KR102413834B1 - 고온 이형 가능한 에폭시경화용 도전성 접착제 및 태양 전지 모듈 - Google Patents
고온 이형 가능한 에폭시경화용 도전성 접착제 및 태양 전지 모듈 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 고온 이형 가능한 에폭시경화용 도전성 접착제 및 이를 이용한 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
보다 구체적으로 본 발명은 도전성 입자(A); 및 변성 비스페놀에폭시 수지(modifided Bisphenol epoxy resin), 지환식 에폭시수지(cycloaliphatic epoxy resin) 및 양이온계 개시제를 포함하는 접착조성물(B);을 포함하는 무용제 도전성 접착제에 관한 것으로, 고온 이형성(detachability)을 가져 재시공이 가능한 에폭시 경화용도전성 접착제 및 그것을 태양 전지 셀의 전극과 탭선의 접속에 이용한 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
보다 구체적으로 본 발명은 도전성 입자(A); 및 변성 비스페놀에폭시 수지(modifided Bisphenol epoxy resin), 지환식 에폭시수지(cycloaliphatic epoxy resin) 및 양이온계 개시제를 포함하는 접착조성물(B);을 포함하는 무용제 도전성 접착제에 관한 것으로, 고온 이형성(detachability)을 가져 재시공이 가능한 에폭시 경화용도전성 접착제 및 그것을 태양 전지 셀의 전극과 탭선의 접속에 이용한 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
Description
본 발명은 고온 이형 가능한 에폭시경화용 도전성 접착제 및 이를 이용한 태양 전지 모듈에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 고온 이형성(detachability)을 가져 재시공이 가능한 에폭시 경화용도전성 접착제 및 그것을 태양 전지 셀의 전극과 탭선의 접속에 이용한 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
태양전지에 있어서, 태양 전지 모듈을 제작할 때, 각 태양 전지 셀의 전극과 탭선의 접속에서 도전성 접착제(electrically conductive adhesive, ECA)를 사용하여 열경화하는 도전성 접착제가 사용되고 있다.
통상 탭선은 그의 일단측을 하나의 태양 전지 셀의 표면 전극과 접속하고, 타 단측을 인접하는 다른 태양 전지 셀의 이면 전극과 접속함으로써, 각 태양 전지 셀을 직렬로 접속하는 역할을 하는데, 상기 전극과 탭선을 접속할 때, 사용하는 ECA는 경화성 접착제로서 한 번 시공함으로써, 경화되게 된다.
따라서, 태양전지 모듈을 제작할 때, 탭선의 전극이 상기 ECA를 이용하여 접속되는 부분의 배열(allingnment)이 잘못될 경우, 모듈의 각 태양전지의 셀의 배열이 불일치하게 되어 외관상 좋지 않기도 하고, 모듈의 효율이 낮아지는 원인이 된다. 이러한 경우, 이들 접착은 경화형 ECA를 사용하므로, 일단 접착된 것들 제거하기 어려워 태양전지 모듈 자체를 폐기하거나 불량인 상태로 판매하는 문제점이 있다.
또한 싱글타입으로 인해 수십 장이 적층된 후 출력확인을 하는데, 이때 셀 불량 (미세크랙) 또는 적층 후 셀 피치가 맞지 않을 경우, 제작한 STRING (셀을 15~21장 슁글(Shingle) 타입으로 만든 중간체) 또는 모듈을 폐기해야 하지만, 접착제를 제거한 후 필요한 부분의 싱글 셀을 교체할 수 있다면, 즉, REWORK이 가능할 경우 STRING, 모듈 재작업이 가능하여 손실비용을 크게 감소시킬 수 있다.
본 발명은 상기와 같이 에폭시경화용 ECA 접착제로 접착한 태양전지 모듈의 경우, 특히 모듈의 각 셀의 탭선과 전극의 접착에 의한 각 싱글 셀들의 얼라인먼트가 잘못된 경우, 잘못된 부분의 접착제를 쉽게 제거하여 재시공(REWORK) 가능하거나 파손된 전지 셀을 교체하도록 할 수 있는 재시공성이 우수한 새로운 ECA 및 이를 이용한 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
즉, 본 발명은 전극과 탭선을 경화형 접착제에 의해 접속할 때, 얼라인먼트가 불량하게 접속되어 접착제가 경화되어 접속되었을 지라도, 경화된 접착제에 열을 가하는 경우, 접착제가 쉽게 제거되는 이형성이 증가하여 접착제를 쉽게 제거할 수 있는 접착제를 제공하는 것이다. 따라서 잘못된 얼라인먼트의 경우에도 용이하게 접착제를 제거함으로써, 불량이나 문제가 있는 부분만을 재시공할 수 있는 재시공(rework) 특성이 있는 새로운 에폭시경화용 ECA 및 이를 이용한 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 접착제는 경화하여 접착한 후에도, 태양전지의 사용온도에서는 강한 접착성을 부여하지만, 열을 가하면 접착제가 쉽게 제거되는 이형성이 발현되어, 재시공이 가능한, 즉 리워크(REWORK) 특성을 가지는 새로운 접착제를 제공하는 것이다. 본 발명은 150 ℃ 이상, 좋게는 200 ℃ 이상, 더욱 좋게는 250 ℃에서 3분 이내에 이형성이 나타나는 접착제를 제공하는 것으로서, 태양전지가 작동되는 온도범위에서는 이형성이 없이 단단히 접착되지만, 부분 교체가 필요할 때, 가열에 의해 이형성이 증가되어 재시공이 가능한 새로운 기능을 가지는 태양전지용 접착제를 제공하는 것이다.
또한 본 발명은 일 예로서, 250℃에서 3분 이내에 접착제의 이형성이 증가되어 쉽게 제거되어 재시공 가능하거나 또는 얼라인먼트를 재조정하여 위치를 바로 수정할 수 있는 재시공성이 우수한 에폭시경화용 ECA 및 이를 이용한 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
통상, 태양 전지 모듈은 여름철에도 60 내지 90℃ 정도까지 상승한다고 알려져 있으며, 본 발명에 따른 에폭시경화용 ECA를 사용하는 경우, 정상적인 사용에 따른 이형성은 전혀 발생하지 않고, 단단히 접착되어 있으므로, 태양전지의 통상적인 사용시에는 접착성에서 문제점이 전혀 발생하지 않는 태양전지용 접착제 및 이를 이용한 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여 연구한 결과, 특정 에폭시 수지의 조합과 도전성 입자를 혼합하여 사용함으로써 상기 목적을 모두 달성할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는, 도전성 입자(A); 및
변성 비스페놀에폭시 수지(modifided Bisphenol epoxy resin), 지환식 에폭시수지(cycloaliphatic epoxy resin) 및 양이온계 개시제를 포함하는 접착조성물(B);을 포함하는 무용제 도전성 접착제를 제공한다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 변성 비스페놀에폭시 수지는 하기 화학식(1)로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 1]
(여기서 R1 내지 R6는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 C1 내지 C4의 알킬기이고, R7은 C1 내지 15의 알킬렌기, 
, 
, 
에서 선택되고,
상기 R71은 직쇄 또는 분지형의 C1 내지 15의 알킬렌 또는 하이드록시 알킬렌이고,
상기 R72, R73, R74, R75 및 R76은 각각 독립적으로 직쇄 또는 분지형의 C1 내지 15의 알킬렌이고, 상기 a 및 b는 각각 독립적으로 1 내지 10에서 선택되고; p는 0 내지 1이고 q는 1 내지 20이고; n은 1 내지 5에서 선택된다.)
본 발명의 일 양태에서, 상기 접착조성물(B)은 에폭시 당량이 200이하인 반응성 희석제를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 접착제는 도전성 입자(A) 100 중량부에 대하여, 접착조성물(B)을 10 내지 100 중량부로 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 접착조성물(B) 중, 변성 비스페놀 에폭시수지 (modifided Bisphenol epoxy resin) 와 지환식 에폭시수지 (cycloaliphatic epoxy resin) 의 중량비가 10:90 내지 70:30, 보다 구체적으로 20:80 내지 60:40인 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 접착조성물(B) 중, 에폭시 당량이 200이하인 반응성 희석제를 1 내지 20 중량%, 보다 구체적으로 3 내지 10 중량%를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 양이온계 개시제는 양이온 열중합 개시제이고,
상기 접착조성물(B) 중, 상기 양이온계 개시제의 함량이 1 내지 10 중량%로 포함되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 무용제 도전성 접착제는 250 ℃에서 3분 이내에 접착제 이형성이 발현되어 탈리되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 무용제 도전성 접착제는 리본과의 초기 접착강도가 1.0 N 이상인 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 무용제 도전성 접착제는 웨이퍼와의 초기 접착강도가 10 kgf 이상인 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 무용제 도전성 접착제는 상온(25 ℃)에서의 가사시간이 3일 내지 10일인 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 무용제 도전성 접착제는 DSC 발열 최고 온도가 130 ℃ 이하인 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 무용제 도전성 접착제는 100 내지 130 ℃에서 DSC 반응비율이 35 % 이상인 것일 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 하나의 태양 전지 셀의 표면 전극과, 상기 하나의 태양 전지 셀과 인접하는 다른 태양 전지 셀의 이면 전극이 제 1항 내지 제 13항에서 선택되는 어느 한 항의 무용제 도전성 접착제를 통해 탭선과 전기적으로 접속되며, 상기 무용제 도전성 접착제는 250℃에서 3분 이내에 탈착되는 것인 태양 전지 모듈을 제공한다.
일 양태로, 상기 무용제 도전성 접착제는 리본과의 초기 접착강도가 1.0 N 이상인 것일 수 있다.
일 양태로, 상기 무용제 도전성 접착제는 웨이퍼와의 초기 접착강도가 10 kgf 이상인 것일 수 있다.
일 양태로, 상기 무용제 도전성 접착제는 DSC 발열 최고 온도가 130 ℃ 이하인 것일 수 있다.
본 발명에 따른 무용제 도전성 접착제는 200 ℃ 이상, 좋게는 250 ℃ 이상의 고온에서 3분 이내에 경화층이 쉽게 이형되어 탈리되며, 또한 잔사를 남기지 않고 이형성이 우수하므로 재시공성이 우수한 효과를 발현할 수 있다.
또한 태양전지 모듈의 얼라인먼트의 불량이 발생하여도 이를 폐기하지 않고 재시공 또는 얼라인먼트의 재수정이 가능하므로, 태양전지 모듈을 제작할 때, 매우 높은 경제성 및 재시공성을 부여할 수 있다.
도 1은 웨이퍼 간 접착강도를 측정하는 방법을 도시한 것이다.
이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 구체예 또는 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본 발명에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 구체예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 실시 양태에 대하여 구체적으로 설명한다.
먼저, 태양 전지 셀의 표면 전극 또는 이면 전극과 탭선을 전기적으로 접속하기 위한 본 발명의 도전성 접착제에 대하여 설명한다.
본 발명의 도전성 접착제는 페이스트이며, 또한 필름형태일 수도 있지만 이에 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 전기적 도전성 접착제(ECA)의 일 양태는, 도전성 입자(A); 및 변성 비스페놀에폭시 수지(modifided Bisphenol epoxy resin), 지환식 에폭시수지(cycloaliphatic epoxy resin) 및 양이온계 개시제를 포함하는 접착조성물(B);을 포함하는 무용제 도전성 접착제이다.
더욱 구체적으로, 본 발명의 무용제 도전성 접착제의 일 양태는 상기 도전성 입자(A) 100 중량부에 대하여, 변성 비스페놀에폭시 수지(modifided Bisphenol epoxy resin), 지환식 에폭시수지(cycloaliphatic epoxy resin) 및 양이온계 개시제를 포함하는 접착조성물(B)을 10 내지 100 중량부로 포함하는 것일 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 도전성 입자(A) 100 중량부에 대하여, 변성 비스페놀에폭시 수지(modifided Bisphenol epoxy resin) 및 지환식 에폭시수지(cycloaliphatic epoxy resin)를 혼합한 에폭시 수지 10 내지 60 중량부 및 양이온계 개시제를 0.1 내지 2 중량부로 포함하는 것일 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 도전성 입자(A) 100 중량부에 대하여, 변성 비스페놀에폭시 수지(modifided Bisphenol epoxy resin) 및 지환식 에폭시수지(cycloaliphatic epoxy resin)를 10:90 내지 70:30 중량비, 보다 구체적으로 20:80 내지 60:40로 혼합한 에폭시 수지 10 내지 60 중량부 및 양이온계 개시제를 0.1 내지 2 중량부로 포함하는 것일 수 있다.
일 양태로, 상기 도전성 입자(A) 100 중량부에 대하여, 변성 비스페놀에폭시 수지(modifided Bisphenol epoxy resin) 5 내지 20 중량부, 지환식 에폭시수지(cycloaliphatic epoxy resin) 5 내지 20 중량부 및 양이온계 개시제를 0.1 내지 2 중량부로 포함하는 것일 수 있다.
또한, 필요에 따라서 상기 도전성 입자(A) 100 중량부에 대하여, 에폭시 당량이 200이하인 반응성 희석제를 1 내지 10 중량부, 더욱 구체적으로 1 내지 5 중량부를 더 포함하는 것일 수 있다.
또한 본 발명의 일 양태에 따른 무용제 도전성 접착제는 필요에 따라서, 무기충진제, 활제, 막형성제, 커플링제, 소포제, 점도증진제 및 용매 등을 더 포함할 수 있지만, 이에 한정하는 것은 아니다.
[도전성 입자(A)]
먼저, 상기 도전성 입자(A)에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 도전성 입자는 통상적으로 해당 분야에서 사용되는 것이라면 제한되지 않고 사용될 수 있다.
이에 제한되는 것은 아니지만, 구체적으로 예를 들면, 은, 니켈, 금, 구리, 카본 블랙, 흑연, 그래핀, 구리, 은 코팅 된 구리, 은 코팅 된 흑연, 은 코팅 된 중합체, 은 코팅 된 알루미늄, 은 코팅 된 유리, 은 코팅 된 탄소, 은 코팅 된 질화 붕소, 은 코팅 된 산화 알루미늄, 은 코팅 된 수산화 알루미늄 및 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있으며, 이들에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
더욱 구체적으로, 은, 은 코팅 된 구리, 은 코팅 된 흑연, 은 코팅 된 중합체, 은 코팅 된 알루미늄, 은 코팅 된 유리 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 도전성 입자는 플레이크상일 수도 있고, 입자상일 수도 있으며, 그 형태에 대하여는 특별히 한정하지 않지만, 플레이크상인 것이 더욱 바람직하다.
상기 도전성 입자는 그 입자의 크기에 있어서 특별히 한정하지 않지만, 예를 들면, 접속 신뢰성의 관점에서, 0.01 내지 30 ㎛, 더욱 구체적으로 1 내지 20 ㎛일 수 있지만 그 입자의 크기에 대하여 특별히 도전성 접속성이 충분한 이상 한정하지 않는다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 도전성 입자는 제한되는 것은 아니지만 구체적으로 예를 들면 평균 입경이 1 내지 20 ㎛인 플레이크상의 은입자인 것일 수 있다.
[접착조성물(B)]
다음으로 본 발명의 접착조성물(B)에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 양태에 따른 접착제는 상기 도전성 입자 100 중량부에 대하여, 상기 접착조성물을 10 내지 100 중량부, 더욱 구체적으로 10 내지 50 중량부로 사용하는 것일 수 있다. 제한되는 것은 아니지만 상기 범위에서 혼합이 용이하고, 목적으로 하는 도전성을 부여할 뿐만 아니라, 도포에 적당한 도전성을 발현할 수 있다.
상기 접착조성물(B)은 변성 비스페놀에폭시 수지(modifided Bisphenol epoxy resin), 지환식 에폭시수지(cycloaliphatic epoxy resin) 및 양이온계 개시제를 포함한다. 또한, 필요에 따라 에폭시 당량이 200이하인 반응성 희석제를 더 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 접착조성물(B) 중, 에폭시 수지는 변성 비스페놀에폭시 수지(modifided Bisphenol epoxy resin)와 지환식 에폭시수지(cycloaliphatic epoxy resin)를 혼합하여 사용하는데 특징이 있다. 이들을 혼합하여 사용함으로써, 목적으로 하는 재시공성이 우수한 효과를 달성할 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 접착조성물(B) 중, 에폭시 수지의 함량이 80 내지 99 중량%인 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 범위에서 재시공성이 우수하고, 고온에서 잔사를 남기지 않고 완전히 제거 가능하므로 더욱 우수한 효과를 제공할 수 있다.
다른 양태로, 상기 에폭시 수지의 함량은 상기 도전성 입자(A) 100 중량부에 대하여, 변성 비스페놀에폭시 수지(modifided Bisphenol epoxy resin) 및 지환식 에폭시수지(cycloaliphatic epoxy resin)를 혼합한 에폭시 수지의 함량이 10 내지 60 중량부가 되도록 사용하는 것일 수 있다.
일 양태로, 상기 변성 비스페놀 에폭시수지(modifided Bisphenol epoxy resin)와 지환식 에폭시수지(cycloaliphatic epoxy resin)의 중량비가 10:90 내지 70:30 중량비, 보다 구체적으로 20:80 내지 60:40 중량비인 것일 수 있다. 더욱 좋게는 30 : 70 내지 55 : 45 중량비인 것일 수 있다. 상기 범위에서 목적으로 하는 재시공성이 더욱 우수하며, 더욱 구체적으로 250 ℃에서 3분 이내에 접착제 이형성이 발현되어 탈리되는 물성을 만족하며, 리본과의 초기 접착강도가 1.0 N 이상이고, 웨이퍼와의 초기 접착강도가 20 kgf 이상인 접착제를 제공할 수 있으므로 더욱 바람직하다.
각 구성 성분에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
상기 변성 비스페놀에폭시 수지(modifided Bisphenol epoxy resin)는 폴리에테르계 에폭시 수지인 것일 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면 비스페놀계 구조와 지방족 구조를 포함하는 것일 수 있으며, 더욱 구체적으로, 상기 지방족 구조는 알킬렌옥시기인 것일 수 있으며, 더욱 구체적으로 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드 등의 알킬렌옥시기 구조를 가질 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
구체적으로 예를 들면, 상기 변성 비스페놀에폭시 수지의 일 양태는 하기 화학식(1)로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 1]
(여기서 R1 내지 R6는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 C1 내지 C4의 알킬기이고, R7은 C1 내지 15의 알킬렌기, 
, 
, 
에서 선택되고,
상기 R71은 직쇄 또는 분지형의 C1 내지 15의 알킬렌 또는 하이드록시 알킬렌이고,
상기 R72, R73, R74, R75 및 R76은 각각 독립적으로 직쇄 또는 분지형의 C1 내지 15의 알킬렌이고, 상기 a 및 b는 각각 독립적으로 1 내지 10에서 선택되고; p는 0 내지 1이고 q는 1 내지 20이고; n은 1 내지 5에서 선택된다.)
상기 화학식(1)에서, R1 내지 R6 중 적어도 하나 이상은 C1 내지 C4의 알킬기, 보다 구체적으로 메틸기를 포함하는 것일 수 있다.
또한, 상기 식(1)에서, R7은 구체적으로 예를 들면, C1 내지 10의 알킬렌기, 
, 
, 
에서 선택되고, 상기 R75는 C2 내지 C4의 알킬렌이고, 상기 a 및 b는 각각 독립적으로 1 내지 10에서 선택되는 것일 수 있으며, b가 1일 경우는 R75가 C2 내지 C15의 알킬렌기 일 수 있다.
구체적으로 상기 변성 비스페놀에폭시 수지의 일 예로, 상업적으로 입수 가능한 폴리에테르계가 함유된 에폭시 레진은 국도화학의 KDSF-180, ADEKA사의 EP-4000S, EP-4000L, EP-4003S, EP-4010S, EP-4010L, DIC사의 EXA-4850-150, EXA-4850-1000 등을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
상기 지환식 에폭시수지(cycloaliphatic epoxy resin)는 3,4-Epoxycyclohexylmethyl 3,4-epoxycyclohexanecarboxylate 등인 것일 수 있으며, 비제한적인 예로 상업적으로 입수 가능한 것으로, TED PELLA사의 ERPL-4221 또는 DAICEL사의 CELLOXIDE C-2021P, CELLOXIDE C-2081 또는 GABRIEL사의 ROYOXY RAR 935, ROYOXY RAR 936 또는 MILLER STEPHENSON CHEMICAL사의 EPONEX 1510 또는 HUNTSMAN 사의 EPALLOY 5000, EPALLOY 5200 등을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
상기 양이온계 개시제는 저온에서 경화 가능하고, 저온에서 경화되어 높은 접착강도를 발현하지만, 고온에서는 접착강도가 낮아져 이형성이 증가하여 재접착이 가능하고, 접착제를 제거한 후 다시 시공하는 재시공성이 가능하도록 하기 위하여 사용한다.
상기 양이온계 개시제는 양이온 열중합 개시제 및 양이온 광중합 개시제 등을 사용할 수 있으며, 더욱 좋게는 고온으로 열처리 하여 이형성을 발현하기 위하여 양이온 열중합 개시제를 사용하는 것이 좋다.
상기 양이온계 개시제는 상기 접착조성물(B) 중, 1 내지 10 중량%, 더욱 구체적으로 1 내지 3 중량%로 사용하는 것이 경화 시 우수한 접착강도를 발현함과 동시에, 250 ℃에서 3분 이내에 접착제 이형성이 발현할 수 있다.
양이온 중합을 개시시키는 양이온 중합 개시제로서는 디아조늄염, 요오드늄염, 술포늄염, 셀레늄염, 피리디늄염, 페로세늄염, 포스포늄염 및 티오피릴리늄염 등을 들 수 있고, PF6, SbF6 , AsF6 및 BF4 등의 음이온을 함유 할 수 있고, 바람직하게는 SbF6 또는 B(C6F5)4을 포함하는 양이온 개시제이다.
상기 양이온계 개시제의 예를 들면, 이에 제한되는 것은 아니지만 상업화된 예로는 킹인더스트리(King Industries)사의 CXC-1612, CXC-1614, CX-7231, TAG-2678, TAG-2700, CDI-4302, CDR-3430 등이 가능하다. 또한, 상기 양이온 열중합 개시제는 아사히덴카사의 아데카옵토머 CP-66 및 아데카옵토머 CP-77 등이 가능하고, 도쿄 케미칼 인더스트리사의 D-2238, D-2243, D-2248, D-2503 D-2503, H-1683, P-1080, P-1081, P-1082, T-1608 등이 가능하다. 또한, 상기 양이온 열중합 개시제는 순도가 50% 미만일 때는 아웃 가스가 발생하여 소자의 수명을 단축시키게 되므로, 순도가 50%~100%인 것을 사용함이 바람직하다.
상기 양이온 중합 개시제의 구체예를 들면, 비스(도데실페닐)요오드늄헥사플루오로안티모네이트, 톨릴쿠밀요오드늄테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, 비스(알킬(C=10~14개)페닐요오드늄)헥사플루오로안티모네이트, N-벤질피리디니윰헥사플루오드아르세네이트, [4-(Octyloxy)phenyl](phenyl)iodonium hexafluoroantimonate(1-), Triphenylsulfonium Tetrafluoroborate 등을 들 수 있으나. 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 필요에 따라 상기 양이온 중합 개시제 이외에, 경화 촉진제를 상기 양이온 중합 개시제와 병행하여 사용할 수도 있다.
상기 경화 촉진제는 구체예로서는 2-메틸이미다졸, 2-에틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸 등의 이미다졸류, 2-(디메틸아미노메틸)페놀, 1,8-디아자-비시클로(5,4,0)운데센-7 등의 제 3 급 아민류, 트리페닐포스핀 등의 포스핀류, 테트라부틸암모늄염, 트리이소프로필메틸암모늄염, 트리메틸데카닐암모늄염, 세틸트리메틸암모늄염 등의 4급 암모늄염, 트리페닐벤질포스포늄염, 트리페닐에틸포스포늄염, 테트라부틸포스포늄염 등의 4급포스포늄염 옥틸산 주석 등의 금속 화합물 등을 들 수 있다.
본 발명은 필요에 따라, 에폭시 당량이 200이하인 반응성 희석제를 더 포함할 수 있다.
상기 반응성 희석제의 예로는 지방족 디글리시딜 에테르, 비스페놀계 디글리시딜 에테르, 및 디사이클로펜타디엔닐 메타아크릴레이트계 에폭시 등을 사용할 수 있다.
상기 지방족 디글리시딜 에테르의 비제한적인 예로 ADEKA사의 ED-503 등을 사용할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
상기 비스페놀계 디글리시딜 에테르의 비제한적인 예로 국도화학의 YDF-170 등을 사용할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
상기 디사이클로펜타디엔닐 메타아크릴레이트계 에폭시의 비제한적인 예로 국도화학의 KDCP-130, KDCP-150, KDCP-130EK80 또는 ADEKA사의 EP-4088S, EP-4088L등을 사용할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
상기 반응성 희석제의 함량은 전체 접착조성물 100중량% 중, 3 내지 20 중량%, 더욱 구체적으로 5 내지 20중량%를 사용하는 것이 상기 고온에서의 이형성의 유지, 즉 접착강도의 경시 증가를 방지하여 더욱 선호된다.
본 발명의 일 양태에 따른 무용제 도전성 접착제는 250 ℃에서 3분 이내에 접착제 이형성이 발현되어 탈리되는 것일 수 있다. 더욱 구체적으로 250 ℃에서 200초 이내에 접착제 이형성이 발현되어 탈리되는 것일 수 있다. 또한, 270 ℃에서 150초 이내에 접착제 이형성이 발현되어 탈리되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 무용제 도전성 접착제는 리본과의 초기 접착강도가 1.0 N 이상, 더욱 구체적으로 1 내지 3 N 인 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 무용제 도전성 접착제는 웨이퍼와의 초기 접착강도가 20 kgf 이상, 더욱 구체적으로 20 내지 50 kgf 인 물성을 발현할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 무용제 도전성 접착제는 상온(25 ℃)에서의 가사시간이 3일 내지 10일인 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 무용제 도전성 접착제는 DSC 발열 최고 온도가 130 ℃ 이하, 더욱 구체적으로 90 내지 130 ℃인 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 무용제 도전성 접착제는 100 내지 130 ℃에서 DSC 반응비율이 35 % 이상, 더욱 구체적으로 35 내지 100 %인 것일 수 있다.
[태양 전지 모듈]
본 발명의 일 양태에 따른 태양 전지 모듈은 하나의 태양 전지 셀의 표면 전극과, 상기 하나의 태양 전지 셀과 인접하는 다른 태양 전지 셀의 이면 전극이 상기 일 양태에 따른 무용제 도전성 접착제를 통해 탭선과 전기적으로 접속되며, 상기 무용제 도전성 접착제는 250℃에서 3분 이내에 탈착되는 것일 수 있다.
다음은 본 발명의 일 양태에 따른 도전성 접착제를 이용한 태양전지 모듈이 제조방법에 대하여 설명한다.
도전성 접착제의 제조방법은 페이스트 형태로 제조하는 것이 일반적이지만, 또 다르게는 필름 형태로 제조하여 적용할 수 있지만 여기서는 페이스트 접착제로 제조하여 모듈을 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 도전성 접착제는 상기 조성성분 및 좋게는 상기 조성성분과 조성비로 혼합하여 페이스트 슬러리를 제조한 후, 이를 이용하여 텝선과 이면전극이 접촉되는 부분에 도포하고 승온시켜 경화하여 제조한다. 경화공정은 통상 150℃ 이내의 경화온도에서 탭선과 이면 전극 사이에 적층된 도전성 접착제를 압력을 가하면서 경화하여 접합할 수 있다.
즉, 본 발명의 태양 전지 모듈의 제조 방법은, 하나의 태양 전지 셀의 표면 전극과, 그 태양 전지 셀과 인접하는 다른 태양 전지 셀의 이면 전극을 도전성 접착 재료를 통해 탭선으로 전기적으로 접속시키는 태양 전지 모듈의 제조 방법으로서, 탭선을, 본 발명의 도전성 접착제 페이스트를 통해 표면 전극 및 이면 전극 상에 배치하고, 열 가압하여 경화함으로써 모듈을 제조하는 것이다.
본 발명의 모듈 제작의 일 예를 들면, 먼저, 광전 변환 소자의 표면에 Ag 페이스트의 도포, 소성에 의해 핑거 전극 및 버스바 전극을 형성하고, 이면에 탭선의 접속부에 알루미늄 이면 전극을 형성하여 태양 전지 셀을 제작한다.
상기 태양전지 셀의 표면의 버스바 전극 및 알루미늄 이면 전극에 본 발명의 도전성 접착제 페이스트를 도포하고, 도포된 접착제 페이스트 상부에 탭선을 배치하고, 소정의 압력으로 가열 가압하여 경화함으로써, 탭선과 버스바 전극 및 알루미늄 이면 전극을 전기적으로 접속하며 이러한 과정을 반복함으로써 복수의 태양전지 셀이 본 발명의 접착제에 의해 서로 연결되어 태양전지 모듈을 제작하게 된다.
상기의 본 발명의 도전성 접착제를 사용함으로써, 전극과 탭선을 접속할 때, 얼라인먼트가 불량하게 접속되어 경화되었을 지라도, 열을 가하는 경우, 접착제가 오히려 쉽게 제거되어 재 접착제 도포를 통해 모듈을 재시공할 수 있고, 즉 고온에서 이형성이 증가하여 쉽게 접착제를 제거할 수 있다. 따라서 잘못된 얼라인먼트의 경우에 재시공(rework)이 가능한 새로운 도전성 접착제 및 이를 이용한 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
또한 본 발명은 상기 재시공 특성이 200 ℃ 이상, 좋게는 250 ℃ 이상에서 이형성이 나타나도록 함으로써, 태양전지가 작동되는 온도범위에서는 이러한 이형성이 전혀 나타나지 않도록 할 수 있는 효과를 가진다.
또한 본 발명에 따라 제조되는 태양 전지 모듈은 250℃에서 3분 이내에 접착제가 이형성이 증가되어 쉽게 제거되어 재시공 가능하거나 또는 얼라인먼트를 재 조정하여 위치를 바로 수정할 수 있는 재시공성이 우수한 도전성 접착제 및 이를 이용한 태양전지 모듈을 제공하는 것이다. 더욱 좋게는 250℃에서 2분 이내에 재시공이 가능할수록 좋다.
통상, 태양 전지 모듈은 여름철에도 60 내지 90℃ 정도까지 상승한다고 알려져 있어서, 본 발명에 따른 도전성 접착제를 사용하는 경우, 정상적인 사용에 따른 문제점이 전혀 발생하지 않는 효과를 가진다.
이하 실시예 및 비교예를 바탕으로 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐, 본 발명이 하기 실시예 및 비교예에 의해 제한되는 것은 아니다.
<재시공(Rework) 특성>
태양광 실리콘 웨이퍼의 후면 Ag전극 표면에 길이 5cm, 선폭 3mm 두께 40±5um으로 인쇄한 후 그 위에 다른 태양광 실리콘웨이퍼의 후면전극부위를 덮고, 10g 무게추로 누른 후 열풍 또는 IR 건조기에서 150℃, 20초간 경화를 시켜 평가용 시편을 제작하였다. 제작된 웨이퍼를 250℃의 핫플레이트 위에 올려 부착된 웨이퍼가 떨어지는 시간과 떨어진 부위의 현상을 기록하였다.
× : 250℃ 조건에서 분리되지 않고 웨이퍼 파손 발생
○ : 5분 이내 분리가 가능
◎ : 1분 이내 분리가 가능
<웨이퍼 간 접착강도>
태양광 실리콘 웨이퍼의 후면 Ag전극 표면에 길이 5cm, 선폭 3mm 두께 40±5um으로 인쇄한 후 그 위에 다른 태양광 실리콘웨이퍼의 후면전극부위를 덮고, 10g 무게추로 누른 후 열풍 또는 IR 건조기에서 150℃, 20초간 경화를 시켜 평가용 시편을 제작한다. 제작된 웨이퍼를 Universal Testing machine( WL2100) 설비를 사용하여 도 1과 같은 방향으로 접착강도를 측정하였다.
<리본과의 초기 접착강도>
태양광 실리콘 웨이퍼의 후면 Ag전극 표면에 길이 5cm, 선폭 3mm 두께 40±5 ㎛로 인쇄한 후 그 위에 리본(재질 Sn:Pb=6:4)를 올린 후 100 g이하의 무게를 주면서 150℃, 2초간 경화를 실시한다. 경화된 시편을 Mecmesin사의 Multi tester기로 강도를 측정하고 떨어진 부위의 웨이퍼에 도전성접착제가 남아 있는지 여부 및 리본에 도전성접착제가 묻어 있는지 여부를 관찰하였다.
<가사시간>
제조된 도전성접착제를 상온 (25±5℃)에 방치한 후 초기, 24시간 및 48시간 후 점도를 측정하여 초기대비 점도 변화율 평가하였다.
<DSC 발열온도>
DSC(Dynamic scanning calorimetry, 시차주사 열량계)는 METTLER TOLEDO사의 823E를 사용하여 측정하였다. 시차 주사열량계는 일정한 속도에서 가열, 냉각 또는 등온 유지될 때 샘플에서 생산된 열 흐름을 측정하였다. 분석 팬에 제조된 도전성 접착제를 무게 10±2mg를 올린 후 상온에서 200 ℃까지 5℃/분의 가열속도로 분석하였다. 이때 도전성 접착제는 발열반응의 경화거동을 하며, 최대 발열피크의 온도를 측정해서 조성별 반응온도를 비교 하였다.
[실시예 및 비교예]
하기 표 1의 조성성분의 도전성 입자를 제외하고 모두 혼합하여 상온에서 균일분산을 충분히 하였다. 이후 표 1의 비율대로 Ag 플레이트(평균 입경 5.5㎛)를 투입하여 상온에서 충분히 교반 한 후, 3-Roll Mill에 투입하고 압력 5 Bar 조건에서 2회 분산하여 균일 분산 페이스트를 제조하였다.
상기 페이스트상의 도전성 접착제를 이용하여 하기와 같이 물성을 측정하여 표 3에 수록하였다.
하기 표 1 및 2에서 함량은 중량부이다.
| 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 실시예4 | 실시예5 | 실시예6 | 실시예7 | ||
| 은 플레이크 입자 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | |
| 변성비스페놀에폭시수지 | 10 | 8 | 10 | 10 | 8 | 8.8 | 12.9 | |
| 지환식 에폭시 수지 | 9 | 7 | 8.6 | 7 | 11 | 15 | 12.9 | |
| 반응성희석제 | A | 1.6 | - | - | - | - | - | - |
| B | - | - | 1 | - | - | - | - | |
| C | - | - | - | 1 | 2 | 2.5 | 2.9 | |
| 양이온개시제 | A | 0.5 | 1 | 1.5 | - | - | 1 | 0.5 |
| B | - | - | - | 1.5 | 3 | 0.3 | 0.3 | |
| 이미다졸계 경화제 | - | - | - | - | - | - | - | |
| 아민계 경화제 | - | - | - | - | - | - | - | |
| 비교예1 | 비교예2 | 비교예3 | 비교예4 | ||
| 은 플레이크 입자 | 100 | 100 | 100 | 100 | |
| 변성비스페놀에폭시수지 | - | 7.6 | - | 8 | |
| 지환식 에폭시 수지 | 7.4 | - | 8 | 2 | |
| 반응성희석제 | A | 12 | 12 | - | - |
| B | - | - | 9.6 | 9.5 | |
| C | - | - | - | - | |
| 양이온개시제 | A | - | - | 0.4 | 0.5 |
| B | - | - | - | - | |
| 이미다졸계 경화제 | 0.4 | 0.4 | - | - | |
| 아민계 경화제 | 0.2 | - | - | - | |
상기 표 1 및 2에서,
은 플레이크 입자는 평균입경이 5.5㎛이다.
변성비스페놀 에폭시 수지는 화학식1에서 R1 및 R2가 CH3이고, R3 내지 R6가 H 이고, R7이 
이며, 상기 b는 5이고, p=0.5, n=1.1, q=1 이며, 에폭시 당량이 400인 변성비스페놀A 에폭시 수지이다.
지환식 에폭시 수지는 3,4-Epoxycyclohexylmethyl 3,4-epoxycyclohexanecarboxylate 이다.
반응성 희석제 A는 Aliphatic diglycidyl ether이며, Adeka ED-503이다.
반응성 희석제 B는 Bisphenol-F diglycidyl ether이며, 국도 YDF-170이다.
반응성 희석제 C는 DCPD계 에폭시이며, ADEKA EP-4088S이다.
양이온 개시제 A는 [4-(Octyloxy)phenyl](phenyl)iodonium hexafluoroantimonate(1-)이다.
양이온 개시제 B는 Triphenylsulfonium Tetrafluoroborate 이다.
이미다졸계 경화제는 Shikoku 2E4MZ-CN이다.
아민계 경화제는 Huntsman Jeffamine D-2000이다.
| 고온탈리시간(초) | 재작업성(250℃) | 리본 접착강도(N) | 웨이퍼 접착 강도(Kgf) | 가사시간(상온) | DSC발열 최고 온도(℃) | DSC반응비율(100~130℃) | |||
| 230℃ | 250℃ | 270℃ | |||||||
| 실시예1 | 130 | 101 | 99 | ◎ | 1.09 | 24.1 | 7일 | 122.3 | 39.66% |
| 실시예2 | 156 | 124 | 127 | ○ | 1.10 | 27.7 | 7일 | 114.1 | 69.33% |
| 실시예3 | 104 | 95 | 97 | ◎ | 1.03 | 23.7 | 6일 | 103.0 | 88.00% |
| 실시예4 | 125 | 90 | 88 | ◎ | 1.61 | 31.6 | 5일 | 111.3 | 67.54% |
| 실시예5 | 110 | 72 | 59 | ◎ | 1.38 | 32.0 | 5일 | 101.0 | 93.95% |
| 실시예6 | 120 | 95 | 96 | ◎ | 1.3 | 34.3 | 3일 | 97.4 | 85.08% |
| 실시예7 | 201 | 143 | 121 | ○ | 1.44 | 42.5 | 8일 | 107.3 | 79.30% |
| 비교예1 | >300 | >300 | >300 | × | 0.23 | 2.6 | 10일 | 178.5 | 1.5% |
| 비교예2 | >300 | >300 | >300 | × | 0.40 | 5.9 | >10일 | 176.9 | 1.06% |
| 비교예3 | >300 | >300 | >300 | × | 0.91 | 8.1 | 6일 | 146.6 | 6.40% |
| 비교예4 | >300 | >300 | 279 | × | 0.88 | 7.9 | 8일 | 158.5 | 3.10% |
상기 표 3에서 보는 바와 같이, 실시예 1 내지 7은 고온탈 리가 가능하며, 구체적으로 250 ℃에서 탈리시간이 150초 이하인 것을 확인하였다. 또한, 탈리된 면이 깨끗하고 재작업성이 우수함을 확인하였다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
Claims (17)
- 도전성 입자(A); 및
변성 비스페놀에폭시 수지(modifided Bisphenol epoxy resin), 지환식 에폭시수지(cycloaliphatic epoxy resin) 및 양이온계 개시제를 포함하는 접착조성물(B);을 포함하되,
상기 접착조성물(B) 중, 변성 비스페놀 에폭시수지 (modifided Bisphenol epoxy resin) 와 지환식 에폭시수지 (cycloaliphatic epoxy resin) 의 중량비가 10:90 내지 70:30인 무용제 도전성 접착제.
- 제 1항에 있어서,
상기 변성 비스페놀에폭시 수지는 하기 화학식(1)로 표시되는 것인 무용제 도전성 접착제.
[화학식 1]
(여기서 R1 내지 R6는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 C1 내지 C4의 알킬기이고, R7은 C1 내지 15의 알킬렌기,,
,
에서 선택되고,
상기 R71은 직쇄 또는 분지형의 C1 내지 15의 알킬렌 또는 하이드록시 알킬렌이고,
상기 R72, R73, R74, R75 및 R76은 각각 독립적으로 직쇄 또는 분지형의 C1 내지 15의 알킬렌이고, 상기 a 및 b는 각각 독립적으로 1 내지 10에서 선택되고; p는 0 내지 1이고 q는 1 내지 20이고; n은 1 내지 5에서 선택된다.)
- 제 1항에 있어서,
상기 접착조성물(B)은 에폭시 당량이 200이하인 반응성 희석제를 더 포함하는 것인 무용제 도전성 접착제.
- 제 1항에 있어서,
도전성 입자(A) 100 중량부에 대하여, 접착조성물(B)을 10 내지 100 중량부로 포함하는 무용제 도전성 접착제.
- 삭제
- 제 4항에 있어서,
상기 접착조성물(B) 중, 에폭시 당량이 200이하인 반응성 희석제를 1 내지 20 중량%를 더 포함하는 무용제 도전성 접착제.
- 제 1항에 있어서,
상기 양이온계 개시제는 양이온 열중합 개시제이고,
상기 접착조성물(B) 중, 상기 양이온계 개시제의 함량이 1 내지 10 중량%로 포함되는 것인 무용제 도전성 접착제.
- 제 1항에 있어서,
상기 무용제 도전성 접착제는 250 ℃에서 5분 이내에 접착제 이형성이 발현되어 탈리되는 것인 무용제 도전성 접착제.
- 제 1항에 있어서,
상기 무용제 도전성 접착제는 리본과의 초기 접착강도가 1.0 N 이상인 것인 무용제 도전성 접착제.
- 제 1항에 있어서,
상기 무용제 도전성 접착제는 웨이퍼와의 초기 접착강도가 10 kgf 이상인 것인 무용제 도전성 접착제.
- 제 1항에 있어서,
상기 무용제 도전성 접착제는 상온(25 ℃)에서의 가사시간이 3일 내지 10일인 것인 무용제 도전성 접착제.
- 제 1항에 있어서,
상기 무용제 도전성 접착제는 DSC 발열 최고 온도가 130 ℃ 이하인 무용제 도전성 접착제.
- 제 12항에 있어서,
상기 무용제 도전성 접착제는 100 내지 130 ℃에서 DSC 반응비율이 35 % 이상인 무용제 도전성 접착제.
- 하나의 태양 전지 셀의 표면 전극과, 상기 하나의 태양 전지 셀과 인접하는 다른 태양 전지 셀의 이면 전극이 제 1항 내지 제4항, 제6항 내지 제 13항에서 선택되는 어느 한 항의 무용제 도전성 접착제를 통해 탭선과 전기적으로 접속되며, 상기 무용제 도전성 접착제는 250℃에서 3분 이내에 탈착되는 것인 태양 전지 모듈.
- 제 14항에 있어서,
상기 무용제 도전성 접착제는 리본과의 초기 접착강도가 1.0 N 이상인 것인 태양 전지 모듈.
- 제 14항에 있어서,
상기 무용제 도전성 접착제는 웨이퍼와의 초기 접착강도가 10 kgf 이상인 것인 태양 전지 모듈.
- 제 14항에 있어서,
상기 무용제 도전성 접착제는 DSC 발열 최고 온도가 130 ℃ 이하인 태양 전지 모듈.
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