KR20140144190A

KR20140144190A - 광기전력 모듈의 보호 시트로서의 할로겐화 폴리머 기반의 다층 구조체의 용도

Info

Publication number: KR20140144190A
Application number: KR1020147026497A
Authority: KR
Inventors: 앙또니 보네; 스테빤 크로스; 마누엘 히달고
Original assignee: 아르끄마 프랑스; 꼼미사리아 아 레네르지 아토미끄 에뜨 옥스 에너지스 앨터네이티브즈
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2014-12-18
Also published as: FR2988520B1; WO2013140101A1; EP2828078A1; JP2015512561A; EP2828078B1; US20150047694A1; CN104203564B; CN104203564A; FR2988520A1; ES2593045T3

Abstract

본 발명은 봉지재에 의해 커버되는 광기전력 전지들을 포함하는 광기전력 모듈의 전면 및/또는 배면 보호 시트에서의 특정 다층 구조체의 용도에 관한 것이다. 이 다층 구조체는 적어도 하나의 할로겐화 폴리머를 인클로징하는 기판, 및 SiO₂ 의 하나의 층 (A) 및 기판과 층 (A) 사이에 배치된 SiO_xN_yH_z 의 하나의 층 (B) 의 적어도 하나의 스택을 포함하며, 상기 층들은 소정의 두께들을 갖는다. 이 스택은 봉지재를 향한 기판의 면과 선택적으로 기판의 반대면에 배치된다. 본 발명은 또한 상기 언급된 다층 구조체를 그 전면 및/또는 배면 보호 시트에 포함하는 광기전력 모듈에 관한 것이다.

Description

광기전력 모듈의 보호 시트로서의 할로겐화 폴리머 기반의 다층 구조체의 용도{USE OF A MULTILAYER STRUCTURE BASED ON A HALOGENATED POLYMER AS A PROTECTIVE SHEET OF A PHOTOVOLTAIC MODULE}

본 발명은 광기전력 모듈의 보호 전면시트 (frontsheet) 및/또는 배면시트 (backsheet) 에서의 다층 구조체의 용도에 관한 것으로, 상기 다층 구조체는 SiO₂ 및 SiO_xN_yH_z 각각의 2개의 층들의 적어도 하나의 스택으로 커버되는 할로겐화 폴리머에 기반한 기판을 포함한다. 본 발명은 또한 상기 언급된 다층 구조체를 그 보호 전면시트 및/또는 배면시트에 포함하는 광기전력 모듈에 관한 것이다.

화석 연료들에 의해 배출된 온실 가스들과 관련된 지구 온난화는, 예를 들어, 광기전력 (photovoltaic) 모듈들과 같이 그 작업 중에 상기 가스들을 배출하지 않는 대체 에너지 솔루션들의 개발로 이어져 왔다. 광기전력 모듈들은 솔라 파크 (solar park) 또는 태양광 발전소 중 어느 곳에서 또는 다수의 작은 특정 생산자로부터 전기 회로에 접속되는 전기를 생성하기 위해서, 주거지에 전기를 공급하기 위해서, 또는 때때로 또는 영구적으로, 휴대폰들, 티켓 머신들, 버스 정류소들, 고립된 장소들에서의 조명을 위한 디바이스들 또는 가정용 기기들 등과 같은 전기 회로에 접속되지 않을 수도 있는 디바이스들에 전기를 제공하기 위해서 효과적으로 사용될 수 있다.

광기전력 모듈, 또는 솔라 패널은 수용하는 태양 에너지의 부분을 직류로 변환하는 것을 가능하게 하는 전기 발전기이고; 그것은 실리콘과 같은 반도체 재료에 기반한 광기전력 전지들의 어셈블리로 구성되며, 그 전지들은 서로 전기적으로 접속되고 일반적으로 에틸렌/비닐 아세테이트 (EVA) 코폴리머에 기반한 접착성 봉지 재료에 의해 보호된다. 모듈의 상부 보호 시트 (또는 전면시트) 및 배면에서의 보호 시트 (또는 배면시트) 는 봉지재의 각 면에 대해 배치된다. 이어서 모듈들의 이들 보호 전면시트들 및 배면시트들은 동일하거나 또는 상이한 재료들의 하나 이상의 층들로 구성될 수 있다. 보호되는 광기전력 전지들의 테크놀로지 및 모듈에 대해 소망되는 특징들에 의존하여, 전면시트들 및 배면시트들은 특정 성질들을 나타내야 한다. 즉, 예를 들어, 현재 가장 널리 사용되는 패널들은, EVA 에 의해 인캡슐화되고 전면시트로서 유리시트에 의해 그리고 배면시트로서 폴리(불화 비닐) (PVF) 또는 폴리(불화 비닐리덴) (PVDF) 과 같은 불화 폴리머에 기반한 2개의 층들 사이에 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) (PET) 를 포함하는 다층 구조체에 의해 보호되는, 단결정 또는 다결정 실리콘에 기반한 전지들을 포함한다. 이 구성에서, 유리 전면시트는, 통상적으로 3 mm 의 두께를 갖는 유리가 모듈 중량의 주요 기여자인 것으로 인해 중량이 상당히 크다는 단점들에도 불구하고, 충격들로부터의 양호한 보호, 양호한 투명성 및 습기에 대한 우수한 보호를 제공한다. 유리는 또한 양호한 내노화성 (resistance to aging) 을 제공한다. 이 구성에서, 배면시트의 역할은 또한, 보호의 수준이 유리에 의해 제공되는 수준보다 훨씬 아래이지만 습기에 대해 전지를 보호하는 것이며, 또한 전지들의 전기 절연성을 보장하고 UV 선들을 차단하고 특히 찢김에 대해 양호한 기계적 강도를 나타내는 한편, 모듈이 그 수명 (수명은 다수의 경우 20년을 초과해야 한다) 동안 노화를 견디도록 허용하는 것이다. 이로써, 이들 보호 전면시트들 및 배면시트들의 성질 및 설계가 광기전력 모듈의 장수화에 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있다.

유리 전면시트를 갖는 모듈들의 경량화 부족, 실제로는 심지어 가요성 부족의 단점을 극복하기 위해서, 당업자들은 특히 투명성, 내노화성 및 가스들, 특히 산소 및 수증기에 대한 불투과성 측면에서 최대의 만족스런 특성들을 제공해야 하는 폴리머 막들로 교체하는 것을 생각하고 있다. 하지만, 폴리머 막들은 기껏해야 열악한 가스들에 대한 보호를 제공한다는 것이 알려져 있다.

폴리머로 형성된 보호 전면시트 상에, 치밀한 무기 재료의 박층을 성막하는 것에 의해 광기전력 모듈의 기밀성 (gastightness) 을 향상시키는 것이 제공되어 왔다. 즉, 문헌 US 2010/0258162 에는, 배리어 특성들을 강화할 의도의 SiO_x 층에 의해 외부 측면에 선택적으로 커버된 PVDF (폴리불화 비닐리덴) 와 같은, 할로겐화 폴리머로 형성된 투명 기판을 포함하는 가요성 광기전력 모듈의 전면 보호 층이 개시되어 있다. SiO_x 층이 화학 기상 증착, 반응성 스퍼터링 또는 열증발 (thermoevaporation) 과 같은 프로세스들에 의해 성막될 수 있음이 알려져 있다. 하지만, 이러한 종류의 무기 데포짓은 특히 무기층과 폴리머 사이의 기계적 거동 및 열적 거동에서의 차이, 특히 탄성률, 변형 능력 및 열팽창 계수에서의 차이와 관련되는 기계적 응력들을 발생시킨다. 이들 응력들은 성막된 무기층에 대한 손상을 야기시키고, 이것은 그 기능적 특성들을 제한하는 효과를 갖는다. 이후 크랙들이 나타날 수도 있으며, 크랙들은 폴리머 기판 및 무기 데포짓에 의해 형성된 어셈블리의 가스들에 대한 배리어 특성들을 감소시킨다. 더욱이, 이들 SiO_x 성막 기술들은 비교적 고가이다. 이러한 단점을 극복하기 위해서, 틀림없이 졸 겔 루트에 의해 SiO_x 층을 성막하는 것이 가능하다. 하지만, 이로써 얻어진 층은 다공성이어서 가스들에 대한 배리어층 역할을 수행할 수 없다.

문헌 US 2003/0203210 에 제공된 솔루션도 역시 만족스럽지 않다. 특히 PET 와 같은 폴리에스테르류에 기반하는 두꺼운 폴리머 기판 상에, 두께가 1 ㎛ 내지 수 ㎛ 인 무기층들 및 폴리머 층들 (예컨대, 아크릴 폴리머) 의 교호하는 스택들을 제조하는 것으로 이루어지는 프로세스가 기재되어 있다. 무기 및 유기층들의 교호는 각각의 무기층에서의 흠결들을 무상관화시키는 (decorrelate) 것을 가능하게 하여, 가스에 대한 배리어 특성들을 상당히 향상시켜, 이로써 커버된 폴리머 기판이 분위기에 매우 민감한 디바이스들, 예컨대, 유기 발광 다이오드들 (OLEDs) 및 습기에 훨씬 덜 민감한 악조건의 (fortiori) 광기전력 디바이스들을 보호하기에 충분한 가스들에 대한 배리어 특성들을 갖는다. 하지만, 이러한 교호 구조체들은 다중 성막 챔버들 및 진공 성막 기술들을 이용한 결과 높은 제조 비용을 가지며, 이것은 광기전력 모듈들에서 사용하기에 그리 적합하지 않게 한다.

또한, PET 와 같이 통상 사용되는 폴리머 지지체들의 자연 노화는 장시간, 통상적으로 수년 동안 광, 특히 그 자외선 성분에 의한 공격에 노출되는, 투명 구조체들에 대해 주요한 단점을 구성한다. 이들이 기밀화되도록 하기 위해서 처리되는 경우라도, PET 와 같은 폴리머 지지체들은, 자외선들의 공격과 함께, 최소이지만 미미하지 않은 양의 산소 및 물에 대한 지지체의 노출의 결과로서 분해될 수 있다. 이것은 또한 A. Morlier 에 의한 논문, 하이브리드 구조체들의 배리어 특성들 - 태양 전지들의 인캡슐화에 대한 애플리케이션 [Barrier properties of hybrid structures - Application to encapsulation of solar cells], University of Grenoble (2011) 에 제공된 구조체를 갖는 경우이다. 이 구조체는, 총 두께 250 nm 이고 수소화된 실리콘 질화물로 부분적으로 변환된 PHPS 의 층, 실리콘 산질화물의 부분적으로 변환된 계면층 및 단단한 실리카의 박층을 포함하는 적어도 하나의 스택을 형성하기 위해서, PET 기판 상에의 폴리히드로폴리실라잔 (PHPS) 의 성막, 이어지는 VUV 및 UV 조사에 의한 PHPS 의 변환에 의해 제조된다. 선택적으로 PVA 층에 의해 서로 분리되는, 상이한 스택들이 제조된다. 이 구조체가 종래 기술과 관련하여 부인할 수 없는 이점들을 나타내지만, 그 기밀성은 더욱 향상될 필요가 있다.

사실상, 출원인에게는, 할로겐화 폴리머의 이용이 이 문제를 해결할 수 있다는 것이 명백하다.

틀림없이, 문헌 WO 2011/062100 에는, 폴리실라잔 용액으로부터 얻어지고 상이한 밀도들의 영역들을 갖는 실리콘 산화물로 구성되는, SiO_x 로 형성되는 배리어 형성층으로 PVC (폴리염화 비닐) 기판을 코팅하는 것이 제안되어 왔다. 하지만, 이 문헌은 전계발광 소자를 위한 보호막의 제공에 타켓이 되어 있기 때문에, 광기전력 모듈들의 보호에 대한 어떠한 응용도 검토되지 않았다.

또한, 문헌들 JP2011-143327 및 JP2011-173057 에는, 기판 상에 퍼히드로폴리실라잔을 성막하는 것에, 이어서 상이한 분위기들 하에서 2회의 VUV 조사들 또는 (특히 UV 방사선을 이용한) 기판 처리에 의해, 이어서 VUV 조사에 의해, PVC 로 형성될 수 있는 기판에 하나 이상의 배리어 형성층들을 공급하는 것이 제안되었다. 하지만, VUV 조사는 언제나 산소 및/또는 물의 높은 함량의 존재하에서 실행되며, 이것은 만족스러운 배리어층의 획득을 불가능하게 한다.

더욱이, 문헌 US 2011/0315206 에는, 예를 들어, 무기 입자들로 하전되거나 또는 무기 그래프트된 소수성 불화 폴리머로 이루어지는 투명한 내마모성 필름으로, 유리로 이루어지는 광기전력 모듈의 전면 보호층을 커버하는 것이 제공되어 왔다. 습기에 대한 배리어를 형성하는 하드층이 유리 기판과 막 사이에 삽입될 수 있다. 이 층은 특히 퍼히드로폴리실라잔으로부터 얻어진 실리콘 산화물로 형성될 수 있다. 이 문헌에 제공되는 것보다 더 가요성이 있고 더 경량인, 입수가능한 광기전력 모듈의 전면 또는 배면 보호층을 가질 수 있는 것이 바람직할 것이다.

할로겐화 폴리머를 포함하는, 광기전력 모듈용의 다른 전면 또는 배면 보호 층들은 문헌들 WO 2011/103341, EP 1 054 456, US-6 335 479, US 2012/048349 및 US 2007/295387 에 기재되어 왔다. 하지만, 이들 문헌들 중 어떤 문헌도 불화 기판과 SiO₂ 층 사이에 개재된, SiO₂ 층보다 더 두꺼운 SiO_xN_yH_z 의 층을 포함하는 구조체를 개시하고 있지 않다.

본 발명의 청구물은 봉지재 (encapsulant) 로 커버되는 광기전력 전지들을 포함하는 광기전력 모듈의 보호 전면시트 및/또는 배면시트에서의 다층 구조체의 용도이다. 다층 구조체가 포함되는 보호 전면시트 및/또는 배면시트는 두께가 50 ㎛ 이상인 유리 층을 포함하지 않는다. 이 다층 구조체는: (a) 적어도 하나의 할로겐화 폴리머를 포함하는 기판 및 (b) SiO₂ 층 (A) 및 기판과 층 (A) 사이에 배치된 SiO_xN_yH_z 로 형성된 층 (B) 의 적어도 하나의 스택을 포함한다. 상기 스택은 봉지재를 향한 기판의 면과 선택적으로 기판의 반대면에 배치된다. 층 (A) 및 층 (B) 는, 층 (A) 의 두께 (t_A) 가 60 nm 이하이고 층 (B) 의 두께 (t_B) 가 층 (A) 의 두께 (t_A) 의 2배를 초과하며 층 (A) 및 층 (B) 의 두께들의 합이 100 nm ~ 500 nm 가 되도록 두께들 (t_A,t_B) 을 나타내고, 그리고 z 는 정확히 비 (x+y)/5 미만이며, 이롭게는 z 는 정확히 비 (x+y)/10 미만이다.

본 발명의 다른 청구물은 봉지재, 보호 전면시트 및 보호 배면시트에 의해 보호되는 광기전력 전지들을 포함하는 광기전력 모듈이며, 여기서 보호 전면시트 및/또는 배면시트는 상기에서 정의된 다층 구조체를 포함하고 두께가 50 ㎛ 이상인 유리 층을 포함하지 않는다.

본 발명에 따라 사용되는 다층 구조체는 양호한 내화학성 및 양호한 내노화성을 갖는 막을 구성하며, 이것은 투명할 수 있고 최고 년수동안 산소와 관련하여 광기전력 컴포넌트들의 보호를 가능하게 하며, 이는 허용가능한 제조 비용으로 달성된다. 특히, 본 발명에 따른 2층 스택을 위한 액상 성막 기술의 이용은 단순한 방식과 저비용으로, 물리 기상 증착 및 화학 기상 증착과 같은 종래의 성막 테크놀로지들에 의해 얻어질 수 없는 기밀성 수준의 획득을 가능하게 한다.

본 발명에 따라 사용되는 다층 구조체는 적어도 하나의 할로겐화 폴리머를 포함하는 기판, 및 SiO₂ 층 및 기판과 SiO₂ 층 사이에 개재된 SiO_xN_yH_z 종류의 재료로 형성된 층으로 구성된 적어도 하나의 스택을 포함하고, 바람직하게는 이들로 구성된다. SiO_xN_yH_z 종류의 층은 기판과 SiO₂ 층 사이에 기계적 수용층을 형성하고 기판과 SiO₂ 층 사이의 응력들의 조절을 가능하게 하며, 이것은 SiO₂ 층의 열화를 제한하여 SiO₂ 층의 기밀성을 향상시킨다. 즉, SiO₂ 층보다 더 두껍고 덜 단단한 기계적 계면을 형성하는 층의 개재는 SiO₂ 층이 파괴되는 것을 방지할 수 있다.

이 구조체에서, 기판은, 바람직하게 투명한 적어도 하나의 할로겐화 폴리머를 포함한다. 그것은 일반적으로 열가소성 폴리머이다. "할로겐화 폴리머"라는 용어는 본 발명의 의미 내에서 호모폴리머 또는 코폴리머를 의미하는 것으로 이해되며, 그 모노머들 중 적어도 하나는 C-X 결합을 포함하고, X 는 불소, 염소 또는 브롬 원자이다. 할로겐화 폴리머는 특히 불화 및/또는 염화된 호모- 또는 코폴리머일 수 있으며, 바람직하게 불화된 호모- 또는 코폴리머일 수 있다.

불화된 호모- 및 코폴리머들은, 예를 들어, 식 (I) 의 모노머들의 적어도 50 mol% 를 포함하고, 이롭게는 식 (I) 의 모노머들로 구성되는 것들로부터 선택될 수 있고:

CFX=CHX' (I)

식 중, X 및 X' 는 독립적으로 수소 또는 할로겐 (특히 불소 또는 염소) 원자 또는 과할로겐화 (특히 과불화) 알킬 라디칼, 예컨대:

- 바람직하게 α 형태인, 폴리(불화 비닐리덴) (PVDF),

- 불화 비닐리덴과, 예를 들어, 헥사플루오로프로필렌 (HFP), 클로로트리플루오로에틸렌 (CTFE), 헥사플루오로프로필렌 (HFP), 트리플루오로에틸렌 (VF3) 또는 테트라플루오로에틸렌 (TFE) 의 코폴리머들,

- 트리플루오로에틸렌 (VF3) 호모- 및 코폴리머들,

- 플루오로에틸렌/프로필렌 (FEP) 코폴리머들,

- 에틸렌과 플루오로에틸렌/프로필렌 (FEP), 테트라플루오로에틸렌 (TFE), 퍼플루오로메틸 비닐 에테르 (PMVE), 클로로트리플루오로에틸렌 (CTFE) 또는 헥사플루오로프로필렌 (HFP) 의 코폴리머들, 및

- 그 배합물들을 나타내며,

이들 폴리머들 중 몇몇은 특히 Kynar^® 상품명하에서 Arkema 에 의해 판매된다.

염화 폴리머의 바람직한 예는 폴리(염화 비닐) 또는 PVC 이다. 이러한 폴리머는 특히 Lacovyl^® 상품명하에서 Arkema 에 의해 판매된다. 이 발명에서 사용될 수 있는 다른 염화 폴리머들은 염화된 폴리(염화 비닐) (CPVC), 예컨대 Arkema 제조의 Lucalor^® 제품들, 그리고 염화 비닐과 모노머들, 예컨대, 아크릴로니트릴, 에틸렌, 프로필렌 또는 비닐 아세테이트의 코폴리머들, 그리고 또한 폴리(염화 비닐리덴) 및 폴리(염화 비닐리덴)과 비닐 모노머들, 특히 아크릴 모노머들의 코폴리머들이다. 또한 본 발명에 따라 사용되는 염화 폴리머가 상기 염화 폴리머들 또는 코폴리머들 중 적어도 2개를 포함하는 배합물인 것이 가능하다. 염화 비닐 코폴리머들의 경우, 염화 비닐 단위들의 비율이 코폴리머의 총 중량의 25% 초과이고 바람직하게 99% 미만인 것이 바람직하다.

본 발명에 따라 사용되는 할로겐화 폴리머들은 당업자에게 주지된 현탁, 마이크로현탁, 유화 또는 벌크 중합 프로세스들에 따라 얻어질 수 있다.

이롭게는, 폴리(불화 비닐리덴) 또는 PVDF 를 사용하는 것이 바람직하다.

할로겐화 폴리머로 형성된 기판은, 예를 들어, 5 ~ 500 ㎛, 특히 20 ~ 100 ㎛, 바람직하게 25 ~ 60 ㎛ 범위의 두께를 가질 수 있다. 할로겐화 폴리머 기판은, 무기 데포짓 층들에 대한 그 접착성을 향상시키기 위해서, 예를 들어 코로나 종류의 처리에 의해 표면 처리될 수 있다. 일반적으로 기판에, 그 표면 장력을 50-60 mN/m (또는 dyn/cm) 정도의 값들로 증가시키는 것을 가능하게 하는 임의의 처리를 가하는 것이 바람직하다. 방사선, 특히 UV 방사선에 대한 기판의 내성은, 유기 또는 무기 UV 안정화제들의 첨가에 의해 강화될 수 있다.

상기에 나타낸 바와 같이, 이 폴리머 기판은, 그 면들의 적어도 하나에, 적어도 하나의 2층 스택으로 커버된다. 이 2층 스택은 봉지재를 향한 기판의 면과 선택적으로 그 반대면에 존재할 수 있다. 이 스택의 각각의 층은 특정 조성 및 특정 두께를 갖는다. 보다 구체적으로, 이 스택은 SiO₂ 층 및 기판과 SiO₂ 층 사이에 개재된 SiO_xN_yH_z 종류의 재료로 형성된 층으로 구성된다. SiO_xN_yH_z 층의 조성은, y 및 z 가 정확히 0 을 초과하고 z 가 정확히 비 (x+y)/5 미만이며, 이롭게는 z 가 정확히 비 (x+y)/10 미만이도록 한다. 부가하여, x 의 값이 SiO_xN_yH_z로 형성된 층과SiO₂ 층 사이의 계면으로부터 기판 측으로 감소하고 y 의 값이 SiO_xN_yH_z로 형성된 층과SiO₂ 층 사이의 계면으로부터 기판 측으로 증가하는 것이 바람직하다. 바람직하게, x 는 2 로부터 0 으로 가변하고, 및/또는 y 는 정확히 0 초과 1 미만의 값으로부터 1 의 값까지 가변한다. 더욱이, 이들 층들은, SiO₂층의 두께가 60 nm 이하이고 SiO_xN_yH_z 로 형성된 층의 두께가 SiO₂층의 두께의 2배를 초과하며 이들 층들의 두께들의 합이 100 nm ~ 500 nm 가 되도록 두께들을 나타낸다. 이로써, SiO₂ 층은, 예를 들어, 40 ~ 60 nm 의 두께를 가질 수 있고 SiO_xN_yH_z 로 형성된 층은, 예를 들어, 100 ~ 200 nm, 특히 150 ~ 200 nm 범위의 두께를 가질 수 있다.

본 발명의 이로운 실시형태에 따르면, SiO₂층의 영률 (M_A) 및 SiO_xN_yH_z 로 형성된 층의 영률 (M_B) 은 다음과 같다:

- M_A > 30 GPa, 및

- M_B < 20 GPa.

층들 A 및 B 의 영률에 관한 이들 이로운 조건들은 가스 배리어 특성들을 더욱 향상시키는 것을 가능하게 한다. 층들 A 및 B 의 영률은 문헌 "A simple guide to determine elastic properties of films on substrate from naoindentation experiments", S. Bec, A. Tonck 및 J. Loubet 저, Philosophical Magazine, 제 86 권, Nos. 33-35, 2006년 11월 21일 - 12월 11일, pp. 5347-5358 에, 그리고 문헌 "In vivo measurments of elastic mechanical properties of human skin by indentation tests", Medical Engineering & Physics, 30(2008), pp. 599-606 에 기재된 기술들에 따라 측정될 수 있다. 부가하여, 이 실시형태에서, SiO_xN_yH_z 로 형성된 층은 SiO₂ 층보다 더 두꺼울 뿐만 아니라, 보다 낮은 영률의 결과로서 SiO₂ 층보다 덜 단단하여, 응력들을 보다 잘 조절하고 SiO₂ 층과 기판 사이의 미분 (differential) 변형을 제한하는 것을 가능하게 한다.

본 발명의 이로운 실시형태에 따르면, 다층 구조체의 굴절률은 바람직하게 1.5 를 초과한다. 그 구성층들의 재료들은 비정질일 수 있다.

상기 언급된 2층 스택은 이제 기재할 프로세스에 따라 형성될 수 있다.

이 프로세스는 퍼히드로폴리실라잔 (PHPS), 즉 식 (I) 의 화합물의 변환 단계를 포함한다:

식 중, n 은 PHPS 의 수평균 분자량이 150 ~ 150000 g/mol 이 되도록 하는 정수이다.

이 프로세스에서, PHPS 는 에테르류 (디부틸 에테르 포함), 에스테르류, 케톤류, 지방족 또는 방향족 탄화수소류 (크실렌 포함) 또는 이들 용매들의 혼합물과 같은 극성 또는 비극성 비양자성 용매에서 용액의 형태로 사용된다. 용액에서의 PHPS 의 농도는 성막되는 액막의 두께에 의존한다. 즉, 5 ㎛ 정도의 막 두께의 경우, PHPS 의 농도는 PHPS 의 2 중량% ~ 15 중량% 범위일 수 있다. 기판에 대한 PHPS 용액의 도포는 임의의 알려진 수단, 특히 포토그라비아, 플렉소그래피, 슬롯 다이에 의한 코팅, 원심분리, 롤 코팅, 분사 또는 메이어 (Meyer) 막대들을 이용한 코팅에 의해 실행될 수 있다. 더욱이, PHPS 의 성막이 외기 온도에서 실행되는 것이 바람직하다.

모든 경우, PHPS 용액은 성막 동안의 용액의 습윤성을 위해 소정의 할로겐화된 기판들, 예컨대 PVDF 의 낮은 표면 자유 에너지에 적합하도록, 특히 기판들이 표면 처리되지 않은 경우, 개질될 수 있다. 이로써, PHPS 가 디부틸 에테르와 같은 극성 비양자성 용매에서 용액의 형태로 사용되는 경우, 그것은 알칸과 같은 비극성 용매를 사용하여 희석하는데 사용할 수 있다. 비극성 용매 대 극성 비양자성 용매의 체적비는 기판의 화학적 성질에 따라 당업자에 의해 조절될 수 있고 특히 1:10 ~ 1:2 범위일 수 있다. 대안의 형태로, 할로겐화된 기판에 플라즈마 또는 코로나 처리를 가하는 것에 의해 할로겐화된 기판의 표면 에너지를 증가시키는 것이 가능하다.

PHPS 용액의 도포 이후, 용매는 한편으로는 외기 온도의 질소와 같은 비활성 가스의 스트림 하에서 또는 진공하에서의 야외 건조에 의해, 또는 다른 한편으로는 적외 램프 또는 열풍 또는 감손된 (depleted) 열풍 또는 뜨거운 질소에 의해 증발된다. 성막된 PHPS 층은 이롭게는 용매의 증발 이후 두께가 100 ~ 400 nm, 바람직하게 150 ~ 350 nm, 보다 바람직하게 200 ~ 300 nm 이다.

후속하여, 기판에 도포된 PHPS 의 변환은, 500 ppm 미만의 산소 함량 및 1000 ppm 이하의 물 함량을 나타내는 분위기 하에서, 200 nm 이상의 파장, 특히 240 ~ 280 nm 의 파장에서의 UV 방사선 조사에 의해, 그리고 동시에 또는 연속적으로, 200 nm 이하의 파장, 특히 180 ~ 200 nm 의 파장에서의 진공 자외 방사선 또는 VUV 를 이용한 조사에 의해 실행될 수 있다.

조사는 일반적으로 외기 온도에서 실행되며, 조사는 예를 들어 185 nm 의 VUV 파장 및 254 nm 의 UV 파장을 조합하는 저압력 수은 램프에 의해 실행될 수 있다. 185 nm 에서의 방사선에 대해 수용된 도즈는 예를 들어 20 joules/cm² 미만이다.

매우 이롭게는, SiO₂ 층의 형성 및 SiO_xN_yH_z 층의 형성은 동시적이다. 이들 층들의 형성을 위한 프로세스는, SiO₂ 층의 두께 및 SiO_xN_yH_z 로 형성된 층의 변환을 제한하여 층들의 조성 및 두께의 상기 언급된 특성들을 얻게 할 수 있는, 산소 및 물에서의 감소된 특정 조건들하에서 실행된다.

이 실시형태에서, 조사의 지속기간은 데포짓의 두께에 의존하고 일반적으로 1 ~ 10 분 범위이다. 두께 200 ~ 300 nm 의 경우에는, 대략 5 분의 조사 시간이 일반적으로 충분하다.

대안으로, 프로세스는 2 단계로 일어날 수 있다: 제 1 단계 동안, PHPS 층이 기판 상에 성막된다. 후속하여 이 층은, 무시할만한 산소 및 물 함량, 즉 10 ppm 미만의 존재하에서, 220 nm 초과의 파장을 갖는 UV 조사로 처리된다. 제 2 단계 동안, 또 다른 PHPS 층이 제 1 층 상에 성막된 다음, 이 제 2 층은 산소의 존재하에서 200 nm 미만의 파장에서의 VUV 조사로 처리되며, 이때 산소 농도는 10 ppm ~ 500 ppm 이다.

SiO₂ 및 SiO_xN_yH_z 층들에서 PHPS 변환 이후의 Si-H 결합들의 잔존량은 매우 낮음에 유의해야 한다. 그것은 FTIR (Fourier transmission infrared spectrometry) 에 의해 측정될 수 있고, 스펙트럼들은 ATR (attenuated total reflexion) 로 기록된다. 이 분석은 하기 표 1 에 기초하여 PHPS 의 변환의 키네틱스 (kinetics) 를 모니터링하는 것을 가능하게 한다.

파수 (cm^-1)	결합 특성
450-460, 800, 1070	Si-O-Si
800-900	Si-N-Si
880, 2100-2200	H-Si-H
940, 2800-3700 (광대역)	Si-OH
1180	Si-NH
3350	N-H

다른 가능성에 따르면, 저량의 Si-H 는 본 발명에 기재된 기판들에 대한 리플렉션 (reflexion) 으로 검출될 수 있다. 이때 파수 범위 2100-2300 cm^-1 에서의 투과율은 80% 초과이고, 바람직하게 90% 초과이다.

부가하여, 조사 이후의 층들의 화학적 조성은 TOF-SIMS (time-of-flight secondary ionization mass spectrometry) 에 의해, 예를 들어 25 keV 및 1.5 pA 의 Bi⁺ 이온들의 소스 및 2 keV 및 128 nA 의 Cs⁺ 이온들의 소스가 장착된 IontoF V 분광계를 사용하여 확인될 수 있다.

상술된 기판 및 2층 스택에 부가하여, 본 발명에 따라 사용되는 구조체는 예를 들어 증발 및/또는 중합에 의해 2층 스택 상에 성막된 폴리머 재료의 층을 포함할 수 있다. 이 층에서 사용되는 폴리머는 할로겐화될 수도 있거나 또는 안될 수도 있다. 그것은 특히 하이브리드 재료들, 예컨대 유리실란들, 동시연속적이거나 (cocontinuous) 또는 매트릭스/인클루젼 종류인 라멜라 구조체를 포함하는 블록 폴리머 재료들, 예컨대 아크릴 블록 코폴리머들, 예를 들어 폴리(메틸 메타크릴레이트)-b-폴리(부틸 아크릴레이트) 또는 폴리(메틸 메타크릴레이트)-b-폴리(부틸 아크릴레이트)-b-폴리(메틸 메타크릴레이트), 또는 또한 폴리머 매트릭스 및 강화재들, 예컨대 카본 나노튜브들, 점토들, 제올라이트들, 활성탄 및/또는 규조토들을 포함하는 복합재 또는 나노복합재 재료들로부터 선택될 수 있다. 기판 두께보다 더 큰 두께를 갖는 폴리머 재료의 층들이 특정 구조체들에서 바람직할 수도 있지만, 폴리머 재료의 층은 바람직하게 기판 두께 이하의 두께를 갖는다. 이 폴리머 재료의 층들은 서로 독립적으로 예를 들어 1 ~ 30 ㎛ 의 두께를 가질 수 있다. 이로써, 본 발명에 따라 사용되는 다층 구조체 상에, 예를 들어, 가스들 이외의 다른 팩터들 측을 향한, 예를 들어 UV 선들 측을 향한 배리어 특성들, 또는 흡습 특성들을 부여하는 것이 가능하다. SiO_xN_yH_z 로 형성된 층에 의해, 폴리머 재료로 형성된 상기 언급된 층의 성막 동안 기계적 성질의 문제들, 예컨대 조합된 구조체의 곡률이 제한된다.

대안적인 형태로 또는 부가하여, 다층 구조체는 n개의 스택들을 포함할 수 있으며, n 은 1 초과의 양의 정수이며, 각각의 스택은 SiO₂ 층 (A) 과 SiO_xiN_yiH_zi 종류의 재료로 형성된 층 (B) 를 포함하고, i 는 1 과 n 사이의 양의 정수이고, z_i 는 정확히 비 (x_i+y_i)/5 미만이고, 이롭게는 z_i 는 정확히 비 (x_i+y_i)/10 미만이고, x_i, y_i 및 z_i 는 i 의 다양한 값들에 대해 동일하거나 또는 상이하다. 이러한 구조체는 상술된 프로세스의 단계들을 반복하여 제조될 수 있다. 가스 배리어 특성들에 대한 효과는 더욱 개선된다.

특히 바람직한 다층 구조체는, 기판의 양측면들 (전면 및 배면) 에 대칭적으로 배치되는 상술된 스택들의 하나 이상을 포함하는 것이다. 이로써, 이롭게는, 단지 1개의 2층 스택 또는 n개의 2층 스택들이 폴리머 기판의 전면측 및 배면측에 배치될 수 있다.

(기판의 일측면 및/또는 다른 측면에) n개의 무기 2층 스택들을 포함하는 다층 구조체들은 스택의 SiO₂ 층과 바로 이어지는 스택의 SiO_xiN_yiH_zi 로 형성된 층 사이에 배치된 폴리머 재료로 형성된 적어도 하나의 층, 예를 들어 폴리머 재료로 형성된 n-1개의 층들을 포함할 수 있으며, 폴리머 재료로 형성된 층들의 각각은 2개의 스택들 사이에 배치된다. 즉, SiO₂ 으로 형성된 n개의 치밀한 층들 A_i 및 폴리머 재료로 형성된 n-1개의 삽입 층들을 직렬로 배치한 결과, 구조체의 기능적 특성들이 개선된다.

상술된 모든 다층 구조체들은 광기전력 모듈들의 전면시트로서 특별히 사용된다. 이 경우 이들이 투명한 것이 바람직하며, 즉 이들이 표준 ASTM D1003에 따라 측정된 총 투과율이 85% 초과인 것이 바람직하다. 더욱이, 이들 구조체들은 광기전력 모듈들의 배면시트들로서 작용할 수 있는 불투명하거나 또는 투명한 다층 라미네이트들 내에 삽입될 수 있다.

이들 애플리케이션들의 경우, 다층 구조체는 막들, 시트들 또는 플라크들 (plaques) 을 제조하기 위한 종래의 기술들에 따라 미리 형성된다. 예로써, 브라운 막 압출, 압출-라미네이션, 압출-코팅, 유연막 압출 또는 또한 시트들의 압출의 기술들을 들 수도 있다. 모든 이들 기술들은 당업자에게 알려져 있으며, 당업자는 원하는 형상 및 원하는 두께들을 갖는 본 발명에 따른 구조체를 형성하기 위해서 여러 기술들의 프로세싱 조건들 (커넥터, 다이들, 압출기들의 온도, 스크류들의 회전 속도, 냉각롤들의 냉각 온도들 등) 을 조절하는 방법을 알 것이다. 이 구조체가 용매 또는 수성 루트에서의 접착제들을 이용한 롤링 또는 가압 기술들에 의해 형성되는 경우 또는 추가 어닐링 단계로 처리되는 경우라면, 본 발명으로부터 벗어나지 않을 것이다.

본 발명의 다른 청구물은 봉지재, 보호 전면시트 및 보호 배면시트에 의해 보호되는 광기전력 전지들을 포함하는 광기전력 모듈로서, 보호 전면시트 및/또는 배면시트는 상술된 다층 구조체를 포함하고, 두께가 50 ㎛ 이상인 유리 층을 포함하지 않는다.

상기에 나타낸 바와 같이, 다층 구조체는 광기전력 모듈의 보호 전면시트를 구성할 수 있다. 이 경우, 보호 배면시트는 불화 폴리머, 예컨대 폴리불화 비닐리덴 (PVDF), 폴리불화 비닐 (PVF) 또는 폴리(에틸렌/테트라플루오로에틸렌) (ETFE) 에 기반한 2개의 층들로 둘러싸인, 폴리에스테르, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) 에 기반한 중간층을 포함하는 3층 구조체로 구성될 수 있다. 대안적인 형태로, 보호 배면시트는, 말레산 무수물에 의해 선택적으로 폴리아미드 그래프트화 또는 관능화된, 폴리올레핀들, 특히 폴리프로필렌 단독으로 또는 선택적으로 관능화된 불화 폴리머, 예컨대 PVDF 의 하나 이상의 층들과 조합하여 구성될 수 있다. 다른 대안적인 형태로, 보호 배면시트는 유리 섬유들에 의해 선택적으로 강화되고, 단독으로 또는 중간 PET 층을 포함하는 다층 구조체로 사용되는 하나 이상의 폴리아미드 층들로 구성될 수 있다. 대안적인 형태로 또는 부가하여, 보호 배면시트는 유리 및/또는 알루미늄의 시트를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에서, 상술된 다층 구조체는 광기전력 모듈의 보호 배면시트에 통합된다. 이 경우, 그것은 상술된 보호 배면시트들의 구성 재료들 중 적어도 하나와 조합될 수 있어, 보호 배면시트가 금속 (예컨대 알루미늄) 또는 유리로 형성된 층을 포함하지 않는 경우, 특히 보호 배면시트의 배리어 특성을 향상시킬 수 있다. 부가하여, 그것은 충격 보강제들 (impact modifiers), 무기 또는 유기 안료들, 염료들, 광학 광택제들, 커플링제들, 가교제들, 가소제들, 열 안정화제들, 가수분해와 관련된 안정화제들, (예를 들어 페놀 및/또는 아인산염 및/또는 아민 종류의) 산화방지제들, 강화제들, 예컨대 유리 섬유, 난연제들 및 그 혼합물들을 포함하는, 여러 첨가제들을 포함할 수 있다. 이때 보호 전면시트는 유리, 폴리(메틸 메타크릴레이트) 또는 PMMA, 불화 호모- 또는 코폴리머, 예컨대 PVDF, 불화 폴리머와 PMMA 의 배합물, 또는 이들 재료들로부터 얻은 다층 구조체들로 구성될 수 있다.

모든 경우, 봉지재는 일반적으로 적어도 하나의 폴리머, 예컨대 에틸렌/비닐 아세테이트 (EVA) 코폴리머, 폴리비닐 부티랄 (PVB), 아이오노머들, 폴리(메틸 메타크릴레이트) (PMMA), 폴리우레탄, 폴리에스테르, 실리콘 탄성체 및 그 배합물들에 기반한다.

부가하여, 광기전력 전지들은, 예를 들어, 단결정 또는 다결정, 비정질 실리콘, 텔루르화 카드뮴, 디셀렌화 구리 인듐 또는 유기 재료들인, 도핑된 실리콘을 포함할 수 있다.

광기전력 모듈은 당업자에게 알려진 프로세스들 및 특히 US-5 593 532 에 기재된 프로세스들에 따라 제작될 수 있다. 일반적으로, 여러 층들의 어셈블링은 열간 또는 진공 가압, 또는 열간 롤링 (hot rolling) 에 의해 실행될 수 있다.

본 발명의 보다 양호한 이해는, 첨부된 도면과 조합하여 취해진 하기의 비제한적인 예들을 읽을 때 얻어질 것이며, 첨부된 도면은 본 발명에 따른 2개의 상이한 구조체들의 수증기 투과율을 베어 (bare) 기판과 비교하여 나타낸다.

실시예들

실시예 1: 본 발명에 따른 다층 구조체의 제작

조용매로서 헥산을 갖는 디부틸 에테르에서의 PHPS (NN 120-20 (A), Clariant 에 의한 공급) 의 20% 시판 용액을, 헥산 대 디부틸 에테르의 체적비 1:5 로 하여 혼합함으로써 전구체 용액을 조제하였다. 변환 이후 다층 구조체에서의 흠결들을 생성할 수 있는 입자들에 의한 기판 표면의 가능성있는 오염을 제한하기 위해서, 액체 전구체 층의 성막 이전에 디바이스를 세정하는 테크넥 (Teknek) 시트를 사용하여 오염을 제거하였다. 후속하여, PVDF (Kynar^® 740, Arkema 제조) 로 구성되고, 경우에 따라 30 또는 50 ㎛ 의 두께를 가지며 및 A4 포맷인, 기판에 PHPS 용액을 메이어 막대를 사용하여 도포하여, 두께 4 ~ 6 ㎛ 의 습윤 PHPS 층을 얻었다. 이후 용매를 수분 동안 외기 온도에서의 야외 건조에 의해 증발시켰다. 얻어진 PHPS 층은 두께가 250 nm 였다. 후속하여, 코팅된 기판을 건조 질소의 연속 흐름하에서 챔버 내에 배치하여, 1000 ppm 미만의 습도측정 (hygrometry) 및 10 ~ 500 ppm 의 산소 함량을 얻었다. 이후, VUV (185 nm) 및 UV (254 nm) 방사선을 갖는 저압 수은 램프를 5분의 시간 동안 10 J/cm² 정도의 도즈에 상응하도록 사용하여, 조사에 의한 PHPS 의 변환을 실행하였다.

이로써 막 형태의 다층 구조체 S1 이 얻어졌다.

실시예 2: 본 발명에 따른 구조체들의 배리어 특성들의 평가

단위 g.m^-2.day^-1 이고, 또한 하루 단위의 시간의 함수로서 WVTR (Water Vapor Transmission Rate) 로 나타내지는 헬륨 또는 수증기의 투과율을 다음의 상이한 구조체들에 대해 측정하였다:

I: PVDF 폴리머 단독 (Kynar^® 740, Arkema 제조) 으로 형성되고, 헬륨 측정들에 대해 30 ㎛ 및 수증기 측정들에 대해 50 ㎛ 의 두께를 갖는 기판

II: 실시예 1 에서 얻은 구조체 S1

III: PHPS 의 2개 연속층들을 성막하고, 이로써 구조체 S1 과 동일한 2개의 스택들을 포함하는, 실시예 1 과 유사한 방식으로 얻은 구조체 S2

IV: 기판이 PET 로 구성된 것을 제외하고, 구조체 S1 에 상응하는 비교 구조체 S1'

V: PHPS 층을 PVDF 로 형성된 기판의 각 측면 (전면 및 배면) 에 성막한 것을 제외하고, 실시예 1 과 유사한 방식으로 얻은 구조체 S3

VI: 기판이 PET 로 구성된 것을 제외하고, 구조체 S3 에 상응하는 비교 구조체 S3'

이를 행하기 위해서, 이들 구조체들 각각의 회로 샘플을 절단한 다음, 예컨대 문헌 US 2007/0186622 에 기재된 장치에 배치하였다.

테스트 프로토콜은 샘플 (기판 단독 또는 코팅된 기판) 을 제어된 분위기를 포함하는 챔버 및 영구적인 고진공 하의 측정 챔버 (질량 분광분석법에 의한 유량의 측정) 의 인터페이스에 배치하는 것으로 이루어진다. 기판 및 분위기의 온도는 (수증기의 경우) 습도측정이 포화 (액체/증기 평형) 되는 동안 일정하게 유지된다 (38℃). WVTR 의 정확한 값은 공지된 WVTR 의 레퍼런스 폴리머 (적절한 예로, PET) 의 예비적인 통과에 의해 얻어진다.

구조체 S2 는 첨부된 도면에 도시된 바와 같이 중요한 가스 배리어 특성들을 제공한다. 구조체 S2 는 WVTR (T = 38℃, RH = 100%) 이 8×10^-2 g.m^-2.day 이고 기판 단독과 관련하여 물 배리어 특성들에서의 개선도가 225 이며, 즉 이것은 무기층들의 플라즈마 성막을 위한 최상의 방법들에 의해 획득된 것과 등가이다.

더욱이, 헬륨 투과 테스트에서 얻은, 테스트된 구조체들의 배리어 특성들은 아래 표 2 에 정렬된다.

헬륨 배리어 특성들은 상술된 것과 동일한 장치로 측정된다; 이 경우, 물로 포화된 분위기는 공지된 압력의 건조 헬륨의 분위기로 대체된다. 이것은, 헬륨 투과성 (permeability) 의 측정이 물 배리어 특성들을 평가하기 위한 신뢰할만한 툴을 구성한다는 것이 관측될 수 있기 때문이다. 이 표에서, 배리어 특성들은 PVDF 기판 단독과 관련하여 BIF (Barrier Improvement Factor) 로 나타내지는 개선도 측면에서 표현된다.

배리어 특성들

샘플	BIF He
PVDF 기판	1
S1 구조체	7
S2 구조체	12
S1' 구조체	4
S3 구조체	25
S3' 구조체	8

표 2 로부터 드러난 바와 같이, 하나의 (그리고 보다 구체적으로 2개의) 2층 스택(들)의 부가는 할로겐화 폴리머에 기반한 기판의 배리어 특성들을 상당히 개선시키는 것을 가능하게 한다. 기판의 각 측면 (전면 및 배면) 에 2층 스택을 포함하는 대칭적 구조체가 특히 효과적이다. 부가하여, 본 발명에 따른 다층 구조체들은 PET 에 기반한 유사 구조체보다 현저히 우수한 헬륨 배리어 특성들을 나타낸다.

실시예 3: 광기전력 모듈들의 제작 및 그 내노화성의 평가

하기의 제작 절차에 따라서, 실시예 1 의 막을 사용하여 광기전력 미니모듈을 제작하였다.

측변 길이가 125 mm 인 2개의 Suntech^®광기전력 전지들을, 초기 전지들에 존재하는 2개의 버스바들에 따라서 구리 전도성 스트립들을 납땜함으로써 접속시켰다 (타입 1×2, 1 컬럼, 2 라인들의 수직 시퀀스). 이러한 전지들의 시퀀스는 1×2 전지 라인으로 알려져 있다.

1×2 전지 라인을, A4 치수들로 절단되고, 가교성 EVA계 봉지재 (VistaSolar^®Fast Cure 486.00, Solutia 공급) 로 봉지되고, 라미네이션 이전에 대략 400 ㎛ 의 두께를 갖는, 2개의 시트들 사이에 배치하였다. 형성된 어셈블리지 (assemblage) 는 두께 3.2 mm 이고 A4 치수들로 절단된 유리 배면시트에 의해, 그리고 또한 모듈의 전면시트의 역할을 하는 실시예 1에서 얻은 구조체 S1 의 막에 의해 완성되었다. 구조체 S1 의 막의 비코팅면을 외측에 배치하였다. 하기의 라미네이션 사이클에 따라서 모듈의 제작을 실행하기 위해서, 이 S1 전면시트/가교성 EVA 막/1×2 전지 라인/가교성 EVA 막/유리 어셈블리지를, 배면시트를 아래쪽으로 하여, 3S로부터의 준산업적 (semi-industrial) 라미네이터 S1815/E 내부로 도입하였다.

어셈블리지를 라미네이터 내부로 도입하였고, 이것은 145℃ 의 설정 온도에서였다. 라미네이터는 가요성 멤브레인에 의해 분리된 2개의 챔버들을 가졌다. 가열판으로부터 나온 핀들이 초기에 가열판으로부터 1 cm 정도의 거리에 있는 모듈을 지지한다는 사실로 인해, 모듈은 라미네이터의 가열판과 간접적으로 접촉하여 하부 챔버 내에 있었다. 라미네이션의 제 1 페이즈에서, 양 챔버들 내에 (10 mbar 미만 아래의) 진공을 만들었다. 탈가스화 페이즈로 불리는 이 페이즈를 5 분 지속하였고, 그 동안 모듈은 온도가 상승하기 시작하였다. 5 분 이후, 라미네이션 페이즈가 적절히 시작되었고 2가지 이벤트들이 발생하였다: 1) 핀들이 하강하고 모듈이 열판과 직접 접촉하였고 2) 하부 챔버를 진공하로 유지하면서 상부 챔버에서의 압력을 대기압으로 되게 하여, 2개의 챔버들 사이의 압력차 (c. 1 bar) 의 결과로 2개의 챔버들을 분리하는 가요성 멤브레인이 모듈에 대해 플랫되게 하였다. 이 제 2 페이즈를 10 분 지속하였고, 그 이후 2개의 챔버들을 대기압으로 되돌렸고, 모듈을 라미네이터로부터 제거하였다.

이로써 특성화될 준비가 된 광기전력 모듈이 얻어졌다.

이 광기전력 모듈을 습열 (85℃, 85% 습도) 에서 에이징 챔버 내에 1000 시간 동안 배치하였고, 이 시간 이후 노화 또는 손상의 징후들을 찾아서 검사하였다. 광기전력 모듈은 색상의 출현 (황색화) 없이 매우 양호한 거동을 나타냈고, 층들 사이의 접착성은 유지되었다.

Claims

봉지재 (encapsulant) 로 커버되는 광기전력 전지들 (photovoltaic cells) 을 포함하는 광기전력 모듈의 보호 전면시트 및/또는 배면시트에서의 다층 구조체의 용도로서,
상기 다층 구조체는:
(a) 적어도 하나의 할로겐화 폴리머를 포함하는 기판, 및
(b) SiO₂ 층 (A) 및 상기 기판과 상기 층 (A) 사이에 배치된 SiO_xN_yH_z 로 형성된 층 (B) 의 스택의 적어도 하나를 포함하고,
상기 층 (A) 및 상기 층 (B) 은, 상기 층 (A) 의 두께 (t_A) 가 60 nm 이하이고 상기 층 (B) 의 두께 (t_B) 가 상기 층 (A) 의 두께 (t_A) 의 2배를 초과하며 상기 층 (A) 및 상기 층 (B) 의 두께들의 합이 100 nm ~ 500 nm 가 되도록 두께들 (t_A,t_B) 을 나타내고, 그리고 y 및 z 는 정확히 0 을 초과하고 z 는 정확히 비 (x+y)/5 미만이며, 이롭게는 z 는 정확히 비 (x+y)/10 미만이고,
상기 스택은 상기 봉지재를 향한 상기 기판의 면과 선택적으로 상기 기판의 반대면에 배치되며,
상기 다층 구조체가 포함되는 상기 보호 전면시트 및/또는 배면시트는 두께가 50 ㎛ 이상인 유리 층을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈의 보호 전면시트 및/또는 배면시트에서의 다층 구조체의 용도.
제 1 항에 있어서,
상기 x 의 값은 상기 층 (B) 과 상기 층 (A) 사이의 계면으로부터 상기 기판 측으로 감소하고 상기 y 의 값은 상기 층 (B) 과 상기 층 (A) 사이의 계면으로부터 상기 기판 측으로 증가하는 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈의 보호 전면시트 및/또는 배면시트에서의 다층 구조체의 용도.
제 2 항에 있어서,
상기 x 는 2 로부터 0 으로 가변하고, 및/또는 상기 y 는 정확히 0 초과 1 미만의 값으로부터 1 의 값까지 가변하는 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈의 보호 전면시트 및/또는 배면시트에서의 다층 구조체의 용도.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 층 (A) 의 재료는 30 GPa 이상의 영률 (M_A) 을 나타내고 상기 층 (B) 의 재료는 20 GPa 이하의 영률 (M_B) 을 갖는 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈의 보호 전면시트 및/또는 배면시트에서의 다층 구조체의 용도.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스택의 적어도 하나는, 500 ppm 미만의 산소 함량 및 1000 ppm 이하의 물 함량을 나타내는 분위기하에서, 바람직하게 200 nm 이상의 파장에서의 UV 방사선을 이용한 조사에 의한, 그리고 동시에 또는 연속적으로, 200 nm 이하의 파장에서의 VUV 방사선을 이용한 조사에 의한 퍼히드로폴리실라잔의 변환에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈의 보호 전면시트 및/또는 배면시트에서의 다층 구조체의 용도.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다층 구조체는, 상기 층 (B) 과 접촉하는 면과 반대면의, 상기 스택의 상기 층 (A) 상에 폴리머 재료로 형성된 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈의 보호 전면시트 및/또는 배면시트에서의 다층 구조체의 용도.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다층 구조체는 n개의 스택들을 포함하고, n 은 1 초과의 양의 정수이며, 각각의 스택은 SiO₂ 층 (A) 과 SiO_xiN_yiH_zi 로 형성된 층 (B) 를 포함하고, i 는 1 과 n 사이의 양의 정수이고, z_i 는 정확히 비 (x_i+y_i)/5 미만이고, 이롭게는 z_i 는 정확히 비 (x_i+y_i)/10 미만이고, x_i, y_i 및 z_i 는 i 의 다양한 값들에 대해 동일하거나 또는 상이한 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈의 보호 전면시트 및/또는 배면시트에서의 다층 구조체의 용도.
제 7 항에 있어서,
상기 다층 구조체는 스택의 층 (A) 와 바로 이어지는 스택의 층 (B) 사이에 배치된 폴리머 재료로 형성된 적어도 하나의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈의 보호 전면시트 및/또는 배면시트에서의 다층 구조체의 용도.
제 8 항에 있어서,
상기 다층 구조체는 폴리머 재료로 형성된 n-1 개의 층들을 포함하고, 상기 층들의 각각은 2개의 스택들 사이에 배치되는 폴리머 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈의 보호 전면시트 및/또는 배면시트에서의 다층 구조체의 용도.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다층 구조체는 상기 기판의 양측면들에 대칭적으로 배치된 하나 이상의 스택들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈의 보호 전면시트 및/또는 배면시트에서의 다층 구조체의 용도.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 할로겐화 폴리머는 염화 및/또는 불화 호모- 및 코폴리머들, 바람직하게 불화 호모- 및 코폴리머들로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈의 보호 전면시트 및/또는 배면시트에서의 다층 구조체의 용도.
제 11 항에 있어서,
상기 불화 폴리머는 식 (I) 의 모노머들의 적어도 50 mol% 를 포함하고, 이롭게는 식 (I) 의 모노머들로 구성되는 불화 호모- 및 코폴리머들로부터 선택되고:
CFX=CHX' (I)
식 중, X 및 X' 는 독립적으로 수소 또는 할로겐 (특히 불소 또는 염소) 원자 또는 과할로겐화 (특히 과불화) 알킬 라디칼, 예컨대:
- 바람직하게 α 형태인, 폴리(불화 비닐리덴) (PVDF),
- 불화 비닐리덴과, 예를 들어, 헥사플루오로프로필렌 (HFP), 클로로트리플루오로에틸렌 (CTFE), 헥사플루오로프로필렌 (HFP), 트리플루오로에틸렌 (VF3) 또는 테트라플루오로에틸렌 (TFE) 의 코폴리머들,
- 트리플루오로에틸렌 (VF3) 호모- 및 코폴리머들,
- 플루오로에틸렌/프로필렌 (FEP) 코폴리머들,
- 에틸렌과 플루오로에틸렌/프로필렌 (FEP), 테트라플루오로에틸렌 (TFE), 퍼플루오로메틸 비닐 에테르 (PMVE), 클로로트리플루오로에틸렌 (CTFE) 또는 헥사플루오로프로필렌 (HFP) 의 코폴리머들, 및
- 그 배합물들을 나타내는 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈의 보호 전면시트 및/또는 배면시트에서의 다층 구조체의 용도.
제 12 항에 있어서,
상기 불화 호모- 또는 코폴리머는 폴리(불화 비닐리덴)인 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈의 보호 전면시트 및/또는 배면시트에서의 다층 구조체의 용도.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다층 구조체는 상기 광기전력 모듈의 상기 보호 전면시트를 구성하는 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈의 보호 전면시트 및/또는 배면시트에서의 다층 구조체의 용도.
봉지재, 보호 전면시트 및 보호 배면시트에 의해 보호되는 광기전력 전지들을 포함하는 광기전력 모듈로서,
상기 보호 전면시트 및/또는 배면시트는 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 기재된 다층 구조체를 포함하고, 두께가 50 ㎛ 이상인 유리 층을 포함하지 않는, 광기전력 모듈.