KR20150050743A - 배리어 층을 사용한 태양전지용 봉지재 시트 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 배리어 층(barrier layer)을 사용한 태양전지용 봉지재 시트 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 상기한 본 발명의 태양전지용 봉지재 시트는 에틸렌 비닐아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate : EVA)로 된 층 사이에 폴리올레핀(Polyolefin) 계열의 고분자로 된 층이 개재되어, 에틸렌 비닐아세테이트 층/폴리올레핀 층/에틸렌 비닐아세테이트 층의 구조로 적층되어 제조된 것임을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 태양전지용 봉지재 시트는 특정한 안정화제를 사용하지 않고 제조된 봉지재로 배리어 층으로 폴리올레핀(Polyolefin) 층을 개재함에 의해 고온/다습한 환경에서 지속적으로 노출되더라도 봉지재 시트 자체의 열화는 물론, 태양전지의 급격한 출력 저하의 원인이 되는 누설전류를 차단하여 태양전지의 효율 저하를 효과적으로 막을 수 있어 상기한 종래의 문제점을 해결한다.
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Description
본 발명은 배리어 층(barrier layer)을 사용한 태양전지용 봉지재 시트 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 에틸렌 비닐아세테에트(Ethylene Vinyl Acetate : EVA)만을 사용하여 태양전지용 봉지재를 제작하는 공정에 배리어 층을 적층하는 공정을 추가하여 다층 태양전지용 봉지재를 제작하는 과정으로 단일 에틸렌 비닐아세테이트(EVA)를 사용하여 제작된 태양전지용 봉지재에서 발생할 수 있는 태양전지 모듈의 효율 감소(PID; Potential Induced degradation)를 효과적으로 예방할 수 있는, 태양전지용 봉지재 시트 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래의 에너지원은 그 사용량에 있어 한계가 존재하고, 이산화탄소 및 각종 유해가스를 발생시켜 환경문제를 야기하는 문제점이 있다. 최근 들어 이러한 에너지 자원의 고갈 위기 극복 및 지구 온난화 등의 환경 문제를 극복하기 위해 각종 신 재생 에너지들이 주목받고 있으며, 이러한 에너지원 중 태양 에너지를 이용하여 직접 전기로 바꾸는 태양전지는 무공해, 무소음, 무한 공급에너지라는 이유로 급격한 성장세를 보이고 있다. 이러한 태양전지의 예로서 결정 및 비결정질 반도체를 사용한 태양전지를 들 수 있다.
이러한 태양전지에 있어서 태양전지 셀(cell)은 광전효과를 이용하여 빛 에너지를 전기에너지로 변화시키는 반도체 소자로써 태양전지의 이용에 있어 핵심적인 소재이지만, 일반적으로 이러한 태양전지 셀은 그 자체만으로 사용할 수 없으며, 외부의 충격 및 오염으로부터 보호하기 위하여 일련의 모듈화 과정을 거친다. 일반적으로 태양전지 모듈의 경우 표면 측 유리기판과 이면 측 보호 부재인 후면 보호 필름 사이에 봉지재 시트 2매가 태양전지 셀을 감싸고 있는 구성으로 이루어져 있다. 이와 같은 태양전지 모듈은 유리기판, 태양전지용 봉지재 시트(sheet), 태양전지 셀, 봉지재 시트, 후면 보호 필름을 순서대로 적층하고, 가열 및 가압에 의해 봉지재 시트가 완전히 용융되어 고분자의 충분한 이동성이 확보된 상태에서 상하 방향에서 가압 및 탈기 공정을 거쳐 제조된다.
일반적으로 태양전지 모듈용 봉지재 시트로는 각종 요구 조건을 만족시키기 위해서 첨가제와 고분자를 배합한 후 제조된 시트로 이루어진다. 이러한 태양전지용 봉지재 시트에 대해서는, 예를 들어 대한민국 등록특허 제0928411호는 앞에서 기술한 바와 같이 EVA 공중합체에 유기 과산화물과 가교조제, 자외선 흡수제, 산화방지제와 함께 접착성을 위하여 실란 화합물과 같은 접착 보조제를 첨가하여 형성된 봉지재 시트를 개시하고 있다.
상기와 같이 각종 첨가제를 에틸렌 비닐아세테이트(EVA), 폴리 비닐부티랄(Polyvinyl butyral : PVB) 등의 수지와 혼합하여 단층으로 제조된 태양전지 봉지재는 그 제조 공정이 간단하여 태양전지 봉지재 제조방법으로 많이 사용되어 왔다. 하지만, 최근 필드(field)에 설치된 태양전지 모듈에서 효율이 감소하는 현상인 PID(Potential Induced Degradation)가 발생하여 이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 연구가 진행되고 있다. PID 효과는 필드에 대규모로 설치된 발전용 태양전지 모듈에서 온도, 습도, 지역적인 환경에 따라 태양광 발전 중 태양전지 모듈에 발생하는 태양전지 모듈의 효율 감소 현상을 말한다. 이는 상기에서 제조한 단층 태양전지 봉지재에서 많이 발생하게 되는데, 이는 필드의 일교차와, 지역적 차이에서 나타나는 높은 습도에 의하여 습윤투과도(WVTR)가 높은 단층 EVA 봉지재의 경우 봉지재 자체에 수분이 많이 포함되어 누설전류가 발생하고, Na+ 등과 같은 이온의 이동경로가 생성된다. 나트륨 이온의 이동(migration)은 셀 표면에서 전하(e-)와 만나 침전(precipitation) 현상을 일으켜 전극의 단락을 유도할 수 있다.
상기와 같은 현상을 방지하기 위하여 에틸렌 비닐아세테이트(EVA)를 대신하여 폴리올레핀(Polyolefin) 계열의 고분자를 사용한 봉지재를 채용하는 경우가 있으나, 폴리올레핀(Polyolefin)은 에틸렌 비닐세테이트(EVA)보다 융점이 높아 가압 탈기 공정에서 충분한 소프트한(softness) 특성이 확보되지 않아 태양전지 셀에 균열(crack)을 야기하여 태양전지 모듈에 효율을 감소시킬 수 있다. 또한 유리, 셀과의 접착력이 낮은 단점이 존재한다.
이에 본 발명은 단층 에틸렌 비닐아세테이트에 수분이 잘 침투할 수 없는 배리어 층을 추가하여 PID 효과 등 누설 전류의 발생 문제를 해결하고, 높은 수분 투과도(WVATR)에 의한 나트륨 이온의 이동을 억제하여 전극의 단락 현상을 없애는 것에 착안하여, 이러한 문제를 해결하기 위해 단층 태양전지 봉지재를 제작하는 공정에서 두 장의 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)사에에 변성 폴리올레핀(Polyolefin) 층을 삽입하는 방법으로 배리어 층을 형성시켜 본 발명을 진행하게 되었다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 실정을 감안하여 기존의 봉지재가 가지고 있지 않은 물성인 고온/다습한 지역에 대규모로 설치된 태양전지 모듈에서 외부의 환경에 의해 태양전지 모듈의 효율이 감소되는 현상을 방지하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 주요 목적은 외부의 극한 환경, 특히 고온/다습한 환경에서 발생할 수 있는 누설전류에 의한 태양전지의 효율 감소와 나트륨 이온의 이동에 의한 전극의 단락현상이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 배리어 층을 보강한 새로운 태양전지용 봉지재 시트를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기한 특성을 갖는 봉지재 시트를 포함하는 태양전지 모듈을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 상기한 명확한 목적 이외에 이러한 목적 및 본 명세서의 전반적인 기술로부터 이 분야의 통상인에 의해 용이하게 도출될 수 있는 다른 목적을 달성함을 그 목적으로 할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양전지용 봉지재 시트는;
에틸렌 비닐아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate : EVA)로 된 층 사이에 폴리올레핀(Polyolefin) 계열의 고분자로 된 층이 개재되어, 에틸렌 비닐아세테이트 층/폴리올레핀 층/에틸렌 비닐아세테이트 층의 구조로 적층되어 제조된 것임을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 구성에 따르면, 상기 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 공중합체는 비닐 아세테이트(VA) 함량이 15 내지 40 중량%이고, 용융지수(190℃, 2.16kg)가 5 내지 50g/10분인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 사이에 개재되는 폴리올레핀(Polyolefin)의 두께는 시트 전체 두께에서 10 내지 30% 사이의 비율로 되는 것임을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 폴리올레핀(Polyolefin) 계열의 고분자는 투명성이 확보되는 에틸렌, 프로필렌, 부타디엔, 이소프렌, 아이오노머를 포함하는 고분자임을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 폴리올레핀(Polyolefin) 계열의 고분자가 두 층의 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)에 삽입되는 층 구조의 태양전지 모듈용 봉지재 시트의 두께는 0.3 내지 0.6mm로 되는 것임을 특징으로 한다.
상기한 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양전지용 봉지재 시트의 제조방법은;
가교제, 가교조제, 실란커플링제, UV흡수제, 광 안정제에서 선택된 하나 이상을 포함하는 첨가제를 각각 변성 폴리올레핀(Polyolefin) 및 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지와 일련의 혼합과정을 거쳐 태양전지용 봉지제 시트를 제조하기 위한 조성물을 제조하는 혼합단계, 상기 혼합단계에서 얻어진 조성물을 각각 용융·압출하는 용융/압출단계, 및 상기 압출된 각 시트를 에틸렌 비닐아세테이트 층/폴리올레핀 층/에틸렌 비닐아세테이트 층의 구조로 적층하여 시트화 하는 제막단계로 구성되어 지고, 여기서 적층 방법은 시트의 성형시에 적층 할 수 있는 공압출(co-extrusion)방식과 칼렌더(calendar) 방식, 시트 성형 후 적층할 수 있는 라미(Lamination) 방식의 어느 하나에 의해 수행함을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 구성에 따르면, 상기 각 에틸렌 비닐아세테이트 층은 상호 다른 두께를 가지도록 이원화하여 제조하는 것을 특징으로 한다.
상기한 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양전지 모듈은;
에틸렌 비닐아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate : EVA)로 된 층 사이에 폴리올레핀(Polyolefin) 계열의 고분자로 된 층이 개재되어, 에틸렌 비닐아세테이트 층/폴리올레핀 층/에틸렌 비닐아세테이트 층의 구조로 적층되어 전체 두께가 0.3 내지 0.6mm로 제조된 태양전지 모듈용 봉지재 시트가 사용된 것임을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 태양전지용 봉지재 시트는 특정한 안정화제를 사용하지 않고 제조된 봉지재로 배리어 층으로 폴리올레핀(Polyolefin) 층을 개재함에 의해 고온/다습한 환경에서 지속적으로 노출되더라도 봉지재 시트 자체의 열화는 물론, 태양전지의 급격한 출력 저하의 원인이 되는 누설전류를 차단하여 태양전지의 효율 저하를 효과적으로 막을 수 있어 상기한 종래의 문제점을 해결한다. 보다 구체적으로는 지속적으로 노출되는 고온/다습의 환경에서 직렬로 연결된 태양전지 모듈에 큰 전압이 인가되었을 때에도, 본 발명에 따른 봉지재 시트는 셀과 모듈 부재와의 전기 절연성을 크게 향상시키며 수분의 침투를 억제하여 모듈에서 발생할 수 있는 누설전류를 차단하고, 단지 폴리올레핀(Polyolefin) 계열로만 된 봉지재 시트가 가지지 못하는 글라스(glass), 셀(Cell)과의 접착력을 향상시킬 수 있으며, 에틸렌비닐아세테이트(EVA)의 고유 물성인 쿠션성을 확보하여 모듈제작시 발생할 수 있는 셀 크랙(crack)을 최소화할 수 있고, 이러한 결과로 혹독한 외부 환경에서도 태양전지 모듈을 출력 저하 없이 장시간 사용이 가능하며, 모듈제작에 대한 효율성도 크게 증가 한다. 또한, 부가적으로 폴리올레핀(Polyolefin)이 가지는 가격적 비용을 다운시켜 보다 저렴한 에틸렌 비닐아세테이트(EVA)로 대체 함으로써 불필요한 제조원가를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 태양전지용 봉지재 시트의 층 구조를 나타내는 단면도로, 본 도면에서 b1, b21 , b22는 서로 다른 종류의 폴리머 적층하여 시트로 제작한 태양전지용 봉지재 시트로, b1는 폴리올레핀(Polyolefin) 계열의 고분자, b21 및 b22는 에틸렌비닐 아세테이트(EVA) 공중합체로 제작되어 지고,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따라 순수 에틸렌비닐 아세테이트(EVA) 수지와 각종 기능성 첨가제를 혼합하여 용융/압출하는 단계에서 변성 폴리 에틸렌(Polyethylene)을 공압출(co-extrusion)을 실시함으로써 배리어 층이 있는 태양전지용 봉지재 시트를 제조하는 개략적인 공정 흐름도이고,
도 3은 본 발명에 따른 태양전지용 봉지재 시트를 포함하는 태양전지 모듈의 통상적인 구조를 개략적으로 도시한 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따라 순수 에틸렌비닐 아세테이트(EVA) 수지와 각종 기능성 첨가제를 혼합하여 용융/압출하는 단계에서 변성 폴리 에틸렌(Polyethylene)을 공압출(co-extrusion)을 실시함으로써 배리어 층이 있는 태양전지용 봉지재 시트를 제조하는 개략적인 공정 흐름도이고,
도 3은 본 발명에 따른 태양전지용 봉지재 시트를 포함하는 태양전지 모듈의 통상적인 구조를 개략적으로 도시한 개략 단면도이다.
이하, 본 발명을 첨부도면을 참고로 하여 바람직한 실시형태에 의해 보다 자세하게 설명하나, 이는 본 발명의 설명을 위한 것이며, 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 태양전지용 봉지재 시트의 층 구조를 나타내는 단면도로, 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 태양전지용 봉지재 시트는 에틸렌 비닐아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate : EVA)로 된 층 사이에 폴리올레핀(Polyolefin) 계열의 고분자로 된 층이 개재되어, 에틸렌 비닐아세테이트 층/폴리올레핀 층/에틸렌 비닐아세테이트 층의 구조로 적층되어 진 것이다.
또한, 도 3은 본 발명에 따른 봉지재 시트를 포함하는 태양전지 모듈의 통상적인 구조를 개략적으로 도시한 개략 단면도로, 본 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에서 제시하는 태양전지 모듈의 구성은 표면유리(a), 전면 봉지재 시트(b), 태양전지 셀(c), 후면 봉지재 시트(b), 백시트(d)의 적층 구조를 갖으며, 봉지재 시트의 적층 방법은 본 발명에 따라 폴리올레핀(b1)이 에틸렌비닐 아세테이트(b21, b22) 사이에 개재되는 구성으로 되어 진다.
본 발명의 봉지재 시트에는 투명성, 유연성을 고려하여 에틸렌비닐 아세테이트(EVA)를 사용하고 있으며, 이에 부가하여 태양전지가 고온/다습한 환경에서 장시간 노출시 발생할 수 있는 누설전류의 차단을 위해 변성 폴리에틸렌(Polyethylene) 등의 폴리올레핀(Polyolefin)을 에틸렌비닐 아세테이트(EVA)와 함께 적층하여 사용하는 것을 제시하는 것이다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 폴리올레핀(Polyolefin) 계열의 고분자는 투명성이 확보되는 에틸렌, 프로필렌, 부타디엔, 이소프렌, 아이오노머를 포함하는 고분자를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따라 사용할 수 있는 에틸렌비닐 아세테이트(EVA)는 비닐 아세테이트(VA) 함량이 15 내지 40 중량%이고, 용융지수(190℃, 2.16kg)가 5 내지 50g/10분인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 가교를 위한 유기과산화물과 가교 반응시의 속도 및 가교밀도를 조절해주는 가교조제, 그리고 유리와의 접착성을 위한 접착보조제가 첨가될 수 있고, 그외 UV 흡수제, 광안정제, 산화방지제를 용도에 맞게 포함할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 본 발명의 태양전지용 봉지재 시트 제작에 사용되는 유기 과산화 물은 2,2-디(t-부틸퍼옥시)부탄, t-부틸-퍼옥시 아이소프로필벤젠, 1,1-디-(t-아밀퍼옥시)사이클로헥산, t-부틸 퍼옥시-2-에틸헥실 카보네이트, t-아밀(2-에틸헥실)모노퍼옥시 카르보네이트, t-부틸퍼옥시 아세테이트, t-아밀퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, 2,5-디메틸-2,5-비스(t-부틸퍼옥시)헥산, t-부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트 중에서 선택되는 1종 혹은 2종을 사용할 수 있다.
또한, 봉지재와 글라스(Glass), 백 시트(back sheet) 사이에서 접착보조제로 사용될 수 있는 실란 화합물로는 비닐기 아크릴록시기, 메타아크릴록시기와 같은 불포화기, 아미노기, 에폭시기 등과 함께, 알콕시기와 같은 가수 분해 가능한 기를 갖는 화합물을 들 수 있다. 실란 커플링제로서, 구체적으로는 비닐트리에톡시실록산, 비닐트리메톡시실록산, γ-메타아크릴록시프로필트리에톡시실록산 등을 예시할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 EVA 공중합체의 겔 분율을 향상시키고, 내구성을 향상시키기 위해 가교조제를 첨가할 수 있으며, 이 목적으로 제공되는 가교조제는 트리알릴 아이소시아누레이트, 트리 알릴 아이소시아네이트 등을 들 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기한 바와 같이 본 발명에 따른 배리어 층은 태양전지 봉지재용 시트의 제작에 필요한 가교제, 가교조제, 실란커플링제, UV흡수제, 광 안정제의 어느 하나 또는 모두 포함하는 각종 첨가제를 변성 폴리올레핀(Polyolefin) 및 에틸렌비닐 아세테이트(EVA) 수지와 일련의 혼합과정을 거쳐 태양전지용 봉지제 시트를 제조하는 방법은 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같은 흐름도에 의해 제조될 수 있다.
도 2를 참고로 하여 구체적으로 설명하면, 본 발명에 따른 태양전지용 봉지재 시트는 가교제, 가교조제, 실란커플링제, UV흡수제, 광 안정제에서 선택된 하나 이상을 포함하는 첨가제를 각각 변성 폴리올레핀(Polyolefin) 및 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지와 일련의 혼합과정을 거쳐 태양전지용 봉지제 시트를 제조하기 위한 조성물을 제조하는 혼합단계, 상기 혼합단계에서 얻어진 조성물을 각각 용융·압출하는 용융/압출단계, 및 상기 압출된 각 시트를 에틸렌 비닐아세테이트 층/폴리올레핀 층/에틸렌 비닐아세테이트 층의 구조로 적층하여 시트화 하는 제막단계로 구성되어 지는 단계에 의해 제조되어 질 수 있고, 여기서 적층 방법은 시트의 성형시에 적층 할 수 있는 공압출(co-extrusion)방식과 칼렌더(calendar) 방식, 시트 성형 후 적층할 수 있는 라미(Lamination) 방식의 어느 하나에 의해 수행할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 설명과 같이 투입된 봉지재 시트용 에틸렌비닐 아세테이트(EVA) 원료 및 변성 폴리에틸렌(Polyethylene)은 T-다이 방식의 성형장치를 이용하여 0.3mm 내지 0.6mm 두께의 시트 형상으로 제조될 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면 태양전지 모듈 제작 과정에서 에틸렌비닐 아세테이트(EVA)와 변성 폴리에틸렌(Polyethylene) 융점(Tm) 차이에 의하여 모듈 제작 과정(Lamination)에서 발생할 수 있는 셀(cell) 크랙(crack) 등의 현상을 방지하기 위하여 모듈에 들어가는 에틸렌비닐 아세테이트(EVA)의 두께를 이원화한 시트의 구성으로 시트가 제조될 수 있다. 또한, 불필요한 제조원가 상승을 방지하기 위하여 배리어 층인 변성 폴리에틸렌(Polyethylene) 층을 봉지재 전체 두께 비율의 10% 내지 30% 두께의 시트 형상으로 제조하여 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 배리어 층이 있는 태양전지용 봉지재 시트를 이용한 태양전지 모듈은 표면 유리/봉지재 시트/태양전지 셀/봉지재 시트/후면 보호 필름의 순으로 적층 후 일정한 규칙에 따라 진공 라미네이터(laminator)로 100 내지 160℃의 온도, 탈기 시간 4 내지 20분, 가압 0.5 내지 1기압, 가입시간 5 내지 60분으로 가열·가압하여 제조할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의해 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 범위를 이들 실시 예에 한정하기 위한 것이 아님은 물론이다.
실시예 1
배리어 층을 포함하는 봉지재 시트를 제조하기 위하여 VA함량 28중량%, 용융지수 15g/10min인 에틸렌비닐 아세테이트(EVA)와 비중이 0.93g/cm3, 용융지수가 16g/10min인 투명성을 확보한 변성 폴리에틸렌(Polyethylene)을 동일 함량의 각종 기능성 첨가제로 배합하여 공압출(co-extrusion)한 봉지재로, 총 두께 0.5mm에 대해 변성 폴리에틸렌(Polyethylene)의 두께가 전체 두께의 10%가 되게 시트를 제작하였다. 이때, 에틸렌비닐 아세테이트(EVA) 층의 각 두께는 서로 동일(전체 두께의 45%)하게 제작하였다.
실시예 2
상기 실시예 1의 구성으로 제조한 시트의 총 두께는 동일하게 하고, 변성 폴리에틸렌(Polyethylene)의 두께가 전체 두께의 20%가 되게 시트를 제작하였다. 이때, 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 층의 각 두께는 서로 동일(전체 두께의 40%)하게 제작하였다.
실시예 3
상기 실시예 1의 구성으로 제조한 시트의 총 두께는 동일하게 하고, 변성 폴리에틸렌(Polyethylene)의 두께가 전체 두께의 30%가 되게 시트를 제작하였다. 이때, 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 층의 각 두께는 서로 동일(전체 두께의 35%)하게 제작하였다.
실시예 4
상기 실시예 1의 구성으로 제조한 시트의 총 두께는 동일하게 하고, 변성 폴리에틸렌(Polyethylene)의 두께가 전체 두께의 30%가 되게 시트를 제작하였다. 이때, 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 층으로 b21의 두께는 전체 두께의 10%, b22의 두께는 전체 두께의 60%의 두께로 제작하게 되었다.
실시예 5
상기 실시예 1의 구성으로 제조한 시트의 총 두께는 동일하게 하고, 변성 폴리에틸렌(Polyethylene)의 두께가 전체 두께의 30%가 되게 시트를 제작하였다. 이때, 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 층으로 b21의 두께는 전체 두께의 60%, b22의 두께는 전체 두께의 10%의 두께로 제작하게 되었다.
실시예 6
상기 실시예 1의 구성으로 제조한 시트의 총 두께는 동일하게 하고, 변성 폴리에틸렌(Polyethylene)의 두께가 전체 두께의 10%가 되게 시트를 제작하였다. 이때, 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 층으로 b21의 두께는 전체 두께의 30%, b22의 두께는 전체 두께의 60%의 두께로 제작하게 되었다.
실시예 7
상기 실시예 1의 구성으로 제조한 시트의 총 두께는 동일하게 하고, 변성 폴리에틸렌(Polyethylene)의 두께가 전체 두께의 10%가 되게 시트를 제작하였다. 이때, 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 층으로 b21의 두께는 전체 두께의 80%, b22의 두께는 전체 두께의 10%의 두께로 제작하게 되었다.
비교예 1.
상기 실시예 1의 구성에서 변성 폴리에틸렌(Polyethylene)의 공압출을 제외한 에틸렌비닐 아세테이트(EVA)를 단일 압출 실시한 것으로 시트의 두께는 0.5mm로 동일한 형태로 진행하였다.
실험예 1
상기 각 실시예 및 비교예에서 제작된 태양전지용 봉지재 시트 중 변성 폴리에틸렌(Polyethylene, b1)과 에틸렌비닐 아세테이트(EVA, b21, b22)의 두께의 정도에 따라 가교율(%), 글라스 접착력(N/cm), 체적저항(Ωcm) 등의 기초물성을 측정하여 결과를 다음 표 1에 나타내었다.
상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예 1에서 기존의 방법대로 에틸렌비닐 아세테이트(EVA)만을 사용하여 만든 태양전지용 봉지재의 기초 물성 중 가교율, 글라스 접착력 부분에서 변성 폴리에틸렌(Polyethylene)을 공압출하여 만든 실시예 1 내지 7과 동등한 수준의 기초물성을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 또한, PID(Potential Induced degradation) 효과 개선의 지표가 되는 체적저항 부분에서 변성 폴리에틸렌(Polyethylene)을 사용하여 제조한 실시예 1 내지 7에서 1오더(order) 정도가 높게 측정되는 것을 확인할 수 있었다.
상기 실험에서 알 수 있는 바와 같이, 에틸렌비닐 아세테이트(EVA)를 사용한 기존의 태양전지용 봉지재가 가지는 기초 물성(가교율, 글라스 접착력)을 변성 폴리올레핀(Polyolefin)을 사용하여 배리어 층을 제작한 태양전지용 봉지재가 동등 수준의 기초 물성을 가지는 것을 확인할 수 있었으며, PID효과 개선을 위한 물성인 체적 저항에서도 높은 값을 갖는다는 것을 확인할 수 있었다.
실험예 2
상기 각 실시예 및 비교예에서 기술된 형태로 준비된 봉지재 시트를 이용하여 4셀(cell) 형태의 미니모듈을 제작하였다. 이후 실시예와 비교예에서 기술된 봉지재 시트는 다음의 순서로 태양전지모듈로 제작하였다. 먼저 표면 유리, 봉지재 시트, 셀, 봉지재 시트, PET계 백시트(LTW-09ST, Toray Advanced Films)를 순서대로 적층한 후, 진공 라미네이터에서 탈기 4분 프레스 1분, 유지 10분의 순서로 모듈화를 진행하였다. 이때 사용된 태양전지 셀은 다결정 실리콘의 6인치, 2bus bar type, 셀 효율 16.6%의 셀을 사용하였으며, 표면 유리는 태양전지 모듈에 통상적으로 사용되는 3.2mm 두께의 것을 사용하였다.
상기의 모듈 제작 방법을 토대로 모듈제작 과정에서 발생할 수 있는 여부를 셀 크랙 여부를 반복 실험을 통하여 확인한 결과를 표 2에 나타내었다.
상기 표 1에서 알 수 있듯이 변성 폴리에틸렌(Polyethylene)의 두께가 두꺼울수록 체적저항이 증가하여 PID 효과 개선을 기대할 수 있었다. 하지만, 상기 표 2에서 알 수 있듯이, 변성 폴리에틸렌(Polyethylene)의 두께가 두꺼울수록 통상의 모듈조건으로 모듈을 제작시 셀에 크랙이 가는 것을 확인할 수 있었다. 이는 통상의 모듈 제작 조건에서 에틸렌비닐 아세테이트(EVA)와 변성 폴리에틸렌(Polyethylene) 융점(Tm) 차이에 의하여 모듈 제작 과정(Lamination)에서 셀과 접촉하는 봉지재의 쿠션성(softness)이 충분히 확보되지 않은 상태에서 모듈 제작을 진행할 경우 발생하는 현상으로, 상기 표 2에서 알 수 있듯이, 셀(cell) 크랙(crack) 등의 현상을 방지하기 위하여 모듈에 들어가는 에틸렌비닐 아세테이트(EVA) b21, b22의 두께를 이원화한 시트의 구성으로 시트로 제조하는 하는 것이 중요하다는 것을 알 수 있다.
앞에 있는 표 1과 표 2를 비교하여 생각할 때, 셀 크랙이 발생하지 않는 범위의 배리어 층을 제작하는 하는 것이 중요하며, 그 결과를 에틸렌비닐 아세테이트 b22가 충분한 쿠션성 확보하는 실시예 4, 실시예 6의 조건으로 배리어 층을 제작하는 것임을 확인할 수 있었다.
실험예 3
상기 실험예 2에서 소개한 모듈제작 방법과 동일한 방법으로 54셀의 풀(full) 모듈을 제작하여 항온항습기 온도 50℃, 습도 50%RH, 모듈 글라스 전면에 알루미늄 호일을 덮고, 셀 배선 쪽에는 -극, 모듈 프레임 쪽에는 +극 배선을 연결 후 1000V의 직류 전원을 인가하는 PID 테스트를 진행하였다.
상기의 조건에서 48시간을 방치 후, 실험 전 초기 출력치와 비교를 통해 태양전지 모듈의 효율 감소 발생하는 정도를 표 3에 나타내었다.
상기 표 3에서 알 수 있듯이, 순수 에틸렌비닐 아세테이트(EVA)만을 사용하여 제작한 비교예 1의 경우 배리어 층이 없어 시간이 갈수록 큰 폭으로 모듈의 효율이 감소하는 것을 확인할 수 있는 반면, 실시예 1 내지 7에서는 그 효율의 감소폭이 작아 48hr 후에도 PID 효과가 크게 나타나지 않는 것을 확인할 수 있었으며, 변성 폴리에틸렌(Polyethylene, b1)의 두께가 두꺼워 질수록 체적저항이 높아져 모듈의 효율 감소율이 낮아진다는 것을 확인할 수 있었다.
a : 태양전지모듈용 글라스
b : 태양전지용 봉지재 시트
- b1 : 변성 폴리올레핀(Polyolefin) 시트
- b21 : 에틸렌비닐 아세테이트 (EVA) 시트(글라스/백 시트 면)
- b22 : 에틸렌비닐 아세테이트 (EVA) 시트 (셀 쪽 면)
c : 태양전지용 셀
d : 태양전지용 백 시트(back sheet)
b : 태양전지용 봉지재 시트
- b1 : 변성 폴리올레핀(Polyolefin) 시트
- b21 : 에틸렌비닐 아세테이트 (EVA) 시트(글라스/백 시트 면)
- b22 : 에틸렌비닐 아세테이트 (EVA) 시트 (셀 쪽 면)
c : 태양전지용 셀
d : 태양전지용 백 시트(back sheet)
Claims (8)
- 에틸렌 비닐아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate : EVA)로 된 층 사이에 폴리올레핀(Polyolefin) 계열의 고분자로 된 층이 개재되어, 에틸렌 비닐아세테이트 층/폴리올레핀 층/에틸렌 비닐아세테이트 층의 구조로 적층되어 제조된 것임을 특징으로 하는 태양전지용 봉지재 시트.
- 제 1항에 있어서, 상기 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 공중합체는 비닐 아세테이트(VA) 함량이 15 내지 40 중량%이고, 용융지수(190℃, 2.16kg)가 5 내지 50g/10분인 것을 특징으로 하는 태양전지용 봉지재 시트.
- 제 1항에 있어서, 상기 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 사이에 개재되는 폴리올레핀(Polyolefin)의 두께는 시트 전체 두께에서 10 내지 30% 사이의 비율로 되는 것임을 특징으로 하는 태양전지용 봉지재 시트.
- 제 1항에 있어서, 상기 폴리올레핀(Polyolefin) 계열의 고분자는 투명성이 확보되는 에틸렌, 프로필렌, 부타디엔, 이소프렌, 아이오노머를 포함하는 고분자임을 특징으로 하는 태양전지용 봉지재 시트.
- 제 1항에 있어서, 상기 폴리올레핀(Polyolefin) 계열의 고분자가 두 층의 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)에 삽입되는 층 구조의 태양전지 모듈용 봉지재 시트의 두께는 0.3 내지 0.6mm로 되는 것임을 특징으로 하는 태양전지용 봉지재 시트.
- 가교제, 가교조제, 실란커플링제, UV흡수제, 광 안정제에서 선택된 하나 이상을 포함하는 첨가제를 각각 변성 폴리올레핀(Polyolefin) 및 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지와 일련의 혼합과정을 거쳐 태양전지용 봉지제 시트를 제조하기 위한 조성물을 제조하는 혼합단계, 상기 혼합단계에서 얻어진 조성물을 각각 용융·압출하는 용융/압출단계, 및 상기 압출된 각 시트를 에틸렌 비닐아세테이트 층/폴리올레핀 층/에틸렌 비닐아세테이트 층의 구조로 적층하여 시트화 하는 제막단계로 구성되어 지고, 여기서 적층 방법은 시트의 성형시에 적층 할 수 있는 공압출(co-extrusion)방식과 칼렌더(calendar) 방식, 시트 성형 후 적층할 수 있는 라미(Lamination) 방식의 어느 하나에 의해 수행함을 특징으로 하는 태양전지용 봉지재 시트의 제조방법.
- 제 6항에 있어서, 상기 각 에틸렌 비닐아세테이트 층은 상호 다른 두께를 가지도록 이원화하여 제조하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 봉지재 시트의 제조방법.
- 에틸렌 비닐아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate : EVA)로 된 층 사이에 폴리올레핀(Polyolefin) 계열의 고분자로 된 층이 개재되어, 에틸렌 비닐아세테이트 층/폴리올레핀 층/에틸렌 비닐아세테이트 층의 구조로 적층되어 전체 두께가 0.3 내지 0.6mm로 제조된 태양전지 모듈용 봉지재 시트가 사용된 것임을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130131118A KR101556445B1 (ko) | 2013-10-31 | 2013-10-31 | 배리어 층을 사용한 태양전지용 봉지재 시트 및 그 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130131118A KR101556445B1 (ko) | 2013-10-31 | 2013-10-31 | 배리어 층을 사용한 태양전지용 봉지재 시트 및 그 제조 방법 |
Publications (2)
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