KR20110126679A - 태양 전지용 밀봉막 및 이 밀봉막을 사용한 태양 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 도선이나 전극의 녹 발생을 억제함과 함께, 태양 전지의 투명성 및 발전 효율이 우수한 태양 전지용 밀봉막 및 이 밀봉막을 갖는 태양 전지를 제공한다. 에틸렌아세트산비닐 공중합체, 가교제 및 흡착제를 포함하는 태양 전지용 밀봉막이며, 흡착제로서 1.54 이하의 굴절률을 갖는 무기 미립자를, 에틸렌아세트산비닐 공중합체 100질량부에 대하여 0.1 내지 1.5질량부 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지용 밀봉막 및 이 밀봉막을 갖는 태양 전지를 제공한다.
Description
본 발명은 에틸렌-아세트산비닐 공중합체를 주성분으로 하는 태양 전지용 밀봉막 및 이 밀봉막을 사용한 태양 전지에 관한 것으로, 특히 투명성 및 발전 효율이 우수한 태양 전지용 밀봉막 및 태양 전지에 관한 것이다.
최근, 자원의 유효 이용이나 환경 오염의 방지 등의 면에서, 태양광을 직접 전기 에너지로 변환하는 태양 전지가 널리 사용되어, 새로운 개발이 진행되고 있다.
태양 전지는 일반적으로, 도 1에 도시한 바와 같이 유리 기판 등을 포함하는 수광면측 투명 보호 부재(1)와 이면측 보호 부재(백 커버)(2) 사이에 EVA(에틸렌아세트산비닐 공중합체) 필름의 수광면측 밀봉막(3A) 및 이면측 밀봉막(3B)을 개재하여, 실리콘 발전 소자 태양 전지용 셀(4)을 복수 밀봉한 구성으로 되어 있다.
이러한 태양 전지는 수광면측 투명 보호 부재(1), 수광면측 밀봉막(3A), 태양 전지용 셀(4), 이면측 밀봉막(3B) 및 이면측 보호 부재(2)를 이 순서로 적층하고, 가열 가압하여 EVA를 가교 경화시켜 접착 일체화함으로써 제조된다.
태양 전지는 고온 고습이나 비바람에 노출되는 실외 등의 환경 하에서 장기간에 걸쳐 사용되면, 전지 내부에 습기 내지 물이 투과되는 경우가 있다. 이렇게 전지 내부에 침입한 수분은 태양 전지 내부의 도선이나 전극에 도달하여 이들을 부식시켜 녹을 발생시키고, 결과적으로 태양 전지의 발전 효율을 저하시켜 내구성을 열화시킨다.
따라서, 전지 내부의 도선이나 전극의 녹 발생을 방지하여, 태양 전지의 내구성을 향상시키기 위해서, 종래에는 수광면측 투명 보호 부재로서 유리판이 사용되는 등의 대책이 채용되고 있다(예를 들어, 하기 특허문헌 1). 그러나, 이와 같이 하여 태양 전지의 밀봉을 충분히 행했다고 해도, 녹 발생을 방지하여 내구성을 충분히 향상시키지는 못하고 있다.
한편, 태양 전지의 발전 성능을 향상시키기 위해서, 전지 내에 광을 가능한 한 효율적으로 입사시켜 태양 전지용 셀에 집광시키는 것이 강하게 요망되고 있다. 이러한 관점에서, 태양 전지에 사용되는 밀봉막으로서는, 가능한 한 높은 투명성을 갖고, 입사한 태양광을 흡수하거나 반사시키거나 하지 않고, 태양광의 대부분을 투과시키는 것이 바람직하다는 점에서, 무색 투명하며 내수성까지 우수한 EVA 필름이 태양 전지에서 밀봉막으로서 통상 사용되고 있다.
그러나, 이러한 EVA 필름으로서는, 구성 성분으로서 아세트산비닐을 포함하기 때문에, 고온 시의 습기 내지 물의 투과에 의해 경시적으로 가수분해하여 아세트산을 발생하기 쉬운 경향이 있어, 이러한 아세트산이 내부의 도선이나 전극과 접촉하여 녹 발생을 촉진시킨다고 사료된다. 이로 인해, 태양 전지 내부의 녹 발생을 보다 더 방지하기 위해서는, 태양 전지 내부에 있어서의 아세트산과 상기 도선 및 상기 전극의 접촉을 방지하는 것이 가장 효과적이다.
따라서, 하기 특허문헌 2에서는, 태양 전지의 밀봉막 등에 사용되는 투명 필름으로서, 평균 입경이 5㎛ 이하인 수산제(受酸劑)를 0.5질량% 이하 포함하는 EVA 필름이 개시되어 있다. 수산제를 포함하는 EVA 필름에 의하면, 필름으로부터의 아세트산의 발생을 억제하여, 태양 전지의 내구성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
본 발명자의 검토에 의하면, 수산제로서 MgO, ZnO 등의 금속 산화물을 사용한 경우, 아세트산 등의 카르복실산의 발생을 억제할 수는 있지만, EVA 필름의 투명성이 저하되어, 외관 불량, 발전 효율의 저하를 초래하는 경우가 있는 것이 명확해졌다.
따라서, 본 발명의 목적은 도선이나 전극의 녹 발생을 억제함과 함께, 태양 전지의 투명성 및 발전 효율까지 우수한 태양 전지용 밀봉막을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 목적은 투명성 및 발전 효율이 우수한 태양 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적은,
에틸렌아세트산비닐 공중합체, 가교제 및 흡착제를 포함하는 태양 전지용 밀봉막이며, 흡착제로서 1.54 이하의 굴절률을 갖는 무기 미립자를, 에틸렌아세트산비닐 공중합체 100질량부에 대하여 0.1 내지 1.5질량부 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지용 밀봉막에 의해 달성할 수 있다.
본 발명의 태양 전지용 밀봉막의 바람직한 형태를 이하에 열기한다.
(1) 무기 미립자의 굴절률이 1.45 내지 1.54의 범위에 있다. EVA 필름의 투명성의 저하를 억제할 수 있다.
(2) 무기 미립자의 pH가 9.0 이상이다. 발생하는 아세트산을 포착하기 쉽다.
(3) 무기 미립자가, 양전하의 가수(價數)가 상이한 2종 이상의 금속을 포함하는 복합 금속 화합물의 미립자이다. 복합 금속 화합물의 2종의 금속이 Mg 및 Al인 것이 바람직하고, Al에 대한 Mg의 몰비가 2 내지 3의 범위에 있는 것이 바람직하다. 양호한 흡착 작용을 가짐과 함께, EVA 필름의 투명성의 저하를 억제할 수 있다.
(4) 무기 미립자가 천연 또는 합성 히드로탈사이트(hydrotalcite)이다. 양호한 흡착 작용을 가짐과 함께, EVA 필름의 투명성의 저하를 억제할 수 있다.
(5) 히드로탈사이트가 하기 화학식:
으로 표현되는 히드로탈사이트이다.
(6) 흡착제를, 에틸렌아세트산비닐 공중합체 100질량부에 대하여 0.1 내지 1.0질량부 포함한다.
(7) 에틸렌아세트산비닐 공중합체에 있어서의 아세트산비닐의 함유량이, 상기 에틸렌아세트산비닐 공중합체 100질량부에 대하여 5 내지 50질량부이다.
(8) 가교제를, 에틸렌/아세트산비닐 공중합체 100질량부에 대하여 0.1 내지 5.0질량부 함유하고 있다.
또한 본 발명은, 본 발명의 태양 전지 밀봉막을 사용한 것을 특징으로 하는 태양 전지에 관한 것이다.
본 발명의 태양 전지용 밀봉막은 에틸렌/아세트산비닐 공중합체(EVA)를 주성분으로 하는 밀봉막이며, 흡착제로서 굴절률 1.54 이하의 무기 미립자를 소정의 함유량으로 포함하고 있다. 이러한 밀봉막을 사용한 태양 전지는, 굴절률 1.54를 초과하는 무기 미립자(예를 들어 일반적인 수산제)를 포함하는 밀봉막에 대해서도 투명성의 저하를 억제할 수 있기 때문에, 발전 효율의 저하도 억제할 수 있다. 또한, 고온 고습 시에 밀봉막의 가수분해에 의한 아세트산 등의 카르복실산을 흡착할 수 있기 때문에, 전극이나 도선의 녹 발생을 억제할 수 있다. 이로 인해, 장기 사용 시의 발전 효율의 저하가 억제된 태양 전지를 제공할 수 있다.
도 1은 일반적인 태양 전지의 단면도를 도시한 것이다.
본 발명의 태양 전지용 밀봉막은 에틸렌/아세트산비닐 공중합체(EVA)를 주성분으로 하고, 특정한 흡착제를 포함하는 것이다. 본 발명의 태양 전지용 밀봉막은 상술한 도 1에 도시한 밀봉막(3A, 3B)으로서 사용된다.
밀봉막에는 태양 전지용 셀에 대한 입사광을 많이 입사시키기 위하여 높은 투명도(낮은 헤이즈)를 갖고 있는 것이 바람직하고, 수광면측에 배치되는 수광면측 밀봉막에는 특히 높은 투명도를 갖는 것이 요구된다. 따라서, 밀봉막의 투명성의 저하를 억제하기 위해서, 본 발명에서는 밀봉막 중에 흡착제로서의, 굴절률이 1.54 이하(바람직하게는 1.45 내지 1.54의 범위)인 무기 미립자를 함유시키고 있다. 이러한 굴절률을 갖는 흡착제를 사용함으로써, (사용하는 EVA의 굴절률에 가깝다는 점에서) 투명성의 저하를 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명의 태양 전지용 밀봉막은 도선이나 전극의 녹 발생을 억제함과 함께, 태양 전지의 투명성 및 발전 효율에 있어서도 우수하고, 또한 장기간에 걸쳐 이들 특성을 양호한 상태로 유지할 수 있는 것이다.
본 발명의 흡착제는 굴절률이 1.54 이하(바람직하게는 1.45 내지 1.54의 범위)인 무기 미립자이다. 상기 무기 미립자는 일반적으로 아세트산 등의 산을 흡착, 흡수하는 기능을 갖는다. 상기 무기 미립자는 pH가 9.0 이상(특히 9.0 내지 10)을 갖는 것이 바람직하고, 이에 의해 태양 전지 내에서 발생하는 아세트산을 흡착하기 쉽다.
이러한 무기 미립자는 일반적으로 양전하의 가수가 상이한 적어도 2종의 금속을 포함하는 복합 금속 화합물의 미립자이다. 복합 금속 화합물의 2종의 금속이 Mg 및 Al이다. Al에 대한 Mg의 몰비가 2 내지 3의 범위에 있다.
상기 무기 미립자의 바람직한 예로서는, 천연 또는 합성 히드로탈사이트를 들 수 있다. 천연 히드로탈사이트는, 하기 화학식 I이다.
<화학식 I>
상기 화학식 I에 있어서, M1이 Mg2 +, Fe2 +, Ca2 +, Ni2 +, Co2 + 또는 Cu2 +를 나타내고, M2가 Al3 +, Fe3 + 또는 Mn3 +를 나타내고, X가 2 내지 5의 범위의 수를 나타내고, n이 0 이상이다. 천연 히드로탈사이트는 층상 구조를 갖고, 층간에 음이온(예, 카르복실산 이온)을 도입할 수 있다. M1이 Mg2 +를 나타내고, M2가 Al3 +인 것이 바람직하다. Al에 대한 Mg의 몰비가 2 내지 3의 범위에 있는 것이 바람직하다.
합성 히드로탈사이트는 하기 화학식 II이다.
<화학식 II>
상기 화학식 II에 있어서, M1이 Mg2 +, Fe2 +, Ca2 +, Ni2 +, Co2 +, Cu2 +를 나타내고, M2가 Al3 +, Fe3 +, Mn3 +를 나타내고, Y가 4 내지 7의 범위의 수를 나타내고, Z가 2 내지 3의 범위의 수를 나타내고, m이 10 내지 18의 수이며, n이 0 이상이다. 합성 히드로탈사이트도 층상 구조를 갖고, 층간에 음이온(예, 카르복실산 이온)을 도입할 수 있다. M1이 Mg2 +를 나타내고, M2가 Al3 +인 것이 바람직하다. Al에 대한 Mg의 몰비가 2 내지 3의 범위에 있는 것이 바람직하다. 특히 화학식
으로 표현되는 히드로탈사이트가 바람직하다.
시판되고 있는 합성 히드로탈사이트로서는, 상품명 HT-P(사까이 가가꾸(주)제; Mg4 .5Al2(OH)13CO3·3.5H2O, 평균 입경 0.5㎛, 굴절률 1.51, pH=9.5) 및 상품명 DHT-4A(교와 가가꾸 고교(주)제; Mg4 .3Al2(OH)12CO3·H2O, 평균 입경 0.5㎛, 굴절률 1.51, pH=9.5) 등을 들 수 있다. 특히, 전자는 헤이즈가 낮아 유용하다.
상기 특정한 무기 미립자 외에, 필요에 따라 다른 흡착제(일반적으로 수산제로서 사용되고 있는 것), 예를 들어 금속 산화물, 금속 수산화물, 금속 탄산화물 또는 복합 금속 수산화물을 부차적으로 사용해도 좋다. 예를 들어, 산화마그네슘, 산화칼슘, 수산화마그네슘, 수산화칼슘, 수산화바륨, 탄산마그네슘, 탄산바륨, 탄산칼슘, 붕산칼슘, 스테아르산아연, 프탈산칼슘, 아인산칼슘, 산화아연, 규산칼슘, 규산마그네슘, 붕산마그네슘, 메타붕산마그네슘, 메타붕산칼슘, 메타붕산바륨 등의 주기율표 제2족 금속의 산화물, 수산화물, 탄산염, 카르복실산염, 규산염, 붕산염, 아인산염, 메타붕산염 등; 산화주석, 염기성 탄산주석, 스테아르산주석, 염기성 아인산주석, 염기성 아황산주석, 사산화삼납, 산화규소, 스테아르산규소 등의 주기율표 제14족 금속의 산화물, 염기성 탄산염, 염기성 카르복실산염, 염기성 아인산염, 염기성 아황산염 등; 산화아연, 산화알루미늄, 수산화알루미늄, 수산화철; 수산화알루미늄 겔 화합물; 등을 들 수 있다.
본 발명의 밀봉막에 있어서의 본 발명의 흡착제(무기 미립자)의 함유량은, 밀봉막에 포함되는 에틸렌아세트산비닐 공중합체 100질량부에 대하여 0.1 내지 1.5질량부이다. 무기 미립자의 함유량은 에틸렌아세트산비닐 공중합체 100질량부에 대하여 0.2 내지 1.0질량부가 바람직하고, 0.3 내지 0.7질량부인 것이 더 바람직하다. 상기 흡착제의 함유량이 1.5질량부를 초과하면 밀봉막의 투명도가 저하될 우려가 있고, 0.1질량부 미만이면 흡착제에 의한 충분한 산 흡착 특성을 얻지 못할 우려가 있다.
본 발명의 밀봉막은 에틸렌아세트산비닐 공중합체를 포함하지만, 에틸렌아세트산비닐 공중합체 이외에 필요에 따라, 폴리비닐포르말, 폴리비닐부티랄(PVB 수지), 변성 PVB 등의 폴리비닐아세탈계 수지, 염화비닐 수지를 부차적으로 병용해도 좋다. 그러나, 밀봉막에는 에틸렌아세트산비닐 공중합체만을 사용하는 것이 바람직하다.
밀봉막은 에틸렌아세트산비닐 공중합체에 있어서의 아세트산비닐의 함유량이, 에틸렌아세트산비닐 공중합체 100질량부에 대하여 5 내지 50질량부, 특히 10 내지 40질량부의 범위에 있는 것이 바람직하다. 아세트산비닐의 함유량이 5질량부 미만이면 고온에서 가교 경화시킨 경우에 얻어지는 수지막의 투명도가 충분하지 못할 우려가 있고, 50질량부를 초과하면 아세트산 등이 발생하기 쉬워질 우려가 있다.
밀봉막의 두께는 특별히 제한되지 않고, 일반적으로 50㎛ 내지 2mm의 범위다.
밀봉막은 일반적으로 흡착제 및 에틸렌아세트산비닐 공중합체 외에 가교제도 포함하고 있다. 가교제로서는, 유기 과산화물 또는 광중합 개시제를 사용하는 것이 바람직하다. 그 중에서도, 접착력, 투명성, 내습성, 내관통성의 온도 의존성이 개선된 중간막이 얻어지는 점에서, 유기 과산화물을 사용하는 것이 바람직하다.
유기 과산화물로서는, 100℃ 이상의 온도에서 분해하여 라디칼을 발생시키는 것이면 어떤 것이든 사용할 수 있다. 유기 과산화물은 일반적으로 성막 온도, 조성물의 조정 조건, 경화 온도, 피착체의 내열성, 저장 안정성을 고려하여 선택된다. 특히, 반감기 10시간의 분해 온도가 70℃ 이상인 것이 바람직하다.
유기 과산화물로서는, 수지의 가공 온도·저장 안정성의 관점에서 예를 들어, 벤조일퍼옥시드계 경화제, tert-헥실퍼옥시피발레이트, tert-부틸퍼옥시피발레이트, 3,5,5-트리메틸헥사노일퍼옥시드, 디-n-옥타노일퍼옥시드, 라우로일퍼옥시드, 스테아로일퍼옥시드, 1,1,3,3-테트라메틸부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, 숙신산퍼옥시드, 2,5-디메틸-2,5-디(2-에틸헥사노일퍼옥시)헥산, 1-시클로헥실-1-메틸에틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, tert-헥실퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, 벤조일퍼옥시드, 2,5-디메틸헥실-2,5-비스퍼옥시벤조에이트, p-클로로벤조일퍼옥시드, m-톨루오일퍼옥시드, 2,4-디클로로벤조일퍼옥시드, t-부틸퍼옥시벤조에이트, 4-메틸벤조일퍼옥시드, tert-부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, m-톨루오일+벤조일퍼옥시드, 벤조일퍼옥시드, 1,1-비스(tert-부틸퍼옥시)-2-메틸시클로헥사네이트, 1,1-비스(tert-헥실퍼옥시)-3,3,5-트리메틸시클로헥사네이트, 1,1-비스(tert-헥실퍼옥시)시클로헥사네이트, 1,1-비스(tert-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸시클로헥사네이트, 1,1-비스(tert-부틸퍼옥시)시클로헥사네이트, 2,2-비스(4,4-디-tert-부틸퍼옥시시클로헥실)프로판, 1,1-비스(tert-부틸퍼옥시)시클로도데칸, tert-헥실퍼옥시이소프로필모노카르보네이트, tert-부틸퍼옥시말레산, tert-부틸퍼옥시-3,3,5-트리메틸헥사노에이트, tert-부틸퍼옥시라우레이트, 2,5-디메틸-2,5-디(메틸벤조일퍼옥시)헥산, tert-부틸퍼옥시이소프로필모노카르보네이트, tert-부틸퍼옥시-2-에틸헥실모노카르보네이트, tert-헥실퍼옥시벤조에이트, 2,5-디-메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산 등의 디알킬퍼옥시드 등을 들 수 있다.
2,5-디-메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산 등의 디알킬퍼옥시드가 가교 온도에서의 분해 가스의 생성이 적어 바람직하다.
밀봉막에 있어서, 유기 과산화물의 함유량은 에틸렌아세트산비닐 수지 100질량부에 대하여 바람직하게는 0.1 내지 2질량부, 보다 바람직하게는 0.2 내지 1.5질량부인 것이 바람직하다. 유기 과산화물의 함유량은, 적으면 얻어지는 밀봉막의 투명성이 저하될 우려가 있고, 많아지면 공중합체와의 상용성이 나빠질 우려가 있다.
또한, 광중합 개시제로서는, 공지의 어떤 광중합 개시제라도 사용할 수 있지만, 배합 후의 저장 안정성이 좋은 것이 바람직하다. 이러한 광중합 개시제로서는, 예를 들어 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤, 2-메틸-1-(4-(메틸티오)페닐)-2-모르폴리노프로판-1 등의 아세토페논계, 벤질디메틸케탈 등의 벤조인계, 벤조페논, 4-페닐벤조페논, 히드록시벤조페논 등의 벤조페논계, 이소프로필티오크산톤, 2-4-디에틸티오크산톤 등의 티오크산톤계, 그 외 특수한 것으로서는, 메틸페닐글리옥실레이트 등을 사용할 수 있다. 특히 바람직하게는, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤, 2-메틸-1-(4-(메틸티오)페닐)-2-모르폴리노프로판-1, 벤조페논 등을 들 수 있다. 이들 광중합 개시제는 필요에 따라 4-디메틸아미노벤조산과 같은 벤조산계 또는 제3급 아민계 등의 공지 관용의 광중합 촉진제의 1종 또는 2종 이상을 임의의 비율로 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 광중합 개시제만의 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합으로 사용할 수 있다.
밀봉막에 있어서, 광중합 개시제의 함유량은 에틸렌아세트산비닐 수지 100질량부에 대하여 0.5 내지 5.0질량부인 것이 바람직하다.
본 발명의 밀봉막은 막의 다양한 물성(기계적 강도, 접착성, 투명성 등의 광학적 특성, 내열성, 내광성, 가교 속도 등)의 개량 혹은 조정, 특히 기계적 강도의 개량을 위하여, 필요에 따라 가소제, 접착 향상제, 아크릴옥시기 함유 화합물, 메타크릴옥시기 함유 화합물 및／또는 에폭시기 함유 화합물 등 가교 보조제 등의 각종 첨가제를 더 포함하고 있어도 좋다.
상기 가소제로서는, 특별히 한정되는 것은 아니나, 일반적으로 다염기산의 에스테르, 다가 알코올의 에스테르가 사용된다. 그의 예로서는, 디옥틸프탈레이트, 디헥실아디페이트, 트리에틸렌글리콜-디-2-에틸부티레이트, 부틸세바케이트, 테트라에틸렌글리콜디헵타노에이트, 트리에틸렌글리콜디펠라고네이트를 들 수 있다. 가소제는 1종을 사용해도 좋고, 2종 이상 조합하여 사용해도 좋다. 가소제의 함유량은 EVA 100질량부에 대하여 5질량부 이하의 범위가 바람직하다.
상기 접착 향상제는 실란 커플링제를 사용할 수 있다. 예를 들어 γ-클로로프로필트리메톡시실란; 비닐트리클로로실란; 비닐트리에톡시실란; 비닐-트리스-(β-메톡시에톡시)실란; γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란; β-(3,4-에톡시시클로헥실)에틸트리메톡시실란; γ-글리시독시프로필트리메톡시실란; 비닐트리아세톡시실란; γ-머캅토프로필트리메톡시실란; γ-아미노프로필트리메톡시실란; N-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란 등을 들 수 있다. 이들 실란 커플링제는 EVA 100질량부에 대하여 5질량부 이하, 바람직하게는 0.1 내지 2질량부로 사용된다.
상기 아크릴옥시기 함유 화합물 및 상기 메타크릴옥시기 함유 화합물로서는, 일반적으로 아크릴산 혹은 메타크릴산 유도체이며, 예를 들어 아크릴산 혹은 메타크릴산의 에스테르나 아미드를 들 수 있다. 에스테르 잔기의 예로서는, 메틸, 에틸, 도데실, 스테아릴, 라우릴 등의 직쇄상의 알킬기, 시클로헥실기, 테트라히드르 푸르푸릴기, 아미노에틸기, 2-히드록시에틸기, 3-히드록시프로필기, 3-클로로-2-히드록시프로필기를 들 수 있다. 아미드의 예로서는, 디아세톤아크릴아미드를 들 수 있다. 또한, 에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨 등의 다가 알코올과 아크릴산 혹은 메타크릴산의 에스테르도 들 수 있다.
상기 에폭시 함유 화합물로서는, 트리글리시딜트리스(2-히드록시에틸)이소시아누레이트, 네오펜틸글리콜디글리시딜에테르, 1,6-헥산디올디글리시딜에테르, 알릴글리시딜에테르, 2-에틸헥실글리시딜에테르, 페닐글리시딜에테르, 페놀(에틸렌 옥시)5글리시딜에테르, p-t-부틸페닐글리시딜에테르, 아디프산디글리시딜에스테르, 프탈산디글리시딜에스테르, 글리시딜메타크릴레이트, 부틸글리시딜에테르를 들 수 있다.
상기 아크릴옥시기 함유 화합물, 상기 메타크릴옥시기 함유 화합물 또는 상기 에폭시기 함유 화합물은 각각 EVA 100질량부에 대하여 각각 일반적으로 0.5 내지 5.0질량부, 특히 1.0 내지 4.0질량부 포함되어 있는 것이 바람직하다.
가교 보조제(상기 아크릴옥시기 함유 화합물 이외의 것)로서는, 공지의 것으로서 트리알릴시아누레이트; 트리알릴이소시아누레이트 등의 3관능의 가교 보조제 외에, (메트)아크릴에스테르(예, NK 에스테르 등)의 2관능의 가교 보조제 등도 들 수 있다. 이들 가교 보조제는 EVA 100질량부에 대하여 일반적으로 10질량부 이하, 바람직하게는 0.1 내지 5질량부로 사용된다.
또한, 본 발명의 태양 전지용 밀봉막은 자외선 흡수제, 광 안정제 및 노화 방지제를 포함하고 있어도 좋다.
자외선 흡수제로서는, 특별히 제한되지 않지만, 2-히드록시-4-메톡시벤조페논, 2-히드록시-4-n-도데실옥시벤조페논, 2,4-디히드록시벤조페논, 2,2'-디히드록시-4-메톡시벤조페논, 2-히드록시-4-n-옥톡시벤조페논 등의 벤조페논계 자외선 흡수제를 바람직하게 들 수 있다. 또한, 상기 벤조페논계 자외선 흡수제의 배합량은 EVA 100질량부에 대하여 0.01 내지 5질량부인 것이 바람직하다.
광 안정제로서는 힌더드 아민계라고 불리는 광 안정제를 사용하는 것이 바람직한데, 예를 들어 LA-52, LA-57, LA-62, LA-63, LA-63p, LA-67, LA-68(모두 (주)아데카제), 티누빈(Tinuvin) 744, 티누빈 770, 티누빈 765, 티누빈 144, 티누빈 622LD, 치마소르브(CHIMASSORB) 944LD(모두 시바 스페셜리티 케미컬스사제), UV-3034(B.F.굿리치사제) 등을 들 수 있다. 또한, 상기 광 안정제는 단독으로 사용해도 좋고, 2종 이상 조합하여 사용해도 좋은데, 그의 배합량은 EVA 100질량부에 대하여 0.01 내지 5질량부인 것이 바람직하다.
노화 방지제로서는, 예를 들어 N,N'-헥산-1,6-디일비스〔3-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐)프로피온아미드〕 등의 힌더드 페놀계 산화 방지제, 인계 열안정제, 락톤계 열안정제, 비타민 E계 열안정제, 황계 열안정제 등을 들 수 있다.
본 발명의 밀봉막은 에틸렌아세트산비닐 공중합체, 흡착제, 가교제 및 필요에 따라 그 밖의 첨가제를 포함하는 수지 조성물을 사용하여, 공지의 방법에 준하여 성막함으로써 얻어진다. 예를 들어, 상기 수지 조성물을, 압출 성형 등을 사용하여 가열 압연함으로써 성막하는 방법 등을 사용할 수 있다. 가열은 가교제가 분해되지 않을 정도로 행하는 것이 바람직한데, 일반적으로 50 내지 90℃의 범위이다.
본 발명의 태양 전지의 구조는 상술한 본 발명의 태양 전지용 밀봉막을 사용하고 있으면, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 수광면측 투명 보호 부재와 이면측 보호 부재 사이에, 본 발명의 태양 전지용 밀봉막을 개재시켜 가교 일체화시킴으로써 태양 전지용 셀을 밀봉시킨 구조 등을 들 수 있다. 이 경우, 본 발명에 의한 태양 전지용 밀봉막은 태양 전지에 있어서 태양 전지용 셀의 수광면측 및／또는 이면측에 배치되는 밀봉막으로서 사용된다.
또한, 본 발명에 있어서, 「이면측」이란 태양 전지용 셀의 수광면에 대하여 반대측의 면을 의미한다.
태양 전지를 제조하기 위해서는, 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같이, 수광면측 투명 보호 부재(1), 수광면측 밀봉막(3A), 태양 전지용 셀(4), 이면측 밀봉막(3B) 및 이면측 보호 부재(2)를 적층하고, 적층체를 통상의 방법에 따라 진공 라미네이터에 의해 온도 135 내지 180℃, 나아가 140 내지 170℃, 특히 140 내지 160℃, 탈기 시간 0.1 내지 5분, 프레스 압력 0.1 내지 1.5kg/㎠, 프레스 시간 5 내지 15분으로 가열 압착하면 된다. 이 가열 가압 시에, 수광면측 밀봉막(3A) 및 이면측 밀봉막(3B)에 포함되는 에틸렌아세트산비닐 공중합체를 가교시킴으로써, 수광면측 밀봉막(3A) 및 이면측 밀봉막(3B)을 개재하여, 수광면측 투명 보호 부재(1), 이면측 투명 부재(2) 및 태양 전지용 셀(4)을 일체화시켜, 태양 전지용 셀(4)을 밀봉할 수 있다.
또한, 본 발명의 태양 전지용 밀봉막은 도 1에 도시된 바와 같은 단결정 또는 다결정의 실리콘 결정계의 태양 전지 셀을 사용한 태양 전지뿐만 아니라, 박막 실리콘계, 박막 비정질 실리콘계 태양 전지, 셀렌화동인듐(CIS)계 태양 전지 등의 박막 태양 전지의 밀봉막으로도 사용할 수도 있다. 이 경우는, 예를 들어 유리 기판, 폴리이미드 기판, 불소 수지계 투명 기판 등의 수광면측 투명 보호 부재의 표면 상에 화학 기상 증착법 등에 의해 형성된 박막 태양 전지 소자층 상에 본 발명의 태양 전지용 밀봉막, 이면측 보호 부재를 적층하고 접착 일체화시킨 구조, 이면측 보호 부재의 표면 상에 형성된 태양 전지 소자 상에 본 발명의 태양 전지용 밀봉막, 수광면측 투명 보호 부재를 적층하고 접착 일체화시킨 구조, 또는 수광면측 투명 보호 부재, 수광면측 밀봉막, 박막 태양 전지 소자, 이면측 밀봉막 및 이면측 보호 부재를 이 순서로 적층하고 접착 일체화시킨 구조 등을 들 수 있다.
본 발명에 있어서, 이면측 밀봉막은 착색제를 더 포함하고 있는 것이 바람직하다. 이면측 밀봉막으로서 착색제를 포함하는 것을 사용하면, 이면측 밀봉막과 수광면측 밀봉막의 계면에서의 광의 반사나 착색제에 의한 난반사에 의해, 태양 전지용 셀끼리의 사이에 입사한 광이나 셀을 통과한 광을 난반사시켜, 다시 셀에 입사시킬 수 있게 되어, 태양 전지에 입사한 광의 이용 효율이 높아져 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 태양 전지에 사용되는 수광면측 투명 보호 부재는 통상 규산염 유리 등의 유리 기판인 것이 좋다. 유리 기판의 두께는 0.1 내지 10mm가 일반적이고, 0.3 내지 5mm가 바람직하다. 유리 기판은 일반적으로 화학적으로나 혹은 열적으로 강화시킨 것이어도 좋다.
본 발명에서 사용되는 이면측 보호 부재는 PET 등의 플라스틱 필름이지만, 내열성을 고려하여 불화 폴리에틸렌 필름이 바람직하다.
또한, 본 발명의 태양 전지(박막 태양 전지를 포함함)는 상술한 바와 같이, 수광면측 및／또는 이면측에 사용되는 밀봉막에 특징을 갖는다. 따라서, 수광면측 투명 보호 부재, 이면측 보호 부재 및 태양 전지용 셀 등의 상기 밀봉막 이외의 부재에 대해서는, 종래 공지의 태양 전지와 마찬가지의 구성을 갖고 있으면 되며, 특별히 제한되지 않는다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예에 의해 설명한다. 본 발명이 이하의 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[실시예 1]
EVA(EVA 100질량부에 대한 아세트산비닐의 함유량: 25질량부); 100질량부
가교제(2,5-디메틸-2,5-비스(t-부틸퍼옥시)헥산); 0.6질량부
가교 보조제(트리알릴이소시아누레이트); 1질량부
첨가제(γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란); 0.5질량부
합성 히드로탈사이트(Mg4 .5Al2(OH)13CO3·3.5H2O, 평균 입경 0.5㎛, 굴절률 1.51, pH=9.5, 상품명 HT-P, 사까이 가가꾸(주)제); 0.1질량부
상기의 밀봉막의 배합을 롤밀에 공급하고, 80℃에서 혼련하여 수지 조성물을 제조했다. 얻어진 수지 조성물을 100℃에서 캘린더 성형하고, 방냉 후, 두께 0.6mm의 밀봉막을 얻었다.
[실시예 2 내지 7]
실시예 1에 있어서, 밀봉막의 배합의 합성 히드로탈사이트(HT-P)를 표 1에 나타낸 배합량(0.2 내지 1.5질량부)으로 사용한 것 이외는 마찬가지로 하여 밀봉막을 얻었다.
[실시예 8 내지 9]
실시예 1에 있어서, 밀봉막의 배합의 합성 히드로탈사이트로서, Mg4.3Al2(OH)12CO3·H2O(평균 입경 0.5㎛, 굴절률 1.51, pH=9.5, 상품명 DHT-4A, 교와 가가꾸 고교(주)제)를 표 1에 나타낸 배합량(0.5 내지 0.7질량부)으로 사용한 것 이외는 마찬가지로 하여 밀봉막을 얻었다.
[비교예 1]
실시예 1에 있어서, 밀봉막의 배합의 합성 히드로탈사이트를 사용하지 않은 것 이외는 마찬가지로 하여 밀봉막을 얻었다.
[비교예 2]
실시예 1에 있어서, 밀봉막의 배합의 합성 히드로탈사이트(HT-P)를 6.0질량부로 사용한 것 이외는 마찬가지로 하여 밀봉막을 얻었다.
[비교예 3]
실시예 1에 있어서, 밀봉막의 배합의 합성 히드로탈사이트 대신 산화마그네슘(평균 입경 0.7㎛, 굴절률 1.7)을 0.5질량부로 사용한 것 이외는 마찬가지로 하여 밀봉막을 얻었다.
[비교예 4]
실시예 1에 있어서, 밀봉막의 배합의 합성 히드로탈사이트 대신 산화아연(평균 입경 0.3㎛, 굴절률 1.95)을 0.5질량부로 사용한 것 이외는 마찬가지로 하여 밀봉막을 얻었다.
(밀봉막 및 태양 전지의 평가)
상기에서 제작한 밀봉막 및 태양 전지의 평가를 하기 수순에 따라 행하였다.
1. 아세트산 발생량의 측정
(1) 유리판(두께 3mm)으로 이루어지는 수광면측 투명 보호 부재(1)와, 불화 폴리에틸렌 필름(두께 50㎛)으로 이루어지는 이면측 보호 부재(2) 사이에 얻어진 밀봉막(0.6mm)을 끼워 적층하고, 진공 라미네이터를 사용하여 90℃에서 가압착한 후, 오븐(155℃)에서 20분간 가교시켰다.
(2) 가교 후, 온도 121℃, 습도 100%RH의 환경에 240시간 방치하고, 하기와 같이 하여 아세트산 발생량을 측정했다.
(3) 시험 종료 후의 적층체로부터 밀봉막을 꺼내어, 밀봉막 0.5g을 실온(25℃)의 아세톤(2.0㎖)에 48시간 침지하여, 아세톤 추출액에 포함되는 아세트산량(ppm)을 가스 크로마토그래피에 의해 정량했다.
2. 광학 특성의 측정
(1) 백색 유리판(두께 3mm) 2매 사이에 얻어진 밀봉막(0.6mm)을 끼워 적층하고, 진공 라미네이터를 사용하여 90℃에서 가압착한 후, 오븐(155℃)에서 45분간 가교시켰다.
(2) 헤이즈
JIS K 7136(2000년)에 따라, (1)의 적층체의 헤이즈값(%)을 측정했다. 그 때, 탁도계(닛본 덴쇼꾸 고교(주)제, NDH-2000형)를 사용했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(3) 전광선 투과율
분광 광도계(히타치 세이사꾸쇼(주)제, U-4000)를 사용하여, (1)의 적층체의 두께 방향의 전광선 투과율을 측정했다.
결과를 표 1에 나타낸다.
표 1에 나타낸 결과로부터, 본 발명의 태양 전지용 밀봉막을 사용한 태양 전지에 의하면, 아세트산의 발생을 억제하면서, 우수한 투명성을 확보하고 있다. 이로 인해, 본 발명의 태양 전지는 높은 발전 효율을 갖는 것을 알았다.
1: 수광면측 투명 보호 부재
2: 이면측 보호 부재
3A: 수광면측 밀봉막
3B: 이면측 밀봉막
4: 태양 전지용 셀
2: 이면측 보호 부재
3A: 수광면측 밀봉막
3B: 이면측 밀봉막
4: 태양 전지용 셀
Claims (12)
- 에틸렌아세트산비닐 공중합체, 가교제 및 흡착제를 포함하는 태양 전지용 밀봉막이며,
흡착제로서 1.54 이하의 굴절률을 갖는 무기 미립자를, 에틸렌아세트산비닐 공중합체 100질량부에 대하여 0.1 내지 1.5질량부 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지용 밀봉막. - 제1항에 있어서, 무기 미립자의 굴절률이 1.45 내지 1.54의 범위에 있는 태양 전지용 밀봉막.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 무기 미립자의 pH가 9.0 이상인 태양 전지용 밀봉막.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 무기 미립자가, 양전하의 가수(價數)가 상이한 2종 이상의 금속을 포함하는 복합 금속 화합물의 미립자인 태양 전지용 밀봉막.
- 제4항에 있어서, 복합 금속 화합물의 2종의 금속이 Mg 및 Al인 태양 전지용 밀봉막.
- 제5항에 있어서, Al에 대한 Mg의 몰비가 2 내지 3의 범위에 있는 태양 전지용 밀봉막.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 무기 미립자가 천연 또는 합성 히드로탈사이트(hydrotalcite)인 태양 전지용 밀봉막.
- 제7항에 있어서, 히드로탈사이트가 하기 화학식으로 표시되는 히드로탈사이트인 태양 전지용 밀봉막.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 흡착제를, 에틸렌아세트산비닐 공중합체 100질량부에 대하여 0.2 내지 1.0질량부 포함하는 태양 전지용 밀봉막.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 에틸렌아세트산비닐 공중합체에 있어서의 아세트산비닐의 함유량이, 상기 에틸렌아세트산비닐 공중합체 100질량부에 대하여 5 내지 50질량부인 태양 전지용 밀봉막.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 가교제를, 에틸렌/아세트산비닐 공중합체 100질량부에 대하여 0.1 내지 5.0질량부 함유하고 있는 태양 전지용 밀봉막.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 태양 전지 밀봉막을 사용한 것을 특징으로 하는 태양 전지.
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