KR20130047116A - 태양전지용 봉지재 시트 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광 발전을 위한 태양전지 모듈을 제작할 때 태양전지 셀의 보호 및 봉지를 위해 사용되는 태양전지용 봉지재 시트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상기한 본 발명의 태양전지용 봉지재 시트는 EVA 공중합체 100중량부에 하기 화학식 1로 표시되는 포스페이트기를 포함하는 산화방지제 0.01 내지 1.0중량부가 함유된 것을 특징으로 한다:
[화학식 1]
(상기에서 R1, R2, R3=H, C1~C8을 가지는 알킬 혹은 알콕시).
상기와 같이 구성되는 본 발명의 태양전지용 봉지재 시트 및 그 제조방법에서는 본 발명에 따른 특정한 포스페이트계 산화방지제를 사용하여 장기적으로 황변 현상을 용이하게 방지함으로, 태양전지 모듈의 발전효율과 봉지재의 유리 및 후면 보호 필름에 대한 접착성의 경시적 변화가 적게 하여 상기한 종래의 문제점을 해결하였을 뿐 아니라, 광안정제의 기능을 대신하여 첨가제 종류를 줄임으로써 경제적인 봉지재 시트를 제조할 수 있는 유용한 발명이다.
[화학식 1]
(상기에서 R1, R2, R3=H, C1~C8을 가지는 알킬 혹은 알콕시).
상기와 같이 구성되는 본 발명의 태양전지용 봉지재 시트 및 그 제조방법에서는 본 발명에 따른 특정한 포스페이트계 산화방지제를 사용하여 장기적으로 황변 현상을 용이하게 방지함으로, 태양전지 모듈의 발전효율과 봉지재의 유리 및 후면 보호 필름에 대한 접착성의 경시적 변화가 적게 하여 상기한 종래의 문제점을 해결하였을 뿐 아니라, 광안정제의 기능을 대신하여 첨가제 종류를 줄임으로써 경제적인 봉지재 시트를 제조할 수 있는 유용한 발명이다.
Description
본 발명은 태양광 발전을 위한 태양전지 모듈을 제작할 때 태양전지 셀의 보호 및 봉지를 위해 사용되는 태양전지용 봉지재 시트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 포스페이트계 산화방지제를 포함한 각종 기능성 부여를 위한 첨가제와 EVA수지를 혼합하여 제조하므로 황변 현상을 방지하여 태양전지 모듈의 발전효율과 봉지재의 유리 및 후면 보호 필름에 대한 접착성의 경시적 변화를 적게 한 태양전지용 봉지재 시트 및 그 제조방법에 관한 것이다.
고갈되어 가는 에너지를 대체하고 환경문제를 극복하기 위해 각종 신재생 에너지들이 주목받고 있다. 이러한 에너지원 중 태양에너지를 이용한 태양전지는 무공해, 무소음, 무한 공급 에너지이므로 높은 성장세를 보이고 있다.
태양전지 중의 대표적인 예로서 결정 및 비결정 실리콘 태양전지를 들 수 있는데, 이러한 태양전지에 있어서 태양전지 셀은 광전효과를 이용하여 태양광을 전기에너지로 변환시켜 주는 반도체 소자이다. 태양전지의 특성상 항상 가혹한 자연환경에 노출되어 있으므로 태양전지 셀만으로는 자연환경의 비, 눈, 고온, 저온, 외부 충격 등으로부터 보호될 수 없으며, 이를 보호하기 위해 모듈화 과정을 거치는 것이 필수적이다.
일반적으로 태양전지 모듈은 표면 측 유리기판과 이면 측 보호 부재인 후면 보호 필름 사이에 봉지재 시트 2매가 태양전지 셀을 감싸고 있는 구성으로 이루어져 있다. 이러한 태양전지는 유리기판/봉지재 시트/태양전지 셀/봉지재 시트/후면 보호 필름 순으로 적층하고, 가열ㆍ가압에 의해 봉지재 시트가 완전히 용융되어 고분자의 충분한 이동성이 확보된 상태에서 상하 방향에서 가압 및 탈기공정을 거쳐 제조된다.
일반적으로 태양전지 모듈용 봉지재 시트로는 각종 요구 조건을 만족시키기 위한 기능성 첨가제와 고분자를 배합한 후 제조된 시트로 이루어진다.
이러한 봉지재 시트에 대해서는, 예를 들어 대한민국 등록특허 제0928441호는 앞에서 기술한 바와 같이 EVA 공중합체에 유기과산화물과 가교조력제, 자외선 흡수제, 산화방지제와 함께 접착성을 위하여 실란화합물과 같은 접착보조제를 첨가하여 형성된 봉지재 시트를 개시하고 있다.
고분자의 열화반응은 고분자 주사슬 또는 곁사슬에서 열이나, 광, 기계적 외부충격에 의해 프리라디칼이 생성되고 이것이 산소와 즉각 반응하여, 과산화물 라디칼을 형성하고, 그 과산화물이 자체분해하여 다른 고분자분자와 반응하는 이른바 자동산화 반응으로 진행하게 된다. 이와 같은 자동산화 반응은 안정된 화합물을 생성할 때까지 지속적으로 일어나게 된다.
이와 같은 산화 열화 반응에 대한 억제는 다음의 3 가지 방법이 가능하다. 첫째, 개시 반응의 금지로써 개시원이 자외선 등의 빛에의 노출일 경우, 자외선 흡수제 등을 통하여 어느 정도 통제가 가능하나, 실제 나머지 두 원인(열, 기계적 외부충격)에 대한 조치는 불가능하다. 둘째, 연쇄반응의 금지로써 연쇄반응에 작용하여 그 속도를 현저히 저하시키는 것으로 형태에 따른 산화방지제를 적절히 조합하여 사용한다면 현저한 효과를 볼 수 있다. 여기에는 페놀계 유도체, 방향족 아민계 화합물 등이 있고 이들은 대개 1차 산화방지제로 분류된다. 셋째, 과산화물 분해제로써 생성된 과산화물을 안정된 형태의 라디칼로 분해하는 것으로, 이것은 2차 산화방지제로 분류된다. 일반적으로는 생성된 라디칼에 의한 산화방지를 막기 위해서는 1차 산화방지제와 2차 산화방지제를 함께 사용하는 것이 효과적이다.
힌더드 페놀릭스는 열가소성 수지의 1차 산화방지제 중에서 가장 많이 사용되는 것 중 하나로서 BHT가 대표적이다. 그러나, BHT와 같은 페놀형 산화방지제는 강력한 효과에도 불구하고 자체가 변형되어 새로운 발색단을 형성하여 시트에 착색을 유발하는 문제가 있다.
2차 산화방지제로는 일반적으로 힌더드 아민계나 포스파이트계가 사용된다. 그러나, 2차 산화방지제는 그 효과에 있어서 제한적이며 특히 아민계는 장기 사용시 착색의 원인이 되기도 하여 태양전지용에는 바람직하지 않다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 기술적인 문제점을 감안하여 제안되는 것으로, 본 발명의 주요 목적은 태양전지용 봉지재 시트에 있어서 기존의 산화방지 기능을 유지하며 1차 및 2차 산화방지제로 모두 기능이 가능하고, 태양전지에 있어서 중요한 성질인 투명성을 장기간 유지하기 위한 착색변화가 없는 산화방지제의 사용을 통하여 시트의 장기 안정성을 유지하여 시간에 따른 태양전지 효율 감소를 극복할 수 있는 태양전지용 봉지재 시트를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 태양전지용 봉지재 시트의 제조에 사용되는 첨가제의 기능을 개발하여 가능한 한 첨가제의 종류를 줄여서 경제성을 확보할 수 있는 태양전지용 봉지재 시트를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기한 특성을 갖는 태양전지용 봉지재 시트를 보다 용이하게 제조할 수 있는 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 또한 상기한 명확한 목적 이외에 이러한 목적 및 본 명세서의 전반적인 기술로부터 이 분야의 통상인에 의해 용이하게 도출될 수 있는 다른 목적을 달성함을 그 목적으로 할 수 있다
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양전지용 봉지재 시트는;
EVA 공중합체 100중량부에 하기 화학식 1로 표시되는 포스페이트기를 포함하는 산화방지제 0.01 내지 1.0중량부가 함유된 것을 특징으로 한다:
(상기에서 R1, R2, R3=H, C1~C8을 가지는 알킬 혹은 알콕시).
본 발명의 다른 구성에 있어서, 상기 EVA 공중합체는 비닐 아세테이트 함유량이 26 내지 33%인 것임을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 있어서, 상기 시트는 추가적으로 가교제 0.01 내지 1.0 중량부, 가교조력제 0.01 내지 1.0 중량부, 실란커플링제 0.01 내지 1.0 중량부, 자외선 흡수제 0.01 내지 1.0 중량부가 첨가되어 제조된 것임을 특징으로 한다.
상기한 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양전지용 봉지재 시트의 제조방법은;
EVA 공중합체 100중량부에 상기 화학식 1로 표시되는 포스페이트기를 포함하는 산화방지제 0.01 내지 1.0중량부와, 추가적으로 가교제 0.01 내지 1.0 중량부, 가교조력제 0.01 내지 1.0 중량부, 실란커플링제 0.01 내지 1.0 중량부, 자외선 흡수제 0.01 내지 1.0 중량부를 첨가하여, T-다이 또는 칼렌더 공법을 통하여 제조함을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 태양전지용 봉지재 시트 및 그 제조방법에서는 본 발명에 따른 특정한 포스페이트계 산화방지제를 사용하여 장기적으로 황변 현상을 용이하게 방지함으로, 태양전지 모듈의 발전효율과 봉지재의 유리 및 후면 보호 필름에 대한 접착성의 경시적 변화가 적게 하여 상기한 종래의 문제점을 해결하였을 뿐 아니라, 광안정제의 기능을 대신하여 첨가제 종류를 줄임으로써 경제적인 봉지재 시트를 제조할 수 있는 유용한 발명이다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시형태에 의해 보다 자세하게 설명한다.
본 발명의 태양전지용 EVA 봉지재 시트는 하기 화학식으로 표시되는 포스페이트기를 포함하는 산화방지제를 함유한다:
(상기에서 R1, R2, R3=H, C1~C8을 가지는 알킬 혹은 알콕시).
본 발명에 따라 사용되는 상기 화학식의 화합물은 페놀 포스페이트기의 특징으로 인하여 1차와 2차 산화방지제로서 동시에 작용하여 효과가 크며 자체 변환에 의한 발색단을 형성하지 않아 장기간 사용시에도 황변 현상이 발생하지 않는 이점이 있다. 또한, 안정성이 우수하고 EVA 수지와의 상용성이 좋아 사용에 편리하다는 이점도 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 상기한 조성물에, 가교제, 가교조력제, 실란커플링제, 자외선흡수제, 광안정제가 더 배합되어 이루어지는 EVA 봉지재 조성물이 제공되어 진다.
더욱이, 상기의 본 발명에 따라 사용되는 화합물은 광안정제의 기능을 가지고 있으므로, 추가적인 광안정제의 사용은 필요하지 않은 이점을 제공한다. 이를 통해서 장기간의 신뢰성 확보뿐 아니라 첨가제의 종류를 줄임으로써 경제성 있는 봉지재를 확보할 수 있게 하였다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 EVA 봉지재 시트는 비닐 아세테이트 함량이 25 내지 35%인 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 봉지재 시트에는 필요에 의해 가교제, 가교조력제, 자외선흡수제, 산화방지제 등의 첨가제를 배합할 수 있는데, 상기 가교제 또는 가교제와 가교조력제의 배합은 태양전지 봉지재가 태양전지 소자에 적합하게 하고 태양전지 모듈에 편입되는 상태에 있어서 EVA 봉지재 시트를 가교하는데 유용하고, 이것에 의해 봉지재 시트 층의 투명성을 유지하면서, 고온으로의 사용에 있어서 용융 방지 등의 내열성을 부여할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 포스페이트기를 가지는 화합물은 다양한 페놀 화합물로부터 제조할 수 있거나 상업적으로 이용이 가능하다.
본 발명의 포스페이트기를 가지는 화합물을 제조하기 위해서는, 다음의 반응식과 같이, 다양한 치환체를 가지는 페놀 화합물과 POCl3를 염기의 존재 하에서 반응시킨 후 그 생성물을 금속 수산화물로 처리하여 염소를 치환시킨 다음 중화반응을 통해서 얻을 수 있다.
반응식:
상기 반응식에 의해서 제조한 포스페이트 화합물은 EVA 수지 및 기타 첨가제와 함께 혼합하여 용융 압출하여 봉지재 시트를 제조할 수 있다.
상기 화합물은 산화방지제로서의 활성이 우수하여 0.01 내지 1.0 중량부로 사용되며, 바람직하게는 0.05 내지 0.5 중량부로 사용할 수 있다.
EVA 수지의 겔 분율을 향상시키고, 내구성을 향상시키기 위하여 EVA 수지에 가교조력제를 첨가할 수 있다. 이 목적으로 제공되는 가교 조제로서는, 트리-알릴 이소시아뉴레이트 및 트리-알릴 이소시아네이트 등의 3관능기를 가지는 가교조력제를 예로 들 수 있다. 이러한 가교조력제의 배합량은 EVA 공중합체 수지 100 중량부에 대하여 5 중량부 이하로 사용하고, 바람직하게는 0.01 내지 1.0 중량부로 사용할 수 있다.
본 발명의 봉지재 시트는 상기한 바와 같이 EVA 공중합체와 각종 첨가제를 배합하여 T-다이 압출 방식 혹은 칼렌더 방식을 이용하여 200 내지 800μm 두께로 가공한 후 태양전지 모듈 제작시의 공정성을 위한 엠보싱 가공을 통해 제조할 수 있다.
본 발명의 태양광 발전 모듈용 봉지재 시트를 이용한 태양전지 모듈은 표면 유리, 봉지재 시트, 태양전지 셀, 봉지재 시트, 후면 보호 필름의 순으로 적층 후, 일정한 규칙에 따라 진공 라미네이터로 100 내지 160℃의 온도, 탈기 시간 4 내지 20분, 가압 0.5 내지 1기압, 가압시간 5 내지 60분으로 가열·가압하여 제조할 수 있다.
이하, 본 발명을 제조예, 실시예 및 비교예에 의해 보다 자세하게 설명하지만, 아래의 실시예는 본 발명을 단지 상세하기 설명하기 위한 것이며 본 발명의 범주를 한정하기 위함이 아님은 물론이다.
제조예
BHT 220g(1몰, 시그마알드리치사제)을 THF(시그마알드리치사제) 1000mL에 녹인 후 POCl3 153g(1몰, 시그마알드리치사제)을 첨가하여 디클로로포스페이트 중간체를 만들었다. 여기에 수산화칼륨 112g(2몰, 시그마알드리치사제)을 첨가한 후 중화반응을 통하여 BHT의 포스페이트 유도체인 (2,6-디-t-부틸-4-메틸페닐) 디하이드로겐 포스페이트를 제조하였다.
실시예 1
EVA 공중합체(초기 비닐 아세테이트 함량 28중량%, 멜트 플로우 레이트 15g/10분) 100 중량부에 대해, 가교제로 2,5-디메틸-2,5-비스(t-부틸퍼옥시)헥산(알케마사제, 루페록스 101) 1.0 중량부, 가교조력제로 트리-알릴 아이소시아누레이트(일본화성제, TAIC) 0.8 중량부, UV 흡수제로 2-하이드록시-4-n-옥톡시벤조페논(ciba사제, Chimassorb81) 0.1 중량부, 광안정제로 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트(ciba사제, Tinuvin770DF) 0.1 중량부, 산화방지제로 상기 제조예에서 제조한 (2,6-디-t-부틸-4-메틸페닐) 디하이드로겐 포스페이트 0.1 중량부를 배합하여, 직경 104mm 트윈 압출기로 110℃ 미만의 온도로 압출하여 두께 500μm의 시트를 제조하였다.
실시예 2
산화방지제로 페닐 디하이드로겐 포스페이트(TCI사제)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 같이 제조하였다.
실시예 3
산화방지제로 4-(t-펜틸)디하이드로겐 포스페이트(시그마알드리치사제)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 같이 제조하였다.
실시예 4
광안정제를 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 같이 제조하였다.
비교예 1
산화방지제로 BHT(시그마알드리치사제)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 같이 제조하였다.
비교예 2
광안정제를 사용하지 않은 것을 제외하고는 비교예 1과 같이 제조하였다.
실험예
<접합>
실시예 1~4 및 비교예 1~2로 제조된 시트를 이용하여 표면 유리, 봉지재 시트, 봉지재 시트, 후면 보호 필름의 순으로 적층 후, NPC사의 LM-50x50S 진공라미네이터로 150℃의 온도에서 10분 가열하여 미니모듈을 제작하였다.
<Damp Heat Test>
만든 미니모듈을 항온항습기에 85℃, 85% 조건하에 넣고 500시간, 1000시간, 1500시간, 2000시간 경과 후 황색도(YI)를 측정하였다. 황색도는 Nippon Denshoku사의 색차계 SA4000을 사용하여 실시하였다. 평가결과는 하기 표 1에 나타낸다.
| 초기 황색도(YI) |
500시간후 황색도(YI) |
1000시간후 황색도(YI) |
1500시간후 황색도(YI) |
2000시간후 황색도(YI) |
ΔYI | |
| 실시예1 | 0.63 | 1.08 | 1.31 | 1.44 | 1.60 | 0.97 |
| 실시예2 | 0.68 | 1.15 | 1.37 | 1.52 | 1.89 | 1.21 |
| 실시예3 | 0.65 | 1.10 | 1.34 | 1.47 | 1.69 | 1.04 |
| 실시예4 | 0.64 | 1.12 | 1.34 | 1.42 | 1.65 | 1.01 |
| 비교예1 | 0.93 | 2.23 | 4.28 | 5.13 | 6.53 | 5.60 |
| 비교예2 | 1.03 | 3.83 | 5.07 | 8.01 | 9.78 | 8.75 |
실험결과에서 2000시간 경과 후 실시예 1~3에서 비교예 1에 비해 ΔYI의 값이 월등히 작음을 알 수 있다. 이것은 광안정제를 첨가하여 EVA 시트를 제조할 시, 산화방지제로서 BHT를 사용하였을 경우보다 당 발명을 사용하였을 경우 황변착색의 방지효과가 우수함을 보여주는 결과이다. 실시예 1과 실시예 4의 경우는 그 차이가 거의 없으며, 이것은 본 발명에 따른 화합물을 배합하여 EVA 시트를 제조할 시 광안정제를 첨가하지 않아도 동등한 황변착색 방지효과를 갖는 것을 보여주는 결과이다. 또한, 비교예 1에 비해 비교예 2에서의 ΔYI 값이 높은데, 이는 기존 BHT 산화방지제의 경우 광안정제를 추가로 첨가하지 않을 시 황변착색의 방지효과가 감소함을 보여주는 결과이다.
이와 같은 결과들에서 본 발명에 따른 화합물은 기존의 BHT 산화방지제에 비해 황변 착색의 방지효과가 월등히 뛰어나며 광안정제의 기능을 대신하여, 태양전지의 시간에 따른 효율감소를 방지하는 효과가 있으며, 첨가제의 종류를 줄임으로써 경제적인 봉시재 시트의 제조가 가능함을 알 수 있다.
Claims (4)
- EVA 공중합체 100중량부에 하기 화학식 1로 표시되는 포스페이트기를 포함하는 산화방지제 0.01 내지 1.0중량부가 함유된 것을 특징으로 하는 태양전지용 봉지재 시트:
[화학식 1]
(상기에서 R1, R2, R3=H, C1~C8을 가지는 알킬 혹은 알콕시).
- 제 1항에 있어서, 상기 EVA 공중합체는 비닐 아세테이트 함유량이 26 내지 33%인 것임을 특징으로 하는 태양전지용 봉지재 시트.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 시트는 추가적으로 가교제 0.01 내지 1.0 중량부, 가교조력제 0.01 내지 1.0 중량부, 실란커플링제 0.01 내지 1.0 중량부, 자외선 흡수제 0.01 내지 1.0 중량부가 첨가되어 제조된 것임을 특징으로 하는 태양전지용 봉지재 시트.
- EVA 공중합체 100중량부에 하기 화학식 1로 표시되는 포스페이트기를 포함하는 산화방지제 0.01 내지 1.0중량부와, 추가적으로 가교제 0.01 내지 1.0 중량부, 가교조력제 0.01 내지 1.0 중량부, 실란커플링제 0.01 내지 1.0 중량부, 자외선 흡수제 0.01 내지 1.0 중량부를 첨가하여, T-다이 또는 칼렌더 공법을 통하여 제조함을 특징으로 하는 태양전지용 봉지재 시트의 제조방법:
[화학식 1]
(상기에서 R1, R2, R3=H, C1~C8을 가지는 알킬 혹은 알콕시).
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| KR1020110111941A KR20130047116A (ko) | 2011-10-31 | 2011-10-31 | 태양전지용 봉지재 시트 및 그 제조방법 |
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| KR (1) | KR20130047116A (ko) |
-
2011
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