KR20130067389A - 발전효율이 향상된 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 발전효율이 향상된 태양전지용 봉지재 시트의 제조방법은 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 공중합체에 가교제, 가교조제, 실란커플링제를 첨가하여 태양전지용 봉지재 시트를 제조하는 방법에 있어서, 상기 방법은 EVA 공중합체 100 중량부에 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 첨가하며, T-다이 및 칼렌더 공법을 통하여 1차 시트를 제조한 후 그라비아 코터, 플렉소 코터, 콤마 코터, 립 코터, 스핀 코터를 사용하여, 용제에 분산된 ZnS:Cu, ZnS:Ag, ZnS:Mn, ZnS:Pb, Y2O2:Eu, Y2O3:Eu로 구성된 군 중에서 선택된 이상의 형광 및 인광 안료 안료를 인라인 코팅한 후 열처리를 통해 용제를 건조시켜 제조하는 공정으로 구성됨을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 발전효율이 향상된 태양전지용 봉지재 시트 및 그 제조방법은 특정한 공정에 의하여 형광 혹은 인광 안료의 코팅을 제공함을 통하여 제조된 봉지재 시트는 균일한 분산성과 적은 양의 형광 혹은 인광 안료의 사용으로도 향상된 발전효율을 제공하는 경제적인 방법으로 상기한 종래의 문제점을 간단히 해결하였다.
상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 발전효율이 향상된 태양전지용 봉지재 시트 및 그 제조방법은 특정한 공정에 의하여 형광 혹은 인광 안료의 코팅을 제공함을 통하여 제조된 봉지재 시트는 균일한 분산성과 적은 양의 형광 혹은 인광 안료의 사용으로도 향상된 발전효율을 제공하는 경제적인 방법으로 상기한 종래의 문제점을 간단히 해결하였다.
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 봉지재로 사용되는 에틸렌비닐아세테이트 공중합체(EVA)와 각종 첨가제를 먼저 혼합하여 시트를 제조한 후, 한 면에 형광 혹은 인광 안료를 코팅하여 제조한 태양전지용 봉지재로서 균일한 분산성을 확보하고 적은 양의 사용만으로도 발전효율을 향상시키는 태양전지용 봉지재 시트 및 그 제조방법에 관한 것이다.
고갈되어 가는 에너지를 대체하고 환경문제를 극복하기 위해 각종 신재생 에너지들이 주목받고 있는데, 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 태양전지셀은 광전효과를 이용하여 태양광을 전기에너지로 변환시켜 주는 반도체 소자이다. 그런데, 태양전지는 그 특성상 항상 가혹한 자연환경에 노출되어 있으므로 태양전지셀만으로는 자연환경의 비, 눈, 고온, 저온, 외부 충격 등으로부터 보호될 수 없으며, 따라서 이를 보호하기 위해 모듈화 과정을 거친다.
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/태양전지셀/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 이루어지는데, 이러한 봉지재 시트에 대해서는, 예를 들어 대한민국 등록특허 제10-0928441호는 앞에서 기술한 바와 같이 EVA 공중합체에 유기과산화물과 가교조력제, 자외선 흡수제, 산화방지제와 함께 접착성을 위하여 실란화합물과 같은 접착보조제를 첨가하여 형성된 봉지재 시트를 개시하고 있으며, 태양광 발전효율을 조금이라도 높이기 위한 것으로 대한민국 특허공개공보 제2010-0138562호 및 제2009-0090765호 등에서는 봉지재에 광전환 물질을 첨가하여 변환 효율이 낮은 빛을 변환 효율이 높은 빛으로 전환하거나 광확산 물질을 첨가하여 난반사를 일으켜 입사광의 체류거리를 연장시키는 등 효율을 높이기 위한 방안들을 제시하고 있으나, 상기 제안된 방법에 따라 해당 입자들이 봉지재에 첨가되었을 경우 유리판 혹은 후면 보호 필름과의 접착력이 저하되며, 또한 시트 제조비용이 상승되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 기술적인 문제점을 감안하여 제안되는 것으로, 본 발명의 주요 목적은 상기의 태양전지용 봉지재 시트의 제조에 있어, 기존의 접착력을 유지하면서도 발전효율이 향상되고, 또한 적은 양의 사용만으로도 시트 내의 균일한 분산성을 확보하고 경제성을 확보할 수 있는 태양전지용 봉지재 시트를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기한 우수한 특성을 가지는 태양전지용 봉지재 시트를 보다 용이하게 제조할 수 있는 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 본 발명의 목적은 태양전지용 EVA 봉지재 시트에 형광 혹은 인광 안료를 일정하게 함유되도록 하므로서 달성될 수 있었다. 이와 같이 본 발명에 따라 부가된 형광 혹은 인광 안료는 발전효율이 낮은 자외선을 흡수하여 발전효율이 높은 가시광선의 형태로 발산하여 태양광 발전효율을 향상시킬 수 있다. 그러나, 이러한 물질을 단순하게 첨가하면 시트를 제조시 유리판이나 후면 보호 필름에 대한 접착력이 저하되어 내구성에 문제가 발생하며, 시트 전체에 첨가하므로 경제성에서도 바람직하지 못하다. 이에 본 발명자 등은 봉지재 시트의 제조 시에 봉지재 수지와 기타 다른 첨가제, 예를 들면 가교제, 가교조제 실란커플링제, 자외선흡수제, 광안정제 등은 미리 혼합하여 압출하여 시트를 제조하고 제조된 시트의 일면에는 형광 혹은 인광 안료를 코팅하여 완전한 봉지재 시트를 제조하는 것으로 적은 양의 사용으로도 시트 내의 균일한 분산성을 확보하고 유리판 및 후면 보호 필름과 접촉하지 않아 접착력을 저하시키지 않으면서 발전효율을 향상시킬 수 있음을 밝혀내어 본 발명을 완성하게 되었다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 발전효율이 향상된 태양전지용 봉지재 시트는;
에틸렌비닐아세테이트(EVA) 공중합체 100 중량부에, ZnS:Cu, ZnS:Ag, ZnS:Mn, ZnS:Pb, Y2O2:Eu, Y2O3:Eu로 구성된 군 중에서 선택된 이상의 형광 및 인광 안료가 0.01 내지 2.0중량부 함유된 것임을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 구성에 따르면, 상기 EVA 공중합체는 비닐 아세테이트 함유량이 26 내지 33%인 것을 특징으로 한다.
상기한 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 발전효율이 향상된 태양전지용 봉지재 시트의 제조방법은;
에틸렌비닐아세테이트(EVA) 공중합체에 가교제, 가교조제, 실란커플링제를 첨가하여 태양전지용 봉지재 시트를 제조하는 방법에 있어서, 상기 방법은 EVA 공중합체 100 중량부에 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 첨가하며, T-다이 및 칼렌더 공법을 통하여 1차 시트를 제조한 후 그라비아 코터, 플렉소 코터, 콤마 코터, 립 코터, 스핀 코터를 사용하여, 용제에 분산된 ZnS:Cu, ZnS:Ag, ZnS:Mn, ZnS:Pb, Y2O2:Eu, Y2O3:Eu로 구성된 군 중에서 선택된 이상의 형광 및 인광 안료 안료를 인라인 코팅한 후 열처리를 통해 용제를 건조시켜 제조하는 공정으로 구성됨을 특징으로 한다.
상기한 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 발전효율이 향상된 태양전지용 봉지재 시트를 사용한 태영전지 모듈은;
상기한 본 발명의 발전효율이 향상된 태양전지용 봉지재 시트를 사용하여 모듈을 제조시, 표면 유리, 봉지재 시트, 태양전지 셀, 봉지재 시트, 후면 보호 필름의 적층 순서에 따라 적층 후 모듈을 제조함에 있어서, 표면 유리 쪽의 봉지재 시트는 안료를 코팅하지 아니한 봉지재를 사용하며, 후면 보호 필름 쪽의 봉지재 시트만이 안료가 코팅된 봉지재 시트를 사용하되, 안료가 코팅된 면이 태양전지 셀과 접촉하도록 적층하여 구성된 것임을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 발전효율이 향상된 태양전지용 봉지재 시트 및 그 제조방법은 특정한 공정에 의하여 형광 혹은 인광 안료의 코팅을 제공함을 통하여 제조된 봉지재 시트는 균일한 분산성과 적은 양의 형광 혹은 인광 안료의 사용으로도 향상된 발전효율을 제공하는 경제적인 방법으로 상기한 종래의 문제점을 간단히 해결하였다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시형태에 의하여 더욱 자세하게 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 태양전지용 봉지재 시트는 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 공중합체 100 중량부에 ZnS:Cu, ZnS:Ag, ZnS:Mn, ZnS:Pb, Y2O2:Eu, Y2O3:Eu로 구성된 군 중에서 선택된 이상의 형광 및 인광 안료가 0.01 내지 2.0중량부 함유된 것이며, 상기 EVA는 비닐 아세테이트 함량이 25 내지 35%인 것이 바람직하다.
본 발명의 봉지재 시트에는 필요에 의해 가교제, 가교조력제, 접착보조제, 자외선흡수제, 광안정제, 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.
또한, 본 발명에서는 EVA 수지의 겔 분율을 향상시키고, 내구성을 향상시키기 위하여 EVA 수지에 가교조력제를 첨가할 수 있다. 이 목적으로 제공되는 가교 조력제로서는, 트리-알릴 이소시아뉴레이트 및 트리-알릴 이소시아네이트 등의 3 관능기를 가지는 가교조력제를 예로 들 수 있다. 이러한 가교조력제의 배합량은 EVA 공중합체수지 100 중량부에 대하여 5 중량부 이하로 사용하고, 바람직하게는 0.01 내지 1.0 중량부로 사용할 수 있다.
본 발명의 봉지재 시트는 전기와 같이 EVA 공중합체와 각종 첨가제를 배합하여 T-다이 압출 방식 혹은 칼렌더 방식을 이용하여 200 내지 800μm 두께로 가공해 제조한다.
상기 제조한 시트에 그라비아 코터, 플렉소 코터, 콤마 코터, 립 코터, 스핀 코터를 사용하여 폴리아크릴 알코올과 같은 투명성 수지를 이용하여 용제에 분산된 형광 혹은 인광 안료를 코팅한 후 50 내지 100℃의 드라이어를 통과시켜 용제를 건조시킨다. 이때 안료가 코팅되는 양은 0.01 내지 2.00 중량부가 바람직하다. 만일 0.01 중량부 이하일 경우에는 광 변환 효율의 상승효과가 미미하며, 2.00 중량부를 초과할 시에는 제조비용이 상승하여 경제성이 떨어진다. 상기 형광 또는 인광 안료로는 화학식 ZnS:Cu, ZnS:Ag, ZnS:Mn, ZnS:Pb, Y2O2:Eu, Y2O3:Eu로 표시되는 군 중에서 선택된 하나 이상의 것으로 표시되는 것을 사용할 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. 단, 이때 안료가 코팅된 봉지재 시트는 후면 보호 필름 쪽의 봉지재 시트이며, 표면 유리쪽의 봉지재 시트는 안료를 코팅하지 아니한 봉지재 시트를 사용한다. 이것은 표면 유리쪽의 시트에도 안료가 코팅된 시트를 사용할 시, 안료에 의해 셀까지 도달하는 광 투과율이 떨어지기 때문이다. 또한, 안료가 코팅된 시트를 적층할 시에는 안료가 코팅된 쪽이 태양전지 셀과 접촉하는 면이 되도록 적층한다. 이것은 안료가 태양전지 셀 쪽이 아닌 후면 보호 필름과 접촉할 시에는 후면 보호 필름과 봉지재 시트와의 접착력을 떨어뜨려 장기내구성을 악화시키기 때문이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나 본 발명의 실시예는 본 발명을 이해하기 위하여 제공되는 것으로서 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
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 중량부를 배합하여, 직경 104mm 트윈 압출기로 110℃ 미만의 온도로 압출하여 두께 500μm의 시트를 제조한 후, 폴리아크릴 알코올 형태의 수지를 이용하여 MEK와 EA가 1:1로 혼합된 용제에 분산된 형광 안료 ZnS:Cu가 0.1 중량부가 코팅되도록 그라비아 코터로 인라인 코팅 후 80℃의 온도에서 30초간 건조하여 시트를 제작하였다.
실시예 2
형광 안료로 ZnS:Ag를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 같이 하여 시트를 제조하였다.
실시예 3
형광 안료로 Y2O3:Eu를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 같이 하여 시트를 제조하였다.
실시예 4
형광 안료를 0.3 중량부를 코팅한 것을 제외하고는 실시예 1과 같이 하여 시트를 제조하였다.
비교예 1
형광 안료를 코팅하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 같이 하여 시트를 제조하였다.
비교예 2
형광 안료 1.0 중량부를 코팅과정이 아닌 최초 시트 제작시 배합하여 제작하는 것을 제외하고는 실시예 1과 같이 하여 시트를 제조하였다.
실험예 1
<접합>
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 2로 제조된 시트를 이용하여 제조된 다결정 실리콘 태양 전지의 에너지 변환 효율을 측정하였으며 하기와 같은 방법으로 계산하여 이를 다음 표 1에 나타내었다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 비교예 1 | 비교예 2 | |
| 에너지 변환 효율 | 15.13% | 15.57% | 16.35% | 18.73% | 13.31% | 15.73% |
*에너지 변환 효율(%) = Pout / Pin X 100 = ( Imax X Vmax / Pin ) X 100
(여기서, Pout : 출력 Power, Pin : 입력 Power, Imax : 출력 최대 전류, Vmax : 출력 최대 전압)
상기 실험의 태양 전지의 효율 측정은 100W의 제논 램프(xenon lamp)로 구성된 인조 태양광 조사 조건 하에서 솔라 시뮬레이션 시스템(solar simulation system; Thermo Oriel Instrument, USA)을 이용하여 구성하였다.
실험결과에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 4에서는 비교예 1에 비하여 에너지 변환 효율이 월등히 향상되었음을 알 수 있다. 이것은 형광 혹은 인광 안료를 사용하여 EVA 시트를 제조할 시, 그것을 사용하지 않고 EVA 시트를 제조할 때보다 에너지 변환 효율이 향상되는 효과가 있음을 보여주는 결과이다. 실시예 1과 실시예 4의 경우는 형광 안료의 양을 증가하여 EVA 시트를 제조할 시에 에너지 변환 효율의 향상 효과도 증가함을 보여주는 결과이다. 실시예 3과 비교예 2에서 보면 안료 0.3 중량부를 사용한 실시예 3이 안료 1.0 중량부를 사용한 비교예 2보다 에너지 변환 효율이 우수한데 이는 본 발명의 구성에 따라 적은 양으로도 우수한 에너지 변환 효율의 상승 효과가 있음을 보여주는 결과이다.
이와 같은 실험 결과들에서 본 발명의 구성에 따른 봉지재 시트에 의해 에너지 변환 효율이 월등히 향상된 EVA 시트가 제공되며, 기존의 시트 전체에 안료를 첨가하여 제작한 EVA 시트보다 안료의 첨가량을 줄임으로써 경제적인 봉시재 시트의 제조가 가능함을 알 수 있다.
Claims (4)
- 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 공중합체 100 중량부에, ZnS:Cu, ZnS:Ag, ZnS:Mn, ZnS:Pb, Y2O2:Eu, Y2O3:Eu로 구성된 군 중에서 선택된 이상의 형광 및 인광 안료가 0.01 내지 2.0중량부 함유된 것임을 특징으로 하는 발전효율이 향상된 태양전지용 봉지재 시트.
- 제 1항에 있어서, 상기 EVA 공중합체는 비닐 아세테이트 함유량이 26 내지 33%인 것을 특징으로 하는 발전효율이 향상된 태양전지용 봉지재 시트.
- 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 공중합체에 가교제, 가교조제, 실란커플링제를 첨가하여 태양전지용 봉지재 시트를 제조하는 방법에 있어서,
상기 방법은 EVA 공중합체 100 중량부에 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 첨가하며, T-다이 및 칼렌더 공법을 통하여 1차 시트를 제조한 후 그라비아 코터, 플렉소 코터, 콤마 코터, 립 코터, 스핀 코터를 사용하여, 용제에 분산된 ZnS:Cu, ZnS:Ag, ZnS:Mn, ZnS:Pb, Y2O2:Eu, Y2O3:Eu로 구성된 군 중에서 선택된 이상의 형광 및 인광 안료 안료를 인라인 코팅한 후 열처리를 통해 용제를 건조시켜 제조하는 공정으로 구성됨을 특징으로 하는 발전효율이 향상된 태양전지용 봉지재 시트의 제조방법.
- 봉지재 시트를 사용하여 모듈을 제조시, 표면 유리, 봉지재 시트, 태양전지 셀, 봉지재 시트, 후면 보호 필름의 적층 순서에 따라 적층 후 모듈을 제조함에 있어서, 표면 유리 쪽의 봉지재 시트는 안료를 코팅하지 아니한 봉지재를 사용하며, 후면 보호 필름 쪽의 봉지재 시트만이 안료가 코팅된 청구항 1 또는 2중의 어느 한 항에 따른 봉지재 시트를 사용하되, 안료가 코팅된 면이 태양전지 셀과 접촉하도록 적층하여 구성된 것임을 특징으로 발전효율이 향상된 태양전지용 봉지재 시트를 사용한 태영전지 모듈.
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|---|---|---|---|---|
| CN105482019A (zh) * | 2015-12-29 | 2016-04-13 | 江苏丽王科技股份有限公司 | 一种耐高温无甲醛荧光颜料乳液及其制备方法 |
| CN106715571A (zh) * | 2014-09-30 | 2017-05-24 | 三井化学东赛璐株式会社 | 密封片、太阳能电池模块以及密封片的制造方法 |
| EP3341436A4 (en) * | 2015-08-26 | 2019-03-20 | Celanese EVA Performance Polymers Corporation | POLYMER COMPOSITION FOR PREPARING A MELT EXTRUDED FILM AND COMPOSITES THEREOF |
| CN113717559A (zh) * | 2021-08-27 | 2021-11-30 | 浙江福斯特新材料研究院有限公司 | 水性涂料、胶膜及其在电池组件中的应用 |
-
2011
- 2011-12-14 KR KR1020110134339A patent/KR20130067389A/ko not_active Application Discontinuation
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