KR20090042941A - 안정성 및 점착성이 향상된 태양 전지 봉지제 층 - Google Patents

안정성 및 점착성이 향상된 태양 전지 봉지제 층 Download PDF

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제랄딘 엠. 렌지스
스티븐 씨. 페섹
샘 루이스 사무엘스
찰스 앤소니 스미스
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이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
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Abstract

본 발명은 1) 총 두께가 약 0.003 내지 약 0.51 ㎜ (약 0.1 - 약 20 mil)이고, 2) α-올레핀과 약 18 내지 약 25 wt%의 α, β-에틸렌계 불포화 카르복실산의 부분적으로 또는 완전히 중화된 산 공중합체로부터 유도된 이오노머로 제조되는 적어도 하나의 표면 층을 갖는 적어도 하나의 봉지제 층을 포함하는 태양 전지 모듈을 제공한다. 본 발명은 또한 태양 전지 모듈을 제조하는 방법을 제공한다.
태양 전지 모듈, 봉지제 층, 입사 층, 이오노머, 산 공중합체, 배면 시트

Description

안정성 및 점착성이 향상된 태양 전지 봉지제 층{Solar Cell Encapsulant Layers With Enhanced Stability and Adhesion}
본 발명은 안정성 및 점착성이 향상된 봉지제 층(encapsulant layer)을 포함하는 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
재생가능한 에너지원으로서, 태양 전지 모듈을 사용하는 것이 빠르게 확산되고 있다. 광전지 모듈이라고도 불리는 태양 전지 모듈이 점점 더 복잡해짐에 따라 향상된 기능의 봉지제 재료에 대한 요구가 증가되고 있다. 태양 전지(광전지) 모듈은 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 유닛이다. 전형적인 또는 전통적인 구성의 태양 전지 모듈은 상부(즉, 수광 측)로부터 시작하여 하기의 순서로 조립되는 적어도 5개의 구조 층으로 구성된다. 즉, (1) 입사 층 또는 전면 시트, (2) 전면 시트 (또는 제1) 봉지제 층, (3) 전압-발생 층 (또는 태양 전지(들)), (4) 배면 시트 (제2) 봉지제 층, 및 (5) 배킹 층(backing layer). 입사 층의 기능은 햇빛이 태양 전지(들)로 들어갈 수 있도록 하는 투명한 보호창을 제공하는 것이다. 입사 층은 전형적으로 유리판 또는 얇은 중합체 필름(예를 들어, 플루오로중합체 또는 폴리에스테르 필름)이지만, 햇빛을 투과하는 임의의 재료를 생각할 수 있다.
봉지제 층은 깨지기 쉬운 태양 전지(들)를 봉지하고 보호하도록 설계된다. 일반적으로, 태양 전지 모듈은 전압-발생 층이 개재된 적어도 2개의 봉지제 층을 포함할 것이다. 전면 시트 봉지제 층의 광학 특성은 광을 효과적으로 전압-발생 층으로 전달할 수 있도록 해야만 한다. 수 년에 걸쳐, 매우 다양한 중합체 중간층(interlayer)이 봉지제 층으로서 사용하기 위해 개발되었다. 일반적으로, 이러한 중합체 중간층은 다른 요건들 중에서도 매우 높은 광학 투명성(clarity), 낮은 탁도(haze), 높은 내충격성, 충격 흡수성, 탁월한 자외선(UV)광 저항성, 우수한 장기간 열안정성, 유리 및 다른 태양 전지 라미네이트 층에 대한 탁월한 점착성, 낮은 UV광 투과성, 낮은 수분 흡수성, 높은 수분 저항성, 탁월한 장기간 내후성을 포함하는 특성들의 조합을 갖추어야만 한다. 광범위하게 사용되는 봉지제 재료는 폴리(에틸렌-코-비닐 아세테이트)(EVA), α-올레핀과 α,β-에틸렌계 불포화 카르복실산의 산 공중합체, α-올레핀과 α,β-에틸렌계 불포화 카르복실산의 부분적으로 또는 완전히 중화된 산 공중합체로부터 유도되는 이오노머(ionomer), 폴리(비닐 아세탈) (예를 들어, 폴리(비닐 부티랄)(PVB)), 열가소성 폴리우레탄(TPU), 폴리비닐클로라이드(PVC), 선형 저밀도 폴리에틸렌, 폴리올레핀 블록 탄성중합체, 에틸렌 아크릴레이트 공중합체(예를 들어, 폴리(에틸렌-코-메틸 아크릴레이트) 및 폴리(에틸렌-코-부틸 아크릴레이트)), 실리콘 탄성중합체, 에폭시 수지 등을 기재로 하는 복합, 다성분 조성물을 포함한다.
폴리(에틸렌-코-비닐 아세테이트) 조성물은 태양 전지 모듈에 포함되는 다른 구성요소들에 대한 낮은 점착성, 라미네이팅 공정 및 최종 사용 동안의 낮은 내크리프성 및 낮은 내후성 및 광안정성의 결점을 겪는다. 이러한 결점들은 일반적으 로 폴리(에틸렌-코-비닐 아세테이트) 조성물에 점착 프라이머(primer), 과산화물 경화제, 및 열 및 UV 안정제 패키지를 넣어 제형화하여 극복되었으나, 이는 시트 제조 및 이어지는 라미네이팅 공정을 복잡하게 한다.
더욱 최근의 개발은 태양 전지 구성에 더 큰 계수(modulus)의 이오노머를 사용하였다. 예를 들어, JP S56-116047호, JP H2-94574(A)호, US 5,476,553호, US 5,478,402호, US 5,733,382호, US 5,741,370호, US 5,762,720호, US 5,986,203호, US 6,114,046호, US 6,353,042호, US 6,319,596호, US 6,320,116호, US 6,586,271호, US 6,690,930호, US 2003-0000568호, 및 문헌[Baum, Bernard, et. al., Solar Collectors, Final Report, DOE/CS/35359-T1 (DE84011480), DOE6081.1, Contract No. AC4-78CS35359 (Springborn Laboratories, Inc.), June, 1983]을 참조한다. 상기에 언급된 참고 문헌에 개시된 이오노머 조성물의 어느 것도 태양 전지 봉지제 층의 모든 요건을 충족시키지는 못하였으며, 태양 전지에 대한 적절한 보호를 제공하고, 최종 사용시 수명이 길며, 바람직하게는 점착성 프라이머를 사용하지 않고도 다른 태양 전지 라미네이트 층에 대하여 훨씬 더 큰 수준의 점착성을 제공하여 제조 공정을 단순화하는 태양 전지 봉지제 층이 계속적으로 요구되고 있다. 본 발명은 이러한 모든 요건을 충족시키는 맞춤형 태양 전지 봉지제 시트를 제공한다.
발명의 개요
일 태양에서, 본 발명은 (i) 제1 봉지제 층, (ii) 하나 또는 복수의 전자적으로 상호 접속된 태양 전지를 포함하고 수광 표면 및 배면 표면을 갖는 태양 전지 층, 및 (iii) 선택적인 제2 봉지제 층을 포함하는 조립체로부터 제조되는 태양 전 지 모듈이며, 여기서 a) 제1 봉지제 층은 총 두께가 약 0.003 - 약 0.51 ㎜ (약 1 내지 약 20 mil)이고, b) 제1 봉지제 층은 α-올레핀과, 공중합체의 총 중량을 기준으로 약 18 내지 약 25 wt%의 α,β-에틸렌계 불포화 카르복실산의 부분적으로 또는 완전히 중화된 산 공중합체로부터 유도된 이오노머 조성물을 포함하는 적어도 하나의 표면 층을 포함하고, c) 제1 봉지제 층은 태양 전지 층의 수광 표면에 인접하여 위치되고, d) 선택적인 제2 봉지제 층은 존재하는 경우 태양 전지 층의 배면 표면에 인접하여 위치된다.
추가적인 태양에서, 본 발명은 위에서 아래로, (i) 투명한 재료로 제조된 입사 층, (ii) 제1 봉지제 층, (iii) 하나 또는 복수의 전자적으로 상호 접속된 태양 전지를 포함하는 태양 전지 층, (iv) 선택적으로, 제2 봉지제 층, (v) 배면 시트로 본질적으로 구성된 조립체로부터 제조된 태양 전지 모듈이며, 여기서 제1 봉지제 층은 총 두께가 약 0.003 내지 0.51 ㎜ (약 0.1 내지 약 20 mil)이고, α-올레핀과, 공중합체의 총 중량을 기준으로 약 18 내지 약 25 wt%의 α,β-에틸렌계 불포화 카르복실산의 산 공중합체로부터 유도된 이오노머 조성물을 포함하는 적어도 하나의 표면 층을 포함하고, 산 공중합체는 하나 이상의 금속 이온으로 전체 카르복실산 함량을 기준으로 약 10% 내지 약 100% 중화된다.
추가적인 다른 태양에서, 본 발명은 (i) 위에서 아래로, 입사 층, 제1 봉지제 층, 하나 또는 복수의 전자적으로 상호 접속된 태양 전지를 포함하는 태양 전지 층, 선택적인 제2 봉지제 층, 및 배면 시트를 포함하는 조립체를 제공하는 단계, 및 (ii) 조립체를 라미네이팅하여 태양 전지 모듈을 형성하는 단계를 포함하는 태 양 전지 모듈 제조 방법이며, 여기서 제1 봉지제 층은 총 두께가 약 0.003 내지 약 0.51 ㎜ (약 0.1 내지 약 20 mil)이고, α-올레핀과, 공중합체의 총 중량을 기준으로 약 18 내지 약 25 wt%의 α,β-에틸렌계 불포화 카르복실산의 부분적으로 또는 완전히 중화된 산 공중합체로부터 유도된 이오노머 조성물을 포함하는 적어도 하나의 표면 층을 포함한다.
도 1은 위에서 아래로 입사 층(16), 제1 봉지제 층(10), 태양 전지 층(12), 선택적인 제2 봉지제 층(14), 및 배킹 층(18)을 포함하는 태양 전지 모듈(20)의 일 실시 형태의 단면도.
허용되는 한, 본 명세서에 언급되는 모든 간행물, 특허 출원, 특허 및 다른 참고 문헌은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 명세서의 재료, 방법 및 실시예는 단지 예시를 위한 것이며, 본 발명의 범주는 청구의 범위에 의해서만 판단되어야 한다.
정의
특정 예에서 달리 한정되지 않는다면, 하기 정의가 본 명세서 전체에 사용되는 용어에 적용된다.
달리 언급되지 않는다면, 모든 백분율, 부, 비 등은 중량 기준이다.
양, 농도, 또는 다른 값 또는 파라미터가 범위, 바람직한 범위 또는 바람직한 상한값 및 바람직한 하한값의 열거로서 주어지는 경우, 범위가 별도로 개시되는 지에 상관없이 한 쌍의 임의의 위쪽 범위 한계치 또는 바람직한 값 및 임의의 아래쪽 범위 한계치 또는 바람직한 값으로 형성된 모든 범위를 구체적으로 개시하는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에서 수치 범위를 인용하는 경우, 달리 언급되지 않는다면, 그 범위는 그 종점, 및 상기 범위 내의 모든 정수 및 분수를 포함하고자 하는 것이다.
값 또는 범위의 종점을 설명하는 데 "약"이라는 용어를 사용하는 경우, 이러한 설명은 언급된 특정한 값 또는 종점을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서, "시트"(sheet) 및 "필름"(film)이라는 용어는 넓은 의미로 상호 교환가능하게 사용된다.
태양 전지 모듈 또는 라미네이트
일 태양에서, 본 발명은 제1 봉지제 층, 태양 전지 층, 및 선택적인 제2 봉지제 층을 포함하는 태양 전지 모듈 또는 태양 전지 라미네이트이며, 여기서 (i) 제1 봉지제 층은 총 두께가 약 0.003 내지 약 0.51 ㎜ (약 0.1 내지 약 20 mil)이고, α-올레핀과, 공중합체의 총 중량을 기준으로 약 18 wt% 이상의 α, β-에틸렌계 불포화 카르복실산의 부분적으로 또는 완전히 중화된 산 공중합체로부터 유도된 고산성 이오노머 조성물을 포함하는 적어도 하나의 표면 층을 포함하고, (ii) 태양 전지 층은 하나 또는 복수의 전자적으로 상호 접속된 태양 전지를 포함하고 2개의 대향 표면, 즉 수광 표면 및 배면 표면을 갖고, (iii) 제1 및 선택적인 제2 봉지제 층은 태양 전지 층의 2개의 대향 표면의 각각에 라미네이트된다.
바람직한 실시 형태에서, 제1 봉지제 층은 태양 전지 층의 수광 표면에 라미네이트되며 선택적인 제2 봉지제 층은 봉지제 층의 배면 표면에 라미네이트된다.
일 특정 실시 형태에서, 도 1에 예시한 바와 같이, 본 발명의 태양 전지 모듈(20)은 (i) 투명한 입사 층(16), 예를 들어 유리 층 (여기서, 입사 층(16)은 태양 전지 층(12)에서 먼 쪽에서 제1 봉지제 층(10)에 라미네이트됨), 및 (ii) 태양 전지 층의 배면 표면(12b)에 라미네이트되거나 또는 선택적인 제2 봉지제 층(14)이 존재하는 경우 태양 전지 층(12)에서 먼 쪽에서 제2 봉지제 층(14)에 라미네이트된 배킹 층(18)을 추가로 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 범주 내에서, 태양 전지 모듈은 하나 이상의 추가적인 봉지제 층 및/또는 필름 또는 시트의 다른 추가적인 층을 추가로 포함할 수 있다.
I. 제1 봉지제 층:
제1 봉지제 층은 상기한 고산성 이오노머 조성물로부터 유도된 적어도 하나의 표면 층을 포함하는 단층 또는 다층 필름 또는 시트일 수 있다. 다층은 봉지제 층이 2층, 3층일 수 있거나 또는 그 이상의 층을 포함할 수 있음을 의미한다. 다른 층들은 임의의 적합한 재료로 형성될 수 있다. 다른 층으로 사용하기에 적합한 재료에는 폴리(에틸렌-코-비닐 아세테이트), 폴리(비닐 아세탈)(흡음 등급의 폴리(비닐 아세탈) 포함), 열가소성 폴리우레탄, 폴리비닐클로라이드, 선형 저밀도 폴리에틸렌(예를 들어, 메탈로센 촉매된 선형 저밀도 폴리에틸렌), 폴리올레핀 블록 탄성중합체, 에틸렌 아크릴레이트 에스테르 공중합체(예를 들어, 폴리(에틸렌-코-메틸 아크릴레이트) 및 폴리(에틸렌-코-부틸 아크릴레이트)), α-올레핀과 α, β-에틸렌계 불포화 카르복실산의 산 공중합체, α-올레핀과 α, β-에틸렌계 불포화 카르복실산의 부분적으로 또는 완전히 중화된 산 공중합체로부터 유도된 이오노머, 실리콘 탄성중합체, 에폭시 수지 및 이들의 조합이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. "흡음성 폴리(비닐 아세탈) "은 유리 전이 온도(Tg)가 23℃ 이하인 폴리(비닐 아세탈) 조성물을 의미한다.
봉지제 층이 다층 형태인 특정 실시 형태에서, 양 표면 층은 상기한 바와 같은 고산성 이오노머 조성물을 포함하여 증가된 점착성 수준을 제공한다.
I.I 고산성 이오노머 조성물:
본 발명에 사용되는 고산성 이오노머 조성물은 α-올레핀과, 공중합체의 총 중량을 기준으로 약 18 wt% 이상의 α, β-에틸렌계 불포화 카르복실산의 부분적으로 또는 완전히 중화된 부모 산 공중합체로부터 유도된다. 이러한 고산성 이오노머 조성물은 점착성, 투명성, 퍼센트 광투과율 및 다른 물리적 특성이 향상된 봉지제 층을 제공한다. 바람직하게는, 부모 산 공중합체는 α-올레핀 및, 공중합체의 총 중량을 기준으로 약 18 내지 약 25 wt%, 또는 더욱 바람직하게는 약 18 내지 약 23 wt%, 또는 더욱 더 바람직하게는 약 20 내지 약 23 wt%의 α, β-에틸렌계 불포화 카르복실산으로부터 제조된다.
본 발명에 사용되는 α-올레핀은 2 내지 10개의 탄소 원자를 포함한다. α-올레핀은 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-헵텐, 3-메틸-1-부텐, 4-메틸-1-펜텐 등 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 바람직하게는, α-올레핀은 에틸렌이다.
본 발명에 사용되는 α, β-에틸렌계 불포화 카르복실산은 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 말레산, 말레산 무수물, 푸마르산, 모노메틸 말레산, 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 바람직하게는, α, β-에틸렌계 불포화 카르복실산은 아크릴산, 메카크릴산 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
본 발명에 사용되는 부모 산 공중합체는 선택적으로 다른 불포화 공단량체의 중합 잔기를 독립적으로 포함할 수 있다. 바람직한 다른 불포화 공단량체의 구체적인 예에는, 메틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 프로필 아크릴레이트, 프로필 메타크릴레이트, 아이소프로필 아크릴레이트, 아이소프로필 메타크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 부틸 메타크릴레이트, 아이소부틸 아크릴레이트, 아이소부틸 메타크릴레이트, tert-부틸 아크릴레이트, tert-부틸 메타크릴레이트, 옥틸 아크릴레이트, 옥틸 메타크릴레이트, 운데실 아크릴레이트, 운데실 메타크릴레이트, 옥타데실 아크릴레이트, 옥타데실 메타크릴레이트, 도데실 아크릴레이트, 도데실 메타크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 2-에틸헥실 메타크릴레이트, 아이소보르닐 아크릴레이트, 아이소보르닐 메타크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트, 라우릴 메타크릴레이트, 2-하이드록시에틸 아크릴레이트, 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트, 글리시딜 아크릴레이트, 글리시딜 메타크릴레이트, 폴리(에틸렌 글리콜) 아크릴레이트, 폴리(에틸렌 글리콜)메타크릴레이트, 폴리(에틸렌 글리콜) 메틸 에테르 아크릴레이트, 폴리(에틸렌 글리콜) 메틸 에테르 메타크릴레이트, 폴리(에틸렌 글리콜) 베헤닐 에테르 아크릴레이트, 폴리(에틸렌 글리콜) 베헤닐 에테르 메타크릴레이트, 폴리(에틸렌 글리콜) 4-노닐페닐 에테르 아크릴레이트, 폴리(에틸렌 글리콜) 4-노닐페닐 에테르 메타크릴레이트, 폴리(에틸렌 글리콜) 페닐 에테르 아크릴레이트, 폴리(에틸렌 글리콜) 페닐 에테르 메타크릴레이트, 다이메틸 말레에이트, 다이에틸 말레에이트, 다이부틸 말레에이트, 다이메틸 푸마레이트, 다이에틸 푸마레이트, 다이부틸 푸마레이트, 다이멘틸 푸마레이트 등 및 그 혼합물이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 바람직하게는, 다른 불포화 공단량체에는 메틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 부틸 메타크릴레이트, 글리시딜 메타크릴레이트 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된다. 바람직하게는, 본 발명에 사용되는 부모 산 공중합체는 공중합체의 총 중량을 기준으로 최대 약 50 wt%의 다른 불포화 공단량체의 중합 잔기를 독립적으로 포함한다. 더욱 바람직하게는, 본 발명에 사용되는 부모 산 공중합체는 최대 약 30 wt%, 또는 최대 약 20 wt%의 다른 불포화 공단량체의 중합 잔기를 독립적으로 포함한다. 부모 산 공중합체는 예를 들어 US 3,404,134호, US 5,028,674호, US 6,500,888호 및 US 6,518,365호에 개시된 바와 같이 중합될 수 있다.
고산성 이오노머로 구성되는 봉지제 층은 더 높은 산 함량을 포함하는 성형된 물품의 예상되는 것에 비하여 향상된 인성(toughness)을 나타낸다는 것을 알 수 있다. 향상된 인성은 중화 전에 베이스 부모 산 공중합체의 더 낮은 용융 지수(MI)로 인한 것으로 여겨진다. 고산성 이오노머에 대한 베이스로서 본 발명에 사용되는 부모 산 공중합체는 바람직하게는 MI가 190℃ 에서 2160 g의 하중으로 시험 방법 ISO 1133 및 ASTM D1238을 사용하면 60 g/10분 미만, 또는 55 g/10분 미만, 또는 50 g/10분 미만, 또는 35 g/10분 미만이다.
고산성 이오노머를 형성하기 위하여, 부모 산 공중합체는 금속 이온으로, 카르복실산 총 함량을 기준으로 약 10% 내지 약 100% 중화된다. 바람직하게는, 부모 산 공중합체는 금속 이온으로 약 10% 내지 약 50%, 또는 약 20% 내지 약 40%의 수준으로 중화된다. 금속 이온은 1가, 2가, 3가, 다가 이온 또는 동일한 또는 상이한 이온가를 갖는 이온의 혼합물일 수 있다. 예시적인 1가 금속 이온에는 나트륨 이온, 칼륨 이온, 리튬 이온, 은 이온, 수은 이온, 구리 이온 등과 그 혼합물이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 예시적인 2가 금속 이온에는 베릴륨 이온, 마그네슘 이온, 칼슘 이온, 스트론튬 이온, 바륨 이온, 구리 이온, 카드뮴 이온, 수은 이온, 주석 이온, 납 이온, 철 이온, 코발트 이온, 니켈 이온, 아연 이온 등 및 그 혼합물이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 예시적인 3가 금속 이온에는 알루미늄 이온, 스칸듐 이온, 철 이온, 이트륨 이온 등 및 그 혼합물이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 예시적인 다가 금속 이온에는 티타늄 이온, 지르코늄 이온, 하프늄 이온, 바나듐 이온, 탄탈륨 이온, 텅스텐 이온, 크롬 이온, 세륨 이온, 철 이온 등 및 그 혼합물이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 특히, 금속 이온이 다가인 경우, 미국 특허 제3,404,134호에 개시된 바와 같이 착화제(complexing agent), 예를 들어 스테아레이트, 올레에이트, 살리실레이트, 및 페놀레이트 라디칼이 포함된다. 바람직하게는, 금속 이온은 나트륨 이온, 리튬 이온, 마그네슘 이온, 아연 이온, 알루미늄 이온, 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 금속 이온은 나트륨 이온, 아연 이온 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 가장 바람직하게는, 금속 이온은 아연 이온이다. 본 발명에 사용되는 부모 산 공중합체는 예를 들어 미국 특허 제3,404,134호에 개시된 바와 같이 중화될 수 있다.
본 발명에 사용되는 고산성 이오노머는 바람직하게는 MI가 190℃에서 ASTM 방법 D1238로 측정하였을 때 약 10 g/10 분 미만, 또는 약 5 g/10 분 미만, 또는 약 3 g/10 분 미만이다. 본 발명에 사용되는 고산성 이오노머는 또한 바람직하게는 굽힘 계수가 ASTM 방법 D638로 측정하였을 때 약 275.8 ㎫ (40,000 psi) 초과, 또는 약 344.7 ㎫ (50,000 psi) 초과, 또는 약 413.7 ㎫ (60,000 psi) 초과이다.
I. II 첨가제:
본 발명에 사용되는 고산성 이오노머 조성물은 열경화성 필름 또는 시트를 제조하는 한계까지 수지의 용융 흐름을 효과적으로 감소시키는 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 첨가제의 사용은 상한의 최종 사용 온도를 향상시키고 라미네이팅 공정 및 이의 최종 사용의 둘 모두에서 본 발명의 봉지제 층 및 라미네이트의 크리프를 감소시킬 것이다. 전형적으로, 최대의 최종 사용 온도는 20℃ 내지 70℃만큼 증가될 수 있다. 또한, 이러한 재료로 제조된 라미네이트는 내화성일 것이다. 본 발명의 열가소성 필름 또는 시트의 용융 흐름을 감소시킴으로써, 재료가 용융되어 라미네이트 밖으로 흘러나오는 경향이 감소될 것이므로 추가적인 발화 연료(fire fuel)의 역할을 덜 할 것 같다. 용융 흐름 감소 첨가제의 구체적인 예에는 유기 과산화물, 예를 들어 2,5-다이메틸헥산-2,5-다이하이드로퍼옥사이드, 2,5-다이메틸-2,5-다이(tert-부틸퍼옥시)헥산-3, 다이-tert-부틸 퍼옥사이드, tert-부틸쿠밀 퍼옥사이드, 2,5-다이메틸-2,5-다이(tert-부틸퍼옥시)헥산, 다이쿠밀 퍼옥사이드, 알파, 알파'-비스(tert-부틸-퍼옥시아이소프로필)벤젠, n-부틸-4,4-비스(tert-부틸퍼옥시)발레레이트, 2,2-비스(tert-부틸퍼옥시)부탄, 1,1-비스(tert-부틸-퍼옥시)사이클로헥산, 1,1-비스(tert-부틸퍼옥시)-3,3,5-트라이메틸-사이클로헥산, tert-부틸 퍼옥시벤조에이트, 벤조일 퍼옥사이드 등 및 그 혼합물 또는 조합이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 유기 과산화물은 약 100℃ 이상의 온도에서 분해되어 라디칼을 생성할 수 있다. 바람직하게는, 유기 과산화물은 블렌딩 작업을 위한 향상된 안정성을 제공하도록 약 70℃ 이상에서 10 시간의 반감기를 제공하는 분해 온도를 갖는다. 전형적으로, 유기 과산화물은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.01 내지 약 10 wt%의 수준으로 첨가될 것이다. 필요하다면, 개시제, 예컨대 다이부틸주석 다이라우레이트를 사용할 수 있다. 전형적으로, 개시제는 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.01 내지 약 0.05 wt%의 수준으로 첨가된다. 필요하다면, 반응 제어성 및 안정성을 향상시킬 목적으로, 저해제, 예를 들어 하이드로퀴논, 하이드로퀴논 모노메틸 에테르, p-벤조퀴논, 및 메틸하이드로퀴논이 첨가될 수 있다. 전형적으로, 저해제는 조성물의 총 중량을 기준으로 약 5 wt% 미만의 수준으로 첨가될 것이다. 그러나, 공정의 단순화 및 용이화를 위하여, 본 발명에 사용되는 봉지제 층이 가교결합 첨가제, 예를 들어 상기한 과산화물을 포함하지 않는 것이 바람직하다.
본 발명에 사용되는 고산성 이오노머 조성물은 임의의 적합한 첨가제(들)를 추가로 포함할 수 있는 것으로 이해된다. 그러한 예시적인 첨가제에는 가소제, 처리 조제, 유동 향상 첨가제, 윤활제, 안료, 염료, 난연제, 충격 조정제, 결정도를 증가시키기 위한 핵화제, 실리카와 같은 블로킹 방지제, 열안정제, 장해 아민 광 안정제(HALS), UV 흡수제, UV 안정제, 분산제, 계면활성제, 킬레이팅제, 커플링제, 접착제, 프라이머, 보강 첨가제, 예컨대 유리 섬유, 충전제 등이 포함되지만 이로 한정되지 않는다.
열안정제는 본 기술 분야에 잘 개시되어 있다. 임의의 열안정제가 본 발명에서 유용할 것이다. 일반적인 부류의 열안정제에는 페놀계 산화방지제, 알킬화된 모노페놀, 알킬티오메틸페놀, 하이드로퀴논, 알킬화된 하이드로퀴논, 토코페롤, 하이드록실화된 티오다이페닐 에테르, 알킬리덴비스페놀, O-, N- 및 S-벤질 화합물, 하이드록시벤질화된 말로네이트, 방향족 하이드록시벤질 화합물, 트라이아진 화합물, 아민계 산화방지제, 아릴 아민, 다이아릴 아민, 폴리아릴 아민, 아실아미노페놀, 옥사미드, 금속 불활성제, 포스파이트, 포스포나이트, 벤질포스포네이트, 아스코르브산(비타민 C), 과산화물을 파괴하는 화합물, 하이드록실아민, 니트론, 티오시너지스트(thiosynergist), 벤조푸라논, 인돌리논 등 및 그 혼합물이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 본 발명에 사용되는 고산성 이오노머 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 최대 약 10 wt%, 또는 최대 약 5 wt%, 또는 최대 약 1 wt%의 열안정제를 포함할 수 있다.
UV 흡수제는 본 기술 분야에 잘 개시되어 있다. 임의의 UV 흡수제가 본 발명에서 유용할 것이다. 바람직한 일반적인 부류의 UV 흡수제에는 벤조트라이아졸, 하이드록시벤조페논, 하이드록시페닐 트라이아진, 치환 및 비치환된 벤조산의 에스테르 등 및 그 혼합물이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 본 발명에 사용되는 고산성 이오노머 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 최대 약 10 wt%, 또는 최대 약 5 wt%, 또는 최대 약 1 wt%의 UV 흡수제를 포함할 수 있다.
일반적으로, HALS는 아민 작용기에 인접한 탄소 원자 상의 지방족 치환체로부터 일반적으로 유래하는 입체 장해를 추가로 포함하는, 2차, 3차, 아세틸화된, N-하이드로카르빌옥시 치환된, 하이드록시 치환된 N-하이드로카르빌옥시 치환된, 또는 다른 치환된 환형 아민인 것으로 개시된다. 본질적으로, 임의의 HALS가 본 발명에서 유용할 것이다. 본 발명에 사용되는 고산성 이오노머 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 최대 약 10 wt%, 또는 최대 약 5 wt%, 또는 최대 약 1 wt%의 HALS를 포함할 수 있다.
점착 강도를 증가시키기 위하여 실란 커플링제가 고산성 이오노머 조성물에 첨가될 수 있다. 실란 커플링제의 구체적인 예에는 감마-클로로프로필메톡시실란, 비닐트라이에톡시실란, 비닐트리스(베타-메톡시에톡시)실란, 감마-메타크릴옥시프로필메톡시실란, 비닐트라이아세톡시실란, 감마-글리시독시프로필트라이메톡시실란, 감마-글리시독시프로필트라이에톡시실란, 베타-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트라이메톡시실란, 비닐트라이클로로실란, 감마-메르캅토프로필메톡시실란, 감마-아미노프로필트라이에톡시실란, N-베타-(아미노에틸)-감마-아미노프로필트라이메톡시실란 등 및 그 혼합물이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 이러한 실란 커플링제 재료는 조성물의 총 중량을 기준으로 최대 약 5 wt%, 또는 약 0.001 내지 약 5 wt%의 수준으로 사용될 수 있다.
I.III. 두께:
전형적으로, 본 발명에 사용되는 제1 봉지제 층은 총 두께가 약 0.003 내지 약 0.51 ㎜ (약 0.1 내지 약 20 mil)이다. 예를 들어, 총 두께가 약 0.003 내지 0.13 ㎜ (0.1 내지 약 5 mil)인 더 얇은 태양 전지 봉지제 필름은 일반적으로 연성 태양 전지 라미네이트에 이용된다. 반면에, 예를 들어 총 두께가 약 0.25 - 약 0.51 ㎜ (약 10 내지 약 20 mil)인 더 두꺼운 태양 전지 봉지제 시트는 일반적으로 경질 태양 전지 라미네이트에 이용된다. 전체 다층 봉지제 층을 구성하는 개별적인 서브-층 구성요소의 두께는 중요하지 않으며 특정 용도에 따라 독립적으로 변할 수 있다. 바람직하게는, 고산성 이오노머 표면 층은 두께가 최소화된다. 바람직하게는, 고산성 이오노머 표면 층의 두께는 독립적으로 약 0.13 ㎜ (5 mil) 이하, 또는 약 0.08 ㎜ (3 mil) 이하, 또는 약 0.05 ㎜ (2 mil) 이하, 또는 약 0.03 ㎜ (1 mil) 이하이다.
I.IV. 제조:
상기한 봉지제 층은 임의의 공정을 통해 제조될 수 있다. 봉지제 층은 예비 형성된 이오노머 및 다른 층 필름 및 시트, 그 라미네이트, 압출 코팅된 다층 필름 또는 시트, 공압출 주조 및 블로운 필름 공정을 사용하여 제조할 수 있다. 일반적으로, 필름 또는 시트는 압출 주조 또는 블로운 필름 공정을 통해 제조된다.
I.V. 이점:
안전 유리 글레이징 분야에서, 폴리(비닐 부티랄) 및 이오노머 중간층의 컨디셔닝(conditioning)이 알려져 있으며 안전 유리와 통상 관련되는 속성을 제공할 수 있는 최상의 점착성을 제공하도록 실시된다. 이오노머 태양 전지 봉지제 층의 컨디셔닝은 본 기술 분야에 개시되지 않았으며, 봉지제 층과 여타 태양 전지 라미네이트 층 사이에 원하는 점착성 수준을 제공하기 위해 접착제 및 프라이머를 사용할 필요가 있는 것으로 일반적으로 인식된다고 설명할 수 있다. 상기한 봉지제 층은 전체 태양 전지 라미네이트 및 태양 전지 라미네이트 제조 공정에 많은 바람직한 이점들을 제공한다. 첫째로, 고산성 이오노머 조성물을 포함하는 적어도 하나의 표면 층은 접착 촉진제 및 첨가제를 포함할 필요 없이 또는 유리 또는 다른 태양 전지 라미네이트 층에 프라이머를 적용할 필요 없이 다른 태양 전지 라미네이트 층들에 대한, 특히 경질 지지 층(예를 들어, 유리 층)에 대한 점착성의 상당한 향상을 제공한다. 적어도 하나의 고산성 이오노머 표면 층은 또한 다층 봉지제 층을 점성이 없게 하며 저장을 위해 권취 또는 적층할 때 또는 태양 전지 라미네이트 제조시 조작할 때 상기 층이 블로킹되지 않게 한다. 더욱이, 아연-중화된 높은 산 함량의 이오노머로 제조된 적어도 하나의 표면 층의 존재는 높은 상대 습도(RH) 환경에서 컨디셔닝될 때 봉지제 층의 점착성의 영향을 더욱 감소시킨다. 봉지제 층의 이러한 놀라운 속성은 복잡한 태양 전지 봉지제 층 컨디셔닝 또는 보관 공정을 상당히 감소시키거나 또는 회피하여 전체 태양 전지 라미네이팅 공정을 크게 단순화하는 고도로 바람직한 능력을 라미네이터(laminator)에 제공할 것이다.
또한, 봉지제 층이 다층 형태일 때, 이것은 블로킹하고 들러붙는 경향을 갖는 바람직한 연질 저 계수(low modulus) 층들이 내층이 되게 한다. 한편, 이오노머 층은 경질인 경향이 있고 높은 계수를 갖기 때문에, 다른 층(들)의 포함은 봉지제 층의 전체 연성을 실질적으로 향상시키며 계수를 낮추어 깨지기 쉬운 태양 전지 구성요소에 적합한 물리적 충격 보호를 제공한다.
바람직한 실시 형태에서, 다층 태양 전지 봉지제 층 내에 포함되는 층들은 전혀 가교결합되지 않아서 예컨대 과산화물 가교결합제를 이용한 수지 조성물의 제형화의 복잡성을 피하고 따라서 경화성 봉지제 시트를 제공한다.
추가적인 효과로서, 고가의 안정제, 예를 들어 UV 흡수제가 이오노머 표면 층들 중 하나 또는 상기 층들 둘 모두에 집중될 수 있으며, 여기서 최저의 전체 농도에서 전체 다층 봉지제 필름 또는 시트, 및 결국 태양 전지 라미네이트가 가장 효율적으로 보호될 수 있다.
II. 선택적인 제2 봉지제 층 및 다른 추가적인 봉지제 층:
본 발명의 태양 전지 라미네이트에 포함되는 선택적인 제2 봉지제 층 또는 임의의 다른 추가적인 봉지제 층은 임의의 유형의 적합한 재료로부터 유도될 수 있다. 바람직하게는, 선택적인 제2 봉지제 층(14)은 폴리(에틸렌-코-비닐 아세테이트), 폴리(비닐 아세탈)(흡음 등급의 폴리(비닐 아세탈) 포함), 열가소성 폴리우레탄, 폴리비닐클로라이드, 선형 저밀도 폴리에틸렌(예를 들어, 메탈로센 촉매된 선형 저밀도 폴리에틸렌), 폴리올레핀 블록 탄성중합체, 에틸렌 아크릴레이트 에스테르 공중합체(예를 들어, 폴리(에틸렌-코-메틸 아크릴레이트) 및 폴리(에틸렌-코-부틸 아크릴레이트)), α-올레핀과 α, β-에틸렌계 불포화 카르복실산의 산 공중합체, α-올레핀과 α, β-에틸렌계 불포화 카르복실산의 부분적으로 또는 완전히 중화된 산 공중합체로부터 유도된 이오노머, 실리콘 탄성중합체, 또는 에폭시 수지로부터 유도된다. 더욱 바람직하게는, 선택적인 제2 봉지제 층은 제1 봉지제 층과 동일한 조성을 갖는다.
선택적인 제2 봉지제 층 또는 임의의 다른 추가적인 봉지제 층의 두께는 중요하지 않으며 특정 용도에 따라 독립적으로 변할 수 있다. 선택적인 제2 봉지제 층의 두께는 약 0.03 - 약 3 ㎜ (약 1 내지 약 120 mil), 또는 약 0.03 - 약 1 ㎜ (약 1 내지 약 40 mil), 또는 약 0.03 - 약 0.51 ㎜ (약 1 내지 약 20 mil)의 범위일 수 있다.
III . 봉지제 층의 표면 조도:
본 발명에 사용된 봉지제 층은 매끄럽거나 거친 표면을 가질 수 있다. 바람직하게는, 봉지제 층은 라미네이트 공정을 통한 라미네이트의 탈기(de-airing)를 용이하게 하기 위하여 한쪽 또는 양쪽 표면이 조면화된다. 태양 전지 라미네이트의 효율은 태양 전지 라미네이트의 투명한 전면 시트 부분의 외관 및 투명성과 관련되며, 라미네이트 사용이 바람직한가를 평가하는 데 있어 중요한 특징이다. 상기한 바와 같이, 태양 전지 라미네이트의 전면 부분은 상부 입사 층, 태양 전지(들) 및 봉지제 층 및 입사 층과 태양 전지 층 사이에 라미네이트된 임의의 다른 층을 포함한다. 태양 전지 라미네이트의 전면 부분의 외관에 영향을 주는 한 가지 인자는 라미네이트가 층들 사이에 포집된 공기 또는 기포를 포함하는 지의 여부이다. 라미네이팅시 공기 배출을 위한 채널을 제공하여 공기를 제거하는 것은 허용가능한 외관을 갖는 라미네이트를 얻기 위한 알려진 방법이다. 예를 들어, 이는 기계적으로 엠보싱하거나 또는 압출시 용융 파쇄(melt fracture) 후 급랭시킴으로써 취급시 조도가 유지되도록 행할 수 있다.
IV. 태양 전지:
기술이 발전함에 따라 태양 전지는 훨씬 더 다양한 분야에 일반적으로 이용가능하며 최적화된다. 본 발명에서, 태양 전지는 빛을 전기 에너지로 변환시킬 수 있는 임의의 물품을 포함하는 것을 의미한다. 다양한 형태의 태양 전지의 전형적인 기술 분야의 예에는 단결정 규소 태양 전지, 다결정 규소 태양 전지, 미세결정 규소 태양 전지, 무정형 규소계 태양 전지, 구리 인듐 셀레나이드 태양 전지, 화합물 반도체 태양 전지, 염료 감응 태양 전지 등이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 가장 일반적인 유형의 태양 전지에는 다결정성 태양 전지, 박막 태양 전지, 화합물 반도체 태양 전지 및 무정형 태양 전지가 포함된다.
박막 태양 전지는 전형적으로 전기적으로 상호 접속되어 적합한 전압 출력을 생성하는 복수의 개별 전지를 형성하도록 층을 패턴화하면서 몇 개의 박막 층을 기재, 예를 들어 유리 또는 연성 필름 상에 증착함으로써 제조한다. 다층 증착을 수행하는 순서에 따라, 기재는 태양 전지 모듈의 배면 표면 또는 전면창의 역할을 할 수 있다. 예로서, 박막 태양 전지가 US 5,512,107호, US 5,948,176호, US 5,994,163호, US 6,040,521호, US 6,137,048호 및 US 6,258,620호에 개시된다. 박막 태양 전지 모듈의 예는 카드뮴 텔룰라이드 또는 CIGS, (Cu(In-Ga)(SeS)2), 박막 전지를 포함하는 것이다.
V. 입사 층, 배킹 층 및 다른 층들:
본 발명의 태양 전지 모듈은 입사 층, 배킹 층 및 다른 추가적인 층의 역할을 하도록 하나 이상의 시트 층 또는 필름 층을 추가로 포함할 수 있다.
시트 층, 예를 들어 본 발명에 사용되는 입사 층 및 배킹 층은 유리, 플라스틱(예를 들어, 폴리카르보네이트, 아크릴, 폴리아크릴레이트, 환형 폴리올레핀, 에틸렌 노르보르넨 중합체, 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리에스테르, 플루오로중합체), 금속(예를 들어, 알루미늄, 강, 아연도금강), 또는 세라믹 판으로 형성될 수 있다. 유리가 입사 층의 역할을 할 수 있으며, 지지 배킹 층은 유리, 경질 플라스틱 시트 또는 금속 시트로부터 얻어질 수 있다.
"유리" 라는 용어는 창유리, 판유리, 실리케이트 유리, 시트 유리, 저철분 유리(low iron glass), 강화 유리, 강화 CeO 무함유 유리(tempered CeO-free glass), 및 플로트 유리를 포함할 뿐만 아니라 착색 유리, 예컨대 태양열을 제어하는 성분을 포함하는 특수 유리, 태양광 제어 목적으로 예컨대 은 또는 인듐 주석 산화물과 같은 스퍼터링된 금속으로 코팅된 유리, E-유리, 토로글라스(Toroglass), 솔렉스(Solex)(등록상표) 유리(미국 펜실베이니아주 피츠버그 소재의 피피지 인더스트리즈(PPG Industries)) 등을 포함하는 것을 의미한다. 이러한 특수 유리가 US 4,615,989호, US 5,173,212호, US 5,264,286호, US 6,150,028호, US 6,340,646호, US 6,461,736호 및 US 6,468,934호에 개시된다. 특정 라미네이트를 위해 선택되는 유리의 유형은 의도하는 용도에 좌우된다.
본 발명에 사용되는 필름 층, 예를 들어 입사 층, 배킹 층, 및 다른 층들은 금속(예를 들어, 알루미늄) 또는 중합체일 수 있다. 바람직한 중합체 필름 재료에는 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)(PET), 폴리카르보네이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 환형 폴리올레핀, 노르보르넨 중합체, 폴리스티렌, 신디오택틱 폴리스티렌, 스티렌-아크릴레이트 공중합체, 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체, 폴리(에틸렌 나프탈레이트), 폴리에테르설폰, 폴리설폰, 나일론, 폴리(우레탄), 아크릴, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 트라이아세테이트, 셀로판, 비닐 클로라이드 중합체, 폴리비닐리덴 클로라이드, 비닐리덴 클로라이드 공중합체, 플루오로중합체, 폴리비닐 플루오라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체 등이 포함된다. 가장 바람직하게는, 중합체 필름은 2축 배향된 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)필름, 알루미늄 포일 또는 플루오로중합체 필름, 예를 들어 테들라(Tedlar)(등록상표) 또는 테프젤(Tefzel)(등록상표) 필름(미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 이.아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니(E. I. du Pont de Nemours and Company), (듀폰))이다. 본 발명에 사용되는 중합체 필름은 또한 다층 라미네이트 재료, 예를 들어 플루오로중합체/폴리에스테르/플루오로중합체(예를 들어, 테들라(등록상표) 필름/폴리에스테르 필름/ 테들라(등록상표) 필름) 라미네이트 재료 또는 플루오로중합체/폴리에스테르/ EVA 라미네이트 재료일 수 있다.
중합체 필름의 두께는 중요하지 않으며 특정 용도에 따라 변할 수 있다. 일반적으로, 중합체 필름의 두께는 약 0.003 내지 약 0.26 ㎜ (약 0.1 내지 약 10 mil), 또는 약 0.03 - 약 0.1 ㎜ (약 1 내지 약 4 mil)의 범위일 것이다.
중합체 필름은 바람직하게는 코팅 및 라미네이팅 공정 하에서 충분히 응력-완화되며 수축-안정적이다. 바람직하게는, 중합체 필름은 열 안정화되어 승온을 받게 될 때 낮은 수축 특성(즉, 150℃에서 30분 후 양 방향으로 2% 미만의 수축)을 제공한다.
본 발명에 사용되는 필름은 입사 층(16)(예를 들어, 플루오로중합체 또는 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 필름) 또는 배킹 층(18)(예를 들어, 플루오로중합체, 알루미늄 포일, 또는 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 필름)의 역할을 할 수 있다. 이 필름은 또한 태양 전지 모듈(20)에 유전체 층 또는 배리어 층, 예를 들어 산소 또는 수분 배리어 층으로서 포함될 수 있다.
필요하다면, 라미네이팅 공정시 탈기를 용이하게 하기 위하여 또는 봉지제 층(들)의 보강재 역할을 하도록 부직 유리 섬유(스크림)의 층이 태양 전지 라미네이트(20)에 포함될 수 있다. 이러한 스크림 층을 태양 전지 라미네이트에 사용하는 것이 US 5,583,057호, US 6,075,202호, US 6,204,443호, US 6,320,115호, US 6,323,416호 및 EP 0 769 818호에 개시된다.
VI . 접착제 및 프라이머 :
훨씬 더 큰 점착성을 필요로 하는 경우, 태양 전지 라미네이트의 임의의 구성 층의 한쪽 또는 양쪽 표면을 다른 라미네이트 층에 대한 점착성을 향상시키도록 처리할 수 있다. 이러한 처리는 접착제(예를 들어, 실란), 프라이머(예를 들어, 폴리(알킬 아민)), 화염 처리(예를 들어, US 2,632,921호, US 2,648,097호, US 2,683,894호 및 US 2,704,382호 참조), 플라즈마 처리(예를 들어, US 4,732,814호 참조), 전자 빔 처리, 산화 처리, 코로나 방전 처리, 화학 처리, 크롬산 처리, 고온 공기(hot air) 처리, 오존 처리, 자외광 처리, 샌드 블라스트 처리, 용매 처리 등 및 그 조합을 비롯하여 본 기술 분야에 알려진 임의의 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, US 4,865,711호에 개시된 바와 같이 얇은 층의 탄소를 진공 스퍼터링을 통해 중합체 필름의 한쪽 또는 양쪽 표면에 증착할 수 있다. 아니면, US 5,415,942호에 개시된 바와 같이, 하이드록시-아크릴 하이드로졸 프라이머를 접착-촉진 프라이머의 역할을 하도록 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 필름에 코팅할 수 있다.
임의의 적합한 접착제 또는 프라이머를 본 발명에 사용할 수 있다. 접착제/프라이머 코팅의 두께는 0.03 ㎜ (1 mil) 미만, 또는 0.01 ㎜ (0.4 mil) 미만, 또는 0.003 ㎜ (0.1 mil) 미만일 수 있다.
특정 실시 형태에서, 접착제 또는 프라이머는 아민 작용기를 포함하는 실란이다. 이러한 재료의 구체적인 예에는 감마-아미노프로필트라이에톡시실란, N-베타-(아미노에틸)-감마-아미노프로필-트라이메톡시실란 등 및 그 혼합물이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 이러한 재료의 상업적인 예에는 실퀘스트(SILQUEST)(등록상표) A-1100 실란(미국 웨스트버지니아주 프렌들리 소재의 지이 실리콘즈(GE Silicones)) 및 다우 코닝(DOW CORNING)(등록상표) Z-6020 실란(미국 미시간주 미들랜드 소재의 다우 코닝 코포레이션(Dow Corning Corporation))이 포함된다.
접착제는 용융 공정을 통해 또는 용액, 에멀젼, 분산물 등의 코팅 공정을 통해 적용될 수 있다. 당업자는 코팅 형성에 사용되는 조성물 및 공정에 기초하여 적합한 공정 파라미터를 확인할 수 있을 것이다. 예를 들어, 접착제 또는 프라이머 조성물은 표면 상에 주조되거나, 분무되거나, 에어 나이프 처리되거나, 브러시 처리 되거나, 롤링 처리되거나, 부어지거나, 또는 인쇄되는 등으로 처리될 수 있다. 일반적으로, 접착제 또는 프라이머는 표면에 걸쳐 균일한 적용 범위(coverage)를 제공하기 위하여 적용 전에 액체 매체 내로 희석된다. 액체 매체는 접착제 또는 프라이머가 용액을 형성하게 하는 용매로서 작용하거나 접착제 또는 프라이머가 분산물 또는 에멀젼을 형성하도록 비-용매로서 작용할 수 있다. 접착제 코팅은 또한 용융되고 미립화된 접착제 또는 프라이머 조성물을 표면 상에 분무함으로써 적용될 수 있다. 이러한 공정은 왁스 코팅에 대한 기술 분야에서 예컨대 US 5,078,313호, US 5,281,446호 및 US 5,456,754호에 개시된다.
VII. 태양 전지 라미네이트 구성:
특히, 구제적인 태양 전지 라미네이트 구성은 하기의 예비-라미네이팅 조립체로부터 얻어진 것(수광 측으로부터 배면 측으로)을 포함하지만 이로 한정되지 않는다:
· 유리/고산성 이오노머 시트/태양 전지/고산성 이오노머 시트/유리;
· 유리/고산성 이오노머 시트/태양 전지/고산성 이오노머 시트/플루오로중합체 필름 (예를 들어, 테들라(등록상표) 필름);
· 플루오로중합체 필름/고산성 이오노머 시트/태양 전지/고산성 이오노머 시트/유리;
· 테들라(등록상표) 필름/고산성 이오노머 시트/태양 전지/고산성 이오노머 시트/플루오로중합체 필름;
· 유리/고산성 이오노머 시트/태양 전지/고산성 이오노머 시트/폴리에스테르 (예를 들어, PET) 필름;
· 플루오로중합체 필름/고산성 이오노머 시트/태양 전지/고산성 이오노머 시트/폴리에스테르 필름;
· 유리/고산성 이오노머 시트/태양 전지/고산성 이오노머 시트/배리어 코팅 필름/고산성 이오노머 시트/유리;
· 유리/이오노머 시트/태양 전지/고산성 이오노머 시트/배리어 코팅 필름/고산성 이오노머 시트/플루오로중합체 필름;
· 플루오로중합체 필름/고산성 이오노머 시트/배리어 코팅 필름/고산성 이오노머 시트/태양 전지/고산성 이오노머 시트/배리어 코팅 필름/고산성 이오노머 시트/플루오로중합체 필름;
· 유리/고산성 이오노머 시트/태양 전지/고산성 이오노머 시트/알루미늄 스톡(stock);
· 플루오로중합체 필름/고산성 이오노머 시트/태양 전지/고산성 이오노머 시트/알루미늄 스톡;
· 유리/고산성 이오노머 시트/태양 전지/고산성 이오노머 시트/아연도금강 시트;
· 유리/고산성 이오노머 시트/태양 전지/고산성 이오노머 시트/폴리에스테르 필름/고산성 이오노머 시트/알루미늄 스톡;
· 플루오로중합체 필름/고산성 이오노머 시트/태양 전지/고산성 이오노머 시트/폴리에스테르 필름/고산성 이오노머 시트/알루미늄 스톡;
· 유리/고산성 이오노머 시트/태양 전지/고산성 이오노머 시트/PET 필름/고산성 이오노머 시트/아연도금강 시트;
· 플루오로중합체 필름/고산성 이오노머 시트/태양 전지/고산성 이오노머 시트/PET 필름/고산성 이오노머 시트/아연도금강 시트;
· 유리/고산성 이오노머 시트/태양 전지/흡음성 폴리(비닐 부티랄) 시트/유리;
· 유리/고산성 이오노머 시트/태양 전지/폴리(비닐 부티랄) 시트/플루오로중합체 필름;
· 플루오로중합체 필름/이오노머 시트/태양 전지/고산성 이오노머 시트/유리;
· 플루오로중합체 필름/고산성 이오노머 시트/태양 전지/산 공중합체 시트/플루오로중합체 필름;
· 유리/고산성 이오노머 시트/태양 전지/에틸렌 비닐 아세테이트 시트/PET 필름;
· 플루오로중합체 필름/고산성 이오노머 시트/태양 전지/폴리(에틸렌-코-메틸 아크릴레이트) 시트/ 폴리에스테르 필름;
· 유리/폴리(에틸렌-코-부틸 아크릴레이트) 시트/태양 전지/고산성 이오노머 시트/배리어 코팅 필름/폴리(에틸렌-코-부틸 아크릴레이트) 시트/유리;
· 유리/고산성 이오노머 시트/태양 전지/고산성 이오노머 시트/플루오로중합체/폴리에스테르/플루오로중합체 3층 필름;
· 테들라(등록상표) 필름/고산성 이오노머 시트/태양 전지/고산성 이오노머 시트/플루오로중합체 폴리에스테르/플루오로중합체 3층 필름;
· 유리/고산성 이오노머 시트/태양 전지/고산성 이오노머 시트/ 플루오로중합체/폴리에스테르/EVA 3층 필름;
· 테들라(등록상표) 필름/고산성 이오노머 시트/태양 전지/고산성 이오노머 시트/플루오로중합체/폴리에스테르/플루오로중합체 3층 필름;
등이며, 여기서 "고산성 이오노머 시트"라는 용어는 상기한 고산성 이오노머 조성물을 포함하는 적어도 하나의 표면 층을 갖는 봉지제 시트 층을 말하는 것으로 사용된다.
태양 전지 모듈 또는 라미네이트의 제조
추가적인 실시 형태에서, 본 발명은 상기한 태양 전지 라미네이트를 제조하는 방법이다.
본 발명의 태양 전지 라미네이트는 하기에 설명하는 바와 같이 오토클레이브(autoclave) 공정 및 비-오토클레이브 공정을 통해 제조할 수 있다. 예를 들어, 태양 전지 라미네이트의 구성 층들은 진공 라미네이팅 프레스(vacuum lamination press)에서 적층될 수 있으며 진공 하에 열 및 표준 대기압 또는 승압으로 함께 라미네이트될 수 있다.
전형적인 오토클레이브 공정에서, 유리 시트, 제1 봉지제 층, 태양 전지, 선택적인 제2 봉지제 층, 테들라(등록상표) 필름 및 커버 유리 시트는 공기를 제거하도록 열 및 압력과 진공(예를 들어, 91.9 - 94.8 kPa (689 - 711 ㎜Hg)) 하에 함께 라미네이트된다. 바람직하게는, 유리 시트는 세척 및 건조되었다. 전형적인 유리 유형은 2.3 ㎜ (90 mil) 두께의 어닐링된 저철분 유리이다. 예시적인 공정에서, 진공을 유지할 수 있는 백("진공 백")에 라미네이트 조립체를 넣고, 진공 라인 또는 백으로 진공을 흡인하는 다른 수단을 사용하여 백에서 공기를 빼내고, 진공을 유지하면서 백을 밀봉하고, 밀봉된 백을 약 1.38 ㎫ (200 psi)의 압력 및 약 130℃ - 180℃, 또는 약 120℃ - 160℃, 또는 약 135℃ - 160℃, 또는 약 145℃ - 155℃의 온도에서 약 10 - 50분, 또는 약 20 - 45분, 또는 약 20 - 40분 또는 약 25 - 35분 동안 오토클레이브에 놓는다. 진공 링이 진공 백을 대체할 수 있다. 진공 백의 일 유형이 US 3,311, 517호에 개시된다.
라미네이트 조립체 내에 포집된 임의의 공기는 닙 롤 공정(nip roll process)을 통해 제거할 수 있다. 예를 들어, 라미네이트 조립체를 오븐 내에서 약 80℃ - 120℃ 또는 약 90℃ - 100℃의 온도로 약 30분간 가열할 수 있다. 그 후, 가열된 라미네이트 조립체를 한 세트의 닙 롤을 통과시켜 태양 전지 외층들, 태양 전지 및 봉지제 층들 사이의 빈 공간의 공기를 압착 배출시키고, 조립체의 가장자리를 밀봉할 수 있다. 사용되는 정확한 조건 및 구성의 재료에 따라, 이러한 공정은 최종 태양 전지 라미네이트를 제공할 수 있거나 또는 예비-프레스 조립체라 불리는 것을 제공할 수 있다.
이어서, 예비-프레스 조립체를 온도가 약 120℃ - 160℃ 또는 약 135℃ - 160℃까지 상승되고 압력이 약 0.69 - 2.07 ㎫ (100 - 300 psig) 또는 약 1.38 ㎫ (200 psig)까지 상승된 공기 오토클레이브에 놓을 수 있다. 이들 조건을 약 15-60분 동안 또는 약 20-50분 동안 유지하고, 그 후 오토클레이브에 더 이상의 공기를 추가하지 않으면서 공기를 냉각한다. 약 20분의 냉각 후에, 과잉 공기압을 배출하고 태양 전지 라미네이트를 오토클레이브에서 꺼낸다. 이것을 한정하는 것으로 여겨서는 안된다. 본질적으로 임의의 라미네이팅 공정을 본 발명에 사용할 수 있다.
본 발명의 라미네이트는 또한 비-오토클레이브 공정을 통해 제조할 수 있다. 이러한 비-오토클레이브 공정은 예를 들어 US 3,234,062호, US 3,852,136호, US 4,341,576호, US 4,385,951호, US 4,398,979호, US 5,536,347호, US 5,853,516호, US 6,342,116호, US 5,415,909호, US 2004/0182493호, EP 1 235 683 B1호, WO 91/01880호 및 WO 03/057478 A1호에 개시된다. 일반적으로, 비-오토클레이브 공정은 라미네이트 조립체 또는 예비-프레스 조립체를 가열하는 것과, 진공, 압력 또는 둘 모두를 적용하는 것을 포함한다. 예를 들어, 예비-프레스 조립체를 가열 오븐 및 닙 롤에 연속적으로 통과시킬 수 있다.
필요하다면, 본 기술 분야에 개시된 임의의 방법으로 태양 전지 라미네이트의 가장자리를 밀봉하여 수분 및 공기 침입, 및 태양 전지의 효율 및 수명에 대한 수분 및 공기의 잠재적인 열화 효과를 감소시킬 수 있다. 일반적인 기술 분야의 가장자리 밀봉 재료에는 부틸 고무, 폴리설파이드, 실리콘, 폴리우레탄, 폴리프로필렌 탄성중합체, 폴리스티렌 탄성중합체, 블록 탄성중합체, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 등이 포함되지만 이로 한정되지 않는다.
하기의 실시예 및 비교예는 본 발명을 예시하고자 하는 것이며, 어떤 식으로든 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 구조를 명확히 설명하기 위하여 태양 전지 상호 접속은 하기 실시예에서 빠져 있으나, 임의의 통상의 기술 수준의 태양 전지 상호 접속이 본 발명에 사용될 수 있다.
방법
I. 압축 전단 강도 시험:
US 6,599,630호에 개시된 방법을 통해 압축 전단 강도를 측정하였다. 구체적으로, 6개의 25 × 25 ㎜ (1 × 1 in ) 칩을 라미네이트로부터 절단하였다. 이 칩을 23℃ ± 2℃의 온도 및 50% ± 1%의 상대 습도로 제어된 룸에서 시험 전 1시간 동안 컨디셔닝하였다. US 6,599,630호의 도 1에 도시된 지그(jig)를 사용하여 칩의 압축 전단 강도를 측정하였다. 칩을 지그의 하반부의 컷-아웃(cut-out)에 놓고, 이어서 상반부를 칩의 상부에 놓았다. 크로스헤드(cross-head)를 장치의 위쪽 부분에 접촉할 때까지 2.5 ㎜/min (0.1 in/min)의 속도로 내렸다. 크로스헤드가 계속해서 아래로 움직임에 따라, 칩 유리의 일부가 다른 부분에 대하여 활주하기 시작하였다. 칩의 압축 전단 강도는 접착 파괴(adhesive failure)를 야기하는 데 필요한 전단 응력이었다. 이러한 시험의 정밀도는 일 표준 편차가 전형적으로 6개 칩의 평균 결과치의 6%가 되도록 하였다.
II. 퍼멜 점착성 시험(Pummel Adhesion Test):
각 시험에서, 전형적으로 치수가 15 × 30 ㎝인 라미네이트의 일부에 대해 퍼멜 시험을 하였다. 먼저, 이러한 라미네이트의 일부를 -18℃의 온도에서 8시간 동안 냉각하였다. 이어서, 이를 퍼멜 시험기 내에서 45°각도로 지지 테이블에 고정하였다. 450 g의 헤드가 평평한 해머(flathead hammer)를 사용하여 미리 결정된 속도로 유리가 분쇄될 때까지 샘플의 10 × 15 ㎝ 영역 위로 균일하게 힘을 가하였다. 일단 유리가 분쇄되면, 중합체 중간층에 붙어 남아있는 유리를 공식 표준 리스트와 비교하였다. 이러한 표준은 0 내지 10 범위의 척도를 포함하며 하기와 같이 주어진다:
Figure 112009012270511-PCT00001
라미네이트된 유리의 양쪽 표면에서 퍼멜 시험을 실시하였고, 시험된 각 표면에 대해 퍼멜 값을 기록하였다. 일반적으로, 각 표면에 대해 5를 초과하는 퍼멜 점착성, 즉 5+5에서 우수한 충격 성능이 달성된다.
III. 중합체 시트의 압출 주조:
실시예 1-42에 사용되는 중합체 시트를 하기와 같이 압출하였다. 중합체 수지를 3.8 ㎝ (1.5 in) 지름의 킬론 압출기(Killion extruder)에 하기와 같은 온도 프로파일로 공급하였다:
Figure 112009012270511-PCT00002
스크루 속도를 70 rpm으로 조절함으로써 중합체 처리량을 제어하였다. 압출기는 35.6 ㎝ (14 in ) "코트행어" 다이(coathanger die)를 0.1 ㎝ (0.038 in)의 공칭 간격으로 공급하였다. 주조된 그대로의 시트를 테플론(Teflon)(등록상표) 이형 필름이 덮인 15.2 ㎝ (6 in) 지름의 고무 닙 롤 및 10℃ - 15℃의 온도로 유지된 2개의 30.5 ㎝ (12 in) 지름의 폴리싱된 크롬 냉각 롤로 구성된 3-롤 스택(three roll stack)에 공급하였다. 이어서, 공칭 0.1 ㎝ (0.038 in) 두께의 시트를 1 m/min (3.3 ft/min)의 속도로 판지 코어에 감았다.
IV. 유리 라미네이트의 제조:
실시예 1-42, 55-63, 105-112, 126-133 및 155-170의 유리 라미네이트를 하기의 방법으로 제조하였다. 라미네이팅 전에, 중합체 시트를 "컨디셔닝하지 않거나"(이는 중합체 시트를 입수한 그대로 라미네이팅함을 의미함), 또는 컨디셔닝하였다(이는 중합체 시트를 특정 상대 습도의 환경에 5일간 22.2℃의 온도에서 방치함을 의미함). 라미네이팅 동안, 어닐링된 플로트 유리 시트 층, 중합체 시트 층, 얇은 테플론(등록상표) 필름 층, 및 어닐링된 플로트 커버 유리 층의 예비-프레스 조립체를 적층하였다. 이어서, 예비-프레스 조립체를 진공 백에 넣고 90℃ - 100 ℃로 30분간 가열하여 예비-프레스 조립체의 유리 층과 중합체 층 사이에 포함된 임의의 공기를 제거하였다. 이어서, 예비-프레스 조립체를 135℃에서 30분간 공기 오토클레이브에서 1.38 ㎫ (200 psig, 14.3 bar)의 압력까지 오토클레이빙하였다. 이어서, 더 이상의 공기를 오토클레이브에 추가하지 않으면서 공기를 냉각한다. 냉각 20분 후에 공기 온도가 약 50℃ 미만에 도달한 후에, 과잉 압력을 배출하고, 조립체를 오토클레이브에서 꺼내고, 테플론(등록상표) 필름 및 커버 유리 시트를 제거하여 원하는 라미네이트를 제공하였다.
V. 엠보싱된 시트 구조의 제조:
실시예 43-54, 113-117 및 134-138에 사용된 엠보싱된 시트 구조를 엠보싱 롤을 구비한 61 ㎝ (24 in) 폭의 사노(Sano) 다층 공압출 라인에서 통상의 기술 수준의 시트 형성 공정을 사용하여 제조하였다. 이는 용융물을 캘린더 롤 스택으로 공급하는 시트 다이를 갖는 이축 압출기로 구성된 압출 라인의 사용을 본질적으로 수반한다. 캘린더 롤은 금속 표면에 새겨진 엠보싱된 표면 패턴을 가지며, 이는 용융물이 텍스쳐링된 롤들 사이 및 그 주위를 통과함에 따라 중합체 용융물 상에 다양한 정도로 표면 텍스쳐의 역상을 부여한다. 시트의 양쪽 표면을 하기의 특성을 갖는 패턴으로 엠보싱하였다:
Figure 112009012270511-PCT00003
표면 조도 Rz는 국제 표준화 기구(ISO, International Organization for Standardization)의 ISO-R468에 따라 10-지점 평균 조도에 의해 마이크로미터 단위로 표현할 수 있다. 26 ㎜의 트레이스 길이를 사용하는 ASME B46.1-1995에 설명된 바와 같이 스틸러스형 프로필로미터(profilometer) (일본 도쿄 소재의 도쿄 세이미츠 가부시키가이샤(Tokyo Seimitsu Kabushiki Kaisha)에서 제작된 서프콤(Surfcom) 1500A)를 이용하여 조도 측정을 행하였다. 독일 고팅겐 소재의 마르 게엠베하(Mahr GmbH)에서 제작된 퍼토미터 컨셉 시스템(Perthometer Concept system)을 사용하여 201 단계로 5.6 ㎜ × 5.6 ㎜ 영역에 걸친 조도를 트레이싱하여 ARp 및 ARt 및 면적 첨도(area kurtosis)를 측정하였다. 시트는 전형적으로 Rz가 약 15 내지 약 25 ㎛ 범위이다.
VI . 라미네이트 구조의 제조:
실시예 43-54, 64-104, 118-125, 139-154 및 비교예 CE1에 개시된 엠보싱된 시트 구조를 포함하는 라미네이트 구조를 하기와 같이 제조하였다. 라미네이트 구조의 각 구성 층을 적층시켜 예비-라미네이트 조립체를 형성하였다. 이어서, 예비-라미네이트 조립체를 진공 백에 넣고, 이를 밀봉하여 실온(25℃ ± 5℃)에서 오븐에 넣었다. 이어서, 진공을 가하여 진공 백에서 공기를 빼냈다. 진공을 계속 가하면서, 진공 백을 135℃에서 1시간 동안 가열하였다. 이어서, 진공을 차단하고 진공 백을 오븐에서 꺼내고 실온(25℃ ± 5℃)으로 냉각되게 하였다. 그리하여, 라미네이트 구조를 제조하고 진공 백에서 꺼냈다.
VII. 중합체 플라크(Polymeric Plaque)의 압축 성형:
실시예 55-60, 62 및 63의 중합체 플라크를 카버 멜트 프레스(Carver Melt Press) 상에서의 압축 성형을 통해 제조하였다. 압축 성형을 190℃의 온도 및 137.9 ㎫ (20,000 psi)의 압력에서 수행하였다. 이어서, 플라크를 약 30분에 걸쳐 실온으로 냉각하고 수분 배리어 패키징으로 포장하였다.
VIII. 중합체 펠릿(pellet)의 압출:
실시예 59, 60 및 62에서, 다양한 중합체 조성물을 용융 온도가 약 200℃이고 속도가 1.1 ㎏/hr (2.5 lb/hr)인 2.5 ㎝ (1 in) 킬론 단축 압출기 상에서 건조 블렌딩 및 컴파운딩하였다. 조성물에 따라, 스크루 속도는 47 - 70 rpm이었고 후방 구역 온도는 120℃ - 170℃이었다. 어댑터 압력은 2.76 내지 5.52 ㎫ (400 내지 800 psi)이었고, 전력 소비는 약 2.5 내지 3 amp였다. 전형적인 압출기 배리어 온도 프로파일은 다음과 같았다:
Figure 112009012270511-PCT00004
단일 가닥을 수조를 통과시키고 펠릿화하여 작은 펠릿을 형성하였다. 펠릿을 하룻밤 실온에서 질소로 퍼징하고, 이어서 수분 배리어 패키지에 밀봉하였다.
실시예 1-21
표 1에 열거된 이오노머 중 하나를 포함하는 이오노머 시트를 압출 주조로 제조하였다. 실시예 1-21은 어닐링된 플로트 유리 시트의 층(152 ㎜ × 305 ㎜ (6 in × 12 in) × 2.5 ㎜)과 표 1에 열거된 이오노머 시트 중 하나의 층(152 × 305 × 0.76 ㎜ (6 in × 12 in × 30 mil))의 유리 라미네이트였고, 유리 층의 주석 측을 시트와 접촉시켰다. 이어서, 인스트루먼터스, 인크(INSTRUMENTORS, Inc.), 모델 SP-102B-3M90 슬립/박리 시험기(SLIP/PEEL Tester)를 사용하여 2.5 ㎝/min (1 in/min)의 속도로 이들 유리 라미네이트를 180도 박리 강도 점착성 시험을 하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타냈고, "ND"는 "측정되지 않음"을 나타낸다.
Figure 112009012270511-PCT00005
Figure 112009012270511-PCT00006
Figure 112009012270511-PCT00007
실시예 22-42
실시예 22-42는 유리 시트의 공기 측이 이오노머 시트와 접촉하는 것을 제외하고는 실시예 1-21의 것들과 유사한 유리 라미네이트였다. 인스트루먼터스, 인크, 모델 SP-102B-3M90 슬립/박리 시험기를 사용하여 2.5 ㎝/min (1 in/min)의 속도로 라미네이트를 또한 180도 박리 강도 점착성 시험을 하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타냈고, "ND"는 "측정되지 않음"을 나타낸다.
Figure 112009012270511-PCT00008
실시예 43-54 및 비교예 CE 1
실시예 43-54 및 비교예 CE 1은 엠보싱된 표면 층을 갖는 3층 시트 구조였다(표 3).
Figure 112009012270511-PCT00009
표 3에 열거된 엠보싱된 시트 구조를 포함하는 다양한 라미네이트 구조(102 × 102 ㎜ (4 × 4 in))를 제조하여 다양한 태양 전지 구조를 설명하였다. 라미네이트 구조는 "유리/3층 시트 구조/유리", "플루오로중합체 필름/3층 시트 구조/유리", "알루미늄 시트/3층 시트 구조/유리", "알루미늄 필름/3층 시트 구조" 및 "유리/3층 시트 구조"를 포함하였다. 사용된 유리는 3.2 ㎜ (1/8 in) 두께의 스타파이어(Starphire)(등록상표) 유리 시트 (미국 펜실베이니아주 피츠버그 소재의 피피지 인더스트리즈(PPG Industries))였고; 플루오로중합체 필름은 0.38 ㎜ (1.5 in) 두께의 코로나 표면 처리된 테들라(등록상표) 등급 WH15BL3 (듀폰)이었고; 알루미늄 시트는 3.2 ㎜ (1/8 in) 두께였고 2.5 wt% 마그네슘으로 합금된 5052이었고 미연방 규격 QQ-A-250/8 및 ASTM B209를 충족하였다.
또한, 표 3에 열거된 엠보싱된 시트 중 하나와, 스타파이어(등록상표) 유리 시트, 테들라(등록상표) 등급 WH15BL3 및 알루미늄 시트로 이루어진 군으로부터의 하나를 포함하는 152 × 305 ㎜ (6 × 12 in) 라미네이트를 제조하고 시험 방법 ASTM D3330을 사용하여 박리 점착성 시험을 하였다. 그 결과를 표 4에 열거하였고, 여기서 "록 업"(lock up)이라는 용어는 "기재"/"3층 시트 구조"계면이 파괴되지 않았음을 나타내며, "ND"라는 용어는 "측정되지 않음"을 나타낸다.
Figure 112009012270511-PCT00010
실시예 55
중합체 플라크(152 × 178 × 1.02 ㎜ (6 in × 7 in × 40 mil))를 나트륨으로 31% 중화된 21.4 wt%의 메타크릴산을 포함하는 코폴리(에틸렌-코-메타크릴산)으로부터 압축 성형을 통해 제조하였다. 실시예 55의 유리 라미네이트는 유리/중합체 플라크/유리의 구조를 가졌으며, 2개의 유리 층은 152 ㎜ × 178 ㎜ (6 in × 7 in) × 2.5 ㎜의 투명한 어닐링된 플로트 유리판으로 제조하였고 유리판의 주석 측을 중합체 플라크와 접촉시켰다. 압축 전단 강도가 35.13 ㎫ (5095 psi)이고 퍼멜 점착성이 평균 7인 것으로 나타났다.
실시예 56
중합체 플라크(152 × 178 × 1.02 ㎜ (6 in × 7 in × 40 mil))를 아연으로 32% 중화된 21.4 wt%의 메타크릴산을 포함하는 코폴리(에틸렌-코-메타크릴산)으로부터 압축 성형을 통해 제조하였다. 실시예 56의 유리 라미네이트는 유리/중합체 플라크/유리의 구조를 가졌으며, 2개의 유리 층은 152 ㎜ × 178 ㎜ (6 in × 7 in) × 2.5 ㎜의 투명한 어닐링된 플로트 유리판으로 제조하였고 유리판의 주석 측을 중합체 플라크와 접촉시켰다. 압축 전단 강도가 36.8 ㎫ (5338 psi)이고 퍼멜 점착성이 평균 8인 것으로 나타났다.
실시예 57
중합체 플라크(152 × 178 × 1.02 ㎜ (6 in × 7 in × 40 mil))를 나트륨으로 31% 중화된 21.4 wt%의 메타크릴산을 포함하는 코폴리(에틸렌-코-메타크릴산)으로부터 압축 성형을 통해 제조하였다. 실시예 57의 유리 라미네이트는 유리/중합체 플라크/유리의 구조를 가졌으며, 2개의 유리 층은 152 ㎜ × 178 ㎜ (6 in × 7 in) × 2.5 ㎜의 투명한 어닐링된 플로트 유리판으로 제조하였고 유리판의 공기 측을 중합체 플라크와 접촉시켰다. 압축 전단 강도가 32.7 ㎫ (4742 psi)이고 퍼멜 점착성이 평균 5인 것으로 나타났다.
실시예 58
중합체 플라크(152 × 178 × 1.02 ㎜ (6 in × 7 in × 40 mil))를 아연으로 32% 중화된 21.4 wt%의 메타크릴산을 포함하는 코폴리(에틸렌-코-메타크릴산)으로부터 압축 성형을 통해 제조하였다. 실시예 58의 유리 라미네이트는 유리/중합체 플라크/유리의 구조를 가졌으며, 2개의 유리 층은 152 ㎜ × 178 ㎜ (6 in × 7 in) × 2.5 ㎜의 투명한 어닐링된 플로트 유리판으로 제조하였고 유리판의 공기 측을 중합체 플라크와 접촉시켰다. 압축 전단 강도가 64.66 ㎫ (5027 psi)이고 퍼멜 점착성이 평균 8인 것으로 나타났다.
실시예 59
본 실시예에서, 1) 나트륨으로 29% 중화된 21.4 wt%의 메타크릴산을 포함하는 99.60 wt%의 폴리(에틸렌-코-메타크릴산), 2) 0.30 wt%의 티누빈(Tinuvin)(등록상표) 326 안정제 (CAS 번호 3896-11-5, 미국 뉴욕주 태리타운 소재의 시바 스페셜 케미칼즈(Ciba Special Chemicals)(시바)), 및 3) 0.10 wt%의 이르가녹스(Irganox)(등록상표) 1010 안정제 (CAS 번호 6683-19-8, 시바)로 구성된 중합체 조성물로부터 중합체 펠릿을 제조하였다. 이어서, 152 × 178 × 0.64 ㎜ (6 × 7 × 25 in) 중합체 플라크를 이들 중합체 펠릿으로부터 제조하였다.
실시예 59는 305 ㎜ × 305 ㎜ (12 in × 12 in) × 2.5 ㎜의 어닐링된 플로트 유리판과 위에서 제조된 중합체 플라크의 유리 라미네이트였다. 90도 박리 강도가 박리 속도 2.5 ㎝/min (1 in/min)에서 272 g/㎝ (1.5 lb/in)이고 90도 박리 강도가 박리 속도 5.1 ㎝/min (2 in/min)에서 272 g/㎝ (1.5 lb/in)인 것으로 나타났다.
실시예 60
본 실시예에서, 1) 아연으로 32% 중화된 21.4 wt%의 메타크릴산을 포함하는 99.60 wt%의 폴리(에틸렌-코-메타크릴산), 2) 0.30 wt%의 티누빈(등록상표) 328 안정제 (CAS 번호 25973-55-1, 시바), 및 3) 0.10 wt%의 HP-136(등록상표) 안정제 (CAS 번호 181314-48-7, 시바)로 구성된 중합체 조성물로부터 중합체 펠릿을 제조하였다. 이어서, 152 ㎜ × 178 ㎜ × 0.64 ㎜ (6 in × 7 in × 25 mil)의 중합체 플라크를 이들 중합체 펠릿으로부터 제조하였다.
실시예 60의 유리 라미네이트는 305 ㎜ × 305 ㎜ (12 in × 12 in) × 2.5 ㎜의 어닐링된 플로트 유리판과 위에서 제조된 중합체 플라크를 포함하였다. 90도 박리 강도가 박리 속도 23.4 ㎝/min (9.2 in/min)에서 272 g/㎝ (1.5 lb/in)이고 90도 박리 강도가 박리 속도 5.1 ㎝/min (2 in/min)에서 1832 g/㎝ (10.1 lb/in)인 것으로 나타났다.
실시예 61
실시예 61은 유리/중합체 플라크 중간층/유리의 구조를 갖는 유리 라미네이트였고, 여기서 중합체 플라크 중간층은 실시예 60의 중합체 조성물로 제조된 3 층의 51 × 51 × 0.64 ㎜ (2 in × 2 in × 25 mil)의 플라크로 제조하였고, 2개의 유리 층은 어닐링된 플로트 유리판의 2개의 5.1 ㎜ × 5.1 ㎜ (2 in × 2 in ) × 2.5 ㎜ 조각으로 제조하였다.
실시예 62
본 실시예에서, 1) 아연으로 32% 중화된 21.4 wt%의 메타크릴산을 포함하는 99.70 wt%의 폴리(에틸렌-코-메타크릴산), 및 2) 0.30 wt%의 치마소브(Chimassorb)(등록상표) 944 FD 안정제 (CAS 번호 71878-19-8, 시바)로 구성된 중합체 조성물로부터 중합체 펠릿을 제조하였다. 이어서, 152 ㎜ × 178 ㎜ × 0.64 ㎜ 두께의 중합체 플라크를 압축 성형을 통해 이들 중합체 펠릿으로부터 제조하였다.
실시예 62는 중합체 플라크의 층과 305 ㎜ × 305 ㎜ (12 in × 12 in ) × 2.5 ㎜의 어닐링된 플로트 유리판의 층 사이의 유리 라미네이트였다.
실시예 63
본 실시예에서, 152 × 178 × 1.02 ㎜ (6 in × 7 in × 40 mil) 두께의 중합체 플라크를 아연으로 32% 중화된 21.4 wt%의 메타크릴산을 포함하는 코폴리(에틸렌-코-메타크릴산)으로부터 압축 성형을 통해 제조하였다.
실시예 63은 중합체 플라크의 층 및 152 ㎜ × 152 ㎜ (6 in × 6 in ) × 2.5 ㎜의 어닐링된 플로트 유리판의 층으로 구성된 유리 라미네이트였고, 중합체 플라크는 라미네이팅 전에 5% RH, 22.2℃의 온도에서 하룻밤 컨디셔닝하였고, 유리판의 주석 측을 중합체 플라크와 접촉시켰다.
이어서, 실시예 63의 유리 라미네이트를 인스트루먼터스, 인크, 모델 SP-102B-3M90 슬립/박리 시험기를 사용하여 90도 박리 강도 점착성 시험을 하였다. 라미네이트를 2.5 ㎝/min (1 in/min) 및 5.1 ㎝/min (2 in/min)의 속도로 박리하였다. 박리 점착성이 5443 g/㎝ (30 lb/in)를 초과하는 것으로 나타났다.
실시예 64-70
표 5에 열거된 바와 같이, 실시예 64-66은 본 기술 분야에 통상적으로 알려진 블로운 필름 공정을 통해 제조된 이오노머 필름이다.
Figure 112009012270511-PCT00011
표 6에 열거된 바와 같이, 실시예 67-70은 실시예 64-66의 이오노머 필름 중 하나를 포함하는 305 × 305 ㎜ (12 × 12 in)의 태양 전지 라미네이트 구조였다. 외층으로서 연성 필름을 포함하는 이들 라미네이트의 경우, 유리 커버 시트(3 ㎜ 두께)를 라미네이트 구조에 부가한 다음 라미네이팅 공정 후에 제거하였다.
Figure 112009012270511-PCT00012
실시예 71-81
표 7에 열거된 바와 같이, 실시예 71-75는 본 기술 분야에 통상적으로 알려진 바와 같이 블로운 필름 공정을 통해 제조된 2층 필름 구조이다.
Figure 112009012270511-PCT00013
표 8에 열거된 바와 같이, 실시예 76-81은 표 7의 2층 필름 구조를 포함하는 태양 전지 라미네이트 구조이다
Figure 112009012270511-PCT00014
실시예 82-93
표 9에 열거된 바와 같이, 실시예 82-87은 본 기술 분야에 통상적으로 알려진 바와 같이 블로운 필름 공정을 통해 제조된 3층 필름 구조이다.
Figure 112009012270511-PCT00015
표 10에 열거된 바와 같이, 실시예 88-93은 실시예 82-87의 3층 필름 구조를 포함하는 305 × 305 ㎜ (12 × 12 in)의 태양 전지 라미네이트 구조이다.
Figure 112009012270511-PCT00016
실시예 94-104
표 11에 열거된 바와 같이, 실시예 84-96은 엠보싱된 표면 층을 갖는 단층 시트 구조이다.
Figure 112009012270511-PCT00017
표 12에 열거된 바와 같이, 실시예 97-104는 실시예 43-54의 라미네이트 구조를 제조하는 데 사용된 것과 유사한 방법으로 제조된 태양 전지 라미네이트 구조이다.
Figure 112009012270511-PCT00018
실시예 105-112
표 12에 열거된 바와 같이, 실시예 105-112는 실시예 1-42의 유리 라미네이트를 제조하는 데 사용된 것과 유사한 방법으로 제조된 태양 전지 라미네이트 구조이다. 외층으로서 연성 필름을 포함하는 이들 라미네이트의 경우, 유리 커버 시트(3 ㎜ 두께)를 라미네이트 구조에 부가한 다음 라미네이팅 공정 후에 제거하였다. 층 1 및 2는 태양 전지 라미네이트의 입사 층을 구성하고, 층 4 및 5는 태양 전지 라미네이트의 배면 층을 구성한다.
실시예 113-125
표 13에 열거된 바와 같이, 실시예 113-117은 엠보싱된 표면 층을 갖는 2층 시트 구조이다.
Figure 112009012270511-PCT00019
표 14에 열거된 바와 같이, 실시예 118-125는 실시예 43-54의 라미네이트 구조를 제조하는 데 사용된 것과 유사한 방법으로 제조된 태양 전지 라미네이트 구조이다. 가능한 이러한 실시예의 경우, 2층 시트의 이오노머 표면을 유리 표면과 접촉시킨다. 층 1 및 2는 태양 전지 라미네이트의 입사 층을 구성하고, 층 4 및 5는 태양 전지 라미네이트의 배면 층을 구성한다.
Figure 112009012270511-PCT00020
실시예 126-133
표 14에 열거된 바와 같이, 실시예 126-133은 실시예 105-112의 태양 전지 라미네이트를 제조하는 데 사용된 것과 유사한 방법으로 제조된 305 × 305 ㎜ (12 × 12 in)의 태양 전지 라미네이트 구조이다. 가능한 이러한 라미네이트 구조의 경우, 2층 시트의 이오노머 표면을 유리 표면과 접촉시킨다. 층 1 및 2는 태양 전지 라미네이트의 입사 층을 구성하고, 층 4 및 5는 태양 전지 라미네이트의 배면 층을 구성한다.
실시예 134-154
표 15에 열거된 바와 같이, 실시예 134-138은 엠보싱된 표면 층을 갖는 3층 필름 구조이다.
Figure 112009012270511-PCT00021
표 16에 열거된 바와 같이, 실시예 139-154는 실시예 43-54의 라미네이트를 제조하는 데 사용된 것과 유사한 방법으로 제조된 305 × 305 ㎜ (12 × 12 in)의 태양 전지 라미네이트 구조이다. 층 1 및 2는 태양 전지 라미네이트의 입사 층을 구성하고, 층 4 및 5는 태양 전지 라미네이트의 배면 층을 구성한다.
Figure 112009012270511-PCT00022
실시예 155-170
표 16에 열거된 바와 같이, 실시예 155-170은 실시예 105-112의 라미네이트를 제조하는 데 사용된 것과 유사한 방법으로 제조된 305 × 305 ㎜ (12 × 12 in)의 태양 전지 라미네이트 구조이다. 층 1 및 2는 태양 전지 라미네이트의 입사 층을 구성하고, 층 4 및 5는 태양 전지 라미네이트의 배면 층을 구성한다.

Claims (17)

  1. (i) 제1 봉지제 층,
    (ii) 하나 또는 복수의 전자적으로 상호 접속된 태양 전지를 포함하고, 2개의 대향 표면, 즉 수광 표면 및 배면 표면을 갖는 태양 전지 층, 및
    (iii) 선택적으로 제2 봉지제 층을 포함하는 조립체로부터 제조되며,
    a) 제1 봉지제 층은 총 두께가 약 0.003 내지 약 0.51 ㎜(약 0.1 내지 약 20 mil)이고,
    b) 제1 봉지제 층은 α-올레핀과, 공중합체의 총 중량을 기준으로 약 18 내지 약 25 wt%의 α,β-에틸렌계 불포화 카르복실산의 부분적으로 또는 완전히 중화된 산 공중합체로부터 유도된 이오노머 조성물을 포함하는 적어도 하나의 표면 층을 포함하고,
    c) 제1 봉지제 층은 태양 전지 층의 수광 표면에 인접하여 위치되고,
    d) 제2 봉지제 층은 존재하는 경우 태양 전지 층의 배면 표면에 인접하여 위치되는 태양 전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 제1 봉지제 층은 이오노머 조성물로 본질적으로 구성되는 태양 전지 모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 산 공중합체는 공중합체의 총 중량을 기준으로 약 20 내지 약 23 wt%의 α,β-에틸렌계 불포화 카르복실산의 중합 잔기를 포함하는 태양 전지 모듈.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 산 공중합체는 하나 이상의 금속 이온으로 전체 카르복실산 함량을 기준으로 약 10% 내지 약 100% 중화되는 태양 전지 모듈.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 산 공중합체는 하나 이상의 금속 이온으로 전체 카르복실산 함량을 기준으로 약 10% 내지 약 50% 중화되고, 하나 이상의 금속 이온은 나트륨 이온, 리튬 이온, 마그네슘 이온, 아연 이온, 알루미늄 이온 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 태양 전지 모듈.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 이오노머 조성물은 용융 지수(MI)가 190℃에서 약 3 g/10분 미만인 태양 전지 모듈.
  7. 제1항 및 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 봉지제 층이 α-올레핀과 α,β-에틸렌계 불포화 카르복실산의 산 공중합체, α-올레핀과 α,β-에틸렌계 불포화 카르복실산의 부분적으로 또는 완전히 중화된 산 공중합체로부터 유도된 이오노머, 폴리(에틸렌-코-비닐 아세테이트), 폴리(비닐 아세탈), 폴리우레탄, 폴리비닐클로라이드, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 폴리올레핀 블록 탄성중합체, 에틸 렌 아크릴레이트 에스테르 공중합체, 실리콘 탄성중합체, 에폭시 수지 및 그 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 중합체를 포함하는 하나 이상의 추가적인 중합체 층을 추가로 포함하는 태양 전지 모듈.
  8. 제7항에 있어서, 제1 봉지제 층이 2개의 표면 층을 포함하고, 2개의 표면 층 각각은 α-올레핀과, 공중합체의 총 중량을 기준으로 약 18 내지 약 25 wt%의 α,β-에틸렌계 불포화 카르복실산의 부분적으로 또는 완전히 중화된 산 공중합체로부터 유도된 이오노머 조성물을 포함하는 태양 전지 모듈.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 봉지제 층이 존재하고 태양 전지 층의 배면 표면에 인접하여 위치되는 태양 전지 모듈.
  10. 제9항에 있어서, 제2 봉지제 층은 두께가 약 0.03 내지 약 3 ㎜ (약 1 내지 약 120 mil)인 태양 전지 모듈.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 제2 봉지제 층이 제1 봉지제 층과 동일한 조성을 갖는 태양 전지 모듈.
  12. 제9항 또는 제10항에 있어서, 제2 봉지제 층은 α-올레핀과 α,β-에틸렌계 불포화 카르복실산의 산 공중합체, α-올레핀과 α,β-에틸렌계 불포화 카르복실산 의 부분적으로 또는 완전히 중화된 산 공중합체로부터 유도된 이오노머, 폴리(에틸렌-코-비닐 아세테이트), 폴리(비닐 아세탈), 폴리우레탄, 폴리비닐클로라이드, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 폴리올레핀 블록 탄성중합체, 에틸렌 아크릴레이트 에스테르 공중합체, 실리콘 탄성중합체 및 에폭시 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 조성물을 포함하는 태양 전지 모듈.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, (iv) 제1 봉지제 층에 인접하여 그리고 태양 전지 층으로부터 먼 쪽에 위치되는 투명한 입사 층, 및 (v) 태양 전지 층의 배면 표면에, 또는 제2 봉지제 층이 존재하는 경우 제2 봉지제 층에 인접하여 그리고 태양 전지 층으로부터 먼 쪽에 위치되는 배면 시트를 추가로 포함하는 태양 전지 모듈.
  14. 위에서 아래로 (i) 투명한 재료로 제조된 입사 층, (ii) 제1 봉지제 층, (iii) 하나 또는 복수의 전자적으로 상호 접속된 태양 전지를 포함하는 태양 전지 층, (iv) 선택적으로, 제2 봉지제 층, 및 (v) 배면 시트로 본질적으로 구성된 조립체로부터 제조되며,
    제1 봉지제 층은 총 두께가 약 0.003 내지 약 0.51 ㎜(약 0.1 내지 약 20 mil)이고, α-올레핀과, 공중합체의 총 중량을 기준으로 약 18 내지 약 25 wt%의 α,β-에틸렌계 불포화 카르복실산의 산 공중합체로부터 유도된 이오노머 조성물을 포함하는 적어도 하나의 표면 층을 포함하고, 산 공중합체는 하나 이상의 금속 이 온으로 전체 카르복실산 함량을 기준으로 약 10% 내지 약 100% 중화되는 태양 전지 모듈.
  15. 제14항에 있어서, 제1 봉지제 층은 단층이고 이오노머 조성물로 본질적으로 구성되고, 산 공중합체는 나트륨, 리튬, 마그네슘, 아연, 알루미늄 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속 이온으로 전체 카르복실산 함량을 기준으로 약 10% 내지 약 50% 중화되는 태양 전지 모듈.
  16. (i) 위에서 아래로, 입사 층, 제1 봉지제 층, 하나 또는 복수의 전자적으로 상호 접속된 태양 전지를 포함하는 태양 전지 층, 선택적인 제2 봉지제 층, 및 배면 시트를 포함하는 조립체를 제공하는 단계, 및 (ii) 조립체를 라미네이팅하여 태양 전지 모듈을 형성하는 단계를 포함하며,
    제1 봉지제 층은 총 두께가 약 0.003 내지 약 0.51 ㎜ (약 0.1 내지 약 20 mil)이고, α-올레핀과, 공중합체의 총 중량을 기준으로 약 18 내지 약 25 wt%의 α,β-에틸렌계 불포화 카르복실산의 부분적으로 또는 완전히 중화된 산 공중합체로부터 유도된 이오노머 조성물을 포함하는 적어도 하나의 표면 층을 포함하는, 태양 전지 모듈을 제조하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 라미네이팅 단계 (ii)는 조립체에 열 및/또는 압력을 가하여 행하는 방법.
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