KR102354305B1 - 열전도-전기절연성 도료 조성물 및 이를 포함하는 태양전지용 외장재 강판 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양전지의 열을 효과적으로 전도하고 방출하여 태양전지의 온도 상승을 억제하고, 절연 효과를 제공함으로써 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있는 열전도-전기절연성 도료 조성물 및 이를 포함하는 태양전지용 외장재 강판을 제공한다. 상세하게, 본 발명은 열가소성 수지 및 열전도성 필러를 포함하는 제1 혼합물; 고분자 분산제; 및 제1 탄화수소계 용제를 포함하는 열전도-전기절연성 도료 조성물, 및 일면에 방열층이 형성된 강판; 및 상기 강판의 다른 일면에 열가소성 수지, 열전도성 필러 및 고분자 분산제를 포함하는 열전도-전기절연성 코팅층을 포함하며, 상기 열전도성 필러는 고분자 분산제로 둘러싸인 형태로 코팅층에 분산된 태양전지용 외장재 강판을 제공한다.

Description

열전도-전기절연성 도료 조성물 및 이를 포함하는 태양전지용 외장재 강판{Heat conducting-insulating paint composition and exterior steel sheet for solar cell comprising the same}
본 발명은 열전도-전기절연성 도료 조성물 및 이를 포함하는 태양전지용 외장재 강판에 관한 것이다.
태양전지, 특히 스테인리스 기판을 포함하는 CIGS(Copper indium gallium selenid) 박막형 태양전지는 유연하고 가벼워 건물의 외장재(예를 들어 이붕재 또는 외벽체)와 결합시켜 BIPV(Building integrated photovoltaic)용으로 이용이 확대되고 있다.
이때, 건물의 외장재와 결합된 태양전지는 태양 빛을 받아 전기를 생산할뿐만 아니라, 빛에너지의 일부는 열로 변환되어 태양전지의 온도가 상승하게 된다. 온도가 상승하게 되면 태양전지의 효율이 저하되므로, 발생된 열은 외부에 효과적으로 방출되어야 한다.
그러나, 스테인리스 기판을 포함하는 CIGS 태양전지는 스테인리스 기판의 하부에 플라스틱 재질의 백시트(Back sheet)로 인하여 발생된 열이 효과적으로 방출되기 어려워, 하절기에 태양전지 표면의 온도가 최고 70 내지 80℃까지 상승하여, 태양전지의 발전 효율이 급속하게 떨어지는 것이 보고되고 있다.
한국 특허 제 10-1782441 호
본 발명은 상기와 같이 태양전지의 발전 효율이 급속하게 떨어지는 것을 해결하기 위한 것으로, 열전도도 및 전기절연성이 우수한 열전도-전기절연성 도료 조성물 및 내식성이 우수한 Mg 함유 아연도금강판의 한 면에 상기 도료 조성물로 형성된 코팅층과 다른 한면에는 방열층이 형성된 강판을 제공하여, 태양전지에서 발생되는 열을 효과적으로 방출할 수 있는 태양전지용 외장재 강판을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 있어서, 본 발명은 열가소성 수지 및 열전도성 필러를 포함하는 제1 혼합물; 고분자 분산제; 및 제1 탄화수소계 용제를 포함하는 열전도-전기절연성 도료 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 측면에 있어서, 본 발명은 일면에 방열층이 형성된 강판; 및 상기 강판의 다른 일면에 열가소성 수지, 열전도성 필러 및 고분자 분산제를 포함하는 열전도-전기절연성 코팅층을 포함하며, 상기 열전도성 필러는 고분자 분산제로 둘러싸인 형태로 코팅층에 분산된 태양전지용 외장재 강판을 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 코팅 조성물로 제조된 열전도-전기절연성 도료 조성물을 방열성이 있는 강판에 처리하여 태양전지와 결합할 경우, 태양전지의 열을 효과적으로 전도하고 방출하여 태양전지의 온도 상승을 억제하고, 전기절연 효과를 제공함으로써 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 태양전지용 외장재 강판이 접착된 태양전지의 단면도를 나타낸다.
도 2는 아연도금 강판 상에 본 발명의 방열성 도료 조성물로 형성된 코팅층의 표면을 3차원 조도계로 관찰한 사진으로, (a)는 비교예 1, (b)는 실시예 2를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 태양전지에서 발생한 전기의 흐름은 차단하고, 열만을 방출할 수 있는 태양전지용 외장재를 제공하기 위한 열전도-전기절연성 도료 조성물을 제공한다.
상세하게, 본 발명은 열가소성 수지 및 열전도성 필러를 포함하는 제1 혼합물, 고분자 분산제 및 제1 탄화수소계 용제를 포함하는 열전도-전기절연성 도료 조성물을 제공한다.
이 때, 상기 제1 혼합물은, 제1 혼합물의 중량을 기준으로, 열가소성 수지 95 내지 99중량% 및 열전도성 필러 1 내지 5중량%를 포함할 수 있다. 상기 열가소성 수지의 함량이 95중량% 미만인 경우에는 열전도-전기절연성 도료 조성물로 형성된 코팅층의 접착력이 감소하는 문제가 생길 수 있으며, 99중량%를 초과하는 경우에는 열전도도가 현저히 감소할 수 있다. 또한, 상기 열전도성 필러의 함량이 1중량% 미만인 경우에는 열전도도가 현저히 감소할 수 있으며, 5중량%를 초과하는 경우에는 열전도-전기절연성 도료 조성물로 형성된 코팅층의 접착력이 감소하는 문제가 있다.
상기 열가소성 수지는 열전도-전기절연성 도료 조성물로 형성된 코팅층에 접착력을 제공하기 위한 것으로, 연화점이 100 내지 150℃인 것을 사용한다. 이 때, 상기 연화점의 측정은 Vicat 연화점 시험(ASTM D1525)으로 측정된 것이다. 열가소성 수지의 연화점이 100℃ 보다 낮을 경우 하절기에 태양전지의 온도가 80℃ 이상으로 상승할 때, 태양전지층과 접착층의 박리가 발생할 수 있으며, 150℃ 보다 높을 경우에는 태양전지용 외장재 강판을 가열하여 태양전지와 부착할 때 필요한 에너지가 과도하게 소모될 수 있으며, 높은 열에 의해 상기 태양전지용 외장재에 형성되어 있는 방열성 코팅층이 가열되어, 상기 방열성 코팅층의 열화 및 주름의 변화로 인해 방열성이 저하될 수 있다.
나아가 상기 열가소성 수지는 폴리우레탄, 폴리아마이드 및 아크릴 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라, 단독으로 또는 2종 이상이 함께 사용될 수 있다.
또한 상기 열전도성 필러는 카본블랙, 질화붕소(boron nitride) 및 그라파이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라, 단독으로 또는 2종 이상이 함께 사용될 수 있다.
한편, 상기 고분자 분산제(polymeric dispersant)는 열전도성 필러의 표면에 부착되어 필러끼리 직접 접촉되는 것을 방해함으로써 전기가 통하지 못하게 하는 것으로, 열전도성 필러 100중량부 당 1 내지 3중량부로 포함될 수 있으며, 고분자 분산제의 함량이 1중량부 미만인 경우에는 열전도성 필러끼리 뭉치게되어 전기절연 효과가 감소하는 문제가 생길 수 있으며, 3중량부를 초과하는 경우에는 과량의 고분자 분산제가 열가소성 수지와 분리되어 다른 상을 형성시키게 되어 열가소성 수지의 강판 접착력이 저하되는 문제가 생길 수 있다.
이때, 상기 고분자 분산제(polymeric dispersant)는 Antiterra-U, P104, Disperbyk 110, Disperbyk 130, Disperbyk 160, Disperbyk 170 Family, EFKA 776, EFKA 4050, EFKA 4063, EFKA 4051,　Solsperse　24000,　Solsperse　36600,　Solsperse　32600,　Solsperse　22000,　Solsperse　12000, 및 Solsperse 5000s로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 예를 들어, Lubrizol사의 Solsperse 5000S, Solsperse 12000 또는 Solsperse22000을 사용할 수 있다. 상기 Solsperse 5000S, Solsperse 12000 또는 Solsperse22000 분산제는 열전도성 필러에 흡착되어 용제 내에 상기 필러를 분산시키는 효과 외에도 분자 구조가 벌키(bulky)하여 상기 필러들이 코팅층 내에서 서로 접촉되지 않도록 하여 전기 절연성을 향상시키는 효과를 현저히 높일 수 있다.
상기 분산제 중 Solsperse 5000S는 C70H95CuN9O3S의 분자식을 가지고 있으며, 중량평균분자량은 대략 1200(1206.1728)인 고분자 물질로 하기 화학식 1과 같은 구조를 가지고 있다. Solsperse 12000 및 Solsperse22000는 Solsperse 5000S 유사 화합물로 분자량이 Solsperse 5000S대비 높다.
Figure 112019063382961-pat00001
[화학식 1]
상기 제1 탄화수소계 용제는 사이클로헥산, 톨루엔 및 자일렌으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 바람직하게는 사이클로헥산을 사용할 수 있다. 나아가, 상기 제1 탄화수소계 용제는 열가소성 수지 100중량부 당 50 내지 70중량부로 포함될 수 있으며, 상기 열가소성 수지의 함량이 50중량부 미만인 경우 점도가 높아 강판의 표면에 코팅되기 어려운 문제가 생길 수 있으며, 70중량부를 초과하는 경우 상대적으로 열가소성 수지, 열전도성 필러 및 고분자 분산제의 함량이 작아져 상기 도료 조성물로 형성된 코팅층의 접착력, 열전도도 및 전기절연성이 현저히 감소하는 문제가 발생할 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 열전도-전기절연성 도료 조성물로 형성된 코팅층을 포함하는 태양전지용 외장재 강판을 제공한다.
상세하게, 본 발명은 일면에 방열층이 형성된 강판; 및 상기 강판의 다른 일면에 열가소성 수지, 열전도성 필러 및 고분자 분산제를 포함하는 열전도-전기절연성 코팅층을 포함하며, 상기 열전도성 필러는 고분자 분산제로 둘러싸인 형태로 코팅층에 분산된, 태양전지용 외장재 강판을 제공한다.
이 때, 상기 코팅층은 본 발명의 열전도-전기절연성 도료 조성물로 형성될 수 있다.
나아가, 상기 코팅층에 있어서, 상기 열가소성 수지 및 열전도성 필러의 중량비는 99:1 내지 95:5일 수 있으며, 상기 고분자 분산제는 열전도성 필러 100중량부 당 1 내지 3중량부로 포함될 수 있다.
상기 강판은 Mg을 함유하는 도금층을 포함하는 아연도금강판일 수 있으며, 이때, 상기 Mg의 함량은 도금층 대비 0.5 내지 5중량%일 수 있고, 상기 강판의 내식성을 향상시키기 위해 상기 Mg의 함량은 도금층 총 중량을 기준으로, 0.5 내지 5중량%, 바람직하게는 1.5 내지 3중량% 포함될 수 있다. 상기 Mg의 함량이 0.5중량% 미만인 경우 강판의 내식성 개선 효과가 미미하고, 5중량%를 초과하는 경우 도금욕(plating bath) 표면의 산화로 도금욕 제조가 불가능해질 수 있다.
이 때, 도금층의 잔부는 당업계에 알려져 있는 임의의 조성일 수 있으며, 예를 들어 상기 잔부는 Zn 또는 Al일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 Mg을 도금층에 함유하는 아연도금강판은 구체적으로 도금층이 Mg/Al/Zn으로 구성된 3원계 아연도금강판일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 도금층은 Mg 0.5중량% 내지 5중량%, 바람직하게는 1.5중량% 내지 3중량%, Al은 1.5중량% 내지 11중량% 및 잔부 Zn일 수 있다.
나아가, 상기 방열층은 하이드록시기 또는 카르복시기를 가지는 올리고머 및 아미노 경화제를 포함하는 제2 혼합물, 산촉매 및 이방성 필러를 포함하는 코팅층일 수 있다.
이 때, 상기 코팅층은 하이드록시기 또는 카르복시기를 가지는 올리고머 및 아미노 경화제를 포함하는 제2 혼합물, 산촉매, 이방성 필러 및 제2 탄화수소계 용제를 포함하는 방열성 도료 조성물로 형성된 코팅층일 수 있다.
상기 하이드록시기 또는 카르복시기를 가지는 올리고머는 경화제와 반응하여 코팅층을 형성시키고, 그 과정에서 이방성 필러를 수직 방향으로 배향시키는 역할로, 예를 들어, 상기 올리고머 중 하이드록시기를 포함하는 올리고머는 BASF사의 JONCRYL® 500, 507, 508, 550 또는 963 중 어느 하나를 사용할 수 있고, 상기 올리고머 중 카르복시기를 포함하는 올리고머는 BASF사의 JONCRYL® 586, 611, 또는 67 중 어느 하나를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라, 상기 올리고머를 단독으로 또는 2종 이상으로 함께 사용될 수 있다.
이때, 상기 올리고머는 중량평균분자량이 1,000 내지 3,000g/mol일 수 있으며, 제2 혼합물을 기준으로 65 내지 75중량% 포함될 수 있다.
상기 올리고머의 중량평균분자량이 1,000g/mol 미만일 경우 방열층의 유연성 및 강판과의 밀착성이 저하될 수 있으며, 3,000g/mol을 초과하는 경우 점도가 높아 강판에 롤코팅을 수행하기가 어려워, 생산의 연속성이 떨어지는 문제가 생길 수 있다. 또한, 상기 올리고머의 함량이 65중량% 미만일 경우, 필요 이상으로 경화되어 방열층의 유연성이 저하될 수 있으며, 상기 올리고머의 함량이 75중량%를 초과하면 방열층의 경화도가 저하되어 내용제성, 내식성 등이 저하되고, 충분한 밀착성의 확보가 어려운 문제가 생길 수 있다.
상기 아미노 경화제는 올리고머와 반응하여 강판에 방열성 도료 조성물 코팅 시 올리고머를 경화시키는 역할을 하는 것으로, 당업계에 사용되는 아미노 경화제를 사용할 수 있으며, 예를 들어 Ineos사의 Resimene1 745, 747, 또는 Allnex사의 Cymel 301, 303LF, 또는 BASF사의 Luwipal 066을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 경화제는 제2 혼합물의 총 중량을 기준으로, 25 내지 35중량% 포함될 수 있다. 상기 경화제의 함량이 25중량% 미만일 경우 방열층의 경화도가 저하되어 내용제성, 내식성 등이 저하되고, 충분한 밀착성의 확보가 어려운 문제가 생길 수 있으며, 35중량%를 초과하는 경우에는 필요 이상으로 경화되어 방열층의 유연성이 저하되는 문제가 생길 수 있다.
한편, 상기 산촉매는 코팅층의 경화 속도를 빠르게 하는 역할을 하는 것으로, 상기 산촉매는 파라톨루엔술폰산(paratoluenesulfonic acid, King Industries사의 Nacure 2500 또는 2547)을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 상기 산촉매는 제2 혼합물 100중량부 당 0.5 내지 1.5중량부 포함될 수 있으며, 이 때, 상기 산촉매의 함량이 0.5중량부 미만일 경우, 방열층의 경화 속도가 낮아 롤코팅을 수행하더라도 방열층이 경화되지 않아, 대량생산을 할 수 없는 문제가 생길 수 있으며, 1.5중량%를 초과하는 경우에는 방열성 도료 조성물의 저장 안정성이 저하되어, 장기간 보관 시 상기 조성물이 겔화(gelation)될 수 있는 문제가 생길 수 있다.
나아가, 상기 이방성 필러는 방열성 도료 조성물로 형성된 코팅층에 주름을 형성시키는 역할로, 그라파이트, 육방정계 질화붕소(hexagonal boron nitride)를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 이방성 필러의 길이 방향 크기는 상기 방열성 도료 조성물로 형성된 코팅층의 주름 높이를 고려하여, 종횡비가 3 이상인 필러를 사용할 수 있다.
이때, 상기 이방성 필러는 제2 혼합물 100중량부 당 1 내지 4중량부 포함할 수 있다. 이방성 필러의 함량이 1중량부 미만인 경우 충분한 방열 성능을 발휘하지 못할 수 있는 문제가 생길 수 있으며, 4중량부를 초과하는 경우 필요 이상의 필러로 인하여 도막의 밀착성, 내식성 등이 저하되는 문제가 생길 수 있다.
또한, 상기 제2 탄화수소계 용제는 사이클로헥산, 톨루엔 및 자일렌으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 바람직하게는 사이클로헥산을 사용할 수 있으며, 나아가, 필요에 따라 강판 코팅 조성물에 일반적으로 배합될 수 있는 부착증진제, 방청제, 윤활제, 소포제 등의 첨가제를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 제2 탄화수소계 용제는 제2 혼합물 100중량부 당 20 내지 30중량부로 포함할 수 있다.
한편, 상기 태양전지용 외장재 강판은 앞서 설명한 강판에 상기 열전도-전기절연성 도료 조성물 및 방열성 도료 조성물을 코팅함으로써 제공할 수 있으며, 상기 열전도-전기절연성 도료 조성물로 형성된 코팅층의 두께는 5 내지 10㎛일 수 있고, 방열성 도료 조성물로 형성된 코팅층(방열층)의 두께는 10 내지 30㎛일 수 있다. 이때, 상기 방열층은 강판의 두께 방향으로 외부를 향해 돌출된 주름을 가지고, 상기 돌출된 주름 내에 이방성 필러를 포함하며, 상기 이방성 필러는 강판의 두께 방향으로 외부를 향해 배양되어 있을 수 있다.
예를 들어, 방열성 도료 조성물에 포함된 이방성 필러는 상기 방열성 도료 조성물이 강판에 코팅된 후 경화되는 과정에서 강판의 수직 방향으로 배향되어, 방열성 도료 조성물로 형성된 코팅층에 주름을 형성시킬 수 있다.
따라서, 상기 방열층의 이방성 필러는 상기 주름의 돌출 발향으로 추종하여배향된 것일 수 있으며, 상기 방열층은 강판의 수직 방향으로 주름이 형성될 수 있다.
이때, 열전도-전기절연성 도료 조성물로 형성된 코팅층의 두께가 5㎛ 미만일 경우 충분한 접착력을 발휘하기 어려워 태양전지와 강판을 고정하기 어려울 수 있으며, 10㎛를 초과하는 경우에는 열저항성이 증가하여, 태양전지에서 발생된 열을 강판으로 전도하기 어려워지는 문제가 발생할 수 있다. 나아가, 방열성 도료 조성물로 형성된 코팅층의 두께가 10㎛ 미만일 경우, 충분한 주름이 형성되지 못해 방열성능이 낮아질 수 있으며, 옥외에 장시간 노출될 경우 코팅층의 열화로 인하여 도막의 탈락, 부식이 쉽게 발생할 수 있고, 30㎛를 초과할 경우 코팅층의 건조가 어렵고, 열저항성이 증가하여 방열성능이 저하될 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 태양전지용 외장재 강판이 부착된 태양전지를 제공할 수 있다.
상기 태양전지는 스테인리스 기판으로 제조된 CIGS 박막 태양전지, 열전도-전기절연성 코팅층, 강판 및 방열성 코팅층으로 형성될 수 있으며, 상기 태양전지에 열전도-전기절연성 코팅층이 접착되는 형태로 태양전지가 제조될 수 있으나, 상기 태양전지는 이에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 열전도-전기절연성 코팅층 및 방열성 코팅층을 포함하는 태양전지의 단면도를 나타내며, 이 중 보호필름(1)은 100㎛ 이하의 두께, CIGS가 포함된 태양전지층(2)은 100 내지 300㎛의 두께, 스테인리스 기판은 50 내지 100㎛의 두께, 열전도-전기절연성 코팅층은 5 내지 10㎛의 두께, 도금강판(5)은 0.5 내지 1mm의 두께, 그리고 방열 코팅층은 10 내지 30㎛의 두께일 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1
(1) 열전도-전기절연성 도료 조성물의 제조
사이클로헥산 66g에 고분자 분산제로서 Solsperse 5000S 0.02g을 투입하고 교반한 다음, 평균 입자 크기가 3 내지 5㎛인 카본블랙 1g을 첨가하고 교반하여, 카본블랙의 표면이 고분자 분산제로 둘러싸인 상태를 제조한다. 이 후 여기에 폴리아마이드 수지 99g을 첨가한 후 균일하게 교반하여, 접착성이 있는 열전도-전기절연성 도료 조성물을 획득하였다.
(2) 방열성 도료 조성물의 제조
하이드록시기를 포함하는 올리고머(JONCRYL® 611, BASF사) 80g과 아미노 경화제(Luwipal 066, BASF사) 20g 및 사이클로헥산 25g이 혼합된 혼합물에 평균 입자가 8 내지 10㎛이고 종횡비가 4.5인 그라파이트 필터 1g을 첨가한 후 균일하게 교반한다. 이 후 산촉매(Nacure 2547, King Industries사) 1g을 첨가한 후 교반하여 방열성 도료 조성물을 획득하였다.
(3) 태양전지용 외장재 강판의 제조
Mg을 포함하는 아연도금강판의 일면에 상기와 같이 제조된 열전도-전기절연성 도료 조성물을 롤코터로 코팅하고, 다른 일면에는 방열성 도료 조성물을 코팅한 후, 강판의 온도가 200 내지 250℃가 되도록 가열하여 태양전지용 외장재 강판을 제조하였다.
이때, 상기 열전도-전기절연성 도료 조성물로 형성된 코팅층의 두께는 7 내지 8㎛, 방열성 도료 조성물로 형성된 코팅층의 두께는 25 내지 28㎛가 되도록 코팅하였다.
(4) 열전도성 및 방열성이 우수한 태양전지의 제조
(3)에서 제조된 태양전지용 외장재 강판 중 열전도-전기절연성 도료 조성물이 코팅된 면이 CIGS 박막태양전지의 스테인리스 기판쪽을 마주보도록 밀착시키고, 방열성 도료 조성물로 코팅된 면이 대기와 노출되도록 상기 태양전지용 외장재 강판을 CIGS 박막태양전지에 부착시켰다.
이 후, 상기 태양전지용 외장재 강판이 태양전지에 접착되도록 유도 가열(induction heating)하여 코팅 강판의 온도를 100 내지 150℃로 가열함과 동시에 일정 압력을 가하였다.
실시예 2
상기 실시예 1에 있어서, 열전도-전기절연성 도료 조성물의 제조 시 열가소성 수지로 폴리우레탄, 열전도성 필러로 질화 붕소를 사용하고, 방열성 코팅 조성물 제조 시 하이드록시 올리고머 대신 카르복시 올리고머를 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 태양전지를 제조하였다.
비교예 1 및 2
상기 실시예 1에서 하기 표 1에 기재된 바와 같이 열가소성 수지, 열전도성 필러 및 고분자 분산제를 변경한 열전도-전기절연성 도료 조성물 및 올리고머, 아미노 경화제 및 이방성 필러를 변경한 방열성 도료 조성물을 사용하고, 상기 열전도-전기절연성 도료 조성물 및 방열성 도료 조성물이 코팅되는 강판으로 Al-Mg-Zn이 포함된 3원계 도금강판을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 태양전지를 제조하였다.
구분 열전도-전기절연성 도료 조성물 방열성 도료 조성물 비고
열가소성 수지 열전도성 필러 고분자 분산제 올리고머/
아미노 경화제		 이방성 필러
실시예 1 폴리아마이드 절연 카본블랙 Solsperse 5000S 하이드록시 올리고머/
아미노 경화제		 그라파이트 절연, 주름 형성
실시예 2 폴리우레탄 절연 질화붕소 Solsperse 5000S 카르복시 올리고머/아미노 경화제 그라파이트 절연, 주름 형성
비교예 1 폴리아마이드 일반 카본블랙 - 에폭시 수지/
아마이드 경화제		 그라파이트 비절연, 주름 미형성
비교예 2 아크릴 수지 일반 질화붕소 - 하이드록시 올리고머/
아미노 경화제		 그라파이트 비절연, 주름 형성
[물성 평가]
1) 열전도도 측정
실시예 1 및 2, 비교예 1 및 2에서 제조된 태양전지의 열전도도를 레이저 플래시(laser flash)법(NETZSCH사의 LFA 457)으로 측정하였다.
2) 방열성 측정
실시예 1 및 2, 비교예 1 및 2에서 제조된 태양전지의 방열성을 평가하기 위하여 상기 태양전지를 온도 25℃의 항온기에 장입하고, 1,000W의 적외선 전구를 사용하여 태양전지에 열에너지를 가하여, 방열성 도료 조성물이 코팅된 일면의 온도를 실시간으로 측정하였다.
온도 변화가 없는 평형에 도달하는 온도를 채택하여, 그 온도가 낮을수록 상기 태양전지의 방열성이 우수한 것으로 판단하였다.
3) 표면조도 및 표면적 측정
제조된 태양전지에서 방열성 도료 조성물로 형성된 코팅층의 표면 조도 및 표면적을 3차원 조도계(Vecco사, 모델명: Wyko NT 9380)를 사용하여 측정하였다.
상기 1), 2), 3)의 결과를 하기 표 2에 정리하였다.
구분 열전도-전기절연성 도료조성물로 형성된 코팅층 방열성 도료 조성물로 형성된 코팅층 *태양전지 효율(%)
열전도도
(W/m·K, 25℃)		 전기절연성 열전도도
(W/m·K, 25℃)		 표면적(mm2) 코팅층 표면 온도(℃)
실시예 1 22.8 O 23.1 25.7 43.4 15.2
실시예 2 27.3 O 23.3 26.4 42.8 15.3
비교예 1 23.2 X 17.5 17.3 47.6 누전
비교예 2 27.3 X 23.5 25.3 42.5 누전
*태양전지 효율은 solar simulator로 측정하였으며, 관련 세부 사항은 KS C IEC 60904:2005에 의거하여 진행하였음.
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1 및 2에서 제조된 태양전지는 태양전지용 외장재 강판이 접착된 부분에서 열전도도가 높고, 방열 코팅층의 표면적이 넓어 방열효과가 뛰어나, 태양전지의 온도 상승이 현저히 낮아지고, 전기절연 효과가 있어, 태양전지의 효율이 우수함을 확인할 수 있었다. 반면, 비교예 1 및 2의 경우 전기절연 효과가 나타나지 않아, 태양전지에서 발생한 전기가 모두 방전되어, 태양전지의 효율이 급감하는 것을 확인할 수 있었다.
나아가, 방열층만의 효과를 측정하기 위해, 열전도-전기절연성 도료 조성물의 열가소성 수지로 우레탄 수지를 사용하고, 방열성 도료 조성물의 올리고머를 에폭시 수지로, 경화제를 이소시아네이트 경화제로 사용하고, 이방성 필러로 카본블랙을 사용한 것으로 제외하고는 실시예 1과 동일하게 열전도-전기절연성 도료 조성물 및 방열성 도료 조성물을 사용하여, 실시예 1과 동일하게 태양전지를 제조하였다.
이 경우, 상기 [물성 평가]와 동일하게 열전도도, 방열성 및 표면적을 측정하였으며, 본 발명의 열전도-전기절연성 도료 조성물에 의해 형성된 코팅층의 열전도도는 25℃에서 22.9W/m·K가 측정되고, 전기절연성이 있음이 측정되었으나, 방열성 도료 조성물에 의해 형성된 코팅층의 열전도도는 25℃에서 16.6W/m·K로 현저히 낮아졌으며, 하이드록시 또는 카르복시기를 포함하는 올리고머를 사용하지 않아 표면적은 18.5mm2로 현저히 감소하여 상기 방열층의 온도가 48.2로 현저히 높아져, 태양전지의 효율이 14.2%로 감소하여, 상기 효율이 1%나 감소함을 확인할 수 있었다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
1: 태양전지 보호필름
2: CIGS 태양전지가 포함된 태양전지층
3: 스테인리스 기판
4: 열전도-전기절연성 코팅층
5: 도금강판
6: 방열층

Claims (17)

  1. 일면에 방열층이 형성된 강판; 및
    상기 강판의 다른 일면에 열가소성 수지, 열전도성 필러 및 상기 열전도성 필러 100중량부 당 1 내지 3중량부의 고분자 분산제를 포함하는 열전도-전기절연성 코팅층을 포함하며,
    상기 열전도성 필러는 고분자 분산제로 둘러싸인 형태로 코팅층에 분산되고,
    상기 열전도-전기절연성 코팅층은 두께가 5㎛ 초과 내지 10㎛ 이하인, 태양전지용 외장재 강판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 코팅층은,
    열가소성 수지 및 열전도성 필러를 포함하는 제1 혼합물;
    고분자 분산제; 및
    제1 탄화수소계 용제;
    를 포함하고, 상기 열전도성 필러는 고분자 분산제로 둘러싸인 형태로 조성물 내에 분산된 것을 특징으로 하는, 열전도-전기절연성 도료 조성물로 형성된 것인, 태양전지용 외장재 강판.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 혼합물은, 상기 제1 혼합물의 중량을 기준으로, 열가소성 수지 95 내지 99중량% 및 열전도성 필러 1 내지 5중량%를 포함하는 것인, 태양전지용 외장재 강판.
  4. 제2항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 Vicat 연화점 시험(ASTM D1525)으로 측정한 연화점이 100 내지 150℃인, 태양전지용 외장재 강판.
  5. 제2항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 폴리우레탄, 폴리아마이드 및 아크릴수지로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나인, 태양전지용 외장재 강판.
  6. 제2항에 있어서, 상기 열전도성 필러는 카본 블랙, 질화 붕소 및 그라파이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나인, 태양전지용 외장재 강판.
  7. 삭제
  8. 제2항에 있어서, 상기 고분자 분산제는 Solsperse 5000S, Solsperse 12000 및 Solsperse22000로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나인, 태양전지용 외장재 강판.
  9. 제2항에 있어서, 상기 제1 탄화수소계 용제는 상기 열가소성 수지 100중량부 당 50 내지 70중량부인, 태양전지용 외장재 강판.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서, 상기 방열층은 하이드록시기 또는 카르복시기를 가지는 올리고머 및 아미노 경화제를 포함하는 제2 혼합물, 산촉매 및 이방성 필러를 포함하는 것인, 태양 전지용 외장재 강판.
  12. 제1항에 있어서, 상기 방열층은 강판의 두께 방향으로 외부를 향해 돌출된 주름을 가지고, 상기 돌출된 주름 내에 이방성 필러를 포함하며, 상기 이방성 필러는 강판의 두께 방향으로 외부를 향해 배향되어 있는, 태양전지용 외장재 강판.
  13. 제12항에 있어서, 상기 이방성 필러는 상기 주름의 돌출 방향을 추종하여 배향된 것인, 태양 전지용 외장재 강판.
  14. 제1항에 있어서, 상기 방열층은 두께 10 내지 30㎛인, 태양전지용 외장재 강판.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
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