시 공압출하는 형태로 번거롭고 복잡한 공정을 거쳐 백 시트가 제조되었다. 따라서, 본 발명에 따르면 제조공정이 매우 간소화됨을 확인할 수 있다.
실시예 및 비교예
하기 표 1의 조성으로 T 다이 공압출을 통해 3중 층상구조의 백 시트를 제고하였고, 각 제조된 백 시트의 물성을 확인하기 위해 시편을 만들고, 하기와 같은 방법으로 물성을 측정한 결과를 표 1에 나타내었다.
[물성 측정방법]
(1) 층간 접착 강도
상기 제조된 공압출 필름을 폭방향으로 25mm, 길이방향으로 200mm로 잘라내고, 한 쪽의 단부를 20mm 정도 손으로 박리하여 끼움 여유를 만들었다. 그 다음에, 인장 시험기(오토그래프 AG-2000A, 시마즈 세이사쿠쇼 제품)를 이용하여, 시험 온도 23℃, 시험 스피드 50mm/min으로 T자 필링 강도(N/cm)를 계측하였다. 계측된 접착 강도의 우열을 이하의 기준에 따라 판단하였다.
- ○ : 공압출 필름을 구성하는 모든 층간의 접착 강도가 2N/cm 이상
- × : 공압출 필름을 구성하는 모든 층간의 접착 강도가 2N/cm 미만
(2) EVA 접착 강도
세로 15cm, 가로 5cm 사이즈의 유리판(두께 3.2mm, 니혼이타가라스 제품) 상에 유리와 동일 사이즈의 시판되는 태양 전지 EVA 시트(산비쿠샤 제품: Ultra Pearl, 두께 0.40mm)를 올려놓고, 세로 3cm, 가로 5cm의 이형지를 단부에 놓고, 더욱이 유리와 동일 사이즈로 잘라낸 공압출 필름을 외측(상측)에 위치하도록 배치하였다. 이어서, 진공 라미네이터(spire사 제품: Spi-Laminator)로 일체 성형하였다. 일체 성형에서는, 135℃에서 탈기시간 3.5분, 프레스 압력 1kg/㎠, 프레스 시간 3.5분으로 가열 압착하고, 추가로 150℃의 오븐에서 120분간 가열하여 EVA를 가교시켰다. 얻어진 성형품의 단부에 끼운 이형지를 제거하여 끼움 여유를 마련했다. 그 다음에, 인장 시험기(오토그래프 AG-2000A, 시마즈세이사쿠쇼 제품)를 이용하여, 시험 온도 23℃, 시험 스피드 50mm/min으로 180°강도(N/cm)를 계측하였다. EVA 시트와 적층 필름의 접착 강도의 우열을 이하의 기준에 따라 판단하였다.
- ○ : 접착 강도가 50N/cm 이상
- × : 접착 강도가 50N/cm 미만
(3) 광조사 후의 외관 관찰
공압출 필름을 세로 15cm, 가로 5cm 사이즈로 잘라 내고, 크세논 웨더미터(X75SC, 스가 시켄키 제품)를 이용하여, ASTM G155에 준하여 적층 필름측에 광을 조사하였다. 광 조사 후의 외관을 관찰하고, 그 우열을 이하의 기준에 따라 판단하였다.
- ○ : 이상 없음
- △ : 크랙 또는 변색이 관찰됨
- × : 현저한 크랙 또는 변색이 관찰됨
(4) 광 조사 후의 강도 유지율
공압출 필름에 대하여 상기와 같은 방법으로 광 조사를 수행하였다. 이어서, 인장시험기(오토그래프 AG-2000A, 시마즈 세이사쿠쇼 제품)를 이용하여, 시험 온도 23℃, 시험 스피드 50mm/min으로 적층 필름의 인장 강도(MPa)를 계측하였다. 광 조사 전의 적층 필름에 대해서도 인장 강도를 계측하고, 광 조사 후의 강도 유지율을 산출하여, 그 우열을 이하의 기준에 따라 판단하였다.
- ○ : 광 조사 후의 강도유지율이 90% 이상
- △ : 광 조사 후의 강도유지율이 70% 이상
- × : 광 조사 후의 강도유지율이 70% 미만
(5) 수증기 투과도
투과 면적이 15.2㎠이 되도록 공압출 필름을 잘라내고, JIS K7126-1(차압법)에 따라, 40℃/90% RH, 압력차 75cmHg의 조건으로 수증기 투과도를 측정하였다. 단위는 g/(㎡·day)로 나타낸다.
(6) 백 시트 공압출 필름 수축률
백 시트 공압출 필름의 폭방향의 길이를 계측하고, 라미네이션 후 사전에 측정해 둔 적층 전의 폭방향의 길이와 비교하여 수축률을 산출하였다.
(7) 박막 모듈 내열 내습성
5인치 각(角) 사이즈의 태양 전지 비정질 기판(유리판 상에 실리콘 등을 증착하고, 가공하여 태양 전지 소자를 형성한 것), 즉, 박막 태양 전지 소자 상에, 6인치 각 사이즈의 시판중인 태양전지 EVA 시트(산비쿠샤 제품: Ultra Pearl, 0.40mm 두께)와, 6인치 각 사이즈로 잘라낸 공압출 필름을 올려 놓았다. 그 다음에, 진공 라미네이터(spire사 제품: Spi-Laminator)와 일체 성형함으로써 박막 태양 전지 모듈을 얻었다. 일체 성형의 조건은 170℃에서 탈기(脫氣)시간 3.5분, 프레스 압력 1kg/㎠, 프레스 시간 3.5분이었다. 얻어진 태양 전지 모듈을 150℃의 오븐에서 120분간 추가로 가열하여 EVA를 가교시켰다.
제작한 태양 전지 모듈에, AM 1.5로 스펙트럼 조정한 솔라 시뮬레이터에 의해, 25℃, 조사 강도 1,000mW/㎠의 유사 태양 광을 조사하여, 태양 전지의 개방전압(V) 및 1㎠당 공칭 최대출력 동작전류(A) 및 공칭 최대출력 동작전압(V)을 측정하였다. 이들의 곱으로부터 공칭 최대출력(W)(JIS C89111998)의 초기값을 구하였다.
그 다음에, 태양 전지 모듈을, 온도 85℃, 습도 85% RH의 환경 하에 1,000시간 방치하고 내열 내습시험을 실시하였다. 방치 후의 태양 전지 모듈에 대해 상기와 같이 하여 공칭 최대출력(W)을 구하여 내열 내습성의 우열을 판단하였다. 우열의 판단은 이하의 기준에 따라 수행되었다.
- ○ : 1,000시간 내열내습시험 후의 공칭 최대출력을 초기값으로 나눈 값이 0.9 이상
- △ : 1,000시간 내열내습시험 후의 공칭 최대출력을 초기값으로 나눈 값이 0.8 이상
- × : 1,000시간 내열내습시험 후의 공칭 최대출력을 초기값으로 나눈 값이 0.8 미만
(8) 결정 모듈 내열 내습성
6인치 각 사이즈의 유리판(두께 3.2mm, 니혼이타가라스 제품) 상에, 동일 사이즈의 시판중인 태양 전지 EVA 시트(산비쿠샤 제품: Ultra Pearl, 0.40mm 두께)와, 5인치 각 사이즈의 결정 Si 태양 전지 소자와, 6인치 각 사이즈의 시판중인 태양 전지 EVA시트와, 6인치 각 사이즈로 잘라낸 공압출 필름을 이러한 순서로 배치하였다. 그 다음에, 진공 라미네이터(spire사 제품: Spi-Laminator)로 일체 성형함으로써 결정 실리콘 태양 전지 모듈을 얻었다. 일체 성형의 조건은 170℃ 탈기시간 3.5분, 프레스 압력 1kg/㎠, 프레스 시간 3.5분이었다. 얻어진 태양 전지 모듈을 150℃의 오븐에서 120분간 추가로 가열하여 EVA를 가교시켰다.
제작한 태양 전지 모듈에, AM 1.5로 스펙트럼 조정한 솔라 시뮬레이터에 의해, 25℃, 조사 강도 1,000mW/㎠의 유사 태양 광을 조사하여, 태양 전지의 개방전압(V) 및 1㎠당 공칭 최대출력 동작전류(A) 및 공칭 최대출력 동작 전압(V)을 측정했다. 이들의 곱으로부터 공칭 최대출력(W)(JIS C8911 1998)의 초기값을 구하였다.
그 다음에, 태양 전지 모듈을, 온도 85℃, 습도 85% RH의 환경 하에 1,000시간 방치하여, 내열내습시험을 실시하였다. 방치 후의 태양 전지 모듈에 대해서 상기와 마찬가지로 하여 공칭 최대출력(W)을 구하고, 내열내습성의 우열을 판단하였다. 우열의 판단은 이하의 기준에 따라 수행되었다.
- ○ : 1,000시간 내열내습시험 후의 공칭 최대출력을 초기값으로 나눈 값이 0.9 이상
- △ : 1,000시간 내열내습시험 후의 공칭 최대출력을 초기값으로 나눈 값이 0.8 이상
- × : 1,000시간 내열내습시험 후의 공칭 최대출력을 초기값으로 나눈 값이 0.8 미만
Figure 112016072442673-pat00001
표 1을 참조하면, 본 발명에 따른 외층, 중간층 및 내층 조성을 구비할 경우 층간 접착력 및 내후성능이 매우 우수한 것을 확인할 수 있다.
이에 대하여, 외층에 범용 PP만을 적용할 경우(비교예 1)에는 광 조사후 외관, 광 조사후 강도유지율, 백 시트 수축률이 저하되고, 내층 조성에 있어 EVA 함량이 과도하고 고기능성 올레핀 수지 함량이 상대적으로 낮을 경우(비교예 2)에는 특히 층간 접착강도가 현저히 저하되는 것을 확인할 수 있다.
또한 백 시트 전체 두께가 다소 얇을 경우(비교예 3) 광 조사후 강도유지율, 수증기 투과도, 백시트 수률 등 면에서 물성 저하가 일어날 수 있어 일정 정도의 두께를 확보할 필요가 있으며, 내층에 상용화제가 과도하게 첨가될 경우(비교예 4) EVA 접착강도, 광 조사후 외관 등이 저하될 수 있으므로 첨가되는 상용화제의 최적 함량 수준을 유지할 필요가 있다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 범위는 상술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위, 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 외층 200 : 중간층
300 : 내층

Claims (14)

  1. 내후성 올레핀 수지를 포함하는 외층;
    상기 외층과 직접 합지되도록 올레핀 수지를 포함하는 중간층; 및
    상기 중간층과 직접 합지됨과 동시에 반대면에는 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 봉지제가 합지되도록 (a) 폴리에틸렌(PE) 또는 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 수지 40~60중량%와 (b) 고기능성 올레핀 수지(Modified PP) 또는 범용 폴리프로필렌(PP) 40~60중량% 및 (c) 상기 (a) 및 (b) 100중량부에 대하여 0.01~25중량부의 상용화제가 혼합된 혼합물을 포함하는 내층;
    을 포함하는 태양전지용 백 시트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내후성 올레핀 수지는 고입체규칙성 폴리프로필렌(High Isotactic Polypropylene)인 것을 특징으로 하는 태양전지용 백 시트.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 고입체규칙성 폴리프로필렌은 이소택틱 지수(Isotactic Index)가 0.93~0.99인 것을 특징으로 하는 태양전지용 백 시트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 외층은 상기 내후성 올레핀 수지 100중량부에 대하여 무기 필러를 0.01~5중량부 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 백 시트.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 무기 필러는 탄산칼슘, 실리카, 알루미나, 수산화마그네슘, 산화아연, 탈크, 카올린클레이, 산화티탄 및 황산바륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지용 백 시트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 중간층을 구성하는 상기 올레핀 수지는 호모 폴리프로필렌(Homo PP), 랜덤 코폴리머 폴리프로필렌(Random Copolymer PP), 랜덤 터폴리머 폴리프로필렌(Random Terpolymer PP) 및 임팩트 코폴리머 폴리프로필렌(Impact Copolymer PP)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지용 백 시트.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 중간층은 상기 외층 및 상기 내층과의 접착력 향상을 위한 상용화제를 상기 중간층에 포함된 올레핀 수지 100중량부에 대하여 0.01~20중량부 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 백 시트.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 상용화제는 과산화물(Peroxide), 펜타에리트리톨 테트라알릴 에테르(pentaerythritol tetraallyl ether; PETA), 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체, 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체 및 에틸렌-프로필렌-부텐(EPB) 삼원공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지용 백 시트.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 상용화제는 과산화물(Peroxide), 펜타에리트리톨 테트라알릴 에테르(pentaerythritol tetraallyl ether; PETA), 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체, 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체 및 에틸렌-프로필렌-부텐(EPB) 삼원공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지용 백 시트.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 백 시트는 T다이 공압출로 형성되어 3중 층상구조를 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지용 백 시트.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 외층 및 상기 내층의 각 외부 접착면은 접착력 향상을 위해 물리적 또는 화학적으로 표면처리된 것을 특징으로 하는 태양전지용 백 시트.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 물리적 표면처리는 코로나 방전처리인 것을 특징으로 하는 태양전지용 백 시트.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 외층 및 상기 내층의 각 외부 접착면은 라미네이팅 시 기포 발생을 억제하도록 엠보싱처리된 것을 특징으로 하는 태양전지용 백 시트.
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