KR20130089650A - 광기전성 고분자 밀봉 필름의 어닐링 방법 및 광기전 모듈의 제조 방법 - Google Patents

광기전성 고분자 밀봉 필름의 어닐링 방법 및 광기전 모듈의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광기전성 고분자 밀봉 필름의 어닐링 방법 및 광기전 모듈의 제조 방법에 관한 것으로서, 상기 어닐링 방법은 에틸렌 비닐-아세테이트계 기능성 폴리올레핀을 압출 방향(extrusion direction)을 따라 압출하여 제조되며, 상기 압출 방향 및 기계 방향(machine direction: MD)을 따라 연신된 고분자 분자들을 포함하는 광기전성 고분자 밀봉 필름을 생산하는 필름 생산 단계, 그리고 지지 수단의 지지 표면에 상기 제조된 광기전성 고분자 밀봉 필름을 연속적인 시트 형태로 공급하고, 상기 필름과 상기 지지 표면 사이로 유체를 공급하면서, 상기 필름의 이완 온도(relaxation temperature)까지 상기 필름을 적외선 가열하여 상기 고분자 분자들의 등방성을 증가시키면서 상기 필름이 적어도 부분적으로 어닐링되도록 하는 어닐링 단계를 포함한다.

Description

광기전성 고분자 밀봉 필름의 어닐링 방법 및 광기전 모듈의 제조 방법{A PROCESS FOR ANNEALING PHOTOVOLTAIC POLYMER ENCAPSULATION FILM AND METHOD FOR MANUFACTURING PHOTOVOLTAIC MODULE}
본 발명은 광기전성 고분자 밀봉 필름의 어닐링 방법 및 광기전 모듈의 제조 방법에 관한 것으로서, 상기 어닐링 방법은 고분자 분자들을 실질적으로 기계 방향(machine direction)을 따라 연신된 필름을 어닐링하는 것이다.
높은 생산 속도(5 내지 7m/min 초과)와 얇은 게이지(500㎛ 이하)에서 생산되는 종래의 고분자 압출 기술을 통하여 필름으로 전환되는 고분자는 기계 방향을 따라 심하게 연신된다. 상기 기계 방향은 상기 필름이 상기 기계로부터 압출되는 방향이다. 상기와 같이 높은 수준으로 연신된 필름은 녹는점 이상으로 가열하게 되면 심하게 수축되는 문제가 있다. 특히, 태양 전지 어레이를 밀봉하여 광기전 모듈로 제조하는데 사용되는 광기전성 고분자 밀봉 필름의 경우 상기 수축은 문제가 된다. 상기 필름의 수축은 뻣뻣한 태양 전지에 손상을 줄 수 있으며, 상기 광기전 모듈 또는 그 모서리까지 밀봉하기에 필름이 부족하게 될 수도 있다. 한편, 라미네이션 단계에 의하여 밀봉이 이루어지는데, 상기 라미네이션은 바람직하게 진공 라미네이션 공정일 수 있다. 상기 라미네이션 단계 이전에 별도로 이루어지는 어닐링 단계에 의하여 상기 필름을 이완시킴으로써 상기 라미네이션 공정에서 발생하는 상기 필름의 수축을 상당히 줄일 수 있음이 알려져 있다. 상기 어닐링 공정에서는 상기 필름이 녹을 때까지 가열하고, 상기 필름이 경화되거나 고분자 매트릭스가 가교될 때까지 더욱 가열한다. 상기 낮은 수축률을 가지는 어닐링된 광기전성 고분자 밀봉 필름은 에스티알(STR)에 의하여 제조된 상표명 포토캡(PHOTOCAP)이 상업적으로 이용 가능하다. 상기 상업적으로 이용 가능한 필름을 제조하는 정보는 공개되어 있지 않다. 그러나, 상기 STR에 의하여 제조된 필름은 실리콘 처리지(siliconised paper)에 부착되어 판매되는데, 상기 실리콘 처리지가 제거되는 경우 상기 필름에 상기 종이의 미세한 자국이 남는다. 또한, 상기 실리콘 처리지 때문에, 상기 종이로부터 상기 필름으로 실리콘이 이동하게 되는데, 이는 바람직하지 못하다. 게다가, 상기 실리콘 처리지로 인하여 추가적인 물질에 대한 재료비 및 상기 종이를 제거하기 위한 추가적인 공정이 상기 필름을 상기 광기전 모듈에 적용하기 위하여 필요하게 된다.
비록 상기 고분자 분자들의 연신과 스트레스는 압출 속도를 줄이거나, 상기 압출된 필름을 느리게 냉각시키거나, 압출 후 멜트 커튼(melt curtain)을 제한하거나, 종래의 압출 공정을 최적으로 진행함에 의하여 줄일 수 있더라도, 상기 생산 공정을 느리게 하기 위해서는 상당한 비용이 소요된다. 압출 후 필름을 어닐링하기 위한 수단이 없는 경우, 압출 속도는 높은 비닐-아세테이트 함량의 EVA 코폴리머를 포함하며 두께가 500㎛이고 넓이가 1000mm인 필름의 경우 100 내지 250kg으로 제한된다.
본 발명의 목적은 필름의 수축률이 저하되도록 하는 광기전성 고분자 밀봉 필름의 어닐링 방법을 제공하는 것이다.
이를 위하여, 필름을 지지 수단의 지지 표면에 지지시키고, 가열 수단에 의하여 이완 온도까지 가열시킴으로써, 상기 필름에서 상기 고분자 분자들의 등방성을 증가시키면서 상기 필름이 적어도 부분적으로 어닐링되도록 한다. 이때, 상기 지지 수단은 상기 필름과 상기 지지 표면 사이에 유체를 포함할 수 있다.
본 발명의 발명자들은 상기 필름을 이완 온도까지 가열함으로써 상기 필름을 어닐링시킬 수 있음을 발견하였다. 상기 유체는 상기 필름과 상기 지지 표면 사이에 포함되어, 일반적으로 500㎛ 이하의 얇은 두께를 가지는 필름이 상기 지지 표면에 달라 붙는 것을 방지한다.
본 발명의 발명자들은 또한 상기 고분자 분자들의 등방성이 상기 이완 온도 이상의 온도에서 증가될 수 있고, 상기 고분자 분자들을 기계 방향에 따라 재연신시킴으로써, 기계 방향에 따른 연신 각도의 더욱 균일한 분포가 얻어질 수 있으며, 이러한 불규칙-코일(random-coil) 배열이 상기 고분자 분자들의 등방성을 증가시킬 수 있음을 발견하였다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 상기 지지 표면은 상기 필름을 지지하기 위한 울퉁불퉁한 표면을 가질 수 있다. 상기 울퉁불퉁한 표면의 표면 형상은 볼록한 부분과 오목한 부분이 있고, 상기 가열된 끈적끈적한 필름을 보다 잘 지지할 수 있다. 어떤 이론에 얽매일 필요 없이, 본 발명의 발명자들은 상기 필름을 움직이지 못하도록 하는 볼록한 부분과, 상기 유체가 상기 필름을 지지하는 상기 오목한 부분의 조합이 상기 필름이 달라 붙거나, 흐르거나 또는 이완 중에 심각하게 늘어나는 것을 방지하는 것으로 생각한다. 또한, 응력 완화가 상기 고분자 필름 전체로 고르게 분산되는 것 또한 장점이다. 상기 볼록한 부분과 오목한 부분의 무작위적 분포는 상기 필름에서 상기 고분자 분자들의 등방성을 증가시키는데 기여하는 것으로 생각된다.
본 발명의 바람직한 일 실시에에서, 상기 울퉁불퉁한 표면은 Rz 거칠기가 50 내지 120㎛이고, 바람직하게 90㎛일 수 있고, Ra 거칠기는 5 내지 50㎛일 수 있다. 본 발명의 발명자들은 상기 울퉁불퉁한 표면을 가지는 지지 표면의 장점, 즉 상기한 볼록한 부분과 오목한 부분이 가지는 효과의 조화는 상기 거칠기를 가지는 특정한 미세지형(micro-topography)의 경우에 특히 뚜렷한 것을 발견하였다.
본 발명의 바람직한 일 실시에에서, 상기 울퉁불퉁한 표면은 금속, 예를 들면 강철, 스테인리스 스틸, 세라믹스, 구리, 알루미늄 등으로 제조될 수 있다. 상기 금속 표면은 일반적으로 매우 견고하고, 상기 고분자 필름이 이완되는 온도 범위에서 상기 고분자와 반응하지 않는다. 또한, 특히 상기 금속 표면의 경우에, 상기 특정한 거칠기를 적용하기 위한 다양한 기술이 존재한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 상기 지지 수단은 바람직하게 적어도 하나의 롤러를 포함할 수 있으며, 상기 롤러의 외부 원통형 표면에는 울퉁불퉁한 표면이 형성될 수 있다. 그 외부 원통형 표면에 울퉁불퉁한 표면을 가지는 롤러는 상기 필름을 지지할 뿐만 아니라, 자동화되고 연속적인 생산 공정의 일 부분으로써 길이 방향의 축을 기준으로 회전함으로써 이송시키기 어려운 뜨겁고 끈적끈적하고 부드러운 필름을 한 공정에서 다른 공정으로 이송시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 상기 필름은 기능성 분자들을 포함하고, 상기 이완 온도는 상기 기능성 분자들의 열분해 온도 보다 낮은 온도일 수 있다. 상기 기능성 분자들은 예를 들어 경화 공정에 필요한 유기 퍼록사이드와 같은 경화 분자, 또는 광기전 모듈과 같은 유리 표면에 대한 상기 필름의 접착성을 증가시키기 위한 실란과 같은 프라이머 분자들일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 상기 이완 온도는 적어도 상기 필름의 비캣 연화점(vicat softening point) 보다 높은 온도일 수 있고, 더 바람직하게 녹는점(melting point) 보다 높은 온도일 수 있다. 상기 이완 온도는 상기 비캣 연화점 보다 높은 온도로 유지하고, 더욱 바람직하게 상기 녹는점 보다 높은 온도로 유지하는데, 이는 상기 고분자 필름을 더 빨리 이완시키고, 전체적인 어닐링 공정의 시간을 줄이기 위한 것이다. 그 결과 상기 어닐링된 고분자 필름의 생산량을 증가시킬 수 있고, 상기 고분자의 화학적 안정성을 유지하는 동시에 상기 고분자 필름의 화학적, 열역학적, 기계적 및 광학적 성질을 변형시킬 수 있는 원치 않는 화학 반응이 발생하는 위험을 줄일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 상기 어닐링 동안, 상기 연속적인 시트 형태의 광기전성 고분자 밀봉 필름은 구동 수단에 의하여 상기 지지 수단에 공급될 수 있고, 바람직하게 상기 광기전성 고분자 밀봉 필름은 상기 지지 수단에 8m/min 이상의 속도로 공급될 수 있다. 상기와 같이 필름을 높은 속도로 공급 받으며 연속적인 시트 형태의 고분자 필름을 어닐링할 수 있기 때문에, 높은 생산 용량의 압출 장치에 의하여 상기 어닐링되지 않은 고분자 필름을 공급 받으며, 연속적인 시트 형태의 광기전성 고분자 밀봉 필름을 제조하는 경우에 적합하게 이용 가능하며, 특히 상기 어닐링이 롤러의 외부 원통형 표면에서 이루어지는 경우에 더욱 적합하게 이용 가능하다. 바람직하게, 상기 구동 수단에 의하여 상기 지지 수단 위로 상기 필름을 공급하는 것은 상기 고분자 분자들이 재연신되어 등방성을 상실하는 것을 방지할 수 있도록 한다. 상기 고분자 분자들의 재연신, 즉 등방성의 상실은 상기 필름을 어닐링 한 후에 상기 구동 수단에 의하여 이송하는 등과 같이 이후의 처리 과정에서도 방지되는 것이 더욱 바람직하다. 예를 들면, 이는 상기 구동 수단에 의하여 상기 필름을 이송하는 중에 상기 필름에 장력이 가해지는 것을 방지함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 상기 필름은 상기 어닐링과 별도의 단계에서 경화될 수 있고, 바람직하게는 어닐링 후에 경화될 수 있고, 더욱 바람직하게 상기 필름을 상온으로 냉각하여 반제품(half-fabricate)을 제조한 후에 경화될 수 있다. 상기 고분자 필름을 경화시킴으로써, 상기 필름을 단단하게 굳게하고, 상기 필름과 상기 필름에 의하여 밀봉되는 구성이 잘 접합되도록 한다. 이로써 밀봉 이후에 더 이상 녹지 않는 탄성 물질(고무)이 생성된다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 상기 가열 수단은 적외선 가열 장치를 포함할 수 있다. 상기 적외선 가열 장치는 상기 고분자 필름을 빠르고 균일하게 가열시킬 수 있다. 상기 적외선 가열 장치의 또 다른 장점은 전원 컨트롤 유닛에 대한 빠른 응답 시간이다. 상기 전원을 빠르게 증가시키고 감소시키는 것은 매우 정확한 가열 및 온도 조절을 가능하게 한다. 특히, 상기 어닐링이 상기 롤러의 외부 원통형 표면에서 수행되고, 상기 적외선 가열 장치가 상기 롤러의 외부 표면의 원주 방향을 따라 위치하는 경우 상기 롤러의 회전 속도에 따라 매우 정확한 온도 조절이 이루어질 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 상기 고분자 필름은 열가소성 엘라스토머 물질로 제조될 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니나 구체적으로는 폴리비닐부티랄(polyvinylbutyral, PVB), 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(styrene-ethylene-butylene-styrene, SEBS), 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(styrene-ethylene-propylene-styrene, SEPS), 폴리메틸메타크릴레이트-아크릴레이트 코폴리머(polymethylmethacrylate-acrylate copolymer), 메탈로센 폴리에틸렌(metalocene polyethylene), 열가소성 폴리우레탄(thermoplast polyurethanes), 및 다른 열가소성 고무들, 폴리올레핀 또는 기능성 폴리올레핀일 수 있다. 이러한 물질들은 우수한 광학 특성, 탄성, 차단 특성 등과 같은 특정한 물성을 가지는 필름을 제조하기 위하여 단독 또는 조합으로 선택될 수 있다. 상기 고분자는 투명하여 적절하게 빛을 흡수하거나 반사시킬 수 있고, 접착성 및 탄성을 나타낼 수도 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 상기 고분자 필름은 에틸렌 비닐-아세테이트(ethylene vinylacetate, EVA)계 기능성 폴리올레핀으로 제조될 수 있다. 일부 EVA 등급은 매우 투명하고, 탄성적이며, 높은 용융 지수(melt flow index)를 가질 수 있으며, 낮은 녹는 온도 및 낮은 열 팽창성을 가져 광기전 장치를 밀봉하는데 특히 적합하게 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 상기 에틸렌 비닐-아세테이트는 상기 에틸렌 비닐-아세테이트 전체에 대하여 비닐-아세테이트 함량이 28중량% 내지 40중량%일 수 있다. 상기 비닐-아세테이트 함량이 28중량% 내지 40중량%인 EVA는 상기 녹는 온도를 상대적으로 낮게 유지하면서도 에틸렌 단일 고분자(monopolymer) 보다 높은 투명도를 갖는다.
본 발명은 또한 광기전성 고분자 밀봉 필름을 어닐링하는 공정에 관한 것으로서, 상기 고분자 밀봉 필름을 어닐링하는 공정은 고분자를 압출 방향(extrusion direction)을 따라 압출하여 제조되며, 상기 압출 방향 및 기계 방향(machine direction: MD)을 따라 연신된 고분자 분자들을 포함하는 광기전성 고분자 밀봉 필름을 생산하는 단계, 그리고 상기 어닐링 방법을 이용하여 상기 제조된 광기전성 고분자 밀봉 필름을 어닐링하는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 상기 어닐링 방법에 의하여 제조된 광기전성 고분자 밀봉 필름에 관한 것이다.
본 발명의 발명자들은 상기 어닐링 방법에 의하여 제조된 필름은 실질적으로 어닐링되며, 이는 상기 필름이 밀봉 필름으로써 경화될 때 신장되거나, 늘어지거나, 더 연신되거나 또는 가늘어지지 않다는 것을 의미하며, 이로써 상기 필름은 특히 밀봉 필름으로서 사용되기에 적합하다는 것을 발견하였다.
본 발명은 또한 태양 전지 어레이를 본 발명에 따른 어닐링 방법에 의하여 제조된 광기전성 고분자 밀봉 필름으로 밀봉하는 단계를 포함하는 광기전 모듈의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 발명자들은 상기 본 발명에 따라 어닐링된 광기전 밀봉 필름으로 상기 태양 전지 어레이를 밀봉하여 광기전 모듈을 제조할 때, 상기 고분자의 경화 시작(onset) 전 녹은 상태(melting phase)에서 실질적인 수축 스트레스가 상기 태양 전지에 가해지지 않는 것을 발견하였다. 그러므로, 낮은 수축률은 상기 태양 전지가 조립되는 동안, 바람직하게 평판 진공 라미네이션 공정 동안, 상기 태양 전지가 움직이는 것을 방지하며, 또한 상기 태양 전지와 리본이 비틀어지거나 스트레스를 받는 것을 방지하여 크랙이 발생하는 것을 방지하며, 이에 따라 사용시 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은 또한 상기 본 발명에 따른 어닐링 방법에 의하여 제조된 광기전성 고분자 밀봉 필름을 포함하는 광기전 모듈에 관한 것이다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 어닐링 방법을 수행하기 위하여 특별히 디자인된 장치에 관한 것이다.
상기 광기전성 고분자 밀봉 필름을 어닐링하는 방법, 상기 어닐링된 광기전성 고분자 밀봉 필름을 생산하기 위한 방법, 상기 방법에 의하여 생산된 광기전 밀봉 필름, 상기 어닐링된 광기전 밀봉 필름으로 상기 태양 전지 어레이를 밀봉하여 상기 태양 전지 어레이를 광기전 모듈로 조립하기 위한 방법 및 상기 방법에 의하여 제조된 광기전 모듈의 다른 세부 사항 및 장점들은 첨부된 도면들과 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명에 의하여 명확해질 것이다.
본 발명의 광기전성 고분자 밀봉 필름의 어닐링 방법은 얇은 두께를 가지는 상기 필름이 상기 지지 수단에 달라 붙는 것을 방지할 수 있고, 상기 필름에 포함된 고분자 분자들의 등방성을 증가시킬 수 있고, 상기 어닐링된 고분자 필름의 생산량을 증가시킬 수 있고, 상기 고분자의 화학적 안정성을 유지하는 동시에 상기 고분자 필름의 화학적, 열역학적, 기계적 및 광학적 성질을 변형시킬 수 있는 원치 않는 화학 반응이 발생하는 위험을 줄일 수 있으며, 정확한 온도 조절을 통하여 상기 고분자 필름을 빠르고 균일하게 가열시킬 수 있다. 또한, 상기 어닐링 방법에 의하여 제조된 광기전성 고분자 밀봉 필름은 매우 투명하고, 탄성적이며, 낮은 녹는 온도 및 낮은 열 팽창성을 가져 태양 전지를 밀봉하여 광기전 모듈을 제조하는데 특히 적합하게 사용될 수 있으며, 수축률이 낮아 상기 태양 전지와 금속 리본에 스트레스가 가해지는 것을 방지하여 크랙이 발생하는 것을 방지하며, 이에 따라 광기전 모듈 사용시 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 광기전 모듈 스택의 분해 사시도이다.
도 2는 광기전성 고분자 밀봉 필름에서 어닐링 전(a) 및 어닐링 후(b)의 고분자 분자들을 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 어닐링 방법의 일 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 어닐링 방법의 다른 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 거친 표면 위에 지지된 광기전성 고분자 밀봉 필름을 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 5의 거친 표면을 나타내는 사시도이다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 상기 도면에서 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
태양 전지 어레이(4), 구체적으로 결정성 실리콘 태양 전지 어레이(4)는 금속 스트립(리본)(5)에 의하여 연결됨으로써, 광기전 모듈(1)로 조립된다. 상기 태양 전지들(4)은 일반적으로 광기전성 고분자 밀봉 필름(3)에 의하여 밀봉된다. 도 1은 광기전 모듈(1)의 가능한 밀봉의 한 예를 보여준다. 상기 광기전 모듈(1)은 단단한 유리 기판(2)(1 내지 5mm, 바람직하게 2 내지 4mm), 300 내지 600㎛, 바람직하게 400 내지 500㎛ 두께의 제1 광기전성 고분자 밀봉 필름(3), 금속 리본들(5)에 의하여 연결된 태양 전지 어레이(4), 보통 상기 제1 광기전성 고분자 밀봉 필름(3)과 같은 두께인 제2 광기전성 고분자 밀봉 필름(3), 및 전기 절연성 고분자 기반의 백 시트(6)를 포함한다.
상기 광기전성 고분자 밀봉 필름(3)은 상기 광기전 모듈(1)의 상기 태양 전지(4) 및 상기 금속 리본(5)을 둘러싼다. 상기 광기전 모듈(1)은 외부의 습기 또는 공기 등으로부터 밀봉된다. 상기 광기전 모듈(1)의 밀봉은 간극 사이의 모든 가스들을 제거하기 위하여 진공 상태에서 이루어지며, 그 후 상기 광기전성 고분자 밀봉 필름(3)은 가열된다. 상기 가열은 예를 들면 평판 라미네이터(flat bed laminator)에 의하여 이루어질 수 있다. 상기 광기전성 고분자 밀봉 필름(3)은 비캣 연화점(vicat softening point) 또는 녹는점(melting point) 바로 위까지 가열되고, 계속해서 상기 고분자가 가교되어 3차원 네트워크를 형성할 수 있는 온도까지 가열된다.
상기 고분자 밀봉 필름(3)으로 사용될 수 있는 전형적인 고분자는 비닐-아세테이트 함량이 높은 에틸렌 비닐-아세테이트(EVA) 코폴리머일 수 있고, 상기 에틸렌 비닐-아세테이트 코폴리머는 녹는점이 61 내지 75℃일 수 있다. 상기 고분자는 다이알킬계 퍼록사이드, 모노퍼록시-카보네이트계 퍼록사이드 또는 퍼록시케탈(peroxyketal)계 퍼록사이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 유기 퍼록사이드를 포함할 수 있다. 모든 퍼록사이드들은 서로 다른 열분해 온도 프로파일을 가지며, 이에 따라 주어진 온도에서 다른 경화 속도를 가지게 된다. 상기 퍼록사이드들을 포함하는 코폴리머들을 경화시킬 수 있는 온도는 일반적으로 140 내지 160?이다. 최후의 경화는 3차원 네트워크가 형성될 때 이루어진다. 상기 최후의 경화 이후에는 추출 테스트에서 톨루엔 또는 자일렌과 같은 유기 용매에 용해되지 않는다. 이 상태는 고무(rubber) 상태인 것으로 알려져 있다. 상기 고분자 광기전성 고분자 밀봉 필름(3)은 더 이상 녹지 않으며, 상기 광기전 모듈(1)은 습기 또는 가스로부터 밀봉된다
그러나, 상기 경화를 위하여 경화 분자들을 포함하는 것은 본 발명에서 필수적인 것은 아니며, 상기 필름(3)의 경화는 UV 방사에 의하여 이루어질 수도 있다. 상기 경화 분자들 이외에, 상기 필름(3)은 또한 다른 분자들, 예를 들면 프라이머 분자, 필러, 안정제 또는 산화방지제 등을 포함할 수 있다.
상기 경화된 밀봉 필름(3)은 상기 광기전 모듈(1)이 충격 및 열에 의한 팽창과 같은 기계적 스트레스에 손상 없이 대항할 수 있도록 한다. 즉, 상기 태양 전지(4)의 갈라짐, 상기 금속 리본(5)들의 단락, 및 상기 광기전 모듈(1)의 작동을 방해하는 다른 모든 손상을 방지한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 광기전성 고분자 밀봉 필름(3)은 매우 낮은 수축률을 가짐에 따라, 상기 유연하지 못한 태양 전지(4)가 수축 스트레스에 의하여 손상되지 않도록 한다.
상기 광기전성 고분자 밀봉 필름(3)은 본 발명의 일 실시예에 따른 어닐링 방법을 통하여 제조될 수 있다.
일반적으로, 탄성이 있고 투명한 모든 고분자는 광기전성 고분자 밀봉 필름(3)을 제조하는데 사용될 수 있다. 바람직하게, 열가소성 엘라스토머 물질, 본 발명이 이에 한정되지는 않지만 예를 들자면 폴리비닐부티랄(polyvinylbutyral, PVB), 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(styrene-ethylene-butylene-styrene, SEBS), 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(styrene-ethylene-propylene-styrene, SEPS), 폴리메틸메타크릴레이트-아크릴레이트 코폴리머(polymethylmethacrylate-acrylate copolymer), 메탈로센 폴리에틸렌(metalocene polyethylene), 열가소성 폴리우레탄(thermoplast polyurethanes), 및 다른 열가소성 고무들, 폴리올레핀들 또는 기능성(또는 관능화된) 폴리올레핀들(functionalised polyolefins)이 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 에틸렌 비닐-아세테이트(EVA)계 기능성 폴리올레핀들이 적합하게 사용될 수 있고, 특히 비닐-아세테이트 함량이 28중량% 내지 40중량%인 EVA가 사용될 수 있다. 상기 EVA로서 시장에서 구입 가능한 것으로는 듀폰(DuPont), 알케마(Arkema) 또는 엑손모바일(ExxonMobile)에 의하여 생산되는 ELVAX PV1400, EVATANE 33-45 PV 또는 Escorene UL04331 EL를 예로 들 수 있다.
고도로 탄성인 고분자는 필름으로 전환될 수 있다. 예를 들면, 상기 필름은 종래의 고분자 압출 공정에 의하여 기계 방향(machine direction, MD)에 따라 압출함으로써 제조할 수 있다. 상기 압출 공정의 예로는 캐스트 압출(cast extrusion), 캐스트 엠보싱(cast embossing), 칼랜더링(calendaring) 등을 들 수 있다. 상기 필름(3)들이 높은 생산 속도(예를 들면, 5 내지 7m/min 초과)로 500㎛ 이하의 얇은 게이지(gauge)에서 생산될 때, 상기 필름(3)들의 고분자 분자들은 일반적으로 매우 높은 수준으로 상기 기계 방향으로 연신된다. 상기 기계 방향은 압출기에 의한 압출 공정에서 생산되는 고분자 필름이 앞으로 움직이는 방향과 평행한 방향이다. 상기 압출 공정에서, 매우 점도가 높은 고분자는 매우 좁은 채널들 또는 매우 좁은 다이의 틈(예를 들어, 100 내지 700㎛)을 통하여 매우 높은 압력(예를 들면, 60 내지 300bar)에서 흐르도록 강요받는데, 그 결과 높은 수준의 연신 및 고분자 분자들의 스트레스가 상기 기계 방향으로 발생한다. 상기 연신 및 스트레스 정도는 상기 고분자가 상기 제조 중에 겪는 스트레스들과 신장 비율 및 상기 다이로부터 배출될 때 상기 고분자의 온도에 영향을 받는다.
도 2는 (a) 상기 필름(3)의 상기 고분자 분자들이 스트레스를 받고 있는 상태 및 (b) 상기 고분자 분자들이 덜 스트레스를 받고 있는 상태를 개략적으로 나타낸 모식도이다. 본 발명에서 제공되는 상기 어닐링 방법에 따르면, 상기 필름(3)을 어닐링함으로써 빠르고 상당하게 상기한 바와 같은 수축을 줄일 수 있고, 상기 도 2(a)에서 도시된 필름을 상기 도 2(b)에 도시된 필름으로 변형시킬 수 있다. 상기 어닐링 전에는 상기 필름(3)의 상기 고분자 분자들이 길이 방향으로 길쭉한 모양을 가지지만, 어닐링 후에는 상기 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 소위 불규칙-코일(random-coil) 배열로 재연신된다.
상기 본 발명에 따른 어닐링 공정은 어닐링 유닛(7)에서 이루어진다. 상기 어닐링 유닛(7)은 일 예로 상기 고분자 필름(3)을 상기 어닐링 유닛(7)으로 통과시키는 구동 수단(10), 상기 고분자 필름(3)을 이완 온도로 가열하는 가열 수단(8), 상기 필름(3)이 그 위에서 가열되도록 하는 지지 수단의 지지 표면(12), 및 선택적으로 상기 고분자 필름(3)을 냉각시키는 냉각 수단(11)을 포함할 수 있다. 도 3 및 4는 본 발명의 어닐링 공정이 이루어지는 어닐링 유닛(7)의 두가지 다른 실시예를 보여준다. 상기 구체적인 실시예에서, 상기 구동 수단(10)은 1개 또는 그 이상의 롤러들 또는 컨베이어 벨트들일 수 있고, 또는 이들의 조합일 수도 있다. 상기 가열 수단(8)은 일 예로 적외선 가열 장치일 수 있고, 상기 지지 표면(12)은 일 예로 거친 표면일 수 있고, 상기 냉각 수단(11)은 일 예로 일반적으로 사용되는 차가운 롤러일 수 있다. 상기 어닐링 유닛(7)을 구성하는 다른 요소들에 대해서는 아래에서 설명한다.
상기 압출 단계 이후에, 상기 고분자 필름(3)은 상기 가열 수단(8)에 의하여 이완 온도까지 가열되어, 상기 필름(3)의 적어도 일부분이 어닐링된다. 상기 고분자 필름(3)의 가열은 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 어떠한 가열 수단이 모두 이용 가능하고, 일 예로 상기 지지 표면(12)을 따라 가열 액체를 흘려 주거나, 상기 지지 표면(12)을 따라 따듯한 물을 흘려 줄 수 있다. 상기 가열은 바람직하게 적외선 가열 장치(8)에 의해 이루어질 수 있다. 상기 적외선 가열 장치(8)는 일 예로 근적외선, 중적외선 또는 원적외선 파장을 이용하는 것일 수 있다. 상기 적외선 파장 및 상기 적외선 발생 방치는 가열되는 물질에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 물질들은 적외선의 일부를 흡수하거나, 그 표면에서 반사하거나, 통과하여 지나가도록 한다. 적절한 스펙트럼을 가지는 에미터를 선택함으로써, 방사선의 가능한 최대 부분이 상기 물질에 의하여 흡수되어 열로 전환되도록 할 수 있다. 상기 적외선 가열 장치(8)의 또 한가지 장점은 빠른 온-오프(on-off) 반응 시간이다. 본 발명에서 바람직하게 선택 가능한 에미터는 1 내지 2초 내에 끄고 켜질 수 있는 것이다. 상기 에미터는 간단한 전력 제어 유닛 및 상기 가열 수단 이후의 고온계(pyrometer)에 의하여 전력을 줄이거나 늘리는 것이 가능하고, 매우 정확한 가열 및 온도 조절이 가능하며, 다양한 속도로 진행하는 것을 가능하게 한다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 적외선 가열 장치(8)은 상기 어닐링 유닛(7)의 구성에 따라 다양한 방법으로 배열될 수 있다. 예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 어닐링이 롤러의 실린더 표면 외부에서 수행되는 경우, 상기 적외선 가열 장치(8)는 상기 롤러의 외부 표면의 원주 방향을 따라 위치할 수 있고, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 어닐링이 컨베이어 밸트 위에서 수행되는 경우, 상기 적외선 가열 장치(8)는 상기 필름(3)을 운반하는 상기 컨베이어 밸트 바로 위에 위치할 수 있다. 상기 광기전성 고분자 밀봉 필름(3)은 일 예로 필름 입구(9)를 통하여 어닐링 유닛(7)에 공급된다. 상기 필름(3)의 온도는 그 온도가 충분히 높거나, 상기 가열 수단(8)에 의하여 올려지는 경우 유지될 수 있고, 일반적으로 5초 보다 적은 시간 동안 이완 온도까지 끌어 올려질 수 있고, 상기 온도는 사용된 고분자 종류에 따라 변할 수 있다.
상기 밀봉 필름(3)은 상기 고분자 분자들의 등방성을 향상시키기 위하여 이완 온도까지 가열 수단(8)에 의하여 가열된다. 상기 이완 온도는 바람직하게 비캣 연화점(vicat softening point) 보다 높은 온도일 수 있다. 상기 비캣 연화점은 그 물질이 1mm2의 둥글거나 직사각형의 단면 형상을 가지는 끝이 평평한 침에 의하여 1mm 깊이까지 관통될 수 있도록 되는 온도이다. 상기 비캣 연화점을 측정할 수 있는 표준 방법은 ASTM D 1525 및/또는 ISO 306이다. 상기 이완 온도는 바람직하게 상기 기능성 분자들의 열분해 온도 보다 낮은 온도일 수 있다. 상기 기능성 분자들, 즉 유기 퍼록사이드와 같은 경화성 분자들 또는 실란들과 같은 프라이머 분자들, 상기 필름(3)을 상기 백 시트(6)에 부착시키는 위한 접착제들은 상기 열분해 온도에서 그들의 초기 물성을 잃게 되고, 이는 반드시 방지되어야 한다.
상기 탄성 고분자 필름(3)은 상기 지지 수단의 상기 지지 표면(12) 위에서 가열되는데, 상기 지지 수단은 상기 고분자 필름(3)과 상기 지지 표면(12) 사이에 유체(13)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 필름(3)은 유동층(fluid bed)(13) 위에 지지될 수 있다. 바람직하게 공기와 같은 가스, 더 바람직하게 온도가 조절된 공기와 같은 가스가 상기 유동층(13)의 유체로 사용될 수 있다. 또한, 온도가 조절된 액체 유동층(13)도 사용될 수 있다. 상기 액체로는 낮은 녹는점, 충분히 높은 인화점(flash point)을 가지는 액체를 선택할 수 있고, 상기 낮은 녹는점은 상기 고분자 필름(3)의 물질에 따라 상기 고분자 필름(3)이 어닐링될 수 있는 온도에서 상기 어닐링이 진행될 때, 상기 액체가 액체 상태로 존재할 수 있을 정도로 충분히 낮은 것이다. 상기 액체는 본 발명에서 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 옥탄(octane), 노난(nonane), 데칸(decane), 운데칸(undecane), 도데칸(dodecane), 에이코잔(eicosane), 트리아콘탄(triacontane), 및 이들의 조합(즉, 파라핀 왁스)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 포화 탄화수소일 수 있다. 다른 액체들도 본 발명에서 사용 가능한데, 스테아린(stearine) 또는 다른 오일 타입, 예를 들면 실리콘 오일(silicone oil) 등도 사용할 수 있다. 또한, 적정 수축이 발생하고, 상기 필름(3)에 흡수됨으로써 상기 필름(3)의 표면에서 부작용을 유발하지 않으면서도 목적 온도까지 가열할 수 있는 액체이면 어느 것이나 사용 가능하다. 상기 고분자 필름(3)이 그 위에서 가열되는 상기 지지 표면(12)은 평평하거나 굴곡을 가질 수 있다.
상기 도 5 및 6에서 도시된 것과 같은 본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 상기 지지 표면(12)은 상기 필름(3)을 지지하기 위하여 울퉁불퉁한 표면을 가질 수 있고, 바람직하게 상기 울퉁불퉁한 표면의 Rz 거칠기(roughness values)가 50 내지 120㎛이거나, Ra 거칠기가 5 내지 50㎛일 수 있고, 바람직하게 5 내지 25㎛일 수 있고, 더욱 바람직하게 10 내지 25㎛일 수 있다. 상기 Rz 및 Ra 값들은 Mitutoyo SJ-201 장치로 0.8mm 컷오프 조건에서 ISO 4287:1997 방법을 이용하여 측정할 수 있다. 일반적으로 2차원 거칠기 파라미터는 대문자 R과 그 옆에 붙은 소문자로 이루어진다. 상기 소문자는 사용된 계산식을 구분하는 것이고, 상기 대문자 R은 상기 계산식이 2차원 거칠기 프로파일에 적용된 것임을 의미한다. 상기 Ra는 거칠기 프로파일의 산술 평균이고, 상기 Rz는 10점(ten-point) 거칠기이다. 도 5는 상기 울퉁불퉁한 표면의 단면도이고, 도 6은 도 5의 울퉁불퉁한 표면의 사시도이다. 상기 탄성 고분자 필름(3)은 상기 지지 표면(12)의 볼록한 부분에 지지되며, 이와 함께 상기 울퉁불퉁한 표면의 볼록한 부분 사이사이에 존재하며, 에어 쿠션(air cushions) 역할을 하는 에어 포켓(air pocket)(13)에 의하여 지지된다. 상기 에어 포켓(13)은 상기 필름(3)이 달라 붙거나, 늘어져 흐르거나, 또는 어닐링 도중에 상당한 3차원 변형이 일어나는 것을 방지할 수 있다. 상기 지지 표면(12)의 울퉁불퉁한 무작위 패턴의 배분은 상기 필름(3)에서 상기 고분자 분자들의 등방성을 증가시키는데 기여하는 것으로 생각된다.
상기 울퉁불퉁한 지지 표면(12)은 어떤 물질로도 제조될 수 있지만, 바람직하게 금속 물질로 제조될 수 있다. 상기 금속은 어떤 금속 및/또는 상기 금속들의 합금도 사용 가능하며, 상기 금속은 내구성이 우수하고, 단단하며, 열적으로 안정하여 본 발명에 적용할 수 있다. 한편으로 여러 금속 및/또는 이들의 합금이 상기 지지 표면(12)으로 사용 가능하며, 다른 한편으로 상기 표면에 소정의 거칠기를 부여하는 기술들이 존재한다. 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자는 적절한 금속 및 적절한 거칠기 형성 기술의 조합을 선택할 수 있다. 예를 들어, 강철 표면 또는 스테인레스 스틸의 표면은 상기 본 발명의 일 실시예에 따른 요구 사항에 적합하다.
상기 울퉁불퉁한 지지 표면(12)의 형상은 어떠한 형성이라도 가능하고, 일 예로 평평한 표면일 수도 있다. 즉, 상기 고분자 필름(3)은 상기 평평한 지지 표면(12) 위에서 어닐링될 수 있다. 상기 어닐링 방법은 연속 어닐링 공정(continuous annealing process)일 수 있고, 배치 어닐링 공정(batch annealing process)일 수 있다. 상기 필름(3)은 상기 구동 수단(10)에 의하여 상기 평평한 지지 표면(12)에 공급될 수 있고, 또는 다른 어떤 방법으로도 상기 평평한 지지 표면(12)에 놓여질 수 있다. 상기 가열 수단(8)은 상기 평평한 지지 표면(12)의 상기 고분자 필름(3)을 지지하고 있는 면의 위에 배치되거나, 또는 상기 지지 표면(12) 아래에 배치될 수 있고, 상기 두 위치에 모두 배치될 수도 있다.
바람직하게, 어닐링 중에, 연속적인 시트 형태의 상기 광기전성 고분자 밀봉 필름(3)은 상기 구동 수단(10)에 의하여 상기 지지 수단 위에 공급될 수 있다.
상기 도 3은 상기 고분자 필름(3)이 상기 평평한 지지 표면(12)에 의하여 지지되고, 컨베이어 밸트인 구동 수단(10) 위에 배치된 일 실시예를 도시한다. 상기 컨베이어 벨트(10)는 상기 고분자 필름(3)을 이송시킨다. 상기 고분자 필름(3)은 상기 가열 수단(8)에 의하여 상기 평평한 지지 수단 위에서 이완 온도까지 가열되어 어닐링된다. 상기 필름(3)은 상기 냉각 수단(11)에 의하여 냉각된다. 상기 컨베이어 벨트(10)의 속도는 상기 고분자 필름(3)이 어닐링되는 시간에 따라 적절하게 조절할 수 있고, 상기 고분자 필름(3)이 어닐링되는 시간은 상기 어닐링된 필름(3)의 목표로하는 물성에 의하여 선택될 수 있다.
상기 도 4는 상기 탄성 고분자 필름(3)이 상기 지지 수단에 지지되며, 특히 상기 지지 수단이 롤러의 외부 원통형 표면이 울퉁불퉁한 지지 표면(12)을 가지는 경우에 대한 일 실시예를 도시한다. 상기 롤러는 그 내부가 꽉 차 있거나 비어 있을 수 있다. 선택적으로, 상기 롤러는 그 내부에 배치된 가열 수단(도시하지 않음)에 의하여 가열될 수 있다. 상기 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 압출된 필름(3)은 컨베이어 밸트 및/또는 1개 이상의 이송 롤러들을 경유하여 지지 표면(12)이 형성된 롤러로 이송될 수 있다. 상기 롤러는 세로 축을 기준으로 회전할 수 있다. 이때, 상기 롤러는 상기 필름(3)이 적어도 부분적으로 어닐링될 수 있을 만큼 느리고, 충분한 생산성을 확보할 수 있을 정도의 빠른 회전 속도로 회전할 수 있다. 상기 어닐링의 최적화는 상기 이완 온도 및 상기 필름(3)이 상기 온도에 노출되는 시간에 따라 좌우된다. 동일한 수축률을 유지하기 위하여, 여러 조건이 적용될 수 있고, 예를 들어 낮은 온도 및 짧은 어닐링 시간 또는 더 높은 온도 및 더 짧은 어닐링 시간을 적용할 수 있다. 바람직하게, 높은 생산량을 얻기 위하여, 상기 필름(3)은 높은 온도에서 가능한 매우 짧은 어닐링 시간 동안 가열 수단(8)을 따라 이송될 수 있다. 그러나, 너무 높은 온도는 바람직하지 않다. 높은 온도에서, 상기 고분자 필름(3)은 너무 녹을 수 있고, 상기 필름(3)의 자동화 공정에서, 예를 들면 롤러(10) 위에서, 너무 빨리 경화될 수 있다. 상기 물질과 상기 필름 두께가 적용된 본 발명의 일 예에서, 상기 컨베이어 벨트(10)의 속도는 1분당 고분자 필름(3)의 10 내지 15m일 수 있다.
상기 탄성 고분자 필름(3)을 가열하고 어닐링한 후, 상기 필름(3)은 여전히 뜨겁기 때문에 상기 필름(3)을 롤러 위에 감는 등 다시 한번 기계 방향으로 스트레스를 주기 전에 냉각시킬 수 있다.
상기 어닐링된 필름(3)은 다른 방법으로 냉각될 수 있는데, 예를 들면 상기 필름(3)을 냉각 수조에서 냉각시킬 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 필름(3)에 냉각 가스를 불어 상기 필름(3)을 냉각시키거나, 냉각 표면 위에서 냉각시킬 수도 있다. 상기 도 3 및 도 4에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 부드럽고 어닐링된 필름(3)은 부드럽게 상기 냉각 롤러(11)에 올려질 수 있다. 이 단계 또는 이후 단계에서, 추가적인 엠보싱 공정이 적용될 수 있다. 상기 엠보싱 공정에 의하여 상기 필름(3) 표면에 소정의 기능적인 패턴이 형성될 수 있다.
상기 어닐링된 광기전성 고분자 밀봉 필름(3)을 생산하기 위한 연속 공정은 일반적으로 다음과 같은 공정들을 포함한다. 우선, 상기 필름(3)은 고분자 압출 기술에 의하여 탄성 고분자를 필름(3)으로 전환하고, 상기 필름(3)을 롤러(10) 및/또는 컨베이어 벨트(10) 또는 다른 적절한 수단에 의하여 상기 어닐링 유닛(7)으로 이송시키고, 울퉁불퉁한 지지 표면(12)을 가지는 원통형 롤러에 지지된 상기 필름(3)을 가열하고, 상기 필름(3)을 예를 들면 일반적으로 사용하는 냉각 롤러(11)에 의하여 냉각시키고, 상기 어닐링되고 냉각된 필름(3)을 감아서 제조될 수 있다. 상기 필름(3)이 특정한 온도에서 머무르는 시간은 상기 필름(3)의 수축률에 의하여 결정될 수 있다. 상기 본 발명의 어닐링 방법은 또한 어닐링되지 않은 고분자 밀봉 필름(3)을 배치(batch) 공정에 의하여 처리하는데도 적합하게 적용될 수 있다. 즉, 상기 고분자 밀봉 필름(3)은 상기 압출 공정과 함께 라인 상에서 어닐링될 수 있고, 별도의 롤투롤(roll to roll) 또는 롤투시트(roll to sheet) 작동에 의하여 오프 라인 상에서 어닐링될 수도 있다. 이 경우 상기 고분자 필름(3)의 어닐링 방법으로부터 상기 고분자 필름(3)의 생산 공정을 분리할 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자 필름(3)이 다른 장소에서 생산되고, 상기 생산된 고분자 필름(3)을 연속된 시트 형태로 공급하여 어닐링하거나, 또는 분리된 고분자 필름(3)의 묶음으로서 어닐링시킬 수 있다. 바람직하게, 상기 고분자 밀봉 필름(3)은 상기 롤러(10)들, 컨베이어 벨트(10) 또는 다른 적절한 수단에 의하여 이송될 수 있다. 상기 이송 속도는 상기 어닐링 방법에 따라 적절하게 조정 가능하다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 상기 고분자 밀봉 필름(3)은 연속적인 시트 형태로 공급될 수 있어, 상기 어닐링된 필름(3)이 경제적이고 효율적인 방법으로 높은 생산 속도 및 자동화된 생산 공정에 의하여 생산되도록 할 수 있다.
( 실시예 1)
두께가 대략 450㎛이고, VA 함량이 31 내지 33 중량%이고, 녹는점이 61 내지 63℃인 EVA로 이루어지며, 유기 퍼록사이드 경화제를 포함하며, 본래 스트레스가 55% 이상의 수축률을 가지는 필름을 제조하였다.
상기 스트레스는 이완 이전에 상기 필름이 물 위에 자유롭게 떠 있는 상태에서, 80℃에서 수조 테스트(water bath test) 방법에 의하여 측정한 것이다. 상기 수조 테스트 방법에 대해서 설명하면, 우선 EVA 필름 조각(100x100mm)을 80℃의 뜨거운 물이 들어 있는 수조에 넣는다. 상기 온도는 EVA의 녹는점 이상의 온도이다. 상기 온도에서, 상기 필름은 상기 물의 표면에 자유롭게 떠 있는다. 약 25초 후에 상기 필름의 수축이 발생한다. 상기 필름을 상기 수조에서 체(sieve)와 같은 장치를 이용해서 꺼내고, 두번째 수조로 옮긴 후 주변 온도에서 냉각(?칭, quenching)시킨다. 마지막으로, 상기 필름의 면적을 측정하고 기록한다. 상기 수축은 상기 필름의 원래 길이, 즉 100mm에 대하여 기계 방향에 따라 줄어든 길이의 비로 표현될 수 있다. 따라서, 수축률이 낮은 필름은 가장 긴 길이의 줄어든 길이를 가진다.
상기 제조된 필름을 본 발명에 따른 어닐링 유닛에서 어닐링한 경우 68 내지 69℃로 상승하는 온도 및 39초 동안의 시간 조건에서 약 15%의 수축률을 가짐을 확인하였다.
상기 어닐링 유닛은 근적외선 에미터 시스템을 포함하며, 추가적으로 파워 매니지먼트(power management) 및 온도를 조절하기 위한 고온계(pyrometer)를 포함하였다. 상기 고온계는 상기 파워 매니지먼트 장치에 피드백을 주어서 상기 필름이 가열될 수 있도록 하였다. 상기 필름은 Rz 거칠기가 -85 내지 90㎛인 울퉁불퉁한 강철 표면을 사용한 컨베이터 벨트 시스템에 올려졌다. 일단, 상기 지지/컨베이어 시스템을 멈추어 두고, 닫힌 물 순환 시스템을 바탕으로 한 가열 시스템을 이용하여 온도를 상승시켜, 상기 컨베이어 시스템을 약 68 내지 69℃까지 가열하고 유지시켰다. 상기 필름이 이 상태에서는 매우 끈적거리지만, 상기 울퉁불퉁한 지지 표면에 들러 붙지 않았다. 상기 필름은 냉각 장치로 옮겨져서 25℃까지 냉각됐다. 상기 필름은 높은 온도에서 부드러운 액체 상태이지만, 상기 냉각 공정에 의하여 필름이 늘어짐이 발생하지 않았다. 상기 냉각 장치는 일반적으로 사용되는 냉각 롤러였다.
( 실시예 2)
상기 실시예 1과 동일한 필름을 66℃까지 가열했다. 상기 온도에서 상기 필름은 조작하기 매우 쉬우면서도, 어느 정도의 용융 강도를 가졌다. 효과적인 어닐링(<15mm 수축)을 진행하기 위하여 온도를 상승시켰는데 93초 정도가 필요하였다. 상기 어닐링 속도에 상기 온도가 미치는 영향은 지수로 나타낼 수 있다.
( 실시예 3)
상기 실시예 1과 동일한 필름을 또한 66℃에서 39초 동안 어닐링시켰다. 이때, 수축은 35mm였다.
( 실시예 4)
상기 실시예 1, 2 및 3과 동일한 필름을 방법 1에 따라 68 내지 69℃에서 어닐링시켰다. 이때, 다른 유기 퍼록사이드 시스템(두 종류의 유기 퍼록사이드 에스터의 조합)을 이용하였는데, 동일한 수축 결과를 얻었다. 상기 수축은 상기 유기 퍼록사이드계에 영향을 받지 않는 것을 확인하였다.
1: 광기전 모듈
2: 유리 기판
3: 광기전성 고분자 밀봉 필름
4: 태양 전지, 태양 전지 어레이
5: 금속 스트립(리본)
6: 백 시트
7: 어닐링 유닛
8: 가열 수단, 적외선 가열 장치
9: 필름 입구
10: 구동 수단, 컨베이어 벨트, 롤러
11: 냉각 수단, 냉각 롤러
12: 지지 표면
13: 유체, 유동층, 에어 포켓

Claims (19)

  1. 기계 방향(machine direction: MD)을 따라 연신된 고분자 분자들을 포함하는 필름을 지지 수단의 지지 표면에 지지하여 이온 온도까지 가열함으로써 상기 고분자 분자들의 등방성을 증가시키면서 상기 필름이 적어도 부분적으로 어닐링되도록 하며, 상기 지지 수단은 상기 필름과 상기 지지 표면 사이에 유체를 포함하는 것인 광기전성 고분자 밀봉 필름의 어닐링 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지 표면은 상기 필름을 지지하는 울퉁불퉁한 표면을 포함하는 것인 광기전성 고분자 밀봉 필름의 어닐링 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 울퉁불퉁한 표면은 Rz 거칠기가 50 내지 120㎛인 것인 광기전성 고분자 밀봉 필름의 어닐링 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 울퉁불퉁한 표면은 Ra 거칠기가 5 내지 50㎛인 것인 광기전성 고분자 밀봉 필름의 어닐링 방법.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 울퉁불퉁한 표면은 금속으로 이루어진 것인 광기전성 고분자 밀봉 필름의 어닐링 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 지지 수단은 외부 원통형 표면이 울퉁불퉁한 표면을 가지는 롤러를 포함하는 것인 광기전성 고분자 밀봉 필름의 어닐링 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필름은 기능성 분자를 포함하며, 상기 이완 온도는 상기 기능성 분자의 열분해 온도 보다 낮은 온도인 것인 광기전성 고분자 밀봉 필름의 어닐링 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이완 온도는 적어도 상기 필름의 비캣 연화점(vicat softening point) 보다 높은 온도인 것인 광기전성 고분자 밀봉 필름의 어닐링 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어닐링 동안, 상기 광기전성 고분자 밀봉 필름은 연속적인 시트 형태로 구동 수단에 의하여 상기 지지 수단에 공급되는 것인 광기전성 고분자 밀봉 필름의 어닐링 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필름은 상기 어닐링 후에 경화되는 것인 광기전성 고분자 밀봉 필름의 어닐링 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 수단은 적외선 가열 장치를 포함하는 것인 광기전성 고분자 밀봉 필름의 어닐링 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고분자 필름은 폴리비닐부티랄(polyvinylbutyral, PVB), 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(styrene-ethylene-butylene-styrene, SEBS), 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(styrene-ethylene-propylene-styrene, SEPS), 폴리메틸메타크릴레이트-아크릴레이트 코폴리머(polymethylmethacrylate-acrylate copolymer), 메탈로센 폴리에틸렌(metalocene polyethylene), 열가소성 폴리우레탄(thermoplast polyurethanes), 다른 열가소성 고무들, 폴리올레핀, 기능성 폴리올레핀 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 열가소성 엘라스토머 물질로 제조되는 것인 광기전성 고분자 밀봉 필름의 어닐링 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 고분자 필름은 에틸렌 비닐-아세테이트(ethylene vinylacetate, EVA)계 기능성 폴리올레핀으로 제조되는 것인 광기전성 고분자 밀봉 필름의 어닐링 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 에틸렌 비닐-아세테이트는 상기 에틸렌 비닐-아세테이트 전체에 대하여 비닐-아세테이트 함량이 28 중량% 내지 40 중량%인 것인 광기전성 고분자 밀봉 필름의 어닐링 방법.
  15. 고분자를 압출 방향(extrusion direction)을 따라 압출하여 제조되며, 상기 압출 방향 및 기계 방향(machine direction: MD)을 따라 연신된 고분자 분자들을 포함하는 광기전성 고분자 밀봉 필름을 생산하는 단계, 그리고
    제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 어닐링 방법을 이용하여 상기 제조된 광기전성 고분자 밀봉 필름을 어닐링하는 단계
    를 포함하는 광기전성 고분자 밀봉 필름의 어닐링 방법.
  16. 태양 전지 어레이를 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 어닐링 방법에 의하여 제조된 광기전성 고분자 밀봉 필름으로 밀봉하는 단계를 포함하는 광기전 모듈의 제조 방법.
  17. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 어닐링 방법에 의하여 제조된 광기전성 고분자 밀봉 필름.
  18. 제17항에 따른 광기전 고분자 밀봉 필름을 포함하는 광기전 모듈.
  19. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 어닐링 방법을 수행하기 위하여 디자인된 장치.
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