KR20120119815A - 내후 안정성이 향상된 태양전지 봉지재용 ｅｖａ 시트의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 EVA 수지에 나노입자, 광안정제를 가교제, 가교조제 및 실란커플링제를 혼합하여 가교제의 분해온도 이하에서 용융 혼련하여 시트를 성형하는 것을 특징으로 하는 태양전지 봉지재용 EVA 시트의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 내후 안정성이 향상된 태양전지 봉지재용 EVA 시트의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에틸렌비닐아세테이트 공중합체(이하, 'EVA'라고 칭함) 수지에 나노입자, 광안정제, 가교제, 가교조제 및 실란커플링제를 혼합하여 시트를 성형하는 것을 특징으로 하는 태양전지 봉지재용 EVA 시트의 제조방법에 관한 것이다.
태양광 발전에 사용되는 태양전지 모듈은 통상 셀을 보호하기 위해 양면에 EVA 시트가 사용되며, 추가적으로 태양광이 입사되는 쪽에는 투명 유리기판, 그 반대편에는 수증기 차단성 및 내후성이 우수한 시트로 라미네이팅되어 있다. 상기 라미네이팅 방법은 투명유리 기판, EVA 시트, 셀, EVA 시트, 기체 차단성 시트를 적층한 후, 특정의 온도, 압력하에 가열, 가교하여 접착시키는 것이다.
일반적으로 태양전지 봉지재용 EVA 시트는, 가교 후 높은 투명성과 접착성, 내후 안정성이 요구되기 때문에, EVA에 가교제, 가교조제, 실란 커플링제, 산화방지제, 광안정제, UV 흡수제 등 각종 첨가제를 첨가하여 EVA의 용융온도 이상이면서, 가교제인 유기과산화물 분해온도 이하의 온도에서 용융 혼련하여 봉지재용 EVA 시트를 제조한다.
그러나, 현재 대부분의 태양전지 봉지재용으로 사용되는 EVA 시트에는 벤조페논계 또는 벤조트리아졸계 등의 유기 UV 흡수제가 사용되는데, 이들은 UV 흡수제 역할을 함과 동시에 시트 제조시 유기과산화물과의 반응에 의해 또는 라미네이션, 경화 후 잔류 유기과산화물과 반응하여 황변을 유발하는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은, 양호한 외관과 황변 안정성 및 내후 안정성이 향상된 태양전지 봉지재용 EVA 시트의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 태양전지 봉지재용 EVA 시트의 제조방법은, EVA 수지에 나노입자, 광안정제, 가교제, 가교조제 및 실란커플링제를 혼합하여 시트를 성형하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 사용되는 EVA 수지는 비닐아세테이트(VA) 함량이 25~32중량%이고, 용융지수(190℃, 2.16kg의 하중으로 측정)가 6~30g/10분인 것이 바람직한데, 상기 비닐아세테이트의 함량이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 투명성, 유연성 및 내블로킹성이 떨어져 바람직하지 않고, 상기 용융지수가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 시트 성형성 및 기계적 물성이 떨어져 바람직하지 않다.
본 발명에서 사용되는 나노입자는 그 종류에 특별한 한정은 없고, 예를 들면, 무기 실리케이트와 같은 층상 점토광물 또는 이러한 층상 점토광물을 유기 오늄이온에 의해 유기화시킨 층상 점토광물을 나노 사이즈로 분산시켜 사용할 수 있다. 본 발명에 사용되는 층상 점토광물의 대표적인 예로서는 몬모릴로나이트, 헥토라이트, 사포나이트 등의 스멕타이트계 층상 점토광물이나, 버미큘라이트, 하로이사이트 등을 예시할 수 있다. 또한, 나노 사이즈의 이산화티타늄을 사용할 수 있는데, 이 경우 표면을 불활성화하기 위해 알루미네이트나 실리케이트로 코팅을 하기도 하며, 균일한 분산을 위해 유기화제로 코팅하여 사용할 수도 있다. 또 다른 한편으로는, 나노 사이즈의 산화아연을 사용할 수도 있다.
상기 나노입자는 EVA 수지 100중량부에 대하여 0.05~1.0중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 나노입자의 함량이 0.05중량부 미만인 경우에는 UV 흡수 효과가 미미하여 바람직하지 않고, 1.0중량부를 초과하는 경우에는 투명성이 떨어지거나 경제성이 떨어져서 바람직하지 않다.
본 발명에서 사용되는 광안정제는, 그 종류에 특별히 한정은 없고, 예를 들면, 힌더드 아민계 광안정제 등을 사용할 수 있으며, 구체예로는 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트(bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)sebacate), 비스-(엔-옥틸옥시-테트라메틸)피페리디닐세바케이트(bis-(N-octyloxy-tetramethyl)piperidinyl sebacate), 비스(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜)세바케이트(bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl)sebacate) 및 메틸-1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜세바케이트(methyl-1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl sebacate) 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 광안정제는 EVA 수지 100중량부에 대하여, 0.01~0.3중량부를 사용하는 것이 바람직한데, 광안정제의 함량이 0.01중량부 미만인 경우에는 광안정 효과가 미미하여 바람직하지 않고, 0.3중량부를 초과하는 경우에는 경제성이 떨어져서 바람직하지 않다.
본 발명에서 사용되는 가교제의 예로서는 유기과산화물을 들 수 있는데, 예를 들면 1시간 반감기 온도(분해온도)가 130~160℃인 디알킬퍼옥사이드계 가교제 및 1시간 반감기 온도가 100~135℃인 알킬퍼옥시에스테르계 가교제 또는 퍼옥시 케탈로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으며, 또한 1시간 반감기 온도가 서로 다른 2종 이상을 병용하는 것도 가능하다.
상기 디알킬퍼옥사이드계 가교제의 구체예로는 2,4-디메틸-2,5-비스(t-부틸퍼옥시)헥산(2,5-dimethyl-2,5-bis(t-butylperoxy)hexane) 등이 있고, 알킬퍼옥시에스테르계 가교제의 구체예로는 t-부틸-2-에틸헥실 모노퍼옥시카보네이트(tert-butylperoxy-2-ethylhexyl carbonate) 등이 있으며, 퍼옥시 케탈계로는 1,1-디-(t-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸시클로헥산(1,1-di-(t-butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexane) 등을 들 수 있다.
상기 가교제는 EVA 수지 100중량부에 대하여, 0.3~1.5중량부를 포함하는 것이 바람직한데, 0.3중량부 미만이면 가교 효과가 미미하여 바람직하지 않고, 1.5중량부를 초과하면 경제성이 떨어져 바람직하지 않다.
본 발명에서 사용되는 가교조제는, 그 종류에 특별히 한정은 없고, 예를 들면, 폴리알릴 화합물이나 폴리메타크릴옥시 화합물을 사용할 수 있으며, 구체예로는 트리알릴이소시아누레이트(Triallyl isocyanurate) 등을 들 수 있다.
상기 가교조제는 EVA 수지 100중량부에 대하여, 0.3~1.5중량부를 포함하는 것이 바람직한데, 0.3중량부 미만이면 가교 효과가 미미하여 바람직하지 않고, 1.5중량부를 초과하면 경제성이 떨어져 바람직하지 않다.
본 발명에서 사용되는 실란 커플링제는, 그 종류에 특별히 한정이 없고, 예를 들면, 유기규소 화합물을 사용할 수 있으며, 구체예로는 3-메타크릴옥시프로필메톡시실란(3-Methacryloxypropyl trimethoxysilane) 등을 들 수 있다.
상기 실란커플링제는 EVA 수지 100중량부에 대하여, 0.3~1.5중량부를 포함하는 것이 바람직한데, 0.3중량부 미만이면 소량이어서 첨가효과를 나타내지 못해 바람직하지 않고, 1.5중량부를 초과하면 경제성이 떨어져 바람직하지 않다.
본 발명에 따른 태양전지 봉지재용 시트 제조방법에 있어서, 상기 성분들 이외에 통상적인 첨가제들을 필요에 따라 더 첨가할 수 있다.
하나의 구체예에서, 본 발명의 태양전지 봉지재용 EVA 시트의 제조방법은, EVA 수지에 나노입자, 광안정제, 가교제, 가교조제 및 실란커플링제를 함께 혼합하여 가교제의 분해온도 이하에서 용융 혼련하여 시트를 성형하는 것을 포함한다.
또 다른 구체예에서, 본 발명의 태양전지 봉지재용 EVA 시트의 제조방법은, 다음의 단계들을 포함하여 이루어진다:
(1) EVA 수지에 나노입자(nanoparticle) 및 광안정제를 80~220℃에서 용융 혼련하여 수지 조성물 얻는 단계, 및
(2) 상기 (1)단계로부터 얻은 EVA 수지 조성물에 가교제, 가교조제 및 실란커플링제를 혼합하여 가교제의 분해온도 이하에서 용융 혼련하여 시트를 성형하는 단계.
상기 (1)단계에서, 용융 혼련시의 온도는 80~220℃가 바람직한데, 이 온도 범위를 벗어날 경우에는, 시트 성형성이 나빠 바람직하지 않다.
상기 (2)단계에서는, 상기 (1)단계에서 얻어진 EVA 수지 조성물에 가교제, 가교조제 및 실란커플링제를 혼합하여 가교제의 분해온도 이하에서 용융 혼련하여 시트를 성형한다.
또는 상기 (2)단계에서는 상기 (1)단계에서 얻어진, 나노입자, 광안정제가 균일하게 분산된 EVA 수지 조성물을 유기과산화물의 분해온도 이하에서 압출기로 용융시키면서, 가교제, 가교조제 및 실란커플링제의 혼합물을 별도의 원료공급장치를 통하여 상기 압출기에 공급하여 용융 혼련하여 시트를 성형할 수도 있다.
상기 (2)단계에서, 가교제의 분해 온도보다 높은 온도에서 용융 혼련할 경우, 시트 성형성이 나쁘거나 선가교가 일어나 바람직하지 않다.
본 발명에 의하면, 기존의 유기 UV 흡수제 대신에 나노입자를 첨가함으로써 양호한 외관과 황변 안정성뿐만 아니라 내후 안정성이 향상되는 효과가 있으며, 아울러 UV 영역의 컷 오프(cut off)를 부분 해제함으로써 광전 효과 향상도 도모할 수 있다.
이하, 하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
표 1의 조성대로, 첨가제가 들어있지 않은 EVA 수지(비닐아세테이트 함량 28중량%, 용융지수 15g/10분, 삼성토탈 E280PV) 100중량부에 대하여, 나노입자로서 Southern Clay Products사의 Cloisite 15A((Dimethyl hydrogenated tallow 2-ethylhexyl ammonium으로 개질된 몬트모릴로나이트) 0.25중량부, UV 안정제(광안정제)로 바스프사의 Tinuvin 770(비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트) 0.1중량부를 혼합 후 압출기에 투입하고, 압출온도 190℃에서 용융혼련하여 펠렛상의 EVA 수지 조성물을 얻었다.
상기에서 얻은 EVA 수지 조성물 펠렛 100중량부에 대하여 가교제로 알케마사의 Luperox TBEC(t-부틸-2-에틸헥실 모노퍼옥시카보네이트) 0.7중량부, 가교조제로 에보닉사의 TAICROS(트리알릴이소시아누레이트) 0.5중량부, 및 실란커플링제로 다우코닝사의 OFS 6030(3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실록산) 0.5중량부를 혼합한 후, 압출기 온도를 90℃, T-다이 온도를 100℃로 하고, 시트의 선속도를 분당 6.5미터로 하여 두께 0.45mm의 시트를 제조하였다.
실시예 2
나노입자로서 나노 사이즈의 이산화티타늄인 Croda사의 Solasorb UV 100 0.25중량부를 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 시트를 제조하였다.
실시예 3
나노입자로서 나노 사이즈의 산화아연인 Croda사의 Solasorb UV 200 0.25중량부를 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 시트를 제조하였다.
비교예 1
표 1의 조성대로 EVA 수지(비닐아세테이트 함량 28중량%, 용융지수 15g/10분, 삼성토탈 E280PV) 100중량부에 대하여, UV 흡수제로 바스프사의 Chimassorb 81(2-히드록시-4-옥틸옥시-벤조페논) 0.3중량부, UV 안정제로 바스프사의 Tinuvin 770(비스(2,2,6,6,-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트) 0.1중량부, 가교제로 알케마사 Luperox TBEC(t-부틸-2-에틸헥실 모노퍼옥시카보네이트) 0.7 중량부, 가교조제로 에보닉사의 TAICROS(트리알릴이소시아누레이트) 0.5중량부, 및 실란커플링제로 다우코닝사의 OFS 6030(3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실록산) 0.5중량부를 혼합 후, 압출기 온도 90℃, T-다이 온도를 100℃로 하고, 시트의 선속도를 분당 6.5미터로 하여 두께 0.45mm의 시트를 제조하였다.
비교예 2
UV 흡수제로서 바스프사의 Tinuvin 326(2-(2'-히드록시-3'-터트-부틸-5'-메틸페닐)-5-클로로벤조트리아졸) 0.3중량부를 첨가한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 시트를 제조하였다.
상기 실시예 1~3과 비교예 1~2에서 얻어진 시트의 외관을 표 1에 나타내었다.
| 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 비교예1 | 비교예2 | ||
| EVA 수지 | EVA E280PV | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 나노입자 | Cloisite 15A | 0.25 | - | - | - | - |
| Solasorb UV 100 | - | 0.25 | - | - | - | |
| Solasorb UV 200 | - | - | 0.25 | - | - | |
| UV 안정제 | Tinuvin 770 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
| UV 흡수제 | Chimassorb 81 | - | - | - | 0.3 | - |
| Tinuvin 326 | - | - | - | - | 0.3 | |
| 가교제 | Luperox TBEC | 0.7 | 0.7 | 0.7 | 0.7 | 0.7 |
| 가교조제 | Taicros | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 실란커플링제 | OFS 6030 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 시트 외관 | 무색투명 | 무색투명 | 무색투명 | 연한 황색투명 |
연한 황색투명 |
|
실시예 4
저철분 강화 유리(200mm×200mm) 위에 상기 실시예 1에서 얻은 EVA 시트(200mm×160mm) 1장을 놓고, 그 위에 DNP사 백시트(200mm×200mm)를 놓고, 온도 150℃에서 6분간 진공단계를 거쳤으며, 그런 다음, 16분간 라미네이터 상부 압과 하부 압 차이를 100Mpa로 유지하여 가교를 진행하여 시편을 제조하였다. 상온 냉각 과정을 거친 후 제조된 시편의 내부 기포 잔존 상태를 육안으로 관찰하고, 가교된 시편에 대해 가교도를 측정하고, 인장강도 및 신율과 헌터랩사 울트라스캔 프로스펙트로 칼라리메터(Hunter Lab., UltraScan PRO Colorimeter)로 황변도(YI)를 측정한 후, 내후 안정성 시험을 위하여 UV 조사(340nm, 60℃) 및 항온항습기(85℃, 상대습도 85%)에서 1,000시간 방치 후, 인장강도 차이, 신율 차이 및 황변도 차이(△YI)를 평가하였다.
실시예 5
상기 실시예 2에서 제조된 시트를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 방법으로 시편을 제조하여, 동일한 방법으로 관찰, 측정 및 평가하였다.
실시예 6
상기 실시예 3에서 제조된 시트를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 방법으로 시편을 제조하여 동일한 방법으로 관찰, 측정 및 평가하였다.
비교예 4
상기 비교예 1에서 제조된 시트를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 방법으로 시편을 제조하여, 동일한 방법으로 관찰, 측정 및 평가하였다.
비교예 5
상기 비교예 2에서 제조된 시트를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 방법으로 시편을 제조하여, 동일한 방법으로 관찰, 측정 및 평가하였다.
상기 실시예 4~6 및 비교예 4~5에서 얻어진 가교된 시트의 물성 평가 결과를 표 2에 나타내었다.
| 실시예4 | 실시예5 | 실시예6 | 비교예4 | 비교예5 | ||||||
| 내후안정성 시험기간(hr) | 0 | 1000 | 0 | 1000 | 0 | 1000 | 0 | 1000 | 0 | 1000 |
| 가교도 (%) | 88.5 | 90.7 | 89.5 | 90.2 | 90.0 | |||||
| 광투과율(%) | 90.5 | 87 | 88 | 91 | 90.5 | |||||
| 인장강도(DH) (kgf/㎠) |
240 | 197 | 277 | 248 | 248 | 182 | 247 | 215 | 177 | 212 |
| 인장강도(UV) (kgf/㎠) |
202 | 178 | 163 | 105 | 187 | |||||
| 신율(DH)(%) | 550 | 490 | 577 | 509 | 563 | 513 | 536 | 530 | 569 | 538 |
| 신율(UV)(%) | 520 | 504 | 501 | 468 | 537 | |||||
| YI(DH) | 1.69 | 5.9 | 1.63 | 4.4 | 1.55 | 5.9 | 1.73 | 6.1 | 8.88 | 10.6 |
| YI(UV) | 8.05 | 4.75 | 7.65 | 8.34 | 18.98 | |||||
*UV = UV 조사(340nm, 60℃)
*DH = 항온항습기(85℃, 상대습도 85%)
상기 표 1 및 표 2의 결과에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 방법에 의할 경우, 투명한 태양전지 봉지재용 EVA 시트를 제조할 수 있으며 본 발명의 방법으로 제조된 시트로 라미네이팅 및 가교를 할 경우, 양호한 외관과 황변 안정성 뿐만 아니라 내후 안정성이 더욱 향상됨을 알 수 있다.
Claims (10)
- 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 수지에 나노입자, 광안정제, 가교제로서 유기과산화물, 가교조제 및 실란커플링제를 혼합하여 시트를 성형하는 것을 포함하는 태양전지 봉지재용 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 시트의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 수지에 나노입자, 광안정제, 유기과산화물, 가교조제 및 실란커플링제를 함께 혼합하여 가교제의 분해온도 이하에서 용융혼련하여 시트를 성형하는 것을 특징으로 하는 태양전지 봉지재용 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 시트의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 다음의 단계들을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 봉지재용 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 시트의 제조방법;
(1) 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 수지에 나노입자 및 광안정제를 80~220℃에서 용융 혼련하여 수지 조성물 얻는 단계, 및
(2) 상기 (1)단계로부터 얻은 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 수지 조성물에 가교제로서 유기과산화물, 가교조제 및 실란커플링제를 혼합하여 가교제의 분해온도 이하에서 용융 혼련하여 시트를 성형하는 단계. - 제 3항에 있어서, 상기 (2)단계에서, 상기 (1)단계에서 얻은 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 수지 조성물에 유기과산화물, 가교조제 및 실란커플링제를 혼합한 후, 유기과산화물의 분해온도 이하에서 용융 혼련하여 시트를 성형하는 것을 특징으로 하는 태양전지 봉지재용 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 시트의 제조방법.
- 제 3항에 있어서, 상기 (2)단계에서, 상기 (1)단계에서 얻어진 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 수지 조성물을 압출기에서 유기과산화물의 분해온도 이하에서 용융시키면서, 유기과산화물, 가교조제 및 실란커플링제의 혼합물을 별도의 원료공급장치를 통하여 상기 압출기에 공급하여 용융 혼련하여 시트를 성형하는 것을 특징으로 하는 태양전지 봉지재용 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 시트의 제조방법.
- 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 수지 100중량부에 대하여, 나노입자 0.05~1.0중량부 및 광안정제 0.01~0.3중량부를 사용하는 것을 특징으로 하는 태양전지 봉지재용 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 시트의 제조방법.
- 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 수지는 비닐아세테이트 함량이 25~32중량%이고, 용융지수(190℃, 2.16kg)가 6~30g/10분인 것을 특징으로 하는 태양전지 봉지재용 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 시트의 제조방법.
- 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나노입자는 층상 점토광물, 이산화티타늄 및 산화아연으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지 봉지재용 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 시트의 제조방법.
- 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광안정제는 힌더드 아민계 광안정제인 것을 특징으로 하는 태양전지 봉지재용 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 시트의 제조방법.
- 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유기과산화물로서 분해온도가 다른 것을 2종 이상 사용하는 것을 특징으로 하는 태양전지 봉지재용 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 시트의 제조방법.
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