KR102664108B1 - Pid(potential induced degradation)에 대한 내성이 개선된 광발전 모듈 및 봉지재 조성물 - Google Patents
Pid(potential induced degradation)에 대한 내성이 개선된 광발전 모듈 및 봉지재 조성물 Download PDFInfo
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Abstract
여기에 항-PID 기능을 갖는 봉지재 조성물 및 광발전 모듈들이 제공된다.
Description
여기에 광발전 모듈용 봉지재 조성물이 제공된다. 봉지재 조성물은 공중합 에틸렌 및 비닐 아세테이트의 공중합체 및 일반 구조 E/X(여기서 E는 에틸렌, X는 말레산 무수물의 하프-에스테르) 또는 E/X/Y(여기서 E는 에틸렌, X는 말레산 무수물의 하프-에스테르, Y는 알킬 아크릴레이트)를 갖는 강화 항-PID 공중합체를 포함한다. 나아가 여기에 봉지재 조성물을 포함하는 광발전 모듈이 제공된다. 광발전 모듈은 주로 에틸렌 및 비닐 아세테이트의 공중합체들인 봉지재들을 사용하는 광발전 모듈들보다 PID에 덜 민감하다.
본 발명이 속하는 기술분야의 상태를 보다 완전하게 설명하기 위해 본 명세서에 여러 특허 및 공개 공보가 인용되어 있다. 이러한 특허 및 공개 공보 각각의 전체 개시는 여기에 참고로 포함된다.
광발전 모듈들은 중요한 재생 가능한 에너지원이다. 특히, 그것들은 햇빛에 노출될 때 전자들을 방출하는 태양 전지들을 포함한다. 일반적으로 깨지기 쉬운 반도체 물질들인 이러한 태양 전지들은 통상적으로 그것들을 물리적 충격 및 스크래치로부터 보호하는 중합체 물질들에 봉입되거나 봉지된다. 봉입된 태양 전지들은 또한 일반적으로 풍화, 마모 또는 다른 물리적 손상에 저항력이 있는 유리 또는 다른 외측 층에 의해 보호된다.
이상적으로, 광발전 모듈에서의 봉지재, 유리 층들 및 다른 구성요소들은 태양 전지들을 보호하고 광을 전기로 변환하는 효율을 떨어뜨리지 않는다. 그러나, "PID"(potential-induced degradation) 현상은 광발전 모듈이 그것의 태양 전지들과 모듈의 다른 부분, 이를테면 프레임 사이에서 큰 전위로 작동할 때 태양 전지들이 전기 생산을 감소 또는 중단시키는 알려져 있는 문제이다. 따라서, PID 문제에 대한 한 가지 접근법은 태양 전지들이 프레임들 및 모듈의 다른 부분들과 전기적으로 절연됨으로써, 이러한 큰 내부 전위 또는 "편극(polarization)"의 발달을 방지하는 모듈들을 설계하는 것이다. 예를 들어, Li에 의한 미국 특허 출원 공개 공보 제20120266943호를 참조한다. 다른 접근으로서, Swanson 외에 허여된 미국 특허 제7,554,031호는 광발전 모듈의 다양한 부분 사이에 전도성 경로들을 제공하여, 유해한 편극이 최소화 또는 방지되게 되는 것을 기술하고 있다.
PID에는 여러 상이한 요인이 기여하는 것으로 여겨진다. 예를 들어, Bunea 등의 미국 특허 공개 공보 제2011/0048505호에서는, 증가된 비율의 태양 UV 조사에 노출시켜 태양 전지들을 작동시킴으로써 PID가 감소 또는 제거될 수 있다고 주장된다. 이론에 얽매이지 않기를 바라지만, 물 및 이온들을 태양 전지들의 표면으로 이동시키는 것이 PID의 주요 메커니즘인 것으로 보인다. 광발전 모듈들이 작동되는 전압 및 전기 회로들의 설계와 같이 PID에 영향을 미치는 다른 요소들은 그것들이 물의 크기 또는 방향 및 이온 이동에 영향을 준다는 점에서 부차적인 것으로 여겨진다.
특히, 확산된 물 및 이온들은 태양 전지들의 p-n 접합들을 비활성화시키는 유해한 전기 화학적 반응을 유발한다고 가정된다. 이와 관련하여 Aitken 등의 Intl. 특허 출원 공개 공보 제WO2013/020128호에서는, PID가 광발전 모듈들에서 나트륨 이온들과 같은 알칼리 이온들이 없거나 실질적으로 없는 유리를 표준 소다-라임 유리로 대체함으로써 감소 또는 제거될 수 있다고 주장된다. 화학적으로 적절한 반사 방지 코팅을 선택하는 것의 중요성은 예를 들어, S. Pingel 외의 "Potential Induced Degradation of Solar Cells and Panels", 35회 IEEE PVSC, Honolulu, 2010, 2817-2822에서 논의되었다. PID의 속도는 굴절률의 함수이고 그에 따라 광학적 특성들에 대응하는 Si 대 N 비를 변화시킴으로써 제어될 수 있다. 또한, Xavier 등에 허여된 미국 특허 제8,188,363호는 유리와 태양 전지들 사이에 전기 절연성 플루오로카본 층을 개재함으로써 PID가 제거될 수 있다고 주장한다. 이러한 플루오로카본 층은 또한 물 또는 이온들의 이동에 대한 장벽일 수 있다.
뿐만 아니라, 광발전 모듈들의 다른 중요한 속성들은 고온 및 수분 수준들에 악영향을 받는 것으로 알려져 있다. 이러한 속성들은 예를 들어, 기계적 무결성, 전기적 속성들 이를테면 체적 저항률, 전류 누설, 및 전체 전지 효율을 포함한다.
따라서, 봉지재들의 수분 유입 및 이온 이동 속도 및 크기에 영향을 미치는 요인을 이해 및 제어하는 것이 중요하다. 광발전 모듈 내에서 물 및 이온들의 움직임을 효과적으로 방지 또는 감소시키는 봉지재는 모듈의 설계 및 작동 조건들을 보다 유연하게 할 것이다. 또한, 이러한 봉지재는 PID를 감소 또는 방지함로써 모듈의 효율 및 유용한 수명을 증가시킬 것이다.
전술한 것으로부터, 광발전 모듈들에 봉지재들로서 사용될 때, 태양 전지들의 PID를 방지 또는 감소시키는 중합체 물질들이 필요하다는 것이 명백하다.
따라서, 제1 실시 예에서 광발전 모듈용 봉지재 조성물이 제공된다. 상기 봉지재 조성물은 공중합 에틸렌 및 비닐 아세테이트의 공중합체(EVA, ethylene and vinyl acetate) 및 강화 항-PID 공중합체 A를 포함한다. 상기 강화 항-PID 공중합체 A는 E/X(여기서 E는 에틸렌, X는 말레산 무수물의 하프-에스테르) 또는 E/X/Y(여기서 E는 에틸렌, X는 말레산 무수물의 하프-에스테르, Y는 알킬 아크릴레이트)이다.
나아가 여기에 봉지재 조성물을 포함하는 광발전 모듈이 제공된다. 상기 광발전 모듈은 주로 에틸렌 및 비닐 아세테이트의 공중합체들인 봉지재들을 사용하는 광발전 모듈들보다 PID에 덜 민감하다.
다른 실시 예에서, 본 발명은 태양 전지 어셈블리, 유리 층 및 봉지재 조성물을 제공하는 단계를 포함하는 광발전 모듈의 PID를 감소시키는 방법에 관한다. 상기 봉지재 층은 공중합 에틸렌 및 비닐 아세테이트의 공중합체 및 강화 항-PID 공중합체를 포함하는 봉지재 조성물을 갖는다. 상기 강화 항-PID 공중합체 A는 E/X(여기서 E는 에틸렌, X는 말레산 무수물의 하프-에스테르) 또는 E/X/Y(여기서 E는 에틸렌, X는 말레산 무수물의 하프-에스테르, Y는 알킬 아크릴레이트)이다. 상기한 유리 층/봉지재 층/태양 전지/봉지재 층/후면 시트 어셈블리의 구조를 갖는 광발전 모듈을 제조하는 단계 및 상기 광발전 모듈을 작동시키는 단계. 그 후, 상기 광발전 모듈에 의해 생성되는 전류를 시간의 함수로서 관측하는 단계.
이하의 정의는 여기서 본 개시를 추가로 정의 및 설명하기 위해 사용된다. 이러한 정의는 구체적인 사례들에서 달리 제한되지 않는 한, 본 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 용어에들 적용된다.
달리 정의되지 않는 한, 여기서 사용되는 모든 기술 및 과학 용어는 본 발명이 속하는 해당 기술분야의 통상의 기술자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 상충되는 경우, 여기서 제시된 정의를 포함하여 본 명세서가 우선할 것이다.
정의되는 상황들에서 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 여기서 사용된 모든 백분율, 부분, 비 및 유사한 양은 중량으로 정의된다.
여기서 물질들, 방법들 또는 기계류가 용어 "해당 기술분야에서의 통상의 기술자들에게 알려져 있는", "통상적" 또는 동의어 또는 문구와 함께 설명될 때, 용어는 본 출원의 제출시 통상적인 물질들, 방법들 또는 기계류가 본 설명에 포함된다는 것을 의미한다. 현재는 통상적이지 않지만 유사한 목적에 적합한 것으로 해당 기술분야에서 인식되게 될 물질들, 방법들 및 기계류 또한 포함된다.
여기서 사용될 때, 용어들 "포함한다", "포함하는", "포괄한다", "포괄하는", "함유하는", "특징으로 하는", "갖는다", "갖는"또는 이들의 임의의 다른 어미 변화형들은 비-배타적인 포함을 커버하기 위한 것으로 의도된다. 예를 들어, 요소들의 리스트를 포함하는 공정, 방법, 물품 또는 장치가 단지 그러한 요소들만으로 제한되는 것이 아니라 그러한 공정, 방법, 물품 또는 장치에 고유하거나 명백하게 나열되지 않은 다른 요소들을 포함할 수 있게 된다.
"~으로 구성되는"이라는 전이 문구는 청구범위에 명시되지 않은 임의의 요소, 단계 또는 성분을 배제하고, 보통 연관되는 불순물들을 제외하고 언급된 것들 이외의 물질들의 포함으로 청구범위를 폐쇄시킨다. "~으로 구성된다"라는 문구가 전문의 바로 뒤에 있는 것이 아니라 청구항의 본문의 절에 나타날 때, 그것은 그 절에 제시된 요소만을 제한한다; 다른 요소들은 전체로서 청구항에서 배제되지 않는다.
전이 문구 "~로 필수적으로 구성되는"은 청구항의 범위를 명시된 물질들 또는 단계들 및 청구된 발명의 기본적이고 신규한 특성(들)에 실질적으로 영향을 미치지 않는 것들로 제한한다. '~로 필수적으로 구성되는' 청구항은 '~로 구성되는' 형식으로 작성된 폐쇄형 청구항들과 '~을 포함하는' 형식으로 작성된 완전 개방형 청구항들 사이의 중간점을 취한아. 여기서 정의될 때 임의적 첨가물들에 적절한 수준들의 그러한 첨가물 및 작은 불순물들은 "~로 필수적으로 구성되는"이라는 용어에 의해 조성물에서 배제되지 않는다.
달리 언급되지 않는 한 조성물, 공정, 구조, 또는 조성물, 공정 또는 구조의 일 부분이 "포함하는"과 같은 개방형 용어를 사용하여 여기에 설명될될 때, 설명은 또한 조성물, 공정, 구조, 또는 조성물, 공정 또는 구조의 부분으로 "필수적으로 구성되는" 또는 "구성되는" 실시 예를 포함한다.
나아가 이와 관련하여, 명확성을 위해, 별개의 실시 예들과 관련하여 여기에 설명된 본 발명의 특정 특징들은 단일 실시 예에서 조합하여 제공될 수도 있다. 반대로, 간결성을 위해, 단일 실시 예와 관련하여 설명된 본 발명의 다양한 특징은 또한 별개로 또는 임의의 하위 조합으로 제공될 수 있다.
"하나의" 및 "한"의 단수 표현들은 여기세 설명된 조성물들, 공정들 또는 구조들의 다양한 요소 및 구성요소와 관련하여 채용될 수 있다. 이는 단지 편의를 위한 것이며 조성물들, 공정들 또는 구조들의 일반적인 의미를 제공하기 위한 것이다. 그러한 설명은 요소들 또는 구성요소들 중 "하나 또는 적어도 하나"를 포함한다. 또한, 여기서 사용될 때, 단수의 물품들은 또한 복수가 제외된 것이 구체적으로 명백하지 않는 한, 복수의 요소 또는 구성요소에 대한 설명을 포함한다.
나아가, 명시적으로 반대로 언급되지 않는 한, 접속사 "또는" 은 포괄적인 또는을 지칭하고 배타적인 또는이 아니다. 예를 들어, 조건 "A 또는 B"는 다음 중 어느 하나에 의해 충족된다: A가 참(또는 존재) 그리고 B는 거짓(또는 부존재), A는 거짓(또는 부존재) 그리고 B가 참(또는 존재), 및 A 및 B 양자가 참(또는 존재). 배타적 "또는"은 여기서 예를 들어, "A 또는 B 중 어느 하나" 및 "A 또는 B 중 하나"와 같은 용어들로 지정된다.
"약"이라는 용어들은 양, 크기, 제형, 파라미터, 및 다른 수량 및 특성이 정확하지는 않고 정확할 필요는 없지만, 공차, 변환 계수, 반올림, 측정 에러 등, 및 해당 기술분야에서의 통상의 기술자들에게 알려져 있는 다른 요인들을 반영하여 요구되는 바에 따라 근사 및/또는 보다 크거나 보다 작을 수 있음을 의미한다. 일반적으로, 양, 크기, 제형, 파라미터 또는 다른 수량 또는 특성은 명시적으로 언급되어 있는지 여부에 관계없이 "약" 또는 "대략"이다.
또한, 여기에 제시된 범위들은 달리 명시되지 않는 한 그것들의 종말점들을 포함한다. 양, 농도 또는 다른 값 또는 파라미터가 하나의 범위, 하나 이상의 바람직한 범위 또는 상측 바람직한 값들 및 하측 바람직한 값들의 리스트로 주어질 때, 이는 임의의 상측 범위 제한 또는 바람직한 값 및 임의의 하측 범위 제한 또는 바람직한 값의 쌍들이 별도로 개시되는지 여부에 무관하게 그러한 임의의 쌍으로부터 형성되는 모든 범위를 구체적으로 개시하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명의 범위는 범위를 정의할 때 인용되는 구체적인 값들로 제한되는 것으로 의도되지 않는다.
"알킬"이라는 용어는 여기서 단독으로 또는 조합된 형태, 이를테면, 예를 들어 "알킬 기" 또는 "알콕시기"로 사용될 때, 하나의 치환기를 갖는 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖고 분기되거나 분기되지 않을 수 있는 포화 탄화수소기들을 지칭한다.
여기서 사용될 때, 용어 "공중합체"는 두 개 이상의 공단량체의 공중합으로 생성되는 공중합 단위들을 포함하는 중합체들을 지칭한다. 이와 관련하여, 공중합체는 그것의 구성 공단량체들 또는 그것의 구성 공단량체들의 양, 예를 들어 "에틸렌 및 18 중량%의 비닐 아세테이트를 포함하는 공중합체" 또는 유사한 설명을 참조하여 여기에 설명될 수 있다. 그러한 설명은 공단량체들을 공중합 단위들로서 지칭하지 않는다는 점; 공중합체에 대한 통상적인 명명법, 예를 들어 IUPAC(International Union of Pure and Applied Chemistry) 명명법을 포함하지 않는다는 점에서; 그것이 제법 한정 용어를 사용하지 않는다는 점에서; 또는 다른 이유로 약식인 것으로 간주될 수 있다. 그러나, 여기서 사용될 때, 그것의 구성 공단량체들 또는 그것의 구성 공단량체들의 양을 참조하는 공중합체에 대한 설명은 공중합체가 특정 공단량체들의 공중합 단위들(특정될 때 특정 양으로)를 함유함을 의미한다. 당연한 귀결로서 제한된 상황들로 명백하게 그렇게 언급되지 않는 한, 공중합체가 주어진 양의 공단량체들을 함유하는 반응 혼합물의 생성물이 아니라는 것이 된다. "공중합체"라는 용어는 두 개의 상이한 단량체의 공중합 단위(이중 중합체)로 필수적으로 구성되는, 또는 두 개보다 많은 상이한 단량체로 필수적으로 구성되는(세 개의 상이한 공단량체로 필수적으로 구성되는 삼원 공중합체, 네 개의 상이한 공단량체로 필수적으로 구성되는 사원 공중합체 등) 중합체들을 지칭할 수 있다.
"적층"이라는 용어는 여기서 단독으로 또는 조합된 형태, 이를테면 예를 들어 "적층된" 또는 "적층물"로 사용될 때, 임의로 열 및/또는 진공 및/또는 전압을 사용하여, 서로 단단히 접착 또는 접합되는 적어도 두 개의 층을 갖는 구조를 지칭한다. 층들은 직접 또는 간접적으로 서로 접착될 수 있다. 이와 관련하여, "직접"이라는 용어는 두 층 사이에 중간층, 봉지재 층 또는 접착제 층과 같은 추가 물질이 없음을 의미하고, "간접적으로"라는 용어는 두 층 사이에 추가 물질이 있음을 의미한다.
제1 실시 예에서, 본 발명은 광발전 모듈용 봉지재 조성물에 관한다. 봉지재 조성물은 공중합 에틸렌 및 비닐 아세테이트의 공중합체 및 강화 항-PID 공중합체 A를 포함하며, 여기서 강화 항-PID 공중합체는 일반 구조 E/X(여기서 E는 에틸렌, X는 말레산 무수물의 하프-에스테르) 또는 E/X/Y(여기서 E는 에틸렌, X는 말레산 무수물의 하프-에스테르, Y는 알킬 아크릴레이트)이다. 나아가 여기에 봉지재 조성물을 포함하는 광발전 모듈이 제공된다. 상기 광발전 모듈은 주로 에틸렌 및 비닐 아세테이트의 공중합체들인 봉지재들을 사용하는 광발전 모듈들보다 PID에 덜 민감하다.
항-PID 강화 공중합체 A를 포함하는 여기에 설명된 봉지재 조성물 층을 포함하는 광발전 모듈들은 PID(potential-induced degradation)에 내성이 있다. 이론에 얽매이지 않기를 바라지만, 봉지재 조성물은 알칼리 금속 양이온 및 특히 나트륨 양이온과 같은 이온에 낮은 투과성을 갖는 것으로 여겨진다. 그에 따라, PID를 발생시키는 이온이 태양 전지의 표면에 도달하지 못한다.
항-PID 강화 공중합체 A는 EVA 및 공중합체 A의 총 중량의 1-30 wt.% 범위, 바람직하게는 2-20 wt.% 범위, 가장 바람직하게는 4-15 wt.% 범위 내이다.
봉지재 조성물의 EVA는 공중합 에틸렌 및 비닐 아세테이트이며, 여기서 비닐 아세테이트는 상기 중합체 중량의 15 wt% 내지 약 35 wt%, 가장 바람직하게는 25-32 wt.% 범위 내이다.
항-PID 성능을 강화하기 위한 개질제로서의 역할을 하는 항-PID 공중합체 A는 E/X 공중합체이며, 여기서 X는 말레산 무수물의 하프-에스테르이다. E/X 공중합체는 중합체 중량의 12 내지 25 wt.%, 가장 바람직하게는 15-20 wt.% 범위 내, 말레산 무수물 모노-메틸 에스테르, 말레산 무수물 모노-에틸 에스테르(MAME), 말레산 무수물 모노-프로필 에스테르, 말레산 무수물 모노-부틸 에스테르 또는 이들의 조합을 포함한다.
현재 실시 예의 변형 예에서, 공중합체 A는 E/X/Y 공중합체이며, 여기서 X는 중합체 중량의 6 내지 20 wt.%, 가장 바람직하게는 8-15 wt.%의 범위 내, 말레산 무수물 모노-메틸 에스테르, 말레산 무수물 모노-에틸 에스테르(MAME), 말레산 무수물 모노-프로필 에스테르 프로필, 말레산 무수물 모노-부틸 에스테르 또는 이들의 조합이고; Y는 중합체 중량의 1 내지 30 wt.%, 가장 바람직하게는 5-15 wt.% 범위 내 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트 또는 이소-부틸 아크릴레이트이다.
본 실시 예의 봉지재 조성물을 함유하는 광발전 모듈들은 국제 전기 표준 위원회 방법: IEC TS 62804-1 기술 사양에 따른 그러한 조건에서 1000-1500 전압 전위를 통과시킨다.
적합한 항-PID 공중합체 A는 봉지재 조성물에 사용하기에 적합한 물리적 속성들을 가져야 한다. 특히, 봉지재 조성물은 태양 전지들 및 광발전 모듈의 다른 전기 구성요소들을 물리적 충격으로부터 완충시키기 위해 적절한 인성 및 탄성을 갖는 것이 바람직하다. 또한 바람직하게는, 봉지재 조성물은 용이하게 가공 가능하며, 예를 들어, 시트들로 형성될 수 있고 표준 조건들 하에서 적층될 수 있다. 더 바람직하게는, 봉지재 조성물은 광발전 모듈의 광-입사 측에 사용될 때 태양 복사에 대한 투명성과 같은 적합한 광학적 속성들을 갖는다.
봉지재 조성물은 중합체 B가 항-PID 성능을 저해하고 PV 성능을 감소시키지 않을 조건으로, EVA 및 중합체 A의 조합의 0-20 wt.%의 범위 내, EVA 및 공중합체 A와 상이한 다른 중합체 B 또는 그 이상을 추가할 수 있다. 중합체 B는 봉지재 조성물에 채용된 EVA 및 공중합체 A 이외의 폴리올레핀 또는 에틸렌 공중합체일 수 있다. 해당 기술분야에서의 통상의 기술자는 이러한 추가 중합체들의 첨가가 본 발명의 범위 내에 있음을 인식할 것이다.
봉지재 조성물은 또한 유기 과산화물과 같은 가교를 수행하고 제어하기 위한 첨가제들, 억제제들 및 개시제들을 함유할 수도 있다. 가교 첨가제들의 적합한 예들 및 이러한 첨가제들의 수준들은 F.-J. Pern에 허여된 미국 특허 제6,093,757호, J.W. Cho 외의 미국 특허 공개 공보 제2012/0168982호, S. Devisme 외의 미국 특허 공개 공보 2012/0301991호, 및 Holley, W.W., 및 Agro, S.C. "Advanced EVA-Based Encapsulants - Final Report January 1993-June 1997" NREL/SR-520-25296,Sept. 1998, Appendix D에 상세하게 제시되어 있다.
또한, 봉지재 조성물들에 사용하기 위한 네 개의 특히 유용한 첨가제는 열 안정제, UV 흡수제, 힌더드 아민 광 안정제(HALS) 및 실란 커플링제이다. 네 개의 첨가제의 적합한 예들 및 이러한 첨가제들의 수준들은 Hausmann 등에 허여된 미국 특허 제8,399,096호에 상세히 제시되어 있다.
봉지재 조성물은 또한 하나 이상의 다른 첨가제를 포함할 수 있고 적합한 다른 첨가제들은 가소제, 가공 보조제, 유동 향상 첨가제, 윤활제, 안료, 염료, 난연제, 충격 개질제, 핵화제, 블로킹 방지제(예를 들어, 실리카), 분산제, 계면 활성제, 킬레이트화제, 커플링제, 접착제, 프라이머, 강화 첨가제(예를 들어, 유리 섬유), 다른 충전제 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 적합한 다른 첨가제들, 첨가제 수준들 및 첨가제들을 공중합체 조성물들에 혼입하는 방법들은 Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 제5판, John Wiley & Sons(New Jersey, 2004)에서 찾을 수 있다. 일반적으로, 존재하는 경우, 이러한 다른 첨가제들의 총량은 봉지재 조성물의 총 중량을 기준으로 5 wt% 미만, 3 wt% 미만, 2 wt% 미만 또는 1 wt% 미만이다.
봉지재 조성물은 임의의 적합한 공정, 예를 들어 고전단 용융 혼합을 이용하는 압출기에서의 용융 혼합에 의해 만들어질 수 있다. 적합한 고전단 혼합 장비는 정적 혼합기, 고무 분쇄기, 브라벤더 혼합기, 버스 혼련기, 단축 압출기, 이축 압출기, 가열 또는 가열되지 않은 2-롤 분쇄기 등을 포함한다. 적합한 배합 공정들 및 조건들의 추가 예들은 또한 Kirk-Othmer Encyclopedia 및 Modern Plastics Encyclopedia, McGraw-Hill(New York, 1995)에서 찾아볼 수 있다.
봉지재 조성물은 임의의 적합한 공정에 의해 필름들 또는 시트들로 형성될 수 있다. 이러한 공정들에 대한 정보는 예를 들어, Kirk Othmer Encyclopedia, Modern Plastics Encyclopedia 또는 Wiley Encyclopedia of Packaging Technology, 제2판, A.L. Brody 및 K.S. Marsh, Eds., Wiley-Interscience(Hoboken, 1997)와 같은 참조 문헌들에서 찾아볼 수 있다. 예를 들어, 시트들은 침지 코팅, 용해 주조, 압축 성형, 사출 성형, 적층, 용융 압출, 취입 필름, 압출 코팅, 탠덤 압출 코팅, 또는 임의의 다른 적합한 절차를 통해 형성될 수 있다. 바람직하게는, 시트들은 용융 압출, 용융 공압출, 용융 압출 코팅 또는 탠덤 용융 압출 코팅 공정에 의해 형성된다.
이와 관련하여, "필름" 및 "시트"라는 용어들은 여기서 사용될 때, 실질적으로 평면인 연속적인 물품들을 지칭한다. 이와 관련하여 사용되는 "연속적인(continuous)"이라는 용어는 필름 또는 시트가 약 3 m 이상, 약 10 m 이상, 약 50 m 이상, 약 100 m 이상 또는 약 약 250 m 이상의 길이를 갖는다는 것을 의미한다. 또한, 시팅은 5 이상, 10 이상, 25 이상, 50 이상, 75 이상 또는 100 이상의 종횡비, 즉 길이 대 너비 비를 갖는다.
또한, 필름과 시트 간 차는 두께이나; 필름과 시트를 구별하는 정확한 두께에 대한 산업 표준은 없다. 그러나, 여기서 사용될 때, 필름은 일반적으로 약 10 mil(0.254 mm) 이하의 두께를 갖는다. 시트는 일반적으로 약 10 mil(0.254 mm)보다 큰 두께를 갖는다. 여기서의 설명은 특정 사례들에 달리 제한되지 않는 한, 필름들 및 시트들에 동일하게 속한다. 그러나, 편의상, 소정의 상황에서 이러한 용어들 중 하나만 사용될 수 있다.
또한 봉지재 조성물을 포함하는 시트들은 하나의 측 또는 양측에 매끄럽거나 거친 표면을 가질 수 있다. 바람직하게는, 시트들은 적층 공정 동안 탈기를 촉진하기 위해 양측 상에 거친 표면들을 갖는다. 거친 표면들은 기계적 엠보싱과 같은 통상적 공정들에 의해 생산될 수 있다. 예를 들어, 압출된 그대로의 시트는 다이의 출구에 근접하여 위치된 다이 롤의 특수 제조된 표면 위로 통과될 수 있다. 이러한 다이 롤은 용융된 중합체의 일측에 목적하는 표면 특성들을 부여한다. 그에 따라, 그러한 질감이 나는 롤의 표면이 미세한 고저를 가질 때, 질감이 나는 롤 상에 주조된 여전히 민감한 중합체 시트는 롤과 접촉하는 측 상에 거친 표면을 가질 것이다. 거친 표면은 일반적으로 롤 표면의 고저에 각각 부합한다. 질감이 나는 롤들은 예를 들어, 미국 특허 제4,035,549호 및 미국 특허 출원 공개 공보 제2003/0124296호에 설명되어 있다.
여기에 설명된 봉지재 조성물 층을 포함하는 광발전 모듈들은 PID(potential-induced degradation)에 내성이 있다. 이론에 얽매이지 않기를 바라지만, 봉지재 조성물은 알칼리 금속 양이온 및 특히 나트륨 양이온과 같은 이온에 낮은 투과성을 갖는 것으로 여겨진다. 그에 따라, 태양 전지에 손상을 일으킬 수 있는 이온이 태양 전지의 표면에 도달하지 못한다.
그에 따라, 여기에 봉지재 조성물을 포함하는 광발전 모듈들이 추가로 제공된다. 봉지재 조성물을 적절하게 포함할 수 있는 광발전 모듈들의 구조들은 Hayes 등에 허여된 미국 특허 제8,399,081호에 상세하게 설명된 구조들을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 봉지재 조성물의 층은 Hayes 등에 의해 설명된 임의의 중합체 층으로 대체될 수 있다. 바람직하게는, 여기에 설명된 봉지재 조성물의 층은 전면 또는 태양을 향하는 봉지재들 층 및 후면 또는 태양을 향하지 않는 봉지재 층들을 포함하여 Hayes 등에 의해 설명된 임의의 봉지재 층으로 대체된다. 더 바람직하게는, 여기에 설명된 봉지재 조성물의 층은 태양 전지들과 나트륨 이온을 함유하는 유리 시트 사이에 배치되는 봉지재 층으로 대체된다. 더욱 더 바람직하게는, 여기에 설명된 봉지재 조성물의 층은 태양 전지들과 광발전 모듈의 전면 또는 태양을 향하는 측 상의 나트륨 이온을 함유하는 유리 시트 사이에 배치되는 봉지재 층으로 대체된다.
또한, 여기에 설명된 봉지재 조성물의 층은 Hayes 등에 의해 설명된 임의의 봉지재 층과 함께 사용된다. 더 구체적으로, 바람직한 광발전 모듈은 유리/제1 봉지재 층 층/태양 전지 어셈블리/제2 봉지재 층/가요성 후면 시트 또는 유리 구조를 가지며, 여기서 제1 또는 제2 봉지재 층들 중 하나는 여기에 설명된 EVA 및 E/X 공중합체 A를 포함하고 제1 또는 제2 봉지재 층 중 다른 하나는 Hayes 등에 의해 설명된 임의의 봉지재 층일 수 있다. 이러한 바람직한 광발전 모듈에서, 제1 및 제2 봉지재 층들은 전면 또는 후면 봉지재 층들일 수 있다. 또한, 태양 전지 어셈블리와 나트륨 이온을 함유하는 유리 시트 사이에 배치되는 봉지재 층을 포함하는 임의의 광발전 모듈은 그렇게 배치된 봉지재 층이 제1 및 제2 봉지재 층으로 대체될 때 바람직한 광발전 모듈이며 여기서 제1 또는 제2 봉지재 층들 중 하나는 여기에 설명된 EVA 및 E/X 공중합체 A를 포함하고 제1 또는 제2 봉지재 층 중 다른 하나는 Hayes 등에 의해 설명된 임의의 봉지재 층일 수 있다.
광발전 모듈들은 또한 태양 전지 어셈블리들을 포함한다. 이러한 어셈블리들은 하나 이상의 태양 전지를 포함한다. 가장 일반적인 두 가지 유형의 광발전 모듈은 웨이퍼 기반 태양 전지들 또는 박막 태양 전지들을 포함한다. 웨이퍼 기반 태양 전지들을 포함하는 광발전 모듈들은 일반적으로 유리/봉지재/태양 전지(들)/봉지재/유리 또는 유리/봉지재/태양 전지(들)/봉지재/가요 성 후면 시트 층들을 포함하는 구조를 갖는다.
박막 태양 전지들은 웨이퍼 기반 태양 전지들의 대안이다. 그러한 전지에 통상적으로 사용되는 물질들은 비정질 실리콘(a-Si), 미정질 실리콘(μc-Si), 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 구리 인듐 셀레나이드(CuInSe2 또는 CIS), 구리 인듐/갈륨 디셀레 나이드(CuInxGa(1-x)Se2 또는 CIGS), 광 흡수 염료, 유기 반도체 등을 포함한다. 예로서, 박막 태양 전지들은 예를 들어, 미국 특허 5,507,881; 5,512,107; 5,948,176; 5,994,163; 6,040,521; 6, 123,824; 6,137,048; 6,288,325; 6,258,620; 6,613,603; 및 6,784,301; 및 미국 특허 공개 공보 20070298590; 20070281090; 20070240759; 20070232057; 20070238285; 20070227578; 20070209699; 20070079866; 20080223436; 및 20080271675에 설명되어 있다.
박막 태양 전지 어셈블리는 통상적으로 기판을 포함한다. 다층의 광 흡수 및 반도체 물질이 기판 상에 증착된다. 기판은 유리 또는 가요성 필름일 수 있다. 기판은 또한 입사 태양 광을 향하는 모듈들에서 상층 기판로 지칭될 수 있다. 박막 태양 전지 어셈블리들은 일반적으로 반도체 물질들 상에 증착되는 투명 전도성 산화물(TCO) 또는 전기 배선과 같은 전도성 코팅들을 더 포함할 수 있다. 웨이퍼 기반 태양 전지 어셈블리들과 유사하게, 박막 태양 전지 어셈블리는 중합체 봉지재 층들 사이에 개재 또는 적층될 수 있고, 이러한 구조는 차례로 외측 보호 층들 사이에 개재 또는 적층될 수 있다.
박막 태양 전지 어셈블리는 단지 하나의 표면, 구체적으로는 중합체 봉지재 층에 적층되는 기판 또는 상층 기판과 대향하는 표면을 가질 수 있다. 이러한 태양 전지 모듈들에서, 봉지재 층은 가장 흔히 외측 보호 층과 접촉하고 외측 보호 층에 적층된다. 예를 들어, 박막 태양 전지 모듈은 전면 또는 태양을 향하는 측으로부터 후면 또는 태양을 향하지 않는 측으로의 위치 순서로,(1) 전면 태양을 향하는 측 상에 상층 기판을 갖는 박막 태양 전지 어셈블리,(2) 고분자 후면 봉지재 층, 및(3) 후면 보호 층 또는 "후면 시트"를 포함하는 적층 구조를 가질 수 있다. 이 구조에서, 상층 기판은 전면 보호 층의 기능들을 수행한다.
대안적으로, 박막 태양 전지 모듈은 전면 또는 태양을 향하는 측으로부터 후면 또는 태양을 향하지 않는 측으로의 위치 순서로,(1) 전면 보호 층 또는 "전면 시트", (2) 중합체 후면 봉지재 층, 및(3) 후면 또는 태양을 향하지 않는 측 상에 기판을 갖는 박막 태양 전지 어셈블리를 포함하는 적층 구조를 가질 수 있다. 이 구조에서, 기판은 또한 후면 보호 층의 기능들을 수행한다.
후면 시트들에 사용되는 적합한 플라스틱 필름 층들은 중합체 이를테면 폴리에스테르(예를 들어, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 및 폴리(에틸렌 나프탈레이트)), 폴리 카보네이트, 폴리올레핀(예를 들어, 폴리 프로필렌, 폴리에틸렌 및 사이클릭 폴리올레핀), 노르보르넨 중합체, 폴리스티렌(예를 들어, 신디오택틱 폴리스티렌), 스티렌-아크릴레이트 공중합체, 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체, 폴리술폰(예를 들어, 폴리에테르술폰, 폴리술폰 등), 나일론, 폴리(우레탄), 아크릴, 셀룰로오스 아세테이트(예를 들어, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 트리아세테이트 등), 셀로판, 폴리(염화 비닐)(예를 들어, 폴리(염화 비닐리덴)), 플루오로 중합체(예를 들어, 폴리 불화 비닐, 폴리 불화 비닐 리덴, 폴리 테트라 플루오로 에틸렌, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체 등) 및 이들의 둘 이상의 조합들을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 플라스틱 필름은 또한 이축 배향 폴리 에스테르 필름(바람직하게는 폴리(에틸렌 테레 프탈레이트) 필름) 또는 플루오로 폴리머 필름(예를 들어, EI du Pont de Nemours and Company, Wilmington, De(DuPont)의 Tedlar®, Tefzel® 및 Teflon® 필름들)일 수 있다. 나아가 여기서 사용된 필름들은 플루오로 중합체/폴리에스테르/플루오로 중합체 다층 필름과 같은 다층 필름의 형태일 수 있다(예를 들어, Tedlar®/PET/Tedlar® 또는 Isovolta AG., Austria 또는 Madico, Woburn, MA에서 구할 수 있는 TPT 적층 필름). 이러한 동일한 물질들은 투명할 때, 또한 가요성 전면 시트들에 사용하기에 적합하다.
"유리"라는 용어는 여기서 사용될 때, 윈도우 유리, 플레이트 유리, 실리케이트 유리, 시트 유리, 저철 유리, 강화 유리, 강화 저철 유리, 강화 CeO-프리 유리, 플로트 유리, 착색 유리, 특수 유리(태양열 난방을 제어하기 위한 성분들을 함유하는 것들과 같은), 코팅된 유리(태양 광 제어 목적들을 위한 금속 화합물들(예를 들어,은 또는 인듐 주석 산화물)로 스퍼터링된 것들과 같은), 저 E-유리, Toroglas™ 유리(Saint-Gobain N.A. Inc., Trumbauersville, PA) Solexia™ 유리(PPG Industries, Pittsburgh, PA) 및 Starphire™ 유리(PPG Industries)를 포함한다. 이러한 그리고 다른 특수 유리들은 예를 들어, 미국 특허 4,615,989; 5,173,212; 5,264,286; 6,150,028; 6,340,646; 6,461,736; 및 6,468,934에 설명되어 있다.
중합체 필름들과 같은 다른 물질들은 두 유형의 광발전 모듈에서 하나 이상의 유리 층으로 대체될 수 있다. 그러나, 본 발명의 광발전 모듈들은 바람직하게는 적어도 하나의 유리 층을 포함한다. 여기에 설명된 봉지재 조성물이 봉지재 층에 사용될 때, 이러한 광발전 모듈들은 통상적 EVA 봉지재들을 포함하는 광발전 모듈들과 비교할 때, PID에 대하여 상당히 큰 안정성을 제공한다. 안정성의 개선은 광발전 모듈이 유리를 포함하는 광발전 모듈들에서 더 크다. 바람직하게는, 유리는 저나트륨 또는 저알칼리 유리, 이를테면 Intl. 특허 출원 공개 공보 제WO2013/020128호에 설명된 유리들이 아니다.
광발전 모듈이 하나보다 많은 봉지재 층을 포함할 때, 추가 봉지재 층(들)은 여기서 설명된 바와 같은 봉지재 조성물을 포함할 수 있다. 대안적으로, 추가의 봉지재 층(들)은 다른 중합체 물질들, 이를테면 산 공중합체, 산 공중합체의 이오노머, 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체, 폴리(비닐 아세탈)(음향 등급 폴리(비닐 아세탈) 포함), 폴리우레탄, 폴리(염화 비닐), 폴리에틸렌(예를 들어, 선형 저밀도 폴리에틸렌), 폴리올레핀 블록 공중합체 엘라스토머, α-올레핀 및 α,β-에틸렌성 불포화 카르복실산 에스테르의 공중합체(예를 들어, 에틸렌 메틸 아크릴레이트 공중합체 및 에틸렌 부틸 아크릴레이트 공중합체), 실리콘 엘라스토머, 에폭시 수지, Hayes 등에 의해 설명된 임의의 봉지재 층, 및 이러한 물질들 중 둘 이상의 조합들을 포함할 수 있다.
광발전 모듈의 각 봉지재 층은 독립적으로 범위가 약 5 내지 약 40 mil(약 0.125 내지 약 1 mm), 또는 약 2 내지 약 30 mil(약 0.250 내지 약 0.625mm), 또는 약 15 내지 약 20 mil(약 0.381 내지 약 0.505 mm)에 이를 수 있는 두께를 갖는다. 봉지재 층이 다층 형태일 때, 다층 봉지재의 총 두께는 위에서 제시된 범위들 내에 속한다. 또한, 여기에 설명된 광발전 모듈들은 하나보다 많은 봉지재 층, 예를 들어 전면 봉지재 층(태양 전지 앞) 및 후면 봉지재 층(태양 전지 뒤)을 가질 수 있다. 이러한 봉지재 층들 각각은 위에서 제시된 바와 같은 총 두께를 갖는다.
봉지재 조성물을 포함하는 광발전 모듈들은 임의의 적합한 공정에 의해 만들어질 수 있다. 광발전 모듈들은 미국 특허 제5,593,532호에 설명된 것들과 같은 진공 적층 공정들에 의해 가장 흔히 만들어진다. 대안적으로, 광발전 모듈들은 미국 특허 제7,763,360호 및 미국 특허 공개 공보 제2007/0228341호의 유리 적층에 대하여 설명된 것들과 같은 오토클레이브 적층 공정에 의해 만들어질 수 있다. 그러나, 오토클레이브가 아닌 적층 공정들이 또한 사용될 수 있다. 적합한 오토클레이브가 아닌 적층 공정의 일부 예는 또한 미국 특허 제7,763,360호 및 제8,637,150호에 설명되어 있다.
해당 기술분야에서의 통상의 기술자는 요청될 수 있는 적층 공정 대한 임의의 조정을 수행할 수 있을 것으로 여겨진다. 예를 들어, 여기에 설명된 봉지재 조성물의 용융 지수가 통상의 봉지재층의 용융 지수에 비해 증가되는 경우, 공정에 대한 합리적인 조정은 적층 온도 또는 사이클 시간을 감소시키는 것을 포함한다.
하기 예들은 본 발명을보다 상세하게 설명하기 위해 제공된다. 본 발명을 수행하기 위해 현재 고려되는 구체적인 실시 예들 및 바람직한 모드를 제시하는 이러한 예들은 본 발명을 예시하기 위한 것이며 제한하지 않는다.
예들
물질들 및 방법들
달리 명시되지 않는 한, 다음 물질들은 표 1, 2 & 3에 열거된 예들 전체에 걸쳐 사용되었다:
·어닐링된 플로트 유리 - AGC Solite 145 x 155 x 3.2 mm, AGC 평면 유리 북미, Alpharetta, GA
·후면 시트들 - Dun-Solar 1200TPT, Dunmore Corp., Bristol, PA
·태양 전지들 - Motech 단결정 XS125-165R, Motech Industries, Tainan City, Taiwan
·전선, 태빙 리본, 버스 바 - Wuxi Sveck Technology, Wuxi, China
o 조성 - 주석 62%, 납 36%, 은 2%
o 태빙 리본 - 0.16 x 2 mm
o 버스 바 - 0.2 x 5 mm
·접속 배선함 - Renhe Solar, 모델 번호 PV-RH06-60, Renhe Solar, Zhejiang, China
·봉지재(표 1 및 표 2에 제시된 대로 사용됨)
o STR15420P, 상업용 EVA 봉지재, STR Holdings, Enfield, CT
o HZ 406P, 상업용 EVA 봉지재, Hangzhou First Applied Materials, Hangzhou, China
o 다음과 같이 EVA 및 E/MAME를 포함하는 EN1 내지 EN4:
EVA - 공중합체의 총 중량을 기준으로 28 wt%의 비닐 아세테이트 공중합 단위를 포함하고 190 ℃ 및 2.16 kg에서 ASTM D1238에 따라 결정될 때, 용융 유속 3.0 g/10분을 갖는 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체;
E/MAME - 공중합체의 총 중량을 기준으로 15 wt%의 말레산의 모노에틸 에스테르 공중합 단위를 포함하고 190 ℃ 및 2.16 kg에서 ASTM D1238에 따라 결정될 때, 용융 유속 400 g/10분을 갖는 에틸렌/모노에틸 말레산염 공중합체;
봉지재 EN1-EN4를 함유하는 E/MAME의 구체적인 제형은 표 1에 제공된다. 가교제는 tert-부틸퍼옥시 2-에틸헥실 카보네이트(TBEC)(Luperox® TBEC, Arkema)이다. 공동 가교제, 트리알릴 이소시아누레이트(TAIC, Ciba). 광 안정제는 비스(2,2,6,6,-테트라메틸-4-피페리딜) 세바케이트(티누빈 770, 시바)이다. 실란 커플링제는 3-메타크릴옥시프로필 트리메톡시실란(KBM-503, Shin-Etsu Chemical)이다. UV 흡수제는 [2-하이드록시-4-(옥틸옥시)페닐]페닐메탄온Chimassorb 81, Ciba)이다. 모든 첨가제를 추가 정제없이 사용하였고, 첨가제 제형은 100부의 EVA 및 EMAME 공중합체 혼합물을 기본으로 한다.
표 2 및 표 3에서 봉지재로 사용된 EN1 내지 EN4 캐스트 시트들은 다음과 같이 제조되었다. EVA를 실란 커플링제로 밤새 최소 8시간 동안 침지시켰다. 최종 제형의 화합물의 균일성을 증가시키기 위해 나머지 첨가제, 즉 가교제, 공동 가교제, 광 안정제 및 UV 흡수제를 함유하는 농축물은 EVA 수지로 제조하였다. 실란에 침지된 EVA, 농축물 및 EMAME 수지를 균일하게 혼합하고 수지 매트릭스의 조기 가교를 방지하기 위해 설정 온도가 110C 미만인 이축 압출기의 호퍼에 공급한다.
| EN 1 | EN 2 | EN 3 | EN 4 | |
| EVA 공중합체 | 95 | 90 | 85 | 80 |
| EMAME 공중합체 | 5 | 10 | 15 | 20 |
| Luprerox® TBEC | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| TAIC | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| Tinuvin® 770 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
| KBM-503 | 0.175 | 0.175 | 0.175 | 0.175 |
| Chimassorb®81 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.05 |
EMAME와 EVA의 봉지재 제형
표 2 및 표 3의 광발전 모듈들은 다음 방법에 따라 적층하여 형성하였다,. 어닐링된 플로트 유리(AGC Solite 145 x 155 x 3.2 mm, AGC 평면 유리 북미, Alpharetta, GA)를 탈이온수로 헹구고 건조시켰다. 유리/전면 봉지재/하나의 태양 전지/후면 봉지재/후면 시트 모듈 구성이 만들어졌다. 사용된 전면 봉지재 및 후면 봉지재는 표 2 및 표 3의 예들에 설명되어 있다. 태양 전지들(XS125-165R, Motech Industries, Inc., Tainan City, Taiwan)는 단결정이었고 0.16 x 2mm 리본(Wuxi Sveck Technology, Wuxi, China)으로 태빙하였다. 0.2 x 5mm 버스 바(Wuxi Sveck Technology, Wuxi, China)는 Dunsolar 1200TPT 후면 시트(Dunmore Corporation, PA, Bristol, PA)와 전기적으로 절연되었다.
진공-적층 사이클은 150 ℃의 설정 온도에서 1000 mbar의 정압에서 진공 시간이 4분이고 프레스 시간이 13분인 18분 처리 시간을 가졌다. 진공 적층기는 Meier Icolam Model 2515(NPC-Meier GMBH, Bocholt, Germany)였다. 미니-모듈을 진공 적층기에서 제거하고 주위 온도로 냉각시켰다. 버스 바들은 접속 배전함에 납땜되었으며, 밀봉 박스로 모듈에 부착되었다.
광발전 모듈들은 다음 방법에 따라 PID에 대해 테스트되었다. 모듈들은 3M 1-인치 알루미늄계 테이프(3M Company, Saint Paul, MN)로 커버 글래스의 네 개의 가장자리 모두에 테이핑되었다. 모듈의 전면은 처리되지 않은 알루미늄 호일로 완전히 덮었다. 알루미늄-호일 모듈들을 환경 챔버(모델 SE-3000-4, Thermotron Industries, Holland, MI)에서 96시간 동안 60C 및 85% 상대 습도에서 유지하고, 알루미늄 호일과 태양 전지들 사이에 IEC TS 62804-1 기술 사양에 따라 96시간 동안 -1kV의 전압 전위를 인가하였다.
96h의 시험 기간 이후, 전력 측정에 의해 모듈들을 모니터링하였다. 모듈들의 전력 출력은 IEC 16215 방법에 따라 AMI 1.5 광원을 갖는 Spire SPI-SUN Simulator 4600SLP(Spire Group LLC, Ridgefield, CT)로 측정하였다.
비교 예들 CE1 및 CE2에서 시중에서 구할 수 있음 EVA계 봉지재로 제조된 태양광 모듈들은 모듈 전력의 각각 90% 및 78%를 잃었다. 그에 따라, 1 킬로볼트 또는 1000V의 전위로 인해 전력이 크게 저하되어, CE1 및 CE2의 두 모듈에서 PID가 발생한다. 예들 EX1(봉지재가 5wt% EMAME를 함유), EX2(봉지재가 10wt% EMAME를 함유), EX3(봉지재가 15wt% EMAME를 함유) 및 EX4(봉지재가 20wt% EMAME를 함유)에서 EMAME 및 EVA 공중합체들로 구성된 봉지재들로 제조된 태양광 모듈들은 모두 초기 전력의 5% 미만을 잃거나 초기 전력의 95% 초과를 유지했다. 따라서, 예 EX1에서의 5 wt.%에서도 EMAME의 존재는 전력 유지를 상당히 개선하고 PID의 효과를 상당히 감소시킨다.
| 예 | 전면 봉지재 | 후면 봉지재 | 60C/85%RH/-1kV에서 96h 이후 전력 유지 |
| CE1 | EVA (STR 15420) | EVA (STR 15420) | 9.9% |
| CE2 | EVA (HZ First 406P) | EVA (STR15420) | 21.8% |
| EX1 | EN1 | EN1 | 96.3% |
| EX2 | EN2 | EN2 | 97.4% |
| EX3 | EN3 | EN3 | 98.8% |
| EX4 | EN4 | EN4 | 98.0% |
PID 조건들: 60C/85%RH/-1000V(알루미늄 호일)
표 3은 다른 광발전 모듈 세트를 나열하고 -1500V 및 85 ℃/85% 상대 습도(RH)에 대한 모듈 노출 후 유지되는 전력을 요약한다. 이러한 모듈들에는 알루미늄 프레임들이 장착되었고 높은 전압 전위에서는 알루미늄 호일이 사용되지 않았다. 그에 따라, 모듈의 유리는 85%RH에 노출되었다. 비교 예 CE3 내지 CE4는 각각 상용 EVA 봉지재, STR Solar 15420P 및 Hangzhou First 406P를 가졌다. 예들 EX5 내지 EX8은 EVA 및 E/MAME계 봉지재들, EN1 내지 EN4를 가졌다. 48시간 및 96시간에 1500V 및 85℃/85%RH 테스트의 전력 유지 결과는 봉지재들 EN1 내지 EN4를 함유하는 5 내지 20%의 EMAME를 갖는 광발전 모듈들이 테스트 기간 동안 5% 미만 PID 감소, 즉 95% 초과 전력 유지 감소를 나타냈다는 것을 입증한다. 그에 반해, 비교 예들 CE3 및 CE4에서 종래 EVA 봉지재들을 갖는 광발전 모듈들은 각각 테스트 조건들 하에서 96시간 내에 PID에 의해 모듈의 초기 전력의 30% 및 65%를 잃었다.
|
|
미니-모듈에서 유지되는 전력 백분율 | ||
| 예 | 전면 및 후면 봉지재 | 48h | 96h |
| CE3 | STR15420P EVA | 79.2% | 69.9% |
| CE4 | HZ 406P EVA | 49.9% | 35.4% |
| EX5 | EN1 | 97.3% | 95.0% |
| EX6 | EN2 | 99.1% | 97.1% |
| EX 7 | EN3 | 98.1% | 98.5% |
| EX 8 | EN4 | 97.9% | 96.9% |
PID 조건들: 85℃/85%RH/-1500V(알루미늄 호일 없음)
본 발명의 바람직한 실시 예들 중 특정 실시 예들이 위에서 설명되고 구체적으로 예시되었지만, 본 발명이 그러한 실시 예들로 제한되는 것은 아니다. 다음의 청구범위에 제시된 바와 같이, 본 발명의 범위 및 사상에서 벗어나지 않고 다양한 변형이 이루어질 수 있다.
Claims (15)
- 봉지재 층 및 태양 전지 어셈블리를 포함하는 광발전 모듈로서,
상기 봉지재 층은 에틸렌 및 비닐 아세테이트(EVA)의 공중합체와 항-PID(anti-potential-induced degradation) 강화 공중합체 A의 혼합물을 포함하는 봉지재 조성물을 포함하며, 상기 봉지재 조성물은 최대 96 시간 동안 습열(85 ℃/85%RH) 및 1500V의 전압 전위에 노출된 후 초기 전력 출력의 ＞90%를 초과하는 전력 출력 안정성을 제공하고,
상기 공중합체 A는 E/X 공중합체이며, 여기서 E는 에틸렌이고 X는 말레산 무수물의 하프-에스테르이며, 상기 E/X 공중합체는, 중합체 중량의 12 내지 25 wt.%의 범위 내, 말레산 무수물 모노-메틸 에스테르, 말레산 무수물 모노-에틸 에스테르(MAME), 말레산 무수물 모노-프로필 에스테르, 말레산 무수물 모노-부틸 에스테르 또는 이들의 조합을 포함하거나; 또는
상기 공중합체 A는 E/X/Y 공중합체이며, 여기서 E는 에틸렌이고 X는 말레산 무수물의 하프-에스테르이고, X는 중합체 중량의 6 내지 20 wt.%의 범위 내, 말레산 무수물 모노-메틸 에스테르, 말레산 무수물 모노-에틸 에스테르(MAME), 말레산 무수물 모노-프로필 에스테르, 말레산 무수물 모노-부틸 에스테르 또는 이들의 조합이고, Y는 중합체 중량의 1 내지 30 wt.%의 범위 내 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트 또는 이소-부틸 아크릴레이트, 또는 이들의 혼합물인, 광발전 모듈. - 청구항 1에 있어서, 공중합체 A는 EVA 및 공중합체 A의 총 중량의 1-30 wt.% 범위, 또는 2-20 wt.% 범위, 또는 4-15 wt.% 범위 내인, 광발전 모듈.
- 광발전 모듈의 PID(potential-induced degradation)를 감소시키는 방법으로서, 태양 전지 어셈블리, 유리 층 및 청구항 1의 봉지재 조성물을 포함하는 봉지재 층을 제공하는 단계; 상기한 유리 층/봉지재 층/태양 전지 어셈블리의 구조를 포함하는 광발전 모듈을 제조하는 단계; 상기 광발전 모듈을 작동시키는 단계; 및 상기 광발전 모듈에 의해 생성되는 전류를 시간의 함수로서 관측하는 단계를 포함하는, 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 봉지재 조성물은 IEC TS 62804-1 기술 사양에 따른 그러한 조건에서 1000 전압 전위를 통과시키는, 광발전 모듈.
- 청구항 1에 있어서, 상기 봉지재 조성물은 IEC TS 62804-1 기술 사양에 따른 그러한 조건에서 1500 전압 전위를 통과시키는, 광발전 모듈.
- ◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈청구항 1에 있어서, 상기 봉지재 조성물의 공중합체는 공중합 에틸렌 및 비닐 아세테이트이며, 여기서 비닐 아세테이트는 상기 중합체 중량의 15 wt% 내지 약 35 wt% 또는 25-32 wt.% 범위 내인, 광발전 모듈.
- ◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈청구항 1에 있어서, 상기 공중합체 A는 상기 E/X 공중합체인, 광발전 모듈.
- ◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈청구항 1에 있어서, 상기 공중합체 A는 상기 E/X 공중합체이고, X는 상기 중합체 중량의 15-20 wt.%의 범위 내에서 존재하는, 광발전 모듈.
- ◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈청구항 1에 있어서, 상기 공중합체 A는 상기 E/X/Y 공중합체인, 광발전 모듈.
- ◈청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈청구항 1에 있어서, 상기 공중합체 A는 상기 E/X/Y 공중합체이고, X는 상기 중합체 중량의 8-15 wt.%의 범위 내에 존재하고, Y는 상기 중합체 중량의 5-15 wt.%의 범위 내에 존재하는, 광발전 모듈.
- ◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈청구항 1에 있어서, 상기 봉지재 조성물은 상기 광발전 모듈의 성능에 악영향을 미치지 않는 한, 하나 이상의 다른 중합체 및 또는 기타 첨가제를 포함하는, 광발전 모듈.
- ◈청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈청구항 1에 있어서, 하나 이상의 유리 층, 하나 이상의 가요성 후면 시트 층, 또는 상기 봉지재 층과 동일하거나 상이할 수 있는 제2 봉지재 층을 더 포함하는, 광발전 모듈.
- ◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈청구항 1에 있어서, 유리/봉지재/태양 전지 어셈블리/봉지재 층/유리; 유리/봉지재/태양 전지 어셈블리/봉지재/가요성 후면 시트; 유리/봉지재/태양 전지 어셈블리/유리; 및 유리/봉지재/태양 전지 어셈블리/가요성 후면 시트의 군으로부터 선택되는 구조로 이루어지는, 광발전 모듈.
- ◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈청구항 1에 있어서, 상기 태양 전지 어셈블리는 박막 태양 전지를 포함하는, 광발전 모듈.
- ◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈청구항 1에 있어서, 상기 봉지재 층은 다층 형태인, 광발전 모듈.
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