KR20140079660A - 박막 태양전지용 밀봉재 조성물 및 밀봉시트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 우수한 광투과율 및 가교화도와 함께, 낮은 수분 투과율을 나타내는 박막 태양전지용 밀봉재의 제공을 가능케 하는 박막 태양전지용 밀봉재 조성물 및 밀봉시트에 관한 것이다. 상기 밀봉재 조성물은 비닐 아세테이트의 함량이 10 내지 20 중량%이고, 190℃의 온도 및 2160g 하중에서 측정한 멜트 인덱스가 1 내지 8g/10min인 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체의 100 중량부; 유기 과산화물을 포함하는 가교제의 0.06 내지 0.09 중량부; 경화 가능한 작용기를 갖는 가교조제의 3.0 내지 5.0 중량부; 실란 커플링제의 0.1 내지 5.0 중량부; 및 메조다공성 실리카 입자, 비다공성 실리카 입자, 알루미나 입자 및 산화아연 입자로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소수성 미립자의 0.001 내지 0.03 중량부를 포함한다.

Description

박막 태양전지용 밀봉재 조성물 및 밀봉시트{SEALING COMPOSITION AND SEALING SHEET FOR THIN FILM SOLAR-CELL}
본 발명은 우수한 광투과율 및 가교화도와 함께, 낮은 수분 투과율을 나타내는 박막 태양전지용 밀봉재의 제공을 가능케 하는 박막 태양전지용 밀봉재 조성물 및 밀봉시트에 관한 것이다.
최근 환경친화적 에너지원으로 태양광 발전이 각광받고 있다. 이러한 태양광 발전을 위해 이용되는 태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 핵심소자이다. 태양전지는 필요에 따라 직렬 또는 병렬로 연결하여 장기간 자연환경 및 외부 충격에 견딜 수 있는 구조로 제조하여 사용하게 되는데, 그 최소단위를 태양전지 모듈이라고 한다.
이러한 태양전지 모듈에 사용되는 태양전지 소자는 직접 외기와 접촉하게 되면 그 기능이 저하되기 때문에 밀봉재를 사용하여 이물질이나 수분 등의 침입을 방지하고 있다. 광범위하게 사용되는 밀봉재로는 폴리에틸렌-코-비닐 아세테이트(EVA), α-올레핀과 α,β-에틸렌계 불포화 카르복실산의 산 공중합체, α-올레핀과 α,β-에틸렌계 불포화 카르복실산의 부분적으로 또는 완전히 중화된 산 공중합체로부터 유도되는 이오노머(ionomer), 폴리 비닐 아세탈, 열가소성 폴리우레탄(TPU), 폴리비닐클로라이드(PVC), 선형 저밀도 폴리에틸렌, 폴리올레핀 블록 탄성중합체, 에틸렌 아크릴레이트 공중합체, 실리콘 탄성중합체, 또는 에폭시 수지 등을 기재로 하는 복합 조성물이 있다.
일반적으로, 이러한 밀봉재는 매우 높은 광학 투명성(clarity), 낮은 탁도(haze), 높은 내충격성, 충격 흡수성, 탁월한 자외선(UV)광 저항성, 우수한 장기간 열안정성, 유리 및 다른 태양 전지 라미네이트 층에 대한 탁월한 접착성, 낮은 자외선광 투과성, 낮은 수분 흡수성, 높은 수분 저항성, 및 탁월한 장기간 내후성을 포함하는 특성들의 조합을 갖추어야만 한다. 특히, 태양전지가 설치되는 장소는 태양이 내리쬐는 장소이고, 또 옥외에서 자연적인 상태에 노출되어 있기 때문에, 이와 같은 상태에 태양 전지 모듈이 노출이 되면 태양 전지 모듈에 사용되는 접착시트는 수분 또는 열에 의해서 열화되어 황변이 발생되는 문제점이 있다.
한편, 태양전지에서의 최대 효율은 현재 30%이내이다. 1%의 에너지 효율을 높이는 개발을 진행하기 위해 유수의 업체들이 연구에 집중하고 있다. 소재의 예를 들면 글래스분야에서 코스트상승의 원인이 되는 저철분유리가 사용되는 것이 그 예이다. 저철분유리는 기존 일반유리 대비 투과율이 2%정도 상승되는 효과를 가지고 있다. 태양전지의 충진재로 사용되는 종래의 태양전지용 EVA 시트의 광투과율은 90~91%의 성능을 나타낸다. 1~2%의 투과율이 상승될 경우 태양전지 효율에 미치는 영향은 매우 크다.
따라서, 기존 태양전지 밀봉재의 문제점을 개선하여, 광투과율을 높이고, 가교화도를 최적화하여 제반 물성을 우수하게 유지하는 태양전지용 밀봉시트 및 이를 포함하는 태양전지 모듈의 개발이 필요한 실정이다.
이에 더하여, 박막 태양전지의 경우, 결정질 태양전지에 비하여 밀봉시트 등의 밀봉재의 사용이 2장에서 1장으로 줄어들고, 수분에 매우 취약하여, 수분에 의한 태양전지의 성능 저하가 더더욱 두드러지게 나타나는 특성이 있다. 이로 인해, 종래에는 수분 투과율을 보다 낮추기 위해, Al BackSheet 등을 추가 사용해 왔지만, 이는 모듈 제조 비용의 증가 등을 가져오고 있다. 이로 인해, 박막 태양전지에 대해서는, 상술한 뛰어난 광투과율 등의 제반 물성과 함께 수분 투과율이 낮은 밀봉시트 등 밀봉재의 개발이 더더욱 요구되고 있다. 이러한 모든 특성을 충족하는 박막 태양전지용 밀봉재의 개발은 아직까지 제대로 이루어지지 못하고 있다.
본 발명은 우수한 광투과율 및 가교화도와 함께, 낮은 수분 투과율을 나타내는 박막 태양전지용 밀봉재의 제공을 가능케 하는 박막 태양전지용 밀봉재 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명은 또한, 우수한 광투과율 및 가교화도를 나타내면서도, 낮은 수분 투과율을 나타내는 박막 태양전지용 밀봉시트를 제공하는 것이다.
본 발명은 비닐 아세테이트의 함량이 10 내지 20 중량%이고, 190℃의 온도 및 2160g 하중에서 측정한 멜트 인덱스가 1 내지 8g/10min인 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체의 100 중량부; 유기 과산화물을 포함하는 가교제의 0.06 내지 0.09 중량부; 경화 가능한 작용기를 갖는 가교조제의 3.0 내지 5.0 중량부; 실란 커플링제의 0.1 내지 5.0 중량부; 및 메조다공성 실리카 입자, 비다공성 실리카 입자, 알루미나 입자 및 산화아연 입자로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소수성 미립자의 0.001 내지 0.03 중량부를 포함하는 박막 태양전지용 밀봉재 조성물을 제공한다.
본 발명은 또한, 경화 가능한 작용기를 갖는 가교조제를 매개로 가교되어 있는 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체의 경화물; 유기 과산화물을 포함한 가교제; 실란 커플링제; 및 메조다공성 실리카 입자, 비다공성 실리카 입자, 알루미나 입자 및 산화아연 입자로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소수성 미립자;를 포함하는 박막 태양전지용 밀봉시트로서, 상기 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체는 비닐 아세테이트의 함량이 10 내지 20 중량%이고, 190℃의 온도 및 2160g 하중에서 측정한 멜트 인덱스가 1 내지 8g/10min이며, 상기 밀봉시트는 85% 이상의 가교화도를 가지며, 38℃, 100%의 외기조건에서 24hr 동안 10g/m2 이하의 수분투과율을 나타내는 박막 태양전지용 밀봉시트를 제공한다.
본 발명에 따른 박막 태양전지용 밀봉재 조성물로부터 제조된 밀봉시트는 우수한 광투과율을 나타내어 박막 태양전지의 발전효율을 높일 수 있으면서도, 높은 가교화도를 나타내어 내충격성 등 제반 물성이 우수하게 유지될 수 있다. 또, 밀봉시트의 수분 투과율을 보다 낮춤에 따라, 박막 태양전지를 수분으로부터 보다 효과적으로 보호하고, 고가의 Al BackSheet의 사용에 따른 비용 증가 등을 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명은 보다 우수한 물성을 갖는 박막 태양전지의 보다 경제적인 제공을 가능케 한다.
도 1은 발명의 일 예에 따른 밀봉시트를 포함한 박막 태양전지 모듈의 단면도를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 발명의 구현예에 따른 박막 태양전지용 밀봉재 조성물 및 밀봉시트에 대해 상세히 설명하기로 한다.
발명의 일 구현예에 따르면, 비닐 아세테이트의 함량이 10 내지 20 중량%이고, 190℃의 온도 및 2160g 하중에서 측정한 멜트 인덱스가 1 내지 8g/10min인 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체의 100 중량부; 유기 과산화물을 포함하는 가교제의 0.06 내지 0.09 중량부; 경화 가능한 작용기를 갖는 가교조제의 3.0 내지 5.0 중량부; 실란 커플링제의 0.1 내지 5.0 중량부; 및 메조다공성 실리카 입자, 비다공성 실리카 입자, 알루미나 입자 및 산화아연 입자로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소수성 미립자의 0.001 내지 0.03 중량부를 포함하는 박막 태양전지용 밀봉재 조성물이 제공된다.
일 구현예의 밀봉재 조성물은 비닐 아세테이트 함량 및 멜트 인덱스가 특정 범위에 있는 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체를 포함한다. 이러한 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체는 이전에 밀봉재 조성물에 포함되던 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체에 비해, 낮은 비닐 아세테이트 함량 등을 갖는 것이다. 이러한 특정 물성을 갖는 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체를 포함함에 따라, 보다 낮은 수분 투과율을 나타내는 박막 태양전지용 밀봉시트의 제공을 가능케 함이 확인되었다.
또, 상기 밀봉재 조성물은 특정 종류의 소수성 미립자를 소정 함량으로 포함한다. 이러한 소수성 미립자를 소정 함량으로 포함함에 따라, 더욱 낮은 수분 투과율을 나타내는 박막 태양전지용 밀봉시트의 제공이 가능해진다. 다만, 상기 소수성 미립자를 높은 함량으로 포함할 경우, 광투과율을 낮출 수 있지만, 상기 일 구현예의 밀봉재 조성물은 상기 소수성 미립자를 임계적 함량 범위로 포함하여, 상기 광투과율 및 박막 태양전지의 발전효율을 실질적으로 낮추지 않으면서도, 상기 밀봉시트의 수분 투과율을 낮출 수 있다.
따라서, 일 구현예의 밀봉재 조성물은 수분에 취약한 박막 태양전지를 효과적으로 보호하면서도 우수한 광투과율을 나타내어 박막 태양전지의 발전효율을 저해하지 않는 박막 태양전지용 밀봉시트의 제공을 가능케 한다.
부가하여, 일 구현예의 밀봉재 조성물은 상기 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체의 100 중량부에 대해, 유기 과산화물을 포함하는 가교제 및 경화 가능한 작용기를 갖는 가교조제를 특정 함량 범위로 포함하는 것이다. 이전에 알려진 밀봉재 조성물의 경우, 밀봉 공정(즉, 밀봉재 조성물의 경화를 통한 밀봉시트의 형성 공정)에서, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체의 가교 정도를 높게 하여 기계적 물성 등 제반 물성이 우수한 밀봉시트를 제공하기 위해, 유기 과산화물을 포함하는 가교제를 상당한 함량으로 사용하여 왔다. 그런데, 이러한 유기 과산화물은 높은 온도 하에서, 산소 등 가스를 발생 및 배출시킬 수 있으며, 이러한 가스 및 이에 기인한 기포는 박막 태양전지 내에 잔류하거나 외부로 배출되어 박막 태양전지의 특성을 저하시키는 일 요인이 될 수 있다.
그러나, 일 구현예의 밀봉재 조성물은 보다 낮은 함량의 유기 과산화물을 포함한 가교제를 포함함에 따라, 상기 가스 및 기포의 발생을 최소화할 수 있으며, 그 결과, 보다 우수한 안정성을 갖는 밀봉시트 및 뛰어난 특성을 갖는 박막 태양전지 모듈의 제공을 가능케 한다.
또한, 일 구현예의 밀봉재 조성물은 가교제의 함량을 보다 낮추면서도, 가교조제의 함량을 최적화하여, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체의 가교화도를 높은 수준으로 유지할 수 있으며, 그 결과 박막 태양전지용 밀봉시트의 기계적 물성 등 제반 물성 또한 우수하게 유지할 수 있음이 확인되었다.
결국 발명의 일 구현예의 밀봉재 조성물을 이용하여, 우수한 광투과율 및 가교화도와 함께, 낮은 수분 투과율을 나타내는 박막 태양전지용 밀봉재(밀봉시트 등)의 제공이 가능해 진다.
이하, 일 구현예의 밀봉재 조성물을 각 구성 성분별로 보다 상세히 설명하기로 한다.
상기 밀봉재 조성물은 기본적인 수지 성분으로서, 비닐 아세테이트의 함량이 약 10 내지 20 중량%, 혹은 약 10 내지 15 중량%이고, 190℃의 온도 및 2160g 하중에서 측정한 멜트 인덱스가 약 1 내지 8g/10min, 혹은 약 2 내지 7g/10min인 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체를 포함한다. 이미 상술한 바와 같이, 이러한 특정 물성, 예를 들어, 낮은 비닐 아세테이트 함량 등을 갖는 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체를 포함함에 따라, 일 구현예의 밀봉재 조성물을 사용해 보다 낮은 수분 투과율을 나타내는 박막 태양전지용 밀봉시트를 제공할 수 있게 된다.
또, 상기 밀봉재 조성물을 이용하여, 보다 높은 가교화도를 나타내어 우수한 기계적 물성을 나타내면서도, 가스 또는 기포의 발생이 보다 작은 밀봉시트를 얻는 것이 중요하며, 상기 밀봉재 조성물의 성형성 또한 고려될 필요가 있다. 부가하여, 우수한 투명성, 유연성, 접착성, 또는 내광성 등의 박막 태양전지용 밀봉재 조성물의 요구 물성에 대한 적합성이나 유기 과산화물의 함침성 또한 고려될 필요가 있다. 상술한 비닐 아세테이트 함량 범위 및 멜트 인덱스 범위를 갖는 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체는 이러한 모든 조건을 충족하면서, 상기 밀봉재 조성물의 수지 성분으로서 매우 바람직하게 사용될 수 있다.
이러한 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체는 상용품을 입수하여 사용하거나, 직접 합성하여 사용할 수 있다. 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체의 상용품의 예로는, 호남석유화학사의 상품명: VS440(비닐 아세테이트 함량: 15wt%, 멜트 인덱스: 2.2g/10 min), 또는 호남석유화학사의 상품명: VS445X(아세트산비닐 함량이 10wt%, 멜트 인덱스가 6g/10 min)으로 표시되는 공중합체 등이 있다.
한편, 일 구현예의 박막 태양전지용 밀봉재 조성물은 실란 커플링제를 포함할 수 있다. 이러한 실란 커플링제는 통상 유리, 또는 플라스틱 등의 기재에 대한 접착성을 향상시키기 위해 포함될 수 있다. 이러한 실란 커플링제로서는 일 구현예의 밀봉재 조성물과, 유리 또는 폴리에스테르 수지 등의 다른 기재 또는 다른 층과의 접착성을 향상할 수 있는 것이면 특별한 제한없이 모든 실란 화합물을 사용할 수 있다.
이러한 실란 커플링제의 구체적인 예로는, 비닐기, 아크릴록시기, 또는 메타아크릴록시기와 같은 불포화기를 갖는 실란 화합물; 혹은 아미노기 또는 에폭시기 등과 함께, 알콕시기와 같은 가수 분해 가능한 작용기를 갖는 실란 화합물을 들 수 있다. 보다 구체적으로, N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란, N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필메틸디메톡시실란, γ-아미노프로필트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-메타아크릴록시프로필트리메톡시실란, 또는 3-메타아크릴록시프로필 트리메톡시실란 등을 실란 커플링제로서 사용할 수 있다.
상기 실란 커플링제의 함량은 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체 100 중량부에 대하여 약 0.1 내지 5중량부, 혹은 약 0.1 내지 3.0 중량부이다. 상기 실란 커플링제의 함량이 상기 범위에 있으면, 밀봉재와 다른 기재 또는 층의 접착성을 충분히 개선하면서, 밀봉시트와 같은 밀봉재의 투명성, 또는 유연성 등에 악영향을 주지 않을 수 있다.
발명의 일 구현예에 따른 조성물은 상술한 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체 및 실란 커플링제와 함께 유기 과산화물을 포함한 가교제를 포함한다. 이러한 가교제는 라디칼 개시제로 작용하여, 밀봉 공정시 후술하는 가교조제를 매개로 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체가 경화(또는 가교)되도록 하는 성분이다. 이러한 가교제는 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체의 적절한 경화 또는 가교를 위해, 1분 반감기 온도가 약 150 내지 170℃로 될 수 있다.
또, 이러한 가교제는 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체 100 중량부에 대하여 약 0.06 내지 0.09 중량부, 혹은 약 0.07 내지 0.09 중량부로 포함될 수 있다. 상기 가교제가 지나치게 많은 양으로 사용될 경우, 밀봉 공정에서 기포 또는 가스의 발생량이 증가하여 밀봉시트의 안정성이나 투명성 또는 기타 제반 물성이 저하되어, 이를 포함하는 박막 태양전지 모듈의 제반 특성이 저하될 수 있다. 반대로, 가교제가 지나치게 작은 함량으로 사용될 경우 밀봉시트의 가교화된 정도가 낮아져 기계적 물성 등 제반 물성이 제대로 발현되지 못할 수 있다.
그리고, 상기 가교제로 사용되는 유기 과산화물의 구체예로는, 1-부틸-(2-에틸헥실)모노퍼옥시카보네이트, 3-부틸퍼옥시이소프로필카보네이트, 3-부틸퍼옥시아세테이트, 3-부틸퍼옥시벤조에이트, 디쿠밀퍼옥사이드, 2,5―디메틸―2,5―비스(3-부틸퍼옥시)헥산, 디―3-부틸퍼옥사이드, 2,5―디메틸―2,5―비스(3-부틸퍼옥시)헥신―3,1,1―비스(3-부틸퍼옥시) ―3,3,5― 트리메틸 시클로헥산, 1,1―비스(3-부틸퍼옥시)시클로헥산, 메틸에틸케톤퍼옥사이드, 2,5―디메틸헥실―2,5―비스퍼옥시벤조에이트, 3-부틸히드로퍼옥사이드, p―멘탄히드로퍼옥사이드, 벤조일퍼옥사이드, p―클로로벤조일퍼옥사이드, 3-부틸퍼옥시이소부틸레이트, 히드록시헵틸퍼옥사이드, 또는 시클로헥산온퍼옥사이드 등을 들 수 있으며, 이들 중에 선택된 2종 이상의 혼합물을 사용할 수도 있다. 이외에도, 라디칼 개시제로 사용 가능한 것으로 알려진 다양한 유기 과산화물을 상기 가교제로 사용할 수도 있다.
한편, 상술한 밀봉재 조성물은 상술한 각 성분과 함께 경화 가능한 작용기를 갖는 가교조제를 포함한다. 이러한 가교조제는 가교제의 작용으로 밀봉 공정시 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체와 가교되어 밀봉시트가 적절한 기계적 물성 등 제반 물성을 나타내도록 하는 성분이다.
이러한 가교제는 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체 100 중량부에 대하여 약 3.0 내지 5.0 중량부, 혹은 약 3.5 내지 4.5 중량부로 포함될 수 있다. 이러한 가교조제가 지나치게 작은 양으로 사용될 경우, 밀봉시트의 가교화된 정도가 낮아져 기계적 물성 등 제반 물성이 제대로 발현되지 못할 수 있다. 이 경우, 적절한 가교화도를 얻기 위해서는, 가교제의 함량이 늘어나야 하는데, 가교제의 함량이 늘어나면 기포 또는 가스의 발생량이 크게 증가할 수 있고, 이는 밀봉시트의 안정성 또는 제반 물성을 크게 저하시킬 수 있다. 반대로, 가교조제의 함량이 지나치게 높아지는 경우에는, 밀봉시트의 투명성 등이 저하될 수 있다.
상기 가교조제는 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체와 가교 또는 경화 가능한 작용기를 갖는 임의의 화합물로 될 수 있다. 예를 들어, 시아누레이트기, 비닐기, 메타크릴레이트기, 아크릴레이트기 또는 푸탈레이트기 등과 같은 경화 가능한 작용기를 하나 이상 갖는 관능성 화합물로 될 수 있으며, 이러한 관능성 화합물의 보다 구체적인 예로는, 트리아릴이소시아누레이트, 트리아릴시아누레이트, 디비닐벤젠, 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트, 디아릴푸탈레이트, 및 에틸렌글릴콜 디메타크릴레이트 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 트리아릴시아누레이트를 들 수 있다.
한편, 상술한 일 구현예의 밀봉재 조성물은 HALS계 자외선 안정화제와, 벤조페논계 자외선 흡수제를 포함한 자외선 안정화 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이러한 자외선 안정화 첨가제가 더 포함됨에 따라, 밀봉재 조성물로부터 형성된 밀봉시트의 자외선 안정성이 크게 향상될 수 있다.
상기 펜조페논계 자외선 흡수제의 예로는, 2-히드록시-4-메톡시벤조페논, 2-히드록시-4-메톡시-2'-카르복시벤조페논, 2-히드록시-4-옥톡시벤조페논, 2-히드록시-4-n-도데실옥시벤조페논, 2-히드록시-4-n-옥타데실옥시벤조페논, 2-히드록시-4-벤질옥시벤조페논, 2-히드록시-4-메톡시-5-술포벤조페논, 2-히드록시-5-클로로벤조페논, 2, 4-디히드록시벤조페논, 2, 2'-디히드록시-4-메톡시벤조페논, 2, 2'-디히드록시-4, 4'-디메톡시벤조페논, 또는 2, 2', 4, 4'-테트라히드록시벤조페논 등을 들 수 있다. 이러한 벤조페논계 자외선 흡수제는 자외선 차단효과를 고려하면 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체 100 중량부 기준으로 약 0.2 내지 5.0 중량부로 포함될 수 있다.
또, 상기 HALS계 자외선 안정화제의 예로는, 비스-1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피리딜 세바케이트, 비스-(1-옥틸옥시-2,2,6,6-테트라메틸 -4-피페리디닐) 세바케이트, 테트라키스 (2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)-1,2,3,4-부탄 테트라카르복실레이트, [(4-메톡시-페닐)-메틸렌]-비스 (1,2,2,6,6-펜타메틸 -4-피페리디닐)에스테르, 비스(2,2,6,6-테트라메틸 -4-피페리디닐) 세바케이트, 폴리-메틸프로필-3-옥시-[4(2,2,6,6-테트라메틸)하이퍼리디닐]실록산, 또는 3,도데실-1-(2,2,6,6-테트라메틸-4-하이퍼리디닐)-2,5-피롤리딘디온 등을 들 수 있고, 이들 중에 선택된 2종 이상의 혼합물을 사용할 수도 있다. 이러한 HALS계 자외선 안정화제는 자외선 안정화 효과 및 가교화도 등을 고려하여, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체 100 중량부 기준으로 약 0.01 내지 0.1 중량부로 포함될 수 있다.
한편, 일 구현예의 밀봉재 조성물은 상술한 각 구성 성분 외에도, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체의 100 중량부에 대해, 약 0.1 내지 1.0 중량부의 탄소수 10 내지 20의 지방산 아미드를 더 포함할 수도 있다. 이러한 지방산 아미드는 밀봉재 조성물 및 밀봉시트의 투명성을 향상시키는 핵제로서 작용할 수 있다. 이러한 지방산 아미드는 상기 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체가 낮은 비닐 아세테이트 함량을 가짐에 따라 일부 저하될 수 있는 밀봉시트 등 밀봉재의 광투과율을 보상할 수 있다. 따라서, 상기 지방산 아미드를 포함한 일 구현예의 조성물로부터 얻어진 밀봉시트 등 밀봉재는 보다 우수한 광투과율을 나타낼 수 있다.
다만, 이러한 지방산 아미드의 함량이 지나치게 작아지면, 투명성 증가 효과가 미미해질 수 있고, 반대로 지나치게 커지면, 다수의 핵이 존재하여 오히려 투명성이 저하될 수 있다.
상기 지방산 아미드의 대표적인 예로는, 로르산 아미드, 팔미트산 아미드, 스테아르산 아미드, 에루크산 아미드, 베헨산 아미드, 리시놀산 아미드, 하이드록시스 테아르산 아미드, N-올레일팔미트산 아미드, N-스테아릴에루크산 아미드, 에틸렌비스카프르산 아미드, 에틸렌비스로르산 아미드, 에틸렌비스스테아르산 아미드, 또는 에틸렌비스올레산 아미드를 들 수 있고, 이들 중에 선택된 2 종 이상을 함께 사용할 수도 있다. 기타 다양한 지방산 아미드를 별다른 제한없이 사용할 수 있음은 물론이다.
한편, 일 구현예의 밀봉재 조성물은 메조다공성 실리카 입자, 비다공성 실리카 입자, 알루미나 입자 및 산화아연 입자로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소수성 미립자를 더 포함할 수 있고, 적절하게는 메조다공성 실리카 입자, 비다공성 실리카 입자 및 산화아연 입자를 함께 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 밀봉재 조성물이 이러한 특정 종류의 소수성 미립자를 포함함에 따라, 더욱 낮은 수분 투과율을 나타내는 박막 태양전지용 밀봉시트의 제공이 가능해진다. 따라서, 수분에 보다 취약한 박막 태양전지를 보다 효과적으로 보호할 수 있고, 수분 투과율을 낮추기 위해 고가의 Al BackSheet 등을 사용할 필요가 없어, 박막 태양전지의 제조 단가 증가 등을 억제할 수 있다.
상기 소수성 미립자 중, 메조다공성 실리카 입자는 규소와 산소, 탄소 원소로 이어져 있으며 실리놀 화학 구조가 육각형 메조 기공 구조로 이어진 판상, 실린더형 혹은 구형의 입자 형태로 될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 메조다공성 실리카 입자는 약 0.1 내지 10㎛의 입경을 가질 수 있고, 약 1 내지 4nm의 직경을 갖는 다수의 메조기공을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 비다공성 실리카 입자, 알루미나 입자 및 산화아연 입자는 기공을 갖지 않는 무기 미립자로서 소수성을 나타내어 밀봉재의 수분 투과율 낮추는데 기여할 수 있고, 이를 위해, 약 0.1 내지 10㎛의 입경을 가질 수 있다.
상기 소수성 미립자는 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체 100 중량부에 대하여 약 0.001 내지 0.03 중량부로 포함될 수 있으며, 2종 이상의 소수성 미립자가 포함 (예를 들어, 메조다공성 실리카 입자 및 알루미나 입자가 함께 포함)될 경우, 각 종류의 소수설 미립자를 약 0.001 내지 0.009 중량부로 포함할 수 있다.
상기 소수성 미립자가 지나치게 높은 함량으로 포함될 경우, 밀봉재의 광투과율이 저하되어 박막 태양전지의 발전 효율을 낮출 수 있고, 지나치게 낮은 함량으로 포함될 경우, 밀봉재의 수분 투과율을 충분히 낮추기 어렵다.
상술한 소수성 미립자는 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체 및 일 구현예의 조성물에 첨가되어, 상기 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체의 소수성을 더욱 증가시킬 수 있고, 일 구현예의 조성물로부터 얻어진 밀봉재의 수분 투과율을 더욱 낮출 수 있다. 또, 입자의 형태로서, Blind 효과를 나타내며 자체적으로도 수분의 차단 효과를 발휘할 수 있다.
다만, 상기 소수성 미립자는 다른 성분과의 상용성이 저하될 수 있으므로, 상기 밀봉재 조성물은 소수성 미립자의 고분산화를 위해 2차에 걸쳐 압출 가공되어 마스터 배치화될 수 있다. 보다 구체적으로, 일 구현예의 밀봉재 조성물은 다른 성분과 소수성 미립자를 혼합하고 1차 압출 가공하여 마스터 배치화를 통한 1차 분산을 실시한 후, 추가적 2차 압출 가공하여 마스터 배치화를 통한 2차 분산을 실시할 수 있다. 이로서, 소수성 미립자의 분산성을 높여, 다른 성분과의 상용성을 향상시키고, 소수성 미립자로 인해 밀봉재의 광투과율을 저하되는 것을 보다 억제할 수 있다.
일 구현예의 박막 태양전지용 밀봉재 조성물은, 상기 여러 성분 이외의 각종 첨가 성분을 발명의 목적을 손상시키지 않는 범위에서, 적절히 함유할 수 있다. 예컨대 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체 이외의 각종 수지, 및/또는 각종 고무, 가소제, 충전제, 안료, 염료, 대전방지제, 항균제, 방담제 및 분산제 등으로부터 선택되는 1종류 또는 2종류 이상의 첨가제를 함유할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또, 상기 밀봉재 조성물은 각 성분을 니더, 롤, 벤버리 믹서, 또는 압출기 등에 의해 용융 블렌딩하는 통상적인 방법으로 제조될 수 있고, 이를 열처리 하에 경화하여 박막 태양전지용 밀봉시트를 얻을 수 있다. 이러한 밀봉시트는 가교제 및 가교조제의 함량이 최적화됨에 따라, 낮은 수분 투과율, 우수한 가교화도 및 뛰어난 제반 물성을 나타내면서도, 높은 광투과율 및 투명성을 나타낼 수 있다.
이러한 밀봉시트는 일 구현예의 조성물로부터 얻어짐에 따라, 경화 가능한 작용기를 갖는 가교조제를 매개로 가교되어 있는 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체의 경화물; 유기 과산화물을 포함한 가교제; 실란 커플링제; 및 메조다공성 실리카 입자, 비다공성 실리카 입자, 알루미나 입자 및 산화아연 입자로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소수성 미립자;를 포함하는 형태로 될 수 있고, 이때, 상기 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체는 비닐 아세테이트의 함량이 10 내지 20 중량%이고, 190℃의 온도 및 2160g 하중에서 측정한 멜트 인덱스가 1 내지 8g/10min인 것으로 될 수 있다. 또, 이러한 밀봉시트는 85% 이상의 가교화도를 가지며, 38℃, 100%의 외기조건에서 24hr 동안 10g/m2 이하의 수분투과율을 나타내는 것으로 되어, 우수한 수분 투과율 및 우수한 가교화도 등을 나타낼 수 있다.
또, 이러한 밀봉시트는 박막 태양전지용으로 사용되어 주로 단일 층으로 이루어질 수 있으며, 상기 실란 커플링제는 상기 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체의 경화물과 다른 층에 포함될 수도 있다.
그리고, 상기 밀봉시트의 두께는 약 0.6 내지 1.5 mm, 혹은 약 1.1 내지 1.3mm로 될 수 있다. 밀봉시트의 두께가 이 범위 내이면, 라미네이트 공정에서 기재 또는 박막 태양전지 셀이 파손되는 것을 억제할 수 있고, 기존 제품 대비 30% 이상의 수분 차단율을 향상시킬 수 있다. 따라서, 수분에 약한 박막 태양전지를 효과적으로 보호하는 밀봉재의 제공을 가능케 한다. 또한, 충분한 광선 투과율을 확보함으로써 높은 광발전량을 얻을 수 있으므로 바람직하다.
또한, 상기 밀봉시트를 포함하는 층의 성형 방법에는 특별히 제한은 없지만, 공지의 각종 성형 방법(캐스팅 성형, 압출시트 성형, 인플레이션 성형, 사출 성형, 압축 성형, 또는 캘린더 성형 등)을 채용하는 것이 가능하다. 또, 그 표면에는 엠보스 가공을 시행하는 것이 가능하고, 엠보스 가공에 의해 이 층의 표면을 장식함으로써 밀봉시트끼리, 또는 밀봉시트와 다른 시트 등과의 블로킹을 방지하고, 또한 엠보스가 라미네이트 시의 박막 태양전지 소자 등에 대한 쿠션이 되어, 이것들의 파손을 방지하므로 바람직하다.
그리고, 상기 밀봉시트는 약 1 내지 1.5mm의 두께를 갖는 시료에서 측정했을 때의 내부 헤이즈가 약 1% 내지 60%, 바람직하게는 약 5% 내지 50%의 범위에 있는 것일 수 있다.
또한, 상기 밀봉시트는 두께 약 0.6mm일 때의 전광선 투과율이 약 80% 이상, 바람직하게는 약 90% 이상으로 되는 우수한 광투과율을 나타낼 수 있다. 이러한 광투과율을 가지면, 발전효율의 저하가 적어 박막 태양전지에서 적합하게 사용할 수 있다. 상기 광선투과율의 측정시에는, 밀봉시트 표면의 요철에 의한 영향을 제거하기 위하여, PET 등의 표면이 평활한 이형필름으로 보호하면서 약 160℃ 이상으로 가열 가압 후, 냉각하여 얻어진 원하는 두께의 샘플에 대하여, 상기 PET 등의 필름을 제거한 후에 측정을 행할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태인 박막 태양전지용 밀봉시트는, 이의 적어도 일면 상에 형성된 접착층, 반사방지층, 가스 배리어층, 또는 방오층 등의 다른 층들을 더 포함할 수도 있다. 재질로 분류하면, 자외선 경화성 수지로 이루어지는 층, 열경화성 수지로 이루어지는 층, 폴리올레핀 수지로 이루어지는 층, 카복실산 변성 폴리올레핀 수지로 이루어지는 층, 불소 함유 수지로 이루어지는 층, 환상 올레핀 공중합체로 이루어지는 층, 또는 무기 화합물로 이루어지는 층 등을 더 포함할 수 있다.
상기 밀봉시트의 층과, 그 밖의 다른 층들의 위치관계에는 특별히 제한은 없고, 발명의 목적과의 관계에서 바람직한 층 구성이 적당하게 선택된다. 즉, 다른 층들은 2 이상의 밀봉 시트의 층들 사이에 형성될 수도 있고, 밀봉시트의 층의 최외층에 형성될 수도 있으며, 기타 다양한 개소에 형성될 수도 있다. 또, 밀봉시트의 층의 일 면에만 다른 층이 형성될 수도 있고, 양 면에 다른 층들이 형성될 수도 있다. 다른 층들의 층 수에 특별히 제한은 없고, 임의의 수로 형성될 수 있으며, 다른 층들이 부가되지 않을 수도 있음은 물론이다.
구조를 간단하게 하여 비용을 내리는 관점, 및 계면 반사를 최대한 작게 하여 광을 유효하게 활용하는 관점 등에서는, 다른 층들을 형성하지 않고 상기 밀봉시트의 층만으로 제공됨이 바람직하지만, 목적과의 관계에서 필요하거나 또는 유용한 그 밖의 층이 있으면, 적당하게 그러한 그 밖의 층을 설치하면 된다.
다른 층을 설치하는 경우에, 밀봉시트의 층과, 다른 층의 적층 방법에 대해서는 특별히 제한은 없지만, 캐스트 성형기, 압출시트 성형기, 인플레이션 성형기, 사출 성형기 등의 공지의 용융압출기를 사용하여 공압출하여 적층체를 얻는 방법, 또는 미리 성형된 한쪽 층 위에 다른 쪽 층을 용융 또는 가열 라미네이트 하여 적층체를 얻는 방법이 바람직하다. 또, 열라미네이트법 등에 의해 적층할 수도 있다.
발명의 구현예들에 따른 밀봉재 조성물 및 밀봉시트는 상술한 바와 같은 우수한 특성을 갖는다. 따라서, 이러한 박막 태양전지용 밀봉재 조성물 및/또는 밀봉시트를 사용하여 얻어진 박막 태양전지 모듈은 발명의 바람직한 실시형태의 하나이다. 도 1은 발명의 일 예에 따른 밀봉시트를 포함한 박막 태양전지 모듈의 단면도를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 박막 태양전지 모듈(20)은, 통상, 다결정 실리콘 등에 의해 형성된 박막 태양전지 소자(22)를 박막 태양전지용 밀봉시트(10)에 끼워 적층하고, 또한 앞뒤 양면을 보호 시트(28)로 커버한 구조로 되어 있다. 이때, 이러한 박막 태양전지 소자에는 실리콘 웨이퍼(24) 및 박막 태양전지 전극(23)이 포함되어 있다. 즉, 전형적인 박막 태양전지 모듈; 20)은 박막 태양전지 모듈용 보호 시트(표면 보호 시트; 26)/박막 태양전지용 밀봉시트(10)/박막 태양전지 소자(22)/박막 태양전지용 밀봉시트(219/박막 태양전지 모듈용 보호 시트(이면 보호 시트; 28)의 구성으로 되어 있다. 단, 본 발명의 바람직한 실시형태의 하나인 박막 태양전지 모듈은 상기의 구성에는 한정되지 않고, 본 발명의 목적을 손상시키지 않는 범위에서, 상기의 층의 일부를 적당하게 삭제하거나, 또는 상기 이외의 층을 적당하게 설치할 수 있다. 전형적으로는, 접착층, 충격흡수층, 코팅층, 반사방지층, 이면 재반사층, 또는 광확산층 등을 설치할 수 있지만 이것들에 한정되지 않는다. 이들 층을 설치하는 위치에는 특별히 한정은 없고, 그러한 층을 설치하는 목적, 및 그러한 층의 특성을 고려한 후, 적절한 위치에 설치할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태인 박막 태양전지 모듈에서의 박막 태양전지 소자는 반도체의 광기전력 효과를 이용하여 발전할 수 있는 것이면 특별히 제한은 없고, 예컨대 실리콘(단결정계, 다결정계, 비결정(아몰포스)계) 박막 태양전지, 습식 박막 태양전지, 유기 반도체 박막 태양전지 등을 사용할 수 있다. 실리콘, 화합물 반도체 모두, 박막 태양전지 소자로서 우수한 특성을 가지고 있지만, 외부로부터의 응력, 충격 등에 의해 파손되기 쉬운 것으로 알려져 있다. 발명의 다른 구현예의 밀봉시트는 유연성이 우수하므로, 박막 태양전지 소자에 대한 응력, 충격 등을 흡수하여, 박막 태양전지 소자의 파손을 막는 효과가 크다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시형태인 박막 태양전지 모듈에서는, 상기 밀봉시트의 층이 직접 박막 태양전지 소자와 접합되어 있는 것이 바람직하다.
박막 태양 전지는 전형적으로 전기적으로 상호 접속되어 적합한 전압 출력을 생성하는 복수의 개별 전지를 형성하도록 층을 패턴화하면서 몇 개의 박막 층을 기재, 예를 들어 유리 또는 연성 필름 상에 증착함으로써 제조한다. 다층 증착을 수행하는 순서에 따라, 기재는 태양 전지 모듈의 배면 표면 또는 전면창의 역할을 할 수 있다.
추가적인 실시 형태에서, 본 발명은 상기한 태양 전지 라미네이트를 제조하는 방법이다. 본 발명의 태양 전지 라미네이트는 하기에 설명하는 바와 같이 오토클레이브(autoclave) 공정 및 비-오토클레이브 공정을 통해 제조할 수 있다. 예를 들어, 태양 전지 라미네이트의 구성 층들은 진공 라미네이팅 프레스(vacuum lamination press)에서 적층될 수 있으며 진공 하에 열 및 표준 대기압 또는 승압으로 함께 라미네이트될 수 있다.
전형적인 오토클레이브 공정에서, 유리 시트, 밀봉시트 층, 태양 전지, 테들라(등록상표) 필름 및 커버 유리 시트는 공기를 제거하도록 열 및 압력과 진공(예를 들어, 91.9 - 94.8 kPa (689 - 711 ㎜Hg)) 하에 함께 라미네이트된다. 바람직하게는, 유리 시트는 세척 및 건조되었다. 전형적인 유리 유형은 3.2mm (90 mil) 두께의 어닐링된 저철분 유리이다.
본 발명의 라미네이트는 또한 비-오토클레이브 공정을 통해 제조할 수 있다. 일반적으로, 비-오토클레이브 공정은 라미네이트 조립체 또는 예비-프레스 조립체를 가열하는 것과, 진공, 압력 또는 둘 모두를 적용하는 것을 포함한다. 예를 들어, 예비-프레스 조립체를 가열 오븐 및 닙 롤에 연속적으로 통과시킬 수 있다.
필요하다면, 본 기술 분야에 개시된 임의의 방법으로 태양 전지 라미네이트의 가장자리를 밀봉하여 수분 및 공기 침입, 및 태양 전지의 효율 및 수명에 대한 수분 및 공기의 잠재적인 열화 효과를 감소시킬 수 있다. 일반적인 기술 분야의 가장자리 밀봉 재료에는 부틸 고무, 폴리설파이드, 실리콘, 폴리우레탄, 폴리프로필렌 탄성중합체, 폴리스티렌 탄성중합체, 블록 탄성중합체, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 등이 포함되지만 이로 한정되지 않는다.
이하, 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예 는 발명을 예시하는 것일 뿐 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
1-1: 시트 제조
하기 표 1과 같이 실시예 및 비교예의 조성에 해당되는 비율로, 배합기에 순차적으로 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체 (EVA)와, 가교제, 가교조제 및 실란커플링제를 투입하여 25℃에서, 20~30분 동안 배합하였다. 이어서, HALS계 자외선 안정화제와, 벤조페논계 자외선 흡수제 및 소수성 미립자를 첨가하여 배합하였다.
혼합된 재료를 트윈압출기(스크류 지름 40 mm, L/D=26, 유성산업사)를 사용하여 1차 실린더에서 100~110℃이며 2차 실린더에서 110~140℃이며 3차 실린더에서 130~150℃이며 압출부에서는 100~110℃ 온도로 압출하였다. 압출부를 거친 조성물을 20~30℃의 냉각수조에서 냉각시켜 고형화 후 컷팅을 실시하여 마스터배치를 제조하였다. 상기 단락에 기재된 압출온도는 마스터배치 제조의 압출온도이며 상기 표 1의 압출온도는 시트제조 압출 온도조건이며, 시트두께는 0.1~0.7mm이며 표면상태는 끈적임을 방지하기 위해 1차 및 2차 롤에 의해 샌딩처리 및 엠보싱 처리를 실시하였다.
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4에서 사용한 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체는 비닐 아세테이트 함량이 10wt%이며 5g/10min의 멜트 인덱스를 갖는 것이었고, 비교예 5에서 사용한 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체는 비닐 아세테이트 함량이 33wt%인 것이었다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예
5
EVA(VA함량) 100(10중량%) 100(10중량%) 100(10중량%) 100(10중량%) 100(10중량%) 100(10중량%) 100(10중량%) 100(10중량%) 100(33중량%)
가교제 0.09 0.06 0.07 0.08 0.2 0.15 0.05 0.09 0.09
가교조제 4 5 4.5 4.5 4 4 4 4 4
실란커플링제 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
자외선흡수제 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
자외선 안정제1 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
자외선 안정제2 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
SiO2 0.002 0.004 0.006 0.008 0.1 0.05 0.03 - 0.002
ZnO 0.002 0.004 0.006 0.008 0.1 0.05 0.03 - 0.002
메조다공성 실리카 입자 0.002 0.004 0.006 0.008 0.1 0.05 0.03 - 0.002
(단위: EVA 100 중량부 기준으로 각 성분의 중량부로 표시함)
상기 표 1에서, 가교제는 t-Butyl-(2-ethylhexyl) monoperoxycarbonate, 가교조제는 Triallyl isocyanurate, 실란 커플링제는 3-Methacryloxypropyl trimethoxysilane, 벤조페논계 자외선 흡수제는 2-Hydroxy-4-octoxybenzophenone, HALS계 자외선 안정화제 1 및 2는 각각 [(4-methoxy-phenyl)-methylene]-bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidinyl)ester 및 Bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl)sebacate를 사용하였다. 기타 비다공성 실리카 입자(SiO2; 상품명: 덕산社의 Silicon dioxide - particle size 2㎛, 분자량 60.08), 산화아연 입자 (ZnO; 상품명: 덕산社의 Zinc oxide - particle size 1㎛, 분자량 81.39), 및 메조다공성 실리카 입자(상품명: 선진화학社의 Sunsil 30 - particle size 3㎛, 분자량 45.7)를 사용하였다.
상기 제조된 시트에 대해서, 인장강도 및 신율, 박막 태양전지 잔존 기포, 광투과율 (전광선 투과율) 및 가교율을 하기 방법으로 측정하고 그 결과를 표 2에 나타냈다.
1-1: 인장강도 및 신율 측정
하기 표 2의 시험은 자외선첨가제의 조성비에 따라 박막 태양전지 소재로서 외부의 충격으로부터 셀을 보호하는 최소한의 물리적 특성기준과 비교하기 위한 인장강도 및 신율을 측정하였다. 측정방법으로는 ASTM D638에 근거한 아령형 시편을 제조하고, 만능재료시험기에 장착하고, 만능재료시험기를 가동하여 파단되는 시점의 인장 및 신율을 측정하였다.
1-2: 전광선 투과율 측정
핵제 첨가에 따라 박막 태양전지 모듈로서 전기적 효율에 영향을 미치는 광투과도의 향상 정도를 보이는 정도를 Hasemeter를 사용하여 T.T(전광선 투과율)을 측정하였다.
1-3: 가교화도 측정
가교제에 의해 반응되는 EVA 공중합체의 가교정도를 나타내는 가교화도를 측정하였다. 가교화도는 150℃, 5분의 조건에서 0.6mm의 프레스 시트를 제작하여 하기의 조건에서 가교화도를 측정하였다.
조건: 일정무게의 시편을 준비하여 톨루엔에 침지시킨 후 60~90℃의 외부조건에서 24시간 방치 후 필터하여 잔류 공중합체의 중량을 측정하여 다음 식에 측정값을 대입하여 가교화도를 구하였다. 이러한 가교화도는 3차례에 걸처 측정해 평균값을 구하였다.
가교화도(%) = (잔류 EVA 중량 / 최초 측정된 EVA 중량) X 100
1-4: 박막 태양전지 수분차단율 측정
박막 태양전지 제조용 Lamination을 사용하여 박막 태양전지를 제조하여 150℃의 조건으로 Pumping(5min), Press(1분30초), Curing(15분)을 시행하여 EVA Sheet 시편을 제조하여 투습도 측정기에서 장착 후 38℃, 100%의 조건으로 24hr동안 1㎡의 면적에 수분이 방출되는 양을 측정하여 평균값을 구하였다.
가교율, 인장강도, 신율 및 전광선 투과율 측정 결과
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5
인장강도 (Mpa) 24 22 23 24 26 26 18 24 24
신율 (%) 700 750 720 700 700 700 800 700 700
전광선 투과율 (%) 91 91 91 91 80 83 85 91 91
가교화도 1차
(%)		 88% 82% 85% 86% 90% 91% 65% 88% 88%
가교화도 2차 (%) 86% 83% 85% 87% 92% 91% 67% 86% 86%
가교화도 3차 (%) 87% 83% 85% 87% 91% 90% 67% 87% 87%
가교화도 평균 (%) 87% 83% 85% 87% 91% 91% 66% 87% 87%
투습도
(g/㎡-day)		 8 8.5 9 9.5 2 4 6 20 10
상기 표 2에 따르면, 실시예의 조성물로 얻어진 밀봉재는 우수한 가교도, 낮은 투습도 및 뛰어난 광투과율을 나타냄이 확인되었다.
이에 비해, 비교예 1 내지 3의 조성물로 얻어진 밀봉재는 소수성 미립자의 함량이 지나치게 많아 낮은 광투과율 및 이에 따른 낮은 박막 태양전지의 발전효율을 나타내는 것으로 확인되었다. 또, 소수성 미립자를 사용하지 않은 비교예 4 및 지나치게 높은 비닐 아세테이트 함량을 갖는 공중합체를 사용한 비교예 5의 조성물로 얻어진 밀봉재의 경우, 투습도가 높아 수분에 약한 박막 태양전지용 밀봉재로서 제대로 사용될 수 없음이 확인되었다.
10 밀봉시트
20 박막 태양전지 모듈 22 박막 태양전지 소자
23 박막 태양전지 전극 24 실리콘 웨이퍼
26 표면 보호시트 28 이면 보호시트

Claims (10)

  1. 비닐 아세테이트의 함량이 10 내지 20 중량%이고, 190℃의 온도 및 2160g 하중에서 측정한 멜트 인덱스가 1 내지 8g/10min인 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체의 100 중량부;
    유기 과산화물을 포함하는 가교제의 0.06 내지 0.09 중량부;
    경화 가능한 작용기를 갖는 가교조제의 3.0 내지 5.0 중량부;
    실란 커플링제의 0.1 내지 5.0 중량부; 및
    메조다공성 실리카 입자, 비다공성 실리카 입자, 알루미나 입자 및 산화아연 입자로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소수성 미립자의 0.001 내지 0.03 중량부를 포함하는 박막 태양전지용 밀봉재 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 소수성 미립자는 메조다공성 실리카 입자, 비다공성 실리카 입자 및 산화아연 입자를 포함하는 박막 태양전지용 밀봉재 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 유기과산화물은 1-부틸-(2-에틸헥실)모노퍼옥시카보네이트, 3-부틸퍼옥시이소프로필카보네이트, 3-부틸퍼옥시아세테이트, 3-부틸퍼옥시벤조에이트, 디쿠밀퍼옥사이드, 2,5―디메틸―2,5―비스(3-부틸퍼옥시)헥산, 디―3-부틸퍼옥사이드, 2,5―디메틸―2,5―비스(3-부틸퍼옥시)헥신―3,1,1―비스(3-부틸퍼옥시) ―3,3,5― 트리메틸 시클로헥산, 1,1―비스(3-부틸퍼옥시)시클로헥산, 메틸에틸케톤퍼옥사이드, 2,5―디메틸헥실―2,5―비스퍼옥시벤조에이트, 3-부틸히드로퍼옥사이드, p―멘탄히드로퍼옥사이드, 벤조일퍼옥사이드, p―클로로벤조일퍼옥사이드, 3-부틸퍼옥시이소부틸레이트, 히드록시헵틸퍼옥사이드, 및 시클로헥산온퍼옥사이드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 박막 태양전지용 밀봉재 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 경화 가능한 작용기는 시아누레이트기, 비닐기, 메타크릴레이트기, 아크릴레이트기 또는 푸탈레이트기인 박막 태양전지용 밀봉재 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 가교조제는 트리아릴이소시아누레이트, 트리아릴시아누레이트, 디비닐벤젠, 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트, 디아릴푸탈레이트, 및 에틸렌글릴콜 디메타크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 포함하는 박막 태양전지용 밀봉재 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서, HALS계 자외선 안정화제와, 벤조페논계 자외선 흡수제를 포함한 자외선 안정화 첨가제를 더 포함하는 박막 태양전지용 밀봉재 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체의 100 중량부에 대해, 0.1 내지 1.0 중량부의 탄소수 10 내지 20의 지방산 아미드를 더 포함하는 박막 태양전지용 밀봉재 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 밀봉재 조성물은 소수성 미립자의 고분산화를 위해 2차에 걸쳐 압출 가공되어 마스터 배치화되는 박막 태양전지용 밀봉재 조성물.
  9. 경화 가능한 작용기를 갖는 가교조제를 매개로 가교되어 있는 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체의 경화물; 유기 과산화물을 포함한 가교제; 실란 커플링제; 및 메조다공성 실리카 입자, 비다공성 실리카 입자, 알루미나 입자 및 산화아연 입자로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소수성 미립자;를 포함하는 박막 태양전지용 밀봉시트로서,
    상기 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체는 비닐 아세테이트의 함량이 10 내지 20 중량%이고, 190℃의 온도 및 2160g 하중에서 측정한 멜트 인덱스가 1 내지 8g/10min이며,
    상기 밀봉시트는 85% 이상의 가교화도를 가지며, 38℃, 100%의 외기조건에서 24hr 동안 10g/m2 이하의 수분투과율을 나타내는 박막 태양전지용 밀봉시트.
  10. 제 9 항에 있어서, 0.6 내지 1.5 mm의 두께를 갖는 박막 태양전지용 밀봉시트.
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