KR20130097426A - 태양전지 모듈용 백 시트 및 이를 포함하는 태양전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지 모듈용 백 시트 및 이를 포함하는 태양전지 모듈에 관한 것이다. 본 발명은 폴리에스테르 필름층; 및 상기 폴리에스테르 필름층의 양면에 형성되고, 백색 무기물을 함유하는 폴리에틸렌계 필름층을 포함하는 태양전지 모듈용 백 시트, 및 이를 포함하는 태양전지 모듈을 제공한다. 본 발명에 따르면, 저렴한 가격으로 보급될 수 있고, 접착성 및 습기 차단성(투습성) 등이 우수하다.
Description
본 발명은 태양전지 모듈용 백 시트 및 이를 포함하는 태양전지 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래의 백 시트 대비 우수한 가격 경쟁력을 가지며, 접착성 및 배리어성(습기 차단성 등) 등이 우수한 태양전지 모듈용 백 시트 및 이를 포함하는 태양전지 모듈에 관한 것이다.
최근, 차세대 친환경 에너지원으로서 태양전지가 개발되어 주택용, 공업용 등으로 급속하게 보급되고 있다.
태양전지는 다수의 태양전지 셀(cell)이 모듈화되어 구성된다. 이때, 다수의 태양전지 셀은 봉지층에 패킹(packing), 고정되며, 상기 봉지층의 하부 면에는 밀봉 부재로서의 백 시트(back sheet)가 접착되어 모듈화된다. 이를 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 1은 종래의 일반적인 태양전지 모듈의 단면 구성도를 보인 것으로서, 여기에는 종래 기술에 따른 백 시트가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 태양전지 모듈은 일반적으로 광이 입사되는 투명 강화 유리(3), 상부 봉지층(2a), 다수의 태양전지 셀(C), 하부 봉지층(2b) 및 백 시트(1)가 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 다수의 태양전지 셀(C)은 봉지층(2a)(2b)에 패킹, 고정되어 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 다수의 태양전지 셀(C)은 상부 봉지층(2a)과 하부 봉지층(2b)의 사이에 패킹, 고정되어 있다. 이때, 상기 봉지층(2a)(2b)은 태양전지 셀(C)의 패킹(고정)에 유리한 에틸렌비닐아세테이트(EVA)가 주로 사용된다. 상기 백 시트(1)는 태양전지 모듈의 하부, 즉 상기 하부 봉지층(2b)의 하부 면에 접착되어 태양전지 셀(C)을 보호한다.
태양전지 모듈은 장시간에 걸쳐 출력 저하가 없는 장수명화가 요구된다. 이러한 장수명화를 위해, 상기 백 시트(1)는 태양전지 셀(C)에 악영향을 주는 수분이나 산소를 차단할 수 있고, 자외선 등에 의한 열화를 방지할 수 있어야 한다. 또한, 최근에는 백 시트(1)의 저가격화가 강하게 요구되고 있다. 이에 따라, 백 시트(1)는 태양전지 모듈의 장수명화를 위해 높은 온도나 습도, 그리고 자외선 등에 잘 견딜 수 있는 내열성, 내구성 및 내후성 등을 가진 재질이어야 하며, 이와 함께 저가의 가격으로 보급되어야 한다.
일반적으로, 태양전지 모듈용 백 시트(1)는 베이스 기재로서 내열성의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름과 내후성의 불소계 필름이 적층된 구조를 갖는다. 구체적으로, 도 1에 도시한 바와 같이, 백 시트(1)는 베이스 기재로서의 PET 필름(1a)과, 상기 PET 필름(1a)에 접착제를 통해 접착된 불소계 필름(1b)을 포함한다. 대한민국 등록특허 제10-1022820호 및 대한민국 공개특허 제10-2011-0020227호에는 이와 관련한 기술이 제시되어 있다.
상기 PET 필름(1a)은, 내열성은 물론 기계적 강도 등의 내구성이 우수하여 백 시트(1)의 베이스 기재로서 유용하다. 또한, 상기 불소계 필름(1b)은 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF ; Polyvinylidene fluoride)나 폴리비닐플로라이드(PVF ; Polyvinyl fluoride) 등의 필름이 주로 사용되는데, 이러한 불소계 필름(1b)은 내후성 등이 뛰어난 장점이 있다.
그러나 종래의 백 시트(1)는 구성 재질의 가격이 높아 가격 경쟁력이 떨어지는 문제점이 있다. 구체적으로, 종래 백 시트(1)를 구성함에 있어서, 내후성을 위해, 상기한 바와 같이 필름 상으로 성형된 PVDF나 PVF 등의 불소계 필름(1b)을 PET 필름(1a) 상에 접착제를 통해 접착하고 있는데, 이때 상기 PVDF나 PVF 등의 불소계 필름(1b)은 필름 자체의 가격이 높아 백 시트(1)의 저가격화를 도모하지 못하고 있는 문제점이 있다.
또한, 종래의 백 시트(1)는, 백 시트(1)를 구성하는 각층의 층간 접착력과, 모듈화를 위한 접착력이 약하여 내구성 등이 떨어지고, 습기 차단성 등의 배리어(barrier) 특성 면에서도 양호하지 못한 문제점이 있다. 구체적으로, PET 필름(1a)과 불소계 필름(1b)을 접착제를 통해 접착시키고 있지만, 이들 두 필름(1a)(1b) 사이의 층간 접착력이 약한 문제점이 있다. 아울러, 백 시트(1)는 태양전지 모듈의 하부 봉지층(2b), 즉 EVA 시트에 견고하게 접착되어 밀봉성을 유지해야 하는데, 불소계 필름(1b)과 EVA 시트 간의 접착력이 약하여 내구성이 떨어지는 문제점이 있다. 부가적으로, 상기 불소계 필름(1b)은 내후성에서는 유리하나, 투습도가 높아 습기 차단성 등의 배리어성이 양호하지 못한 문제점도 지적된다.
이에, 본 발명은 저렴한 가격으로 보급될 수 있고, 접착력 및 배리어성(습기 차단성 등)이 우수한 태양전지 모듈용 백 시트, 및 이를 포함하는 태양전지 모듈을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
폴리에스테르 필름층; 및
상기 폴리에스테르 필름층의 양면에 형성되고, 백색 무기물을 함유하는 폴리에틸렌계 필름층을 포함하는 태양전지 모듈용 백 시트를 제공한다.
이때, 상기 폴리에틸렌계 필름층은 폴리에틸렌계 수지 100중량부에 대하여 백색 무기물을 2 ~ 15중량부로 함유하는 것이 바람직하다. 그리고 상기 폴리에틸렌계 필름층은, 폴리에틸렌계 수지와 백색 무기물을 함유하는 조성물이 폴리에스테르 필름층에 코팅되어 형성된 것이 좋다.
또한, 본 발명은 상기 본 발명에 따른 백 시트를 포함하는 태양전지 모듈을 제공한다.
본 발명에 따르면, 저렴한 가격으로 보급될 수 있고, 접착성 및 배리어성(습기 차단성 등) 등이 우수한 효과를 갖는다.
도 1은 종래 기술에 따른 태양전지 모듈과 백 시트의 단면 구성도를 보인 것이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 형태에 따른 태양전지 모듈용 백 시트의 단면 구성도를 보인 것이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 형태에 따른 태양전지 모듈의 단면 구성도를 보인 것이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 형태에 따른 태양전지 모듈용 백 시트의 단면 구성도를 보인 것이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 형태에 따른 태양전지 모듈의 단면 구성도를 보인 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 보인 것으로서, 도 2는 본 발명에 따른 태양전지 모듈용 백 시트의 단면 구성도를 예시한 것이고, 도 3은 본 발명에 따른 태양전지 모듈의 단면 구성도를 예시한 것이다.
먼저, 도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 태양전지 모듈용 백 시트(이하, "백 시트"로 약칭한다.)는 베이스 기재로서의 폴리에스테르 필름층(12)과, 상기 폴리에스테르 필름층(12) 상에 형성된 폴리에틸렌계 필름층(14)을 포함한다.
이때, 상기 폴리에틸렌계 필름층(14)은 폴리에스테르 필름층(12)의 양면에 형성된다. 즉, 상기 폴리에틸렌계 필름층(14)은 폴리폴리에스테르 필름층(12)의 상부 면과 하부 면 모두에 형성된다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따른 백 시트(10)는 도 2에 도시한 바와 같이 기재로서의 폴리에스테르 필름층(12), 상기 폴리에스테르 필름층(12)의 상부 면에 형성된 상부 폴리에틸렌계 필름층(14a), 및 상기 폴리에스테르 필름층(12)의 하부 면에 형성된 하부 폴리에틸렌계 필름층(14b)을 포함하는 적층 구조를 갖는다. 그리고 상기 폴리에틸렌계 필름층(14)(14a)(14b)은 백색 무기물을 함유한다.
상기 폴리에스테르 필름층(12)은 폴리에스테르 필름으로 구성된다. 이때, 폴리에스테르 필름층(12)은 1장의 폴리에스테르 필름으로 구성되거나, 2장 이상 다수의 폴리에스테르 필름이 적층 합지되어 구성될 수 있다. 본 발명에서, 상기 폴리에스테르 필름은 폴리에스테르계 수지를 포함하는 것이면 제한되지 않으며, 이는 예를 들어 카르복실기를 가지는 화합물과 수산기를 가지는 화합물이 중합된 폴리에스테르계 수지를 포함하는 조성물을 필름 형상으로 성형한 것을 사용할 수 있다.
상기 폴리에스테르 필름층(12)은, 바람직하게는 폴리에스테르계 수지로서 내열성 및 기계적 강도 등에서 유리한 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 및 폴리부틸렌나프탈레이트(PBN) 등으로부터 선택된 하나 이상의 수지를 포함하는 것이 좋다. 폴리에스테르 필름층(12)은, 보다 바람직하게는 상기한 나열한 것들 중에서 분자 내에 에틸렌을 가지는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 및 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 등으로부터 선택된 하나 이상의 수지를 포함하는 것이 좋다. 폴리에스테르 필름층(12)은 보다 구체적으로 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(PET 필름) 또는 폴리에틸렌나프탈레이트 필름(PEN 필름)으로 구성되는 것이 좋다.
또한, 상기 폴리에스테르 필름층(12)은 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어 50㎛(마이크로미터) ~ 1,000㎛의 두께를 가질 수 있다. 이때, 폴리에스테르 필름층(12)의 두께가 50㎛ 미만이면 배리어성, 내열성, 기계적 강도(인장강도 등) 및 치수안정성 등이 양호하지 않을 수 있으며, 1,000㎛를 초과하는 경우 유연성(flexible)이나 비용 면에서 바람직하지 않을 수 있다. 이러한 점을 고려하여, 상기 폴리에스테르 필름층(12)은 80 ~ 500㎛의 두께를 가지는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 100 ~ 300㎛의 두께를 가지는 것이 좋다.
한편, 상기 폴리에틸렌계 필름층(14)은 전술한 바와 같이 백색 무기물을 함유한다. 폴리에틸렌계 필름층(14)은 구체적으로 폴리에틸렌계 수지와 백색 무기물을 함유한다.
이때, 상기 폴리에틸렌계 수지는 분자 내에 에틸렌을 포함하는 것이면 제한되지 않는다. 폴리에틸렌계 수지는, 예를 들어 에틸렌 단량체의 단독 중합체 또는 에틸렌 함유 공합중체로부터 선택될 수 있다. 상기 공중합체는 에틸렌 단량체와, 프로필렌 또는 부틸렌 단량체 등의 공중합체를 예로 들 수 있다. 폴리에틸렌계 수지는, 구체적인 예를 들어 폴리에틸렌(PE), 에틸렌-프로필렌 공중합체 및 에틸렌-부틸렌 공합체 등으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기 백색 무기물은 백색의 무기물 입자이면 제한되지 않는다. 백색 무기물은, 바람직하게는 이산화티타늄(TiO2), 산화칼슘(CaO) 및 산화마그네슘(MgO) 등으로부터 선택된 하나 이상인 것이 좋다. 백색 무기물은, 보다 바람직하게는 적어도 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 것이 좋다. 즉, 백색 무기물은 이산화티타늄(TiO2)으로 구성되거나, 이산화티타늄(TiO2)에 산화칼슘(CaO) 및 산화마그네슘 등으로부터 선택된 하나 이상을 더 포함하는 혼합물인 것이 좋다.
상기 폴리에틸렌계 필름층(14)은 전술한 바와 같이 폴리에스테르 필름층(12)의 양면에 형성되는데, 이때 상부 폴리에틸렌계 필름층(14a)은 태양전지 모듈의 봉지층(20, 도 3 참조), 즉 하부 봉지층(20a)과 접착된다. 그리고 하부 폴리에틸렌계 필름층(14b)은 태양전지 모듈의 하측 최외각 표면을 구성한다.
본 발명에 따르면, 위와 같은 폴리에틸렌계 필름층(14)이 폴리에스테르 필름층(12)의 양면에 형성되어, 우수한 내열성 및 내후성 등을 가짐은 물론, 종래의 백 시트 대비 우수한 가격 경쟁력을 도모한다. 구체적으로, 폴리에스테르 필름층(12)은 내열성과 기계적 강도 등의 기본적인 물성을 갖게 하고, 폴리에틸렌계 필름층(14)은 종래의 PVDF나 PVF 등의 불소계 필름(1b, 도 1 참조)과 대비하여 동등 이상의 내후성 등을 갖게 하면서 가격이 현저히 저렴하여 백 시트(10)를 저가의 가격으로 보급되게 할 수 있다.
또한, 상기 폴리에틸렌계 필름층(14)은 우수한 접착력을 갖는다. 즉, 폴리에틸렌계 필름층(14)은 백 시트(10)와 봉지층(20) 간의 우수한 접착력을 도모함은 물론, 백 시트(10) 자체의 우수한 층간 접착력을 도모한다.
구체적으로, 태양전지 모듈의 봉지층(20)은 일반적으로 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 시트로 구성되는데, 상기 폴리에틸렌계 필름층(14)은 봉지층(20)의 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 시트를 구성하는 동질의 단량체로서 에틸렌을 포함하여 봉지층(20)과 우수한 접착력을 갖는다. 그리고 전술한 바와 같이, 상기 폴리에스테르 필름층(12)은 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(PET 필름)이나 폴리에틸렌나프탈레이트 필름(PEN 필름)으로 구성된 것이 바람직한데, 이때 상기 폴리에틸렌계 필름층(14)은 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(PET 필름)이나 폴리에틸렌나프탈레이트 필름(PEN 필름)을 구성하는 동질의 단량체로서 에틸렌을 포함하여, 폴리에스테르 필름층(12)과 우수한 층간 접착력을 갖는다.
또한, 상기 폴리에틸렌계 필름층(14)은 배리어성을 개선한다. 즉, 폴리에틸렌계 필름층(14)을 구성하는 폴리에틸렌계 수지는 기체나 액체의 불투과성이 우수하여, 백 시트(10)에 습기 차단성 등의 배리어성을 개선하여 내구성을 향상시킨다.
아울러, 상기 폴리에틸렌계 필름층(14)은 기계적 특성 및 광전화 효율(광을 전기로 바꾸는 비율) 등을 향상시킨다. 구체적으로, 폴리에틸렌계 필름층(14)에 함유된 백색 무기물은 인장강도 및 치수안정성 등의 기계적 특성을 향상시킨다. 또한, 상기 백색 무기물은 폴리에틸렌계 필름층(14)에 반사능을 부여하여, 입사된 태양광을 태양전지 셀(C, 도 3 참조) 쪽으로 반사시킨다. 이에 따라, 태양전지 셀(C)의 수광량(입사된 광량)이 증가되어 광전환 효율이 향상된다. 이때, 상기 백색 무기물은 상기한 바와 같이 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 것이 바람직한데, 상기 이산화티타늄(TiO2)은 위와 같은 기계적 특성 및 광전환 효율(태양광의 반사능) 등의 개선에 매우 유리하다.
또한, 상기 폴리에틸렌계 필름층(14)은 폴리에틸렌계 수지 100중량부에 대하여 백색 무기물을 2 ~ 15중량부로 함유하는 것이 바람직하다. 이때, 백색 무기물의 함량이 2중량부 미만이면, 이의 함유에 따른 기계적 특성 및 광전환 효율(태양광의 반사능) 등의 개선 효과가 미미할 수 있다. 그리고 백색 무기물의 함량이 15중량부를 초과하면, 상대적으로 폴리에틸렌계 수지의 함량 비율이 낮아져 접착력이 저하될 수 있고, 가격 면에서도 바람직하지 않을 수 있다. 아울러, 상기 이산화티타늄(TiO2) 등의 백색 무기물은 30㎛ 이하의 입자 크기를 가지는 것이 바람직하다. 백색 무기물은, 구체적인 예를 들어 0.05 ~ 30㎛의 입자 크기를 가지는 것이 좋다. 이때, 백색 무기물의 입자 크기가 0.05㎛ 미만이면 태양광 반사능 효과가 미미할 수 있으며, 30㎛를 초과하면 폴리에틸렌계 수지의 접착력을 저해할 수 있다. 백색 무기물은, 보다 바람직하게는 0.1 ~ 10㎛의 입자 크기를 가지는 것이 좋다.
또한, 상기 폴리에틸렌계 필름층(14)은 10 ~ 250㎛의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 이때, 폴리에틸렌계 필름층(14)의 두께가 10㎛ 미만으로서 너무 얇으면 내후성, 접착성 및 기계적 특성 등의 효과가 미미할 수 있다. 그리고 250㎛를 초과하여 너무 두꺼우면, 백 시트(10)의 유연성(flexible)을 저해할 수 있고, 가격 면에서도 바람직하지 않을 수 있다.
위와 같은 폴리에틸렌계 필름층(14)은 폴리에스테르 필름층(12) 상에 다양한 방법으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌계 필름층(14)은 폴리에틸렌계 수지와 백색 무기물을 함유하는 조성물을 필름 상으로 성형한 후, 이를 폴리에스테르 필름층(12) 상에 열융착이나 접착제에 의해 합지될 수 있다. 이때, 상기 접착제는 특별히 제한되지 않으며, 이는 예를 들어 아크릴계, 우레탄계 및 에폭시계 수지 등으로부터 선택된 1종 이상의 접착제를 사용할 수 있다.
바람직한 구현예에 따라서, 상기 폴리에틸렌계 필름층(14)은 코팅을 통해 형성되는 것이 좋다. 구체적으로, 폴리에틸렌계 필름층(14)은 폴리에틸렌계 수지와 백색 무기물을 함유하는 코팅 조성물을 폴리에스테르 필름층(12) 상에 코팅한 후, 경화(건조)를 통해 형성된 것이 제조 공정 면에서 바람직하다. 이때, 폴리에틸렌계 필름층(14)은 폴리에틸계 수지의 접착성에 의해 폴리에스테르 필름층(12)과의 접착력이 도모된다.
상기 코팅 조성물은, 보다 구체적으로 폴리에틸렌계 수지, 백색 무기물 및 용매를 함유할 수 있다. 이때, 상기 용매는 폴리에틸렌계 수지를 희석하여 코팅이 가능할 정도의 점도를 갖게 하는 것이면 제한되지 않는다. 용매는, 예를 들어 알콜계, 글리콜계, 케톤계 및 포름아마이드계 등으로부터 선택된 하나 이상의 유기용제를 사용할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 용매는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 메틸렌글리콜, 에틸렌글리콜, 메틸에틸케톤(MEK) 및 다이메틸포름아마이드(DMF) 등으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 이러한 용매는 폴리에틸렌계 수지 100중량부에 대하여 예를 들어 50 ~ 300중량부로 함유할 수 있다. 이때, 용매의 함량이 50중량부 미만이면 점도가 높아 코팅 작업성이 떨어질 수 있으며, 300중량부를 초과하면 경화(건조) 시간이 오래 걸릴 수 있다. 아울러, 상기 코팅 조성물은 경우에 따라서 선택적으로 산화방지제, 자외선 차단제 및 점착성 부여제 등의 첨가제를 더 함유할 수 있다.
또한, 상기 코팅 조성물의 코팅 방법 및 코팅 회수는 제한되지 않는다. 예를 들어 스핀 코팅(spin coating), 딥 코팅(dip coating), 바 코팅(bar coating), 스프레이 코팅(spray coating), 잉크젯 프린팅(ink-jet printing), 그라비아(gravure) 및 스크린 프린팅(screen-printing) 등으로부터 선택된 하나 이상의 코팅 방법으로 1회 또는 2회 이상 코팅하여 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 백 시트(10)는 상기한 바와 같이 폴리에스테르 필름층(12)과, 상기 폴리에스테르 필름층(12)의 양면에 형성된 폴리에틸렌계 필름층(14)을 포함하며, 이외에 선택적으로 별도의 기능성 층을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상부 폴리에틸렌계 필름층(14a) 상에 형성된 프라이머층(primer layer)을 더 포함할 수 있다.
상기 프라이머층은 상부 폴리에틸렌계 필름층(14a)과 봉지층(20)의 접착력 개선을 위한 것으로서, 이는 접착성의 수지가 얇게 코팅되어 형성된다. 프라이머층은 특별히 한정하는 것은 아니지만, 10㎛ 이하의 두께, 구체적인 예를 들어 2 ~ 5㎛의 두께를 가질 수 있다. 이러한 프라이머층은 예를 들어 폴리에틸렌계, 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 아크릴계, 우레탄계 및 에폭시계 수지 등으로부터 선택된 1종 이상의 접착성 수지가 코팅되어 형성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 태양전지 모듈은, 상기한 바와 같은 본 발명의 백 시트(10)를 포함한다. 도 3은 본 발명에 따른 태양전지 모듈의 예시적인 형태를 보인 단면 구성도이다.
도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 태양전지 모듈은 투명 부재(30), 봉지층(20), 태양전지 셀(C), 및 상기한 바와 같은 본 발명의 백 시트(100)이 순차적으로 적층된 구조를 가지를 수 있다.
이때, 상기 투명 부재(30)는 태양전지 셀(C)의 상부 측을 보호하는 것으로서, 이는 태양전지 셀(C) 보호와 함께 광의 입사에 유리한 강화 유리 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 봉지층(20)은 전기적으로 연결된 다수의 태양전지 셀(C)을 패킹, 고정할 수 있는 것으로서, 이는 도 3에 도시된 바와 같이 상부 봉지층(20b)과 하부 봉지층(20a)으로 구분될 수 있다. 이러한 봉지층(20)은, 바람직하게는 통상과 같이 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 시트로 구성될 수 있다.
아울러, 백 시트(10)는 봉지층(20)의 하부에 접착된다. 보다 구체적으로, 하부 봉지층(20a)의 하부 면에 백 시트(100)의 상부 폴리에틸렌계 필름층(14a)이 접착된다. 이때, 상부 폴리에틸렌계 필름층(14a)과 하부 봉지층(20a)은 열융착이나 접착제를 통해 접착될 수 있다. 접착제는 특별히 제한되지 않으며, 이는 예를 들어 아크릴계, 우레탄계 및 에폭시계 수지 등으로부터 선택된 1종 이상의 접착제를 사용할 수 있다. 상부 폴리에틸렌계 필름층(14a)과 하부 봉지층(20a)은, 바람직하게는 열융착에 의해 접착되는 것이 좋다. 또한, 상부 폴리에틸렌계 필름층(14a) 상에 프라이머층이 더 형성된 경우, 상기 프라이머층과 하부 봉지층(20a)이 접착될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따르면, 전술한 바와 같이 백 시트(10)의 저가격화를 도모할 수 있다. 즉, 내후성을 위한 표면층을 구성함에 있어서, 종래와 같이 필름 자체의 가격이 높은 PVDF나 PVF 등의 불소계 필름을 사용하지 않고, 가격이 저렴한 폴리에틸렌계 수지를 주성분으로 하는 폴리에틸렌계 필름층(14)이 사용되어 동등 이상의 내후성을 갖게 하면서 백 시트(10)를 저렴한 가격으로 보급할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 봉지층(20)과의 접착력은 물론, 폴리에스테르 필름층(12)과의 층간 접착력이 개선되며, 습기 차단성 등의 배리어성이 향상된다. 아울러, 폴리에틸렌계 필름층(14)은 백색 무기물(바람직하게는, 이산화티타늄)을 함유하여, 기계적 특성과 광전화 효율 등을 개선한다.
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 예시한다. 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕도록 하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
폴리에틸렌(PE) 100중량부에 대하여 평균 입도 3㎛ 크기의 백색 이산화티타늄(TiO2) 10중량부를 혼합한 액상의 코팅 조성물을 얻었다. 그리고 두께 250㎛의 내열성 PET 필름을 준비하고, 이의 양면에 상기 코팅 코성물을 바 코팅한 후, 열풍 건조하여 제조하였다. 즉, PET 필름(두께 250㎛)의 양면에 각각 50㎛ 두께의 TiO2 함유 백색 PE 필름(이하, 'W-PE 필름'이라 함)을 형성하여, W-PE(50㎛)/PET(250㎛)/W-PE(50㎛)의 적층 구조를 가지는 백 시트를 제조하였다.
[실시예 2]
두께 250㎛의 내열성 PET 필름을 대체하여, 두께 188㎛의 내열성 PET 필름을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하였다. 즉, W-PE(50㎛)/PET(188㎛)/W-PE(50㎛)의 적층 구조를 가지는 백 시트를 제조하였다.
[비교예 1]
종래의 일반적인 백 시트로서, 내열성 PET 필름(두께 250㎛)의 양면에 PVDF 필름(두께 50㎛)을 아크릴계 접착제로 접착하여, PVDF(50㎛)/PET(250㎛)/PVDF(50㎛)의 적층 구조를 가지는 백 시트를 준비하였다.
[비교예 2]
W-PE 필름의 한 면 코팅에 따른 물성을 비교해 보고자, 아래와 같이 비교 시편을 제조하였다.
먼저, 내열성 PET 필름(두께 250㎛)을 준비하고, 상기 PET 필름의 한 면에 상기 실시예 1과 동일한 액상의 코팅 조성물을 코팅, 건조시켰다. 그리고 PET 필름의 다른 면에는 액상의 불소 수지(PVDF)를 코팅하여, W-PE(50㎛)/PET(250㎛)/불소코팅(15㎛)의 적층 구조를 가지는 백 시트를 제조하였다.
상기 각 실시예 및 비교예에 따른 백 시트 시편에 대하여, 아래와 같이 인장강도, 신장율, 층간 접착력, EVA 시트와의 접착력, 투습도 및 치수 안정성 등의 물성을 평가하고, 그 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다.
(1) 치수 안정성
각 백 시트 시편을 커터 바(cutter bar)를 이용하여 120mm x 60mm(가로 x 세로) 크기로 절단한 다음, 가로 방향으로 시작점과 100mm가 되는 지점을 표시하였다. 그리고 오븐에 넣어 150℃의 온도에서 30분간 방치한 다음, 꺼내어 시작점부터 표시된 지점까지의 길이를 측정하고, 아래의 수학식에 따라 내열 치수 안정성을 평가하였다.
내열 치수 안정성(%) = (t - t0)/t0 x 100
(t : 초기 치수(100mm), t0 : 열처리 후 치수)
(2) 층간 접착력
각 백 시트 시편 끝 부분의 PET 필름을 약간 분리한 후, 180도 박리각으로 박리 강도를 측정하였다. 이때, 실시예 1및 2의 경우 W-PE 필름과 PET 필름 간, 비교예 1의 경우 PVDF 필름과 PET 필름 간, 비교예 2의 경우 불소코팅층(PVDF)과 PET 필름간의 박리 강도(층간 접착력)를 측정하여 비교하였다.
(3) EVA와의 접착력
각 백 시트 시편을 EVA 시트와 열융착하여 접착하였다. 이때, 백 시트 시편은 A4 크기로 절단하고, EVA 시트는 백 시트 시편보다 작은 크기로 절단한 다음, 포개어 열풍 오븐에 150℃, 15분간 넣어 접착하였다. 그리고 오븐에서 꺼내어 식힌 후, 15mm x 15mm(가로 x 세로) 크기로 절단한 다음, EVA 시트와 백 시트 간의 박리 강도(EVA와의 접착력)를 측정하였다. 이때, 실시예 1및 2의 경우 W-PE 필름과 EVA 시트 간, 비교예 1의 경우 PVDF 필름과 EVA 시트 간, 비교예 2의 경우 불소코팅층(PVDF)과 EVA 시트 간의 박리 강도(EVA와의 접착력)를 측정하여 비교하였다.
(4) 투습도
각 백 시트 시편을 커터 바(cutter bar)를 이용하여 15mm x 15mm(가로 x 세로) 크기로 절단한 다음, 투습도 측정기를 이용하여 측정하였다.
(5) 반사율
Shimadzu UV-spectrometer 기계를 사용하여, 550nm 파장에서의 반사율을 측정하였다.
| 비 고 |
실시예 1 | 실시예 2 | 비교예 1 | 비교예 2 |
| 백 시트 적층구조 |
W-PE(50㎛)/ PET(250㎛)/ W-PE(50㎛) |
W-PE(50㎛)/ PET(188㎛)/ W-PE(50㎛) |
PVDF(50㎛)/ PET(250㎛)/ PVDF(50㎛) |
불소코팅(15㎛)/ PET(250㎛)/ W-PE(50㎛) |
| 치수안정성 (%) |
0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 층간 접착력 (kgf/15㎜) |
2.2 (W-PE/PET) |
2.2 (W-PE/PET) |
0.5 (PVDF/PET) |
0.8 (불소코팅/PET) |
| EVA와의 접착력 (kgf/15㎜) |
박리불능 (W-PE/EVA) |
박리불능 (W-PE/EVA) |
0.5 (PVDF/EVA) |
0.8 (불소코팅/EVA) |
| 투습도 (g/㎡ㆍday) |
1.1 | 1.4 | 2.4 | 1.8 |
상기 [표 1]에 보인 바와 같이, 본 발명의 실시예 1및 2에 따른 백 시트는 종래의 비교예 1과 대비하여, 기계적 특성(치수안정성)의 경우 동등하면서, 특히 층간 접착력 및 EVA와의 접착력에 있어서 매우 우수한 특성을 가짐을 알 수 있었다. 아울러, 투습도가 낮아 우수한 습기 차단성(배리어성)을 가짐을 알 수 있었다. 그리고, 한 면에만 W-PE 필름을 형성한 비교예 2와 비교해 볼 때에도 모든 특성에서 매우 양호함을 알 수 있었다.
또한, 상기 각 실시예 및 비교예에 따른 백 시트 시편에 대하여, UV 촉진폭로 시험 장비를 이용하여 내후성(신뢰성)을 평가하고, 그 결과를 하기 [표 2]에 나타내었다. 이때, 상대 습도 70%RH, 65℃의 조건에서, 각 백 시트 시편을 촉진폭로 시험장비의 UV 램프에 65W/㎡의 세기로 100시간, 200시간, 500시간 동안 노출시킨 후, 상기와 같은 방법으로 치수 안정성 및 층간 접착력을 평가하였다.
| 비 고 |
초기 | 100 hr | 200 hr | 500 hr | ||
| 실시예 1 |
W-PE(50㎛)/ PET(250㎛)/ W-PE(50㎛) |
치수안정성 (%) |
0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 층간 접착력 (kgf/15㎜) |
2.2 | 2.2 | 2.1 | 2.1 | ||
| 실시예 2 |
W-PE(50㎛)/ PET(188㎛)/ W-PE(50㎛) |
치수안정성 (%) |
0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 층간 접착력 (kgf/15㎜) |
2.2 | 2.2 | 2.1 | 2.1 | ||
| 비교예 1 |
PVDF(50㎛)/ PET(250㎛)/ PVDF(50㎛) |
치수안정성 (%) |
0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 층간 접착력 (kgf/15㎜) |
0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.3 | ||
| 비교예 2 |
불소코팅(15㎛)/ PET(250㎛)/ W-PE(50㎛) |
치수안정성 (%) |
0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 층간 접착력 (kgf/15㎜) |
0.8 | 0.7 | 0.7 | 0.5 | ||
상기 [표 2]에 보인 바와 같이, 자외선(UV)에 장시간 노출되어도 본 발명의 실시예 1및 2에 백 시트는 우수한 내후성(신뢰성)을 가짐을 알 수 있었다. 특히, 본 발명의 실시예 1및 2에 따른 백 시트는 종래의 비교예 1과 대비하여, 층간 접착력에 있어 500시간 자외선(UV)에 노출된 후에도 초기 값을 거의 동등 수준으로 유지하여 우수한 내후성(신뢰성)을 가짐을 알 수 있었다.
한편, 하기 [표 3]은 이산화티타늄(TiO2)의 함량에 따른 물성 평가 결과를 보인 것이다. 구체적으로, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 백색 PE 필름(W-PE 필름)을 제조함에 있어서, 이산화티타늄(TiO2)의 함량을 달리하여 제조하고, 각 함량에 따른 백 시트 시편에 대하여, 상기와 동일한 방법으로EVA 시트와의 접착력을 평가하였다. 그리고 상기 기재한 방법으로 반사율을 평가하여 그 결과를 하기 [표 3]에 나타내었다.
| 구 분 |
비교예 1 | 실시예 1-1 | 실시예 1-2 | 실시예 1 | 실시예 1-3 | 실시예 1-4 |
| TiO2 함량 (중량부) |
- | 2 | 6 | 10 | 14 | 18 |
| EVA와의 접착력 (kgf/15㎜) |
박리불능 | 박리불능 | 박리불능 | 박리불능 | 박리불능 | 2.2 |
| 반사율 (%) |
10 | 75 | 85 | 87 | 89 | 85 |
상기 [표 3]에 보인 바와 같이, 이산화티타늄(TiO2)의 함량에 따라 접착력과 반사율이 변화함을 알 수 있었다. 즉, 이산화티타늄(TiO2)의 함량이 너무 높으면 EVA 시트와의 접착력이 낮아짐을 알 수 있었다. 상기 결과로부터, 접착력과 반사율을 고려하여, 이산화티타늄(TiO2)은 2 ~ 15중량부가 바람직함을 알 수 있었다.
10 : 백 시트 12 : 폴리에스테르 필름층
14 : 폴리에틸렌계 필름층 20 : 봉지층
30 : 투명 부재 C : 태양전지 셀
14 : 폴리에틸렌계 필름층 20 : 봉지층
30 : 투명 부재 C : 태양전지 셀
Claims (8)
- 폴리에스테르 필름층; 및
상기 폴리에스테르 필름층의 양면에 형성되고, 백색 무기물을 함유하는 폴리에틸렌계 필름층을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 백 시트.
- 제1항에 있어서,
상기 폴리에스테르 필름층은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 및 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 백 시트.
- 제1항에 있어서,
상기 폴리에틸렌계 필름층은 폴리에틸렌계 수지 100중량부에 대하여 백색 무기물을 2 ~ 15중량부로 함유하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 백 시트.
- 제1항에 있어서,
상기 폴리에틸렌계 필름층은 10 ~ 250㎛의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 백 시트.
- 제1항에 있어서,
상기 백색 무기물은 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 백 시트.
- 제1항에 있어서,
백색 무기물은 0.1 ~ 10㎛의 입자 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 백 시트.
- 제1항에 있어서,
상기 폴리에틸렌계 필름층은, 폴리에틸렌계 수지와 백색 무기물을 함유하는 조성물이 폴리에스테르 필름층에 코팅되어 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 백 시트.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 따른 백 시트를 포함하는 태양전지 모듈.
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