KR20130062539A - 방열특성이 우수한 태양전지 백시트 및 그 제조방법 - Google Patents

방열특성이 우수한 태양전지 백시트 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방열특성이 우수한 태양전지 백시트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상기한 본 발명의 방열특성이 우수한 태양전지 백시트는 전기절연층, 배리어층 및 내후성필름층이 적층되어 다층 구조로 형성된 태양전지 백시트에 있어서, 상기 각 층의 하나 이상 및 상기 각 층을 접합하는 접착제층은 탄소 섬유를 포함하여 구성되며, 상기 각 층은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리비닐플루오라이드(PVF), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 에틸렌테트라플루오르에틸렌(ETFE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 에틸렌클로로트리플루오로에틸렌(ECTFE) 또는 무기화합물로 이루어진 그룹에서 선택된 층임을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 방열 특성이 우수한 태양전지 백시트는 탄소 섬유를 포함하는 접착제의 사용 및 최외부층에 탄소 섬유를 포함하는 폴리머 수지층을 형성함에 의해 제조기술상 문제점과 같은 종래의 문제점 없이 백시트의 방열특성을 우수하게 하여 태양전지 모듈의 온도 상승을 현저하게 억제할 수 있으므로, 결과적으로 태양전지 모듈 내 온도를 종래 대비 낮게 유지할 수 있는 태양전지 백시트 및 상기 백시트를 포함하는 태양전지의 제공이 가능하게 되었고, 이에 의해 반도체 소자의 온도 특성에 기인하는 발전효율을 향상할 수 있는 태양전지를 제공하여 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하였다.

Description

방열특성이 우수한 태양전지 백시트 및 그 제조방법{Back sheet for a solar cell having an excellent heat releasing property and the preparing process thereof}
본 발명은 방열특성이 우수한 태양전지 백시트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 접착제층 및 최외부층에 열전도율이 우수한 탄소 섬유를 포함시켜 형성된 다층 구조를 제공하여 방열특성을 향상한 태양전지 백시트 및 그 제조방법과, 상기 태양전지 백시트를 구비하는 태양전지 모듈에 관한 것이다.
최근 들어, 한정된 에너지 자원의 고갈위기를 극복하고 자연친화적으로 환경오염을 일으키지 않는 에너지로, 무공해, 무소음, 무한 공급 에너지라는 이유로 태양을 이용한 태양전지가 최근 각광을 받고 있다. 태양전지에 있어서 광전효과를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 반도체 소자는 단결정 실리콘 기반 또는 다결정 실리콘 기반을 이용해서 제작하는 경우가 많으며, 이러한 태양전지 모듈에 사용되는 백시트는 기계적 강도뿐 아니라 수분이나 산소, 화학물질, 먼지와 같은 외부 요인으로부터 소자를 보호하는 기능을 가져야 하며, 또한 장치의 효율성 측면에서 보다 가볍고 얇은 구조가 선호된다.
따라서, 이러한 백시트로서 사용에 따른 요구조건을 충족시킬 수 있는 물질로는 현재까지는 폴리머 유래의 시트가 가장 적합한 것으로 알려졌으며, 실제로 대부분의 백시트 성분으로는 폴리머가 상용되고 있다. 그러나, 하나의 폴리머 만으로는 백시트로서의 상기한 다양한 요구조건을 충분하게 충족시킬 수 없었으며, 따라서 전통적으로 백시트는 고유의 역할을 부여하는 물질들로 된 다층구조로 이루어져 있다. 이러한 다층 구조의 백시트는 일반적으로 내가수분해성의 배리어층을 중심으로 외곽에 내후성 필름이 접지되고 셀 쪽으로는 전기 절연층이 접지되어 있는 구조를 가진다. 상기 배리어층에는 폴리에스터를 비롯한 플라스틱 필름과 알루미늄 박막이 주로 이용되며 배리어 기능 외에도 기계적인 지지체 역할을 하고 있다.
그런데, 상기한 바와 같은 백시트를 포함하는 태양전지 모듈을 야외에 설치할 경우에 실제 발전시에 주변 온도가 상온이라 하더라도 태양전지 모듈의 온도는 반도체 소자의 동작에 의해 열 등이 발생함에 따라 50℃ 이상까지 상승하게 된다. 그런데, 이와 같이 태양전지 모듈의 온도가 일정온도 이상으로 상승하였을 경우 반도체 소자의 온도 특성에 기인해서 발전효율이 현저하게 저하한다는 문제점이 있다.
따라서, 상기한 문제점을 해결하기 위한 다양한 시도가 제안되어왔는데, 예를 들어 일본국 특허공개공보 제1994-181333호는 태양전지 모듈의 이면 쪽의 표면에 요철 형상의 열방사율이 높은 필름을 설치하는 것으로 방열 특성을 얻는 기술을 제안하고 있다. 그리나, 상기 필름에 큰 요철 형상을 부여하는 것이 제조기술상 어렵기 때문에 충분한 방열 특성을 얻지 못하고 있는 실정이다. 또한, 대한민국 특허출원번호 제2009-0030479호는 축열 및 방열기능성을 향상시키기 위해 "폴리에스테르계 기재층 및 상기 폴리에스테르계 기재층의 적어도 한 면에 구비되고, 축열재 및 방열재를 포함하는 축방열 시트층을 포함하는 태양전지 백시트"를 개시하고 있으나, 기재층에서 축열재로 열이 이동하는 과정에서 열전도율이 낮은 시트층을 통과하여야 하며, 즉 열 이동경로의 관점에서 최적 방열 특성을 얻기 어렵다는 문제점이 있다.
상기한 바와 같이, 종래의 태양전지 모듈의 백시트는 여러 가지 우수한 이점을 지니고는 있지만 여전히 해결되어야 할 문제점, 즉 방열 특성을 향상시키는 것이 필수적으로 해결되어야 할 과제로 제시되고 있으나, 현재까지 적절한 방안이 제시되고 있지 못한 실정이다.
특허문헌 1: 일본국 특허공개공보 제1994-181333호 특허문헌 2: 대한민국 특허출원번호 제2009-0030479호
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술에 있어서의 기술적 문제점을 감안하여 된 것으로, 본 발명의 주목적은 태양전지 백시트의 제조에 있어 제조기술상 문제점이 없으며 기타 문제를 발생하지 않으면서 효과적으로 방열 특성을 우수하게 발현할 수 있는 태양전지 백시트를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기한 우수한 특성을 가지는 태양전지 백시트를 이용한 태양전지 모듈을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기한 우수한 특성을 가지는 태양전지 백시트의 용이한 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 또한 상기한 명확한 목적 이외에 본 명세서의 전반적인 기술로부터 이 분야의 통상인에 의해 용이하게 도출될 수 있는 다른 목적을 달성함을 그 목적으로 할 수 있다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위한 연구 검토를 실시한 결과, 태양전지 백시트가 다층으로 구성되는 바, EVA와 백시트 간에서의 열저항 감소와 전열성 향상, 그리고 백시트 내 폴리머층 간을 접착시키는 접착제층에서의 열저항 감소와 전열성 향상, 마지막으로 외부환경에 노출되는 면에서의 전열성 향상이 상기 과제를 해결하기 위한 유효한 수단이 될 수 있는 것을 밝혀내었다.
따라서, 상기한 본 발명의 목적은 본 발명자 등이 상술한 바와 같이 태양전지 모듈을 야외에 설치할 경우 태양전지 모듈의 온도가 반도체 소자의 동작에 의해 열 등이 발생함에 따라 상승하며, 이와 같이 태양전지 모듈의 온도가 상승하였을 경우 반도체 소자의 온도 특성에 기인해서 발전효율이 저하한다는 문제점을 인지하고, 또한 용이한 백시트 제조 기술이 요구되는 실정에서 접착제층 및 최외부층에 열전도율이 우수한 탄소섬유를 포함시켜 형성된 다층 구조의 백시트를 통해 상술한 종래의 문제점을 해결할 수 있음을 밝혀내었으며, 이와 같이 구성되는 본 발명에서는 접착제층 및 최외부층의 전열성 향상을 통하여 우수한 방열 특성을 실현할 수 있었고 궁극적으로 태양전지 모듈의 발전 효율을 향상할 수 있게 하여 본 발명을 완성하였다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방열특성이 우수한 태양전지 백시트는;
전기절연층, 배리어층 및 내후성필름층이 적층되어 다층 구조로 형성된 태양전지 백시트에 있어서, 상기 각 층의 하나 이상 및 상기 각 층을 접합하는 접착제층은 탄소 섬유를 포함하여 구성되며, 상기 각 층은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리비닐플루오라이드(PVF), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 에틸렌테트라플루오르에틸렌(ETFE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 에틸렌클로로트리플루오로에틸렌(ECTFE) 또는 무기화합물로 이루어진 그룹에서 선택된 층임을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 구성에 따르면, 상기 다층 구조의 최외부측의 단면 또는 양면에는 추가로 탄소 섬유를 포함하는 폴리머 수지층을 적층하여 형성된 것임을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 탄소 섬유를 포함하는 폴리머 수지층은 경화형 바인더수지, 경화제 및 용매로 이루어진 도료를 전사하는 방법, 탄소 섬유를 포함하는 폴리머 수지를 필름상으로 형성하여 적층하는 방법 또는 탄소 섬유를 포함하는 폴리머 수지를 용융 압출하여 형성하는 방법 중 선택된 한가지 방법에 의해 형성된 것임을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 접착제층을 구성하는 접착제는 에폭시계, 아크릴계, 실리콘계, 우레탄계, 폴리아미드이미드계로 이루어진 그룹에서 선택되어지되, 상기 접착제의 연필경도가 5B 내지 3H인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 탄소 섬유는 중량평균 장축경이 0.1 내지 50㎛이고, 중량평균 단축경이 0.05 내지 5㎛인 것을 특징으로 하되, 질량비로 90% 이상이 탄소로 구성된 것임을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 탄소 섬유의 형태는 봉형, 바늘형, 방추형, 또는 섬유상형임을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 탄소 섬유의 체적충진율은 5 내지 80Vf%인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)는 표면 조도(Ra)가 0.001 내지 3㎛인 것임을 특징으로 한다.
상기한 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방열특성이 우수한 태양전지 백시트의 제조방법은;
탄소 섬유를 에폭시계, 아크릴계, 실리콘계, 우레탄계, 폴리아미드이미드계로 이루어진 그룹에서 선택되어진 접착제에 배합하여, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리비닐플루오라이드(PVF), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 에틸렌테트라플루오르에틸렌(ETFE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 에틸렌클로로트리플루오로에틸렌(ECTFE) 또는 무기화합물로 이루어진 그룹에서 선택된 기재층의 적어도 일면에 접착제층을 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
상기한 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양전지 모듈은;
다층 구조의 태양전지 백시트를 포함하는 태양전지 모듈에 있어서, 상기 백시트는 전기절연층, 배리어층 및 내후성필름층이 적층되어 다층 구조로 형성된 태양전지 백시트로, 상기 각 층의 하나 이상 및 상기 각 층을 접합하는 접착제층은 탄소 섬유를 포함하여 구성되며, 상기 각 층은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리비닐플루오라이드(PVF), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 에틸렌테트라플루오르에틸렌(ETFE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 에틸렌클로로트리플루오로에틸렌(ECTFE) 또는 무기화합물로 이루어진 그룹에서 선택된 층임을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 방열 특성이 우수한 태양전지 백시트는 탄소 섬유를 포함하는 접착제의 사용 및 최외부층에 탄소 섬유를 포함하는 폴리머 수지층을 형성함에 의해 제조기술상 문제점과 같은 종래의 문제점 없이 백시트의 방열특성을 우수하게 하여 태양전지 모듈의 온도 상승을 현저하게 억제할 수 있으므로, 결과적으로 태양전지 모듈 내 온도를 종래 대비 낮게 유지할 수 있는 태양전지 백시트 및 상기 백시트를 포함하는 태양전지의 제공이 가능하게 되었고, 이에 의해 반도체 소자의 온도 특성에 기인하는 발전효율을 향상할 수 있는 태양전지를 제공하여 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양전지 모듈의 단면을 나타내는 단면도이고,
도 2, 도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 태양전지 모듈의 단면을 각각 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시형태에 의해 첨부 도면을 참고로 보다 자세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 그 요지의 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다.
도 1, 도 2, 도 3 및 도 4는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 다양한 태양전지 모듈의 단면을 각각 나타내는 단면도이다.
도면에 도시한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 태양전지 백시트층(4)은 폴리프로필렌(PP)층(12), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)층(14) 사이에 탄소섬유를 포함한 접착제층(13)이 형성되고, 폴리프로필렌(PP)층(12) 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)층(14)의 외면에 탄소섬유를 포함하는 폴리머 수지를 적층 형성하여 사용되며, 본 발명에 따른 탄소섬유는 접착제 중 혹은 폴리머 수지 중에 일정비율 존재한다.
태양전지 백시트는 다층으로 구성되는 바, 폴리머 층간을 접착시키는 접착제층(13)에서의 열저항 감소와 탄소섬유의 뛰어난 열전도율에 의한 접착제층 및 폴리머 수지의 전열성 향상이 태양전지 백시트의 방열특성 향상의 유효한 수단이 될 수 있음을 이하에 구체적으로 설명한다.
먼저, 폴리머층 간을 접착시키는 접착제층에서의 열저항 감소에 대해 설명한다.
폴리머층과 접착제층 간의 접촉 계면에는 폴리머와 접착제가 밀착되지 않은 공극이 존재한다. 일반적으로 상기 공극부가 많이 발생할수록 계면 열저항이 커지며, 폴리머층의 표면요철에 접착제층을 최대한 밀착시킴으로서 상기 계면 열저항이 커지는 문제점을 해결할 수 있다.
접착제는 에폭시계, 아크릴계, 실리콘계, 우레탄계, 폴리아미드이미드계로 이루어진 그룹에서 선택할 수 있으며, 상기 접착제로 이루어진 접착제층을 저경도화하는 것으로 폴리머와 접착제가 밀착되지 않아서 발생하는 공극을 줄일 수 있다. 상기 접착제층은 연필경도 5B 내지 3H인 것이 좋다. 연필경도가 5B보다 낮을 경우, 접착제층 자체의 충분한 물리적 강도를 얻을 수 없다. 또한, 연필경도가 3H보다 높을 경우, 폴리머와 접착제간의 충분한 밀착을 얻을 수 없다. 접착제층을 저경도화 함과 동시에 접착제층 자체의 물리적 강도를 유지하는 측면에서 특히 4B 내지 1B인 것이 바람직하다.
또한, 폴리머층의 표면요철을 최적화함으로써 상기 공극부의 컨트롤을 통한 계면 열저항의 저감과 동시에 폴리머층과 접착제층 간의 충분한 물리적 결합력을 확보하는 것이 중요하다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서 사용한 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)는 표면 조도(Ra)가 0.001 내지 3㎛인 것이 바람직하다. 표면 조도(Ra)가 0.001㎛ 이하일 경우, 상기 공극부 발생을 억제할 수 있으나, 폴리머층과 접착제층 간의 충분한 물리적 결합력을 얻을 수 없게 된다. 반면, 표면 조도(Ra)가 3㎛ 이상일 경우에는 공극 발생으로 인한 계면 열저항으로 인해 백시트의 충분한 방열 특성을 얻을 수 없다.
다음으로, 탄소 섬유의 뛰어난 열전도율에 의한 접착제층 및 폴리머 수지의 전열성 향상에 대해 설명한다.
접착제층에 탄소 섬유를 전열성 필러로써 첨가함으로써 접착제층의 열전도율을 크게 향상시킬 수 있으며, 이로 인해 태양전지 백시트의 방열 특성을 향상시킬 수 있다.
일반적으로 에폭시계, 아크릴계, 실리콘계, 우레탄계, 폴리아미드이미드계 등의 접착제는 열전도율이 낮으며, 약 0.10~0.30 W/(m·K) 정도이다. 이와 같은 접착제에 열전도율이 탄소 섬유를 첨가함으로써 접착제에 전열성을 부여할 수 있다.
접착제 또는 폴리머 수지에 전열성 필러를 함유하였을 경우의 열전도율은, 일반적으로 알려진 Maxwell식 또는 Bruggeman식을 사용하여 산출할 수 있다. 열전도율 0.2 W/(m·K)의 우레탄계 접착제 속에, 열전도율 40 W/(m·K)의 탄소 섬유를 60Vf% 배합한 혼합물의 열전도율은, Maxwell 식에 따르면 약 1 W/(m·K)이다. 이는 탄소 섬유를 우레탄계 접착제에 배합함으로써, 우레탄계 접착제를 단독으로 사용하였을 경우와 비교해서 약 5배 높은 열전도율을 얻을 수 있는 것을 의미한다.
상기 접착제 중에서 탄소 섬유의 체적 충진율은 5 내지 80Vf%인 것이 바람직하다. 5% 이하일 경우, 접착제에 충분한 열전도성을 부여할 수 없다. 또한, 80Vf% 이상일 경우, 접착제에 탄소 섬유를 균일하게 분산시키는 것이 어려우며, 접착제층 내부에 접착제 역할을 하는 수지의 비율이 감소하게 되므로 폴리머층과 접착제층 간에 충분한 접착력을 얻을 수 없게 된다. 더욱 바람직하게는 탄소 섬유가 접착제 중에 최밀충진상태에 근접하여 높은 열전도율을 얻을 수 있는 것과 동시에, 접착제와 폴리머층 간에 충분한 접착력을 얻을 수 있는 30 내지 50Vf%로 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 상기 탄소 섬유는 중량평균 장축경이 0.1 내지 50㎛이고, 중량평균 단축경이 0.05 내지 5㎛인 것이 바람직한데, 만일, 상기 탄소 섬유의 중량평균 장축경 길이가 0.1 이하일 경우, 탄소섬유간 상호 인력이 지배적 요소가 되어 접착제 중에 탄소섬유를 균일하게 분산시키는 것이 어렵다. 또한, 50㎛ 이상일 경우, 접착제층의 후도가 두꺼워야 하므로 경제성 및 접착제층의 기계적 안정성이 떨어지게 되어 바람직하지 않게 된다. 더욱 바람직하게는, 탄소 섬유의 중량평균 장축경 길이가 0.5 내지 15㎛인 것을 사용하는 것이 좋다.
상기 본 발명에 따른 탄소 섬유의 형상, 중량평균 장축경, 중량평균 단축경은 전자현미경 사진으로 확인 가능하다. 적어도 500개 이상의 탄소 섬유를 무작위로 선정하여 장축경, 단축경을 측정하고, 하기 식에 대입함으로써 중량평균 장축경, 중량평균 단축경을 산출할 수 있다.
중량평균 장축경＝Σ(Ln·Ln·Dn2）／Σ(Ln·Dn2）
중량평균 단축경＝Σ(Dn·Ln·Dn2)／Σ(Ln·Dn2)
상기식 중에서, n은 계측한 탄소 섬유의 개수를 의미하고, Ln은 입자의 장축경, Dn은 입자의 단축경에 해당한다.
또한, 상기 탄소 섬유의 형태는 봉형, 바늘형, 방추형, 섬유상형의 것을 사용하는 것이 좋다. 탄소 섬유 자체의 형태를 봉형, 바늘형, 방추형, 섬유상형으로 했을 경우, 구상의 전열성 필러와 비교하여 동일한 양을 수지층에 배합했을 때 봉형, 바늘형, 방추형, 섬유상형의 탄소 섬유 쪽이 입자끼리 상호 접촉하기 용이해 진다. 따라서 같은 배합량이면 구상의 전열성 필러를 사용했을 경우보다 높은 전열성을 얻을 수 있다. 또한 소량의 배합량이어도 충분한 전열 네트워크를 형성할 수 있으므로 구상의 전열성 필러를 사용할 경우보다 적은 배합량으로 동등 이상의 전열 특성을 얻을 수 있다. 또한 봉형, 바늘형, 방추형, 섬유상형의 탄소 섬유를 사용함으로써 접착제 혹은 폴리머 수지 중에 차지하는 탄소 섬유의 배합량을 소량화할 수 있고, 탄소 섬유를 포함한 접착제 혹은 폴리머 수지 중에서 접착제 혹은 폴리머 수지의 비율이 많아짐으로써 충분한 전열성과 동시에 충분한 기계적, 화학적 층안정성을 확보할 수 있다.
상기 본 발명의 실시형태에 따라 준비된 탄소 섬유를 포함하는 접착제는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리비닐플루오라이드(PVF), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 에틸렌테트라플루오르에틸렌(ETFE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 에틸렌클로로트리플루오로에틸렌(ECTFE) 또는 무기화합물로 이루어진 그룹에서 선택된 기재층의 적어도 일면에 접착제층을 형성하는 단계를 포함하여 태양전지 백시트를 구성하게 되며, 이는 상기 전열성 필러를 포함하는 접착제를 스핀 코터, 그라비아 코터, 립 코터, 콤마 코터와 같은 이 기술분야에서 통상적으로 적용하는 방식으로 기재층의 적어도 일면에 도포하는 방법, 또는 상기 탄소 섬유를 포함하는 접착제를 통상의 방법을 사용하여 시트상으로 만들어 기재층의 적어도 일면에 접착하는 방법을 통하여 어려움 없이 행할 수 있을 것이다.
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의해 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 범위를 이들 실시예에 한정하기 위한 것이 아님은 물론이다.
실시예 1
드라이 라미네이트용 접착제(DIC사, 주제: TSB-710, 경화제: TSB-900)에 중량평균 장축경 길이가 5㎛인 봉형 형태의 탄소 섬유(Toray사, Torayca)를 체적충진율 50Vf%, 연필경도가 2B가 되도록 배합하였다. PET필름(Toray사, X10S)의 단면에 그라비아 코터를 이용해서 상기 접착제를 4㎛ 두께로 도포하고 PE필름(Toray advanced Film사, White Polyethylene)과 합지하여 PET/PE구조를 형성하였다. 그리고 PET필름 표면에, 자외선 흡수제, 광안정화제(HALS)가 아크릴폴리올 수지에 가교된 것을 특징으로 하는 코팅제((주)니폰 쇼쿠바이 가부시키가이샤사 BK1, 고형분 농도: 40mass%) 100질량부에 중량평균 장축경 길이가 5㎛인 봉형 형태의 탄소 섬유(Toray사, Torayca) 40질량부, 경화제(스미카 바이엘사 제 데스모듈 N3200, 고형분 농도: 100mass%) 5질량부 및 아세트산 에틸 140질량부를 칭량하고 15분간 교반함으로써 제조한 코팅층 도료를 그라비아 코터를 이용해서 4㎛ 두께로 도포하여 도막층을 형성하였다. 마지막으로 PE필름 표면에 중량평균 장축경 길이가 5㎛인 봉형 형태의 탄소 섬유(Toray사, Torayca)를 40Vf% 포함하는 EVA수지를 용융 압출하여 100㎛ 두께로 적층하였다.
실시예 2
PE필름 표면에 중량평균 장축경 길이가 5㎛인 봉형 형태의 탄소 섬유(Toray사, Torayca)를 40Vf% 포함하는 EVA수지를 용융 압출하여 적층하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 하여 태양전지 백시트를 제조하였다.
실시예 3
PET필름 표면에, 자외선 흡수제, 광안정화제(HALS)가 아크릴폴리올 수지에 가교된 것을 특징으로 하는 코팅제((주)니폰 쇼쿠바이 가부시키가이샤사 BK1, 고형분 농도: 40mass%) 100질량부에 중량평균 장축경 길이가 5㎛인 봉형 형태의 탄소 섬유(Toray사, Torayca) 40질량부, 경화제(스미카 바이엘사 제 데스모듈 N3200, 고형분 농도: 100mass%) 5질량부 및 아세트산 에틸 140질량부를 칭량하고 15분간 교한함으로써 제조한 코팅층 도료를 그라비아 코터를 이용해서 4㎛ 두께로 도포하여 도막층을 형성하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 하여 태양전지 백시트를 제조하였다.
실시예 4
PE필름 표면에 중량평균 장축경 길이가 5㎛인 봉형 형태의 탄소 섬유(Toray사, Torayca)를 40Vf% 포함하는 EVA수지를 용융압출하여 적층하는 것, 또한 PET필름 표면에, 자외선 흡수제, 광안정화제(HALS)가 아크릴폴리올 수지에 가교된 것을 특징으로 하는 코팅제((주)니폰 쇼쿠바이 가부시키가이샤사 BK1, 고형분 농도: 40mass%) 100질량부에 중량평균 장축경 길이가 5㎛인 봉형 형태의 탄소 섬유(Toray사, Torayca) 40질량부, 경화제(스미카 바이엘사 제 데스모듈 N3200, 고형분 농도: 100mass%) 5질량부 및 아세트산 에틸 140질량부를 칭량하고 15분간 교반함으로써 제조한 코팅층 도료를 그라비아 코터를 이용해서 4㎛ 두께로 도포하여 도막층을 형성하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 하여 태양전지 백시트를 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 1에서 일체 탄소 섬유를 배합하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 하여 태양전지 백시트를 제조하였다.
비교예 2
상기 실시예 2에서 일체 탄소 섬유를 배합하지 않은 것을 제외하고는 실시예 2와 같은 방법으로 하여 태양전지 백시트를 제조하였다.
비교예 3
상기 실시예 3에서 일체 탄소 섬유를 배합하지 않은 것을 제외하고는 실시예 3과 같은 방법으로 하여 태양전지 백시트를 제조하였다.
비교예 4
상기 실시예 4에서 일체 탄소 섬유를 배합하지 않은 것을 제외하고는 실시예 4와 같은 방법으로 하여 태양전지 백시트를 제조하였다.
실험예 1
상기 각 실시예 및 비교예에서 제조된 태양전지 백시트의 기계적 안정성을 알아보기 위해 PET-PE간 층간 접착력(T-Peel Strength, ASTM D1876)을 측정하여 표 1에 나타내었다.
구분 박리강도
[N/50mm]
실시예 1 29
실시예 2 29
실시예 3 30
실시예 4 28
비교예 1 35
비교예 2 37
비교예 3 38
비교예 4 36
상기 표 1에 나타난 결과로부터 탄소 섬유를 체적충진율이 50Vf%가 되도록 배합하였을 경우에도 백시트로서 사용함에 전혀 문제가 없는 20N/50mm 이상의 우수한 수준의 기계적 특성이 유지됨을 확인할 수 있다.
실험예 2
상기 각 실시예 및 비교예에서 제조된 태양전지 백시트의 방열 특성을 알아보기 위해 동일한 조건하에 상기 백시트를 사용한 결정형 Si타입의 태양전지 모듈을 제작하였다. 각각의 태양전지 모듈을 할로겐 램프 광원에서 동일한 거리만큼 떨어뜨리고, 태양전지 모듈의 표면 글래스가 광원을 마주보도록 설치하고, 일정시간 방치해서 열평형 상태에 이르게 하였다.
그리고, 백시트 방향에서 적외선 온도계(M74KE-574F, Shirotec사)를 이용해서 열평형 온도를 측정한 결과를 표 2에 나타내었다.
구분 열평형 온도
[℃]
실시예 1 51.2
실시예 2 53.5
실시예 3 52.7
실시예 4 54.1
비교예 1 55.6
비교예 2 57.7
비교예 3 56.3
비교예 4 58.5
상기 표 2에 나타난 결과로부터 접착제에 전열성 필러를 배합함으로써, 태양전지 모듈의 열평형 온도를 약 4℃ 낮출 수 있었으며, 본 발명의 태양전지 백시트가 우수한 방열 특성을 가지고 있는 것이 증명되었고, 태양전지 모듈의 백시트로써 유용하게 사용될 수 있음을 알 수 있다.
1 : 프론트 글래스
2 : 에틸렌비닐아세테이트 공중합체(EVA)층
3 : 태양전지 셀
4, 5, 6, 7 : 태양전지 백시트
11 : 폴리머 수지층
12 : 폴리에틸렌(PE)층
13 : 접착제층
14 : 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)층
15 : 폴리머 수지층
16 : 탄소섬유

Claims (10)

  1. 전기절연층, 배리어층 및 내후성필름층이 적층되어 다층 구조로 형성된 태양전지 백시트에 있어서, 상기 각 층의 하나 이상 및 상기 각 층을 접합하는 접착제층은 탄소 섬유를 포함하여 구성되며, 상기 각 층은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리비닐플루오라이드(PVF), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 에틸렌테트라플루오르에틸렌(ETFE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 에틸렌클로로트리플루오로에틸렌(ECTFE) 또는 무기화합물로 이루어진 그룹에서 선택된 층임을 특징으로 하는 방열특성이 우수한 태양전지 백시트.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 다층 구조의 최외부측의 단면 또는 양면에는 추가로 탄소 섬유를 포함하는 폴리머 수지층을 적층하여 형성된 것임을 특징으로 하는 방열특성이 우수한 태양전지 백시트.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 탄소 섬유를 포함하는 폴리머 수지층은 경화형 바인더수지, 경화제 및 용매로 이루어진 도료를 전사하는 방법, 탄소 섬유를 포함하는 폴리머 수지를 필름상으로 형성하여 적층하는 방법 또는 탄소 섬유를 포함하는 폴리머 수지를 용융 압출하여 형성하는 방법 중 선택된 한가지 방법에 의해 형성된 것임을 특징으로 하는 방열특성이 우수한 태양전지 백시트.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 접착제층을 구성하는 접착제는 에폭시계, 아크릴계, 실리콘계, 우레탄계, 폴리아미드이미드계로 이루어진 그룹에서 선택되어지되, 상기 접착제의 연필경도가 5B 내지 3H인 것을 특징으로 하는 방열특성이 우수한 태양전지 백시트.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 탄소 섬유는 중량평균 장축경이 0.1 내지 50㎛이고, 중량평균 단축경이 0.05 내지 5㎛인 것을 특징으로 하되, 질량비로 90% 이상이 탄소로 구성된 것임을 특징으로 하는 방열특성이 우수한 태양전지 백시트.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 탄소 섬유의 형태는 봉형, 바늘형, 방추형, 또는 섬유상형임을 특징으로 하는 방열특성이 우수한 태양전지 백시트.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 탄소 섬유의 체적충진율은 5 내지 80Vf%인 것을 특징으로 하는 방열특성이 우수한 태양전지 백시트.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)는 표면 조도(Ra)가 0.001 내지 3㎛인 것임을 특징으로 하는 방열특성이 우수한 태양전지 백시트.
  9. 탄소 섬유를 에폭시계, 아크릴계, 실리콘계, 우레탄계, 폴리아미드이미드계로 이루어진 그룹에서 선택되어진 접착제에 배합하여, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리비닐플루오라이드(PVF), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 에틸렌테트라플루오르에틸렌(ETFE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 에틸렌클로로트리플루오로에틸렌(ECTFE) 또는 무기화합물로 이루어진 그룹에서 선택된 기재층의 적어도 일면에 접착제층을 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방열특성이 우수한 태양전지 백시트의 제조방법.
  10. 청구항 1 내지 8중의 어느 한 항에 따른 방열특성이 우수한 태양전지 백시트를 포함함을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
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