KR20130135788A - 친환경 광전지 모듈용 백시트 및 이의 제조방법 - Google Patents

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KR20130135788A
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권윤경
김현철
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Abstract

본 발명의 구현예들은 광전지 모듈용 백시트, 이의 제조 방법 및 광전지 모듈에 관한 것으로, 결정성 불소계 고분자, 안료, 수분산 바인더 및 물을 포함하는 수분산 조성물을 기재의 제조 공정 내에서 인라인 코팅 공정에 의하여 기재 위에 코팅하여 불소계 고분자를 포함하는 수지층을 형성함으로써 백시트의 제조 공정을 단순화할 수 있으며, 독성의 유기 용매를 사용하지 않아 친환경적이면서도 경제적이므로 생산성 및 품질을 모두 향상시킬 수 있다.

Description

친환경 광전지 모듈용 백시트 및 이의 제조방법 {Environmentally friendly backsheet of photovoltaic modules, and method for preparation thereof}
본 발명의 구현예들은 친환경 광전지 모듈용 백시트, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 광전지 모듈에 관한 것이다.
최근 지구 환경 문제와 화석 연료의 고갈 등에 따른 신 재생 에너지 및 청정 에너지에 대한 관심이 고조되고 있으며, 그 중 태양광 에너지는, 환경 오염 문제 및 화석 연료 고갈 문제를 해결할 수 있는 대표적인 무공해 에너지원으로 주목을 받고 있다.
태양광 발전원리가 적용되는 광전지는 태양광을 전기 에너지로 전환시키는 소자로서, 태양광을 용이하게 흡수할 수 있도록 외부환경에 장기간 노출되어야 하므로, 셀을 보호하기 위한 여러 가지 패키징이 수행되어 유닛(unit) 형태로 제조되며, 이러한 유닛을 광전지 모듈(Photovoltaic Modules)이라 한다.
광전지 모듈은 20년 이상 장기간의 외부환경에 노출된 상태에서도 광전지를 안정적으로 보호할 수 있도록, 내후성 및 내구성이 우수한 백시트(back sheet)를 사용한다. 이러한 백시트는 기재의 일면에 내구성 및 내후성 등을 가지는 필름을 적층하는 방법으로 제조된다.
일반적으로, 광전지 모듈용 백시트에는 내구성 및 내후성 등을 갖는 불소계 필름이 많이 사용되고 있다. 종래에는 불소계 수지를 필름 가공하여 기재에 부착하여 사용하거나, 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸아세트아미드(DMAC) 또는 N-메틸피롤리돈(NMP)과 같은 유기 용매를 이용하여 불소계 수지를 용해시킨 후, 이를 기재 일면에 코팅하고, 상기 유기 용매를 휘발시켜 불소계 수지층을 형성하여 사용하였다.
그러나, 상기 종래의 방법은 필름 가공의 경우, 기재와의 접착력이 좋지 않은 문제가 있으며, 코팅 가공의 경우에는 유기 용매의 사용으로 인하여 원재료비 상승의 문제가 있고, 환경 친화적인 면에서도 바람직하지 못하다.
본 발명의 구현예들은 기재의 인라인 코팅 공정을 활용하여 환경 친화적이면서도 우수한 물성을 제공할 수 있는 광전지 모듈용 백시트, 그의 제조 방법 및 이를 포함하는 광전지 모듈을 제공한다.
본 발명의 하나의 구현예는 결정성 불소계 고분자가 인라인 코팅 공정에 의하여 기재 위에 코팅되는 수지층을 포함하는 광전지 모듈용 백시트를 제공한다.
본 발명의 다른 구현예는 결정성 불소계 고분자, 안료, 수분산 바인더 및 물을 포함하는 수분산 조성물을 기재의 연신 공정에서 기재의 일면 또는 양면에 코팅하고, 가열하여 수지층을 형성하는 단계를 포함하는 광전지 모듈용 백시트의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 구현예는 상기 광전지 모듈용 백시트를 포함하는 광전지 모듈을 제공한다.
본 발명의 구현예들에 따른 광전지 모듈용 백시트는 결정성 불소계 고분자, 안료, 수분산 바인더 및 물을 포함하는 수분산 조성물을 인라인 코팅 공정에 의하여 기재 위에 코팅하여 불소계 고분자를 포함하는 수지층을 형성함으로써 백시트의 제조 공정을 단순화할 수 있어 경제적이며, 독성의 유기 용매를 사용하지 않아 친환경적이면서도 연신 및 열처리 공정에서 폭발이나 화재의 위험을 줄일 수 있어 생산성 및 품질을 모두 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 광전지 모듈용 백시트의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 광전지 모듈의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 구현예에 따른 광전지 모듈의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예의 파장에 따른 반사율을 나타낸 그래프이다.
이하에서 첨부하는 도면을 참조하여 본 발명의 구현예들을 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 첨부되는 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위한 개략적인 것으로 본 발명을 보다 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었고, 도면에 표시된 두께, 크기, 비율 등에 의해 본 발명의 범위가 제한되지 아니한다.
본 발명의 일 구현예는 결정성 불소계 고분자가 인라인 코팅 공정에 의하여 기재 위에 코팅되어 형성되는 수지층을 포함하는 광전지 모듈용 백시트에 관계한다.
본 발명의 구현예들에 따른 광전지 모듈용 백시트는 종래 기술에 비하여 제조 비용을 획기적으로 줄일 수 있는 장점이 있다. 종래에는 기재 위에 불소계 고분자 필름을 접착제 등을 이용하여 라미네이션하여 제조하거나, 기재 위에 별도로 불소계 고분자를 유기 용매를 이용하여 코팅하여 사용하였으나, 제조 공정이 복잡하고, 별도의 필름 제조 또는 유기 용매의 사용에 따른 비용 상 부담이 있었다.
그러나, 본 발명자는 통상적인 기재의 제조 과정을 활용하여 기재의 제조 공정에서 불소계 고분자를 포함하는 불소계 수지층을 형성함으로써 (인라인 공정), 별도의 불소층을 형성하기 위한 단계를 수행하는 종래 백시트 제조 공정에 비하여 전체 공정을 단순화하여 제조 비용을 절감하였다. 예를 들어, 기재의 제조 공정에서 사용되는 2축 연신 공정을 활용하여 기재 제조 시 동시에 불소계 수지층을 형성하였다.
하나의 구현예에서는, 결정성 불소계 고분자, 안료, 수분산 바인더 및 물을 포함하는 수분산 조성물을 기재의 연신 공정에서 기재의 일면 또는 양면에 코팅하고, 가열하여 수지층을 형성하였다. 상기 수지층은 코팅 방법에 의해 형성되는 코팅층으로, 별도의 접착제 등을 활용하여 필름을 라미네이션하는 방식에 비하여 제조 공정이 단순하며, 층간 접착력이 뛰어나고, 내구성이 우수하다. 상기 수지층은 기재의 제조 시 인라인 코팅 방식을 이용하여 형성되며, 예를 들어 기재의 연신 공정 중 기재의 일면 또는 양면에 코팅된다. 본 발명의 구현예들에 따른 광전지 모듈용 백시트를 제조하기 위해서 기재는 2축 연신 공정을 이용한다. 2축 연신(Biaxially Orientation) 공정은 무연신 기재를 압출공정에서 기계 방향(MD, Mechanical direction)과 횡 방향(Transvers　D)　으로 강제로 잡아당겨 배향을 주는 것으로,　결정성 불소계 고분자를 포함하는 수분산 조성물은 기계 방향으로의 1축 연신 후 도포될 수도 있고, 먼저 도포된 후 기계 방향 및 횡 방향으로 2축 연신이 수행될 수도 있으며, 2축 연신 후에도 도포될 수 있다.
인라인 공정으로 기재의 제조 공정에서 불소계 고분자를 포함하는 불소계 수지층을 형성함으로써, 기재와 불소계 수지층 간의 접착신뢰성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 구현예들에 따른 광전지 모듈용 백시트에서 기재와 불소계 수지층 간의 접착력은, 2 기압, 121℃ 및 100% R.H.의 조건이 유지되는 오븐에 25시간, 50 시간 및 75 시간 동안 방치한 후에, 크로스 컷 시험 기준인 ASTM D3002/D3359의 규격에 준거하여, 크로스 컷 테스트를 수행하였을 때, 측정 결과가 4B 이상, 바람직하게는 5B일 수 있다.
기재의 제조 시 인라인 코팅 공정을 이용하여 불소계 고분자를 기재 위에 코팅하기 위해서는 수분산 조성물을 사용하여야 한다. 코팅 조성물이 유기 용매가 포함될 경우, 필름의 연신 또는 열 처리 공정에서, 폭발이나 화재의 위험이 따르기 때문에 유기 용매를 사용하지 않아야 하며, 물에 녹거나 분산된 형태의 수분산 조성물을 사용하여야 한다. 이와 같이, 수분산 조성물을 사용하게 되면 값이 상대적으로 비싼 유기 용매를 사용하지 않기 때문에 원재료 비를 줄일 수 있으며, 유기 용매의 휘발과 폐액에 의한 환경 오염 문제를 줄일 수 있어 친환경적이다.
광전지 모듈용 백시트의 불소계 수지층을 기재의 제조 시 인라인 코팅 공정에 의해 제조하기 위해 사용되는 수분산 조성물은 결정성 불소계 고분자, 안료, 수분산 바인더 및 물을 포함할 수 있다.
상기 수분산 조성물에서, 불소계 고분자는 내구성 및 내후성을 향상시키는 역할을 할 수 있다. 본 발명의 구현예들에서는 불소계 수지층을 형성하기 위하여 수분산 조성물을 사용 시, 비결정성 불소계 고분자가 아닌 결정성 불소계 고분자를 사용한다. 이는 비결정성 불소계 고분자의 경우, 경화제와의 반응을 통해 우레탄 결합이 형성되며, 그러한 우레탄 결합은 초기 접착력은 양호하나, 고온고습의 조건 하에서 우레탄 결합이 가수분해 되어 결합이 깨질 수 있기 때문에 결정성 불소계 고분자에 비하여 접착 신뢰성이 떨어질 수 있기 때문이다.
상기 결정성 불소계 고분자의 결정화도는 55% 이하, 50% 이하, 10% 내지 55%, 또는 10% 내지 50%일 수 있다. 본 명세서에서 용어 「결정화도」는, 전체 고분자에 포함되는 결정질 영역의 백분율(중량 기준)을 의미하며, 이는 시차 주사 열량 분석 등과 같은 공지의 방법으로 측정할 수 있다.
전술한 바와 같은 불소계 고분자의 결정화도는, 불소계 고분자의 제조 시에 앞서 설명한 바와 같은 공단량체를 공중합시켜, 불소계 고분자의 규칙적인 원소 배열을 해제시키거나, 불소계 고분자를 가지형 중합체(branched polymer) 형태로 중합시킴으로써, 제조할 수 있다.
또한, 상기 불소계 고분자는 비관능성 고분자(non-functionalized polymer)일 수 있다. 즉, 불소계 고분자 1종 이상으로만 이루어진 것으로 기타 아크릴레이트 등에 의한 변성이 이루어지지 않은 것으로, 이와 같은 비관능성 순수 불소계 고분자의 경우에는 아크릴 변성 불소계 고분자, 가교결합성 관능기, 카르복시기, 에폭시기, 히드록시기, 산무수물기, 이소시아네이트기 등으로 관능화된 불소계 고분자에 비하여 내후성 면에서 우수한 장점을 제공한다. 상기와 같은 관능화된 불소계 고분자의 경우, 불소계 고분자에 관능기를 가진 중합성 단량체를 첨가하여야 하기 때문에, 불소의 비율이 줄어들게 되어 내후성이 떨어지게 된다. 또한, 반응하지 않고 남아있는 관능기의 경우, 안정성이 떨어지기 때문에 열, 수분, 자외선 등에 의해 파괴되거나 가수분해될 수 있어 추후 백시트에서의 황변 발생 또는 접착력 저하 등의 문제를 일으킬 수 있다.
상기 결정성 불소계 고분자의 종류는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 비닐리덴 플루오라이드(VDF, Vinylidene Fluoride), 비닐 플루오라이드(VF, Vinyl Fluoride), 테트라플루오로에틸렌(TFE, Tetrafluoroethylene) 헥사플루오로프로필렌(HFP, Hexafluoropropylene), 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE, chlorotrifluoroethylene), 트리플루오로에틸렌, 헥사플루오로이소부틸렌, 퍼플루오로 부틸에틸렌, 퍼플루오로 메틸 비닐 에테르(PMVE, perfluoro(methylvinylether)), 퍼플루오로 에틸 비닐 에테르(PEVE, perfluoro(ethylvinylether)), 퍼플루오로 프로필 비닐 에테르(PPVE), 퍼플루오로 헥실 비닐 에테르(PHVE), 퍼플루오로-2,2-디메틸-1,3-디옥솔(PDD) 및 퍼플루오로-2-메틸렌-4-메틸-1,3-디옥솔란(PMD)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 단량체를 중합된 형태로 포함하는 단독 중합체, 공중합체 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 일례로는 비닐리덴 플루오라이드(VDF)를 중합된 형태로 포함하는 중합체 또는 공중합체일 수 있다.
또한, 상기 불소계 고분자는 비닐리덴 플루오라이드(VDF) 또는 비닐 플루오라이드(VF)와 공단량체를 포함하는 공중합체일 수 있으며, 상기 불소계 공중합체에 공중합된 형태로 포함될 수 있는 공단량체의 종류는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 테트라플루오로에틸렌(TFE: Tetrafluoroethylene), 헥사플루오로프로필렌(HFP: Hexafluoropropylene), 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE: chlorotrifluoroethylene), 트리플루오로에틸렌, 헥사플루오로이소부틸렌, 퍼플루오로 부틸에틸렌, 퍼플루오로 메틸 비닐 에테르(PMVE: perfluoro(methylvinylether)), 퍼플루오로 에틸 비닐 에테르(PEVE: perfluoro(ethylvinylether)), 퍼플루오로 프로필 비닐 에테르(PPVE), 퍼플루오로 헥실 비닐 에테르(PHVE), 퍼플루오로-2,2-디메틸-1,3-디옥솔(PDD) 및 퍼플루오로-2-메틸렌-4-메틸-1,3-디옥솔란(PMD) 으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 들 수 있으며, 일례로는 헥사플루오로프로필렌 및 클로로트리플루오로에틸렌 등의 하나 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 불소계 공중합체에 포함되는 공단량체의 함량은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 불소계 공중합체의 총 중량 대비 0.5 중량% 내지 50 중량%, 1 중량% 내지 40 중량%, 7 중량% 내지 40 중량%, 또는 10 중량% 내지 30 중량%일 수 있다. 불소계 공중합체에 포함되는 공단량체의 함량을 상기 범위로 제어함으로써, 내구성 및 내후성 등을 확보하면서, 효과적인 저온 용융을 유도할 수 있다.
상기 불소계 고분자의 중량평균분자량은 5만 내지 100만, 10만 내지 70만, 또는 30만 내지 50만일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 중량평균분자량은, GPC(Gel Permeation Chromatograph)로 측정되는 표준 폴리스티렌의 환산 수치이다. 불소계 고분자의 중량평균분자량을 상기 범위로 제어함으로써, 우수한 수분산성 및 기타 물성을 확보할 수 있다.
상기 불소계 고분자의 융점은 80? 내지 175?, 또는 120? 내지 165?일 수 있다. 상기 불소계 고분자의 융점을 80℃ 이상으로 조절하여, 수분산 조성물을 사용하여 제조된 백시트의 사용 과정에서의 변형을 방지할 수 있고, 융점을 175℃ 이하로 조절하여, 수분산 조성물을 인라인 코팅 공정에서 기재 위에 도포하고, 낮은 온도로 불소계 고분자 입자를 용융시킴으로써 균일한 코팅 외관을 얻을 수 있으며, 백시트 기재인 기재의 열화를 방지할 수 있다. 불소계 고분자 층의 용융은 수분산 조성물 도포 후 연신 공정 전 예열 건조 공정을 수행할 경우, 그 공정에서 용융될 수 있으며, 연신 공정에 의해서도 용융될 수 있다. 연신 공정 전 예열 건조 공정은 약 150 내지 200℃의 온도 범위에서 이루어질 수 있다.
또한, 수분산 조성물에 포함되는 불소계 고분자의 평균 입경은 50 ㎛ 이하, 10㎛ 이하 또는 1㎛ 이하일 수 있다. 상기 수분산 조성물을 인라인 코팅 공정에서 기재 상에 도포하게 되면, 기재 상부에 불소계 고분자 입자들이 배치되며, 열을 가하면 상기 불소계 고분자 입자들이 용융되면서 필름 상으로 변하게 되면서 수지층을 형성할 수 있다. 이러한 과정에서 균일한 수지층을 형성하기 위해서는 불소계 고분자의 평균 입경이 10 ㎛ 이하인 것이 좋다.
상기 불소계 고분자의 제조 방법은 특별히 제한되지 않고, 당해 기술 분야에서 일반적으로 통용되는 수단을 제한 없이 채용할 수 있으나, 일례로는 에멀젼(유화 중합) 방법으로 제조될 수 있다. 유화 중합 방법으로 불소계 고분자를 제조할 경우, 불소계 고분자의 평균 입경을 10 ㎛ 이하로 제어하면서도 균일한 크기로 제조할 수 있다.
수분산 조성물에 포함되는 상기 안료는 수지층에 색상을 부여하거나, UV 차단성 및 반사율의 향상 등과 같이 기타 물성을 향상시키는 역할을 할 수 있다.
상기 안료는 상기 수분산 조성물에 상기 불소계 고분자 100 중량부에 대하여 1 중량부 내지 200 중량부로 포함될 수 있다. 상기 안료의 함량이 1 중량부 미만이면, 그 첨가로 인한 효과가 미미할 수 있고, 200 중량부를 초과하면, 수분산 조성물을 사용하여 형성된 수지층이 부서지기 쉽고, 내스크래치성이 저하될 수 있다.
본 발명의 구현예들에서 사용할 수 있는 안료의 종류는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 산화크롬(Cr2O3), 산화철(Fe2O3, Fe3O4), 이산화티탄, 실리카 및 알루미나 등의 금속 산화물; 카본 블랙 등의 블랙 피그먼트; 콤플렉스 금속 산화물(complex metal oxide); 금속염 또는 각종 유기 안료를 들 수 있고, 일례로는 이산화티탄을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 백색 안료로서 황산 바륨, 바륨 티타네이트(BaTiO3), 스트론튬 티타네이트(SrTiO3), 칼슘 티타네이트(CaTiO3), 칼슘 카보네이트, 리드 티타네이트(PbTiO3), 산화아연, 황화아연, 산화마그네슘 또는 산화알루미늄 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 수분산 조성물에서, 수분산 바인더는 불소계 고분자 및 안료 간의 결합을 강화시키는 역할을 할 수 있다. 상기 수분산 바인더는 수분산 조성물을 이용하여 불소계 수지층을 형성할 경우, 안료와 불소계 고분자를 고정시켜 수지층의 표면으로부터 안료가 쉽게 떨어져 나가는 것을 방지함으로써, 쵸킹(chalking) 현상을 방지할 수 있다.
상기 수분산 바인더의 예로는, 폴리우레탄 수지, 폴리아크릴 수지, 폴리우레아 수지, 폴리아미드 수지, 폴리올레핀 수지, 폴리비닐아세테이트 수지, 폴리에테르 수지, 알키드 수지, 우레탄-아크릴레이트 공중합체, 비닐-우레탄 공중합체, 에틸렌-비닐알코올 공중합체, 실리콘-아크릴-우레탄 공중합체, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 및 아크릴변성 폴리에스테르 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 들 수 있고, 일례로는 아크릴변성 폴리에스테르 수지를 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 수분산 바인더는 불소계 고분자 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 50 중량부로 포함될 수 있다. 상기 수분산 바인더의 함량을 상기 범위로 조절함으로써 추후 불소계 수지층 형성 시 내후성을 유지할 수 있다.
본 발명의 구현예들에서는 수분산 조성물에 수분산 바인더의 가교제를 추가로 첨가할 수 있다. 상기 수분산 바인더의 가교제로는 이소시아네이트계 수지, 옥사졸린계 수지, 멜라민계 수지, 에폭시계 수지 및 카보디이미드계 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있으며, 이러한 가교제는 수분산 바인더와 결합하여 가교 밀도를 조절하거나, 기재 표면의 히드록시기나 카르복실기와 반응하여 계면 접착력을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 가교제는 불소계 고분자 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 50 중량부로 포함될 수 있다. 가교제의 함량을 상기 범위로 조절함으로써 수분산 바인더의 가교 밀도를 적절하게 조절할 수 있으며, 기재와의 접착력을 더욱 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 내용제성 및 내스크래치성과 같은 도막 물성도 향상시킬 수 있다.
수분산 조성물에서 물은 전술한 불소계 고분자, 안료 및 수분산 바인더를 분산시키는 용매로서 사용될 수 있다.
상기 물은 불소계 고분자 100 중량부에 대하여 100 중량부 내지 2,000 중량부로 포함될 수 있다. 상기 물의 함량을 상기 범위로 제어함으로써, 구성 성분들의 분산 안정성을 확보함과 동시에 수분산 조성물을 사용하여 수지층을 형성할 때에 그 수지층의 두께를 조절하는 것이 용이할 수 있다.
본 발명의 구현예들은 수분산 조성물의 분산성을 향상시키고, 기재 상에 코팅 시, 기재와의 젖음성을 향상시키기 위하여 계면 활성제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 계면 활성제는 불소계 고분자 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 100 중량부, 0.5 중량부 내지 80 중량부, 또는 1 중량부 내지 50 중량부로 포함될 수 있다. 상기 계면 활성제의 함량이 0.1 중량부 미만이면, 분산성 및 젖음성이 저하되어, 수분산 조성물을 균일하게 코팅하는 것이 어려울 수 있고, 100 중량부를 초과하면, 과량의 계면 활성제로 인해 내후성이 저하될 수 있다.
상기 계면 활성제의 예로는, 비이온성 계면 활성제, 양이온성 계면 활성제 및 음이온성 계면 활성제를 제한 없이 사용할 수 있으나, 불소계 고분자와의 상용성을 우수하게 하기 위하여 불소계 계면 활성제를 사용할 수 있다.
상기 불소계 계면 활성제로의 예로는 Zonyl FS-62, Zonyl FSA, Zonyl FSE, Zonyl FSJ, Zonyl FSP, Zonyl TBS 또는 Zonyl UR 등의 음이온성 불소계 계면 활성제; Zonyl FSO, Zonyl FSO-100, Zonyl FSN 또는 Zonyl FS-300 등의 비이온성 불소계 계면 활성제; Zonyl FSD 등의 양이온성 불소계 계면 활성제; Zonyl FSK 또는 BYK340 등의 음이온성 및 양이온성 불소계 계면 활성제 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 불소계 계면 활성제 이외에도 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 메틸 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스 및 스티렌-말레익 안하이드라이드 공중합체 등의 수용성 고분자; 올레인산 나트륨 및 소듐 라우릴 설페이트 등의 음이온성 계면 활성제; 폴리옥시에틸렌 알킬에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬 페닐 에테르, 폴리옥시에틸렌 지방산 에스테르, 소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시 소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 알킬아민 및 글리세린 지방산 에스테르 등의 비이온성 계면 활성제; 및 라우릴 아민 아세테이트, 알킬 아민염 및 라우릴트리메틸 암모늄 클로라이드 등의 4급 암모늄을 포함하는 양이온성 계면 활성제를 사용할 수 있고, 인산칼슘, 인산마그네슘, 인산알루미늄 및 인산아연 등의 인산염; 피로포스포릭산 칼슘, 피로포스포릭산 마그네슘, 피로포스포릭산 알루미늄 및 피로포스포릭산 아연 등의 피로포스포릭산 염; 또는 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 수산화칼슘, 수산화마그네슘, 수산화알루미늄, 메타규산칼슘, 유산칼슘, 황산바륨, 콜로이달 실리카 및 퓸드 실리카 등의 무기계 분산제 중에서 사용할 수도 있다.
상기 불소계 고분자가 유화 중합 방법으로 고분자화된 경우에는 이미 물에 분산된 불소계 고분자 형태로 존재할 수 있으므로, 추가 계면 활성제의 사용 없이 유화 중합 방법으로 제조된 불소계 고분자를 그대로 사용할 수 있고, 유화 중합 방법으로 제조된 불소계 고분자를 건조시켜 불소계 고분자가 분말 형태로 존재하는 경우에는 상기 계면 활성제를 첨가하여 불소계 고분자를 분산시킬 수 있다.
본 발명의 구현예들에서는 물성을 해치지 않는 범위 내에서 자외선 안정제, 열 안정제 또는 장벽 입자와 같은 통상적인 첨가제를 수분산 조성물에 추가로 포함할 수 있다.
상기 수분산 조성물은 유기 용매를 포함하고 있지 않아 경제적이고, 환경 친화적이며 수분산 바인더를 추가로 포함하여 안료의 탈착으로 인한 쵸킹 현상을 방지할 수 있어, 경제성 및 접착력과 내후성 등의 물성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 구현예들에 따른 광전지 모듈용 백시트는 인라인 코팅 공정에 의하여 결정성 불소계 고분자를 기재의 일면 또는 양면에 코팅할 수 있다. 즉, 기재의 일면 또는 양면에 불소계 수지층의 코팅층을 포함한다.
첨부된 도 1 은 본 발명의 일 구현예에 따른 광전지 모듈용 백시트의 단면도를 나타내는 도면이다. 도 1 에 나타난 바와 같이, 광전지 모듈용 백시트(10)는 기재(12); 및 상기 기재(12) 상에 형성되고, 결정성 불소계 고분자를 포함하는 불소계 수지층(11)을 포함한다.
첨부된 도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 광전지 모듈용 백시트(10)가 기재(12); 및 상기 기재(12)의 일면에만 형성된 불소계 수지층(11)을 포함하는 경우를 도시하고 있으나, 본 발명의 다른 구현예에 의한 광전지 모듈용 백시트(미도시)는 기재의 다른 면에도 불소계 수지층이 형성되어, 기재의 양면에 형성된 불소계 수지층을 포함할 수 있다.
상기 광전지 모듈용 백시트에 포함되는 기재의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않고, 이 분야에서 공지된 다양한 소재를 사용할 수 있으며, 요구되는 기능, 용도에 따라 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
예를 들면, 기재로서 각종 고분자 필름을 사용할 수 있다. 고분자 필름으로는, 아크릴 필름, 폴리올레핀 필름, 폴리아미드 필름, 폴리우레탄 필름 및 폴리에스테르 필름으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 폴리에스테르 필름의 예로는, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 필름 및 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 필름으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 필요에 따라 내가수분해 특성이 향상된 폴리에스테르계 필름을 사용할 수도 있다. 상기 내가수분해성이 우수한 폴리에스테르 필름은 축합 중합 시 발생하는 올리고머의 함량이 적은 것을 사용하는 것이 좋다. 또한, 상기 폴리에스테르 필름에 공지의 내가수분해특성을 향상시키는 열처리를 추가로 가해, 폴리에스테르의 수분함량을 줄이고, 수축률을 줄여줌으로써 내가수분해특성을 더욱 우수하게 할 수 있다. 또한, 내가수분해특성이 우수한 필름으로 시판되는 제품을 사용할 수도 있다.
상기 기재의 두께는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 50 ㎛ 내지 500 ㎛의 범위일 수 있으며, 또는 100 ㎛ 내지 300 ㎛의 범위일 수 있다. 기재의 두께를 상기와 같이 조절하여, 전기 절연성, 수분 차단성, 기계적 특성 및 취급성 등을 우수하게 유지할 수 있다. 다만, 기재의 두께가 전술한 범위에 제한되는 것은 아니며, 이는 필요에 따라서 적절히 조절될 수 있다.
상기 광전지 모듈용 백시트는 상기 기재의 일면 또는 양면에 형성된 수지층을 포함하며, 상기 수지층은 전술한 수분산 조성물로 형성된다. 즉, 상기 수지층은 수분산 조성물로 형성된 코팅층을 의미하고, 나아가 수분산 조성물의 용융물을 포함할 수 있다.
상기 수지층의 두께는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 0.5㎛ 내지 30㎛, 1㎛ 내지 10㎛, 또는 1㎛ 내지 5㎛일 수 있다. 상기 수지층의 두께가 0.5㎛ 미만이면, 수지층이 너무 얇아서 안료의 충진이 불충분하여 광차단성이 떨어질 우려가 있고, 30㎛를 초과하면, 통상적인 인라인 코팅 방식으로 제조가 어렵다.
상기 수분산 조성물로 형성된 수지층은 코팅층일 수 있다. 본 발명에서 사용하는 용어인 「코팅층」은, 코팅 방식에 의해 형성된 수지층을 의미한다. 「코팅층」은 전술한 수분산 조성물을 포함하는 수지층이, 주조법(casting method) 또는 압출 방식으로 제조된 시트를 기재에 접착제 등을 사용하여 라미네이트 되는 방식이 아닌, 물에 수지층을 구성하는 성분을 분산시켜 제조된 수분산 조성물을 기재에 코팅하는 방식으로 형성된 경우를 의미한다.
본 발명의 구현예들에서는 접착력을 보다 향상시키기 위하여, 상기 기재에는, 상기 불소계 수지층이 형성되는 면에 미리 코로나 처리 또는 플라즈마 처리와 같은 고주파수의 스파크 방전 처리; 열 처리; 화염 처리; 커플링제 처리; 프라이머 처리; 앵커제 처리 또는 기상 루이스산(ex. BF3), 황산 또는 고온 수산화나트륨 등을 사용한 화학적 활성화 처리 등이 수행되어 있을 수 있다.
또한, 수분 차단 특성을 향상시키기 위하여, 기재의 일면 또는 양면에 무기 산화물 증착층이 형성될 수 있다. 상기 무기 산화물의 종류는 특별히 제한되지 않고, 수분 차단 특성이 있는 것이라면, 제한 없이 채용할 수 있다. 예를 들면, 무기 산화물로서 규소 산화물 또는 알루미늄 산화물을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 기재의 일면 또는 양면에 무기 산화물 증착층을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 이 분야에서 일반적으로 통용되는 증착법 등에 의할 수 있다. 무기 산화물의 증착은 연신 전, 후 어느 과정에서나 이루어질 수 있다.
기재의 일면 또는 양면에 무기 산화물 증착층을 형성하는 경우에는, 기재 표면에 무기 산화물 증착층을 형성한 후, 상기 무기 산화물 증착층 상에 전술한 표면 처리를 행할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예는, 전술한 본 발명의 구현예들에 따른 광전지 모듈용 백시트의 제조 방법에 관한 것으로, 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 구현예에 따른 광전지 모듈용 백시트의 제조 방법은 결정성 불소계 고분자, 안료, 수분산 바인더 및 물을 포함하는 수분산 조성물을 기재의 제조 공정에서 인라인 코팅 공정을 활용하여, 예를 들어, 기재의 연신 공정에서 기재의 일면 또는 양면에 코팅하고, 가열하여 수지층을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 기재의 연신 공정은 2축 연신 공정으로, 기재를 기계 방향으로 연신 후, 상기 수분산 조성물을 코팅하고, 이어서 횡 방향으로 연신할 수 있으며, 상기 수분산 조성물을 기재 상에 먼저 코팅한 후, 기계 방향 및 횡 방향으로 연신할 수도 있다.
기재의 연신 공정은 일반적으로 압출 공정에서 용융 압출된 수지를 캐스트 롤 상에서 냉각 고화하여 필름을 형성하는 무연신 필름 형성 공정 후에 이루어진다. 무연신 필름을 기계 방향 및 횡 방향으로 2축 연신하는 것이 2축 연신 공정이며, 일례로는 무연신 필름을 100 내지 200℃의 온도로 가열된 롤에 의하여 기계 방향 (세로 방향, 즉 필름의 진행 방향)으로 2.5 내지 5배 연신율로 연신하고, 50 내지 100℃ 온도의 롤에 의하여 냉각한 후, 다시 필름의 양단을 롤 또는 텐더 방식의 연신기를 이용하여, 100 내지 200℃의 온도로 기계 방향에 직각인 횡 방향 (필름의 폭 방향)으로 2.5 내지 5배 연신율로 연신한다.
2축 연신하는 방법으로서는 상술한 바와 같이, 기계 방향과 횡 방향의 연신을 분리해서 행하는 순차적 2축 연신 방법 이외에, 기계 방향과 횡 방향의 연신을 동시에 행하는 동시 2축 연신 방법도 사용할 수 있다.
본 발명의 구현예들에 따른 제조 방법은 상기 2축 연신 공정에 수분산 조성물을 기재 상에 코팅하는 공정을 포함하여 인라인 코팅 공정으로 불소계 수지층을 형성하며, 수분산 조성물을 기재 상에 코팅한 후, 150℃ 내지 250℃의 온도로 가열하여 수지층의 결정성 불소계 고분자를 용융시켜 필름 상의 수지층을 형성한다.
제조 방법에서 사용할 수 있는 기재의 구체적인 종류는 전술한 바와 같으며, 상기 기재의 일면 또는 양면에는, 적절한 플라즈마 처리, 코로나 처리, 프라이머 처리, 앵커제 처리, 커플링제 처리, 증착 처리 및 열 처리로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 표면 처리가 수지층 형성 전에 수행될 수도 있고, 1축 연신 후 수분산 조성물의 코팅 전에 수행될 수도 있다.
상기와 같이, 기재의 일면 또는 양면에 하나 이상의 표면 처리를 함으로써, 카르복실기, 히드록시기 등을 기재의 표면에 유도할 수 있다. 상기 작용기들은 불소계 수지층에 포함된 불소계 고분자 및 수분산 바인더와의 화학적 결합을 형성하여, 기재와 수지층 간의 계면 결합력을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 수분산 조성물은 물에 결정성 불소계 고분자, 안료 및 수분산 바인더를 분산시키거나, 또는 물에 결정성 불소계 고분자, 안료, 수분산 바인더 및 계면 활성제를 분산시키거나, 또는 물에 결정성 불소계 고분자, 안료, 수분산 바인더, 계면 활성제 및 통상의 첨가제를 분산시킴으로써 제조될 수 있다. 물에 상기 각종 성분들을 분산시키는 단계는 특별히 제한되지 않고, 이 분야에서 일반적으로 통용되는 분산 방법을 제한 없이 사용할 수 있다. 물에 상기 각종 성분들을 첨가한 후, 교반함으로써 수분산 조성물을 제조하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 수분산 조성물을 기재의 일면에 코팅하게 되면, 기재의 표면에 결정성 불소계 고분자 입자, 안료 및 수분산 바인더가 배치되고, 상기 수분산 조성물로 코팅된 기재를 가열하면, 물은 증발되고, 불소계 고분자 입자들이 융해(용융)되어 필름 상으로 변하게 되며, 수분산 바인더는 상기 불소계 고분자의 필름 상 내부에 존재하면서, 결정성 불소계 고분자 및 안료 간의 결합을 강화시킬 수 있고, 안료가 표면에서 탈착되는 현상을 방지할 수 있다.
상기 수분산 조성물을 기재의 표면에 코팅하는 방법은 인라인 코팅 방법으로 적용가능 한 어떠한 방식도 적용 가능하다. 예를 들면, 롤 코트, 나이프 엣지 코트, 그라비어 코트 및 닥터 블레이드 등의 방법을 사용할 수 있다.
상기 수분산 조성물로 코팅된 기재를 가열하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 통상적인 인라인 코팅 방식에서의 열처리를 사용할 수 있다. 예를 들면, 오븐을 이용하여 수분산 조성물로 코팅된 기재의 수분을 제거하는 공정, 연신 공정을 통해 코팅된 기재를 가열하는 공정 등이 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 수분산 조성물로 코팅된 기재의 수분을 제거하는 공정 온도는 상기 불소계 고분자의 융점 이상으로서, 예를 들어 150℃ 내지 250℃일 수 있다. 상기 가열 온도가 150℃ 미만이면, 불소계 고분자 입자가 융해되지 않아, 불소계 고분자의 필름상을 형성할 수 없고, 250℃를 초과하면, 기재가 열화되어 기계적 특성이 저하될 수 있다.
상기와 같은 열 처리에 의한 열고정 공정 후에, 열고정된 연신 필름을 기계 방향 및 횡 방향으로 이완 처리를 수행할 수도 있다. 열고정된 연신 필름에 대하여, 필름 기계 방향 및 횡 방향으로의 이완을 더 행함으로써 필름 끝 가장자리부의 열수축률을 작게 할 수 있다.
이완 시 온도는 150℃ 내지 250℃일 수 있다. 2축 연신 후의 기재를 비교적으로 저온으로 열고정 처리를 행하고, 그 후 기계 방향 및 횡 방향으로 이완 처리를 실시함으로써 배향한 분자를 파괴하지 않고, 장기의 내가수분해성을 유지하면서 필름의 치수 안정성을 보다 효과적으로 양호화할 수 있다. 즉, 열고정 처리를 행한 후, 기계 방향으로 30% 이내의 이완율로 수축시킬 수 있으며, 횡 방향으로는 30% 이내의 이완율로 수축시킬 수 있다.
상기 「이완율」은 이완하는 길이를 연신 전의 치수로 나눈 값을 가리킨다.
상기 본 발명의 구현예들에 따른 광전지 모듈용 백시트의 제조 방법은 이미 제조된 기재 위에 별도의 불소계 고분자를 코팅하는 것이 아니라, 기재의 제조 시 인라인 코팅 공정을 통하여 불소계 고분자를 코팅함으로써, 열과 습기에 의한 기재의 변형을 최소화하여 생산성 및 품질을 향상시킬 수 있고, 유기 용매를 사용하지 않아, 친환경적이면서도 제조 비용을 절감할 수 있고, 공정을 단순화하여, 경제적이고, 친환경적이며, 내후성이 우수한 광전지 모듈용 백시트를 제조할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예는, 전술한 광전지 모듈용 백시트를 포함하는 광전지 모듈에 관한 것이다.
상기 광전지 모듈의 구조는, 상기 광전지 모듈용 백시트를 포함하고 있는 한 특별히 제한되지 않고, 이 분야에서 일반적으로 공지되어 있는 다양한 구조를 제한 없이 채용할 수 있다. 일례로, 광전지 모듈의 구조는, 백시트; 상기 백시트 상에 형성된 광전지 또는 광전지 어레이; 상기 광전지 또는 광전지 어레이 상에 형성된 수광 시트; 및 상기 백시트 및 수광 시트 사이에서 상기 광전지 또는 광전지 어레이를 봉지하고 있는 봉지재층을 포함할 수 있다.
상기 백시트의 두께는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면 30 ㎛ 내지 2,000 ㎛, 50 ㎛ 내지 1,000 ㎛, 또는 100 ㎛ 내지 600 ㎛일 수 있다. 상기 백시트의 두께를 30 ㎛ 내지 2,000 ㎛의 범위로 제어함으로써, 광전지 모듈을 보다 박형으로 구성하면서도, 광전지 모듈의 내구성 및 내후성 등의 물성을 우수하게 유지할 수 있다.
상기 백시트 위에 형성되는 광전지의 구체적인 종류로는, 광기전력을 일으킬 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 이 분야에서 일반적으로 통용될 수 있는 광전지 소자를 사용할 수 있다. 예를 들면, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 등의 결정 실리콘 광전지, 싱글(single) 결합형 또는 탠덤(tandem) 구조형 등의 무정형(amorphous) 실리콘 광전지, 갈륨-비소(GaAs), 인듐-인(InP) 등의 III-V족 화합물 반도체 광전지 및 카드뮴-텔루륨(CdTe), 구리-인듐-셀레나이드(CuInSe2) 등의 II-VI족 화합물 반도체 광전지 등을 사용할 수 있으며, 또한, 얇은 막 다결정성 실리콘 광전지, 얇은 막 미결정성 실리콘 광전지 및 얇은 막 결정 실리콘과 무정형(amorphous) 실리콘의 혼합형(hybrid) 광전지 등도 사용할 수 있다.
상기 광전지는 광전지와 광전지 사이를 연결하는 배선에 의해 광전지 어레이(광전지 집합체)를 형성할 수 있다. 광전지 모듈에 태양광을 비추면, 광전지 내부에서 전자(-)와 정공(+)이 발생되어, 광전지와 광전지를 연결하는 배선을 통해 전류가 흐르게 된다.
상기 광전지 또는 광전지 어레이 상에 형성된 수광 시트는, 광전지 모듈의 내부를 풍우, 외부 충격 또는 화재 등으로부터 보호하고, 광전지 모듈의 옥외 노출시 장기 신뢰성을 확보하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 수광 시트의 구체적인 종류로는 광 투과성, 전기 절연성, 기계적 또는 물리, 화학적 강도가 우수한 것이라면, 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 유리판, 불소계 수지 시트, 환상 폴리올레핀계 수지 시트, 폴리카보네이트계 수지 시트, 폴리(메타)아크릴계 수지 시트, 폴리아미드계 수지 시트 또는 폴리 에스테르계 수지 시트 등을 사용할 수 있다. 하나의 구현예에서는, 상기 수광 시트로는 내열성이 우수한 유리판을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 수광 시트의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 0.5 mm 내지 10 mm, 1 mm 내지 8 mm, 또는 2 mm 내지 5 mm일 수 있다. 상기 수광 시트의 두께를 0.5 mm 내지 10 mm의 범위로 제어함으로써, 광전지 모듈을 보다 박형으로 구성하면서도, 광전지 모듈의 장기 신뢰성 등의 물성을 우수하게 유지할 수 있다.
또한, 광전지 모듈의 내부에서, 즉, 상기 백시트 및 수광 시트 사이에서 광전지 또는 광전지 어레이를 봉지하는 봉지재층은, 이 분야에서 일반적으로 공지되어 있는 봉지재를 제한 없이 채용할 수 있다.
도 2 및 3은 본 발명의 다양한 구현예에 따른 광전지 모듈의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 2 는 본 발명의 구현예들에 따른 광전지 모듈용 백시트를 포함하는 웨이퍼계 광전지 모듈(20)의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 2 에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 구현예에 따른 광전지 모듈은 통상적으로 강유전체(ex. 유리)로 구성될 수 있는 수광 시트(21); 광전지 모듈용 백시트(23); 상기 실리콘계 웨이퍼 등의 광전지 소자(24); 및 상기 광전지 소자(24)를 봉지하고 있는 봉지재층(22)을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 봉지재층(22)은, 광전지 소자(24)를 봉지하면서, 상기 수광 시트(21)에 부착되는 제 1층(22a) 및 광전지 소자(24)를 봉지하면서, 상기 백시트(23)에 부착되는 제 2층(22b)을 포함할 수 있다. 상기 봉지재층(22)을 구성하는 제 1층 및 제 2층은 전술한 바와 같이, 이 분야에서 일반적으로 공지되어 있는 소재로 구성될 수 있다.
도 3 은 본 발명의 다른 구현예에 따른 박막형 광전지 모듈(30)의 단면도를 나타내는 도면이다. 도 3 에 나타난 바와 같이, 박막형 광전지 모듈(30)의 경우, 광전지 소자(34)는, 통상적으로 강유전체로 구성될 수 있는 수광 시트(31) 상에 형성될 수 있다. 이와 같은 박막 광전지 소자(34)는 통상적으로 화학적 증착(CVD) 등의 방법으로 침착될 수 있다. 도 3 의 광전지 모듈(30)은, 도 2 의 광전지 모듈(20)과 유사하게, 백시트(33), 봉지재층(32), 광전지 소자(34) 및 수광 시트(31)를 포함하며, 상기 봉지재층(32)은 단층으로 구성될 수 있다. 상기 봉지재층(32) 및 백시트(33)에 대한 구체적인 설명은 전술한 바와 같다.
상기와 같은 광전지 모듈을 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 이 분야에서 당업자에게 공지된 다양한 방법을 제한 없이 채용하여 제조할 수 있다.
도 2 및 3에 도시된 광전지 모듈은 본 발명의 구현예들의 광전지 모듈의 다양한 구현예 중 일 예에 불과하며, 본 발명의 구현예들에 따른 광전지 모듈용 백시트를 포함하는 경우라면, 모듈의 구조, 모듈을 구성하는 소재의 종류 및 크기 등은 특별히 제한되지 않고, 이 분야에서 일반적으로 공지되어 있는 것을 제한 없이 채용할 수 있다.
[ 실시예 ]
이하 본 발명에 따르는 실시예 및 본 발명에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
수분산 조성물의 제조
물에 에멀젼 형태로 분산된 폴리비닐리덴플루오라이드 수지 (고형분 20%) 500g에, 수분산 바인더로 아크릴 변성 폴리에스테르 수지 (폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 글리시딜메타크릴레이트 (GMA), 메틸메타크릴레이트 (MMA) 및 메틸메타크릴산(MAA) 공중합체의 수분산액, 몰비는 1: 0.5: 1: 0.2, 수분산 시의 MAA의 카운터 이온은 Na+ 사용, 고형분 30%) 20g, 가교제로 옥사졸린기 함유 아크릴계 공중합체 (WS-500, 고형분 40%, 일본촉매사(제)) 5g 및 안료인 이산화티탄(Tipure TS6200, 듀폰社(제)) 50g을 첨가한 후, 교반기를 이용하여 분산시켜 수분산 조성물을 제조하였다.
광전지 모듈용 백시트의 제조
충분히 건조시킨 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 용융 압출기에 주입한 후 용융 압출된 폴리에틸렌테레프탈레이트를 T-다이를 이용하여 두께 2500㎛의 무연신 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 수득한 후, 100℃에서 기계 방향으로 3.5배 연신하여 1축 연신 폴리에스테르 필름을 제조하였다. 상기 제조된 1축 연신 폴리에스테르 필름에 코로나 방전 처리를 한 후 그 상부에 앞서 미리 제조한 수분산 조성물을 메이어 바를 이용하여 두께 16㎛로 도포한 후, 180℃에서 예열 건조 과정을 거친 후에 횡 방향으로 3.5배 연신하여 2축 연신 폴리에스테르 필름을 제조하였다. 그런 뒤, 240℃에서 10초간 열처리를 하고, 200℃에서 기계 방향 및 횡 방향으로 10% 이완시켜 불소계 고분자를 포함하는 두께 2㎛의 수지층이 코팅된 두께 300㎛의 광전지 모듈용 백시트를 제조하였다.
실시예 2
상기 실시예 1에서 수분산 조성물 제조 시 가교제로 옥사졸린기 함유 아크릴계 공중합체 대신 헥사메톡시 멜라민(Hexamethoxymelamine, Cyme1303, CYTEC社(제)) 5g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 광전지 모듈용 백시트를 제조하였다.
실시예 3
상기 실시예 1에서 수분산 조성물 제조 시 가교제로 옥사졸린기 함유 아크릴계 공중합체 대신 에폭시 수지(Denacol EX614B, 나가세 켐텍스社(제)) 5g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 광전지 모듈용 백시트를 제조하였다.
실시예 4
상기 실시예 1에서 수분산 조성물 제조 시 가교제로 옥사졸린기 함유 아크릴계 공중합체 대신 카보디이미드(Carbodilite V02-L2, Nisshinbo chemical社(제)) 5g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 광전지 모듈용 백시트를 제조하였다.
실시예 5
상기 실시예 1에서 수분산 조성물 제조 시 가교제인 옥사졸린기 함유 아크릴계 공중합체를 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 광전지 모듈용 백시트를 제조하였다.
실시예 6
상기 실시예 1에서 수분산 바인더로 실시예 1에서 사용한 아크릴 변성 폴리에스테르 수지 대신 아크릴 수지 (아크릴로니트릴(AN), 메틸 메타크릴레이트(MMA), 스티렌(ST), 부틸 아크릴레이트(BA) 및 알파-메틸 스티렌(AMST)의 공중합체, 15:5:28:50:2의 중량비)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 광전지 모듈용 백시트를 제조하였다.
실시예 7
상기 실시예 1에서 수분산 바인더로 실시예 1에서 사용한 아크릴 변성 폴리에스테르 수지 대신 우레탄 수지(Takelac WS-5300, 미쯔이 화학)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 광전지 모듈용 백시트를 제조하였다.
실시예 8
상기 실시예 1에서 수분산 바인더로 실시예 1에서 사용한 아크릴 변성 폴리에스테르 수지 대신 실리콘계 우레탄 수지(Takelac WS-5000, 미쯔이 화학)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 광전지 모듈용 백시트를 제조하였다.
실시예 9
상기 실시예 1에서 수분산 조성물 제조 시 물에 에멀젼 형태로 분산된 폴리비닐리덴플루오라이드 수지 대신 결정화도 22%의 비닐리덴 플루오라이드(VDF; Vinylidene fluoride) 및 헥사플루오로프로필렌(HFP; Hexafluoropropylene)을 85:15(VDF:HFP)의 중량 비율로 중합된 형태로 포함하는 공중합체를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 광전지 모듈용 백시트를 제조하였다.
실시예 10
상기 실시예 1에서 수분산 조성물 제조 시 물에 에멀젼 형태로 분산된 폴리비닐리덴플루오라이드 수지 대신 결정화도 25%의 비닐리덴플루오라이드(VDF; Vinylidene fluoride) 및 클로로트리플루오르에틸렌(CTFE; Chlorotrifluoroethylene)을 85:15(VDF:CTFE) 의 중량 비율로 중합된 형태로 포함하는 공중합체를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 광전지 모듈용 백시트를 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 1의 수분산 조성물 대신, 열경화성 불소 수지로서 테트라플루오로에틸렌(TFE)과 히드록시기가 치환된 에틸렌의 공중합체인 Zeffle GK-570 (다이킨社, 고형분 60%, 60mgKOH/g) 100 중량부에, 가교제로서 이소포론 디이소시아네이트 25.1 중량부(Zeffle GK-570 내의 OH와 가교제의 NCO의 당량비 = 1:1) 및 안료로서 이산화티탄(TiPure TS6200, 듀폰社) 60 중량부를 첨가한 후, 추가로 메틸에틸케톤 10 중량부를 첨가한 후, 충분히 교반하여 불소수지층 형성용 코팅액을 제조하였다.
미리 준비한 기재의 일면에 상기 불소수지층 형성용 코팅액을 오프라인 공정을 이용하여 콤마 리버스(comma reverse) 방식으로 도포하였다. 구체적으로, 건조 후의 두께가 약 10㎛ 가 되도록 간격을 조절하여 코팅한 다음, 코팅된 기재를 각각의 길이가 2m이고, 온도가 80℃, 180℃ 및 180℃로 조절된 세 개의 오븐에 1 m/min의 속도로 순차적으로 통과시켜 불소수지층을 형성하였다. 그 후, 상기 불소수지층이 적층된 기재를 1주일 동안 상온에서 숙성시켜 기재(PET 필름)의 일면에 불소수지층이 코팅된 다층 필름을 제조하였다.
비교예 2
상업적으로 판매되고 있는 Tedlar 필름/접착제/PET 필름/접착제/Tedlar 필름의 적층 구조체를 다층 필름으로 사용하였다. 상기 적층 구조체는 압출공정으로 제조된 듀폰사의 Tedlar 필름(PVF 필름, 두께 38㎛)을 접착제를 이용하여 PET 필름의 양면에 라미네이션한 제품이다.
비교예 3
상기 실시예 1의 수분산 조성물 제조 시에 사용된 물에 에멀젼 형태로 분산된 폴리비닐리덴플루오라이드 수지 대신 하기와 같은 에멀젼 형태의 히드록시기로 관능화된 아크릴 변성 불소계 고분자 500g(고형분 20%)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 광전지 모듈용 백시트를 제조하였다.
히드록시기로 관능화된 아크릴 변성 불소계 고분자의 제조
1L 고압 반응기에서 증류수 400g에 15% 암모늄 퍼플루오로옥타노에이트 용액 5g을 첨가한 후, VDF(비닐리덴 플루오라이드) 70g과 2-HEMA(2-히드록시에틸 메타크릴산) 30g을 첨가한 후, 반응기 온도를 80℃로 유지시킨 다음, 0.5%의 칼륨 퍼술페이트 용액 1g을 첨가하여 히드록시기로 관능화된 아크릴 변성 불소계 고분자를 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 광전지 모듈용 백시트의 각 물성은 하기의 방식으로 측정하였다.
1. 시험예 1 : 크로스 -해치 접착력 측정
크로스 컷 시험 기준인 ASTM D3002/D3359의 규격에 준거하여, 크로스 컷 테스트를 수행하였다. 구체적으로, 시편을 1 mm의 간격으로 가로 및 세로 방향으로 각각 11줄씩 칼로 그어서 가로와 세로가 각각 1 mm인 100개의 정사각형 격자를 형성하였다. 그 후, Nichiban사의 CT-24 접착 테이프를 상기 재단 면에 부착한 후 떼어낼 때에, 함께 떨어지는 면의 상태를 측정하여 하기 기준으로 평가하였다.
<크로스-해치 접착력 평가 기준>
5B: 떨어진 면이 없는 경우
4B: 떨어진 면이 총 면적 대비 5% 미만인 경우
3B: 떨어진 면이 총 면적 대비 5% 내지 15%인 경우
2B: 떨어진 면이 총 면적 대비 15% 초과 35% 이하인 경우
1B: 떨어진 면이 총 면적 대비 35% 초과 65% 이하인 경우
0B: 떨어진 면이 총 면적 대비 65% 초과인 경우
2. 시험예 2 : PCT( pressure cooker test )
실시예 및 비교예에서 제조된 광전지 모듈용 백시트를 2 기압, 121℃ 및 100% R.H.의 조건이 유지되는 오븐에 25시간, 50 시간 및 75 시간 동안 방치한 후, 상기 크로스-해치 접착력 측정 방법과 동일하게 접착력의 변화를 관찰하였다.
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 광전지 모듈용 백시트의 물성 측정 결과를 하기의 표 1에 기재하였다.

구분		 불소계 수지층
두께(㎛)		 접착력
PCT 0 시간 PCT 25 시간 경과 후 PCT 50 시간 경과 후 PCT 75 시간 경과 후
실시예 1 2 5B 5B 5B 5B
실시예 2 2 5B 5B 5B 5B
실시예 3 2 5B 5B 5B 5B
실시예 4 2 5B 5B 5B 5B
실시예 5 2 5B 5B 5B 5B
실시예 6 2 5B 5B 5B 5B
실시예 7 2 5B 5B 5B 5B
실시예 8 2 5B 5B 5B 5B
실시예 9 2 5B 5B 5B 5B
실시예 10 2 5B 5B 5B 5B
비교예 1 10 5B 5B 1B 0B
비교예 2 38 5B 5B 5B 1B
비교예 3 2 5B 5B 3B 1B
상기 표 2 에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 8 모두 접착력에 있어서는 모두 우수한 것을 확인할 수 있다.
반면, 비교예 1 내지 3의 경우, 가혹 조건에서 접착성이 저하됨을 확인할 수 있다. 또한, 열경화성 불소 수지를 사용하는 비교예 1의 경우에는 유기 용매를 사용하므로, 폴리에스테르 필름의 제조 시 인라인 코팅 공정에 적용할 수 없어 오프라인으로 코팅하였으며, 공정이 실시예 1 내지 8 보다 복잡함을 확인할 수 있다.
즉, 불소계 고분자, 안료, 수분산 바인더 및 물을 포함하는 수분산 조성물로 폴리에스테르 필름의 2축 연신 공정을 이용하여 광전지 모듈용 백시트를 제조할 경우, 종래 라미네이션 공정을 이용하는 경우에 비하여 제조공정을 단순화할 수 있고, 내구성 및 내후성 등의 물성을 우수하게 유지할 수 있으며, 유기 용매를 포함하고 있지 않아, 친환경적이면서 경제적이다.
3. 시험예 3 : 반사율 측정
실시예 1 및 비교예 2에서 제조된 광전지 모듈용 백시트를 Shimadzu UV Vis spectrometer(UV-3600)을 이용하여 200 ~ 800nm 파장 영역대의 반사율을 측정하여 도 4에 나타내었다.
도 4의 UV 스펙트럼을 살펴보면, 불소계 수지층의 두께가 2㎛로 종래 라미네이션 공정을 이용하여 제조되는 상업화된 백시트에 비하여 얇음에도 불구하고, 동등 수준 이상의 반사율을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 예시적인 실시예를 참고로 본 발명에 대해서 상세하게 설명하였으나, 이들은 단지 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 광전지 모듈용 백시트
11: 불소계 수지층
12: 기재
20: 웨이퍼계 광전지 모듈
30: 박막형 광전지 모듈
21,31: 수광 시트
22,32: 봉지재층
22a: 제1층
22b: 제2층
23,33: 광전지 모듈용 백시트
24, 34: 광전지 소자

Claims (31)

  1. 결정성 불소계 고분자가 인라인 코팅 공정에 의하여 기재 위에 코팅되는 수지층을 포함하며,
    2 기압, 121℃ 및 100% R.H.의 조건이 유지되는 오븐에 75 시간 동안 방치한 후에 ASTM D3002/D3359의 규격에 준거하여, 크로스 컷 테스트에 따라 측정한 접착력이 4B 이상인 광전지 모듈용 백시트.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 불소계 고분자는 결정화도가 10 내지 55%인 결정성 고분자이며, 비관능성 고분자 (non-functionalized polymer)인 광전지 모듈용 백시트.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 수지층은 결정성 불소계 고분자, 안료, 수분산 바인더 및 물을 포함하는 수분산 조성물을 인라인 코팅 공정에 의하여 기재 위에 코팅하여 형성되는 광전지 모듈용 백시트.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 불소계 고분자는 비닐리덴 플루오라이드(VDF, Vinylidene Fluoride), 비닐 플루오라이드(VF, Vinyl Fluoride), 테트라플루오로에틸렌(TFE, Tetrafluoroethylene) 헥사플루오로프로필렌(HFP, Hexafluoropropylene), 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE, chlorotrifluoroethylene), 트리플루오로에틸렌, 헥사플루오로이소부틸렌, 퍼플루오로 부틸에틸렌, 퍼플루오로 메틸 비닐 에테르(PMVE, perfluoro(methylvinylether)), 퍼플루오로 에틸 비닐 에테르(PEVE, perfluoro(ethylvinylether)), 퍼플루오로 프로필 비닐 에테르(PPVE), 퍼플루오로 헥실 비닐 에테르(PHVE), 퍼플루오로-2,2-디메틸-1,3-디옥솔(PDD) 및 퍼플루오로-2-메틸렌-4-메틸-1,3-디옥솔란(PMD)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 단량체를 중합된 형태로 포함하는 단독 중합체, 공중합체 또는 이들의 혼합물인 광전지 모듈용 백시트.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 불소계 고분자는 비닐리덴 플루오라이드(VDF) 또는 비닐 플루오라이드(VF)와 테트라플루오로에틸렌(TFE, Tetrafluoroethylene), 헥사플루오로프로필렌(HFP, Hexafluoropropylene), 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE, chlorotrifluoroethylene), 트리플루오로에틸렌, 헥사플루오로이소부틸렌, 퍼플루오로 부틸에틸렌, 퍼플루오로 메틸 비닐 에테르(PMVE, perfluoro(methylvinylether)), 퍼플루오로 에틸 비닐 에테르(PEVE, perfluoro(ethylvinylether)), 퍼플루오로 프로필 비닐 에테르(PPVE), 퍼플루오로 헥실 비닐 에테르(PHVE), 퍼플루오로-2,2-디메틸-1,3-디옥솔(PDD) 및 퍼플루오로-2-메틸렌-4-메틸-1,3-디옥솔란(PMD)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 공단량체를 포함하는 공중합체 또는 이들의 혼합물인 광전지 모듈용 백시트.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 공중합체에 포함된 공단량체의 함량은 전체 공중합체의 총 중량 대비 0.5 중량% 내지 50 중량%인 광전지 모듈용 백시트.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 불소계 고분자의 중량평균분자량은 5만 내지 100만인 광전지 모듈용 백시트.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 불소계 고분자의 융점이 80℃ 내지 175℃인 광전지 모듈용 백시트.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 불소계 고분자의 평균 입경이 50 ㎛ 이하인 광전지 모듈용 백시트.
  10. 제 3 항에 있어서, 상기 안료는 불소계 고분자 100 중량부에 대하여 1 중량부 내지 200 중량부로 포함되는 광전지 모듈용 백시트.
  11. 제 3 항에 있어서, 상기 수분산 바인더는 폴리우레탄 수지, 폴리아크릴 수지, 폴리우레아 수지, 폴리아미드 수지, 폴리올레핀 수지, 폴리비닐아세테이트 수지, 폴리에테르 수지, 알키드 수지, 우레탄-아크릴레이트 공중합체, 비닐-우레탄 공중합체, 에틸렌-비닐알코올 공중합체, 실리콘-아크릴-우레탄 공중합체, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 및 아크릴변성 폴리에스테르 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 광전지 모듈용 백시트.
  12. 제 3 항에 있어서, 상기 수분산 바인더는 불소계 고분자 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 50 중량부로 포함되는 광전지 모듈용 백시트.
  13. 제 3 항에 있어서, 상기 수분산 조성물이 수분산 바인더의 가교제를 추가로 포함하는 광전지 모듈용 백시트.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 가교제는 이소시아네이트계 수지, 옥사졸린계 수지, 멜라민계 수지, 에폭시계 수지 및 카보디이미드계 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 광전지 모듈용 백시트.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 가교제는 불소계 고분자 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 50 중량부로 포함되는 광전지 모듈용 백시트.
  16. 제 3 항에 있어서, 상기 물은 불소계 고분자 100 중량부에 대하여 100 중량부 내지 2,000 중량부로 포함되는 광전지 모듈용 백시트.
  17. 제 3 항에 있어서, 상기 수분산 조성물이 계면 활성제를 추가로 포함하는 광전지 모듈용 백시트.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 계면 활성제는 불소계 고분자 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 100 중량부로 포함되는 광전지 모듈용 백시트.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 수지층이 상기 기재의 일면 또는 양면에 형성되는 광전지 모듈용 백시트.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 기재는 아크릴 필름, 폴리올레핀 필름, 폴리아미드 필름, 폴리우레탄 필름 및 폴리에스테르 필름으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 고분자 필름인 광전지 모듈용 백시트.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 폴리에스테르 필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름, 폴리에틸렌나트탈레이트(PEN) 필름 및 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 필름으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 광전지 모듈용 백시트.
  22. 제 1 항에 있어서, 상기 기재의 두께는 50㎛ 내지 500㎛인 광전지 모듈용 백시트.
  23. 제 3 항에 있어서, 상기 수지층은 수분산 조성물의 용융물을 포함하는 광전지 모듈용 백시트.
  24. 제 1 항에 있어서, 상기 수지층의 두께가 0.5 ㎛ 내지 30 ㎛인 광전지 모듈용 백시트.
  25. 제 1 항에 있어서, 상기 기재의 적어도 일면에 플라즈마, 코로나, 프라이머, 앵커제, 커플링제 처리 및 열 처리 중에서 선택된 하나 이상의 표면처리가 형성되는 광전지 모듈용 백시트.
  26. 결정성 불소계 고분자, 안료, 수분산 바인더 및 물을 포함하는 수분산 조성물을 기재의 연신 공정에서 기재의 일면 또는 양면에 코팅하고, 가열하여 수지층을 형성하는 단계를 포함하는 광전지 모듈용 백시트의 제조 방법.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 기재의 연신 공정은 2축 연신 공정으로, 기재를 기계 방향으로 연신 후, 상기 수분산 조성물을 코팅하고, 이어서 횡 방향으로 연신하는 것인 광전지 모듈용 백시트의 제조 방법.
  28. 제 26 항에 있어서, 상기 기재의 연신 공정은 2축 연신 공정으로, 상기 수분산 조성물을 기재 상에 코팅하고, 기계 방향 및 횡 방향으로 연신하는 것인 광전지 모듈용 백시트의 제조 방법.
  29. 제 26 항에 있어서, 상기 가열 온도는 150℃ 내지 250℃인 광전지 모듈용 백시트의 제조 방법.
  30. 제 26 항에 있어서, 상기 수지층을 형성하기 전에 기재의 일면 또는 양면에 플라즈마 처리, 코로나 처리, 프라이머 처리, 앵커제 처리, 커플링제 처리, 증착 처리 및 열 처리로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 표면 처리를 수행하는 단계를 추가로 포함하는 광전지 모듈용 백시트의 제조 방법.
  31. 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 따른 광전지 모듈용 백시트를 포함하는 광전지 모듈.
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