KR20120088972A - 다층 시트 및 이를 포함하는 광전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다층 시트, 그 제조 방법, 광전지 모듈용 이면 시트 및 광전지 모듈에 관한 것이다. 본 발명의 다층 시트는, 기재의 한쪽 면에 열전도도가 높고, 표면적이 넓은 금속 호일층을 형성하여 모듈 내부의 열을 외부로 용이하게 방출할 수 있고, 내식성, 내후성 및 내습성이 우수한 광전지 모듈용 이면 시트로 활용할 수 있다. 또한, 본 발명의 다층 시트는 기재의 다른 쪽 면에 안료 또는 충전제 및 불소계 수지 등을 포함하는 수지층을 형성함으로써, 반사율 및 내후성을 증가시켜 셀의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 다층 시트, 그의 제조 방법, 광전지 모듈용 이면 시트, 및 이를 포함하는 광전지 모듈에 관한 것이다.
최근 지구 환경 문제와 화석 연료의 고갈 등에 따른 신 재생 에너지 및 청정 에너지에 대한 관심이 고조되고 있으며, 그 중 태양광 에너지는, 환경 오염 문제 및 화석 연료 고갈 문제를 해결할 수 있는 대표적인 무공해 에너지원으로 주목을 받고 있다.
태양광 발전원리가 적용되는 광전지는 태양광을 전기 에너지로 전환시키는 소자로서, 일반적으로 단결정 또는 다결정 또는 비정질 실리콘계의 반도체로부터 제조되며, 다이오드(diode)와 유사한 기본 구조를 가진다.
광전지는 태양광을 용이하게 흡수할 수 있도록 외부환경에 장기간 노출되어야 하므로, 셀을 보호하기 위한 여러 가지 패키징이 수행되어 유닛(unit) 형태로 제조되며, 이러한 유닛을 광전지 모듈(Photovoltaic Modules)이라 한다.
일반적으로 광전지의 효율을 높이기 위해서는 태양 복사 에너지를 가능한 많이 흡수하는 것이 좋지만, 다량의 태양 복사 에너지는 셀의 온도를 상승시키는 요인이 되는데, 광전지는 동작 온도가 올라갈수록 성능이 떨어지므로 광전지 모듈의 효율을 향상시키기 위해서는 셀의 동작 온도 상승을 억제할 필요가 있다.
대체로 결정형 모듈에서는 셀의 동작 온도가 1℃씩 낮아질 때마다 셀의 발전 효율이 0.45%씩 향상된다고 알려져 있다. 따라서, 광전지 모듈 내에서 발생하는 열을 외부로 잘 방출해야 한다.
종래에는 광전지 모듈의 내부 열을 방출하기 위하여, 알루미늄 금속 등으로 이루어진 별도의 냉각 핀 등을 광전지 모듈의 이면 시트 위에 설치하여 광전지 모듈의 성능을 향상시키기 위한 시도가 있었지만(미국공개특허 제2006-0137733호), 이는 재료비 및 설치비 등의 추가 비용이 증가하는 문제점이 있었다.
이에 따라, 광전지 모듈 내부에서 발생된 열을 외부로 쉽게 배출할 수 있고, 내구성 등이 향상되며, 제조 비용이 저렴한 광전지 모듈용 이면 시트의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 다층 시트, 그의 제조 방법, 광전지 모듈용 이면 시트, 및 이를 포함하는 광전지 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 기재; 및 상기 기재의 한쪽 면에 형성된 금속 호일층을 포함하고, 상기 금속 호일층의 일면 또는 양면에는 오목부 구조 또는 요철 구조가 형성되어 있는 다층 시트를 제공한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서, 일면 또는 양면에 오목부 또는 요철이 형성되어 있는 금속 호일층을 기재의 한쪽 면에 형성하는 단계를 포함하는 다층 시트의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 또 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 다층 시트를 포함하는 광전지 모듈용 이면 시트를 제공한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 또 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 광전지 모듈용 이면 시트를 포함하는 광전지 모듈을 제공한다.
본 발명은 다층 시트에 관한 것으로, 기재의 한쪽 면에 열전도도가 높고, 표면적이 넓은 금속 호일층을 형성하여 모듈 내부의 열을 외부로 용이하게 방출할 수 있고, 내식성, 내후성 및 내습성이 우수한 광전지 모듈용 이면 시트를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 기재의 다른 쪽 면에 안료 또는 충전제 및 불소계 수지 등을 포함하는 수지층을 형성함으로써, 반사율을 증가시켜 셀의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 열판과 다층 시트의 표면 온도 차 측정용 시편을 나타내는 도면이다.
도 2, 도 3, 도 4, 도 5 및 도 6은 본 발명의 예시에 따른 다층 시트의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 금속 호일층의 표면에 오목부 구조를 형성하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 예시에 따른 광전지 모듈의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 오목부 구조를 가지는 금속 호일층의 표면 구조를 나타내는 전자 현미경 사진이다.
도 2, 도 3, 도 4, 도 5 및 도 6은 본 발명의 예시에 따른 다층 시트의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 금속 호일층의 표면에 오목부 구조를 형성하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 예시에 따른 광전지 모듈의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 오목부 구조를 가지는 금속 호일층의 표면 구조를 나타내는 전자 현미경 사진이다.
본 발명은 기재; 및 상기 기재의 한쪽 면에 형성된 금속 호일층을 포함하고, 상기 금속 호일층의 일면 또는 양면에는 오목부 구조 또는 요철 구조가 형성되어 있는 다층 시트에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 다층 시트를 구체적으로 설명한다.
본 발명의 다층 시트는 하기의 일반식 1의 조건을 만족할 수 있다.
[일반식 1]
△T = T1-T2 ≥ 5 ℃
상기 일반식 1에서, T1은 열판 위에 금속 호일층이 대기와 접하도록 상기 다층 시트를 올려 놓고, 열 평형 상태에 도달하였을 때, 적외선 방식으로 측정한 열판의 표면 온도를 나타내고, T2는 상기 열 평형 상태에 도달하였을 때, 적외선 방식으로 측정한 다층 시트의 표면 온도를 나타낸다.
본 발명의 다층 시트는, 특정 조건에서 측정한 열판의 표면 온도(T1)와 다층 시트의 표면 온도(T2) 간의 온도 차(△T)가 상기 일반식 1의 조건을 만족할 수 있다. 즉, 본 발명에서 상기 다층 시트는, 열판의 표면 온도(T1)와 다층 시트의 표면 온도(T2) 간의 온도 차(△T)가 5 ℃ 이상, 바람직하게는 10 ℃ 이상, 보다 바람직하게는 15 ℃ 이상일 수 있다.
본 발명에서 상기 열판의 표면 온도(T1)와 다층 시트의 표면 온도(T2) 간의 온도 차(△T)의 상한은 특별히 한정되지 않고, 온도 차(△T)가 클수록 바람직하다. 상기 온도 차(△T)가 클수록 다층 시트의 열 전도도가 우수하여 모듈의 내부에서 발생하는 열을 효과적으로 외부로 방출할 수 있기 때문이다. 본 발명에서는 예를 들면, 상기 온도 차(△T)의 상한을 50 ℃ 이하, 바람직하게는 40 ℃ 이하, 보다 바람직하게는 35 ℃ 이하의 범위 내로 제어할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서 상기 열판의 표면 온도(T1)와 다층 시트의 표면 온도(T2) 간의 온도 차(△T)는, 열판의 표면 온도(T1) 및 다층 시트의 표면 온도(T2)를 적외선 방식으로 측정하고, 그 값들을 상기 일반식 1에 대입함으로써, 측정할 수 있다.
구체적으로, 첨부된 도 1 은, 금속 호일층이 대기 중으로 향하도록 본 발명의 다층 시트를 열판의 일부분 위에 올려 놓고, 열판과 다층 시트 간에 열 평형 상태에 도달되어 있는 온도 차(△T) 측정용 시편의 단면도를 나타내는 도면이다. 도 1 에 나타난 바와 같이, 열판(41)의 일부분을 덮도록 상기 열판(41) 위에 다층 시트(6)를 올려 놓고, 이 때, 다층 시트(6)의 금속 호일층(43)이 대기와 접하고, 기재(42)가 열판(41)과 접하도록 위치시킴으로써, 시편(40)을 제조한다. 이 때, 상기 열판(41)의 온도를 60℃가 되도록 유지시킨다. 그 후, 상기 열판(41)과 다층 시트(6)가 열 평형 상태에 이른 상태에서 적외선 방식을 이용하여 다층 시트의 표면(44) 및 열판의 표면(45)의 온도를 측정한다. 상기 측정된 열판의 표면 온도(T1) 및 다층 시트의 표면 온도(T2)를 상기 일반식 1에 대입함으로써, 열판의 표면 온도(T1)와 다층 시트의 표면 온도(T2) 간의 온도 차(△T)를 구할 수 있다.
본 발명에서는, 열판의 표면 온도와 다층 시트의 표면 온도의 온도 차를 5 ℃이상으로 제어함으로써, 다층 시트의 열 전도도를 향상시켜 광전지 모듈용 이면 시트로 사용시, 모듈의 내부에서 발생하는 열을 효과적으로 외부로 방출할 수 있다.
본 발명에서 다층 시트에 포함되는 기재의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않고, 이 분야에서 공지된 다양한 소재를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 전기 절연성 및 기계적 특성이 우수하고, 수분 투과율이 낮은 소재를 사용할 수 있다.
본 발명에서는 예를 들면, 기재로서 각종 금속 필름 또는 고분자 필름을 사용할 수 있다. 상기에서 금속 필름으로는 용도에 따라 통상의 금속 성분, 예를 들면 알루미늄 또는 철 등으로 구성된 것을 들 수 있고, 고분자 필름으로는, 아크릴 필름, 폴리올레핀 필름, 폴리아마이드 필름, 폴리우레탄 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 필름 및 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 필름으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 기재로서 고분자 필름을 사용할 경우에는 열 전도도를 향상시켜 모듈 내부의 열을 외부로 용이하게 방출하기 위하여 충전제(filler)를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 기재에 포함되는 충전제의 종류는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 산화 알루니늄, 산화 마그네슘, 산화 아연, 산화 규소 등의 무기 산화물 필러; 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘 등의 수산화물 필러; 탄화 규소 등의 탄화물 필러; 질화 알루미늄, 질화 붕소, 질화 규소 등의 질화물 필러; 은, 구리, 아연, 철, 알루미늄, 니켈, 주석 및 이들의 합금 등의 금속 필러; 또는 카본, 그래파이트 등의 탄소 성질을 가진 필러 등을 들 수 있다. 또한, 상기 열 전도성 충전제의 형상은 구형, 섬유형, 비닐 조각모양, 평면형, 파쇄형 또는 부정형 등 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명에서 상기 기재의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 50 ㎛ 내지 500 ㎛, 보다 바람직하게는 100 ㎛ 내지 300 ㎛일 수 있다. 상기 기재의 두께가 50 ㎛ 미만이면, 전기 절연성, 기계적 특성 및 수분 차단성을 충분하지 못할 우려가 있고, 500 ㎛를 초과하면, 취급이 불편하고, 단가 상승의 원인이 될 수 있다.
본 발명의 금속 호일층은 상기 기재의 한쪽 면에 형성되며, 그 일면 또는 양면에는 오목부 구조 또는 요철 구조가 형성될 수 있다. 상기 오목부 구조 또는 요철 구조의 형상 및 크기는 특별히 한정되지 않고, 금속 호일층의 표면적을 극대화할 수 있는 것이라면 제한 없이 채용할 수 있다.
첨부된 도 2 는 본 발명의 일 구체예에 따른 다층 시트의 단면도를 나타내는 도면이다. 첨부된 도 2 에 나타난 바와 같이, 본 발명의 다층 시트(1)는 기재(10); 및 상기 기재(10)의 한쪽 면에 형성되고, 일면에 오목부(12) 구조를 가지는 금속 호일층(11)을 포함할 수 있다.
또한, 첨부된 도 3 은 본 발명의 다른 구체예에 따른 다층 시트의 단면도를 나타내는 도면이다. 첨부된 도 3 에 나타난 바와 같이, 본 발명의 다층 시트(2)는 기재(10); 및 상기 기재(10)의 한쪽 면에 형성되고, 일면에 요철 구조(13)를 가지는 금속 호일층(11)을 포함할 수 있다.
본 발명에서 금속 호일층의 일면 또는 양면에 형성되는 오목부 구조 또는 요철 구조는 대기와 접촉하는 금속 호일층의 표면적을 증가시킴으로써, 모듈의 내부에서 발생하는 열을 외부로 효과적으로 방출할 수 있도록 한다.
본 발명에서 상기 금속 호일층의 금속은 알루미늄, 구리, 알루미늄계 합금 및 구리계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있고, 특히 내식성이 우수한 알루미늄 또는 알루미늄계 합금을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명에서 상기 금속 호일층의 두께는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 10 ㎛ 내지 200 ㎛, 바람직하게는 20 ㎛ 내지 100 ㎛, 보다 바람직하게는 20 ㎛ 내지 70 ㎛일 수 있다. 상기 금속 호일층의 두께가 10 ㎛ 미만이면, 취급상의 문제점이 발생할 수 있고, 200 ㎛를 초과하는 경우에는 단가 상승의 원인이 될 수 있다.
본 발명의 다층 시트는, 내식성을 더욱 향상시키고, 열 방사 특성을 높이기 위해서 금속 호일층의 상부에 알루미나 층 또는 폴리머 코팅층을 추가로 포함할 수 있다.
첨부된 도 4 는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 다층 시트의 단면도를 나타내는 도면이다. 첨부된 도 4 에 나타난 바와 같이, 본 발명의 다층 시트(3)는 기재(10); 상기 기재(10)의 한쪽 면에 형성되고, 일면에 오목부 구조(12)를 가지는 금속 호일층(11); 및 상기 금속 호일층(11)의 상부에 형성된 알루미나 층 또는 폴리머 코팅층(14)을 포함할 수 있다.
첨부된 도 5 는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 다층 시트의 단면도를 나타내는 도면이다. 첨부된 도 5 에 나타난 바와 같이, 본 발명의 다층 시트(4)는 기재(10); 상기 기재(10)의 한쪽 면에 형성되고, 일면에 요철 구조(13)를 가지는 금속 호일층(11); 및 상기 금속 호일층(11)의 상부에 형성된 알루미나 층 또는 폴리머 코팅층(14)을 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 금속 호일층 상부에는 알루미나 층을 형성하거나 폴리머 코팅층을 형성할 수 있고, 또한 알루미나 층을 형성한 후, 그 위에 폴리머 코팅층을 형성할 수도 있다.
상기 폴리머 코팅층의 폴리머는 염화비닐 수지(PVC), 에폭시 수지, 불소 수지, 아크릴 수지 및 실리콘 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있고, 바람직하게는 염화비닐 수지 또는 에폭시 수지일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서 상기 금속 호일층의 상부에 형성되는 알루미나 층 또는 폴리머 코팅층의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 1 ㎛ 내지 10 ㎛일 수 있다.
본 발명의 다층 시트는 기재의 다른 쪽 면에 형성되고, 불소계 수지, 열가소성 수지 및 폴리아마이드 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 수지를 포함하는 수지층을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 수지층은 내구성 및 내후성 등의 물성을 우수하게 유지하기 위해서 불소계 수지를 포함하는 것이 바람직할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서 수지층에 포함되는 열가소성 수지의 종류는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐(PVC), 폴리스티렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 아클릴로니트릴-부타티엔-스티렌 공중합체(ABS) 또는 나일론 등을 들 수 있다.
본 발명에서 수지층에 포함되는 불소계 수지의 종류는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 비닐리덴 플루오라이드(VDF, Vinylidene Fluoride), 비닐 플루오라이드(VF, Vinyl Fluoride), 테트라플루오로에틸렌(TFE, Tetrafluoroethylene) 헥사플루오로프로필렌(HFP, Hexafluoropropylene), 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE, chlorotrifluoroethylene), 트리플루오로에틸렌, 헥사플루오로이소부틸렌, 퍼플루오로 부틸에틸렌, 퍼플루오로 메틸 비닐 에테르(PMVE, perfluoro(methylvinylether)), 퍼플루오로 에틸 비닐 에테르(PEVE, perfluoro(ethylvinylether)), 퍼플루오로 프로필 비닐 에테르(PPVE), 퍼플루오로 메틸 비닐 에테르(PMVE), 퍼플루오로-2,2-디메틸-1,3-디옥솔(PDD) 및 퍼플루오로-2-메틸렌-4-메틸-1,3-디옥솔란(PMD)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 단량체를 중합된 형태로 포함하는 단독 중합체, 공중합체 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 바람직하게는 비닐리덴 플루오라이드(VDF)를 중합된 형태로 포함하는 공중합체일 수 있다.
또한, 상기 불소계 수지는 비닐리덴 플루오라이드(VDF) 또는 비닐 플루오라이드(VF)와 공단량체를 포함하는 공중합체일 수 있으며, 상기 불소계 공중합체에 공중합된 형태로 포함될 수 있는 공단량체의 종류는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 테트라플루오로에틸렌(TFE: Tetrafluoroethylene), 헥사플루오로프로필렌(HFP: Hexafluoropropylene), 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE: chlorotrifluoroethylene), 트리플루오로에틸렌, 헥사플루오로이소부틸렌, 퍼플루오로 부틸에틸렌, 퍼플루오로 메틸 비닐 에테르(PMVE: perfluoro(methylvinylether)), 퍼플루오로 에틸 비닐 에테르(PEVE: perfluoro(ethylvinylether)), 퍼플루오로 프로필 비닐 에테르(PPVE), 퍼플루오로 메틸 비닐 에테르(PMVE), 퍼플루오로-2,2-디메틸-1,3-디옥솔(PDD) 및 퍼플루오로-2-메틸렌-4-메틸-1,3-디옥솔란(PMD) 으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 들 수 있으며, 바람직하게는 헥사플루오로프로필렌 및 클로로트리플루오로에틸렌 등의 하나 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서 상기 불소계 공중합체에 포함되는 공단량체의 함량은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 불소계 공중합체의 총 중량 대비 0.5 중량% 내지 99 중량%, 바람직하게는 0.5 중량% 내지 50 중량%, 보다 바람직하게는 1 중량% 내지 40 중량%, 더욱 바람직하게는 7 중량% 내지 40 중량%, 가장 바람직하게는 10 중량% 내지 30 중량%일 수 있다. 본 발명에서는 불소계 공중합체에 포함되는 공단량체의 함량을 상기 범위로 제어함으로써, 다층 시트의 내구성 및 내후성 등을 확보하면서, 저온 건조를 유도할 수 있다.
본 발명에서 상기 불소계 수지의 중량평균분자량은 5만 내지 100만, 바람직하게는 10만 내지 70만, 보다 바람직하게는 30만 내지 50만일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명에서 중량평균분자량은, GPC(Gel Permeation Chromatograph)로 측정되는 표준 폴리스티렌의 환산 수치이다. 본 발명에서는 불소계 수지의 중량평균분자량을 상기 범위로 제어함으로써, 우수한 용해도 및 기타 물성을 확보할 수 있다.
본 발명에서 상기 불소계 수지는 또한, 융점이 80℃ 내지 175℃, 바람직하게는 120℃ 내지 165℃일 수 있다. 본 발명에서는 불소계 수지의 융점을 80℃ 이상으로 조절하여, 다층 시트의 사용 과정에서의 변형을 방지할 수 있고, 또한 융점을 175℃ 이하로 조절하여, 용매에 대한 용해도를 조절하고, 코팅면의 광택을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 수지층은 접착력을 확보하고, 원가를 절감하기 위하여 상기 수지와 함께 (메타)아크릴계 중합체를 추가로 포함할 수 있다.
상기 (메타)아크릴계 중합체의 종류는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 메틸메타크릴레이트 및 글리시딜메타크릴레이트의 공중합체, 메틸메타크릴레이트 및 시클로헥실말레이미드의 공중합체 등을 들 수 있다.
본 발명의 수지층에 포함되는 주제 수지로서 불소계 수지를 사용할 경우, 상기 수지층은 불소계 수지 100 중량부에 대하여 (메타)아크릴계 중합체를 1 중량부 내지 100 중량부, 바람직하게는 5 중량부 내지 50 중량부, 보다 바람직하게는 10 중량부 내지 30 중량부를 포함할 수 있다. 상기 (메타)아크릴계 중합체의 함량이 1 중량부 미만이면, 접착력을 충분히 확보하기 어려울 수 있고, 100 중량부를 초과하면, 수지층의 내후성이 저하될 우려가 있다.
본 발명의 수지층은 또한, 수지층의 색상이나 불투명도의 조절 또는 반사율 향상을 통한 셀의 발전 효율 향상을 위하여, 불소계 수지 등과 함께 안료 또는 충전제(filler)를 추가로 포함할 수 있다. 이 때, 본 발명에서 사용될 수 있는 안료 또는 충전제의 예로는, 이산화티탄(TiO2), 실리카 또는 알루미나 등과 같은 금속 산화물; 탄산 칼슘, 황산 바륨 또는 카본 블랙 등과 같은 블랙 피그먼트; 또는 다른 색상을 나타내는 피그먼트 성분 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기와 같은 안료 또는 충진제는, 수지층의 색상이나 불투명도를 제어하고, 반사율을 향상시키는 고유의 효과와 함께, 각 성분이 포함하는 고유의 작용기에 의하여 수지층의 접착력을 추가로 개선하는 작용을 할 수도 있다.
본 명세서에서 도시되지 않았지만, 본 발명의 다층 시트는 상기 기재 및 상기 수지층 사이에 접착층을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다층 시트는 기재의 다른 쪽 면에 수지층을 대신하여 접착층, 절연층 또는 이들의 적층체를 추가로 포함할 수 있다.
첨부된 도 6 은 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 다층 시트의 단면도를 나타내는 도면이다. 도 6 에 나타난 바와 같이, 본 발명의 다층 시트(5)는 기재(10); 상기 기재(10)의 한쪽 면에 형성되고, 일면에 오목부 구조(12)를 가지는 금속 호일층(11); 상기 기재(10)의 다른 쪽 면에 형성된 접착층(15); 및 상기 접착층(15)의 상부에 형성된 절연층(16)을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 도시되지 않았지만, 본 발명의 다층 시트는 첨부된 도 3, 도 4 및 도 5 의 구조에서 기재(10)의 다른 쪽 면에 접착층 및 절연층이 순차적으로 적층되어 있는 구조를 가질 수도 있다.
본 발명에서 상기 접착층 또는 절연층은 이 분야에서 공지되어 있는 다양한 방식으로 형성할 수 있다. 예를 들면, 접착층은 통상적으로 공지되어 있는 점착제를 모두 채용할 수 있고, 절연층은 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 또는 저밀도 선형 폴리에틸렌(LDPE)으로 구성된 층일 수 있다. 상기 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 또는 저밀도 선형 폴리에틸렌(LDPE)으로 구성된 층은 절연층으로서의 기능은 물론 봉지재(encapsulant)와의 접착력을 높이고, 제조 비용의 절감이 가능하도록 하며, 재작업성(re-workability)도 우수하게 유지하는 기능을 동시에 수행할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 다층 시트는, 기재의 다른 쪽 면에 수지층, 접착층 또는 절연층 등 필요에 따라서 이 분야에서 공지되어 있는 다양한 기능성층을 제한 없이 추가로 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 일면 또는 양면에 오목부 구조 또는 요철 구조가 형성되어 있는 금속 호일층을 기재의 한쪽 면에 형성하는 단계를 포함하는 다층 시트의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 다층 시트의 제조 방법에 있어서, 상기 기재 및 금속 호일층에 관한 구체적인 내용은 전술한 바와 동일하다.
본 발명에 따른 다층 시트를 제조하기 위하여, 우선, 일면 또는 양면에 오목부 구조 또는 요철 구조를 가지는 금속 호일층을 준비할 수 있다. 본 발명에서 일면 또는 양면에 오목부 구조를 가지는 금속 호일층을 준비하기 위하여 하기와 같은 방법을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이하, 상기 오목부 구조를 가지는 금속 호일층의 준비 공정을 다공성 알루미늄 산화막 형성 공정을 이용하여 구체적으로 설명한다. 상기 다공성 알루미늄 산화막 형성 공정은 본 발명과 상이한 기술 분야에서 공지된 기술이나, 이를 광전지 모듈용 이면 시트의 제조에 사용한 예는 개시된 바 없다. 본 발명자들은 상기 공정을 광전지 모듈용 이면 시트의 제조에 사용함으로써, 종래의 광전지 모듈용 이면 시트의 제조 방법과는 달리, 우수한 내후성 및 열 전도도 등을 가지며, 표면적이 넓어 열 방출 성능이 우수한 광전지 모듈용 이면 시트를 경제적으로 제조할 수 있다는 사실을 처음 밝혀낸 것이다. 상기 공정에 대한 자세한 설명은 예컨대 문헌 [A. P. Li et al. J. Appl. Phys., 84, 6023 (1998)]에 기재되어 있다.
구체적으로 살펴보면, 적어도 일면이 알루미늄으로 이루어진 기판을 적절한 산 용액, 예컨대 황산, 인산, 옥살산 또는 크롬산 등과 같은 산 용액에 담근 후, 적절한 산화 전압, 예컨대 10 V 내지 400 V의 전압을 인가하면, 상기 기판의 알루미늄으로 이루어진 일면 상에 직경이 약 25 nm 내지 1000 nm, 바람직하게는 200 nm 내지 800 nm이고, 두께가 수백 nm 내지 수 ㎛인 오목부가 균일하게 형성된 산화막을 형성할 수 있다. 상기 오목부의 두께는 실험 시간에 비례한다. 이 때, 이 산화막과 기판의 접촉면에는 상기 오목부의 곡면과 동일한 방향의 오목부가 형성된다.
상기 방법에 의하여 다공성 알루미늄 산화막을 형성하는 과정은 첨부된 도 7에 구체적으로 도시되어 있다. 첨부된 도 7 의 (a), (b), (c) 및 (d)는 상기 방법을 수행하는 과정에서 시간에 따라 형성되는 산화막의 형태 변화를 나타내는 도면이다. 초기에는 알루미늄 기판 상에 얇고 균일한 산화막이 형성되고(a), 계속하여 산화막의 용적이 팽창됨에 따라 산화막의 표면이 불균일하게 된다(b). 이처럼 산화막의 표면이 불균일하게 되면 전류 밀도도 역시 불균일하게 된다. 즉, 산화막의 표면 중 함몰부에서는 전류 밀도가 증가하고 융기부에서는 전류 밀도가 감소한다. 이어서, 전기장의 작용 및 산 용액의 전해질 작용으로 인하여 전류 밀도가 큰 함몰부에는 오목부가 형성되고, 어느 정도 시간이 지나면 오목부의 직경 증가는 정지한다(c). 그리고, 상기 오목부의 수는 일정하게 유지되면서 이 오목부가 형성된 표면의 수직 방향으로 두께가 빠르게 증가한다(d). 이 때 상기 오목부의 두께의 증가로 인해 알루미늄 산화막과 알루미늄 기판의 접촉면에는 상기 오목부의 곡면과 같은 방향인 오목부가 형성된다(도 7의 (c) 및 (d)).
이어서, 상기 기판 상에 형성된 알루미늄 산화막을 제거함으로써 도 7의 (e) 와 같은 복수 개의 연속된 오목부가 형성된 기판을 제조할 수 있다. 상기 알루미늄 산화막의 제거 방법으로는 화학적 식각법, 전기화학적 식각법 또는 전기적 충격법 등을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 알루미늄 산화막의 제거 방법 중 화학적 식각법이란 산 용액을 이용하여 산화막을 에칭하는 방법이고, 여기서 산 용액으로서는 예컨대 인산과 크롬산의 혼합 용액 등을 이용할 수 있다. 상기 전기화학적 식각법이란, 산화막이 형성된 기판을 전극으로 이용하고 산 용액 하에서 전기화학 반응을 통하여 산화막을 제거하는 방법이며, 여기서 산 용액으로는 예컨대 에탄올과 과염소산(HClO4)의 혼합 용액 등을 이용할 수 있다. 상기 전기적 충격법이란, 전기화학적으로 전압을 조절하여 상기 기판에 전기적 충격을 가함으로써 알루미늄 층으로부터 알루미늄 산화막을 박리하는 방법이다.
첨부된 도 7 에 나타난 바와 같이, 상기 방법으로 일면 또는 양면에 오목부 구조를 가지는 금속 호일층을 사용하면, 우수한 내후성을 가지고, 낮은 수분 투과율 및 높은 열 전도도를 가지며, 표면적이 넓어 열 방출 성능이 우수하게 되어, 광전지 모듈의 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 일면 또는 양면에 요철 구조를 가지는 금속 호일층을 제조하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 이 분야에서 통상적으로 사용되는 표면 엠보 처리를 통해 금속 호일층의 일면 또는 양면에 요철 구조를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다층 시트의 제조 방법에서는, 일면 또는 양면에 오목부 구조 또는 요철 구조를 가지는 금속 호일층의 상부에 알루미나 층 또는 폴리머 코팅층을 추가로 형성할 수 있다. 상기 알루미나 층 및 폴리머 코팅층에 관한 구체적인 내용은 전술한 바와 동일하다.
본 발명에서는 예를 들면, 알루미나 층 또는 폴리머 코팅층을 상기 금속 호일층의 표면에 형성할 수 있고, 알루미나 층을 먼저 형성한 후, 폴리머 코팅층을 그 위에 형성할 수도 있다. 상기 알루미나 층 또는 폴리머 코팅층을 형성하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 이 분야에서 통상적으로 공지되어 있는 수단을 제한 없이 채용할 수 있다. 본 발명에서는 예를 들면, 폴리머 코팅층의 형성 방법으로, 콤마 코팅, 그라비아 코팅, 딥 코팅, 스프레이 코팅 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기와 같이 제조된, 일면 또는 양면에 오목부 구조 또는 요철 구조를 가지는 금속 호일층을 기재의 한쪽 면에 부착함으로써, 본 발명의 다층 시트를 제조할 수 있다. 본 발명에서 상기 금속 호일층을 기재의 한쪽 면에 부착하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 접착제를 사용하여 접착시킬 수 있다. 본 발명에서 접착제를 사용하여 금속 호일층을 기재의 한쪽 면에 부착하는 경우, 상기 접착제의 종류는 특별히 한정되지 않고, 이 분야에서 통상적으로 사용되는 접착제 물질을 제한 없이 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 다층 시트의 제조 방법은 기재의 다른 쪽 면에 불소계 수지, 열가소성 수지 및 폴리아마이드 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 수지를 포함하는 수지층을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 수지층은 수지와 함께 (메타)아크릴계 중합체, 안료 또는 충전제(filler)를 추가로 포함할 수 있고, 수지층에 포함되는 수지, (메타)아크릴계 중합체, 안료 또는 충전제에 관한 구체적인 내용은 전술한 바와 동일하다.
본 발명에 따른 다층 시트의 제조 방법에서, 기재의 다른 쪽 면에 수지층을 형성하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 이 분야에서 다양하게 공지되어 있는 방식에 준하여, 전술한 불소계 수지, 열가소성 수지 및 폴리아마이드 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 수지, (메타)아크릴계 중합체, 안료 또는 충전제 등을 적절한 유기 용매 또는 수성 용매에 용해 또는 분산시켜 제조되는 수지 조성물 또는 코팅액을 기재 상에 도포한 후, 소정 조건에서 건조시키는 등의 방식으로 수지층의 형성이 가능하다. 이 때, 코팅 방식은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 오프셋 인쇄법, 그라비어 인쇄법 등의 주지의 인쇄 방식이나, 롤 코트, 나이프 엣지 코트 또는 그라비어 코트 등의 주지의 도포 방식을 포함하여, 균일한 코팅층을 형성할 수 있는 것이라면 어떠한 방식도 적용 가능하다. 본 발명에서는, 상기 방식 외에도 이 분야에서 공지되어 있는 다양한 방식이 적용될 수 있고, 상기 수지 조성물 또는 코팅액은 필요에 따라 기타 다양한 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다층 시트의 제조 방법에서, 기재의 다른 쪽 면에 수지층을 형성하는 방법은, 예를 들면, 불소계 수지 필름, 열가소성 수지 필름 또는 폴리아마이드 수지 필름 등을 이 분야에서 다양하게 공지되어 있는 접착제를 이용하여 기재의 다른 쪽 면에 부착하는 방법으로 수행될 수도 있다. 이 때, 상기 수지 필름은 본 발명에서 필요한 (메타)아크릴계 중합체, 안료 또는 충전제 등을 포함하는 것을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다층 시트의 제조 방법은 기재의 다른 쪽 면에 상기 수지층 대신에 접착층, 절연층 또는 이들의 적층체를 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 접착층, 절연층 또는 이들의 적층체에 관한 구체적인 내용은 전술한 바와 동일하다.
본 발명에서 상기 접착층, 절연층 또는 이들의 적층체를 기재의 다른 쪽 면에 형성하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 이 분야에서 일반적으로 공지되어 있는 다양한 방식에 의할 수 있다.
본 발명은 또한, 전술한 본 발명에 따른 다층 시트를 포함하는 광전지 모듈용 이면 시트에 관한 것이다.
전술한 본 발명의 다층 시트를 포함하는 광전지 모듈용 이면 시트는 일면 또는 양면에 오목부 구조 또는 요철 구조를 가지는 금속 호일층을 포함하고 있어, 광전지 모듈 내부에서 발생하는 열을 효과적으로 외부로 방출할 수 있으므로, 광전지 모듈의 발전 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 광전지 모듈용 이면 시트는 불소계 수지, (메타)아크릴계 중합체, 안료 또는 충전제 등을 포함하는 수지층을 가지고 있어, 내후성을 향상시키고, 반사율 증가를 통한 광전지 모듈의 발전 효율 향상을 꾀할 수 있다. 또한, 상기 광전지 모듈용 이면 시트는 접착층, 절연층 또는 이들의 적층체를 가지고 있어, 절연 기능 뿐만 아니라, 봉지재와의 접착력을 높이고, 제조 비용의 절감이 가능하도록 하며, 재작업성(re-workability)도 우수하게 유지하는 기능을 동시에 수행할 수 있다.
본 발명은 또한, 전술한 본 발명에 따른 광전지 모듈용 이면 시트를 포함하는 광전지 모듈에 관한 것이다.
본 발명의 광전지 모듈의 구조는, 상기 다층 시트를 포함하는 광전지 모듈용 이면 시트를 가지고 있는 한 특별히 제한되지 않고, 이 분야에서 일반적으로 공지되어 있는 다양한 구조를 제한 없이 채용할 수 있다.
본 발명에서 예를 들면, 광전지 모듈의 구조는, 이면 시트; 상기 이면 시트 상에 형성된 광전지 또는 광전지 어레이; 상기 광전지 또는 광전지 어레이 상에 형성된 전면 시트; 및 상기 이면 시트 및 전면 시트 사이에서 상기 광전지 또는 광전지 어레이를 봉지하고 있는 봉지재층을 포함할 수 있다.
본 발명에서는 이면 시트로서, 전술한 본 발명에 따른 광전지 모듈용 이면 시트를 사용함으로써, 모듈 내부에서 발생하는 열을 효과적으로 외부로 방출할 수 있고, 반사율을 높여 반사된 광이 재사용 될 수 있어, 셀의 발전 효율 및 내후성을 향상시킬 수 있으며, 수분 차단성 또한 우수하게 유지할 수 있다. 본 발명에서 이면 시트의 두께 등도 특별히 제한되지 않고, 통상적인 범주에서 조절될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 이면 시트 위에 형성되는 광전지의 구체적인 종류로는, 광기전력을 일으킬 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 이 분야에서 일반적으로 통용될 수 있는 광전지 소자를 사용할 수 있다. 본 발명에 있어서, 예를 들면, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 등의 결정 실리콘 광전지, 싱글(single) 결합형 또는 탠덤(tandem) 구조형 등의 무정형(amorphous) 실리콘 광전지, 갈륨-비소(GaAs), 인듐-인(InP) 등의 III-V족 화합물 반도체 광전지 및 카드뮴-텔루륨(CdTe), 구리-인듐-셀레나이드(CuInSe2) 등의 II-VI족 화합물 반도체 광전지 등을 사용할 수 있으며, 또한, 얇은 막 다결정성 실리콘 광전지, 얇은 막 미결정성 실리콘 광전지 및 얇은 막 결정 실리콘과 무정형(amorphous) 실리콘의 혼합형(hybrid) 광전지 등도 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 광전지는 광전지와 광전지 사이를 연결하는 배선에 의해 광전지 어레이(광전지 집합체)를 형성할 수 있다. 본 발명의 광전지 모듈에 태양광을 비추면, 광전지 내부에서 전자(-)와 정공(+)이 발생되어, 광전지와 광전지를 연결하는 배선을 통해 전류가 흐르게 된다.
본 발명에 있어서, 상기 광전지 또는 광전지 어레이 상에 형성된 전면 시트는, 광전지 모듈의 내부를 풍우, 외부 충격 또는 화재 등으로부터 보호하고, 광전지 모듈의 옥외 노출시 장기 신뢰성을 확보하는 기능을 수행할 수 있다. 본 발명에서 상기 전면 시트의 구체적인 종류로는 광 투과성, 전기 절연성, 기계적 또는 물리, 화학적 강도가 우수한 것이라면, 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 유리판, 불소계 수지 시트, 환상 폴리올레핀계 수지 시트, 폴리카보네이트계 수지 시트, 폴리(메타)아크릴계 수지 시트, 폴리아미드계 수지 시트 또는 폴리 에스테르계 수지 시트 등을 사용할 수 있다. 본 발명에서 있어서는, 내열성이 우수한 유리판을 사용하는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명에서 전면 시트의 두께 등도 특별히 제한되지 않고, 통상적인 범주에서 조절될 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 광전지 모듈의 내부에서, 구체적으로 상기 이면 시트 및 전면 시트 사이에서 광전지 또는 광전지 어레이를 봉지하는 봉지재층은, 이 분야에서 일반적으로 공지되어 있는 봉지재를 제한 없이 채용할 수 있다.
첨부된 도 8 및 9 는 본 발명의 예시에 따른 광전지 모듈의 단면도를 나타내는 도면이다.
첨부된 도 8 은 본 발명의 광전지 모듈용 이면 시트를 포함하는 웨이퍼계 광전지 모듈(20)의 일 예를 나타내는 도면이다. 첨부된 도 8 에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 예시에 따른 광전지 모듈(20)은 전면 시트(21); 본 발명에 따른 광전지 모듈용 이면 시트(23); 상기 실리콘계 웨이퍼 등의 광전지 소자(24); 및 상기 광전지 소자(24)를 봉지하고 있는 봉지재층(22)을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 봉지재층(22)은, 광전지 소자(24)를 봉지하면서, 상기 전면 시트(21)에 부착되는 제 1층(22a) 및 광전지 소자(24)를 봉지하면서, 상기 이면 시트(23)에 부착되는 제 2층(22b)을 포함할 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 봉지재층(22)을 구성하는 제 1층 및 제 2층은 전술한 바와 같이, 이 분야에서 일반적으로 공지되어 있는 소재로 구성될 수 있다. 첨부된 도 8 의 이면 시트(23)로서, 첨부된 도 2 내지 도 6 에 도시된 모든 다층 시트를 사용할 수 있고, 본 명세서에서 도시되지 않았지만, 본 발명에 따른 다층 시트를 포함하는 모든 광전지 모듈용 이면 시트를 사용할 수 있다. 이 때, 본 발명의 광전지 모듈용 이면 시트를 광전지 모듈에 사용하는 경우, 오목부 구조 또는 요철 구조를 가지는 금속 호일층이 최외각에 위치하도록 하여, 상기 금속 호일층이 대기와 접하는 형태가 되도록 한다.
첨부된 도 9 는 본 발명의 다른 예시에 따른 박막형 광전지 모듈(30)의 단면도를 나타내는 도면이다. 첨부된 도 9 에 나타난 바와 같이, 박막형 광전지 모듈(30)의 경우, 광전지 소자(34)는, 통상적으로 본 발명에 따른 광전지 모듈용 전면 시트(31) 상에 형성될 수 있다. 이와 같은 박막 광전지 소자(34)는 통상적으로 화학적 증착(CVD) 등의 방법으로 침착될 수 있다. 첨부된 도 9 의 광전지 모듈(30)은, 도 8 의 광전지 모듈(20)과 유사하게 봉지재층(32) 및 이면 시트(33)를 포함하며, 상기 봉지재층(32)은 단층으로 구성될 수 있다. 상기 봉지재층(32) 및 이면 시트(33)에 대한 구체적인 내용은 전술한 바와 동일하다. 이 때, 본 발명의 광전지 모듈용 이면 시트를 광전지 모듈에 사용하는 경우, 오목부 구조 또는 요철 구조를 가지는 금속 호일층이 최외각에 위치하도록 하여, 상기 금속 호일층이 대기와 접하는 형태가 되도록 한다.
본 발명에서, 상기와 같은 광전지 모듈을 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 이 분야에서 당업자에게 공지된 다양한 방법을 제한 없이 채용하여 제조할 수 있다.
첨부된 도 8 및 9 에 도시된 광전지 모듈은 본 발명의 광전지 모듈의 다양한 구체예 중 하나에 불과하며, 본 발명에 따른 광전지 모듈용 이면 시트를 포함하는 경우라면, 모듈의 구조, 모듈을 구성하는 소재의 종류 및 크기 등은 특별히 제한되지 않고, 이 분야에서 일반적으로 공지되어 있는 것을 제한 없이 채용할 수 있다.
[
실시예
]
이하 본 발명에 따르는 실시예 및 본 발명에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
제조예
1: 일면에 오목부 구조를 가지는 금속
호일층(1)의
제조
첨부된 도 7 에 나타난 바와 같이, 일면에 오목부 구조를 가지는 금속 호일층을 제조하였다. 구체적으로, 100 mm×100 mm×0.7 mm(가로×세로×두께)인 알루미늄 호일(CF201, 한국 JCC사(제), 순도 99.7%)을 인산 용액에 담근 후, 150 V의 산화 전압을 인가하여, 알루미늄 호일 상에 직경이 약 200 nm 내지 400 nm이고, 두께가 약 5 ㎛인 오목부가 균일하게 형성되어 있는 알루미늄 산화막을 상기 알루미늄 호일 상에 형성하였다. 이 때, 상기 알루미늄 호일을 작동 전극(working electrode)으로, 구리 기판을 상대 전극(counter electrode)으로 사용하였다.
이어서, 인산과 크롬산의 혼합 용액을 이용한 화학적 식각법에 의하여 알루미늄 호일로부터 알루미늄 산화막을 제거함으로써, 일면에 복수 개의 연속된 오목부가 형성된 알루미늄 호일을 제조하였다. 상기 일면에 오목부를 가지는 알루미늄 호일(1)의 두께는 20 ㎛이었다.
첨부된 도 10 및 도 11은 상기 제조된 오목부 구조를 가지는 알루미늄 호일의 표면 구조를 나타내는 전자 현미경 사진이다(도 4의 배율은 ×5,000이고, 도 5의 배율은 ×60,000).
제조예
2: 일면에 오목부 구조를 가지는 금속
호일층(2)의
제조
금속 호일층을 제조하기 위한 알루미늄 호일로서, CF201(한국 JCC사(제))를 사용하는 대신 CF501(한국 JCC사(제))를 사용한 점을 제외하고는, 제조예 1과 동일한 방법으로 일면에 오목부 구조를 가지는 알루미늄 호일(2)을 제조하였다. 상기 일면에 오목부 구조를 가지는 알루미늄 호일(2)의 두께는 50 ㎛이었다.
제조예
3: 일면에 요철 구조를 가지는 금속
호일층(3)의
제조
알루미늄 호일(CF201, 한국 JCC사(제))상에 표면 반구형 엠보싱 처리를 수행함으로써, 일면에 요철 구조를 가지는 알루미늄 호일을 제조하였다. 이어서, 상기 요철 구조 위에 염화비닐 수지(PVC)를 도포하고, 건조시킴으로써, 폴리머 코팅층이 형성되고, 일면에 요철 구조를 가지는 알루미늄 호일(3)을 제조하였다. 상기 알루미늄 호일(3)의 두께는 20 ㎛이었다.
제조예
4: 일면에 요철 구조를 가지는 금속
호일층(4)의
제조
요철 구조 위에 염화비닐 수지 코팅층을 형성하는 대신 에폭시 수지를 도포하고, 건조시킴으로써, 에폭시 수지 코팅층을 형성하는 점을 제외하고는, 상기 제조예 3과 동일한 방법으로 폴리머 코팅층이 형성되고, 일면에 요철 구조를 가지는 알루미늄 호일(4)를 제조하였다. 상기 알루미늄 호일(4)의 두께는 20 ㎛이었다.
제조예
5: 불소계 수지의 제조
불소계 수지를 포함하는 수지층 형성용 조성물을 제조하기 위하여 하기 표 1과 같이 다양한 불소계 수지를 제조하였다. 하기 표 1에는 불소계 수지의 단량체 성분, 중량평균분자량 및 융점을 기재하였다.
| 불소계 수지 | 단량체 비율(중량비) | 중량평균 분자량( M w ) | 융점(℃) | |
| 1 | VDF-CTFE 공중합체 | 85:15(VDF:CTFE) | 270,000 | 166 |
| 2 | VDF-HFP 공중합체 | 88:12 (VDF:HFP) | 590,000 | 135 |
| VDF: 비닐리덴 플루오라이드 CTFE: 클로로트리플루오로에틸렌 HFP: 헥사플루오로프로필렌 |
||||
제조예
6: 수지층 형성용 조성물의 제조
용매인 디메틸포름아미드(DMF: N,N-dimethyl formamide) 800 g에 상기 제조예 5에서 준비한 불소계 수지 1 (비닐리덴 플루오라이드(VDF) 및 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE)이 85:15(VDF:CTFE)의 중량 비율로 중합된 형태로 포함하는 공중합체) 120 g; 상기 제조예 5에서 준비한 불소계 수지 2 (비닐리덴 플루오라이드(VDF) 및 헥사플루오로프로필렌(HFP; Hexafluoropropylene)이 88:12(VDF:HFP)의 중량 비율로 중합된 형태로 포함하는 공중합체) 60 g, (메타)아크릴계 중합체인 폴리메틸메타크릴레이트(IH830, LG화학(제)) 20 g, 안료 분산제인 BYK W9010(BYK사(제)) 4.8 g 및 이산화티탄(R730, 코스모화학사(제)) 160 g을 용해시키고, 이를 교반하여 수지층 형성용 조성물을 제조하였다.
실시예
1
금속
호일층의
형성
기재로서, 충전제인 TiO2가 첨가된 White PET 필름을 사용하였다. 상기 TiO2가 첨가된 White PET 필름(두께: 250 ㎛)의 일면에 상기 제조예 1에서 제조된 일면에 오목부 구조를 가지는 알루미늄 호일(1) (두께: 20 ㎛)을 접착제(Lis073, Toyo ink사(제))를 이용하여 부착함으로써, 기재의 한쪽 면에 금속 호일층을 형성하였다.
수지층의 형성
상기 금속 호일층이 형성된 기재의 다른 쪽 면에 상기 제조예 6에서 제조된 수지층 형성용 조성물을 콤마 리버스(comma reverse) 방식으로 도포하였다. 구체적으로, 건조 후의 수지층 두께가 25 ㎛가 되도록 간격을 조절하여 코팅한 다음, 코팅된 기재를 각각의 길이가 2 m이고, 온도가 80℃, 180℃ 및 180℃로 조절된 세 개의 오븐에 1 m/min의 속도로 순차적으로 통과시켜 수지층을 형성하였다.
상기와 같이, 기재의 한쪽 면에 오목부 구조를 가지는 알루미늄 호일층을 형성하고, 기재의 다른 쪽 면에 수지층을 형성함으로써, 다층 시트를 완성하였다.
실시예
2
금속 호일층의 형성 과정에 있어서, 제조예 1에서 제조된 일면에 오목부 구조를 가지는 알루미늄 호일(1)을 사용하는 대신에 제조예 2에서 제조된 일면에 오목부 구조를 가지는 알루미늄 호일(2)를 사용한 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 다층 시트를 완성하였다.
실시예
3
금속 호일층의 형성 과정에 있어서, 제조예 1에서 제조된 일면에 오목부 구조를 가지는 알루미늄 호일(1)을 사용하는 대신에 제조예 3에서 제조된 염화비닐 수지 코팅층이 형성되고, 일면에 요철 구조를 가지는 알루미늄 호일(3)을 사용한 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 다층 시트를 완성하였다.
실시예
4
금속 호일층의 형성 과정에 있어서, 제조예 1에서 제조된 일면에 오목부 구조를 가지는 알루미늄 호일(1)을 사용하는 대신에 제조예 4에서 제조된 에폭시 수지 코팅층이 형성되고, 일면에 요철 구조를 가지는 알루미늄 호일(4)를 사용한 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 다층 시트를 완성하였다.
상기 실시예 1 내지 4에서 제조된 다층 시트의 층 구조 및 알루미늄 호일의 표면 구조를 하기 표 2에 정리하여 기재하였다.
| 구분 | 층 구조 |
알루미늄
호일층의
표면처리 방법 |
| 실시예 1 | 불소계 수지층(25) / White PET(250) / Al foil(20) | 오목부 구조 형성 |
| 실시예 2 | 불소계 수지층(25) / White PET(250) / Al foil(50) | 오목부 구조 형성 |
| 실시예 3 | 불소계 수지층(25) / White PET(250) / Al foil(20) | 요철 구조 형성 후, PVC 코팅 |
| 실시예 4 | 불소계 수지층(25) / White PET(250) / Al foil(20) | 요철 구조 형성 후, 에폭시 수지 코팅 |
| 불소계 수지층: 제조예 6에서 제조된 수지층 형성용 조성물로 이루어진 수지층 Al foil: 일면에 표면처리 되어 있는 알루미늄 호일층 PVC: 폴리염화비닐 괄호 안의 숫자는 두께를 의미하고, 그 단위는 ㎛임 |
||
비교예
1 내지 4
상업적으로 시판되고 있는 광전지 모듈용 이면 시트를 사용하였다. 상기 광전지 모듈용 이면 시트의 제조사 및 층 구조를 하기 표 3에 기재하였다.
| 구분 | 제조사 | 층 구조 |
| 비교예 1 | 3M 사 | White THV(38) / 접착제 / White PET(75) / EVA(250) |
| 비교예 2 | Isovolta 사 | White PVF(38) / 접착제 / PET(250) / 접착제 / White PVF(38) |
| 비교예 3 | Isovolta 사 | White PVF(25) / 접착제 / PET(250) / 접착제 / White PVF(25) |
| 비교예 4 | Krempel 사 | Black PVF(38) / 접착제 / PET(250) / 접착제 / Black PVF(38) |
| THV: 테트라플루오로에틸렌 헥사플루오로프로필렌 비닐리덴플루오라이드 PET: 폴리에틸렌테레프탈레이트 PVF: 폴리비닐플루오라이드 EVA: 에틸렌비닐아세테이트 괄호 안의 숫자는 두께를 의미하고, 그 단위는 ㎛임 |
||
비교예
5
기재인 PET 필름(SG-00L, SKC사(제), 두께 250 ㎛)의 양면에 접착제(Lis073, Toyo ink사(제))를 10 ㎛의 두께로 코팅하고, 상기 접착제 위에 각각 White PVDF 필름(FW3B, SKC사(제), 두께 30 ㎛)을 라미네이션 함으로써, 다층 시트를 완성하였다.
비교예
6
기재인 PET 필름(SG82, SKC사(제), 두께 250 ㎛)의 양면에 제조예 6에서 제조된 수지층 형성용 조성물을 도포하고, 건조시킴으로써, 각각 두께가 25 ㎛인 수지층을 기재의 양면에 가지는 다층 시트를 완성하였다.
비교예
7
기재인 PET 필름(SG82, SKC사(제), 두께 250 ㎛)의 한쪽 면에 제조예 6에서 제조된 수지층 형성용 조성물을 도포하고 건조시켜 수지층을 형성하였다. 그 후, 상기 PET 필름의 다른 쪽 면에 접착제(Lis073, Toyo ink사(제))를 10 ㎛의 두께로 코팅하고, 상기 접착제 위에 EVA 필름(JSR사(제), 두께 100 ㎛)를 라미네이션 함으로써, 다층 시트를 완성하였다.
비교예
8
기재로서 PET 필름(SG82, SKC사(제), 두께 250 ㎛)을 사용하는 대신 충전제인 TiO2가 첨가된 White PET 필름(두께: 250 ㎛)을 사용한 점을 제외하고는, 비교예 6과 동일한 방법으로 다층 시트를 완성하였다. 자외선 차단층을 형성하지 않는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 다층 시트를 완성하였다.
상기 비교예 5 내지 8에서 제조된 다층 시트의 층 구조를 하기 표 4에 정리하여 기재하였다.
| 구분 | 층 구조 |
| 비교예 5 | White PVDF(30) / 접착제 / PET(250) / White PVDF(30) |
| 비교예 6 | 불소계 수지층(25) / PET(250) / 불소계 수지층 (38) |
| 비교예 7 | 불소계 수지층(25) / PET(250) / 접착제 / EVA(25) |
| 비교예 8 | 불소계 수지층(25) / White PET(250) / 불소계 수지층(25) |
| PET: 폴리에틸렌테레프탈레이트 PVDF: 폴리비닐리덴 플루오라이드 불소계 수지층: 제조예 6에서 제조된 수지층 형성용 조성물로 이루어진 수지층 EVA: 에틸렌비닐아세테이트 괄호 안의 숫자는 두께를 의미하고, 그 단위는 ㎛임 |
|
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 다층 시트의 물성은 하기와 같은 방법으로 측정하였다.
1. 열판과 다층 시트의 표면 온도 차 측정
첨부된 도 1과 같이, 열판과 다층 시트의 표면 온도 차 측정용 시편을 제조하였다. 구체적으로, 열판의 온도를 60℃ 가 되도록 유지시킨 후, 상기 열판의 일 부분을 덮도록 상기 실시예 및 비교예에서 제조된 다층 시트를 열판 위에 올려 놓았다. 이 때, 상기 다층 시트의 금속 호일층이 대기와 접하고, 기재가 열판과 접하도록 하였다. 그 후, 상기 열판과 다층 시트가 열 평형에 도달하였을 때, 열판의 표면 온도 및 다층 시트의 표면 온도를 적외선 방식으로 측정하였다. 상기 측정된 열판의 표면 온도(T1) 및 다층 시트의 표면 온도(T2)를 상기 일반식 1에 대입함으로써, 열판의 표면 온도(T1) 및 다층 시트의 표면 온도(T2) 간의 온도 차(△T)를 측정하였다.
2. 반사율 측정
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 다층 시트에 대하여 UV-Vis spectrometer(UV-3600, Shimadzu사(제))를 이용하여 550 nm 및 780 nm 파장에서의 반사율을 측정하였다.
3. 수분 투과도 측정
투습도 측정 장치인 Mocon WVTR permatron-W를 이용하여 상기 실시예 및 비교예에서 제조된 다층 시트의 10 cm2 면적에 대하여 38℃의 온도 및 90% RH의 조건에서 하루 이상 연속 측정하여 수분 투과 값이 안정화되는 수치(g/m2/day)를 구하였다.
상기와 같은 물성 측정 결과를 하기의 표 5에 정리하여 기재하였다.
| 구분 | 열판과 다층 시트의 표면 온도 차 (℃) |
반사율(%) | 수분 투과도 (g/m2/day) |
||
| 550 nm | 780 nm | ||||
| 실시예 |
1 | 20.5 | 94 | 92 | 0 |
| 2 | 17.1 | 94 | 92 | 0 | |
| 3 | 20.6 | 94 | 92 | 0 | |
| 4 | 22.4 | 94 | 92 | 0 | |
| 비교예 |
1 | 3.1 | 85 | 82 | 2.3 |
| 2 | 3.8 | 74 | 72 | 1.2 | |
| 3 | 3.5 | 84 | 86 | 1.2 | |
| 4 | 3.0 | 1 이하 | 1 이하 | 3.4 | |
| 5 | 3.3 | 88 | 84 | 1.3 | |
| 6 | 3.5 | 94 | 92 | 1.2 | |
| 7 | 3.2 | 92 | 87 | 1.0 | |
| 8 | 4.4 | 94 | 92 | 1.2 | |
상기 표 5에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예의 경우, 열판과 다층 시트의 표면 온도 차(△T)가 5 ℃ 이상으로, 열 전도도가 우수하고, 수분을 전혀 투과시키지 않을 정도로 수분 차단성 또한 우수하며, 가시광선 영역에 대한 반사율 또한 우수하여 광전지 모듈용 이면 시트로 활용 시 모듈의 효율을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
반면, 상업적으로 시판되고 있는 이면 시트로 구성된 비교예 1 내지 4의 경우, 본 발명에 따른 금속 호일층을 포함하고 있지 않아, 열판과 다층 시트의 표면 온도 차(△T)가 5 ℃ 미만으로, 열 전도도가 매우 열악하였고, 반사율 및 수분 차단성 또한 열악함을 알 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 금속 호일층을 포함하고 있지 않는 비교예 5 내지 8의 경우, 열판과 다층 시트의 표면 온도 차(△T)가 5 ℃ 미만으로, 열 전도도가 매우 열악하였고, 수분 차단성 또한 저조함을 알 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 다층 시트는 일면 또는 양면에 오목부 구조 또는 요철 구조를 가지는 금속 호일층을 기재의 한쪽 면에 형성함으로써, 열 전도도 및 수분 차단성을 향상시켰으며, 안료 또는 충전제를 포함하는 수지층을 기재의 다른 쪽면에 형성함으로써, 반사율의 증가를 통해 모듈의 발전 효율을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
1,2,3,4,5,6: 다층 시트 10,42: 기재
11,43: 금속 호일층 12: 오목부 구조
13: 요철 구조
14: 알루미나 층 또는 폴리머 코팅층
15: 접착층 16: 절연층
21,31: 전면 시트 22,32: 봉지재층
22a: 제1층 22b: 제2층
23,33: 광전지 모듈용 이면 시트 24,34: 광전지 소자
20: 웨이퍼계 광전지 모듈 30: 박막형 광전지 모듈
40: 열판 및 다층 시트의 표면 온도 차 측정용 시편
41: 열판
44: 다층 시트의 표면 온도 측정 부위
45: 열판의 표면 온도 측정 부위
11,43: 금속 호일층 12: 오목부 구조
13: 요철 구조
14: 알루미나 층 또는 폴리머 코팅층
15: 접착층 16: 절연층
21,31: 전면 시트 22,32: 봉지재층
22a: 제1층 22b: 제2층
23,33: 광전지 모듈용 이면 시트 24,34: 광전지 소자
20: 웨이퍼계 광전지 모듈 30: 박막형 광전지 모듈
40: 열판 및 다층 시트의 표면 온도 차 측정용 시편
41: 열판
44: 다층 시트의 표면 온도 측정 부위
45: 열판의 표면 온도 측정 부위
Claims (27)
- 기재; 및
상기 기재의 한쪽 면에 형성된 금속 호일층을 포함하고,
상기 금속 호일층의 일면 또는 양면에는 오목부 구조 또는 요철 구조가 형성되어 있는 다층 시트. - 제 1 항에 있어서,
하기의 일반식 1의 조건을 만족하는 다층 시트:
[일반식 1]
△T = T1-T2 ≥ 5 ℃
상기 일반식 1에서, T1은 열판 위에 금속 호일층이 대기와 접하도록 다층 시트를 올려 놓고, 열 평형 상태에 도달하였을 때, 적외선 방식으로 측정한 열판의 표면 온도를 나타내고, T2는 상기 열 평형 상태에 도달하였을 때, 적외선 방식으로 측정한 다층 시트의 표면 온도를 나타낸다. - 제 1 항에 있어서,
기재는 금속 필름 또는 고분자 필름인 다층 시트. - 제 3 항에 있어서,
고분자 필름은 아크릴 필름, 폴리올레핀 필름, 폴리아마이드 필름, 폴리우레탄 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 필름 및 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 필름으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 다층 시트. - 제 1 항에 있어서,
기재는 충전제(filler)를 추가로 포함하는 다층 시트. - 제 1 항에 있어서,
기재의 두께는 50 ㎛ 내지 500 ㎛인 다층 시트. - 제 1 항에 있어서,
금속 호일층의 금속은 알루미늄, 구리, 알루미늄계 합금 및 구리계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 다층 시트. - 제 1 항에 있어서,
금속 호일층의 두께는 10 ㎛ 내지 200 ㎛인 다층 시트. - 제 1 항에 있어서,
금속 호일층의 상부에 알루미나 층 또는 폴리머 코팅층을 추가로 포함하는 다층 시트. - 제 9 항에 있어서,
폴리머는 염화비닐 수지(PVC), 에폭시 수지, 불소 수지, 아크릴 수지 및 실리콘 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 다층 시트. - 제 1 항에 있어서,
기재의 다른 쪽 면에 형성되고, 불소계 수지, 열가소성 수지 및 폴리아마이드 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 수지를 포함하는 수지층을 추가로 포함하는 다층 시트. - 제 11 항에 있어서,
불소계 수지는 비닐리덴 플루오라이드(VDF, Vinylidene Fluoride), 비닐 플루오라이드(VF, Vinyl Fluoride), 테트라플루오로에틸렌(TFE, Tetrafluoroethylene) 헥사플루오로프로필렌(HFP, Hexafluoropropylene), 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE, chlorotrifluoroethylene), 트리플루오로에틸렌, 헥사플루오로이소부틸렌, 퍼플루오로 부틸에틸렌, 퍼플루오로 메틸 비닐 에테르(PMVE, perfluoro(methylvinylether)), 퍼플루오로 에틸 비닐 에테르(PEVE, perfluoro(ethylvinylether)), 퍼플루오로 프로필 비닐 에테르(PPVE), 퍼플루오로 메틸 비닐 에테르(PMVE), 퍼플루오로-2,2-디메틸-1,3-디옥솔(PDD) 및 퍼플루오로-2-메틸렌-4-메틸-1,3-디옥솔란(PMD)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 단량체를 중합된 형태로 포함하는 단독 중합체, 공중합체 또는 이들의 혼합물인 다층 시트. - 제 11 항에 있어서,
불소계 수지는 비닐리덴 플루오라이드(VDF) 또는 비닐 플루오라이드(VF)와 테트라플루오로에틸렌(TFE, Tetrafluoroethylene), 헥사플루오로프로필렌(HFP, Hexafluoropropylene), 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE, chlorotrifluoroethylene), 트리플루오로에틸렌, 헥사플루오로이소부틸렌, 퍼플루오로 부틸에틸렌, 퍼플루오로 메틸 비닐 에테르(PMVE, perfluoro(methylvinylether)), 퍼플루오로 에틸 비닐 에테르(PEVE, perfluoro(ethylvinylether)), 퍼플루오로 프로필 비닐 에테르(PPVE), 퍼플루오로 메틸 비닐 에테르(PMVE), 퍼플루오로-2,2-디메틸-1,3-디옥솔(PDD) 및 퍼플루오로-2-메틸렌-4-메틸-1,3-디옥솔란(PMD)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 공단량체를 포함하는 공중합체 또는 이들의 혼합물인 다층 시트. - 제 13 항에 있어서,
불소계 공중합체에 포함된 공단량체의 함량은 불소계 공중합체의 총 중량 대비 0.5 중량% 내지 50 중량%인 다층 시트. - 제 11 항에 있어서,
불소계 수지의 중량평균분자량은 5만 내지 100만인 다층 시트. - 제 11 항에 있어서,
불소계 수지의 융점이 80℃ 내지 175℃인 다층 시트. - 제 11 항에 있어서,
수지층은 (메타)아크릴계 중합체를 추가로 포함하는 다층 시트. - 제 17 항에 있어서,
수지층은 불소계 수지 100 중량부에 대하여 (메타)아크릴계 중합체 1 중량부 내지 100 중량부를 포함하는 다층 시트. - 제 11 항에 있어서,
수지층은 안료 또는 충전제(filler)를 추가로 포함하는 다층 시트. - 제 19 항에 있어서,
안료 또는 충전제가 이산화티탄(TiO2), 실리카, 알루미나, 탄산 칼슘, 황산 바륨, 카본 블랙 및 피그먼트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 다층 시트. - 제 1 항에 있어서,
기재의 다른 쪽 면에 형성된 접착층, 절연층 또는 이들의 적층체를 추가로 포함하는 다층 시트. - 제 21 항에 있어서,
절연층은 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 필름 또는 저밀도 선형 폴리에틸렌(LDPE) 필름인 다층 시트. - 일면 또는 양면에 오목부 구조 또는 요철 구조가 형성되어 있는 금속 호일층을 기재의 한쪽 면에 형성하는 단계를 포함하는 다층 시트의 제조 방법.
- 제 23 항에 있어서,
기재의 다른 쪽 면에 불소계 수지, 열가소성 수지 및 폴리아마이드 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 수지를 포함하는 수지층을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 다층 시트의 제조 방법. - 제 23 항에 있어서,
기재의 다른 쪽 면에 접착층, 절연층 또는 이들의 적층체를 형성하는 단계를 추가로 포함하는 다층 시트의 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 따른 다층 시트를 포함하는 광전지 모듈용 이면 시트.
- 제 26 항에 따른 광전지 모듈용 이면 시트를 포함하는 광전지 모듈.
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