KR20130070889A - 마스터 배치 방법을 이용한 태양전지용 봉지재 시트의 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 시트를 마스터 배치(master batch)방법을 이용하여 제조하는 방법에 관한 것으로, 상기한 본 발명의 마스터 배치 방법을 이용한 태양전지용 봉지재 시트의 제조방법은, 태양전지 봉지재용 시트의 제작에 필요한 가교제, 가교조제, 실란커플링제, UV흡수제, 광 안정제를 모두 포함하는 고농축 EVA 마스터 배치 칩을 제조하여 시트를 제조하는 방법으로, 상기 마스터 배치 칩을 제조하는 방법은 a) 순수 EVA 수지 85 내지 99중량부와 미세 분말 첨가제 0.5 내지 15중량부 및 액상 첨가제 0.5 내지 15중량부를 혼합하여 혼합물을 준비하는 단계; b) 상기의 순수 EVA 수지와 각종 첨가제의 혼합물을 저온에서 용융/압출시키는 단계; 및 c) 압출된 혼합 EVA를 25 내지 30℃로 냉각하고 절단하여 펠렛타이져(pelletizer) 형상의 칩으로 제조하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 마스터 배치 방법을 이용한 태양전지용 봉지재 시트의 제조방법은 기초단계에서부터 각종 첨가제를 첨가하여 제조된 마스터 배치를 이용하므로 태양전지 시트로서 우수한 점착성, 외부안정성 등 기초 물성을 갖게 하고, 봉지재 시트 내의 각종 첨가제들이 불균일하게 혼합되는 것을 방지하여 상기에 설명한 우수한 물성이 봉지재 시트 내에 고르게 나타나는 효과를 가질 수 있으며, 또한 마스터 배치 칩의 사용으로 봉지재 시트의 공정상에서 발생할 수 있는 미세 분말 첨가제의 투입구 엉김 현상과 압출기 내부에서 액체 첨가제들의 반응과 같은 문제점으로 공정 전체를 세우게 되는 문제점들을 해결하는 효과를 제공한다.
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Description
본 발명은 태양광 발전을 위한 태양전지 모듈을 제작할 때 태양전지 셀의 보호 및 봉지를 위해 사용되는 태양전지용 봉지재 시트를 마스터 배치(master batch)방법을 이용하여 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 각종 기능성 부여를 위한 첨가제와 에틸렌비닐아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate; EVA), PVB(Polyvinyl butyral) 등의 수지를 섞어 태양전지용 봉지재 시트로 제조할 때에 각종 기능성 첨가제들을 효율적으로 혼합(compounding)하여 주기 위하여 마스터 배치 방법을 이용하여 태양전지용 봉지재 시트를 제조하는 방법에 관한 것이다.
종래의 에너지원은 그 사용량에 있어 한계가 존재하고, 이산화 탄소 및 각종 유해가스를 발생시켜 환경문제를 야기하는 문제점이 있다. 최근 들어 이러한 에너지 자원의 고갈 위기 극복 및 지구온난화 등의 환경 문제를 극복하기 위해 각종 신 재생 에너지들이 주목받고 있으며, 이러한 에너지원 중 태양 에너지를 이용하여 직접 전기로 바꾸는 태양전지는 무공해, 무소음, 무한 공급 에너지라는 이유로, 급격한 성장세를 보이고 있다. 이러한 태양전지의 예로서 결정 및 비결정질 반도체를 사용한 태양전지를 들 수 있다.
이러한 태양전지에 있어서 태양전지모듈은 광전효과를 이용하여 빛 에너지를 전기에너지로 변환시키는 반도체 소자로서, 태양전지의 이용에 있어 핵심적인 소재인데, 일반적으로 이러한 태양전지 셀은 그 자체만으로는 사용할 수 없으며, 외부의 충격 및 오염으로부터 보호하기 위하여 모듈화 과정을 거친다. 일반적으로 태양전지 모듈의 경우 표면 측 유리기판과 이면 측 보호 부재인 후면 보호 필름 사이에 봉지재 시트 2매가 태양전지 셀을 감싸고 있는 구성으로 이루어져 있다. 이와 같은 태양전지 모듈은 유리기판, 봉지재 시트, 태양전지 셀, 봉지재 시트, 후면 보호 필름을 순서대로 적층하고, 가열ㆍ가압에 의해 봉지재 시트가 완전히 용융되어 고분자의 충분한 이동성이 확보된 상태에서 상하 방향에서 가압 및 탈기 공정을 거쳐 제조된다.
일반적으로 태양전지 모듈용 봉지재 시트로는 각종 요구 조건을 만족시키기 위해서 첨가제와 고분자를 배합한 후 제조된 시트로 이루어지는데, 이러한 태양전지용 봉지재 시트에 대해서는, 예를 들어 대한민국 등록특허 제0928411호는 앞에서 기술한 바와 같이 EVA 공중합체에 유기과산화물과 가교조제, 자외선 흡수제, 산화방지제와 함께 접착성을 위하여 실란 화합물과 같은 접착보조제를 첨가하여 형성된 봉지재 시트를 개시하고 있다.
하지만, 상기한 특허발명은 태양전지 모듈용 봉지재를 사용하는데 있어, 태양전지 모듈제작에 몇몇 문제를 일으키고 있어 이에 대한 개선이 요구되고 있는데, 구체적으로는 각 기능성 첨가제들을 EVA 공중합체와 혼합하여 봉지재용 EVA 시트를 제작할 시에 저 용융점을 갖는 각종 첨가제들의 사용으로 인한 투입구의 막힘 현상과, 혼합(mixing)에서 불 균일 혼합물 생성에 따른 품질의 저하 및 별도의 투입구(feeder) 사용에 따른 다양한 문제(trouble)가 발생한다. 따라서 EVA 시트의 제조 과정에서 첨가제의 균일 혼합과, 저 용융점을 갖는 첨가제들의 혼합 시 발생하는 문제를 해결하는 방법이 요구되고 있는 실정이다.
이에 본 발명자 등은 상기한 바와 같은 태양전지용 EVA 봉지재의 제작 시 각종 첨가제의 불 균일 혼합, 고온 압출 시 발생할 수 있는 첨가제들의 엉김(coagulation) 등과 같은 태양전지용 봉지재의 제조 시에 발생할 수 있는 문제점 해결을 위해 예의 분석하여 연구한 결과 상기한 종래의 문제점을 마스터 배치(master batch) 방법을 사용하므로 해결할 수 있음에 착안하여 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 실정을 감안하여 된 것으로, 본 발명의 제일 목적은 태양전지용 봉지재 시트의 제조 시 각종 첨가제의 불균일한 혼합과 고온 압출 시 발생할 수 있는 첨가제들의 엉김과 같은 종래의 태양전지용 봉지재의 제조 시에 발생하는 각종 문제점을 해결한 태양전지용 봉지재 시트의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기한 바와 같은 제조방법을 이용하므로 그 물리 화학적 특성이 우수하게 되는 태양전지용 봉지재 시트를 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 미세 분말화된 첨가제 또는 액체 첨가제를 EVA 수지와 혼합하여 마스터배치 칩(chip)을 제작하고, 제작된 마스터배치 칩을 다시 순수 EVA 수지와 혼합, 용융, 토출, 시트의 제작 과정을 거쳐 기존의 EVA 수지의 물성은 유지하고, 제작된 봉지재 시트 내의 각종 첨가제들이 불균일하게 혼합되는 것을 방지하고 봉지재 시트가 태양전지 시트로서 우수한 점착성, 외부안정성 등 기초 물성을 갖게 됨을 밝혀내어 달성되었다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마스터 배치 방법을 이용한 태양전지용 봉지재 시트의 제조방법은;
태양전지 봉지재용 시트의 제작에 필요한 가교제, 가교조제, 실란커플링제, UV흡수제, 광 안정제를 모두 포함하는 고농축 EVA 마스터 배치 칩을 제조하여 시트를 제조하는 방법으로, 상기 마스터 배치 칩을 제조하는 방법은;
a) 순수 EVA 수지 85 내지 99중량부와 미세 분말 첨가제 0.5 내지 15중량부 및 액상 첨가제 0.5 내지 15중량부를 혼합하여 혼합물을 준비하는 단계;
b) 상기의 순수 EVA 수지와 각종 첨가제의 혼합물을 저온에서 용융/압출시키는 단계; 및
c) 압출된 혼합 EVA를 25 내지 30℃로 냉각하고 절단하여 펠렛타이져(pelletizer) 형상의 칩으로 제조하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 구성에 따르면, 상기 제조된 마스터 배치 칩으로부터 시트를 제조하는 방법은;
d) 순수 EVA 80 내지 95중량부와 상기에서 제조한 마스터 배치 칩 5 내지 20중량부를 혼합하여 압출기에 투입하는 단계; 및
e) 상기에서 혼합한 혼합물을 80 내지 120℃의 온도에서 용융하여, T-다이(die) 방식으로 토출하여 시트로 제조하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기의 단계에서 첨가제의 혼합은 압출기에 투입되기 전, 적어도 하나 이상의 첨가제를 더 혼합할 수 있으며, 압출기의 투입과정에서도 2차 혼합이 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 용융/압출 과정에서 용융 온도가 높아 미세 분말 첨가제, 또는 액체 첨가제로 인하여 압출기 내부의 문제가 발생하지 않게 하기 위하여 용융/압출 온도를 100℃ 미만의 저온으로 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 과정에서 압출기 전단부를 50℃ 미만으로 냉각해 주어 투입구에서 미세 분말 첨가제가 녹아 발생할 수 있는 투입구 막힘 현상을 예방할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 제조된 EVA 마스터 배치 칩을 절단한 펠렛타이져(pelletizer) 형상의 크기는 2 내지 3mm의 크기로 함을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 사용된 순수 EVA 수지는 비닐아세테이트(VA)의 함량이 25 내지 35중량%인 EVA 수지임을 특징으로 한다.
상기한 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마스터 배치 방법을 이용한 태양전지용 봉지재 시트는;
태양전지 봉지재용 시트의 제작에 필요한 가교제, 가교조제, 실란커플링제, UV흡수제, 광 안정제를 모두 포함하는 고농축 EVA 마스터 배치 칩을 다음의 단계를 통하여 제조하고, 이 고농축 EVA 마스터 배치 칩으로부터 제조된 것임을 특징으로 한다;
a) 순수 EVA 수지 85 내지 99중량부와 미세 분말 첨가제 0.5 내지 15중량부 및 액상 첨가제 0.5 내지 15중량부를 혼합하여 혼합물을 준비하는 단계;
b) 상기의 순수 EVA 수지와 각종 첨가제의 혼합물을 저온에서 용융/압출시키는 단계; 및
c) 압출된 혼합 EVA를 25 내지 30℃로 냉각하고 절단하여 펠렛타이져(pelletizer) 형상의 칩으로 제조하는 단계.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 마스터 배치 방법을 이용한 태양전지용 봉지재 시트의 제조방법은 기초단계에서부터 각종 첨가제를 첨가하여 제조된 마스터 배치를 이용하므로 태양전지 시트로서 우수한 점착성, 외부안정성 등 기초 물성을 갖게 하고, 봉지재 시트 내의 각종 첨가제들이 불균일하게 혼합되는 것을 방지하여 상기에 설명한 우수한 물성이 봉지재 시트 내에 고르게 나타나는 효과를 가질 수 있으며, 또한 마스터 배치 칩의 사용으로 봉지재 시트의 공정상에서 발생할 수 있는 미세 분말 첨가제의 투입구 엉김 현상과 압출기 내부에서 액체 첨가제들의 반응과 같은 문제점으로 공정 전체를 세우게 되는 문제점들을 해결하는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 마스터 배치 칩 제조에 사용되는 공정의 흐름도이고,
도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 따라 도 1에서 제조한 마스터 배치 칩과 순수 EVA 수지를 혼합/압출하여 태양전지용 봉지재 시트를 제조하는 공정 도시하는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 따라 도 1에서 제조한 마스터 배치 칩과 순수 EVA 수지를 혼합/압출하여 태양전지용 봉지재 시트를 제조하는 공정 도시하는 흐름도이다.
이하, 본 발명을 첨부도면을 참고로 하여 바람직한 실시형태에 의해 더욱 상세히 설명한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐임은 명백할 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 마스터 배치 칩 제조에 사용되는 공정의 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 따라 도 1에서 제조한 마스터 배치 칩과 순수 EVA 수지를 혼합/압출하여 태양전지용 봉지재 시트를 제조하는 공정 도시하는 흐름도이다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같이, 발명의 태양전지용 봉지재를 제작하는데 있어서 각종 첨가제를 봉지재 제조 공정에 투입할 때, EVA 수지와 각종 첨가제를 시트제조공정에 바로 투입하는 것이 아니라, 제조공정 이전에 순수 EVA 수지와 각종 첨가제들을 혼합, 저온 용융, 압출, 냉각, 절단의 과정을 통하여 각종 첨가제들을 포함하고 있는 마스터 배치 칩을 제작하게 된다.
상기 EVA 수지는 순수 EVA 수지 100중량부에 대하여, 미세 분말 첨가제 0.5 내지 15중량부, 바람직하게는 0.5 내지 5중량부와, 액상 첨가제 0.5 내지 15중량부, 바람직하게는 0.5 내지 10중량부를 혼합하여 제작할 수 있으며, 상기 공정의 첨가제는 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있고, 첨가제의 상(phase)의 종류에 상관없이 마스터 배치 칩을 제조할 수 있다.
도 1에서, 혼합단계는 순수 EVA 수지와 미세 분말 첨가제 또는 액체 첨가제를 일정 중량부대로 혼합하는 과정을 나타내는 것이며, 용융/압출 단계는 상기의 혼합물을 100℃ 미만의 저온 용융과정을 거쳐 압출기로 뽑아내는 과정을 나타내는 것이고, 펠렛타이저( pelletizer ) 단계는 상기의 압출된 혼합물을 마스터 배치 칩 형태로 제조하는 단계로, 압출되어 나온 혼합물을 25 내지 35℃의 냉각수를 사용하여 냉각한 후, 마스터 배치 칩 형태로 절단하는 과정을 나타내는 것이며, 마지막으로 건조 단계는 제조한 마스터 배치 칩에서 잔존하고 있는 수분을 모두 제거시키는 과정을 나타내는 것이다.
또한, 도 2에서 혼합단계는 마스터 배치 칩과 순수 EVA 수지를 일정 중량부대로 혼합하는 과정을 나타내는 것이고, 용융/압출 단계는 상기의 혼합물을 80 내지 120℃의 용융시켜 압출해 내는 과정을 나타내는 것이고, 제막단계는 압출해 상기의 압출된 혼합물을 연신, 혹은 제막과정을 거쳐 태양전지용 봉지재 시트로 제작하는 과정을 나타내는 것이며, 마지막으로 권취 단계는 생산된 태양전지용 봉지재 시트를 사용/판매할 수 있는 크기로 잘라 코어(core)에 감는 과정을 나타내는 것이다.
본 발명의 일 측면에서는, 태양전지 봉지재 제작에 사용되는 EVA 공중합체는 제1 고형첨가제 및 제2 액상 첨가제를 포함하는 혼합 EVA 공중합체고, 상기 혼합 EVA 공중합체에 포함하는 각 첨가제들의 함량은 첨가제를 혼합하는 양에 따라 각기 다른 물성을 갖는 혼합 EVA 공중합체를 제공할 수 있다.
상기한 본 발명의 봉지재 시트는 EVA 공중합체를 기본적으로 사용하나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 에틸렌 비닐아세테이트(EVA)는 투명성, 유연성, 유기 과산화물과의 함침성, 모듈 제작 시 사용되는 표면 유리 및 후면 보호 필름과의 접착성 등을 고려할 때, 공중합체 중 비닐아세테이트(VA)의 함량이 20 내지 40 중량%인 것을 사용하는 것이 가장 바람직하며, 여기에 부가하여, 시트의 작업공정성 등을 고려하면 더욱 바람직하게는 25 내지 35 중량%인 것을 사용하는 것이다. 이때, 사용되는 EVA 공중합체는 190℃, 2.160kg의 하중에서의 멜트 플로우 레이트가 1.0 내지 50g/10분인 것이 바람직하다
도 1을 참고로 하여 본 발명에 따른 고농축 마스터 배치 칩을 제조하는 단계를 자세하게 설명하면 다음과 같다:
먼저 혼합 단계에서는, 순수 EVA 수지 85 내지 99중량부와, 미세 분말 첨가제 0.5 내지 15중량부, 액상 첨가제 0.5 내지 15중량부를 혼합하여 준비한다. 상기의 단계에서 첨가제의 혼합은 압출기에 투입되기 전, 적어도 하나 이상의 첨가제를 혼합할 수 있는 단계로, - EVA 수지와 미세 분말 첨가제만을 혼합하는 단계, - EVA 수지와 액체 첨가제만을 혼합하는 단계, - EVA 수지와 액체 첨가제와 미세 분말 첨가제를 함께 혼합하는 단계로 될 수 있으며, 상기 단계에서 첨가제의 상(phase)과 첨가하는 순서, 종류에 따라 압출기의 투입 전 제2차 혼합도 가능하다.
다음으로, 용융/압출 단계에서는, 순수 EVA 수지와 각종 첨가제를 혼합하고 100℃ 미만의 저온에서 용융/압출시키는 단계로, 상기 단계에서 용융의 온도는 미세 분말 첨가제가 투입구에서 녹아 수지의 투입을 막는 것과, 액체 첨가제가 압출기 내에서 반응이 일어나지 않게 하기 위하여 저온으로 용융 토출하는 것을 특징으로 한다.
상기 과정에서 압출기 전단에 걸리는 온도는 50℃ 미만으로 냉각해주어 압출기 전단부에서 발생할 수 있는 미세 분말이 녹음으로써 발생할 수 있는 투입구 막힘 현상을 예방할 수 있게 한다.
다음으로, 펠렛타이저 단계는 압출된 혼합 EVA를 25 내지 30℃로 냉각, 절단하여 펠렛타이져 형상의 칩으로 제조하는 단계로, 이 단계에서 칩의 크기는 1 내지 10mm의 크기로 하며, 칩에 포함되어 있는 잔류 수분을 제거하기 위하여 건조시키는 것을 특징으로 한다.
종래의 일반적인 원료 및 첨가제의 투입방법을 사용할 경우, 다수의 투입기 사용에 따른 생산성 저하 및 문제 발생 가능성이 증가하고, 액체 첨가제와 원료의 사전 혼합에 따른 믹서, 다수의 호퍼 및 배관 설치가 요구된다. 이러한 점은 태양전지용 봉지재 시트를 생산하는데 있어, 생산원가를 높이고 유지 및 보수에 어려움을 더한다. 또한 저융점의 첨가제는 정량 투입기에서 발생하는 열 및 압출기 투입구에서 발생하는 열에 의해 미세 분말 첨가제가 용융될 가능성이 높아, 투입기 혹은 압출기의 배출구 및 투입구를 막을 수 있으며, 액체 첨가제들이 투입되는 과정에서 압출기 열에 의해 반응을 일으켜 압출기 내부에서 혼합 EVA 유동성이 떨어지는 문제가 발생, 생산 라인 전체가 정지하게 되는 문제를 유발할 수 있다.
이에 본 발명에서는 태양전지 봉지재 시트 제작에 사용되는 모든 첨가제를 높은 농도로 적은 양의 EVA원료에 농축시킨 마스터 배치 칩을 제조한 후, 마스터 배치 칩과 새 EVA 수지만을 압출기에 투입하여 상술한 종래의 문제들을 피하고 첨가제를 봉지재 시트 내에 고르게 분산시켜 시트 전체에 동일한 물성을 갖게 하였다.
다음으로, 도 2를 참고로 하여 본 발명에 따른 마스터 배치 칩을 이용한 태양전지용 봉지재 시트를 제조하는 단계를 더욱 자세하게 설명하면 다음과 같다:
먼저, 혼합단계는 순수 EVA 80 내지 95중량부와 상기에서 제조한 마스터 배치 칩 5 내지 20중량부를 혼합하여 압출기에 투입하는 단계로, 이 단계에서는 제조하고자 하는 태양전지용 봉지재 시트의 물성에 따라 마스터 배치 칩의 중량부를 5 내지 20중량부 사이에서 필요에 따라 변경하면서 원하는 태양전지용 봉지재 시트를 제작할 수 있다.
다음으로, 용융/압출단계는 상기에서 혼합한 혼합물을 80 내지 120℃의 온도에서 용융, T-다이 방식으로 토출하여 태양전지용 봉지재 시트를 제조하는 단계로, 이 단계에서 토출 방식에는 T-다이 방법뿐만 아니라 칼렌더 방식으로 토출이 가능함은 물론이다.
본 발명에 의해 제조되는 태양전지용 봉지재 시트는 봉지재로서 모듈에 사용된 후 그 형상을 유지시켜주기 위한 과산화물의 가교제, 빠른 시간 내에 가교밀도를 높이기 위한 가교조제, 표면 유리와의 접착력 향상을 위한 접착보조제가 사용된다. 또한 모듈에서 사용된 후, 봉지재의 열화를 막기 위해 자외선 흡수제, 광안정제, 산화방지제 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 태양전지용 봉지재 시트에 사용되는 유기 과산화물은 2,2-디(t-부틸퍼옥시)부탄, t-부틸-퍼옥시 아이소프로필벤젠, 1,1-디-(t-아밀퍼옥시)사이클로헥산, t-부틸 퍼옥시-2-에틸헥실 카보네이트, t-아밀(2-에틸헥실)모노퍼옥시 카르보네이트, t-부틸퍼옥시 아세테이트, t-아밀퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, 2,5-디메틸-2,5-비스(t-부틸퍼옥시)헥산, t-부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트 중에서 선택되는 1종 혹은 2종을 사용한다.
상기 과산화물의 사용량은 에틸렌 비닐아세테이트 100 중량부에 대하여 0.1 내지 3 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 태양광 발전 모듈용 봉지재 시트는 상기한 바와 같이 필요에 따라 기타 각종 첨가제를 첨가할 수 있는데, 본 발명에 따라 첨가될 수 있는 상기 각종 첨가제로는, 여기에 한정되는 것은 아니지만, 가교조제 및 내구성, 접착성, 및 내후성 부여를 위한 접착보조제인 실란 커플링제, 광 안정제, 자외선흡수제, 산화방지제 등을 들 수 있다.
상기 접착 보조제로 사용될 수 있는 실란 커플링제로는 비닐기, 아크릴록시기, 메타아크릴록시기와 같은 불포화기, 아미노기, 에폭시기 등과 함께, 알콕시기와 같은 가수 분해 가능한 기를 갖는 화합물을 들 수 있다. 실란 커플링제로서 구체적으로는 비닐트리에톡시실록산, 비닐트리메톡시실록산, γ-메타아크릴록시프로필트리에톡시실록산 등을 예시할 수 있다. 실란 커플링제는 EVA 공중합체 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부 정도 첨가하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 EVA 공중합체의 겔 분율을 향상시키고, 내구성을 향상시키기 위해 가교조제를 첨가할 수 있으며, 이 목적으로 제공되는 가교조제는 트리알릴 아이소시아누레이트, 트리 알릴 아이소시아네이트 등을 들 수 있다.
상기 설명과 같이 투입된 EVA 원료 및 마스터 배치 칩은 압출기를 통과하면서 혼련된 후, T-다이 혹은 칼렌더 방식의 성형장치를 이용하여 0.2 내지 0.8mm 두께의 시트 형상으로 제조된다. 태양전지 모듈 제작시의 시트의 사용 용이성 및 진공압착시의 공기 제거 용이성을 위해 편면에 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 실시예 및 비교예에 의해 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 범위를 이들 실시예에 한정하기 위한 것이 아님은 물론이다.
실시예 1
멜트플로우레이트 15g/10분, 비닐아세테이트 함량 28중량%(호남석유화학 VE700)의 EVA 100중량부에 대해서, 가교제로서 5-디메틸2,5-비스(t-부틸퍼옥시)헥산 (알케마사 루페록스 101) 5중량부, 가교조제로 트리알릴 아이소시아누레이트 (일본화성 TAIC) 3.5중량부, 실란커플링제(신에츠 KBM503) 0.5중량부, 자외선 흡수제로서 2-하이드록시-4-옥틸록시벤조피논(스미토모화학 sumisorb 130) 0.5 중량부를 준비한다.
상기 준비된 혼합물을 이용하여 마스터 배치 칩을 제조하기 위해 직경 50mm의 트윈 압출기로 100℃ 미만의 온도로 35kg/h의 토출량으로 혼련 후, 펠렛타이저 (pelletizer)를 이용해 마스터 배치 칩을 제작한다.
상기의 마스터 배치 칩과 순수 EVA 수지를 100중량부에 대해 가교제 1중량부, 가교조제 0.7중량부, 접착보조제 0.1 중량부 자외선 흡수제 0.1 중량부가 될 수 있도록 적정 비율로 함께 직경 105mm의 트윈 압출기에 투입하여, 약 110℃의 온도조건에서 500kg/h의 토출량으로 T-다이를 통해 압출 시트의 형상을 제조하였다.
실험예 2
멜트플로우레이트 15g/10분, 비닐아세테이트 함량 28중량%(호남석유화학 VE700)의 EVA 100중량부에 대해서, 가교제로서 5-디메틸2,5-비스(t-부틸퍼옥시)헥산 (알케마사 루페록스 101) 5중량부, 가교조제로 트리알릴 아이소시아누레이트 (일본화성 TAIC) 3.5중량부, 실란커플링제(신에츠 KBM503) 0.5중량부를 준비한다.
상기 준비된 혼합물을 이용하여 마스터 배치 칩을 제조하기 위해 직경 50mm의 트윈 압출기로 100℃ 미만의 온도로 35kg/h의 토출량으로 혼련 후, 펠렛타이저 (pelletizer)를 이용해 마스터 배치 칩을 제작한다.
상기의 마스터 배치 칩과 순수 EVA 수지, 자외선 흡수제 2-하이드록시-4-옥틸록시벤조피논(스미토모화학 sumisorb 130)을 순수 EVA 수지 100중량부에 대해 가교제는 1중량부, 가교조제는 0.7중량부, 접착보조제는 0.1 중량, 자외선 흡수제는 0.1 중량부가 될 수 될 수 있도록 준비한다.
상기에서 준비된 고농도 마스터 배치 칩과 순수 EVA 수지, 자외선 흡수제를 직경 105mm의 트윈 압출기에 투입하여, 약 110℃의 온도 조건에서 500kg/h의 토출량으로 T-다이를 통해 압출 시트의 형상을 제조하였다.
실시예 3
멜트플로우레이트 15g/10분, 비닐아세테이트 함량 28중량%(호남석유화학 VE700)의 EVA 100중량부에 대해서, 자외선 흡수제로서 2-하이드록시-4-옥틸록시벤조피논(스미토모화학 sumisorb 130) 0.5 중량부를 준비한다.
상기 준비된 혼합물을 이용하여 마스터 배치 칩을 제조하기 위해 직경 50mm의 트윈 압출기로 100℃ 미만의 온도로 35kg/h의 토출량으로 혼련 후, 펠렛타이저 (pelletizer)를 이용해 마스터 배치 칩을 제작한다.
상기의 마스터 배치 칩과 순수 EVA 수지, 가교제는 5-디메틸2,5-비스(t-부틸퍼옥시)헥산 (알케마사 루페록스 101), 가교조제는 트리알릴 아이소시아누레이트 (일본화성 TAIC), 실란커플링제(신에츠 KBM503)를 순수 EVA 수지 100중량부에 대해 가교제 1중량부, 가교조제 0.7중량부, 접착보조제 0.1 중량부, 자외선 흡수제 0.1 중량부가 될 수 있도록 준비한다.
상기에서 준비된 고농도 마스터 배치 칩과 순수 EVA 수지, 가교제, 가교조제, 실란커플링제를 직경 105mm의 트윈 압출기에 투입하여, 약 110℃의 온도 조건에서 500kg/h의 토출량으로 T-다이를 통해 압출 시트의 형상을 제조하였다.
비교예
멜트플로우레이트 15g/10분, 비닐아세테이트 함량 28중량% (호남석유화학 VE700)의 EVA 100중량부에 대해서, 가교제로서 5-디메틸-2,5-비스(t-부틸퍼옥시)헥산 (알케마사 루페록스 101) 1중량부, 가교조제로 트리알릴 아이소시아누레이트 (일본화성 TAIC) 0.7 중량부, 실란커플링제(신에츠 KBM503) 0.1중량부를 약 4rpm으로 교반기가 회전하고 있는 믹서에 넣고 1시간 동안 혼합한 후, 1시간 동안 방치하였다. 이후 상기 혼합 원료와, 혼합 원료사용된 수지 100중량부에 대해 자외선 흡수제로서 2-하이드록시-4-올틸록시벤조피논 (스미토모화학 Sumisorb130) 0.1중량부를 각각 별도의 투입기를 통해 시트 성형 압출기에 투입하였다.
상기 원료는 직경 105mm의 트윈 압출기에 투입하여, 약 110℃ 미만의 온도조건에서 500kg/h의 토출양으로 T-다이를 통해 압출, 시트의 형상으로 제조하였다.
실험예 1
상기 각 실시예 및 비교예에서 제조된 시트를 사용하여 임의로 시트의 5개의 구역(Ⅰ~Ⅴ)을 선정하여 조성을 NMR(nuclear magnetic resonance)분석방법을 사용하여 첨가제의 양이 균일하게 혼합되어 있는지를 조사하여 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.
상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 기존에 태양전지용 봉지재를 제조하는 방법으로 EVA 공중합체를 고온ㆍ고압에서 따로 첨가제와 혼합하여 압출할 경우 봉지재 시트 전체에 균일하게 양이 분포되어 있지 않은 것을 확인하였다. 또한, 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3을 비교해 본 결과, 각 첨가제들을 모두 마스터 배치(Master Batch) 방법을 사용하여 펠렛타이져 형식으로 제조한 후 EVA 순수수지와 혼합하여 봉지재를 제조하는 것이 봉지재가 이론적으로 포함해야 하는 첨가제들의 함량과 가장 근접한 것을 알 수 있었다.
실험예 2
태양전지 모듈용 봉지재로써의 적용가능성을 판단하기 위해, 각 실시예 및 비교예에서 제조된 시트를 사용하여 EVA 시트의 기초물성인 가교율, 접착력, 투과율, 색조(YI)를 측정하여 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.
상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 기존의 태양전지용 봉지재를 제조하는 방법으로 EVA 수지를 고온ㆍ고압에서 따로 첨가제와 혼합하여 압출할 경우 봉지재 시트의 기초물성이 마스터 배치 방법을 사용하여 봉지재 시트를 제조하는 경우 보다 현저하게 감소되어 측정되는 결과를 보였다.
상기의 실험예의 결과(표 1, 표 2)를 통하여 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3과 비교예에서 제조된 태양전지용 봉지재인 EVA 시트의 물성을 확인해 본 결과, 기존의 방법으로 사용하여 제조한 EVA 시트 내의 첨가제는 순수 EVA와 혼합 압출되는 과정에서 첨가제의 분산성이 떨어지고, 압출기 내부의 고온ㆍ고압의 영향으로 첨가제가 반응을 일으켜 기초 물성이 떨어지는 것을 확인할 수 있었다. 하지만 마스터 배치 칩을 이용한 방법(실시예 1, 실시예 2, 실시예 3)은 고온ㆍ고압 압출 과정을 거치기 전에 저온ㆍ저압에서 고농축 혼합 EVA 수지를 제조함으로 써 압출되는 과정에서 첨가제의 반응성을 감소시켰으며, 펠렛타이져형 형상이기 때문에 순수 EVA 수지와 고르게 혼합/압출되기 때문에 태양전지용 봉지재로써 우수한 물성을 갖는 봉지재 시트를 제조할 수 있었다. 또한, 고체 혹은 액체 첨가제들만을 포함하여 마스터 배치 칩을 제조한 것보다 모든 첨가제들을 포함하는 마스터 배치(실시예 1) 칩이 봉지재를 만드는데 훨씬 유리하게 작용하는 것을 확인할 수 있었다.
Claims (8)
- 태양전지 봉지재용 시트의 제작에 필요한 가교제, 가교조제, 실란커플링제, UV흡수제, 광 안정제를 모두 포함하는 고농축 EVA 마스터 배치 칩을 제조하여 시트를 제조하는 방법으로, 상기 마스터 배치 칩을 제조하는 방법은;
a) 순수 EVA 수지 85 내지 99중량부와 미세 분말 첨가제 0.5 내지 15중량부 및 액상 첨가제 0.5 내지 15중량부를 혼합하여 혼합물을 준비하는 단계;
b) 상기의 순수 EVA 수지와 각종 첨가제의 혼합물을 저온에서 용융/압출시키는 단계; 및
c) 압출된 혼합 EVA를 25 내지 30℃로 냉각하고 절단하여 펠렛타이져(pelletizer) 형상의 칩으로 제조하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 마스터 배치 방법을 이용한 태양전지용 봉지재 시트의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 제조된 마스터 배치 칩으로부터 시트를 제조하는 방법은;
d) 순수 EVA 80 내지 95중량부와 상기에서 제조한 마스터 배치 칩 5 내지 20중량부를 혼합하여 압출기에 투입하는 단계; 및
e) 상기에서 혼합한 혼합물을 80 내지 120℃의 온도에서 용융하여, T-다이(die) 방식으로 토출하여 시트로 제조하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 마스터 배치 방법을 이용한 태양전지용 봉지재 시트의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기의 단계에서 첨가제의 혼합은 압출기에 투입되기 전, 적어도 하나 이상의 첨가제를 더 혼합할 수 있으며, 압출기의 투입과정에서도 2차 혼합이 가능한 것을 특징으로 하는 마스터 배치 방법을 이용한 태양전지용 봉지재 시트의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 용융/압출 과정에서 용융 온도가 높아 미세 분말 첨가제, 또는 액체 첨가제로 인하여 압출기 내부의 문제가 발생하지 않게 하기 위하여 용융/압출 온도를 100℃ 미만의 저온으로 하는 것을 특징으로 하는 마스터 배치 방법을 이용한 태양전지용 봉지재 시트의 제조방법.
- 제 4항에 있어서, 상기 과정에서 압출기 전단부를 50℃ 미만으로 냉각해 주어 투입구에서 미세 분말 첨가제가 녹아 발생할 수 있는 투입구 막힘 현상을 예방할 수 있는 것을 특징으로 하는 마스터 배치 방법을 이용한 태양전지용 봉지재 시트의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 제조된 EVA 마스터 배치 칩을 절단한 펠렛타이져(pelletizer) 형상의 크기는 2 내지 3mm의 크기로 함을 특징으로 하는 마스터 배치 방법을 이용한 태양전지용 봉지재 시트의 제조방법.
- 제 2항에 있어서, 상기 사용된 순수 EVA 수지는 비닐아세테이트(VA)의 함량이 25 내지 35중량%인 EVA 수지임을 특징으로 하는 마스터 배치 방법을 이용한 태양전지용 봉지재 시트의 제조방법.
- 청구항 1 내지 7 중의 어느 한 항에 따라 제조된 것임을 특징으로 하는 마스터 배치 방법을 이용하여 제조된 태양전지용 봉지재 시트.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN105536642A (zh) * | 2015-12-14 | 2016-05-04 | 上海金发科技发展有限公司 | 一种矿物粉母粒的制备方法 |
| KR102419982B1 (ko) * | 2022-02-03 | 2022-07-13 | 주식회사 대산실업 | 마스터 뱃치 제조용 플라스틱 압출 시스템 |
| CN115449162A (zh) * | 2022-09-07 | 2022-12-09 | 广东皆联科技有限公司 | 一种免喷涂珠光色母及其制备方法 |
-
2011
- 2011-12-20 KR KR1020110138130A patent/KR20130070889A/ko not_active Application Discontinuation
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