KR20120048005A - 태양광 모듈을 위한 봉입 물질로서의 ｅｖｍ 과립화 물질, 그의 제조 방법, 접착 호일, 및 태양광 모듈, 그의 제조 방법 및 제조 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 첨가제로서 하나 이상의 자외선 활성화제 및 하나 이상의 실란 커플링제를 포함하는, 태양광 모듈을 위한 봉입 물질로서의, α-올레핀-비닐 아세테이트 공중합체의 총 중량을 기준으로 40 중량% 초과의 비닐 아세테이트 함량을 갖는 α-올레핀-비닐 아세테이트 공중합체로 이루어진 과립화 물질, 및 태양광 모듈을 위한 필름의 제조에 있어서의 그의 용도에 관한 것이다.
Description
본 발명은, 태양광 모듈을 위한 봉입 물질로서의, α-올레핀-비닐 아세테이트 공중합체의 총 중량을 기준으로 40 중량% 이상의 비닐 아세테이트 함량을 갖는 α-올레핀-비닐 아세테이트 공중합체의 펠릿, 그의 제조 방법, 접착 필름 및 태양광 모듈, 및 그의 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것이다.
태양광을 전기 에너지로 직접 전환시키는 태양광 모듈의 도움을 받아, 천연 자원을 활용하여 전력을 발생시킨다. 태양광 모듈의 가장 중요한 구성성분은 태양 전지이다.
태양광 모듈은 흔히 옥외 영역에서, 예를 들어 건물 상에서 사용된다. 따라서 태양광 모듈 내에 존재하는 태양 전지는 주변 영향으로부터 보호되어야 한다. 침투한 수분은 부식을 유발하여 태양 전지 및 따라서 태양광 모듈의 수명을 크게 단축시킬 수 있기 때문에, 태양 전지의 영구 캡슐화(봉입)가 특히 중요하다. 태양 전지를 캡슐화하는데 사용되는 물질은 태양광에 대해 투명해야 함과 동시에 태양광 모듈을 저비용으로 제조할 수 있게 해야 한다. 종래 기술에서 태양 전지를 봉입하는데 흔히 사용되는 물질은 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체이다.
예를 들어, WO-A-97/22637은 자외선광에 대한 흡수제 성분을 갖지 않고 중합체 성분 및 가교제로부터 형성된 본질적으로 투명한 무색 봉입 물질에 관한 것이다. WO-A-97/22637에 따라 사용되는 중합체 성분은 바람직하게는 에틸렌-비닐 아세테이트이다. WO-A-97/22637의 실시예 1에 따르면, 67 중량%의 에틸렌과 33 중량%의 비닐 아세테이트로부터 형성된 랜덤 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체가 사용된다.
EP 1 164 167 A1에는 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체(EVA), 가교제 및 중합 억제제를 포함하는 캡슐화 물질이 개시되어 있다. EP 1 164 167 A1에 따르면, EVA는 5 내지 50 중량%의 비닐 아세테이트 함량을 갖는다. EP 1 164 167 A1에 따르면, 50 중량% 초과의 함량에서는, EVA의 기계적 성질은 나빠지고, EVA 필름을 제조하기가 어려워진다. EP 1 164 167 A1에서 사용되는 EVA의 제조 공정에 관해서는, EP 1 164 167 A1에는 세부사항이 기술되어 있지 않다. EP 1 164 167 A1의 실시예 1 및 2에 따르면, 26 중량%의 비닐 아세테이트를 갖는 EVA 공중합체가 사용된다.
EP 1 184 912 A1은 마찬가지로, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체(EVA)로부터 형성된, 태양 전지를 위한 봉입 물질에 관한 것이다. EP 1 184 912 A1에 따르면, EVA 공중합체 내의 비닐 아세테이트 함량은 10 내지 40 중량%이다. EP 1 184 912 A1에 따르면 40 중량% 초과의 비닐 아세테이트 함량은 불리한데, 왜냐하면 40 중량% 초과의 비닐 아세테이트 함량을 갖는 EVA 공중합체는 흐르기 쉽고 따라서 태양 전지의 봉입 공정을 복잡하게 만들기 때문이다. 더욱이, EP 1 184 912 A1에 따르면, 40 중량% 초과의 비닐 아세테이트 함량을 갖는 EVA 공중합체는 점착성이 있다는 점에서 주목할만하고, 따라서 봉입에 사용되는 이러한 EVA 필름은 취급이 어렵다. 바람직하게 사용되는 EVA 필름은 EP 1 184 912 A1에 따라 가교된다.
JP-A 2003-051605에는, 유기 과산화물, 실란 커플링제 및 안정화제와 혼합된 EVA 공중합체로부터 형성된 태양광 모듈을 위한 필름이 개시되어 있다. JP-A 2003-051605에 따른 EVA 공중합체 내 비닐 아세테이트 함량은 27 % 이상이다. 실시예에서는 28 %의 비닐 아세테이트 함량을 갖는 EVA 공중합체가 사용된다.
JP-A 2003-049004는 가교 없이 태양 전지를 봉입시키기에 적합한 가요성 필름에 관한 것이다. 가요성 필름은 바람직하게는 에틸렌 중합체 또는 에틸렌-α-올레핀 공중합체 또는 에틸렌-아크릴레이트 공중합체로부터 형성된다. JP-A 2003-049004의 내용에 따르면, EVA 시스템에 대한 대안적인 시스템을 제공하려는 의도가 있다.
EP-A 1 783 159 A1에는 광개시제 및 실란 커플링제를 함유하는 EVA로부터 형성된 수지 필름이 기술되어 있고; EVA의 제조 공정에 대해서는 세부사항이 수록되어 있지 않다.
EP 2 031 662에는 40 중량% 이상의 비닐 아세테이트 함량을 갖는 하나 이상의 α-올레핀-비닐 아세테이트 공중합체(EVM)의 하나 이상의 층으로 이루어진 태양광 모듈이 기술되어 있고, 여기서 상기 층은 임의의 노화 안정화제 및/또는 임의의 접착 촉진제를 함유하지 않는다.
따라서 본 발명의 목적은, 시간을 절약하므로 저비용으로 태양광 모듈을 제조할 수 있게 하는, 봉입 물질을 위한 기재로서 사용될 수 있는 펠릿을 제공하는 것이다. 그 결과의 태양광 모듈은 우수한 수명 및 탁월한 자외선 안정성을 갖는 것으로 주목할만해야 한다.
봉입 물질과 캡슐화 물질은 여기서는 동의어인 것으로 이해하도록 한다.
태양광 모듈과 광기전력 모듈은 여기서는 동의어인 것으로 이해하도록 한다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 첨가제로서 하나 이상의 자외선 활성화제 및 하나 이상의 실란 커플링제를 포함하는, 태양광 모듈을 위한 봉입 물질로서 사용되는, 서두에서 언급된 유형의 펠릿이 제안된다.
통상적인 봉입 물질은 α-올레핀-비닐 아세테이트 공중합체의 총 중량을 기준으로 40 중량% 미만의 비닐 아세테이트 함량을 갖는 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 또는 축약해서 EVA로 이루어진다. 여기서는 가교를 위해서, 진공 적층의 과정에서 열적으로 가교되는 유기 과산화물이 사용된다. 진공은 기포의 형성을 실질적으로 방지한다. 이러한 과산화물의 분해 산물은 광기전력 모듈을 제조하는 통상적인 공정 동안에 진공 펌프 내로 침투하여, 그 결과 보수 작업을 증가시킨다. 이러한 보수 작업을 잘못하면 펌프가 고장날 수 있다.
본 발명에 이르러, 놀랍게도, 유기 과산화물을 사용하지 않을 수 있다는 것이 밝혀졌다. 그럼에도 불구하고 α-올레핀-비닐 아세테이트 공중합체의 가교를 보장하기 위해서는, 하나 이상의 자외선 활성화제를 첨가한다. 추가로 사용되는 접착 촉진제는 하나 이상의 실란 커플링제이다.
사용되는 자외선 활성화제는 바람직하게는 단독 또는 조합의 벤조페논, 2-메틸벤조페논, 3,4-디메틸벤조페논, 3-메틸벤조페논, 4,4'-비스(디에틸아미노)벤조페논, 4,4'-디히드록시벤조페논, 4,4'-비스[2-(1-프로페닐)페녹시]벤조페논, 4-(디에틸아미노)벤조페논, 4-(디메틸아미노)벤조페논, 4-벤조일비페닐, 4-히드록시벤조페논, 4-메틸벤조페논, 벤조페논-3,3':4,4'-테트라카르복실산 이무수물, 4,4'-비스(디메틸아미노)벤조페논, 아세토페논, 1-히드록시시클로헥실 페닐 케톤, 2,2-디에톡시아세토페논, 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논, 2-벤질-2-(디메틸아미노)-4'-모르폴리노부티로페논, 2-히드록시-2-메틸프로피오페논, 2-히드록시-4'-(2-히드록시에톡시)-2-메틸프로피오페논, 3'-히드록시아세토페논, 4'-에톡시아세토페논, 4'-히드록시아세토페논, 4'-페녹시아세토페논, 4'-tert-부틸-2',6'-디메틸아세토페논, 2-메틸-4'-(메틸티오)-2-모르폴리노프로피오페논, 디페닐-(2,4,6-트리메틸벤조일)-포스핀 옥시드, 페닐비스(2,4,6-트리메틸벤조일)포스핀 옥시드, 메틸벤조일 포르메이트, 벤조인, 4,4'-디메톡시벤조인, 벤조인 메틸 에테르, 벤조인 에틸 에테르, 벤조인 이소프로필 에테르, 벤조인 이소부틸 에테르, 4,4'-디메틸벤질, 헥사클로로시클로펜타디엔이다. 이러한 자외선 활성화제가 특히 적합한데, 왜냐하면 예를 들어 벤조페논은 320 내지 380 ㎚의 범위에서 상대 자외선 흡수도 최대값을 갖기 때문이다.
자외선 활성화제의 함량은 0.1 내지 10 phr, 바람직하게는 0.1 내지 3.0 phr, 보다 바람직하게는 0.25 내지 2.5 phr, 특히 바람직하게는 0.5 내지 2.0 phr이어야 한다.
"phr"은 전문가 정의이며 "고무 100 당 부"을 의미한다.
또한, 사용되는 실란 커플링제는 단독 또는 조합의 비닐트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리스(β-메톡시에톡시)실란, (메타크릴로일옥시메틸)메틸디메톡시실란, 메타크릴로일옥시메틸트리메톡시실란, (메타크릴로일옥시메틸)메틸디에톡시실란, 메타크릴로일옥시메틸트리에톡시실란, 3-메타크릴로일옥시프로필트리메톡시실란, 3-메트-아크릴로일옥시프로필트리에톡시실란, 3-메타크릴로일옥시프로필트리아세톡시실란, 메타크릴로일옥시프로필트리스-(트리메틸실록시)실란, 비닐트리아세톡시실란, 비닐디메톡시메틸실란일 수 있다. 실란 커플링제는 접착 촉진제로서 작용하는데, 왜냐하면 이것은 태양광 모듈의 유리에 대해 결합 부위를 갖기 때문이다.
실란 커플링제의 함량은 0.05 내지 10 phr, 바람직하게는 0.1 내지 3.0 phr, 보다 바람직하게는 0.25 내지 2.5 phr, 특히 바람직하게는 0.5 내지 2.0 phr이다.
사용되는 α-올레핀-비닐 아세테이트 공중합체는 α-올레핀-비닐 아세테이트 공중합체의 총 중량을 기준으로 40 중량% 이상의 높은 비닐 아세테이트 함량을 갖는 것으로 주목할만하다. 전형적으로, 본 발명에 따라 사용되는 α-올레핀-비닐 아세테이트 공중합체의 비닐 아세테이트 함량은 α-올레핀-비닐 아세테이트 공중합체의 총 중량을 기준으로 40 중량% 이상 내지 90 중량%, 바람직하게는 40 내지 60 중량%이다.
사용되는 α-올레핀-비닐 아세테이트 공중합체는, α-올레핀 및 비닐 아세테이트를 기재로 하는 단량체 단위 뿐만 아니라, 예를 들어 비닐 에스테르 및/또는 (메트)아크릴레이트를 기재로 하는 하나 이상의 추가의 공단량체 단위(예를 들어 삼원공중합체)를 가질 수 있다. 추가의 공단량체 단위는, 추가의 공단량체 단위가 α-올레핀-비닐 아세테이트 공중합체 내에 존재하는 경우, α-올레핀-비닐 아세테이트 공중합체의 총 중량을 기준으로 10 중량% 이하의 비율로 존재하는데, 이 경우에 α-올레핀을 기재로 하는 단량체 단위의 비율은 상응하게 감소한다. 따라서, 예를 들어, 40 중량% 이상 내지 98 중량%의 비닐 아세테이트, 2 중량% 내지 60 중량% 이하의 α-올레핀 및 0 내지 10 중량%의 하나 이상의 추가의 공단량체로부터 형성된 α-올레핀-비닐 아세테이트 공중합체를 사용할 수 있고, 여기서 비닐 아세테이트와 α-올레핀과 추가의 공단량체의 총량은 100 중량%이다.
사용되는 α-올레핀-비닐 아세테이트 공중합체 내에서 사용되는 α-올레핀은 모든 공지된 α-올레핀일 수 있다. α-올레핀은 바람직하게는 에텐, 프로펜, 부텐, 특히 n-부텐 및 i-부텐, 펜텐, 헥센, 특히 1-헥센, 헵텐 및 옥텐, 특히 1-옥텐으로부터 선택된다.
α-올레핀-비닐 아세테이트 공중합체 내에서 α-올레핀으로서 언급된 α-올레핀의 보다 고분자량의 동족체를 사용할 수도 있다. α-올레핀은 추가로 치환기, 특히 C1-C5-알킬 라디칼을 가질 수 있다. 그러나, α-올레핀은 바람직하게는 임의의 추가의 치환기를 갖지 않는다. 또한, α-올레핀-비닐 아세테이트 공중합체 내에 두 개 이상의 상이한 α-올레핀들의 혼합물을 사용할 수 있다. 그러나, 상이한 α-올레핀들의 혼합물을 사용하지 않는 것이 바람직하다. 바람직한 α-올레핀은 에텐 및 프로펜이고, α-올레핀-비닐 아세테이트 공중합체 내의 α-올레핀으로서 에텐을 사용하는 것이 특히 바람직하다.
따라서 본 발명의 펠릿에서 바람직하게 사용되는 α-올레핀-비닐 아세테이트 공중합체는 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체이다.
특히 바람직한 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체는 40 중량% 이상 내지 90 중량%의 비닐 아세테이트 함량을 갖는다.
전형적으로, 바람직하게 사용되는 높은 비닐 아세테이트 함량을 갖는 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체는 EVM 공중합체라고 지칭되고, 여기서 약어 내의 "M"은 EVM의 메틸렌 주쇄의 포화된 주쇄를 나타낸다.
사용되는 α-올레핀-비닐 아세테이트 공중합체, 바람직하게는 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체는 일반적으로, 190 ℃ 및 21.1 N의 하중에서 ISO 1133에 따라 측정된, 1 내지 40, 바람직하게는 1 내지 35의 MFI 값(g/10 min)을 갖는다.
100 ℃에서 DIN 53 523 ML 1+4에 따른 무니(Mooney) 점도는 일반적으로 3 내지 50, 바람직하게는 4 내지 40 무니 단위이다.
GPC에 의해 결정된 수 평균 분자량(Mw)은 일반적으로 5000 내지 800,000 g/mol, 바람직하게는 100,000 내지 400,000 g/mol, 보다 바람직하게는 500,000 g/mol이다.
본 발명의 태양광 모듈에서는, 예를 들어 란세스 도이치란트 게엠베하(Lanxess Deutschland GmbH)에서 레바프렌(Levapren)® 또는 레바멜트(Levamelt)®라는 상표명으로 상업적으로 입수가능한 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체를 사용하는 것이 특히 바람직하다.
추가의 통상적인 첨가제, 예를 들어 충전제, 광안정화제(특히 자외선 안정화제), 산 스캐빈저, 보조제 또는 노화 안정화제를 첨가할 수 있다.
광안정화제의 예는 하기 화학식의 2-히드록시벤조페논일 수 있다:
상기 식에서, R은 H, 아릴, 알킬, 알케닐 또는 알키닐이고, R'은 H, 아릴, 알킬아릴, 알킬, 알케닐, 알키닐, OH 또는 알콕시이고; R"은 H 또는 OH이고 R"'은 H, 아릴, 알킬, 알킬아릴, 알케닐, 알키닐, OH 또는 알콕시이다.
광안정화제는 바람직하게는 2-히드록시-4-메톡시벤조페논이다.
또한, 하기 화학식의 2-히드록시페닐벤조트리아졸이 유용할 수 있다:
상기 식에서, R은 H, 알킬, 아릴, 알케닐 또는 알키닐이고, R'은 H, 아릴, 알킬아릴, 알킬, 알케닐, 알키닐, OH 또는 알콕시이고, R"은 H, 아릴, 알킬, 알킬아릴, 알케닐, 알키닐, OH 또는 알콕시이다.
추가의 예는 하기 화학식의 4,6-디페닐히드록시페닐트리아진이다:
상기 식에서, R은 H, 알킬 또는 알콕시이고, R'은 H 또는 알킬이다.
이러한 광안정화제는 클래스 1(class 1)에 배정된다.
광안정화제의 추가의 예는 하기 화학식의 HALS 시약(장애 아민 광 안정화제)이다:
상기 식에서, R은 H, 알킬, 알콕시이다. 테트라메틸피페리딘 단위는 R'; R" 및 R"'를 통해 이량체 또는 올리고머에 가교될 수 있다.
이것들은 이후부터는 클래스 2로서 정해진다.
티누빈(Tinuvin) 770을 사용하는 것이 바람직하다.
0.5 내지 2 phr의 클래스 1을 사용하는 것이 바람직하다. 0.08 내지 1 phr, 바람직하게는 0.09 내지 0.6 phr이 특히 바람직하다.
클래스 2의 양은 바람직하게는 0.05 내지 1 phr, 보다 바람직하게는 0.05 내지 2 phr, 가장 바람직하게는 0.05 내지 0.4 phr이다.
이상적으로는, 클래스 1과 클래스 2를 개별적으로 또는 함께 사용할 수 있고, 이 경우에 클래스 1 대 클래스 2의 비는 바람직하게는 3:2이다.
놀랍게도, 자외선 안정화제의 존재에도 불구하고, 자외선 가교를 보장할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 자외선 안정화제는 자외선 가교 동안의 케토-엔올 호변이성질화의 결과로 보호 작용을 한다. 그러나, 이것은 자외선 조사가 종결되자마자 그의 원래의 형태로 다시 전환된다. 자외선 안정화제는 자외선광의 일부를 효과적으로 "제거"하고 나중에 그것을 다시 방출한다. 따라서 이것은 완전한 태양광 모듈에서 여전히 자외선 안정화제로서 작용할 수 있다. 이와 대조적으로, 자외선 활성화제는, 자외선 가교를 위한 자외선 조사 후에 소모된다.
따라서, 첫 번째로 자외선 가교를 위해 사실상 소모되는 자외선 활성화제를 사용하고 두 번째로 자외선 가교 후에도 여전히 자외선 차단 작용을 갖는 자외선 안정화제를 사용하는 것이 중요하다.
따라서 유용한 자외선 안정화제는 이러한 성질을 갖는 모든 자외선 안정화제이다.
산 스캐빈저의 경우에, 폴리카르보디이미드(PCD)를 사용할 수 있고, 이 경우에 바람직하게는 0.05 내지 5 phr, 보다 바람직하게는 0.05 내지 2 phr, 매우 바람직하게는 0.5 내지 0.75 phr을 사용한다.
통상적인 노화 안정화제, 예를 들어 나우가드(Naugard) TNPP도 마찬가지로 사용할 수 있다. 사용량은 0.05 내지 5 phr, 바람직하게는 0.5 내지 2 phr, 보다 바람직하게는 0.5 내지 1 phr이다.
보조제는 예를 들어,
하기 구조식의 트리알릴 이소시아누레이트 또는 1,3,5-트리알릴-1,3,5-트리아진-2,4,6(1H,3H,5H)-트리온(TAIC)
또는
하기 구조식의 트리알릴 시아누레이트, 2,4,6-트리알릴옥시-1,3,5-트리아진(TAC)
또는
하기 구조식의 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트(TRIM)이다:
특히 바람직하게 사용되는 α-올레핀 공중합체는 40 ± 1.5 중량%, 45 ± 1.5 중량%, 50 ± 1.5 중량%, 60 ± 1.5 중량%의 비닐 아세테이트, 70 ± 1.5 중량%의 비닐 아세테이트, 80 ± 2 중량%의 비닐 아세테이트 또는 90 ± 2 중량%의 비닐 아세테이트를 갖는 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체 레바멜트® 400, 레바멜트 450, 레바멜트 452, 레바멜트® 456, 레바멜트® 500, 레바멜트 600, 레바멜트 686, 레바멜트 700, 레바멜트 800 및 레바멜트® 900이다.
α-올레핀 공중합체와, EVM 상에 그라프팅된 말레산 무수물(MAHg-EVM)의 블렌드를 사용할 수 있다. MAHg-EVM 함량은 블렌드의 총량을 기준으로 40 중량부 이하일 수 있다. 태양광 모듈을 위한 요소의 접착을 개선할 수 있다는 것이 밝혀졌다.
본 발명은 또한 접착 필름의 제조에 있어서의 본 발명의 펠릿의 용도, 및 이러한 태양광 모듈을 위한 접착 필름에 관한 것이다.
필름의 제조에서는, 세 개의 필수적인 단계들, 즉
1. 중합체를 제조하는 단계,
2. 중합체를 컴파운딩하여 압출가능한 성형 물질을 제공하는 단계, 및
3. 성형 물질을 가공하여 필름 및 슬래브를 제공하는 단계
를 언급할 수 있다.
"컴파운딩"이란 염료, 충전제, 윤활제, 가공조제, 가소제, 노화 안정화제, 광안정화제, 난연제, 대전방지제 등을 중합체에 첨가하여 가공가능한 중합체/탄성중합체를 제조함을 의미하며; 이는 또한 기타 중합체 또는 재활용 물질과 섞음(혼합, 블렌딩)을 포함한다.
예를 들어, 압출기에서, 성형 물질을 펠릿, 분말, 집괴 또는 밀베이스(millbase)로서 가열하고, 혼합하고, 임의로 배기시키고, 이어서 전형적으로 압력 하에서 및 승온에서 압출시킨다. 중합체에 따라서는, 뜨거운 압출물을 예를 들어 상이한 두께의 필름 또는 슬래브의 형태로서 인출시키고 보정한다. 이어서 압출물을 냉각 대역에 통과시키고 이어서 측부에서 절단하고 감아올리거나, 슬래브 물질로서 쌓는다.
본 발명의 펠릿을 사용하여, 필름 제조에서 단계 1과 단계 2를 조합할 수 있고, 이렇게 하여 비용 및 시간을 절약할 수 있다. 이는 본 발명의 펠릿은 컴파운딩 첨가제를 포함할 수 있고, 따라서 이것을 필름 제조를 위한 완성된 성형 물질로서 제공할 수 있기 때문이다.
이렇게 제조된 접착 필름은 높은 내후 안정성을 갖는다. 더욱 특히는, 봉입된 태양 전지는 증기 및 산소에 대한 장벽 작용에 의해 부식으로부터 보호된다.
종래 기술에는, 100 내지 700 bar의 압력, 바람직하게는 100 내지 400 bar의 압력 및 50 내지 150 ℃의 온도에서 일반적으로 자유-라디칼 개시제를 사용하여 용액 중합 공정에 의해 수행되는, α-올레핀-비닐 아세테이트 공중합체의 총 중량을 기준으로 40 중량% 이상의 비닐 아세테이트 함량을 갖는 유용한 α-올레핀-비닐 아세테이트 공중합체의 제조 공정이 기술되어 있다.
적합한 제조 공정은 예를 들어 EP-A 0 341 499, EP-A 0 510 478 및 DE-A 38 25 450에 기술되어 있다.
100 내지 700 bar의 압력에서 용액 중합 공정에 의해 제조된 높은 비닐 아세테이트 함량을 갖는 α-올레핀-비닐 아세테이트 공중합체는 특히 낮은 분지화도 및 따라서 낮은 점도를 갖는 것으로 주목할만하다. 또한, 이것은 그의 단위들(α-올레핀 및 비닐 아세테이트)의 랜덤하게 균일한 분포를 갖는다.
본 발명의 펠릿의 제조의 경우, 상기에 기술된 바와 같은 통상적인 용액 중합 공정을 사용하는데, 여기서 용매의 비점은 자외선 활성화제의 비점 및 실란 커플링제의 비점보다 낮아야 한다.
적합한 용매의 선택이 특히 중요하다. 전형적으로, 용매를 중합 후 감압 하에서 증발시킴으로써 제거하며; 이로써 중합 또는 후처리 동안에 첨가되는 첨가제들, 즉 자외선 활성화제 및 실란 커플링제가 제거되어서는 안 된다. 이러한 이유 때문에, 용매의 비점은 첨가제들의 비점보다 낮을 필요가 있다.
추가의 첨가제를 제조 동안에 첨가하는 경우, 마찬가지로, 이러한 첨가제가 제거되지 않도록, 이러한 첨가제의 비점을 고려하여, 용매를 선택해야 한다.
용매로서 tert.-부탄올, 메탄올, 벤젠, 톨루엔, 메틸 아세테이트 또는 디알킬 술폭시드를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 용매는 가장 낮은 자유-라디칼 이동 경향을 가지며, 따라서 용액 중합의 연속 공정에서 사용될 수 있다.
마찬가지로 중합 후에만 또는 용액 중합체의 후처리 후에 첨가제를 첨가하는 방식으로 본 발명의 EVM 펠릿을 제조할 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명의 펠릿으로부터 형성된 하나 이상의 접착 필름을 포함하는 태양광 모듈에 관한 것이다.
본 발명의 태양광 모듈은 해당 분야의 숙련자에게 공지된 임의의 태양광 모듈일 수 있다. 적합한 태양광 모듈은 하기에 언급되어 있다.
바람직한 실시양태에서, 본 발명의 태양광 모듈은 하기 층으로부터 형성된다:
(i) 완성된 태양광 모듈 내에서 태양 쪽을 향하는 전면과 후면을 갖는 유리 기판;
(ii) 유리 기판의 후면에 적용된 투명 접착 필름;
(iii) 접착 필름에 적용된 하나 이상의 태양 전지;
(iv) 태양 전지에 적용된 추가의 투명 접착 필름; 및
(v) 보호층; 또는 유리-유리 라미네이트의 경우에는 또 다른 유리 기판.
여기서 태양 전지는 투명 접착 필름 내에 봉입되고, 투명 접착 필름들 중 하나는 적어도 본 발명의 접착 필름으로부터 형성된다.
본 발명의 태양광 모듈은 바람직하게는 추가로 연결 소켓 및 연결 단자를 갖고, 태양광 모듈이 경질 태양광 모듈인 경우에는 프레임, 바람직하게는 알루미늄 프로필 프레임도 갖는다.
적합한 유리 기판은 유리판이고, 단일-판 안전 유리(ESG)를 사용하는 것이 바람직하다. 해당 분야의 숙련자에게 공지된 모든 유리 기판이 적합하고, 이하부터는 "유리 기판"은 기타 투명 기판, 예를 들어 폴리카르보네이트를 의미하는 것으로 이해해야 한다. 여기서 "유리 기판"은 마찬가지로 구조화된 표면을 가질 수 있다.
적합한 투명 접착 필름은 α-올레핀-비닐 아세테이트 공중합체, 특히 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체이고, 하나 이상의 접착 필름, 바람직하게는 접착 필름 둘 다는 상기에 정의된 본 발명의 접착 필름으로부터 형성된다.
적합한 태양 전지는 해당 분야의 숙련자에게 공지된 모든 태양 전지이다. 적합한 태양 전지는 규소 전지이고, 이것은 후층 전지(단결정질 또는 다결정질 전지) 또는 박층 전지(비결정질 규소 또는 결정질 규소); III-V 반도체 태양 전지(Ga-As 전지); II-VI 반도체 태양 전지(CdTe 전지); CIS 전지(구리 인듐 디셀레나이드(diselenide) 또는 구리 인듐 이황화물) 또는 CIGS 전지(구리 인듐 갈륨 디셀레나이드); 유기 태양 전지, 염료 전지(그라첼(Graetzel) 전지) 또는 반도체 전해 전지(예를 들어 구리 산화물/NaCl 용액)일 수 있고; 규소 전지가 바람직하다. 해당 분야의 숙련자에게 공지된 모든 유형의 규소 전지, 예를 들어 단결정질 전지, 다결정질 전지, 비결정질 전지, 미세결정질 전지, 또는 예를 들어 다결정질 전지와 비결정질 전지의 조합으로부터 형성된 탠덤형(tandem) 태양 전지를 사용할 수 있다.
후층 전지 외에, 박층 전지, 집광형 전지, 전기화학적 염료 태양 전지, 유기 태양 전지 또는 형광 전지를 사용할 수 있다. 또한, 가요성 태양 전지를 사용할 수 있다. 사용되는 α-올레핀-비닐 아세테이트 공중합체는, 태양 전지에서 전형적으로 사용되는 EVA 공중합체와 대조적으로, 탄성중합체이고, 따라서 가요성 태양 전지에서 사용되기에 특히 적합하다. 전술된 태양 전지의 구조는 해당 분야의 숙련자에게 공지되어 있다.
전형적으로, 본 발명의 태양광 모듈은, 예를 들어 납땜 스트립에 의해 서로 전기적으로 연결된, 다수의 태양 전지들을 포함한다. 태양 전지들은 투명 접착 필름 내에 봉입된다.
태양 전지를 제조하는 적합한 공정은 해당 분야의 숙련자에게 공지되어 있다.
또한, 본 발명의 태양광 모듈은 투명 접착 필름들 중 하나에 적용된 보호층을 포함한다. 보호층은 일반적으로 태양광 모듈의 이면(이면 적층)을 형성하는 내후성 보호층이다. 이것은 전형적으로 중합체 필름, 특히 예를 들어 폴리비닐 플루오라이드로부터 형성된 중합체 복합 필름, 예를 들어 듀폰(DuPont)의 테들라(Tedlar)®, 또는 폴리에스테르 및 유리이다.
본 발명의 태양광 모듈 내에 바람직하게 추가로 존재하는 연결 소켓은 예를 들어 프리휠링(freewheeling) 다이오드 또는 바이패스(bypass) 다이오드를 갖는 연결 소켓이다. 이러한 프리휠링 또는 바이패스 다이오드는, 예를 들어 그늘 또는 결함으로 인해 태양광 모듈에 의해 전류가 공급되지 않을 때, 태양광 모듈을 보호하는데 필요하다.
또한, 태양광 모듈은 바람직하게는 태양광 모듈을 태양광 발전 설비에 연결할 수 있게 하는 연결 단자를 갖는다.
마지막으로, 바람직한 실시양태에서 태양광 모듈은, 이것이 경질 태양광 모듈인 경우, 태양광 모듈의 안정성을 증가시키기 위해서, 프레임, 예를 들어 알루미늄 프로필 프레임을 갖는다.
태양광 모듈의 개별적인 전술된 요소들 및 이러한 요소들의 바람직한 실시양태는 해당 분야의 숙련자에게 공지되어 있다.
본 발명의 태양광 모듈은 해당 분야의 숙련자에게 공지된 통상적인 공정에 의해 제조된다. 일반적으로, 우선 바람직하게는 본 발명의 펠릿으로부터 제조된 투명 접착 필름이 적용된, 상응하는, 일반적으로 세정된 유리 기판을 제공한다. 전형적으로, 투명 접착 필름을 유리 기판에 적용하기 전에 특정 크기로 절단한다. 이어서, 태양 전지를 투명 접착 필름 상에 배치하고, 이것을 일반적으로 미리 납땜 스트립을 사용하여 연결하여 개별 스트링을 형성한다. 이어서, 개별 스트링들을 서로 연결하여 연결 소켓을 형성하는 크로스-커넥터(cross-connector)를 통상적으로 배치하고 임의로 납땜한다. 마지막으로, 바람직하게는 마찬가지로 본 발명의 펠릿으로부터 형성되고 일반적으로 적용 전 특정 크기로 절단된 추가의 투명 접착 필름을 적용한다. 이어서 보호층을 적용한다.
개별 층들을 적용한 후에 본 발명의 태양광 모듈을 적층시킨다. 적층을 예를 들어 감압 하에서 및 승온(예를 들어 100 내지 200 ℃)에서 해당 분야의 숙련자에게 공지된 공정을 사용하여 수행한다. 적층을 통해, 태양 전지들이 투명 접착 필름 내에 봉입되고 유리 기판 및 보호층에 고정적으로 연결되는 효과를 달성한다. 이어서, 연결 소켓을 일반적으로 배치하고 모듈을 프레임에 장착한다.
통상적인 적층 공정에서는, 공지된 EVA 용융-적용된 접착제를 열 공급을 통해 용융시키고 자유-라디칼-형성 과산화물을 사용하여 열적으로 가교시킨다. EVA 용융-적용된 접착제의 비교적 느린 가교로 인해, 주기 시간은 모듈 당 약 20 내지 30 분이다.
태양광 모듈을 제조하는 본 발명에 따른 공정은, 하나 이상의 자외선 활성화제 및 하나 이상의 실란 커플링제를 포함하는 접착 필름을 사용하는 경우에, 주기 시간을 크게 단축시킬 수 있고, 따라서 비용 절약을 달성한다. 주기 시간의 단축은 열적으로 유도된 과산화물 가교가 없어진 결과로 가능해진다.
태양광 모듈을 제조하는 본 발명에 따른 공정은 태양광 모듈을 자외선 조사에 적용함을 특징으로 한다. 자외선 조사에 의해 봉입 물질이 가교되고, 따라서 태양 전지는 주변 영향으로부터 보호된다.
자외선 조사를 바람직하게는 적층 직후에 수행한다. 그 결과, 모듈은 이미 예열되고 자외선 활성화제의 확산 속도는 자외선 가교에 최적이도록 조절된다.
조사 시간은 바람직하게는 10 내지 600 초, 보다 바람직하게는 10 내지 180 초이다. 그 결과 태양광 모듈의 제조 시간은 크게 단축되는데, 왜냐하면 통상적인 EVA 접착 필름의 적층 동안의 비교적 오랜 가교 시간이 없어질 수 있기 때문이다.
자외선 조사 동안의 온도는 바람직하게는 50 내지 200 ℃이다. 이를 바람직하게는 적층 직후 또는 자외선 가교 동안에 모듈을 사용하여 달성할 수 있지만, 이로써 조사 시간이 상응하게 길어진다.
그러나 우선 모듈을 예열하고 이어서 이것을 자외선을 통해 가교시킬 수도 있다. 그러나, 이는 기술적인 이유 때문에 자외선 조사 직전에 적층을 수행할 수 없는 경우에만 권장할만하다.
이어서, 모듈의 최적의 가교를 위해서, 조사 시간은 자외선 조사기의 전력, 자외선 조사기와 모듈 사이의 거리, 및 조사 면적에 따라 달라진다는 것을 알아야 한다.
자외선 안정화제를 첨가하는 경우, 조사 시간은 자외선 가교를 위한 충분한 자외선광이 존재하도록 조절된다는 것이 추가로 보장되어야 하는데, 왜냐하면 자외선광의 일부는 상기에 기술된 바와 같이 자외선 안정화제에 의해 "제거"되기 때문이다.
그러나, 해당 분야의 숙련자가 직접 다양한 시험을 통해 최적의 처리 시간을 찾을 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 공정은, 하나 이상의 자외선 활성화제 및 하나 이상의 실란 커플링제를 포함하는 봉입 물질로서의 본 발명의 접착 필름과 통상적인 EVA 필름 둘 다를 사용하여 태양광 모듈을 제조하는데 적합하다.
본 발명의 태양광 모듈은 전술된 예에 상응하는 구조 또는 상이한 구조를 가질 수 있다. 태양광 모듈의 추가의 유형은 해당 분야의 숙련자에게 공지되어 있다. 그 예는 라미네이팅된 유리-유리 모듈, 캐스팅 수지 기술에서의 유리-유리 모듈, 복합 안전 필름 기술에서의 유리-유리 모듈, 유리 뒤 또는 가요성 코팅으로서 예를 들어 구리 리본 상의 박층 모듈, 광학의 도움을 받아 태양광을 보다 작은 태양 전지 상에 집광시키는 집광형 모듈, 및 형광 콜렉터이다.
본 발명은 또한 자외선 조사기를 포함하는 태양광 모듈 제조 장치를 제공한다.
본원의 문맥에서, 펠릿 또는 접착 필름의 자외선 가교에 적합한 상업적인 자외선 조사기가 사용된다.
본원의 문맥에서 통상적인 태양광 모듈 제조 장치를 단순하고 저비용으로 품질 개선하는 것이 특히 유리하다. 또한 기존의 반자동 또는 완자동 모듈 제조 라인에 추가로 자외선 조사기를 장착할 수 있다. 이것은 기존의 장치의 고비용의 불편한 개질 또는 완전히 신규한 장치의 설치를 필요로 하지 않으며, 이는 시간 및 비용의 측면에서 상당히 경제적이며 재정적인 이점을 의미한다.
자외선 조사기는 바람직하게는 적층 장치, 예를 들어 진공 라미네이터의 정확히 하류에 설치된다. 이 경우에, 미리 가열된 태양광 모듈은 자외선 조사에 직접 적용된다. 따라서 조사 온도는 적층에 의해 한정되며, 이로써 또한 시간 및 시간이 절약된다.
따라서 본 발명의 장치는, 하나 이상의 자외선 활성화제 및 하나 이상의 실란 커플링제를 포함하는 봉입 물질로서의 본 발명의 접착 필름과 통상적인 EVA 필름 둘 다를 사용하여 태양광 모듈을 제조하는데 적합하다.
본 발명의 태양광 모듈을 고정식 및 이동식 전력 발생에 사용할 수 있다.
전형적으로, 전력은, 태양으로부터의 광에너지를 전기 에너지로 전환시키는 하나 이상의 본 발명의 태양광 모듈 및 하나 이상의 전기적 로드를 포함하는 태양광 발전 설비에서 발생된다.
따라서 본 발명은 하나 이상의 본 발명의 태양광 모듈을 포함하는 태양광 발전 설비를 제공한다.
적합한 전기적 로드는 태양광 발전 설비의 유형에 따라 달라진다. 예를 들어, 로드는 직류 로드 또는 교류 로드일 수 있다. 교류 로드가 연결되는 경우, 태양광 모듈로부터 수득된 직류를 변류기를 통해 교류로 전환시킬 필요가 있다. 마찬가지로 직류 로드와 교류 로드 둘 다를 포함하는 태양광 발전 설비를 사용할 수도 있다.
태양광 발전 설비는 추가로 전력망에 (직접) 연결되지 않은 섬(island) 시스템일 수 있다. 섬 시스템에서 발생된 전력은 전형적으로 에너지 저장고(본 출원의 문맥에서는 로드)로서의 배터리 내에 저장된다. 적합한 섬 시스템은 해당 분야의 숙련자에게 공지되어 있다.
또한, 태양광 발전 설비는 전력망-커플링된 설비일 수 있고, 이 경우에 태양광 발전 설비는 독립적인 전력망에 연결되고 전기 에너지는 이러한 전력망에 공급된다. 따라서 이 경우에는 로드가 전력망이다. 적합한 전력망-커플링된 설비도 마찬가지로 해당 분야의 숙련자에게 공지되어 있다.
본 발명은 이후부터는 실시예에 의해 상세하게 설명된다.
<본 발명의 펠릿에 대한 배합 실시예>
100 phr의 레바멜트
1.5 phr의 벤조페논
1.5 phr의 실란
표 1는 자외선 조사 전과 조사 후의 본 발명의 펠릿의 응력/변형 거동을 보여준다. 조사된 샘플의 노출 설정은 3분이었다. 샘플을 140 ℃에서 10 분 동안 예열하고, 이어서 횐레(Hoenle)의 Fe@2kW 자외선 램프를 사용하여 자외선 램프로부터 10 ㎝ 떨어진 거리에서 3 분 동안 조사하였다.
표 2는 횐레의 Fe@2kW 자외선 램프를 사용하여 자외선 램프로부터 10 ㎝ 떨어진 거리에서 조사된, 1.0 phr의 자외선 가교제가 첨가된 경우 레바프렌 400의 조사 시간의 함수로서의 무니 점도의 증가를 보여준다.
표 3은 횐레의 Fe@2kW 자외선 램프를 사용하여 자외선 램프로부터 10 ㎝ 떨어진 거리에서 1 분 동안 조사하는 경우 상이한 양의 자외선 가교제에 따른 인장 변형 거동의 변화를 보여준다.
표 4는 횐레의 Fe@2kW 자외선 램프를 사용하여 자외선 램프로부터 10 ㎝ 떨어진 거리에서 표 2로부터의 조성물의 상이한 조사 시간에 따른 인장 변형 거동의 변화를 보여준다.
Claims (21)
- 첨가제로서 하나 이상의 자외선 활성화제 및 하나 이상의 실란 커플링제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 태양광 모듈을 위한 봉입 물질로서의, α-올레핀-비닐 아세테이트 공중합체의 총 중량을 기준으로 40 중량% 이상의 비닐 아세테이트 함량을 갖는 α-올레핀-비닐 아세테이트 공중합체의 펠릿.
- 제1항에 있어서, 자외선 활성화제가 단독 또는 조합의 벤조페논, 2-메틸벤조페논, 3,4-디메틸벤조페논, 3-메틸벤조페논, 4,4'-비스(디에틸아미노)벤조페논, 4,4'-디히드록시벤조페논, 4,4'-비스[2-(1-프로페닐)페녹시]벤조페논, 4-(디에틸아미노)벤조페논, 4-(디메틸아미노)벤조페논, 4-벤조일비페닐, 4-히드록시벤조페논, 4-메틸벤조페논, 벤조페논-3,3',4,4'-테트라카르복실산 이무수물, 4,4'-비스(디메틸아미노)벤조페논, 아세토페논, 1-히드록시시클로헥실 페닐 케톤, 2,2-디에톡시아세토페논, 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논, 2-벤질-2-(디메틸아미노)-4'-모르폴리노부티로페논, 2-히드록시-2-메틸프로피오페논, 2-히드록시-4'-(2-히드록시에톡시)-2-메틸프로피오페논, 3'-히드록시아세토페논, 4'-에톡시아세토페논, 4'-히드록시아세토페논, 4'-페녹시아세토페논, 4'-tert-부틸-2',6'-디메틸아세토페논, 2-메틸-4'-(메틸티오)-2-모르폴리노프로피오페논, 디페닐-(2,4,6-트리메틸벤조일)-포스핀 옥시드, 페닐비스(2,4,6-트리메틸벤조일)포스핀 옥시드, 메틸벤조일 포르메이트, 벤조인, 4,4'-디메톡시벤조인, 벤조인 메틸 에테르, 벤조인 에틸 에테르, 벤조인 이소프로필 에테르, 벤조인 이소부틸 에테르, 4,4'-디메틸벤질, 헥사클로로시클로펜타디엔으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 펠릿.
- 제1항에 있어서, 실란 커플링제가 단독 또는 조합의 비닐트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리스(β-메톡시에톡시)실란, (메타크릴로일옥시메틸)메틸디메톡시실란, 메타크릴로일옥시메틸트리메톡시실란, (메타크릴로일옥시메틸)메틸디에톡시실란, 메타크릴로일옥시메틸트리에톡시실란, 3-메타크릴로일옥시프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴로일옥시프로필트리에톡시실란, 3-메타크릴로일옥시프로필트리아세톡시실란, 메타크릴로일옥시프로필트리스-(트리메틸실록시)실란, 비닐트리아세톡시실란, 비닐디메톡시메틸실란으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 펠릿.
- 제1항에 있어서, 자외선 활성화제의 함량이 0.1 내지 10 phr, 바람직하게는 0.1 내지 3.0 phr, 보다 바람직하게는 0.25 내지 2.5 phr, 특히 바람직하게는 0.5 내지 2.0 phr인 것을 특징으로 하는 펠릿.
- 제1항에 있어서, 실란 커플링제의 함량이 0.05 내지 10 phr, 바람직하게는 0.1 내지 3.0 phr, 보다 바람직하게는 0.25 내지 2.5 phr, 특히 바람직하게는 0.5 내지 2.0 phr인 것을 특징으로 하는 펠릿.
- 접착 필름의 제조를 위한 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 펠릿의 용도.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 펠릿을 포함하는, 태양광 모듈을 위한 접착 필름.
- 용매의 비점이 자외선 활성화제의 비점 및 실란 커플링제의 비점보다 낮음을 특징으로 하는, 100 내지 700 bar의 압력에서 용액 중합 공정에 의해 제조되는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 펠릿의 제조 방법.
- 제8항에 있어서, 용매를 증발에 의해 제거하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제9항에 있어서, 용매가 tert-부탄올, 메탄올, 벤젠, 톨루엔, 메틸 아세테이트 또는 디알킬 술폭시드인 것을 특징으로 하는 방법.
- 접착제를 중합 후 또는 용액 중합체의 후처리 후에 첨가하는 것을 특징으로 하는, 100 내지 700 bar의 압력에서 용액 중합 공정에 의해 제조되는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 펠릿의 제조 방법.
- 제7항에 따른 하나 이상의 접착 필름을 포함하는 태양광 모듈.
- 태양광 모듈을 자외선 조사에 적용하며, 접착 필름이 하나 이상의 자외선 활성화제 및 하나 이상의 실란 커플링제를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈의 제조 방법.
- 제13항에 있어서, 자외선 조사를 바람직하게는 적층 직후에 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제14항에 있어서, 조사 시간이 10 내지 600 초, 바람직하게는 10 내지 180 초인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제15항에 있어서, 조사 온도가 바람직하게는 50 내지 200 ℃인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제16항에 있어서, 제12항에 따른 태양광 모듈을 제조하기 위한 방법.
- 자외선 조사기를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈의 제조 장치.
- 제18항에 있어서, 자외선 조사기가 바람직하게는 적층 장치의 정확히 하류에 설치되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제19항에 있어서, 제12항에 따른 태양광 모듈을 제조하기 위한 장치.
- 제12항에 따른 하나 이상의 태양광 모듈을 포함하는 태양광 발전 설비.
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
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