KR20100009235A - 태양 전지 모듈용 시트 및 이를 포함한 태양전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양 전지 모듈을 고정하고 외부 환경으로부터 태양 전지 셀을 보호하는 기능이외에, 태양 전지 효율을 증대시킬 수 있는 태양 전지 모듈용 시트 및 상기 시트를 포함하는 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
본 발명은 베이스 기재에 태양광중 자외선 영역의 빛을 흡수하여 각기 다른 색을 나타내는 파장의 가시광선 또는 근 적외선 영역으로 전환시키는 2종 이상의 광전환제를 첨가하여, 단일의 광전환제를 사용하는 경우보다 태양 전지의 효율이 향상된 태양 전지 모듈용 시트를 제공한다.
태양 전지 모듈, 광전환제, 광확산제, 프리즘층
Description
본 발명은 표면 강화막 및 배면 보호 필름과 태양 전지 셀의 접착성을 보장하여 태양 전지 모듈을 고정하고 온도, 습도, 충격등의 외부 환경으로부터 셀을 보호하는 기능외에 태양 전지의 효율을 증가시키는 기능을 가진 태양 전지 모듈용 시트 및 이를 포함한 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
태양 전지는 광전 효과를 이용해 빛 에너지를 전기 에너지로 전환하는 반도체 소자로, 무공해, 무소음 및 지구 온난화 방지에 유용한 청정 에너지원으로서 연구 개발이 활발히 진행되고 있고, 금후에도 대량의 발전(發電)이 기대되고 있다.
태양 전지는 옥외에서 자연 환경에 노출되는 경우가 많고 태양 전지의 심장부에 수분이 미치면 그 성능이 현저하게 저하되기 때문에, 고온 고습한 환경에서도 장시간 견딜 수 있는 우수한 내구성을 갖춘 태양 전지 모듈이 요구된다. 이러한 태양 전지 모듈로서 집전 전극을 갖는 태양 전지의 이면과 표면에 적층되는 충전재, 표면 보호층 및 배면 보호필름(back sheet)으로 구성된 것이 제안되어 있다. 이 때 표면 보호층으로는 에틸렌-테트라플루오르에틸렌 공중합체 막 또는 폴리불화비닐 막등이 공지되어 있고, 태양 전지의 이면과 표면에 적층되는 충전재로는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 공중합체나 부티랄 수지들이 공지되어 있다. 여기서 EVA의 역할은 태양전지와 표면 보호층 또는 배면 보호 필름사이에서 접착제 역할을 하여 태양 전지 모듈을 고정함과 동시에 수분으로부터 태양 전지를 보호하는 것이다. 그러나 종래 보호시트는 태양전지 모듈을 고정하는 것과 수분등 외부 환경으로부터 태양전지를 보호하는 기능만을 할 뿐 태양 전지의 효율을 개선하는 등의 기능성을 갖고 있지 못하다. 현재 태양 전지가 활성화되지 못하고 있는 가장 큰 이유는 제조 단가가 높다는 점과 에너지 변환 효율이 기대치에 미치지 못한다는 점이다. 따라서, 태양전지관련 제조기술의 개발은 저가화와 에너지 변환 효율의 향상에 그 초점이 맞추어 지고 있다.
상기의 문제점을 해결하고자 본 발명의 목적은 표면 강화막 및 배면 필름과 태양전지 셀을 접착하여 모듈을 고정시키고 온도, 수분등 외부환경으로부터 모듈을 보호하는 기본적 기능뿐만 아니라 태양 전지의 효율을 증가시킬 수 있는 태양 전지 모듈용 시트 및 상기 시트를 포함한 태양 전지 모듈을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
베이스 기재에 자외선 영역의 빛을 각기 다른 색을 나타내는 파장의 가시광선 또는 근 적외선 영역으로 전환시키는 2종 이상의 광전환제를 첨가하여 이루어지는 태양 전지 모듈용 시트를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 2종 이상의 광전환제중 어느 한 광전환제는 다른 광전환제들과의 중량비가 1:0.1 내지 1:0.9일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 광전환제는 베이스 기재 100중량부에 대하여 0.1 내지 5중량부로 포함될 수 있다.
상기 베이스 기재로는 폴리 올레핀계 수지가 사용될 수 있다.
본 발명의 상기 2종 이상의 광전환제를 포함하는 태양 전지 모듈용 시트는 광확산제를 더 포함할 수 있다.
본 발명은, 상기 2종 이상의 광전환제를 포함하는 태양 전지 모듈용 시트의 어느 일 면에 형성된 광 확산층을 포함하는 태양 전지 모듈용 시트를 제공한다.
본 발명은, 상기 2종 이상의 광전환제를 포함하는 태양 전지 모듈용 시트의 어느 일 면에 형성된 프리즘층을 포함하는 태양 전지 모듈용 시트를 제공한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
태양 전지 셀; 상기 태양 전지 셀의 양 측면에 적층된 본 발명의 태양 전지 모듈용 시트; 상기 태양 전지 모듈용 시트의 일 측면에 적층된 표면 강화막; 및 상기 표면 강화막과 반대쪽에 위치하며 상기 태양 전지 모듈용 시트의 일 측면에 적층된 배면 보호 필름을 포함하는 태양 전지 모듈을 제공한다.
본 발명에 따른 태양 전지 모듈용 시트는 표면 강화막 및 배면 보호 필름과 셀을 접착시켜 태양 전지 모듈을 고정하고 고온, 수분 및 충격등의 외부 환경으로부터 태양 전지 셀을 보호한다. 또한, 자외선 영역을 가시광선 영역이나 근 적외선 영역으로 전환시키고 이를 태양 전지 모듈 전반에 확산시키며 태양광을 태양 전지 셀에 효율적으로 집약시켜 태양전지의 효율을 상승시킨다. 게다가, 2가지 색 이상의 가시광선 영역 또는 근 적외선 영역으로 전환시키므로 가시광선 영역으로 전환된 복사 에너지의 양이 증가하여 단일의 광전환제를 사용할 때보다 에너지 전환 효율이 상승된다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
반도체 PN접합으로 구성된 태양 전지에 태양광이 입사되면 광 에너지에 의해 반도체내의 전자(-)와 정공(+)이 여기되어 반도체 내를 자유로이 이동하는 상태가 되고, 이 전자와 정공이 각각 태양 전지내의 N형 및 P형 반도체의 표면으로 이동하게 됨으로써 전극을 형성하여 전류의 흐름이 발생하게 된다. 이를 광기전력 효과라 한다. 그런데 이 태양 전지는 하나의 발전량이 약 1.5W정도로 작아 일반 전기 용품등에 사용되기에는 불충분한 면이 있으므로 필요한 단위 용량으로 태양 전지를 연결하고 각 태양 전지를 보호하기 위하여 투명한 합성수지등으로 태양 전지를 싸서 유리판 사이에 넣는 형태의 태양 전지 모듈을 만들어 사용하고 있다. 그러나, 태양 전지는 태양 전지 모듈 속에서 그 효율이 약간 떨어지는 면이 있는데, 만약 반도체의 자유전자를 여기시킬 수 있는 파장대의 복사 에너지의 양이 증가된다면 태양 전지의 효율은 개선될 것이다. 태양 복사 에너지의 스펙트럼은 주로 가시광선 영역을 중심으로 3000Å 부근의 근자외선 영역에서 최소한 수 마이크로미터까지의 적외선 광으로 이루어지는데 가시광선 영역에서 최대의 복사에너지를 갖는다. 따라서, 태양 복사 에너지중 자외선 영역을 가시광선 영역으로 전환시킬 수 있다면 태양 전지의 효율은 상승될 것이다.
본 발명은 베이스 기재에 태양 복사 에너지중 자외선 영역을 가시광선 또는 근 적외선 영역으로 전환시키는 2종 이상의 광전환제를 첨가하여 태양 전지의 효율을 개선시키는 태양 전지 모듈용 시트를 제공한다. 상기 2종 이상의 광전환제는 자외선 영역의 빛을 흡수하여 각기 다른 색을 나타내는 파장의 가시광선 또는 근 적외선 영역으로 전환되도록 선택되어진다. 바람직하게는 2 내지 5종의 광전환제가 포함될 수 있다. 광전환제를 다량으로 사용한다 하더라도 동일한 색을 나타내는 파장대의 복사에너지의 세기는 한계가 있는 바, 여러 색을 나타내는 파장대의 가시광선 또는 근 적외선 영역으로 전환시켜 복사 에너지의 세기를 증가시키고자 한 것이다.
본 발명에서 사용될 수 있는 광전환제는 태양 복사 에너지 중 자외선(UV) 영역의 빛을 흡수하여 가시광선(VIS) 영역 또는 근 적외선(NIR) 영역으로 광 전환시키는 것이면 어느 것이나 가능하다.
상기 광전환제는 하기 화학식 1 내지 13중 어느 하나로 표현되는 화합물, 파이 컨쥬게이트된 구조를 갖는 단분자 및 고분자로 이루어진 군으로부터 2종 이상이 선택될 수 있다 :
상기 식에서, a,b,c,d는 각각 0.01 내지 5이다.
상기 식에서, a,b,c,d는 각각 0.01 내지 5이다.
상기 식에서, a,b,c,d는 각각 0.01 내지 5이다.
상기 식에서, a,b,c는 각각 0.01 내지 5이다.
상기 식에서 n은 1 내지 2이며, a,b는 각각 0.01 내지 5이다.
상기 식에서 a, b는 각각 0.01 내지 2이며, a와 b의 합은 2를 초과하지 않는다.
상기 파이 컨쥬게이트된 구조를 갖는 단분자는 비스카바졸 페닐렌(3,3′-biscarbazole phenylene), 비스카바졸 싸이에노 싸이오펜(3,3′-biscarbazole thieno[3,2-b]thiophene), 디페닐 비닐 바이페닐(4,4′-Bis(2,2-diphenyl-vinyl)-1,1′-biphenyl)(DPVBi) 및 2-톨릴 스티릴-디톨릴 벤젠(2-(4-(p-tolyl)styryl)-1,4-di (p-tolyl)benzene)으로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 이들의 혼합 물이 사용될 수 있다.
상기 파이 컨쥬게이트된 구조를 갖는 고분자는 폴리(p-페닐렌-비닐렌) (Poly(p-phenylene-vinylene))(PPV), 폴리 피란 이리덴 말로노니트릴 페닐렌 비닐렌((2-Pyran-4-ylidene-Malononitrile)-PPV), 폴리 메톡시-에틸 헥실록시 페닐렌 비닐렌((2-methoxy-5-(2'-ethyl-hexyloxy))-PPV)(MEH-PPV), 폴리 디알콕시 시아노 페닐렌 비닐렌(Dialkoxy Cyano-PPV), 폴리 파라-페닐렌(poly(p-phenylene)s) (PPPs), 폴리 풀루오렌(poly-fluorene), 폴리 싸이오펜-폴리 스티렌 설포네이트(polythiophene-polystyrene sulfonate)(PPS) 및 폴리 에틸렌 디옥시 싸이오펜 (poly(3,4-ethylenedioxythiophene))(PEDOT)으로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 2종 이상의 광전환제중 어느 하나의 광전환제는 다른 광전환제들과의 중량비가 1:0.1 내지 1:0.9일 수 있다. 상기 범위 미만으로 첨가되면 특정 색으로 전환되는 가시광선의 양이 적어 태양 전지의 효율 증가율이 작고, 상기 범위를 초과하여 첨가되면 상대적으로 다른 색의 가시광선 영역으로 전환시키는 광전환제의 비율이 작아져 태양 전지 효율의 증가가 작다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 2종 이상의 광전환제는 베이스 기재 100중량부에 대하여 0.1 내지 5중량부로 포함될 수 있다. 상기범위 미만으로 첨가되면 자유전자를 여기시킬수 있는 파장대의 복사에너지로 전환되는 양이 작아 태양 전지의 효율 향상이 미미하며, 상기 범위를 초과하여 첨가되면 비용에 비해 효율의 증가가 작다.
본 발명의 태양 전지 모듈용 시트의 베이스 기재로는 당업계에서 공지된 것을 제한없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리 올레핀계 수지가 사용될 수 있다. 상기 폴리 올레핀계 수지로는 에틸렌, 프로필렌, 부타디엔, 이소프렌등의 중합 또는 공중합체; 또는 에틸렌과 비닐 아세테이트, 아크릴산 에스테르와 같은 다른 단량체와의 공중합체나 이오노머 등이 사용될 수 있다. 구체적으로는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐, 에틸렌/염화 비닐 공중합체, 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체, 에틸렌/비닐알코올 공중합체, 염소화 폴리에틸렌, 염소화 폴리프로필렌 등이 사용될 수 있다. 바람직하게는 태양광선 투과율이 우수하고 물리적 특성면에서 변화가 적은 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 공중합체가 사용될 수 있다.
본 발명의 태양 전지 모듈용 시트는 상기 2종 이상의 광전환제 이외에 광확산제를 더 포함할 수 있다. 광전환제에 의해 태양 복사 에너지중 자외선 영역이 자유 전자를 여기시킬 수 있는 파장대의 가시광선 영역이나 근적외선 영역으로 전환되고 이 에너지가 광확산제에 의해 모듈 전반으로 확산되어 태양 전지의 효율을 높일 수 있다.
상기 광 확산제는 유기계 또는 무기계 입자가 사용될 수 있으며, 유기계 입자와 무기계 입자를 혼합하여 사용할 수도 있다. 무기계 입자로는 실리카계, 산화규소, 산화티타늄, 산화지르코늄 및 불화 마그네슘으로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 유기계 입자로는 폴리 메틸메타크 릴레이트계, 폴리 스티렌계 및 이들의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 광확산제는 베이스 기재 100중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위 미만으로 사용되면 광 확산 효과가 미미하며, 상기 범위를 초과하여 사용하면 빛의 투과율이 떨어질 수 있다.
태양 전지 모듈에 사용되는 시트는 태양 전지 셀이 온도, 수분 및 충격등 외부 요인에 영향을 받지 않도록 해야 하고 태양 전지 셀과 표면 강화막이 접착되게 하는 기능을 해야 한다. 따라서, 투명성, 내후성, 접착성, 내열성등이 우수해야 한다. 본 발명의 태양 전지 모듈용 시트는 내후성, 열 안정성 및 가공성등을 향상시키기 위해 자외선 안정제, 산화 방지제, 안티 블로킹제 및 가교제에서 1종 이상을 선택하여 더 포함할 수 있다.
자외선 안정제를 포함함으로써 태양 전지 모듈용 시트가 광분해로부터 효과적으로 보호될 수 있으며, 내후성이 항상된다. 상기 자외선 안정제로는 벤조페논계, 벤조트리아졸계, 니켈 킬레이터 및 할스(HALS)계로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 자외선 안정제는 베이스 기재 100중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부로 함유될 수 있다. 상기 범위 미만으로 포함되면 광 분해로부터 효과적으로 보호될 수 없으며, 상기 범위 이상으로 포함된다 하더라도 광 분해로부터 보호되는 정도에는 차이가 없다.
본 발명의 태양 전지 모듈용 시트가 고온 조건하에서도 안정한 상태로 유지되기 위해 산화 방지제를 포함할 수 있다. 상기 산화방지제로는 토코페롤, 갈산프로필, 부틸화된 히드록시톨루엔(BHT) 및 부틸화된 히드록시아니졸(BHA)로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명의 태양 전지 모듈용 시트는 가공중 시트끼리의 접착을 방지하기 위하여 안티 블로킹제를 사용할 수 있고 이에 인해 시트 고유의 물성은 해치지 않으면서도 가공성이 향상된다. 상기 안티 블로킹제로는 실리카 비드, 폴리메틸메타아크릴레이트 비드, 불소계 슬립제, 실리콘계 슬립제등을 사용할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 안티 블로킹제는 베이스 기재 100중량부에 대하여 0.1 내지 5중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위 미만으로 첨가되면 안티 블로킹의 효과가 미미하며, 상기 범위를 초과하여 첨가되면 시트 제조시 안티 블로킹제가 불순물로 작용하여 빛의 투과율이 저하될 수 있다.
베이스 기재로 폴리 올레핀계 수지를 많이 사용하는데, 폴리 올레핀계 수지는 대체적으로 열 변형 온도가 낮아 고온에서 변형되기 쉬우므로 내열성을 향상시키고 접착성을 증진시키기 위해 본 발명의 태양 전지 모듈용 시트는 가교제를 포함할 수 있다. 상기 가교제로는 실란계, 아민계, 이미다졸계, 에톡시계, 산 무수물계, 이소시아네이트계 및 분자 내에 질소 원자가 2개 이상 포함된 아지리딘 계로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 2종 이상의 광전환제를 포함하는 태양 전지 모듈용 시 트의 어느 일 면에 형성된 광 확산층을 포함하는 태양 전지 모듈용 시트를 제공한다.
상기 광 확산층은 광확산제 및 유기 바인더를 포함하여 이루어지는 광 확산 코팅액을 상기 태양 전지 모듈용 시트의 어느 일 면에 도포한 후, 경화시켜 형성될 수 있다. 예를 들어 열 경화 또는 광 경화에 의해 형성될 수 있다. 상기 광 확산 코팅액은 광확산제 0.1~5 중량%, 유기 바인더 10~35중량%, 유기 용매 60~85중량%, 분산제 0.1~5 중량% 및 기타 첨가제 0.1 ~5 중량%로 이루어질 수 있다. 상기 기타 첨가제는 당업자가 원하는 기능에 따라 적당히 선택하여 첨가할 수 있으며, 예를 들어 슬립제(slip), 습윤제(wetting), 레벨링제(leveling) 일 수 있다.
상기 광확산제는 유기계 입자, 무기계 입자를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 유기계 입자로는 폴리메틸메타크릴레이트계, 폴리스티렌계 및 이들의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 무기계 입자로는 폴리 실리콘계, 산화규소, 산화티타늄, 산화지르코늄 및 불화 마그네슘으로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 바람직하게는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)가 사용될 수 있다. 구체적으로, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 단분산 광확산제(일본 소켄사 제품), 폴리메틸메타크릴레이트 다분산 광확산제 (예를 들어, 일본 세키스이사 제품) 등이 있다. 상기 광확산제는 광확산 및 광투과율 증가에 적합한 크기의 비드로 사용하게 된다. 비드의 크기는 다양하게 사용될 수 있으며 보통 2가지 이상의 크기를 가지는 비드를 혼합하여 사용하는데, 이는 한가지 크기의 비드를 사용함으로써 생길 수 있는 비드 사 이의 빈 공극을 메우기 위해서이다. 또한 사용되는 입자의 크기 및 입자와 수지의 비율은, 당업자가 적절하게 여러 가지의 조합으로 사용할 수 있다.
상기 유기 바인더는 메틸메타아크릴레이트계, 폴리에스테르계, 아크릴레이트계, 에폭시계, 멜라민계, 우레탄 및 우레탄 -아크릴계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 바람직하게는 아크릴레이트 또는 우레탄계 수지가 사용될 수 있다.
또한, 상기 광확산층은 내마모성, 내열성, 작업성, 접착성을 향상시키기 위해서 경화제를 더 포함할 수 있다. 경화제로는 아민계, 이미다졸계, 산 무수물계, 이소시아네이트계 및 분자 내에 질소원자가 2개 이상 포함된 아지리딘 계열로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 경화제는 유기 바인더 수지 100중량부에 대하여 10 내지 200 중량부로 첨가함으로서 수지 피막의 경화도를 높여 준다. 광확산층에 사용되어지는 바인더 수지 및 경화제는 광효율을 높이기 위해서 투명해야 하며, 사용되는 입자와의 굴절률 차이가 큰 것이 광확산 측면에서 유리하다.
상기 광확산제는, 상기 기재한 바와 같이 태양 전지 모듈용 시트의 일측면에 별도의 층으로 형성될 수도 있지만, 베이스 기재에 함께 포함되어 사용될 수도 있다.
본 발명은 또한, 상기 2종 이상의 광전환제를 포함하는 태양 전지 모듈용 시트의 어느 일 면에 형성된 프리즘층을 포함하는 태양 전지 모듈용 시트를 제공한 다. 상기 프리즘 층은 태양 에너지를 효율적으로 집약할 수 있는 구조이면 어느 것이나 가능하며, 일 실시예로서 단면이 삼각형 형상일 수 있다. 삼각형의 각도 및 형상은 당업자가 그 에너지 효율을 고려하여 변경 가능하다. 예를 들어, 상기 돌출부의 단면이 이등변 삼각형상, 원형, 타원형, 마름모, 또는 소정의 굴곡을 가지는 다각형(각이 2 ~ 10)형상을 갖는 돌출부를 제공하거나, 베이스 기재층의 단면에 엠보싱 가공처리 하여 미세한 요철을 형성할 수도 있다.
본 발명은, 태양 전지 셀; 상기 태양 전지 셀의 양 측면에 적층되는 본 발명의 태양 전지 모듈용 시트; 상기 태양 전지 모듈용 시트의 일 측면에 적층된 표면 강화막; 및 상기 표면 강화막과 반대쪽에 위치하며, 상기 태양 전지 모듈용 시트의 일 측면에 적층된 배면 보호 필름을 포함하는 태양 전지 모듈을 제공한다.
상기 표면 강화막은 태양 전지 모듈의 최외 표면에 배치되므로 투명성, 내후성 및 물리적 강도등이 우수해야 한다. 이러한 요건을 만족시키는 막으로는 테트라 플루오르 에틸렌-에틸렌 공중합체, 폴리 비닐 플루오라이드 수지 및 폴리 테트라 플루오르에틸렌 수지등의 불소 수지 또는 유리가 사용될 수 있다.
본 발명의 태양 전지 모듈용 시트는 상술한 바와 같이 태양 전지 셀과 표면 강화막 사이, 태양 전지 셀과 배면 보호 필름 사이에 위치하면서, 이들이 상호 접착하도록 하여 태양전지 모듈을 고정시키는 역할을 한다. 또한, 온도, 습도, 충격등 외부 환경으로부터 태양 전지 셀을 보호한다. 이러한 기능 외에도 본 발명에 따 른 시트는 입사된 태양광선을 2종 이상의 광전환제를 이용하여 각기 다른 색을 나타내는 파장대의 가시광선 또는 근 적외선 영역으로 광 전환 시키는 바, 단일의 광전환제를 사용하는 경우보다 태양 전지의 효율이 상승된다. 또한, 이렇게 광 전환된 에너지를 광 확산층을 통해 골고루 확산시키고, 프리즘층을 통해 태양전지 셀로 에너지를 효율적으로 집약시켜, 태양 전지의 효율을 전반적으로 개선시킨다. 상기 에너지 효율을 증가시키는 구성은 단독 또는 함께 사용될 수 있다.
이하, 도면에 의해 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나 이는 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하는 일 실시예에 불과한 것이며, 본 발명의 권리범위를 제한하는 방법으로 해석되어서는 안 된다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 의한 태양 전지 모듈용 시트의 단면도이다. 태양전지 모듈용 시트(1)는 2종 이상의 광전환제를 포함하는 베이스 기재층(10)과, 상기 베이스 기재층의 어느 일 측면에 형성된 광 확산 코팅층(20), 및 다른 일측면에 형성된 프리즘층(30)으로 이루어진다. 상기 광 확산 코팅층(20)에는 광 확산 비드(21)가 내첨되어 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 모듈용 시트의 단면도이다. 태양전지 모듈용 시트(2)는 2종 이상의 광전환제를 포함하는 베이스 기재층(100)에 광확산제(210)가 내첨되어 있으며, 상기 베이스 기재층의 어느 일 측면에 프리즘층(300)이 형성되어 있고, 별도의 광 확산층이 형성되어 있지 않다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 태양 전지 모듈의 사시도이다. 태양전지 모듈은 태양 전지 셀(60); 상기 태양 전지 셀의 양측면에 적층된 태양 전지 모듈용 시트(50); 상기 태양 전지 모듈용 시트(50)의 일 측면에 적층된 표면 강화막(40); 및 상기 표면 강화막 반대측에 위치하며, 상기 태양전지 모듈용 시트(50)의 일 측면에 적층된 배면 보호 필름(back sheet)(70)으로 이루어진다.
이하, 실시예 및 비교예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
<실시예 1>
광전환제로 무기 Red Phosphor(Eu0 .09Y2O2S complex) 0.3 중량%, 무기 Blue Phosphor(Y1.95Ce0.05SiO5 complex) 0.3 중량%, 산화방지제(부틸화된 히드록시톨루엔(BHT)) 0.5 중량%, 안티 블록킹제(PMMA bead, 신에츠) 0.1 중량%, 가교제(아지리딘 계열) 2.5 중량%, 자외선 안정제(Benzophenone계) 1.5 중량%, 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 수지 94.8 중량%로 마스터배치를 제조한 후, 통상적인 용융 압출법에 의해 130 ~ 160℃의 조건 하에서 550 마이크로 미터의 태양 전지 모듈용 시트를 제조하였다.
<실시예 2>
광전환제로 무기 Red Phosphor(Eu0 .09Y2O2S complex) 0.3 중량%, 무기 Blue Phosphor(Y1.95Ce0.05SiO5 complex) 0.3 중량%, 광확산제(실리카 비드, 신에츠) 0.2 중량%, 산화방지제(부틸화된 히드록시톨루엔(BHT)) 0.5 중량%, 안티 블록킹제(PMMA bead, 신에츠) 0.1 중량%, 가교제(아지리딘 계열) 2.5 중량%, 자외선 안정 제(Benzophenone계) 1.5 중량%, 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 수지 94.6 중량%로 마스터배치를 제조한 후, 통상적인 용융 압출법에 의해 130 ~ 160℃의 조건 하에서 550 마이크로 미터의 태양 전지 모듈용 시트를 제조하였다.
<실시예 3>
광전환제로 무기 Red Phosphor(Eu0 .09Y2O2S complex) 0.3 중량%, 유기 Blue Phosphor(4,4′-Bis(2,2-diphenyl-ethen-1-yl)diphenyl)(DPVBi)0.3 중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 태양 전지 모듈용 시트를 제조하였다.
<실시예 4>
유기 Red Phosphor([2-methoxy-5-(2'-ethyl-hexyloxy)]-PPV)(MEH-PPV) 0.3중량%, 유기 Blue Phosphor(4,4′-Bis(2,2-diphenyl-ethen-1-yl)diphenyl)(DPVBi) 0.3 중량%을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 태양 전지 모듈용 시트를 제조하였다.
<실시예 5>
유기 Red Phosphor([2-methoxy-5-(2'-ethyl-hexyloxy)]-PPV)(MEH-PPV) 0.3 중량 %, 무기 Blue Phosphor(Y1 .95Ce0 .05SiO5 complex) 0.3 중량 %를 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 실시하였다.
<실시예 6>
광전환제로 무기 Red Phosphor(Eu0 .09Y2O2S complex) 0.1 중량%, 무기 Blue Phosphor(Y1.95Ce0.05SiO5 complex) 0.9 중량% 및 에틸렌비닐아세테이트(EVA)수지 94.2 중량%를 사용한 것을 제외하고 실시예 2와 동일하게 태양 전지 모듈용 시트를 제조하였다.
<실시예7>
광전환제로 무기 Red Phosphor(Eu0 .09Y2O2S complex) 2.5 중량%, 무기 Blue Phosphor(Y1.95Ce0.05SiO5 complex) 2.5 중량% 및 에틸렌비닐아세테이트(EVA)수지 90.2 중량%를 사용한 것을 제외하고 실시예 2와 동일하게 태양 전지 모듈용 시트를 제조하였다.
<실시예 8>
실시예 2에서 용융 압출법에 의해 130 ~ 160℃의 조건 하에서 시트를 뽑는 과정에 엠보롤을 통과시켜 일면에 엠보(프리즘 산) 형태의 550 마이크로 미터의 태양 전지 모듈용 시트를 제조하였다.
<실시예 9>
(1) 실시예 1에서 용융 압출법에 의해 130 ~ 160℃의 조건 하에서 시트를 뽑는 과정에 엠보롤을 통과시켜 일면에 엠보(프리즘 산) 형태의 550 마이크로 미터의 태양 전지 모듈용 시트를 제조하였다.
(2) 상기 (1)에서 제조된 태양전지 모듈용 시트 일면에 (엠보처리가 되지 않은 면) 광확산 비드(PMMA, 0.5 ~ 2 마이크로미터) 0.5 중량 %, 우레탄 수지 20 중량 %, 이소프로필알콜 78.5 중량 %, 첨가제(wetting) 0.5 중량 %, 분산제 0.5 중량 %으로 이루어진 확산비드 코팅액을 그라비아 코팅 방법에 의해 코팅하고 60 ~ 80 ℃ 2분간 열경화시켜 확산비드 층이 형성된 태양 전지 모듈용 시트를 제조하였다.
<비교예 1>
산화방지제(부틸화된 히드록시톨루엔(BHT) 0.5 중량%, 안티 블록킹제(PMMA bead, 신에츠) 0.1 중량%, 가교제(아지리딘 계열) 2.5 중량%, 자외선 안정제(Benzophenone계) 1.5 중량%, 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 수지 95.4 중량%을 이용하여 마스터배치를 제조한 후, 통상적인 용융 압출법에 의해 130 ~ 160℃의 조건 하에서 550 마이크로 미터의 태양 전지 모듈용 쉬트를 제조하였다.
<비교예 2>
광 확산 물질(실리카 비드) 0.2 중량%, 산화방지제(부틸화된 히드록시톨루엔(BHT) 0.5 중량%, 안티 블록킹제(PMMA bead, 신에츠) 0.1 중량%, 가교제(아지리딘 계열) 2.5 중량%, 자외선 안정제(Benzophenone계) 1.5 중량%, 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 수지 95.2 중량%을 이용하여 마스터배치를 제조한 후, 통상적인 용융 압출법에 의해 130 ~ 160℃의 조건 하에서 550 마이크로 미터의 태양 전지 모듈용 시트를 제조하였다.
<비교예 3>
무기 Red Phosphor(Eu0 .09Y2O2S complex) 0.6 중량 %, 광 확산 물질(실리카 비드) 0.2 중량 %, 산화방지제(부틸화된 히드록시톨루엔(BHT) 0.5 중량 %, 안티 블록킹제(PMMA bead, 신에츠) 0.1 중량 %, 가교제(아지리딘 계열) 2.5 중량 %, 자외선 안정제(Benzophenone계) 1.5 중량 %, 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 수지 94.6 중량 % 을 이용하여 마스터배치를 제조한 후, 통상적인 용융 압출법에 의해 130 ~ 160℃의 조건 하에서 550 마이크로 미터의 태양전지 모듈 보호 시트를 제조하였다.
<비교예 4>
무기 Red Phosphor(Eu0 .09Y2O2S complex) 3중량%, 자외선안정제(Benzophenone계) 1.5 중량 %, 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 수지 95.5 중량 %을 이용하여 마스터배치를 제조한 후, 통상적인 용융 압출법에 의해 130~ 160℃의 조건 하에서 550 마이크로 미터의 태양 전지 모듈용시트를 제조하였다.
<실험예>
상기 실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 태양 전지 모듈 용 시트를 사용하여 제조된 다결정 실리콘 태양 전지의 에너지 변환 효율을 측정하였으며 하기와 같은 방법으로 계산하여 이를 표 1 및 2에 나타내었다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 실시예 5 | 실시예 6 | 실시예 7 | 실시예 8 | 실시예 9 | |
| 에너지 변환효율 | 20 % | 22 % | 23 % | 23 % | 23 % | 22% | 24 % | 26% | 26% |
| 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 | 비교예 4 | |
| 에너지 변환효율 | 15 % | 16 % | 18 % | 18% |
* 에너지 변환효율(%) = P out / P In × 100 = (I max × V max / P In )× 100,
(P out : 출력 Power. P In : 입력 Power
I max : 출력 최대 전류, V max : 출력 최대 전압)
태양 전지의 효율의 측정은 100 W의 xenon lamp로 구성된 인조 태양광 조사 조건하에서 solar simulation system (Thermo Oriel Instrument,USA)를 이용하여 구하였다.
상기 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따라 2종 이상의 광전환제를 포함하여 태양광 에너지를 전환시킨 실시예의 태양 전지 모듈용 시트는 보호기능만을 갖는 비교예 1의 시트나 단일의 광전환제를 포함한 비교예 3의 시트에 비하여 에너지 효율이 상승된 것을 알 수 있다. 또한, 추가적으로 광확산제 또는 광확산층을 포함하는 경우가 실시예 1보다 높은 에너지 효율을 보였으며, 이와 더불어 프리즘층을 포함하는 실시예 8 및 9의 경우 가장 높은 에너지 효율을 보인 것을 알 수 있다. 또한, 비교예 4에서 보듯이 단일의 광전환제를 사용하는 경우 첨가량이 증가하여도 에너지 전환 효율에는 한계가 있다. 비교예 4의 경우 안티 블록킹제가 첨가되지 않아 가공시 시트끼리 엉겨붙는 현상도 발견되었다.
따라서, 본 발명에 따라 제조되는 태양 전지 모듈용 시트는 태양 전지 셀의 보호기능뿐만 아니라, 태양광 에너지를 더욱 효율적으로 이용할 수 있게 하는 기능성까지 포함하고 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 의한 태양 전지 모듈용 시트의 단면도이다
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 태양 전지 모듈용 시트의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 태양 전지 모듈의 사시도이다.
Claims (18)
- 베이스 기재에 자외선 영역의 빛을 각기 다른 색을 나타내는 파장의 가시광선 또는 근 적외선 영역으로 전환시키는 2종 이상의 광전환제를 첨가하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈용 시트.
- 제1항에 있어서,상기 2종 이상의 광전환제중 어느 한 광전환제가 다른 광전환제들과의 중량비가 1:0.1 내지 1:0.9인 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈용 시트.
- 제1항에 있어서,상기 광전환제가 하기 화학식 1 내지 13중 어느 하나로 표현되는 화합물 :[화학식 1]Y2O2S:Eu [EuaYbOcSd](상기 식에서, a,b,c,d는 각각 0.01 내지 5이고,)[화학식 2]CaS:Eu[화학식 3]BaMgAl10O17:Eu[화학식 4]Zn2SiO4:Mn [ZnaSibOcMnd](상기 식에서, a,b,c,d는 각각 0.01 내지 5이고,)[화학식 5](YGd)BO3:Eu [(YGd)aBbOcEud](상기 식에서, a,b,c,d는 각각 0.01 내지 5이고,)[화학식 6]BaMgAl10O17:Eu2 +[화학식 7](YGd)2O3:Eu [(YGd)aObEuc](상기 식에서, a,b,c는 각각 0.01 내지 5이고,)[화학식 8]LaOCl:Eu[화학식 9]SrO2(Al2O3)nEu2+ aNd3 + bEu3 + 0.01a(상기 식에서 n은 1 내지 2이며, a,b는 각각 0.01 내지 5이고,)[화학식 10]Y2 -a- bO2SEu3 + aTi3 + b(상기 식에서, a,b는 각각 0.01 내지 2이며, a와 b의 합은 2를 초과하지 않고,)[화학식 11]GaOF:Eu[화학식 12]ZnS:Cu[화학식 13]CaS:Bi ;비스카바졸 페닐렌(3,3′-bicarbazole phenylene), 비스카바졸 싸이에노 싸이오펜(3,3′-bicarbazole thieno[3,2-b]thiophene), 디페닐 비닐 바이페닐(4,4′-Bis (2,2-diphenyl-vinyl)-1,1′-biphenyl) (DPVBi) 및 2-톨릴 스티릴-디톨릴벤젠(2-(4-(p-tolyl)styryl)-1,4-di(p-tolyl)benzene)으로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 이들의 혼합물인 파이 컨쥬게이트된 구조를 갖는 단분자 ; 및폴리 페닐렌 비닐렌(Poly(p-phenylene-vinylene))(PPV), 폴리(피란 이리덴 말로노니트릴) 페닐렌 비닐렌((2-Pyran-4-ylidene-Malononitrile)-PPV), 폴리(메톡시-에틸-헥실록시({2-methoxy-5-(2'-ethyl-hexyloxy)}-PPV)(MEH-PPV), 폴리(디알콕시 시아노)페닐렌 비닐렌(Dialkoxy cyano-PPV), 폴리(파라-페닐렌)(poly(p-phenylene)s)(PPPs), 폴리 풀루오렌(poly-fluorene), 폴리싸이오펜-폴리스틸렌설폰 에이트(polythiophene-polystyrenesulfonate)(PPS) 및 폴리(에틸렌디옥시싸이오펜)(poly(3,4-ethylenedioxy thiophene))(PEDOT)으로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 이들의 화합물인 파이 컨쥬게이트된 구조를 갖는 고분자로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈용 시트.
- 제1항에 있어서,상기 2 종 이상의 광전환제가 베이스 기재 100중량부에 대하여 0.1 내지 5중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈용 시트.
- 제1항에 있어서,상기 베이스 기재가 폴리올레핀계 수지인 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈용 시트
- 제5항에 있어서,상기 폴리올레핀계 수지가 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐, 에틸렌/염화 비닐 공중합체, 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체, 에틸렌/비닐알코올 공중합체, 염소화 폴리에틸렌 및 염소화 폴리프로필렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 시트.
- 제1항에 있어서,광확산제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈용 시트.
- 제7항에 있어서,상기 광확산제가 폴리메틸메타크릴레이트계, 폴리스티렌계 및 이들의 공중합체, 폴리 실리콘계, 산화규소, 산화티타늄, 산화지르코늄 및 불화마그네슘으로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈용 시트.
- 제7항에 있어서,상기 광확산제가 베이스 기재 100중량부에 대하여 0.01 내지 5중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈용 시트.
- 제1항에 있어서,자외선 안정제, 산화 방지제, 안티 블로킹제 및 가교제로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 이들의 혼합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈용 시트.
- 제10항에 있어서,상기 안티 블로킹제가 실리카 비드, 폴리메틸메타아크릴레이트 비드, 불소계 슬립제 및 실리콘계 슬립제로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈용 시트.
- 제10항에 있어서,상기 안티 블로킹제가 베이스 기재 100중량부에 대하여 0.1 내지 5중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈용 시트.
- 제1항에 있어서,상기 태양 전지 모듈용 시트가 적어도 일 면에 광 확산 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈용 시트.
- 제13항에 있어서,상기 광 확산 코팅층이 광확산제 및 유기 바인더를 포함하여 이루어지는 광 확산 코팅액을 상기 태양 전지 모듈용 시트의 어느 일 면에 도포 및 경화시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈용 시트.
- 제14항에 있어서,상기 광 확산 코팅액이 광확산제 0.1~5 중량%, 유기 바인더 10~35중량%, 유기 용매 60~85중량%, 분산제 0.1~5 중량% 및 첨가제 0.1~5 중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈용 시트.
- 제1항에 있어서,상기 태양 전지 모듈용 시트가 적어도 일 면에 프리즘층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈용 시트.
- 태양전지 셀; 상기 셀의 양 측면에 적층된 상기 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항의 태양 전지 모듈용 시트; 상기 태양 전지 모듈용 시트의 일 측면에 적층된 표면 강화막; 및 상기 표면 강화막 반대쪽에 위치하며, 상기 태양 전지 모듈용 시트의 일 측면에 적층된 배면 보호 필름(back sheet)을 포함하는 태양 전지 모듈.
- 제17항에 있어서,상기 표면 강화막이 유리 또는 불소 수지인 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
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|---|---|---|---|
| KR1020080070044A KR20100009235A (ko) | 2008-07-18 | 2008-07-18 | 태양 전지 모듈용 시트 및 이를 포함한 태양전지 모듈 |
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| KR (1) | KR20100009235A (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101385853B1 (ko) * | 2011-02-10 | 2014-04-18 | 주식회사 엘지화학 | 태양전지의 전면시트, 그의 제조 방법 및 이를 포함하는 광전지 모듈 |
| US9117952B2 (en) | 2011-02-10 | 2015-08-25 | Lg Chem, Ltd. | Front sheet of solar cell, method of manufacturing the same and photovoltaic module comprising the same |
| JP2017137264A (ja) * | 2016-02-04 | 2017-08-10 | 日本化薬株式会社 | 有機化合物、赤外光吸収材料及びその利用 |
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2008
- 2008-07-18 KR KR1020080070044A patent/KR20100009235A/ko not_active IP Right Cessation
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