KR20140027184A - 하향 변환 물질을 포함하는 광전달 열가소성 수지 및 광기전 모듈에서의 그의 용도 - Google Patents

하향 변환 물질을 포함하는 광전달 열가소성 수지 및 광기전 모듈에서의 그의 용도 Download PDF

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휴밍 첸
그라프 미카엘 에이. 데
스티븐 알. 어스킨
레베카 케이. 페이스트
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Abstract

(a) 광전달성 열가소성 수지, (b) 280 내지 500 nm 범위내에서 입사 방사선 흡수 최대 및 400 내지 900 nm 범위의 상대적으로 긴 파장에서 방사선 방출 최대를 나타내고 광기전 모듈에서 광기전 전류 발전 효율을 개선시키는 적어도 하나의 하향 변환 물질, 및 (c) 약 280 nm 내지 약 380 nm 범위에서 파장을 갖는 자외선 (UV) 전자기 방사선의 적어도 약 40%를 전달하는 광 안정제 첨가제를 포함하는, 광기전 모듈에서 광전달층으로 사용하기 위한 열가소성 수지 제제가 개시된다. 상기 수지로부터 제조된 시트 물질 및 이 시트 물질이 도입된 광기전 모듈이 또한 개시된다.

Description

하향 변환 물질을 포함하는 광전달 열가소성 수지 및 광기전 모듈에서의 그의 용도{Light transmitting thermoplastic resins comprising down conversion material and their use in photovoltaic modules}
본 발명은 하향 변환 (down conversion) 물질을 포함하는 광전달 열가소성 수지에 관한 것이다. 다른 구체예에 있어서, 본 발명은 또한 광기전 (photovoltaic, "PV") 모듈에서 필름 또는 층으로서의 상기 수지의 용도에 관한 것이다. 본 발명에 따른 수지로 광기전 모듈 내구성, 에너지 변환 및 비용 효율성의 조합이 개선된다.
알려진 바와 같이, 광기전 모듈은 주로 가시광선 스펙트럼 범위 또는 근가시광선 스펙트럼 범위의 전자기 방사선을 전기 에너지로 변환시킨다. 광 또는 광자를 전류로 변환하는데 있어 그의 효율은 또한 "양자 효율"로서 칭해진다. 단파장 광을 장파장으로 변환시킴으로써 단파장 광의 고에너지에 응답하는 스펙트럼 영역에서 광기전 모듈을 개량하기 일환으로 "하향 변환" 물질을 사용하는 것은 알려졌다. 하향 변환 물질은 전형적으로 고에너지의 단파장 광 (즉, PV 전지가 낮은 외부 양자 효율을 나타내는 범위의)을 흡수하여 이 광을 더 낮은 에너지의 장파장 (즉, PV 전지가 높은 외부 양자 효율을 나타내는 범위의)으로 재방출할 수 있는 하나 이상의 공지 유기 또는 무기 물질이다.
이같은 "하향 변환" (종종 "다운시프팅 (down-shifting)"으로도 언급된다) 효과 및 제안 물질은, 예를 들어 W0 2007/043496; W0 2009/002943; W0 2009/157879W0 2003/079457; US 2005/0265935; US 2006/0169971; 및 US 2010/0186801을 비롯한 다수의 문헌에 게재되었다.
주지된 바와 같이, 광기전 모듈은 자외 ("UV") 선에 직접 노출된 채로 오랜 작동 기간 (이를테면 20년 이상)을 견뎌야 한다. 엄선된 열가소성 폴리머 수지 타입은 광, 전기 및 물리적 성질면에서 우수하면서 비용 효율적인 균형을 제공할 수 있고, 많은 응용에서 훌륭하게 작용하지만, 광기전 모듈 적용에서 겪게 되는 가혹한 노출 조건에 사용하기에는 애로사항이 있다. 사용시, 많은 타입의 열가소성 폴리머 수지는 다양한 종류의 열가소성 폴리머 수지 분해를 야기하는 것으로 알려져 있는 UV 방사선으로부터 보호하는 첨가제의 안정화를 필요로 하며, 그렇게 하지 않으면, UV 방사선에 장기간 노출동안 폴리머 성질이 빠르게 저하된다.
열가소성 폴리머 수지에 UV 안정화가 필요한 경우에는, 보통 단파장의 UV선 전달을 차단, 흡수 및/또는 일반적으로 감소시키는 것이 예상될 수 있으며, 그렇치 않으면 전기 에너지로의 변환을 위해 광전지에 유용한 방사선으로서 "하향 변환"되고 전달되어야 한다. UV 안정화는 목적하는 하향 변환 효과를 좌절시킬 수 있기 때문에, 이렇게 UV 안정화된 열가소성 수지는 하향 변환 물질을 효과적으로 함유하고 이용할 것으로 예상되지 않는다. 그러나, 안정화가 없으면, UV선은 하향 변환동안 그 층으로 적어도 한정된 거리를 관통하여 폴리머를 파괴시킬 수 있다.
따라서, 적어도 부분적으로 UV 광을 전달하고 적어도 하나의 하향 변환 물질을 포함하며 시트 물질이 광기전 모듈에서 우수한 변환 효율을 제공하는 UV 안정한 열가소성 수지 및 이 수지의 필름 또는 층을 제공하는 것이 요망된다. 또, 상기 열가소성 폴리머 수지 물질을 포함하는 광기전 모듈을 수득하고, 그를 제조하는 방법이 요망된다. 따라서, 본 발명의 목적은 상기 및 기타 성과를 제공하는 것이다.
발명의 개요
본 발명에 따라 상기 및 그밖의 다른 다양한 바람직한 성과의 하나 이상이 제공되는 바, 일 구체예는
(a) 광전달성 열가소성 수지,
(b) 280 내지 500 nm 범위내에서 입사 방사선 흡수 최대 및 400 내지 900 nm 범위의 상대적으로 긴 파장에서 방사선 방출 최대를 나타내고 광기전 모듈에서 광기전 전류 발전 효율을 개선시키는 적어도 하나의 하향 변환 물질, 및
(c) 약 280 nm 내지 약 380 nm 범위에서 파장을 갖는 자외선 (UV) 전자기 방사선의 적어도 약 40%를 전달하는 광 안정제 첨가제를 포함하는, 광기전 모듈에서 광전달층으로 사용하기 위한 열가소성 수지 제제이다.
다른 구체예로서, 본 발명은 하향 변환 물질이 300 내지 500 나노미터의 스펙트럼 범위내에서 전자기 방사선의 흡수 최대를 나타내고/내거나, 400 내지 600 나노미터의 스펙트럼 범위내에서 전자기 방사선의 방출 최대를 나타내는, 상술된 바와 같은 열가소성 수지 제제이다. 또다른 구체예로서, 본 발명에 따른 열가소성 수지 제제는 Cyasorb 3346, Cyasorb 3529; Chimassorb 944 LD; Tinuvin 622; Univul 4050; Univul 5050, 또한 Hostavin N30 및 Chimassorb 119로 구성된 그룹중에서 선택되는 광 안정제를 포함한다.
또다른 구체예는 하향 변환 물질이 다음에서 선택되는 물질을 포함하는 본원에 기술된 바와 같은 열가소성 수지 제제를 포함한다:
(a) (i) La, Ce, Pr, Eu, Nd, Pm, Sm, Tb, Dy, Ho, Er, Tm 및 Yb로 구성된 그룹중에서 선택되는 광루미네센스 (photoluminescent) 란탄족 양이온을 함유하는 화합물의 나노입자, 및
(ii) 태양광의 하나의 고에너지 광자로부터 복수의 엑시톤을 생성할 수 있는 반도체 나노결정 화합물의 그룹에서 선택되는 양자점으로부터 선택되고,
코어-쉘 구조를 가지며 크기 범위가 약 1 nm 내지 약 200 nm인 상기 언급된 나노입자 (i) 또는 반도체 나노결정 화합물 (ii)를 하나 이상 포함하는 복합물을 포함하는 무기 나노입자; 및
(b) 로다민, 쿠마린, 루브렌, Alq3, TPD, Gaq2Cl, 페릴렌 염료, 나프탈렌 카본산, 및 비올안트론 또는 이소-비올안트론에서 선택되고 이들의 유도체를 포함하는 유기 루미네센스 하향 변환 첨가제.
다른 구체예로서, 본 발명은 상술된 것으로부터 선택되는 열가소성 수지 제제를 포함하는 광전지에서 광전달층으로서 사용하기 위한 시트 물질이다.
다른 구체예로서, 본 발명은 (i) 광전달성 외면 커버 시트; (ii) 환경 효과로부터 광전지를 보호하기 위한, 상술된 바와 같은 열가소성 수지 제제로부터 제조된 적어도 하나의 광전달 봉지 (encapsulation) 시트 물질, (iii) 보호 외면 백 시트 (back sheet), 및 (iv) 커버 시트 및 봉지 필름을 통해 전달되는 전자기 방사선을 전기 에너지로 변화시키도록 설계된 적어도 하나의 광전지를 포함하는, 입사 전자기 방사선을 전기 에너지로 변환하기 위한 광기전 모듈이다. 그밖의 다른 구체예로서, 본 발명은 광전지가 적어도 하나의 하기 물질을 포함하는 광기전 모듈이다: CdS; Si; CdTe; InP; GaAs; Cu2S; 및 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드 (CIGS), 결정성 실리콘 (c-Si), 무정형 실리콘 (a-Si), 또는 CIS.
도 1은 페릴렌 염료, 류모겐™ 570 바이올렛에 의한 파장 "하향 변환"의 효과를 보여주는 그래프이다.
도 2a 및 2b는 일련의 필름에 대해 필름을 통해 전달된 200 및 400 나노미터의 파장 사이에서 입사광 비율을 보여주는 그래프이다.
도 3은 PV 모듈에 대한 일 실시 구조의 단면도이다.
상세한 설명
하향 변환 물질
본 발명에 따른 열가소성 폴리머 수지 물질을 제조하는데 중요한 요소는 상대적으로 짧은 파장의 입사 방사선을 흡수하고 상대적으로 긴 파장으로 방사선을 재방출하는데 적합한 전자기 방사선 하향 변환 물질이다. 이러한 용도에 적합할 유기 및 무기 물질 및 화합물이 다수 공지되었으며; 루미네센스 물질로 일컬어지기도 한다. 본 발명의 다양한 구체예에서, 단일 하향 변환 물질이 사용될 수 있거나, 또는 부가적으로, 예를 들어 하향 변환 "캐스케이드"를 제공하기 위해 하향 변환 물질의 조합물 또는 "체인"이 사용될 수 있다.
일 구체예에서, 이러한 하향 변환 물질은 주로 UV 스펙트럼 범위 (약 280 내지 약 400 나노미터 (nm)의) 내 방사선으로부터의 전자기 에너지를 효과적으로 흡수하고, 상대적으로 더 높은 파장으로 방사선을 방출한다. 바람직하게, 물질은 이 범위에서 전자기 에너지의 적어도 하나의 "흡수 최대"를 가지며, 바람직하게는 복수인 경우 모든 이러한 흡수 최대를 가진다. 하향 변환 물질의 "흡수 최대"란 화합물이 피크량 흡수한 경우 태양 전자기파 스펙트럼 (이들 물질에 대해 UV 범위)에서의 광파장을 의미하며, 바람직하게는 광 에너지의 최대 흡수량은 파장 범위에 대한 그의 광 에너지 흡수 플롯에서 피크로서 표시된다. 이는 도 1에서 확인할 수 있다. 하향 변환 물질은 일부의 경우 복수의 흡수 최대를 가질 수 있다. 이러한 측정을 위해, 공지 및 시판 UV-Vis 분광계를 사용하여 흡수를 측정한다. 주지된 바와 같이, 약 280 내지 약 400 nm의 UV 스펙트럼 범위에서, 선행기술의 광전지에 사용되는 전형적인 반도체 물질의 응답은 대폭 줄어들며, 이는 이 범위가 전류를 매우 효과적으로 발생하지는 않음을 의미한다. 이러한 일반적인 범위내에서, 하향 변환 물질의 흡수 최대는 바람직하게는 적어도 약 325 nm 및 더욱 바람직하게는 적어도 약 350 nm이다. 바람직하게는, 흡수 최대는 일반적으로 약 400 nm 미만 및 바람직하게는 약 380 nm 미만이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 류모겐™ 570 바이올렛에 대한 흡수 파장의 최대가 흡수 파장 곡선의 피크에 있으며, 약 375 nm이다.
일 구체예에서, 상기 하향 변환 물질은 약 400 내지 약 900 나노미터의 태양 스펙트럼 범위내 전자기 방사선의 방출에서 하나 이상의 최대를 나타낸다. 복수의 방출 최대가 있는 경우, 바람직하게는 이러한 모든 하향 변환 물질의 방출 최대는 상기 범위내에 들며, 일부 하향 변환 물질로 가능하다. 예를 들어, 도 1이 참조된다. 이 스펙트럼 범위내에서, 선행 기술 광전지의 스펙트럼 응답은 전형적으로 높거나, 또는 적어도 UV 범위에서 보다는 좋다. 상술된 최대 흡수 범위와 결합하면, 하향 변환은 스펙트럼 응답이 좋지 않은 일정 범위로부터의 전자기 방사선을 광전지의 스펙트럼 응답이 더 높은 범위로 효율적으로 변환할 수 있을 것이다. 하향 변환 물질의 "방출 최대"란 화합물이 피크량 (바람직하게는 파장 범위에 대한 그의 광 에너지 방출 플롯에서 피크로서 표시되는 광 에너지의 최고 높은 퍼센트) 방출한 경우 태양 전자기파 스펙트럼에서의 광파장을 의미한다. 이러한 측정을 위해, 보통 단일 여기 파장 및 단일 검출 파장을 가지는 공지 형광계를 사용하여 광 에너지 방출이 측정된다. 이 범위내에서, 방출 파장의 최대는 바람직하게는 적어도 약 380 nm, 바람직하게는 적어도 약 400 nm이고, 약 900 nm 미만, 더욱 바람직하게는 약 500 nm 미만이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 류모겐™ 570 바이올렛에 대한 방출 파장의 최대는 방출 파장 곡선의 피크에 있으며, 약 410 nm 및 435 nm이다. 요컨대, 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 류모겐™ 570 바이올렛은 하향 변환 물질의 일례이다.
상기 일반 성능 기준을 만족하고 본 발명에 따라 사용하기에 적합한 하향 변환 물질이 많이 공지되어 있다. 적합한 하향 변환 물질은 다음 공개문헌에 교시된 하나 이상의 물질을 포함한다 (단독으로 또는 혼합물로서):
무기 양자점 화합물을 나타내고 있는 US 2006/016997;
유기 및 형광체 루미네센스 첨가제를 포함하고 광을 하향 변환할 수 있는 서브미크론 크기의 희토류 이온 도핑된, 유기, 무기 또는 하이브리드 복합물을 나타내고 있는 WO2009/157879;
마이크로캡슐화된 유기 및 무기 루미네센스 안료를 나타내고 있는 WO2007/042438; 및
일정 범위의 하향 변환 물질 및 광기전 적용에서의 그의 용도를 나타내고 있는 WO 2008/110567 (이들은 모두 본원에 참고로서 포함된다).
상기 공개문헌에 일반적으로 교시된 적합한 하향 변환 물질중에는 다음과 같은 특정 무기 및 유기 타입의 하향 변환 물질이 있다.
무기 하향 변환 물질 나노입자는 다음에서 선택되는 하향 변환 화합물을 포함한다:
(i) La, Ce, Pr, Eu, Nd, Pm, Sm, Tb, Dy, Ho, Er, Tm 및 Yb로 구성된 그룹중에서 선택되는 광루미네센스 란탄족 양이온을 함유하는 화합물의 나노입자, 및
(ii) 태양광의 하나의 고에너지 광자로부터 복수의 엑시톤을 생성할 수 있는 반도체 나노결정 화합물의 그룹에서 선택되는 양자점.
1) 이원 화합물 MgO, MgS, MgSe, MgTe, CaO, CaS, CaTe, SrO, SrS, SrSe, SrTe, BaO, BaS, BaSe, BaTe를 포함하는 원소주기율표의 2 및 16족,
2) 이원 화합물 CdO, CdSe, CdTe, ZnO, ZnS, ZnSe 및 ZnTe 및 삼원 화합물 CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, CdZnS, CdZnSe 및 CdZnTe를 포함하는 원소주기율표의 12 및 16족,
3) 이원 화합물 GaN, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs 및 InSb, 삼원 화합물 GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb 및 GaAlNP를 포함하는 원소주기율표의 13 및 15족,
4) 이원 화합물 PbO, PbO2, PbS, PbSe, PbTe,SnS, SnSe, SnTe, SiO2, GeO2, SnO2 및 삼원 화합물, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe 및 SnPbTe를 포함하는원소주기율표의 14 및 16족,
5) 일원 화합물 Si 및 Ge 및 이원 화합물 SiC 및 SiGe를 포함하는 원소주기율표의 14족으로부터의 원소를 포함하고,
코어-쉘 구조를 가지며 크기 범위가 약 1 nm 내지 약 200 nm인 상기 언급된 나노입자 또는 나노결정을 하나 이상 포함하는 하향 변환 복합물을 포함하는 반도체 나노결정 화합물의 하향 변환 물질이 포함된다.
하향 변환 성질을 가지는 적합한 유기 루미네센스 첨가제는 하기 유기 화합물류 및 그의 유도체에서 선택될 수 있다: 로다민, 쿠마린, 루브렌, Alq3, TPD, Gaq2Cl, 페릴렌 염료, 나프탈렌 카본산, 및 비올안트론 또는 이소-비올안트론.
하향 변환 방법은 일부 박막 광기전 모듈뿐 아니라, 실리콘 웨이퍼 기반 디바이스를 포함하여 현재 제조되고 있는 거의 모든 광기전 모듈에 적용될 수 있다. 따라서, 하향 변환 물질은 특정 광기전 모듈의 단파장 응답, 및 이에 따른 전류 발생량을 증대시키기 위하여 선택되고 제제화될 수 있다. 관련 광기전 모듈에 대해 좋지 않은 양자 효율의 영역을 커버하기 위하여 각기 비교적 좁은 흡수 밴드를 가지는 다중 하향 변환 물질 (예컨대 염료 혼합물)이 선택될 수 있다. 염료는 전형적으로 자외선 범위로부터 출발하고 짧은 파장 흡수 및 방출 스펙트럼을 나타내는 염료를 첨가해 선택된다. 고루미네센스 양자 효율을 나타내는 형광 염료의 경우, 혼합 광대역 흡수제는 여전히 최저 에너지에 이르기까지 캐스케이드로 떨어지는 에너지로 인해서 가장 긴 파장 염료를 통해 그의 방출 대부분을 나타내는 고루미네센스 양자 효율을 나타낼 것이다.
하향 변환 물질을 광전달성 열가소성 폴리머로 도입하기 위해 필요한 온도 및 PV 모듈 조립 공정에 사용되는 온도에 따라, 비교적 고온을 견딜 수 있는 하향 변환 물질을 사용하는 것이 중요할 수 있다. 200 ℃ 또는 그에 근접한 높은 가열 용융 혼합 또는 용액 도입 단계, 또는 약 150 ℃에서의 PV 모듈 라미네이션 공정을 위해서는, 바스프 (BASF) 류모겐 (Lumogen) F 시리즈 (페릴렌 염료, 본원에 참고로 포함되는 WO 2008/110567 (US 2010/0186801에 대응))와 같은 일부 형광 염료가 상대적으로 안정하며, 불리하게 작용하지 않을 것이다. 바람직하게는, 하향 변환 물질은 적어도 약 230 ℃, 및 더욱 바람직하게는 적어도 약 200 ℃ 까지의 온도로 상승된 후 안정하게 존재한다 (하향 변환을 수행할 수 있도록 존재한다)
바람직한 하향 변환 첨가제는 TINOPAL OB, 류모겐™ F 옐로우 083 및 류모겐 F 바이올렛 570 (바스프 제품)을 포함한다.
사용될 하향 변환 물질(들)의 양은 선택된 특정 물질의 효율 및 광기전 모듈내 열가소성 폴리머에 사용되는 방식을 비롯하여 다양한 인자에 따라 달라질 것이다. 일반적으로, 열가소성 폴리머내 하향 변환 물질의 농도는 열가소성 폴리머 조성물 백만중량부 (ppm) 당 하향 변환 물질 약 0.1 내지 약 5000 중량부의 범위이다. 바람직하게, 그 수준은 적어도 약 10 ppm, 및 바람직하게는 적어도 약 50 ppm이다. 일부 구체예에서, 최대 수준은 약 1000 ppm 이하 및 바람직하게는 약 500 ppm 이하이다.
이들 범위는 대부분의 하향 변환 물질에 대해 양자 효율 개선면에서 유리한 효과를 나타내는 것으로 입증되었다. 그렇기는 해도, 정확한 최적의 농도는 하향 변환 물질 및/또는 호스트 물질의 특성에 좌우될 수 있다. 또한, 이후 논의되는 바와 같이, 광기전 모듈의 구조가 하향 변환 물질의 농도 및 위치와 관련한 최적의 이용을 결정할 수 있다.
열가소성 폴리머 수지 안정화 물질
상기 논의된 하향 변환 물질 외에, 본 발명에 따른 열가소성 폴리머 안정화 및 광기전 성능의 최적의 조합을 위해 엄선된 광 안정제 화합물이 필요하다. 어느 정도는 안정화되는 열가소성 수지에 따라, 폴리머 물리적 성질에 대해 UV-유도 붕괴로부터 필요한 보호를 제공하면서 개선된 전지 성능 제공을 위해 전자기 방사선의 고에너지 파장의 하향 변환을 허용하도록 안정제 화합물(들)이 선택될 수 있다.
바람직하게는, 필요한 안정화 수준을 제공하기에 충분한 농도로 수지 및 필름에 사용되는 경우, 약 280 nm 내지 약 380 nm의 UV 범위에서 파장을 갖는 자외선 (UV) 전자기 방사선의 적어도 약 40%를 전달하는 하나 이상의 광 안정제 첨가제가 사용된다. 이는 광 안정제 화합물이 상기 범위내 파장에 걸쳐 그의 광선 전달율에 대해 시험되는 경우, 전 범위에 걸쳐 측정된 전달율 적어도 50%를 가질 것임을 의미한다. UV-Vis 분광계를 사용하여 다양한 파장에서 방사선 전달 플롯 또는 차트를 얻고, 약 280 nm 내지 약 380 nm의 파장 범위에 걸쳐 모든 파장에서 광선 전달율이 적어도 약 50%인 것으로 결정되면 상기 범위에서 파장을 갖는 자외선 (UV) 전자기 방사선의 적어도 약 40%를 전달하는 광 안정제 첨가제가 측정된 것으로 결정될 수 있다.
또한 바람직하게는, 안정제 화합물의 분자량은 적어도 약 500 AU, 또는 더욱 바람직하게는 적어도 약 1000 AU이며, 상대적으로 높은 분자량은 필드 적용에서 첨가제의 이동을 저하시킬 것이다.
이와 관련하여 표적 파장 방사선의 전달을 차단 또는 흡수하지 않고 안정화 효과를 제공하는 적어도 하나의 입체장해 아민 광 안정제 ("HALS")를 사용하는 것이 특히 유용하다. 본 발명의 범위를 어떤 식으로든 제한하지 않는 바, 이들 첨가제는 UV 방사선에 의해 열가소성 폴리머에서 생성되는 래디칼을 포획하고 그렇치 않으면 폴리머 분해 과정을 야기할 수 있는 것으로 판단된다. 이는 아마도 니트록실 래디칼(R-O·)이 폴리머내 자유 래디칼과 결합하는 데니소브 사이클 (Denisov Cycle)로 알려진 과정을 통한 니트록실 래디칼의 형성으로 설명될 수 있을 것이다. 일반적으로, 상기 첨가제는 상기 언급된 하나 이상의 하향 변환 물질을 사용하여 하향 변환될 수 있는 UVA (320 nm 및 380 nm) 또는 UVA 및 UVB (280 nm 내지 320 nm) 범위 파장의 전자기 방사선을 유의적으로 흡수하지 않는다. 이론적으로 전혀 결부됨이 없이, 이러한 안정제 화합물(들)의 바람직한 속성으로서, 광 안정제와 하향 변환 물질의 극성-극성 상호작용 및/또는 수소 결합이 있는 것으로 판단된다. 존재한다면, 이는 폴리머 매트릭스내 하향 변환 물질 및 UV 첨가제 둘 다의 이동을 저하하고, 하향 변환 물질의 UV 안정성을 향상시키고/시키거나 특정 열가소성 폴리머, 특히 폴리올레핀에서 양 첨가제의 분산을 향상시키는 것으로 판단된다.
HALS-타입 외에, 또한 여기 상태의 퀀처 (quencher), 하이드로퍼옥사이드 분해자, 래디칼 스캐빈저와 같은 다른 적합한 타입의 비-HALS 광 안정제가 있다. 이들의 예로는 Cyasorb UV-1084 ([2,2-티오비스(4-tert-옥틸페놀레이토)]-n-부틸아민, 니켈), 하이드로퍼옥사이드 분해자 및 Cyasorb UV-2908 (3,5-디-tert-부틸-4-하이드록시벤조산, 헥사데실 에스테르), 래디칼 스캐빈저가 포함된다. 일부 적합한 광 안정제를 하기 표에 나타내었다:
Figure pct00001
광 안정화 효과를 제공하기에 필요한 이들 첨가제의 수준은 특정 안정제를 기준으로 다소 변하나, 일반적으로는 안정화되는 폴리머 중량을 기준으로 약 0.01 내지 약 5 중량%이다. 특히, 광 안정제의 필요량은 바람직하게는 총 열가소성 폴리머 조성물의 중량을 기준으로 약 0.02 내지 약 0.5 중량%, 및 더욱 바람직하게는 약 0.05 내지 약 0.15 중량%이다.
있다면, 임의의 다른 안정화 첨가제의 선택은 의도하는 UV 하향 변환 성능과 조화를 이루여야 한다. 일반적으로, 하향 변환에 불리하게 작용하는 UV 흡수제는 피해야 한다.
예를 들어 포스포나이트 (PEPQ) 및 포스파이트 (Weston 399, TNPP, P-168 및 Doverphos 9228)를 비롯한 인-함유 안정제 화합물이 또한 사용될 수 있다. 처리 안정제의 양은 전형적으로 약 0.02 내지 0.5%, 및 바람직하게는 약 0.05 내지 0.15%이다.
요컨대, 첨가제에는 다음이 포함되나, 이들에만 한정되지는 않는다:
· 총 열가소성 폴리머 조성물 중량을 기준으로 약 0.02 내지 약 0.5 중량%, 및 더욱 바람직하게는 약 0.05 내지 약 0.15 중량% 양의 항산화제 (예를 들면, Irganox® 1010과 같은 입체장해 페놀);
· 클링 (cling) 첨가제 (예를 들면, 폴리이소부틸렌),
· 블록방지제 (anti-blocks),
· 슬립방지제 (anti-slips),
· 안료 및 충전제 (응용시 전달/투명 요건에 준해 허용되는).
공정에 첨가제, 예를 들어 스테아르산칼슘, 광유, 물 등이 또한 사용될 수 있다. 다른 가능한 첨가제는 업계에 주지된 방식 및 양으로 사용된다,
열가소성 폴리머 성분
이후 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 고 광전달성 열가소성 폴리머, 및 특히 열가소성 폴리올레핀 코폴리머가 하나 이상의 상이한 광기전 모듈 원소 또는 성분에 사용될 수 있다. 사용되는 폴리머 물질 및 층, 필름, 원소 및/또는 성분과 관련하여 다음의 용어들이 이용된다.
"조성물(composition)" 및 유사 용어는 2 이상의 물질의 혼합물을 의미한다. 조성물에는 반응전, 반응 및 반응후 혼합물이 포함되며, 후자는 반응 혼합물의 미반응 성분 뿐만 아니라, 반응 생성물 및 부산물과, 존재한다면, 반응전 또는 반응 혼합물의 하나 이상의 성분으로부터 형성된 분해 생성물을 포함할 것이다.
"블렌드(blend)", "폴리머 블렌드(polymer blend)" 및 유사 용어는 2 이상의 폴리머의 조성물을 의미한다. 상기 블렌드는 혼화성이거나 아닐 수 있다. 이러한 블렌드는 상 분리되거나, 상 분리되지 않을 수 있다. 상기 블렌드는 전달전자현미경, 광 산란, x-선 산란 및 당업계에 공지된 임의의 다른 방법으로부터 결정되는 바와 같은 하나 이상의 도메인 형태를 함유하거나 함유하지 않을 수 있다. 블렌드는 라미네이트는 아니나, 하나 이상의 라미네이트 층이 블렌드를 함유할 수 있다.
"폴리머" 또는 언급된 종류의 폴리머는 모든 모노머가 언급된 것과 같은 종류이거나 상이한 종류의 일부 모노머 단위를 포함하는지와 상관없이 모노머를 중합하여 제조된 폴리머 물질 또는 수지를 의미한다. 따라서, 일반적인 용어 폴리머는 보통 단 한 종류의 모노머로부터 제조된 폴리머를 의미하는데 사용되는 용어 호모폴리머, 및 이하에 정의된 바와 같은 용어 인터폴리머(interpolymer) 또는 코폴리머를 포함한다. 이는 또한 모든 형태의 인터폴리머, 예를 들어 랜덤, 블록 등을 포함한다. 용어 "에틸렌/α-올레핀 폴리머", "프로필렌/α-올레핀 폴리머" 및 "실란 코폴리머"는 이하에 기술된 바와 같은 인터폴리머를 가리킨다.
"인터폴리머(interpolymer)" 또는 "코폴리머(copolymer)"는 상호교환적으로 사용될 수 있으며 적어도 두 개의 상이한 모노머의 중합에 의해 제조된 폴리머를 의미한다. 이 일반 용어는 두 개 이상의 상이한 모노머로부터 제조된 코폴리머, 예를 들어, 터폴리머(terpolymer), 테트라폴리머 등을 포함한다.
물질, 필름 또는 층에 대한 용어 "고 광선 전달율"은 태양 방사선에 대한 것이며, UV-Vis 분광법 (약 280-1200 나노미터 파장 범위에서 흡광도를 측정하는)으로 측정된 경우, 적어도 약 85% 초과, 바람직하게는 적어도 약 90% 초과, 바람직하게는 95% 초과 및 더욱더 바람직하게는 97% 초과의 광 전달율을 의미한다. 전달율의 다른 측정법은 ASTM D-1003-00의 내부 헤이즈 (internal haze) 방법이다. 전달율은 시험되는 물질, 필름 또는 층의 두께 함수일 수 있으며, 본원에 사용되는 경우 전형적인 PV 모듈의 필름 또는 층에 전형적으로 사용되는 바와 같은 두께, 일반적으로는 약 50 내지 약 1000 마이크로미터 ("㎛"), 약 15 내지 약 18 mil 범위에서의 "전달율"을 가리킨다.
일반적으로, 상술된 하향 변환 물질은 선택된 입체장해 아민 광 안정제와 조합하여 광범위 광전달성 열가소성 폴리머 수지 (또한 일반적으로 폴리머, 수지, 플라스틱 및/또는 플라스틱 수지로 종종 일컬어 짐)에 사용될 수 있다. 특히, 광, 전기 및 물리적 성질과 비용-효율성의 바람직한 조합에 기초해, 광범위 광전달성 열가소성 폴리올레핀 코폴리머가 라미네이트 필름 구조물내 층들에 사용될 수 있는데, 단 얇은 필름 또는 시트 층으로 형성될 수 있고 목적하는 물리적 성질을 제공할 수 있어야 한다. 본 발명의 대안적 또는 바람직한 구체예는 후술하는 바와 같이, 특정 층에 하나 이상의 특정 타입의 열가소성 폴리올레핀 코폴리머 및/또는 특정 열가소성 폴리올레핀 코폴리머를 사용할 수 있다. 바람직하게는, 광전달성 열가소성 폴리머는 50% 초과, 바람직하게는 85% 초과, 더욱 바람직하게는 가시 스펙트럼의 전 범위에 걸쳐 85% 초과의 전달율을 나타낸다.
본 발명을 실행하는데 유용한 폴리올레핀 코폴리머는 바람직하게는 폴리올레핀 인터폴리머 또는 코폴리머, 더욱 바람직하게는 에틸렌/알파-올레핀 인터폴리머이다. 이들 인터폴리머는 일반적으로 인터폴리머의 중량을 기준으로 적어도 약 15, 바람직하게 적어도 약 20, 보다 더 바람직하게 적어도 약 25 중량%(wt%)의 규정 밀도를 제공하기 위해 필요한 α-올레핀 함량을 가진다. 이들 인터폴리머는 전형적으로 α-올레핀 함량이 인터폴리머의 중량을 기준으로 하여, 약 50 중량% 미만, 바람직하게 약 45 중량% 미만, 더욱 바람직하게 약 40 중량% 미만, 보다 더 바람직하게 약 35 중량% 미만이다. α-올레핀의 존재 및 그 함량은 랜달(Randall)의 문헌(Rev. Macromol. Chem. Phys., C29 (2&3))에 기술된 방법을 사용하여 13C 핵자기 공명(NMR) 분광법으로 측정된다. 일반적으로, 인터폴리머의 α-올레핀 함량이 높을수록 밀도는 더 낮아지고 인터폴리머는 더욱 무정형이 된다.
α-올레핀은 바람직하게는 C3-20 직쇄형, 분지형 또는 사이클릭 α-올레핀이다. C3-20 α-올레핀의 예는 프로펜, 1-부텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐, 1-데센, 1-도데센, 1-테트라데센, 1-헥사데센 및 1-옥타데센을 포함한다. α-올레핀은 또한 사이클로헥산 또는 사이클로펜탄과 같은 사이클릭 구조를 함유하여, 3-사이클로헥실-1-프로펜(알릴 사이클로헥산) 및 비닐 사이클로헥산과 같은 α-올레핀을 생성할 수 있다. 상기 용어의 고전적인 의미로 α-올레핀이 아니어도, 본 발명의 목적상, 특정 사이클릭 올레핀(예를 들어, 노르보넨) 및 관련 올레핀이 α-올레핀이며, 상술한 α-올레핀의 일부 또는 전부를 대신해 사용될 수 있다. 마찬가지로, 스티렌 및 이의 관련 올레핀(예를 들어, α-메틸스티렌 등)이 본 발명의 목적상 α-올레핀이다. 그러나, 아크릴산과 메타크릴산 및 이들의 개별 아이오노머 및, 아크릴레이트와 메타크릴레이트, 그리고 기타 유사한 극성 또는 편광성 불포화 코모노머는 본 발명의 목적상 α-올레핀이 아니다. 폴리올레핀 코폴리머의 예로는 에틸렌/프로필렌, 에틸렌/부텐, 에틸렌/1-헥센, 에틸렌/1-옥텐 및 에틸렌/스티렌 등이 포함된다. 에틸렌/아크릴산(EAA), 에틸렌/메타크릴산(EMA), 에틸렌/아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 및 에틸렌/비닐 아세테이트 등 및, 유사하게 극성 또는 편광성 불포화 코모노머를 갖는 코폴리머는 본 발명의 범위를 위한 열가소성 폴리올레핀 코폴리머 또는 인터폴리머가 아니다. 본 발명의 범위를 위한 열가소성 폴리올레핀 코폴리머 또는 인터폴리머일 수 있는 터폴리머의 예는 에틸렌/프로필렌/1-옥텐, 에틸렌/프로필렌/부텐, 에틸렌/부텐/1-옥텐 및 에틸렌/부텐/스티렌을 포함한다. 코폴리머는 랜덤 또는 블록형일 수 있다.
일반적으로, 상대적으로 저밀도인 열가소성 폴리올레핀 코폴리머가 본 발명을 실시하는데 유용하다. 일반적으로, 이들은 알콕시실란을 함유하도록 그래프트되거나 작용기화된 "베이스" 폴리머이거나, 또는 알콕시실란-함유 코폴리머의 경우는 공중합된 알콕시실란을 함유하도록 중합될 수 있다. 전형적으로, 이들은 약 0.930 g/㎤ 미만, 바람직하게 약 0.920 g/㎤ 미만, 더욱 바람직하게 약 0.910 g/㎤ 미만, 보다 더 바람직하게 약 0.905 g/㎤ 미만, 이보다 더 바람직하게 약 0.890 g/㎤ 미만, 이보다 더 바람직하게 약 0.880 g/㎤ 미만, 이보다 더 바람직하게 약 0.875 g/㎤ 미만의 밀도를 갖는다. 대부분의 경우, 폴리올레핀 코폴리머의 밀도에 대한 엄격한 하한은 없으나, 수지의 생산, 펠릿화, 취급 및/또는 가공의 전형적인 상업적 공정을 위해 폴리올레핀 코폴리머는 전형적으로 약 0.850 g/㎤ 초과, 바람직하게는 0.855 g/㎤ 초과, 보다 바람직하게는 0.860 g/㎤ 초과의 밀도를 갖는다. 밀도는 ASTM D-792의 방법으로 측정된다. 이같은 상대적으로 저밀도의 폴리올레핀 코폴리머는 일반적으로 반-결정성, 가요성이며, 수증기 전달에 대한 저항성 및 양호한 광학적 특성(예를 들어, 가시광선 및 UV-광의 높은 투광율 및 낮은 헤이즈(haze))을 가지는 것으로 특정된다.
일반적으로, 본 발명을 실시하는데 유용한 열가소성 폴리올레핀 코폴리머는 바람직하게는 약 125 ℃ 미만의 융점을 나타낸다. 이는 일반적으로 공지 및 상업적으로 이용가능한 유리 라미네이션 공정 및 장비를 사용하여 라미네이션을 가능케 한다. 본 발명을 실시하는데 유용한 특정 타입의 열가소성 폴리올레핀 코폴리머의 경우에는 바람직한 융점 범위가 있을 수 있다. 열가소성 폴리올레핀 코폴리머의 융점은 당업자들에게 알려진 바와 같이 시차주사열량측정법("DSC")에 의해 측정될 수 있으며, 이것은 또한 이하에 언급되는 바와 같이 유리전이온도("Tg")를 결정하기 위해 사용될 수도 있다.
또한 바람직한 이들 코폴리머의 다른 특징은 임의로 다음 특성의 하나 이상을 포함한다:
· (ASTM D-790으로 측정되어) 약 150 메가파스칼 (MPa) 미만의 2% 시컨트 모듈러스 (secant modulus), 및
· DSC로 측정되어 약 -35 ℃ 미만의 유리전이온도(Tg).
본 발명을 실시하는데 유용한 폴리올레핀 코폴리머는 전형적으로 약 0.10 g/10 분 이상, 바람직하게는 약 1 g/10 분 (g/10 분) 이상, 및 약 75 g/10 분 이하, 바람직하게는 약 10 g/10 분 이하의 용융 지수를 갖는다. 용융 지수는 ASTM D-1238 (190 ℃/2.16 ㎏)의 방법으로 측정된다.
알콕시실란 도입 전 또는 이것이 제외된 본 발명에 유용한 폴리올레핀 코폴리머의 보다 구체적인 예는 매우 낮은 밀도의 폴리에틸렌(VLDPE) (예를 들어, FLEXOMER® 에틸렌/1-헥센 폴리에틸렌) (The Dow Chemical Company 제품), 균질하게 분지된 선형 에틸렌/α-올레핀 코폴리머 (예를 들어, TAFMER®; Mitsui Petrochemicals Company Limited 제품 및 EXACT®; Exxon Chemical Company 제품), 균질하게 분지된 실질적으로 선형의 에틸렌/α-올레핀 중합체 (예를 들어, AFFINITY® 및 ENGAGE® 폴리에틸렌; The Dow Chemical Company로부터 입수 가능), 및 올레핀 블록 코폴리머(OBC), 예컨대 USP 7,355,089에 기술된 것 (예를 들어, INFUSE®; The Dow Chemical Company로부터 입수 가능)를 포함한다. 특히 바람직한 종류의 폴리올레핀 코폴리머는 올레핀 블록형 코폴리머(OBC) 및 균질하게 분지된 실질적으로 선형의 에틸렌 코폴리머(SLEP)이다.
균질하게 분지된 실질적으로 선형의 바람직한 에틸렌 코폴리머(SLEP)와 관련하여, 이들은 "랜덤 폴리올레핀 코폴리머"의 예이고, PV 봉지화 필름에서 이러한 종류의 폴리머 및 그의 용도에 대한 설명은 2008/036708에서 논의되었으며, 여기에서 참조로 포함된 USP 5,272,236, 5,278,272 및 5,986,028에 보다 상세히 기술되었다. 알려진 바와 같이, SLEP-형의 폴리올레핀 코폴리머는 바람직하게는 메탈로센 (metallocene) 촉매 또는 속박 구조(constrained geometry) 촉매와 같은 단일 부위 촉매로 제조된다. 이러한 폴리올레핀 코폴리머는 전형적으로 약 95 ℃ 미만, 바람직하게는 약 90 ℃ 미만, 더욱 바람직하게는 약 85 ℃ 미만, 더욱더 바람직하게는 약 80 ℃ 미만, 보다더 바람직하게는 약 75 ℃ 미만의 융점을 갖는다.
"블록형 폴리올레핀 코폴리머"의 예이며 전형적으로 사슬 셔틀링(shuttling) 형 촉매로 제조된 올레핀 블록 코폴리머(OBC) 형태의 폴리올레핀 코폴리머도 또한 바람직하다. 이러한 폴리머 형태의 PV 봉지화 필름에서의 이들의 용도에 대한 설명은 본 원에 참조로 포함된 2008/036707에서 언급되었다. 블록형 폴리올레핀 코폴리머는 전형적으로 약 125 ℃ 미만, 바람직하게 약 115 내지 약 125 ℃의 융점을 갖는다.
다중-부위 촉매 [예: 지글러-나타(Ziegler-Natta) 및 필립스(Phillips) 촉매]로 제조된 다른 형태의 폴리올레핀 코폴리머에 대한 융점은 전형적으로 약 115 내지 약 135 ℃이다. 융점은, 예를 들어 USP　5,783,638에 기술된 바와 같이 시차주사열량측정법(DSC)으로 측정된다. 더 낮은 융점을 갖는 폴리올레핀 코폴리머는 종종 본 발명의 모듈 제조시 유용한 바람직한 가요성(flexibility) 및 열가소성 특성을 나타낸다. USP 5,798,420에 기술되고 A 블록 및 B 블록을 갖는 에틸렌계 블록형 폴리머가 또한 적합하고, 디엔이 A 블록에 존재하는 경우 노듈 (nodular) 폴리머가 2 이상의 블록 코폴리머 결합에 의해 형성된다.
상기 임의 열가소성 폴리올레핀 코폴리머 수지의 블렌드가 또한 본 발명에서 사용될 수 있으며, 특히 열가소성 폴리올레핀 코폴리머는 폴리머가 (i) 서로 혼화성이고, (ii) 다른 폴리머가 있어도 폴리올레핀 코폴리머의 바람직한 특성 (예를 들어, 광학 및 낮은 모듈러스)에 거의 영향을 주지 않고, (iii) 본 발명의 열가소성 폴리올레핀 코폴리머가 블렌드의 적어도 약 70, 바람직하게 적어도 약 75, 더욱 바람직하게 적어도 약 80 중량%를 구성하는 정도로, 하나 이상의 다른 폴리머와 배합되거나 이로 희석될 수 있다. 바람직하게는, 블렌드 자체가 또한 상기한 밀도, 용융 지수, 및 융점 특성을 갖는다.
또한 알려진 바와 같이, 특히, 접착, 내열성 및 인성-관련 물리적 특성이 바람직하거나 필요한 정도로 개선된 일부 광전달성 열가소성 폴리머, 및 열가소성 폴리올레핀 코폴리머를 제공하기 위해, 중합 공정에 공지된 모노머 반응물, 공지된 그래프팅 기술, 또는 기타 작용기화 기술을 사용하여 알콕시실란 그룹이 열가소성 폴리머 수지에 도입될 수 있다. 열가소성 폴리올레핀 수지의 접착, 내열성 및/또는 인성-관련 물리적 성능을 효과적으로 개선할 것이고 그에 그래프트/도입되어 차후 가교될 수 있는 타입 및 양의 알콕시실란 그룹-함유 화합물 또는 모노머가 본 발명을 실시하는데 사용될 수 있다. 알콕시실란 그룹의 도입, 사용 및 성능을 도모하는 촉매 및 다른 기술의 사용도 공지되었으며, 가능하고 경우에 따라서는 본 발명에 따라 사용되는 알콕시실란-함유 광전달 열가소성 폴리머에 사용될 수 있다.
어느 정도는 열가소성 폴리머에 사용되는 특정 하향 변환 물질에 따라, 하향 변환 물질 및 광 안정제가 함께 또는 열가소성 수지 첨가제를 도입하는데 일반적으로 익히 알려진 임의 순으로 열가소성 폴리머에 도입될 수 있다. 폴리머 물질은 하향 변환 물질을 함유하는 마스터배치와 혼합될 수 있으며, 예컨대 염료-도핑된 PMMA와 같은 염료-함유 폴리머 입자, 또는 반도체 양자점 (나노결정)과 같은 하향 변환 물질이 직접 혼합될 수 있다. 이같은 혼합 기술 및 장치는 Banbury 및 Haake로서 칭해지는 것을 비롯하여, 단일 또는 트윈 스크류 압출기, 니더, 믹서 등을 갖춘 공지 용융 혼합 타입의 것을 포함하나, 이들에만 한정되지는 않는다. 일부 하향 변환 물질, 예컨대 일부 유기 염료가 광전달성 열가소성 폴리머에 용해될 수 있다.
상기 언급된 바와 같이, 본 발명에 따른 하향 변환 물질을 포함하는 안정화된 열가소성 폴리머 조성물은 유리하게는 광기전 모듈에 사용되는 층 또는 필름을 비롯한 다수의 상이한 타입의 구조 및 적용에 사용될 수 있다. 다음 용어들은 이러한 필름, 층, 구조물 및 적용을 위한 성분 및 구조와 관련된다:
하향 변환 물질을 포함하는 열가소성 폴리머의 사용과 관련하여 "층" 또는 "필름"은 비교적 얇은 단일 시트, 두께, 코팅 또는 스트레이텀 (stratum)을 의미한다. "필름" 물질은 전형적으로 공지 방법으로 제조되며, 후속 사용을 위해 회수된다 ("층"으로서 포함). "층"의 경우, 필름 또는 비교적 얇은 코팅 또는 스트레이텀은 공압출 또는 많은 공지된 코팅 기술중 어느 하나와 같은 공지 방법에 의해서, 임의로 하나 이상의 추가의 층과 함께, 라미네이트 구조내 또는 그 위에 내적 또는 외적으로 연속적으로 또는 불연속적으로 제공된다.
"다층(multi-layer)"은 적어도 두 층을 의미한다.
"페이셜면(facial surface)" 및 유사 용어들은 필름의 외부 또는 외측과 면하고 있거나 라미네이트 구조에서 서로 접하고 있는 층들의 반대 및 인접한 표면과 접촉하고 있는 필름 또는 층들의 두 주요 표면을 의미한다. 페이셜면은 에지면과 구별된다. 직사각형 필름 또는 층은 2개의 페이셜면과 4개의 에지면을 포함한다. 원형 필름 또는 층은 2개의 페이셜면 및 1개의 연속 에지면을 포함한다.
"페이셜 접촉" (및 유사 용어)은 사실상 2개의 상이한 인접 층의 전체 페이셜면을 통해 접촉하고 있음을 의미한다.
"부착 접촉(adhering contact)" (및 유사 용어)되어 있는 층이란 1개 층이 1개 또는 2개 층의 접촉된 페이셜면에 손상없이 다른 층에 대해 제거될 수 없도록 페이셜면의 두 상이한 층이 서로에 접하여 결합 접촉(binding contact)된 것을 의미한다.
하향 변환 물질 및 광 안정제를 포함하는 열가소성 폴리머를 이용하기 위한 방법 및 특정 구조에 따라 다소, 열가소성 폴리머 조성물은 전형적으로 필름, 또는 필름의 적어도 하나의 층으로서 제조되며, 필름 및 필름 구조물은 압출 또는 공압출 방법, 예컨대 취입-필름, 변형된 취입-필름, 캘린더링 및 캐스팅을 예로 들 수 있으나 이들로만 한정되지 않는 공지된 다수의 필름 제조방법중 임의의 방법으로 제조될 수 있다. 성분은, 예를 들어, 다층을 제공하고 다수의 층을 갖는 업계에 공지된 구조물 까지 (종종 "마이크로층" 구조물로서 일컬어진다)의 거의 모든 수의 층들을 제공하는 공지 기술에 따라 다층 필름의 동일하거나 상이한 층에 도입될 수 있다. 예를 들어 본원에 참고로 포함되는 USP USP 5,094,793; WO/2010/096608; WO 2008/008875; USP USP 3,557,265; USP 3,884,606; USP 4,842,791 및 USP 6,685,872에서의 것을 비롯하여 다층 필름 (마이크로층 필름까지)을 위해 사용될 수 있는 기술이 많이 알려져 있다
광전지(Photovoltaic cell)"("PV 전지")는 선행 기술 및 선행 기술의 광기전 모듈 교시로부터 공지된 다양한 종류의 임의 무기 또는 유기의 하나 이상의 광기전 효과 물질을 함유한다. 예를 들어, 보통 사용되는 광기전 효과 물질은 결정성 실리콘, 다결정성 실리콘, 무정형 실리콘, 구리 인듐 갈륨 (디)셀레나이드(CIGS), 구리 인듐 셀레나이드(CIS), 카드뮴 텔루라이드, 갈륨 아제나이드, 염료감응 물질, 및 유기 태양전지 물질을 포함하나, 이들에 한정되지는 않는다.
PV 전지는 입사광을 전류로 변환하는 적어도 하나의 광반응성 표면을 갖는다. 광전지는 당업자들에게 잘 알려져 있으며, 일반적으로 전지(들)를 보호하고 이들의 다양한 적용 환경, 전형적으로 옥외 적용시 이들을 사용가능하게 하는 광기전 모듈에 포장된다. 여기서 사용된 PV 전지는 사실상 가요성 또는 강성일 수 있고, 광기전 효과 물질 및 적합한 배선회로 및 전자구동회로 (도시되지 않음)뿐만 아니라 이들의 생산에 적용된 임의의 보호 코팅 표면 물질을 포함한다.
"광기전 모듈" ("PV 모듈")은 전지 유닛을 보호하고 다양한 적용 환경, 전형적으로 옥외 적용에서 그의 사용을 가능케 하는 보호 인클로저 (enclosure) 또는 패키징중에 하나 이상의 PV 전지를 가진다. 봉지 필름이 전형적으로 PV 전지의 한 표면 또는 양 표면에 걸쳐 배치되어 이를 덮고 있는 모듈에 사용된다.
당업계에 일반적으로 알려진 바와 같이, 입사 전자기 방사선을 전기 에너지로 변환시키고, 본 발명에 따른 열가소성 폴리머 조성물이 특히 적합한 광기전 모듈은 다음을 포함한다: (i) 광전달성 외면 커버 시트; (ii) 광전지를 환경 효과로부터 보호하도록 제공되는 적어도 하나의 열가소성 수지 봉지 필름 또는 층, (iii) 임의적인 보호 외면 백 시트 (back sheet) 및 (iv) 커버 시트 및 봉지 필름을 통해 통과한 전자기 방사선을 전기 에너지로 변환하기 위한 적어도 하나의 광전지. 본 발명의 일 구체예에 따라, 층 또는 성분 (ii)는 입사 방사선을 적어도 부분적으로 흡수하고 이 방사선을 장파장으로 재방출하도록 조정된 적어도 하나의 하향 변환 물질을 포함하는 안정화된 열가소성 수지 시트 물질이다.
도 3에서 알 수 있는 바와 같이, PV 모듈(10)은 광을 전달하는 보호 봉지화 성분(12) (2개의 "샌드위치" 하부층 (12a)와 (12b)의 조합물로서 도시)로 에워싸이거나 봉지화된 적어도 하나의 광전지(11)를 포함한다(이 경우 페이지 상부 방향으로 위쪽을 향하거나 마주하는 광 반응성 또는 효과 표면을 갖는다). 광을 전달하는 커버 시트(13)는 봉지화 필름층(12a)의 페이셜 표면과 부착 접촉되어 있는 내부 표면을 가지며, 층(12a)는 PV 전지(11) 상에 배치되어 이와 부착 접촉되어 있다. 백 시트(14)는 기판으로서 작용하며, PV 전지(11)의 후면 및 임의적인 봉지화 필름층(12b)을 지지하고 있으며, 이 경우 봉지화 필름층(12b)은 PV 전지(11)의 후면상에 배치되어 있다. 백 시트층(14) (및 심지어 봉지화 하부층(12b))은 마주한 PV 전지의 표면이 태양광에 효과적이지 않으면, 즉 반응하지 않으면 광 전달성일 필요가 없다. 강성 PV 모듈의 전형인 이 구체예에서, 봉지화 필름(12)은 PV 전지(11)를 두 층의 "샌드위치"로 봉지화한다. 절대적인 원리 (absolute context) 및 서로에 대한 층들의 두께는 본 발명에서 중요하지 않으며, 모듈의 전체 디자인과 목적에 따라 다양하게 변화할 수 있다. 보호층(12a) 및 (12b)의 전형적인 두께는 약 0.125 내지 약 2 밀리미터 (mm)의 범위이고, 커버 시트 및 백 시트층의 두께는 약 0.125 내지 약 1.25 mm 범위이다. 전자 장비의 두께 또한 다양하게 변화할 수 있다.
가요성 PV 모듈의 경우, 구조는 유사하지만, "가요성"이 내포하는 바와 같이, 이는 단일 광반응성 표면 (도 2에서 페이지의 상부 방향으로 윗쪽을 향하고 있는)을 갖는 가요성 박막 광전지(11)를 포함한다. 탑층(13)은 광전달 봉지화 필름층(12a)의 앞 페이셜면을 커버하고, 이에 부착되며, 층(12a)는 박막 PV 전지(11) 상에 배치되어 페이셜 부착 접촉하고 있다. 가요성 백 시트(14)는 박막 PV(11)의 하부면을 지지하나 (봉지층 및/또는 탑층과 동일하거나 유사할 수 있음), 지지하고 있는 박막 전지의 표면이 태양광에 대해 반응성이 없으면 투명할 필요는 없는 제2 보호층이다. 가요성 PV 모듈의 일 구체예에서, PV 전지(11)는 백 시트(14)에 직접 도포되거나 부착되며 (보호층(12b)은 없다), 박막 광 전지(11)는 보호층(12a) 및 백 시트층(14)으로 효과적으로 "봉지화된다". 전형적인 강성 또는 가요성 PV 전지 모듈의 총 두께는 전형적으로 약 5 내지 약 50 mm의 범위가 될 것이다.
광전달 봉지 성분 또는 층
본 발명에 따른 하향 변환/광 안정제 제제를 포함하는 광전달성 열가소성 폴리머는 가장 유리하게는 PV 모듈의 광전달 봉지층 또는 층들에 사용될 수 있다. 이들 층은 다양한 타입의 PV 모듈 구조물에서 간혹 "봉지" 필름 또는 층 또는 "보호" 필름 또는 층 또는 "접착" 필름 또는 층으로 칭해진다. 전형적으로, 이들 층은 내부 광전지를 봉지화하고 그를 습기 및 다른 타입의 물리적 피해로부터 보호하며, 다른 층, 예컨대 유리 또는 다른 톱 시트 물질 및/또는 백 시트 층에 부착하도록 기능한다. 상기 필름에 요구되는 품질에는 광 투명성, 우수한 물리적 및 내습성, 성형성 및 저비용이 있다. 본 발명의 폴리머 조성물 및 특히 필름은 예를 들어, USP 6,586,271, 미국특허출원공개 US2001/0045229 A1, WO 99/05206 및 WO 99/04971에 교시된 것과 같이, 공지 PV 모듈 라미네이트 구조물에 사용되는 광전달층과 동일한 방식 및 양으로 사용될 수 있다. 이들 물질은 PV 전지용 광전달 "스킨"으로서 사용될 수 있으며, 즉 광-반응성인 장치의 임의의 면 또는 표면에 적용될 수 있다. 임의로, 하향 변환 물질을 포함하지 않는 매우 유사한 물질 및 층이 광-반응성이 아닌 장치의 임의의 면 또는 표면을 위한 봉지층으로서 사용될 수 있다.
후술하는 바와 같이, 이러한 성분의 경우, 본 발명에 따른 하향 변환/광 안정제 제제를 포함하는 열가소성 폴리머는 분리된 코팅 또는 층으로서 PV 전지 장치에 적용될 수 있거나, 또는, 바람직하게는, 본 발명에 따른 하향 변환/광 안정제 제제를 포함하는 적어도 하나의 열가소성 폴리머층을 포함하는 필름 구조가 먼저 제조된 후, 장치의 광-반응성 페이셜 면에 순차적으로 또는 동시에 적용될 수 있다.
광전달 커버 시트
간혹 다양한 타입의 PV 모듈 구조물에서 "커버", "보호" 및/또는 "톱 시트" 층으로서 칭해지는 광전달 커버 시트 층은 하나 이상의 공지 강성 또는 가요성 시트 물질일 수 있다. 유리에 대안적으로 또는 그에 추가하여 다른 공지 물질이 본 발명에 따른 라미네이션 필름이 사용될 수 있는 하나 이상의 층에 사용될 수 있다. 이러한 물질로는, 예를 들어 폴리카보네이트, 아크릴 폴리머, 폴리아크릴레이트, 사이클릭 폴리올레핀, 예컨대 에틸렌 노보넨, 메탈로센-촉매화 폴리스티렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 플루오로폴리머, 예컨대 ETFE (에틸렌-테트라플루오로에틸렌), PVF (폴리비닐 플루오라이드), FEP (플루오로에틸렌-프로필렌), ECTFE (에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌), PVDF (폴리비닐리덴 플루오라이드), 및 다양한 다른 종류의 플라스틱, 폴리머 물질, 예컨대 라미네이트, 2 이상의 이러한 물질들의 혼합물 또는 합금 등의 물질이 포함된다. 특정 층의 위치와 광 전달성 및/또는 다른 특정한 물리적 성질에 대한 요구에 따라 특정 물질의 선택을 결정할 수 있다. 필요하고 가능하다면, 그의 조성을 기반으로, 상술된 하향 변환/광 안정제 제제는 투명한 커버 시트에 사용될 수 있다. 그러나, 이들 일부의 고유 안정성은 본 발명에 따른 광 안정화를 필요로 하지 않을 수 있다.
본 발명의 특정 구체예에 사용되는 경우, "유리"는 비제한적으로 소다-석회 유리, 보로실리케이트 유리, 슈거 글래스, 이신글래스(isinglass) (머스코비 글래스(Muscovy-glass)) 또는 알루미늄 옥시니트라이드를 포함하여, 창문, 다양한 병 또는 안경에 사용되는 것과 같은, 경질의 부서지기 쉬운 광 전달성 고체를 의미한다. 기술적 의미에서, 유리는 결정화 없이 엄격한 조건으로 냉각시킨 융합 무기 생성물이다. 많은 유리는 그의 주성분으로서 실리카 및 유리 형성제(glass former)를 함유한다.
순수한 이산화규소 (SiO2) 유리(석영 또는, 그의 다결정성 형태로, 모래와 동일한 화학적 화합물)는 UV 광을 흡수하지 않으며, 이 영역에서 투명성을 필요로 하는 응용에 이용된다. 석영의 크고 자연적인 단결정은 순수한 이산화규소이며, 파쇄되어 고품질의 특수 유리에 사용된다. 거의 100% 순수한 형태의 석영인 합성 무정형 실리카는 가장 값비싼 특수 유리의 원료이다.
라미네이트 구조의 유리층은 전형적으로 제한 없이, 창문 유리, 판유리, 실리케이트 유리, 시트 유리, 플로트 유리(float glass), 착색 유리, 예를 들어 태양열을 조절하기 위한 성분을 포함할 수 있는 특수 유리, 스퍼터링 금속(예를 들어, 은)으로 코팅된 유리, 산화주석안티몬 및/또는 산화주석인듐으로 코팅된 유리, E-글래스, SOLEX™ 글래스(PPG Industries (펜실베니아 피츠버그 소재)로부터 입수 가능) 중의 하나이다.
백 시트 또는 후부 층
추가로, 광기전 모듈은 추가의 후부층 (일부의 경우에는 "백 시트" 등으로도 지칭된다)을 포함할 수 있으며, 후부층은 광기전 모듈을 습기로부터 추가로 보호하기에 적합하며, 사용되는 PV 전지의 능력에 따라 광전달성이거나 광전달성이 아닐 수 있다. 특정 구조물의 필요성에 따라, 후부층은 다음의 하나 이상에 라미네이트될 수 있다: 봉지 원소, PV 전지의 배면 및/또는 광전달 커버 시트. 특성들의 소정 조합에 따라, 후부층은 톱시트 물질을 포함하는 광범위 물질 및 허용된다면, 비-광전달 물질, 예컨대 금속층에서 선택될 수 있으며, 이들은 물리적 성질, 습기 차단 및 중량의 필요한 비용 효율적인 균형을 제공하도록 기능하여야 한다. 후부 유리 시트에 비해 경량, 우수한 방수 및 저비용을 제공하기 때문에, 예를 들어, 불소화 폴리머 물질, 예컨대 폴리비닐 플루오라이드 (예를 들면, "테들라 (Tedlar)" 상표 물질)가 후부층내 또는 그로서 사용하기에 적합한 물질인 것으로 판명되었다. 적합하다면, 특정 구조 타입 및 모듈 디자인에 따라, 예를 들어, 광이 백 시트로부터 반사되는 경우, 광전달 후부층은 임의로 본 발명에 따른 하향 변환/광 안정제 제제를 사용할 수 있다.
라미네이트화된 PV 모듈 구조물
당업계에 공지된 PV 모듈의 제조방법은 본 발명에 따른 하향 변환/광 안정제 제제를 포함하는 광전달성 열가소성 폴리머를 사용하고, 가장 유리하게는 그를 PV 모듈의 광전달 봉지층 또는 층들에 사용하도록 용이하게 개조될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 하향 변환/광 안정제 제제를 포함하는 광전달성 열가소성 폴리머는 USP 6,586,271, US 특허출원공개 US2001/0045229 A1, WO 99/05206 및 WO 99/04971에 교시된 바와 같은 PV 모듈 및 그 PV 모듈의 제조방법, 및 바람직하게는 PV 모듈의 광전달 봉지층 또는 층들에 사용될 수 있다.
일반적으로, 라미네이트화된 PV 모듈을 구성하기 위한 라미네이션 공정에, 적어도 다음 층들이 페이셜 접촉하고 있다:
· "외부" 광-수용 페이셜 표면 및 "내부" 페이셜 표면을 갖는 광-수용 톱 시트 층 (예를 들면, 유리층);
· 본 발명에 따른 하향 변환/광 안정제 제제를 포함하는 적어도 하나의 광전달성 열가소성 폴리머층을 갖고, 하나의 페이셜 표면은 유리를 향해 있고 다른 표면은 PV 전지의 광-반응성 표면을 향해 있으며 전지 표면을 봉지화하는 광전달성 열가소성 폴리머 필름;
· PV 전지;
· 필요하다면, (임의로 본 발명에 따른) 제2 봉지화 필름층; 및
· 유리 또는 다른 백층 기판을 포함하는 백층.
원하는 위치에 조립된 층 또는 층 서브어셈블리(sub-assembly)에 대해, 조립공정은 전형적으로 층들 간에 필요한 접착을 생성하기에 충분한 조건에서 가열 및 압착을 포함하는 라미네이션 단계 및 필요에 따라, 일부 층들 또는 물질에서 그의 가교화 개시가 필요하다. 필요에 따라, 층-대-층 접착 및, 필요에 따라 봉지 원소의 폴리머 물질의 가교화를 위해, 층들은 진공 라미네이터에서 라미네이션 온도로 10 내지 20 분간 놓일 수 있다. 일반적으로, 하부 말단에서 라미네이션 온도는 적어도 약 130 ℃, 바람직하게 적어도 약 140 ℃이어야 하며, 상부 말단에서 약 170 ℃ 이하, 바람직하게 약 160 ℃ 이하이어야 한다.
본 명세서에 사용된 수치 범위는 1 단위 (unit)씩 증감되는, 하한값 및 상한값을 포함하는 모든 값을 포함하되, 임의의 하한값과 임의의 상한값 사이에 적어도 두 단위로 분리된다. 일례로서, 파라미터가 100 내지 1,000인 경우, 이는 모든 개개의 값, 예를 들어, 100, 101, 102 등과, 서브 범위, 예를 들어, 100 내지 144, 155 내지 170, 197 내지 200 등을 명시하고자 하는 것이다. 1 미만의 값 또는 1을 초과하는 분수 (예를 들어, 1.1, 1.5 등)를 함유하는 범위의 경우, 1 단위는 경우에 따라 0.0001, 0.001, 0.01 또는 0.1인 것으로 간주된다. 10 미만의 한자리 숫자를 함유하는 범위 (예를 들어, 1 내지 5)의 경우, 1 단위는 통상 0.1인 것으로 간주된다. 이들은 단지 특정적으로 의도되는 것의 한 예일 뿐이며, 열거된 최저값과 최고값 사이에서 가능한 모든 수치의 조합이 본 설명에 명시되는 것으로 보아야 한다.
용어 "포함하는 (comprising)" 및 그의 파생어는 임의의 추가 성분, 단계 또는 절차가 특정적으로 기술된 것이든 아니든 간에, 그 존재를 배제하고자 하지 않는다. 의심의 여지를 피하기 위해, "포함하는"이란 용어를 사용하여 기술되거나 청구된 임의의 공정 또는 조성물은 달리 언급되지 않는 한, 폴리머성이든 그렇치 않던 간에, 임의의 추가의 단계, 장비, 첨가제, 보조제 또는 화합물을 포함할 수 있다. 용어 "~로 구성된 (consisting of)"은 구체적으로 기술하거나 제시하지 않은 임의의 성분, 단계 또는 방법을 배제한다. 이와 달리, 용어 "~로 필수적으로 이루어진(consisting essentially of)"은 연속되는 임의의 인용 범위로부터 조작에 필수적이지 않은 것을 제외한 임의의 다른 성분, 단계 또는 절차를 배제한다. 용어 "또는"은 달리 언급되지 않으면 개별적으로 제시된 구성뿐만 아니라 임의 조합을 의미하는 것이다.
하기 실시예에서 본 발명을 좀 더 상세히 설명한다. 달리 표시되지 않으면, 모든 부 및 %는 중량 기준이다.
실험
우선, 광 안정제 첨가제 및 제제를 하향 변환 물질로 사용하기 위한 그의 적합성을 알아보기 위하여 300 나노미터 (nm) 광에 대한 그의 "투명성"에 대해 평가하였다. 필름을 후술하는 바와 같이 제조하고, 광 안정제 물질을 포함하는 봉지제 필름이 광기전 장치중 "하향 변환" 층에 사용될 수 있는 고에너지 광인 단파장을 충분히 전달할 수 있는지를 평가하였다. 하기 표 2에 열거된 광 안정제 성분을 포함하는 베이스 수지 제제를 표 3에 지시된 양으로 사용하여 하향 변환 물질없이 필름을 제조하였다. 하기 표 3 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 하향 변환에 적합하고 충분한 방사선을 전달할 다수의 안정제가 있다.
실험 필름 샘플 1 - 20
베이스 수지:
베이스 수지는 ENGAGE™ 8200 상표 열가소성 폴리올레핀 코폴리머이다. 이는 전형적인 PV 모듈 봉지층 필름을 모의하기 위해 전형적인 알콕시실란으로 그래프트되었고, 중성자 활성화 분석으로 결정되어 약 1.2 중량%의 그래프트된 트리알콕시실란 그룹을 함유하였다.
ENGAGE™ 8200 상표 열가소성 폴리올레핀 코폴리머
밀도 - ASTM D792로 측정되어 0.870 그램/입방 센티미터 (g/cc).
용융 지수 - ASTM D-1238 (190 ℃/2.16 ㎏)로 측정되어 5 g/10.
융점 - 시차주사열량측정법으로 측정되어 59 ℃.
2% 시컨트 모듈러스 - ASTM D-790으로 측정되어 1570 psi (10.8 MPa).
α-올레핀 - 1-옥텐
Tg - 시차주사열량측정법으로 측정되어 -63.4 ℉ (- 53 ℃).
광 안정화 첨가제 :
표 2에 예시된 하기 광 안정화 첨가제를 수지 제제에 표 3에 제시된 양으로 첨가하였다. 표 3에서, 광 안정제 식별 번호는 하기 표 2에 예시된 화합물의 상업적 명칭이다. 도입된 첨가제의 양은 플라스틱 베이스 수지 백만부당 첨가제 부 (ppm)로서 괄호속에 표시하였으며, 1000 ppm은 0.1 중량%에 상당한다.
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
Figure pct00005
처리 조건 및 필름 샘플 제조:
Haake Polylab 브랜드 시스템을 190 ℃에서 5 분동안 60 rpm 속도로 사용하여 혼합한 후, 급냉 처리하고. 약 3 mm 두께의 슬랩으로 회수하여 필름 샘플을 제조하였다. 배합된 샘플을 New Hermes 시어러로 약 2.5 × 2.5 센티미터 (cm) (1 × 1 인치)의 작은 정사각형으로 절단하여 몰드내 Mylar 필름 사이에 놓고 15 mil (0.381 mm) 스페이서를 사용하여 아래와 같이 압축하여 두께가 15 mil (0.381 mm)이고 평활한 최종 필름 표면을 갖는 필름을 제공하였다. 압축을 위해, 상술된 바와 같은 몰드를 190 ℃로 예열한 Carver 압축 몰더에 위치시켰다. 샘플은 세 번의 압축을 거쳤다: 3 분간 3,000 파운드 (1362 kg); 3 분간 10,000 파운드 (4540 kg); 및 2 분간 20,000 파운드 (9080 kg). 이어 3,000 파운드 (1362 kg) 압력 및 주변 온도에서 3 분간의 급냉 처리가 이어졌다.
UV-vis에 의한 광 전달 측정
스캐닝 더블 모노크로메이터 (scanning double monochromator) 및 적분구 액세서리를 갖춘 UV-Vis 분광계 사용 - SpectralonTM 확산 반사 표준물이 양 샘플 및 LabsphereTM (model 60MM RSA ASSY) 적분구의 기준 포트상에 마운팅되었다. 샘플 또는 기준 입구 포트에서 샘플 없이 200 - 1200 nm의 스펙트럼 범위에 대해 기준선 보정을 행하였다. 슬릿폭 및 분광 해상도는 2 nm이고, 1 nm/포인트로 스펙트럼을 획득하였다. 이어, 필름 샘플을 샘플에 대해 90o 입사각으로 샘플 포트에 마운팅하였다. 장비를 초기화하고 기준선 보정을 획득한 후 다수의 필름을 측정하였다. 300 nm 파장에서 필름 1 내지 19에 대한 전달율% 값을 하기 표 3에 나타내었다. 200 내지 450 nm의 스펙트럼 범위에 걸친 전달율% 값을 도 2a 및 2b에 나타내었는데, 여기 숫자는 표 3의 두번째 칼럼에 나타낸 식별 번호에 상응한다.
Figure pct00006
도 2a 및 2b에서 알 수 있는 바와 같이, 표 3의 필름 7 내지 19는 약 280 nm 내지 약 380 nm의 UV 범위내 파장을 가지는 자외선 (UV) 전자기 방사선의 적어도 약 40%를 전달한다.
실험 필름 샘플 20 - 31; PV 장치에서 하향 변환 효과
광기전 장치에서 봉지층으로서의 그의 "하향 변환" 효과를 평가하기 위해, 추가 필름을 하향 변환 물질의 존재 및 부재하에 상술된 바와 같이 제조하였다. 필름을 표 4 및 5에 제시된 양으로 후술하는 하향 변환 물질과 함께 실란-그래프트된 ENGAGE 8200 수지 및 엄선한 광 안정화 성분을 포함하는 베이스 수지 제제로부터 제조하였다:
하향 변환 첨가제:
류모겐® F 옐로우 083-("L083") - BASF사 제품인 시판 페릴렌 염료.
류모겐® F 바이올렛 570-("L570") - BASF사 제품인 시판 나프탈이미드 염료.
전지 성능 측정:
제조된 필름을 표준 조명 레벨을 전류로 변환하는데 있어 그의 상대 효율 (또한 그의 IV 특성 측정으로 언급되기도 함)에 대해 시험하였다. 집광 어퍼쳐 (light collection aperture) 위에 놓인 상이한 필름을 갖는 장치의 효율을 AAA 클래스 인공 태양을 사용하여 측정된 전류-전압 (IV) 특성 곡선으로 얻었다. 효율 퍼센트 (% Eff)는 태양 전지 (W)에 의해 발생된 최대 전력을 총 태양 조사량으로 나누고 (전형적으로 1000W/m2로 측정) 여기에 전지 면적 (m2)을 곱해 계산된, 태양 전지에 대한 표준 성능 지수이다. 모든 장치의 성능 지수는 총 장치 면적 (능동 장치 면적이 아닌)에 기초한다.
Figure pct00007

필름 샘플 24, 26 및 31은 UV 광 안정제 및 하향 변환 물질의 조합이 PV 전지 모듈의 효율을 상당히 개선할 수 있음을 입증한다. 모듈 효율 시험 결과 하향 변환 물질을 포함하는 필름의 효율이 UV 흡수제를 포함하는 필름의 것보다 더 높은 것으로 나타났다.
본 발명이 전술한 설명, 도면 및 실시예를 통해 상당히 자세히 기술되었지만, 이상의 상세한 내용은 설명을 위한 것이다. 당업자라면 특허청구범위에 기술된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변형 및 변경을 행할 수 있다. 상기에 인용된 모든 미국 특허 및 공개되거나 허여된 미국 특허출원은 본원에 참조로 포함되었다.

Claims (8)

  1. (a) 광전달성 열가소성 수지,
    (b) 280 내지 500 nm 범위내에서 입사 방사선 흡수 최대 및 400 내지 900 nm 범위의 상대적으로 긴 파장에서 방사선 방출 최대를 나타내고 광기전 모듈에서 광기전 전류 발전 효율을 개선시키는 적어도 하나의 하향 변환 물질, 및
    (c) 약 280 nm 내지 약 380 nm 범위에서 파장을 갖는 자외선 (UV) 전자기 방사선의 적어도 약 40%를 전달하는 광 안정제 첨가제를 포함하는,
    광기전 모듈에서 광전달층으로 사용하기 위한 열가소성 수지 제제.
  2. 제 1 항에 있어서, 하향 변환 물질이 300 내지 500 나노미터의 스펙트럼 범위내에서 전자기 방사선의 흡수 최대를 나타내는 열가소성 수지 제제.
  3. 제 1 항에 있어서, 하향 변환 물질이 400 내지 600 나노미터의 스펙트럼 범위내에서 전자기 방사선의 방출 최대를 나타내는 열가소성 수지 제제.
  4. 제 1 항에 있어서, 하향 변환 물질이 다음에서 선택되는 물질을 포함하는 열가소성 수지 제제:
    (a) (i) La, Ce, Pr, Eu, Nd, Pm, Sm, Tb, Dy, Ho, Er, Tm 및 Yb로 구성된 그룹중에서 선택되는 광루미네센스 (photoluminescent) 란탄족 양이온을 함유하는 화합물의 나노입자, 및
    (ii) 태양광의 하나의 고에너지 광자로부터 복수의 엑시톤을 생성할 수 있는 반도체 나노결정 화합물의 그룹에서 선택되는 양자점으로부터 선택되고,
    코어-쉘 구조를 가지며 크기 범위가 약 1 nm 내지 약 200 nm인 상기 언급된 나노입자 (i) 또는 반도체 나노결정 화합물 (ii)를 하나 이상 포함하는 복합물을 포함하는 무기 나노입자; 및
    (b) 로다민, 쿠마린, 루브렌, Alq3, TPD, Gaq2Cl, 페릴렌 염료, 나프탈렌 카본산, 및 비올안트론 또는 이소-비올안트론 및 이들의 유도체에서 선택되는 유기 루미네센스 하향 변환 첨가제.
  5. 제 1 항에 있어서, 광 안정제가 Cyasorb 3346, Cyasorb 3529; Chimassorb 944 LD; Tinuvin 622; Univul 4050; Univul 5050; Hostavin N30 및 Chimassorb 119로 구성된 그룹중에서 선택되는 열가소성 수지 제제.
  6. 제 1 항에 따른 열가소성 수지 제제를 포함하는 광전지에서 광전달층으로서 사용하기 위한 시트 물질.
  7. (i) 광전달성 외면 커버 시트; (ii) 환경 효과로부터 광전지를 보호하기 위한, 제 7 항에 따른 적어도 하나의 광전달 봉지 (encapsulation) 시트 물질, (iii) 보호 외면 백 시트 (back sheet), 및 (iv) 커버 시트 및 봉지 필름을 통해 전달되는 전자기 방사선을 전기 에너지로 변화시키도록 설계된 적어도 하나의 광전지를 포함하는, 입사 전자기 방사선을 전기 에너지로 변환하기 위한 광기전 모듈.
  8. 제 7 항에 있어서, 광전지가 CdS; Si; CdTe; InP; GaAs; Cu2S; 및 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드 (CIGS), 결정성 실리콘 (c-Si), 무정형 실리콘 또는 CIS의 적어도 하나를 포함하는 광기전 모듈.
KR1020137028302A 2011-03-31 2012-03-23 하향 변환 물질을 포함하는 광전달 열가소성 수지 및 광기전 모듈에서의 그의 용도 KR20140027184A (ko)

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