KR102063056B1 - 점착제 조성물, 그 조성물의 경화물을 포함하는 봉지층을 포함하는 태양전지용 봉지재 시트 및 상기 봉지재 시트를 포함하는 태양전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 출원은 점착제 조성물, 그 조성물의 경화물을 포함하는 봉지층을 포함하는 태양전지용 봉지재 시트 및 상기 봉지재 시트를 포함하는 태양전지 모듈에 관한 것으로, 예시적인 점착제 조성물에 의하면 기계적 특성 및 광학적 특성이 우수하고, 내습열성과 자외선 내성이 우수한 봉지층을 제공할 수 있다. 또한, 본 출원의 예시적인 점착제 조성물은 진공, 고온, 고압의 라미네이팅 공정을 생략하고 롤 투 롤(Roll to Roll) 연속 공정이 가능하여 생산속도 및 생산효율을 향상시킬 수 있다.
Description
본 출원은 점착제 조성물, 그 조성물의 경화물을 포함하는 봉지층을 포함하는 태양전지용 봉지재 시트 및 상기 봉지재 시트를 포함하는 태양전지 모듈에 관한 것이다.
태양광 발전은 태양광으로부터 전기를 생산하는 청정 발전 기술이다. 태양광 발전 시설은 태양광을 받아 전기를 발생하는 태양전지(모듈)와 발생된 직류 전기를 교류로 변환시키는 전력 조절 장치 및 주간에 생선된 전기를 저장하는 축전지 등으로 구성된다. 전기를 발생시키는 모듈은 일반적으로 유리, 봉지재, 태양전지 및 이면시트로 구성되어 있다.
현재 봉지재로 쓰이는에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(EVA)는 습기에 취약한 태양전지 소자를 보호하기 위해 태양전지 전후면과 표면재 사이에 삽입되는 물질이다. EVA는 투과율, 접착력 및 탄성등의 특성을 어느 정도 만족시키나, 진공 및 고온에서의 별도 가교 공정이 필요하여 태양전지 모듈의 생산속도 및 생산효율을 저하시킬 수 있다. 또한, EVA는 가교 시 발생하는 산 등의 부식성 물질과 장기간 자외선 노출에 따른 황변 현상으로 인해 태양전지 모듈의 효율을 저하시키는 문제점이 있다.
본 출원은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 점착제 조성물, 상기 조성물의 경화물을 포함하는 봉지층을 포함하는 태양전지용 봉지재 시트 및 상기 봉지재 시트를 포함하는 태양전지 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 출원은 점착제 조성물에 관한 것이다. 예시적인 상기 점착제 조성물을 이용해 제조한 태양전지용 봉지재 시트는 EVA 시트와 같이 진공 압착 등의 가교 공정(약 15분 소요)을 요구하지 않는다. 또한, 상기 점착제 조성물은 점착액 자체를 도포해 수 분 동안의 열 경화를 진행하여 롤 투 롤(Roll to Roll) 연속 공정을 통해 제작 가능하므로 생산속도 및 생산 효율이 우수하다. 또한, 내습에 강한 소재를 사용하여 EVA 봉지재보다 내습성이 우수하며, EVA와 달리 가교시 산이 발생하지 않아 그로 인한 광전소자의 부식이 없고, UV cut-off 특성을 향상시켜 황변 현상을 억제하였다.
이하에서 본 출원의 태양전지용 봉지재 시트 및 상기 봉지재 시트를 포함하는 태양전지 모듈을 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하지만 첨부된 도면은 예시적인 것으로서, 상기 태양전지 모듈이 예시된 도면에 의하여 제한되는 것은 아니다.
본 출원에 있어서 「박리력」은 전면 부재에 대한 봉지층의 박리력을 의미하며, ASTM D903에 의해 측정된 값을 의미한다.
본 출원에 있어서, 「Y.I」 값은 황변지수를 의미하며, ASTM D1003에 의해 측정된 값을 의미한다.
본 출원에 있어서, 「투과율」 값은 ASTM D1003에 의해 측정된 값을 의미한다.
본 출원에 있어서, 「Haze」 값은 ASTM D1003에 의해 측정된 값을 의미한다.
본 출원의 점착제 조성물은 (메트)아크릴레이트와 반응형 자외선 안정제의 공중합체를 포함하는 점착성 중합체; 및 파장변환물질을 포함한다.
상기 (메트)아크릴레이트는 가교성 관능기를 포함하는 (메트)아크릴레이트 및 알킬(메트)아크릴레이트를 의미하며, 하나의 예시에서 본 출원의 점착제 조성물은 가교성 관능기를 포함하는 (메트)아크릴레이트와 알킬(메트)아크릴레이트를 모두 포함할 수 있다.
가교성 관능기를 포함하는 (메트)아크릴레이트의 가교성 관능기는 히드록시기일 수 있다. 히드록시기를 포함하는 (메트)아크릴레이트는 예를 들면, 2-히드록시에틸 (메트)아크릴레이트, 2-히드록시프로필(메트)아크릴레이트, 4-히드록시부틸 (메트)아크릴레이트, 6-히드록시헥실 (메트)아크릴레이트 또는 8-히드록시옥틸 (메트)아크릴레이트 등의 히드록시알킬 (메트)아크릴레이트; 또는 2-히드록시에틸렌글리콜 (메트)아크릴레이트 또는 2-히드록시프로필렌글리콜 (메트)아크릴레이트 등의 히드록시알킬렌글리콜 (메트)아크릴레이트 등이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
알킬(메트)아크릴레이트는 예를 들면, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 15 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기를 가지는 알킬 (메트)아크릴레이트를 사용할 수 있다. 상기에서 알킬기는, 예를 들면, 직쇄형, 분지쇄형 또는 고리형일 수 있다. 이러한 단량체의 예로는 메틸 (메트)아크릴레이트, 에틸 (메트)아크릴레이트, n-프로필 (메트)아크릴레이트, 이소프로필 (메트)아크릴레이트, n-부틸 (메트)아크릴레이트, sec-부틸 (메트)아크릴레이트, 2-메틸 헵실 (메트)아크릴레이트, 펜틸 (메트)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메트)아크릴레이트, 2-에틸부틸 (메트)아크릴레이트, n-옥틸 (메트)아크릴레이트, 이소보닐(메트)아크릴레이트 등을 들 수 있고, 상기 중 일종 또는 이종 이상을 선택하여 사용할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다.
가교성 관능기를 포함하는 (메트)아크릴레이트는 알킬(메트)아크릴레이트 및 가교성 관능기를 포함하는 (메트)아크릴레이트 100 중량부에 대하여 3 내지 30 중량부, 4 내지 20 중량부 또는 5 내지 15 중량부일 수 있다. 상기 범위에서, 점착제 조성물로 형성한 봉지층이 우수한 기계적 특성을 나타낼 수 있다.
본 출원의 점착제 조성물은 반응형 자외선 안정제를 포함한다. 하나의 예시에서, 반응형 자외선 안정제는 하기 화학식 1로 나타내어지는 아크릴계 단량체일 수 있다.
[화학식 1]
화학식 1에 있어서, R1은 수소 또는 메틸기이고, X는 단일 결합 또는 탄소수 1 내지 5 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬렌기이며, R2는 방향족기로 치환된 페닐기, 방향족기로 치환된 히드록시페닐기, 헤테로방향족기로 치환된 페닐기 또는 헤테로방향족기로 치환된 히드록시페닐기이고, 하나의 구체적인 예시에서 R2는 벤조트리아졸기로 치환된 히드록시페닐기일 수 있다. 상기와 같은 반응형 자외선 안정제를 채택함으로써, 우수한 내황변성과 우수한 박리력을 확보할 수 있다.
자외선 안정제는 (메트)아크릴레이트 100 중량부 대비 1 내지 10 중량부 또는 3 내지 8 중량부일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 점착제 조성물로 제조한 봉지재 시트는, 우수한 광학적 특성 및 기계적 특성을 확보할 수 있다.
본 출원의 점착제 조성물은 파장변환물질을 포함한다. 예를 들어, 파장변환물질은 유기 안료일 수 있다. 본 출원의 유기 안료는 300nm 내지 600nm, 350nm 내지 550nm 또는 378nm 내지 524nm 파장의 빛을 흡수하여 330nm 내지 620nm, 380nm 내지 570nm 또는 413nm 내지 539nm의 빛을 방출하는 것이면 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 하나의 예시에서, 유기 안료는 나프탈렌계 유기 안료일 수 있으며, 구체적으로는 나프탈렌 1,8:4,5-테트라카르보닉에시드 디이미드(1,8:4,5-tetracarbonic acid diimide), 나프탈렌-1,8-디카르본산 이미드(naphthalene-1,8-dicarbonic acid imide), 4,5-디알콕시나프탈렌-1,8-디카르본산 모노이미드(4,5-dialkoxynaphthalene-1,8-dicarbonic acid monoimide), 4-페녹시나프탈렌-1,8-디카르본산 모노이미드(4-phenoxynaphthalene-1,8-dicarbonic acid monoimide), N-(2-에틸헥실)-4,5-디메톡시나프탈렌-1,8-디카르본산 이미드(N-(2-ethylhexyl)-4,5-dimethoxynaphthalene-1,8-dicarbonic acid imide), N- (2,6-디이소프로필-페닐)-4,5-디메톡시나프탈렌-1,8-디카르본산 이미드(N-(2,6-diisopropyl-phenyl)-4,5-dimethoxynaphthalene-1,8-dicarbonic acid imide), N-(7-트리데실)-4,5-디메톡시-나프탈렌-1,8 디카르본산 이미드(N-(7-tridecyl)-4,5-dimethoxy-naphthalene-1,8 dicarbonic acid imide), N-(2,6-디이소프로필페닐)-4,5-디페녹시나프탈렌-1,8-디카르본산 이미드(N-(2,6-diisopropylphenyl)-4,5-diphenoxynaphthalene-1 ,8-dicarbonic acid imide), 및 N,N'-비스(2,6-디이소프로필페닐)-1,8:4,5-나프탈렌 테트라카르보닉에시드 디이미드(N,N'-bis(2,6-diisopropylphenyl)-1,8:4,5-naphthalene tetracarbonic acid diimide)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 유기 안료는 BASF사의 Lumogen F Yellow 083, Lumogen F Orange 240, Lumogen F Red 305 및 Lumogen F Violet 570로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 파장변환물질은 점착성 중합체 100 중량부에 대하여 0.2 내지 0.8 중량부 또는 0.3 내지 0.7 중량부일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 점착제 조성물로 제조한 봉지층은 우수한 기계적 특성 및 광학적 특성을 나타낸다.
하나의 예시에 있어서, 본 출원의 점착제 조성물은 할스계 라디칼 스캐빈저를 추가로 포함할 수 있다. 상기 할스계 라디칼 스캐빈저는 하나의 예시에 있어서 NOR-HALS일 수 있다. 점착제 조성물이 할스계 라디칼 스캐빈저를 추가로 포함함으로써, 본 출원의 점착제 조성물로 제조한 봉지층은 고온 고습 조건에 노출되어도 우수한 광학적 특성을 유지할 수 있다.
상기 할스계 라디칼 스캐빈저는 (메트)아크릴레이트 100 중량부 대비 1 내지 5 중량부 또는 1 내지 3 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위에 해당하는 점착제 조성물로 제조한 봉지재 시트는, 우수한 박리력과 우수한 내습열 특성을 확보할 수 있다.
본 출원은 또한 태양전지용 봉지재 시트에 관한 것이다. 본 출원의 태양전지용 봉지재 시트는 기재; 및 전술한 점착제 조성물의 경화물을 포함하는 봉지층을 포함한다.
본 출원의 봉지재 시트의 기재는 고분자 필름일 수 있으며, 예를 들어 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리비닐플루오라이드(PVF), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 에틸렌테트라플루오르에틸렌(ETFE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 에틸렌클로로트리플루오로에틸렌(ECTFE)로 이루어진 군에서 선택한 어느 하나이다.
본 출원의 태양전지용 봉지재 시트에 있어서, 점착제 조성물에 관한 구체적인 내용은 전술한 점착제 조성물에 관한 부분에서 설명한 바와 동일하므로, 생략하기로 한다.
본 출원의 점착제 조성물로 제조한 봉지층은 전면 부재에 대한 박리력(ASTM D903)이 800gf/in 내지 1200gf/in 또는 900gf/in 내지 1100gf/in 이다.
본 출원은 또한 본 출원의 봉지재 시트를 포함하는 태양전지 모듈에 관한 것이다. 본 출원의 태양전지 모듈에 있어서, 봉지재 시트에 관한 구체적인 내용은 전술한 봉지재 시트에 관한 부분에서 설명한 바와 동일하므로, 생략하기로 한다.
본 출원에 따른 점착제 조성물은 조성물 자체를 도포하여 수 분 내에 열 경화를 진행해 가교밀도를 향상시킬 수 있어 롤 투 롤(Roll to Roll) 연속 공정이 가능하다. 따라서, 생산속도 및 생산효율이 향상된다. 또한, 본 출원에 따른 점착제 조성물은 파장변환 안료를 포함하여 우수한 기계적 특성과 내습열 특성을 확보하였다.
도 1은 본 출원의 구현예에 따른 태양전지 모듈을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 출원의 실시예에 따라 제조된 적층체를 간략히 보여주는 도면이다.
도 2는 본 출원의 실시예에 따라 제조된 적층체를 간략히 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명을 실험예에 의해 보다 자세하게 설명하지만, 아래의 실시예는 본 발명을 단지 상세하게 설명하기 위한 것이며 본 발명의 범주를 한정하기 위한 것은 아니다.
도 2와 같이 유리(210), 봉지층(220) 및 기재(230)로 이루어진 적층체(200)를 제조하였다. 적층체를 제조하는데 있어서, 점착제 조성물이 포함하는 파장변환 안료의 함량에 따른 기계적 특성 및 광학적 특성과, 할스계 라디칼 스캐빈저의 포함 여부에 따른 기계적 특성 및 광학적 특성을 측정하였다.
실험예
1
내부에 질소가스가 환류되고, 온도 조절이 용이하도록 냉각 장치를 설치한 1L 반응기에 2-에틸헥실 아크릴레이트(EHA) 50 중량부(142.9g), 메틸 아크릴레이트(MA) 40 중량부(114.3g), 2-히드록시에틸 아크릴레이트(HEA) 10 중량부(28.6g) 및 오츠카 케미컬사의 반응형 자외선 흡수제인 RUVA-93을 5 중량부(14.3g) 투입하였다. 이어서, 에틸아세테이트(EAc) 700g을 용제로 투입하고, 산소 제거를 위하여 질소 가스를 60분 동안 퍼징(purging)한 후, 온도를 60℃로 유지한 상태에서 반응 개시제인 V-65(2,2'-azobis(2,4-dimethyl valeronitrile))를 1400ppm(0.42g) 투입하여 반응을 개시시켰다. 이후, 약 5시간 반응을 시켜 점착성 중합체(EMH-R)를 제조하였다. 또한, 샘플에 따라 추가적으로 상기 점착성 중합체를 포함하는 조성물에 BASF사의 파장변환 안료인 Lumogen F Violet 570을 추가적으로 포함시켜 하기 표 1과 같은 점착층을 형성할 수 있는 점착제 조성물 샘플을 제조하였다.
상기 점착제의 고형분 함량은 26.24%이다. 상기 점착제에 메틸에틸케톤(MEK)를 첨가하여 고형분 함량이 25%가 되도록 한 후, 미츠이 케미컬사의 TAKENATE D-110N 이소시아네이트 가교제를 0.125% 첨가한 점착제 조성물을 제조하였다. TOYOBO 사의 A4200 PET 일면에 상기 점착제 조성물을 두께가 약 30μm정도가 되도록 코팅한 후, 120℃에서 2분간 건조하여 점착제 층을 형성하였다. 그 위에 SKC Haas사의 Rf-02N 이형 PET를 사용해 덮은 후, 40℃ 오븐에 48시간동안 에이징(aging)하였다. 그 후 유리 위에 이형 처리된 PET 필름을 박리하여 적층체를 제조해 샘플을 얻었다.
상기 표 1을 통해, 파장변환 안료가 특정한 범위를 벗어나 점착제 조성물에 포함될 경우 박리력이 현저하게 감소하는 것을 알 수 있다.
상기 표 1에 기재된 점착제를 이용해 제조한 적층체들을 85℃, 85% 상대습도에서 2000시간 동안 방치하는 내습열 테스트(85℃, 85% RH 2000hr 테스트)를 실시하였으며, 자외선을 2000시간 동안 조사하는 기폭 테스트(Q-UVB 테스트)를 실시하였다. 그 결과는 하기 표 2와 같다.
상기 표 2를 통해, 자외선 안정제와 파장변환 안료가 포함되지 않은 점착제 조성물(EMH(refer.))의 경우, 테스트 결과 광학적 특성이 테스트 전보다 현저하게 악화되는 것을 알 수 있었다. 또한, 자외선 안정제만을 포함하거나, 자외선 안정제와 함께 파장변환 안료를 특정한 함량으로 포함하는 점착제 조성물의 경우, 테스트 후에도 초기의 광학적 특성이 비교적 양호하게 유지되는 것을 알 수 있다.
실험예
2
내부에 질소가스가 환류되고, 온도 조절이 용이하도록 냉각 장치를 설치한 1L 반응기에 2-에틸헥실 아크릴레이트(EHA) 50 중량부(142.9g), 메틸 아크릴레이트(MA) 40 중량부(114.3g), 2-히드록시에틸 아크릴레이트(HEA) 10 중량부(28.6g), 오츠카 케미컬사의 반응형 자외선 흡수제인 RUVA-93을 5 중량부(14.3g) 및 할스계 라디칼 스캐빈저인 NOR-HALS 2 중량부(5.72g)를 투입하였다. 이어서, 에틸아세테이트(EAc) 700g을 용제로 투입하고, 산소 제거를 위하여 질소 가스를 60분 동안 퍼징(purging)한 후, 온도를 60℃로 유지한 상태에서 반응 개시제인 V-65(2,2'-azobis(2,4-dimethyl valeronitrile))를 1400ppm(0.42g) 투입하여 반응을 개시시켰다. 이후, 약 5시간 반응을 시켜 점착성 중합체(EMH-RH)를 제조하였다. 또한, 샘플에 따라 추가적으로 BASF사의 파장변환 안료인 Lumogen F Violet 570, BASF사의 할스계 라디칼 스케빈저인 Tinuvin123을 포함시켜 하기 표 3과 같은 점착제 샘플을 제조하였다.
상기 점착제의 고형분 함량은 23.43%이다. 상기 점착제에 메틸에틸케톤(MEK)를 첨가하여 고형분 함량이 20%가 되도록 한 후, 미츠이 케미컬사의 TAKENATE D-110N 이소시아네이트 가교제를 0.125% 첨가한 점착제 조성물을 제조하였다. TOYOBO 사의 A4200 PET 일면에 상기 점착제 조성물을 두께가 약 30μm정도가 되도록 코팅한 후, 120℃에서 2분간 건조하여 점착제 층을 형성하였다. 그 위에 SKC Haas사의 Rf-02N 이형 PET를 사용해 덮은 후, 40℃ 오븐에 48시간동안 에이징(aging)하였다. 그 후 유리 위에 이형 처리된 PET 필름을 박리하여 적층체를 제조해 샘플을 얻었다.
상기 표 3을 통해, 할스계 라디칼 스캐빈져의 종류에 따라 점착제 조성물로 제조한 봉지층의 박리력이 현저히 감소할 수 있다는 것을 알 수 있다.
상기 표 4를 통해, NOR-HALS를 포함하는 점착제 조성물로 제조한 봉지층의 경우, 내습열 테스트와 기폭 테스트에서 우수한 광학적 특성을 유지하는 것을 확인할 수 있다.
100: 태양전지 모듈
110: 기재층
120: 봉지재층
130: 전면 부재
140: 태양전지셀
200: 적층체
210: 유리
220: 봉지재층
230: 기재
110: 기재층
120: 봉지재층
130: 전면 부재
140: 태양전지셀
200: 적층체
210: 유리
220: 봉지재층
230: 기재
Claims (12)
- 기재; 전면부재; 및 상기 전면 부재에 대한 박리력(ASTM D903)이 800 gf/in 내지 1200 gf/in인 봉지층을 포함하는 태양전지 모듈이고,
상기 봉지층은, (메트)아크릴레이트와 반응형 자외선 안정제의 공중합체를 포함하는 점착성 중합체; 및 상기 점착성 중합체 100 중량부에 대하여 0.2 내지 0.8 중량부의 파장변환물질을 포함하는 점착제 조성물의 경화물을 포함하고,
상기 점착성 중합체는 할스계 라디칼 스캐빈저를 추가로 포함하며,
상기 반응형 자외선 안정제는 하기 화학식 1로 나타내어지는 아크릴계 단량체인, 태양전지 모듈:
[화학식 1]
화학식 1에 있어서, R1은 수소 또는 메틸기이고, X는 단일 결합 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬렌기이며, R2는 방향족기로 치환된 페닐기, 방향족기로 치환된 히드록시페닐기, 헤테로방향족기로 치환된 페닐기 또는 헤테로방향족기로 치환된 히드록시페닐기이다. - 제 1항에 있어서,
(메트)아크릴레이트는 가교성 관능기를 포함하는 (메트)아크릴레이트 및 알킬(메트)아크릴레이트를 포함하는, 태양전지 모듈. - 제 2항에 있어서,
가교성 관능기를 포함하는 (메트)아크릴레이트는 전체 (메트)아크릴레이트 100 중량부에 대하여 3 내지 30 중량부인, 태양전지 모듈. - 삭제
- 제 1항에 있어서,
자외선 안정제의 함량은 (메트)아크릴레이트 100 중량부 대비 1 내지 10 중량부인, 태양전지 모듈. - 제 1항에 있어서,
파장변환물질은 유기 안료인, 태양전지 모듈. - 제 6항에 있어서,
파장변환 물질은 300nm 내지 600nm의 빛을 흡수하여 330nm 내지 620nm의 빛을 방출하는 유기 안료인, 태양전지 모듈. - 제 6항에 있어서,
파장변환 물질은 나프탈렌계 유기 안료인, 태양전지 모듈. - 삭제
- 제 1항에 있어서,
라디칼 스캐빈저의 함량은 (메타)아크릴레이트 100 중량부 대비 1 내지 5 중량부인, 태양전지 모듈. - 삭제
- 삭제
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| GRNT | Written decision to grant |