KR19980063242A - 내습성 및 투명성이 우수한 특수 표면 피복재를 갖는 태양 전지 모듈 - Google Patents

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미따라이 후지오
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Abstract

전도성 코트를 가지는 집전 전극이 배치되어 있는 수광면을 갖는 광기전력 소자, 및 상기 광기전력 소자의 광입사측에 순차 적층된 충전재 및 표면 보호막을 포함하는 표면 피복재로 이루어지며, 박막 수지층이 상기 광기전력 소자와 상기 충전재 사이에 내삽되어 상기 집전 전극의 전도성 코트내에 존재하는 간극이 상기 박막 수지층에 의해 충전되는 태양 전지 모듈이 개시되어 있다.

Description

내습성 및 투명성이 우수한 특수 표면 피복재를 갖는 태양 전지 모듈
본 발명은 특히 내습성 및 투명성이 우수한 태양 전지 모듈에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 고온 고습한 환경 조건 하에서 장기간 동안 사용되었을 때 광기전력 소자의 션트 (shunt) 저항 등의 감소에 기인하여 태양 전지 특성이 열화되는 것을 효과적으로 방지하도록 개선된 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
최근, 다수의 태양 전지 모듈이 제안되었다. 도 1은 이러한 태양 전지 모듈의 전형적인 예의 구성을 예시하는 개략 단면도이다. 도 1에서, 참조 번호 (1101)은 집전 전극 (1108)을 갖는 광기전력 소자 (또는 태양 전지)를, 참조 번호 (1102)는 표면측 충전재를, 참조 번호 (1103)은 표면 보호층 (또는 막)을, 참조 번호 (1105)는 이면측 충전재를, 참조 번호 (1106)은 절연 부재를, 그리고 참조 번호 (1107)은 기체 부재 (또는 이면 보강재)를 각각 나타낸다. 특히, 표면 보호층 (1103)은 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체 (ETFE) 막 또는 폴리불화비닐 (PVF) 막 등의 불소 수지막으로 이루어지고, 표면측 충전재 (1102)는 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 (EVA) 또는 부티랄 수지로 이루어지며, 이면측 충전재 (1105)는 (표면측 충전재 (1102)와 동일한) EVA 또는 에틸렌 에틸 아세테이트 공중합체 (EEA)로 이루어지고, 절연 부재 (1106)은 나일론 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) 등의 유기 수지막 또는 테들라 (Tedlar (등록 상표))가 샌드위치된 알루미늄박으로 된 부재로 이루어진다. 이 태양 전지 모듈에서, 표면측 충전재 (1102)는 또한 광기전력 소자 (1101)과 표면 보호층 (1103)인 불소 수지막 사이에서 접착제로서 기능하며, 이면측 충전재 (1105)는 또한 광기전력 소자 (1101)과 절연 부재 (1106) 사이에서 접착제로서 기능한다. 표면 보호층 (1103)인 불소 수지막은 표면측 충전재 (1102)와 함께 광기전력 소자 (1101)이 외부로부터 손상되거나 외부 충격을 받는 것을 방지하는 기능을 한다. 절연 부재 (1106)은 태양 전지 모듈에 적당한 강성을 부가하면서 태양 전지 모듈을 보강하기 위해 배치된다.
광기전력 소자의 집전 전극 (1108)은 통상 전도성 조성물로 코팅된 금속제 와이어를 사용하거나 전도성 페이스트를 스크린 인쇄함으로써 형성된다.
이러한 태양 전지 모듈에 있어서는 EVA가 통상 표면측 충전재(1102)로서 사용된다. 또한, 광기전력 소자를 충분히 밀폐시키기 위해서, 2,5-디메틸-2,5-비스(t-부틸퍼옥시)헥산 (1시간 반감 온도: 138 ℃) 등의 가교결합제가 표면측 충전재인 EVA 중에 혼입된다. 이 외에, 저온에서 분해될 수 있는 과산화물이 상기 EVA용 가교결합제로서 사용되는 것으로 알려져 있다. 이 때, EVA는 상기 과산화물이 저온에서 분해됨으로써 가교결합된다. 표면측 충전재인 EVA용 가교결합제로서 과산화물을 사용하는 경우에, 태양 전지 모듈을 제조하기 위한 적층 공정에서 표면측 충전재인 EVA의 가교결합은 고속으로 진행한다 (이하, 이를 고속 EVA 가교결합 방식이라고 부른다). 따라서, 적층 공정에서의 열처리를 단시간 내에 수행할 수 있게 되고, 그 결과 적층 공정에 필요한 시간이 줄어든다. 고속 EVA 가교결합 방식의 사용은 상기한 바와 같이 적층 공정에서의 열처리를 단시간 내에 수행할 수 있게 하기 때문에, 표면측 충전재인 EVA 및 표면 보호막인 불소 수지막을 포함하는 피복재에 열처리시 가해지는 열에너지의 양이 비교적 작아지고, 그 결과 피복재가 가해진 열에너지에 의해 황변하는 것을 방지하며, 따라서 광기전력 소자에 초기 광학 특성이 우수한 표면 피복재를 형성할 수 있다는 또다른 이점을 제공한다.
고속 EVA 가교결합 방식에 의해 형성된 초기 광학 특성이 우수한 상기 표면 피복재를 갖는 태양 전지 모듈의 경우에, 최외측 표면측 상에 위치하는 표면 보호막으로서 표면 피복재 중에 존재하는 불소 수지막은 습기의 영향을 방지하는 발수 효과가 만족스럽지만, 불소 수지막만으로 만족스런 습기 차단 기능을 얻기는 어렵다. 또한, 광기전력 소자는 불소 수지막 하부에 위치하며 수분 흡수성이 큰 EVA에 의해 밀봉된다. 이 때문에, 이러한 태양 전지 모듈은 이 태양 전지 모듈을 고온 고습 환경 조건 하에서 연속적으로 사용하는 경우에 그의 장기 안정성 보장 측면에서 충분치 못하다. 또한, 광기전력 소자의 집전 전극이 전도성 재료의 입자들 및 결합제 수지를 포함하는 전도성 조성물로 코팅된 금속제 와이어로 이루어진 경우에, 금속제 와이어의 코팅에는 결합제 수지에 의해 충분히 충전되지 않고 남아있는 전도성 입자들 사이에 필연적으로 간극이 존재하게 되어, 상기 금속제 와이어는 습기와의 접촉을 방지할 수 있는 상태로 충분히 보호되지 않는다.
한편, 고속 EVA 가교결합 방식은 EVA가 단시간 내에 가교결합할 수 있는 점에서 유리하지만, EVA가 유동 상태로 유지되는 시간이 짧다는 점에서 문제가 되며, 이 때문에 광기전력 소자에 존재하는 요철과 전도성 조성물로 코팅된 금속제 와이어로 이루어진 집전 전극에 존재하는 간극들은 EVA에 의해 충분히 충전되지 않아 태양 전지 모듈에 미충전 결함을 제공한다. 이 상황은 후술하는 바와 같은 문제점들을 야기시키기 쉽다. 습기가 태양 전지 모듈 내에 침입했을 때 이 습기는 상기 미충전 결함을 통과하여 집전 전극의 금속제 와이어에 이르게 된다. 이 경우, 금속제 와이어는 산화되어 직렬 저항의 증가의 원인이 되거나(되고) 금속제 와이어 표면의 금속이 이온화 및(또는) 석출되어, 광기전력 소자가 전압이 인가된 상태에 있는 경우 이온화 또는 석출된 금속은 광기전력 소자의 결함으로 이동하여 퇴적되고, 그 결과 광기전력 소자의 단락 회로 (또는 션트)의 원인이 된다. 이는 특히 태양 전지 모듈이 고온 고습의 가혹한 환경 조건하에 장시간 연속적으로 사용될 때 태양 전지 모듈의 광전 변환 성능의 저하를 가져온다.
또한, 전도성 조성물로 코팅된 금속제 와이어로 이루어진 집전 전극에 있어서, 습기가 상기한 바와 같이 전도성 조성물 중에 침입했을 때 집전 전극과 광기전력 소자 사이의 접착력이 점차 나빠져 그들 사이의 접촉 저항을 증가시키는 경향이 있으며, 따라서 광기전력 소자에 의해 생성된 전력은 장기간에 걸쳐 효율적으로 사용될 수 없다.
집전 전극이 전도성 금속 페이스트의 스크린 인쇄에 의해 형성된 경우에도 금속 페이스트로 형성된 집전 전극에는 전도성 조성물로 코팅된 금속제 와이어로 이루어진 집전 전극에서와 마찬가지로 간극이 생기기 쉽다. 따라서, 태양 전지 모듈에 습기가 침입했을 때 집전 전극의 금속 재료가 이온화 및(또는) 석출되고, 이 이온화 또는 석출된 금속은 광기전력 소자의 결함으로 이동하여 퇴적되어, 그 결과 광기전력 소자의 단락 회로 (또는 션트)의 원인이 된다는 점에서 전도성 조성물로 코팅된 금속제 와이어로 이루어진 집전 전극에서의 상기한 문제점들과 유사한 문제점들이 발생하는 경향이 있다.
또한, 내스크래치성이 개선된 표면 피복재를 만들기 위하여 EVA를 포함하는 표면측 충전재에 유리 섬유 부재를 함유시킨 경우, 습기가 종종 유리 섬유 부재와 표면측 충전재 사이의 계면을 통해 침입하여, 광기전력 소자를 습기 침입으로부터 효과적으로 보호하기 어렵다는 점에서 문제가 발생하기 쉽다.
한편, 태양 전지 모듈의 제조에 있어서 표면측 충전재로서 EVA 및 통상의 가교결합제를 병용하는 경우, EVA가 가교결합제에 의해 가교결합되는 시간이 비교적 길어지기 때문에, EVA는 비교적 긴 시간 동안 유동 상태로 유지된다. 따라서, 광기전력 소자에 존재하는 요철 및 집전 전극에 존재하는 간극들은 EVA에 의해 충분히 충전될 수 있다. 그러나, 집전 전극에 존재하는 간극들이 EVA에 의해 충분히 충전될 수 있다 하더라도, EVA 자체가 상기한 바와 같이 수분 흡수성이 크기 때문에, 집전 전극에 습기가 침입하는 것을 충분히 방지하기 어렵게 되는 경향이 있다. 그러므로, 내습성이 개선된 태양 전지 모듈을 얻기 어렵다. 이 외에, 집전 전극의 간극들을 충전하는 EVA가 집전 전극의 금속제 와이어와 접촉하는 경우, EVA가 황변하여 광기전력 소자에 도달하는 광량을 감소시킴으로써 광기전력 소자에 의해 제공되는 광전 변환 효율의 감소를 초래하는 문제를 수반하는 경향이 있다.
한편, 내습성이 개선된 태양 전지 모듈을 얻기 위하여 태양 전지 모듈의 최외측 표면 코팅 부재로서 유리 부재를 사용하는 것에 관하여 많은 제안이 있었다. 이러한 제안들에 따르면, 태양 전지 모듈의 최외측 표면 코팅 부재로서 유리 부재를 사용하면, 표면측으로부터 태양 전지 모듈로 습기가 침입하는 것은 방지할 수 있게 되지만, 태양 전지 모듈의 측면으로부터 태양 전지 모듈로 습기가 침입하는 것은 충분히 방지하기 어렵다. 태양 전지 모듈의 측면으로부터 태양 전지 모듈로 습기가 침입하는 것은 방지하기 위하여 태양 전지 모듈의 측면을 실리콘 실런트로 밀봉하는 방안이 알려져 있다. 그러나, 이 방안은 실리콘 실런트로 밀봉한 태양 전지 모듈의 측면이 장기 내습성이 불량하고, 태양 전지 모듈에 일단 침입한 습기는 외부로 거의 방출되지 않는다는 문제가 있다. 또한, 유리 부재를 포함하는 최외측 표면 피복재를 갖는 태양 전지 모듈은 가요성 및 내충격성이 나쁘고, 무거우며 비용이 비싸다는 문제가 있다.
또한, 내습성이 개선된 태양 전지 모듈을 얻기 위하여 CVD 스퍼터링 공정에 의해 유기 필름의 대향면 중 적어도 하나에 SiO2,, SiOx또는 알루미나 필름을 증착시킴으로써 내습성이 개선된 불소 수지막 등의 유기 수지막으로 이루어진 표면 보호층을 만드는 방안이 알려져 있다. 그러나, 표면 보호층으로서 유기 필름 상에 증착된 막은 종종 착색되어 투명성이 불량해지고, 이 때문에 얻어진 태양 전지 모듈의 초기 특성이 나빠진다. 또한, 이 경우 표면 보호층으로서 유기 필름 상에 증착된 막은 통상 고도로 결정성이어서 경질화된다. 따라서, 막형 모듈의 대표적 특징인 가요성이 감소하고, 표면 보호층으로서 유기 필름 상에 증착된 막은 모듈을 과도하게 구부렸을 때 습기 침입을 허용하는 상태로 균열을 일으키기 쉽다. 따라서, 이 방안은 태양 전지 모듈의 내습성을 개선함에 있어서 항상 효과적인 것은 아니다.
한편, 태양 전지 모듈은 종종 이를 건물의 지붕 위에 설치하여 사용되기도 한다. 이 경우, 태양 전지 모듈을 어떤 특정 국가에서 사용하기 위해서는 그 태양 전지 모듈이 그 나라의 지붕 재료에 관한 표준 규격에 규정된 요건을 만족시켜야 한다. 이러한 요건 중의 하나로서 연소 시험이 있다. 연소 시험을 통과하기 위해서는 태양 전지 모듈에 밀봉재로서 사용되는 가연성 수지에 속하는 EVA의 양을 감소시킬 필요가 있다. 그러나, 이러한 태양 전지 모듈에 상기한 바와 같이 사용된 EVA의 양을 감소시키는 경우, 광기전력 소자를 보호하기 위한 표면 피복재의 보호능이 그에 따라 감소한다. 이 문제를 해결하기 위하여, 유리 섬유 부재로 EVA를 보강할 것을 제안한 바 있다. 이 제안에서는 유리 섬유 부재를 표면 피복재에 배치함으로써 표면 피복재가 광기전력 보호능을 갖게하는 방식을 사용하였다. 이 경우, EVA는 유리 섬유 부재가 표면 피복재에 충분히 채워질 수 있는 양으로 사용되어야 한다. 그러나, 이러한 표면 피복 구조를 갖는 태양 전지 모듈은 미국의 UL 1703 표준 규격에 규정된 연소 시험에서 클라스 (Class) A에 속하는 지붕 재료로 승인 받기 어렵다.
본 발명의 목적은 선행 기술의 상기 문제점들을 해결할 수 있는 개선된 표면 피복재를 가지는 태양 전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 특히 내습성 및 투명성이 탁월한 개선된 표면 피복재를 가지는 태양 전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 고온 고습한 가혹 환경 조건하에서 장기간에 걸쳐 지속적으로 사용시에도 션트 저항 (Rsh)의 저하 뿐만 아니라 직렬 저항 (Rs)의 상승이 적고 열화됨이 없이 목적하는 광전 변환 성능을 지속적으로 나타내는 신뢰성이 높은 태양 전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 전도성 코트를 가지는 집전 전극이 배치되는 수광면을 갖는 광기전력 소자 (또는 태양 전지), 및 이 광기전력 소자의 광입사측에 순차 적층된 충전재 및 표면 보호막 (표면투명성 (surfatransparent) 불소 수지막을 포함함)을 포함하는 표면 피복재로 이루어지며, 투명 박막 수지층은 상기 광기전력 소자와 상기 충전재 사이에 내삽되어 상기 집전 전극의 전도성 코트내에 존재하는 간극이 상기 박막 수지층에 의해 충전되는 신뢰성이 높은 태양 전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 전도성 페이스트로 형성된 집전 전극이 배치되는 수광면을 갖는 광기전력 소자 (또는 태양 전지), 및 이 광기전력 소자의 광입사측에 순차 적층된 충전재 및 표면 보호막 (투명 불소 수지막을 포함함)을 포함하는 표면 피복재로 이루어지며, 투명 박막 수지층은 상기 광기전력 소자와 상기 충전재 사이에 내삽되어 상기 전도성 페이스트로 형성된 상기 집전 전극내에 존재하는 간극이 상기 박막 수지층에 의해 충전되는 신뢰성이 높은 태양 전지 모듈을 제공하는 것이다.
도 1은 통상의 태양 전지 모듈의 일례를 설명하는 개략 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 일례를 설명하는 개략 단면도.
도 3은 본 발명에 사용될 수 있는 광기전력 소자 (또는 태양 전지)의 일례를 설명하는 개략 단면도.
도 4는 본 발명의 집전 전극에 형성된 박막 수지층의 구성의 일례를 설명하는 개략 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 또다른 일례를 설명하는 개략 단면도.
도면의주요부분에대한부호의설명
1101: 광기전력 소자
1102: 표면측 충전재
1103: 표면 보호층
1105: 이면측 충전재
1106: 절연 부재
1107: 기체 부재
1108: 집전 전극
본 발명은 태양 전지 모듈의 표면 피복재에 특수 박막 수지층을 사용함으로써 후술하는 바와 같은 여러 잇점을 제공한다.
(1) 태양 전지 모듈용 표면 피복재를 얻을 수 있다. 특히, 특수 투명 박막 수지층은 전도성 입자 및 결합제 수지로 이루어진 전도성 조성물로 코팅된 금속제 와이어를 포함하는 집전 전극을 가지는 광기전력 소자 (또는 태양 전지)에 소정의 액상 수지를 도포하여 코트를 형성하고 상기 코트를 경화시킴으로써 형성될 수 있다. 이 경우에, 결합제 수지에 의해 충전됨이 없이 집전 전극의 코트내에 존재하는 간극은 액상 수지에 의해 충전되고 상기 간극내의 액상 수지는 경화되며, 집전 전극의 코트내에 존재하는 간극은 충분히 충전된다. 이로 인해, 집전 전극은 내부로 수분이 침입되는 것이 방지된다. 보다 구체적으로는, 집전 전극을 이루는 금속제 와이어는 수분 침입에 의해 산화되는 것이 방지되고, 집전 전극은 션트 저항 (Rsh)의 감소 뿐만 아니라 직렬 저항 (Rs)의 상승이 방지된다. 유사한 잇점이 전도성 페이스트 (금속 페이스트)를 사용함으로써 집전 전극을 형성하는 경우에도 제공된다. 특히, 집전 전극내로의 수분 침입은 효과적으로 방지되고, 또한 금속 이온의 석출 및 금속 이동은 효과적으로 방지된다.
(2) 초기 투광성이 탁월한 표면 피복재를 얻을 수 있다. 특히, 적절한 수지를 표면 충전재로서 선택적으로 사용할 수 있고 태양 전지 모듈을 제조하기 위한 적층 공정에서 열처리는 단기간 동안 달성될 수 있으며, 태양 전지 모듈용 표면 피복재의 형성에 사용된 재료는 적층 공정에서 착색되는 것이 방지된다. 따라서, 초기 투광성이 탁월한 개선된 표면 피복재를 가지는 태양 전지 모듈을 얻을 수 있다.
또한, 표면 충전재를 가교결합시키기 위해 저온에서 분해될 수 있는 가교제를 사용하는 것이 가능하다. 이 경우에, 적층 공정 후 표면 충전재내에서 분해되지 않고 잔존하는 가교제의 양은 크게 감소되며, 이로 인해 잔존 가교제로 인한 착색 문제점이 없는 태양 전지 모듈용 표면 피복재를 얻을 수 있다.
또한, 표면 피복재에 아크릴계 수지 접착제와 함께 유리 섬유 부재를 사용하는 것이 가능하다. 이 경우에, 표면 충전재로서 사용된 EVA는 착색되는 것이 방지된다.
(3) 태양 전지 모듈용의 내열성이 탁월한 표면 피복재를 얻을 수 있다. 특히, 표면 피복재에 특수 투명 박막 수지층을 사용하는 것은 개선된 표면 물리적 강도를 가지는 표면 피복재를 얻을 수 있고, 표면 충전재로서 사용된 EVA의 양이 감소될 수 있다는 잇점이 있으며, 미국 UL 1703 클라스 A에 규정된 연소 시험에서 클라스 A에 속하는 지붕 재료로서 승인될 수 있는 목적하는 태양 전지 모듈을 얻을 수 있다.
(4) 태양 전지 모듈을 위한 개선된 내스크래치성을 가지는 표면 피복재를 얻을 수 있다.
(5) 태양 전지 모듈을 위한 개선된 전기 절연성을 가지는 표면 피복재를 얻을 수 있다. 특히, 광입사측의 태양 전지 모듈의 표면으로부터의 수분 침입은 효과적으로 방지되며, 이로 인해 외부로의 전류 누출은 효과적으로 방지된다.
(6) 태양 전지 모듈을 위한 가요성이 탁월한 표면 피복재를 얻을 수 있다. 특히, 가요성이 열등한, 유리 부재, 침착막 등을 사용함이 없이 태양 전지 모듈을 위한 충분한 내습성을 가지는 표면 피복재를 얻는 것이 가능하다. 따라서, 경량이고 내충격성 및 내습성이 탁월한 목적하는 태양 전지 모듈을 얻을 수 있다.
(7) 태양 전지 모듈을 위한 외관이 탁월한 표면 피복재를 얻을 수 있다. 특히, 특수 투명 박막 수지층은 상술한 바와 같이 액상 수지를 사용함으로써 형성된다. 이 투명 박막 수지층을 형성할 때는, 광기전력 소자의 불균일한 표면이 평활하게 될 수 있으므로, 외관이 탁월한 표면 피복재를 얻을 수 있다. 이로 인해, EVA가 유동 상태로 유지되는 기간이 짧은 상술한 고속 EVA 가교결합 방법을 사용하는 경우에도, 충전 결함이 없고 외관이 탁월한 표면 피복재를 얻을 수 있다.
또한, 집전 전극을 이루는 금속제 와이어는 표면 충전재로서 사용된 EVA와 결코 접촉하지 않으며, 이 때문에 EVA는 착색되지 않는다. 따라서, 표면 피복재의 구성 성분이 착색되지 않기 때문에 열화됨이 없이 유지되는 탁월한 외관을 가지는 목적하는 표면 피복재를 가지는 태양 전지 모듈을 얻을 수 있으며, 태양 전지 모듈은 열화됨이 없이 목적하는 광전 변환 성능을 지속적으로 나타낸다.
본 발명은 후술하는 실시양태를 참고로 하여 상술한다. 이는 본 발명이 이들 실시양태에 의해 한정되는 것으로 이해되어서는 안된다.
도 2는 본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 일례의 구성을 설명하는 개략 단면도이다.
도 2에서, 참고 번호 101은 집전 전극 (108)을 가지는 광기전력 소자 (또는 태양 전지)를 나타내고, 참고 번호 102는 투명 박막 수지층을 나타내며, 참고 번호 103은 내부에 유리 섬유를 함유하는 표면 충전재를 나타내고, 참고 번호 104는 최외측 표면에 위치되는 투명한 또는 사실상 투명한 막을 나타내며 (이 막은 이하 표면 보호막 또는 표면 보호층으로 언급됨), 참고 번호 105는 광기전력 소자 (101)의 이면측 충전재를 나타내고 (이 충전재는 이하 이면 충전재로 언급됨), 참고 번호 106은 절연막 (또는 이면 보호막)을 나타내며, 참고 번호 107은 후면 보강재를 나타낸다. 이면 보강재 (107)은 언제나 사용될 필요가 있는 것은 아니다. 필요한 경우에 사용할 수 있다.
도 2에 나타낸 태양 전지 모듈에서, 광 (100)은 표면 보호막 (104) 측을 통해 입사되고, 입사된 광은 표면 보호막 (104), 표면 충전재 (103) 및 투명 박막 수지층 (102)를 통과하여 광기전력 소자 (101)에 도달한다. 광기전력 소자 (101)에서 발생된 광기전력은 출력 단자 (도시되어 있지 않음)을 통해 출력된다.
광기전력 소자 (101)은 적어도 전도성 기체상에 배치된 광전 변환 부재로서 반도체 광활성층을 포함한다.
도 3은 이러한 광기전력 소자의 구성을 설명하는 개략 단면도이다.
도 3에서, 참고 번호 201은 전도성 기체를 나타내고, 참고 번호 202는 이면 반사층을 나타내며, 참고 번호 203은 반도체 광활성층을 나타내고, 참고 번호 204는 투명 전도층을 나타내며, 참고 번호 205는 집전 전극 (또는 그리드 전극)을 나타내고, 참고 번호 206은 집전 전극 (205)가 코팅되는 전도성 페이스트를 사용함으로써 형성된 코트를 나타낸다.
도 3에 나타낸 광기전력 소자는 전도성 기체 (201)상에 거명 순서대로 배치된 이면 반사층 (202), 반도체 광활성층 (203), 투명 전도층 (204)를 포함한다. 코트 (206)을 가지는 집전 전극 (205)는 투명 전도층 (204)의 표면상에 배치된다. 그리고, 도 3에 나타낸 광기전력 소자는 출력 단자 쌍 (도시되어 있지 않음)을 가진다. 2개의 출력 단자 중 하나는 집전 전극 (205)에 전기적으로 접속되고 집전 전극 (205)로부터 연장지만 절연 부재 (도시되어 있지 않음)에 의해 절연되며, 다른 출력 단자는 전도성 기체 (201)에 전기적으로 접속된다. 이러한 구성에서, 양극측 출력 단자 및 음극측 출력 단자는 반도체 광활성층의 구성에 따라 음극측 출력 단자 및 양극측 출력 단자로 바뀔 수 있다.
도 4는 투명 박막 수지층 (102) (도 2 참조)가 도 3에 나타낸 광기전력 소자의 수광면상에 형성되어 코트 (206)을 가지는 집전 전극 (205)를 둘러싸는 경우의 구성의 일례를 설명하는 개략 단면도이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 투명 박막 수지층 (102)는 코트 (206)내에 존재하는 간극이 투명 박막 수지층으로 충전되도록 형성된다. 코트 (26)내에 존재하는 간극이 투명 박막 수지층으로 충전되기만 하면, 광기전력 소자의 수광면의 전영역상에 투명 박막 수지층이 형성될 필요는 없다. 투명 박막 수지층의 두께는, 수반되는 상황에 따라 적절히 결정될 수 있다. 예를 들면, 코트를 포함하는 집전 전극의 두께를 보다 얇게 할 수 있다. 구체적으로는, 투명 박막 수지층은 집전 전극이 커버되는 코트 전체에 걸쳐서 0.5 내지 150 μm 범위내의 두께를 가지는 것이 바람직하다.
다음에는, 본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 구성 성분들 각각에 대해 기술한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지 모듈내의 광기전력 소자 (101)로는 도 3에 나타낸 구성을 가지는 광기전력 소자를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
도 3에 나타낸 광기전력 소자를 들어 상세히 설명한다.
전도성 기체 (201)은 광기전력 소자용 기체로서 뿐만 아니라 하부 전극으로서도 작용한다. 전도성 기체 (201)에 대해서는, 전도성 기체가 전도성 표면을 가지기만 하면 특별한 제약은 없다. 구체적으로는, 전도성 기체는 Ta, Mo, W, Cu, Ti, Al 등과 같은 금속 또는 이들 금속의 강철로서의 합금으로 이루어질 수 있다. 이와는 달리, 전도성 기체는 카본 시트 또는 Pb-도금 스틸 시트로 이루어질 수 있다. 또한, 전도성 기체는 합성 수지로 제조된 막 또는 시트 또는 세라믹으로 제조된 시트일 수 있다. 이 경우에, 기체는 그의 표면상에 SnO2, ZnO2, ITO 등의 전도성 막이 침착된다.
전도성 기체 (201)상에 배치된 이면 반사층 (202)는 금속층, 금속 산화물층, 또는 금속층 및 금속 산화물층으로 이루어진 2층 구조체로 이루어질 수 있다. 금속층은 Ti, Cr, Mo, W, Al, Ag, Ni 등과 같은 금속으로 이루어질 수 있다. 금속 산화물층은 상기 금속의 모든 산화물, 또는 ZnO, SnO2등과 같은 다른 금속 산화물을 포함할 수 있다.
백 반사층 (202)는 입사광이 효과적으로 이용되도록 거친 표면을 가지는 것이 바람직하다.
백 반사층 (202)는 저항 증착법, 전자 비임 증착법 또는 스퍼터링과 같은 통상의 막 형성 기술에 의해 형성될 수 있다.
반도체 광활성층 (203)은 광전 변환을 행하도록 작용한다. 반도체 광활성층은 단일 결정 실리콘 반도체 재료, 무정질 실리콘 반도체 재료 (미정질 실리콘 반도체 재료를 포함함) 또는 다결정질 실리콘 반도체 재료와 같은 비단일 결정 실리콘 반도체 재료, 또는 화합물 반도체 재료로 이루어질 수 있다. 어느 경우에나, 이들 반도체 재료로 이루어진 반도체 광활성층은 pin 접합, pn 접합 또는 쇼트키 (shottky) 타입 결합을 가지는 적층 구조일 수 있다.
화합물 반도체 재료의 구체적인 예로는 CuInSe2, CuInS2, GaAs, CdS/Cu2S, CdS/CdTe, CdS/InP, CdTe/Cu2Te 등이 있다.
상술한 반도체 재료로 이루어진 반도체 광활성층은 통상의 막 형성 기술에 의해 형성될 수 있다. 예를 들면, 비단일 결정 실리콘 반도체 광활성층은 실란 가스와 같이 실리콘 원자를 부여할 수 있는 적절한 막 형성 원재료 가스를 사용하는 플라즈마 CVD 또는 광 유도 CVD와 같은 통상의 화학 기상 성장 기술 또는 Si-표적을 사용하는 스퍼터링과 같은 통상의 물리적 기상 성장 기술에 의해 형성될 수 있다. 다결정 실리콘 반도체 재료로 이루어진 반도체 광활성층은 융합 실리콘 재료를 제공하고 융합 실리콘 재료를 막 제조 처리하는 통상의 다결정 실리콘 막 형성 방법 또는 무정질 실리콘 재료를 열처리하는 또다른 통상의 다결정 실리콘 막 형성 방법에 의해 형성될 수 있다.
상술한 화합물 반도체 재료로 이루어진 반도체 광활성층은 통상의 이온 도금법, 이온 비임 증착법, 진공 증착법, 스퍼터링 또는 목적하는 전해질의 전기분해에 의해 석출물이 발생되는 전기분해 기술에 의해 형성될 수 있다.
투명 전도층 (204)는 상부 전극으로서 작용한다. 투명 전도층은 In2O3, SnO2, ITO (In2O3-SnO2), ZnO, TiO2또는 Cd2SnO4로 이루어질 수 있다. 이와는 달리, 투명 전도층은 고농축물을 갖는 적절한 불순물로 도우프된 결정질 반도체층을 이룰 수 있다.
상술한 재료로 이루어진 투명 전도층은 통상의 저항 가열 증착법, 전자 비임 증착법, 스퍼터링, 분무, 또는 CVD에 의해 형성될 수 있다.
투명 전도층으로서의 상술한 불순물이 도우프된 결정질 반도체층은 통상의 불순물 확산 막 형성 방법에 의해 형성될 수 있다.
그런데, 전도성 기체 상에 이면 반사층, 반도체 광활성층 및 투명 전도층을 열거한 순서로 형성함으로써 얻어진 광기전력 소자는, 제조시 발생하는 전도성 기체의 불균일성 및(또는) 반도체 광활성층의 불균일성으로 인해 전도성 기체 및 투명 전도층이 부분적으로 단락되는 단락 결함을 종종 수반한다. 이러한 단락 결함을 갖는 광기전력 소자는 출력 전압에 비례하여 큰 누출 전류가 흐르는 누출 저항이 작은 (또는 션트 저항이 작은) 상태를 갖는 경향이 있다. 미국 특허 제4,729,970호에는 광기전력 소자에 존재하는 단락 결함을 제거하는 방법이 기재되어 있다. 이러한 단락 결함을 갖는 광기전력 소자는 이 특허 문헌에 기재된 방법에 따라 수리함으로써 무결함 광기전력 소자로 만들 수가 있다. 일반적으로, 광기전력 소자는 요구되는 션트 저항, 예를 들면 1 kΩ.cm2이상, 바람직하게는 10 kΩ.cm2이상의 션트 저항을 갖기만 하면 이용할 수 있다.
전류를 효과적으로 집전하기 위해서 투명 전도층 (204) 상에 집전 전극 (또는 그리드 전극) (205)를 배치한다.
도 3에 도시한 광기전력 소자에서는, 집전 전극 (205)를 전도성 코트 (206)으로 커버한다. 이것은 집전 전극 (205)로서 Al, Ag, Au, Ni, Cu, Sn 또는 Pt와 같은 금속으로 제조된 10-4Ω.cm의 비저항을 갖는 금속제 와이어를 제공하고, 이 금속제 와이어에 결합제 수지 중에 분산된 전도성 물질의 입자 (이하, 전도성 입자라 부름)로 이루어진 전도성 페이스트를 전도성 코트 (206)으로서 코팅시킴으로써 형성할 수 있다. 전도성 입자로서는, Ag 미분, Au 미분, Cu 미분, Ni 미분 및 카본 미분을 열거할 수 있다. 결합제 수지로서는 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 알키드 수지, 폴리비닐 아세테이트, 고무, 우레탄 수지, 페놀 수지, 부티랄 수지 및 페녹시 수지 등을 열거할 수 있다.
코트 (206)의 두께는 바람직하게는 1 μm 내지 100 μm, 더 바람직하게는 1 μm 내지 50 μm이다. 코트 (206)의 두께가 1 μm 미만인 경우에는, 금속제 와이어로 이루어진 집전 전극 (205)를 충분한 접착력으로 투명 전도층 (204) 상에 고정시키기가 어렵다는 문제가 수반되기 쉽다. 코트 (206)의 두께가 100 μm보다 큰 경우에는, 광기전력 소자의 수광면이 과도하게 차폐되고, 그 결과 광기전력 소자에 입사하는 광의 양이 감소되어 광전 변환 효율을 감소시킨다는 문제가 수반되기 쉽다.
본 발명에서 사용되는 광기전력 소자의 집전 전극은 도 3에 도시한 것에 제한되지 않으며, 다른 방법으로 형성된 집전 전극일 수 있다.
특히, 마스크 패턴을 사용하여 Ti, Cr, Mo, W, Al, Ag, Ni, Cu 또는 Sn과 같은 금속의 전도성 페이스트를 스크린 인쇄함으로써 형성되는 집전 전극; 상기 금속제 와이어를 땜납을 이용하여 스크린 인쇄된 전도성 페이스트에 고정시킴으로써 형성되는 집전 전극; 및 상기 금속 중 어느 하나의 금속막을 통상의 스퍼터링 또는 CVD법에 의해 전 표면에 형성하고 이 금속막을 에칭 처리하여 목적하는 패턴을 형성함으로써 형성된 집전 전극을 예시할 수 있다.
상기한 1쌍의 출력 단자 (도면에는 도시되지 않음)는 기전력을 출력하는 기능을 한다. 2개의 출력 단자 중 1개는 예를 들면 전도성 페이스트에 의해 집전 전극에 전기적으로 접속된다. 다른 한편, 이 경우, 전기적 접속은 적당한 접속 금속체 및 전도성 페이스트 또는 땜납에 의해 달성될 수 있다.
나머지 출력 단자는 예를 들면 땜납에 의해 전도성 기체에 전기적으로 접속된다. 다른 한편, 이 경우 전기적 접속은 구리 탭과 같은 적당한 금속체를 스폿 (spot) 용접 또는 납땜함으로써 달성될 수 있다.
상기 구성의 광기전력 소자를 다수 제공하고, 이들을 목적하는 전압 또는 접류에 따라 직렬 또는 병렬 연결로 일체화시킨다. 일체화된 구조체를 목적하는 전압 또는 전류를 얻을 수 있도록 절연 부재 상에 배치하는 것도 가능하다.
이하, 도 2에 도시된 광기전력 소자 (101) 이외의 다른 구성 부분에 대해 설명한다.
표면 보호막
표면 보호막 (104)는 태양 전지 모듈의 최외 표면에 배치된다. 이러한 이유로, 표면 보호막은 투명성, 내후성, 발수성, 내오염성 및 물리적 강도가 우수해야 한다. 또한, 태양 전지 모듈이 옥외에서 사용되는 경우에는, 표면 보호막은 태양 전지 모듈이 장기간 연속 사용시에도 충분한 내구성을 갖게 하는 것이 요구된다.
따라서, 표면 보호막은 이러한 요건을 만족시키는 적당한 투명 수지막으로 구성된다. 이러한 막으로는 ETFE (테트라플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체), PVF (폴리비닐 플루오라이드 수지), PVDF (폴리비닐리덴 플루오라이드 수지), TFE (폴리테트라플루오로에틸렌 수지), FEP (테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체), 및 CTFE (폴리클로로트리플루오로에틸렌 수지)를 들 수 있다. 이 중, PVF막은 내후성이 우수하고, FEP막 및 CTFE막은 내습성이 우수하며, ETFE막은 내후성 및 물리적 강도가 우수하다.
표면 보호막과 표면 충전재의 접착을 더 증진시키기 위해서는, 표면 충전재와 접촉될 표면 보호막의 주어진 표면을 코로나 방전 처리, 플라즈마 처리, 오존 처리, UV 조사 처리, 전자 비임 조사 처리 또는 플레임 처리로 표면 처리하는 것이 요구된다.
표면 충전재
표면 충전재 (103)은 광기전력 소자의 표면에 존재하는 요철을 커버하고, 광기전력 소자가 외부 환경의 온도 변화 및(또는) 습도 변화, 외부에서 가해지는 충격 등과 같은 외부 요인에 의해 영향받지 않도록 하고, 광기전력 소자와 표면 보호막이 충분히 접착되게 하는 기능을 한다. 따라서, 표면 충전재는 매우 투명해야 하고, 특히 내후성, 접착성, 충전 특성, 내열성, 내한성, 내충격성이 우수해야 한다. 표면 충전재가 이러한 요건들을 충족시키도록 하기 위해서는, 표면 충전재는 에틸렌 및 불포화 지방산 에스테르로 이루어진 공중합체의 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 수지로 이루어진다. 이러한 공중합체 수지의 구체적인 예는 EVA (에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체), EMA (에틸렌-메틸 아크릴레이트 공중합체), EEA (에틸렌-에틸 아크릴레이트 공중합체), EBA (에틸렌-부틸 아크릴레이트 공중합체), EMM (에틸렌-메틸 메타크릴레이트 공중합체), 및 EEM (에틸렌-에틸 메타크릴레이트 공중합체)이다. 이들 수지 중, EVA가 표면 충전재로 사용될 때 태양 전지에 적합한 균형을 이룬 물성을 나타내기 때문에 가장 바람직하다.
표면 충전재로서 사용할 수 있는 상기 수지들 (이하에서는, 이 수지들을 충전재 수지라 부름)은 모두 열변형 온도가 낮아서, 고온에서 용이하게 변형 또는 크리핑되기 쉽다. 이러한 이유로, 충전재 수지는 그의 내열성 및 접착성이 증진되도록 적당한 가교제로 가교되는 것이 요구된다. 이러한 가교제로서는, 이소시아네이트, 멜라민 및 유기 과산화물을 언급할 수 있다.
본 발명에서는, 가사 시간이 충분히 길고, 충전재 수지를 가교시킬 때 신속하게 가교 반응을 일으킬 수 있고, 표면 충전재인 충전재 수지 상에 표면 보호막이 적층되기 때문에 유리 물질을 전혀 또는 거의 발생하지 않는 가교제를 사용하는 것이 요구된다.
유기 과산화물은 상기 요건을 바람직하게 충족시킬 수 있으므로, 유기 과산화물로 이루어지는 가교제를 사용하는 것이 가장 적당하다.
따라서, 가교제로서 사용되는 유기 과산화물에 대해서 설명한다.
가교제로서 유기 과산화물을 사용하여 표면 충전재로서 사용되는 충전재 수지를 가교시키는 것은 유기 과산화물로부터 발생하는 유리 라디칼이 수지 중의 수소 원자 또는 할로겐 원자를 빼내고 C-C 결합을 형성함으로써 수행된다.
충전재 수지를 가교시킬 때 유기 과산화물이 이러한 유리 라디칼을 발생하게 하기 위해서는, 유기 과산화물을 열분해법, 산화환원 분해법, 또는 이온 분해법에 의해 활성화시키는 것이 필요하다. 이 방법들 중, 열 분해법이 가장 적당하다.
유기 과산화물의 분해 온도는 100 내지 130℃인 것이 요구된다. 분해 온도가 100℃ 미만인 경우에는, EVA가 표면 충전재로서 사용될 때, EVA의 용해 온도가 유기 과산화물의 분해 온도와 유사하기 때문에 EVA가 유동 상태로 유지되는 기간이 너무 짧아서 광기전력 소자의 표면에 존재하는 요철을 목적하는 상태로 커버할 수 없다는 문제를 수반하기 쉽다. 유기 과산화물의 분해 온도가 130℃보다 높은 경우에는, 태양 전지 모듈을 제조하기 위한 적층 공정시 EVA를 가교시키기 위한 열 처리시의 온도를 높여야 하고, 열처리 시간이 길어야 하며, 이 경우 과량의 열에너지가 EVA에 가해지고, 이러한 이유로 EVA가 황변되기 쉽다는 문제를 수반한다.
가교제로서 사용되는 유기 과산화물의 바람직한 예는 t-부틸퍼옥시이소부틸카르보네이트, 1,1-디-(t-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸시클로헥산 및 디-t-부틸퍼옥시헥사히드로테트라프탈레이트이다.
표면 충전재인 충전재 수지에 첨가되는 가교제로서의 이러한 유기 과산화물의 양은 바람직하게는 충전재 수지의 양을 기준으로 하여 0.1 내지 0.5 중량%인 것이 요구된다.
표면 충전재인 충전재 수지를 가열압착 결합시킬 때, 가교제인 유기 과산화물을 충전재 수지와 함께 사용할 수 있으며, 이 때, 충전재가 유기 과산화물로 가교되면서 광기전력 소자 및 표면 보호층과 결합된다. 이 경우, 가열 압착 결합 처리의 온도 및 시간 조건은 사용되는 유기 과산화물의 열분해 온도에 따라 적절하게 결정할 수 있다. 그러나, 일반적으로, 이러한 조건들은 충전재가 가교되면서 광기전력 소자 및 표면 보호층에 가열 압착 결합되도록 충전재 수지에서 유기 과산화물의 60% 이상, 바람직하게는 95% 이상이 열 분해되도록 결정하는 것이 적절하다. 가열 압착 결합 처리는 가열 롤 또는 고온 프레스를 이용한 압착법, 또는 처리될 대상물을 에어 백 시스템 (air back system)에 놓고 에어 백 시스템의 내부를 진공화시켜 주위 압력에 의해 대상물을 가압시키는 에어 백 시스템의 적층 기구를 사용한 가열 압착 법에 의해 수행될 수 있다.
가교제를 이용하여 표면 충전재인 충전재 수지의 가교 반응을 촉진하기 위해서는 트리알릴 시아누레이트와 같은 가교 촉진제를 가교제와 함께 사용하는 것이 가능하다. 이러한 가교 촉진제의 첨가량은 표면 충전재인 충전재 수지의 양을 기준으로 하여 0.1 내지 5 중량%인 것이 바람직하다.
또한, 표면 충전재인 충전재 수지는 충전재 수지가 고온 조건 하에서 안정한 상태로 유지되도록 하기 위해 적당한 열 산화 방지제 (이하, 산화방지제라고 부름)를 함유할 수 있다. 이러한 목적으로 첨가되는 산화방지제의 양은 표면 충전재인 충전재 수지 100 중량부 당 0.1 내지 1 중량부인 것이 요구된다.
이러한 산화방지제로는 모노페놀계 산화방지제, 비스페놀계 산화방지제, 고분자량 페놀계 산화방지제, 황계 산화방지제 및 인계 산화방지제를 열거할 수 있다.
모노페놀계 산화방지제의 구체적인 예는 2,6-디-tert-부틸-p-크레졸, 부틸화 히드록시아니솔, 및 2,6-디-tert-부틸-4-에틸페놀이다.
비스페놀계 산화방지제의 구체적인 예는 2,2'-메틸렌-비스-(4-메틸-6-tert-부틸페놀), 2,2'-메틸렌-비스-(4-에틸-6-tert-부틸페놀), 4,4'-티오비스-(3-메틸-6-tert-부틸페놀), 4,4'-부틸리덴-비스-(3-메틸-6-tert-부틸페놀), 및
고분자량 페놀계 산화방지제의 구체적인 예는 1,1,3-트리스-(2-메틸-4-히드록시-5-tert-부틸페닐)부탄, 1,3,5-트리메틸-2,4,6-트리스(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시벤질)벤젠, 테트라키스-{메틸렌-3-(3',5'-디-tert-부틸-4'-히드록시페닐)프로피오네이트}메탄, 비스-3,3'-비스-(4'-히드록시-3'-tert-부틸페닐)부티르산 글루코스에스테르, 및 토코페롤 (비타민 E)이다.
황계 산화방지제의 구체적인 예는 디라우릴티오디프로피오네이트, 디미리스틸티오디프로피오네이트, 및 디스테아릴티오프로피오네이트이다.
인계 산화방지제의 구체적인 에는 트리페닐포스페이트, 디페닐이소데실포스페이트, 페닐디이소데실포스페이트, 4,4'-부틸리덴-비스-(3-메틸-6-tert-부틸페닐-디-트리데실)포스페이트, 시클릭 네오펜탄 테트라비스(옥타데실포르페이트), 트리스(모노 또는 디)페닐포스페이트, 디이소데실펜타에리트리톨디포스페이트, 9,10-디히드로-9-옥사-10-포스펜안트렌-10-옥사이드, 10-데실옥시-9,10-디히드로-9-옥사-10-포스펜안트렌, 시클릭 네오펜탄테트라비스(2,4-디-tert-부틸페닐)포스페이트, 시클릭 네오펜탄테트라비스(2,6-디-tert-메틸페닐)포스페이트, 및 2,2-메틸렌비스(4,6-tert-부틸페닐)옥틸포스페이트이다.
이들 산화방지제는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 표면 충전재가 광 분해로부터 훨씬 효과적으로 보호될 수 있도록 표면 충전재의 내후성을 훨씬 증진시키기 위해, 그리고 표면 충전재 밑에 위치하는 충을 효과적으로 보호하기 위해, 표면 충전재인 충전재 수지는 적당한 UV 흡수제를 함유할 수 있다. 첨가되는 UV 흡수제의 양은 충전재 수지 100 중량부 당 0.1 내지 0.5 중량부인 것이 요구된다.
이러한 UV 흡수제로서는, UV 흡수제로 사용할 수 있는 화합물이 사용될 수 있다. 이러한 화합물로서는, 살리실산계 화합물, 벤조페논계 화합물, 벤조트리아졸계 화합물 및 시아노아크릴레이트계 화합물을 언급할 수 있다.
이러한 살리실산계 화합물의 구체적인 예는 페닐살리실레이트, p-tert-부틸살리실레이트 및 p-옥틸페닐살리실레이트이다.
이러한 벤조페논계 화합물의 구체적인 예는 2,4-디히드록시벤조페논, 2-히드록시-4-메톡시벤조페논, 2-히드록시-4-옥톡시벤조페논, 2-히드록시-4-도데실옥시벤조페논, 2,2'-디히드록시-4-메톡시벤조페논, 2,2'-디히드록시-4,4'-디메톡시벤조페논, 2-히드록시-4-메톡시-5-술포벤조페논 및 비스(2-메톡시-4-히드록시-5-벤조페논)메탄이다.
이러한 벤조트리아졸계 화합물의 구체적인 예는 2-(2'-히드록시-5'-메틸페닐)벤조트리아졸, 2-(2'-히드록시-5'-tert-부틸페닐)벤조트리아졸, 2-(2'-히드록시-3',5'-디-tert-부틸페닐)벤조트리아졸, 2-(2'-히드록시-3'-tert-부틸-5-메틸페닐)-5-클로로벤조트리아졸, 2-(2'-히드록시-3',5'-디-tert-부틸페닐)-5-클로로벤조트리아졸, 2-(2'-히드록시-3',5'-디-tert-아밀페닐)벤조트리아졸, 2-[2'-히드록시-3'-(3,4,5,6 -테트라히드로프탈이미도메틸)-5'-메틸페닐)]벤조트리아졸, 및 2,2-메틸렌비스[4- (1,1,3,3-테트라메틸부틸)-6-(2H-벤조트리아졸-2-일)페놀]이다.
이러한 시아노아크릴레이트계 화합물의 구체적인 예는 2-에틸헥실-2-시아노-3,3'-디페닐아크릴레이트, 및 에틸-2-시아노-3,3'-디페닐아크릴레이트이다.
UV 흡수제로서의 이러한 화합물들은 단독으로 사용하거나, 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
UV 흡수제 이외에, 표면 충전재의 충전재 수지는 표면 충전재에 증진된 내후성을 부여하기 위하여 적당한 힌더드 아민계 광안정화제를 함유하는 것이 가능하다.
힌더드 아민계 광 안정제는 UV 흡수제처럼 자외선을 흡수하지는 않지만, 힌더드 아민계 광 안정제를 UV 흡수제와 병용하면 현저한 잇점이 있다.
첨가되는 힌더드 아민계 광 안정제의 양은 표면 충전재인 충전재 수지 100 중량부 당 0.1 내지 0.3 중량부인 것이 바람직하다.
힌더드 아민계 광안정화제 이외에, 다른 공지의 광안정화제도 있다. 그러나, 이들 광안정화제는 대부분 착색되기 때문에 표면 충전재에 사용하기에는 바람직하지 않다.
상기 힌더드 아민계 광안정화제의 구체적인 예는 숙신산 디메틸-1-(2-히드록시에틸)-4-히드록시-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘 중축합 생성물, 중축합 생성물, 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바레이트, 및 2-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시벤질)-2-n-부틸말론산 비스(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜)이다.
상기 표면 충전재가 사용된 태양 전지 모듈의 사용 환경 조건을 고려하면, 상기 UV 흡수제, 광안정화제 및 산화방지제는 모두 휘발성이 낮은 것이 요구된다.
태양 전지 모듈이 가혹한 환경 조건 하에서 사용되는 경우에는, 표면 충전재와 광기전력 소자 사이의 접착성 뿐만 아니라 표면 충전재와 표면 보호막 사이의 접착성도 현저히 양호해야 한다.
표면 충전재가 이러한 접착성을 달성하기 위해서는, 적당한 실란 커플링제 또는 유기 이소시아네이트를 표면 충전재인 충전재 수지에 혼입시키는 것이 효과적이다.
이러한 실란 커플링제의 구체적인 예는 비닐트리클로로실란, 비닐트리스(β-메톡시)실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필메틸디에톡시실란, N-β-(아미노에틸)-γ-아밀프로필트리메톡시실란, N-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필메틸디메톡시실란, γ-아미노프로필트리에톡시실란, N-페닐-γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-메르캅토프로필트리메톡시실란, 및 γ-클로로프로필트리메톡시실란이다.
이제, 광기전력 소자에 도달되는 입사광의 양이 감소되는 것을 방지하기 위해서는, 표면 충전재가 실질적으로 투명해야 한다. 특히, 표면 충전재가 400 nm 내지 800 nm의 가시광선 파장에서 바람직하게는 80% 이상, 더욱 더 바람직하게는 90% 이상의 투광도를 가져야 한다. 또한, 외부 광이 광기전력 소자에 쉽게 입사되도록 하기 위해서는, 표면 충전재는 25℃에서의 굴절 지수가 바람직하게는 1.1 내지 2.0, 더 바람직하게는 1.1 내지 1.6이 되는 것이다.
수지 박층
수지 박층 (102)는 태양 전지 모듈의 표면으로부터 수분이 침입되는 경우라도 수분이 집전 전극 내로 들어가지 못하게 하고 또한 광기전력 소자 내로 침입하지 못하도록 집전 전극에 존재하는 간극들이 투명 수지층에 의해 충분히 충전되는 상태로 적어도 집전 전극 (108)이 투명 수지층에 의해 커버되도록 광기전력 소자 (101)의 수광면 상에 배치된다. 이리하여, 수지 박층 (102)는 투명성이 우수하고, 또한 내습성이 높고, 투습성이 충분히 낮아야 한다. 특히, 수지 박층은 40℃ 및 90% RH의 분위기에서의 투습도가 0.01 내지 20 g/m2.일 이하이어야 한다.
또한, 수지 박층은 광기전력 소자에 도달하는 광을 차단하는 행동을 하지 않아야 한다. 이러한 목적을 위해서는, 수지 박층의 투광도가 400 내지 800 nm의 파장의 가시 광선에서 바람직하게는 80% 이상, 더 바람직하게는 90% 이상이어야 한다. 또한, 외부 광이 광기전력 소자 내로 쉽게 입사되도록 하기 위해서는, 수지 박층의 25℃에서의 굴절 지수가 바람직하게는 1.1 내지 2.0, 더 바람직하게는 1.1 내지 1.6이 되도록 한다.
수지 박층 (102)는 아크릴 수지, 실리콘 수지, 불소 함유 수지 및 이들 수지의 혼합물, 및 무기 중합체와 같은 무기 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 수지 재료로 이루어질 수 있다. 여기서, 무기 중합체는 유기실록산 중합체를 포함할 수 있다.
수지 박층 (102)가 충분한 내습성을 갖기 위해서는, 수지 박층은 가교된 망상 분자 구조를 내부에 갖는 경화막으로 이루어지는 것이 요구된다. 이러한 경화막은 수분 경화, 이소시아네이트를 이용한 경화, 또는 블록킹된 이소시아네이트를 이용한 가열 경화에 의해 형성될 수 있다. 바람직한 실시 태양에서는, 아크릴 수지 및 유기 실록산 중합체를 포함하는 무기 중합체를 블록킹제로 블록킹된 이소시아네이트를 이용하여 열적으로 경화시켜서 수지 박층을 형성한다. 블록킹제의 해리 온도는 80 내지 220 ℃이어야 한다. 해리 온도가 80℃ 미만이면, 생성된 수지의 가사 시간이 짧은 경향이 있다. 해리 온도가 220 ℃보다 높으면, 생성된 수지의 아크릴 수지를 포함한 구성 성분이 열적으로 열화되고 착색되는 경향이 있으며, 결과적으로 광기전력 소자에 부정적인 영향을 미친다. 블록킹제는 열 해리된 후, 생성된 수지 중에 일부 잔류하므로, 생성된 수지가 그 내부에 블록킹제를 함유해야 하는 경우에도 생성 수지의 구성 성분을 착색시키지 않는 적당한 블록킹제를 선택적으로 사용하는 것이 필요하다. 수지 박층의 접착성을 증진시키기 위해서는 수지 구성 성분들의 양을 기준으로 하여 실란계, 티타늄계 또는 알루미늄계 커플링제를 0.05 내지 10 중량 %의 양으로 사용하는 것이 가능하다. 바람직한 실시 태양에서는, 실란계 커플링제를 수지 구성 성분의 양을 기준으로 하여 0.05 내지 8.0 중량%의 양으로 사용한다.
광기전력 소자 상에 수지 박층을 형성하는 것은 예를 들면 주어진 코팅액을 통상의 분무 코팅법, 스핀 코팅법 또는 커튼 코팅법에 의해 광기전력 소자 상에 코팅한 후, 건조시켜서 용매를 제거하고, 이어서 경화 처리함으로써 수행할 수 있다. 이 경우, 수지 박층은 집전 전극의 전도성 코트에 존재하는 간극들이 바람직하게는 수지 박층에 의해 충전되는 상태로 광기전력 소자의 수광면 상에 형성된다.
이면 충전재
이면 충전재 (105)는 광기전력 소자 (101)과 절연막 (또는 이면 보호막) (106)이 충분히 접착되도록 하는 기능을 한다. 이면 보강재 (107)이 사용되는 경우, 이는 절연막 (106)과 이면 보강재 (107)이 충분히 접착되게 하는 기능을 한다. 이면 충전재 (105)는 광기전력 소자 (101)의 전도성 기체와 절연막 (106)이 충분히 접착되도록 할 수 있고, 내구성이 우수하고, 내열팽창성 및 내열수축성이 있고, 가요성이 우수한 물질로 이루어지는 것이 요구된다. 이러한 물질의 구체적인 예는 EVA, EEA 및 폴리비닐 부티랄과 같은 고융점 물질, 및 가요성을 갖는 에폭시 접착제이다. 이 외에, 이중 코팅된 테이프도 사용할 수 있다.
다른 한편, 이면 충전재 (105)는 표면 충전재 (103)에 사용되는 것과 동일한 수지 물질로 이루어질 수 있다.
절연막
절연막 (또는 이면 보호막) (106)은 외부로부터 광기전력 소자 (101)의 전도성 기체를 전기적으로 단리시키기 위한 목적으로 배치된다. 절연막 (106)은 광기전력 소자의 전도성 기체를 충분히 전기적으로 단리시킬 수 있고, 내구성이 우수하고 내열팽창성 및 내열수축성이 있고 가요성이 있는 물질로 이루어지는 것이 요구된다. 이러한 물질의 구체적인 예는 폴리올레핀계 수지, 아크릴계 수지, 스티렌계 수지, 나일론 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET)이다.
이면 보강재
본 발명에 있어서, 이면 보강재 (107)은 반드시 사용할 필요는 없다. 이것은 사용할 필요가 있는 경우, 예를 들면 이것이 설치되는 위치에 따라서 사용할 수 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 이면 보강재 (107)은 이면측 충전재 (105)를 통해 절연막 (106)의 외부에 배치된다. 이면 보강재 (107)은 태양 전지 모듈의 물리적 강도를 개선시키고 태양 전지 모듈이 주변 온도의 변화에 기인하여 변형되거나 뒤틀어지는 것을 방지하기 위해 사용된다. 이면 보강재는 강철판, 플라스틱판, 또는 섬유-유리 보강 플라스틱판 (또는 소위 FRP판)으로 이루어질 수 있다.
태양 전지 모듈의 생산
이하, 상기한 광기전력 소자, 투명 유기 중합체 수지 및 표면 보호막을 사용하여 본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 생산 방식을 기술한다.
표면측 충전재 (103)을 이용하여 광기전력 소자 (101)의 수광면을 코팅하는 것은 (a) 용매 중에 용해된 충전재 재료로 이루어진 코팅액을 광기전력 소자의 표면에 가하여 가해진 코팅액의 용매를 증발시키는 방식, (b) 분말 충전재 재료를 광기전력 소자의 표면에 균일하게 퇴적시키고 퇴적된 분말상 충전재 재료를 열융합시키는 방식, (c) 충전재 재료의 열융합 생성물을 제공하여 열융합된 생성물을 슬릿을 통하여 광기전력 소자의 표면 상에 가하는 방식, 또는 (d) 충전재 재료의 열융합 생성물을 사용하여 얻은 충전재 재료의 시트를 제공하고, 이 시트를 가열압착 결합의 수단에 의해 광기전력 소자의 표면에 적층시키는 방식에 의해 수행할 수 있다.
방식 (a)의 경우에 있어서, 상기 유기 과산화물, 실란 커플링제, UV 흡수제, 산화 방지제 등의 하나 이상을 먼저 그 안의 충전재 재료를 용해시키기에 앞서 용매와 혼합한다. 그 결과의 물질을 광기전력 소자의 표면에 가하고, 이어서 건조시킨다. 방식 (c) 및 (c)중 임의의 경우에 있어서, 이들 첨가제는 먼저 출발 충전재 물질과 혼합한다.
표면측 충전재 (103)을 먼저 광기전력 소자 (101)의 표면상에 형성하는 경우에 있어서, 표면 보호막 (104)를 광기전력 소자의 수광면에 적층시키고 이면측 충전재 (105) 및 절연막 (106)을 순서대로 광기전력 소자의 후면 상에 적층시킴으로서 적층체를 얻고, 이 적층제를 가열압착 결합시킴으로써 태양 전지 모듈을 얻을 수 있다. 이면 보강재 (107)을 배치하고자 의도하는 경우에 있어서는, 이것은 접착제 (이면측 충전재 105)의 수단에 의해 절연막 (106) 상에 적층시킬 수 있다. 이 경우에 있어서 적층은 상기한 가열압착 결합 처리를 수행하여 수행하거나 독립적으로 적절한 적층 수단에 의해 수행할 수 있다.
시트상 표면측 충전재를 사용하는 경우, 적층체를 상기한 방식으로 얻은 후, 이것을 광기전력 소자 및 표면 보호막 사이에 삽입시키고 이어서 가열압착 결합 처리를 함으로써 태양 전지 모듈이 얻어진다.
가열압착 결합 처리는 통상의 진공 적층 공정, 롤 적층 공정 등에 의해 수행할 수 있다.
이하, 본 발명은 실시예들을 참고로 더욱 상세히 설명하며, 이들은 본 발명을 예시할 목적으로만 제공된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하려고 의도한 것은 아니다.
실시예 1
본 실시예에 있어서, 비교적 두께가 얇은 특정 투명 수지 층 (308), 표면측 충전재 (302) 및 표면 보호막 (303)이 광기전력 소자 (301)의 전면측 상에 순서대로 적층되고 제 1 이면측 충전재 (304), 절연막 (305) (또는 후면 보호막), 제 2 이면측 충전재 (304) 및 이면 보강재 (306)이 광기전력 소자 (301)의 후면에 순서대로 적층된 것인 집전 전극이 전도성 코트에 의해 코어 코팅된 금속제 와이어로 이루어진 점에 있어서 도 4에 나타낸 바의 배치를 갖는 집전 전극 (307)이 제공된 광기전력 소자 (301)로 이루어진 도 5에 나타낸 배치의 태양 전지 모듈을 제조하였다. 또, 집전 전극 (307)의 노출면은 전도성 코트에 존재하는 간극이 투명 수지층에 의해 충전되도록 투명 수지층 (308)로 덮혀 있다. 도 5에 있어서, 참고 번호 300은 태양 전지 모듈 내로 입사되는 광을 나타낸다.
태양 전지 모듈은 다음의 방식으로 제조하였다.
1. 광기전력 소자 (301)로서 도 3에 나타낸 구성을 가진 광기전력 소자를 제공하였다. 광기전력 소자는 다음의 방식으로 제조하였다.
(1) 도 5에 나타낸 집전 전극 (307)로서 집전 전극의 제조
먼저, 페이아웃 (pay-out) 릴에 감긴 Cu로 된 금속제 와이어를 제공하였다.
이어서, 금속제 와이어를 코팅하는데 사용하기 위한 전도성 페이스트를 다음과 같이 제조하였다. 에틸 아세테이트 2.5 g 및 이소프로필 알코올 2.5 g으로 구성된 혼합 용매를 분산 교반 용기에 도입하고 주성분으로서 우레탄 수지 22.0 g을 이 혼합 용매에 첨가한 후 볼 밀을 사용하여 잘 혼합하였다. 이어서, 블록 이소시아네이트 1.1 g 및 분산 유리 10 g을 분산 교반 용기 중의 혼합물에 첨가한 다음, 평균 1차 입도가 0.05 μm인 카본 블랙 (전도성 물질로서) 2.5 g을 분산 교반 용기 중의 혼합물에 첨가하였다. 이어서, 분산 교반 용기를 도료 교반기 (도요세이끼 세이사꾸쇼 가부시끼가이샤 제품)의 수단에 의해 10시간 동안 교반시켜 전도성 물질로서의 카본 블랙의 미립자가 분산 교반 용기 중에서 잘 분산된 페이스트를 형성시켰다. 형성된 페이스트를 분산 교반 용기로부터 꺼내어, 분산 유리를 페이스트로부터 제거하였다. 이것에 의해, 전도성 페이스트가 얻어졌다.
상기의 금속제 와이어는 다음의 방식으로 통상의 와이어 코팅기를 사용하여 생성된 전도성 페이스트에 의해 코팅시켰다. 페이아웃 릴에 감긴 금속제 와이어를 운반하고 운반된 금속제 와이어를 권취 롤 상에 감고, 와이어 코팅기를 작동시켜 전도성 페이스트를 페이아웃 릴로부터 귄취 릴을 향해 이동하는 금속제 와이어에 연속적으로 가하는 동안, 금속제 와이어 상에 가해진 전도성 페이스트를 건조 및 경화시켰다.
이것에 의해, 전도성 물질에 의해 코팅된 Cu-와이어로 이루어진 코어를 가진 집전 전극을 얻었다. 그 결과의 집전 전극을 절단하여 복수의 집전 전극을 얻었다.
(2) 광기전력 소자의 제조
먼저 기체로서 잘 세척한 스테인레스 강 플레이트를 제공하였다. 기체 상에, 5000 Å 두께 Al 막 및 5000 Å ZnO 막으로 이루어진 2층 이면 반사층을 통상의 스퍼터링 공정에 의해 형성하고, 이어서, 이면 반사층 상에, 150 Å 두께의 n-형 층/4000 Å 두께의 i-형 층/100 Å 두께의 p-형 층/100 Å 두께의 n-형 층/800 Å 두께의 i-형 층/100 Å 두께의 p-형 층으로 이루어진 닙/닙 구조가, 각 n-형 층으로서 n-형 a-Si 막이 SiH4가스, PH3가스 및 H2가스의 혼합물로부터 형성되고, 각 i-형 층으로서 i-형 a-Si 막이 SiH4가스 및 H2가스의 혼합물로부터 형성되고, 각 p-형 층으로서 p-형 μc-Si 막이 SiH4가스, BF3가스 및 H2가스의 혼합물로부터 형성되는 것인, 통상의 플라즈마 CVD 방식에 의해 기체 면으로부터 순서대로 적층된, 직렬형 광전 변환 반도체층을 형성시켰다. 이어서, 광전 변환 반도체층 상에, 투명 전도성 층으로서 두께가 700 Å인 In2O3막을 In 원이 O2분위기에서 증발되는 것인 통상의 열 저항 증발 공정의 수단에 의해 형성시켰다.
투명 전도성 층의 표면 상에, 상기 단계 (1)에서 얻은 집전 전극을 동일한 간격으로 배열하고, 이어서 가열압착 처리함으로써 집전 전극을 투명 전도층의 표면 상에 고정시켰다.
이와 같이 형성된 투명 전도성 층 상의 집전 전극은 와이어 버스 바아를 집전 전극에 결합시킴으로써 직렬로 접속시켰다. 그 후, 음극측 전원 출력 단자로서 구리 통을 납땜의 수단에 의해 기체에 고정시키고 양극측 전원 출력 단자로서 주석 포일의 테이프를 집전 전극에 고정시켰다.
이 방식으로, 광기전력 소자 (301)로서 사용된 광기전력 소자 (태양 전지)를 얻었다.
2. 박막 수지층의 형성
박막 수지층 (308)은 다음의 방식으로 형성시켰다.
2-히드록시에틸 메타크릴레이트 52 중량부, ε-카프로락탐으로 블록킹된 헥사메틸렌디이소시아네이트 30 중량부, 유기실록산 중합체 13 중량부 및 γ-글리시독시프로필트리메톡시실란 5 중량부를 크실렌 및 메틸이소부틸 케톤의 1:1 혼합비로 구성된 혼합 용매 중에서 혼합시켜 수지 함량이 35 중량%인 코팅액을 얻었다. 이 코팅액을 상기 단계 1에서 얻은 광기전력 소자 (301)의 수광면 상에 경화시 25 μm의 두께를 제공하는 양으로 통상의 스프레이 코팅 공정의 수단에 의해 집전 전극 (307)을 덮도록 코팅하고, 광기전력 소자 상에 가해진 코팅액을 실온에서 15분 동안 건조시킨 다음, 이어서 200 ℃에서 10분 동안 경화 처리하였다. 이것에 의해, 집전 전극을 커버하기 위한 광기전력 소자의 수광면 상에 투명 수지 층 (308)로서 25 μm 두께의 투명 수지층을 형성시켰다.
3. 각각의 표면측 충전재 (302) 및 제 1 및 제 2 이면측 충전재 (304)로서, 다음의 방식으로 제조된 460 μm 두께의 수지 시트를 제공하였다.
EVA (에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체; 비닐 아세테이트 함량: 33 중량%, 용융 흐름율: 30 dg/분) 100 중량부, 가교제로서 2,5-디메틸-2,5-비스(t-부틸퍼옥시)헥산 1.5 중량부, UV 흡수제로서 2-히드록시-4-n-옥톡시벤조페논 0.3 중량부, 산화방지제로서 트리스(모노노닐페닐)포스페이트 0.2 중량부 및 광안정화제로서 (2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트 0.1 중량부를 잘 혼합한 다음, 이어서 유리 섬유를 침지시켰다. 결과의 생성물을 T-다이 압출시킴으로서 460 μm 두께의 수지 시트를 얻었다.
이 방식으로, 표면측 충전재 (302) 및 제 1 및 제 2 이면측 충전재 (304)로서 사용되는 두께가 460 μm인 3 개의 수지 시트를 얻었다.
4. 표면 보호막 (303)으로서, 코로나 방전 처리를 가한 표면을 갖는 50 μm 두께의 비배향 에틸렌 테트라플루오로에틸렌 공중합체 (ETFE) 막을 표면측 충전재 (302)와 접촉되게 제공하였다.
5. 절연막 (305)로서, 코로나 방전 처리를 가한 대향면을 갖는 50 μm 두께의 나일론 막 (상표명: DARTEC, 제조원: Du Pont Company)를 제공하였다.
6. 이면 보강재 (306)으로서 0.27 mm 두께의 아연 처리 강판 (상표명: TAIMACOLAR, 제조원: Daidokohan Kabushiki Kaisha)를 제공하였다.
7. 태양 전지 모듈의 제조
알루미늄 판의 표면 상에, 이면 보강재 (306)으로서 아연 처리 강판, 제 2 이면측 충전재 (304)로서 수지 시트, 절연막 (305)로서 나일론막, 제 1 이면측 충전재 (304)로서 수지 시트, 그 위에 박막 수지층이 형성된 광기전력 소자 (301), 표면측 충전재 (302)로서 수지 시트 및 표면 보호층 (303)으로서 ETFE막을 순서대로 적층하여 적층체를 얻었다. 계속해서, 적층체 상에 열 저항 실리콘 고무 시트를 겹치게 하여 적층체를 밀봉하였다. 또, 알루미늄 판 및 실리콘 고무 수지 사이의 적층체를 함유하는 공간을 O-링 (여기에서 설정된 본체는 적층 장치로서 언급될 것이다)을 사용하여 밀봉하였다. 이어서, 진공 펌프를 사용하여, 적층체를 함유하는 상기 공간을 진공 처리하여 적층체의 내부가 10 mmHg가 되게 하였다. 적층체의 내부를 충분히 진공 처리한 후, 적층 장치를 150 ℃에서 유지시킨 노 내부로 도입시키고, 이것을 연속적인 진공처리 조작하에 45분 동안 유지시켰다. 이어서, 진공 처리 조작을 계속하는 한편, 적층 장치를 노로부터 꺼내고 이어서 실온에서 냉각시켰다.
이어서, 적층 장치의 내압을 주위 압력으로 환원시켜 진공처리된 적층체를 얻었다. 이와 같이, 태양 전지 모듈을 얻었다.
상기의 절차를 반복하여 복수의 태양 전지 모듈을 얻었다.
여기에, 태양 전지 모듈 중 하나를 무작위로 선택하여, 태양 전지 모듈에 대하여 박막 수지층 (308)에 의해 집전 전극의 각각의 전도성 코트에 간극이 존재하는지의 여부를 검사하였다. 그 결과 각각의 집전 전극의 전도성 코트에 존재하는 간극은 투명 수지층에 의해 충분히 충전되어 있음이 밝혀졌다.
평가
얻어진 태양 전지 모듈을 사용하여, (1) 초기 특성, (2) 내열성, (3) 내습성, (4) 내스크래치성, (5) 내후성 및 (6) 전기 절연성에 대한 평가를 수행하였다.
얻어진 평가 결과를 모아서 하기 표 1에 나타내었다.
상기한 각 평가 항목의 평가를 다음 방법으로 수행하였다.
(1) 초기 특성의 평가
태양 전지 시뮬레이터 (AM 1.5)를 사용하여 태양 전지 모듈에 100 mW/cm2의 유사 태양광을 조사함으로써 그의 초기 특성을 조사하였다. 얻어진 조사 결과를 모듈로 전환시키지 않은 광기전력 소자의 조사 결과와 비교하였다. 비교 결과는 다음의 평가 기준에 따라 표 1에 나타내었다.
◎ : 약간의 변화가 발견되는 경우, 및
○ : 구별가능한 변화가 발견되지만 실용상 허용되는 경우.
(2) 내열성의 평가
태양 전지 모듈을 150℃의 분위기에서 15시간 동안 노광시킨 후, 그의 외관을 관찰하였다. 관찰 결과는 다음의 평가 기준에 따라 표 1에 나타내었다.
◎ : 실질적인 변화가 발견되지 않는 경우, 및
○ : 약간의 변화가 발견되지만 실용상 허용되는 경우.
(3) 내습성의 평가
(i) 태양 전지 시뮬레이터 (AM 1.5)를 사용하여 태양 전지 모듈의 수광면 측에 100 mW/cm2의 유사 태양광을 24시간 동안 조사하였고, 이 때 그의 기저면은 침수시킨 후 그의 특성을 조사하였다. 얻어진 조사 결과를 시험 전 태양 전지 모듈에 대해 얻어진 결과와 비교하였다.
(ii) 태양 전지 모듈을 85℃/85%RH의 분위기에 10분 동안 유지시킨 후, 태양 전지 모듈에 0.85V의 역 바이어스를 10시간 동안 인가하였다. 이 후, 그의 특성을 조사하였다. 얻어진 조사 결과를 시험 전 태양 전지 모듈에 대해 얻어진 결과와 비교하였다.
상기 (i) 및 (ii)에서 얻은 결과를 기준으로 하여, 직렬 저항 (Rs)의 상승 및 션트 저항 (Rsh)의 저하에 관한 태양 전지 모듈 특성을 관찰하였다.
관찰 결과는 다음의 평가 기준에 따라 표 1에 나타내었다.
○ : 태양 전지 모듈 특성에 약간의 열화가 발견되는 경우, 및
× : 태양 전지 모듈 특성에 상당한 열화가 발견되고 실용상 허용되지 않는 경우.
(4) 내스크래치성 평가
두께가 1 mm인 탄소강 판을 그의 코너를 통하여 태양 전지 모듈 표면의 요철 보유 부분에 접촉시킨 후, 탄소강 판을 끌어 당기고, 한편 탄소강 판에 907.2 g(2 파운드)의 하중을 인가하여 스크래치를 형성하였다. 이렇게 처리한 태양 전지 모듈에 대하여 표면 피복재의 스크래칭된 부분이 광기전력 소자를 외부로부터 전기적으로 격리시키는 전기 절연성을 여전히 보유하는지 여부를 평가하였다. 이 평가는 처리된 태양 전지 모듈을 3000 Ω.cm의 전해질 용액에 침지시키고, 태양 전지 모듈 광기전력 소자와 전해질 용액 사이에 2200 V의 전압을 인가하여 전류가 누출되는지를 관찰하였다.
평가 결과는 다음의 평가 기준에 따라 표 1에 나타내었다.
○ : 누출 전류가 50 μA 이하인 경우, 및
× : 누출 전류가 50 μA를 명백하게 초과하는 경우.
(5) 내후성의 평가
카본-아크 선샤인 웨더 미터 (sunshine weather meter)에 태양 전지 모듈을 놓고, 63 ℃의 블랙 판넬 온도에서 108분 동안 유지시키는 주기 및 순수한 물을 12분 동안 떨어뜨리는 주기를 교대로 반복하는 조건하에서 5000시간 동안 유사 태양광을 조사하였다. 이 후, 그의 외관을 관찰하였다.
관찰 결과는 다음의 평가 기준에 따라 표 1에 나타내었다.
○ : 실질적으로 변화가 발견되지 않는 경우, 및
× : 신뢰성을 차단하는 박리, 균열 등과 같은 결함이 발생되는 경우.
(6) 전기 절연성의 평가
태양 전지 모듈의 표면측을 85 ℃/85% RH의 분위기에 1000시간 동안 유지시킨 후, 양극측 및 음극측 단자를 접속 케이블에 의해 전기적으로 접속시켜 단락시켰다. 이렇게 처리한 태양 전지 모듈을 카운터 전극이 배치된 용기에 함유된 전기 전도도가 3000 Ω.cm인 전해질 용액에 침지시키고, 접속 케이블을 직류 전원 단자에 전기적으로 접속시키고, 직류 전원의 나머지 단자는 카운터 전극에 전기적으로 접속시키고, 직류 전원을 켜서 2200 V의 직류 전압을 인가하였고, 흐르는 전류 (누출 전류)를 측정하였다. 측정 결과는 다음의 평가 기준에 따라 표 1에 나타내었다.
○ : 누출 전류가 50 μA 이하인 경우, 및
× : 누출 전류가 50 μA를 명백하게 초과하는 경우
실시예 2
수집 전극 코어로서 Cu-와이어를 Ag-클래드 와이어로 교체하는 것을 제외하고는 실시예 1의 과정을 반복하여 다수개의 태양 전지 모듈을 얻었다.
얻어진 태양 전지 모듈을 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 초기 특성, 내열성, 내습성, 내스크래치성, 내후성, 및 전기 절연성에 관한 평가를 수행하였다.
얻어진 평가 결과는 모아서 표 1에 나타내었다.
실시예 3
수집 전극 코어로서 Cu-와이어를 Al-클래드 와이어로 교체하는 것을 제외하고는 실시예 1의 과정을 반복하여 다수개의 태양 전지 모듈을 얻었다.
얻어진 태양 전지 모듈을 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 초기 특성, 내열성, 내습성, 내스크래치성, 내후성, 및 전기 절연성에 관한 평가를 수행하였다.
얻어진 평가 결과는 모아서 표 1에 나타내었다.
실시예 4
단계 2의 박막 수지층의 형성에 있어서 차단 이소시아네이트를 ε-카프로락탐으로 차단시킨 1,3-비스(이소시아네이토메틸)시클로헥산으로 교체하는 것을 제외하고는 실시예 1의 과정을 반복하여 다수개의 태양 전지 모듈을 얻었다.
얻어진 태양 전지 모듈을 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 초기 특성, 내열성, 내습성, 내스크래치성, 내후성, 및 전기 절연성에 관한 평가를 수행하였다.
얻어진 평가 결과는 모아서 표 1에 나타내었다.
실시예 5
단계 3의 EVA용 가교제로서 2,5-디메틸-2,5-비스(t-부틸페록시)헥산을 이용하고, 단계 7의 가열 압착 처리를 150 ℃에서 100분 동안 실시하는 것을 제외하고는 실시예 1의 과정을 반복하여 다수개의 태양 전지 모듈을 얻었다.
얻어진 태양 전지 모듈을 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 초기 특성, 내열성, 내습성, 내스크래치성, 내후성, 및 전기 절연성에 관한 평가를 수행하였다.
얻어진 평가 결과는 모아서 표 1에 나타내었다.
실시예 6
단계 2의 박막 수지층의 형성에 있어서 차단 이소시아네이트를 메틸 에틸 케톤 옥심으로 차단시킨 헥사메틸렌디이소시아네이트로 교체하는 것을 제외하고는 실시예 1의 과정을 반복하여 다수개의 태양 전지 모듈을 얻었다.
얻어진 태양 전지 모듈을 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 초기 특성, 내열성, 내습성, 내스크래치성, 내후성, 및 전기 절연성에 관한 평가를 수행하였다.
얻어진 평가 결과는 모아서 표 1에 나타내었다.
비교예 1
박막 수지층을 형성하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1의 과정을 반복하여 다수개의 태양 전지 모듈을 얻었다.
얻어진 태양 전지 모듈을 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 초기 특성, 내열성, 내습성, 내스크래치성, 내후성, 및 전기 절연성에 관한 평가를 수행하였다.
얻어진 평가 결과는 모아서 표 1에 나타내었다.
비교예 2
박막 수지층을 형성하지 않는 것을 제외하고는 실시예 5의 과정을 반복하여 다수개의 태양 전지 모듈을 얻었다.
얻어진 태양 전지 모듈을 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 초기 특성, 내열성, 내습성, 내스크래치성, 내후성, 및 전기 절연성에 관한 평가를 수행하였다.
얻어진 평가 결과는 모아서 표 1에 나타내었다.
비교예 3
박막 수지층을 형성하지 않는 것을 제외하고는 실시예 2의 과정을 반복하여 다수개의 태양 전지 모듈을 얻었다.
얻어진 태양 전지 모듈을 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 초기 특성, 내열성, 내습성, 내스크래치성, 내후성, 및 전기 절연성에 관한 평가를 수행하였다.
얻어진 평가 결과는 모아서 표 1에 나타내었다.
비교예 4
박막 수지층을 형성하지 않는 것을 제외하고는 실시예 3의 과정을 반복하여 다수개의 태양 전지 모듈을 얻었다.
얻어진 태양 전지 모듈을 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 초기 특성, 내열성, 내습성, 내스크래치성, 내후성, 및 전기 절연성에 관한 평가를 수행하였다.
얻어진 평가 결과는 모아서 표 1에 나타내었다.
[표 1]
표 1에 기재된 결과로부터, 특정 박막 수지층이 사용된 본 발명에 속하는 상기 실시예에서 얻은 태양 전지 모듈은 태양 전지 모듈에 요구되는 모든 특성이 충분하므로 이들은 매우 신뢰성이 있다는 것이 이해된다.
한편, (본 발명에 사용된) 특정 박막 수지층이 사용되지 않은 상기 비교예에서 얻은 태양 전지 모듈은 초기 특성 및 내열성은 만족스럽지만, 내습성, 내스크래치성, 내후성, 및 전기 절연성이 명백히 열화된다. 특히, 비교예에서 얻은 태양 전지 모듈은 어느 것이나 내습성이 불충분한데, 이 경우 수분이 그의 표면으로부터 침투되어 수집 전극의 전기 전도성 코트에 존재하는 간극을 통과하기 쉬워 수집 전극의 금속성 와이어로 이루어진 코어에 도달하고, 이 경우 수분에 의해 금속성 와이어가 산화되어 직렬 저항 (Rs)을 상승시키거나(시키고) 코어의 표면이 이온화되고 이동하여 션트 저항 (Rsh)을 저하시킨다. 이외에, 표 1에 기재된 결과로부터 명백한 바와 같이, (본 발명에 사용된) 특정 박막 수지층이 사용되지 않은 비교예에서 얻은 모든 태양 전지 모듈은 본 발명에 속하는 실시예에서 얻은 모든 태양 전지 모듈에 비해 내습성, 내스크래치성, 내후성, 및 전기 절연성이 명백히 열등하다.
본 발명에 따르면, 특히 내습성 및 투명성이 탁월한 개선된 표면 피복재를 가지는 태양 전지 모듈 및 가혹 환경 조건하에서 장기간 사용시에도 션트 저항 (Rsh)의 저하 뿐만 아니라 직렬 저항 (Rs)의 상승이 적고 열화됨이 없이 목적하는 광전 변환 성능을 지속적으로 나타내는 신뢰성이 높은 태양 전지 모듈 등의 태양 전지 모듈을 얻을 수 있다.

Claims (12)

  1. 전도성 코트를 가지는 집전 전극이 배치되어 있는 수광면을 갖는 광기전력 소자, 및 상기 광기전력 소자의 광입사측에 순차 적층된 충전재 및 표면 보호막을 포함하는 표면 피복재로 이루어지며, 박막 수지층이 상기 광기전력 소자와 상기 충전재 사이에 내삽되어 상기 집전 전극의 전도성 코트내에 존재하는 간극이 상기 박막 수지층에 의해 충전되는 태양 전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 충전재가 1시간 반감 온도가 100 ℃ 내지 300 ℃인 유기 과산화물에 의해 가교결합되는 것인 태양 전지 모듈.
  3. 제1항에 있어서, 충전재가 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체를 포함하는 것인 태양 전지 모듈.
  4. 제1항에 있어서, 전도성 코트가 전도성 페이스트로 형성되는 것인 태양 전지 모듈.
  5. 제1항에 있어서, 집전 전극이 전도성 코트에 의해 코팅되는 금속제 와이어를 포함하는 것인 태양 전지 모듈.
  6. 제5항에 있어서, 전도성 코트가 전도성 페이스트로 형성되는 것인 태양 전지 모듈.
  7. 제5항에 있어서, 금속제 와이어가 은 또는 구리로 이루어진 표면을 가지는 것인 태양 전지 모듈.
  8. 제4 또는 6항에 있어서, 전도성 페이스트가 전도성 입자 및 결합제 수지를 포함하는 것인 태양 전지 모듈.
  9. 제1항에 있어서, 박막 수지층이 광기전력 소자의 광입사측에 용매에 의해 희석된 투명 수지를 포함하는 코팅액을 도포하고 도포된 코팅액을 경화시킴으로써 형성되는 것인 태양 전지 모듈.
  10. 제1항에 있어서, 전도성 코트의 두께가 1 μm 내지 100 μm인 태양 전지 모듈.
  11. 제1항에 있어서, 박막 수지층의 두께가 0.5 μm 내지 150 μm인 태양 전지 모듈.
  12. 제1항에 있어서, 박막 수지층이 투명 유기 수지를 함유하는 것인 태양 전지 모듈.
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