KR20100128503A - 태양전지 봉지막용 수지 조성물 및 그를 이용한 태양전지 봉지막용 ｅｖａ 필름 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에틸렌 비닐아세테이트 수지를 주성분으로 함유하는 태양전지 봉지막용 수지 조성물에 스테아린산을 첨가한 태양전지 봉지막용 수지 조성물, 그를 이용하여 제조된 태양전지 봉지막용 EVA 필름에 관한 것이다.
본 발명의 태양전지 봉지막용 수지 조성물은 EVA 수지를 주성분으로 함유하는 수지 조성물에 스테아린산을 첨가함으로써, 태양전지 봉지막용 수지 조성물을 이용하여 제조된 EVA 필름이 카렌더 롤에 달라붙는 것을 방지하여 EVA 필름 내의 잔류응력을 억제할 수 있다. 이에, 본 발명은 태양전지 제조과정에서 가열 가교시, 수축을 최소화할 수 있는 EVA 필름을 제공함으로써, 태양전지의 성능향상을 구현할 수 있다.
태양전지, 봉지막, 스테아르산, 에틸렌 비닐아세테이트 필름, 수축율.
Description
본 발명은 EVA 수지를 주성분으로 함유하는 태양전지 봉지막용 수지 조성물 및 그를 이용한 태양전지 봉지막용 EVA 필름에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, EVA 수지를 주성분으로 함유하는 수지 조성물에 스테아린산을 첨가한 태양전지 봉지막용 수지 조성물 및 그를 이용하여 태양전지 제조과정에서 가열 가교시 수축이 적은 태양전지 봉지막용 EVA 필름에 관한 것이다.
근래 자원의 유효 이용이나 환경오염의 방지 등으로부터 태양광을 직접 전기 에너지로 변환하는 태양전지가 넓게 사용되고, 새롭게 개발되고 있다. 태양전지는 고온, 다습, 풍우에 노출되는 실외 등의 환경하에서 장시간 사용되기 때문에, 내구성이 중요하다.
태양전지는 일반적으로 도1에서 나타낸 바와 같이, 유리기판(100)과 백 커버(200) 사이에 에틸렌 초산비닐 공중합체 필름(300A, 300B)의 봉지막에 의하여 실리콘 발전소자(400)을 포장한 구성으로 되어 있다. 이와 같은 태양전지는 유리기 판(100), 봉지막용 에틸렌 초산비닐 공중합체 필름(300A), 실리콘 발전소자(400), 봉지막용 에틸렌 초산비닐 공중합체 필름(300B) 및 백 커버(200)를 순서대로 적층하고, 가열 가압하여 에틸렌 초산비닐 공중합체 필름(300A, 300B)을 가교 경화시키고 접착하여 일체화하는 방법으로 제조 된다.
이 경우, 봉지막용 에틸렌 초산비닐 공중합체 필름(300A, 300B)에는, 이와 같은 태양전지 제조시의 가압력이 균일하게 부가되어야 하고, 특히 봉지막용 에틸렌 초산비닐 공중합체 필름(300A, 300B)의 가열 가교시의 수축이 크다면, 이 수축에 의해 실리콘 발전소자(400)가 파손되기 때문에 가열 가교시 수축이 작을 것이 요구된다. 가열 가교시 수축은 봉지막용 에틸렌 초산비닐 공중합체 필름의 제조공정에 있어서 에틸렌 초산비닐 공중합체 필름을 만들기 위해 에틸렌 초산비닐 공중합체 펠렛을 필름으로 가공할 때 잔류응력을 최소화시킬 필요가 있다.
일반적으로 필름 또는 시트를 제조할 때 카렌더 롤을 거쳐 형태를 만들고 권취기를 이용해 권취하는 방식을 채택하고 있다. 그런데 에틸렌 초산비닐 공중합체 필름은 접착력을 가지고 있기 때문에, 에틸렌 초산비닐 공중합체 수지가 카렌더 롤을 통과하면서 필름이 될 때 카렌더 롤에 달라 붙는 현상이 발생하게 된다. 이런 현상을 막기 위해 권취기에서 당기는 tension을 늘리면 에틸렌 초산비닐 필름에 잔류응력이 발생하여 최종 제품의 수축에 영향을 줄 수 있다. 또한 잔류응력을 최소화하기 위해 권취기에서 당기는 tension을 줄이게 되면 에틸렌 초산비닐 공중합체 필름의 접착력에 의해 카렌더 롤에 감기는 현상이 발생할 수 있다.
상기의 문제점에 대한 개선으로 일본국 특허공개 제 평10-255380호에서는 카 렌더 롤의 회전 스피드를 조절하고, 카렌더 롤의 온도를 조절하고, 카렌더 롤의 회전 방향을 조절하는 등의 가공조건 조절에 의해 수축을 제어할 수 있다고 개시되어 있다. 하지만, 가공조건의 개선만으로는 에틸렌 초산비닐 공중합체 자체가 가지고 있는 점착성 문제를 해결할 수 없어, 가열가교시 에틸렌 초산비닐 공중합체 수지가 가공 롤에 달라 붙게 된다. 이 경우, 롤에 붙은 필름을 떼어내기 위한 힘이 필요하고, 이 때 잔류응력이 여전히 남아 있는 문제점이 있어 이의 해결이 절실히 요청되고 있는 상태이다.
이에, 본 발명자들은 태양전지의 봉지막용 수지 조성물에 스테아르 산을 첨가하고, 이 조성물을 이용하여 태양전지용 봉지막 필름을 제조하면 제조과정에서 카렌더 롤 표면에 에틸렌 초산비닐 공중합체 필름이 달라붙는 것을 억제하고, 그에 따라 카렌더 롤 표면으로부터 에틸렌 초산비닐 공중합체 필름을 떼어내기가 용이해지므로 에틸렌 초산비닐 공중합체 필름에 잔류응력이 최소화될 수 있음을 확인하고 본 발명에 이르게 되었다.
본 발명의 목적은, 태양전지용 봉지막의 제조과정에서 EVA 공중합체 필름이 카렌더 롤 표면에 달라붙는 것을 억제함으로써 공정성이 개선되는 태양전지 봉지막용 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 상기 태양전지 봉지막용 수지 조성물을 이용한 태양 전지 봉지막용 EVA 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 봉지막용 EVA 필름을 이요하여 제조되는 태양전지를 제공하는 것이다.
이를 위한 본 발명의 태양전지 봉지막용 EVA 수지 조성물은 EVA 수지와, EVA 수지 100 중량부에 대하여 0.01 ∼ 5중량부의 스테아르산(stearic acid)을 포함한다. 이때, 상기 EVA 수지의 비닐아세테이트 함유량이 5 ∼ 50중량부인 것이 바람직하며, 필름 성형 후 가열가공을 위하여 가교제 0.1 ∼ 2중량부 및 가교조제 0.1 ~ 3중량부가 추가로 포함할 수 있다.
스테아르산은 태양전지 봉지막용 수지조성물을 필름으로 가공하는 단계에서 필름이 카렌더 롤 등에 들러붙는 현상을 억제하여 필름내의 잔류응력을 최소화 하는 역할을 한다. 나아가, 스테아린산은 EVA와 상용성이 좋지 않고, 또한 윤활제 역할을 하기 때문에 카렌더 롤에 잘 달라 붙지 않고 권취할 수 있는 기능이 있다. 그 결과, 본 발명에 의하여 제조되는 태양전지 봉지막 필름은 수축율이 10% 미만으로서, 스테아르산이 첨가되지 아니한 비교예의 경우에 비하여 가열가교 후 수축률이 1/2 이하에 불과하다.
본 발명의 에틸렌 비닐아세테이트(EVA) 수지를 주성분으로 함유하는 태양전 지 봉지막용 수지 조성물은, 종래의 EVA 수지에 스테아르산(stearic acid)이 함유된 것을 특징으로 한다. 여기에 사용되는 상기 EVA 수지는 비닐아세테이트 함유량이 5 ∼ 50%인 것이 바람직하다.
스테아르산은 태양전지 봉지막용 수지조성물을 필름으로 가공하는 단계에서 필름이 카렌더 롤 등에 들러붙는 현상을 억제하여 필름내의 잔류응력을 최소화 하는 역할을 한다. 스테아린산은 EVA와 상용성이 좋지 않고, 또한 윤활제 역할을 하기 때문에 카렌더 롤에 잘 달라 붙지 않고 권취할 수 있는 기능이 있다. 첨가되는 함량은 0.01 ~ 5중량부인 것이 바람직하다. 스테아르산의 함량이 0.01 중량부 미만일 경우 필름 제조시에 수지가 카렌더 롤 등에 들러붙는 현상을 억제할 수 없고, 5중량부를 초과할 경우 태양전지 셀과의 접착력이 현저히 떨어질 수 있다. 더욱 바람직하게는 0.03 ~ 1중량부이다.
본 발명의 태양전지 봉지막용 수지 조성물에는 가교제 및 가교조제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 가교제로는 10시간 반감기 온도가 80 ~ 120 ℃인 것이 사용된다. 이것에 의해 가교 공정에 있어서 가스의 발생을 높게 억제할 수 있다. 또한 가교제를 분해시킬 때 잔존량이 초기치의 반으로 감소하기까지의 시간을 반감기라고 하고, 10시간 반감기 온도란 반감기가 10시간 되는 온도를 의미한다. 상기 가교제로서는 열분해법 등 간단한 방법에 의하여 가교할 수 있는 유기과산화물 또는 광개시제가 단독 또는 혼합형태로 사용된다. 이 목적의 유기과산화물로써는, 1,1-디-(tert-헥실퍼옥시)-3,3,5-트레메틸시클로헥산(1,1-di-(tert-hexylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexane), tert-부틸퍼옥시-2-에틸헥실모노카보네이트(tert- butylperoxy-2-ethylhexyl monocarbonate), 2,5-디메틸-2,5-디-(tert-부틸옥시)헥산(2,5-dimethyl-2,5-di-(tert-butylperoxy)hexane) 등이 있다. 상기 태양전지용 봉지막에 있어서 가교제의 함유량은 에틸렌 비닐아세테이트(EVA) 100 중량부에 0.1 ~ 10중량부, 바람직하게는 0.2 ~ 7중량부이다.
본 발명의 태양전지용 봉지막에 사용되는 가교조제는 에틸렌 비닐아세테이트(EVA)의 겔분율을 향상시키고 내구성을 향상시키는 기능을 한다. 이 목적으로는 트리아릴시아누레이트(triarylcyanurate), 트리아릴이소시아누레이트(triarylisocyanutate) 등이 사용된다. 가교조제의 함유량은 비닐아세테이트(EVA) 100 중량부에 0.1 ~ 3중량부인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 태양전지 봉지막용 수지 조성물에는 EVA수지, 스테아르산, 가교제, 가교조제 외에도 실란 커플링제, 가소제, 자외선 흡수제, 광안정제등이 특수한 목적에 맞게 성능을 개량/개선하기 위하여 사용될 수 있음은 물론이다.
예컨대, 본 발명의 봉지막용 수지 조성물에는 유리 기판이나 발전소자 등과의 접착력을 향상시키기 위한 목적으로 실란커플링제를 추가로 포함시킬 수 있다. 이 목적으로는 비닐에톡시실란(vinylethoxysilane), 비닐트리스알콕시실란(vinytrisalkoxysilane), 비닐트리크로로실란(vinyltrichlorosilane)등을 사용할 수 있다. 상기 실란커플링제의 함량은 EVA 수지 100 중량부에 대해 0.01 ~ 5중량부인 것이 보통이다.
또한, 가소제로는 일반적으로 다염기산 에스테르, 다가 알코올의 에스테르가 사용된다. 상기 가소제의 함량은 EVA 수지 100 중량부에 대해 0.01 ~ 5중량부인 것 이 보통이다.
자외선 흡수제, 광안정제 등은 태양전지용 봉지막의 황변을 억제하는 기능을 한다. 이 목적으로는 2-히드록시-4-메톡시벤조페논(2-hydroxy-4-methoxybenzophenone), 2,4-디히드록시벤조페논(2,4-dihydroxybenzophenone) 등의 벤조페논계 자외선흡수제가 사용될 수 있다. 자외선흡수제의 함량은 EVA 수지 100중량부에 0.01~ 5중량부인 것이 바람직하다. 광안정제로서는 힌더드아민(hindered amine)계를 사용하는 것이 보통으로서, EVA 100 중량부에 0.01 ~ 5중량부의 함량으로 사용된다.
본 발명의 수지조성물은 압출성형, 카렌더 가공, 인플레이션 가공 등 으로 시트 또는 필름 형태로 성형할 수 있다. 이중 카렌더 방식이 바람직한데, 이유는 필름의 두께 제어가 용이하고 엠보패턴의 필름 제작에 유리하기 때문이다. 이 경우 카렌더 롤에 EVA 필름이 들러붙지 않게 하여, 잔류응력을 최소화함으로서 가열 가교시 수축율이 15% 이하인 우수한 태양전지용 봉지막을 얻을 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
1. 필름성형
하기 배합의 EVA 수지 조성물을 이용하고 EVA 필름을 제막했다.
EVA 수지(비닐아세테이트 함유량 25%, M.I.= 2): 100중량부
스테아르산: 2중량부
가교제: 1 1,1-디-(tert-헥실퍼옥시)-3,3,5-트레메틸시클로헥산, 5중량부
가교 조제: 트리아릴시아누레이트, 2중량부
실란 커플링제: 비닐에톡시실란, 0.2중량부
상기 EVA 수지 조성물을 압출기(80℃)에 넣고 밀어내어, 카렌더 롤(40℃)에 단련하여 두께 0.6mm의 EVA 필름을 제조하였다.
2. 가열가교 및 수축율의 측정
상기 제작된 EVA 필름을 가열 가교 온도인 155℃에 가열한 후 수축율을 조사하고 그 결과를 표 1에 나타내었다. 수축율은 열풍오븐에서 155 ℃에서 가열한 후 꺼내어 치수를 재는 방법으로 수행하여 EVA 필름의 수축율을 측정하였다(수축율, %= 가열후 시편 길이/가열전 시편 길이 X 100)
<실시예 2>
상기 실시예 1에서 EVA 수지 100 중량부에 대하여, 스테아르산 함량을 1 중량부로 달리하여 실시하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 EVA 필름을 성형하고, 가열가교 후 수축율을 측정하였다.
<비교예 1>
상기 EVA 필름 내에 스테아르산이 함유되지 않은 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 EVA 필름을 제조하고, 가열가교 후 수축율을 측정하였다.
| 구분 | 실시예 1 | 실시예 2 | 비교예 | |
| 조건 | 두께, mm | 0.6 | 0.6 | 0.6 |
| 스테아르산 함량(중량부) | 2 | 1 | 0 | |
| 결과 | 수축율 % | 4 | 7 | 20 |
상기 표 1에서 나타난 바와 같이, 실시예 1, 2의 조성물에 의해 제조된 태양전지용 봉지막은 수축율이 15% 미만으로서, 스테아르산이 첨가되지 아니한 비교예의 경우에 비하여, 가열가교 후 수축률이 1/2 이하로서 매우 탁월함을 확인하였다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
도1은 일반적인 태양전지의 구조를 보여주는 모식도이다.
도면 주요부의 부호설명
100 ... 유리기판
200 ... 백 커버
300A, 300B ... 초산비닐 공중합체 필름
400 ... 실리콘 발전소자
Claims (8)
- 에틸렌 비닐아세테이트(EVA) 수지를 주성분으로 함유하는 태양전지 봉지막용 수지 조성물에 있어서, EVA 수지 100 중량부에 대하여, 스테아린산 0.01 ∼ 5중량부가 포함된 것을 특징으로 하는 태양전지 봉지막용 수지 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 EVA 수지는 비닐아세테이트 함유량이 5 ∼ 50%인 것을 특징으로 하는 상기 태양전지 봉지막용 수지 조성물.
- 제1항에 있어서, 가교제 및 가교조제를 추가로 포함하는 것을 특징을 하는 상기 태양전지 봉지막용 수지 조성물.
- 제3항에 있어서, 가교제로서는 유기과산화물 또는 광개시제에서 선택되는 1종 이상이 EVA 수지 100 중량부에 대하여 0.1 ∼ 10중량부로 함유된 것을 특징으로 하는 상기 태양전지 봉지막용 수지 조성물.
- 제3항에 있어서, 가교조제로서는 트리아릴시아누레이트 또는 트리아릴이소시아누레이트가 EVA 수지 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 3중량부로 함유된 것을 특징으로 하는 상기 태양전지 봉지막용 수지 조성물.
- 제1항 내지 제5항의 어느 한 항에 따르는 수지조성물에 의하여 제조되는 태양전지 봉지막용 EVA 필름
- 제6항에 있어서, 가열가교시 수축율이 15% 이하인 것을 특징으로 하는 상기태양전지 봉지막용 EVA 필름.
- 제6항에 따르는 봉지막용 EVA 필름을 이용한 태양전지.
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