KR20090100410A - 태양전지용 이면 보호시트 및 이를 포함하는 태양전지 모듈 - Google Patents

태양전지용 이면 보호시트 및 이를 포함하는 태양전지 모듈 Download PDF

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KR20090100410A
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Abstract

태양전지 소자를 실링하기 위해 이용되는 충전재로서의 EVA수지와의 밀착성을 높일 수 있고, 장기간에 걸쳐 내후성을 유지할 수 있음과 동시에, 경량화를 도모할 수 있는 태양전지용 이면 보호시트와 이를 구비한 태양전지 모듈을 제공한다. 태양전지용 이면 보호시트(10)는 태양전지 모듈(100)의 이면측에 배치되는 태양전지용 이면 보호시트(10)로서, 충전재(7)의 표면에 접하도록 고착되고, 밀도가 0.91g／cm3 이상 0.93g／cm3 이하의 직쇄 저밀도 폴리에틸렌을 함유하는 제 1 필름(11) 및 제 1 필름(11)에 적층되고, 상기 태양전지용 이면 보호시트(10)의 최외층에 배치된 폴리불화비닐리덴과 폴리메틸메타아크릴레이트를 함유하는 제 2 필름(12)을 포함한다.
태양전지, 모듈, 보호시트, 충전재, 필름

Description

태양전지용 이면 보호시트 및 이를 포함하는 태양전지 모듈{BACKSIDE PROTECTIVE SHEET FOR SOLAR CELL AND SOLAR CELL MODULE COMPRISING THE SAME}
본 발명은, 일반적으로는 태양전지 모듈의 이면(裏面)측에 배치되는 태양전지용 이면 보호시트와 이를 구비한 태양전지 모듈에 관한 것으로, 구체적으로 내후성을 가지는 태양전지용 이면 보호시트와 이를 구비한 태양전지 모듈에 관한 것이다.
태양전지 모듈은, 그 성질상 옥외에 설치되는 경우가 많기 때문에 태양전지 소자, 전극, 배선 등을 보호할 목적으로 표면측에는, 예를 들면 투명 유리판이 배치되고, 이면측에는, 예를 들면 알루미늄박과 수지 필름의 적층 시트, 또는 수지 필름의 적층 시트 등이 배치된다.
예를 들면, 일본국 특개평111―261085호 공보(특허문헌 1)에서는, 밀도가 0.94g／cm3 이상 0.97g／cm3 이하의 폴리에틸렌계 수지를 이용하고, 내후성과 방습성을 구비한 시트로 이루어지는 태양전지용 이면 보호시트가 제안되어 있다.
또한, 예를 들면 일본국 특허공개 제2000―294813호 공보(특허문헌 2)에서는 외피 필름과 방습 필름을 에틸렌―초산 비닐 공중합체계 접착제에 의해 적층 일체화하여 이루어지는 태양전지용 백 커버재로, 방습 필름이 기재 필름의 표면에 무기 산화물의 코팅막을 형성하는 필름을 가지는 것이 제안되어 있다. 여기서, 외피 필름으로서는, 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리불화비닐(PVF) 필름 등의 불소 수지 필름이 이용되고, 외피 필름의 두께는 12∼200㎛이다.
특허문헌 1: 일본국 특개평11―261085호 공보
특허문헌 2: 일본국 특허공개 제2000―294813호 공보
그런데, 태양전지용 이면 보호시트는 태양전지 소자를 실링하기 위해서 이용되는 충전재로서의 에틸렌―초산 비닐 공중합체(EVA) 수지의 외측 표면에 가열 압력에 의해 접착된다.
그러나, 상기 일본국 특개평11―261085호 공보(특허문헌 1)에서 제안된 태양전지용 이면 보호시트는 사용 초기의 단계에서는 내후성을 가지지만, 태양전지 소자를 실링하기 위해서 이용되는 충전재로서의 EVA수지와의 밀착성에 있어서는 열악화되는 문제가 있다. 이 때문에 이 태양전지용 이면 보호시트는 그 밀착성을 경시적으로 유지할 수 없기 때문에, 박리되고 태양전지 모듈의 이면을 보호할 수 없게 되어 장기간에 걸쳐 내후성을 유지하지 못할 가능성이 있다.
일본국 특허공개 제2000―294813호 공보(특허문헌 2)에서 제안된 태양전지용 백 커버재는, 외피 필름으로서 PVDF, PVF 필름 등의 불소 수지 필름이 이용되기 때문에 내후성을 가진다. 그러나, 이들의 불소 수지 필름은 가공성이 나쁘기 때문에 40㎛이하의 두께 정도까지 얇게 하는 것이 곤란하다. 이 때문에, 이면 보호시트와 함께 태양전지 모듈 전체를 경량화하는 것이 곤란하다. 또한, 이들의 불소 수지 필름은 흡습성이 나쁘기 때문에, 다른 수지 필름에 적층한 경우에 충분한 접착력을 획득할 수 없다는 문제도 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 태양전지 소자를 실링하기 위해 이용되는 충전 재로서의 EVA수지와의 밀착성을 높일 수 있고, 장기간에 걸쳐 내후성을 유지할 수 있음과 동시에, 경량화를 도모할 수 있는 태양전지용 이면(裏面) 보호시트와 이를 포함한 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 태양전지용 이면 보호시트는, 태양전지 모듈의 이면측에 배치되는 태양전지용 이면 보호시트로서, 밀도가 0.91g／cm3 이상 0.93g／cm3 이하의 직쇄(直鎖; linear) 저밀도 폴리에틸렌을 함유하는 제 1 필름; 및 상기 제 1 필름에 적층된 폴리불화비닐리덴과 폴리메틸메타아크릴레이트를 함유하는 제 2 필름을 포함한다.
본 발명에 따른 태양전지 모듈은, 태양전지 소자를 실링하기 위해서 배치된 에틸렌―초산 비닐 공중합체 수지로 이루어지는 충전재와, 상기 태양전지 모듈의 이면측의 충전재의 외측 표면에 고착된 태양전지용 이면 보호시트를 포함한다. 태양전지용 이면 보호시트는, 충전재의 표면에 접하도록 고착되고, 밀도가 0.91g／cm3 이상 0.93g／cm3 이하의 직쇄 저밀도 폴리에틸렌을 함유하는 제 1 필름; 및 상기 제 1 필름에 적층되고, 상기 태양전지용 이면 보호시트의 최외층(最外層)에 배치된 폴리불화비닐리덴과 폴리메틸메타아크릴레이트를 함유하는 제 2 필름을 포함한다.
본 발명의 태양전지용 이면 보호시트로서, 밀도가 0.91g／cm3 이상 0.93g／cm3 이하의 직쇄 저밀도 폴리에틸렌을 함유하는 제 1 필름은, 태양전지 소자를 실링(sealing)하기 위해서 배치된 에틸렌―초산 비닐 공중합체 수지로 이루어지는 충전재와의 밀착성이 우수하고, 그 밀착성을 경시적으로 유지할 수 있다. 또한, 폴리불화비닐리덴과 폴리메틸메타아크릴레이트를 함유하는 제 2 필름은 태양전지용 이면 보호시트의 최외층에 배치됨으로써, 내후성을 나타냄과 동시에, 불소 수지 필름에 비해 가공성이 우수하기 때문에 40㎛ 이하까지 얇게 할 수 있고, 예를 들면 드라이 라미네이트용 접착제를 이용하여 드라이 라미네이트법으로 제 1 필름에 적층한 경우에 충분한 접착력을 획득할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 태양전지 소자를 실링하기 위해서 이용되는 충전 재로서의 EVA수지와 이면 보호시트의 밀착성을 높일 수 있고, 장기간에 걸쳐 이면 보호시트의 내후성을 유지할 수 있음과 동시에, 태양전지용 이면 보호시트와 태양전지 모듈의 경량화를 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 일 실시형태로서의 태양전지용 이면 보호시트가 적용 되는 태양전지 모듈의 개략적인 단면 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 태양전지용 이면 보호시트의 일 실시형태를 나타내는 단면도이다.
[부호의 설명]
10: 태양전지용 이면 보호시트
11: 제 1 필름
12: 제 2 필름
100: 태양전지 모듈
도 1은 본 발명에 따른 일 실시형태로서의 태양전지용 이면 보호시트가 적용되는 태양전지 모듈의 개략적인 단면 구조를 도시한 도면이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 태양전지 모듈(100)에는 복수개의 태양전지 소자(1)가 배열되어 있다. 이들의 태양전지 소자(1)는 전극(2)을 통해 상호 접속 배선(3)에 의해 전기적으로 접속되고, 태양전지 모듈(100) 전체로서는 리드선(4)에 의해 이면측에 단자(5)가 취출되고, 단자(5)는 단자박스(6)에 수납되어 있다. 에틸렌―초산 비닐 공중합체(EVA) 수지로 이루어지는 충전재(7)가 복수개의 태양전지 소자(1)를 실링하기 위해서 배치되어 있다. 태양전지 모듈(100)의 수광면측에 위치하는 충전재(7)의 외측 표면에는 투명 유리층(8)이 고착되어 있다. 태양전지 모 듈(100)의 설치면측에 위치하는 충전재(7)의 외측 표면에는 본 발명의 태양전지용 이면 보호시트(10)가 고착되어 있다. 또한, 태양전지 모듈(100)의 측면에는 알루미늄제 케이싱부재(9)가 실링재를 통해 장착되어 있다.
도 2는 본 발명의 태양전지용 이면 보호시트의 일 실시형태를 나타내는 단면도이다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 태양전지용 이면 보호시트(10)는 태양전지 모듈(100)에 상대적으로 가까운 측(내측)에 배치되는 내층으로부터 밀도가 0.91g／cm3이상 0.93g／cm3 이하의 직쇄 저밀도 폴리에틸렌(11DPE)을 함유하는 제 1 필름(11), 폴리불화비닐리덴(PVDF)과 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA)를 함유하는 혼합 수지 필름으로 이루어지는 제 2 필름(12) 순으로 적층되어 있다. 제 1 필름(11)과 제 2 필름(12) 사이에는 접착제층(13)이 배치되어 있다. 제 1 필름(11)은 충전재(7)의 표면에 접하도록 고착된다. 이 고착은 가열 압력을 이용하여 수행된다. 제 2 필름(12)은 태양전지용 이면 보호시트(10)의 최외층에 배치된다. 접착제층(13)은 드라이 라미네이트용 접착제로 이루어진다. 제 1 필름(11)의 두께는 30∼100㎛정도이며, 제 2 필름(12)의 두께는 5∼30㎛정도이다. 제 2 필름(12)으로서의 혼합 수지 필름을 구성하는 폴리불화비닐리덴(PVDF)과 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA)의 혼합 비율은 PVDF／PMMA＝1／9∼9／1인 것이 바람직하다.
제 1 필름(11)과 제 2 필름(12) 각각의 표면에는 필요에 따라 앵커 코트제 등을 코팅해도 좋다.
제 2 필름(12)에는 자외선을 흡수 또는 반사할 목적으로 산화 티탄, 황산 바륨 등의 백색안료를 혼입해도 좋다.
제 1 필름(11)의 수광면측에는 충전재(7)와의 밀착성을 개선하기 위해서 프라이머층을 형성해도 좋다. 프라이머제로서는 아크릴계 프라이머, 폴리에스테르계 프라이머 등을 사용하는 것이 바람직하다. 프라이머제의 도포량은 2∼15g／m2 정도로 하는 것이 바람직하다.
제 1 필름(11)과 제 2 필름(12)은 공지의 방법을 이용하여 적층할 수 있다. 예를 들면, 2액 경화형 우레탄계 접착제, 폴리에테르우레탄계 접착제, 폴리에스테르계 접착제, 폴리에스테르폴리올계 접착제, 폴리에스테르폴리우레탄폴리올계 접착제 등을 이용한 드라이 라미네이션을 채용하고, 도 2 에 나타내는 바와 같이 접착제층(13)을 개재시켜 제 1 필름(11)과 제 2 필름(12)을 적층하는 방법 이외에, 공압출(co―extrusion), 압출 코트, 앵커 코트제를 이용한 열 라미네이션 등에 의한 방법을 채용해도 좋다. 드라이 라미네이션법을 채용하여 제 1 필름(11)과 제 2 필름(12)을 적층하는 것이 바람직하고, 특히 우레탄 수지를 포함하는 접착제를 이용하여 드라이 라미네이션법에 의해 적층하는 것이 바람직하다.
태양전지용 이면 보호시트의 실례, 비교예, 참고예의 시료를 다음과 같이 해서 제작하였다.
(실례 1)
제 1 필름으로서 두께가 60㎛인 11DPE 필름(토셀로(TOHCE11O) 주식회사제, 제품명 T.U.X―HC, 밀도 0.914g／cm3)의 표면에, 제 2 필름으로서 두께가 20㎛인 혼합 수지 필름(혼합비율: PVDF 8중량부, PMMA 2중량부) (전기화학공업 주식회사제, 제품명 덴카DX)을 드라이 라미네이트용 접착제를 이용하여 드라이 라미네이트법으로 접착하였다. 드라이 라미네이트용 접착제로서는, 미츠이(MITSUI) 화학 폴리우레탄 주식회사제의 제품명 다케락(Takelac) A315(100중량부)와 제품명 다케네이트(Takenate) A50(10중량부)을 혼합한 우레탄계 접착제를 고형분의 도공량이 3g／m2가 되도록 이용하였다. 이렇게 하여 본 발명의 실례로서의 이면 보호시트를 제작하였다.
(비교예 1)
두께가 80㎛인 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 필름(다마포리(TAMAPOLY) 주식회사제, 제품명 HD, 밀도 0.945g／cm3)을 본 발명의 이면 보호시트의 비교예로서 이용하였다.
(비교예 2)
두께가 40㎛인 PVF 필름(듀퐁(DuPont)사제, 제품명 테드라(Tedlar))의 표면에 두께가 40㎛인 PVF 필름(듀퐁사제, 제품명 테드라)을, 드라이 라미네이트용 접착제를 이용하여 드라이 라미네이트법으로 접착하였다. 드라이 라미네이트용 접착 제로서는 미츠이 화학 폴리우레탄 주식회사제의 제품명 다케락 A315(100중량부)와 제품명 다케네이트 A50(10중량부)을 혼합한 우레탄계 접착제를 고형분의 도공량이 3g／m2가 되도록 이용하였다. 이렇게 하여 본 발명의 비교예로서의 이면 보호시트를 제작하였다.
(참고예)
제 1 필름으로서 두께가 80㎛인 HDPE 필름(다마포리 주식회사제, 제품명 HD, 밀도 0.945g／cm3)의 표면에 제 2 필름으로서 두께가 20㎛인 혼합 수지 필름(혼합비율: PVDF 8중량부, PMMA 2중량부) (전기화학공업 주식회사제, 제품명 덴카DX)을 드라이 라미네이트용 접착제를 이용하여 드라이 라미네이트법으로 접착하였다. 드라이 라미네이트용 접착제로서는 미츠이 화학 폴리우레탄 주식회사제의 제품명 다케락 A315(100중량부)와 제품명 다케네이트 A50(10중량부)을 혼합한 우레탄계 접착제를 고형분의 도공량이 3g／m2가 되도록 이용하였다. 이렇게 하여 본 발명의 참고예로서의 이면 보호시트를 제작하였다.
획득된 태양전지용 이면 보호시트를 이용하여 유사한 태양전지 모듈을 제작하였다. 구체적으로, 유사한 태양전지 모듈은 두께가 3mm, 면적이 15cm2×18cm2인 유리판 상에 두께가 0.8mm, 면적이 15cm2×18cm2인 EVA수지(미츠이 파브로(Mitsui Chemicals Fabro) 주식회사제, 제품명 SOLAR EVA RC―01), 면적이 15cm2×18cm2인 각각의 이면 보호시트를 3변이 겹치도록 순차적으로 적층하고, 가열 대기압 압력을 이용하여 가압함으로써 제작하였다. 또한, 다음 두 가지의 가열 대기압 압력조건에서 유사한 태양전지 모듈을 제작하였다.
A) 150℃의 온도에서 15분간, 진공 탈포(vacuum defoaming) 처리 후 150℃의 온도에서 5분간, 대기압 압력을 이용하여 가압하였다.
B) 120℃의 온도에서 15분간, 진공 탈포 처리 후 120℃의 온도에서 5분간, 대기압 압력을 이용하여 가압하였다.
이와 같이 제작된 유사한 태양전지 모듈의 초기물성과 내후성을 다음과 같이 평가하였다.
(초기물성)
이면 보호시트의 표면측에서 EVA수지를 향해 ((이면 보호시트의 두께)+5㎛)의 깊이로, 폭 15mm, 길이 18cm의 컷팅부를 넣음으로써(형성하여), 일측단이 해방된 15mm 폭의 시험편을 제작하고, 이 시험편을 인장속도 100mm／분으로 잡아 당겼다. 이 때의 파단 응력값을 측정하고, 이를 EVA수지와 이면 보호시트 사이의 접착력(N／15mm)으로 하였다. 단, 이 파단 응력값이 40(N／15mm)를 초과하는 경우에는, EVA수지와 이면 보호시트 사이에서 박리가 일어나기 전에 이면 보호시트의 파단이 발생하기 때문에 정확한 접착력을 평가할 수 없어서, 접착력을 40(N／15mm) 이상으로 평가하였다.
(내후성)
가열 대기압 압력조건 A에서 제작한 유사한 태양전지 모듈을 온도 85℃, 상대습도 85%의 분위기에서 3000시간 유지한 후, 이면 보호시트의 외관을 관찰함과 동시에, EVA수지와 이면 보호시트 사이의 접착력(N／15mm)을 측정하였다. 접착력의 측정은 상기 초기물성과 동일하게 하여 수행하였다.
이상의 결과를 표 1에 나타낸다.
가열 대기압 압력 조건 초기물성 내후성
접착력(N/15mm) 접착력(N/15mm) 외관
실례 A 40 이상 40 이상 변화 없음
B 40 이상 ― ―
비교예 1 A 40 이상 0 변색 있음
B 15 ― ―
비교예 2 A 8 0 EVA와의 접착불량부 있음
B 0 ― ―
참고예 A 40 이상 20 약간의 변색 있음
B 18 ― ―
표 1의 결과로부터, 본 발명의 실례에서는 충전재로서의 EVA수지와 이면 보호시트의 밀착성을 높일 수 있고, 장기간에 걸쳐 이면 보호시트의 내후성을 유지할 수 있는 것을 알 수 있다.
여기에 개시된 실시형태와 실례는 모든 점에서 예시이고 제한적인 것이 아님을 고려해야 한다. 본 발명의 범위는 이상의 실시형태와 실례보다는 청구범위에 의해 나타내어지고, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 수정과 변형을 포함하는 것이 의도된다.
본 발명의 태양전지용 이면 보호시트는 태양전지 모듈의 이면측에 배치되어 이용할 수 있고, 태양전지 소자를 실링하기 위해 이용되는 충전재로서의 EVA수지와 이면 보호시트의 밀착성을 높일 수 있으며, 장기간에 걸쳐 이면 보호시트의 내후성을 유지할 수 있음과 동시에, 태양전지용 이면 보호시트와 태양전지 모듈의 경량화를 도모할 수 있다.

Claims (2)

  1. 태양전지 모듈의 이면측에 배치되는 태양전지용 이면 보호시트(10)로서,
    밀도가 0.91g／cm3 이상 0.93g／cm3 이하의 직쇄 저밀도 폴리에틸렌을 함유하는 제 1 필름(11); 및
    상기 제 1 필름(11)에 적층된 폴리불화비닐리덴과 폴리메틸메타아크릴레이트를 함유하는 제 2 필름(12)
    을 포함하는 태양전지용 이면 보호시트.
  2. 태양전지 소자를 실링하기 위해서 배치된 에틸렌―초산 비닐 공중합체 수지로 이루어지는 충전재(7); 및
    태양전지 모듈(100)의 이면측의 상기 충전재의 외측 표면에 고착된 태양전지용 이면 보호시트(10)
    를 포함하고,
    상기 태양전지용 이면 보호시트(10)는,
    상기 충전재(7)의 표면에 접하도록 고착되고, 밀도가 0.91g／cm3 이상 0.93g／cm3 이하의 직쇄 저밀도 폴리에틸렌을 함유하는 제 1 필름(11); 및
    상기 제 1 필름(11)에 적층되고, 상기 태양전지용 이면 보호시트(10)의 최외 층에 배치된 폴리불화비닐리덴과 폴리메틸메타아크릴레이트를 함유하는 제 2 필름(12)을 포함하는
    태양전지 모듈.
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