KR20120106595A - 친환경 태양전지용 백시트 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 친환경 태양전지용 백시트, 그 제조 방법 및 광전지 모듈을 제공한다. 본 발명에서는, 불소계 중합체를 물에 분산시켜 수분산액 조성물을 제조한 후, 상기 수분산액 조성물을 기재에 도포한 후, 융해시켜 태양전지용 백시트를 제조함으로써, 종래와 같이 유기 용매를 사용하는 경우에 비하여 원재료비 상승을 막을 수 있을 뿐만 아니라 독성이 강한 유기 용매를 사용하지 않아 친환경적이고, 특히 가혹조건(고온, 고습)에서도 현재 시판되는 태양전지용 백시트에 비하여 접착력 및 색 변화 안정성 등의 물성이 우수하다.
Description
본 발명의 구현예들은 친환경 태양전지용 백시트, 그의 제조방법 및 이를 포함하는 태양전지에 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 태양전지(solar cell)는 태양광을 전기 에너지로 전환시키는 소자로서, 태양광을 용이하게 흡수할 수 있도록 외부환경에 장기간 노출되어야 하므로, 셀을 보호하기 위한 여러 가지 패키징(Packaging)이 수행되어 유닛(unit) 형태로 제조되며, 이러한 유닛을 태양전지 모듈이라 한다.
일반적으로 태양전지 모듈은 장기간 외부환경에 노출된 상태에서도 태양전지를 안정적으로 보호할 수 있도록, 내후성 및 내구성이 우수한 백시트(backsheet)를 사용한다. 이러한 백시트는 기재의 일면에 내구성 및 내후성을 갖는 불소계 수지층 등이 적층되어 있는 백시트를 포함하는 것이 일반적이다.
그러나, 종래의 백시트에 사용되는 내후성 수지층은 기재로 대표적으로 사용되는 PET(Polyethylene Terephtalate) 필름에 대한 접착력이 좋지 못하여 압출 또는 캐스팅으로 얻어진 불소계 중합체 필름을 우레탄계 접착제 등을 사용하여 기재에 라미네이션하여 사용되고 있다. 그러나, 이는 고가의 필름 제조설비가 필요하며, 접착제의 사용이 필요하고, 접착제 코팅 공정과 라미네이션 공정이 추가적으로 필요한 문제가 있다. 또한, 필름 제조공정에서의 필름 취급성을 위해 요구되는 필름 두께보다 더 두꺼운 필름을 사용하여야 하며, 다양한 첨가제, 필러 등의 사용이 제한되며, 높은 공정온도가 필요한 문제점이 있었다.
이와 달리, 불소계 중합체 필름을 수지 현탁액이나 용액으로 제조하여 기재에 코팅하여 건조할 경우에도, 통상적으로 비점(boiling point)이 높은 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸아세트아미드(DMAC), N-메틸 피롤리돈(NMP) 등과 같은 유기용매를 사용하여 원재료비 상승 문제 뿐 아니라 환경친화적인 면에서도 바람직하지 못하다.
따라서, 우수한 내구성 및 내후성을 가지면서도, 제조비용을 절감할 수 있고, 친환경적인 태양전지용 백시트에 대한 요구는 지속되고 있다.
본 발명의 구현예들이 해결하고자 하는 과제는 경제적이고, 친환경적이며, 물성이 우수한 태양전지용 백시트를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 구현예들이 해결하고자 하는 다른 과제는 상기 태양전지용 백시트의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 구현예들이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 상기 태양전지용 백시트를 구비한 태양전지를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 하나의 구현예에 따른 양상은 기재(substrate); 및 기재의 적어도 일면에 형성되고, 불소계 중합체를 포함하는 수지층을 포함하는 태양전지용 백시트에 관계한다. 특히, 수지층이 물 및 불소계 중합체를 포함하는 분산액 조성물로 형성된 코팅층으로, 유기 용매를 사용하는 종래 기술과 달리 친환경적이면서도 우수한 물성을 확보할 수 있다.
본 발명의 구현예들에 따른 태양전지용 백시트는 하기 일반식 1을 만족한다.
[일반식 1]
ΔYI = YIb-YIa < 3
상기 ΔYI는 고온고습 하에서 방치한 후의 YI값(YIb)에서 121℃, 상대습도 100%, 2기압 하에서 0시간 방치한 후의 YI값(YIa)을 뺀 수치를 나타내며, 상기 YI값은 400 nm 내지 800 nm의 반사율을 측정한 후 얻은 황변지수(Yellowness Index)이다. 이때, YIb는 PCT(Pressure Cooker Test) 조건[121℃, 상대습도 100%]에서 75 시간 방치한 후의 값 또는 85℃, 상대습도 85%에서 3000 시간 방치한 후의 값을 의미한다.
본 발명의 다른 구현예에 따른 양상은 불소계 중합체 및 물을 포함하는 분산액 조성물을 기재의 적어도 일면에 도포하는 단계; 및 상기 도포된 분산액 조성물을 융해시켜 수지층을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지용 백시트의 제조방법에 관계한다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따른 양상은 상기 태양전지용 백시트를 포함하는 태양전지에 관계한다.
본 발명의 구현예들에 따른 태양전지용 백시트는, 기존 유기용매를 사용하는 제조공정과 비교하여 유기용매를 제거해야 되는 공정라인(건조공정)을 생략할 수 있고, 독성의 유기용매를 사용하지 않아 친환경적이며, 고온 고습의 가혹 조건 하에서도 물성이 우수하므로 생산성과 품질을 모두 향상시킬 수 있다. 또한, 관능화된 불소계 중합체를 사용하지 않을 경우, 더욱 우수한 내후성을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 태양에 따른 태양전지용 백시트의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 태양에 따른 태양전지용 백시트 제조과정을 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 1의 태양전지용 백시트의 수지층의 수분산액 도포 후의 표면사진이다.
도 4는 실시예 1의 태양전지용 백시트의 수지층의 수분산액 융해 후의 표면사진이다.
도 5는 실시예 2의 태양전지용 백시트의 수지층의 수분산액 도포 후의 표면사진이다.
도 6은 실시예 2의 태양전지용 백시트의 수지층의 수분산액 융해 후의 표면사진이다
도 7은 비교예 1의 태양전지용 백시트의 수지층의 수분산액 융해 후의 표면사진이다.
도 2는 본 발명의 일 태양에 따른 태양전지용 백시트 제조과정을 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 1의 태양전지용 백시트의 수지층의 수분산액 도포 후의 표면사진이다.
도 4는 실시예 1의 태양전지용 백시트의 수지층의 수분산액 융해 후의 표면사진이다.
도 5는 실시예 2의 태양전지용 백시트의 수지층의 수분산액 도포 후의 표면사진이다.
도 6은 실시예 2의 태양전지용 백시트의 수지층의 수분산액 융해 후의 표면사진이다
도 7은 비교예 1의 태양전지용 백시트의 수지층의 수분산액 융해 후의 표면사진이다.
이하에서 첨부하는 도면을 참조하여 본 발명의 구현예들을 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 첨부되는 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위한 개략적인 것으로 본 발명을 보다 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었고, 도면에 표시된 두께, 크기, 비율 등에 의해 본 발명의 범위가 제한되지 아니한다.
도 1은 본 발명의 일 태양에 따른 태양전지용 백시트의 단면도를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일구현예에 의한 태양전지용 백시트(10)는 기재(12) 및 상기 기재(12)의 적어도 일면에 형성되는 불소계 중합체를 포함하는 수지층(11)을 포함한다.
본 발명의 태양전지용 백시트(10)에 포함되는 기재(12)의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않고, 이 분야에서 공지된 다양한 소재를 사용할 수 있으며, 요구되는 기능, 용도에 따라 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명의 하나의 예시에서, 상기 기재로는 각종 금속 필름 또는 중합체 필름을 사용할 수 있다. 상기에서 금속 필름으로는 용도에 따라 통상의 금속 성분으로 구성된 것을 들 수 있고, 예로는 알루미늄, 철 등을 들 수 있으며, 중합체 필름의 예로는, 아크릴 필름, 폴리올레핀 필름, 폴리아미드 필름, 폴리이미드 필름, 폴리우레탄 필름 또는 폴리에스테르 필름 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 폴리에스테르 필름의 예로는, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET: Polyethylene Terephtalate) 필름, 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN: Polyethylene Naphtalate) 필름 또는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT: Polybuthylene Terephtalate) 필름 등의 단일 시트, 적층 시트 또는 공압출물 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 폴리에스테르 필름으로는 내가수분해특성이 우수한 것을 사용할 수도 있다. 상기 내가수분해성이 우수한 폴리에스테르 필름은 축합 중합 시 발생하는 올리고머의 함량이 적은 것을 사용하는 것이 좋다. 또한, 상기 폴리에스테르 필름에 공지의 내가수분해특성을 향상시키는 열처리를 추가로 가해, 폴리에스테르의 수분함량을 줄이고, 수축률을 줄여줌으로써 내가수분해특성을 더욱 우수하게 할 수 있다. 또한, 내가수분해특성이 우수한 필름으로 시판되는 제품을 사용할 수도 있다.
상기 기재의 두께는 특별히 제한되는 것은 아니나, 약 50 내지 500 ㎛의 범위일 수 있으며, 또는 100 내지 300㎛의 범위일 수 있다. 상기 기재의 두께를 상기와 같이 조절하여, 다층 필름의 전기 절연성, 수분 차단성, 기계적 특성 및 취급성 등을 우수하게 유지할 수 있다. 다만, 본 발명에서 기재의 두께가 전술한 범위에 제한되는 것은 아니며, 이는 필요에 따라서 적절히 조절될 수 있다.
본 발명의 구현예들에서 기재에는, 불소계 중합체 함유 수지층과 접착력을 보다 향상시키기 위하여, 코로나 처리 또는 플라즈마 처리와 같은 고주파수의 스파크 방전 처리; 열 처리; 화염 처리; 커플링제 처리; 프라이머 처리 또는 기상 루이스산(ex. BF3), 황산 또는 고온 수산화나트륨 등을 사용한 화학적 활성화 처리 등의 표면 처리를 수행할 수 있다.
또한, 기재에는, 수분 차단 특성 등의 추가적인 향상의 관점에서, 기재의 일면 또는 양면에 무기 산화물을 증착할 수 있다. 상기 무기 산화물의 종류는 특별히 제한되지 않고, 수분 차단 특성이 있는 것이라면, 제한 없이 채용할 수 있다. 본 발명에서는 예를 들면, 무기 산화물로서 규소 산화물 또는 알루미늄 산화물을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명에서 기재의 일면 또는 양면에 무기 산화물 증착층을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 이 분야에서 일반적으로 통용되는 증착법 등에 의할 수 있다. 또한 이 경우에도, 증착 처리층 상에 전술한 코로나, 플라즈마와 같은 스파크 방전 처리, 화염 처리, 앵커제, 커플링제 처리, 프라이머 처리 또는 화학적 활성화 처리 등과 같은 표면 처리를 수행할 수 있다.
본 발명의 태양전지용 백시트(10)는 상기 기재(12) 상에 형성되는 불소계 중합체를 포함하는 수지층(11)을 포함한다. 상기 수지층(11)은 불소계 중합체를 포함하는 분산액 조성물, 특히 물에 분산된 수분산액 조성물로 형성된 코팅층이다. 본 발명은 기존에 사용하던 유기용매 대신에 물을 사용함으로써 친환경적으로 접근하고자 하며, 백시트의 품질 역시 우수한 결과를 확인하였다.
본 발명의 수지층(11)을 구성하는 불소계 중합체의 구체적인 종류는, 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 헥실 비닐 에테르(PHVE), 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 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 불소계 중합체는 비닐리덴 플루오라이드(VDF)를 중합된 형태로 포함하는 단독 중합체 또는 공중합체; 비닐 플루오라이드(VF)를 중합된 형태로 포함하는 단독 중합체 또는 공중합체; 또는 상기 중 2종 이상을 포함하는 혼합물일 수 있고, 일례로는 비닐리덴 플루오라이드(VDF)를 중합된 형태로 포함하는 공중합체일 수 있다.
또한, 상기 불소계 중합체는 비닐리덴 플루오라이드(VDF) 와 공단량체를 포함하는 공중합체 또는 비닐 플루오라이드(VF)와 공단량체를 포함하는 공중합체일 수 있으며, 상기 공중합체에 중합된 형태로 포함될 수 있는 공단량체의 종류는 불소계 단량체로서, 예를 들면, 테트라플루오로에틸렌(TFE), 헥사플루오로프로필렌(HFP), 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE), 트리플루오로에틸렌, 헥사플루오로이소부틸렌, 퍼플루오로 부틸에틸렌, 퍼플루오로 메틸 비닐 에테르(PMVE), 퍼플루오로 에틸 비닐 에테르(PEVE), 퍼플루오로 프로필 비닐 에테르(PPVE), 퍼플루오로 헥실 비닐 에테르(PHVE), 퍼플루오로-2,2-디메틸-1,3-디옥솔(PDD) 및 퍼플루오로-2-메틸렌-4-메틸-1,3-디옥솔란(PMD) 등의 1종 또는 2종 이상을 들 수 있으며, 일례로는 헥사플루오로프로필렌 및 클로로트리플루오로에틸렌 등의 1종 또는 2종 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 불소계 공중합체 내의 공단량체의 함량은, 예를 들면, 전체 불소계 공중합체의 중량을 기준으로 50 중량% 이하, 40 중량% 이하, 1 중량% 내지 40 중량%, 10 중량% 내지 30 중량%, 또는 10 중량% 내지 20 중량%일 수 있다. 이와 같은 공단량체의 범위 내에서 태양전지용 백시트의 내구성 및 내후성 등을 확보하면서, 효과적인 상호 확산 작용 및 저온 건조(융해 시 건조)를 유도할 수 있다.
본 발명의 수지층을 구성하는 불소계 중합체는 비관능화 불소 중합체(non-functionalized fluoropolymer)인 것이 바람직하다. 즉, 불소계 중합체 1종 이상으로만 이루어진 것으로 기타 아크릴레이트 등과의 변성이 이루어지지 않은 것으로, 이와 같은 비관능화된 순수 불소계 중합체의 경우에는 아크릴 변성 불소계 중합체, 가교결합성 관능기, 카르복시기, 에폭시기, 히드록시기, 산무수물기, 이소시아네이트기 등으로 관능화된 불소계 중합체에 비하여 내후성 면에서 우수한 장점을 제공한다. 상기와 같은 관능화된 불소계 중합체의 경우, 불소계 중합체에 관능기를 가진 중합성 단량체를 첨가하여야 하기 때문에, 불소의 비율이 줄어들게 되어 내후성이 떨어지게 된다. 또한, 반응하지 않고 남아있는 관능기의 경우, 안정성이 떨어지기 때문에 열, 수분, 자외선 등에 의해 파괴되거나 가수분해될 수 있어 추후 필름에서의 황변 발생 또는 접착력 저하 등의 문제를 일으킬 수 있다.
본 발명의 구현예들에서 사용가능한 불소계 중합체는 유화 중합으로 제조된 것일 수 있으며, 입자 크기가 10 ㎛ 이하인 것을 사용하는 것이 좋다. 또는 입자 크기가 0.1 내지 2 ㎛인 것을 사용할 수도 있다. 일례로 비닐리덴 플루오라이드 중합체는 유화 중합법으로 제조된 것이 입자 크기가 균일하고, 작기 때문에 기재 위에 균일하게 도포하기가 유리하고, 융해 공정(용융 공정)을 통해 균일한 코팅 외관을 얻기가 쉽다.
본 발명의 구현예들에서 상기 불소계 중합체는, 50,000 내지 1,000,000의 중량 평균 분자량을 가질 수 있다. 다른 구현예들에서는 100,000 내지 700,000 또는 300,000 내지 500,000의 중량 평균 분자량을 가질 수도 있다. 본 발명에서는 수지의 중량평균분자량을 상기와 같이 조절하여, 우수한 분산성 및 기타 물성을 확보할 수 있다. 본 발명에서 중량평균분자량은, GPC(Gel Permeation Chromatograph)로 측정되는 표준 폴리스티렌의 환산 수치이다.
본 발명의 구현예들에서 상기 불소계 중합체는, 또한, 융점이 80℃ 내지 175℃, 또는 120℃ 내지 165℃일 수 있다. 본 발명에서 수지의 융점을 80℃ 이상으로 조절하여, 태양전지용 백시트의 사용 과정에서의 변형을 방지할 수 있고, 또한 융점을 175℃ 이하로 조절하여, 낮은 공정 온도에서 불소계 중합체 입자를 용융시킴으로써 균일한 코팅 외관을 얻을 수가 있다.
본 발명의 구현예들에서 수지층을 형성하는 분산액 조성물 중 물은 불소계 중합체 100 중량부에 대하여 100 내지 2000 중량부로 포함될 수 있다. 이때, 물의 사용량이 100 중량부 미만이면 분산 안정성이 떨어질 문제가 있고, 2000 중량부를 초과하면 코팅 두께를 조절하는 데 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 구현예들에서 상기 수지층의 형성에 사용되는 분산액 조성물에 포함되는 상기 불소계 중합체의 함량은 전체 고형분을 기준으로 (안료 제외) 70중량% 이상일 수 있으며, 다른 구현예들에서는 80 중량% 이상 또는 90% 이상일 수 있다. 상기 불소계 중합체의 함량이 70중량% 미만일 경우, 상기 수지층의 기계적 물성 및 내후성이 떨어질 수 있다.
본 발명의 구현예들에 의한 태양전지용 백시트는 또한, 하기 일반식 1을 만족한다.
[일반식 1]
ΔYI = YIb-YIa < 3
상기 ΔYI는 고온고습 하에서 방치한 후의 YI값(YIb)에서 121℃, 상대습도 100%, 2기압 하에서 0시간 방치한 후의 YI값(YIa)을 뺀 수치를 나타내며, 상기 YI값은 400 nm 내지 800 nm의 반사율을 측정한 후 얻은 황변지수(Yellowness Index)이다. 이때, YIb는 PCT(Pressure Cooker Test) 조건[121℃, 상대습도 100%]에서 75 시간 방치한 후의 값 또는 85℃, 상대습도 85%에서 3000 시간 방치한 후의 값을 의미한다.
본 발명의 구현예들에 의한 태양전지용 백시트는 상기 수지층에 분산성및 기재와의 젖음성을 좋게 하기 위하여 계면활성제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 계면활성제는 불소계 중합체 100 중량부에 대하여 0.01 내지 10 중량부를 사용할 수 있으며, 0.1 내지 5 중량부, 또는 0.5 내지 1 중량부를 사용할 수도 있다. 상기 계면활성제를 불소계 중합체 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 미만 사용할 경우에는 분산성과 젖음성에 문제가 있어 상기 불소계 중합체 입자를 기재 위에 고르게 도포하는데 어려움이 있고, 10 중량부를 초과하여 사용 시에는 과량의 계면활성제로 인하여 내후성이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명의 구현예들에서 사용될 수 있는 계면활성제의 예로서, 비이온성, 양이온성, 음이온성, 모두 상관없으나, 불소계 중합체인 폴리비닐리덴 플루오라이드 등과의 상용성을 좋게 하기 위해서는 예를 들어, 듀폰사의 음이온계 불소계 계면활성제인 Zonyl FS-62, FSA, FSE, FSJ, FSP, TBS, UR, 비이온계 계면활성제인 Zonyl FSO, FSO-100, FSN, FS-300, 양이온계 불소계 계면활성제인 Zonyl FSD, 음이온과 양이온을 동시에 포함하는 불소계 계면활성제인 Zonyl FSK, BYK340 등의 불소계 계면활성제를 사용할 수 있다. 불소계 계면활성제 외에도 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 메틸 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 스티렌-말레익 무수물 공중합체 등의 수용성 고분자, 올레인산 나트륨, 소듐 라우릴 설페이트 등의 음이온성 계면 활성제, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬 페닐 에테르, 폴리옥시에틸렌 지방산 에스테르, 소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시 소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 알킬 아민 및 글리세린 지방산 에스테르 등의 비이온성 계면 활성제 및 라우릴 아민 아세테이트, 알킬 아민염, 라우릴트리메틸 암모늄 클로라이드 등의 4급 암모늄을 포함하는 양이온성 계면활성제와 같은 계면 활성제 또는, 인산칼슘, 인산마그네슘,인산알루미늄, 인산아연 등의 인산염, 피로포스포릭산 칼슘, 피로포스포릭산 마그네슘, 피로포스포릭산 알루미늄, 피로포스포릭산 아연 등의 피로포스포릭산 염, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 수산화칼슘, 수산화마그네슘, 수산화알루미늄, 메타규산칼슘, 유산칼슘, 황산바륨, 콜로이달 실리카, 퓸드 실리카 등의 무기계 분산제 중에서 사용할 수 있다.
본 발명의 구현예들에서 상기 수지층을 형성하는 분산액 조성물로는 불소계 중합체의 유화 중합 과정에서 고분자화된 불소계 중합체 분산액을 추가 계면활성제 없이 그대로 사용할 수도 있다. 즉, 예를 들어 폴리비닐리덴 플루오라이드 에멀전 분산액을 사용할 수도 있다. 또한, 불소계 중합체를 유화 중합법에 의해 형성한 후, 건조 과정을 거친 다음, 물에 상기와 같은 계면활성제를 첨가한 후, 제조된 불소계 중합체 입자를 분산시켜 사용할 수도 있다.
본 발명의 수지층은, 전술한 성분에 추가로, 태양전지의 발전 효율 향상과 태양전지 백시트의 물성 향상, 수지층의 색상이나 불투명도의 조절 또는 기타 목적을 위하여, 안료 또는 충전제를 추가로 포함할 수 있다. 이 때 사용될 수 있는 안료 또는 충전제의 예로는, 카본 블랙, 산화 크롬(Cr2O3), 산화 철(Fe2O3, Fe3O4) 등의 금속 산화물(Metal Oxide), 콤플렉스 메탈 옥사이드(Complex Metal Oxide), 메탈 설트(Metal Salt) 또는 각종 유기 안료가 있다. 또한, 백색안료로 이산화티탄(TiO2), 바륨 설페이드(BaSO4), 바륨 티타네이드(BaTiO3), 스트론튬 티타네이드(SrTiO3), 칼슘 티타네이트(CaTiO3), 칼슘 카보네이트(Calcium Carbonate), 리드 티타네이드(PbTiO3), 징크 옥사이드(ZinC Oxide), 징크 설페이트(Zinc Sulfide), 마그네슘 옥사이드(MgO), 알루미늄 옥사이드(Al2O3), 실리카(SiO2) 및 지르코니아(ZrO2) 등이 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
태양전지용 백시트에 사용될 수 있는 안료의 종류는 특별히 제한이 없지만, 장기 옥외에 노출이 되기 때문에 가능한 내후성이 좋은 안료를 선택하는 것이 좋다. 예를 들면, 염료와 같이 안료 자체의 이중 결합이 깨지면서 안료 자체의 색 변화를 일으키거나 광 촉매 기능이 있는 이산화티탄과 같이 안료 주변의 고분자 사슬을 깨뜨려 황변을 일으키는 안료는 피하는 것이 좋다.
이산화티탄의 경우, 입자 크기가 작을수록 광촉매 기능이 활발해지기 때문에 가능한 0.2㎛ 이상의 크기를 갖는 것을 사용하는 것이, 분산성과 반사율 면에서도 더 좋은 특성을 발휘할 수 있다. 특히, 0.2㎛ 미만의 이산화티탄의 경우, 장파장 영역(800 nm 근처)에서 반사율이 떨어지기 때문에 결정형 실리콘 태양전지의 외부 양자 효율 면에서 볼 때 효과적이지 못하다.
안료의 분산성이 향상됨에 따라 백색 반사율이 더욱 높아지거나, 흑색 투과율을 더욱 낮아질 수 있기 때문에 가능한 분산성이 높이는 것이 좋다. 안료의 분산성을 향상시키기 위해서는 분산성을 좋도록 표면처리가 된 안료를 선택적으로 사용하거나 적절한 습윤 분산제 타입의 안료 분산제를 사용하는 것이 바람직하다. 안료를 분산하는 방법은 고속 믹서를 이용하거나, 볼밀(Ball Mill) 또는 마이크로밀(Micro Mill) 방식을 이용할 수 있다.
상기 안료 또는 충전제의 함량은 불소계 중합체 100 중량부에 대하여 1 내지 200 중량부로 사용될 수 있으며, 불소계 중합체 100 중량부에 대하여 1 중량부 미만일 경우에는 반사율과 UV 차단 특성에 문제가 있고, 200 중량부 초과 시에는 수지층이 부서지기 쉽고, 내스크래치성이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명의 수지층은 또한, UV 안정화제, 열안정화제 또는 장벽 입자와 같은 통상적인 성분을 추가로 포함할 수도 있다.
본 발명에서 상기와 같은 성분을 포함하는 수지층, 상기 성분들이 분산된 수분산액 조성물이 융해되어 형성되는 용융물인 수지층은 두께가 약 1 ㎛ 내지 50 ㎛, 또는 3 ㎛ 내지 30 ㎛일 수 있다. 상기 불소계 중합체를 포함하는 수지층의 두께가 1㎛ 미만인 경우에는 수지층이 너무 얇아서 충전제의 충진이 불충분하여 광차단성이 떨어질 수 있으며, 50 ㎛ 초과하는 경우에는 제조단가 상승의 원인이 될 수 있다.
본 발명에서 상기 불소계 중합체를 포함하는 수지층은 코팅층일 수 있다. 본 발명에서 사용하는 용어 「코팅층」은, 코팅 방식에 의해 형성된 수지층을 의미한다. 보다 구체적으로, 「코팅층」은 전술한 불소계 중합체를 포함하는 수지층이, 주조법(casting method) 또는 압출 방식으로 제조된 시트를 기재에 접착제 등을 사용하여 라미네이트되는 방식이 아닌, 증류수 등의 물에 수지층을 구성하는 성분을 분산시켜 제조된 코팅액을 기재에 코팅하는 방식으로 형성된 경우를 의미한다.
도 1은 본 발명의 구현예들에 의한 태양전지용 백시트(10)가 기재(12)의 일면에만 수지층(11)이 형성된 경우를 도시하고 있으나, 본 발명의 다른 구현예들에 의한 태양전지용 백시트(미도시)는 기재의 다른 일면에도 수지층이 형성되어 기재의 양면에 형성된 수지층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 기재 일면 또는 양면에 기재와 수지층 사이에 접착력을 부여하는 프라이머 층을 추가로 포함할 수 있다.
상기 프라이머 층은 수지층을 형성하기 전에 기재의 표면에 형성할 수 있다. 프라이머 층의 재료로는 수지층과의 접착력을 향상시키는 관능기를 가진 화합물들을 사용할 수 있다. 상기 프라이머 층의 재료의 구체적인 예로는 폴리아민, 폴리아미드, 비결정질 아크릴아미드, 폴리에틸렌이민, 에틸렌 공중합체 또는 삼원공중합체, 말레이트화 폴리올레핀, 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 중합체, 폴리에스테르, 폴리우레탄 에폭시 중합체 및 에폭시아크릴계 올리고머로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 구현예들에 의한 태양전지용 백시트는, 필요에 따라서 당업계에서 공지되어 있는 다양한 기능성층을 추가로 포함할 수 있다. 기능성층의 예로는, 접착층 또는 절연층 등을 들 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 태양전지용 백시트에는, 기재의 일면에는 전술한 수지층이 형성되어 있고, 다른 일면에는 접착층 및 절연층이 순차적으로 형성되어 있을 수 있다. 접착층 또는 절연층은 이 분야에서 공지되어 있는 다양한 방식으로 형성할 수 있다. 예를 들면, 절연층은, 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 또는 저밀도 선형 폴리에틸렌(LDPE)의 층일 수 있다. 상기 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 또는 저밀도 선형 폴리에틸렌(LDPE)의 층은 절연층으로서의 기능은 물론 태양전지 모듈의 봉지재(encapsulant)와의 접착력을 높이고, 제조 비용의 절감이 가능하도록 하며, 재작업성(re-workability)도 우수하게 유지하는 기능을 동시에 수행할 수 있다.
이러한 태양전지용 백시트는 태양전지와의 절연성, 외부 환경에 대한 내구성 및 내후성, 가공성, 생산성 및 제조비용 절감 측면 등에서 우수한 특성을 나타낸다.
본 발명의 다른 구현예는 기재 상에 불소계 중합체를 포함하는 수지층을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지용 백시트의 제조 방법에 관계한다. 상기 제조방법은 불소계 중합체 및 물을 포함하는 분산액 조성물을 기재의 적어도 일면에 도포하는 단계; 및 상기 도포된 분산액 조성물을 융해시켜 수지층을 형성하는 단계를 포함한다.
도 2는 본 발명의 일 태양에 따른 태양전지용 백시트 제조과정을 도식화한 것으로, 우선, 본 발명은 태양전지용 백시트를 제조하기 위해, 불소계 중합체 및 물을 포함하는 분산액 조성물을 사용한다.
이를 위해 불소계 중합체를 물에 분산시켜 분산액 조성물을 제조 시 상기 분산액 조성물에 계면활성제, 안료 등의 첨가제를 추가로 포함할 수 있으며, 상기와 같은 수지층에 포함될 수 있는 충전제 또는 안료 분산제 등의 첨가제에 포함된 작용기에 의해서도 반데르발스 결합, 수소결합, 이온결합, 또는 공유결합과 같은 화학적 상호작용이 발생할 수 있으며, 이에 의하여 수지층과 기재 사이의 접착력이 추가로 향상될 수 있다.
그런 다음, 본 발명은 상기 분산액 조성물을 기재 상에 도포하고, 융해시켜 수지층을 형성하는 단계를 포함한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 분산액 조성물을 기재 상에 도포하게 되면, 기재 상부에 불소계 중합체 입자들이 배치되며, 그러한 입자들은 열에 의한 융해에 따라 필름 상으로 변하게 된다. 따라서, 이러한 과정에서 균일한 필름 상을 얻기 위해서는 불소계 중합체는 입자의 크기가 10 ㎛ 이하인 것이 바람직하며, 일반적으로 그러한 불소계 중합체는 에멀전(유화 중합) 방법으로 제조된다. 불소계 중합체 입자 크기를 제조하는 방법은 크게 제한이 따르지 않지만 10 ㎛ 이하로 작고, 균일한 크기로 제조하기 위해서는 유화 중합 방법으로 제조하는 것이 바람직하다.
상기 융해는 융점 이상의 온도에서, 예를 들어 150 내지 250℃에서 수행한다. 이때, 융해 온도가 150℃ 미만인 경우에는 분산된 불소계 중합체 입자가 융해되지 않는 문제가 있고, 250℃를 초과하면 기재가 열 손상을 입어 잘 부서지는 문제가 있다.
본 발명의 구현예들에서 기재 상에 상기 수지층을 도포하는 방식은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 오프셋 인쇄법, 그라비어 인쇄법 등의 주지의 인쇄 방식이나, 롤 코트 또는 나이프 엣지 코트, 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 코팅액에도 필요에 따라 기타 다양한 첨가제가 추가로 포함되어 있을 수도 있다.
본 발명의 제조방법에서 사용될 수 있는 기재의 구체적인 종류는 전술한 바와 같으며, 상기 기재에는, 적절한 증착 처리, 열 처리, 플라즈마 처리 또는 코로나 처리 등을 미리 수행할 수도 있으며, 그러한 처리가 미리 수행되어 있을 수도 있다.
본 발명에 따른 태양전지용 백시트의 제조방법에 의해 제조된 태양전지용 백시트는 하기 일반식 1을 만족한다.
[일반식 1]
ΔYI = YIb-YIa < 3
상기 ΔYI는 고온고습 하에서 방치한 후의 YI값(YIb)에서 121℃, 상대습도 100%, 2기압 하에서 0시간 방치한 후의 YI값(YIa)을 뺀 수치를 나타내며, 상기 YI값은 400 nm 내지 800 nm의 반사율을 측정한 후 얻은 황변지수(Yellowness Index)이다. 이때, YIb는 PCT(Pressure Cooker Test) 조건[121℃, 상대습도 100%]에서 75 시간 방치한 후의 값 또는 85℃, 상대습도 85%에서 3000 시간 방치한 후의 값을 의미한다.
또한, 본 발명에 따른 제조 방법은 상기 수지층을 형성하기 전에 상기 기재의 적어도 일면에 프라이머층을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에서 수지층의 형성에 적용되는 코팅액에는, 상기 불소계 중합체 외에도, 안료, 충전제, UV 안정제 또는 열안정제와 같은 다양한 첨가제가 추가로 포함되어 있을 수 있다. 상기 각 첨가제는, 불소계 중합체 등과 함께 분산되거나, 또는 상기 성분과는 별도로 밀베이스 형태로 제조된 후, 다시 상기 불소계 중합체를 포함하는 조성물과 혼합될 수도 있다. 상기와 같은 수지층에 포함될 수 있는 충전제, 분산제 등의 첨가제에 포함된 작용기에 의해서도 반데르발스 결합, 수소결합, 이온결합, 공유결합과 같은 화학적 상호작용이 발생할 수 있으며, 이에 의하여 수지층과 기재 사이의 접착력이 추가로 향상될 수 있다.
본 발명에서 코팅액의 제조 방법이나, 코팅액에 포함되는 각 성분의 비율 등은 특별히 제한되지 않고, 이 분야에 공지되어 있는 다양한 방식을 적절히 채용하면 된다.
본 발명의 태양전지용 백시트의 제조방법에 있어서, 상기 불소계 중합체의 함량 및 종류, 기재 및 수지층의 종류 및 추가로 포함될 수 있는 첨가제 및 프라이머 층에 대한 내용은 전술한 바와 동일하다.
본 발명에 따른 태양전지용 백시트는 전술한 바와 같이 불소계 중합체를 포함하는 수지층을 포함하고, 구체적으로 상기 태양전지용 백시트의 제조 공정 중 상기 수지층과 상기 기재 또는 기재의 표면처리층의 계면에서, 상기 수지층에 포함되는 불소계 중합체가 상기 기재 또는 기재의 표면처리층으로 상호확산될 수 있으며, 이에 의하여 상기 기재와 상기 수지층 간의 화학적 공유결합 형성 뿐 아니라, 분자 쇄 사이의 엉킴(chain entanglement)과 반데르발스 힘 등에 의해 접착력을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 구현예들은 상기 태양전지용 백시트를 포함하는 태양전지에 관계한다.
본 발명의 태양전지는, 상기 태양전지용 백시트를 포함하고 있는 한 특별히 제한되지 않고, 이 분야에서 공지되어 있는 다양한 구조를 가질 수 있다.
통상적으로, 태양전지는, 투명 전면 기판, 백시트 및 상기 전면 기판과 백시트의 사이에서 봉지재에 의해 봉지되어 있는 광전지 또는 광전지 어레이를 포함할 수 있다. 즉, 직렬 또는 병렬로 배치된 태양전지 셀 주변을 열경화성 플라스틱(에틸렌-비닐아세테이트 공중합체)로 구성된 봉지재로 간격을 메우고, 태양광이 부딪히는 면에는 투명 전면 기판인 유리면이 배치되며, 이면은 본 발명에 따른 태양전지용 백시트로 보호하는 구성을 가질 수 있다.
상기에서 광전지 또는 광전지 어레이를 구성하는 활성층의 예에는, 대표적으로 결정질 또는 비결정질 실리콘 웨이퍼나, CIGS 또는 CTS 등과 같은 화합물 반도체 등을 들 수 있다.
본 발명의 태양전지용 백시트는, 상기와 같은 활성층을 가지는 태양전지 모듈을 포함하여, 이 분야에 알려져 있는 다양한 태양전지 모듈에 제한 없이 적용될 수 있으며, 이 경우, 상기 모듈을 구성하는 방식이나, 기타 소재의 종류는 특별히 제한되지 않는다.
실시예
이하, 실시예를 통하여 본 발명의 바람직한 구현예를 보다 상세하게 설명할 것이나, 하기의 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예 및 비교예에서 제조된 필름의 각 물성은 다음 방식으로 측정하였다.
1.
크로스
-해치 접착력
크로스 컷 시험 기준인 ASTM D3002/D3359의 규격에 준거하여, 크로스 컷 테스트를 수행하였다. 구체적으로, 시편을 1 mm의 간격으로 가로 및 세로 방향으로 각각 11줄씩 칼로 그어서 가로와 세로가 각각 1 mm인 100개의 정사각형 격자를 형성하였다. 그 후, Nichiban사의 CT-24 접착 테이프를 상기 재단면에 부착한 후 떼어낼 때에, 함께 떨어지는 면의 상태를 측정하여 하기 기준으로 평가하였다.
<크로스-해치 접착력 평가 기준>
5B: 떨어진 면이 없는 경우
4B: 떨어진 면이 총 면적 대비 5% 이하인 경우
3B: 떨어진 면이 총 면적 대비 5% 초과 내지 15% 이하인 경우
2B: 떨어진 면이 총 면적 대비 15% 초과 내지 35% 이하인 경우
1B: 떨어진 면이 총 면적 대비 35% 초과 내지 65% 이하인 경우
0B: 거의 대부분이 떨어지는 경우
2. 180도 박리 강도
박리 강도는, ASTM D1897에 준거하여, 시편을 10 mm의 폭으로 재단한 다음, 4.2 mm/sec의 속도 및 180도의 박리 각도로 박리하면서 측정하였다.
<180도 박리 강도 평가 기준>
Coat-T: 접착력이 매우 우수하여 박리 시 수지층이 찢어져서 정확한 박리력의 측정이 불가능한 경우
PVF-T: 접착력이 우수하여 박리시 PVF층이 찢어져서 정확한 박리력 측정이 불가능
3. 색 변화 확인
실시예 및 비교예에서 제조된 태양전지용 백시트를, ASTM D1925에 준거하여, Shimadzu UV Vis spectrometer(UV-3000)을 이용하여 400 nm 파장에서 800nm 영역의 반사율을 측정하고, 이를 이용하여, YI값(황색지수, Yellowness Index)을 얻었다(하기 수학식 1 참조).
[수학식 1]
YI = [100(1.28XCIE-1.06ZCIE)]/YCIE
상기 YI는 UV/VIS/NIR 스펙트로미터에서 색차 분석 프로그램을 이용하여 계산된 값으로(ASTM, D1925), XCIE, YCIE, ZCIE는 각각 빨강, 초록, 파랑 색 좌표가 나타내는 상대적인 값이다.
4.
PCT
(
pressure
cooker
test
)
실시예 및 비교예에서 제조된 태양전지용 백시트를 2기압, 121℃ 및 100% R.H.의 조건이 유지되는 오븐에 각각 25 시간, 50 시간 또는 75 시간 동안 방치한 후에 접착력의 변화를 관찰하였다. 본 명세서에서 단위 「R.H.」는 상대 습도를 의미한다.
5. 습열(
damp
heat
) 테스트
실시예 및 비교예에서 제조된 태양전지용 백시트를 85℃ 및 85% R.H.의 조건이 유지되는 오븐에 1,000 시간, 2,000 시간 또는 3,000 시간 동안 방치한 후에 접착력의 변화를 관찰하였다.
<
실시예
1>
기재의 준비
일면에 아크릴 프라이머 처리가 된 PET(polyethylene terephthalate), 두께: 250 ㎛) 필름(코오롱社)의 표면에 코로나 처리를 행하였다.
수지층의 형성
증류수 380g에 5% PVA(폴리비닐알코올, POLINOL P17, 동양제철화학) 20 g을 넣고, 입자 크기가 약 0.3 ㎛인 유화 중합된 비관능화된 PVDF[Hylar561] 100 g을 분산시켜 수분산액을 제조하였다. 상기 수분산액을 상기 미리 준비한 기재 상에 도포한 후 200 ℃에서 5분간 융해시켜 수지층을 형성함으로써 태양전지용 백시트를 제조하였으며, 수분산액을 도포한 후와 융해시킨 후의 수지층의 표면 사진을 촬영하여 각각 도 3 및 도 4에 나타내었다.
<
실시예
2>
백색 안료로 이산화티탄(입자 크기: 약 0.4㎛) 60g을 수분산액 제조 시 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지용 백시트를 제조하였다. 또한, 수분산액을 도포한 후와 융해시킨 후의 수지층의 표면 사진을 촬영하여 각각 도 5 및 도 6에 나타내었다.
<
실시예
3 및 4 >
비관능화된 PVDF로 Hylar561 100g을 증류수에 분산시켜 사용하는 대신 증류수에 에멀전 형태로 분산되어 있는 Hylar Latex 932 (고형분 20%) 500g을 사용한 것을 제외하고 각각 실시예 1 및 2와 동일한 방법으로 태양전지용 백시트를 제조하였다.
<
비교예
1 및 2>
수분산액의 제조 시에 포함되는 불소계 중합체로 하기와 같은 에멀전 형태의 히드록시기로 관능화된 아크릴 변성 불소계 중합체 500g (고형분 20%)을 사용한 것을 제외하고는 각각 실시예 1 및 2와 동일한 방법으로 태양전지용 백시트를 제조하였다.
히드록시기로
관능화된
아크릴 변성 불소계 중합체 제조 방법
1L 고압반응기에서 증류수 400g에 15% 암모늄 퍼플루오로옥타노에이트 용액 5g를 첨가한 후, VDF(비닐리덴 플루오라이드) 70g 과 2-HEMA(2-히드록시에틸 메타크릴산 30g을 첨가한 후, 반응기를 80℃로 유지시킨 후, 0.5%의 칼륨 퍼술페이트 용액 1g을 첨가하여 히드록시기로 관능화된 아크릴 변성 불소계 중합체를 제조하였다.
<
비교예
3>
유화 중합된 PVDF인 Hylar561 대신 입자 크기가 약 50 ~ 300 ㎛인 현탁 중합된 PVDF 100g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지용 백시트를 제조하였다. 또한, 수분산액을 융해시킨 후의 수지층의 표면 사진을 촬영하여 도 7에 나타내었다.
<
비교예
4>
상업적으로 판매되고 있는 Tedlar 필름/접착제/PET 필름/접착제/Tedlar 필름의 적층 구조체를 태양전지용 백시트로 사용하였다. 상기 적층 구조체는 압출 공정으로 제조된 듀폰(du pont) 사의 Tedlar 필름(PVF, polyvinyl fluoride 필름(두께 38㎛))을 접착제를 이용하여 PET 필름의 양면에 라미네이션한 제품이다.
<
비교예
5>
상업적으로 판매되고 있는 Tedlar 필름/접착제/PET 필름/접착제/Tedlar 필름의 적층 구조체를 태양전지용 백시트로 사용하였다. 상기 적층 구조체는 캐스팅 공정으로 제조된 듀폰(du pont) 사의 Tedlar 필름(PVF 필름, 두께 25㎛)을 접착제를 이용하여 PET 필름의 양면에 라미네이션한 제품이다.
| 수분산액 | |||
| 불소계 중합체 | 이산화티탄 | ||
| 종류 | 함량(g) | 함량(g) | |
| 실시예 1 | Hylar561 | 100 | 0 |
| 실시예 2 | Hylar561 | 100 | 60 |
| 실시예 3 | Hylar Latex 932 | 500 | 0 |
| 실시예 4 | Hylar Latex 932 | 500 | 60 |
| 비교예 1 | 아크릴 변성 불소계 중합체 | 500 | 0 |
| 비교예 2 | 아크릴 변성 불소계 중합체 | 500 | 60 |
| 비교예 3 | 현탁 중합된 PVDF | 100 | 0 |
| 비교예 4 | Tedlar 필름/접착제/PET 필름/접착제/Tedlar 필름 | - | - |
| 비교예 5 | Tedlar 필름/접착제/PET 필름/접착제/Tedlar 필름 | - | - |
<
실험예
1>
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 및 5의 태양전지용 백시트에 대하여, PCT(Pressure cooker test) 수행 후에 180도 박리강도 및 크로스-해치 테스트를 각각 수행하였다. 구체적으로는, 각각의 태양전지용 백시트를 2 기압, 121℃ 및 100% R.H.의 조건에서 각각 25 시간, 50 시간 또는 75 시간 동안 방치한 후, 180도 박리강도 및 크로스-해치 테스트를 수행하여 접착력의 변화를 평가하였다. 평가 결과는 하기 표 2에 기술하였다.
| 크로스-해치 테스트 결과 | 180도 박리 강도(N/cm) | |||||||
| 초기 | 25 hrs | 50 hrs | 75 hrs | 초기 | 25 hrs | 50 hrs | 75 hrs | |
| 실시예 1 | 5B | 5B | 5B | 5B | Coat-T | Coat-T | Coat-T | Coat-T |
| 실시예 2 | 5B | 5B | 5B | 5B | Coat-T | Coat-T | Coat-T | Coat-T |
| 실시예 3 | 5B | 5B | 5B | 5B | Coat-T | Coat-T | Coat-T | Coat-T |
| 실시예 4 | 5B | 5B | 5B | 5B | Coat-T | Coat-T | Coat-T | Coat-T |
| 비교예 1 | 5B | 4B | 3B | 1B | Coat-T | Coat-T | Coat-T | Coat-T |
| 비교예 2 | 5B | 5B | 3B | 1B | Coat-T | Coat-T | Coat-T | Coat-T |
| 비교예 3 | 측정불가 | 측정불가 | 측정불가 | 측정불가 | 측정불가 | 측정불가 | 측정불가 | 측정불가 |
| 비교예 4 | 5B | 5B | 5B | 5B | PVF-T | PVF-T | PVF-T | 1 |
| 비교예 5 | 5B | 5B | 5B | 2B | 6 | 5 | 3 | 1 |
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예의 태양전지용 백시트의 경우, 비관능화된 불소계 중합체를 포함하는 수분산액의 융해물인 수지층은 기재(PET)와 높은 초기 접착력을 나타내고, 또한 PCT를 75 시간 진행한 후에도 역시 탁월한 접착력을 나타내었다. 또한, PCT를 75 시간 진행한 후에도, 수지층 등에 계면 박리 및 핀홀 생성 등과 같은 외관의 변화는 관찰되지 않았다.
그러나, 관능화된 불소계 중합체를 사용하는 비교예 1 및 2의 경우, 비관능화된 불소계 중합체를 사용한 경우에 비해 PCT후 접착력이 떨어지는 것을 확인할 수 있었다.
상기 비교예 3의 수분산액의 경우, 각기 다른 사이즈와 형태를 갖는 PVDF가 물에 분산되어 있기 때문에 양호한 코팅 외관을 갖기 어렵지만, 유화 중합된 PVDF를 사용한 경우(실시예 1 내지 실시예 4)에는, 입자 사이즈가 비교적 균일하고, 작기 때문에 용융 공정을 통해 양호한 코팅 외관을 나타내고 있음을 확인할 수 있다. 유화 중합이 아닌 현탁 중합으로 제조된 PVDF의 경우(비교예 3), 입자 사이즈가 크고 불균일하기 때문에 PET 기재 위에 완전히 융착시킬 수가 없었다.
반면, 상업적으로 판매되고 있는 다층 필름인 듀폰 사의 Tedlar 필름의 경우(비교예 4 및 5), PCT가 진행되면서, 기재와의 접착력이 크게 떨어지는 점을 확인하였다.
<
실험예
2>
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 및 5의 태양전지용 백시트에 대하여, 습열(damp heat) 시험을 수행 후에 180도 박리강도 및 크로스-해치 테스트를 각각 수행하였다. 구체적으로는, 각각의 태양전지용 백시트를 85℃ 및 85% R.H.의 조건의 오븐에서 각각 1000 시간, 2000 시간 또는 3000 시간 동안 방치한 후, 180도 박리강도 및 크로스-해치 테스트를 수행하여 박리력의 변화를 평가하였다. 상기 평가 결과를 하기 표 3에 기술하였다.
| 크로스-해치 테스트 결과 | 180도 박리 강도(N/cm) | |||||||
| 초기 | 1000 hrs | 2000 hrs | 3000 hrs | 초기 | 1000 hrs | 2000 hrs | 3000 hrs | |
| 실시예 1 | 5B | 5B | 5B | 5B | Coat-T | Coat-T | Coat-T | Coat-T |
| 실시예 2 | 5B | 5B | 5B | 5B | Coat-T | Coat-T | Coat-T | Coat-T |
| 실시예 3 | 5B | 5B | 5B | 5B | Coat-T | Coat-T | Coat-T | Coat-T |
| 실시예 4 | 5B | 5B | 5B | 5B | Coat-T | Coat-T | Coat-T | Coat-T |
| 비교예 1 | 5B | 3B | 2B | 0B | Coat-T | Coat-T | Coat-T | 0 |
| 비교예 2 | 5B | 5B | 3B | 1B | Coat-T | Coat-T | Coat-T | Coat-T |
| 비교예 3 | 측정불가 | 측정불가 | 측정불가 | 측정불가 | 측정불가 | 측정불가 | 측정불가 | 측정불가 |
| 비교예 4 | 5B | 5B | 5B | 5B | PVF-T | PVF-T | PVF-T | 1 |
| 비교예 5 | 5B | 5B | 0B | 0B | 6 | 5 | 3 | 1 |
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예의 태양전지용 백시트의 경우, 비관능화된 불소계 중합체를 포함하는 수분산액의 융해물인 수지층이 기재(PET)와 높은 초기 접착력을 나타내고, 또한 습열 테스트 3,000 시간까지 수행한 후에도 역시 탁월한 접착력을 나타내었다. 또한, 습열 테스트를 3,000 시간 진행한 후에도, 수지층 등에 계면 박리 및 핀홀 생성 등과 같은 외관의 변화는 관찰되지 않았다.
관능화된 불소계 중합체를 사용하는 비교예 1 내지 2의 경우, 비관능화된 불소계 중합체를 사용한 경우에 비해 습열 테스트 후 접착력이 떨어지는 것을 확인할 수 있었다.
유화 중합이 아닌 현탁 중합으로 제조된 PVDF의 경우(비교예 4), 입자 사이즈가 크고 불균일하기 때문에 PET 기재 위에 완전히 융착시킬 수가 없었다.
반면, 상업적으로 판매되고 있는 다층 필름인 듀폰 사의 Tedlar 필름의 경우(비교예 4 및 5), 습열 테스트가 진행되면서, 기재와의 접착력이 크게 떨어지는 점을 확인하였다.
<
실험예
3>
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 및 5의 태양전지용 백시트에 대하여, PCT(Pressure cooker test) 수행 후에 YI값을 구하고, 그로부터 YI 변화값(ΔYI)을 측정하였다. 구체적으로는, 각각의 태양전지용 백시트를 2 기압, 121℃ 및 100% R.H.의 조건에서 각각 25시간, 50 시간 또는 75 시간 동안 방치한 후, Shimadzu UV Vis spectrometer(UV-3000)을 이용하여 400 nm 파장에서 800nm 영역의 반사율을 측정하고, 이를 이용하여, YI값(황색지수, Yellowness Index)을 얻어 그 결과를 하기 표 4에 기술하였다.
| YI | ΔYI | |||||||
| 초기 | 25 hrs | 50 hrs | 75 hrs | 초기 | 25 hrs | 50 hrs | 75 hrs | |
| 실시예 1 | -12.3 | -11.7 | -12.1 | -11.9 | - | 0.6 | 0.2 | 0.4 |
| 실시예 2 | -3.1 | -3.0 | -2.9 | -2.7 | - | 0.1 | 0.2 | 0.4 |
| 실시예 3 | -12.5 | -12.3 | -11.9 | -11.8 | - | 0.2 | 0.6 | 0.7 |
| 실시예 4 | -3.5 | -3.3 | -3.1 | -3.1 | - | 0.2 | 0.4 | 0.4 |
| 비교예 1 | -11.5 | -7.5 | -7.3 | -6.9 | - | 4 | 4.2 | 4.6 |
| 비교예 2 | -2.5 | 2.7 | 3.1 | 3.4 | - | 5.2 | 5.6 | 5.9 |
| 비교예 3 | 측정불가 | 측정불가 | 측정불가 | 측정불가 | 측정불가 | 측정불가 | 측정불가 | 측정불가 |
| 비교예 4 | 0.7 | 1.4 | 3.6 | 7.3 | - | 0.7 | 2.9 | 6.6 |
| 비교예 5 | 6.2 | 6.4 | 6.5 | 6.5 | - | 0.2 | 0.3 | 0.3 |
상기 표 4에 나타난 바와 같이, 비관능화된 불소계 중합체를 포함하는 수분산액의 융해물인 수지층의 경우, PCT후 황변 지수 변화가 거의 없는 것을 확인할 수 있다. 반면, 관능화된 불소계 중합체를 사용한 비교예 1, 2나 듀폰사의 Tedlar 필름을 사용한 비교예 4, 5의 경우, 황변 지수 변화가 큰 것을 확인할 수 있다.
<
실험예
4>
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 및 5의 태양전지용 백시트에 대하여, 습열(damp heat) 시험을 수행 후에 YI값을 구하고, 그로부터 YI 변화값(ΔYI)을 측정하였다. 구체적으로는, 각각의 태양전지용 백시트를 85℃ 및 85% R.H.의 조건의 오븐에서 각각 1000 시간, 2000 시간 또는 3000 시간 동안 방치한 후, Shimadzu UV Vis spectrometer(UV-3000)을 이용하여 400 nm 파장에서 800nm 영역의 반사율을 측정하고, 이를 이용하여, YI값(황색지수, Yellowness Index)을 얻어 그 결과를 하기 표 5에 기술하였다.
| YI | ΔYI | |||||||
| 초기 | 1000 hrs | 2000 hrs | 3000 hrs | 초기 | 1000 hrs | 2000 hrs | 3000 hrs | |
| 실시예 1 | -12.3 | -11.4 | -11.1 | -10.5 | - | 0.9 | 1.2 | 1.8 |
| 실시예 2 | -3.1 | -2.5 | -2.1 | -1.9 | - | 0.6 | 1.0 | 1.2 |
| 실시예 3 | -12.5 | -12.3 | -11.7 | -11.5 | 0.2 | 0.8 | 1.0 | |
| 실시예 4 | -3.5 | -2.5 | -2.2 | -1.8 | 1.0 | 1.3 | 1.7 | |
| 비교예 1 | -11.5 | -7.5 | -7.2 | -6.9 | 4 | 4.3 | 4.6 | |
| 비교예 2 | -2.5 | 3.5 | 3.5 | 3.6 | 6.0 | 6.0 | 6.1 | |
| 비교예 3 | 측정불가 | 측정불가 | 측정불가 | 측정불가 | 측정불가 | 측정불가 | 측정불가 | 측정불가 |
| 비교예 4 | 0.7 | 1.9 | 3.0 | 8.7 | - | 1.22 | 2.35 | 8.05 |
| 비교예 5 | 6.2 | 7.9 | 9.0 | 9.4 | - | 1.68 | 2.76 | 3.16 |
상기 표 5에 나타난 바와 같이, 비관능화된 불소계 중합체를 포함하는 수분산액의 융해물인 수지층의 경우, 습열 테스트 후 황변 지수 변화가 거의 없는 것을 확인할 수 있다. 반면, 관능화된 불소계 중합체를 사용한 비교예 1, 2 나 듀폰사의 Tedlar 필름을 사용한 비교예 4, 5의 경우, 황변 지수 변화가 큰 것을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 본 발명에 대해서 상세하게 설명하였으나, 이들은 단지 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 태양전지용 백시트
11: 수지층
12: 기재
11: 수지층
12: 기재
Claims (28)
- 기재; 및 상기 기재의 적어도 일면에 형성되고, 불소계 중합체를 포함하는 수지층을 포함하며,
상기 수지층이 물 및 불소계 중합체를 포함하는 분산액 조성물로 형성된 코팅층인 태양전지용 백시트. - 제 1 항에 있어서,
하기 일반식 1을 만족하는 태양전지용 백시트:
[일반식 1]
ΔYI = YIb-YIa < 3
상기 ΔYI는 고온고습 하에서 방치한 후의 YI값(YIb)에서 121℃, 상대습도 100%, 2기압 하에서 0시간 방치한 후의 YI값(YIa)을 뺀 수치를 나타내며, 상기 YI값은 400 nm 내지 800 nm의 반사율을 측정한 후 얻은 황변지수(Yellowness Index)이다. 이때, YIb는 PCT(Pressure Cooker Test) 조건[121℃, 상대습도 100%]에서 75 시간 방치한 후의 값 또는 85℃, 상대습도 85%에서 3000 시간 방치한 후의 값을 의미한다. - 제 1 항에 있어서,
상기 물은 분산액 조성물 내에서 불소계 중합체 100 중량부에 대하여 100 내지 2000 중량부로 포함되는 태양전지용 백시트. - 제 1 항에 있어서,
상기 불소계 중합체는 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 헥실 비닐 에테르(PHVE), 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 혼합물을 포함하는 태양전지용 백시트. - 제 1 항에 있어서,
상기 불소계 중합체는 비닐 플루오라이드를 중합된 형태로 포함하는 단독 중합체 또는 공중합체; 또는 비닐리덴 플루오라이드를 중합된 형태로 포함하는 단독 중합체 또는 공중합체; 또는 이들의 혼합물인 태양전지용 백시트. - 제 1 항에 있어서,
상기 불소계 중합체는 비닐리덴 플루오라이드(VDF) 또는 비닐 플루오라이드(VF)와 테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌, 클로로트리플루오로에틸렌, 트리플루오로에틸렌, 헥사플루오로이소부틸렌, 퍼플루오로 부틸에틸렌, 퍼플루오로 메틸 비닐 에테르, 퍼플루오로 에틸 비닐 에테르, 퍼플루오로 프로필 비닐 에테르(PPVE), 퍼플루오로 헥실 비닐 에테르(PHVE), 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 태양전지용 백시트. - 제 1 항에 있어서,
상기 불소계 중합체는 비관능화 불소 중합체(non-functionalized fluoropolymer)인 것인 태양전지용 백시트. - 제 1 항에 있어서,
상기 불소계 중합체는 유화 중합법에 의해 제조된 것인 태양전지용 백시트. - 제 1 항에 있어서,
상기 불소계 중합체는 입자 크기가 10㎛ 이하인 태양전지용 백시트. - 제 1 항에 있어서,
상기 분산액 조성물이 계면활성제를 추가로 포함하는 것인 태양전지용 백시트. - 제 10 항에 있어서,
상기 계면활성제는 불소계 중합체 100 중량부에 대하여 0.01 내지 10 중량부로 포함되는 태양전지용 백시트. - 제 1 항에 있어서,
상기 분산액 조성물이 안료를 추가로 포함하는 것인 태양전지용 백시트. - 제 12 항에 있어서,
상기 안료는 불소계 중합체 100 중량부에 대하여 1 내지 200 중량부로 포함되는 태양전지용 백시트. - 제 1 항에 있어서,
상기 불소계 중합체의 중량 평균 분자량은 50,000 내지 1,000,000 인 태양전지용 백시트. - 제 1 항에 있어서,
상기 불소계 중합체의 융점이 80℃ 내지 175℃인 태양전지용 백시트. - 제 1 항에 있어서,
상기 기재는 금속 필름 또는 중합체 필름인 태양전지용 백시트. - 제 1 항에 있어서,
상기 중합체 필름은 아크릴 필름, 폴리올레핀 필름, 폴리아미드 필름, 폴리우레탄 필름 또는 폴리에스테르 필름인 태양전지용 백시트. - 제 1 항에 있어서,
상기 폴리에스테르 필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름, 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 필름 또는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 필름의 단일 시트, 적층 시트 또는 공압출물인 태양전지용 백시트. - 제 1 항에 있어서,
상기 기재의 두께는 50 내지 500㎛인 태양전지용 백시트. - 제 1 항에 있어서,
상기 수지층의 두께는 1 내지 50㎛인 태양전지용 백시트. - 제 1 항에 있어서,
상기 기재와 수지층 사이에 프라이머 층을 추가로 포함하는 태양전지용 백시트. - 제 1 항에 있어서,
상기 수지층은 충전제, UV 안정제, 열안정제 또는 장벽 입자를 추가로 포함하는 태양전지용 백시트. - 불소계 중합체 및 물을 포함하는 분산액 조성물을 기재의 적어도 일면에 도포하는 단계; 및
상기 도포된 분산액 조성물을 융해시켜 수지층을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지용 백시트의 제조방법. - 제 23 항에 있어서,
상기 태양전지용 백시트는 하기 일반식 1을 만족하는 태양전지용 백시트의 제조 방법:
[일반식 1]
ΔYI = YIb-YIa < 3
상기 ΔYI는 고온고습 하에서 방치한 후의 YI값(YIb)에서 121℃, 상대습도 100%, 2기압 하에서 0시간 방치한 후의 YI값(YIa)을 뺀 수치를 나타내며, 상기 YI값은 400 nm 내지 800 nm의 반사율을 측정한 후 얻은 황변지수(Yellowness Index)이다. 이때, YIb는 PCT(Pressure Cooker Test) 조건[121℃, 상대습도 100%]에서 75 시간 방치한 후의 값 또는 85℃, 상대습도 85%에서 3000 시간 방치한 후의 값을 의미한다. - 제 23 항에 있어서,
상기 분산액 조성물이 계면활성제 및 안료로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 추가로 포함하는 태양전지용 백시트의 제조방법. - 제 23 항에 있어서,
상기 융해는 150℃ 내지 250℃에서 수행되는 태양전지용 백시트의 제조방법. - 제 23 항에 있어서,
상기 수지층을 형성하기 전에 상기 기재의 적어도 일면에 프라이머층을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 태양전지용 백시트의 제조방법. - 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 따른 태양전지용 백시트를 포함하는 태양전지.
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