KR20120050522A - 아몰퍼스 실리콘 태양전지 모듈 - Google Patents

아몰퍼스 실리콘 태양전지 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는, 금속 불활성제 및 실란 변성 폴리에틸렌을 포함하는 태양전지용 봉지재와, 상기 태양전지용 봉지재에 인접하고, 구리, 납 비함유 땜납, 및 은막에서 선택되는 적어도 하나를 가지는 금속 재료를 구비한 아몰퍼스 실리콘 태양전지 모듈이 제공된다.

Description

아몰퍼스 실리콘 태양전지 모듈{AMORPHOUS SILICON SOLAR CELL MODULE}
본 발명은, 태양전지용 봉지재를 구비한 아몰퍼스 실리콘 태양전지 모듈에 관한 것이다.
무궁무진한 자연에너지를 이용하고, 이산화탄소의 삭감이나 그 밖의 환경 문제의 개선을 도모할 수 있는 수력 발전, 풍력 발전, 및 태양광 발전 등이 각광을 받고 있다. 이 중, 태양광 발전(Photovoltaic systems)은, 태양전지 모듈의 발전 효율 등의 성능 향상이 현저하다. 한편, 가격의 저하가 진행된 점, 국가나 자치체가 주택용 태양광 발전 시스템 도입 촉진 사업을 진행시켜 온 점에서, 최근에는 그 보급이 현저하게 진척되고 있다.
태양광 발전은, 실리콘 셀 등 반도체(태양전지 소자)를 사용하여 태양광 에너지를 직접 전기 에너지로 변환한다. 여기서 사용되는 태양전지 소자(셀)는, 직접 외기(外氣)와 접촉하면 그 기능이 저하한다. 그 때문에, 태양전지 소자를 봉지재나 보호막 등으로 끼워, 완충과 함께 이물질의 혼입이나 수분 등의 침입을 방지하고 있다.
이 봉지재(encapsulants)로서 사용되는 시트로서는, 투명성, 유연성, 가공성, 내구성의 면에서, 아세트산 비닐 함유량이 25?33 질량％인 에틸렌?아세트산 비닐 공중합체의 가교물이 사용되는 것이 일반적이다(예를 들면, 일본 특허공보 소62-14111호 참조). 그런데, 에틸렌?아세트산 비닐 공중합체는, 아세트산 비닐 함유량이 높은 경우, 그 투습성이 높아진다. 투습성이 높아짐에 수반하여, 상부 투명 보호재나 이면 보호재(이른바 백시트)의 종류나 접착 조건 등에 따라서는, 에틸렌?아세트산 비닐 공중합체의 상부 투명 보호재나 이면 보호재에 대한 접착성이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, 배리어성이 높은 백시트를 사용하거나, 모듈 주위를 배리어성이 높은 부틸 고무로 시일링하여 방습에 애쓰고 있다.
그래서, 시일링 기능을 담당하는 봉지재층의 재료 중 하나인 수지에, 상부 투명 보호재 또는 이면 보호재에 사용되는 유리, 금속, 플라스틱 사이의 접착성을 부여하는 방법으로서, 수지에 실란 화합물을 중합시키는 방법이 행하여지고 있다.
일반적으로, 그 중합 방법으로서는, 공중합, 그래프트 중합의 두 가지가 있다. 공중합은, 모노머와 촉매와 불포화 실란 화합물을 혼합하여, 소정의 온도?압력으로 중합 반응시키는 방법이다. 그래프트 중합은, 폴리머와 유리(遊離) 라디칼 발생제와 불포화 실란 화합물을 혼합하고, 소정의 온도로 교반하여 폴리머 주쇄나 측쇄에 실란 화합물을 중합시키는 방법이다. 이렇게 하여 합성된 실란 변성 폴리에틸렌으로 제조된 태양전지용의 봉지재를 사용한 태양전지 모듈도 제안되어 있다(예를 들면, 일본 공개특허공보 제2005-19975호 참조).
그런데, 현재의 태양전지 모듈은, 결정 실리콘계 태양전지 모듈이 주류가 되어 있다. 그런데, 결정 실리콘계 태양전지 모듈에서는, 결정 실리콘의 공급량의 문제나 고순도라는 품질의 문제에서, 모듈 비용을 저감하는 것이 어려워, 보급에 큰 지장을 초래하고 있다. 한편으로, 모듈 비용의 저감의 가능성으로서, 박막 태양전지 중 하나인 아몰퍼스 실리콘 태양전지 모듈이 각광을 받고 있다. 아몰퍼스 실리콘 태양전지 모듈은, 결정 실리콘계 태양전지 모듈과 마찬가지로, 실리콘을 원료로서 사용하면서, 셀의 두께가 결정 실리콘계 태양전지 모듈의 셀의 두께의 100분의 1 정도가 된다. 이 때문에, 아몰퍼스 실리콘 태양전지 모듈은, 대폭적인 코스트 다운의 가능성을 간직하고 있다.
이 아몰퍼스 실리콘 태양전지 모듈은, 박막화할 수 있는 것이 특징이다.
이 아몰퍼스 실리콘 태양전지 모듈의 셀(태양전지 소자)의 구성은, 결정 실리콘계 태양전지 모듈의 셀의 구성에 비해 미세한 점, 및 박막의 전극을 사용하는 점에서, 결정 실리콘계 태양전지 모듈의 셀의 구성과 크게 다르다.
아몰퍼스 실리콘 태양전지 모듈에서는, 셀 수광면 측의 전극에는, 통상, 산화 주석 등의 투명 전극이 사용된다. 또한, 아몰퍼스 실리콘 태양전지 모듈에서는, 이면 전극에는, 은 박막이 사용되고 있다. 이들 전극은, 수분에 약하다는 문제가 있다.
이 때문에, 전극 등을 봉지하는 봉지재가 사용된다. 아몰퍼스 실리콘 태양전지 모듈에 사용되는 봉지재의 성능으로서는, 결정 실리콘계 태양전지 모듈의 봉지재보다 투습성이 낮은 것이 요구되고 있다.
상기 실란 변성 폴리에틸렌은, 에틸렌?아세트산 비닐 공중합체의 가교물에 비해 투습성이 낮기 때문에, 아몰퍼스 실리콘 태양전지 모듈의 봉지재로서 유리한 재료이다.
그러나, 폴리에틸렌은 고압 전력 케이블의 피복재로서 사용되고 있는 경험에서, 고온 환경 하에서 고압 전류를 계속 통전하면 폴리에틸렌이 열화되는 것이 알려져 있다. 이 폴리에틸렌의 열화(degradation)를 방지하기 위하여, 금속 불활성제를 첨가하는 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 일본 공개특허공보 제2001-200085호 참조).
또한, 태양전지용 봉지재에 있어서도, 고압 전력 케이블과 마찬가지로, 봉지재를 구성하는 수지가 금속의 영향으로 열화될 우려가 있다. 이 수지의 열화를 방지하기 위하여, 금속 불활성제를 첨가하는 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 일본 공개특허공보 평7-283427호 및 국제공개 제2006/093936호 팸플릿 참조).
그러나, 실란 변성의 폴리에틸렌을 사용한 봉지재는, 다른 재료와 비교하여, 태양전지 모듈을 구성하는 금속 재료의 부식, 특히 전극의 재료로서 사용되는 은(Ag)의 부식이나, 배선의 재료로서 사용되고 있는 납 비함유 땜납[이하, 납 프리 땜납(Lead-free solder alloy)이라고도 한다]이나 구리(구리선 등)의 부식을 더욱 촉진하는 경향이 있다. 또한, 금속 재료의 부식이 촉진되는 결과로서, 태양전지 모듈의 발전 효율이 불안정해질 가능성이나, 태양전지 모듈의 발전 효율이 현저하게 저하될 가능성이 있다.
본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것이다. 상기 상황 하에서, 장기간에 걸친 옥외 사용에 있어서, 전극 재료나 배선 재료 등의 금속 재료의 내부식성이 우수하고, 출력 저하 등의 품질 열화가 방지된 고내구성의 아몰퍼스 실리콘 태양전지 모듈이 필요하게 되어 있다. 또한, 봉지재와 상부 투명 보호재 및/또는 이면 보호재 사이의 접착성이 우수한 아몰퍼스 실리콘 태양전지 모듈이 필요하게 되어 있다.
본 발명은, 다음의 지견에 의거하여 달성된 것이다. 즉, 구리, 납 비함유 땜납, 및 은막에서 선택되는 적어도 하나를 가지는 금속 재료(배선이나 전극 등)를 봉지하는 봉지재에, 실란 변성 폴리에틸렌이 포함되면 금속 부식이 촉진되기 쉽다. 이러한 금속 재료의 부식 촉진을 방지하는데, 종래는 수지의 열화 방지에 사용되어 온 금속 불활성제에, 부식 방지의 효과를 기대할 수 있다는 지견이다.
상기 과제를 달성하기 위한 구체적 수단은 이하와 같다.
<1> 금속 불활성제 및 실란 변성 폴리에틸렌을 포함하는 태양전지용 봉지재와, 상기 태양전지용 봉지재에 인접하고, 구리, 납 비함유 땜납(Lead-free solder alloy), 및 은막에서 선택되는 적어도 하나를 가지는 금속 재료를 구비한 아몰퍼스 실리콘 태양전지 모듈이다.
<2> 상기 금속 불활성제가, 히드라진 유도체 및 트리아졸 유도체로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종이고, 상기 태양전지용 봉지재 중에 있어서의 함유량이 500ppm 이상인 상기 <1>에 기재된 아몰퍼스 실리콘 태양전지 모듈이다.
<3> 상기 태양전지용 봉지재는, 미변성의 폴리에틸렌을 더 포함하고, 상기 실란 변성 폴리에틸렌의 비율이, 상기 실란 변성 폴리에틸렌 및 상기 미변성의 폴리에틸렌의 혼합물의 전체 질량에 대한 질량 비율로 1 질량％?80 질량％의 범위인 상기 <1> 또는 상기 <2>에 기재된 아몰퍼스 실리콘 태양전지 모듈이다.
<4> 상기 태양전지용 봉지재 중에 있어서의 규소(Si)의 함유량이, 중합 규소량으로서 8ppm?3500ppm의 범위인 상기 <1>?상기 <3> 중 어느 하나에 기재된 아몰퍼스 실리콘 태양전지 모듈이다.
<5> 상기 실란 변성 폴리에틸렌을 구성하는 폴리에틸렌이, 저밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 초저밀도 폴리에틸렌, 극초저밀도 폴리에틸렌, 및 직쇄형 저밀도 폴리에틸렌으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종인 상기 <1>?상기 <4> 중 어느 하나에 기재된 아몰퍼스 실리콘 태양전지 모듈이다.
<6> 상기 금속 재료는, 버스 바(busbar) 및 인터커넥터 중 적어도 하나인 상기 <1>?상기 <5> 중 어느 하나에 기재된 아몰퍼스 실리콘 태양전지 모듈이다.
<7> 상기 태양전지용 봉지재는, 산화방지제, 자외선 흡수제, 및 광안정제로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 상기 <1>?상기 <6> 중 어느 하나에 기재된 아몰퍼스 실리콘 태양전지 모듈이다.
본 발명에 의하면, 장기간에 걸친 옥외 사용에 있어서, 전극 재료나 배선 재료 등의 금속 재료의 내부식성이 우수하고, 출력 저하 등의 품질 열화가 방지된 고내구성의 아몰퍼스 실리콘 태양전지 모듈을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 봉지재와 상부 투명 보호재 및/또는 이면 보호재 사이의 접착성이 우수한 아몰퍼스 실리콘 태양전지 모듈을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 아몰퍼스 실리콘 태양전지 모듈에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 아몰퍼스 실리콘 태양전지 모듈은, 금속 불활성제 및 실란 변성 폴리에틸렌을 포함하는 태양전지용 봉지재와, 태양전지용 봉지재에 인접하고, 구리, 납 비함유 땜납, 및 은막에서 선택되는 적어도 하나를 가지는 금속 재료를 형성하여 구성된 것이다.
본 발명에 있어서의 금속 불활성제는, 열가소성 수지의 금속해(金屬害)를 억제하는 화합물로서 주지의 것을 사용할 수 있다. 금속 불활성제는, 2종 이상을 병용해도 된다.
금속 불활성제의 바람직한 예로서는, 히드라지드 유도체, 및 트리아졸 유도체를 들 수 있다.
구체적으로는, 상기 히드라지드 유도체로서는, 예를 들면, 데카메틸렌디카르복실-디살리실로일히드라지드, 2',3-비스[3-[3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐]프로피오닐]프로피오노히드라지드, 이소프탈산비스(2-페녹시프로피오닐-히드라지드)를 들 수 있다. 또한, 상기 트리아졸 유도체로서는, 예를 들면 3-(N-살리실로일)아미노-1,2,4-트리아졸을 적합하게 들 수 있다. 상기 히드라지드 유도체 및 상기 트리아졸 유도체 이외에도, 2,2'-디히드록시-3,3'-디-(α-메틸시클로헥실)-5,5'-디메틸?디페닐메탄, 트리스-(2-메틸-4-히드록시-5-제3-부틸페닐)부탄, 2-머캅토벤즈이미다졸과 페놀 축합물의 혼합물 등을 들 수 있다.
또한, 히드라지드 유도체로서는, 데카메틸렌디카르복실-디살리실로일히드라지드가, ADEKA 제의 아데카스타브 CDA-6이라는 제품명으로, 2',3-비스[3-[3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐]프로피오닐]프로피오노히드라지드가, 치바?스페셜티?케미컬즈(주)[현 BASF 재팬(주)] 제의 IRGANOX MD 1024(이르가녹스 MD 1024)라는 제품명으로, 각각 출시되어 있다.
트리아졸 유도체로서는, 3-(N-살리실로일)아미노-1,2,4-트리아졸이, ADEKA 제의 아데카스타브 CDA-1 및 CDA-1M이라는 제품명으로 출시되어 있다.
태양전지용 봉지재 중에 있어서의 금속 불활성제의 함유량은, 500ppm 이상이 바람직하고, 더 바람직하게는 1000ppm 이상이다.
금속 불활성제의 함유량이 상기 범위 내이면, 부식, 및 당해 부식에 의한 출력 저하를 더 효과적으로 억제할 수 있다.
태양전지용 봉지재 중에 있어서의 금속 불활성제의 함유량의 상한으로서는, 20000ppm이 바람직하고, 더 바람직하게는 5000ppm이다. 이 범위 내이면, 부식 억제의 효과를 적절히 유지하면서, 비용을 더 저감할 수 있다.
또한, 본 명세서 중에 있어서, 함유량의 단위 「ppm」은, 질량 기준이다.
아몰퍼스 실리콘 태양전지 모듈에 있어서, 태양전지용 봉지재에 인접하는 금속 재료로서, 버스 바(busbar)나 인터커넥터(interconnector)라고 불리는 배선 또는 전극 등이 형성되어 있다. 버스 바 또는 인터커넥터는, 셀(태양전지 소자)끼리 접합하거나, 발전한 전기를 모으기 위하여, 모듈에 사용되는 것이다. 버스 바 또는 인터커넥터는, 구리선에 땜납을 피복하고 있는 것을 사용하는 것이 일반적이다. 환경에 대한 영향을 감안하여, 유납 땜납 대신 납 프리 땜납(납 비함유 땜납)이 사용되는 경우가 증가하고 있다. 특히, 유럽 연합에서는 RoHS 지령으로서 유납 땜납의 사용이 규제된 결과, 납 프리 땜납을 사용하는 경향이 강해지고 있다.
그러나, 납 프리 땜납을 사용한 버스 바나 인터커넥터와 같은 배선 재료 또는 전극 재료는, 구조상, 용융된 땜납이 흘러서, 드물게 구리가 표면에 드러나 부식된다는 문제가 있다. 이 때문에, 실란 변성 폴리에틸렌을 사용한 봉지재와 조합하면, 버스 바나 인터커넥터가 부식되기 쉽다는 문제가 있다.
여기서, 납 프리 땜납은, 주석(Sn)을 주성분으로 하는 것으로, 예를 들면, 이하와 같은 합금을 예시할 수 있다.
?주석과 은과 구리로 이루어지는 것(SnAgCu계)
?주석과 비스무트로 이루어지는 것(SnBi계)
?주석과 아연과 비스무트로 이루어지는 것(SnZnBi계)
?주석과 구리로 이루어지는 것(SnCu계)
?주석과 은과 인듐과 비스무트로 이루어지는 것(SnAgInBi계)
?주석과 아연과 알루미늄으로 이루어지는 것(SnZnAl계)
본 발명에 있어서는, 이들 어느 종류도 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서의 태양전지용 봉지재에 사용되는 실란 변성 폴리에틸렌은, 예를 들면 이면 전극으로서 사용되는 은 박막과 접촉한 경우에도, 은의 부식을 촉진한다는 문제가 있다.
여기서, 「이면 전극」이란, 아몰퍼스 실리콘 태양전지 모듈에 있어서, 아몰퍼스 실리콘 태양전지 소자의 이면[태양광이 입사하는 측의 면(표면)에 대하여 반대측의 면]에 설치되고, 태양전지용 봉지재에 인접하는 금속 전극이다.
이하, 본 발명의 실란 변성 폴리에틸렌에 대하여 설명한다.
본 발명에 있어서의 태양전지용 봉지재는, 에틸렌성 불포화 실란 화합물과 폴리에틸렌을 가교제에 의해 반응시켜서 얻어지는 실란 변성 폴리에틸렌의 적어도 1종을 주성분으로 하여 구성되어 있다.
실란 변성 폴리에틸렌을 제조할 때에, 에틸렌성 불포화 실란 화합물을 그래프트 중합하는 중합용의 폴리에틸렌으로서는, 일반적으로 폴리에틸렌으로서 시판되고 있는 폴리머이면 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로는, 당해 폴리에틸렌의 예로서, 저밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 초저밀도 폴리에틸렌, 극초저밀도 폴리에틸렌을 예시할 수 있다. 이것들의 구조는, 분기형 또는 직쇄형 중 어느 것이어도 된다.
또한, 이들 각종 폴리에틸렌을 2종 이상 혼합하여 사용할 수도 있다.
또한, 그래프트 중합용의 폴리에틸렌으로서는, 측쇄가 많은 폴리에틸렌이 바람직하다. 여기서, 일반적으로 측쇄가 많은 폴리에틸렌은 밀도가 낮고, 측쇄가 적은 폴리에틸렌은 밀도가 높은 것이다. 따라서, 밀도가 낮은 폴리에틸렌이 바람직하다고 할 수 있다. 본 발명에 있어서의 그래프트 중합용의 폴리에틸렌의 밀도로서는, 0.850?0.960g/㎤의 범위 내가 바람직하고, 더 바람직하게는 0.865?0.930g/㎤의 범위 내이다. 폴리에틸렌이 측쇄가 많은 폴리에틸렌, 즉 밀도가 낮은 폴리에틸렌이면, 에틸렌성 불포화 실란 화합물이 폴리에틸렌에 그래프트 중합하기 쉬워지기 때문이다.
상기 에틸렌성 불포화 실란 화합물은, 상기의 폴리에틸렌과 그래프트 중합하는 것이면 특별히 한정되지 않는다.
상기 에틸렌성 불포화 실란 화합물로서는, 예를 들면, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리프로폭시실란, 비닐트리이소프로폭시실란, 비닐트리부톡시실란, 비닐트리펜틸옥시실란, 비닐트리페녹시실란, 비닐트리벤질옥시실란, 비닐트리메틸렌디옥시실란, 비닐트리에틸렌디옥시실란, 비닐프로피오닐옥시실란, 비닐트리아세톡시실란, 및 비닐트리카르복시실란으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종류인 것을 사용할 수 있다. 본 발명에 있어서는, 그 중에서도, 비닐트리메톡시실란이 적합하게 사용된다.
본 발명에 있어서는, 실란 변성 폴리에틸렌을 포함하는 태양전지용 봉지재 중에 함유되는 에틸렌성 불포화 실란 화합물로서의 양은, 10ppm 이상이 바람직하고, 더 바람직하게는 20ppm 이상이다. 에틸렌성 불포화 실란 화합물의 양이 이 범위인 것에 의해, 후술하는 상부 투명 보호재 및 이면 보호재에 사용되는 재료, 예를 들면 유리 등과 강고하게 접착된다. 또한, 에틸렌성 불포화 실란 화합물의 양의 상한은, 40000ppm이 바람직하고, 더 바람직하게는 30000ppm이다. 상한값은, 유리 등과의 접착성의 점에서는 한정되는 것은 아니다. 에틸렌성 불포화 실란 화합물의 양이 상기 서술한 범위를 넘어도, 유리 등과의 접착성은 변화되지 않지만, 제조 비용이 높아진다.
또한, 에틸렌성 불포화 실란 화합물의 사용량이 5000ppm 이하의 범위에서는, 사용량에 대한 접착성 개량 효과가 더욱 현저하다. 따라서, 경제성이나 양산성의 관점에서는, 에틸렌성 불포화 실란 화합물의 양의 상한은 5000ppm인 것도 바람직하다.
또한, 실란 변성 폴리에틸렌은, 태양전지용 봉지재 중에 희석용으로서 미변성의 폴리에틸렌과의 혼합물로 존재하는 것이 바람직하다. 이때의 실란 변성 폴리에틸렌의 비율은, 실란 변성 폴리에틸렌과 미변성의 폴리에틸렌의 혼합물의 전체 질량을 100 질량％로 한 경우, 1?80 질량％의 범위 내가 바람직하고, 5?70 질량％의 범위 내가 더욱 바람직하다.
이 경우도 마찬가지로, 실란 변성 폴리에틸렌은, 폴리에틸렌과 중합하는 에틸렌성 불포화 실란 화합물을 가짐으로써, 유리 등과의 접착성이 부여되는 것이다. 따라서, 태양전지용 봉지재는, 상기와 같은 실란 변성 폴리에틸렌을 가짐으로써, 유리 등과의 접착성이 높아진다. 따라서, 유리 등과의 밀착성, 또한 비용의 점에서, 상기 서술한 범위 내가 적합하게 사용된다.
실란 변성 폴리에틸렌을 포함하는 태양전지용 봉지재는, 그 전체 질량 중에 있어서의 규소(Si)의 함유량이 중합 규소량으로서 8ppm?3500ppm, 특히 10ppm?3000ppm, 그 중에서도 50?2000ppm의 범위 내에서 함유되어 있는 것이 바람직하다. 중합 규소량을 이 범위 내에서 포함하는 경우에는, 상부 투명 보호재나 이면 보호재 혹은 태양전지 소자와의 접착성을 양호하게 유지할 수 있고, 비용면에서도 유리하다.
또한, 본 발명에 있어서, 중합 규소량을 측정하는 방법으로서는, 봉지재의 층(태양전지용 봉지재)만을 가열하여 연소시켜서 회화(灰化)함으로써 중합 규소(중합 Si)는 SiO2로 변환되는 점에서, 회분을 알칼리 융해하고, 순수(純水)에 용해 후 정용(定容)하여, ICP 발광 분석법(고주파 플라즈마 발광 분석 장치: (주)시마즈제작소 제의 ICP S8100)에 의해 중합 Si량의 정량을 행하는 방법이 사용된다.
또한, 실란 변성 폴리에틸렌은, 190℃, 2.16㎏ 하중으로 측정한 멜트 플로우 레이트(MFR)가 0.5?10g/10분인 것이 바람직하고, 1?8g/10분인 것이 더 바람직하다. MFR이 상기 범위 내이면, 태양전지용 봉지재의 성형성, 상부 투명 보호재 및 이면 보호재 사이의 접착성이 우수하다.
또, 실란 변성 폴리에틸렌의 융점은, 120℃ 이하인 것이 바람직하다. 태양전지용 봉지재를 사용한 태양전지 모듈의 제조 시에 있어서, 가공성 등의 면에서 융점은 상기 범위가 적절하다. 융점의 측정 방법에 대해서는 후술한다.
실란 변성 폴리에틸렌에 첨가하는 가교제로서는, 예를 들면, 디쿠밀퍼옥사이드, 디이소프로필벤젠히드로퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(히드로퍼옥시)헥산 등의 히드로퍼옥사이드류; 디-t-부틸퍼옥사이드, t-부틸쿠밀퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(t-퍼옥시)헥신-3 등의 디알킬퍼옥사이드류; 비스-3,5,5-트리메틸헥사노일퍼옥사이드, 옥타노일퍼옥사이드, 벤조일퍼옥사이드, o-메틸벤조일퍼옥사이드, 2,4-디클로로벤조일퍼옥사이드 등의 디아실퍼옥사이드류; t-부틸퍼옥시아세테이트, t-부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, t-부틸퍼옥시피발레이트, t-부틸퍼옥시옥토에이트, t-부틸퍼옥시이소프로필카보네이트, t-부틸퍼옥시벤조에이트, 디-t-부틸퍼옥시프탈레이트, 2,5-디메틸-2,5-디(벤조일퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(벤조일퍼옥시)헥신-3 등의 퍼옥시에스테르류; 메틸에틸케톤퍼옥사이드, 시클로헥사논퍼옥사이드 등의 케톤퍼옥사이드류 등의 유기 과산화물, 또는, 아조비스이소부티로니트릴, 아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴) 등의 아조 화합물 등을 들 수 있다.
가교제의 사용량은, 상기 실란 변성 폴리에틸렌의 제조 시에 있어서 에틸렌성 불포화 실란 화합물과 폴리에틸렌의 합계량에 대하여 0.01 질량％ 이상 포함되는 것이 바람직하다. 가교제의 양이 0.01 질량％ 이상에서는, 에틸렌성 불포화 실란 화합물과 폴리에틸렌의 그래프트 중합이 양호하게 진행된다.
본 발명에 있어서는, 태양전지용 봉지재가, 실란 변성 폴리에틸렌과 이것을 희석하는 미변성의 폴리에틸렌을 가지는 혼합물인 경우가 바람직하다. 희석용의 미변성의 폴리에틸렌으로서는, 상기 서술한 그래프트 중합하는 중합용의 폴리에틸렌으로서 열거한 것과 동일한 폴리에틸렌을 들 수 있다. 나아가서는, 본 발명에 있어서의 희석용의 폴리에틸렌은, 실란 변성 폴리에틸렌의 베이스 폴리머, 즉 실란 변성 폴리에틸렌을 제조할 때에 사용되는 그래프트 중합용의 폴리에틸렌과 동종의 수지인 것이 바람직하다.
실란 변성 폴리에틸렌은 비교적 비용이 높아지기 때문에, 실란 변성 폴리에틸렌만으로 태양전지용 봉지재를 구성하는 것보다, 실란 변성 폴리에틸렌과 희석용의 미변성의 폴리에틸렌을 혼합한 혼합물로 태양전지용 봉지재를 구성하는 편이 비용적으로 유리하다.
또한, 상기 희석용의 폴리에틸렌은, 190℃, 2.16㎏ 하중에서의 멜트 플로우 레이트가 0.5?10g/10분인 것이 바람직하고, 1?8g/10분인 것이 더욱 바람직하다. 태양전지용 봉지재의 성형성 등이 우수하기 때문이다.
또한, 상기 희석용의 폴리에틸렌의 융점은, 130℃ 이하인 것이 바람직하다. 태양전지용 봉지재를 사용한 태양전지 모듈의 제조 시에 있어서의 가공성 등의 면에서 상기 범위가 적합하다.
또한, 상기 실란 변성 폴리에틸렌의 융점, 및 상기 희석용의 폴리에틸렌의 융점의 측정은, 플라스틱의 전이 온도 측정 방법(JIS K7121)에 준거하여, 시차 주사 열량 분석(DSC)에 의해 행한다. 또한, 그때에 융점 피크가 2개 이상 존재하는 경우에는, 높은 온도 쪽을 융점으로 한다.
본 발명에 있어서는, 필요에 따라, 자외선 흡수재, 광안정제, 산화방지제, 열안정제 등의 첨가제를 사용할 수 있다. 본 발명의 태양전지용 봉지재가, 상기 서술한 바와 같은 실란 변성 폴리에틸렌을 가지고, 이것에 자외선 흡수재, 광안정제, 산화방지제, 열안정제를 첨가함으로써 장기간에 걸쳐 안정적인 기계 강도, 접착 강도, 황변 방지, 균열 방지, 우수한 가공 적성을 얻을 수 있다.
상기 자외선 흡수제는, 태양광 중의 유해한 자외선을 흡수하여, 분자 내에서 무해한 열에너지로 변환하고, 상기의 실란 변성 폴리에틸렌 및 희석용의 폴리에틸렌에 사용되는 폴리머 중의 광 열화 개시의 활성종이 여기되는 것을 방지하는 것이다. 구체적으로는, 벤조페논계, 벤조트리아졸계, 살리실레이트계, 아크릴니트릴계, 금속 착염계, 힌더드아민계, 및, 초미립자 산화 티탄(입자경 : 0.01㎛?0.06㎛) 혹은 초미립자 산화 아연(입자경 : 0.01㎛?0.04㎛) 등의 무기계 등의 자외선 흡수제로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종류인 것을 사용할 수 있다.
자외선 흡수제로서는, 예를 들면, 2-히드록시-4-메톡시벤조페논, 2,2'-디히드록시-4-메톡시벤조페논, 2-히드록시-4-메톡시-2-카르복시벤조페논 및 2-히드록시-4-n-옥톡시벤조페논 등의 벤조페논계; 2-(2'-히드록시-3',5'-디t-부틸 페닐)벤조트리아졸, 2-(2'-히드록시-5-메틸페닐)벤조트리아졸 및 2-(2'-히드록시-5-t-옥틸페닐)벤조트리아졸 등의 벤조트리아졸계; 페닐살리실레이트 및 p-옥틸페닐살리실레이트 등의 살리실산 에스테르계인 것이 사용된다.
상기 광안정제는, 실란 변성 폴리에틸렌 및 희석용의 폴리에틸렌에 사용되는 폴리머 중의 광 열화 개시의 활성종을 포착하여, 광 산화를 방지하는 것이다. 구체적으로는, 힌더드아민계 화합물, 힌더드피페리딘계 화합물, 및 기타 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 사용할 수 있다. 상기 힌더드아민계의 광안정제로서는, 예를 들면, 4-아세톡시-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘, 4-스테아로일옥시-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘, 4-아크릴로일옥시-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘, 4-벤조일옥시-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘, 4-시클로헥사노일옥시-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘, 4-(o-클로로벤조일옥시)-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘, 4-(페녹시아세톡시)-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘, 1,3,8-트리아자-7,7,9,9-테트라메틸-2,4-디옥소-3-n옥틸-스피로[4,5]데칸, 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트, 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)테레프탈레이트, 비스(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜)세바케이트, 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)벤젠-1,3,5-트리카르복실레이트, 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)-2-아세톡시프로판-1,2,3-트리카르복실레이트, 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)-2-히드록시프로판-1,2,3-트리카르복실레이트, 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)트리아진-2,4,6-트리카르복실레이트, 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딘)포스파이트, 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)부탄-1,2,3-트리카르복실레이트, 테트라키스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)프로판-1,1,2,3-테트라카르복실레이트, 테트라키스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)부탄-1,2,3,4-테트라카르복실레이트 등을 들 수 있다.
상기 산화방지제로서는, 각종 힌더드페놀계가 사용된다. 힌더드페놀계 산화방지제의 구체예로서는, 2,6-디-t-부틸-p-크레졸, 2-t-부틸-4-메톡시페놀, 3-t-부틸-4-메톡시페놀, 2,6-디-t-부틸-4-에틸페놀, 2,2'-메틸렌비스(4-메틸-6-t-부틸페놀), 2,2'-메틸렌비스(4-에틸-6-t-부틸페놀), 4,4'-메틸렌비스(2,6-디-t-부틸페놀), 2,2'-메틸렌비스[6-(1-메틸시클로헥실)-p-크레졸], 비스[3,3-비스(4-히드록시-3-t-부틸페닐)부티르산]글리콜에스테르, 4,4'-부틸리덴비스(6-t-부틸-m-크레졸), 2,2'-에틸리덴비스(4-sec-부틸-6-t-부틸페놀), 2,2'-에틸리덴비스(4,6-디-t-부틸페놀), 1,1,3-트리스(2-메틸-4-히드록시-5-t-부틸페닐)부탄, 1,3,5-트리스(3,5-디-t-부틸-4-히드록시벤질)-2,4,6-트리메틸벤젠, 2,6-디페닐-4-옥타데실옥시페놀, 테트라키스[메틸렌-3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트]메탄, n-옥타데실-3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트, 4,4'-티오비스(6-t-부틸-m-크레졸), 토코페롤, 3,9-비스[1,1-디메틸-2-[β-(3-t-부틸-4-히드록시-5-메틸페닐)프로피오닐옥시]에틸]2,4,8,10-테트라옥사스피로[5,5]운데칸, 2,4,6-트리스(3,5-디-t-부틸-4-히드록시벤질티오)-1,3,5-트리아진 등을 들 수 있다.
또한, 상기 열안정제로서는, 예를 들면, 트리스(2,4-디-tert-부틸페닐)포스파이트, 비스[2,4-비스(1,1-디메틸에틸)-6-메틸페닐]에틸에스테르아인산, 테트라키스(2,4-디-tert-부틸페닐)[1,1-비페닐]-4,4'-디일비스포스포네이트, 및, 비스(2,4-디-tert-부틸페닐)펜타에리트리톨디포스파이트 등의 인계 열안정제; 8-히드록시-5,7-디-tert-부틸-푸란-2-온과 o-크실렌의 반응 생성물 등의 락톤계 열안정제를 들 수 있다. 또한, 이것들을 1종 또는 2종 이상을 사용할 수도 있다. 그 중에서도, 인계 열안정제 및 락톤계 열안정제를 병용하여 사용하는 것이 바람직하다.
광안정제, 자외선 흡수제, 열안정제 등의 함유량으로서는, 그 입자 형상, 밀도 등에 따라 다르나, 태양전지용 봉지재의 전체 질량에 대하여, 0.01?5 질량％의 범위 내가 바람직하다.
또한, 태양전지용 봉지재에는, 후술하는 바와 같이 태양전지 모듈에 사용한 경우, 가교시키지 않는 것이 본 발명의 특장 중 하나이다. 이러한 관점에서, 실란 변성 폴리에틸렌이 가교 구조를 형성할 필요가 없다. 따라서, 실라놀기의 축합 반응을 촉진시키는 촉매 등은 반드시 필요한 것은 아니다.
구체적으로는, 디부틸주석 디아세테이트, 디부틸주석 디라우레이트, 디부틸주석 디옥테이트, 디옥틸주석 디라우레이트 등의, 실리콘의 실라놀 사이의 탈수 축합 반응을 촉진하는 실라놀 축합 촉매가, 실질적으로 포함되어 있지 않은 것이 바람직하다.
또한, 태양전지용 봉지재에는, 자외선 흡수제 등의 상기 첨가제 이외에, 필요에 따라, 착색제, 광확산제, 및 난연제 등의 첨가제를 함유시킬 수 있다.
상기 착색제로서는, 안료, 무기화합물 및 염료 등을 들 수 있다. 착색제로서는, 특히 백색의 착색제로서, 산화티탄, 산화아연 및 탄산칼슘을 들 수 있다.
상기 광확산제로서는, 예를 들면, 무기계의 구형상 물질로서, 유리 비즈, 실리카 비즈, 실리콘 알콕시드 비즈, 중공 유리 비즈 등을 들 수 있고, 유기계의 구형상 물질로서, 아크릴계나 비닐벤젠계 등의 플라스틱 비즈 등을 들 수 있다.
상기 난연제로서는, 예를 들면, 브롬화물 등의 할로겐계 난연제, 인계 난연제, 실리콘계 난연제, 수산화마그네슘, 수산화알루미늄 등의 금속 수화물 등을 들 수 있다.
본 발명에서 사용되는 태양전지용 봉지재의 형상은, 장척(長尺) 형상이 바람직하다. 여기서 말하는 장척 형상에는, 시트 형상 및 필름 형상 둘 다 포함된다.
태양전지용 봉지재의 막 두께는, 바람직하게는 10?2000㎛의 범위 내, 특히 100?1250㎛의 범위 내인 것이 바람직하다. 막 두께가 10㎛ 이상인 경우에는, 셀이나 배선을 양호하게 봉지할 수 있고, 기포 잔여물이나 보이드가 생기기 어렵다. 막 두께가 2000㎛ 이하인 경우에는, 모듈 중량이 억제되고, 설치 시 등의 작업성이 양호해짐과 함께, 비용면에서도 유리하게 된다.
또한, 상기 서술한 바와 같이 태양전지용 봉지재를 구성하는 실란 변성 폴리에틸렌, 또는 실란 변성 폴리에틸렌과 미변성의 희석용 폴리에틸렌의 혼합물의 190℃, 2.16㎏ 하중에서의 멜트 플로우 레이트(MFR)로서는, 0.5?10g/10분, 특히 1?8g/10분인 것이 바람직하다. 즉, MFR이 상기 범위 내에 있으면, 태양전지용 봉지재의 가공성뿐만 아니라, 상부 투명 보호재 및 이면 보호재의 접착성도 더욱 향상된다.
다음으로, 본 발명의 태양전지용 봉지재의 제조 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 실란 변성 폴리에틸렌의 조제 방법에 대하여 그 일례를 설명한다.
실란 변성 폴리에틸렌은, 에틸렌성 불포화 실란 화합물과 미변성의 폴리에틸렌과 가교제의 혼합물을, 가열 용융 혼합하고, 에틸렌성 불포화 실란 화합물을 폴리에틸렌에 그래프트 중합시킴으로써 얻을 수 있다.
혼합물의 가열 용융 혼합 방법으로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 첨가제에 대해서는 미리 첨가제와 폴리에틸렌을 압출기로 용융 혼련하여 폴리에틸렌에 첨가제를 함유시킨 마스터배치를 제조하고, 이 마스터배치를 그 밖의 주원료에 혼합하여, 압출기 바람직하게는 벤트가 있는 압출기로 용융 혼련시키는 방법이 바람직하다. 또한, 가열 온도는, 300℃ 이하가 바람직하고, 나아가서는 270℃ 이하가 바람직하다. 상기 실란 변성 폴리에틸렌은, 가열에 의해 실라놀기 부분이 가교되어 겔화하기 쉽기 때문에, 상기 범위에서 용융 혼합하는 것이 적절하다.
계속하여, 태양전지용 봉지재를 형성하는 방법에 대하여 그 일례를 설명한다.
상기 서술한 바와 같이 실란 변성 폴리에틸렌과 미변성의 폴리에틸렌을 가열 용융 혼합한 후, 얻어진 실란 변성 폴리에틸렌을 펠릿화하고, 다시 가열 용융하여 압출 가공하는 것도 가능하지만, 압출기의 호퍼 내에 상기 실란 변성 폴리에틸렌과 상기 희석용의 미변성의 폴리에틸렌을 혼합하여 투입하고, 실린더 내에서 가열 용융하는 것도 가능하여, 비용의 점에서는 후자가 우수하다.
상기 서술한 바와 같이 가열 용융 혼합한 후, T 다이, 인플레 등의 기존의 방법에 의해, 100?1500㎛ 두께의 시트 형상으로 성형하여, 태양전지용 봉지재로 할 수 있다.
다시 가열 용융할 때의 가열 온도는, 300℃ 이하가 바람직하고, 더 바람직하게는 270℃ 이하이다. 상기 서술한 바와 같이, 실란 변성 폴리에틸렌은, 가열에 의해 실라놀기 부분이 가교되어 겔화하기 쉽기 때문에, 상기 범위에서 수지를 가열 용융하여 압출하는 것이 바람직하다.
다음으로, 태양전지 모듈에 대하여 설명한다.
본 발명의 태양전지 모듈은, 태양전지 소자(셀)의 태양광이 입사하는 측의 상부 및 그 반대 측의 하부를 보호재로 고정함으로써 제조된 것이다.
본 명세서 중에서는, 태양전지 소자의 상부(태양광이 입사하는 측)에 배치되는 투명성을 가지는 보호재를 「상부 투명 보호재」, 태양전지 소자의 하부(태양광이 입사하는 측의 반대측)에 배치되는 보호재를 「하부 보호재」 또는 「이면 보호재」라고 하는 경우가 있다.
본 발명의 태양전지 모듈의 구성의 예로서는, 예를 들면,
(1) 도전 유리나 폴리이미드 필름 상에 스퍼터링 등으로 하여 형성한 태양전지 소자를, 상부 투명 보호재/태양전지용 봉지재/태양전지 소자/태양전지용 봉지재/하부 보호재의 층 구조와 같이 태양전지 소자의 양측으로부터 태양전지용 봉지재로 끼우는 구성인 것,
(2) 상부 투명 보호재의 표면에 형성된 태양전지 소자(예를 들면, 도전 유리의 투명 전극 상에 스퍼터링 등에 의해 형성된 아몰퍼스 실리콘 태양전지 소자) 상에 태양전지용 봉지재 및 하부 보호재를 형성시킨 구성인 것(즉, 상부 투명 보호재/태양전지 소자/태양전지용 봉지재/하부보호재의 층 구조와 같이 상부 투명 보호재와 태양전지용 봉지재로 태양전지 소자를 끼우는 구성인 것), 등을 들 수 있다.
상기 (1) 및 (2)의 어느 구성에 있어서도, 태양전지용 봉지재에 인접하고, 구리, 납 비함유 땜납, 및 은막에서 선택되는 적어도 하나를 가지는 금속 재료(예를 들면, 버스 바, 인터커넥터, 이면 전극, 등)가 설치된다.
이때, 이면 전극으로서 은 박막을 사용하는 구성은, 본 발명의 효과를 특히 발휘할 수 있기 때문에 바람직한 양태이다.
본 발명에 있어서의 태양전지 소자는, 아몰퍼스 실리콘계의 태양전지 소자이다. 이 태양전지 소자는, 싱글 구조뿐만 아니라, 게르마늄 등을 포함하는 탠덤 구조, 트리플 구조를 가지는 것도 포함된다.
태양전지 모듈을 제조하는 방법에 대해서는, 공지된 방법을 이용할 수 있다.
예를 들면, 상부 투명 보호재, 태양전지용 봉지재, 태양전지 소자, 태양전지용 봉지재, 이면 보호재를 순차로 적층하고, 이것들을 일체화한 후, 진공 흡인하여 가열 압착하는 라미네이션법이 있다. 이러한 라미네이션법을 이용할 때, 라미네이트 온도는, 110℃?180℃의 범위 내가 바람직하고, 특히 130℃?180℃의 범위 내가 바람직하다. 라미네이트 온도가 110℃ 이상이면, 용융하여 상부 투명 보호재, 보조 전극이나 태양전지 소자, 이면 보호재 등과의 접착성이 양호하다. 라미네이트 온도가 180℃ 이하이면, 대기 중의 수증기에 의한 물 가교를 더욱 억제할 수 있고, 겔분률을 더욱 저감할 수 있기 때문에, 바람직하다.
또한, 라미네이트 시간은, 5?30분의 범위 내가 바람직하고, 특히 8?20분의 범위 내가 바람직하다. 라미네이트 시간이 5분 이상이면, 용융이 양호하고 동상(同上)의 부재와의 접착성이 양호해진다. 라미네이트 시간이 30분 이하이면, 공정상의 문제가 되는 경우가 적고, 특히 온도나 습도 조건에 따라 겔분률의 증가를 억제할 수 있다. 또한, 습도에 관해서는, 너무 높으면 겔분률의 증가로 이어지고, 너무 낮으면 각종 부재와의 접착성을 저하시킬 가능성이 있지만, 통상적인 대기 환경 하에 있어서의 습도이면 특별히 문제는 생기지 않는다.
태양전지용 봉지재는, 상부 투명 보호재와 태양전지 소자 사이에 설치해도 되고, 이면 보호재와 태양전지 소자의 사이에 설치해도 된다. 또한, 태양전지 모듈에 있어서는, 태양광의 흡수성, 보강, 기타 등의 목적 하에, 다른 층을 임의로 가하여 더 적층할 수 있다.
본 발명의 태양전지 모듈에 사용되는 상부 투명 보호재는, 태양광이 입사하는 측이기 때문에, 투명성의 기재(基材)가 바람직하다. 상부 투명 보호재로서는, 예를 들면, 유리, 불소계 수지 시트, 내후성 필름과 배리어 필름을 라미네이트 적층한 투명 복합 시트 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 태양전지 모듈에 사용되는 이면 보호재로서는, 알루미늄 등의 금속, 불소계 수지 시트, 내후성 필름과 배리어 필름을 라미네이트 적층한 복합 시트 등을 사용할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 그 주지(主旨)를 넘지 않는 한, 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다. 또한, 특별한 언급이 없는 한, 「부」는 질량 기준이다.
이하의 부식 시험은, Ag 기판(은 도금 강판), 인터커넥터를 사용하여 행하고 있지만, 아몰퍼스 실리콘 태양전지의 셀 이면의 전극은 Ag 전극을 사용하는 것이 통상이다. 또한, 인터커넥터는, 통상, 모듈에 사용되는 것이다. 이들 금속 부재가 사용 환경 하에 있어서 부식된 경우, 금속산화물이 생성되어 전기 저항이 증대하여, 출력 저하의 원인이 된다. 따라서, 이하의 부식 시험에서는, 본 발명의 모듈의 신뢰성을 평가하는 수단으로서 금속 부식성을 평가하고 있고, 이하의 부식 시험에 의해 본 발명의 모듈의 실태를 따른 시험을 행할 수 있다.
1. 원료
원재료로서, 이하에 나타내는 원료를 준비했다.
?(A) 폴리머 원료?
(A-1) 에틸렌?α-올레핀 공중합체 : 밀도=0.898g/㎤, MFR(JIS K7210-1999, 190℃, 2160g 하중)=3.5g/10min, 융점=90℃(일본 폴리에틸렌(주) 제, 커널 KF360T)
(A-2) 에틸렌?α-올레핀 공중합체 : 밀도=0.921g/㎤, MFR(JIS K7210-1999, 190℃, 2160g 하중)=2.5g/10min, 융점=108℃(일본 폴리에틸렌(주) 제, 커널 KF283)
(A-3) 에틸렌?아세트산 비닐 공중합체 : 밀도=0.950g/㎤, MFR(JIS K7210-1999, 190℃, 2160g 하중)=15g/10min, 융점=71℃(미츠이?듀폰 폴리케미칼(주) 제, 에바플렉스 EV250R)
(A-4) 에틸렌?α-올레핀 공중합체 : 밀도=0.903g/㎤, MFR(JIS K7210-1999, 190℃, 2160g 하중)=1.2g/10min, 융점=98℃(미츠이화학(주) 제), 에보류 SP0511)
?(B) 실란 커플링제?
(B-1) 비닐트리메톡시실란
(B-2) 3-메타크릴옥시프로필-트리메톡시실란
?(C) 각종 첨가제?
(C-1-1) 페놀계 산화방지제 : 이르가녹스 1010, 치바?스페셜티?케미컬즈(주) 제
(C-1-2) 페놀계 산화방지제 : 이르가녹스 1076, 치바?스페셜티?케미컬즈(주) 제
(C-2) 인계 산화방지제 : 이르가포스 168, 치바?스페셜티?케미컬즈(주) 제
(C-3-1) 금속 불활성제 : 아데카스타브 CDA-6, (주)ADEKA 제
(C-3-2) 금속 불활성제 : 아데카스타브 CDA-1, (주)ADEKA 제
(C-3-3) 금속 불활성제 : 아데카스타브 CDA-1M, (주)ADEKA 제
(C-3-4) 금속 불활성제 : 이르가녹스 MD1024, 치바?스페셜티?케미컬즈(주)(현BASF 재팬(주)) 제
(C-4) 자외선 흡수제 : 티누빈 326, 치바?스페셜티?케미컬즈(주) 제
(C-5) 자외선 흡수제 : 키마소브 81, 치바?스페셜티?케미컬즈(주) 제
(C-6) 내광 안정제 : 사놀 770, 산쿄(주) 제
(C-7) 가교제 : 퍼쿠밀 D, 일본유지(주) 제
(C-8) 가교제 : 루페록스 101, 알케마요시토미(주) 제
(C-9) 가교제 : 루페록스 TBEC, 알케마요시토미(주) 제
?(D) 첨가제 마스터배치의 제조?
(D-1)
가공 온도 150℃로 2축 압출기(L/D=32 30㎜φ)를 사용해, 커널 KF283을 96 질량부와, 티누빈 326을 1.87 질량부와, 사놀 770을 1.87 질량부와, 이르가포스 168을 0.5 질량부를 혼련하여, 마스터배치 (D-1)을 제조하였다.
(D-2)
가공 온도 150℃로 2축 압출기(L/D=32 30㎜φ)를 사용해, 커널 KF283을 96 질량부와, 티누빈 326을 1.87 질량부와, 사놀 770을 1.87 질량부와, 이르가녹스 1010을 0.5 질량부를 혼련하여, 마스터배치 (D-2)를 제조하였다.
(D-3)
가공 온도 150℃로 2축 압출기(L/D=32 30㎜φ)를 사용해, 커널 KF283을 96 질량부와, 티누빈 326을 1.87 질량부와, 사놀 770을 1.87 질량부와, 이르가녹스 1010을 0.5 질량부와, 아데카스타브 CDA-6을 1 질량부를 혼련하여, 마스터배치 (D-3)을 제조하였다.
(D-4)
가공 온도 150℃로 2축 압출기(L/D=32 30㎜φ)를 사용해, 에보류 SP0511을 96 질량부와, 티누빈 326을 1.87 질량부와, 사놀 770을 1.87 질량부를 혼련하여 마스터배치 (D-4)를 제조하였다.
(D-5)
가공 온도 150℃로 2축 압출기(L/D=32 30㎜φ)를 사용해, 에보류 SP0511을 98 질량부와, 이르가녹스 1076을 2 질량부를 혼련하여 마스터배치 (D-5)를 제조하였다.
(D-6)
가공 온도 150℃로 2축 압출기(L/D=32 30㎜φ)를 사용해, 에보류 SP0511을 98 질량부와, 아데카스타브 CDA-6을 2 질량부를 혼련하여 마스터배치 (D-6)을 제조하였다.
(D-7)
가공 온도 150℃로 2축 압출기(L/D=32 30㎜φ)를 사용해, 에보류 SP0511을 98 질량부와, 아데카스타브 CDA-1을 2 질량부를 혼련하여 마스터배치 (D-7)을 제조하였다.
(D-8)
가공 온도 150℃로 2축 압출기(L/D=32 30㎜φ)를 사용해, 에보류 SP0511을 98 질량부와, 아데카스타브 CDA-1M을 2 질량부를 혼련하여 마스터배치 (D-8)을 제조하였다.
(D-9)
가공 온도 150℃로 2축 압출기(L/D=32 30㎜φ)를 사용해, 에보류 SP0511을 98 질량부와, 이르가녹스 MD1024를 2 질량부를 혼련하여 마스터배치 (D-9)를 제조하였다.
2. 평가 방법
평가는, 이하에 나타내는 방법으로, 하기의 실시예 및 비교예의 각 봉지 시트에 대하여 행하였다. 평가 결과는, 하기 표 1 및 하기 표 2에 나타낸다.
상부 투명 보호재로서, 하기의 청색 유리를 준비하였다.
? 기재
상부 투명 보호재 : 청색 유리(두께=3.2㎜, 사이즈=7.5㎝×12㎝)
(1) 기재 접착성
1-1. 유리 접착
상기의 청색 유리에 하기의 조건으로 접착을 행하였다.
? 부착 조건 : 150℃×3min×5min
(단, 비교예 2는 130℃×3분×3분간으로 하여 라미네이트 후, 145℃로 40min 큐어를 더 행하였다.)
? 부착 장치 : 진공 부착기(LM-50×50S, NPC 제)
? 시료 구성 : 청색 유리/봉지 시트
? 측정 : 15㎜ 폭으로 잘라내어, 인장 속도 100㎜/분의 조건으로 시료의 청색 유리/봉지 시트단을 유리면에 대하여 수직인 방향으로 잡아당김으로써, 유리/봉지 시트 사이의 접착을 측정
(2) 부식 시험-1
2-1. 인터커넥터
? 인터커넥터 (1) … 유납 타입, 산코 금속(주) 제
? 인터커넥터 (2) … 무납 타입, 산코 금속(주) 제
2-2. 부식 평가
(i) 8㎝로 잘라낸 인터커넥터 각 2개씩을, 유리 상에 봉지 시트를 포갠 위에 등간격으로 나란히 놓고, 또 그 위에 봉지 시트와 유리를 이 순으로 포개어 얹어 라미네이트를 행하여, 모듈 시료를 제조하였다. 이것을 85℃?90% RH 분위기 하에서 1000시간 에이징하고, 인터커넥터의 부식 상황을 육안 관찰하였다.
(ⅱ) 상기 (i)와 마찬가지로, 은 도금 강판(0.5㎜ 두께×길이 10㎝×폭 2㎝, (주)테스트피스 제) 2장씩을, 유리 위에 봉지 시트를 포갠 위에 등간격으로 나란히 놓고, 또 그 위에 봉지 시트와 유리를 이 순으로 포개어 얹어 라미네이트를 행하여, 모듈 시료를 제조하였다. 이것을 85℃×90% RH 분위기 하에서 1000시간 에이징하고, 은 도금의 부식 상황을 육안 관찰하였다.
이들 시험에서는, 부식을 가속하기 위하여, 시험편(인터커넥터 또는 은 도금 강판)을 2장의 봉지 시트로 끼우는 구성으로 하였다.
(2) 부식 시험-2
4-1. 인터커넥터
? 인터커넥터 (1) … 유납 타입, 산코 금속(주) 제
? 인터커넥터 (2) … 무납 타입, 산코 금속(주) 제
4-2. 부식 평가
(i) 실리콘 처리 PET 필름(실리콘 처리된 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름. 이하 동일.) 위에 봉지 시트를 두고, 그 위에 8㎝로 잘라낸 인터커넥터 각 2개씩을 등간격으로 나란히 놓고, 또 그 위에 봉지 시트를 얹어서 라미네이트를 행하여, 모듈 시료를 제조하였다. 이것을 85℃?90% RH 분위기 하에서 1000시간 에이징하고, 인터커넥터의 부식 상황을 육안 관찰하였다.
또한, 실리콘 처리 PET 필름으로서는, 도레이 필름 가공(주) 세라필 MDA(S)를 사용하였다.
(ⅱ) 상기 (i)와 마찬가지로, 실리콘 처리 PET 필름 위에 봉지 시트를 두고, 그 위에 은 도금 강판(0.5㎜ 두께×길이 10㎝×폭 2㎝, (주) 테스트피스 제) 1장을 얹고, 또 그 위에 봉지 시트를 얹어서 라미네이트를 행하여, 모듈 시료를 제조하였다. 이것을 85℃×90% RH 분위기 하에서 1000시간, 2000시간 에이징하고, 은 도금의 부식 상황을 육안 관찰하였다.
(ⅲ) 상기 (i)와 마찬가지로, 실리콘 처리 PET 필름 위에 봉지 시트를 두고, 그 위에 구리 기판(0.5㎜ 두께×길이 10㎝×폭 2㎝, (주) 테스트피스 제) 1장을 얹고, 또 그 위에 봉지 시트를 얹어서 라미네이트를 행하여, 모듈 시료를 제조하였다. 이것을 85℃×90% RH 분위기 하에서 1000시간 에이징하고, 구리 기판의 부식 상황을 육안 관찰하였다. 이들 시험에서는 부식을 가속하기 위하여, 시험편(인터커넥터 또는 은 도금 강판)을 2장의 봉지 시트로 끼우는 구성으로 하였다.
(실시예 1)
-실란 변성 폴리에틸렌 (1)의 제조-
상기 (A-1) 100 질량부에, 상기 (B-1) 2.5 질량부, 및 상기 (C-7) 1 질량부를 미리 함침하고, 가공 온도 180℃로 멜트블렌드(40㎜φ 단축 압출기, L/D=28, 선단 덜메이지 스크루, 40min-1)하여, 실란 변성 폴리에틸렌 (1)을 제조하였다. 실란 변성 폴리에틸렌 중의 중합 규소량은, 4600ppm이었다.
-봉지 시트의 제조-
이어서, 상기 (A-2) 70 질량부, 상기 실란 변성 폴리에틸렌 (1) 20 질량부, 및 상기 (D-3) 10 질량부를 드라이블렌드하고, 40㎜φ 단축 T-다이 성형기를 사용하여, 수지 온도 160℃로 0.4㎜ 두께의 봉지 시트를 제조하였다. 봉지 시트 중에 있어서의 중합 규소량은, 900ppm이었다. 이 봉지 시트를 사용하여, 유리 접착, 부식 시험-1의 평가를 행하였다. 평가 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
또한, 중합 규소량의 측정은, 실란 변성 폴리에틸렌 또는 봉지 시트를 가열 연소시켜서 회화하고, 그 회분을 알칼리 융해하여 순수에 용해 후 정용하여, ICP 발광 분석법(고주파 플라즈마 발광 분석 장치 : (주)시마즈제작소 제의 ICP S8100)에 의해 정량하였다.
(비교예 1)
상기 (A-2) 70 질량부, 상기 실란 변성 폴리에틸렌 (1) 20 질량부, 및 상기 (D-1) 10 질량부를 드라이블렌드하고, 40㎜φ 단축 T-다이 성형기를 사용하여, 수지 온도 160℃로 0.4㎜ 두께의 봉지 시트를 제조하였다. 이 봉지 시트를 사용하여, 유리 접착, 부식 시험-1의 평가를 행하였다. 평가 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
(비교예 2)
상기 (A-2) 70 질량부, 상기 실란 변성 폴리에틸렌 (1) 20 질량부, 및 상기 (D-2) 10 질량부를 드라이블렌드하고, 40㎜φ 단축 T-다이 성형기를 사용하여, 수지 온도 160℃로 0.4㎜ 두께의 봉지 시트를 제조하였다. 이 봉지 시트를 사용하여, 유리 접착, 부식 시험-1의 평가를 행하였다. 평가 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
(비교예 3)
상기 (A-3) 100 질량부, 상기 (B-2) 0.5 질량부, 상기 (C-8) 0.96 질량부, 상기 (C-9) 0.24 질량부, 상기 (C-5) 0.3 질량부, 상기 (C-6) 0.1 질량부, 및 상기 (C-1-1) 0.03 질량부를 드라이블렌드하고, 40㎜φ 단축 T-다이 성형기를 사용하여, 수지 온도 90℃로 0.4㎜ 두께의 봉지 시트를 작성하였다. 이 봉지 시트를 사용하여, 유리 접착, 부식 시험-1의 평가를 행하였다. 평가 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
[표 1]
Figure pct00001
상기 표 1 중에 있어서, 「금속 불활성제의 양(ppm)」은, 봉지 시트 중에 있어서의 금속 불활성제의 함유량(질량 기준)을 나타낸다.
상기 표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예 1에서는, 부식이 보이지 않고, 유리와의 접착성도 양호했다. 이에 대하여, 비교예 1?3에서는, 부식이 진행되고 있어, 원하는 내부식성이 얻어지지 않았다. 또, 비교예 3에서는, 유리에 대한 접착성도 뒤떨어져 있었다.
(실시예 2)
-실란 변성 폴리에틸렌 (2)의 제조-
상기 (A-4) 100 질량부에, 상기 (B-1) 2.5 질량부, 및 상기 (C-7) 1 질량부를 미리 함침하고, 가공 온도 200℃로 멜트블렌드(40㎜φ 단축 압출기, L/D=28, 선단 덜메이지 스크루, 50min-1)하여, 실란 변성 폴리에틸렌 (2)를 제조하였다.
-봉지 시트의 제조-
이어서, 상기 (A-4) 63.5 질량부, 상기 실란 변성 폴리에틸렌 (2) 20 질량부, 상기 (D-4) 10 질량부, 상기 (D-5) 4 질량부, 및 상기 (D-6) 2.5 질량부를 드라이블렌드하고, 40㎜φ 단축 T-다이 성형기를 사용하여, 수지 온도 160℃로 0.4㎜ 두께의 봉지 시트를 제조하였다. 이 봉지 시트를 사용하여, 부식 시험-2의 평가를 행하였다. 평가 결과를 하기 표 2에 나타낸다.
(실시예 3)
상기 (A-4) 61 질량부, 상기 실란 변성 폴리에틸렌 (2) 20 질량부, 상기 (D-4) 10 질량부, 상기 (D-5) 4 질량부, 및 상기 (D-6) 5 질량부를 드라이블렌드하고, 40㎜φ 단축 T-다이 성형기를 사용하여, 수지 온도 160℃로 0.4㎜ 두께의 봉지 시트를 제조하였다. 이 봉지 시트를 사용하여, 부식 시험-2의 평가를 행하였다. 평가 결과를 하기 표 2에 나타낸다.
(실시예 4)
상기 (A-4) 56 질량부, 상기 실란 변성 폴리에틸렌 (2) 20 질량부, 상기 (D-4) 10 질량부, 상기 (D-5) 4 질량부, 및 상기 (D-6) 15 질량부를 드라이블렌드하고, 40㎜φ 단축 T-다이 성형기를 사용하여, 수지 온도 160℃로 0.4㎜ 두께의 봉지 시트를 제조하였다. 이 봉지 시트를 사용하여, 부식 시험-2의 평가를 행하였다. 평가 결과를 하기 표 2에 나타낸다.
(실시예 5)
상기 (A-4) 61 질량부, 상기 실란 변성 폴리에틸렌 (2) 20 질량부, 상기 (D-4) 10 질량부, 상기 (D-5) 4 질량부, 및 상기 (D-7) 5 질량부를 드라이블렌드하고, 40㎜φ 단축 T-다이 성형기를 사용하여, 수지 온도 160℃로 0.4㎜ 두께의 봉지 시트를 제조하였다. 이 봉지 시트를 사용하여, 부식 시험-2의 평가를 행하였다. 평가 결과를 하기 표 2에 나타낸다.
(실시예 6)
상기 (A-4) 61 질량부, 상기 실란 변성 폴리에틸렌 (2) 20 질량부, 상기 (D-4) 10 질량부, 상기 (D-5) 4 질량부, 및 상기 (D-8) 5 질량부를 드라이블렌드하고, 40㎜φ 단축 T-다이 성형기를 사용하여, 수지 온도 160℃로 0.4㎜ 두께의 봉지 시트를 제조하였다. 이 봉지 시트를 사용하여, 부식 시험-2의 평가를 행하였다. 평가 결과를 하기 표 2에 나타낸다.
(실시예 7)
상기 (A-4) 61 질량부, 상기 실란 변성 폴리에틸렌 (2) 20 질량부, 상기 (D-4) 10 질량부, 상기 (D-5) 4 질량부, 및 상기 (D-9) 5 질량부를 드라이블렌드하고, 40㎜φ 단축 T-다이 성형기를 사용하여, 수지 온도 160℃로 0.4㎜ 두께의 봉지 시트를 제조하였다. 이 봉지 시트를 사용하여, 부식 시험-2의 평가를 행하였다. 평가 결과를 하기 표 2에 나타낸다.
(비교예 4)
상기 (A-4) 66 질량부, 상기 실란 변성 폴리에틸렌 (2) 20 질량부, 상기 (D-4) 10 질량부, 및 상기 (D-5) 4 중량부를 드라이블렌드하고, 40㎜φ 단축 T-다이 성형기를 사용하여, 수지 온도 160℃로 0.4㎜ 두께의 봉지 시트를 제조하였다. 이 봉지 시트를 사용하여, 부식 시험-2의 평가를 행하였다. 평가 결과를 하기 표 2에 나타낸다.
[표 2]
Figure pct00002
상기 표 2 중에 있어서, 「금속 불활성제 의 양(ppm)」은, 봉지 시트 중에 있어서의 금속 불활성제의 함유량(질량 기준)을 나타낸다.
상기 표 2에 나타내는 바와 같이, 실시예 2?7에서는, 부식이 억제되어 있었다. 또한, 실시예 2?7의 봉지 시트에 대하여, 실시예 1과 동일한 방법에 의해 유리 접착을 확인한바, 실시예 2?7의 봉지 시트는 유리와의 접착성도 양호했다. 이에 대하여, 비교예 4에서는, 부식이 진행되고 있어, 원하는 내부식성이 얻어지지 않았다.
일본 출원 제2009-260131호의 개시는 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 받아들여진다.
본 명세서에 기재된 모든 문헌, 특허 출원, 및 기술 규격은, 각각의 문헌, 특허 출원, 및 기술 규격이 참조에 의해 받아들여지는 것이 구체적이면서 또한 각각에 기재된 경우와 동일한 정도로, 본 명세서 중에 참조에 의해 받아들여진다.

Claims (7)

  1. 금속 불활성제 및 실란 변성 폴리에틸렌을 포함하는 태양전지용 봉지재와,
    상기 태양전지용 봉지재에 인접하고, 구리, 납 비함유 땜납, 및 은막에서 선택되는 적어도 하나를 가지는 금속 재료를 구비한 아몰퍼스 실리콘 태양전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 불활성제가, 히드라진 유도체 및 트리아졸 유도체로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종이고, 상기 태양전지용 봉지재 중에 있어서의 함유량이 500ppm 이상인 아몰퍼스 실리콘 태양전지 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 태양전지용 봉지재는, 미변성의 폴리에틸렌을 더 포함하고, 상기 실란 변성 폴리에틸렌의 비율이, 상기 실란 변성 폴리에틸렌 및 상기 미변성의 폴리에틸렌의 혼합물의 전체 질량에 대한 질량 비율로 1 질량％?80 질량％의 범위인 아몰퍼스 실리콘 태양전지 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 태양전지용 봉지재 중에 있어서의 규소(Si)의 함유량이, 중합 규소량으로서 8ppm?3500ppm의 범위인 아몰퍼스 실리콘 태양전지 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 실란 변성 폴리에틸렌을 구성하는 폴리에틸렌이, 저밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 초저밀도 폴리에틸렌, 극초저밀도 폴리에틸렌, 및 직쇄형 저밀도 폴리에틸렌으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종인 아몰퍼스 실리콘 태양전지 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 금속 재료는, 버스 바 및 인터커넥터 중 적어도 하나인 아몰퍼스 실리콘 태양전지 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 태양전지용 봉지재는, 산화방지제, 자외선 흡수제, 및 광안정제로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 아몰퍼스 실리콘 태양전지 모듈.
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