KR20110084622A - 태양전지 모듈용 반사방지 코팅 조성물, 이를 이용한 반사방지층을 갖는 글라스 및 태양전지 모듈 - Google Patents

태양전지 모듈용 반사방지 코팅 조성물, 이를 이용한 반사방지층을 갖는 글라스 및 태양전지 모듈 Download PDF

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KR20110084622A
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김병주
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동우 화인켐 주식회사
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Abstract

본 발명은 태양전지 모듈용 반사방지 코팅 조성물, 이를 이용한 반사방지층을 갖는 글라스 및 태양전지 모듈에 관한 것이다. 본 발명에 따른 태양전지 모듈용 반사방지 코팅 조성물은 중공실리카입자에 소정의 구조를 갖는 다관능 실란화합물을 코팅하여서 된 유-무기 중공실리카입자(A), 광개시제(B) 및 용제(C)를 포함하여 이루어지며, 이를 태양전지 모듈용 글라스에 적용시 헤이즈 및 반사율 등의 반사방지 특성이 탁월하며, 장시간 사용시에도 광투과율의 저하가 없어 태양전지 모듈의 발전효율을 일정하게 유지 시켜주는 효과가 있다.

Description

태양전지 모듈용 반사방지 코팅 조성물, 이를 이용한 반사방지층을 갖는 글라스 및 태양전지 모듈 {COATING COMPOSITION FOR ANTI-REFLECTION OF SOLAR CELL MODULE, ANTI-REFLECTION CLASIS USING THE SAME AND SOLAR CELL MODUL}
본 발명은 태양전지 모듈용 반사방지 코팅 조성물, 이를 이용한 반사방지층을 갖는 글라스 및 태양전지 모듈에 관한 것이다.
근래의 환경 문제가 높아짐에 따라 크린 에너지로서 수력 발전, 풍력 발전 및 태양광 발전이 각광을 받고 있다. 그 중에서도 태양 에너지를 이용한 태양광 발전은 최근 청정하고 지구 온난화 방지에 유용한 에너지원으로서 조금씩 성장하고 있다. 이 태양광 발전의 대표로서, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 아모퍼스 실리콘등의 반도체를 사용한 태양전지를 들 수 있다. 태양전지는 반도체에 태양광이 조사되면 전류를 방출시키는 원리를 실용화한 것이다.
태양전지는 일반적으로 실리콘, 갈륨-비소, 구리-인듐-셀렌 등의 태양전지 소자를 상부 투명 보호재와 하부 기판 보호재로 보호하고, 태양전지 소자와 보호재를 접착트로 고정하여 제조되는 태양전지 모듈을 포함한다.
상기 태양전지 모듈에서 상기 상부 보호재는 통상적으로 글라스를 사용하고 있는데, 상기 글라스는 태양광을 반사하기 때문에 태양전지 모듈의 발전 효율이 떨어지는 단점이 있다. 그에 따라 태양전지 모듈에 반사방지필름을 적용하고자 하는 시도가 있었다. 그러나, 종래 반사방지필름은 반사방지 특성이 떨어져 오히려 발전효율을 떨어뜨리는 문제점이 있다.
이에 본 발명은 태양전지 모듈의 글라스에 적용시 헤이즈 및 반사율 등의 반사방지 특성이 탁월하며, 장시간 사용시에도 광투과율의 저하가 없어 태양전지 모듈의 발전효율을 일정하게 유지될 수 있는 태양전지 모듈용 반사방지 코팅 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 상기 태양전지 모듈용 반사방지 코팅 조성물을 이용하여 형성된 반사방지층을 포함하는 태양전지용 글라스를 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한 본 발명은 상기 태양전지용 글라스가 구비된 태양전지 모듈을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 중공실리카입자에 하기 화학식 1로 표시되는 다관능 실란화합물을 코팅하여서 된 유-무기 중공실리카입자(A), 광개시제(B) 및 용제(C)를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 반사방지 코팅 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
(상기 화학식 1에서 l은 1 내지 3의 정수이고, R1및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 1내지 10의 지방족 또는 방향족 탄화수소를 나타내고, R3는 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 탄소수 1 내지 15의 지방족 또는 방향족 탄화수소를 나타내며, R4 및 R5는 각각 독립적으로 수소 또는 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 탄소수 1 내지 15의 지방족 또는 방향족 탄화수소를 나타내는 것으로서 상기 R4 및 R5는 서로 연결되어 시클릭 구조를 형성할 수도 있으며, R6는 탄소수 1 내지 30의 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 지방족 또는 방향족 탄화수소이고, X는 관능기수 2 내지 10의 (메타)아크릴레이트기를 포함하는 탄소수 7 내지 80의 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 지방족 또는 방향족 탄화수소를 나타낸다.)
상기 화학식 1의 다관능 실란 화합물은 하기 화학식 2으로 표현되는 것이 바람직하다.
[화학식 2]
Figure pat00002
(상기 화학식 2에서 l은 1 내지 3의 정수이고, R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 지방족 또는 방향족 탄화수소를 나타내고, R3는 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 탄소수 1 내지 15의 지방족 또는 방향족 탄화수소를 나타내며, R4 및 R5는 각각 독립적으로 수소 또는 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 탄소수 1 내지 15의 지방족 또는 방향족 탄화수소를 나타내는 것으로서 상기 R4 및 R5는 서로 연결되어 시클릭 구조를 형성할 수도 있으며, R7은 탄소수 1 내지 20의 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 지방족 또는 방향족 탄화수소이고, X는 관능기수 2 내지 10의 (메타)아크릴레이트기를 포함하는 탄소수 7 내지 80의 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 지방족 또는 방향족 탄화수소를 나타낸다.)
상기 중공실리카입자는 1.17∼1.40의 굴절률을 갖는 것이 바람직하다.
상기 반사방지 코팅 조성물 전체 100중량부에 대하여 상기 다관능 실란화합물을 코팅한 유-무기 실리카입자(A) 1 내지 50중량부, 상기 광개시제(B) 0.1 내지 5중량부 및 상기 용제(C) 잔량을 포함할 수 있다.
상기한 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 글라스와, 상기 글라스 상면에 상기한 본 발명에 따른 반사방지 코팅 조성물은 이용하여 형성된 반사방지층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 글라스를 제공한다.
상기 글라스는 저철분 글라스인 것이 바람직하다.
상기 반사방지층은 강화처리된 것일 수 있다. 바람직하게 상기 강화처리는 반사방지 코팅 조성물을 글라스에 코팅한 후 500~700℃ 열처리하고 100℃ 이하에서 냉각하는 것일 수 있다.
상기한 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 상기한 본 발명에 따른 태양전지 모듈용 글라스를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈을 제공한다.
본 발명에 따른 태양전지 모듈용 반사방지 코팅 조성물은 태양전지 모듈의 글라스에 적용시 헤이즈 및 반사율 등의 반사방지 특성이 탁월하며, 장시간 사용시에도 광투과율의 저하가 없어 태양전지 모듈의 발전효율을 일정하게 유지 시켜주는 효과가 있다. 그에 따라 상기 태양전지 모듈용 반사방지 코팅 조성물을 이용하여 형성된 반사방지층을 포함하는 태양전지용 글라스는 태양전지 모듈에 유용하게 적용될 수 있다.
이하 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 태양전지용 반사방지 코팅 조성물은 중공실리카입자에 소정의 구조를 갖는 다관능 실란화합물을 코팅하여서 된 유-무기 중공실리카입자(A), 광개시제(B) 및 용제(C)를 포함하여 이루어진다.
다관능 실란화합물을 코팅한 유-무기 중공실리카입자(A)
상기 다관능 실란합물을 코팅한 유-무기 중공실리카입자는 충분한 굴절률 저하 특성과 내스크래치성을 확보하기 위하여 사용된다. 상기 다관능 실란합물을 코팅한 유-무기 중공실리카입자는 하기 화학식 1로 표시되는 다관능 실란화합물을 중공실리카입자의 표면 히드록시기에 화학적으로 결합시켜 코팅한 것이다.
[화학식 1]
Figure pat00003
(상기 화학식 1에서 l은 1 내지 3의 정수이고, R1및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 1내지 10의 지방족 또는 방향족 탄화수소를 나타내고, R3는 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 탄소수 1 내지 15의 지방족 또는 방향족 탄화수소를 나타내며, R4 및 R5는 각각 독립적으로 수소 또는 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 탄소수 1 내지 15의 지방족 또는 방향족 탄화수소를 나타내는 것으로서 상기 R4 및 R5는 서로 연결되어 시클릭 구조를 형성할 수도 있으며, R6는 탄소수 1 내지 30의 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 지방족 또는 방향족 탄화수소이고, X는 관능기수 2 내지 10의 (메타)아크릴레이트기를 포함하는 탄소수 7 내지 80의 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 지방족 또는 방향족 탄화수소를 나타낸다.)
상기 화학식 1의 다관능 실란 화합물은 하기 화학식 2으로 표현되는 것이 바람직하다.
[화학식 2]
Figure pat00004
(상기 화학식 2에서 l은 1 내지 3의 정수이고, R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 지방족 또는 방향족 탄화수소를 나타내고, R3는 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 탄소수 1 내지 15의 지방족 또는 방향족 탄화수소를 나타내며, R4 및 R5는 각각 독립적으로 수소 또는 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 탄소수 1 내지 15의 지방족 또는 방향족 탄화수소를 나타내는 것으로서 상기 R4 및 R5는 서로 연결되어 시클릭 구조를 형성할 수도 있으며, R7은 탄소수 1 내지 20의 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 지방족 또는 방향족 탄화수소이고, X는 관능기수 2 내지 10의 (메타)아크릴레이트기를 포함하는 탄소수 7 내지 80의 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 지방족 또는 방향족 탄화수소를 나타낸다.)
제한되지 않으나 보다 구체적으로 일례를 들어 설명하면 상기 화학식 2로 표현되는 화합물에서 R1 및 R2는 메틸기, 에틸기, 이소프로필기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기 등이 가능하며, R3는 메틸기, 에틸기, 이소프로필기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 또는 이들의 결합중에 에테르 결합 등의 헤테로 원자가 존재하는 구조 등이 가능하다. R4 및 R5는 수소기, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 시클로헥실기 등이 가능하다. R6 및 R7은 숙신산, 프탈산 유도체로 기인된 알킬기, 아로마틱기, 알킬기를 함유하는 아로마틱기 등이 가능하고, X는 관능기수 2 내지 10의 (메타)아크릴레이트기를 포함하는 탄소수 7 내지 80의 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 지방족 또는 방향족 탄화수소를 나타낸다.
제한되지 않으나 X는 히드록시기가 존재하여 반응될 수 있는 다관능 (메타)아크릴레이트에서 선택되는 것이 좋다.　예를 들면 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 2-히드록시부틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시-3-페닐옥시프로필(메타)아크릴레이트, 1,4-부탄디올 모노(메타)아크릴레이트, 2-히드록시알킬(메타)아크릴오닐 포스페이트, 4-히드록시시클로헥실(메타)아크릴레이트, 1,6-헥산아디올모노(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜모노(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올에탄디(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨트리(메타)아크릴레이트 및 디펜타에리스리톨펜타(메타)아크릴레이트 등이 가능하다.
상기 화학식 2의 화합물은 카르본산기를 함유한 (메타)아크릴레이트와 옥시란을 함유하는 실란커플링제와 개환 반응에 의해 합성될 수 있다.
이때 상기 카르본산기를 함유하는 유기화합물은 히드록시기를 함유한 (메타)아트릴레이트에 유기 무수물을 3차 아민 존재 하에서 반응시켜 간편한 조건으로 합성할 수 있다. 상기 히드록시기를 함유하는 (메타)아크릴레이트는 예를 들면 디펜타에리스리톨펜타(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨트리(메타)아크릴레이트, 디트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, (메타)아크릴릭에스테르, 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 글리세롤트리(메타)아크릴레이트, 트리스(2-히드록시에틸)이소시아누레이트 트리(메타)아크릴레이트, 에틸렌클리콜모노(메타)아크릴레이트, 프로필렌글리콜모노(메타)아크릴레이트, 1,3-부탄디올모노(메타)아크릴레이트, 1,4-부탄디올모노(메타)아크릴레이트, 1,6-헥산디올디(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디(메타)아크릴레이트, 디에틸렌글리콜모노(메타)아크릴레이트, 트리에틸렌클리콜디(메타)아크릴레이트, 디프로필렌글리콜모노(메타)아크릴레이트, 비스(2-히드록시에틸)이소시아누레이트디(메타)아크릴레이트, 히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 히드록시부틸(메타)아크릴레이트, 이소옥틸(메타)아크릴레이트, 이소-덱실(메타)아크릴레이트 등이 사용 가능하다.
상기 히드록시기를 함유하는 (메타)아크릴레이트는 유기 무수물과 반응 하여 카르본산을 도입 할 수 있다. 상기 유기 무수물로는 예를 들면 숙신산 무수물, 메틸숙신산 무수물, 2,2-디메틸숙신산 무수물, 이소부테닐숙신산 무수물, 2-옥텐-1-일숙신산 무수물, 옥타데케닐숙신산 무수물, 2-옥시비시클로[3,1,0]헥산-2,4-디온, 시스-1,2-시클로헥산디카르본산 무수물, 트랜스-1,2-시클로헥산디카르본산 무수물, 헥사히드로-4-메틸프탈 무수물, 이타곤 무수물, 2-도데센-1-일숙신산 무수물, 시스-1,2,3,6-테트라히드로프탈산 무수물, 시스-5-노르보넨-엔도-2,3-디카르본산 무수물, 엔도-비시크로[2,2,2]옥트-5-엔-2,3-디카르본산 무수물, 칸타리딘, 메틸-5-노르보넨-2,3-디카르본산 무수물, 엑소-3,6-에폭시-1,2,3,6-테트라히드로프탈산 무수물, S-아세틸머캅토숙신산 무수물, 말레산 무수물, 시트라곤산 무수물, 2,3-디메틸말레산 무수물, 1-시클로펜텐-1,2-디카르본산 무수물, 3,4,5,6,-테트라히드로프탈산 무수물, 브로모말레산 무수물, 디클로로말레산 무수물, 글루탈산 무수물, 3-메틸글루탈산 무수물, 2,2-디메틸글루탈산 무수물, 3,3-디메틸글루탈산 무수물, 3-에틸-3-메틸글루탈산 무수물, 3,3-테트라메틸렌글루탈산 무수물, 헥사플루오르글루탈산 무수물, 디글리콜산 무수물, 페닐숙신산 무수물, 페닐말레산 무수물, 2,3-디페닐말레산 무수물, 2-페닐글루탈산 무수물, 호모프탈산 무수물, 프탈산 무수물, 4-메틸프탈산 무수물, 3,6-디플루오로프탈산 무수물, 3,6-디클로로프탈산 무수물, 4,5-디클로로프탈산 무수물, 테트라플루오로프탈산 무수물, 테트라클로로프탈산 무수물, 테트라브로모프탈산 무수물, 3-히드록시프탈산 무수물, 1,2,4-벤젠트리카르본산 무수물, 3-니트로프탈산 무수물, 4-니트로프탈산 무수물, 디페닐산 무수물, 1,8-나프탈산 무수물, 4-클로로-1,8-나프탈산 무수물, 4-브로모-1,8-나프탈산 무수물, 4-아미노-1,8-나프탈산 무수물, 3-니트로-1,8-나프탈산 무수물, 4-니트로-1,8-나프탈산 무수물 등을 들 수 있으며 이 중 숙신산 무수물, 프탈산 무수물이 가장 바람직한 반응 화합물이다.
상기 옥시란을 함유하는 실란커플링제는, 예를 들면 β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, [(3-메틸옥세탄-3-일)-메틸옥시프로필]-트리에톡시실란, [(3-메틸옥세탄-3-일)-메틸옥시프로필]-트리메톡시실란, [(3-메틸옥세탄-3-일)-프로필옥시프로필]-메틸트리메톡시실란, [(3-메틸옥세탄-3-일)-프로필옥시프로필]-메틸트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리에톡시실란, γ-글리시독시부틸트리메톡시실란, γ-글리시독시부틸트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필디메톡에톡시실란, γ-글리시독시프로필메틸디메톡시실란, γ-글리시독시프로필디메틸에톡시실란, 3,4-에폭시부틸트리메톡시실란 가장 바람직한 화합물은 [(3-메틸옥세탄-3-일)-메틸옥시프로필]-트리에톡시실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란 등이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 다관능 실란화합물을 코팅한 유-무기 중공실리카입자(A)는 중공실리카입자의 표면 히드록시기에 상기 화학식 1로 표시되는 다관능 실란 화합물을 화학적으로 결합시켜 제조된다.
상기 다관능 실란화합물을 코팅한 유-무기 중공실리카입자(A)의 제조에 사용되는 중공실리카입자로서는 저굴절률을 구현하기 위해 중공 입자, 다공질 입자, 코어 쉘형 입자, 중실 입자 등을 사용할 수 있다. 그러나, 조성물의 굴절률을 감소시키는 측면에서 중공 입자가 바람직하게 사용될 수 있다. 또한, 상기 중공실리카입자는 구형에 한정되지 않고, 부정형의 입자일 수도 있다.
상기 중공실리카입자의 굴절률은 바람직하게는 1.17∼1.40이고, 더 바람직하게는 1.17∼1.35이며, 가장 바람직하게는 1.17∼1.30이다. 여기서 굴절률은 실리카의 굴절률, 즉 중공 입자를 형성하는 외곽의 굴절률을 의미하는 것이 아니라, 입자 전체의 굴절률을 의미하는 것이다.
이때, 중공실리카입자 내의 공극률은 바람직하게는 10∼60%의 범위이고, 더 바람직하게는 20∼60%의 범위이며, 가장 바람직하게는 30∼60%의 범위이다.
중공실리카입자의 저 굴절률 및 이의 고 공극률을 달성하려고 하는 경우, 외곽의 두께는 감소되고 입자의 강도는 약해진다. 따라서, 내스크래치성의 관점에서, 굴절률이 1.17 미만인 임의의 중공실리카입자는 내스크래치성이 떨어지므로 바람직하지 않다. 아울러 중공실리카입자의 굴절률이 1.40을 초과하는 경우 굴절률이 높아 반사 방지특성이 떨어지므로 바람직하지 않다. 상기 중공실리카입자의 굴절률은 Abbe 굴절률계(ATAGO사 제품)를 사용하여 측정한다. 상기 중공실리카입자는 분산매에 분산된 형태의 콜로이드 실리카 졸을 사용하는 것이 좋다. 상기 분산매로는 물 또는 유기 용매가 바람직하다. 상기 유기 용매로서는, 메탄올, 이소프로필알코올, 에틸렌글리콜, 부탄올, 에틸렌글리콜모노프로필에테르 등의 알코올류; 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 등의 케톤류; 톨루엔, 크실렌 등의 방향족 탄화수소류; 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, N-메틸피롤리돈 등의 아미드류; 아세트산에틸, 아세트산부틸, γ-부티로락톤 등의 에스테르류; 테트라히드로푸란, 1,4-디옥산 등의 에테르류 등이 사용될 수 있고, 이들 중에서 알코올류 및 케톤류가 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 예시한 유기 용제들은 각각 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 분산매로서 사용할 수 있다.
상기 중공실리카입자는 시판품 중 쇼꾸바이 가세이 고교(주) 제조의 JX1008SIV, JX1009SIV 또는 JX1012SIV 등에서 선택된 적어도 1종을 사용 할 수 있다.
또한 상기 중공실리카입자의 평균입경은 제한되지 않으나 평균입경이 5nm 내지 100nm 범위내의 것을 사용할 수 있으며 경화된 투명필름에 사용될 때 바람직한 것은 5nm 내지 60nm이다. 상기 중공실리카입자의 평균입경이 100nm를 초과하는 경우에는 투명성이 저하되거나 코팅 표면 상태가 좋지 않은 경우가 있다. 또한 상기 중공실리카입자의 평균입경이 5nm 미만인 경우에는 저굴절층의 내스크래치성이 나빠지는 문제점이 있다.
상기 다관능 실란화합물을 코팅한 유-무기 중공실리카입자(A)의 제조시에는 필요에 따라서 다양한 계면활성제 및 아민 입자의 분산력을 향상시키기 위한 첨가제가 첨가될 수 있다.
상기 다관능 실란화합물을 코팅한 유-무기 중공실리카입자(A)는 제한되지 않으나 태양전지 모듈용 반사방지 코팅 조성물 전체 100중량부에 대하여 1 내지 50중량부 포함되는 것이 좋다. 상기 다관능 실란화합물을 코팅한 유-무기 중공실리카입자(A)의 함량이 1중량부 미만이면 반사 방지 효과 및 내스크래치성의 확보가 어렵고, 그 함량이 50중량부를 초과할 경우 글라스에 적용시 부착력이 저하되는 문제점이 있다.
광개시제(B)
상기 광개시제는 당해 분야에서 사용되는 것을 제한 없이 사용할 수 있다.
상기 광개시제로는 구체적으로 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]2-모폴린프로판온-1, 디페닐케톤 벤질디메틸케탈, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐-1-온, 4-히드록시시클로페닐케톤, 디메톡시-2-페닐아테토페논, 안트라퀴논, 플루오렌, 트리페닐아민, 카바졸, 3-메틸아세토페논, 4-크놀로아세토페논, 4,4-디메톡시아세토페논, 4,4-디아미노벤조페논, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤 및 벤조페논으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 사용할 수 있다.
상기 광개시제는 태양전지 모듈용 반사방지 코팅 조성물 전체 100중량부에 대하여 0.1 내지 5중량부 사용할 수 있다. 상기 광개시제의 함량이 0.1중량부 미만이면 태양전지 모듈용 반사방지 코팅 조성물의 경화 속도가 늦고, 5중량부를 초과할 경우 과경화로 반사방지층에 크랙이 발생할 수 있다.
용제(C)
상기 용제는 당해 기술분야에서 사용되는 것이라면 제한되지 않고 사용할 수 있다.
일례로, 상기 용제는 알코올계(메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 메틸셀루소브, 에틸솔루소브 등), 케톤계(메틸에틸케톤, 메틸부틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 디에틸케톤, 디프로필케톤, 시클로헥사논 등), 헥산계(헥산, 헵탄, 옥탄 등), 벤젠계(벤젠, 톨루엔, 자일렌 등) 등이 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 예시된 용제들은 각각 단독으로 또는 2종이상을 조합하여 사용할 수 있다.
상기 용제의 함량은 태양전지 모듈용 반사방지 코팅 조성물 전체 100중량부에서 잔량으로 사용된다.
(메타)아크릴레이트 모노머(D)
상기 (메타)아크릴레이트 모노머는 반사방지층의 경도를 향상시키기 위해 더 포함될 수 있다.
상기 (메타)아크릴레이트 모노머는 구체적으로 디펜타에리스리톨헥사(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨펜타(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨테트라(메타)아크릴레이트, 디트리메틸올프로판테트라(메타)아크릴레이트, (메타)아크릴릭에스테르, 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 글리세롤트리(메타)아크릴레이트, 트리스(2-히드록시에틸) 이소시아누레이트 트리(메타) 아크릴레이트, 에틸렌클리콜디(메타)아크릴레이트, 프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트, 1,3-부탄디올디(메타)아크릴레이트, 1,4-부탄디올디(메타)아크릴레이트, 1,6-헥산디올디(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디(메타)아크릴레이트, 디에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 트리에틸렌클리콜디(메타)아크릴레이트, 디프로필렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 비스(2-히드록시에틸)이소시아누레이트디(메타)아크릴레이트, 히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 히드록시부틸(메타)아크릴레이트, 이소옥틸(메타)아크릴레이트, 이소덱실(메타)아크릴레이트, 스테아릴(메타)아크릴레이트, 테트라히드로퍼푸릴(메타)아크릴레이트, 페녹시에틸(메타)아크릴레이트, 이소보네올(메타)아크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 사용할 수 있다.
상기 (메타)아크릴레이트 모노머(D)의 함량은 제한되지 않으나 태양전지 모듈용 반사방지 코팅 조성물 전체 100중량부에 대하여 1 내지50중량부 포함되는 것이 바람직하다. 상기 (메타)아크릴레이트 모노머의 함량이 1중량부 미만이면 반사방지층의 표면 경화에 문제가 있고, 50중량부를 초과하면 반사방지층의 굴절률 상승으로 반사 방지 효과가 저감될 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지 모듈용 반사방지 코팅 조성물에는 상기한 성분들 이외에도 광자극제, 항산화제, UV 흡수제, 광안정제, 열적고분자화 금지제, 레블링제, 계면활성제, 윤활제 등이 필요에 따라 선택적으로 함께 사용될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 태양전지 모듈용 반사방지 코팅 조성물은 불소함유 중합체를 더 포함할 수 있다. 상기 불소 함유 중합체는 당해 분야에서 일반적으로 사용되는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 불소함유 비율이 60~70%인 것이 좋고, 더욱 바람직하게는 불소함유 비율이 62~70%, 특히 바람직하게는 불소함유 비율이 64~68%인 것이 좋다. 상기 범위 내의 불소함유 비율을 갖는 불소함유 중합체는 용제에 대해서 양호한 용해성을 가지며, 다양한 기재에 대해서 뛰어난 밀착성을 가진다. 특히 상기 범위 내의 불소함유 비율을 갖는 불소함유 중합체는 높은 투명성과 낮은 굴절률을 가짐과 함께 충분히 뛰어난 기계적 강도를 갖는 박막을 형성하기 때문에, 박막이 형성된 표면의 내스크래치성 등의 기계적 특성을 충분히 높일 수 있어 매우 적합하다.
본 발명에서는 상술한 태양전지 모듈용 반사방지 코팅 조성물을 이용하여 제조된 반사방지층을 포함하는 태양전지 모듈용 글라스를 제공한다.
상기 글라스는 당해분야에서 일반적으로 사용되는 저철분 글라스인 것이 바람직하다.
상기 태양전지 모듈용 반사방지 코팅 조성물의 도포두께는 0.01~2㎛이며, 바람직하게는 0.05~0.3㎛이다.
상기 태양전지 모듈용 반사방지 코팅 조성물의 도포 두께가 상기 범위 내에 있으면, 보다 양호한 내구성을 유지할 수 있게 된다.
상기 태양전지 모듈용 반사방지 코팅 조성물은 다이코터, 에어 나이프, 리버스 롤, 스프레이, 블레이드, 캐스팅, 그라비아 및 스핀코팅 등의 적당한 방식으로 도포할 수 있다.
상기 태양전지 모듈용 반사방지 코팅 조성물을 도포한 후 30~150℃ 온도에서 10초~1시간, 바람직하게는 30초~10분 동안 건조시킨다. 건조가 완료되면 UV광을 조사하여 태양전지 모듈용 반사방지 코팅 조성물을 광경화시켜 반사방지층을 형성시킨다. 상기 UV광의 조사량은 약 0.01~10J/cm2이고, 바람직하게는 0.1~2J/cm2이다.
바람직하게 상기와 같이 태양전지 모듈용 반사방지 코팅 조성물을 이용하여 형성된 반사방지층은 강화처리된 것이 바람직하다. 상기 강화처리는 반사방지 코팅 조성물을 글라스에 코팅한 후 500~700℃ 열처리하고 100℃ 이하에서 냉각하는 것이 좋다.
상기와 같이 강화처리를 하지 않는 경우 유기물의 산화 때문에 투과율 저하 및 내스크래치성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명에서는 상술한 태양전지 모듈용 글라스를 포함하는 태양전지 모듈을 제공한다.
상기 태양전지 모듈은 특별하게 제한되지 않지만, 다양한 종류가 사용될 수도 있다.
상기 태양전지 모듈로서는, 예를 들어, 실리콘계의 결정계로 결정질 실리콘 타입, 다결정 실리콘 타입, 박막계로 a-실리콘 타입, 화합물계의 결정계로 GaAs 계 타입, 박막계로 CIGS계 타입의 모듈에 사용될 수 있다. 이들 중에서도, 실리콘계의 결정질 실리콘 타입, 다결정 실리콘 타입, a-실리콘 타입의 모듈에 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 구체화될 것이며, 하기 실시예는 본 발명의 구체적인 예시에 불과하며, 본 발명의 보호범위를 한정하거나 제한하고자 하는 것은 아니다.
[합성예 1] 카르본산 다관능 (메타)아크릴레이트 합성
4.76중량부의 숙신산 무수물(알드리치사)을 100중량부의 디펜타에리스리톨펜타/헥사아크릴레이트(니폰 가야쿠사, KAYARAD DPHA) 및 1.5중량부　트리에틸아민(알드리치사) 혼합용액에 상온에서 한시간 천천히 투입한다. 투입 후에 온도를 80℃로 올린 후 여섯 시간 교반을 한다.
프로덕트의 적외선 분광 스펙트럼 흡수 피크는 숙신산 무수물의 카르보닐 1810cm-1이 사라지고 카르복실산의 카르보닐 흡수피크인 1710cm- 1를 확인할 수 있다.
[합성예 2] 다관능 (메타)아크릴레이트를 포함하는 다관능 실란 화합물의 합성
합성예 1에서 제조한 100중량부의 유기화합물, 11.16중량부의 3-글리시딜프로필트리메톡시실란(신에츠사, KBM-503), 1.67중량부 테트라부틸암모늄브로마이드(알드리치사), 1.1중량부 4-메톡시페놀(이스트만사)을 혼합하고 온도를 85℃로 승온한 후 아홉 시간 동안 교반한다.
프로덕트의 적외선 분광 스펙트럼 흡수 피크는 에폭시 910cm-1가 사라짐을 확인할 수 있다.
[제조예 1] 다관능 실란화합물을 코팅한 유-무기 중공실리카입자의 제조
합성예 2에서 제조한 10.22중량부의 유기 화합물, 107.28중량부의 JX1004SIV(쇼쿠바이가세고교제, IPA분산, 평균입경 40nm, 고형분 20.5%), 0.2중량부 메탄올(알드리치사)를 80℃, 질소 가스 분위기에서 3시간 교반을 한다. 메틸오르소퍼메이트(알드리치사) 1.4중량부를 첨가하고 80℃, 질소 가스 분위기에서 1시간 교반을 한다. 굴절률 1.35인 다관능 실란화합물을 코팅한 유-무기 중공실리카입자를 제조하였다.
[실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 3]
두께 3.2T의 저철분 글라스의 한쪽 위에 하기 표 1에 나타낸 조성을 갖는 태양전지 모듈용 반사방지 코팅 조성물을 도포하여 가열건조(50℃, 1분간) 후 자외선 경화(1J/cm2)에 의해 두께 100nm의 반사방지층을 형성하였다.
반사방지층을 형성한 저철분 글라스를 500℃ 가열 오븐에 올려 놓고 1시간 가열을 진행한 후 60℃ 가열 오븐에서 급냉을 시켜 반사방지층을 강화처리하였다.
실시예 비교예
1 2 3 4 1 2 3
유-무기 중공실리카입자 제조예1 11 51 33 33
불소첨가제(a) 8
불소첨가제(b) 8 5
아크릴레이트 모노머(a) 9
아크릴레이트 모노머(b) 3 9
용제 MIBK 80.5 10 20 63 74 80 74
MEK 7 37.5 45.5 2.5 7 7 10.5
광개시제 I-184 1 1 1 1 1.5 1.5 1
첨가제 BYK-378 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
반사방지층의 굴절률 1.37 1.33 1.34 1.35 1.44 1.48 1.49
불소첨가제(a) : MCF-350-5(굴절률 1.41, 다이니폰잉크)
불소첨가제(b) : CC-4(굴절율 1.42, 센트럴 글라스)
아크릴레이트 모노머(a) : 디펜타에리스리톨펜타/헥사아크릴레이트(굴절률 1.476, 일본합성, DPHA)
아크릴레이트 모노머(b) : 펜타에리스리톨트리/펜타아크릴레이트(굴절률 1.47, 미원상사, M340)
MIBK : 메틸이소부틸케톤(대정화금)
MEK : 메틸에틸케톤(대정화금)
I-184 : 1-히드록시시클로헥실페닐케톤(시바사)
BYK-378 : 실리콘변성오일(BYK사)
<실험예 1>
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 글라스를 이용하여 아래와 같이 태양전지 모듈 출력을 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
- 태양전지 모듈 출력 측정 -
백시트(SFC사 불소계) / EVA(동우화인켐사 FST 50) / 결정질 실리콘 태양전지 소자 / EVA(동우화인켐사 FST 50) / 실시예 또는 비교예에서 코팅된 저철분 글라스의 적층구조를 만들고 150℃ 3분 진공 공정 및 150℃ 8분 프레스 공정을 진공 합착기를 이용하여 경화를 진행한 후 100W결정질 실리콘 태양전지 모듈을 제조하였다.
제조된 태양전지 모듈은 OMA 사 제품인 150 W 솔라시뮬레이터를 이용하여 초기 출력을 측정하였다(W1). 그리고 초기 출력을 측정한 태양전지 모듈을 85℃ 85%RH 조건 오븐에 넣고 1000 시간 신뢰성 테스트 후 출력을 측정하였다(W2).

 실시예 비교예
1 2 3 4 1 2 3
출력 W1 106 W 108 W 106 W 103 W 100 W 99 W 100 W
출력 W2 106 W 107 W 106 W 102 W 95 W 85 W 90 W
<실험예 2>
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 글라스에 대하여 하기와 같이 물성을 측정하고 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
- 표면 반사율 -
분광 광도계 UV2450 (시마주사) 에 어댑터 MPC2200를 장착하여, 380 내지 780nm의 파장 영역에서 입사각 5°에 대한 출사각 5°에 대한 경면 반사율을 측정하고, 450 내지 650nm의 평균 반사율을 산출하였다.
- 헤이즈 -
헤이즈미터(Suga HZ-1)을 이용하여 헤이즈를 측정하였다.
　 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2 비교예 3
헤이즈(%) 0.1 0.2 0.4 0.3 1.5 1.4 1.4
반사율(%) 0.5 0.6 0.8 0.6 1.5 1.6 2
상기 표 2 및 표 3에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 태양전지 모듈용 반사방지 코팅 조성물은 태양전지 모듈의 유리기판에 적용한 실시예의 경우 헤이즈 및 반사율 등의 반사방지 특성이 탁월할 뿐만 아니라 장시간 사용시에도 광투과율의 저하가 없어 태양전지 모듈의 발전효율을 일정하게 유지시켜주는 효과가 있음을 확인할 수 있다.

Claims (9)

  1. 중공실리카입자에 하기 화학식 1로 표시되는 다관능 실란화합물을 코팅하여서 된 유-무기 중공실리카입자(A), 광개시제(B) 및 용제(C)를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 반사방지 코팅 조성물.
    [화학식 1]
    Figure pat00005

    (상기 화학식 1에서 l은 1 내지 3의 정수이고, R1및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 1내지 10의 지방족 또는 방향족 탄화수소를 나타내고, R3는 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 탄소수 1 내지 15의 지방족 또는 방향족 탄화수소를 나타내며, R4 및 R5는 각각 독립적으로 수소 또는 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 탄소수 1 내지 15의 지방족 또는 방향족 탄화수소를 나타내는 것으로서 상기 R4 및 R5는 서로 연결되어 시클릭 구조를 형성할 수도 있으며, R6는 탄소수 1 내지 30의 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 지방족 또는 방향족 탄화수소이고, X는 관능기수 2 내지 10의 (메타)아크릴레이트기를 포함하는 탄소수 7 내지 80의 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 지방족 또는 방향족 탄화수소를 나타낸다.)
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1의 다관능 실란 화합물은 하기 화학식 2으로 표현되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 반사방지 코팅 조성물.
    [화학식 2]
    Figure pat00006

    (상기 화학식 2에서 l은 1 내지 3의 정수이고, R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 지방족 또는 방향족 탄화수소를 나타내고, R3는 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 탄소수 1 내지 15의 지방족 또는 방향족 탄화수소를 나타내며, R4 및 R5는 각각 독립적으로 수소 또는 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 탄소수 1 내지 15의 지방족 또는 방향족 탄화수소를 나타내는 것으로서 상기 R4 및 R5는 서로 연결되어 시클릭 구조를 형성할 수도 있으며, R7은 탄소수 1 내지 20의 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 지방족 또는 방향족 탄화수소이고, X는 관능기수 2 내지 10의 (메타)아크릴레이트기를 포함하는 탄소수 7 내지 80의 헤테로 원자를 포함하거나 포함하지 않는 지방족 또는 방향족 탄화수소를 나타낸다.)
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 중공실리카입자는 1.17∼1.40의 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 반사방지 코팅 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 반사방지 코팅 조성물 전체 100중량부에 대하여 상기 다관능 실란화합물을 코팅한 유-무기 실리카입자(A) 1 내지 50중량부, 상기 광개시제(B) 0.1 내지 5중량부 및 상기 용제(C) 잔량을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 반사방지 코팅 조성물.
  5. 글라스와; 상기 글라스 상면에 상기 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항의 반사방지 코팅 조성물은 이용하여 형성된 반사방지층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 글라스.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 글라스는 저철분 글라스인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 글라스.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 반사방지층은 강화처리된 것임을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 글라스.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 강화처리는 반사방지 코팅 조성물을 글라스에 코팅한 후 500~700℃ 열처리하고 100℃ 이하에서 냉각하는 것임을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 글라스.
  9. 청구항 5의 태양전지 모듈용 글라스를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
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