KR20120137779A - 태양전지 이면 보호 시트용 접착제 조성물, 접착제층 및 이면 보호 시트 - Google Patents

태양전지 이면 보호 시트용 접착제 조성물, 접착제층 및 이면 보호 시트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양전지 이면 보호 시트용 접착제 조성물, 및 이면 보호 시트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이소보닐(메타)아크릴레이트가 공중합되고, 그 중량평균분자량이 1만 내지 100만이고 유리전이온도가 -22 내지 20℃인 아크릴계 공중합체; 및 가교제를 포함함으로써 초기 접착력이 우수할 뿐만 아니라 고온 또는 고온?다습한 가혹 환경에 처해진 이후에도 접착력의 저하를 최소화할 수 있고 내구성과 밀착성도 확보할 수 있는 태양전지 이면 보호 시트용 접착제 조성물, 접착제층 및 접착시트에 관한 것이다.

Description

태양전지 이면 보호 시트용 접착제 조성물, 접착제층 및 이면 보호 시트 {ADHESIVE COMPOSITION FOR SOLAR CELL BACKSIDE PROTECTIVE SHEET, ADHESIVE LAYER AND BACKSIDE PROTECTIVE SHEET}
본 발명은 초기 접착력이 우수할 뿐만 아니라 고온 또는 고온?다습한 환경에 처해진 이후에도 접착력의 저하를 최소화할 수 있는 태양전지 이면 보호 시트용 접착제 조성물, 접착제층 및 접착시트에 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. 이는 수분의 투과에 의해 충전재가 박리, 변색되거나 배선의 부식을 일으킨 경우, 태양전지 모듈의 출력 자체에 영향을 줄 우려가 있기 때문이다.
태양전지 이면 보호 시트는 2매 이상의 기재 필름 또는 기능성 필름을 접착제로 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 접착제 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 접착제 조성물을 이용한 태양전지 이면 보호 시트용 접착제층을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 접착제 조성물을 이용한 태양전지 이면 보호 시트를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
1. 이소보닐(메타)아크릴레이트가 공중합되고, 그 중량평균분자량이 1만 내지 100만이고 유리전이온도가 -22 내지 20℃인 아크릴계 공중합체; 및 가교제를 포함하는 태양전지 이면 보호 시트용 접착제 조성물.
2. 위 1에 있어서, 아크릴계 공중합체의 유리전이온도는 -15 내지 15℃인 태양전지 이면 보호 시트용 접착제 조성물.
3. 위 1에 있어서, 이소보닐(메타)아크릴레이트 단량체는 아크릴계 공중합체의 제조에 사용되는 총 단량체 100중량%에 대하여 2 내지 20중량%로 포함되는 태양전지 이면 보호 시트용 접착제 조성물.
4. 위 1에 있어서, 아크릴계 공중합체의 중량평균분자량은 5만 내지 50만인 태양전지 이면 보호 시트용 접착제 조성물.
5. 위 1에 있어서, 가교제는 이소시아네이트계 화합물인 태양전지 이면 보호 시트용 접착제 조성물.
6. 위 1에 있어서, 고형분 함량을 기준으로 가교제는 아크릴계 공중합체 100중량부에 대하여 0.01 내지 5중량부로 포함되는 태양전지 이면 보호 시트용 접착제 조성물.
7. 위 1에 있어서, 고형분 함량을 기준으로 아크릴계 공중합체 100중량부에 대하여 루이스 산 또는 루이스 염기 중에서 선택된 가교촉진제 0 내지 1중량부를 더 포함하는 태양전지 이면 보호 시트용 조성물.
8. 위 1 내지 7 중 어느 한 항의 태양전지 이면 보호 시트용 접착제 조성물의 경화에 의해 형성되고 그 유리전이온도가 -5 내지 30℃인 접착제층.
9. 2매 이상의 필름이 위 1 내지 7 중 어느 한 항의 태양전지 이면 보호 시트용 접착제 조성물을 매개로 접합된 태양전지 이면 보호 시트.
10. 위 9에 있어서, 2매 이상의 필름 중 1매의 최외각 필름은 내후성 필름인 태양전지 이면 보호 시트.
본 발명에 의하면 초기 접착력이 우수할 뿐만 아니라 고온 또는 고온?다습한 가혹 환경에 처해진 이후에도 접착력의 저하를 최소화할 수 있고, 내구성과 밀착성이 우수한 태양전지 이면 보호 시트용 접착제 조성물, 접착제층 및 접착시트를 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 접착제 조성물, 접착제층 및 접착시트에 관한 것이다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 태양전지 이면 보호 시트용 접착제 조성물은 이소보닐(메타)아크릴레이트 단량체가 공중합된 아크릴계 공중합체; 및 가교제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
보다 상세하게, 이소보닐(메타)아크릴레이트가 공중합되고, 그 중량평균분자량이 1만 내지 100만이고 유리전이온도가 -22 내지 20℃인 아크릴계 공중합체; 및 가교제를 포함한다.
본 발명의 접착제는 도공된 후 건조에 의해 경화되면 영구적인 접착력을 형성하는 것으로서, 통상의 압력 조절에 의해 접착력이 조절되고 그 접착력이 비영구적인 아크릴계 점착제 수지를 포함하는 점착제와는 상이한 것이다.
아크릴계 공중합체는 접착제 조성물의 도공, 건조, 접합 및 양생으로 구성되는 태양전지 이면 보호 시트의 제조공정에서 필름들의 접합 시 충분한 접착력을 부여하는 역할을 하는 것으로서, 본 발명에서는 특히 이소보닐(메타)아크릴레이트 단량체가 공중합되고, 그 중량평균분자량과 유리전이온도가 특정 범위에 해당되는 공중합체를 사용한다.
보다 상세하게, 아크릴계 공중합체는 탄소수 1 내지 12의 알킬기를 갖는 (메타)아크릴레이트 단량체, 이소보닐(메타)아크릴레이트 단량체 및 중합성 단량체가 공중합된 아크릴계 공중합체인 것이 바람직하다. 여기서, (메타)아크릴레이트는 아크릴레이트 및 메타아크릴레이트 모두를 의미한다.
탄소수 1 내지 12의 알킬기를 갖는 (메타)아크릴레이트 단량체로는 n-부틸(메타)아크릴레이트, 2-부틸(메타)아크릴레이트, t-부틸(메타)아크릴레이트, 이소부틸(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트, 2-에틸부틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 메틸(메타)아크릴레이트, n-프로필(메타)아크릴레이트, 이소프로필(메타)아크릴레이트, 펜틸(메타)아크릴레이트, n-옥틸(메타)아크릴레이트, 이소옥틸(메타)아크릴레이트, 노닐(메타)아크릴레이트, 데실(메타)아크릴레이트, 라우릴(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 이 중에서 n-부틸(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트 또는 이들의 혼합물이 바람직하다.
탄소수 1-12의 알킬기를 갖는 (메타)아크릴레이트 단량체는 아크릴계 공중합체의 제조에 사용되는 총 단량체 100중량%에 대하여 50 내지 95중량%로 포함되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 60 내지 85중량%인 것이 좋다. 함량이 50중량% 미만인 경우 접착력이 충분하지 못하고, 90중량% 초과인 경우 응집력 저하에 의해 내구성이 떨어질 수 있다.
이소보닐(메타)아크릴레이트 단량체는 유리전이온도가 높고 고탄성을 나타내는 단량체로서 공중합체의 유리전이온도를 특정 범위, 예컨대 -15 내지 20℃가 되도록 조절하고 경화 후에도 접착제층의 유리전이온도를 특정 범위, 예컨대 -5 내지 30℃가 되도록 조절하고 탄성을 부여함으로써 고온 또는 고온?다습한 가혹 환경에 처해진 이후에도 접착력의 저하를 억제시킬 수 있다.
이소보닐(메타)아크릴레이트 단량체는 아크릴계 공중합체의 제조에 사용되는 총 단량체 100중량%에 대하여 2 내지 20중량%로 포함되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 2 내지 15중량%인 것이 좋다. 함량이 2중량% 미만인 경우 충분한 탄성을 부여하기 어려워 초기 접착력이 저하될 수 있고, 20중량% 초과인 경우 접착제의 응집력이 과도하게 상승하여 오히려 접착력 저하의 문제를 야기할 수 있다.
중합성 단량체는 이소시아네이트계 가교제와 가교 가능한 관능기를 가져 화학 결합에 의해 접착제 조성물의 응집력 또는 강도를 보강하여 내구성을 부여하기 위한 단량체로서, 예컨대 히드록시기를 갖는 단량체, 카르복시기를 갖는 단량체, 아미드기를 갖는 단량체, 3차 아민기를 갖는 단량체, 비닐기를 갖는 단량체 등을 들 수 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
히드록시기를 갖는 단량체로는 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 2-히드록시부틸(메타)아크릴레이트, 4-히드록시부틸(메타)아크릴레이트, 6-히드록시헥실(메타)아크릴레이트, 2히드록시에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트와 2-히드록시프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트 등의 알킬렌기의 탄소수가 2-4인 히드록시알킬렌글리콜(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있으며, 이 중에서 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트가 바람직하다.
카르복시기를 갖는 단량체로는 (메타)아크릴산, 크로톤산 등의 1가산; 말레인산, 이타콘산, 푸마르산 등의 2가산 및 이들의 모노알킬에스테르; 3-(메타)아크릴로일프로피온산; 알킬기의 탄소수가 2-3인 2-히드록시알킬(메타)아크릴레이트의 무수호박산 개환 부가체, 알킬렌기의 탄소수가 2-4인 히드록시알킬렌글리콜(메타)아크릴레이트의 무수 호박산 개환 부가체, 알킬기의 탄소수가 2-3인 2-히드록시알킬(메타)아크릴레이트의 카프로락톤 부가체에 무수 호박산을 개환 부가시킨 화합물 등을 들 수 있다.
아미드기를 갖는 단량체로는 (메타)아크릴아미드, N-이소프로필아크릴아미드, N-3차부틸아크릴아미드 등을 들 수 있으며, 이 중에서 (메타)아크릴아미드가 바람직하다.
3차 아민기를 갖는 단량체로는 N,N-(디메틸아미노)에틸(메타)아크릴레이트, N,N-(디에틸아미노)에틸(메타)아크릴레이트, N,N-(디메틸아미노)프로필(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다.
비닐기를 갖는 단량체로는 N-비닐피롤리돈, N-비닐카프로락탐 등을 들 수 있다.
중합성 단량체는 아크릴계 공중합체의 제조에 사용되는 총 단량체 100중량%에 대하여 잔량, 바람직하게 1 내지 20중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 이 범위로 포함되는 경우 공중합체의 원하는 유리전이온도 확보에 유리하며 응집력가 접착 강도를 보강하여 내구성도 부여할 수 있다.
공중합체의 제조방법은 특별히 한정되지 않으며, 당 분야에서 통상적으로 사용되는 괴상중합, 용액중합, 유화중합 또는 현탁중합 등의 방법을 이용하여 제조할 수 있으며, 용액중합이 바람직하다. 또한, 중합 시 통상 사용되는 용매, 중합개시제, 분자량 제어를 위한 연쇄이동제 등을 사용할 수 있다.
공중합체는 겔투과크로마토그래피(Gel permeation chromatography, GPC)에 의해 측정된 중량평균분자량(Mw, 폴리스티렌 환산)이 1만 내지 100만이며, 바람직하게는 5만 내지 50만인 것이 좋다. 중량평균분자량이 1만 미만인 경우 접착제의 응집력이 작아 가혹 조건에서 접착력 유지가 어렵고, 중량평균분자량이 100만 초과인 경우 공정에 적합한 점도를 맞추기 위해서 과량의 용매가 필요할 뿐만 아니라 조액 후 포트-라이프(pot life)의 확보가 어려울 수 있다.
상기한 바와 같이 구성된 아크릴계 공중합체는 유리전이온도(Tg)가 -22 내지 20℃인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 -15 내지 15℃, 가장 바람직하게는 -5 내지 10℃인 것이 좋다. 유리전이온도가 -22℃ 미만인 경우 경화 후 접착력이 미흡할 수 있고, 20℃ 초과인 경우 너무 높은 응집력으로 인해 형성된 접착제층이 깨지는 문제가 발생할 수 있다.
가교제는 공중합체를 적절히 가교함으로써 접착제의 응집력을 강화시키고 내습열 조건에서 이면 보호 시트의 내구성 저하 현상을 억제하기 위한 성분으로서, 이소시아네이트계 화합물이 바람직하다.
이소시아네이트계 가교제로는 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 공중합체와의 가교반응 효율이 좋고 황변 현상도 일으키지 않는다는 점에서 보다 바람직하다.
가교제는 고형분 함량을 기준으로 공중합체 100중량부에 대하여 0.01 내지 5중량부로 포함될 수 있고, 바람직하게는 0.1 내지 2중량부인 것이 좋다. 함량이 0.01중량부 미만인 경우 내습열 조건 하에서 기포의 발생을 억제하기 어렵고, 5중량부 초과인 경우 초기 접착력이 낮아질 수 있고 도공 공정 중에 도공액이 겔화될 우려가 있다.
또한, 접착제 조성물은 공중합체와 가교제의 가교반응을 촉진시키기 위한 가교촉진제를 더 포함할 수 있다.
가교촉진제로는 루이스 산 또는 루이스 염기를 사용할 수 있다.
루이스산은 전자의 수용특성을 갖는 금속할라이드 또는 유기금속성 화합물로서, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 들 수 있으며, 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다:
[화학식 1]
(R1)nM(=O)m
화학식 1 중, R1은 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. 이 중에서 디부틸틴 디라우레이트가 바람직하다.
루이스 염기는 화학식 2로 표시되는 화합물을 들 수 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00001
(식 중, X는 H, -OR2 또는 -N(R2)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 공중합체 100중량부에 대하여 0 내지 1중량부로 포함될 수 있고, 바람직하게 0 내지 0.5중량부인 것이 좋다. 함량이 1중량부 초과인 경우 과도하게 빠른 가교반응으로 인해 저장 안정성이 저하될 수 있다.
이와 같은 성분을 포함하는 본 발명의 접착제 조성물은 이소보닐(메타)아크릴레이트 단량체가 공중합되어, 그 중량평균분자량이 1만 내지 100만이고 유리전이온도가 -22 내지 20℃, 바람직하게 -15 내지 15℃인 아크릴계 공중합체를 포함하여 경화 후에도 특정 범위의 유리전이온도 값과 탄성을 동시에 부여함으로써 고온 또는 고온?다습한 환경과 같이 태양전지가 적용되는 외부의 가혹한 환경에 처해진 이후에도 접착력의 급격한 저하를 억제할 수 있다.
본 발명은 상기 접착제 조성물의 경화에 의해 형성된 접착제층을 제공한다.
접착제층은 이소보닐(메타)아크릴레이트 단량체가 공중합되어, 그 중량평균분자량이 1만 내지 100만이고 유리전이온도가 -22 내지 20℃인 아크릴계 공중합체를 포함하는 접착제 조성물의 경화에 의해 최적의 유리전이온도 범위, 예컨대 -5 내지 30℃, 바람직하게 0 내지 25℃가 되도록 하는 동시에 높은 탄성을 확보하여 가혹한 환경에 처해진 이후에도 접착력을 유지할 수 있어 태양전지 이면 보호 시트에 요구되는 내구성과 밀착성을 만족시킬 수 있다.
접착제층의 형성방법은 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 접착제 조성물을 도공 및 건조시킨 후 경화(양생)시키는 방법으로 수행될 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. 건조방법 또한 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 40 내지 70℃에서 2 내지 6일 동안 수행될 수 있다. 이와 같은 방법으로 형성되는 경우, 본 발명에서와 같은 범위의 유리전이온도를 얻을 수 있어 우수한 접착력을 유지할 수 있게 된다.
접착제층의 두께는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 통상 1 내지 30㎛일 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 20㎛인 것이 좋다. 두께가 1㎛ 미만인 경우 도공 시 막 분리가 생기거나 접착력을 안정적으로 발현시키기 어렵고, 30㎛ 초과인 경우 접착제의 균일한 도공이 어려워지거나 두께 불균일이 생겨 외관이 나빠지는 경향이 있다.
본 발명은 2매 이상의 필름이 상기 접착제 조성물을 매개로 접합된 태양전지 이면 보호 시트를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 이면 보호 시트는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 필름/접착제층/필름의 순서로 적층된 구조일 수 있다.
필름으로는 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 필름으로서 내후성 필름이 적층되어, 필름/접착제층/내후성 필름의 순서로 적층된 구조인 것이 바람직하다.
내후성 필름은 내후성이 우수한 필름이라면 그 종류가 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 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, 필름/접착제층/배리어층/접착제층/내후성 필름의 순서로 적층된 구조일 수 있다. 이때, 적어도 하나의 접착제층이 본 발명의 접착제 조성물로부터 형성된 층일 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.
필름 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 접착제 조성물(접착제층)을 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 접착제 조성물을 이용하여 접합함으로써 이면 보호 시트로 제조할 수 있다.
접합방법은 당 분야에서 공지된 방법을 이용할 수 있으며, 예컨대 유연법, 마이어 바 코팅법, 다이 코팅법, 딥 코팅법, 스프레이 코팅법 등의 도공방법으로 접착제 조성물을 피접착재들 중 적어도 하나의 피접착재의 접합면에 도공한 후 이들을 접합하는 방법을 들 수 있다.
접합한 후에는 건조처리가 수행된다. 건조처리는, 예컨대 열풍을 분무함으로써 수행될 수 있는데, 건조온도는 60 내지 120℃, 건조 시간은 20 내지 1,200초 정도일 수 있다.
접착제층은 건조 후 두께가 통상 1 내지 30㎛일 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 20㎛인 것이 좋다.
건조 후에는 상온보다 약간 높은 온도, 예컨대 40 내지 70℃의 온도에서 2 내지 6일 동안 경화, 즉 양생시킬 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 필름 또는 상기 필름 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
제조예 1. 아크릴계 공중합체A 제조
질소가스가 환류되고 온도조절이 용이하도록 냉각장치가 설치된 1L의 반응기에 n-부틸메타크릴레이트(BMA) 70중량부, 2-에틸헥실아크릴레이트(EHA) 15중량부, 2-히드록시에틸메타크릴레이트(HEMA) 5중량부 및 이소보닐아크릴레이트(IBOA) 10중량부로 이루어진 단량체 혼합물을 투입한 후 용매로 에틸아세테이트(EA) 100중량부를 투입하였다. 그 후 산소를 제거하기 위하여 질소가스를 1 시간 동안 투입하여 반응기를 치환시킨 후 온도를 62℃로 유지하였다. 단량체 혼합물을 균일하게 교반한 후 반응개시제로 아조비스이소부티로니트릴(AIBN) 0.07중량부를 투입하고 8시간 동안 반응시켜 중량평균분자량이 20만인 아크릴계 공중합체를 제조하였다.
제조예 2-5. 아크릴계 공중합체B 제조
상기 제조예 1과 동일하게 제조하되, 단량체의 성분 및 함량을 하기 표 1에서와 같이 사용하였다.
구분 명칭 단량체(중량부) 유리전이온도
(Tg, ℃)		 중량평균분자량
(Mw)
BMA BA EHA HEMA IBOA AA
제조예1 A 70 - 15 5 10 - 5 20만
제조예2 B 80 - 10 7 3 - -1 40만
제조예3 C 57 5 15 5 18 - 7 80만
제조예4 D 55 10 20 - 10 5 -20 30만
제조예5 E 75 - 10 - 10 5 17 15만
제조예6 F 80 - 10 - - 10 10 25만
제조예7 G 50 20 20 5 - 5 -23 20만
BMA: 부틸메타크릴레이트
BA: 부틸아크릴레이트
EHA: 2-에틸헥실아크릴레이트
HEMA: 2-히드록시에틸메타크릴레이트
IBOA: 이소보닐아크릴레이트
AA: 아크릴산
실시예 1
(1) 접착제 조성물
고형분 함량을 기준으로, 제조예 1의 아크릴계 공중합체A 100중량부, 가교제로 트리메틸올프로판의 헥사메틸렌디이소시아네이트 부가체(COR-HXR, 일본폴리우레탄공업) 0.5중량부를 혼합하고, 농도가 30%가 되도록 메틸에틸케톤으로 희석하여 접착제 조성물을 제조하였다.
(2) 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 도포하고 100℃에서 1분 동안 건조하여 접착제층을 형성하였다. 이때, 밀착성 시험 평가를 위하여 도공폭은 24㎝ 이하가 되도록 하였다. 이어서, 나머지 1매 필름의 코로나 방전 처리된 면을 적층하였다. 이 적층체를 60℃에서 6일 동안 경화시켜 접착제층을 형성함과 동시에 시트를 제조하였다.
실시예 2-10, 비교예 1-2
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 접착제 조성물의 성분 및 함량을 하기 표 2에서와 같이 사용하였다. 이때, 함량은 중량부이다.
구분 공중합체 가교제 가교촉진제 경화조건
종류 함량 COR-HXR DBTDLA 온도(℃) 시간(일)
실시예1 A 100 0.5 - 60 6
실시예2 A 100 0.5 0.03 60 6
실시예3 A 100 0.5 0.1 60 6
실시예4 A 100 4 - 60 6
실시예5 A 100 0.05 - 60 6
실시예6 A 100 0.5 - 60 3
실시예7 B 100 0.5 - 60 6
실시예8 C 100 0.5 - 60 6
실시예9 D 100 0.5 - 60 6
실시예10 E 100 0.5 - 60 6
비교예1 G 100 0.5 - 60 6
비교예2 F 100 0.5 - 60 6
COR-HXR: 트리메틸올프로판의 헥사메틸렌디이소시아네이트 부가체(일본폴리우레탄공업)
DBTDLA: 디부틸틴 디라우레이트
시험예
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 접착제 조성물 및 시트의 물성을 하기 방법으로 측정하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
1. 저장 안정성(점도 경시 변화)
제조된 접착제 조성물의 초기 점도와 24시간 방치한 후의 점도를 측정하여 점도의 변화량(△η)을 계산하고, 하기 기준에 의거하여 평가하였다.
<평가기준>
○: △η < 5%
△: 5% ≤ △η < 10%
×: 10% ≤ △η
2. 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.
3. 초기 및 내구 후 접착력(N/15㎜)
제조된 시트를 슈퍼커터를 이용하여 15㎜×250㎜의 크기로 절단하되, 도공되지 않은 부분이 2㎝ 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 저장
안정성		 경화 후 Tg
(℃)		 접착력(N/15㎜)
초기 내구
실시예1 ○ 7 13.14 8.54
실시예2 ○ 9 12.46 8.46
실시예3 ○ 11 11.89 8.05
실시예4 △ 15 12.24 8.48
실시예5 ○ 5 11.89 6.96
실시예6 ○ 6 10.98 8.05
실시예7 ○ 2 11.27 5.08
실시예8 ○ 13 9.84 7.90
실시예9 △ -12 9.18 6.84
실시예10 △ 20 12.24 8.48
비교예1 △ -20 7.86 3.08
비교예2 × 12 6.86 3.08
위 표 3과 같이, 본 발명에 따라 이소보닐(메타)아크릴레이트 단량체가 공중합되어 특정 중량평균분자량과 특정 유리전이온도를 갖는 아크릴계 공중합체 및 가교제를 포함하는 실시예 1 내지 10의 접착제 조성물은 비교예 1 및 2의 접착제 조성물과 비교하여 저장 안정성이 좋고 초기 접착력이 우수할 뿐만 아니라 내구 조건 후에도 접착력의 저하가 억제된 것을 확인할 수 있었다. 특히, 공중합체의 중량평균분자량이 5만 내지 50만이거나 공중합체 중 이소보닐(메타)아크릴레이트 단량체의 함량이 3-15중량%, 공중합체의 유리전이온도가 -15 내지 15℃인 경우 모든 물성 면에서 보다 바람직하였다.

Claims (10)

  1. 이소보닐(메타)아크릴레이트가 공중합되고, 그 중량평균분자량이 1만 내지 100만이고 유리전이온도가 -22 내지 20℃인 아크릴계 공중합체; 및 가교제를 포함하는 태양전지 이면 보호 시트용 접착제 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 아크릴계 공중합체의 유리전이온도는 -15 내지 15℃인 태양전지 이면 보호 시트용 접착제 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서, 이소보닐(메타)아크릴레이트 단량체는 아크릴계 공중합체의 제조에 사용되는 총 단량체 100중량%에 대하여 2 내지 20중량%로 포함되는 태양전지 이면 보호 시트용 접착제 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서, 아크릴계 공중합체의 중량평균분자량은 5만 내지 50만인 태양전지 이면 보호 시트용 접착제 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서, 가교제는 이소시아네이트계 화합물인 태양전지 이면 보호 시트용 접착제 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서, 고형분 함량을 기준으로 가교제는 아크릴계 공중합체 100중량부에 대하여 0.01 내지 5중량부로 포함되는 태양전지 이면 보호 시트용 접착제 조성물.
  7. 청구항 1에 있어서, 고형분 함량을 기준으로 아크릴계 공중합체 100중량부에 대하여 루이스 산 또는 루이스 염기 중에서 선택된 가교촉진제 0 내지 1중량부를 더 포함하는 태양전지 이면 보호 시트용 조성물.
  8. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항의 태양전지 이면 보호 시트용 접착제 조성물의 경화에 의해 형성되고 그 유리전이온도가 -5 내지 30℃인 접착제층.
  9. 2매 이상의 필름이 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항의 태양전지 이면 보호 시트용 접착제 조성물을 매개로 접합된 태양전지 이면 보호 시트.
  10. 청구항 9에 있어서, 2매 이상의 필름 중 1매의 최외각 필름은 내후성 필름인 태양전지 이면 보호 시트.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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