KR102541027B1 - 태양광 패널의 표면 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광 패널의 표면 처리 방법에 관한 것으로, 구체적으로 알콕시 실란계 화합물을 나노입자 상에 기상으로 증착시켜 표면이 실리콘-탄소 복합체로 코팅된 나노입자를 제조하는 단계; 상기 실리콘-탄소 복합체로 코팅된 나노입자, 불소 실란계 화합물, 테트라플루오로에틸렌 및 코팅액과 혼합하는 단계; 상기 혼합 코팅액을 태양광 패널 상에 도포하는 단계를 포함하는 태양광 패널 표면 처리 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 알콕시 실란계 화합물이 코팅된 나노입자를 코팅액과 함께 태양광 패널에 도포하는 경우에는 태양광 패널 표면에 높은 광투과도를 갖는 발수성을 부여할 수 있으며, 그 방법이 단순하고 고가의 장비가 사용되지 않아 비용이 상대적으로 저렴하고 대면적의 기판상에 적용하여 대형화할 수 있다는 장점이 있다.

Description

태양광 패널의 표면 처리 방법{METHOD FOR SURFACE TREATMENT OF SOLAR PANEL}
본 발명은 태양광 패널의 표면 처리 방법에 관한 것으로, 구체적으로 알콕시 실란계 화합물을 나노입자 상에 기상으로 증착시켜 표면이 실리콘-탄소 복합체로 코팅된 나노입자를 제조하는 단계; 상기 실리콘-탄소 복합체로 코팅된 나노입자, 불소 실란계 화합물, 테트라플루오로에틸렌 및 코팅액과 혼합하는 단계; 상기 혼합 코팅액을 태양광 패널 상에 도포하는 단계를 포함하는 태양광 패널 표면 처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 재료의 표면은 물과의 반응 정도에 따라 크게 친수성(hydrophilic) 과 소수성 (hydrophobic)으로 구분된다. 친수성은 표면이 물과 친하여 물방울이 표면에 잘 퍼지는 성질을 나타내면, 반대로 소수성은 표면이 물과 친하지 않아 물방울이 재료 표면 위에 동그랗게 그 형상을 잘 유지하게 된다.
특히 소수성 표면 중 물방울과의 접촉각이 150도 이상을 보이는 경우를 초소수성(Super-hydrophobic)이라 명칭하며, 그 응용분야가 방수유리나 방수옷감 등의 단순한 응용에서부터 nano-implant, 의료소재 및 태양광, 에너지 분야까지 활용되고 있다.
이러한 초소수성은 두 가지 요인에 의해서 결정된다.
그 중 첫 번째는 화학적 요인으로서, 고체의 표면 에너지나 액체 방울의 표면장력에 의해서 결정된다. 고체의 표면 에너지가 낮으면 소수성을 나타내고, 반대로 표면 에너지가 큰 경우 친수성을 나타낸다.
두 번째는 물리적 요인으로서 고체 표면의 거칠기(roughness), 즉 표면의 거친 정도에 따라서 친수성 또는 소수성이 변한다. 고체 표면에 있어 상기 두 가지 요인을 적절히 제어하면 접촉각이 초소수성 표면이나 접촉각이 0°에 가까운 초친수성 표면을 형성하는 것이 가능하다.
이와 같은 초소수성 표면은 높은 접촉각을 형성함으로써 빗물이나 이슬이 방울을 만들어 굴러 떨어지게 만드는데, 먼지나 때도 이 독특한 표면 구조로 인해 잘 들러붙지 않고, 물이 굴러 떨어지면서 실려나가게 된다.
특히, 최근 녹색에너지인 태양광에너지에 대한 관심이 증폭되면서 고효율 태양전지 개발에 노력을 기울이고 있다. 이러한 태양전지의 효율은 투과도에 밀접한 관계가 있으므로 그 표면을 항상 깨끗하게 유지한다면 태양전지의 효율을 유지할 수 있을 것이다. 이때 투명 전도성 초발수 코팅기술을 이용할 경우 별도의 세정과정 없이 유리의 고투과도를 유지시켜 태양전지의 효율을 유지시키는 기술로 활용이 가능하다.
대한민국 등록특허 제10-1362511호
본 발명의 목적은 실리콘-탄소 복합체가 코팅된 나노입자를 태양광 패널 상에 코팅하여 고투과도 초발수 표면으로 개질할 수 있는 태양광 패널의 표면 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에서는 알콕시 실란계 화합물을 나노입자 상에 기상으로 증착시켜 표면이 실리콘-탄소 복합체로 코팅된 나노입자를 제조하는 단계; 상기 실리콘-탄소 복합체로 코팅된 나노입자, 불소 실란계 화합물, 테트라플루오로에틸렌 및 코팅액과 혼합하는 단계; 및 상기 혼합 코팅액을 태양광 패널 상에 도포하는 단계를 포함하는 태양광 패널 표면 처리 방법을 제공한다.
상기 알콕시 실란계 화합물은 트리메톡시옥틸실란 (Trimethoxyoctylsilane), 트리메톡시메틸실란 (Trimethoxymethylsilane), 비닐트리메톡시실란 (Vinyltrimethoxysilane), 트리메톡시데실렌실란 (Trimethoxydecilenesilane) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 나노입자는 SiO2, ZnO, ITO, Al2O3 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 불소 실란계 화합물은 플루오로 알킬실란 (Fluoroalkyl Silane), 폴리테트라플루오로에틸렌 (Polytetrafluoroethylene), 폴리플루오로알콕시 (Perfluoroalkoxy) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 실리콘-탄소 복합체로 코팅된 나노입자, 불소 실란계 화합물, 테트라플루오로에틸렌 및 코팅액과 혼합하는 단계는 나노입자 50 ~ 70 중량%, 불소 실란계 화합물 1 ~ 10 중량%, 테트라플루오로에틸렌 1 ~ 10 중량% 및 코팅액 20 ~ 40 중량% 혼합할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 코팅액은 아크릴레이트계 화합물, 가교제, 광개시제, 결합 개선제 및 점도 조절제를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 아크릴레이트계 화합물은 2-에틸헥실 아크릴레이트(2-EHA); 2-에틸헥실아크릴레이트(2-EHA) 및 메틸 아크릴레이트(MA)의 혼합물; 2-에틸헥실 아크릴레이트(2-EHA), 아크릴 산(AA) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 가교제는 디큐밀 퍼옥사이드이고, 광개시제는 2,2'-아조-비스-이소부틸니트릴(2,2'-azo-bis-isobutyrylnitrile - AIBN)이고, 결합 개선제는 알킬설페이트이고 점도 조절제는 소수성 흄드 실리카일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 코팅액은 아크릴레이트계 화합물 70 ~ 90 중량%, 가교제 0.1 ~ 3 중량%, 광개시제 0.1 ~ 3 중량%, 결합 개선제 1 ~ 5 중량% 및 점도 조절제 5 ~ 30 중량%를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 혼합 코팅액을 태양광 패널 상에 도포하는 단계 이후에 UV를 조사하여 경화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 알콕시 실란계 화합물이 코팅된 나노입자를 코팅액과 함께 태양광 패널에 도포하는 경우에는 태양광 패널 표면에 높은 광투과도를 갖는 발수성을 부여할 수 있으며, 그 방법이 단순하고 고가의 장비가 사용되지 않아 비용이 상대적으로 저렴하고 대면적의 기판상에 적용하여 대형화할 수 있다는 장점이 있다. 따라서 우천시 물방울이 표면에 젖지 않고 표면 위를 굴러다니면서 먼지를 쓸어내리는 자가세정효과가 나타나며, 이로 인해 표면에 먼지가 쌓이는 것을 방지하여 태양광의 효율을 일정하게 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 패널 표면 처리 방법의 순서도를 나타낸다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 패널 표면 처리 방법의 순서도를 나타낸 도면으로, 이하 도 1을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에서는 알콕시 실란계 화합물을 나노입자 상에 기상으로 증착시켜 표면이 실리콘-탄소 복합체로 코팅된 나노입자를 제조하는 단계(S110); 상기 실리콘-탄소 복합체로 코팅된 나노입자, 불소 실란계 화합물, 테트라플루오로에틸렌 및 코팅액과 혼합하는 단계(S120); 및 상기 혼합 코팅액을 태양광 패널 상에 도포하는 단계(S120)를 포함하는 태양광 패널 표면 처리 방법을 제공한다.
상기 나노입자를 제조하는 단계(S110)는 나노입자 표면을 알콕시 실란계 화합물로 코팅하여 초소수성을 갖는 나노입자를 제조하는 단계로 열 증착 방법에 의해서 알콕시 실란계 화합물을 기상으로 전환시켜 나노입자에 증착시킨다.
종래 분말 입자의 표면을 기능성 코팅막으로 코팅하기 위해서는 액상 코팅법을 사용하여 왔다. 이러한 액상 코팅법은 얇고 균일한 코팅막을 형성하기 어렵다는 단점이 있다. 특히, 초소수성 코팅의 경우 액상 코팅법은 코팅된 표면이 접촉각이 다소 낮아 고도의 초소수성 표면을 얻기 어렵다.
본 발명은 이러한 종래기술의 단점을 극복하기 위한 것으로 분말 입자의 표면을 실리콘 유기 고분자의 기상 증착을 이용하여 코팅한다는 점에서 기술적 특징이 있다. 이러한 기상 증착 방법은 액상 증착 방법과는 달리 용매를 필요로 하지 않기 때문에 친환경적이다.
상기 방법은 액상의 알콕시 실란계 화합물을 이용하여 기상 증착할 수 있다는 점에서 기술적 특징을 갖는다. 즉, 알콕시 실란계 화합물을 이용하여 용액 상태로 사용하여 습윤-화학적 방법에 의해서 증착하는 것이 아니라, 건식-화학적 방법에 의해서 증착할 수 있다.
구체적으로 반응 용기에 액상의 알콕시 실란계 화합물을 넣고 그 위로 그물 형태의 분리막을 위치시켜, 분리막 상부에 실리카 나노입자를 위치시키고, 반응 용기를 밀봉한 다음 2080 ~ 300℃의 온도에서 4 ~ 10시간 가열하여 알콕시 실란계 화합물이 코팅된 실리카 나노입자를 수득할 수 있다.
상기 알콕시 실란계 화합물은 트리메톡시옥틸실란 (Trimethoxyoctylsilane), 트리메톡시메틸실란 (Trimethoxymethylsilane), 비닐트리메톡시실란 (Vinyltrimethoxysilane), 트리메톡시데실렌실란 (Trimethoxydecilenesilane) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 나노입자는 고투과도를 갖는 입자를 사용하는 것이 바람직하며, 그 예로는 SiO2, ZnO, ITO 및 Al2O3 나노 입자가 있다.
상기 방법에 의하여 알콕시 실란계 화합물로 코팅된 나노입자는 알콕시 실란계 화합물에 의하여 실라카 나노입자가 소수성 성질을 가지게 된다.
일반적으로 초발수성은 초발수층이 갖는 투과도와 반비례하는 관계를 갖으며 표면의 초발수성은 표면의 거칠기가 클수록 더 큰 값을 갖는다. 또한 표면의 거칠기가 클수록 표면에서의 산란현상은 더 크게 일어나고 그 결과 초발수층의 투과도는 감소하게 된다.
따라서, 이러한 산란 현상을 피하기 위해서는 가시광선영역(400 ~ 700 nm) 보다 훨씬 작은 표면 거칠기를 가져야 한다. 따라서 초발수 층을 형성하는 나노입자의 크기는 100 nm 이하의 지름을 갖는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1 nm 내지 100 nm 의 지름을 갖는 것이 바람직하다.
상기 제조된 표면이 실리콘-탄소 복합체로 코팅된 나노입자는 태양광 패널 표면에 도포하기 위하여 불소 실란계 화합물, 테트라플루오로에틸렌 및 코팅액과 혼합된다(S120).
상기 실리콘-탄소 복합체로 코팅된 나노입자, 불소 실란계 화합물, 테트라플루오로에틸렌 및 코팅액과 혼합하는 단계는 나노입자 50 ~ 70 중량%, 불소 실란계 화합물 1 ~ 10 중량%, 테트라플루오로에틸렌 1 ~ 10 중량% 및 코팅액 20 ~ 40 중량% 혼합할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 실리콘-탄소 복합체로 코팅된 나노입자는 총 중량 대비 50 ~ 70 중량% 첨가되는 것이 바람직하고, 50 중량% 미만으로 첨가되는 경우 초발수 효과를 발휘하기 어렵고, 70 중량%를 초과하여 첨가되는 경우에는 상대적으로 코팅액의 함량이 줄어들어 접착력이 약해지는 단점이 있다.
상기 불소 실란계 화합물은 플루오로 알킬실란 (Fluoroalkyl Silane), 폴리테트라플루오로에틸렌 (Polytetrafluoroethylene), 폴리플루오로알콕시 (Perfluoroalkoxy) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 플루오로 알킬실란 화합물은 상업적인 제품으로서 입수 가능한데, 예를 들어 Degussa AG사의 상표명 DYNASYLAN® F 8261 (트리데카플루오로옥틸트리에톡시실린)이 있으며, 1H, 1H, 2H, 2H-퍼플루오로데실트리클로로실란 (FDTS), 1H, 1H, 2H, 2H-퍼플루오로옥틸트리에톡시실란 및 1H, 1H, 2H, 2H-퍼플루오로옥틸트리클로로실란을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 1H, 1H, 2H, 2H-퍼플루오로데실트리클로로실란을 사용한다.
상기 불소 실란계 화합물은 총 중량 대비 1 ~ 10 중량% 첨가되는 것이 바람직하고, 1 중량% 미만으로 첨가되는 경우 하기의 실험예와 같은 시너지 효과를 발휘하기 어렵고, 10 중량%를 초과하여 첨가하는 경우에는 비용 측면에서 바람직하지 않다.
상기 테트라플루오로에틸렌은 상기 불소 실란계 화합물과 함께 첨가하는 경우에 초발수 효과를 증가시키는 것을 확인할 수 있었다. 바람직하게는 상기 불소 실란계 화합물과 테트라플루오로에틸렌은 1:1의 중량비로 첨가될 수 있다.
상기 테트라플루오로에틸렌은 불소 실란계 화합물과 마찬가지로 총 중량 대비 1 ~ 10 중량% 첨가되는 것이 바람직하고, 1 중량% 미만으로 첨가되는 경우 하기의 실험예와 같은 시너지 효과를 발휘하기 어렵다.
상기 코팅액은 아크릴레이트계 화합물, 가교제, 광개시제, 결합 개선제 및 점도 조절제를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
또한 상기 코팅액은 총 중량 대비 20 ~ 40 중량% 첨가되는 것이 바람직하고, 코팅액이 20 중량% 미만으로 첨가되는 경우에는 접착력이 약하다는 단점이 있고, 40 중량%를 초과하여 첨가되는 경우에는 상대적으로 실리콘-탄소 복합체로 코팅된 나노입자의 첨가량이 감소하여 초발수 효과가 약해지는 단점이 있다.
상기 아크릴레이트계 화합물은 2-에틸헥실 아크릴레이트(2-EHA); 2-에틸헥실아크릴레이트(2-EHA) 및 메틸 아크릴레이트(MA)의 혼합물; 2-에틸헥실 아크릴레이트(2-EHA), 아크릴 산(AA) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 아크릴레이트계 화합물은 코팅액 총 중량 대비 70 내지 90 중량%로 포함될 수 있다.
상기 가교제는 사슬 모양 고분자 사슬 사이에서 가교 역할을 하는 물질로, 가교는 수지(樹脂)에 경도(硬度)나 탄력성 등 기계적 강도와 화학적 안정성을 부여하는 것으로, 유기과산화물 가교제를 사용할 수 있으며, 상기 유기과산화물 가교제의 구체적인 예로는, DTBP(Di-t-butyl peroxide), 디큐밀 퍼옥사이드(Dicumyl peroxide), 디-t-아밀 퍼옥사이드(Di-t-amyl peroxide), 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산(2,5-Dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexane) 등을 들 수 있으나 본 발명이 이에 제한되지 않는다. 또한 상기 가교제의 함유량은 특별히 한정되지 않으나 코팅액 총 중량 대비 0.1 내지 3 중량%로 포함될 수 있다.
상기 광개시제는 공지의 것이라면 제한되지 않고 사용될 수 있으며, 일 예로 양이온 종이나 루이스산을 만들어 내는 양이온성 광개시제, 라디칼을 만들어내는 광개시제 또는 이들의 조합으로 사용될 수 있다.
예를 들면, AIBN(azobisisobutyronitrile), ABCN(1,1'-Azobis(cyclohexanecarbonitrile)) 또는 2,2'-아조비스-2,4-디메틸발레로니트릴(2,2'-azobis-(2,4-dimethylvaleronitrile)) 등의 아조계 개시제 또는 BPO(benzoyl peroxide) 또는 DTBP(di-tert-butyl peroxide) 등의 과산화물계 개시제 등이 적용될 수 있다.
상기 광개시제는 코팅액 총 중량 대비 0.1 내지 3 중량%로 포함될 수 있으며, 광개시제의 양이 조성물의 0.1 중량% 미만인 경우, UV에 의해 경화되는데 어려움을 갖는 경향이 있다. 광개시제의 양이 코팅액 총 중량 대비 3 중량% 초과인 경우, 신속하게 경화하는 경향이 있고, 나아가, 보다 많은 양의 광개시제는 낮은 분자량을 초래할 수 있고, 이는 낮은 응집 강도를 야기할 수 있다.
결합 개선제는 반응을 촉진시키기 위한 것으로, 시판되는 통상적인 무기산의 첨가가 가능하지만, 알킬설페이트가 바람직하며, 상기 알킬설페이트는 에틸설페이트, 디에틸설페이트 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다.
결합 개선제로서, 알킬설페이트는 코팅액 총 중량 대비 1 내지 5 중량%가 포함되는 것이 바람직하다. 1 중량% 이하인 경우, 반응에 관여하지 않는 것으로 보이며, 5 중량% 이상인 경우에는 임계치로 보여서 추가 첨가를 하여도 반응 개선에 변화가 없다.
점도 조절제는 코팅액의 점도를 조절하며, 소수성 흄드 실리카를 코팅액에 첨가하는 경우 코팅액의 점도를 조절할 수 있다. 상기 점도 조절제는 코팅액 총 중량 대비 5 ~ 30 중량%를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
소수성 흄드 실리카는 무기 실리카의 오가노실란 화합물(소수성 개질제)에 의한 표면 처리를 통해서 얻어지며, 일반적으로는 생산 공정에 따라서 소수성 흄드 실리카 및 침강 실리카로서 분류된다. 소수성 흄드 실리카 분말은 200 내지 400℃의 고온에서 소수성 흄드 실리카 분말을 실란으로 표면 화학 처리를 통해서 얻어질 수 있고, 여기서, 일반적으로 사용되는 화학 공정은 유동층 공정(fluidized bed process)이다.
소수성 흄드 실리카는 또한 상업적으로 구입 가능한, 예를 들어, Evonik Degussa Co., Ltd.로부터 제품 AEROSIL174; R972, R974, R104, R106, R202, R812, R812S, R816, R7200, R8200, R711, 및 R719 등일 수 있다.
본 발명의 태양광 패널 표면 처리 기술을 태양광 패널 표면에 적용하는 경우, 코팅액의 점도는 본 발명의 기술 적용을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어 기설치된 태양광 패널은 일정한 각도로 기울어져 있으므로 점도가 낮을 경우 기설치된 태양광 패널에 적용시 코팅액이 흘러내리기 때문에 공정에 어려움이 있을 수 있다. 이러한 경우 점도 조절제로 코팅액의 점도를 조절하여 제조 공정을 유리하게 할 수 있다.
나노입자 등이 혼합된 코팅액은 태양광 패널 상에 도포되는 두께는 유동적으로 조절될 수 있으나, 코팅액의 두께는 광투과도에 영향을 미칠 수 있고, 따라서 두께가 두꺼워질수록 투과도가 낮아지기 때문에 균일하고 얇게 제조하는 것이 중요하다. 따라서 두께는 1cm를 넘지 않는 것이 바람직하다.
상기 혼합 코팅액을 태양광 패널 상에 도포하는 단계 이후에 UV를 조사하여 경화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 경화 단계는 약 10 ~ 60분간 수행될 수 있다.
일반적으로 태양광 패널은 태양광에 노출되어 있기 때문에 이미 설치된 태양광 패널에 본 발명의 표면 처리 방법을 적용하는 경우에는 특별히 UV 조사 단계를 생략할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
<실시예>
1. 실리콘-탄소 복합체가 코팅된 실리카 나노 입자의 제조
스테인리스 스틸 반응 용기에 트리메톡시옥틸실란(Trimethoxyoctylsilane)을 넣고 그 위로 그물 형태의 분리막을 위치시키고, 분리막 상부에 평균 12nm의 지름을 갖는 실리카 나노입자를 채우고 반응 용기를 밀봉하고, 280℃ 내지 300℃에서 6시간 동안 가열하여 트리메톡시옥틸실란이 코팅된 실리카 나노입자를 제조하였다.
2. 트리메톡시옥틸실란이 코팅된 실리카 나노입자를 코팅액을 이용하여 코팅
상기 제조된 실리카 나노입자를 기재 상에 코팅하기 위한 코팅액을 제조하였다.
코팅액 조성
아크릴레이트계 화합물 2-에틸헥실 아크릴레이트(2-EHA) 80 wt%
가교제 디큐밀 퍼옥사이드 1 wt%
광개시제 AIBN 1 wt%
결합 개선제 에틸설페이트 3 wt%
점도 조절제 소수성 흄드 실리카 15 wt%
상기 트리메톡시옥틸실란이 코팅된 실리카 나노입자 60 중량%, 상기 코팅액 30 중량%, 플루오로 알킬실란(FDTS) 5 중량% 및 테트라플루오로에틸렌(PTFE) 5 중량%를 혼합하여 기재상에 0.5cm의 두께로 코팅하고 평탄화한 후, UV를 조사하여 경화하였다.
<비교예 1>
플루오로 알킬실란(FDTS) 및 테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 제외하고, 트리메톡시옥틸실란이 코팅된 실리카 나노입자 60 중량%, 상기 코팅액 40 중량%를 혼합하여 기재상에 코팅하고 평탄화한 후, UV를 조사하여 경화하였다.
<비교예 2>
플루오로 알킬실란(FDTS)을 제외하고, 상기 트리메톡시옥틸실란이 코팅된 실리카 나노입자 60 중량%, 상기 코팅액 30 중량% 및 테트라플루오로에틸렌(PTFE) 10 중량%를 혼합하여 기재상에 코팅하고 평탄화한 후, UV를 조사하여 경화하였다.
<비교예 3>
테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 제외하고 상기 트리메톡시옥틸실란이 코팅된 실리카 나노입자 60 중량%, 상기 코팅액 30 중량% 및 플루오로 알킬실란(FDTS) 10 중량% 를 혼합하여 기재상에 코팅하고 평탄화한 후, UV를 조사하여 경화하였다.
<비교예 4>
상기 트리메톡시옥틸실란이 코팅된 실리카 나노입자 45 중량%, 상기 코팅액 45 중량%, 플루오로 알킬실란(FDTS) 5 중량% 및 테트라플루오로에틸렌(PTFE) 5 중량%를 혼합하여 기재상에 코팅하고 평탄화한 후, UV를 조사하여 경화하였다.
<비교예 5>
상기 트리메톡시옥틸실란이 코팅된 실리카 나노입자 30 중량%, 상기 코팅액 60 중량%, 플루오로 알킬실란 5 중량% 및 테트라플루오로에틸렌(PTFE) 5 중량%를 혼합하여 기재상에 코팅하고 평탄화한 후, UV를 조사하여 경화하였다.
<실험예>
1. 코팅 표면의 접촉각 측정
상기 실시예 및 비교예로 제조된 코팅 표면에 3 ㎕의 물을 떨어뜨린 후 물방울과 표면이 이루는 접촉각을 측정하였다. 그 결과를 [표 2]에 나타내었으며 명시된 접촉각은 3번의 평균값을 사용하였다.
실시예 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5
접촉각 168.24° 147.58° 150.65° 148.42° 132.35° 110.85°
상기 [표 2]를 참고하면, 실시예의 경우 접촉각이 168.24°로 가장 높았으며, 비교예의 경우 실시예에 비하여 비교적 낮은 접촉각을 나타내었다.
플루오로 알킬실란(FDTS) 또는 테트라플루오로에틸렌(PTFE) 중 어느 하나라도 제외하는 경우 모두 첨가된 실시예에 비하여 접촉각이 감소하는 것을 확인할 수 있었으며, 코팅액이 증가하는 경우에는 트리메톡시옥틸실란이 코팅된 실리카 나노입자가 코팅액 내부에 존재하게 되어 접촉각이 작아지는 것으로 판단된다.
2. 광투과도
광 투과율은 UV-Vis-NIR spectroscopy에 의해 측정되었다. 투과율을 결정하기 위해 스캔된 파장 범위는 350-700 nm이었다.
실시예 비교예 1 비교예 2 비교예 3
광투과도 97% 96% 97% 97%
[표 3]을 참고하면, 광투과율은 모두 90%이상을 나타내어 태양광 패널 표면에 적용하는 경우에도 태양광 효율에 영향을 주지 않을 것으로 판단된다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (11)

  1. 알콕시 실란계 화합물을 나노입자 상에 기상으로 증착시켜 표면이 실리콘-탄소 복합체로 코팅된 나노입자를 제조하는 단계;
    상기 실리콘-탄소 복합체로 코팅된 나노입자, 불소 실란계 화합물, 테트라플루오로에틸렌 및 코팅액과 혼합하는 단계;
    상기 혼합 코팅액을 태양광 패널 상에 도포하는 단계를 포함하는 태양광 패널 표면 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 알콕시 실란계 화합물은 트리메톡시옥틸실란 (Trimethoxyoctylsilane), 트리메톡시메틸실란 (Trimethoxymethylsilane), 비닐트리메톡시실란 (Vinyltrimethoxysilane), 트리메톡시데실렌실란 (Trimethoxydecilenesilane) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 태양광 패널 표면 처리 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 나노입자는 SiO2, ZnO, ITO, Al2O3 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 태양광 패널 표면 처리 방법.

  4. 제1항에 있어서,
    상기 불소 실란계 화합물은 플루오로 알킬실란 (Fluoroalkyl Silane), 폴리테트라플루오로에틸렌 (Polytetrafluoroethylene), 폴리플루오로알콕시 (Perfluoroalkoxy) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 태양광 패널 표면 처리 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 불소 실란계 화합물, 테트라플루오로에틸렌은 중량비 1대1로 혼합되는 것인,
    태양광 패널 표면 처리 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 혼합 단계는 나노입자 50 ~ 70 중량%, 불소 실란계 화합물 1 ~ 10 중량%, 테트라플루오로에틸렌 1 ~ 10 중량% 및 코팅액 20 ~ 40 중량% 혼합하여 구성된 태양광 패널 표면 처리 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 코팅액은 아크릴레이트계 화합물, 가교제, 광개시제, 결합 개선제 및 점도 조절제를 포함하는 태양광 패널 표면 처리 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 아크릴레이트계 화합물은 2-에틸헥실 아크릴레이트(2-EHA); 2-에틸헥실아크릴레이트(2-EHA) 및 메틸 아크릴레이트(MA)의 혼합물; 2-에틸헥실 아크릴레이트(2-EHA), 아크릴 산(AA) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 태양광 패널 표면 처리 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 가교제는 디큐밀 퍼옥사이드이고, 광개시제는 2,2'-아조-비스-이소부틸니트릴(2,2'-azo-bis-isobutyrylnitrile - AIBN)이고, 결합 개선제는 알킬설페이트이고 점도 조절제는 소수성 흄드 실리카인 태양광 패널 표면 처리 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 코팅액은 아크릴레이트계 화합물 70 ~ 90 중량%, 가교제 0.1 ~ 3 중량%, 광개시제 0.1 ~ 3 중량%, 결합 개선제 1 ~ 5 중량% 및 점도 조절제 5 ~ 30 중량%를 포함하는 태양광 패널 표면 처리 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 도포 단계 이후에 UV를 조사하는 경화 단계를 더 포함하는 태양광 패널 표면 처리 방법.
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