KR20130129348A - 다이어프램 시트, 다이어프램 시트를 이용한 태양전지모듈 제조방법, 태양전지모듈 제조용의 라미네이트 장치를 이용한 라미네이트 방법 - Google Patents

다이어프램 시트, 다이어프램 시트를 이용한 태양전지모듈 제조방법, 태양전지모듈 제조용의 라미네이트 장치를 이용한 라미네이트 방법 Download PDF

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Abstract

태양전지 라미네이터의 다이어프램 시트의 성능 및 내구성을 향상시켜, 양호한 라미네이트 작업을 장기간에 걸쳐 안정적으로 행한다. 또, 충분하고 또한 균일한 라미네이트를 장기간 안정적으로 행함으로써, 고품질의 모듈을 장기간 안정적으로 제조한다.
적부성이 낮고, 또한, 유기 과산화물 및 실란 커플링제에 대한 내구성이 높은 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(EPDM)를 포함하는 조성물로 형성되어 이루어지는 다이어프램 시트를 이용하여, 태양전지모듈을 제조한다.

Description

다이어프램 시트, 다이어프램 시트를 이용한 태양전지모듈 제조방법, 태양전지모듈 제조용의 라미네이트 장치를 이용한 라미네이트 방법 {DIAPHRAGM SHEET, METHOD FOR MANUFACTURING SOLAR CELL MODULE USING DIAPHRAGM SHEET, LAMINATION METHOD USING LAMINATION APPARATUS FOR SOLAR CELL MODULE PRODUCTION}
본 발명은 태양전지모듈의 제조에 이용하는 다이어프램 시트, 다이어프램 시트를 이용한 태양전지모듈의 제조방법 및 다이어프램 시트를 이용한 태양전지모듈의 라미네이트 방법에 관한 것이다.
일반적으로 옥외에서 사용되는 태양전지셀은 수분이나 먼지의 영향을 피하고, 또 우박이나 작은 돌 등의 충돌 혹은 풍압에 견디도록, 어떠한 용기나 수지 중에 봉해 넣은 모듈로서 사용된다. 예를 들면 표판(表板) 한 장 구조로 불리는 태양전지모듈은 유리판과 백시트의 사이에 태양전지셀과 봉지재(封止材)를 봉입(封入)한 구조가 채용되고 있다. 봉지재는 모듈을 구성하는 부재끼리를 일체화시키고, 또 태양전지셀을 옥외의 영향으로부터 차단하는 것으로, 태양전지모듈의 내구성에 관련되어 있다. 봉지재로서는 에틸렌 비닐 아세테이트(ethylene vinyl acetate) 수지제인 것이 널리 이용되고 있다.
태양전지모듈은 라미네이트 장치에 의해서 상술의 각 부재를 진공하에서 열접착함으로써 제조된다. 이 열접착의 작업은 라미네이트 장치 내에서 모듈구성부재를 적층한 것을 다이어프램 시트와 열판과의 사이에 끼우고, 라미네이트 장치 내의 소정의 공간을 진공 상태로 하며, 열판을 가열하고, 봉지재를 열용해 및 열가교(熱架橋)함으로써 행해진다.
봉지재의 열가교는 충분하고 또한 균일하게 행해지는 것이 중요하다. 봉지재에 열가교가 불충분한 부분이 있으면, 당해 부분으로부터 모듈부재끼리의 박리, 습기의 침입, 태양전지셀의 부식이 발생하기 때문이다.
종래 다이어프램 시트에는 내열성의 관점으로부터 실리콘 고무가 널리 이용되어 왔다(특허문헌 1). 그러나, 실리콘 고무로 이루어지는 다이어프램 시트는 반복 사용에 의해 여러 성능이 저하해 버려, 내구성이 충분하지 않다고 하는 문제가 있었다.
구체적으로는, 다이어프램 시트를 반복해 사용했을 경우, 다이어프램 시트에 주름이 발생하여 라미네이트 가공 중에 균일한 눌러 붙이기를 할 수 없게 되거나, 라미네이트 가공 중에 돌연 다이어프램 시트가 파단하여, 다이어프램 시트의 교환작업에 의한 생산 로스의 발생, 제조 수율의 저하가 발생한다는 문제가 있었다.
[특허문헌 1] 일본국 특공평4-65556호 공보
본 발명은, 태양전지모듈의 내구성을 향상시키고, 라미네이트 장치의 장기 안정 운용도 실현되며, 생산효율을 향상시키는 태양전지모듈의 라미네이트 방법을 제공하는 것을 제1 목적으로 한다. 또, 제1 목적을 실현하기 위한 다이어프램 시트를 제공하는 것을 제2 목적으로 한다.
본 발명자는, 상기 과제를 해결하기 위하여 예의 연구한 결과, 다이어프램 시트의 내구성에 뒤떨어지는 원인이 에틸렌 비닐 아세테이트 수지와 함께 봉지재 중에 포함되는 유기 과산화물이나 실란 커플링(silane coupling)제가, 에틸렌 비닐 아세테이트 수지가 열가교할 때에 가스가 되어 외부로 방출되고, 당해 가스에 의해 다이어프램 시트가 서서히 화학적으로 침식되는 것에 있는 것을 발견하여, 이것을 해결하기에 이르렀다.
(A) 상기 과제를 해결하는 본 발명의 다이어프램 시트는,
에틸렌 비닐 아세테이트 수지를 봉지재로서 이용하는 태양전지모듈 제조용의 라미네이트 장치에서 사용하는 다이어프램 시트로서, 에틸렌-프로필렌-디엔(ethylene-propylene-diene) 고무를 포함하는 조성물로 형성되어 이루어지고, 하기 (1), (2)의 조건을 만족하는 다이어프램 시트.
(1) 상기 봉지재에 포함되는 유기 과산화물 및 실란 커플링제에 대한 팽윤율(澎潤率)이 20% 이하
(2) 열판온도 130℃에서의 다이어프램 시트의 적부성(跡付性, creep deformation)이 3㎜ 이하
(B) 또, 본 발명의 태양전지모듈의 제조방법은,
에틸렌 비닐 아세테이트 수지를 봉지재로서 이용하는 태양전지모듈 제조방법으로서,
다이어프램 시트를 이용한 라미네이트 장치에 의해 태양전지셀을 상기 봉지재로 라미네이트하는 공정을 포함하고,
상기 다이어프램 시트가 에틸렌-프로필렌-디엔 고무를 포함하는 조성물로 형성되어 이루어지고, 하기 (1), (2)의 조건을 만족하는 것인 태양전지모듈의 제조방법.
(1) 상기 봉지재에 포함되는 유기 과산화물 및 실란 커플링제에 대한 팽윤율이 20% 이하
(2) 열판온도 130℃에서의 다이어프램 시트의 적부성이 3㎜ 이하
(C) 또, 본 발명의 라미네이트 방법은,
태양전지모듈 제조용의 라미네이트 장치를 이용한 라미네이트 방법으로서,
라미네이트 장치의 다이어프램 시트를 (A)에 기재한 상기 다이어프램 시트로 하고,
라미네이트 가공시의 진공배기공정에서 라미네이트 장치의 하부 챔버 내의 진공도가 133㎩에 도달하는 시간이 100초 이하이며, 상기 진공도가 133㎩에 도달 후 3분 경과 후의 상기 하부 챔버 내의 진공도가 100㎩ 이하인 태양전지모듈 제조용의 라미네이트 방법.
이하, 에틸렌 비닐 아세테이트 수지를 「EVA」라고 하는 경우가 있으며, 에틸렌-프로필렌-디엔 고무를 「EPDM」이라고 하는 경우가 있다.
본 발명의 다이어프램 시트는, 적부성이 낮기 때문에, 라미네이트 가공시의 라미네이트 장치의 챔버 내의 진공도가 소정의 진공도에 이르는 시간을 짧게 할 수 있어, 태양전지모듈의 생산효율을 높게 할 수 있다.
또, 본 발명의 다이어프램 시트는, 적부성이 낮기 때문에, 충분하고 또한 균일한 라미네이트시의 눌러 붙이기를 할 수 있다. 이 때문에, 제조되는 태양전지모듈의 봉지재의 가교도를 충분하고 또한 균일하게 할 수 있어, 고품질이고 긴 수명의 태양전지모듈을 안정 생산하는 것이 가능하게 된다.
또, 본 발명의 다이어프램 시트는, 적부성의 낮음과, 봉지재에 포함되는 유기 과산화물 및 실란 커플링제에 대한 팽윤율의 낮음으로부터, 다이어프램 시트의 내구성을 비약적으로 향상할 수 있어, 생산효율이 비약적으로 향상할 수 있다.
또, 본 발명의 태양전지모듈의 제조방법 및 본 발명의 태양전지모듈 제조용의 라미네이트 장치를 이용한 라미네이트 방법은 고품질이고 긴 수명의 태양전지모듈을 안정 또한 효율적으로 생산할 수 있다.
도 1은 태양전지모듈의 구성의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2는 태양전지모듈 제조용의 라미네이트 장치의 전체의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은 태양전지모듈 제조용의 라미네이트 장치의 라미네이트부의 일례를 나타내는 측단면도이다.
도 4는 태양전지모듈 제조용의 라미네이트 장치의 라미네이트 가공시에서의 라미네이트부의 일례를 나타내는 측단면도이다.
본 발명의 실시형태에 대해서 이하 상세히 설명한다.
<1> 태양전지모듈
우선 본 발명의 다이어프램 시트를 이용하여 제조하는 태양전지모듈의 일례에 대해서 도 1에 의해 설명한다. 도 1은 결정계의 태양전지셀을 사용한 태양전지모듈의 구성의 일례를 나타내는 단면도이다.
태양전지모듈은, 도시와 같이, 투명한 커버유리(11)와 이면재(12)와의 사이에 봉지재(13, 14)를 통하여 매트릭스(15)를 사이에 둔 구성을 가진다. 이면재(12)는 백시트이라고도 불리는 것으로, 폴리에틸렌 수지 필름, 폴리에스테르 수지 필름, 불소 수지 필름 등이 사용된다. 봉지재(13, 14)는 에틸렌 비닐 아세테이트 수지(EVA), 유기 과산화물, 실란 커플링제 등을 포함하는 조성물로 형성되는 수지 시트 등이 사용된다. 매트릭스(15)는 전극(16, 17)의 사이에 결정계의 태양전지셀(18)을 리드선(19)을 통하여 접속한 구성이다.
이와 같은 태양전지모듈은 커버유리, EVA 시트, 태양전지셀, EVA 시트, 이면재의 순서로 적층한 것을 후술하는 라미네이트 장치에 의해 라미네이트함으로써 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 다이어프램 시트는, 결정계의 태양전지셀을 이용한 태양전지모듈뿐만이 아니라, 박막계(어모퍼스(amorphous)계)의 태양전지셀을 이용한 태양전지모듈을 제조할 때에도 이용할 수 있다.
<2> 태양전지모듈 제조용의 라미네이트 장치
다음으로, 본 발명의 다이어프램 시트를 이용하여 태양전지모듈을 제조할 때에 사용되는 라미네이트 장치의 일례에 대해서, 도 2 ~ 도 4를 참조하여 설명한다.
도 2는 라미네이트 장치(100)의 전체의 구성의 일례를 나타내는 도면이다. 도 3 및 도 4는 본 실시형태에 관한 라미네이트 장치(100)에서, 피가공물(커버유리, EVA 시트, 태양전지셀, EVA 시트, 이면재의 적층체)(10a)을 라미네이트하는 라미네이트부(101)의 일례를 나타내는 측단면도이다. 도 3은 라미네이트 가공 전을 나타내며, 도 4는 라미네이트 가공 중을 나타내고 있다.
상부 케이스(110)에는 아래쪽 방향으로 개구된 공간이 형성되어 있고, 이 개구면에 접하여 다이어프램 시트(112)가 마련되어 있다. 상부 케이스(110) 내에는 다이어프램 시트(112)에 의해서 나누어진 공간(상부 챔버(113))이 형성된다. 후술하는 바와 같이, 다이어프램 시트(112)는 피가공물(10a)을 가압하는 가압부재로서 기능하고, 피가공물(10a)을 라미네이트할 수 있다.
또, 상부 케이스(110)의 상면에는 상부 챔버(113)와 연통하는 흡배기구(114)가 마련되어 있다. 흡배기구(114)를 통하여, 상부 챔버(113)를 진공배기하여 진공 상태로 하거나 상부 챔버(113)에 대기압을 도입하거나 할 수 있다.
하부 케이스(120)에는 위쪽 방향으로 개구된 공간(하부 챔버(121))이 형성되어 있고, 이 공간에 열판(122)(패널 모양의 히터)이 마련되어 있다. 열판(122)은 하부 케이스(120)의 저면에 세워진 지지부재에 의해서, 수평 상태를 유지하도록 지지되어 있다. 이 경우에, 열판(122)은 그 표면이 하부 챔버(121)의 개구면과 대략 동일 높이가 되도록 지지된다.
또, 하부 케이스(120)의 하면에는 하부 챔버(121)와 연통하는 흡배기구(123)가 마련되어 있다. 흡배기구(123)를 통하여, 하부 챔버(121)를 진공배기하여 진공 상태로 하거나 하부 챔버(121)에 대기압을 도입하거나 할 수 있다.
상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)와의 사이에서, 열판(122)의 위쪽에는 반송벨트(130)가 이동 가능하게 마련되어 있다. 반송벨트(130)는, 도 2의 반입 컨베이어(200)로부터 피가공물(10a)을 받아 라미네이트부(101)의 중앙 위치로 반송하거나 라미네이트 후의 피가공물(태양전지모듈(10b))을 도 2의 반출 컨베이어(300)로 받아 넘긴다.
또, 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)와의 사이에서, 반송벨트(130)의 위쪽에는 박리시트(140)가 마련되어 있다. 박리시트(140)는 피가공물(10a)의 봉지재(13, 14)(도 1 참조)가 용융했을 때에, 봉지재(13, 14)가 다이어프램 시트(112)에 부착하는 것을 방지하기 위한 것이다. 박리시트(140)로서는 표면을 실리콘 이형제로 처리한 수지 필름 등을 이용할 수 있다.
<3> 라미네이트 가공방법의 개요
다음으로, 본 발명의 다이어프램 시트를 이용한 라미네이트 공정의 실시형태에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.
우선 도 3에 나타내는 바와 같이, 반송벨트(130)에 의해서, 피가공물(10a)을 라미네이트부(101)의 중앙 위치로 반송한다. 또, 온도 컨트롤러에 의해, 열판(122)의 온도를 목표 온도가 되도록 온도 제어한다. 라미네이트시의 온도는 통상 140 ~ 170℃로 한다.
다음으로, 상부 케이스(110)의 흡배기구(114)를 통하여, 상부 챔버(113)의 진공배기을 행한다. 또, 승강장치(도시생략)에 의해 상부 케이스(110)를 하강시킨다. 상부 케이스(110)를 하강시킴으로써, 다이어프램 시트를 통하여, 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)를 밀착하고, 상부 챔버(113) 및 하부 챔버(121)를 각각 밀폐 상태로 유지할 수 있다. 또한, 이 상태에서는, 주변부를 제외한 대부분의 다이어프램 시트는 상부 챔버에 부착한 상태로 되어 있다.
다음으로, 하부 케이스(120)의 흡배기구(123)를 통하여, 하부 챔버(121)의 진공배기을 행한다. 하부 챔버(121)의 진공배기에 의해 피가공물(10a)에 포함되어 있는 기포를 뺄 수 있다. 또한, 이 상태에서 피가공물(10a)은 열판(122)에 의해서 가열되고, 그 내부에 포함되는 봉지재(13, 14)가 용융한다.
다음으로, 하부 챔버(121)의 진공 상태를 유지한 채로, 상부 케이스(110)의 흡배기구(114)를 통하여, 상부 챔버(113)에 대기압을 도입한다. 이것에 의해, 상부 챔버(113)와 하부 챔버(121)에 기압차가 생기고, 다이어프램 시트(112)가 팽창하여, 도 4에 나타내는 바와 같이 다이어프램 시트(112)가 아래쪽으로 압출된다. 피가공물(10a)은 아래쪽에 밀려나온 다이어프램 시트(112)에 의해 가압되며, 용융한 봉지재(13, 14)에 의해 각 구성부재가 라미네이트된다.
이와 같이 라미네이트 공정이 종료한 후, 하부 케이스(120)의 흡배기구(123)를 통하여, 하부 챔버(121)에 대기압을 도입한다. 또, 승강장치(도시생략)에 의해 상부 케이스(110)를 상승시킨다. 상부 케이스(110)를 상승시킴으로써, 도 2에 나타내는 바와 같이, 반송벨트(130)을 이동시킬 수 있게 된다. 반송벨트(130)는 라미네이트 후의 피가공물(태양전지모듈(10b))을 반출 컨베이어(300)로 받아 넘긴다.
또, 라미네이트 공정에서는, 다이어프램 시트에서 태양전지모듈의 부재를 눌러 붙임으로써 각 부재의 접착도를 높이기 위하여, 도 4에 나타내는 하부 챔버(121)는 높은 진공도를 실현할 수 있는 것이 바람직하다.
또한, 생산성의 면으로부터, 라미네이트 공정에서는, 진공도가 일정한 값 이하가 될 때까지의 시간이 짧은 것과, 진공도가 일정 동안 유지되는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 봉지가 고화(固化)하는 것에 의한 모듈 내에의 기포 잔존을 방지하는 관점으로부터, 라미네이트시의 진공배기공정에서, 라미네이트 장치의 하부 챔버 내의 진공도가 133㎩에 도달할 때까지의 시간이 120초 이하인 것이 바람직하고, 100초 이하인 것이 보다 바람직하며, 90초 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또, 공정 종료까지 충분한 진공도를 유지하여 모듈 내에의 기포 혼입을 방지하는 관점으로부터, 라미네이트시의 진공배기공정에서, 라미네이트 장치의 하부 챔버 내의 진공도가 133㎩에 도달하고 나서 3분 경과 후 하부 챔버 내의 진공도를 100㎩ 이하로 하는 것이 바람직하고, 80㎩ 이하로 하는 것이 보다 바람직하며, 70㎩ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.
후술하는 본 발명의 다이어프램 시트는 상기 조건을 실현할 수 있다. 또한, 종래 다이어프램 시트에 이용되어 온 실리콘 고무는 분자의 결합각이 EPDM보다도 크고 가스 투과성이 높기 때문에, 상기 조건을 실현할 수 없다.
또한, 상술의 진공도는 실시예에 기재의 수단에 의해 측정할 수 있다.
<4> 봉지재
봉지재는 에틸렌 비닐 아세테이트 수지(EVA)를 주성분으로 하여, 첨가제로서 유기 과산화물이나 실란 커플링제 등을 포함하여 이루어지는 것이다. 봉지재는 EVA 및 첨가제를 포함하는 봉지재 조성물을, 성형하여 시트화하는 것 등에 의해 얻을 수 있다.
에틸렌 비닐 아세테이트 수지(EVA)는 에틸렌과 아세트산 비닐을 공중합하여 이루어지는 것으로, 통상 아세트산 비닐 성분이 3 ~ 40mol%이다.
봉지재의 전체 중량 성분 중에 차지하는 EVA, 유기 과산화물, 실란 커플링제의 비율은, EVA가 92 ~ 98중량%, 유기 과산화물이 1 ~ 5중량%, 실란 커플링제가 1 ~ 3중량% 정도이다.
<5> 다이어프램 시트
본 발명자는, 다이어프램 시트로서, 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(EPDM)를 이용했을 경우에, EVA 수지의 열가교시에 발생하는 가스에 대해서 내구성이 향상하는 것을 발견했다. 또한 본 발명자는 EPDM으로 이루어지는 다이어프램 시트가 하기 (1), (2)의 조건을 만족하는 것이 유용한 것을 발견했다.
(1) 에틸렌 비닐 아세테이트 수지에 포함되는, 가교제에 대한 팽윤율이 20% 이하이고, 실란 커플링제에 대한 팽윤율이 20% 이하
(2) 열판온도 130℃에서의 다이어프램 시트의 적부성이 3㎜ 이하
봉지재는 태양전지모듈의 기계적 강도나 커버유리와의 밀착성의 관점으로부터, EVA 외에 유기 과산화물 및 실란 커플링제를 포함하고 있다. 이들 유기 과산화물 및 실란 커플링제는, 태양전지모듈을 제작할 때의 가열 라미네이트시에, 가스가 되어 외부로 방출된다. 다이어프램 시트가 상기 가스에 포함되는 유기 과산화물 및 실란 커플링제를 흡수하면, 다이어프램 시트의 물리적 성질이나 화학적 성질이 서서히 변화하여, 당초의 성능을 유지하지 않게 된다. 이 때문에, 다이어프램 시트는 유기 과산화물 및 실란 커플링제로의 내성을 가지는 것, 구체적으로는 유기 과산화물 및 실란 커플링제에 대하여 팽윤하기 어려운 것이 필요하다.
또한, 종래 다이어프램 시트에 이용되어 온 실리콘 고무는 분자 구조상 매우 유기 과산화물 및 실란 커플링제를 흡수하기 쉽다.
유기 과산화물은, EVA의 가교제로서 기능하는 것으로, 디아실 퍼옥사이드(diacyl peroxide), 알킬 퍼옥시 에스테르(alkyl peroxy ester), 퍼옥시 디카보네이트(peroxy dicarbonate), 퍼옥시 카보네이트(peroxy carbonate), 디알킬 퍼옥사이드(dialkyl peroxide), 히드로퍼옥사이드(hydroperoxide), 케톤 퍼옥사이드(ketone peroxide) 등을 들 수 있다. 본 발명의 다이어프램 시트는, 봉지재 중에 함유하는 유기 과산화물에 대한 팽윤율이 20% 이하인 것이 필요하다. 당해 팽윤율은 10% 이하인 것이 바람직하고, 5% 이하인 것이 보다 바람직하다. 특히, 본 발명의 다이어프램 시트는 퍼옥시 카보네이트계의 유기 과산화물에 대해서, 상기 팽윤율의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
퍼옥시 카보네이트계의 유기 과산화물로서는 터셔리-부틸 퍼옥시-2-에틸헥실 카보네이트(tertiary-butyl peroxy-2-ethylhexyl carbonate), 터셔리-아밀 퍼옥시-2-에틸헥실 카보네이트(tertiary-amyl peroxy-2-ethylhexyl carbonate) 등을 들 수 있다.
실란 커플링제는 커버유리와의 밀착성을 향상하는 기능을 가지는 것으로, 비닐계, 엑폭시계, 스티릴(styryl)계, 메타크릴(methacryl)계, 아크릴계, 아미노계, 우레이드(ureide)계, 메르캅토(mercapto)계, 설파이드(sulfide)계, 이소시아네이트(isocyanate)계인 것 등을 들 수 있다. 본 발명의 다이어프램 시트는 시트 중에 함유하는 실란 커플링제에 대한 팽윤율이 20% 이하인 것이 필요하다. 당해 팽윤율은 10% 이하인 것이 바람직하고, 5% 이하인 것이 보다 바람직하다. 특히, 본 발명의 다이어프램 시트는, 비닐계의 실란 커플링제에 대하여, 상기 팽윤율의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
비닐계의 실란 커플링제로서는 비닐 트리메톡시실란(vinyl trimethoxysilane), 비닐 트리에톡시실란(vinyl triethoxysilane) 등을 들 수 있다.
다이어프램 시트의 유기 과산화물 및 실란 커플링제에 대한 팽윤율은 실시예에 기재의 수단에 의해 측정할 수 있다.
또, 본 발명의 다이어프램 시트는, 태양전지 제조용 라미네이트 장치로서 바람직하게 이용하기 위해서, 적부성이 3㎜ 이하인 것이 필요하다. 적부성(跡付性, creep deformation)이란, 다이어프램 시트의 라미네이트시의 변형 정도를 나타내는 지표이며, 실시예에 기재의 수단에 의해 측정할 수 있다.
다이어프램 시트의 적부성이 3㎜를 넘으면, 계속적으로 라미네이트 가공할 때에, 다이어프램 시트의 기능인 태양전지모듈(구성부재)을 균일하게 억제할 수 없게 된다. 또, 다이어프램 시트의 적부성이 3㎜를 넘으면, 적부에 의한 주름이 계속적인 가공으로 균열에 이르러, 내구성이 저하한다. 따라서 적부성을 3㎜ 이하로 하는 것이 중요하다.
또한, 다이어프램 시트의 기능인 「태양전지모듈을 균일하게 억제하는」 것을 실현하기 위해, 적부성은 2㎜ 이하인 것이 바람직하고, 1㎜ 이하인 것이 보다 바람직하다.
다이어프램 시트는 EPDM과 필요에 따라서 첨가되는 첨가제를 포함하는 EPDM 조성물로 형성할 수 있다.
EPDM는 에틸렌과 프로필렌과의 공중합체인 에틸렌-프로필렌 고무(EPM)에 소량의 비공역 디엔 모노머(non-conjugated diene monomer)인 제3 성분을 도입하고, 측쇄(側鎖) 중에 이중 결합을 갖게 한 것이다. 제3 성분으로서는, 에틸리덴 노보넨(ethylidene norbornene), 1,4-헥사디엔(1,4-hexadiene), 디시클로펜타디엔(dicyclopentadiene) 등을 들 수 있으며, 에틸리덴 노보넨이 바람직하다. EPDM 중의 제3 성분의 비율은 통상 20중량% 이하이다.
EPDM의 첨가제로서는, 실리카나 카본 블랙 등의 보강재, 방향족계 프로세스 오일, 나프텐(naphthene)계 프로세스 오일 및 파라핀계 프로세스 오일 등의 연화제, 가교제, 공가교제, 산화 방지제, 가공조제(加工助劑) 등을 들 수 있다.
또, 가교제로서는 유기 과산화물을 이용하는 것이 바람직하고, 디아실 퍼옥사이드, 알킬 퍼옥사이드, 퍼옥시 디카보네이트, 퍼옥시 카보네이트, 퍼옥시 케탈(peroxy ketal), 디알킬 퍼옥사이드, 히드로퍼옥사이드, 케톤 퍼옥사이드 등을 들 수 있으며, 그 중에서도 1분간 반감기 온도가 158℃ 이상의 유기 과산화물이 바람직하고, 구체적으로는 디큐밀 퍼옥사이드(dicumyl peroxide), 2,5-디메틸-2,5-디(터셔리 부틸 퍼옥시)헥산(2,5-dimethyl-2,5-di(tertiary butyl peroxy)hexane) 등을 들 수 있다.
또한, 가교 효율을 올리는 관점으로부터, 가교제와 함께 공가교제를 이용하여도 된다. 공가교제로서는, 트리알릴 이소시아누레이트(triallyl isocyanurate)(TAIC), 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트(ethylene glycol dimethacrylate)(EG), 트리메틸로프로판 트리메타크릴레이트(trimethylolpropane trimethacrylate)(TMP) 등을 들 수 있다.
각 첨가제의 EPDM 100중량부에 대한 첨가량은 적부성 및 팽윤율을 낮게 하는 관점으로부터, 보강재가 70 ~ 150중량부인 것이 바람직하고, 90 ~ 110중량부인 것이 보다 바람직하며, 연화제가 50 ~ 150중량부인 것이 바람직하고, 70 ~ 120중량부인 것이 보다 바람직하며, 가교제가 1 ~ 15중량부인 것이 바람직하고, 2 ~ 12중량부인 것이 보다 바람직하며, 공가교제가 0 ~ 10중량부인 것이 바람직하고, 1 ~ 8중량부인 것이 보다 바람직하다.
다이어프램 시트는, 예를 들면, EPDM 조성물(가교제 및 공가교제는 제외)을 혼합한 콤파운드를 성형한 후, 콤파운드에 가교제를 첨가(필요에 따라서 공가교제를 더욱 첨가)하여, 시트화함으로써 제조할 수 있다.
통상, 콤파운드에 가교제를 첨가하고, 이것을 시트에 성형할 때는 160℃ 정도의 온도로 성형 가공되지만, 이 온도에서는 EPDM를 가교 하는데 긴 시간이 필요했다. 가교 시간을 짧게 했을 경우는, 가교제가 다이어프램 시트 중에 잔류하여, 태양전지모듈의 제조시에 EPDM이 가교되는 결과, 적부성을 3㎜ 이하로 하는 것은 어렵다.
따라서, 적부성의 관점으로부터, 다이어프램 시트의 성형온도는 170℃ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 180℃ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 또, 그 때, 성형시간은 5분 이상으로 하는 것이 바람직하고, 10 ~ 50분으로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 다이어프램 시트의 성형온도를 170℃ 이상으로 하거나 성형시간을 5분 이상으로 하는 것은 봉지재에 포함되는 유기 과산화물이나 실란 커플링제에 대한 다이어프램 시트의 팽윤율을 상술한 범위 내로 하는 관점으로부터도 바람직하다.
또, 가교제로서 유기 과산화물을 이용하는 경우, 다이어프램 시트 중에 유기 과산화물이 잔존하는 것을 방지하는 관점으로부터, 다이어프램 시트의 성형시 또는 성형 후에, 유기 과산화물이 충분히 분해하는 정도의 열처리 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 유기 과산화물은 반감기의 6 ~ 7배의 시간에서 거의 분해하기 때문에, 예를 들면, 다이어프램 시트의 성형시 또는 성형 후에, 1분간 반감기 온도 이상의 온도에서 6분 이상 가열하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
실시예
본 발명의 다이어프램 시트 및 그 다이어프램 시트를 사용한 태양전지모듈의 라미네이트 방법에 대해서 실시예와 비교예에 의해 설명한다. 설명은 (1) 다이어프램 시트용 콤파운드 작성, (2) 시트 성형, (3) 시트의 물성 측정, (4) 태양전지 제조용 라미네이트 장치의 현장 시험의 4개로 나누어 설명한다.
(1) 다이어프램 시트용 콤파운드 작성
실시예 1, 2, 비교예 1의 콤파운드의 조성은 표 1과 같다. 콤파운드 작성은 표 1의 가교제 이외를 니더(kneader)(스즈카 엔지니어링 주식회사(Suzuka Engineering Co., Ltd.)제, ESTR75-150-180)로 15분 혼련하여 행했다.
Figure pct00001
(2) 시트 성형
콤파운드의 온도가 80℃ 이하가 되고 나서 표 1의 가교제를 첨가하고, 프레스 성형기(칸사이롤 주식회사제)를 이용하여, 세로 75㎝, 가로 75㎝, 두께 3㎜의 다이어프램 시트를 성형했다. 각 실시예, 비교예의 성형온도는 표 1에 기재한 바와 같이, 실시예 1, 2는 성형온도 180℃, 비교예 1은 성형온도 160℃로 했다. 성형시간은 각 실시예는 15분 , 비교예는 30분으로 행했다.
(3) 시트의 물성 측정
(3-1) 팽윤율 측정
(3-1-1) 유기 과산화물
다이어프램 시트 성형품의 단편(斷片) 1g을, 유기 과산화물(터셔리-부틸 퍼옥시-2-에틸헥실 카보네이트, 제품명 「루페록스(Luperox) TBEC」, 아르케마 요시토미사(Arkema Yoshitomi, Ltd.)제) 30㎖에 액온(液溫) 25℃로 70시간 침지(浸漬)했다. 그 후 다이어프램 시트를 취출하고, 니혼세이시 크레시아사(Nippon Paper Crecia Co., Ltd.)제의 제품명 「킴와이프(Kimwipe)」로 표면에 부착한 액을 닦아내고, 25℃에서 1시간 방치 후의 중량을 전자 천칭으로 0.0001g의 단위까지 측정했다. 다음의 식에 따라서, 유기 과산화물에 대한 팽윤율을 산출했다.
팽윤율(%) = [(침지 후 중량 - 침지 전 중량)/(침지 전 중량)] × 100
(3-1-2) 실란 커플링제
침지하는 액체를 실란 커플링제(비닐 트리에톡시실란, 제품명：KBE-1003, 신에츠 가카쿠고교사(Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.)제)로 변경한 이외는 (3-1-1)과 동일하게 하여, 실란 커플링제에 대한 팽윤율을 측정했다.
(3-2) 적부성
열판유효 면적 50㎝ × 50㎝의 평면 대좌(臺座)를 구비한 태양전지모듈 라미네이터의 평면 대좌상에 세로 20㎝, 가로 20㎝, 두께 2㎝의 유리판을 설치하고, 또한 세로 75㎝, 가로 75㎝, 두께 3㎜의 다이어프램 시트를 세팅한다. 상부 챔버가 대기압, 하부 챔버의 진공도가 70㎩ 이하, 열판온도가 130℃의 조건에서, 48시간, 다이어프램 시트를 유리판에 가압했을 때에, 다이어프램 시트의 유리판과의 접촉 개소에 생긴 요철의 차를 적부성으로 했다. 또한, 태양전지모듈 라미네이터로서는, 닛신보 메카트로닉스사(Nisshinbo Mechatronics Inc.)제의 상품명 Lam0505S 등을 이용할 수 있다.
(3-3) 진공도
진공도는 세로 200㎝, 가로 420㎝, 두께 3㎜의 다이어프램 시트를 태양전지모듈 라미네이터(Lam1537, 닛신보 메카트로닉스사제)에 세팅하고, 열판설정온도 150℃로 태양전지모듈을 라미네이트하여, 하부 챔버 내의 진공도가 133㎩에 도달할 때까지의 시간 및 당해 진공도로 라미네이트를 행하여 3분 경과했을 때의 하부 챔버 내의 진공도를 계측했다. 또한, 상부 챔버 및 하부 챔버의 용적은 1.34 × 108㎣이며, 진공배기력은 340㎥/h로 했다.
(4) 태양전지 라미네이터에서의 현장 시험
(4-1) EVA 시트의 가교율(크실렌(xylene)법)
실시예 및 비교예의 다이어프램 시트를 태양전지모듈용 라미네이터(Lam1537, 닛신보 메카트로닉스사제)에 세팅하고, 봉지재에 EVA 시트(Ultra Pearl, 산빅사(Sanvic Inc.)제)를 이용하여 가공온도 170℃, 라미네이트 시간 20분을 1사이클로 하여 태양전지모듈 제조작업을 행했다. 이 모듈 제조작업을 5회 연속하여 행하고, 5번째의 라미네이트에 의한 모듈 중의 EVA의 가교율을 이하의 방법으로 측정했다.
뚜껑이 부착된 유리병에 라미네이트 가공된 EVA의 단편 1g과 크실렌 100g을 넣고, 110℃로 12시간 가열처리를 행했다. 그 후, 여과지(JISP3801 5종A)로 여과를 행하여, 여과지 잔류물을 110℃로 8시간 건조했다. 그 후, 잔류물의 중량을 측정하여, 다음의 식에 따라서 가교율을 산출했다.
가교율(%) = [잔류물 중량 / EVA 중량(1g)] × 100
동일하게 하여, 모듈 제조작업을 500회 연속하여 행하고, 500번째의 라미네이트에 의한 모듈 중의 EVA의 가교율을 측정했다.
(4-2) 다이어프램 시트의 내구성
실시예, 비교예의 다이어프램 시트를 태양전지모듈 라미네이터(Lam1537, 닛신보 메카트로닉스사제)에 세팅하고, 봉지재에 EVA 시트(Ultra Pearl, 산빅사제)를 이용하여 가공온도 150℃, 라미네이트 시간 20분을 1사이클로 하여 태양전지모듈 제조작업을 행했다. 이 모듈 제조작업을 반복하여, 모듈을 눌러 붙였을 때에 모듈의 외주 부근(EVA로부터 발생하는 가스의 양이 가장 많다고 생각되는 부분)에 위치하는 다이어프램 시트에 균열이 발생할 때까지의 회수를 조사했다.
(3)과 (4)의 결과를 표 2에 나타낸다.
Figure pct00002
표 2에 나타내는 바와 같이, 적부성이 3㎜ 이하이고, 또한, EVA 시트에 포함되는 유기 과산화물 및 실란 커플링제에 대한 팽윤율이 20% 이하인 EPDM제 다이어프램 시트를 이용함으로써, EVA 가교율을 높임과 아울러 다이어프램 시트의 내구성을 향상할 수 있기 때문에, 다이어프램 시트를 반복해서 사용했을 때의 균열이 발생할 때까지의 회수를 큰 폭으로 늘릴 수 있었다. 또, 실시예의 조건에서는, 라미네이트 가공시의 진공배기공정에서 라미네이트 장치의 하부 챔버 내의 진공도가 133㎩에 도달하는 시간을 100초 이하로 할 수 있으며, 진공도가 133㎩에 도달 후 3분 경과 후 하부 챔버 내의 진공도를 100㎩ 이하로 할 수 있었다.
또, 적부성이 3㎜ 이하이고, 또한, 유기 과산화물에 대한 팽윤율이 20% 이하에서, 실란 커플링제에 대한 팽윤율이 20% 이하인 EPDM제 다이어프램 시트를 이용함으로써, 태양전지모듈의 제조효율을 높게 할 수 있으며, 또한 장기간에 걸쳐 안정 제조할 수 있는 것을 알 수 있다.
10a 피가공물 10b 태양전지모듈
11 커버유리 12 이면재
13, 14 봉지재 100 라미네이트 장치
101 라미네이트부 110 상부 케이스
112 다이어프램 시트 113 상부 챔버
120 하부 케이스 121 하부 챔버
122 열판

Claims (4)

  1. 에틸렌 비닐 아세테이트(ethylene vinyl acetate) 수지를 봉지재(封止材)로서 이용하는 태양전지모듈 제조용의 라미네이트 장치에서 사용하는 다이어프램 시트로서, 에틸렌-프로필렌-디엔(ethylene-propylene-diene) 고무를 포함하는 조성물로 형성되어 이루어지고, 하기 (1), (2)의 조건을 만족하는 다이어프램 시트.
    (1) 상기 봉지재에 포함되는 유기 과산화물 및 실란 커플링(silane coupling)제에 대한 팽윤율(澎潤率)이 각각 20% 이하
    (2) 열판온도 13O℃에서의 다이어프램 시트의 적부성(跡付性)이 3㎜ 이하
  2. 에틸렌 비닐 아세테이트 수지를 봉지재로서 이용하는 태양전지모듈 제조용의 라미네이트 장치에서 사용하는 다이어프램 시트로서, 에틸렌-프로필렌-디엔 고무를 포함하는 조성물로 형성되어서 이루어지고, 하기 (1), (2)의 조건을 만족하는 다이어프램 시트.
    (1) 상기 봉지재에 포함되는 터셔리 부틸-퍼옥시-2-에틸 헥실 카보네이트(tertiary butyl-peroxy-2-ethyl hexyl carbonate) 및 비닐 트리에톡시 실란(vinyl triethoxy silane)에 대한 팽윤율이 각각 20% 이하
    (2) 열판온도 130℃에서의 다이어프램 시트의 적부성이 3㎜ 이하
  3. 에틸렌 비닐 아세테이트 수지를 봉지재로서 이용하는 태양전지모듈 제조방법으로서,
    다이어프램 시트를 이용한 라미네이트 장치에 의해 태양전지셀을 상기 봉지재로 라미네이트하는 공정을 포함하고,
    상기 다이어프램 시트가 에틸렌-프로필렌-디엔 고무를 포함하는 조성물로 형성되어 이루어지며, 하기 (1), (2)의 조건을 만족하는 것인 태양전지모듈의 제조방법.
    (1) 상기 봉지재에 포함되는 유기 과산화물 및 실란 커플링제에 대한 팽윤율이 각각 20% 이하
    (2) 열판온도 13O℃에서의 다이어프램 시트의 적부성이 3㎜ 이하
  4. 태양전지모듈 제조용의 라미네이트 장치를 이용한 라미네이트 방법으로서,
    라미네이트 장치의 다이어프램 시트를 청구항 1에 기재한 상기 다이어프램 시트로 하고,
    라미네이트 가공시의 진공배기공정에서 라미네이트 장치의 하부 챔버 내의 진공도가 133㎩에 도달하는 시간이 100초 이하이며, 상기 진공도가 133㎩에 도달 후 3분 경과 후의 상기 하부 챔버 내의 진공도가 100Pa 이하인 태양전지모듈 제조용의 라미네이트 방법.
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