KR20140141643A - 보호 코팅-봉합된 광발전 모듈 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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KR20140141643A
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스튜어트 디 헬링
지핑 샤오
제임스 이 푸울
이리나 쥐 슈웬드만
브라이언 케이 리어릭
브루스 비어넬슨
에드워드 알 쥬니어 밀레로
윌리암 에이치 쥬니어 레트쉬
데브라 엘 싱어
헤더 헌터
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피피지 인더스트리즈 오하이오 인코포레이티드
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Abstract

본원은 광발전 모듈을 개시한다. 광발전 모듈은, 전면 투명체, 상기 전면 투명체의 적어도 일부분상에 침착된 유체 봉합재, 상기 유체 봉합재에 적용된 전기적으로 상호접속된 광발전 전지, 및 상기 전기적으로 상호접속된 광발전 전지의 적어도 일부분상에 침착된 백코트를 포함한다. 광발전 모듈을 제조하는 방법도 또한 개시한다.

Description

보호 코팅-봉합된 광발전 모듈 및 그의 제조 방법{PROTECTIVE COATING-ENCAPSULATED PHOTOVOLTAIC MODULES AND METHODS OF MAKING SAME}
본 발명은 광발전 모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 이러한 광전지를 봉합하는데 유용한 코팅, 및 그들의 제조 방법에 관한 것이다.
본 출원에 대한 참조
본 출원은, 2012년 3월 14일자로 출원된 미국 특허출원 제 13/420,081 호를 우선권 주장하며 2013년 1월 14일자로 출원된 PCT 국제특허 출원 제 PCT/US/2013/021369 호의 일부계속출원이며, 이들을 본원에 참고로 인용한다.
광발전 모듈은 광발전 모듈의 전자기 에너지를 전기 에너지로 변환시킴으로써 전기를 생산한다. 가혹한 작업 환경에서 살아 남기 위하여, 광전지 모듈은 내구성 및 모듈 수명을 제공하는 봉합재 재료를 필요로 한다. 전통적인 대부분의 광발전 모듈은 유리 시트 또는 예비-성형된 투명 중합체 시트, 예를 들면, 폴리이미드 시트와 같은 전면 투명체(front transparency); 에틸렌 비닐 아세테이트("EVA")의 필름 또는 고체 시트와 같은 전통적인 필름형 봉합재; 결정질 실리콘("c-Si")과 같은 광발전용 반도체 재료의 독립된 웨이퍼(즉, 절단된 잉곳)를 포함하는, 광발전 효과에 따라 전압을 발생하는 반도체 재료가 양면상에 코팅된 광발전 전지 또는 전지들; 필름 봉합재의 또 다른 층; 및 예비-성형된 중합체 시트 또는 필름, 예를 들면, 유리, 알루미늄, 판금(sheet metal)(즉, 강철 또는 스테인레스강), 폴리비닐 플루오라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 및/또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 시트 또는 필름 또는 다층 복합체와 같은, 광발전 전지를 환경으로부터 보호하기 위한 배면 시트를 포함한다. 광발전 모듈은 전형적으로는 모듈 성분(module component)들을 모듈 예비조립체(module preassembly)로 예비조립하는 배치식 또는 반-배치식 진공 적층 공정에서 생산된다. 예비조립 공정은 전면 투명체에 필름 봉합재를 적용하는 단계, 상기 필름 봉합재상에 광발전 전지 및 전기적 상호접속부를 배치하는 단계, 상기 광발전 전지 조립체상에 필름 봉합재의 추가의 층을 적용하는 단계, 및 상기 필름 봉합재의 배면측상에 배면 시트를 적용하여 모듈 예비조립체를 완성하는 단계를 포함한다. 모듈 조립체를 압축한 다음 감압 및 승온 조건하에서 필름 봉합재를 경화시켜 적층된 광발전 모듈을 제조하기 위하여 순응형 다이아프램(compliant diaphragm)을 사용하는 전문화된 진공 적층 장치내에 모듈 예비조립체를 위치시킨다. 이러한 공정은 삽입 재료(potting material)를 사용하여 전면 투명체와 배면 시트 사이에 광발전 전지를 효과적으로 적층시킨다.
이러한 적층된 모듈은 용인할 수 있게 작동하기는 하지만, 처리 및 조작의 문제가 있을 수 있다. 전지에 배면 시트를 부착하는 공정은 매우 노동 집약적이고 시간 소모적일 수 있는 진공 적층 경화 공정을 필요로 한다. 또한, 전지들은 결함을 초래할 수 있는 적층 공정 도중에 이동할 수 있다. 이러한 적층된 광발전 모듈은 또한 주로 에지를 통하거나 또는 배면 시트를 통한 모듈내로의 습기 침투로 인하여, 및/또는 접촉층(contact layer)내의 부식으로 인하여 조기 고장을 초래할 수도 있다.
따라서, 무겁고, 노동 집약적이고/이거나 시간 소모적인 EVA/유리 봉합 공정을 습기 침투 및/또는 부식을 최소화함으로써 적합한 전지 수명을 갖는 경량 보호 시스템으로 대체할 필요성이 존재한다.
비제한적 실시태양에서, 광발전 모듈이 기술된다. 광발전 모듈은 전면 투명체, 상기 전면 투명체의 적어도 일부분상에 침착된 유체 봉합재, 상기 유체 봉합재에 적용된 전기적으로 상호접속된 광발전 전지 및 상기 전기적으로 상호접속된 광발전 전지의 적어도 일부분상에 침착된 보호 코팅을 포함한다.
또한, 본 발명은 전면 투명체의 적어도 일부분상에 유체 봉합재를 적용하는 단계, 상기 유체 봉합재상에 광발전 전지를 적용함으로써 상기 전지를 전기적으로 상호접속시키는 단계, 상기 전기적으로 상호접속된 광발전 전지의 적어도 일부분상에 보호 코팅을 적용하는 단계, 및 상기 보호 코팅을 경화시키는 단계를 포함하여 광발전 모듈을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 방법에 따라 제조된 광발전 모듈에 관한 것이다.
본 명세서에서 개시되고 기술된 발명은 발명의 내용에서 요약된 실시태양으로 국한되지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 개시되고 기술된 비제한적이고 예시적인 실시태양의 다양한 특징 및 특성들은 첨부된 도면을 참조하면 더 잘 이해될 수 있다.
도 1, 도 2, 도 3 및 도 4는 보호 코팅 시스템을 포함하는 광발전 모듈을 예시하는 개략도이고;
도 5는 광발전 모듈을 제조하기 위한 공정을 예시하는 흐름도이고;
도 6a 내지 6f는 프라이머 코팅 및 톱 코팅을 포함하는 2-층 보호 코팅 시스템을 적용하는 단계를 포함하는 광발전 모듈의 제조 방법을 집합적으로 예시하는 개략도이고;
도 7a 및 7b는 내습 내열성 시험(damp heat test) 이후의 최대 전력 출력(Pm) 변화를 나타내고;
도 8a 및 8b는 열 순환 시험(thermal cycling test) 이후의 최대 전력 출력(Pm) 변화를 나타내며;
도 9는 고온 가습 동결 시험(humidity freeze test) 이후의 최대 전력 출력(Pm) 변화를 나타낸다.
본 기술분야의 전문가들은 본 명세서에 따른 다양한 비제한적이고 예시적인 실시태양의 하기 상세한 설명을 고려할 때 전술한 상세한 내용 뿐만 아니라 기타 다른 내용들을 인지할 것이다.
본 발명은 광발전 모듈 및 이러한 광발전 모듈의 제조 방법에 관한 것이다. 도 1은 전면 투명체(102), 상기 전면 투명체(102)의 적어도 일부분상에 침착된 유체 봉합재 재료(106), 광발전 전지(120), 및 상기 봉합재(106) 및 상기 전기적으로 상호접속된 광발전 전지(120)의 적어도 일부분상에 침착된 톱코트(topcoat)(104)를 연결하거나 접속하는 전기적 상호접속부(125)를 포함하는 광발전 모듈(100)의 비제한적이고 예시적인 실시태양을 예시하는 것이다. 본원에서 사용된 바와 같은 "전면 투명체(front transparency)"란 용어는 광발전 전지에 의해 흡수되고 전기를 발생하는데 사용되는 파장 범위내의 전자기 방사선에 투명한 재료를 의미한다. 실시태양에서, 전면 투명체는 광발전 모듈의 외측-대향 표면(outward-facing surface)을 포함하는 투명 재료의 평면 시트(planar sheet)를 포함한다. 예를 들면, 규산염 유리와 같은 유리, 및, 예를 들면, 폴리이미드, 폴리카보네이트 등과 같은 중합체, 또는 광발전 전지에 의해 흡수되고 광발전 모듈내에서 전기를 발생하는데 사용될 수 있는 파장 범위내의 전자기 방사선에 투명한 다른 평면 시트 재료를 포함한 특정의 적합한 투명 재료가 전면 투명체용으로 사용될 수 있다. "투명한(transparent)"이란 용어는 가시 스펙트럼(즉, 대략 350 내지 750 ㎚ 파장)내의 입사 전자기 방사선의 적어도 일부분이 무시할 정도의 감쇠율을 가진 재료를 관통하는 재료의 성질을 의미한다.
유체 봉합재 재료는 전면 투명체의 적어도 일부분상에 적용되거나 침착될 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같은 "유체 봉합재 재료(fluid encapsulant material)"란 용어는 광발전 전지를 전면 투명체에 부착하고/하거나 광발전 전지를 중합체 재료의 보호층내에 봉합하는데 사용되는 유체 중합체성 재료를 지칭한다. 다양한 비제한적 실시태양에서, 유체 봉합재 재료는, 예를 들면, 등명한 액상 봉합재와 같은, 전면 투명체의 일측상에 적용되는 투명한 유체 봉합재를 포함한다. 이러한 예에서, 봉합재는 또한 "전면 봉합재(front encapsulant)"로도 지칭된다. 유체 봉합재를 기술하기 위하여 본원에서 사용된 바와 같은 "유체"란 용어는 전면 시트와 같은 공간의 형상내로 유동하거나 또는 공간의 형상을 충전할 수 있는 액체, 분말 및/또는 기타 다른 재료를 포함한다. 다양한 비제한적 실시태양에서, 유체 봉합재는, 예를 들면, 운모와 같은 무기 입자를 포함할 수 있다. 실시태양에서, 운모는 경화된 코트중에 분산될 수 있다.
실시태양에서, 유체 봉합재는 폴리우레탄 수지, 폴리우레아 수지, 또는 혼성 폴리우레탄-폴리우레아 수지, 또는 이러한 수지의 조합중의 적어도 하나를 포함하는 코팅 조성물을 포함한다. 실시태양에서, 유체 봉합재는 약 50% 이상 고체 수지 재료, 또는 약 90 내지 100% 고체 수지 재료를 포함한다. 실시태양에서, 유체 봉합재는 약 100% 고체 코팅을 포함한다. 실시태양에서, 유체 봉합재는 80% 이상의 투명체를 갖는다. 실시태양에서, 유체 봉합재는 UV 경화가능한 코팅을 포함한다. 실시태양에서, 유체 봉합재는 액상 실리콘 봉합재를 포함한다. 실시태양에서, 유체 봉합재의 흐림율(haze)은 2 미만이다. 실시태양에서, 유체 봉합재의 겔화점은 20분 미만이다.
광발전 전지(120) 및 전기적 상호접속부(125)는 각각의 광발전 전지가 적어도 하나의 다른 전지에 전기적으로 접속되도록 유체 봉합재(106)상에 배치될 수 있다. 광발전 전지는 2개의 전기 도체층(이들중의 적어도 하나는 투명 전도성 재료를 포함한다) 사이에 배치된 광발전 반도체 재료를 포함하는 구조물을 포함한다. 다양한 비제한적 실시태양에서, 광발전 전지(120)는 벌크 광발전 전지(예를 들면, ITO- 및 알루미늄-코팅된 결정질 실리콘 웨이퍼)를 포함한다. 광발전 전지(120) 및 전기적 상호접속부(125)의 조립체가 사용될 수 있다. 다양한 다른 비제한적 실시태양에서, 광발전 전지는 봉합재 재료상에 침착된 박막 광발전 전지를 포함한다. 박막 광발전 전지는 전형적으로는 전면 투명체상에 침착된 투명 전도성 재료(예를 들면, 인듐 주석 산화물)의 층, 상기 투명 전도성 재료층상에 침착된 광발전 반도체 재료(예를 들면, 비정질 실리콘, 카드뮴 텔루라이드, 또는 구리 인듐 디셀레나이드)의 층, 및 상기 광발전 반도체 재료층상에 침착된 전도성 재료(예를 들면, 알루미늄)의 제 2 층을 포함한다.
본 발명의 광발전 모듈은 보호 코팅(110)을 더 포함한다. 본원에서 사용된 바와 같은 "보호 코팅(protective coating)"은 광발전 층에 적어도 어느 정도의 내구성, 습기 차단성 및/또는 내마모성을 부여하는 코팅을 지칭한다. 본 발명의 "보호 코팅"은 하나 이상의 코팅층을 포함할 수 있다. 보호 코팅은 분말 코팅, 액상 코팅 및/또는 전착 코팅을 포함한 많은 공지된 코팅으로부터 유도될 수 있다. 광발전 전지 고장과 연관된 부식 문제가 제거되지 않은 경우에 내구성, 내습성 및/또는 내마모성 보호 코팅이 배면층 봉합재 재료로서 사용되어 최소화시킬 수 있는 것으로 생각된다.
특정 실시태양에서, 보호 코팅(110)은 광발전 전지(120)의 모든 부분 상에 또는 적어도 일부분 상에 적용되거나 침착된 톱코트(104), 및 특정의 노출된 봉합재(106)를 포함한다. 본 발명의 문맥에서 사용된 바와 같은 "톱코트(topcoat)"란 용어는 환경에 노출되는 외측 표면 및 다른 코팅층 또는 (다른 코팅층이 전혀 없는 경우에는) 기판과 접촉하는 내측 표면을 갖는 코팅층(또는 일련의 코팅층, 예를 들면 "베이스/클리어(base/clear)" 시스템이 집합적으로 "톱코트"로서 지칭될 수 있다)을 지칭한다. 톱코트는 오버코트(overcoat) 또는 보호 코팅 및/또는 내구성 코팅을 제공할 수 있다. 실시태양에서, 톱코트는 하나 이상의 코팅을 포함할 수 있으며, 이때 특정의 코팅 또는 코팅들은 개별적으로 같거나 다른 코팅 조성물을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 기술되는 다양한 비제한적 실시태양에서, 톱코트(104)는, (유리, 금속 등과 같은) 적층되고/되거나 배면 시트인 필름에 의존하는 전통적인 광발전 모듈 디자인과는 다른, 광발전 모듈(100)의 최외곽 배면층을 포함한다. 톱코트는 차단 특성을 제공하거나 개선할 수 있다.
톱코트는, 예를 들면, 폴리우레아 코팅 및 에틸렌 프로필렌 디엔 단량체("EPDM") 기제 중합체와 같은 코팅 조성물로부터 형성될 수 있다. 특정 실시태양에서, 톱코트는 무수물/하이드록실, 멜라민/하이드록실 및/또는 라텍스를 포함한다. 특정 예에서, 톱코트는 폴리에폭사이드 및 폴리아민 조성물을 포함한다. 일례에서, 톱코트는 폴리아민 에폭시 플루오로중합체와 같은 불소-함유 중합체를 포함한다. 특정의 적합한 실시태양에서, 톱코트는 코라플론®(Coraflon®) DS-2508, 피탄 울트라(PITTHANE Ultra), 및/또는 듀라나(DURANAR) UC43350 압출 코팅(이들 모두 미국 펜실베니아주 피츠버그에 소재한 피피지 인더스트리즈, 인코포레이티드사로 부터 상업적으로 입수가능하다)으로부터 형성될 수 있다.
톱코트가 보호 코팅(110)을 포함하는 모노코트로서 사용되는 경우의 특정의 적합한 실시태양에서, 톱코트는, 예를 들면, 폴리우레아 코팅 및/또는 EPDM 기제 중합체와 같은 코팅 조성물로부터 형성될 수 있다. 특정 실시태양에서, 톱코트 또는 모노코트는 코라플론® DS-2508, PCH-90101 분말 코팅 및/또는 듀라나 PD-90001 분말 코팅(이들 모두 미국 펜실베니아주 피츠버그에 소재한 피피지 인더스트리즈, 인코포레이티드사로 부터 상업적으로 입수가능하다)으로부터 형성될 수 있다.
다양한 비제한적 실시태양에서, 상술된 바와 같은 광발전 모듈, 및 그들의 모든 양태들은 프라이머를 더 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 예에서 알 수 있는 바와 같이, 광발전 모듈(200)의 보호 코팅(210)은 톱코트(204)와 광발전 전지(220) 사이에 배치되고 상기 광발전 모듈(220)의 모든 부분 상에 또는 적어도 일부분 상에 적용되거나 침착된 프라이머(208), 및 특정의 노출된 봉합재(206)를 더 포함한다. 본원에서 사용된 바와 같은 "프라이머(primer)" 또는 "프라이머 코팅 조성물(primer coating composition)"이란 용어는 보호용 또는 장식용 코팅 시스템의 적용을 위한 표면을 제조하기 위하여 기판상에 언더코팅(undercoating)을 침착시킬 수 있는 코팅 조성물을 지칭한다. 프라이머는 내식 보호를 위하여 제공할 수 있다. 실시태양에서, 프라이머는 또한 접착 및/또는 차단 특성에 기여할 수 있다. 예를 들면, 프라이머는 특정의 적합한 보호 코팅 조성물로부터 형성될 수 있다.
특정 실시태양에서, 프라이머는, 예를 들면, 에폭시/아민, 폴리우레탄, 케티민, 환형 카보네이트 제형, 폴리아스파테이트 코팅, 무수물/하이드록실, 멜라민/하이드록실, 라텍스, 음이온성 또는 양이온성 일렉트로코트(anionic or cationic electrocoat), 아연이 풍부한 프라이머, 및/또는 이들의 특정 조합중의 하나 이상을 포함하는 코팅 조성물로부터 형성될 수 있다. 실시예에서, 프라이머는 용매계 또는 수계일 수 있으며, 특정 실시태양에서는 고 고형분 및/또는 저 VOC 프라이머를 포함한다.
실시태양에서, 프라이머는 열경화성 폴리에폭사이드-폴리아민 조성물을 포함한다. 특정 실시태양에서, 프라이머는, 예를 들면, DP40LF 리피니시 프라이머(refinish primer), 듀라프라임(DURAPRIME), 파워크론(POWERCRON) 6000, 파워크론 150, HP-77-225 GM 프라이머 스페이서(Primer Surfacer), SPR67868A, 듀라나 UC51742 듀라나 분무형 알루미늄 압출 코팅 시스템, 및/또는 에어로스페이스 프라이머(Aerospace primer) CA 7502 (이들 모두 미국 펜실베니아주 피츠버그에 소재한 피피지 인더스트리즈, 인코포레이티드사로부터 상업적으로 입수가능하다)중의 특정의 하나 또는 이들의 특정 조합을 포함하는 코팅 조성물로부터 형성될 수 있다. 실시태양에서, 프라이머는 DP40LF, DP48LF, CA7502, 엔바이로베이스(Envirobase) 및/또는 NCP(이들 모두 미국 펜실베니아주 피츠버그에 소재한 피피지 인더스트리즈, 인코포레이티드사로부터 상업적으로 입수가능하다)를 포함한다.
실시태양에서, 프라이머는 불소-함유 중합체를 포함하는 폴리에폭사이드 및 폴리아민을 포함하는 톱코트와 조합으로 사용된다. 특정의 이러한 실시태양에서, 프라이머는 에폭시/아민을 포함한다.
다른 실시태양에서, 예를 들면 도 3에 도시된 광발전 모듈은 전기적으로 상호접속된 광발전 전지(220)와 톱코트(204) 사이에 배치되고, 광발전 전지(220)의 모두 또는 적어도 일부분, 및 특정의 노출된 봉합재(206)상에 적용되거나 침착된 제 2 유체 봉합재 또는 배면 봉합재(209)를 포함한다. 이러한 실시태양에서, 예를 들면, 톱코트는 폴리우레아 및 불소-함유 중합체를 포함한다. 이러한 실시태양에서, 예를 들면, 배면 봉합재(209)는 폴리우레탄 수지, 폴리우레아 수지, 또는 혼성 폴리우레탄-폴리우레아 수지, 또는 이러한 수지의 조합중의 적어도 하나를 포함하는 코팅 조성물을 포함한다. 실시예에서, 배면 봉합재(209)는 전면 봉합재(206)와 동일한 조성물을 포함한다. 예를 들면, 전면 및 배면 봉합재(206 및 209)는 각각 모두 톱코트(204)를 가진 액상 실리콘 봉합재를 포함한다. 그들은, 예를 들면, 결정질 실리콘 전지에 사용될 수 있다. 임의적으로는, 프라이머(208)가 사용될 수 있다.
실시태양에서, 예를 들면 도 4에 도시된 광발전 모듈은 배면 유체 봉합재(209)와 톱코트(204) 사이에 배치된 프라이머(208)를 더 포함한다. 코팅, 유체 봉합재 및/또는 보호 코팅중의 특정의 것은 UV 경화가능한 코팅을 포함할 수 있다.
톱코트는 단독으로 또는 프라이머 및/또는 배면 봉합재 및/또는 다른 코팅과 조합으로 봉합재 재료와 보호 코팅 시스템 사이에 광발전 전지 및 전기적 상호접속부를 봉합하기 위하여 적용될 수 있는 보호 코팅 시스템(110 또는 210)을 포함할 수 있다. 다양한 비제한적 실시태양에서, 보호 코팅 시스템은 1개, 2개, 또는 그 이상의 코트를 포함하되, 이때 특정의 코트 또는 코트들은 개별적으로 같거나 다른 코팅 조성물을 포함할 수 있다. 다양한 비제한적 실시태양에서, 광발전 모듈용의 보호 코팅 시스템을 포함하는 하나 이상의 코트(예를 들면, 프라이머, 타이 코트, 톱코트, 모노코트, 등등)를 생성하는데 사용된 코팅은 코팅 조성물 및 생성되는 경화된 코팅 필름내에 무기 입자를 포함할 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, 타이 코트는 (프라이머 또는 올드 코팅(old coating)과 같은) 언더라잉 코팅과 오버라잉 톱코트 사이의 접착을 촉진하거나 강화하도록 계획된 중간 코팅을 지칭한다. 예를 들면, 운모와 같은 미립상 광물 소재가 광발전 모듈(100 또는 200)용의 보호 코팅 시스템(110 또는 210)을 생성하는데 사용되는 코팅 조성물에 첨가될 수 있다. 실시태양에서, 무기 입자는 알루미늄. 실리카, 점토, 안료 및/또는 유리 플레이크 또는 이들의 조합을 포함한다. 무기 입자는 광발전 전지 및 전기적 상호접속부상에 적용된 프라이머, 타이 코트, 톱코트 및/또는 모노코트중의 하나 이상에 첨가되어 이들 성분들을 봉합할 수 있다.
경화된 코트내에 무기 입자를 포함하는 보호 코팅 시스템은, 예를 들면, 낮은 투습율 및/또는 낮은 침투율 값(permeance value)과 같은 개선된 차단 특성을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 운모 및 다른 광물성 미립자와 같은 무기 입자는 필름 또는 코트와 접촉하는 물 분자를 위한 운송 경로의 비틀림(tortuosity)을 증가시킴으로써 중합체성 필름 및 코트의 습기 차단 특성을 개선할 수 있다. 이러한 개선은 다양한 무기 입자의 비교적 편평한 판상체-유사 구조에 기인할 수 있다. 다양한 비제한적 실시태양에서, 무기 입자는 판상체 형상을 포함할 수 있다. 다양한 비제한적 실시태양에서, 무기 입자는 판상체 형상을 포함할 수 있으며, 5 내지 100 미크론 범위, 또는 그 범위에 포함되는 서브-범위의, 입자의 평균 두께 치수에 대한 입자의 평균 폭 치수의 비로서 정의되는 종횡비를 갖는다. 실시태양에서, 무기 입자는 10 내지 40 미크론 범위의 평균 입자 크기를 갖는다.
실시태양에서, 예를 들면, 운모와 같은 무기 입자는 경화된 코팅층내에 분산된다. 실시태양에서, 무기 입자는 기계적으로 교반되고/되거나 코팅내에 혼합되거나, 또는 슬러리의 생성 이후에 첨가된다. 혼합에 도움을 주기 위하여 계면활성제가 필요할 수 있거나 또는 필요하지 않을 수 있다. 실시태양에서, 무기 입자는 침강 없이 완전하게 분포될 때까지 혼합될 수 있다. 적절한 분산액을 제조하기 위하여 특정의 적합한 방법이 이용될 수 있다.
다양한 비제한적 실시태양에서, 광발전 모듈은, 기술 내용 전체가 본 명세서에서 참고로 인용된, 리어릭(Rearick) 등의 미국 특허공개 제 2004/0244829 호에 기술되어 있는 코팅 조성물로부터 형성된 톱코트, 모노코트, 및/또는 프라이머를 포함할 수 있다.
본 명세서에 기술된 다양한 실시태양에 따른 광발전 모듈의 최외곽 배면층에서의 코팅은 코팅 고형분의 0 중량% 이상 내지 40 중량%의 범위, 또는, 예를 들면, 8 내지 12 중량% 또는 약 10 중량%와 같은 그 범위에 포함되는 특정의 서브-범위의 담지 레벨(loading level)의 무기 입자를 포함할 수 있다. 톱코트와 광발전 전지 사이의 프라이머 및 전기적 상호접속부는 코팅 고형분의 0 중량% 이상 내지 40 중량%의 범위, 또는, 예를 들면, 8 내지 12 중량% 또는 약 10 중량%와 같은 그 범위에 포함되는 특정의 서브-범위의 담지 레벨의 무기 입자를 포함할 수 있다.
본 명세서에 기술된 다양한 실시태양에 따른 광발전 모듈의 최외곽 배면층 또는 톱코트를 포함하는 코팅층은 0.1 내지 1,000 g*mil/㎡*day의 범위, 또는, 예를 들면, 1 내지 500 g*mil/㎡*day와 같은 그 범위에 포함되는 특정의 서브-범위의 최대 침투율 값을 가질 수 있다. 톱코트와 광발전 전지 사이의 프라이머 및 전기적 상호접속부는 0.1 내지 1,000 g*mil/㎡*day의 범위, 또는, 예를 들면, 1 내지 500 g*mil/㎡*day와 같은 그 범위에 포함되는 특정의 서브-범위의 최대 침투율 값을 가질 수 있다. 실시태양에서, 프라이머에 대한 침투율은 톱코트의 침투율보다 작다. 적어도 하나의 톱코트 및 프라이머를 포함하는 2-층 또는 그 이상의 층 보호 코팅 시스템은 함께 0.1 내지 1,000 g*mil/㎡*day의 범위, 또는, 예를 들면, 1 내지 500 g*mil/㎡*day와 같은 그 범위에 포함되는 특정의 서브-범위의 최대 침투율 값을 가질 수 있다. 전면 투명체에 적용되거나 아니면 그에 인접하여 적용되는 액체 봉합재 재료는 0.1 내지 1,000 g*mil/㎡*day의 범위의 최대 침투율 값을 가질 수 있다.
도 5는 광발전 모듈(390)을 제조하기 위한 공정(300)의 비제한적이고 예시적인 실시태양을 예시한다. 단계(340)에서 전면 투명체(320)에 봉합재 재료를 적용하는 단계는 상기 전면 투명체의 일측상에, 예를 들면, 등명한 액체 봉합재와 같은 투명한 유체 봉합재 재료를 침착하는 단계를 포함할 수 있다.
광발전 전지 및 전기적 상호접속부는 단계(360)에서 유체 봉합재상에 배치되거나 적용될 수 있다. 다양한 비제한적 실시태양에서, 광발전 전지 및 전기적 상호접속부를 적용하는 단계는 사전-적용된 봉합재 재료상에 벌크상 광발전 전지 및 전기적 상호접속부를 배치하는 단계 및 상기 배치된 벌크상 광발전 전지 및 전기적 상호접속부를 상기 봉합재 재료와 압축하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 적용 단계는 또한 전지 및/또는 전지의 어셈블리를 전기적으로 접속하는 단계를 포함할 수도 있다. 실시태양에서, 봉합재 재료는 경화되어 벌크상 광발전 전지 및 전기적 상호접속부가 정위치에 및 전면 투명체에 고정된다. 특정 실시태양에서, 전기적으로 상호접속된 벌크상 광발전 전지는 전면 투명체의 일측에 적용된 유체 봉합재의 층내에 배치되어 압축될 수 있다. 유체 봉합재는 경화되어 조성물이 고화되고 광발전 전지 및 전기적 상호접속부가 정위치에 및 전면 투명체에 고정될 수 있다. 실시태양에서, 광발전 전지가 배치되지만, 보호 코팅 시스템의 적용 이후까지 경화되지 않는다. 다양한 다른 비제한적 실시태양에서, 단계(360)에서 광발전 전지 및 전기적 상호접속부를 적용하는 단계는 봉합재 재료상에 박막 광발전 전지의 층을 침착하는 단계를 포함할 수 있다.
보호 코팅은 단계(380)에서 광발전 전지의 적어도 일부분상에 적용되거나 침착된다. 실시태양에서, 보호 코팅을 적용하는 단계는 톱코트를 적용하는 단계를 포함한다. 실시태양에서, 보호 코팅을 적용하는 공정은 톱코트를 적용하기 전에 광발전 전지의 모두 또는 일부분 상에 프라이머를 적용하는 단계를 더 포함한다. 실시태양에서, 보호 코팅을 적용하는 공정은 톱코트를 적용하기 전에 광발전 전지의 모두 또는 일부분상에 배면 봉합재를 적용하는 단계를 포함한다. 다른 실시태양에서, 보호 코팅을 적용하는 공정은 톱코트를 적용하기 전에 광발전 전지의 모두 또는 일부분상에 배면 봉합재를 적용하는 단계 및 상기 배면 봉합재의 모두 또는 일부분 상에 프라이머를 적용하는 단계를 포함한다.
다양한 비제한적 실시태양에서, 본 기술분야의 전문가들에게 알려진 특정의 방식으로 특정의 적합한 코팅 적용 기법을 이용하여 보호 코팅을 포함하는 하나 이상의 코트를 광발전 전지 및 전기적 상호접속부의 모두 또는 일부분 상에 적용시키거나 침착시키고 경화시켜 그 위에 코트 또는 층(예를 들면, 톱코트, 프라이머 코트, 타이 코트, 클리어코트, 등등)을 형성시킬 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 코팅은 전기도금, 분무, 정전식 분무, 침지, 롤링, 브러싱, 롤러 코팅, 커튼 코팅, 제어식 디스펜싱(controlled dispensing), 흐름 코팅, 슬롯 다이 코팅 공정, 압출, 등에 의해 적용될 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같은 전면 투명체, 광발전 전지, 또는 또 다른 코팅에 대한 "~ 상에 침착된(deposited on)" 또는 "~위에 침착된(deposited over)" 또는 ~에 적용된(applied to)" 이란 용어는 그들의 표면 상에 또는 표면 위에 침착되거나 제공되지만 필수적으로 인접하지는 않은 것을 의미한다. 예를 들면, 코팅은 광발전 전지상에 직접 침착될 수 있거나 또는 하나 이상의 다른 코팅이 그들 사이에 적용될 수 있다. 코팅의 층은 전형적으로는 광발전 전지 또는 하나 이상의 다른 코팅상에 침착된 코팅이 실질적으로 경화되거나 건조될 때 형성될 수 있다. 또한, 실시태양에서, 전면 및/또는 배면 액상 봉합재는 상술된 코팅 적용 기법들중의 특정 기법을 이용하여 침착시킬 수 있다.
이어서, 하나 이상의 적용된 코트는 기판의 모두 또는 적어도 일부분상에서 보호 코팅 시스템을 형성할 수 있으며, 개별적으로는, 단일 코트로서, 또는, 전체적으로는, 하나 이상으로 코트로서 경화되었을 때 기판의 적어도 일부분상에서 보호 차단층을 포함할 수 있다. 하나의 이러한 코트는 경화되어 기판의 일부분상에 투명한 부분적인 또는 고체 코트를 형성하는 유체 봉합재(즉, 액상 봉합재 재료 또는 클리어코트)로부터 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 본원에서 사용된 바와 같은 "경화된(cured)"이란 용어는 액상 코팅 조성물로부터 형성된 필름 또는 층이 적어도 지촉 건조(set-to-touch) 상태인 액상 코팅 조성물의 상태를 지칭한다. 본원에서 사용된 바와 같은 "경화(cure)" 또는 "경화(curing)"란 용어는 액상 코팅 조성물이 액체 상태에서 경화된 상태로의 진행을 지칭하며, 용매 또는 담체 증발을 통한 코팅 조성물의 물리적 건조(예를 들면, 열가소성 코팅 조성물) 및/또는 코팅 조성물내의 성분들의 화학적 가교결합(예를 들면, 열경화성 코팅 조성물)을 포함한다. 실시태양에서, 하나 이상의 코팅은 UV에 의해 경화될 수 있다.
특정 실시태양에서, 단계(380)에서 보호 코트를 적용하여 언더라잉 유체 봉합재와 오버라잉 보호 코트 사이에 광발전 전지 및 전기적 상호접속부를 봉합함으로써 단계(390)에서 광발전 모듈을 생성한다. 다양한 비제한적 실시태양에서, 하나 이상의 보호 코트는 언더라잉 유체 봉합재와 하나 이상의 보호 코트 사이에 광발전 전지 및 전기적 상호접속부를 봉합하기 위하여 적용될 수 있다. 톱코트는, 톱코트가 고화되어 상기 톱코트가 하부 부품 및 재료에 부착됨으로써 광발전 전지 및 전기적 상호접속부상에 보호 코트가 생성되도록 경화될 수 있다. 다양한 비제한적 실시태양에서, 보호 코팅 시스템을 포함하는 2개 이상의 코팅이 순차적으로 경화될 수 있거나, 또는, 일부 실시태양에서는, 보호 코팅 시스템을 포함하는 2개 이상의 코팅이 웨트-온-웨트 방식(wet-on-wet)으로 적용되고 동시에 경화될 수 있다. 그 이후, 상부를 구성하는 코팅 조성물이 임의적으로 적용될 수 있다.
전면 투명체(102 또는 202)의 일측에 유체 봉합재 재료(106 또는 206)를 적용한 후, 언더라잉 봉합재 재료(106 또는 206)가 경화하기 전에 광발전 전지(120 또는 220) 및 (도시되지 않은) 전기적 상호접속부를 봉합하기 위하여 보호 코팅 시스템(110 또는 210)을 포함하는 하나 이상의 보호 코트(예를 들면, 코트 104 또는 204 및/또는 208)가 적용될 수 있는 것으로 이해된다. 이러한 실시태양에서, 언더라잉 봉합재 재료, 및 보호 코팅 시스템을 포함하는 오버라잉 코트는 광발전 전지 및 (도시되지 않은) 전기적 상호접속부가 전면 투명체에 고정되고 부착되도록 동시에 경화될 수 있다. 또한, 광발전 전지 및 (도시되지 않은) 전기적 상호접속부는 유체 봉합재와 보호 코팅 시스템을 포함하는 오버라잉 코트 사이에 봉합될 수 있다. 이러한 방식에서, 유체 봉합재, 임의의 프라이머 및/또는 배면 봉합재, 및 톱코트는 웨트-온-웨트 방식으로 적용된 다음 동시에 경화될 수 있다. 이와 다른 방식으로, 코트(206, 208 및/또는 209, 및 204)가, 예를 들면, 오버라잉 구성 코트의 적용 이전에 순차적으로 부분적으로 또는 완전하게 경화될 수 있거나, 또는, 일부 실시태양에서는, 유체 봉합재가 보호 코팅 시스템의 적용 이전에 부분적으로 또는 완전하게 경화될 수 있으며,동시에 톱코트가 웨트-온-웨트 방식으로 프라이머에 적용될 수 있으며 보호 코팅 시스템이 경화될 수 있다.
실시태양에서, 톱코트 또는 모노코트는 0.2 내지 25밀 범의의 두께, 또는, 예를 들면, 1 내지 10밀, 또는 5 내지 8밀과 같은 그 범위에 포함되는 특정 범위의 두께를 갖는 건조(경화된) 필름을 포함한다. 톱코트와 광발전 전지 사이의 프라이머, 전기적 상호접속부, 및 노출된 봉합재 재료는 0.2 내지 10밀 범의의 두께, 또는, 예를 들면, 1 내지 2밀과 같은 그 범위에 포함되는 특정 범위의 건조(경화된) 필름 두께를 가질 수 있다. 적어도 하나의 톱코트 및 프라이머를 포함하는 2개 또는 그 이상의 층 보호 코팅 시스템은 함께 0.5 내지 25밀 범의의 두께, 또는, 예를 들면, 1 내지 10밀, 또는 5 내지 8밀과 같은 그 범위에 포함되는 특정 범위의 건조(경화된) 필름 두께를 가질 수 있다. 전면 투명체에 적용된 액상 봉합재 재료는 0.2 내지 25밀 범의의 두께, 또는, 예를 들면, 5 내지 15밀, 또는 8 내지 10밀과 같은 그 범위에 포함되는 특정 범위의 건조(경화된) 필름 두께를 가질 수 있다.
도 6a 내지 도 6f는 프라이머 및 톱코트를 포함하는 2-코트 보호 코팅 시스템의 적용 단계를 포함하는 광발전 모듈의 제조 방법을 개략적으로 예시한다. 전면 투명체(202)(예를 들면, 유리 또는 폴리이미드 시트)는 도 6a에서 제공된다. 도 6b는 전면 투명체(202)의 일측상에 적용된 봉합재 재료(206)(예를 들면, 배치된 EVA 시트 또는 분무-코팅된 유체 봉합재)를 나타낸다. 도 6c에서, (예를 들면, 결정성 실리콘 웨이퍼를 포함하는) 광발전 전지(220)는 봉합재 재료(206)상에 적용된 것으로 나타나 있다(여기서, 전기적 상호접속부는 명확하게 나타나 있지 않다). 광발전 전지(220)(및 도시되지 않은 전기적 상호접속부)는 봉합재 재료(206)상에 배치될 수 있으며, 봉합재 재료(206)내에 압축될 수 있다. 봉합재 재료(206)는, 도 6d에 나타나 있는 바와 같이, 광발전 전지(220)(및 도시되지 않은 전기적 상호접속부)가 제위치에 및 전면 투명체(202)에 고정되도록 경화될 수 있다. 도 6e는 광발전 전지(220) 및 (도시되지 않은) 전기적 상호접속부상에 적용된 프라이머(208) 및 코팅을 나타낸다. 도 6f는 프라이머(208)상에 적용된 톱코트(204)를 나타내는데, 여기서 톱코트(204) 및 프라이머(208)는 함께 보호 코팅 시스템(210)을 포함한다.
본 명세서에 기술된 다양한 비제한적 실시태양들은 광발전 모듈의 제조시에 진공 적층 공정의 특정 단점들을 처리할 수 있다. 예를 들면, 본 명세서에 기술된 공정들은 광발전 전지 및 전면 투명체에 예비성형된 배면시트 및 배면측 봉합재 재료 시트를 적층하는 단계를 제거할 수 있다는 것을 인지할 수 있을 것이다. 본 발명에서 개시된 실시태양에서, 예비성형된 배면시트 및 배면측 봉합재 재료는 광발전 전지 및 전기적 상호접속부의 필적하거나 우수한 봉합 특성을 제공하는, 하나 이상의 적용된 코팅을 포함하는 보호 코팅 시스템으로 대체될 수 있다. 또한, 본 발명의 개시내용에서 기술된 보호 코팅 시스템은 광발전 모듈에 양호한 내구성, 습기 차단성, 내마모성 등과 같은 하나 이상의 장점들을 제공할 수 있다. 본 발명에서 개시된 실시태양에서, EVA 필름과 같은 종래의 봉합재 재료는 유체 봉합재로 대체될 수 있다. 실시태양에서, 종래의 봉합재 재료는 유체 봉합재로 대체될 수 있으며, 배면시트 및 배면측 봉합재 재료는 광발전 전지 및 전기적 상호접속부의 필적하거나 우수한 봉합 특성을 제공하는, 하나 이상의 적용된 코팅을 포함하는 보호 코팅 시스템으로 대체될 수 있다. 실시태양에서, 종래의 봉합재 재료를 대체하면 진공 적층에 대한 필요성을 제거할 수 있다.
다양한 실시태양들은 개시된 모듈 및 공정들의 구조, 기능, 특성, 및 용도의 전체적인 이해를 돕기 위하여 본 명세서에서 기술되고 예시되어 있다. 본 명세서에서 기술되고 예시된 다양한 실시태양들은 비-제한적이고 예시적인 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에서 개시된 다양한 비-제한적이고 예시적인 실시태양들의 기술내용으로 국한되지 않는다. 다양한 실시태양들과 관련하여 기술된 특징 및 특성들은 다른 실시태양들의 특징 및 특성들과 결합될 수 있다. 이러한 개선 및 변경은 본 발명 명세서의 범주내에 포함되는 것으로 생각된다. 이와 같이, 특허청구의 범위는 본 명세서내에서 분명하거나 본질적으로 기술되거나, 아니면 본 명세서에 의해 분명하거나 본질적으로 지지되는 특정의 특징 또는 특성들을 인용하도록 수정될 수 있다. 또한, 본 출원인은 종래 기술에 존재할 수 있는 특징이나 특성들을 단언적으로 부인하는 주장을 수정할 수 있는 권리를 보유한다. 따라서, 특정의 이러한 수정은 서술된 지원 요건들에 따른다. 본 명세서에서 개시되고 기술된 다양한 실시태양들은 본원에서 다양하게 기술된 특징 및 특성들을 포함하거나, 구성되거나, 또는 필수적으로 구성될 수 있다.
본 명세서에서, 달리 명시된 경우를 제외하고는, 모든 수치 파라미터는 모든 경우에 "약"이라는 용어에 의해 서술되고 변경되는 것으로 이해되어야 하며, 여기서 수치 파라미터는 파라미터의 수치 값을 결정하는데 사용되는 기본적인 측정 기법의 고유의 변동 특성을 소유한다. 적어도, 및 특허청구범위의 범주에 대한 균등론의 적용을 제한하지 않으려는 시도로서, 본 명세서에 기술된 각각의 수치 파라미터는 적어도 보고된 유효 숫자의 수의 관점에서 및 통상의 반올림 기법을 적용하는 관점에서 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 인용된 특정의 수치 범위는 인용된 범위내에 포함되는 동일한 수치 정밀도의 모든 하위 범위를 포함하는 것으로 간주된다. 예를 들면, "1.0 내지 10.0"의 범위는 1.0을 포함하는 인용된 최소값과 10.0을 포함하는 인용된 최대값 사이의 모든 하위 범위의 값, 즉, 예를 들면, 2.4 내지 7.6과 같은, 1.0과 동등하거나 그 이상의 최소값과 10.0과 동등하거나 그 미만의 최대값을 갖는 모든 하위 범위의 값을 포함하는 것으로 간주된다. 본 명세서에서 인용된 특정의 최대 수치 한계는 그 범위에 포함되는 모든 그보다 낮은 수치 한계를 포함하는 것으로 간주되며, 본 명세서에서 인용된 특정의 최소 수치 한계는 그 범위에 포함되는 모든 그보다 높은 수치 한계를 포함하는 것으로 간주된다. 따라서, 본 출원인은 본원에서 분명하게 인용된 범위내에 포함되는 특정의 하위 범위를 분명하게 인용하기 위하여 특허청구범위를 포함한 본 명세서를 수정할 수 있는 권리를 보유한다. 특정의 이러한 수정은 서술된 지원 요건들에 따른다. 본 명세서에서 개시되고 기술된 다양한 실시태양들은 본원에서 다양하게 기술된 특징 및 특성들을 포함하거나, 구성되거나, 또는 필수적으로 구성될 수 있다. 이러한 모든 범위는 본질적으로는 이러한 하위 범위를 분명하게 인용하는데 대한 수정이 서술된 지원 요건들에 따르도록 본 명세서에 기술된 것으로 간주된다.
본 명세서에서 사용된 단수 형태는 달리 지적되지 않는 한은 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 포함하는 것으로 간주된다. 따라서, 이들 관사는 본 명세서에서는 하나 이상(즉, 적어도 하나)의 문법적 객체를 지칭하는 것으로 사용된다. 예로서, "하나의 광발전 전지"는 하나 이상의 광발전 전지를 의미하며, 따라서, 하나 이상의 광발전 전지가 고려되며, 기술된 실시태양의 구현시에 사용되거나 이용될 수 있다. 또한, 문맥의 사용상 달리 요구하지 않는 한, 단수 명사의 사용은 복수형을 포함하며, 복수 명사의 사용은 단수형을 포함한다.
본원에서 기술된 특정 실시태양에서, 특정 성분 및/또는 코트는 서로 "인접한(adjacent)" 것으로서 지칭될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 이와 관련하여, 인접은 상대적인 용어로서 및 광발전 모듈을 포함하는 층, 코트, 광발전 전지 등을 설명하기 위하여 사용되는 것으로 생각된다. 하나 이상의 코트 또는 성분이 또 다른 인접한 성분 또는 코트 옆에 직접적으로 배치되거나 또는 간접적으로 배치될 수 있는 것으로 생각된다. 하나의 코트 또는 성분이 또 다른 성분 또는 코트 옆에 간접적으로 배치되는 실시태양에서, 추가의 삽입층, 코트, 광발전 전지 등이 인접한 성분들 사이에 배치될 수 있는 것으로 생각된다. 따라서, 및 한 예로서, 제 1 코트가 제 2 코트에 인접하여 배치되는 경우, 제 1 코트는, 필수적인 것은 아니지만, 제 2 코트에 직접적으로 옆에 배치되어 부착될 수 있는 것으로 생각된다.
본원에서 확인되는 특정의 특허, 간행물, 또는 다른 개시 자료는 달리 지적되지 않는 한 그 전체 내용이 본원에서 참고로 인용되지만, 단지 인용된 자료는 본 명세서에서 분명하게 설명된 기존의 정의, 진술, 또는 다른 개시 자료와 상충되지 않는다. 이와 같이, 및 필요한 범위까지, 본 명세서에서 설명된 개시내용은 본원에서 참고로 인용된 특정의 상충하는 자료를 대체한다. 본 명세서중에 참고로 인용되지만 본원에서 설명된 기존의 정의, 서술, 또는 다른 개시내용과 상충하는 특정 자료 또는 그의 일부분은 단지 인용된 자료와 기존의 개시 자료 사이에서 전혀 상충하지 않는 범위까지만 인용된다. 본 출원인(들)은 본원에서 참고로 인용되는 특정의 주체, 또는 그의 일부분을 분명하게 인용하도록 본 명세서를 수정할 권리를 보유한다.
하기의 비-제한적이고 예시적인 실시예는 본 명세서에 기술된 실시태양의 범주를 제한하지 않고서 다양한 비-제한적이고 예시적인 실시태양을 더 기술하려는 것이다.
실시예
실시예 - 1
일측상에 전면 투명체 및 봉합재를 갖는, 광발전 전지 및 전기적 상호접속부를 포함하는 보호 코팅 시스템 및 (톱코트; 톱코트 및 프라이머; 톱코트 및 배면 봉합재; 또는 톱코트, 프라이머 및 백코트 봉합재중의 하나를 포함하는) 보호 코팅 시스템을 포함하는 광발전 모듈을 문헌[참조: International standard IEC 61215, second edition, 2005, "결정질 실리콘 지상파 광발전(PV) 모듈 - 설계 검증 및 형식 승인(Crystalline silicon terrestrial photo voltaic (PV) modules -Design qualification and type approval)"]에 따라 평가하였다. 보호 코팅 시스템을 포함하는 광발전 모듈을 EVA 공중합체 배면 봉합재 재료 및 TPT 배면 시트를 포함하는 광발전 모듈과 비교하였다. 대조 시험용 광발전 모듈은 스파이어 코포레이션(Spire Corporation)(미국 메사츄세츠주 베드포드 소재), 솔라 파워 인더스트리즈(Solar Power Industries (SPI)) 및 에버브라이트 솔라(Everbright Solar)사로부터 입수하였으며, 적층된 EVA 공중합체 전면 포팅 봉합재 재료의 시트로 유리질 전면 투명체에 부착시킨 결정질 실리콘 광발전 전지 및 전기적 상호접속부(탭 및 버스바)로 구성되었다.
유리질 전면 투명체, EVA 공중합체 전면 봉합재 재료의 단일 시트, EVA 공중합체 배면 봉합재 재료의 단일 시트, 및 폴리비닐 플루오라이드의 사이에 결정질 실리콘 태양 전지를 진공 적층시킴으로써 결정질 실리콘 광발전 전지 및 전기적 상호접속부를 유리와 배면 시트 사이에 개재된 EVA 공중합체내에 봉합시켜 일차 제어 모듈(primary control module)을 제조하였다. 실험 모듈은 피피지 인더스트리즈, 인코포레이티드사에서 PV 유리상에 유체 봉합재를 침착하고, 납땜된 결정질 실리콘 광발전 전지 및 전기적 상호접속부 아래에 놓은 다음 기포 유입을 최소화시키고, (임의적으로는, 유체 봉합재 및/또는 프라이머 코트의 다른 층을 침착하고), 이어서 톱코트를 분무 코팅한 다음 경화시킴으로써 제조하였다.
a. 육안 검사 - 시험 절차 61215- 10.1
각각의 실험용 및 대조용 광발전 (즉, 시험용) 모듈을 IEC 61215- 10.1.2 에 기술된 바와 같이 가시적 결점에 대해 검사하였다. 갈라지거나 파손된 전지가 전혀 관찰되지 않았다. 시험 모듈의 표면은 끈적이지 않았으며, 봉합재 재료 또는 코팅 계면에서 결합 및 접착 실패가 전혀 확인되지 않았다. 박리 및 기포가 전혀 없었다. 불량한 상호접속부 또는 전기적 종단(electrical termination)이 전혀 확인되지 않았다. 일반적으로, 성능에 악영향을 미칠 것으로 예상되는 관찰가능한 조건은 전혀 없었다.
b. 최대 출력 측정 - 시험 절차 IEC 61215- 10.2
IEC 61215- 10.2.3 에 기술된 표준 절차에 따라 인공 태양을 이용하고 1 태양(1 sun)의 인공 태양 조사강도를 이용하여 각각의 시험 모듈에 대해 최대 출력(maximum power)(Pm) 및 충전율(fill factor)(FF)을 측정하였다. 각각의 시험 모듈은 내구성 시험 전후에 측정하였다. Pm 및 FF 도 또한 각각의 시험 도중에 다양한 시간 간격으로 측정하여 성능 진행을 모니터링하였다.
c. 절연 시험 - 시험 절차 IEC 61215 - 10.3
IEC 61215 - 10.3.4 에 기술된 표준 시험 절차에 따라 각각의 시험 모듈에 대해 드라이 전류 누설(Dry current leakage)을 측정하였다. 시험 모듈이 단지 하나의 광발전 전지만을 포함하고 50V를 초과하지 않는 최대 시스템 전압을 가졌기 때문에, IEC 61215 - 10.3.3c 에 기술된 바와 같이 이러한 시험에 대해 500V의 인가 전압을 사용하였다. 모든 시험 모듈이 IEC 61215 - 10.3.5 에 규정된 시험 요건을 통과하였다, 즉, 절연 저항은 ㎡ 당 400 ㏁, 및 40 ㏁ 을 초과하지 않는다. 이러한 절연 시험은 내구성 시험 전후 및 내구성 시험 도중에 다양한 시간 간격으로 측정하여 성능 진행을 모니터링하였다.
d. 내습-내열성 시험 - 시험 절차 IEC 61215 - 10.13
시험 모듈을 IEC 61215- 10.13.2 에 기술된 내습-내열성 시험 절차에 따라 처리하여 고온 및 고습도 노출에 대한 내구성을 측정하였다. 시험 모듈은 1000시간의 기간 동안 85℃ 및 85% 상대습도에 노출시켰다. 시험 모듈을 500시간의 시간 간격으로 평가하기 위하여 내습-내열 챔버로부터 회수하여 모듈 성능이 시험 기간 전체를 통하여 시간의 경과에 따라 어떻게 영향을 받는지를 평가하였다. 이어서, 회수된 모듈을 내습-내열 챔버로 되돌려 보내 계속 노출시켰다. 각각의 시험 모듈을 3회 시험하였다.
시험 결과가 하기 표 1에 기록되어 있으며, 도 7a 및 7b에 도시되어 있다.
표 1 1 - P M ( mW )
Figure pct00001
일반적으로, 모든 시험 모듈은 Pm에서 약 1600 mW의 출력을 나타내었다. 실험용의 코팅된 시험 모듈은 대조용 EVA/배면 시트 적층 시험 모듈과 대략 같은 Pm 출력을 나타내었다(표 1). 충전율 측정에 대해서도 유사한 결과가 관찰되었다.
대조용 EVA/배면 시트 적층 시험 모듈은 총 1000시간의 내습-내열성 시험에 걸쳐 최대 출력에서 5% 미만의 손실을 나타내었다. 충전율 측정에 대해서도 유사한 결과가 관찰되었다. 실험용의 코팅된 시험 모듈은 내습-내열성 시험에서 500시간의 노출 후에 안정한 최대 출력을 나타내었다. 그룹 4는 약간의 품질저하를 나타내었다. 1000시간 노출 후, 그룹 2, 6 및 8은 이러한 디자인 중에서 최상으로 수행되었으며, 대조군에 밀접하다. 그룹 4는 최소 성능 및 본래 Pm 의 거의 50% 손실을 나타내었다.
e. 열 순환 시험 - 시험 절차 IEC 61215- 10.11
시험 모듈을 (전류없이) IEC 61215 -10.11.3에 기술된 열 순환 시험 절차로 처리하여 -40℃와 85℃ 사이의 열 순환에 대한 시험 모듈의 내구성을 평가하였다. 열 순환을 200 사이클 반복하였다. 200 사이클이 모두 완결된 후 시험 모듈을 분석하였으며; 중간 사이클 간격에서는 전혀 분석을 실시하지 않았다. 각각의 시험 모듈을 3회 시험하였다. 시험 결과가 하기 표 2 및 도 8a 및 8b에 기록되어 있다.
표 2 - P M (mW)
Figure pct00002
대조용 적층 시험 모듈은 열 순환 시험에서 양호한 내구성을 나타내었다. 3개의 대조용 시험 모듈로부터의 평균 출력 전력은 50 및 200 온도 사이클 후에 5% 미만까지 감소하였다. 이와 유사하게, 주요 실험용의 코팅된 시험 모듈은 50 및 200 온도 사이클 후에 평균 출력 전력에서 5% 미만의 감소를 나타내었다.
f. 고온 가습-동결 시험(Humidity Freeze Test) - 시험 절차 IEC 61215 - 10.12
시험 모듈을 (전류없이) IEC 61215- 10.12.3에 기술된 열 순환 시험 절차로 처리하여 -40℃와 85℃ 사이의 열 순환 및 85% 상대습도에 대한 시험 모듈의 내구성을 평가하였다. 열 순환을 11 사이클 반복하였다. 11 사이클이 모두 완결된 후 시험 모듈을 분석하였으며; 중간 사이클 간격에서는 전혀 분석을 실시하지 않았다. 시험 결과가 하기 표 3 및 도 9에 기록되어 있다.
표 3 - P M (mW)
Figure pct00003
1 표 1 내지 3에서, 봉합재, 봉합재 A 및 봉합재 B는 3가지의 다른 폴리우레탄 수지를 포함한다. 프라이머는 표 4에 기재된 프라이머 1이다. 톱코트 A 및 B는 표 4에서 확인된다.
모든 시험용 모듈은 대조군과 유사하게 이러한 노출후에 Pm에 대해 5% 미만의 강하를 갖는다.
실시예 - 2
3개의 프라이머 코팅 조성물, 2개의 톱 코팅 조성물; 및 다양한 봉합재 조성물의 습기 차단 특성을 측정한 다음, EVA 공중합체 봉합재 재료 필름 및 폴리비닐 플루오라이드 배면 시트의 습기 차단 특성에 대해 비교하였다. 시험된 재료는 표 4에 열거되어 있다. 입수(as-received) EVA 공중합체 필름은 458 g*mil/㎡*day의 측정된 침투율을 가졌으며, 진공 적층 공정으로 처리된 EVA 공중합체 재료는 399 g*mil/㎡*day의 측정된 침투율을 가졌다. 입수 테들라®(Tedlar®) 배면 시트 재료는 30 g*mil/㎡*day의 측정된 침투율을 가졌다. 코팅 조성물을 캐스팅한 다음 경화시켜 프리스탠딩 필름(단일층 필름 또는 2-층 필름)을 형성시켰다.
표 4 - 시험된 재료
Figure pct00004
더 낮은 침투율 값은 더 높은 경화 온도를 사용할 경우에 달성될 수 있다. 이는 더 높은 가교 밀도가 더 높은 경화 온도에서 달성되고, 더 높은 가교 밀도는 필름의 투습 저항을 증가시킨다는 개념과 일치한다.
실시예 - 3
2개의 프라이머 코팅 조성물, 1개의 톱 코팅 조성물; 및 프라이머 코팅 및 톱 코팅 조성물의 2-층 시스템의 습기 차단 특성을 다양한 담지 수준의 운모를 첨가하면서 및 첨가하지 않고서 측정하였다. 시험된 재료는 표 5에 열거되어 있다. (운모가 첨가된 및 첨가되지 않은) 코팅 조성물을 캐스팅한 다음 경화시켜 프리스탠딩 필름(단일층 필름 또는 2-층 필름)을 형성시킨 다음, 필름의 수증기 전송률 및 침투율 값을 측정하였다. 2가지 타입의 운모가 사용되었다: 입수 운모 및 커플링제로 표면 처리한 후의 운모. (코팅/표면 처리는 제삼자인 아쿠론, 인코포레이티드(Aculon, Inc.)에 의해 실시되었다.)
다양한 캐스트 코팅 필름에 대한 결과가 표 6에 기록되어 있다.
표 5 - 시험된 재료
Figure pct00005
표 6 - 침투율(g* mil /㎡* day )
Figure pct00006
표 7 - 침투율(g*mil/㎡*day)
Figure pct00007
첨가제로서 처리된 운모 및 미처리된 운모 모두의 효과를 톱코트 및 프라이머 코트 모두에서 평가하였다. 코라플론®(Coraflon ®) 프리스탠딩 필름중의 운모 담지를 0 내지 20 중량%로 변화시켰다(표 6). 결과는 운모를 첨가하면 더 높은 담지 수준에서 침투율을 50% 정도까지 감소할 수 있음을 보여준다. 표면-처리된 운모는 코팅 고형분을 기준으로 10 wt% 담지에서 침투율을 45%까지 감소시키는 것으로 나타나는 반면, 미처리된 운모는 유사한 수증기 차단 성능을 달성하는데 20 wt% 담지가 필요하였다. 운모가 첨가되지 않은 DP40LF/코라플론® 2-층 필름의 수증기 침투율은 운모가 첨가된 코라플론® 모노층 필름에 대한 최상의 결과와 동등하였다. 프라이머/톱코트 시스템중의 코라플론®에 운모를 첨가하면 침투율이 약 25%까지 감소하였다. 처리된 운모를 20wt% 첨가하면 프라이머/톱코트 시스템에 대한 침투율 값이 테들라® 배면 시트의 침투율 값의 거의 반값, 즉, 30 g*mil/㎡*day 에 비해 17 g*mil/㎡*day 으로 되었다.
프라이머 코트에 운모를 첨가하는 이득은 코라플론® 톱코트에서 관찰된 이득과 다소 다르다. DP40LF 프라이머 코트의 경우, 고팅 고형분 함량의 10 중량% 미처리된 운모를 첨가하면 침투율이 15%까지 감소하였다(표 5). DP40LF 프라이머 코트에 처리된 운모를 첨가하면 침투율이 30% 이상 감소하였다. 10 중량%의 미처리된 운모를 첨가하면 CA7502 프라이머 필름에 대한 수증기 침투율이 32% 감소하였다. 10 중량%의 처리된 운모를 첨가하면 CA7502 프라이머 필름의 침투율이 18%까지 감소하였다.
이러한 결과는, 예를 들면, 운모와 같은 무기질 미립자 재료를 코팅 조성물에 첨가하면 광발전 모듈 봉합에 대한 개선된 차단 특성을 제공하는 보호 코팅 시스템이 생성된다는 사실을 보여준다.
유체 봉합재의 제조시에 사용하기 위한 수지는 하기 실시예 4a 내지 4d에 기술된 바와 같이 합성하였다. 실시예 4a, 4b 및 4c는 실시예 4d에서 제조된 이소시아네이트-작용성 수지와 결합될 경우 폴리우레탄 봉합재를 제조하기 위하여 사용되는 폴리에스테르 폴리올 수지이다. 실시예 4d는 또한 하기 실시예 6a에 기술된 아민과 결합될 경우 폴리우레아 봉합재를 제조하는데 사용된다.
실시예 4a
폴리에스테르 폴리올 수지는 하기 표 8에서 확인되는 성분으로부터 및 하기에 기술된 바와 같이 제조하였다:
표 8 - 폴리에스테르 폴리올 수지
Figure pct00008
236g의 1,6-헥산디올, 180g의 2-메틸-1,3-프로판디올, 143g의 트리메틸올 프로판, 584g의 아디프산, 1.14g의 부틸주석산 및 0.57g의 트리페닐 포스파이트 전체를 교반기, 온도 프로브, 증류 헤드를 가진 스팀 가열식 환류 콘덴서가 장착된 적합한 반응 용기에 첨가하였다. 반응기를 질소의 흐름으로 세척하기 위하여 사용되는 유입구를 반응기에 장착하였다. 플라스크의 내용물을 93℃로 가열한 다음, 164℃까지 계속 가열하였다. 질소 캡을 질소 살포로 스위칭시켰다. 이때, 물이 반응으로부터 진화하기 시작하였다. 반응 혼합물의 온도를 193℃에 이어서 216℃로, 최종적으로 221℃로 상승시킨 다음, 142g의 물이 증류되어 반응 혼합물의 산가가 4.7로 확인될 때까지 그 온도를 유지하였다. 반응기의 내용물을 냉각시킨 다음 쏟아 부었다. 최종 물질은 폴리스티렌 표준물에 대해 측정하였을 때 98%의 고형분 함량, 177의 하이드록실가 및 4,375의 중량 평균 분자량을 가진 점성 액상 물질이었다.
실시예 4b
폴리에스테르는 하기 성분으로부터 하기에 기술된 바와 같이 제조하였다:
표 9 - 폴리에스테르 폴리올 수지
Figure pct00009
177g의 1,6-헥산디올, 135g의 2-메틸-1,3-프로판디올, 215g의 트리메틸올 프로판, 438g의 아디프산, 0.96g의 부틸주석산 및 0.48g의 트리페닐 포스파이트 전체를 교반기, 온도 프로브, 증류 헤드를 가진 스팀 가열식 환류 콘덴서가 장착된 적합한 반응 용기에 첨가하였다. 반응기를 질소의 흐름으로 세척하기 위하여 사용되는 유입구를 반응기에 장착하였다. 플라스크의 내용물을 93℃로 가열한 다음, 141℃까지 계속 가열하였다. 질소 캡을 질소 살포로 스위칭시켰다. 이어서, 반응 혼합물을 164℃로 가열하였다. 이때, 물이 반응으로부터 진화하기 시작하였다. 반응 혼합물의 온도를 197℃에 이어서 최종적으로 222℃로 상승시킨 다음, 106g의 물이 증류되어 반응 혼합물의 산가가 1.3으로 확인될 때까지 그 온도를 유지하였다. 반응기의 내용물을 냉각시킨 다음 쏟아 부었다. 최종 물질은 폴리스티렌 표준물에 대해 측정하였을 때 94%의 고형분 함량, 303의 하이드록실가 및 2,291의 중량 평균 분자량을 가진 점성 액상 물질이었다.
실시예 4c
폴리에스테르는 하기 성분으로부터 하기에 기술된 바와 같이 제조하였다:
표 10 - 폴리에스테르 폴리올 수지
Figure pct00010
177g의 1,6-헥산디올, 135g의 2-메틸-1,3-프로판디올, 161g의 트리메틸올 프로판, 438g의 아디프산, 0.91g의 부틸주석산 및 0.46g의 트리페닐 포스파이트 전체를 교반기, 온도 프로브, 증류 헤드를 가진 스팀 가열식 환류 콘덴서가 장착된 적합한 반응 용기에 첨가하였다. 반응기를 질소의 흐름으로 세척하기 위하여 사용되는 유입구를 반응기에 장착하였다. 플라스크의 내용물을 93℃로 가열한 다음, 164℃까지 계속 가열하였다. 질소 캡을 질소 살포로 스위칭시켰다. 이때, 물이 반응으로부터 진화하기 시작하였다. 반응 혼합물의 온도를 184℃에 이어서 최종적으로 221℃로 상승시킨 다음, 103g의 물이 증류되어 반응 혼합물의 산가가 0.8로 확인될 때까지 그 온도를 유지하였다. 반응기의 내용물을 냉각시킨 다음 쏟아 부었다. 최종 물질은 폴리스티렌 표준물에 대해 측정하였을 때 96%의 고형분 함량, 249의 하이드록실가 및 2,863의 중량 평균 분자량을 가진 점성 액상 물질이었다.
실시예 4d
폴리이소시아네이트 수지는 하기 성분으로부터 하기에 기술된 바와 같이 제조하였다:
표 11 - 폴리이소시아네이트 수지
Figure pct00011
총 484g의 이소포론 디이소시아네이트를 교반기, 온도 프로브 및 환류 콘덴서가 장착된 적합한 반응 용기에 첨가하였다. 반응기를 질소의 흐름으로 세척하기 위하여 사용되는 유입구를 반응기에 장착하였다. 총 682g의 테트라탄(Terathane) 650을 반응기에 첨가한 다음, 내용물을 완전히 혼합하였다. 총 0.08g의 디부틸주석 디라우레이트를 반응기에 첨가한 다음, 내용물을 15분 동안 교반하였다. 플라스크의 내용물을 52℃로 가열하고, 이어서 86℃로 가열하였다. 반응기의 내용물이 발열하기 시작하였으며, 122℃까지 계속 가열하였다. 발열이 진정되었을 때, 내용물의 이소시아네이트 당량을 측정한 결과 519로 확인되었다. 이어서, 반응기의 내용물을 80℃로 냉각하였다. 총 880g의 데스모더(Desmodur) XP2580 및 879g의 데스모더 XP2410을 반응기에 첨가한 다음, 내용물을 15분 동안 혼합하였다. 최종 물질은 폴리스티렌 표준물에 대해 측정하였을 때 97%의 고형분 함량, 259 g/당량의 이소시아네이트 당량 및 1,876의 중량 평균 분자량을 가진 액상 수지였다.
실시예 - 5a-5c
폴리우레탄 유체 봉합재 제형은 실시예 4의 수지를 사용하여 아래와 같이 제조하였다.
표 12 - 폴리우레탄 유체 봉합재
Figure pct00012
실시예 5a, 5b 및 5c를 위하여 플락텍 믹싱 컵(Flaktek mixing cup)내에서 총 200.00g을 개별적으로 제조하였다. 3개의 실시예는 모두 하이드록실 패키지 및 이소시아네이트의 2 성분 시스템을 포함하였다. 하이드록실 패키지는 믹싱 컵내에서 일차적으로 폴리올 (수지)를 첨가한 다음 이차적으로 (트리메틸올 프로판(TMP)과 같은) 특정의 하이드록실 첨가제를 첨가하여 단일 성분을 형성함으로써 제조된다. (이러한 성분이 첨가제를 포함하는 경우, 이소시아네이트의 첨가 이전에 혼합될 수 있다.) 하이드록실 패키지가 제조되었을 때, 이소시아네이트가 컵에 첨가될 것이며; 일반적으로 이소시아네이트 성분은 더 낮고 더 실행가능한 점도를 위하여 가온된다. 이소시아네이트가 첨가된 후, 촉매(디부틸주석 디라우레이트, DBTDL)를 피펫으로 첨가한다. 이어서, 믹싱 컵을 밀봉한 다음 3의 회전속도에서 15초 동안 D&Q 혼합 상태로 놓아 둔다. D&Q 혼합이 완성되었을 때(및 5초간의 안전 지연시간이 경과하여 잠금 해제되었을 때), 혼합물을 투명체 및 유리 기판위에 쏟아 부은 다음 8 mil 스퀘어(square)를 사용하여 하방 연신시켰다.
하방 연신이 준비되었을 때, 샘플을 실온에서 24시간 동안 유지시킨 다음, 140℃의 고온실내에 추가로 24시간 동안 놓아 두었다. 제거하자 마자, 샘플을 냉각시킨 다음, 시험용으로 제조하였다. 유리 샘플을 엑스라이트 컬러 아이 7 분광 광도계(XRight Color Eye 7 Spectrophotometer)를 이용하여 투과율(% 최소값) 및 흐림율(%)에 대해 시험하였다. 이어서, 유리 샘플을 크로스해치 접착 시험에 의해 접착성에 대해 시험한 다음, 2"x4" 샘플로 절단하였다. 이들 단편들을 500시간 동안 100℉ 및 100% 습도를 갖는 습도 캐비넷(humidity cabinet)내에 놓아 두었다. 이어서, 샘플을 제거하여 밤새 건조시킨 다음, 투과율, 흐림율 및 접착성을 다시 측정하였다. 자유 필름 시험(free film testing)을 위하여 투명체 필름을 박리시켰다. 좁은 스트립을 인스트론 SFL 시험용으로 절단하여 인장강도(MPa), 신도(%) 및 영률(MPa)를 측정하였으며, DMA 2980 시험용 스트립으로 가교 밀도(mmol/cc) 및 Tg(℃)를 측정하였다. 유리 필름을 (MVTR(Moisture Vapor Transfer Rate), 수증기 전달속도를 위한) 리씨 L80-5000 수증기 투과도 시험기(Lyssy L80-5000 Water Vapor Permeability Tester)상에서 시험하기 위하여 더 큰 환형 또는 사각형 샘플로 절단하여 각각의 샘플에 대한 침투율 값을 측정하였다.
실시예 - 6a
폴리우레아 유체 봉합재 제형은 실시예 4의 수지를 사용하여 아래와 같이 제조하였다.
표 13 - 폴리우레아 유체 봉합재
Figure pct00013
실시예 6a를 위하여 플락텍 믹싱 컵내에서 총 200.00g을 제조하였다. 실시예는 아민 패키지 및 이소시아네이트의 2 성분 시스템을 포함하였다. 아민 패키지는 믹싱 컵내에서 일차적으로 아민(들)을 함께 첨가하여 단일 성분을 형성시킴으로써 제조하였다. (이러한 성분은 이소시아네이트 성분의 첨가 이전에 혼합될 수 있다.) 아민 패키지가 제조되었을 때, 이소시아네이트를 컵에 첨가하였으며; 일반적으로 이소시아네이트 성분은 더 낮고 더 실행가능한 점도를 위하여 가온된다. 이소시아네이트가 첨가된 후 즉시, 믹싱 컵을 밀봉한 다음 3의 회전속도에서 15초 동안 D&Q 혼합 상태로 놓아 두었다. D&Q 혼합이 완성되었을 때(및 5초간의 안전 지연시간이 경과하여 잠금 해제되었을 때), 혼합물을 투명체 및 유리 기판위에 쏟아 부은 다음 8 mil 스퀘어를 사용하여 하방 연신시켰다.
표 12 및 13에 나타난 실시예 5a 내지 5c 및 6a의 경우: 실시예 4d의 이소시아네이트는 사내(in house)에서 입수하였다는 사실에 주목해야 한다. 아민인 클리어링크 1000 및 제파민 D2000 및 SD231은 헌츠만(Huntsman)사로부터 입수하였다. 아민인 데스모펜 NH1420 및 이소시아네이트 수지인 데스모더 XP2580 및 데스모더 XP2410은 바이엘 머티리얼 사이언스(Bayer Material Science)사로부터 입수하였다. 실시예 4a, 4b, 및 4c는 사내에서 입수하였다.
보호 배면 코팅은 다음과 같이 제조하였다. 코팅을 알루미늄 또는 이형 필름상에 핸드건(hand gun)으로 분무하였다. 이어서, 특정 시험을 하기 전에 이를 상이한 조건(실온에서 7일 동안, 또는 140℉에서 30분 동안)에서 경화시켰다. 필름의 좁은 스트립을 DMA 2980 시험을 위해 절단하여 가교 밀도(mmol/cc) 및 Tg(℃)를 측정하였다. 유리 필름을 (MVTR, 수증기 전달속도를 위한) 리씨 L80-5000 수증기 투과도 시험기상에서 시험하기 위하여 더 큰 환형 또는 사각형 샘플로 절단하여 각각의 샘플에 대한 침투율 값을 측정하였다. 알루미늄상의 필름은 티에디그(Thiedig) 박사에 의해 크로스해치 접착성 및 체적 저항률에 대해 시험하였다. 그 결과가 하기 표 14에 나타나 있다.
표 14 - 보호 코팅 실시예
Figure pct00014
본 발명의 개시내용에서 설명된 바와 같이, 본원에서 제시된 특정 실시태양은 광발전 모듈의 제조를 위한 진공 적층 공정의 사용과 관련된 하나 이상의 단점들을 해결할 수 있다. 예를 들면, 본원에서 설명된 바와 같이, 본 발명의 공정은 진공 적층 단계가 제거됨으로써 연속 처리가 가능하고 제조 효율을 개선할 수 있는데, 이는 후자의 공정이 배치식 또는 반배치식이며 노동집약적이기 때문이다. 또한, 이러한 단계의 제거는 진공 적층 공정을 수행하는데 요구되는 진공 적층 장치에 대한 필요성을 제거함으로써, 제조 시간 및 제조 비용을 상당히 증가시키는 자본-집약적인 설비를 감소시키거나 제거할 수 있다. 또한, 전면 투명체와 배면 시트 사이에 광발전 전지를적층하기 위하여 진공 압력 및 압축 압력을 인가하는 것은 벌크상 광발전 전지를 포함하는 광발전 반도체 재료 웨이퍼상에 큰 기계적 응력을 유도한다. 반도체 재료(예를 들면, 결정질 실리콘)는 일반적으로 취성이며, 그를 구성하는 웨이퍼는 진공 적층 공정 도중에 유도된 기계적 응력하에 파손될 수 있다. 이러한 파손 문제는 진공 적층 공정에 내재하는 기계적 응력하에서 더 쉽게 파손되는 비교적 얇은 웨이퍼를 포함하는 광발전 모듈을 제조하려고 시도할 때 악화된다. 진공 적층 공정을 제거하면 제조 공정과 관련된 기계적 응력을 감소시킬 수 있다. 또한, 광발전 전지/전면 유리에 예비-성형된 배면 시트 및 배면측 봉합재 재료 시트를 적층하는 단계를 제거하면 생성되는 광발전 모듈의 질량과 부피를 감소시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 코팅 조성물 및 그들과 관련된 코팅 시스템 또는 구조는 양호한 내구성, 습기 차단성, 내마모성 등과 같은 하나 이상의 장점들을 제공할 수 있다.
본 명세서는 다양한 비제한적이고 예시적인 실시태양을 참고로 서술되었다. 그러나, 본 기술 분야의 전문가들은 본 명세서의 범주내에서 개시된 실시태양(또는 그의 일부)의 다양한 치환, 개량, 또는 특정 조합이 이루어질 수 있음을 인지할 것이다. 따라서, 본 명세서가 본원에서 명확하게 설명되지 않은 추가적인 실시태양을 지지한다는 것이 고려되고 이해될 것이다. 이러한 실시태양들은, 예를 들면, 본 명세서에 기술된 다양한 비제한적 실시태양의 특정의 개시된 단계, 단계 순서, 성분, 요소, 특징, 양태, 특성, 한계 등을 조합하거나, 개량하거나, 또는 재조합함으로써 수득될 수 있다. 이러한 방식에서, 본 출원인은 본 명세서에서 다양하게 기술된 바와 같은 특징을 첨가하기 위해 절차의 진행 도중에 특허청구범위를 보정할 권리를 보유하며, 이러한 보정은 문언적 명세서 지지 요건을 충족한다.

Claims (20)

  1. 전면 투명체;
    상기 전면 투명체의 적어도 일부분상에 침착된 유체 봉합재(encapsulant);
    상기 유체 봉합재상에 배치된 전기적으로 상호접속된 광발전 전지(photovoltaic cell); 및
    상기 전기적으로 상호접속된 광발전 전지의 적어도 일부분상에 침착된 톱코트
    를 포함하는 광발전 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 봉합재가 폴리우레탄 수지, 폴리우레아 수지 또는 혼성(hybrid) 폴리우레탄-폴리우레아 수지를 포함하는, 광발전 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 봉합재가 50 내지 100% 고체 코팅 조성물을 포함하는, 광발전 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 봉합재가 액상 실리콘(silicone) 코팅을 포함하는, 광발전 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광발전 전지가 결정질 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)를 포함하는, 광발전 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 톱코트가 무기 입자를 포함하는, 광발전 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 톱코트가 폴리에폭사이드 및 폴리아민을 포함하는, 광발전 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 톱코트와 상기 전기적으로 상호접속된 광발전 전지 사이에 배치된 프라이머를 더 포함하는 광발전 모듈.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 프라이머가 에폭시, 폴리우레탄, 케티민, 환형 카보네이트 및/또는 폴리아스파테이트 코팅을 포함하는, 광발전 모듈.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기적으로 상호접속된 광발전 전지와 상기 톱코트 사이에 배치된 제 2 유체 봉합재를 더 포함하는 광발전 모듈.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 유체 봉합재와 상기 톱코트 사이에 배치된 프라이머를 더 포함하는 광발전 모듈.
  12. 전면 투명체의 적어도 일부분에 유체 봉합재를 적용하는 단계;
    상기 유체 봉합재상에 광발전 전지 및 전기적 상호접속부를 적용하는 단계(이때, 상기 전지는 전기적으로 접속된다);
    상기 광발전 전지 및 전기적 상호접속부의 적어도 일부분에 톱코트를 적용하는 단계; 및
    상기 톱코트를 경화하는 단계
    를 포함하는, 광발전 전지의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 전기적으로 상호접속된 광발전 전지를 적용하는 단계 이후 상기 톱코트를 적용하는 단계 이전에 상기 유체 봉합재를 경화하는 단계를 더 포함하는 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 유체 봉합재 및 상기 톱코트를 동시에 경화하는 단계를 포함하는 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 광발전 전지 및 전기적 상호접속부의 적어도 일부분에 프라이머를 적용하는 단계 및 상기 프라이머상에 톱코트를 적용하는 단계를 더 포함하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 톱코트를 적용하는 단계 이전에 프라이머를 경화하는 단계를 더 포함하는 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 프라이머 및 상기 톱코트를 동시에 경화하는 단계를 포함하는 방법.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 톱코트를 적용하는 단계 이전에 상기 광발전 전지 및 전기적 상호접속부의 적어도 일부분에 제 2 유체 봉합재를 적용하는 단계를 더 포함하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 2 유체 봉합재의 적어도 일부분에 프라이머를 적용하는 단계 및 상기 프라이머상에 톱코트를 적용하는 단계를 더 포함하는 방법.
  20. 제 12 항의 방법에 따라 제조된 광발전 모듈.
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