KR20120109206A - 태양전지 이면 보호 시트용 접착제층 및 이의 형성방법 - Google Patents

태양전지 이면 보호 시트용 접착제층 및 이의 형성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양전지 이면 보호 시트용 접착제층 및 이의 형성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유리전이온도가 -15 내지 5℃인 폴리에스테르계 폴리올 및 가교제를 포함하는 접착제 조성물의 경화에 의해 형성되고, 유리전이온도가 -5 내지 30℃이며 120℃, 100%RH 및 2atm의 조건에서 72시간 동안 방치된 후의 접착력 변화량이 -25 내지 5%가 되도록 구성됨으로써 초기 접착력이 우수할 뿐만 아니라 고온 또는 고온?다습한 가혹 환경에 처해진 이후에도 접착력의 저하를 최소화할 수 있어 충분한 내구성과 밀착성을 확보할 수 있는 태양전지 이면 보호 시트용 접착제층 및 이의 형성방법에 관한 것이다.

Description

태양전지 이면 보호 시트용 접착제층 및 이의 형성방법 {ADHESIVE LAYER FOR SOLAR CELL BACKSIDE PROTECTIVE SHEET AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 초기 접착력이 우수할 뿐만 아니라 고온 또는 고온?다습한 환경에 처해진 이후에도 접착력의 저하를 최소화할 수 있는 태양전지 이면 보호 시트용 접착제층 및 이의 형성방법에 관한 것이다.
최근 들어 차세대 에너지원으로서 클린 에너지인 태양광의 에너지를 직접 전기로 바꾸는 태양전지가 급속하게 보급되고 있다.
일반적으로 태양전지를 구성하는 태양전지 모듈은 투명 전면 기판, 충전제층, 태양전지 소자, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체로 대표되는 충전재층 및 이면 보호 시트가 순서대로 적층된 구성을 가진다.
이러한 태양전지는 주로 옥외에서 사용되기 때문에 태양전지 모듈을 구성하는 부재에는 충분한 내구성 및 내후성이 요구된다. 이 중에서, 이면 보호 시트로는 강도 특성이 우수한 플라스틱 기재가 가장 일반적으로 사용되고, 그 외에도 금속판 등이 사용되고 있다. 특히, 이면 보호 시트는 기계적 강도, 내후성, 내열성, 내수성, 내광성, 내화학성, 광반사성과 함께 수분의 침입을 방지하기 위한 수분 배리어성도 우수할 것이 요구된다.
태양전지 이면 보호 시트는 2매 이상의 기재 필름 또는 기능성 필름을 접착제를 매개로 적층하여 제조되는데, 상기 접착제로는 내열성이나 안정성을 고려하여 폴리우레탄계 또는 폴리에스테르계 접착제가 주로 사용된다.
보다 상세하게, 이면 보호 시트는 기재 필름 또는 기능성 필름 상에 접착제를 도공하고 건조한 후 필름들을 접합하고 양생하는 방법으로 제조된다(일본공개특허 제2002-026346호, 제2007-320218호, 제2008-004691호). 그러나, 이들 접착제는 양생 후 접착력은 우수하나 고온 또는 고온?다습한 가혹 환경에 처해진 이후에는 접착력이 급격하게 저하되는 단점이 있다. 주로 옥외에서 사용되는 태양전지는 가혹 환경에 놓여지기 쉬우므로 접착력 저하의 문제는 개선되어야 한다.
본 발명은 고온 또는 고온?다습한 환경에 처해진 이후에도 접착력의 저하를 최소화하여 우수한 접착력 특성을 확보할 수 있는 태양전지 이면 보호 시트용 접착제층을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 접착제층의 형성방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
1. 유리전이온도가 -15 내지 5℃인 폴리에스테르계 폴리올 및 가교제를 포함하는 접착제 조성물의 경화에 의해 형성되고, 유리전이온도가 -5 내지 30℃이며 120℃, 100%RH 및 2atm의 조건에서 72시간 동안 방치된 후의 접착력 변화량이 -25 내지 5%인 태양전지 이면 보호 시트용 접착제층.
2. 위 1에 있어서, 초기 접착력이 9N/15㎜ 이상인 태양전지 이면 보호 시트용 접착제층.
3. 위 1에 있어서, 접착제 조성물은 고형분 함량을 기준으로 폴리에스테르계 폴리올 100중량부에 대하여 에폭시 수지 0.01 내지 60중량부를 더 포함하는 태양전지 이면 보호 시트용 접착제층.
4. 위 1에 있어서, 가교제는 이소시아네이트계 화합물인 태양전지 이면 보호 시트용 접착제층.
5. 위 1에 있어서, 접착제 조성물은 고형분 함량을 기준으로 폴리에스테르계 폴리올 100중량부에 대하여 루이스 산 또는 루이스 염기 중에서 선택된 가교촉진제 0.001 내지 15중량부를 더 포함하는 태양전지 이면 보호 시트용 접착제층.
6. 2매 이상의 기재필름이 위 1 내지 5 중 어느 한 항의 접착제층을 매개로 접합된 태양전지 이면 보호 시트.
7. 유리전이온도가 -15 내지 5℃인 폴리에스테르계 폴리올 및 가교제를 포함하는 접착제 조성물을 50 내지 70℃에서 2 내지 7일 동안 경화시키는 단계를 포함하는 태양전지 이면 보호 시트용 접착제층의 형성방법.
8. 위 7에 있어서, 경화는 55 내지 65℃에서 5 내지 7일 동안 수행되는 태양전지 이면 보호 시트용 접착제층의 형성방법.
9. 위 7에 있어서, 경화 이전에 접착제 조성물을 도공 및 건조하는 단계를 포함하는 태양전지 이면 보호 시트용 접착제층의 형성방법.
본 발명에 의하면 초기 접착력이 우수할 뿐만 아니라 고온 또는 고온?다습한 가혹 환경에 처해진 이후에도 접착력의 저하를 최소화할 수 있는 태양전지 이면 보호 시트용 접착제층 및 이의 형성방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 내구성과 밀착성이 우수한 태양전지 이면 보호 시트를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 이면 보호 시트의 단면도이고,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 이면 보호 시트의 단면도이며,
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양전지 이면 보호 시트의 단면도이다.
본 발명은 초기 접착력이 우수할 뿐만 아니라 고온 또는 고온?다습한 환경에 처해진 이후에도 접착력의 저하를 최소화할 수 있는 태양전지 이면 보호 시트용 접착제층 및 이의 형성방법에 관한 것이다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 태양전지 이면 보호 시트용 접착제층은 유리전이온도(Tg)가 -15 내지 5℃인 폴리에스테르계 폴리올 및 가교제를 포함하는 접착제 조성물의 경화에 의해 형성된 것으로서, 특히 그 유리전이온도가 -5 내지 30℃이며 120℃, 100%RH 및 2atm의 조건에서 72시간 동안 방치된 후의 접착력 변화량이 -25 내지 5%인 것을 특징으로 한다.
접착제 조성물에 포함된 폴리에스테르계 폴리올은 분자 내부 또는 말단에 히드록시기를 함유하는 수지로서, 접착성을 부여하는 접착 수지이다.
통상 폴리올로는 폴리에테르계 폴리올, 폴리에스테르계 폴리올, 폴리카보네이트계 폴리올, 폴리카프로락톤계 폴리올 등이 있다. 이 중 폴리에스테르계 폴리올은 다른 종류의 폴리올과 비교하여 태양전지 이면 보호 시트용 기재필름과의 밀착성이 우수하다는 점에서 바람직하다.
폴리에스테르계 폴리올은 산과 알코올의 축합반응에 의해 제조되며, 예컨대 아디프산, 말레산, 푸마르산, 세바스산, 아젤라산, 숙신산, 테레프탈산, 이소프탈산, 프탈산 등의 이염기산 및 이들의 디알킬에스테르 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 산과 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, 폴리부틸렌글리콜, 폴리테트라메틸렌글리콜, 네오펜틸글리콜, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 1,4-시클로헥산디메탄올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 3-메틸-1,8-옥탄디올, 3,3'-디메틸올헵탄, 폴리옥시에틸렌글리콜, 폴리옥시프로필렌글리콜 및 폴리테트라메틸렌에테르글리콜로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 알코올의 축합반응에 의한 폴리올 또는 이의 공중합체를 들 수 있다.
또한, 폴리에스테르계 폴리올은 폴리카프로락톤, 폴리발레로락톤, 폴리(β-메틸-γ-발레로락톤) 등의 락톤을 개환중합하여 얻어진 생성물일 수도 있다.
폴리에스테르계 폴리올은 수평균분자량이 500 내지 100,000인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1,000 내지 30,000인 것이 좋다. 수평균분자량이 500 미만인 경우 접착제의 응집력이 작아 접착 강도가 저하될 수 있다. 또한, 수평균분자량이 100,000 초과인 경우 점도를 극도로 증가시키거나 겔화를 야기할 수 있으며, 이로 인하여 태양전지용 이면 보호 시트 적층체의 제조 시 접착제의 유동성이 손실되어 적층체의 외관 불량을 일으킬 수 있다.
특히, 본 발명에서 폴리에스테르계 폴리올은 유리전이온도(Tg)가 -15 내지 5℃인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 -10 내지 0℃인 것이 좋다. 유리전이온도가 -15℃ 미만인 경우 경화 후 접착력이 미흡할 수 있고, 5℃ 초과인 경우 도공성이 부족할 수 있다.
접착제 조성물에 포함된 가교제는 폴리에스테르계 폴리올에 함유된 히드록시기와 반응하여 접착제의 응집력을 강화시키고 내습열 조건에서 이면 보호 시트의 내구성 저하 현상을 억제하는 역할을 하는 성분으로서, 상기 히드록시기와 반응성을 갖는 가교제 중 이소시아네이트계 화합물이 바람직하다.
이소시아네이트계 화합물로는 톨릴렌디이소시아네이트, 자일렌디이소시아네이트, 2,4-디페닐메탄디이소시아네트, 4,4-디페닐메탄디이소시아네트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 테트라메틸자일렌디이소시아네이트, 나프탈렌디이소시아네이트 등의 디이소시아네이트 화합물; 트리메틸올프로판 등의 다가 알콜계 화합물 1몰에 디이소시아네이트 화합물 3몰을 반응시킨 부가체, 디이소시아네이트 화합물 3몰을 자기 축합시킨 이소시아누레이트체, 디이소시아네이트 화합물 3몰 중 2몰로부터 얻어지는 디이소시아네이트 우레아에 나머지 1몰의 디이소시아네이트가 축합된 뷰렛체, 트리페닐메탄트리이소시아네이트, 메틸렌비스트리이소시아네이트 등의 3개의 관능기를 함유하는 다관능 이소시아네이트 화합물 등을 들 수 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 이 중에서 헥사메틸렌디이소시아네이트 또는 트리메틸올프로판에의 부가체와 같은 3개의 관능기를 함유하는 다관능 이소시아네이트 화합물이 바람직하다. 이들은 폴리에스테르계 폴리올의 관능기인 히드록시기와의 반응에 의해 포트-라이프를 충분히 길게 할 수 있어 양산 시 생산성을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 가교제로는 이소시아네이트계 화합물과 함께 아지리딘계 화합물을 혼합하여 사용할 수 있다.
아지리딘계 화합물로는 이소시아네이트 화합물과 에틸렌이민과의 반응생성물을 들 수 있으며, 예컨대 N,N'-헥사메틸렌비스(1-아지리딘카르복시아미드), N,N'-톨루엔-2,4-비스(1-아지리딘카르복시아미드), N,N'-디페닐메탄-4,4'-비스(1-아지리딘카르복시아미드), 메틸렌비스[N-(1-아지리디닐카르보닐)-4-아닐린], 테트라메틸올메탄-트리스(β-아지리디닐프로피오나이트), 트리메틸올프로판-트리스(β-아지리디닐프로피오나이트) 등을 들 수 있다.
가교제는 고형분 함량을 기준으로 폴리에스테르계 폴리올 100중량부에 대하여 1 내지 20중량부로 포함되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5 내지 15중량부인 것이 좋다. 함량이 1중량부 미만인 경우 내습열 조건 하에서 기포의 발생을 억제하기 어렵고, 20중량부 초과인 경우 도공 공정 중에 도공액이 겔화될 우려가 있다.
접착제 조성물은 상기 성분들과 함께 접착력 향상을 위하여 에폭시 수지를 더 포함할 수 있다.
에폭시 수지의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 지방족, 지환족, 방향족계의 환상 또는 선상의 주쇄를 갖는 분자로서 1분자 내에 2개 이상의 글리시딜기를 갖는 2관능성 이상의 에폭시 수지를 들 수 있다. 구체적으로, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비스페놀 S형 에폭시 수지와 이 에폭시 수지들의 알킬렌옥사이드 부가물, 할로겐화물(예컨대, 테트라브로모 비스페놀형 에폭시), 수소 반응물(예컨대, 수소화 비스페놀형 에폭시); 지환족 에폭시 수지, 지환족 쇄상 에폭시 수지 및 이들의 할로겐화물, 수소 반응물; 페놀노볼락 에폭시 수지, 크레졸 노볼락 에폭시 수지, 나프탈렌계 에폭시 수지, 플로렌계 에폭시 수지, 이미드계 에폭시 수지 등과 같은 단일 주쇄에 글리시딜기를 갖는 에폭시 수지; 에피할로히드린(예컨대, 에피클로로히드린, 에피브로모히드린, 에피요오드히드린 등) 변성 에폭시 수지, 아크릴 변성 에폭시 수지, 비닐 변성 에폭시 수지, 엘라스토머(예컨대, 부타디엔계 중합체, 아크릴 중합체, 폴리에테르계 고무, 폴리에스테르계 고무, 폴리아미드계 고무, 실리콘계 고무 등) 변성 에폭시 수지, 아민 변성 에폭시 수지 등과 같이 주쇄에 다른 물성의 수지 또는 고무를 반응시켜 얻어진 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 예컨대, 화학식 1 및 2로 표시되는 3관능성 에폭시 수지와 화학식 3으로 표시되는 4관능성 에폭시 수지를 사용할 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
[화학식 2]
Figure pat00002
[화학식 3]
Figure pat00003
(화학식 1 내지 3 중, R1은
Figure pat00004
임).
에폭시 수지는 고형분 함량을 기준으로 폴리에스테르계 폴리올 100중량부에 대하여 60중량부 이하로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 0.01 내지 60중량부, 보다 바람직하게는 0.1 내지 40중량부인 것이 좋다. 함량이 60중량부 초과인 경우 황변 현상이 일어날 수 있고 내구성에 문제를 유발시킬 수 있다.
또한, 접착제 조성물은 폴리에스테르계 폴리올에 함유된 히드록시기와 가교제의 가교반응을 촉진시키기 위한 가교촉진제를 더 포함할 수 있다.
가교촉진제로는 루이스 산 또는 루이스 염기를 사용할 수 있다.
루이스 산으로는 화학식 4로 표시되는 화합물을 들 수 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다:
[화학식 4]
Figure pat00005
화학식 4 중, R2는 할로겐 원자, 탄소수 1-20의 알킬기, 아릴기, 아실기로 치환 또는 비치환된 탄소수 1-20의 알콕시기, 및 아실옥시기로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 유기 그룹이고, M은 B, Mg, Al, Ca, Sn, Pb 또는 3A-7A 그룹 및 1B 그룹 중 어느 한 그룹에 속해있는 전이금속 원자이며, n은 1-6의 정수이고, m은 0-2의 정수이다.
루이스 산을 형성하는 금속은 IUPAC에 의한 무기 화학의 명명법(1988)에 따라 분류된다. 루이스 산의 구체적인 예로는, 보론 트리플루오라이드, 알루미늄 트리클로라이드, 티타늄 트리클로라이드, 티타늄 테트라클로라이드, 페로스 클로라이드, 페리 클로라이드, 아연 클로라이드, 아연 브로마이드, 스태너스 클로라이드, 스탠 클로라이드, 스태너스 브로마이드, 스탠 브로마이드 등의 금속 할라이드; 트리알킬보론, 트리알킬알루미늄, 디알킬알루미늄 할라이드, 모노알킬알루미늄 할라이드, 테트라알킬틴, 알루미늄 아세틸아세토네이트, 철 아세틸아세토네이트, 지르코늄 아세틸아세토네이트, 디부틸틴옥시드, 디부틸틴 아세틸아세토네이트, 디부틸틴 디라우레이트, 디옥틸틴 에스테르 말레이트, 마그네슘 나프테네이트, 칼슘 나프테네이트, 망간 나프테네이트, 철 나프테네이트, 코발트 나프테네이트, 구리 나프테네이트, 아연 나프테네이트, 지르코늄 나프테네이트, 납 나프테네이트, 칼슘 옥타노네이트, 망간 옥타노네이트, 철 옥타노네이트, 코발트 옥타노네이트, 아연 옥타노네이트, 지르코늄 옥타노네이트, 틴 옥타노네이트, 납 옥타노네이트, 아연 라우레이트, 마그네슘 스테아레이트, 알루미늄 스테아레이트, 칼슘 스테아레이트, 코발트 스테아레이트, 아연 스테아레이트, 납 스테아레이트 등의 유기금속 화합물을 들 수 있다.
또한, 루이스 산은 유기산일 수도 있다. 유기산의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 말론산, 숙신산, 글루탐산, 옥살산, 아세트산, 에톡시아세트산, 메톡시아세트산 등을 들 수 있다.
루이스 염기는 화학식 5로 표시되는 화합물을 들 수 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
[화학식 5]
Figure pat00006
(식 중, X는 H, -OR3 또는 -N(R3)2이고 피리딘의 2, 3 또는 4번 탄소에 치환될 수 있으며, R은 H 또는 탄소수 1-24의 지방족 탄화수소기임).
탄소수 1-24의 지방족 탄화수소기의 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, 알릴기, n-부틸기, 이소부틸기, n-펜틸기, 네오펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기, 2-에틸헥실기, n-데실기, n-도데실기, n-테트라데실기, n-헥사데실기, n-옥타데실기, 시클로프로필메틸기, 시클로부틸메틸기, 시클로펜틸메틸기, 시클로헥실메틸기, 시클로헥실데실기, 비시클로헵틸메틸기, 비시클로옥틸메틸기, 비시클로옥틸헥실기, 이소보닐메틸기, 트리시클로데카닐메틸기, 트리시클로데카닐프로필기, 벤질기, 페닐에틸기, 페닐옥틸기 또는 나프틸헥실기 등을 들 수 있다.
가교촉진제는 고형분 함량을 기준으로 폴리에스테르계 폴리올 100중량부에 대하여 15중량부 이하로 포함될 수 있고, 바람직하게는 0.001 내지 15중량부, 보다 바람직하게 0.001 내지 8중량부, 가장 바람직하게는 0.001 내지 1중량부로 포함되는 것이 좋다. 함량이 15중량부 초과인 경우 과도하게 빠른 가교반응으로 인해 가교밀도가 낮아져 양생 후 유리전이온도가 낮아질 수 있고 저장 안정성이 저하될 수 있다.
본 발명의 접착제층은 상기와 같이 구성된 접착제 조성물의 경화에 의해 형성되어, 유리전이온도가 -5 내지 30℃이며 120℃, 100%RH 및 2atm의 조건에서 72시간 동안 방치된 후의 접착력 변화량이 -25 내지 5%인 것이 바람직하다. 유리전이온도 범위와 접착력 변화량이 상기 범위에 해당되지 않는 경우 태양전지가 적용되는 외부의 가혹한 환경에 처해졌을 때 접착력이 급격하게 저하될 수 있다.
또한, 본 발명의 접착제층은 초기 접착력이 9N/15㎜ 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10 내지 15N/15㎜인 좋다.
이와 같은 본 발명의 접착제층은 특정 유리전이온도를 갖는 폴리에스테르계 폴리올과 가교제를 포함하는 접착제 조성물의 경화에 의해 최적의 유리전이온도를 확보하도록 형성됨으로써 가혹한 환경에 처해진 이후에도 접착력이 우수하여 태양전지 이면 보호 시트에 요구되는 내구성과 밀착성을 만족시킬 수 있다.
본 발명은 상기 태양전지 이면 보호 시트용 접착제층의 형성방법을 제공한다.
접착제층의 형성방법은 유리전이온도가 -15 내지 5℃인 폴리에스테르계 폴리올 및 가교제를 포함하는 접착제 조성물을 경화시켜 유리전이온도가 -5 내지 30℃이며 120℃, 100%RH 및 2atm의 조건에서 72시간 동안 방치된 후의 접착력 변화량이 -25 내지 5%가 되도록 할 수 있는 방법이라면 특별히 한정되지 않는다.
바람직하게 접착제층의 형성방법은 접착제 조성물을 50 내지 70℃에서 2 내지 7일 동안 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
경화시키는 단계 이전에 접착제 조성물을 도공 및 건조하는 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로, 접착제층을 형성하기 위한 피접착재 상에 접착제 조성물을 공지된 도공방법, 예컨대 유연법, 마이어 바 코팅법, 다이 코팅법, 딥 코팅법, 스프레이 코팅법 등의 방법을 이용하여 도공한 후 건조한다. 건조방법은 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 열풍을 분무함으로써 수행될 수 있으며, 건조온도는 60 내지 120℃의 범위에서 적절하게 선택되며, 건조시간은 20 내지 1,200초일 수 있다.
경화는 50 내지 70℃에서 2 내지 7일 동안 수행되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 55 내지 65℃에서 5 내지 7일 동안 수행되는 것이 좋다. 이러한 조건에서 양생되는 경우 본 발명에서와 같은 범위의 유리전이온도를 얻을 수 있어 가혹한 환경에 처해진 이후에도 접착력의 저하를 최소화하여 우수한 접착력을 유지할 수 있다. 반면, 이와 같은 경화 조건에서 경화되지 않는 경우 상기 접착제 조성물을 이용하여 경화 시 원하는 범위의 유리전이온도를 확보하기 어렵다.
접착제층의 두께는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 통상 0.01 내지 30㎛일 수 있으며, 바람직하게는 0.05 내지 20㎛인 것이 좋다. 두께가 0.01㎛ 미만인 경우 도공 시 막 분리가 생기거나 접착력을 안정적으로 발현시키기 어려우며, 30㎛ 초과인 경우 접착제의 균일한 도공이 어려워지거나 두께 불균일이 생겨 외관이 나빠지는 경향이 있다.
본 발명은 2매 이상의 기재필름이 상기와 같이 구성 및 제조되는 접착제층을 매개로 접합된 태양전지 이면 보호 시트를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 이면 보호 시트는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 기재필름/접착제층/기재필름의 순서로 적층된 구조일 수 있다.
기재필름으로는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌이소프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리시클로헥산디메탄올-테레프탈레이트 등의 폴리에스테르계 필름을 들 수 있다. 이들은 미연신, 1축 또는 2축 연신된 필름일 수 있다. 또한, 반사 기능을 갖는 필름일 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 이면 보호 시트는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 최외각의 기재필름으로서 내후성 필름이 적층되어, 기재필름/접착제층/내후성 필름의 순서로 적층된 구조인 것이 바람직하다.
내후성 필름은 내후성이 우수한 필름이라면 그 종류가 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 내후성 폴리에스테르계 필름; 폴리카보네이트 필름; 아크릴계 필름; 폴리불화비닐(PVF), 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 폴리에틸렌테트라플루오로에틸렌(ETFE), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 테트라플루오로에틸렌퍼플루오로오알킬비닐에테르 공중합체(PEA), 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP) 등으로 이루어진 불소계 필름 등을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이면 보호 시트는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 기재필름/접착제층/배리어층/접착제층/내후성 필름의 순서로 적층된 구조일 수 있다. 이때, 적어도 하나의 접착제층이 본 발명의 접착제층일 수 있다.
배리어층은 수분 또는 산소를 차단하기 위한 층으로서, 시클로올레핀의 개환 중합체, 2종 이상의 시클로올레핀을 이용한 개환 중합체의 수소 첨가물, 시클로올레핀과 쇄상 올레핀 또는 스티렌, α-메틸스티렌, 핵알킬 치환 스티렌 등과 같은 비닐기를 갖는 방향족 화합물과의 부가 공중합체 등의 시클로올레핀계 수지; 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌이소프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리시클로헥산디메탄올-테레프탈레이트 등의 폴리에스테르계 수지; 폴리메틸(메타)아크릴레이트, 폴리에틸(메타)아크릴레이트 등의 아크릴계 수지; 피로멜리트산 2무수물과 디아미노디페닐에테르와 같은 방향족 디아민 및 방향족 카르복시산 무수물의 축합반응에 의해 제조된 수지, 이미드 고리 폐쇄 반응에 의해 제조된 수지, 말레산 무수물과 디아미노디페닐메탄과 같은 방향족 디아민으로부터 제조된 수지 등의 폴리이미드계 수지; 고리 개방형 노르보르넨의 중합체 또는 공중합체에 말레산, 시클로펜타디엔 등의 극성기를 도입하여 변성시킨 후 수소화 반응으로 제조된 수지, 노르보르넨의 부가 중합체, 노르보르넨과 에틸렌, α-올레핀 등과 같은 올레핀계 화합물의 부가 공중합체, 노르보르넨과 시클로펜텐, 시클로옥텐, 5,6-디히드로디시클로펜타디엔 등과 같은 환형 올레핀의 부가 중합체 등의 노르보르넨계 수지; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌프로필렌 공중합체, 탄소수 1 내지 6의 폴리-4-메틸펜텐-1과 같은 α-올레핀의 중합체 또는 공중합체 등의 폴리올레핀계 수지로 이루어진 필름과 같은 저투습 필름을 들 수 있다. 또한, 배리어층으로는 금속 증착 필름, 알루미늄과 같은 금속 박막 또는 무기 화합물 증착 필름 등을 사용할 수도 있다.
기재필름 상에는 태양전지 모듈의 태양전지 소자의 고정 및 보호, 전기 절연의 목적에 이용되는, 에틸렌-비닐아세테이트 수지로 된 충전재층과의 상용성과 밀착성을 향상시키기 위하여 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 수지로 이루어진 접착 개선층이 더 적층될 수 있다.
각각의 필름들은 접착제층을 이용하여 접합되는 면을 코로나 방전 처리, 플라즈마 처리, 자외선 조사, 전자빔 조사 또는 정착제(anchoring agent) 도포 등과 같은 표면 처리방법에 의해 표면 활성화된 것일 수 있다.
상기한 바와 같은 필름들을 본 발명의 접착제층을 매개로 접합함으로써 이면 보호 시트로 제조할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 태양전지 이면 보호 시트는 통상의 태양전지 모듈에 모두 적용 가능하며, 구체적으로 에틸렌-비닐아세테이트 수지로 된 충전재층과 이면 보호 시트의 기재필름 또는 상기 기재필름 상에 접착 개선층을 적층하여 태양전지 모듈을 구성할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예
실시예 1
(1) 접착제 조성물
고형분 함량을 기준으로 수평균분자량이 35,000이고 Tg가 -11℃인 폴리에스테르계 폴리올(ES-215, SK케미칼㈜) 100중량부, 가교제로 헥사메틸렌디이소시아네이트(HDI-Trimer) 10중량부, 에폭시 수지로 비스페놀 A 수지(YD-128, 국도화학) 20중량부를 혼합하고, 농도가 35%가 되도록 메틸에틸케톤으로 희석하여 접착제 조성물을 제조하였다.
(2) 접착제층 /시트
두께가 100㎛인 투명한 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름(SKC)(41㎝×34㎝) 2매를 1,000W의 출력 강도로 코로나 방전 처리하였다. 1매 필름의 코로나 방전 처리된 면에 (1)의 접착제 조성물을 건조 후 두께가 10㎛가 되도록 도공하고 100℃에서 1분 동안 건조하였다. 이때, 접착력 시험 평가를 위하여 도공폭은 24㎝ 이하가 되도록 하였다. 건조된 접착제층의 코팅스지 발생 유무를 확인한 뒤, 나머지 1매의 코로나 방전 처리된 면을 적층하였다. 이 적층체를 60℃에서 6일 동안 경화시켜 접착제층을 형성함과 동시에 시트를 제조하였다.
실시예 2-10, 비교예 1-10
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 접착제 조성물의 성분 및 함량을 하기 표 1에서와 같이 사용하였다. 이때, 함량은 중량부이다.
구분 접착 수지 가교제 에폭시 수지 가교촉진제 양생 온도
(℃)		 양생 시간
(일)
Ⅰ Ⅱ Ⅲ HDI YD-128 DMAP
실시예1 100 - - 10 20 - 60 6
실시예2 100 - - 10 - - 60 6
실시예3 100 - - 10 30 - 60 6
실시예4 100 - - 10 20 0.1 60 6
실시예5 100 - - 10 20 5 60 6
실시예6 100 - - 5 20 - 60 6
실시예7 100 - - 15 20 - 60 6
실시예8 100 - - 10 50 - 60 6
실시예9 100 - - 20 20 - 60 6
실시예10 100 - - 10 20 10 60 6
비교예1 - 100 - 10 10 - 60 6
비교예2 - - 100 10 10 - 60 6
비교예3 100 - - 10 20 - 30 3
비교예4 100 - - 10 50 - 30 3
비교예5 100 - - 20 20 - 30 3
비교예6 100 - - 10 10 - 30 3
비교예7 100 - - 10 20 - 45 6
비교예8 100 - - 10 20 - 45 1
비교예9 100 - - 10 20 - 75 3
비교예10 100 - - 10 20 - 60 1
접착 수지Ⅰ: 폴리에스테르계 폴리올(ES-215, SK 케미칼㈜), Tg=-11℃
접착 수지Ⅱ: 폴리에스테르계 폴리올(ES-980, SK 케미칼㈜), Tg=23℃
접착 수지Ⅲ: 폴리에스테르계 폴리올(AUP-310, AK 케미칼㈜), Tg=-22℃
HDI: 헥사메틸렌디이소시아네이트
YD-128: 비스페놀 A(국도화학)
DMAP: 4-디메틸아미노피리딘
시험예
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 접착제 조성물 및 시트의 물성을 하기 방법으로 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
1. 경화 후 유리전이온도(Tg, ℃)
시트로부터 접착제층의 일부를 채취한 후 시차주사열량계(Differential scanning calorimetry, DSC)를 이용하여 각 온도별로 5분 동안 방치한 후 10℃/분의 승온속도로 측정하였다.
2. 초기 및 내구 후 접착력(N/15㎜)
제조된 시트를 슈퍼커터를 이용하여 15㎜×250㎜의 크기로 절단하되, 도공되지 않은 부분이 5㎝ 정도 포함되도록 절단하였다. 미도공된 부분의 PET 필름의 양쪽 끝을 오토그라프의 양쪽 클램프에 고정한 후 150㎜/분의 속도로 박리하여 초기 접착력을 측정하였다.
또한, 제조된 시트를 가혹 내구성 시험 조건인 120℃, 100%RH, 2atm의 환경 하에 72시간 동안 방치한 후 상기와 동일한 방법으로 내구 접착력을 측정하였다.
구분 경화 후 Tg
(℃)		 접착력
초기(N/15㎜) 내구(N/15㎜) 변화량(%)
실시예1 6 13.25 11.58 -12.6
실시예2 0 12.57 11.08 -11.9
실시예3 9 13.02 10.01 -23.1
실시예4 10 12.05 10.24 -15.0
실시예5 -1 13.95 11.34 -18.7
실시예6 8 12.57 10.08 -19.8
실시예7 -3 13.02 9.86 -24.3
실시예8 15 10.28 10.02 -2.5
실시예9 -4 11.28 9.06 -19.7
실시예10 -2 11.46 9.25 -19.3
비교예1 20 6.28 6.84 8.9
비교예2 -13 13.47 0.28 -97.9
비교예3 -6 11.28 1.57 -86.1
비교예4 13 12.20 1.05 -91.4
비교예5 -8 10.25 2.08 -79.7
비교예6 -6 9.85 0.38 -96.1
비교예7 -4 8.58 1.98 -76.9
비교예8 -7 9.27 0.85 -90.8
비교예9 12 3.58 4.57 27.7
비교예10 -6 13.02 9.37 -28.0
위 표 2와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 10의 접착제층은 유리전이온도가 -15 내지 5℃인 폴리에스테르계 폴리올 및 가교제를 포함하는 접착제 조성물로 형성되고 -5 내지 30℃의 유리전이온도와 특정 범위의 접착력 변화량을 나타내어 초기 접착력이 우수할 뿐만 아니라 내구 조건 후에도 접착력의 저하가 억제된 것을 확인할 수 있었다.
특히, 동일한 조성의 접착제 조성물을 이용하는 경우에도 50 내지 70℃에서 2 내지 7일 동안 경화시켜야만 본 발명에서와 같은 유리전이온도와 함께 접착력 변화량을 동시에 효과적으로 얻을 수 있었다.

Claims (9)

  1. 유리전이온도가 -15 내지 5℃인 폴리에스테르계 폴리올 및 가교제를 포함하는 접착제 조성물의 경화에 의해 형성되고, 유리전이온도가 -5 내지 30℃이며 120℃, 100%RH 및 2atm의 조건에서 72시간 동안 방치된 후의 접착력 변화량이 -25 내지 5%인 태양전지 이면 보호 시트용 접착제층.
  2. 청구항 1에 있어서, 초기 접착력이 9N/15㎜ 이상인 태양전지 이면 보호 시트용 접착제층.
  3. 청구항 1에 있어서, 접착제 조성물은 고형분 함량을 기준으로 폴리에스테르계 폴리올 100중량부에 대하여 에폭시 수지 0.01 내지 60중량부를 더 포함하는 태양전지 이면 보호 시트용 접착제층.
  4. 청구항 1에 있어서, 가교제는 이소시아네이트계 화합물인 태양전지 이면 보호 시트용 접착제층.
  5. 청구항 1에 있어서, 접착제 조성물은 고형분 함량을 기준으로 폴리에스테르계 폴리올 100중량부에 대하여 루이스 산 또는 루이스 염기 중에서 선택된 가교촉진제 0.001 내지 15중량부를 더 포함하는 태양전지 이면 보호 시트용 접착제층.
  6. 2매 이상의 기재필름이 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항의 접착제층을 매개로 접합된 태양전지 이면 보호 시트.
  7. 유리전이온도가 -15 내지 5℃인 폴리에스테르계 폴리올 및 가교제를 포함하는 접착제 조성물을 50 내지 70℃에서 2 내지 7일 동안 경화시키는 단계를 포함하는 태양전지 이면 보호 시트용 접착제층의 형성방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 경화는 55 내지 65℃에서 5 내지 7일 동안 수행되는 태양전지 이면 보호 시트용 접착제층의 형성방법.
  9. 청구항 7에 있어서, 경화 이전에 접착제 조성물을 도공 및 건조하는 단계를 포함하는 태양전지 이면 보호 시트용 접착제층의 형성방법.
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