KR20110069180A - 태양 전지 봉지재 및 그것을 이용하여 제작된 태양 전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
태양 전지 모듈의 형성이 용이하고, 유연성, 내열성, 투명성 등이 우수한 태양 전지 봉지재 및 그것을 이용하여 제작된 태양 전지 모듈을 얻는다.
하기 (a)의 조건을 만족하는 에틸렌-α-올레핀 랜덤 공중합체(A)와 하기 (b)의 조건을 만족하는 에틸렌-α-올레핀 블록 공중합체(B)를 함유하는 수지 조성물(C)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양 전지 봉지재:
(a) 시차 주사 열량 측정에서의 가열 속도 10℃/분으로 측정되는 결정 융해 열량이 0∼70J/g,
(b) 시차 주사 열량 측정에서의 가열 속도 10℃/분으로 측정되는 결정 융해 피크 온도가 100℃ 이상이고, 또한 결정 융해 열량이 5∼70J/g.
하기 (a)의 조건을 만족하는 에틸렌-α-올레핀 랜덤 공중합체(A)와 하기 (b)의 조건을 만족하는 에틸렌-α-올레핀 블록 공중합체(B)를 함유하는 수지 조성물(C)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양 전지 봉지재:
(a) 시차 주사 열량 측정에서의 가열 속도 10℃/분으로 측정되는 결정 융해 열량이 0∼70J/g,
(b) 시차 주사 열량 측정에서의 가열 속도 10℃/분으로 측정되는 결정 융해 피크 온도가 100℃ 이상이고, 또한 결정 융해 열량이 5∼70J/g.
Description
본 발명은 태양 전지 모듈에서의 태양 전지 소자의 봉지재(封止材) 및 그것을 이용하여 제작된 태양 전지 모듈에 관한 것이고, 더욱 상세하게는, 태양 전지 모듈의 형성이 용이하고, 유연성, 내열성, 투명성 등이 우수한 태양 전지 봉지재 및 그것을 이용하여 제작된 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
최근, 지구 온난화 등의 환경 문제에 대한 의식이 높아지는 가운데, 특히 태양광 발전에 관해서는 그의 청정성(cleanness)이나 무공해성이라는 점에서 기대가 높아지고 있다. 태양 전지는 태양광의 에너지를 직접 전기로 바꾸는 태양광 발전 시스템의 중심부를 구성하는 것이다. 그의 구조로서는 일반적으로, 복수 장의 태양 전지 소자(셀)를 직렬, 병렬로 배선(配線)하고, 셀을 보호하기 위해 여러 가지 패키징(packaging)이 행해져 유닛화되고 있다. 이 패키지에 갖춰진 유닛을 태양 전지 모듈이라고 부르고, 일반적으로 태양광이 닿는 면을 상부 보호재로서 투명 기재(유리/투광성 태양 전지 시트; 프론트 시트(front sheet))로 덮고, 열가소성 플라스틱(예컨대, 에틸렌-아세트산바이닐 공중합체)으로 이루어진 봉지재(봉지 수지층)로 간극을 메우고, 이면을 하부 보호재로서 이면 봉지용 시트(백 시트(back sheet))로 보호한 구성으로 되어 있다.
이들 태양 전지 모듈은 주로 옥외에서 사용되기 때문에, 그의 구성이나 재질 구조 등에 여러 가지 특성이 필요하게 된다. 상기 봉지재에는, 태양 전지 소자를 보호하기 위한 유연성이나 내충격성, 태양 전지 모듈이 발열했을 때의 내열성, 태양 전지 소자에 태양광이 효율적으로 이르게 하기 위한 투명성(전(全)광선 투과율 등), 내구성, 치수 안정성, 난연성, 수증기 배리어성 등이 주로 요구된다.
현재, 태양 전지 모듈에서의 태양 전지 소자의 봉지재로서는, 유연성, 투명성 등의 관점에서, 재료로서 에틸렌-아세트산바이닐 공중합체(이하, EVA로 생략하는 경우가 있음)가 널리 이용되고 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 또한, EVA에 내열성을 부여하는 것을 주된 목적으로 하여 가교제로서 유기 과산화물을 이용한 가교가 행해진다. 그 때문에 가교제(유기 과산화물)나 가교 조제(助劑)를 혼합한 EVA 시트를 미리 제작하고, 얻어진 시트를 이용하여 태양 전지 소자를 봉지하는 공정이 채용되고 있다. 상기 시트의 제조 단계에서는, 유기 과산화물이 분해되지 않는 낮은 온도(통상 80∼100℃ 정도)에서의 성형이 필요하기 때문에 압출 성형 속도를 올리기 어렵고, 또한 태양 전지 소자의 봉지 단계에서는, 라미테이터에서 수 분∼십수 분에 걸쳐 공기 제거나 가(假)접착을 행하는 공정과, 오븐 내에서 유기 과산화물이 분해되는 높은 온도(통상 130∼150℃ 정도)에서 십수 분∼60분 정도에 걸쳐 본(本)접착(가교)하는 공정으로 이루어진 2단계의 공정을 거칠 필요가 있었다. 그 때문에 태양 전지 모듈의 제조에는 공수(工數, man-hour)와 시간이 필요하여, 그의 제조 비용을 상승시킨다는 문제점이 있었다.
또한, EVA 시트를 이용하는 태양 전지 소자의 봉지재는, 장기간의 사용시에, EVA의 가수분해 등에 의해 발생하는 아세트산에 의한 태양 전지의 회로 부식이나 그 우려가 있고, 나아가서는 가교제나 가교 조제, 또는 발생한 아세트산 등이 원인이 되어 태양 전지 소자와의 계면이나 프론트 시트와의 계면, 또는 백 시트와의 계면에서 박리가 발생하는 경우가 있다는 등의 문제점이 있었다.
이들 문제점에 대하여, EVA 시트를 이용하지 않고, 가교 공정이 생략 가능한 태양 전지 봉지재로서, 예컨대 특허문헌 2에는, 비결정성 α-올레핀 중합체와 결정성 α-올레핀 중합체를 함유하는 수지 조성물로 이루어진 태양 전지 봉지재가 개시되어 있고, 구체적으로는, 프로필렌을 주성분으로 하는 중합체로 이루어진 수지 조성물이 이용되고 있다.
또한, 특허문헌 3에는, 적어도 1종의 폴리올레핀계 공중합체와 적어도 1종의 결정성 폴리올레핀으로 이루어진 폴리머 블렌드 또는 폴리머 얼로이(alloy)인 것을 특징으로 하는 태양 전지 봉지재가 개시되어 있고, 구체적으로는, 저융점 EVA와 고융점 EVA의 폴리머 블렌드(실시예 1 참조), 에틸렌-메타크릴산 공중합체와 범용의 결정성 폴리에틸렌의 폴리머 블렌드(실시예 2 참조), 에틸렌-아크릴산메틸 공중합체와 범용의 결정성 폴리프로필렌의 폴리머 블렌드(실시예 3 참조)가 이용되고 있다.
그러나, 특허문헌 2에서 이용되고 있는 프로필렌을 주성분으로 하는 중합체로 이루어진 수지 조성물에서는, 투명성(전광선 투과율: 83.2%(실시예 참조))이 아직 불충분했다. 또한, 프로필렌을 주성분으로 하는 중합체는 취화(脆化) 온도가 높고, 저온 특성도 불충분하다는 문제점도 있다. 또한, 특허문헌 3에서 이용되고 있는 폴리머 블렌드의 예에서는, 모든 조합이 반드시 투명성이 좋은 것은 아니고, 특히 유연성과 내열성 및 투명성의 밸런스화에 있어서는 아직 문제가 있었다. 즉, 이들 특허문헌 2나 특허문헌 3에 개시된 지견에 의해서도, 유연성, 내열성 및 투명성이라는 모든 요구 품질을 동시에 만족시키는 봉지재는 얻어지고 있지 않았다.
그래서, 본 발명의 목적은, 태양 전지 모듈의 형성이 용이하고, 유연성, 내열성, 투명성 등이 우수한 태양 전지 봉지재 및 그것을 이용하여 제작된 태양 전지 모듈을 제공하는 것에 있다.
본 발명자들은 예의 검토를 거듭한 결과, 특정의 열 특성을 갖는 에틸렌-α-올레핀 랜덤 공중합체와 특정의 열 특성을 갖는 에틸렌-α-올레핀 블록 공중합체를 함유하는 수지 조성물을 이용함으로써 유연성, 내열성 및 투명성을 동시에 만족할 수 있다는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은,
하기 (a)의 조건을 만족하는 에틸렌-α-올레핀 랜덤 공중합체(A)와 하기 (b)의 조건을 만족하는 에틸렌-α-올레핀 블록 공중합체(B)를 함유하는 수지 조성물(C)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양 전지 봉지재에 관한 것이다:
(a) 시차 주사 열량 측정에서의 가열 속도 10℃/분으로 측정되는 결정 융해 열량이 0∼70J/g,
(b) 시차 주사 열량 측정에서의 가열 속도 10℃/분으로 측정되는 결정 융해 피크 온도가 100℃ 이상이고, 또한 결정 융해 열량이 5∼70J/g.
또한, 본 발명은 상기 본 발명의 태양 전지 봉지재를 이용하여 제작된 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 태양 전지 모듈의 형성이 용이하고, 유연성, 내열성, 투명성 등이 우수한 태양 전지 봉지재 및 그것을 이용하여 제작된 태양 전지 모듈을 제공할 수 있다.
또한, 아세트산 발생에 의한 회로 부식 등의 우려도 없고, 가교 공정도 생략 가능하기 때문에 태양 전지 모듈 제조 공정에 있어서의 생산성을 향상시킬 수 있다. 나아가, 제조 설비에 대해서도 배치식 제조 설비에 더하여 롤 투 롤(roll-to-roll)식 제조 설비에도 적용 가능하고, 그 결과, 태양 전지 모듈의 제조 비용을 대폭 저감시키는 것을 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 태양 전지 모듈의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 태양 전지 봉지재는, 하기 (a)의 조건을 만족하는 에틸렌-α-올레핀 랜덤 공중합체(A)와 하기 (b)의 조건을 만족하는 에틸렌-α-올레핀 블록 공중합체(B)를 함유하는 수지 조성물(C)로 이루어지는 것이 중요하다:
(a) 시차 주사 열량 측정에서의 가열 속도 10℃/분으로 측정되는 결정 융해 열량이 0∼70J/g,
(b) 시차 주사 열량 측정에서의 가열 속도 10℃/분으로 측정되는 결정 융해 피크 온도가 100℃ 이상이고, 또한 결정 융해 열량이 5∼70J/g.
[에틸렌-α-올레핀 랜덤 공중합체(A)]
본 발명에 이용되는 에틸렌-α-올레핀 랜덤 공중합체(A)는, 상기 조건 (a)를 만족하면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상, 에틸렌과 탄소수 3∼20의 α-올레핀의 랜덤 공중합체가 적합하게 이용된다. 여기서 에틸렌과 공중합하는 α-올레핀으로서는, 프로필렌, 1-뷰텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-헵텐, 1-옥텐, 1-노넨, 1-데센, 3-메틸-뷰텐-1, 4-메틸-펜텐-1 등이 예시된다. 본 발명에 있어서는, 공업적인 입수 용이성이나 여러 특성, 경제성 등의 관점에서, 에틸렌과 공중합하는 α-올레핀으로서는 프로필렌, 1-뷰텐, 1-헥센, 1-옥텐이 적합하게 이용된다. 에틸렌과 공중합하는 α-올레핀은 1종만을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 이용해도 무방하다.
또한, 에틸렌과 공중합하는 α-올레핀의 함유량으로서는, 이미 기술한 조건 (a)를 만족하면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 에틸렌-α-올레핀 랜덤 공중합체(A) 중의 전체 단량체 단위를 100몰%로 한 경우, 통상 2몰% 이상, 바람직하게는 40몰% 이하, 보다 바람직하게는 3∼30몰%, 더 바람직하게는 5∼25몰%이다. 상기 범위 내이면, 공중합 성분에 의해 결정성이 저감됨으로써 투명성이 향상되고, 또한 원료 펠릿의 블록킹 등의 불량도 일어나기 어렵기 때문에 바람직하다. 한편, 에틸렌과 공중합하는 α-올레핀의 종류와 함유량은 주지의 방법, 예컨대 핵 자기 공명(NMR) 측정 장치, 그 밖의 기기 분석 장치로 정성 정량 분석할 수 있다.
에틸렌-α-올레핀 랜덤 공중합체(A)는, 이미 기술한 조건 (a)를 만족하면, α-올레핀 이외의 단량체에 기초한 단량체 단위를 함유하고 있어도 좋다. 상기 단량체로서는, 예컨대 환상 올레핀, 바이닐 방향족 화합물(스타이렌 등), 폴리엔 화합물 등을 들 수 있다. 상기 단량체 단위의 함유량은 에틸렌-α-올레핀 랜덤 공중합체(A) 중의 전체 단량체 단위를 100몰%로 한 경우 20몰% 이하이고, 15몰% 이하인 것이 바람직하다. 또한, 에틸렌-α-올레핀 랜덤 공중합체(A)의 입체 구조, 분기, 분기도 분포나 분자량 분포는, 이미 기술한 조건 (a)를 만족하면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예컨대 장쇄 분기를 갖는 공중합체는 일반적으로 기계 물성이 양호하며, 또한 시트를 성형할 때의 용융 장력(멜트 텐션)이 높아져 캘린더 성형성이 향상된다는 등의 이점이 있다. 싱글 사이트(single site) 촉매를 이용하여 중합된 분자량 분포가 좁은 공중합체는, 저분자량 성분이 적어 원료 펠릿의 블록킹이 비교적 일어나기 어렵다는 등의 이점이 있다.
본 발명에 이용되는 에틸렌-α-올레핀 랜덤 공중합체(A)의 용융 유량(MFR)은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 통상 MFR(JIS K7210, 온도: 190℃, 하중: 21.18N)이 0.5∼100g/10min 정도, 보다 바람직하게는 2∼50g/10min, 더 바람직하게는 3∼30g/10min인 것이 이용된다. 여기서, MFR은, 시트를 성형할 때의 성형 가공성이나 태양 전지 소자(셀)를 봉지할 때의 밀착성, 권취(wrap around) 상태 등을 고려하여 선택하면 좋다. 예컨대, 시트를 캘린더 성형하는 경우에는, 시트를 성형 롤로부터 박리할 때의 취급성에서 MFR은 비교적 낮은 편, 구체적으로는 0.5∼5g/10min 정도가 바람직하고, 또한 T 다이를 이용하여 압출 성형하는 경우에는, 압출 부하를 저감시켜 압출량을 상승시키는 관점에서 MFR은 2∼50g/10min이 바람직하고, 더 바람직하게는 3∼30g/10min인 것을 이용하면 좋다. 나아가, 태양 전지 소자(셀)를 봉지할 때의 밀착성이나 권취 용이성의 관점에서는, MFR은 2∼50g/10min이 바람직하고, 더 바람직하게는 3∼30g/10min인 것을 이용하면 좋다.
본 발명에 이용되는 에틸렌-α-올레핀 랜덤 공중합체(A)의 제조 방법은 특별히 한정되는 것은 아니고, 공지된 올레핀 중합용 촉매를 이용한 공지된 중합 방법을 채용할 수 있다. 예컨대, 지글러·나타(Ziegler-Natta)형 촉매로 대표되는 멀티-사이트(multi-site) 촉매나 메탈로센계 촉매나 포스트 메탈로센(post-metallocene)계 촉매로 대표되는 싱글 사이트 촉매를 이용한 슬러리 중합법, 용액 중합법, 괴상 중합법, 기상 중합법 등, 또한 라디칼 개시제를 이용한 괴상 중합법 등을 들 수 있다. 본 발명에 있어서는, 에틸렌-α-올레핀 랜덤 공중합체(A)가 비교적 연질의 수지이기 때문에, 중합 후의 과립화(펠릿화) 용이성이나 원료 펠릿의 블록킹 방지 등의 관점에서 저분자량 성분이 적고 분자량 분포가 좁은 원료를 중합할 수 있는 싱글 사이트 촉매를 이용한 중합 방법이 적합하다.
본 발명에 이용되는 에틸렌-α-올레핀 랜덤 공중합체(A)는, 조건 (a) 시차 주사 열량 측정에서의 가열 속도 10℃/분으로 측정되는 결정 융해 열량이 0∼70J/g을 만족하는 것이 필요하고, 바람직하게는 5∼70J/g, 더 바람직하게는 10∼65J/g이다. 상기 범위 내이면, 본 발명의 태양 전지 봉지재의 유연성이나 투명성(전광선 투과율) 등이 확보되기 때문에 바람직하다. 또한, 결정 융해 열량이 5J/g 이상이면, 원료 펠릿의 블록킹 등의 불량도 일어나기 어렵기 때문에 바람직하다. 여기서, 상기 결정 융해 열량의 참고값으로서는, 범용의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)이 170∼220J/g 정도, 저밀도 폴리에틸렌 수지(LDPE)나 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)이 100∼160J/g 정도이다.
해당 결정 융해 열량은 시차 주사 열량계를 이용해 JIS K7122에 준하여 가열 속도 10℃/분으로 측정할 수 있다.
또한, 본 발명에 이용되는 에틸렌-α-올레핀 랜덤 공중합체(A)의 결정 융해 피크 온도는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상 100℃ 미만이고, 30∼90℃인 경우가 많다. 여기서, 상기 결정 융해 피크 온도의 참고값으로서는, 범용의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)이 130∼145℃ 정도, 저밀도 폴리에틸렌 수지(LDPE)나 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)이 100∼125℃ 정도이다. 즉, 본 발명에 이용되는 에틸렌-α-올레핀 랜덤 공중합체(A) 단독으로는, 시차 주사 열량 측정에서의 가열 속도 10℃/분으로 측정되는 결정 융해 피크 온도가 100℃ 이상이고, 또한 결정 융해 열량이 5∼70J/g을 달성하는 것은 곤란하다.
해당 결정 융해 피크 온도는 시차 주사 열량계를 이용해 JIS K7121에 준하여 가열 속도 10℃/분으로 측정할 수 있다.
본 발명에 이용되는 에틸렌-α-올레핀 랜덤 공중합체(A)의 구체예로서는, 다우 케미칼(주)(Dow Chemical Co.)제의 상품명 「엔게이지(Engage)」,「어피니티(Affinity)」, 미쓰이화학(주)(Mitsui Chemicals, Inc.)제의 상품명 「타프머 A(TAFMER A)」,「타프머 P(TAFMER P)」, 니폰 폴리에틸렌(주)(Japan Polyethylene Corp.)제의 상품명 「카넬(Karnel)」 등을 예시할 수 있다.
[에틸렌-α-올레핀 블록 공중합체(B)]
본 발명에 이용되는 에틸렌-α-올레핀 블록 공중합체(B)는, 이미 기술한 조건 (b)를 만족하면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상, 에틸렌과 탄소수 3∼20의 α-올레핀의 블록 공중합체가 적합하게 이용된다. 여기서 에틸렌과 공중합하는 α-올레핀으로서는, 프로필렌, 1-뷰텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-헵텐, 1-옥텐, 1-노넨, 1-데센, 3-메틸-뷰텐-1, 4-메틸-펜텐-1 등이 예시된다. 본 발명에 있어서는, 공업적인 입수 용이성이나 여러 특성, 경제성 등의 관점에서, 에틸렌과 공중합하는 α-올레핀으로서는 프로필렌, 1-뷰텐, 1-헥센, 1-옥텐이 적합하게 이용된다. 에틸렌과 공중합하는 α-올레핀은 1종만을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 이용해도 무방하다.
또한, 에틸렌-α-올레핀 블록 공중합체(B)는, 이미 기술한 조건 (b)를 만족하면, α-올레핀 이외의 단량체에 기초한 단량체 단위를 함유하고 있어도 좋다. 상기 단량체로서는, 예컨대 환상 올레핀, 바이닐 방향족 화합물(스타이렌 등), 폴리엔 화합물 등을 들 수 있다. 상기 단량체 단위의 함유량은 에틸렌-α-올레핀 블록 공중합체(B) 중의 전체 단량체 단위를 100몰%로 한 경우 20몰% 이하이고, 15몰% 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 이용되는 에틸렌-α-올레핀 블록 공중합체(B)의 블록 구조는, 이미 기술한 조건 (b)를 만족하면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 유연성, 내열성, 투명성 등의 밸런스화의 관점에서, 코모노머 함유율, 결정성, 밀도, 결정 융해 피크 온도(융점 Tm) 또는 유리 전이 온도(Tg)가 상이한 2개 이상, 바람직하게는 3개 이상의 세그먼트 또는 블록을 함유하는 멀티블록 구조인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 완전 대칭 블록, 비대칭 블록, 테이퍼드(tapered) 블록 구조(블록 구조의 비율이 주쇄 내에서 점점 증가하는 구조) 등을 들 수 있다. 상기 멀티블록 구조를 갖는 공중합체의 구조나 제조 방법에 관해서는, 국제 공개 제2005/090425호 팜플렛(WO 2005/090425), 국제 공개 제2005/090426호 팜플렛(WO 2005/090426) 및 국제 공개 제2005/090427호 팜플렛(WO 2005/090427) 등에 상세하게 개시되어 있는 것을 채용할 수 있다.
본 발명에 있어서는, 상기 멀티블록 구조를 갖는 에틸렌-α-올레핀 블록 공중합체에 관하여 이하에서 구체적으로 설명한다.
상기 멀티블록 구조를 갖는 에틸렌-α-올레핀 블록 공중합체는, 본 발명에서 적합하게 사용할 수 있고, α-올레핀으로서 1-옥텐을 공중합 성분으로 하는 에틸렌-옥텐 멀티블록 공중합체가 바람직하다. 상기 블록 공중합체로서는, 에틸렌에 대하여 옥텐 성분이 많이(약 15∼20몰%) 공중합된 거의 비결정성의 소프트 세그먼트와, 에틸렌에 대하여 옥텐 성분이 적게(약 2몰% 미만) 공중합된 결정 융해 피크 온도 110∼145℃의 고결정성의 하드 세그먼트가 각각 2개 이상 존재하는 멀티블록 공중합체가 바람직하다. 이들 소프트 세그먼트와 하드 세그먼트의 연쇄 길이나 비율을 제어함으로써 유연성과 내열성의 양립을 달성할 수 있다.
상기 멀티블록 구조를 갖는 공중합체의 구체예로서는, 다우 케미칼(주)제의 상품명 「인퓨즈(Infuse)」를 들 수 있다.
본 발명에 이용되는 에틸렌-α-올레핀 블록 공중합체(B)의 용융 유량(MFR)은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 통상 MFR(JIS K7210, 온도: 190℃, 하중: 21.18N)이 0.5∼100g/10min 정도, 보다 바람직하게는 1∼50g/10min, 더 바람직하게는 1∼30g/10min, 특히 바람직하게는 1∼10g/10min인 것이 이용된다.
여기서, MFR은, 시트를 성형할 때의 성형 가공성이나 태양 전지 소자(셀)를 봉지할 때의 밀착성, 권취 상태 등을 고려하여 선택하면 좋다. 구체적으로는, 시트를 캘린더 성형하는 경우에는, 시트를 성형 롤로부터 박리할 때의 취급성에서 MFR은 비교적 낮은 편, 구체적으로는 0.5∼5g/10min 정도가 바람직하고, 또한 T 다이를 이용하여 압출 성형하는 경우에는, 압출 부하를 저감시켜 압출량을 상승시키는 관점에서 MFR은 1∼30g/10min인 것이 적합하게 사용된다. 나아가, 태양 전지 소자(셀)를 봉지할 때의 밀착성이나 권취 용이성의 관점에서는, MFR은 3∼50g/10min인 것이 적합하게 사용된다.
본 발명에 이용되는 에틸렌-α-올레핀 블록 공중합체(B)는, 조건 (b) 시차 주사 열량 측정에서의 가열 속도 10℃/분으로 측정되는 결정 융해 피크 온도가 100℃ 이상이고, 또한 결정 융해 열량이 5∼70J/g을 만족하는 것이 필요하다. 바람직하게는, 결정 융해 피크 온도가 105℃ 이상, 더 바람직하게는 110℃ 이상이고, 상한은 통상 145℃이다. 또한, 바람직하게는 결정 융해 열량이 10∼60J/g, 더 바람직하게는 15∼55J/g이다. 결정 융해 피크 온도 및 결정 융해 열량의 측정 방법에 관해서는 전술한 바와 같다.
일반적으로, 태양 전지 모듈은 발전시의 발열이나 태양광의 복사열 등으로 85∼90℃ 정도까지 승온되는데, 결정 융해 피크 온도가 100℃ 이상이면, 본 발명의 태양 전지 봉지재의 내열성을 확보할 수 있기 때문에 바람직한 한편, 상한 온도가 145℃이면, 태양 전지 소자의 봉지 공정에서 그다지 고온으로 하는 일 없이 봉지할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 결정 융해 열량이 상기 범위 내이면, 본 발명의 태양 전지 봉지재의 유연성이나 투명성(전광선 투과율) 등이 확보되고, 또한 원료 펠릿의 블록킹 등의 불량도 일어나기 어렵기 때문에 바람직하다.
[수지 조성물(C)]
본 발명의 태양 전지 봉지재는 상술한 에틸렌-α-올레핀 랜덤 공중합체(A)와 에틸렌-α-올레핀 블록 공중합체(B)를 함유하는 수지 조성물(C)로 이루어진다. 여기서, 이들 공중합체(A) 및 공중합체(B)의 각각에 이용되는 α-올레핀의 종류는 동일해도 좋고 상이해도 좋지만, 본 발명에 있어서는, 동일한 편이, 혼합했을 때의 상용성이나 태양 전지 봉지재의 투명성이 향상, 즉 태양 전지의 광전 변환 효율이 향상되기 때문에 바람직하다.
다음에, 수지 조성물(C) 중에서의 에틸렌-α-올레핀 랜덤 공중합체(A)와 에틸렌-α-올레핀 블록 공중합체(B)의 함유량은, 유연성, 내열성, 투명성 등의 우수한 밸런스를 갖는 관점에서, 각각 바람직하게는 50∼99질량%, 1∼50질량%이고, 보다 바람직하게는 60∼98질량%, 2∼40질량%이며, 더 바람직하게는 70∼97질량%, 3∼30질량%이다. 또한, 에틸렌-α-올레핀 랜덤 공중합체(A)와 에틸렌-α-올레핀 블록 공중합체(B)의 혼합(함유) 질량비는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는 (A)/(B)=99∼50/1∼50, 보다 바람직하게는 98∼60/2∼40, 보다 바람직하게는 97∼70/3∼30, 보다 바람직하게는 97∼80/3∼20, 더 바람직하게는 97∼90/3∼10이다. 단, (A)와 (B)의 합계를 100질량부로 한다. 여기서, 혼합(함유) 질량비가 상기 범위 내이면, 유연성, 내열성, 투명성 등의 밸런스가 우수한 태양 전지 봉지재가 얻어지기 쉽기 때문에 바람직하다.
본 발명의 태양 전지 봉지재를 구성하는 수지 조성물(C)에는, 본 발명의 주요 취지를 일탈하지 않은 범위에서, 여러 물성(유연성, 내열성, 투명성, 접착성 등)이나 성형 가공성 또는 경제성 등을 더욱 향상시킬 목적으로, 상술한 에틸렌-α-올레핀 랜덤 공중합체(A)나 에틸렌-α-올레핀 블록 공중합체(B) 이외의 수지를 혼합할 수 있다. 상기 수지로서는, 예컨대 다른 폴리올레핀계 수지나 각종 엘라스토머(올레핀계, 스타이렌계 등), 카복실기, 아미노기, 이미드기, 수산기, 에폭시기, 옥사졸린기, 싸이올기, 실란올기 등의 극성기로 변성된 수지 및 점착 부여 수지 등을 들 수 있다.
상기 점착 부여 수지로서는, 석유 수지, 터펜 수지, 쿠마론-인덴 수지, 로진계 수지, 또는 그들의 수소첨가 유도체 등을 들 수 있다. 구체적으로는, 석유 수지로서는, 사이클로펜타다이엔 또는 그의 이량체로부터의 지환식 석유 수지나 C9 성분으로부터의 방향족 석유 수지가 있고, 터펜 수지로서는 β-피넨으로부터의 터펜 수지나 터펜-페놀 수지가, 또한 로진계 수지로서는, 검 로진, 우드 로진 등의 로진 수지, 글리세린이나 펜타에리트리톨 등으로 변성한 에스터화 로진 수지 등을 예시할 수 있다. 또한, 상기 점착 부여 수지는 주로 분자량에 따라 여러 가지의 연화 온도를 갖는 것이 얻어지지만, 이미 기술한 공중합체(A), 공중합체(B)와 혼합한 경우의 상용성, 봉지재에 있어서의 경시적인 블리딩성(bleeding property), 색조나 열 안정성 등의 점에서 연화 온도가 100∼150℃, 바람직하게는 120∼140℃인 지환식 석유 수지의 수소첨가 유도체가 특히 바람직하다. 상술한 공중합체(A)나 공중합체(B) 이외의 수지를 혼합하는 경우는, 통상 수지 조성물(C)을 100질량%로 한 경우 20질량% 이하가 바람직하고, 10질량% 이하가 더 바람직하다.
또한, 본 발명의 태양 전지 봉지재를 구성하는 수지 조성물(C)에는, 필요에 따라 여러 가지의 첨가제를 첨가할 수 있다. 상기 첨가제로서는, 예컨대 실레인 커플링제, 산화 방지제, 자외선 흡수제, 내후 안정제, 광 확산제, 조핵제, 안료(예컨대 백색 안료), 난연제, 변색 방지제 등을 들 수 있다. 본 발명에 있어서는, 실레인 커플링제, 산화 방지제, 자외선 흡수제, 내후 안정제로부터 선택되는 적어도 1종의 첨가제가 첨가되어 있는 것이 후술하는 이유 등에서 바람직하다. 또한, 본 발명에 있어서는, 수지 조성물(C)에 가교제나 가교 조제를 첨가할 필요는 없지만, 첨가하는 것을 배제하는 것은 아니고, 예컨대 고도의 내열성이 요구되는 경우는 가교제 및/또는 가교 조제를 배합해도 좋다.
실레인 커플링제는 봉지재의 보호재(유리, 수지제 프론트 시트, 백 시트 등)나 태양 전지 소자 등에 대한 접착성을 향상시키는 데 유용하고, 그의 예로서는, 바이닐기, 아크릴옥시기, 메타크릴옥시기와 같은 불포화기, 아미노기, 에폭시기 등과 함께, 알콕시기와 같은 가수분해 가능한 기를 갖는 화합물을 들 수 있다. 실레인 커플링제의 구체예로서는, N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필트라이메톡시실레인, N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필메틸다이메톡시실레인, γ-아미노프로필트라이에톡시실레인, γ-글리시독시프로필트라이메톡시실레인, γ-메타크릴옥시프로필트라이메톡시실레인 등을 예시할 수 있다. 본 발명에 있어서는, 접착성이 양호하고, 황변 등의 변색이 적다는 점 등에서 γ-글리시독시프로필트라이메톡시실레인이나 γ-메타크릴옥시프로필트라이메톡시실레인이 바람직하게 이용된다. 상기 실레인 커플링제의 첨가량은 수지 조성물(C) 100질량부에 대하여 통상 0.1∼5질량부 정도이고, 0.2∼3질량부 첨가하는 것이 바람직하다. 또한, 실레인 커플링제와 마찬가지로, 유기 타이타네이트 화합물 등의 커플링제도 유효하게 활용할 수 있다.
산화 방지제로서는, 여러 가지의 시판품을 적용할 수 있고, 모노페놀계, 비스페놀계, 고분자형 페놀계, 황계, 포스파이트계 등 각종 타입의 것을 들 수 있다. 모노페놀계로서는, 예컨대 2,6-다이-tert-뷰틸-p-크레졸, 뷰틸화 하이드록시아니졸, 2,6-다이-tert-뷰틸-4-에틸페놀 등을 들 수 있다. 비스페놀계로서는, 2,2'-메틸렌-비스-(4-메틸-6-tert-뷰틸페놀), 2,2'-메틸렌-비스-(4-에틸-6-tert-뷰틸페놀), 4,4'-싸이오비스-(3-메틸-6-tert-뷰틸페놀), 4,4'-뷰틸리덴-비스-(3-메틸-6-tert-뷰틸페놀), 3,9-비스〔{1,1-다이메틸-2-{β-(3-tert-뷰틸-4-하이드록시-5-메틸페닐)프로피온일옥시}에틸}2,4,9,10-테트라옥사스파이로〕5,5-운데케인 등을 들 수 있다.
고분자 페놀계로서는, 1,1,3-트리스-(2-메틸-4-하이드록시-5-tert-뷰틸페닐)뷰테인, 1,3,5-트라이메틸-2,4,6-트리스(3,5-다이-tert-뷰틸-4-하이드록시벤질)벤젠, 테트라키스-{메틸렌-3-(3',5'-다이-tert-뷰틸-4'-하이드록시페닐)프로피오네이트}메테인, 비스{(3,3'-비스-4'-하이드록시-3'-tert-뷰틸페닐)뷰티르산} 글리콜 에스터, 1,3,5-트리스(3',5'-다이-tert-뷰틸-4'-하이드록시벤질)-s-트라이아진-2,4,6-(1H,3H,5H)트라이온, 트라이페놀(바이타민 E) 등을 들 수 있다.
황계로서는, 다이라우릴 싸이오다이프로피오네이트, 다이미리스틸 싸이오다이프로피오네이트, 다이스테아릴 싸이오프로피오네이트 등을 들 수 있다.
포스파이트계로서는, 트라이페닐 포스파이트, 다이페닐 아이소데실 포스파이트, 페닐 다이아이소데실 포스파이트, 4,4'-뷰틸리덴-비스(3-메틸-6-tert-뷰틸페닐-다이-트라이데실)포스파이트, 사이클릭 네오펜탄테트라일비스(옥타데실 포스파이트), 트리스(모노 및/또는 다이)페닐 포스파이트, 다이아이소데실 펜타에리트리톨 다이포스파이트, 9,10-다이하이드로-9-옥사-10-포스파페난트렌-10-옥사이드, 10-(3,5-다이-tert-뷰틸-4-하이드록시벤질)-9,10-다이하이드로-9-옥사-10-포스파페난트렌-10-옥사이드, 10-데실옥시-9,10-다이하이드로-9-옥사-10-포스파페난트렌, 사이클릭 네오펜탄테트라일비스(2,4-다이-tert-뷰틸페닐)포스파이트, 사이클릭 네오펜탄테트라일비스(2,6-다이-tert-메틸페닐)포스파이트, 2,2-메틸렌비스(4,6-tert-뷰틸페닐)옥틸포스파이트 등을 들 수 있다.
본 발명에 있어서는, 산화 방지제의 효과, 열 안정성, 경제성 등에서 페놀계 및 포스파이트계의 산화 방지제가 바람직하게 이용되고, 양자를 조합하여 이용하는 것이 더 바람직하다. 상기 산화 방지제의 첨가량은 수지 조성물(C) 100질량부에 대하여 통상 0.1∼1질량부 정도이고, 0.2∼0.5질량부 첨가하는 것이 바람직하다.
자외선 흡수제로서는, 여러 가지의 시판품을 적용할 수 있고, 벤조페논계, 벤조트라이아졸계, 트라이아진계, 살리실산 에스터계 등 각종 타입의 것을 들 수 있다. 벤조페논계 자외선 흡수제로서는, 예컨대 2-하이드록시-4-메톡시벤조페논, 2-하이드록시-4-메톡시-2'-카복시벤조페논, 2-하이드록시-4-옥톡시벤조페논, 2-하이드록시-4-n-도데실옥시벤조페논, 2-하이드록시-4-n-옥타데실옥시벤조페논, 2-하이드록시-4-벤질옥시벤조페논, 2-하이드록시-4-메톡시-5-설포벤조페논, 2-하이드록시-5-클로로벤조페논, 2,4-다이하이드록시벤조페논, 2,2'-다이하이드록시-4-메톡시벤조페논, 2,2'-다이하이드록시-4,4'-다이메톡시벤조페논, 2,2',4,4'-테트라하이드록시벤조페논 등을 들 수 있다.
벤조트라이아졸계 자외선 흡수제로서는, 하이드록시페닐 치환 벤조트라이아졸 화합물로, 예컨대 2-(2-하이드록시-5-메틸페닐)벤조트라이아졸, 2-(2-하이드록시-5-t-뷰틸페닐)벤조트라이아졸, 2-(2-하이드록시-3,5-다이메틸페닐)벤조트라이아졸, 2-(2-메틸-4-하이드록시페닐)벤조트라이아졸, 2-(2-하이드록시-3-메틸-5-t-뷰틸페닐)벤조트라이아졸, 2-(2-하이드록시-3,5-다이-t-아밀페닐)벤조트라이아졸, 2-(2-하이드록시-3,5-다이-t-뷰틸페닐)벤조트라이아졸 등을 들 수 있다. 또한 트라이아진계 자외선 흡수제로서는, 2-[4,6-비스(2,4-다이메틸페닐)-1,3,5-트라이아진-2-일]-5-(옥틸옥시)페놀, 2-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)-5-(헥실옥시)페놀 등을 들 수 있다. 살리실산 에스터계로서는, 페닐 살리실레이트, p-옥틸페닐 살리실레이트 등을 들 수 있다.
상기 자외선 흡수제의 첨가량은 수지 조성물(C) 100질량부에 대하여 통상 0.01∼2.0질량부 정도이고, 0.05∼0.5질량부 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 자외선 흡수제 이외에 내후성을 부여하는 내후 안정제로서는, 장해(hindered) 아민계 광 안정화제가 적합하게 이용된다. 장해 아민계 광 안정화제는, 자외선 흡수제처럼은 자외선을 흡수하지 않지만, 자외선 흡수제와 병용함으로써 현저한 상승 효과를 나타낸다. 장해 아민계 이외에도 광 안정화제로서 기능하는 것은 있지만, 착색되어 있는 경우가 많아 본 발명의 태양 전지 봉지재에는 바람직하지 않다.
장해 아민계 광 안정화제로서는, 석신산 다이메틸-1-(2-하이드록시에틸)-4-하이드록시-2,2,6,6-테트라메틸 피페리딘 중축합물, 폴리[{6-(1,1,3,3-테트라메틸뷰틸)아미노-1,3,5-트라이아진-2,4-다이일}{(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노}헥사메틸렌{{2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜}이미노}], N,N'-비스(3-아미노프로필)에틸렌다이아민-2,4-비스[N-뷰틸-N-(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜)아미노]-6-클로로-1,3,5-트라이아진 축합물, 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트, 2-(3,5-다이-tert-4-하이드록시벤질)-2-n-뷰틸 말론산 비스(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜) 등을 들 수 있다. 상기 장해 아민계 광 안정화제의 첨가량은, 수지 조성물(C) 100질량부에 대하여 통상 0.01∼0.5질량부 정도이고, 0.05∼0.3질량부 첨가하는 것이 바람직하다.
[태양 전지 봉지재]
본 발명의 태양 전지 봉지재는 상술한 수지 조성물(C)로 이루어진다.
본 발명의 태양 전지 봉지재의 유연성은, 적용되는 태양 전지의 형상이나 두께, 설치 장소 등을 고려하여 적절히 조정하면 좋지만, 예컨대 동적 점탄성 측정에서의 진동 주파수 10Hz, 온도 20℃의 저장 탄성률(E')이 1∼2000MPa인 것이 바람직하다. 태양 전지 소자의 보호의 관점에서는 저장 탄성률(E')은 보다 낮은 편이 바람직하지만, 시트 형상 등으로 본 발명의 태양 전지 봉지재를 채취한 경우의 취급성이나 시트 표면끼리의 블록킹 방지 등을 고려하면, 3∼1000MPa인 것이 보다 바람직하고, 5∼500MPa인 것이 더 바람직하며, 10∼100MPa인 것이 특히 바람직하다. 저장 탄성률(E')은 점탄성 측정 장치를 이용하여 진동 주파수 10Hz로 소정 온도에서 측정하여 온도 20℃에서의 값을 구함으로써 얻어진다.
본 발명의 태양 전지 봉지재의 내열성은 에틸렌-α-올레핀 랜덤 공중합체(A)의 여러 특성(결정 융해 피크 온도, 결정 융해 열량, MFR, 분자량 등) 및 에틸렌-α-올레핀 블록 공중합체(B)의 여러 특성(결정 융해 피크 온도, 결정 융해 열량, MFR, 분자량 등)에 의해 영향을 받지만, 특히 에틸렌-α-올레핀 블록 공중합체(B)의 결정 융해 피크 온도가 강하게 영향을 준다. 일반적으로, 태양 전지 모듈은 발전시의 발열이나 태양광의 복사열 등으로 85∼90℃ 정도까지 승온되는데, 결정 융해 피크 온도가 100℃ 이상이면, 본 발명의 태양 전지 봉지재의 내열성을 확보할 수 있기 때문에 바람직하다. 본 발명에 있어서는, 두께 3mm의 백판(白板) 유리(크기; 세로 75mm, 가로 25mm)와 두께 5mm의 알루미늄판(크기; 세로 120mm, 가로 60mm) 사이에 두께 0.5mm의 시트 형상 봉지재를 포개고, 진공 프레스기를 이용하여 150℃, 15분의 조건으로 적층 프레스한 시료를 제작하고, 상기 시료를 100℃의 항온조 내에서 60도로 경사지게 설치하여 500시간 경과 후의 상태를 관찰하고, 유리가 초기의 기준 위치로부터 어긋나지 않은 것을 ○, 유리가 초기의 기준 위치로부터 어긋나거나 시트가 용융된 것을 ×로 하여 내열성의 우열을 평가했다.
본 발명의 태양 전지 봉지재의 전광선 투과율은, 적용하는 태양 전지의 종류, 예컨대 비정질의 박막계 실리콘형 등이나 태양 전지 소자에 이르는 태양광을 가리지 않는 부위에 적용하는 경우에는 그다지 중시되지 않는 경우도 있지만, 태양 전지의 광전 변환 효율이나 각종 부재를 중첩시킬 때의 취급성 등을 고려하여, 85% 이상인 것이 바람직하고, 87% 이상인 것이 보다 바람직하며, 90% 이상인 것이 더 바람직하다.
본 발명의 태양 전지 봉지재의 유연성, 내열성 및 투명성에 대해서는 배반(背反) 특성이 되기 쉽다. 구체적으로는, 유연성을 향상시키기 위해 이용하는 수지 조성물(C)의 결정성을 지나치게 저하시키면 내열성이 저하되어 불충분해진다. 한편, 내열성을 향상시키기 위해 이용하는 수지 조성물(C)의 결정성을 지나치게 향상시키면, 투명성이 저하되어 불충분해진다. 본 발명에 있어서는, 이들의 밸런스를 달성하기 위해, 유연성의 지표로서 동적 점탄성 측정에서의 진동 주파수 10Hz, 온도 20℃의 저장 탄성률(E'), 내열성의 지표로서 에틸렌-α-올레핀 블록 공중합체(B)에 대하여 시차 주사 열량 측정에서의 가열 속도 10℃/분으로 측정되는 결정 융해 피크 온도, 및 투명성의 지표로서 전광선 투과율을 이용한 경우, 3개의 지표가, 저장 탄성률(E')이 1∼2000MPa, 결정 융해 피크 온도가 100℃ 이상, 전광선 투과율이 85% 이상인 것이 바람직하고, 저장 탄성률(E')이 5∼500MPa, 결정 융해 피크 온도가 105∼145℃, 전광선 투과율이 85% 이상인 것이 더 바람직하며, 저장 탄성률(E')이 10∼100MPa, 결정 융해 피크 온도가 110∼145℃, 전광선 투과율이 90% 이상인 것이 특히 바람직하다.
[태양 전지 봉지재의 제조 방법]
다음에, 본 발명의 태양 전지 봉지재의 제조 방법에 관하여 설명한다. 두께는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상 0.05∼1mm 정도이고, 바람직하게는 0.1∼0.7mm의 시트 형상으로 이용된다. 시트 형상의 태양 전지 봉지재의 제막 방법으로서는, 공지된 방법, 예컨대 단축 압출기, 다축 압출기, 밴버리 믹서, 니더 등의 용융 혼합 설비를 갖고, T 다이를 이용하는 압출 캐스팅법이나 캘린더법 등을 채용할 수 있고, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 본 발명에 있어서는, 취급성이나 생산성 등의 면에서 T 다이를 이용하는 압출 캐스팅법이 적합하게 이용된다. T 다이를 이용하는 압출 캐스팅법에서의 성형 온도는, 이용하는 수지 조성물(C)의 유동 특성이나 제막성 등에 따라 적절히 조정되지만, 대략 130∼300℃, 바람직하게는 150∼250℃이다. 실레인 커플링제, 산화 방지제, 자외선 흡수제, 내후 안정제 등의 각종 첨가제는, 미리 수지와 함께 건식 블렌딩하고 나서 호퍼에 공급해도 좋고, 미리 모든 재료를 용융 혼합하여 펠릿을 제작하고 나서 공급해도 좋으며, 첨가제만을 미리 수지에 농축한 마스터 배치를 제작하여 공급해도 무방하다. 또한, 시트 형상으로 얻어진 본 발명의 태양 전지 봉지재의 표면 및/또는 이면에는, 필요에 따라, 시트를 두루마리로 한 경우의 시트끼리의 블록킹 방지나 태양 전지 소자의 봉지 공정에서의 취급성이나 공기 제거 용이성 향상 등의 목적을 위해 엠보싱 가공이나 여러 가지 요철(원뿔이나 각뿔 형상 또는 반구 형상 등) 가공을 행해도 무방하다. 나아가, 시트를 제막할 때에, 별도의 기재 필름(연신 폴리에스터 필름(OPET)이나 연신 폴리프로필렌 필름(OPP) 등)과 압출 라미네이션이나 샌드위치 라미네이션 등의 방법으로 적층해도 무방하다.
[태양 전지 모듈]
다음에, 본 발명의 태양 전지 봉지재를 이용하여 태양 전지 소자를 상하의 보호재인 프론트 시트 및 백 시트로 고정함으로써 태양 전지 모듈을 제작할 수 있다. 이러한 태양 전지 모듈로서는, 여러 가지 타입의 것을 예시할 수 있고, 바람직하게는, 본 발명의 태양 전지 봉지재와, 상부 보호재와, 태양 전지 소자와, 하부 보호재를 이용하여 제작된 태양 전지 모듈을 들 수 있으며, 구체적으로는, 상부 보호재/봉지재(봉지 수지층)/태양 전지 소자/봉지재(봉지 수지층)/하부 보호재와 같이 태양 전지 소자의 양측으로부터 봉지재로 협지하는 구성의 것(도 1 참조), 하부 보호재의 내주면 상에 형성시킨 태양 전지 소자 상에 봉지재와 상부 보호재를 형성시키는 구성의 것, 상부 보호재의 내주면 상에 형성시킨 태양 전지 소자, 예컨대 불소 수지계 투명 보호재 상에 비정질 태양 전지 소자를 스퍼터링 등으로 제작한 것의 위에 봉지재와 하부 보호재를 형성시키는 구성의 것 등을 들 수 있다. 한편, 본 발명의 태양 전지 봉지재를 이용한 태양 전지 모듈에 있어서, 봉지재가 2개소 이상의 부위에 사용되는 경우, 모든 부위에 본 발명의 태양 전지 봉지재를 이용해도 무방하고, 1개소의 부위에만 본 발명의 태양 전지 봉지재를 이용해도 무방하다. 또한, 봉지재가 2개소 이상의 부위에 사용되는 경우, 각각의 부위에 사용되는 본 발명의 태양 전지 봉지재를 구성하는 수지 조성물(C)은 동일해도 좋고 상이해도 좋다.
태양 전지 소자는 봉지 수지층 사이에 배치되어 배선된다. 예컨대, 단결정 실리콘형, 다결정 실리콘형, 비정질 실리콘형, 갈륨-비소, 구리-인듐-셀레늄, 카드뮴-텔루륨 등의 III-V족이나 II-VI족 화합물 반도체형, 색소 증감(增感)형, 유기 박막형 등을 들 수 있다.
본 발명의 태양 전지 봉지재를 이용하여 제작된 태양 전지 모듈을 구성하는 각 부재에 대해서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 상부 보호재로서는, 예컨대 유리, 아크릴 수지, 폴리카보네이트, 폴리에스터, 불소 함유 수지 등의 판재나 필름의 단층 또는 다층의 보호재를 들 수 있다. 하부 보호재로서는, 금속이나 각종 열가소성 수지 필름 등의 단층 또는 다층의 시트로, 예컨대 주석, 알루미늄, 스테인레스 등의 금속, 유리 등의 무기 재료, 폴리에스터, 무기물 증착 폴리에스터, 불소 함유 수지, 폴리올레핀 등의 단층 또는 다층의 보호재를 들 수 있다. 이들 상부 및/또는 하부 보호재의 표면에는, 본 발명의 태양 전지 봉지재나 다른 부재와의 접착성을 향상시키기 위해 프라이머 처리나 코로나 처리 등 공지된 표면 처리를 실시할 수 있다.
본 발명의 태양 전지 봉지재를 이용하여 제작된 태양 전지 모듈을 이미 기술한 상부 보호재/봉지재(봉지 수지층)/태양 전지 소자/봉지재(봉지 수지층)/하부 보호재와 같이 태양 전지 소자의 양측으로부터 봉지재로 협지하는 구성의 것을 예로서 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 태양광 수광측으로부터 순서대로, 투명 기판(10), 본 발명의 태양 전지 봉지재를 이용한 봉지 수지층(12A), 태양 전지 소자(14A, 14B), 본 발명의 태양 전지 봉지재를 이용한 봉지 수지층(12B), 백 시트(16)가 적층되어 이루어지고, 추가로 백 시트(16)의 하면에 정션 박스(junction box)(18)(태양 전지 소자로부터 발전한 전기를 외부로 취출하기 위한 배선을 접속하는 단자 박스)가 접착되어 이루어진다. 태양 전지 소자(14A 및 14B)는 발전 전류를 외부로 전도하기 위해 배선(20)에 의해 연결되어 있다. 배선(20)은 백 시트(16)에 설치된 관통 구멍(도시 안함)을 통해 외부로 취출되고, 정션 박스(18)에 접속되어 있다.
태양 전지 모듈의 제조 방법으로서는, 공지된 제조 방법을 적용할 수 있고 특별히 한정되는 것은 아니지만, 일반적으로는, 상부 보호재, 봉지 수지층, 태양 전지 소자, 봉지 수지층, 하부 보호재의 순서로 적층하는 공정과, 그들을 진공 흡인하여 가열 압착하는 공정을 갖는다. 또한, 배치식 제조 설비나 롤 투 롤식 제조 설비 등도 적용할 수 있다.
본 발명의 태양 전지 봉지재를 이용하여 제작된 태양 전지 모듈은, 적용되는 태양 전지의 타입과 모듈 형상에 따라, 모바일 기기로 대표되는 소형 태양 전지, 지붕이나 옥상에 설치되는 대형 태양 전지 등 옥내, 옥외에 관계없이 각종 용도에 적용할 수 있다.
[실시예]
이하에 실시예로 더욱 상세하게 설명하지만, 이들에 의해 본 발명은 하등 제한을 받는 것이 아니다. 한편, 본 명세서 중에 표시되는 시트에 대한 여러 가지 측정 및 평가는 다음과 같이 하여 행했다. 여기서, 시트의 압출기로부터의 흐름 방향을 세로 방향, 그의 직교 방향을 가로 방향이라고 부른다.
(1) 결정 융해 피크 온도(Tm)
(주)퍼킨 엘머(Perkin Elmer, Inc.)제의 시차 주사 열량계, 상품명 「Pyris1 DSC」를 이용해 JIS K7121에 준하여 시료 약 10mg을 가열 속도 10℃/분으로 -40℃에서 200℃까지 승온하고, 200℃에서 5분간 유지한 후, 냉각 속도 10℃/분으로 -40℃까지 강온하고, 재차 가열 속도 10℃/분으로 200℃까지 승온했을 때에 측정된 서모그램(thermogram)으로부터 결정 융해 피크 온도(Tm)(℃)를 구했다.
(2) 결정 융해 열량(ΔHm)
(주)퍼킨 엘머제의 시차 주사 열량계, 상품명 「Pyris1 DSC」를 이용해 JIS K7122에 준하여 시료 약 10mg을 가열 속도 10℃/분으로 -40℃에서 200℃까지 승온하고, 200℃에서 5분간 유지한 후, 냉각 속도 10℃/분으로 -40℃까지 강온하고, 재차 가열 속도 10℃/분으로 200℃까지 승온했을 때에 측정된 서모그램으로부터 결정 융해 열량(ΔHm)(J/g)을 구했다.
(3) 유연성
아이티 계측(주)(IT Keisoku Seigyo Co., Ltd.)제의 점탄성 측정 장치, 상품명 「점탄성 스펙트로미터 DVA-200」을 이용하여 시료(세로 4mm, 가로 60mm)를 진동 주파수 10Hz, 변형 0.1%, 승온 속도 3℃/분, 척 사이 25mm로 가로 방향에 대하여 -150℃부터 150℃까지 측정하고, 얻어진 데이터로부터 20℃에서의 저장 탄성률(E')(MPa)을 구했다.
(4) 내열성
두께 3mm의 백판 유리(크기; 세로 75mm, 가로 25mm)와 두께 5mm의 알루미늄판(크기; 세로 120mm, 가로 60mm) 사이에 두께 0.5mm의 시트 형상 봉지재를 포개고, 진공 프레스기를 이용하여 150℃, 15분의 조건으로 적층 프레스한 시료를 제작하고, 상기 시료를 100℃의 항온조 내에 60도로 경사지게 설치하여 500시간 경과 후의 상태를 관찰하고, 하기 기준으로 평가했다.
(○) 유리가 초기의 기준 위치로부터 어긋나지 않은 것
(×) 유리가 초기의 기준 위치로부터 어긋나거나 시트가 용융된 것
(5) 전광선 투과율
두께 3mm의 백판 유리(크기; 세로 75mm, 가로 25mm) 2장 사이에 두께 0.5mm의 시트 형상 봉지재를 포개고, 진공 프레스기를 이용하여 150℃, 15분의 조건으로 적층 프레스한 시료를 제작하고, JIS K7105에 준하여 전광선 투과율을 측정하여 그 값을 기재함과 아울러, 하기 기준으로 평가한 결과도 병기했다.
(◎) 전광선 투과율이 90% 이상
(○) 전광선 투과율이 85% 이상 90% 미만
(×) 전광선 투과율이 85% 미만이거나, 또는 분명히 백탁(白濁)되어 있는 경우(미측정)
(실시예 1)
에틸렌-α-올레핀 랜덤 공중합체(A)로서 에틸렌-옥텐 랜덤 공중합체(다우 케미칼(주)제, 상품명: 엔게이지 8200, 옥텐 함유량: 7.3몰%(24질량%), MFR: 5, Tm: 65℃, ΔHm: 53J/g)(이하, A-1로 약기함)를 95질량부, 및 에틸렌-α-올레핀 블록 공중합체(B)로서 에틸렌-옥텐 블록 공중합체(다우 케미칼(주)제, 상품명: 인퓨즈 D9100.05, 옥텐 함유량: 12.8몰%(37질량%), MFR: 1, Tm: 119℃, ΔHm: 38J/g)(이하, B-1로 약기함)를 5질량부의 비율로 혼합한 수지 조성물(C)을 T 다이를 갖춘 40mmφ 단축 압출기를 이용하여 설정 온도 200℃에서 용융 혼련하고, 20℃의 캐스팅 롤로 급냉 제막함으로써 두께 0.5mm의 시트 형상의 태양 전지 봉지재(이하, 간단히 시트로 약기함)를 얻었다. 얻어진 시트를 이용하여 평가한 결과를 표 1에 나타낸다.
(실시예 2)
실시예 1에 있어서, 시트를 구성하는 수지 조성물을 표 1에 나타내는 바와 같이, (A-1) 80질량부와 에틸렌-옥텐 블록 공중합체(다우 케미칼(주)제, 상품명: 인퓨즈 D9507.15, 옥텐 함유량: 16.4몰%(44질량%), MFR: 5, Tm: 123℃, ΔHm: 21J/g)(이하, B-2로 약기함) 20질량부의 수지 조성물로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 두께 0.5mm의 시트를 얻었다. 얻어진 시트를 이용하여 평가한 결과를 표 1에 나타낸다.
(실시예 3)
실시예 1에 있어서, 시트를 구성하는 수지 조성물을 표 1에 나타내는 바와 같이, (A-1)을 에틸렌-프로필렌-헥센 3원 랜덤 공중합체(니폰 폴리에틸렌(주)제, 상품명: 카넬 KJ640T, 프로필렌 함유량: 7.4몰%(10질량%), 헥센 함유량: 4.4몰%(10질량%), MFR: 30, Tm: 53℃, ΔHm: 58J/g)(이하, A-2로 약기함)로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 두께 0.5mm의 시트를 얻었다. 얻어진 시트를 이용하여 평가한 결과를 표 1에 나타낸다.
(비교예 1)
실시예 1에 있어서, 시트를 구성하는 수지 조성물을 표 1에 나타내는 바와 같이, (B-1)을 이용하는 일 없이 (A-1) 100질량부로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 두께 0.5mm의 시트를 얻었다. 얻어진 시트를 이용하여 평가한 결과를 표 1에 나타낸다.
(비교예 2)
실시예 1에 있어서, 시트를 구성하는 수지 조성물을 표 1에 나타내는 바와 같이, (B-1)을 범용의 결정성 폴리에틸렌 수지인 에틸렌-옥텐 랜덤 공중합체((주)프라 임폴리머제, 상품명: 모어테크 0238CN, 옥텐 함유량: 1몰%(4질량%), MFR: 2.1, Tm: 121℃, ΔHm: 127J/g)(이하, P-1로 약기함)로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 두께 0.5mm의 시트를 얻었다. 얻어진 시트를 이용하여 평가한 결과를 표 1에 나타낸다.
(비교예 3)
실시예 1에 있어서, 시트를 구성하는 수지 조성물을 표 1에 나타내는 바와 같이, (A-1) 및 (B-1)을 이용하는 일 없이 (P-1) 100질량부로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 두께 0.5mm의 시트를 얻었다. 얻어진 시트를 이용하여 평가한 결과를 표 1에 나타낸다.
표 1로부터, 본 발명에서 규정한 수지 조성물로부터 제조된 태양 전지 봉지재는 유연성, 내열성, 투명성(전광선 투과율)의 전부가 우수함을 확인할 수 있다(실시예 1∼3). 이에 반하여, 본 발명에서 규정하는 블록 공중합체를 함유하지 않고 있는 것은 유연성, 내열성, 투명성(전광선 투과율) 중 어느 하나 이상의 특성이 불충분함을 확인할 수 있다(비교예 1∼3). 구체적으로는, 내열성이 불충분하거나(비교예 1), 비교예 1의 내열성을 범용의 결정성 폴리에틸렌 수지로 향상시키고자 하면 내열성은 양호하지만 투명성(전광선 투과율)이 불충분해짐을 확인할 수 있다(비교예 2).
(실시예 4)
진공 라미테이터((주) NPC제, 상품명: LM30×30)를 이용하여, 열판 온도: 150℃, 가공 시간: 20분(내역, 진공 흡인: 5분, 프레스: 5분, 압력 유지: 10분), 압착 속도: 급속의 조건으로, 열판측으로부터 순서대로 상부 보호재로서 두께 3mm의 백판 유리(아사히가라스(주)(Asahi Glass Co., Ltd.)제, 상품명: 솔라이트), 실시예 1에서 채취한 두께 0.5mm의 시트(봉지재), 두께 0.4mm의 태양 전지 셀(포토와트사(Photowatt Inc.)제, 형식: 101×101MM), 실시예 1에서 채취한 두께 0.5mm의 시트(봉지재), 하부 보호재로서 두께 0.125mm의 내후성 PET 필름(도레이(주)(Toray Industries, Inc.)제, 상품명: 루밀러 X10S)의 5층을 진공 프레스하여 태양 전지 모듈(크기: 150mm×150mm)을 제작했다. 얻어진 태양 전지 모듈은 투명성이나 외관 등이 우수한 것이었다.
10: 투명 기판
12A, 12B: 봉지 수지층
14A, 14B: 태양 전지 소자
16: 백 시트
18: 정션 박스
20: 배선
12A, 12B: 봉지 수지층
14A, 14B: 태양 전지 소자
16: 백 시트
18: 정션 박스
20: 배선
Claims (10)
- 하기 (a)의 조건을 만족하는 에틸렌-α-올레핀 랜덤 공중합체(A)와 하기 (b)의 조건을 만족하는 에틸렌-α-올레핀 블록 공중합체(B)를 함유하는 수지 조성물(C)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양 전지 봉지재(封止材):
(a) 시차 주사 열량 측정에서의 가열 속도 10℃/분으로 측정되는 결정 융해 열량이 0∼70J/g,
(b) 시차 주사 열량 측정에서의 가열 속도 10℃/분으로 측정되는 결정 융해 피크 온도가 100℃ 이상이고, 또한 결정 융해 열량이 5∼70J/g. - 제 1 항에 있어서,
에틸렌-α-올레핀 랜덤 공중합체(A)의 결정 융해 열량이 5∼70J/g인 것을 특징으로 하는 태양 전지 봉지재. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
에틸렌-α-올레핀 블록 공중합체(B)의 결정 융해 피크 온도가 105∼145℃인 것을 특징으로 태양 전지 봉지재. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
에틸렌-α-올레핀 블록 공중합체(B)의 결정 융해 열량이 10∼60J/g인 것을 특징으로 하는 태양 전지 봉지재. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
에틸렌-α-올레핀 블록 공중합체(B)가 에틸렌-옥텐 멀티블록 공중합체인 것을 특징으로 하는 태양 전지 봉지재. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
에틸렌-α-올레핀 랜덤 공중합체(A) 및 에틸렌-α-올레핀 블록 공중합체(B)의 각각을 구성하는 α-올레핀의 종류가 동일한 것을 특징으로 하는 태양 전지 봉지재. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
수지 조성물(C)이, 실레인 커플링제, 산화 방지제, 자외선 흡수제 및 내후 안정제로부터 선택되는 적어도 1종의 첨가제가 첨가되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양 전지 봉지재. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
동적 점탄성 측정에서의 진동 주파수 10Hz, 온도 20℃의 저장 탄성률(E')이 10∼100MPa, 시차 주사 열량 측정에서의 가열 속도 10℃/분으로 측정되는 결정 융해 피크 온도가 110∼145℃, 또한 전광선 투과율이 90% 이상인 것을 특징으로 하는 태양 전지 봉지재. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 태양 전지 봉지재를 이용하여 제작된 태양 전지 모듈.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 태양 전지 봉지재와, 상부 보호재와, 태양 전지 소자와, 하부 보호재를 이용하여 제작된 태양 전지 모듈.
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