KR20150101427A - 광 모듈용 봉지재, 이의 제조방법 및 광 모듈 - Google Patents

광 모듈용 봉지재, 이의 제조방법 및 광 모듈 Download PDF

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Abstract

본 출원은 광 모듈용 봉지재, 이의 제조방법 및 광 모듈에 관한 것이다. 본 출원에 따른 봉지재는 우수한 내열성 등을 가져 크리프 특성이 개선됨과 동시에 일정 수준 이하의 헤이즈를 나타내어 투광성 등의 광학적 특성도 우수하여, 광 모듈로 적용 시 내구성 및 투광성 등의 물성을 향상시켜, 이에 따라 광 모듈의 발전 효율을 우수하게 나타낼 수 있다.

Description

광 모듈용 봉지재, 이의 제조방법 및 광 모듈 {ENCAPSULANT FOR LIGHT MODULE, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME AND LIGHT MODULE COMPRISING THE SAME}
본 출원은 광 모듈용 봉지재, 이의 제조방법 및 광 모듈에 관한 것이다.
최근 지구 환경 문제와 화석 연료의 고갈 등으로 인해 신재생 에너지나 청정 에너지에 대한 관심이 높다. 그 중에서, 광을 이용한 에너지는 환경오염 문제 및 화석 연료 고갈 문제를 해결할 수 있는 대표적인 무공해 에너지원으로 주목을 받고 있다. 광을 이용한 에너지로서는 예를 들어, 태양 전지(solar cell) 등의 광전지가 대표적이다.
광전지는 태양광을 전기 에너지로 전환시키는 소자로서, 이는 일반적으로 태양광을 용이하게 흡수할 수 있도록 외부환경에 장기간 노출되어야 하므로, 내부 소자를 보호하기 위한 여러 가지 패키징이 수행되어 유닛(unit) 형태로 제조되며, 이러한 유닛을 통상 「광 모듈」이라 한다.
통상적으로 광 모듈은 내부 소자(예를 들어, 태양전지 셀)를 보호하기 위한 백시트(back sheet)를 포함한다. 도 1은 종래의 광 모듈로서 태양전지 모듈의 단면을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 통상적으로 태양전지 모듈은 광이 입사되는 투명 강화 유리(3), 전면 봉지재층(2a), 복수의 태양전지 셀(C), 후면 봉지재층(2b) 및 백시트(1)가 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 또한, 상기 복수의 태양전지 셀(C)은 서로 전기적으로 연결되어 있되, 상기 전면 및 후면 봉지재층(2a)(2b)에 의해 패킹 및 고정되어 있다.
상기 전면 및 후면 봉지재층(2a)(2b)을 구성하는 봉지재(Encapsulant)로서는, 통상적으로 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(ethylene vinylacetate, EVA)가 사용된다. 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체는 가공성, 제조비용 및 투명성 등과 같은 물성에서 유리한 측면이 있어 종래 많이 이용되어 왔다.
그러나, 상기 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체는 수분 차단성이 좋지 않아 고온 습윤 조건에서 태양전지 셀(C)이나 투명 강화 유리(3)와의 접착강도가 떨어지며, 장시간 사용 시 층간 박리 현상이 발생하기도 한다. 또한, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체는 수분 침투에 의한 가수 분해 반응으로 아세트산 가스를 발생시켜 전극 부식의 원인이 되거나, 발포 등의 문제점을 야기시킨다. 이러한 문제점은 궁극적으로 태양광 모듈로 적용 시 효율 저하의 원인이 되기도 한다.
이를 해결하기 위해, 상기 봉지재로서 에틸렌/α(알파)-올레핀계 공중합체를 사용하는 기술이 시도되고 있다. 특허문헌 1 및 2는 이와 관련한 기술이 제시되어 있다. 에틸렌/α-올레핀계 공중합체는 상기 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체에 비하여, 수분 투과율이 낮고, 아세트산 등의 가수분해 생성물을 발생시키지 않으므로, 태양광 모듈의 신뢰성을 높여 줄 수 있다.
그러나, 이러한 에틸렌/α(알파)-올레핀계 공중합체 소재의 봉지재는 접착성 등이 약하고, 특히 낮은 융점(Tm)으로 인한 내열 취약성으로 인해 장시간 사용 시, 태양전지 모듈 내의 박리(Delamination) 현상을 일으키는 문제점을 여전히 나타내고 있으며, 이에 따라 광 모듈 적용 시 태양광 모듈의 출력 저하를 발생시키고 있고, 상기 태양전지 모듈 내의 박리(Delamination) 현상과 관련된 문제점 이외에도 투명성을 동시에 만족시킬 수 있는 봉지재가 요구되고 있는 실정이다.
대한민국 공개특허 제10-2012-0078026호 일본 공개특허 2009-302220호
본 출원은 광 모듈용 봉지재, 이의 제조방법 및 광 모듈을 제공한다.
구체적으로, 본 출원은 개선된 접착성을 나타내고, 특히 낮은 융점(Tm)으로 인한 내열 취약성으로 인해 장시간 사용 시, 태양전지 모듈 내의 박리 현상을 방지할 수 있는 동시에 투명성까지 우수한 광 모듈용 봉지재, 이의 제조방법 및 광 모듈을 제공하고자 한다.
본 출원의 예시적인 봉지재는 광 모듈용 봉지재(이하, “봉지재”로 지칭될 수 있음)에 관한 것이다.
하나의 예시에서, 상기 봉지재는, 1) 에틸렌/α(알파)-올레핀계 공중합체, 2) 실란 변성 에틸렌/α-올레핀계 공중합체 및 3) 내열 고분자 수지를 포함할 수 있다.
이하, 상기 성분들에 대해 구체적으로 설명한다.
1) 에틸렌/α-올레핀계 공중합체
본 출원의 상기 에틸렌/α-올레핀계 공중합체는 에틸렌과 α-올레핀이 중합된 공중합체이면 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다.
본 명세서에서 「에틸렌/α-올레핀계 공중합체」라 함은, 에틸렌의 단독 중합체는 물론, 적어도 50 mol% 이상의 에틸렌을 중합 단위로 포함하면서 3개 이상의 탄소 원자를 가지는 올레핀 단량체, 또는 그 외의 다른 공단량체를 중합 단위로 함께 포함하고 있는 공중합체를 모두 포함하는 의미할 수 있다.
상기 에틸렌/α-올레핀 공중합체를 구성하는 α-올레핀으로는, 예를 들어 에틸렌, 프로필렌, 이소부틸렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-헵텐, 1-옥텐, 1-노넨, 1-데센, 4-페닐-1-부텐, 6-페닐-1-헥센, 2-메틸-1-부텐, 3-메틸-1-부텐, 4-메틸-1-부텐, 3-메틸-1-펜텐, 4-메틸-1-헥센, 5-메틸-1-헥센, 3,3-디메틸-1-펜텐, 3,4-디메틸-1-펜텐, 4,4-디메틸-1-펜텐 및 비닐시클로헥산 등의 α(알파)-올레핀류; 및 헥사플루오로프로펜, 테트라플루오로에틸렌, 2-플루오로프로펜, 플루오로에틸렌, 1,1-디플루오로에틸렌, 3-플루오로프로펜, 트리플루오로에틸렌 또는 3,4-디클로로-1-부텐 등의 할로겐 치환 α-올레핀류로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 에틸렌/α-올레핀계 공중합체는 동일한 종류의 단량체(들)로부터 제조되었더라도 다양한 형태의 중합체일 수 있다. 상기 에틸렌/α-올레핀계 공중합체는, 예를 들어 랜덤(random) 공중합체, 블록(block) 공중합체 또는 상이한 세그먼트 등으로 조절되어 중합된 그래프트(graft) 공중합체를 포함할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 에틸렌/α-올레핀계 공중합체는 저밀도 에틸렌/α-올레핀계 공중합체, 중밀도 에틸렌/α-올레핀계 공중합체, 고밀도 에틸렌/α-올레핀계 공중합체, 초저밀도 에틸렌/α-올레핀계 공중합체, 극초저밀도 에틸렌/α-올레핀계 공중합체 및 직쇄상 저밀도 에틸렌/α-올레핀계 공중합체 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 에틸렌/α-올레핀계 공중합체의 밀도는 약 0.82g/㎤ 내지 0.96g/㎤, 또는 약 0.85g/㎤ 내지 0.92g/㎤일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
아울러, 상기 에틸렌/α-올레핀 공중합체는, 용융 지수(melting index, MI)가 190℃의 온도 및 2.16kg의 하중 하에서, 약 1.0g/10분 내지 50.0g/10분, 약 1.0g/10분 내지 30.0g/10분, 약 1.0g/10분 내지 10.0g/10분, 약 1.0g/10분 내지 8.0g/10분 또는 약 3.0g/10분 내지 7.0g/10분일 수 있다. 상기 에틸렌/α-올레핀 공중합체의 용융 지수(MI)를 전술한 범위에서 조절하여, 봉지재로 제조 시 우수한 성형성 등을 나타낼 수 있다.
2) 실란 변성 에틸렌/α-올레핀계 공중합체
본 출원의 상기 실란 변성 에틸렌/α-올레핀계 공중합체는 에틸렌/α-올레핀계 공중합체의 실란 변성 공중합체일 수 있다.
본 명세서에서 「실란 변성 에틸렌/α-올레핀계 공중합체」라 함은, 이는 에틸렌/α-올레핀계 공중합체 및 실란 화합물이 중합된 공중합체를 의미할 수 있다. 또한, 상기 중합은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 그래프트(graft) 중합일 수 있다.
본 출원의 봉지재는 상기 실란 변성 에틸렌/α-올레핀계 공중합체를 포함하여 접착력 및 봉지성 등의 물성을 확보할 수 있다.
상기 실란 변성 에틸렌/α-올레핀계 공중합체는 에틸렌/α-올레핀계 공중합체 100 중량부 대비 약 0.001 중량부 내지 20 중량부, 약 0.01 중량부 내지 15 중량부 또는 약 0.1 중량부 내지 10 중량부의 실란 화합물을 포함할 수 있다. 상기 실란 화합물의 함량이 0.001 중량부 미만인 경우, 이의 사용에 따른 접착력 및 봉지성 등의 개선 효과가 미미할 수 있고, 20 중량부를 초과하는 경우 과잉 사용에 따른 상승 효과가 그다지 않고, 오히려 점성이 높아져 성형성이 떨어질 수 있다.
상기 실란 화합물은 화합물의 분자 내에 하나 이상의 실란기를 가지는 화합물이면 특별히 제한되지 않는다. 상기 실란 화합물로는, 예를 들어 불포화 실란 화합물 및/또는 아미노 실란 화합물을 포함할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 실란 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 선택될 수 있다.
[화학식 1]
DSiR1 pR2 (3-p)
상기 화학식 1에서, D는 알케닐이고, R1는 알콕시기, 알킬티오기, 아릴옥시기, 아실옥시기, 히드록시기, 할로겐기, 아민기 또는 -R3R4이며, 상기 R3은 산소(O) 또는 황(S) 원자이고, R4는 알킬기, 아릴기 또는 아실기이고, R2는 수소, 알킬기, 아릴기 또는 아랄킬기이며, p는 1 내지 3의 정수이다.
본 명세서에서 용어 「알케닐」은, 규소 원자에 결합되어 있는 것으로서, 분자 내에 적어도 하나 이상의 불포화기(예를 들어, 이중 결합을 가지는 작용기)를 가지는 탄화수소 화합물을 의미할 수 있다. 또한, 상기 알케닐의 탄소수는, 예를 들어 2 내지 20, 2 내지 12, 또는 2 내지 6일 수 있다. 상기 알케닐로는, 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 비닐, 알릴, 프로페닐, 이소프로페닐, 부테닐, 헥세닐, 사이클로헥세닐 또는 γ-메타크릴옥시프로필 등으로부터 선택될 수 있으며, 바람직하게는 비닐일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 화학식 1에서, R1는 규소 원자에 결합된 것으로서, 이는 알콕시기, 알킬티오기, 아릴옥시기, 아실옥시기, 히드록시기, 할로겐기, 아민기 또는 -R3R4로부터 선택된다. 여기서, 상기 R3은 산소(O) 또는 황(S) 원자이고, R4는 알킬기, 아릴기 또는 아실기로부터 선택된다.
상기 화학식 1에서, R2는 규소 원자에 결합되어 있는 것으로서, 이는 수소, 알킬기, 아릴기 또는 아랄킬기(aralkyl group)로부터 선택된다. 그리고 상기 화학식 1에서, p는 1 내지 3의 정수이고, 바람직하게는 3일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 명세서에서 용어 「알콕시기」는, 예를 들어 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4를 가지는 알콕시기를 의미할 수 있다. 상기 알콕시기는, 예를 들어 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 이소프로폭시기 또는 부톡시기 등으로부터 선택될 수 있으며, 바람직하게는 메톡시기 또는 에톡시기일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 아실옥시기는 탄소수 1 내지 12를 가지는 아실옥시기일 수 있고, 상기 알킬티오기는 탄소수 1 내지 12를 가지는 알킬티오기일 수 있다.
본 명세서에서 용어 「알킬기」는, 예를 들어 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4를 가질 수 있고, 예를 들어 메틸기, 에틸기 또는 프로필기 등으로부터 선택될 수 있다. 상기 아릴기는, 예를 들어 탄소수 6 내지 18, 또는 탄소수 6 내지 12를 가질 수 있으며, 예를 들어 페닐기일 수 있다. 또한, 상기 아랄킬기는, 예를 들어 탄소수 7 내지 19, 또는 탄소수 7 내지 13을 가지는 아랄킬기일 수 있으며, 예를 들어 벤질기일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
하나의 예시에서, 상기 실란 화합물은 분자 내에 하나 이상의 비닐기를 가지는 비닐알콕시 실란으로부터 선택될 수 있다. 상기 비닐알콕시 실란으로는, 예를 들어 비닐트리메톡시 실란, 비닐트리에톡시 실란, 비닐트리프로폭시 실란, 비닐트리이소프로폭시 실란, 비닐트리부톡시 실란, 비닐트리펜톡시 실란, 비닐트리페녹시 실란 및 비닐트리아세톡시 실란로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 실란 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 2]
SiR5 qR6 (4-q)
상기 화학식 2에서, R5는 -CH2)vNR7R8이고, R7 및 R8은 각각 독립적으로 질소 원자에 결합된 수소 또는 R9NH2이며, 상기 R9는 탄소수 1 내지 6의 알킬렌이고, R6은 할로겐, 아민기, -R10R11 또는 -R11이며, 상기 R10은 산소(O) 또는 황(S) 원자이고, R11은 수소, 알킬기, 아릴기, 아랄킬기 또는 아실기이며, q는 1 내지 4의 정수이다.
상기 아민기는 1차 아민 및/또는 2차 아민일 수 있다. 상기 아미노 실란 화합물은, 예를 들어 로부터 선택될 수 있다.
상기 화학식 2에서, 상기 알킬기, 아릴기, 아랄킬기 및 아실기는 상기 화학식 1에서 설명한 바와 같다.
하나의 예시에서, 상기 실란 화합물은 아미노알콕시 실란일 수 있다.
상기 아미노 실란 화합물로는, 예를 들어 아미노프로필트리메톡시실란, 아미노프로필트리에톡시실란, 비스[(3-트리에톡시실릴)프로필]아민, 비스[(3-트리메톡시실릴)프로필]아민, 아미노프로필메틸디에톡시실란, 아미노프로필메틸디메톡시실란, N-[3-(트리메톡시실릴)프로필]에틸렌디아민, 아미노에틸아미노프로필트리에톡시실란, 아미노에틸아미노프로필메틸디메톡시실란, 아미노에틸아미노프로필메틸디에톡시실란, 아미노에틸아미노메틸트리에톡시실란, 아미노에틸아미노메틸메틸디에톡시실란, 디에틸렌트리아미노프로필트리메톡시실란, 디에틸렌트리아미노프로필트리에톡시실란, 디에틸렌트리아미노프로필메틸디메톡시실란, 디에틸렌아미노메틸메틸디에톡시실란, (N-페닐아미노)메틸트리메톡시실란, (N-페닐아미노)메틸트리에톡시실란, (N-페닐아미노)메틸메틸디메톡시실란, (N-페닐아미노)메틸메틸디에톡시실란, 3-(N-페닐아미노)프로필트리메톡시실란, 3-(N-페닐아미노)프로필트리에톡시실란, 3-(N-페닐아미노)프로필메틸디메톡시실란, 3-(N-페닐아미노)프로필메틸디에톡시실란, N-(N-부틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, 글리시독시프로필 트리메톡시실란 및 글리시독시프로필 트리에톡시실란으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 실란 변성 에틸렌/α-올레핀계 공중합체는 실란 화합물로서 전술한 불포화 실란 화합물 및 아미노 실란 화합물을 모두를 포함할 수 있다. 이 경우, 불포화 실란 화합물 및 아미노 실란 화합물은 예를 들어 100:0.5 내지 30의 중량 비율로 혼합되어 포함될 수 있다. 상기 실란 변성 에틸렌/α-올레핀계 공중합체가 불포화 실란 화합물 및 아미노 실란 화합물을 모두를 포함할 경우, 둘 중 한 가지 물질만 포함된 경우에 비하여 봉지재로 적용 시 보다 우수한 접착 물성을 확보할 수 있다.
상기 실란 변성 에틸렌/α-올레핀계 공중합체는 전술한 에틸렌/α-올레핀계 공중합체 및 실란 화합물 이외에 라디칼 개시제를 포함하는 수지 조성물로부터 중합되어 제조될 수 있다.
상기 라디칼 개시제는, 상기 실란 화합물이 에틸렌/α-올레핀계 공중합체에 그래프트되는 반응을 개시하는 역할을 할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 상기 라디칼 개시제로는, 예를 들어 비닐기의 라디칼 중합을 개시할 수 있는 것으로부터 선택될 수 있으며, 구체적인 예를 들어 유기 과산화물, 하이드로과산화물 및 아조 화합물 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 들 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 라디칼 개시제는 t-부필큐밀퍼옥사이드, 디-t-부틸 퍼옥사이드, 디-큐밀 퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)-3-헥신 등의 디알킬 퍼옥사이드류; 큐멘 하이드로퍼옥사이드, 디이소프로필 벤젠 하이드로퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(하이드로퍼옥시)헥산, t-부틸하이드로퍼옥사이드 등의 하이드로퍼옥사이드류; 비스-3,5,5-트리메틸헥사노일 퍼옥사이드, 옥타노일퍼옥사이드, 벤조일 퍼옥사이드, o-메틸벤조일퍼옥사이드, 2,4-디클로로벤조일 퍼옥사이드 등의 디아실퍼옥사이드류; t-부틸퍼옥시 아이소 부틸레이트, t-부틸퍼옥시 아세테이트, t-부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, t-부틸퍼옥시 피바레이트, t-부틸퍼옥시 옥토에이트, t-부틸퍼옥시아이소프로필 카보네이트, t-부틸퍼옥시벤조에이트, 디-t-부틸퍼옥시프탈레이트, 2,5-디메틸-2,5-디(벤조일퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(벤조일퍼옥시)-3-헥신 등의 퍼옥시 에스터류; 및 메틸에틸케톤 퍼옥사이드, 사이클로헥사논 퍼옥사이드 등의 케톤 퍼옥사이드류; 라우릴 퍼옥사이드; 및 아조비스이소부티로니트릴 및 아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴) 등의 아조 화합물 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 라디칼 개시제는 상기 에틸렌/α-올레핀계 공중합체 100 중량부 대비 0.001 중량부 내지 5 중량부, 0.005 중량부 내지 3 중량부 0.01 중량부 내지 1 중량부로 포함될 수 있다.
상기 실란 변성 에틸렌/α-올레핀계 공중합체를 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어 에틸렌/α-올레핀계 공중합체와 실란 화합물을 포함하는 수지 조성물을 반응기에 첨가한 후, 라디칼 개시제의 존재 하에서, 가열 용융을 통해 그래프팅 반응을 시킴으로써 제조할 수 있다.
상기 반응기는 가열 용융 또는 액상 상태의 반응물을 반응시켜 목적하는 공중합체를 제조할 수 있는 것이라면, 특별히 제한되지 않는다. 상기 반응기로는 예를 들어 이축 압출기로부터 선택될 수 있으며, 이러한 압출기를 통해 상기 실란 변성 에틸렌/α-올레핀계 공중합체를 펠렛(pellet) 형태의 마스터 배치(master batch) 형태로 제조될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 실란 변성 에틸렌/α-올레핀계 공중합체는 올레핀계 단량체의 중합 단위를 포함하는 주쇄 및 상기 주쇄에 결합된 분지쇄를 포함할 수 있다.
전술한 에틸렌/α-올레핀계 공중합체가 측쇄가 많을 경우에는 밀도가 낮고, 측쇄가 적은 에틸렌/α-올레핀계 공중합체는 밀도가 높기 때문에, 그래프팅 효율을 고려하여 측쇄가 많은 에틸렌/α-올레핀계 공중합체를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 에틸렌/α-올레핀계 공중합체의 그래프팅의 효율을 높여 봉지재의 접착력을 보다 향상시킬 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 분지쇄는 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 3]
-SiR12R13R14
상기 화학식 3에서, R12및 R13은 각각 독립적으로 할로겐, 아민기, -R15R16또는 -R16이고, 상기 R15는 산소(O) 또는 황(S) 원자이며, 상기 R16은 수소, 알킬기, 아릴기, 아랄킬기 또는 아실기이고, R14는 -OSiR17 mR18(2-m)R19이며, 상기 R17및 R18은 각각 독립적으로 할로겐, 아민기, -R20R21또는 -R21이고, 상기 R20은 산소(O) 또는 황(S) 원자이며, 상기 R21은 수소, 알킬기, 아릴기, 아랄킬기 또는 아실기이고, 상기 R19는 -(CH2)nNR22R23이며, 상기 R22및 R23은 각각 독립적으로 질소 원자에 결합된 수소 또는 R24NH2이고, 상기 R24는 알킬렌이며, 상기 m은 1 또는 2의 정수이고, 상기 n은 1 이상의 정수이다.
상기 화학식 3에서, 바람직하게 R12 및 R13은 각각 독립적으로 규소 원자에 결합되어 있는 히드록시기 또는 -R15R16를 나타내고, R15는 산소이며, R16은 알킬기를 나타낸다. 또한 R14는 바람직하게 규소 원자에 결합되어 있는 것으로서, 이는 -OSiR17 mR18(2-m)R19를 나타내고, 여기서 상기 R17 및 R18은 각각 독립적으로 규소 원자에 결합되어 있는 히드록시기 또는 -R20R21을 나타내며, 상기 R20는 산소이고, R21은 알킬기일 수 있다.
또한, 상기 R19는 바람직하게 규소 원자에 결합되어 있는 것으로서, 이는 -(CH2)nNR22R23를 나타내고, 상기 R22 및 R23은 각각 독립적으로 질소 원자에 결합되어 있는 수소 또는 R24NH2를 나타내며, R24는 알킬렌일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 보다 바람직하게는, 상기 화학식 3에서, 상기 R12 및 R13는 히드록시기일 수 있고, R14는 규소 원자에 결합되어 있는 -OSiR17 mR18(2-m)R19일 수 있으며, R17및 R18은 히드록시기일 수 있고, R19는 규소 원자에 결합되어 있는 -(CH2)nNR22R23일 수 있다. 또한, 보다 바람직하게는, 상기 R22는 수소일 수 있고, R23은 R24NH2일 수 있으며, 상기 R24는 알킬렌일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
하나의 예시에서, 상기 상기 실란 변성 에틸렌/α-올레핀계 공중합체는 올레핀계 단량체의 중합 단위를 포함하는 주쇄 및 상기 주쇄에 결합된 분지쇄를 포함하되, 상기 분지쇄는 하기 화학식 4로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 4]
-SiR25 rR26 (3-r)
상기 화학식 4에서,
R25및 R26는 각각 독립적으로 할로겐, 아민기, -R27R28또는 -R28이고, 상기 R27은 산소(O) 또는 황(S) 원자이며, 상기 R28은 수소, 알킬기, 아릴기, 아랄킬기 또는 아실기이고,
r은 1 내지 3의 정수이다.
상기 화학식 4에서, 바람직하게는 R25및 R26은 각각 독립적으로 규소 원자에 결합되어 있는 히드록시기 또는 -R27R28일 수 있고, 상기 R27은 산소일 수 있으며, 상기 R28은 알킬기일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 실란 변성 에틸렌/α-올레핀계 공중합체가 주쇄와 분지쇄를 포함하되, 상기 분지쇄가 전술한 화학식 3 및/또는 화학식 4의 화합물을 포함하는 경우, 보다 우수한 접착력, 봉지성, 절연성, 장기 내구성 및 성형성 등의 물성을 우수하게 확보할 수 있다.
상기 실란 변성 에틸렌/α-올레핀계 공중합체를 구성하는 주쇄는 에틸렌/α-올레핀계 공중합체로서, 이는 전술한 바와 같다.
3) 내열 고분자 수지
본 출원에 따른 봉지재는 전술한 에틸렌/α-올레핀계 공중합체 및 실란 변성 에틸렌/α-올레핀계 공중합체 이외에 내열 고분자 수지를 포함할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 내열 고분자 수지는 상기 에틸렌/α-올레핀계 공중합체보다 융점(melting point, Tm)이 높은 고분자 수지일 수 있다.
상기 내열 고분자 수지는 에틸렌/α-올레핀계 공중합체보다 융점이 높은 것이라면 특별한 제한 없이 다양한 고분자 수지를 사용할 수 있다. 상기 내열 고분자 수지는 에틸렌/α-올레핀계 공중합체 및/또는 실란 변성 에틸렌/α-올레핀계 공중합체와의 상용성 등을 고려하여 적절하게 선택될 수 있으며, 예를 들어 폴리에틸렌계 수지 및/또는 폴리프로필렌계 수지 등의 폴리올레핀계 수지를 사용할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 내열 고분자 수지는 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene, LDPE)을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 용어 「저밀도 폴리에틸렌」이라 함은, 에틸렌 단량체로부터 유도된 결정성이 낮은 열가소성 에틸렌 중합체를 의미하는 것으로, 약 2%의 탄소 원자를 기준으로 계산하였을 경우, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE; high density polyethylene)에 비해 더 많은 장쇄의 분지(longchain branching)를 포함하는 것을 의미할 수 있다.
상기 저밀도 폴리에틸렌은 0.960g/㎤ 이하의 밀도를 가지는 폴리에틸렌일 수 있으며, 보다 구체적으로 약 0.820g/㎤ 내지 0.960g/㎤의 밀도를 가지는 저밀도 폴리에틸렌일 수 있다.
상기 내열 고분자 수지는 예를 들어 60℃ 이상의 융점을 가질 수 있다. 본 명세서에서 용어 「융점」은, 통상적인 의미의 「녹는점」과 동일을 의미하고, 보다 구체적으로 상기 수지의 주쇄가 유동할 수 있는 최소의 온도를 의미할 수 있다.
상기 내열 고분자 수지의 융점은 다른 예시에서, 70℃ 이상, 80℃ 이상, 90℃ 이상, 또는 100℃ 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 내열 고분자 수지의 융점은 높을수록 성형성 우수하고, 전술한 에틸렌/α-올레핀계 공중합체 및/또는 실란 변성 에틸렌/α-올레핀계 공중합체와의 상용성이 우수하여 상한은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 250℃, 200℃ 또는 150℃ 정도일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 내열 고분자 수지의 융점은 성형성 및 다른 공중합체와의 상용성을 고려하여 100℃ 내지 150℃일 수 있다.
상기 내열 고분자 수지는, 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 190℃의 온도 및 2.16kg 하중에서의 용융 지수(melting index, MI)가 0.1g/10분 내지 40g/10분 이하, 0.1g/10분 내지 35g/10분 이하, 0.1g/10분 내지 30g/10분 이하 또는 0.1g/10분 내지 25g/10분 이하의 범위 내일 수 있다.
상기 내열 고분자 수지의 용융 지수를 전술한 범위 내에서 조절하여, 크리프 특성의 개선 효과가 미미하여 봉지재로 적용 시 태양전지 모듈 내의 박리 현상을 방지할 수 있는 동시에 전술한 에틸렌/α-올레핀 공중합체 등과의 상용성을 높일 수 있고, 시트 형상으로 성형 시 성형성을 우수하게 할 수 있다.
상기 내열 고분자 수지는 에틸렌/α-올레핀계 공중합체 및 실란 변성 에틸렌/α-올레핀계 공중합체의 혼합 100 중량부에 대하여, 예를 들어 0.01 중량부 이상 내지 3 중량부 미만, 보다 구체적으로, 0.1 중량부 내지 2.5 중량부 또는 1 중량부 내지 2 중량부의 범위 내에서 포함될 수 있다.
상기 내열 고분자 수지의 함량을 전술한 범위 내에서 조절하여, 봉지재 시트로 적용 시 크리프 특성의 개선과 동시에 우수한 투명성을 확보할 수 있다.
4) 부가 성분
본 출원의 봉지재는 전술한 3가지 성분을 포함하되, 선택적으로 다른 수지 성분이나 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 수지 성분으로는 전술한 융점 및/또는 용융 지수 등을 고려하여 통상적으로 사용되는 수지를 적절하게 선택하여 포함될 수 있다.
상기 첨가제로는, 예를 들어 열안정제, 광안정제(UV 안정제), UV 흡수제 또는 산화 방지제 등을 사용할 수 있다.
상기 열안정제는, 예를 들어 트리스(2,4-디-tert-부틸페닐)포스파이트, 비스[2,4-비스(1,1-디메틸에틸)-6-메틸페닐]에틸에스테르 아인산, 테트라키스(2,4-디-tert-부틸페닐)[1,1-비페닐]-4,4'-디일비스포스포네이트 및 비스(2,4-디-tert-부틸페닐)펜타에리쓰리톨디포스파이트 등의 인계 열안정제; 및 8-히드록시-5,7-디-tert-부틸-푸란-2-온과 o-크실렌과의 반응 생성물 등의 락톤계 열안정제 등으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 광안정제는, 예를 들어 광산화를 방지할 수 있는 것으로서, 이는 아민계 화합물 또는 피페리딘계 화합물 등을 예시할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 UV 흡수제로는, 예를 들어 벤조페논계, 벤조트리아졸계, 아크릴니트릴계, 금속 착염계, 아민계, 산화티탄 및 산화아연 등을 예시할 수 있다
또한, 상기 산화 방지제로는 당업계에서 공지된 것 등을 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 페놀계, 아민계, 인계 또는 유황계 등을 예시할 수 있고, 시판 제품을 사용할 수도 있다. 상기 시판 제품으로는, 예를 들어 Irganox 1076(BASF사), Irgafos 168(BASF사), Irganox 1010(CIBA Chemical사), Irganox 1098(CIBA Chemical사), Irganox 1330(CIBA Chemical사), Irganox 3114(CIBA Chemical사), Irganox 3125(CIBA Chemical사), Cyanox 1790(CYTECK사), Tinuvin 120(BASF사), Tinuvin 326(BASF사), Tinuvin 327(BASF사), Tinuvin 328(BASF사), Irgafos 12(CIBA Chemical사), Irgafos 38(CIBA Chemical사), Weston 618(GE사), Weston 619G(GE사) 또는 Ultranox 626(GE사)를 적절하게 선택하여 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 산화 방지제의 함량은 사용 목적 및 종류에 따라 적절히 조절될 수 있으나, 예를 들어 전술한 에틸렌/α-올레핀계 공중합체 및 실란 변성 에틸렌/α-올레핀계 공중합체의 혼합 100 중량부에 대하여, 예를 들어 0.1 중량부 내지 10 중량부의 범위 내에서 포함될 수 있다.
상기 첨가제는 이들 이외에, 당분야에서 공지되어 있는 다양한 첨가제를 적절히 추가로 사용될 수 있다. 상기 첨가제의 함량은 사용 목적 및 그 종류 등에 따라 적절히 조절될 수 있다. 상기 첨가제들은, 예를 들어 에틸렌/α-올레핀계 공중합체 및 실란 변성 에틸렌/α-올레핀계 공중합체의 혼합 100 중량부 대비, 약 0.001 중량부 내지 10 중량부 범위 내에서 각각 또는 혼합되어 적절한 범위에서 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원의 봉지재는 전술한 성분들을 포함하여 우수한 크리프 특성을 나타낼 수 있다.
하나의 예시에서, 본 출원의 봉지재는 하기 일반식 1을 만족할 수 있다.
[일반식 1]
△X ≤ 3㎜
상기 일반식 1에서, △X는, 두께 3.2㎜의 제 1 유리판(가로 20㎝×세로 30㎝) 및 두께 3.2㎜의 제 2 유리판(가로 20㎝×세로 30㎝) 사이에 봉지재(가로 20㎝×세로 25㎝)를 2장 겹쳐서 넣고, 라미네이션하여 20㎝×35㎝(가로×세로)의 크기의 시편을 제조한 후에, 상기 시편을 수직(90°)으로 세워 제 1 유리판을 매달아 고정하고, 100℃에서 10시간 동안 유지한 후, 제 2 유리판의 왼쪽, 중앙 및 오른쪽이 수직 방향으로 밀린 거리의 평균 값이다.
상기 일반식 1에 대해 보다 구체적으로 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2을 참조하면, 두께가 3.2㎜이고, 가로 20㎝ × 세로 30㎝인 제 1 유리판(G1)과; 두께가 3.2㎜이고, 가로 20㎝ × 세로 30㎝인 제 2 유리판(G2)을 준비한다. 이 경우, 상기 유리판들(G1 및 G2)은, 철 함량이 낮은 저철분 강화 유리판을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 제 1 유리판(G1)과 제 2 유리판(G2)은 각각 약 465g 내지 480g의 중량을 가질 수 있다.
다음으로, 상기 제 1 유리판(G1) 및 제 2 유리판(G2)의 사이에 봉지재(S)를 2장을 겹쳐서 넣고, 진공 라미네이터에서 약 150℃의 온도로 라미네이션하여 20㎝×35㎝(가로×세로)의 크기의 시편을 제조한다. 이 경우, 봉지재(S)의 크기는 가로 20㎝ × 세로 25㎝가 되도록 절단하여 사용하며, 봉지재(S)의 두께는 제한되지 않는다. 또한, 봉지재(S)의 양면에 유리판들(G1 및 G2)을 배치함에 있어서는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 제 1 유리판(G1)은 상측으로 약 5㎝, 제 2 유리판(G2)은 하측으로 약 5㎝ 여유를 두고 엇갈린 형태로 배치하는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 시편을 지면과 수직(90°)이 되도록 세운 다음, 상기 제 1 유리판(G1)을 클램프(clamp) 등으로 매달아 고정한다. 그리고 100℃의 챔버 내에서 약 10시간 동안 수직으로 거치한 후, 상기 제 2 유리판(G2)이 수직 방향으로 밀린 거리, 즉 도 2에 보인 기준선으로부터 제 2 유리판(G2)이 아래 방향으로 흘러내린 거리를 왼쪽, 중앙 및 오른쪽에서 각각 측정하여 이에 대한 평균 값(△X)을 산출할 수 있다.
상기 예시적인 형태에 따라 측정된 평균 값(△X)이 3㎜ 이하인 경우, 우수한 크리프 특성을 가질 수 있다. 다른 예시에서, 본 출원에 따른 상기 밀린 거리(△X)는 2.75㎜ 이하 또는 2.5㎜ 이하일 수 있다.
본 출원의 봉지재를 상기 일반식 1을 만족하도록 조절하여, 우수한 크리프 특성 확보에 따라 고온 및/또는 고습 조건에서 장시간 사용한 경우에도 변형이 적고 박리 현상 등이 발생되지 않아 광 모듈에 적용될 경우 우수한 내구성 등을 나타낼 수 있다.
하나의 예시에서, 본 출원의 봉지재는 하기 일반식 2을 만족할 수 있다.
[일반식 2]
Y ≤ 9%
상기 일반식 2에서, Y는, 상기 봉지재를 5㎝×7㎝(가로×세로)의 크기로 재단한 후, 이를 5㎝×7㎝(가로×세로)의 크기의 저철분 강화 유리에 끼운 다음, 150℃에서 라미네이션하여 제조한 시편을 헤이즈미터를 사용하여 측정한 헤이즈를 나타낸다.
본 출원의 봉지재가 상기 일반식 2를 만족하도록 조절하여, 보다 우수한 투명성을 확보하여 광 모듈에 적용될 경우 우수한 발전 효율에 기여할 수 있다.
본 출원은 또한, 봉지재 제조 방법에 관한 것이다.
예시적인 상기 봉지재 제조 방법은 전술한 성분들을 포함하는 수지 조성물로부터 시트(sheet) 형상으로 제조하는 단계를 포함하는 한 특별히 제한되지 않는다.
보다 구체적으로, 상기 봉지재 제조 방법은 에틸렌/α-올레핀 공중합체, 실란 변성 에틸렌/α-올레핀 공중합체 및 내열 고분자 수지를 포함하는 수지 조성물을 이용하여 시트 형상으로 제조하는 단계를 포함한다.
상기 봉지재는, 예를 들어 T 다이 압출기 등과 같은 압출기를 통해 시트 형상으로 성형될 수 있다. 또한, 상기 각 성분들은 압출기에 그대로 투입되거나 또는 마스터 배치(master batch)의 형태로 투입될 수 있으나, 마스터 배치(master batch)의 형태로 투입되는 것이 바람직하다.
상기 압출 공정을 통해 제조되는 봉지재의 두께는 예를 들어 10㎛ 내지 5000㎛, 50㎛ 내지 2000㎛ 또는 100㎛ 내지 1500㎛ 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원은 또한 광 모듈에 관한 것이다.
예시적인 광 모듈은 전술한 봉지재를 포함하는 것이면 특별히 제한되지 않는다.
본 출원에 따른 광 모듈은, 상기 봉지재 및 상기 봉지재에 의해 캡슐화된 광 소자를 포함한다. 상기 광 소자는, 예를 들어 태양전지 등의 광전지 소자; 발광다이오드나 유기 발광다이오드 등의 광 방출 소자; 및 광을 감지하는 광 센서 등으로부터 적절하게 선택될 수 있다. 본 출원에 따른 광 모듈은, 예를 들어 태양전지 모듈일 수 있다.
도 3은, 본 출원의 광 모듈에 대한 구조를 예시적으로 나타낸 도이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 출원에 따른 예시적인 광 모듈은, 전면 기판(210), 봉지재층(220), 태양전지 셀(C) 및 백시트(100)를 포함한다.
상기 전면 기판은 태양전지 셀의 전면 쪽(도면에서, 상부 측)을 보호하면서 수광면을 제공하는 것이면 좋다. 상기 전면 기판은, 광투과율이 우수한 것이 바람직하다. 상기 전면 기판으로는, 예를 들어 광의 입사에 유리한 투명 기판으로서, 강화 유리 또는 투명 플라스틱판 등의 경질 기판을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 봉지재층은 태양전지 셀을 봉지(패킹 및/또는 고정)하는 것으로서, 이는 전면 봉지재층(221)과 후면 봉지재층(222)을 포함할 수 있다. 이 경우, 도 3에 나타낸 바와 같이, 태양전지 셀은 전면 봉지재층 및 후면 봉지재층 사이에 패킹 및/또는 고정될 수 있다. 상기 전면 봉지재층(221)과 후면 봉지재층(222) 중에서 하나 이상은 본 출원의 봉지재로 구성될 수 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 태양전지 셀은 봉지재층 내에 복수 개 배열될 수 있다. 즉, 상기 태양전지 셀은 전면 봉지재층(221) 및 후면 봉지재층(222)에 복수 개로 배열된 상태에서 패킹 및/또는 고정될 수 있다. 또한, 상기 태양전지 셀들은 서로 전기적으로 연결되어 있다.
상기 태양전지 셀은 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 결정형 태양전지 또는 박막형 태양전지 등이 사용될 수 있다. 또한 상기 태양전지 셀은 전면 전극형, 후면 전극형 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 백시트는 상기 후면 봉지재층의 하부에 부착된다. 상기 백시트는 후면 봉지재층의 하부 면에 열 라미네이션(열 융착)이나 접착제 등을 통해 부착될 수 있다. 상기 접착제는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 아크릴계 접착제, 우레탄계 접착제, 에폭시계 접착제 및 폴리올레핀계 접착제 등으로부터 선택된 1종 이상의 접착제를 사용할 수 있다.
상기 백시트 및 후면 봉지재층의 열 라미네이션 수행을 위한 조건은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 90℃ 내지 230℃ 또는 110℃ 내지 200℃의 온도에서 1분 내지 30분 또는 1분 내지 10분 동안 진행할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원에 따른 광 모듈은 전면 기판, 전면 봉지재층, 서로 전기적으로 연결된 복수의 태양전지 셀, 후면 봉지재층 및 백시트를 순차적으로 적층한 후, 이들을 일체로 진공 흡인하면서 열 라미네이션하는 방법으로 부착시켜 제조될 수 있다.
상기 백시트는 기재(10) 및 상기 기재(10)의 적어도 일면에 형성된 표면층(20 및 30)을 포함할 수 있다. 상기 백시트는 투명, 백색 또는 블랙 등의 다양한 색상을 가질 수 있다. 색상은, 예를 들어 상기 표면층(20 및 30)에 포함된 색상 안료의 종류 및 함량에 따라 적절하게 구현될 수 있다.
상기 표면층(20 및 30)은 1개 또는 2개 이상일 수 있다. 도 3은 본 출원의 예시적인 실시 형태로서, 이는 상기 표면층(20 및 30)이 기재(10)의 양면에 형성된 모습을 예시한 것이다.
상기 백시트는 상기 기재 및 표면층 이외에 다른 기능성층을 하나 또는 둘 이상 더 포함할 수 있고, 상기 기재 및 표면층의 재료로는 당분야에서 공지된 다양한 소재를 사용할 수 있다.
본 출원에 따른 봉지재는 우수한 내열성 등을 가져 크리프 특성이 개선됨과 동시에 일정 수준 이하의 헤이즈를 나타내어 투광성 등의 광학적 특성도 우수하여, 광 모듈로 적용 시 내구성 및 투광성 등의 물성을 향상시켜, 이에 따라 광 모듈의 발전 효율을 우수하게 나타낼 수 있다.
도 1은, 종래의 광 모듈로서 태양전지 모듈의 단면을 나타낸 도면이다.
도 2는, 본 출원의 봉지제에 대한 크리프 특성의 측정 방법을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 3은, 본 출원의 광 모듈에 대한 구조를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 출원의 실시예 1 및 비교예 1에 따른 봉지재 시편의 크리프 특성 평가 결과를 나타낸 사진이다.
이하, 본 출원에 따르는 실시예 및 본 출원에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 출원을 보다 상세히 설명하나, 본 출원의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
이하, 실시예 및 비교예에서의 물성은 하기의 방식으로 평가하였다.
1. 크리프( Creep ) 특성 측정 및 평가
1) 유리판 및 봉지재 시트: 두께가 3.2㎜이고, 크기가 20㎝×30㎝(가로×세로)인 2개의 저철분 강화 유리판(중량 475g)을 준비하였다. 또한, 상기 각 실시예 및 비교예에 따른 봉지재 시트(두께: 약 500㎛)를 20㎝×25㎝(가로×세로)의 크기로 절단하였다.
2) 열 라미네이션: 상기 2개의 유리판 사이에 봉지재 시트 2장을 제 1 유리판(하판), 봉지재(2장) 및 제 2 유리판(상판)을 순차적으로 적층하였다. 상기 제 1 유리판과 제 2 유리판의 한 쪽에 각각 5㎝의 여유를 두고 봉지재 2장을 배치하여 적층하였다(도 2 참조). 그 후, 진공 라미네이터에서 150℃의 온도에서 17분 동안 열 라미네이션(진공 6분→압착 1분→유지 10분)하여 20㎝×35㎝(가로×세로)의 크기의 시편을 제조하였다.
3) 밀린 거리 측정: 상기 시편을 챔버(chamber) 내에 수직(90°)으로 설치하되, 제 1 유리판은 클램프(clamp)로 매달아 고정하고, 100℃ 온도와 60%의 습도로 유지되고 있는 챔버(chamber) 내에서 10시간 동안 수직 거치(도 2 참조)한 후, 기준선에서 제 2 유리판의 밀린 거리(흘러내린 거리)를 왼쪽, 중앙, 오른쪽을 각각 측정하고, 이에 대한 평균 값(△X)을 계산하여 하기 기준에 따라 평가하여 표 1에 나타내었다.
<평가 기준>
○: 밀린 거리를 왼쪽, 중앙 및 오른쪽 각각 측정하여 평균한 값(△X)이 3mm 이하인 경우
×: 밀린 거리를 왼쪽, 중앙 및 오른쪽 각각 측정하여 평균한 값(△X)이 3mm 이상인 경우
2. 광학 특성 측정
각 실시예 및 비교예에 따른 봉지재 시트를 가로 5㎝×7㎝(가로×세로)의 크기로 재단한 다음, 이를 가로 5㎝×7㎝(가로×세로)의 크기의 저철분 강화유리 사이에 끼운 후, 150℃에서 라미네이션하여 제조한 시편에 대하여, 헤이즈미터(Hazemeter, Murakami사(제)), HM-150)를 이용하여 통상적인 방법으로 측정한 전광선 투과율(Total transmittance, Tt) 및 헤이즈(Haze) 값을 측정한 후, 상기 전광선 투과율의 값 및 상기 헤이즈 값의 하기 기준에 의한 평가를 표 2에 나타내었다.
<평가 기준>
○: 측정된 헤이즈의 값이 9% 이상인 경우
× 측정된 헤이즈의 값이 9% 이하인 경우
실시예 1
<실란 변성 에틸렌/α-올레핀 공중합체의 제조>
비닐트리메톡시실란(vinyltrimethoxysilane, VTMS) 및 Luperox®101(2,5-비스(t-부틸퍼옥시)-2,5-디메틸헥산(2,5-Bis(tert-butylperoxy)-2,5-dimethylhexane)를 50:1의 중량비로 혼합한 다음, 이를 밀도가 0.870 g/㎤이고, 용융 지수(MI)가 190℃, 2.16kg의 하중 하에서 5g/10분인 에틸렌/1-옥텐 공중합체(LC670, (주)LG화학(제)) 100 중량부에 대해 5 중량부로 이축 압출기(Twin screw extruder)에 함께 투입하여, 220℃의 온도에서 그래프팅 반응 압출(가열 용융 교반)하여, 실란 변성 에틸렌/α-올레핀 공중합체의 마스터 배치(이하, “Si M/B”이라 함)를 제조하였다.
<봉지재 시트의 제조>
밀도가 0.870g/㎤이고, 융점(Tm)이 58℃이며, 용융 지수(MI)가 190℃, 2.16kg의 하중 하에서 5g/10분인 에틸렌/1-옥텐 공중합체(LC670, (주)LG화학(제), 이하, “베이스 수지”라 함)에, UV 흡수제, UV 안정제 및 산화 방지제를 일정량 혼합 및 압출하여 UV 마스터 배치(이하, “UV M/B”라 함)를 제조하였다.
그 후, 베이스 수지, 상기 제조된 Si M/B 및 UV M/B와 내열 고분자 수지로서 융점(Tm)이 약 105℃이고, 용융 지수(MI)가 190℃, 2.16kg의 하중 하에서 3g/10분인 저밀도 폴리에틸렌(BC500, (주)LG화학(제), 이하, “LDPE”라 함)을 각각 65:35:3:2의 중량 비율로 혼합하여 혼합물을 제조하였다.
상기 혼합물을 이축 압출기(φ 19 mm) 및 T 다이스(폭: 200mm)를 가지는 압출 성형기의 호퍼에 투입하여, 압출 온도 180℃, 취출 속도 3m/min으로 압출 성형한 후, 두께가 약 500㎛인 봉지재 시트를 제조하였다.
실시예 2
베이스 수지 및 Si M/B를 혼합한 혼합물 100 중량부 대비 LDPE를 1 중량부로 포함한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 봉지재 시트를 제조하였다.
실시예 3
내열 고분자 수지로서 융점(Tm)이 약 105℃이고, 용융 지수(MI)가 190℃, 2.16kg의 하중 하에서 0.3g/10분인 LDPE(BF0300, (주)LG화학(제))를 포함한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 봉지재 시트를 제조하였다.
실시예 4
내열 고분자 수지로서 융점(Tm)이 약 105℃이고, 용융 지수(MI)가 190℃, 2.16kg의 하중 하에서 8.5g/10분인 LDPE(LB8500, (주)LG화학(제))를 포함한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 봉지재 시트를 제조하였다.
실시예 5
내열 고분자 수지로서 융점(Tm)이 약 105℃이고, 용융 지수(MI)가 190℃, 2.16kg의 하중 하에서 24g/10분인 LDPE(MB9205, (주)LG화학(제))를 포함한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 봉지재 시트를 제조하였다.
비교예 1
압출 성형기의 호퍼에 LDPE를 첨가하지 않고, 베이스 수지, Si M/B 및 UV M/B를 63.1:34:2.9의 중량 비율로 혼합한 혼합물을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 봉지재 시트를 제조하였다.
비교예 2
베이스 수지 및 Si M/B를 혼합한 혼합물 100 중량부 대비 LDPE를 3 중량부로 포함한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 봉지재 시트를 제조하였다.
비교예 3
베이스 수지 및 Si M/B를 혼합한 혼합물 100 중량부 대비 LDPE를 5 중량부로 포함한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 봉지재 시트를 제조하였다.
비교예 4
내열 고분자 수지로서 융점(Tm)이 약 105℃이고, 용융 지수(MI)가 190℃, 2.16kg의 하중 하에서 50g/10분인 LDPE(MB9500, (주)LG화학(제))를 포함한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 봉지재 시트를 제조하였다.
상기 각 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 3에 따른 봉지재 시트에 대한 크리프 특성 평가 및 광학 특성 측정 값을 하기 표 1에 나타내었다.
구분 실시예 비교예
1 2 1 2 3
크리프 평가 ○ ○ × ○ ○
전광선 투과율(Tt, %) 90.9 91.1 91.7 90.0 89.6
헤이즈(%) ○ ○ ○ × ×
또한, 도 4는 상기 실시예 1 및 비교예 1에 따른 봉지재 시트에 대하여 크리프 특성 실험을 한 직 후의 모습을 사진으로 나타낸 것이다.
상기 표 1 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 내열 고분자 수지(LDPE)가 적절 함량으로 포함된 경우, 크리프 특성 및 헤이즈 특성이 동시에 만족되어, 보다 봉지재로 유용하게 적용될 수 있음을 확인할 수 있다.
또한, 상기 실시예 3 내지 5 및 비교예 4에 따른 봉지재 시트에 대한 크리프 특성을 하기 표 2에 나타내었다.
구분 실시예 비교예
3 4 5 4
왼쪽 0 0.8 2.5 4.0
중앙 0 0.8 2.5 4.0
오른쪽 0 0.8 2.5 4.0
평균 값 0 0.8 2.5 4.0
크리프 평가 ○ ○ ○ ×
단위: mm
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, LDPE의 용융 지수(MI)에 따라서도 크리프 특성이 달라짐을 알 수 있으며, 용융 지수(MI)가 약 40g/10min 이하인 경우에 봉지재 적용을 위한 수준으로 크리프 특성이 우수할 수 있음을 확인하였다.
1, 100: 백시트
2a, 221: 전면 봉지재층
2b, 222: 후면 봉지재층
3: 강화 유리
10: 기재
20, 30: 표면층
210: 전면 기판
220: 봉지재층
C: 태양전지 셀

Claims (19)

  1. 에틸렌/α-올레핀계 공중합체;
    실란 변성 에틸렌/α-올레핀계 공중합체; 및
    상기 에틸렌/α-올레핀계 중합체보다 융점(Tm)이 높은 내열 고분자 수지를 포함하며,
    상기 내열 고분자 수지는 에틸렌/α-올레핀계 공중합체와 실란 변성 에틸렌/α-올레핀계 공중합체의 혼합 100 중량부 대비 0.01 중량부 이상 내지 3 중량부 미만의 범위 내에서 포함되는 광 모듈용 봉지재.
  2. 제 1 항에 있어서, 내열 고분자 수지는 에틸렌/α-올레핀계 공중합체와 실란 변성 에틸렌/α-올레핀계 공중합체의 혼합 100 중량부 대비 1 중량부 내지 2 중량부의 범위 내에서 포함되는 광 모듈용 봉지재.
  3. 제 1 항에 있어서, 내열 고분자 수지는 융점(Tm)이 100℃ 이상인 광 모듈용 봉지재.
  4. 제 1 항에 있어서, 내열 고분자 수지는 융점(Tm)이 100℃ 내지 150℃의 범위 내인 광 모듈용 봉지재.
  5. 제 1 항에 있어서, 내열 고분자 수지는 에틸렌/α-올레핀 공중합체보다 낮은 용융 지수(MI)를 가지는 광 모듈용 봉지재.
  6. 제 1 항에 있어서, 내열 고분자 수지는, 190℃의 온도 및 2.16kg 하중에서의 용융 지수(MI)가 0.1g/10분 내지 40g/10분 이하의 범위 내인 광 모듈용 봉지재.
  7. 제 1 항에 있어서, 제 1 항에 있어서, 내열 고분자 수지는 폴리에틸렌계 수지 및/또는 폴리프로필렌계 수지인 광 모듈용 봉지재.
  8. 제 1 항에 있어서, 내열 고분자 수지는 저밀도 폴리에틸렌을 포함하는 광 모듈용 봉지재.
  9. 제 1 항에 있어서, 하기 일반식 1을 만족하는 광 모듈용 봉지재:
    [일반식 1]
    △X ≤ 3㎜
    상기 일반식 1에서, △X는, 두께 3.2㎜의 제 1 유리판(가로 20㎝×세로 30㎝) 및 두께 3.2㎜의 제 2 유리판(가로 20㎝×세로 30㎝) 사이에 봉지재(가로 20㎝×세로 25㎝)를 2장 겹쳐서 넣고, 라미네이션하여 20㎝×35㎝(가로×세로)의 크기의 시편을 제조한 후에, 상기 시편을 수직(90°)으로 세워 제 1 유리판을 매달아 고정하고, 100℃에서 10시간 동안 유지한 후, 제 2 유리판의 왼쪽, 중앙 및 오른쪽이 수직 방향으로 밀린 거리의 평균 값이다.
  10. 제 1 항에 있어서, 하기 일반식 2을 만족하는 광 모듈용 봉지재:
    [일반식 2]
    Y ≤ 9%
    상기 일반식 2에서, Y는, 상기 봉지재를 5㎝×7㎝(가로×세로)의 크기로 재단한 후, 이를 5㎝×7㎝(가로×세로)의 크기의 저철분 강화 유리에 끼운 다음, 150℃에서 라미네이션하여 제조한 시편을 헤이즈미터를 사용하여 측정한 헤이즈를 나타낸다.
  11. 제 1 항에 있어서, 실란 변성 에틸렌/α-올레핀계 공중합체는 에틸렌/α-올레핀계 공중합체에 실란 화합물이 그라프트 중합된 것인 광 모듈용 봉지재.
  12. 제 11 항에 있어서, 실란 화합물은 불포화 실란 화합물 및/또는 아미노 실란 화합물을 포함하는 광 모듈용 봉지재.
  13. 제 11 항에 있어서, 실란 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 광 모듈용 봉지재:
    [화학식 1]
    DSiR1 pR2 (3-p)
    상기 화학식 1에서, D는 알케닐이고, R1는 알콕시기, 알킬티오기, 아릴옥시기, 아실옥시기, 히드록시기, 할로겐기, 아민기 또는 -R3R4이며, 상기 R3은 산소(O) 또는 황(S) 원자이고, R4는 알킬기, 아릴기 또는 아실기이고,
    R2는 수소, 알킬기, 아릴기 또는 아랄킬기이며,
    p는 1 내지 3의 정수이다.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 실란 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 광 모듈용 봉지재:
    [화학식 2]
    SiR5 qR6 (4-q)
    상기 화학식 2에서,
    R5는 -CH2)vNR7R8이고, R7 및 R8은 각각 독립적으로 질소 원자에 결합된 수소 또는 R9NH2이며, 상기 R9는 탄소수 1 내지 6의 알킬렌이고,
    R6은 할로겐, 아민기, -R10R11 또는 -R11이며, 상기 R10은 산소(O) 또는 황(S) 원자이고, R11은 수소, 알킬기, 아릴기, 아랄킬기 또는 아실기이며,
    q는 1 내지 4의 정수이다.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 실란 변성 에틸렌/α-올레핀계 공중합체는 올레핀계 단량체의 중합단위를 포함하는 주쇄 및 상기 주쇄에 결합된 분지쇄를 포함하고,
    상기 분지쇄는, 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 포함하는 광 모듈용 봉지재:
    [화학식 3]
    -SiR12R13R14
    상기 화학식 3에서,
    R12및 R13은 각각 독립적으로 할로겐, 아민기, -R15R16또는 -R16이고, 상기 R15는 산소(O) 또는 황(S) 원자이며, 상기 R16은 수소, 알킬기, 아릴기, 아랄킬기 또는 아실기이고,
    R14는 -OSiR17 mR18(2-m)R19이며, 상기 R17및 R18은 각각 독립적으로 할로겐, 아민기, -R20R21또는 -R21이고, 상기 R20은 산소(O) 또는 황(S) 원자이며, 상기 R21은 수소, 알킬기, 아릴기, 아랄킬기 또는 아실기이고, 상기 R19는 -(CH2)nNR22R23이며, 상기 R22및 R23은 각각 독립적으로 질소 원자에 결합된 수소 또는 R24NH2이고, 상기 R24는 알킬렌이며, 상기 m은 1 또는 2의 정수이고, 상기 n은 1 이상의 정수이다.
  16. 제 11 항에 있어서, 상기 실란 변성 에틸렌/α-올레핀계 공중합체는 올레핀계 단량체의 중합단위를 포함하는 주쇄 및 상기 주쇄에 결합된 분지쇄를 포함하고,
    상기 분지쇄는 하기 화학식 4로 표시되는 화합물을 포함하는 광 모듈용 봉지재:
    [화학식 4]
    -SiR25 rR26 (3-r)
    상기 화학식 4에서,
    R25및 R26는 각각 독립적으로 할로겐, 아민기, -R27R28또는 -R28이고, 상기 R27은 산소(O) 또는 황(S) 원자이며, 상기 R28은 수소, 알킬기, 아릴기, 아랄킬기 또는 아실기이고,
    r은 1 내지 3의 정수이다.
  17. 에틸렌/α-올레핀계 공중합체, 실란 변성 에틸렌/α-올레핀계 공중합체 및 상기 에틸렌/α-올레핀계 중합체보다 융점이 높은 내열 고분자 수지를 포함하는 수지 조성물을 시트 형상으로 제조하는 단계를 포함하는 광 모듈용 봉지재의 제조방법.
  18. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 하나의 항에 따른 봉지재를 포함하는 광 모듈.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 광 모듈은
    전면 기판;
    상기 전면 기판 상에 형성된 봉지재층;
    상기 봉지재층에 봉지된 태양전지 셀; 및
    상기 봉지재층 상에 형성된 백시트를 포함하는 광 모듈.
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