KR20160002793A - 2종의 봉지 필름을 포함하는 전자 장치 - Google Patents

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존 에이 나우모비츠
마이클 디 화이트
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다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨
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Abstract

전자 장치는 수광 및 투광 필름과 직접 접촉하는 제1 봉지 필름, 및 배면 시트와 직접 접촉하는 제2 봉지 필름을 포함한다. 제1 봉지 필름은 제2 봉지 필름의 제로 전단 점도보다 더 높은 제로 전단 점도를 갖는다. 전자 장치의 배면 시트는, 제2 봉지 필름의 제로 전단 점도 이하의 제로 전단 점도를 갖는 제1 봉지 필름을 갖는 필적하는 전자 장치의 배면 시트보다 더 적은 범프를 함유한다.

Description

2종의 봉지 필름을 포함하는 전자 장치 {ELECTRONIC DEVICES COMPRISING TWO ENCAPSULANT FILMS}
본 발명은 봉지 필름, 및 봉지 필름을 함유하는 전기 장치에 관한 것이다. 한 측면에서, 본 발명은 활성 태양 전지를 위한 전기 절연 및 환경적 보호를 제공하는 봉지 필름에 관한 것이고, 또 다른 측면에서, 본 발명은 점도 차이를 갖는 적어도 2종의 봉지 층을 갖는 전기 장치에 관한 것이다.
봉지 필름은 전자 장치에 사용되는 전기 부품, 예컨대 PV 모듈에 사용되는 태양 전지를 위한 절연 및 환경적 보호를 제공한다. 봉지재는 전자 장치를 위한 표피로서 작용할 수 있거나 장치를 완전히 둘러쌀 수 있다.
전형적인 규소-기재 광기전력 (PV) 모듈의 구조에서, 전면 유리 층에 이어서 전면 봉지재, 태양 전지, 후면 봉지재 및 마지막으로 배면 시트가 존재한다. 이러한 층들을 승온에서 적층시켜 태양광 모듈을 만든다.
태양광 모듈의 배면 시트에서 현재 사용되는 중합체 물질은 태양광 모듈 층을 적절히 적층하기 위해 필요한 고온에 노출되는 경우에 수축하는 경향이 있다. 배면 시트의 수축은 태양광 모듈의 다른 층을 향해 전달되어, 태양광 모듈 내의 개개의 PV 전지가 함께 더 가깝게 당겨지게 하고, 개개의 전지들을 연결하는 리본이 주름잡히거나 또는 배면 시트에 대해 뒤로 휘어지게 한다.
따라서, 적층 동안에 배면 시트를 변위시킨다. 적층 후에, 가시적인 범프가 태양광 모듈의 배면에 존재하여, 모듈의 전체 심미적 외관을 저하시킨다. 또한 PV 전지의 이동 및 적층 동안에 겪게 되는 리본-주름잡힘에 기인하여 태양광 모듈이 적절하게 작용하지 않을 수도 있다.
태양광 모듈의 배면 시트로부터 수축 결과로서의 이동이 유닛의 나머지로 전달되는 것을 막는 봉지 필름이 관심대상이다.
한 실시양태에서, 본 발명은 수광 및 투광 필름과 직접 접촉하는 제1 봉지 필름, 및 배면 시트와 직접 접촉하는 제2 봉지 필름을 포함하는 전자 장치이다. 제1 봉지 필름은 제2 봉지 필름의 제로 전단 점도보다 큰 제로 전단 점도를 갖는다. 전자 장치의 배면 시트는, 제2 봉지 필름의 제로 전단 점도 이하의 제로 전단 점도를 갖는 제1 봉지 필름을 갖는 필적하는 전자 장치의 배면 시트보다 더 적은 범프를 함유한다.
또 다른 실시양태에서, 본 발명은 (i) 수광 및 투광 필름, (ii) 제1 봉지 필름, (iii) 적어도 하나의 광기전력 전지, (iv) 제2 봉지 필름, 및 (v) 배면 시트를 순서대로 포함하는 전자 장치이다. 제1 봉지 필름은 수광 및 투광 필름과 직접 접촉하고, 제2 봉지 필름은 배면 시트와 직접 접촉하고, 적어도 하나의 광기전력 전지는 제1 및 제2 봉지 필름과 직접 접촉한다. 제1 봉지 필름은 제2 봉지 필름의 제로 전단 점도보다 더 큰 제로 전단 점도를 갖는다.
또 다른 실시양태에서, 본 발명은 제1 제로 전단 점도를 갖는 제1 봉지 필름을 선택하고, 제2 제로 전단 점도를 갖는 제2 봉지 필름을 선택하여, 제1 제로 전단 점도가 제2 제로 전단 점도의 700 내지 10,000 Pa·s 이내가 되도록 하는 것을 포함하는, 전자 장치에서 범프를 감소시키는 방법이다.
정의
달리 언급되거나, 문맥에 암시되거나, 또는 관련 기술분야에서 통상적이지 않은 한, 모든 부 및 퍼센트는 중량을 기준으로 한다. 미국 특허 실무를 위해, 임의의 참조된 특허, 특허 출원 또는 공고의 내용은, 특히 정의의 개시내용 (본 개시내용에 구체적으로 제공된 임의의 정의와 모순되지 않는 정도로) 및 관련 기술분야에서의 일반적 지식에 관하여 그 전문 (또는 그의 균등한 미국 버전이 마찬가지로 참조로 포함됨)이 참조로 포함된다.
본 개시내용에서의 수치 범위는 근사값이고, 따라서 달리 나타내지 않는 한 범위 밖의 값을 포함할 수 있다. 수치 범위는 1 단위의 증분으로 하한 및 상한 값으로부터 그를 포함한 모든 값을 포함하며, 단 임의의 하한 값 및 임의의 상한 값 사이에 적어도 2 단위의 분리가 존재한다. 일례로서, 조성적, 물리적 또는 기타 특성, 예를 들어 분자량 등이 100 내지 1,000이라면, 모든 개개의 값, 예컨대 100, 101, 102 등 및 하위범위, 예컨대 100 내지 144, 155 내지 170, 197 내지 200 등이 명백히 열거된다. 1 미만의 값을 함유하거나 1 초과의 분수 (예를 들어, 1.1, 1.5 등)를 함유하는 범위에 대하여, 1 단위는 적절하다면 0.0001, 0.001, 0.01 또는 0.1인 것으로 간주된다. 10 미만의 한자리 수 (예를 들어, 1 내지 5)를 함유하는 범위에 대하여, 1 단위는 전형적으로 0.1인 것으로 간주된다. 이는 구체적으로 의도된 것의 단지 일례이고, 열거된 최저 값 및 최고 값 사이의 수치의 모든 가능한 조합이 본 개시내용에 명백히 언급된 것으로 간주되어야 한다. 다른 것들 중에서도 용융 지수 및 조성물의 점도에 대해 본 개시내용 내에 수치 범위가 제공된다.
용어 "블렌드", "중합체 블렌드" 및 유사한 용어는 2종 이상의 중합체의 조성물을 의미한다. 이러한 블렌드는 혼화성일 수도 있거나 혼화성이 아닐 수도 있다. 이러한 블렌드는 상 분리될 수도 있거나 상 분리되지 않을 수도 있다. 이러한 블렌드는, 투과 전자 분광분석법, 광 산란, X선 산란 및 관련 기술분야에 공지된 임의의 기타 방법으로부터 결정시에, 하나 이상의 도메인 형상을 함유할 수도 있거나 함유하지 않을 수도 있다.
본원에 사용된 용어 "범프"는 적층 후에 광기전력 모듈의 배면 시트의 식별가능한 변위를 가리킨다. 범프는 전형적으로, 적층 동안에 배면 시트가 수축함에 따라 배면 시트로부터 후면 봉지 층을 통해 개개의 태양 전지로 전달된 이동의 결과물이다. 태양 전지가 함께 더 가깝게 이동하여, 연결자 리본이 주름잡히고 배면 시트에 대해 바깥쪽으로 밀리도록 한다. 그 결과, 범프가 적층 후에 배면 시트에 남아있을 것이다. 범프는 보조물 (예를 들어, 현미경)을 사용하거나 사용하지 않으면서 사람의 눈으로 가시적으로 식별가능할 수 있거나, 또는 기기 (예를 들어, 측정 장치)를 사용하여 검출될 수 있다.
용어 "필적하는 전자 장치"는, 제1 또는 제2 봉지 필름 중 적어도 하나가 비교할 전자 장치의 것과는 상이한 제로 전단 점도를 갖는 것을 제외하고는, 비교할 전자 장치와 본질적으로 동일한 조성을 포함하는 전자 장치를 가리킨다.
용어 "조성물", "배합물" 및 유사 용어는 2종 이상의 성분의 혼합물 또는 블렌드를 의미한다. 제조 물품을 제조할 재료의 혼합물 또는 블렌드의 문맥에서, 조성물은 혼합물의 모든 성분, 예를 들어 중합체, 촉매 및 임의의 기타 첨가제 또는 작용제, 예컨대 경화 촉매, 산화방지제, 난연제 등을 포함한다.
용어 "포함하는", "비롯한", "갖는" 및 유사 용어는, 구체적으로 개시되든지 아니든지 간에, 임의의 추가의 성분, 단계 또는 절차의 존재를 배제하는 것으로 의도되지 않는다. 어떠한 의심도 피하기 위해, 용어 "포함하는"의 사용을 통해 청구되는 모든 방법은, 달리 언급되지 않는 한, 하나 이상의 추가의 단계, 장치 또는 부품의 조각, 및/또는 재료를 포함할 수도 있다. 반대로, 용어 "~로 본질적으로 이루어진"은 임의의 관련 언급의 범위로부터, 실행가능성에 본질적이지 않은 것을 제외한 임의의 다른 성분, 단계 또는 절차를 배제한다. 용어 "~로 이루어진"은 구체적으로 상술되거나 열거되지 않은 임의의 성분, 단계 또는 절차를 배제한다. 달리 언급되지 않는 한, 용어 "또는"은 개별적으로 뿐만 아니라 임의의 조합으로 열거된 요소를 가리킨다.
용어 "직접 접촉"은, 2개의 접촉하는 성분의 적어도 일부 사이에 위치한 개입 층(들) 없이 및/또는 개입 재료(들) 없이, 2개의 성분이 서로 물리적으로 접촉하는 형상이다.
용어 "유리"는, 순수 이산화규소 (SiO2), 소다 석회 유리, 보로실리케이트 유리, 슈가 글래스, 아이징글래스 (머스코비(Muscovy)-글래스) 또는 산질화알루미늄을 포함하나 이에 제한되지는 않는, 경질의 취성인 투명 고형물, 예컨대 창문, 병 또는 안경에 사용되는 것을 가리킨다.
용어 "에틸렌/알파-올레핀 혼성중합체"는 (중합가능한 단량체의 총 중량을 기준으로 하여) 대부분의 중량 퍼센트 (즉, 50 몰 퍼센트 초과)의 중합된 에틸렌 단량체 및 적어도 1종의 알파-올레핀을 포함하는 혼성중합체를 가리킨다.
본원에 사용된 용어 "에틸렌계 중합체"는 (중합가능한 단량체의 총 중량을 기준으로 하여) 대부분의 중량 퍼센트 (즉, 50 몰 퍼센트 초과)의 중합된 에틸렌 단량체를 포함하고, 임의로 적어도 1종의 중합된 공단량체를 포함할 수도 있는 중합체를 가리킨다.
용어 "혼성중합체"는 적어도 2종의 상이한 유형의 단량체의 중합에 의해 제조된 중합체를 의미한다. 이러한 포괄적 용어는 2종의 상이한 유형의 단량체로부터 제조된 중합체, 및 2종 초과의 상이한 유형의 단량체로부터 제조된 중합체를 가리키기 위해 일반적으로 사용되는 공중합체, 예를 들어 삼원공중합체, 사원공중합체 등을 포함한다.
용어 "중합체"는, 동일한 유형이든지 또는 상이한 유형이든지 간에, 단량체를 중합함으로써 제조되는 중합체 화합물을 의미한다. 따라서, 포괄적 용어 중합체는 단지 1종의 유형의 단량체로부터 제조된 중합체를 가리키기 위해 일반적으로 사용되는 용어 단독중합체, 및 하기 정의된 바와 같은 용어 혼성중합체를 포함한다.
용어 "열가소성"은 가열될 때에 반복적으로 연화될 수 있고 유동성으로 되며, 실온으로 냉각될 때에 경질 상태로 되돌아가는 선형 또는 분지형 중합체인 재료를 가리킨다. 열가소성 물질은 연화된 상태로 가열할 때 임의의 미리 결정된 형상의 물품으로 성형 또는 압출될 수 있다.
그라프트된 수지 조성물
한 실시양태에서, 실란-그라프트된 에틸렌 혼성중합체가 제공된다. 에틸렌 혼성중합체가 일반적으로 공지되어 있으며 입수가능하다. 필름에 사용하기에 적합한 에틸렌 혼성중합체는 비교적 낮은 점도 및 탄성률, 및 양호한 광학적 및 전기 절연 특성을 갖는다.
바람직하게는, 에틸렌 혼성중합체는 에틸렌/알파-올레핀 혼성중합체이다. 혼성중합체의 알파-올레핀은 바람직하게는 C3-20 선형, 분지형 또는 시클릭 알파-올레핀이다. 적합한 C3-20 알파-올레핀의 일부 비제한적 예는 프로펜, 1-부텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐, 1-데센, 1-도데센, 1-테트라데센, 1-헥사데센, 1-옥타데센, 3-시클로헥실-1-프로펜 (알릴 시클로헥산), 및 비닐 시클로헥산을 포함한다.
일부 실시양태에서, 상기 기재된 알파-올레핀의 일부 또는 전부 대신에, 일부 시클릭 올레핀, 예컨대 노르보르넨 및 관련 올레핀이 사용될 수도 있고, 기재된 에틸렌/알파-올레핀 혼성중합체의 목적을 위해 알파-올레핀의 정의에 포함되는 것으로 간주된다. 유사하게, 스티렌 및 관련 올레핀 (예를 들어, 알파-메틸스티렌 등)이 또한 본 발명의 그라프트된 수지 조성물의 목적을 위한 알파-올레핀으로 간주된다. 그러나, 아크릴산 및 메타크릴산 및 그의 각각의 이오노머, 아크릴레이트, 메타크릴레이트 및 비닐 아세테이트는 본원에 사용된 알파-올레핀으로 간주되지 않는다.
그라프트된 수지 조성물에서 유용한 에틸렌/알파-올레핀 혼성중합체의 일부 비제한적 예는 에틸렌/프로필렌, 에틸렌/부텐, 에틸렌/1-헥센, 에틸렌/1-옥텐, 에틸렌/스티렌, 에틸렌/프로필렌/1-옥텐, 에틸렌/프로필렌/부텐, 에틸렌/부텐/1-옥텐, 및 에틸렌/부텐/스티렌을 포함한다. 에틸렌/알파-올레핀 혼성중합체는 랜덤 또는 블록 혼성중합체일 수 있다.
바람직하게는, 에틸렌 혼성중합체는 혼성중합체 내의 공단량체를 기준으로 하여 적어도 약 1 몰 퍼센트 (몰%), 바람직하게는 적어도 약 4 몰%, 더욱 바람직하게는 적어도 약 5 몰%, 더욱 더 바람직하게는 적어도 약 10 몰%의 알파-올레핀 함량을 갖는 에틸렌/알파-올레핀 혼성중합체이다. 대부분의 실시양태에서, 에틸렌/알파-올레핀 혼성중합체는 약 30 몰% 미만, 더욱 바람직하게는 약 20 몰% 미만, 더욱 더 바람직하게는 약 15 몰% 미만의 알파-올레핀 함량을 갖는다.
본 발명의 그라프트된 수지 조성물에 사용하기에는 저밀도 에틸렌 혼성중합체가 바람직하다. 저밀도 에틸렌 혼성중합체는 혼성중합체의 알파-올레핀 함량을 제어함으로써 수득될 수 있다. 알파-올레핀 함량은 13C NMR 분광분석법에 의해 측정될 수 있다. 일반적으로, 혼성중합체의 알파-올레핀 함량이 클수록, 밀도 및 결정화도가 더 낮다. 낮은 밀도 및 낮은 결정화도는, 전자 장치 또는 모듈에 사용되는 필름 층을 위한 더욱 바람직한 물리적 및 화학적 특성을 유발한다.
그라프트된 수지 조성물에 사용하기에 적합한 에틸렌 혼성중합체는 전형적으로 약 0.905 g/cc 이하, 바람직하게는 약 0.90 g/cc 미만, 바람직하게는 0.89 g/cc 미만, 더욱 바람직하게는 약 0.885 g/cc 미만, 더욱 더 바람직하게는 약 0.88 g/cc 미만의 밀도를 갖는다. 에틸렌 혼성중합체의 밀도는 일반적으로 약 0.85 g/cc 초과, 더욱 바람직하게는 약 0.86 g/cc 초과이다. 밀도를 이소프로판올 중에서 ASTM-D 792-03, 방법 B에 따라 측정한다.
바람직하게는, 에틸렌 혼성중합체는 약 30 초과, 바람직하게는 약 40 초과, 더욱 바람직하게는 약 50 초과, 더욱 더 바람직하게는 약 80 초과, 가장 바람직하게는 약 90 초과의 단쇄 분지 분포 지수 (SCBDI) 또는 조성 분포 분지 지수 (CDBI)를 갖는다. 본원에 사용된 SCBDI 및 CDBI는, 공단량체 함량이 중앙 총 몰 공단량체 함량의 50% 이내인 중합체 분자의 중량 퍼센트 (중량%)로서 정의된다.
바람직하게는, 에틸렌 혼성중합체는 낮은 결정화도, 낮은 헤이즈(haze) 및 가시광 및 UV 광의 높은 투과율을 갖는다. 저탄성률 에틸렌 혼성중합체는 가요성이며, 응력 하에 안정성을 제공하고 응력 또는 수축시에 균열되는 경향이 적기 때문에 본 발명의 필름 및 전자 장치에 사용하기에 특히 적합하다.
그라프트된 수지 조성물에 사용된 에틸렌 혼성중합체는 약 200 MPa 미만, 바람직하게는 약 150 MPa 미만, 더욱 바람직하게는 약 120 MPa 미만, 더욱 더 바람직하게는 약 100 MPa 미만의 2% 시컨트 모듈러스를 갖는다.
그라프트된 수지 조성물에서 유용한 에틸렌 혼성중합체는 전형적으로 약 110℃ 미만, 바람직하게는 약 105℃ 미만, 더욱 바람직하게는 약 100℃ 미만, 더욱 더 바람직하게는 약 95℃ 미만, 더욱 더 바람직하게는 약 90℃ 미만의 융점을 갖는다. 상이한 융점을 갖는 에틸렌 혼성중합체의 블렌드가 또한 사용될 수 있다. 에틸렌 혼성중합체 또는 낮은 융점을 갖는 에틸렌 혼성중합체의 블렌드는 종종 전자 장치 및 모듈의 제조에서 유용한 바람직한 가요성 및 열가소성 특성을 나타낸다.
그라프트된 수지 조성물에 사용된 에틸렌 혼성중합체의 유리 전이 온도 (Tg)는 약 -30℃ 미만, 전형적으로 약 -35℃ 미만, 바람직하게는 약 -40℃ 미만, 더욱 바람직하게는 약 -45℃ 미만, 더욱 더 바람직하게는 약 -50℃ 미만이다. 또한, 에틸렌 혼성중합체는, ASTM D-0138 (190℃/2.16 kg)에 따라 측정시에, 약 100 g/10 min 미만, 바람직하게는 약 75 g/10 min 미만, 더욱 바람직하게는 적어도 약 50 g/10 min 미만, 더욱 더 바람직하게는 약 35 g/10 min 미만, 더욱 더 바람직하게는 20 g/10 min 미만의 용융 지수 (MI)를 갖는다. 최소값으로, 혼성중합체의 MI는 약 1 g/10 min, 바람직하게는 약 5 g/10 min, 더욱 더 바람직하게는 약 10 g/10 min이다.
바람직한 실시양태에서, 에틸렌 혼성중합체는 열가소성 에틸렌 혼성중합체이다.
본 발명의 그라프트된 수지 조성물에서 유용한 에틸렌 혼성중합체는 전형적으로 구속된 형태 촉매, 메탈로센 촉매, 또는 후-메탈로센 촉매로 제조된다. 이러한 단일-부위 촉매 기술이 일반적으로 공지되어 있다. 본 발명의 에틸렌 혼성중합체를 제조하기 위해 사용되는 일부 비제한적인 적합한 촉매는 예를 들어 착물로서 [2,2"'-[1,3-프로판디일비스(옥시-κO)]비스[3",5,5"-트리스(1,1-디메틸에틸)-5'-메틸[1,1':3',1"-터페닐]-2'-올레이토-κO]]디메틸을 사용하여 산소 원자를 통해 전이 금속 (Ti, Zr 및 Hf)에 배위된 비스-(비스페닐페놀) 리간드를 포함한다.
그라프트된 수지 조성물에 사용된 에틸렌 혼성중합체의 구체적 예는, 상기 기재된 바람직한 촉매/조촉매 시스템을 사용하여 제조되는, 초저밀도 폴리에틸렌 (VLDPE), 균일하게 분지화된 선형 에틸렌/알파-올레핀 혼성중합체, 및 균일하게 분지화된, 실질적으로 선형인 에틸렌/알파-올레핀 중합체 (예를 들어, 플라스토머 및 엘라스토머)를 포함한다. 가장 바람직하게는, 에틸렌 혼성중합체는 균일하게 분지화된 선형 및 실질적으로 선형인 에틸렌 혼성중합체이다.
상기 기재된 에틸렌 혼성중합체의 블렌드가 또한 사용될 수도 있고, 중합체가 (i) 서로 혼화성이고, (ii) 다른 중합체가 존재하더라도 에틸렌 혼성중합체의 바람직한 특성 (즉, 광학 및 낮은 탄성률)에 거의 영향을 미치지 않고, (iii) 에틸렌 혼성중합체가 블렌드의 적어도 70 중량%, 바람직하게는 적어도 약 75 중량%, 더욱 바람직하게는 적어도 약 80 중량%를 구성하는 정도까지 에틸렌 혼성중합체를 1종 이상의 다른 중합체와 블렌딩하거나 희석할 수 있다.
2종 이상의 에틸렌 혼성중합체의 블렌드가 사용되는 경우에, 전체 MI는 ASTM D-0138 (190℃/2.16 kg)에 따라 측정시에 바람직하게는 약 100 g/10 min 미만, 바람직하게는 약 75 g/10 min 미만, 더욱 바람직하게는 적어도 약 50 g/10 min, 더욱 더 바람직하게는 약 35 g/10 min 미만, 더욱 더 바람직하게는 20 g/10 min 미만이다. 최소값으로, 혼성중합체의 MI는 약 1 g/10 min, 바람직하게는 약 5 g/10 min, 더욱 더 바람직하게는 약 10 g/10 min이다.
바람직하게는, 에틸렌 혼성중합체 또는 사용된 에틸렌 혼성중합체는 약 200 내지 약 20,000 Pa·s의 제로 전단 점도를 가질 것이다.
전자 장치 또는 모듈 내에 포함되는 경우에 에틸렌 혼성중합체의 접착성을 개선하기 위해, 실란 관능기를 혼성중합체에 도입한다. 혼성중합체는 또한 바람직하게는 접촉 시점에 또는 장치 또는 모듈을 구성한 후에, 일반적으로 직후에 가교되는 것으로부터 이익을 갖는다. 가교는 내열성, 내충격성 및 내용매성을 증가시킴으로써 혼성중합체의 열 크리프 내성 및 모듈의 내구성을 향상시킨다.
알콕시실란을 에틸렌 혼성중합체에 그라프팅하거나 달리 결합시킴으로써 실란 관능기를 에틸렌 혼성중합체에 도입한다. 바람직하게는, 하기 화학식 I을 갖는 알콕시실란 기를 에틸렌 혼성중합체에 그라프팅한다.
<화학식 I>
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상기 식에서, R1은 H 또는 CH이고; R2 및 R3은 독립적으로 1 내지 20개의 탄소 원자를 함유하는 알킬, 아릴 또는 히드로카르빌이고, 다른 관능기, 예컨대 에스테르, 아미드 및 에테르를 또한 포함할 수 있고; m은 0 또는 1이고; R4는 1 내지 6개의 탄소 원자를 함유하는 알킬 또는 카르복시알킬 (바람직하게는 메틸 또는 에틸)이고; n은 1, 2 또는 바람직하게는 3이다.
그라프팅에 적합한 바람직한 알콕시실란 화합물은, (1) 화학식 I에서 에틸렌성 불포화 히드로카르빌 기가 비닐, 알릴, 이소프로페닐, 부테닐, 시클로헥세닐 또는 (메트)아크릴옥시알킬 (아크릴옥시알킬 및/또는 메타크릴옥시알킬을 가리킴) 기일 수 있고, (2) 가수분해성 기 (OR4)가 히드로카르빌옥시, 히드로카르보닐옥시 또는 히드로카르빌아미노 기, 예컨대 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 부톡시, 포르밀옥시, 아세톡시, 프로피오닐옥시 및 알킬- 또는 아릴아미노 기일 수 있고, (3) 포화 히드로카르빌 기 (R3)가 메틸 또는 에틸일 수 있는, 불포화 알콕시실란을 포함한다. 바람직한 알콕시실란의 일부 비제한적 예는, 비닐트리메톡시실란 (VTMOS), 비닐트리에톡시실란 (VTEOS), 알릴트리메톡시실란, 알릴트리에톡시실란, 3-아크릴로일프로필트리메톡시실란, 3-아크릴로일프로필트리에톡시실란, 3-메타크릴로일프로필트리메톡시실란 및 3-메타크릴로일프로필트리에톡시실란, 및 이들 실란의 혼합물을 포함한다.
전형적으로, 그라프트된 혼성중합체 내에 적어도 0.1 중량%, 바람직하게는 적어도 약 0.5 중량%, 더욱 바람직하게는 적어도 약 0.75 중량%, 더욱 더 바람직하게는 적어도 약 1 중량%, 더욱 바람직하게는 적어도 약 1.2 중량%의 알콕시실란이 존재한다. 그라프트된 혼성중합체는 일반적으로 10 중량% 미만, 바람직하게는 약 5 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 2 중량% 이하의 알콕시실란을 함유한다.
그라프팅 기술 및 방법은 관련 기술분야에 널리 공지되어 있으며, 예를 들어 퍼옥시드 및 아조 화합물과 같은 자유 라디칼 그라프트 개시제, 또는 이온화 방사선을 사용하는 것을 포함한다. 유기 자유 라디칼 그라프트 개시제, 예컨대 디쿠밀 퍼옥시드, 디-tert-부틸 퍼옥시드, t-부틸 퍼벤조에이트, 벤조일 퍼옥시드, 쿠멘 히드로퍼옥시드, t-부틸 퍼옥토에이트, 메틸 에틸 케톤 퍼옥시드, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸 퍼옥시)헥산, 라우릴 퍼옥시드, 및 tert-부틸 퍼아세테이트가 바람직하다. 적합한 아조 화합물은 아조비스이소부틸 니트릴이다.
관련 기술분야에 공지된 임의의 그라프팅 방법이 사용될 수도 있지만, 그라프팅 방법의 하나의 비제한적 예는 반응기 압출기, 예컨대 부스(Buss) 혼련기의 제1 단계에서 알콕시실란 및 에틸렌 혼성중합체를 그라프트 개시제와 블렌딩하는 것을 포함한다. 그라프팅 조건은 다양할 수 있지만, 용융 온도는 개시제의 체류 시간 및 반감기에 의존하여 전형적으로 160℃ 내지 260℃, 바람직하게는 190℃ 내지 230℃이다.
가교를 원하는 경우에, 그라프트된 수지 조성물은 ASTM D-2765에 따라 측정시에 바람직하게는 적어도 30%, 더욱 바람직하게는 적어도 40%, 더욱 더 바람직하게는 적어도 50%, 가장 바람직하게는 적어도 60%의 겔 함량을 가질 것이다.
가교 방법 및 공정은 관련 기술분야에 널리 공지되어 있으며, 임의의 적합한 방법이 그라프트된 수지 조성물에 사용된 실란-그라프트된 에틸렌 혼성중합체를 가교시키기 위해 사용될 수 있다. 비제한적인 가교 방법은 가수분해/축합 촉매를 사용한 수분 (물) 경화를 포함한다. 이러한 촉매는 예를 들어 루이스 산, 예컨대 디부틸주석 디라우레이트, 디옥틸주석 디라우레이트, 제1주석 옥토노에이트, 및 히드로겐 술포네이트, 예컨대 술폰산을 포함한다. 바람직하게는 1종 이상의 광개시제를 사용하여 가교를 촉진하기 위해 UV 광 또는 태양광을 또한 사용할 수 있다. 광개시제의 비제한적 예는 유기 카르보닐 화합물, 예컨대 벤조페논, 벤잔트론, 벤조인 및 그의 알킬 에테르, 2,2-디에톡시아세토페논, 2,2-디메톡시, 2-페닐아세토페논, p-페녹시 디클로로아세토페논, 2-히드록시시클로헥실페논, 2-히드록시이소프로필페논 및 1-페닐프로판디온-2-(에톡시 카르복실)옥심을 포함한다. 개시제는 허용되는 공지된 양으로, 전형적으로 혼성중합체의 중량을 기준으로 하여 적어도 약 0.05 중량%, 더욱 전형적으로 적어도 0.1 중량% 및 더욱 더 전형적으로 약 0.5 중량%로 사용될 수 있다.
다관능성 비닐 단량체 및 중합체, 트리알릴 시아누레이트 및 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트, 디비닐 벤젠, 폴리올의 아크릴레이트 및 메타크릴레이트, 알릴 알콜 유도체, 및 저분자량 폴리부타디엔을 비롯한, 자유 라디칼 가교 조촉매를 또한 사용할 수 있다. 황 가교 공동작용제는 벤조티아질 디술피드, 2-머캡토벤조티아졸, 구리 디메틸디티오카르바메이트, 디펜타메틸렌 티우람 테트라술피드, 테트라부틸티우람 디술피드, 테트라메틸티우람 디술피드 및 테트라메틸티우람 모노술피드를 포함한다. 이러한 공동작용제는 허용되고 공지된 양으로, 전형적으로 혼성중합체의 중량을 기준으로 하여 적어도 약 0.05 중량%, 더욱 전형적으로 적어도 약 0.1 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 0.5 중량%로 사용될 수 있다. 전형적으로, 사용된 조촉매의 최대량은 10 중량% 미만, 바람직하게는 약 5 중량% 미만, 가장 바람직하게는 약 3 중량% 미만이다.
가교를 촉진하기 위해 열 활성화 자유 라디칼 개시제를 사용함에 있어서의 하나의 난점은, 이들이 조기 가교를 개시할 수 있다는 점이다. 조기 가교는 자유 라디칼 개시제의 열 분해로 인한 것이며, 이는 스코치를 유발한다. 스코치를 최소화하는 방법은 관련 기술분야에 공지되어 있으며, 그라프트된 수지 조성물에 스코치 억제제를 도입하는 것을 포함한다. 스코치 억제제의 비제한적 예는 유기 히드로퍼옥시드, N-니트로소 디페닐아민, N,N'-디니트로소-파라-페닐아민, 이소아밀 니트라이트, tert-데실 니트라이트, 단량체 비닐 화합물, 방향족 아민, 페놀 화합물, 머캡토티아졸 화합물, 비스(N,N-이치환된-티오카르바모일)술피드, 히드로퀴논, 디알킬디티오카르바메이트 화합물, 이치환된 디티오카르밤산의 금속 염의 혼합물, 4-히드록시-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-1-옥실을 포함한다.
스코치 억제제는 공지된 양으로, 전형적으로 1.7 중량%의 퍼옥시드를 갖는 혼성중합체의 중량을 기준으로 하여 적어도 약 0.01 중량%, 바람직하게는 적어도 약 0.05 중량%, 더욱 바람직하게는 적어도 약 0.1 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 0.15 중량%의 최소값으로 사용될 수 있다. 전형적으로, 사용된 스코치 억제제의 최대량은 1.7 중량%의 퍼옥시드를 갖는 혼성중합체의 2 중량%를 초과하지 않고, 바람직하게는 약 1.5 중량%를 초과하지 않고, 더욱 바람직하게는 약 1 중량%를 초과하지 않는다.
다른 첨가제가 실란-그라프트된 에틸렌 혼성중합체에 포함될 수 있다. 다른 첨가제는 관련 기술분야에 공지된 UV 흡수제, UV 안정화제, 가공 안정화제, 산화방지제, 블록방지제, 슬립방지제, 안료 및 충전제를 포함한다. 첨가제는 관련 기술분야에 일반적으로 공지된 방식 및 양으로 사용된다.
봉지 필름
한 실시양태에서, (A) 실란-함유 에틸렌 혼성중합체 및 (B) 적어도 1종의 에틸렌/알파-올레핀 혼성중합체의 블렌드를 포함하는 필름 또는 필름 층이 제공된다. 본원에 사용된 바와 같이, 필름은 단층 또는 다층 필름일 수 있다. 용어 "층" 및 "필름 층"은 전반적으로 더 두꺼운 물품 (필름)의 개개의 층 또는 층들을 가리킨다. 어구 "필름 층"에 사용되는 경우 및 개개의 층 또는 층들을 가리키기 위해 사용되는 경우를 비롯하여 명시된 두께를 명백히 갖지 않는 한, 본원에 사용된 용어 "필름"은, 전자 장치에 사용하기 위해 요구되는 바와 같이 일반적으로 일관되고 균일한 두께를 갖는 임의의 비교적 얇고 편평한 압출 또는 캐스트 열가소성 물품을 포함한다.
바람직하게는, 본원에 기재된 필름은 약 25 mil (0.64 mm) 이하, 더욱 바람직하게는 약 20 mil (0.51 mm) 미만의 두께를 갖는다. 필름 층은 매우 얇을 수도 있고, 마이크로층 필름에 사용되는 경우에 10 nm만큼 얇을 수 있다. 일반적으로, 본 발명의 필름의 필름 층은 적어도 약 1 mil (25 ㎛), 바람직하게는 적어도 약 2 mil (51 ㎛), 더욱 바람직하게는 적어도 약 3 mil (75 ㎛)의 두께를 갖는다.
실란-함유 에틸렌 혼성중합체는 임의의 상기 실시양태에 제시된 바와 같다. 적어도 1종의 에틸렌/알파-올레핀 혼성중합체는, 기재되어 있고 실란-함유 에틸렌 혼성중합체에 사용하기에 적합하지만 실란 관능기가 없는 임의의 에틸렌/알파-올레핀 혼성중합체일 수 있다. 일부 실시양태에서, (A) 및 (B)는 각각 2 이상의 실란-함유 에틸렌 혼성중합체 또는 에틸렌/알파-올레핀 혼성중합체의 블렌드일 수 있다.
(A) 실란-함유 에틸렌 혼성중합체 및 (B) 적어도 1종의 에틸렌/알파-올레핀 혼성중합체를 포함하는 조성물은 1 중량% 내지 100 중량%의 (A)를 함유할 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 조성물은 5 중량% 내지 100 중량%의 (A) 및 0 중량% 내지 80 중량%의 (B)를 함유한다. 추가의 실시양태에서, (A) 실란-함유 에틸렌 혼성중합체 및 (B) 적어도 1종의 에틸렌/알파-올레핀 혼성중합체를 포함하는 조성물은 첨가제, 예컨대 UV 안정화제, 산화방지제 및 관련 기술분야에 공지된 기타 화합물을 또한 함유할 수 있다. 이러한 첨가제는 공지된 양으로 제공될 수도 있고, 일부 실시양태에서 중합체 조성물의 양에 예비-블렌딩된 마스터배치의 형태로 첨가될 수 있다.
(A) 실란-함유 에틸렌 혼성중합체 및 (B) 적어도 1종의 에틸렌/알파-올레핀 혼성중합체를 포함하는 조성물은 단층 필름, 또는 다층 필름의 적어도 1개의 필름 층으로, 바람직하게는 표면 층으로서 제조될 수 있다. 필름의 일반적 제조 방법은 관련 기술분야에 일반적으로 공지되어 있으며, 장치는 일반적으로 상업적으로 입수가능하다. 이러한 필름은 예를 들어, 캐스트, 블로운, 캘린더링 또는 압출 코팅 방법에 의해 제조될 수도 있고; 임의의 상기 물품으로 생성된 복합 또는 적층 구조물일 수 있다.
바람직하게는, (A) 실란-함유 에틸렌 혼성중합체 및 (B) 적어도 1종의 에틸렌/알파-올레핀 혼성중합체를 포함하는 조성물을 적층 구조물, 예컨대 PV 모듈에서의 층으로서 사용하기 위한 봉지 층으로 형성할 수 있다.
전자 장치
그라프트된 수지 조성물을 포함하는 필름, 예컨대 임의의 상기 실시양태에 기재된 것이 적층 구조물에 포함될 수 있다. 그라프트된 수지 조성물은 단층 필름으로서, 또는 적어도 1개의 추가의 층을 갖는 다층 필름, 예컨대 유리 또는 전자 장치의 표면으로서 제공될 수 있다.
많은 유형의 재료의 필름이 그라프트된 수지 조성물을 갖는 적층 구조물에 사용될 수 있다. 유리 이외에도, 커버 필름, 보호 필름, 및 상면 및/또는 배면 필름을 비롯한 다른 필름이 적층 구조물에 포함될 수 있다. 이러한 필름을 위한 재료의 비제한적 예는 폴리카르보네이트, 아크릴 중합체, 폴리아크릴레이트, 시클릭 폴리올레핀, 예컨대 에틸렌 노르보르넨, 메탈로센-촉매화 폴리스티렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 플루오로중합체, 예컨대 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 (ETFE), 폴리비닐 플루오라이드 (PVF), 플루오로에틸렌-프로필렌 (FEP), 에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 (ECTFE) 및 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF)를 포함한다.
적층 구조물을 제조하기 위한 다양한 방법은 관련 기술분야에 공지되어 있다. 일반적으로, 임의의 상기 실시양태의 적층 구조물은 (1) 실란-함유 혼성중합체를 함유하는 필름의 계면이 다른 필름의 계면과 간접적으로 접촉하도록 필름 (예를 들어, 그라프트된 수지 조성물의 단층, 또는 그라프트된 수지 조성물을 포함하는 다층 필름) 및 적어도 하나의 다른 필름 (예를 들어, 유리)을 배치하고, (2) 제1 및 제2 필름을 적층 온도에서 적층 및 부착하고, 임의로 (3) 실란-함유 혼성중합체를 가교하는 것에 의해 제조된다. 일부 실시양태에서, 가교 및 층들의 적층 및 부착은 역순으로 또는 동시에 일어날 수 있다.
적층 구조물의 필름을 진공 적층, 압출, 캘린더링, 용액 캐스팅 및 사출 성형을 포함하나 이에 제한되지는 않는, 관련 기술분야에 공지된 임의의 적합한 방식으로 서로에 적용할 수 있다.
바람직하게는, 상기 기재된 실시양태의 필름을 사용하여 전자 장치 또는 모듈인 적층 구조물을 생성할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 기재된 실시양태의 필름을 표피 필름 또는 봉지 필름으로서 사용하여, 관련 기술분야에 공지된 표피 또는 봉지 재료와 동일한 양을 사용하여 동일한 방식으로 전자 장치 모듈 (예를 들어, 광기전력 또는 태양 전지)을 구성할 수 있다.
본 발명의 바람직한 측면에서, 적층 PV 구조물은, 빛이 먼저 접촉하는 "상면 필름"으로부터 시작하여, (i) 일반적으로 유리를 포함하는, 수광 및 투광 상면 시트 또는 커버 시트 필름, (ii) 전면 봉지 필름, (iii) 광기전력 전지, (iv) 후면 봉지 필름, 및 (v) 일반적으로 유리 또는 기타 중합체 필름 구조물 배면 층 기판을 포함하는 배면 시트 필름을 차례로 포함한다. 주어진 전자 장치에서 광기전력 전지의 수는 장치의 특성 및 용도에 의존하여 변할 것이다.
적층 PV 구조물에 사용된 배면 시트는 PV 구조물의 배면 표면을 보호하는 다층 구조물이다. 일반적으로, 배면 시트는 코어 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) 층 또는 적층 동안에 수축하는 기타 재료 층일 수 있다.
전면 봉지 필름 및 후면 봉지 필름 둘 다는 본원에 기재된 바와 같은 필름일 수 있다. 바람직하게는, 단일 봉지 필름, 가장 바람직하게는 후면 봉지 필름이, 그라프트된 수지 조성물을 포함하는 임의의 상기 실시양태에 기재된 바와 같은 필름이다.
상기 기재된 적층 PV 구조물의 필름 (i) - (v)을, 적층을 통해 결합시킨다. 적층을 통해, 상면 시트를 전면 봉지 필름과 직접 접촉시키고, 배면 시트를 후면 봉지 필름과 직접 접촉시킨다. 광기전력 전지를 전면 및 후면 봉지 필름 사이에서 이들과 직접 접촉하도록 고정한다. 그 결과, 전면 및 후면 봉지 필름의 일부가 서로 직접 접촉하게 된다.
전자 장치, 구체적으로 바람직한 적층 PV 구조물을 생성하기 위해 사용되는 적층 방법은 필름들 사이에서 필요한 접착성을 생성하기에 충분한 조건에서 가열 및 압축하는 단계를 필요로 한다. 일반적으로, 적층 온도는 층의 특정 중합체 함량에 의존할 것이다. 하단부에서, 적층 온도는 적어도 약 120℃, 바람직하게는 적어도 약 130℃인 것이 필요하고, 상단부에서 약 180℃ 이하, 바람직하게는 약 170℃ 이하인 것이 필요하다.
적층을 위해 필요한 승온은 일부 중합체 재료, 예컨대 봉지 필름 및 PV 구조물의 배면 시트가 수축되도록 하여, 필름이 적층 동안에 서로에 대해 이동하도록 유발한다. 일반적으로, 배면 시트는 수축하는 경향을 가져서, 후면 봉지 필름 및 후속 필름의 이동을 유발하는 필름이다. 이러한 이동은 PV 전지가 적층 동안에 서로에 대해 더욱 가깝게 이동하도록 하고, 전지를 연결하는 리본이 그 자체로 조여지거나 절첩되어 젖혀지도록 한다. 리본은 후면 봉지 필름 및 배면 시트에 대해 뒤로 밀려나서, 배면 시트에서 범프를 초래한다.
놀랍게도, 상이한 제로 전단 점도 값을 갖는, 구체적으로 후면 (배면 시트와 접촉하는) 봉지 필름의 제로 전단 점도보다 큰 제로 전단 점도를 갖는 전면 (수광 및 투광 필름과 접촉하는) 봉지 필름을 갖는 봉지 필름을 사용하는 것은, 수축하는 배면 시트에 의해 유발된 이동이 나머지 전자 장치 전반에 걸쳐 전달되는 것을 막는다는 것을 알아내었다. 그 결과, 이러한 제로 전단 점도의 차이를 갖는 봉지 필름을 갖는 전자 장치는, 동일한 제로 전단 점도를 갖는 봉지 필름 또는 후면 봉지 층의 제로 전단 점도보다 낮은 제로 전단 점도를 갖는 전면 봉지 필름을 갖는 필적하는 전자 장치의 배면 시트에 비해 배면 시트에서 더 적은 범프를 나타낸다.
바람직하게는, 수광/투광 필름과 직접 접촉하는 전면 봉지 필름의 제로 전단 점도는 배면 시트와 직접 접촉하는 제2 봉지 필름의 것보다 크다. 더욱 바람직하게는, 전면 봉지 필름의 제로 전단 점도는 700-10,000 Pa·s, 더욱 바람직하게는 1,000-8,000 Pa·s, 가장 바람직하게는 2,000-6,000 Pa·s이다.
바람직한 실시양태에서, 후면 봉지 필름은 200-2,000 Pa·s, 더욱 바람직하게는 400-900 Pa·s, 더욱 더 바람직하게는 500-900 Pa·s, 가장 바람직하게는 600-800 Pa·s의 제로 전단 점도를 갖는 임의의 상기 실시양태에 기재된 바와 같은 필름이다. 다른 실시양태에서, 후면 봉지 필름은 봉지재로서 사용하기에 적합하고 전면 봉지 필름보다 낮은 점도를 갖는 임의의 재료일 수 있다.
전면 및 후면 봉지 필름의 제로 전단 점도는 적어도 100 Pa·s 떨어져 있어야 한다. 전면 봉지 필름과 후면 봉지 필름의 제로 전단 점도 간의 차이가 100 Pa·s 미만이 되기 때문에, 유리한 범프-감소 효과가 감소된다. 전면 및 후면 봉지 필름 간의 제로 전단 점도 차이가 10,000 Pa·s이하일 수도 있긴 하지만, 5,000 Pa·s의 차이를 넘는 것은 추가의 이익이 거의 없다.
어떠한 특별한 이론에 얽매이지는 않지만, 배면 시트의 PET 코어 층 또는 다른 고-수축 층이 수축함에 따라, 후면 봉지 필름은 배면 시트의 이동에 저항하지 못하는 것으로 생각된다. 이는 또한 태양 전지에 결합된 채로 유지되지만, 필름에 대한 완전성이 낮기 때문에 (즉, 낮은 전단 점도), 필름은 전지가 이동하도록 하지 않는다. 다시 말해서, 배면 시트가 수축하는 경우에, 후면 봉지 필름은, 배면 시트에 의해 유발된 전단 응력이 전지 또는 전면 봉지 필름에 도달하기 전에 이를 더욱 잘 분산시킬 수 있다. 사실상, 본 발명의 후면 봉지 필름은 내부 응력 감소자로서 작용하는 것으로 가정된다. 이는 수축 배면 시트에 의해 유발된 응력을 가두는 표준의 가교된 EVA 후면 봉지 필름과는 대조적이다.
또 다른 실시양태에서, 전자 장치에서 범프를 감소시키는 방법이 제공된다. 방법은 제1 제로 전단 점도를 갖는 제1 봉지 필름을 선택하고, 제2 제로 전단 점도를 갖는 제2 봉지 필름을 선택하여, 제1 제로 전단 점도가 제2 제로 전단 점도의 700 내지 10,000 Pa·s 이내가 되도록 하는 것을 포함한다. 이어서, (1) 수광 및 투광 상면 시트를 제1 봉지 필름과 직접 접촉시키고, (2) 배면 시트를 제2 봉지 필름과 직접 접촉시키고, (3) 적어도 하나의 광기전력 전지가 제1 및 제2 봉지 필름 사이에서 이들과 직접 접촉하도록 고정하여, 제1 및 제2 봉지 필름의 일부가 서로 직접 접촉되도록 하고, (4) 수광 및 투광 상면 시트, 제1 봉지 필름, 제2 봉지 필름 및 배면 시트를 적층 온도에서 적층 및 부착하는 것에 의해 적층 구조물을 형성함에 있어서 이들 2종의 봉지 필름을 사용한다. 봉지 필름의 실란-함유 혼성중합체를 또한 가교시킬 수 있다.
하기 실시예는 본 발명의 특정 실시양태를 예증한다. 모든 부 및 백분율은 달리 표시되는 경우를 제외하고는 중량을 기준으로 한다.
구체적 실시양태
재료
루퍼록스(Luperox) 101 퍼옥시드: 2,5-비스(tert-부틸퍼옥시)-2,5-디메틸헥산, 아르케마 인크.(Arkema Inc.)에 의해 제공됨.
E/O 1: "E/O 1"은 0.870 g/cc의 밀도 및 5 g/10 min의 MI를 갖는 에틸렌/옥텐 혼성중합체이다.
E/O 2: "E/O 2"는 0.902 g/cc의 밀도 및 30 g/10 min의 MI를 갖는 에틸렌/옥텐 혼성중합체이다.
E/O 3: "E/O 3"은 0.902 g/cc의 밀도 및 3 g/10 min의 MI를 갖는 에틸렌/옥텐 혼성중합체이다.
E/O 4: "E/O 4"는 0.885 g/cc의 밀도 및 18 g/10 min의 MI를 갖는 에틸렌/옥텐 혼성중합체이다.
마스터배치: "마스터배치"는 0.870 g/cc의 밀도 및 5 g/10 min의 MI 담체 수지를 갖는 에틸렌/옥텐 공중합체와 함께 제조된 첨가제를 갖는 마스터배치이다.
프로텍트(Protekt) HD (마디코(Madico)): 프로텍트 HD는 플루오로중합체/폴리에틸렌 테레프탈레이트/에틸렌-비닐 아세테이트 (플루오로중합체/PET/EVA) 구조를 포함하는 배면 시트이다.
던모어(Dunmore) - 1360 PPE +: 던모어-1360 PPE+는 구조 PET/PET/EVA를 포함하는 배면 시트이다.
사이와 사이브리드(Saiwu Cybrid) KPE: 사이와 사이브리드 KPE는 구조 플루오로중합체/PET/EVA를 포함하는 배면 시트이다.
던모어 1100 PPE + SW: 던모어 1100 PPE + SW는 구조 PET/PET/EVA를 포함하는 배면 시트이다.
던모어 1360 PPE + 울트라 클리어(Ultra Clear): 던모어 1360 PPE + 울트라 클리어는 구조 PET/PET/EVA를 포함하는 배면 시트이다.
크렘펠 아카졸(Krempel Akasol) PTL 2-38/250 TPE: 크렘펠 아카졸 PTL 2-38/250 TPE는 구조 테들라(Tedlar)/PET/EVA를 포함하는 배면 시트이다.
시험 방법
유리 접착성: 제1 봉지 필름, 제2 봉지 필름 및 TPE 배면 시트를 갖는 유리 구조물을 진공 라미네이터 상에서 150℃에서 3분의 진공에 이어서 1 기압에서 7분 동안 압력 하에 적층함으로써, 본원에 기재된 필름의 유리 접착성을 결정하였다. 태양광 모듈의 구조물을 모방하기 위해 2 조각의 봉지재를 사용하였다. 이어서, 적층된 유리 구조물을 인스트론(Instron)에서 분 당 2 인치로 180° 박리에 의해 시험하였다. 1 인치 내지 2 인치 영역의 평균 값을 기록하였다.
광학 투과율: 본원에 기재된 필름의 단층을 진공 라미네이터 상에서 150℃에서 3분의 진공에 이어서 1 기압에서 7분 동안 압력 하에 적층 주기로 처리하였다. ASTM D1003, 방법 B에 따라 퍼킨 엘머 람다(Perkin Elmer Lambda) 35 분광광도계를 사용하여 필름의 광학 투과율을 측정하였다.
헤이즈: 유리와 태양광 모듈의 전지 (태양광 모듈의 가장 우세한 시각적으로 미학적인 성분) 사이에 존재하는 필름의 단일 층을 모방하기 위해 유리의 2개의 층 사이에 필름의 단층을 적층하였다. ASTM E313을 사용하여 85℃ 및 85% 상대 습도에서 습윤(damp) 가열 시험 전 및 후에 황색도 지수를 측정하였다.
인장 변형률: ASTM D882-12에 따라서 인장 응력을 결정한다.
인장 응력: ASTM D882-12에 따라서 인장 응력을 결정한다.
인성: ASTM D882-12에 따라 인성을 결정하고, 이는 응력-변형 곡선 아래의 면적이다.
탄성률: ASTM D882-12에 따라 인장 응력 곡선의 초기 선형 영역의 기울기를 계산함으로써 탄성률을 결정한다.
봉지 필름 제조
이축 반응성 압출 공정을 사용하여 실란-그라프트된 수지를 컴파운딩하였다. 그라프트된 수지를 펠릿으로 절단하고 호일 주머니에 보관하였다. 별도로, FCM 압출기를 사용하여 열 및 UV 안정화제를 갖는 마스터배치를 컴파운딩하였다. 3-층 캐스트 공-압출 라인 상에서 457 ㎛ 두께를 갖는 필름 샘플을 제조하였다. 3개의 압출기는 매드독(Maddock) 혼합 구획 및 축 말단을 갖고 총 25 mm 직경이었다. 캐스팅 롤은 항상 B 압출기와 접촉하였고, C 압출기는 항상 코어였다. 다이 폭은 300 mm이었다.
표 1은 실시예 1-2 및 비교예 1에 사용된 필름 배합물을 나타낸다. 80 RPM의 압출기에서 7.5 체류 시간을 나타내는 15분 동안 배합물을 퍼징하였다.
<표 1>
총 중량을 기준으로 한 퍼센트로의 필름 배합물 (중량%)
Figure pct00002
PV 모듈 제조
실시예 1-2 및 비교예 1을 위한 PV 모듈을 생성하기 위해 156 mm × 156 mm PV 전지, 예컨대 에버 브라이트 솔라(Ever Bright Solar)로부터 입수가능한 것을 사용하였다. 9-전지 단결정질 스트링을 생성하고, PV 전지를 3 mm 간격으로 배치하고 76.2 mm 길이의 부스 리본, 예컨대 주석 코팅된 구리 부스 리본에 의해 연결하였다. 추가의 실시양태에서, 다결정질 전지를 또한 사용할 수 있다. 전면 봉지 필름, 후면 봉지 필름 및 배면 시트를 필름의 기계 방향에서 크기로 절단하였다. 사용된 9-전지 스트링을 위해, 봉지 필름 및 배면 시트를 215.9 mm × 1524 mm로 절단하였다. 상면 시트를 위해, 세척되고 고무 청소기로 닦고 타월로 건조시킨 3 mm 유리를 사용하였다.
하기 순서로 테플론(Teflon) 시트 상에 적층하기 위해 PV 모듈을 조립하였다: 유리, 전면 봉지 필름 (유리에 엠보싱된 면, 유리의 하단 테두리로부터 대략 25.4 mm), PV 전지 스트링 (앞면을 아래로 하고 전면 봉지 층에 중심을 둠), 후면 봉지 필름 (스트링에 엠보싱된 면) 및 배면 시트. 조립된 모듈을 테플론 시트로 덮었다.
조립체를 P-에너지 L200A 라미네이터에 놓았다. 적층 조건은 3분의 진공 펌프 시간 및 1000 mBar에서 7분의 보유 시간과 함께 150℃였다. 적층 구조물을 라미네이터로부터 빼고 상면 테플론 시트를 제거하기 전에 대략 1분 동안 실온에서 냉각하였다.
결과
표 1에서의 배합물의 전기, 광학 및 접착성 특성을 하기 표 2에 제공한다. 나타낸 바와 같이, 실시예 1 및 2의 봉지 필름은 대략 동일한 투과율, 헤이즈 및 투명도를 유지하면서 비교예 1에서보다 훨씬 낮은 제로 전단 점도를 갖는다. 실시예 1 및 2는 또한 비교예 1에 필적하는 뛰어난 유리 접착성을 나타낸다.
<표 2>
전기, 광학 및 접착성 특성
Figure pct00003
표 1에서의 배합물의 인장 강도를 하기 표 3에 제공한다. 실시예 1은 비교예 1보다 낮은 탄성률을 갖고, 이는 양호한 탄성을 나타낸다. 실시예 1은 또한 낮은 파단 변형을 갖는다.
<표 3>
457 ㎛ 두께 필름에 대한 인장 강도 (분 당 20 인치, 2 인치 간극)
Figure pct00004
적층 후에 범프의 형성에 대하여 다양한 배면 시트 및 봉지 필름 조합을 시험하였다. 표 4는 시험된 배면 시트 및 봉지 필름 조합을 나타낸다. 배면 시트 상의 범프의 수를 육안 검사에 의해 결정하였다.
본 출원인들은 놀랍게도 뜻밖에, 전면 봉지 필름의 전단 점도보다 낮은 전단 점도를 갖는 후면 봉지 필름을 사용하는 것이 PV 모듈 배면 시트에서 범프의 존재를 크게 감소시킨다는 것을 알아내었다. 본 출원인들은 놀랍게도, 전면 및 후면 봉지 필름 사이에 적어도 140 Pas 또는 그 초과의 차이가 범프를 극적으로 감소시킨다는 것을 알아내었다. 더 작은 차이는 또한 놀랍게도 범프의 감소를 나타낸다.
어떠한 특별한 이론에 얽매이지는 않지만, 본 출원인들은 배면 시트의 코어 층 (대개 PET)이 수축함에 따라, 후면 봉지 필름이 배면 시트의 이동에 저항하지 못하는 것으로 생각한다. 이는 또한 태양 전지에 결합된 채로 유지되지만, 필름에 대한 완전성이 낮기 때문에 (즉, 낮은 전단 점도), 필름은 전지가 이동하도록 하지 않는다. 다시 말해서, 배면 시트가 수축하는 경우에, 후면 봉지 필름은, 배면 시트에 의해 유발된 전단 응력이 전지 또는 전면 봉지 필름에 도달하기 전에 이를 더욱 잘 분산시킬 수 있다. 사실상, 본 발명의 후면 봉지 필름은 내부 응력 감소자로서 작용하는 것으로 가정된다. 이는 수축하는 배면 시트에 의해 유발된 응력을 가두는 표준의 가교된 EVA 후면 봉지 필름과는 대조적이다.
표 4에 나타낸 바와 같이, 후면 봉지 필름의 제로 전단 점도가 전면 봉지 필름의 것보다 낮을 때 배면 시트에서 가시적인 범프의 수가 현저히 감소되고, 일부 경우에 제거된다. 전면 봉지 필름으로서 비교예 1 및 후면 봉지 필름으로서 실시예 1의 조합은, 전면 봉지 필름으로서 비교예 1 및 후면 봉지 필름으로서 실시예 2의 조합에 비해 개선된 결과를 나타내었다. 본 출원인들은 이러한 결과가 비교예 1 및 실시예 2 간의 점도 차이 (3,205의 제로 전단 점도 차이)에 비하여 비교예 1 및 실시예 1 간의 증가된 점도 차이 (3,365의 제로 전단 점도 차이)에 기인하는 것으로 생각한다.
<표 4>
봉지 필름 및 배면 시트 조합 및 범프 형성
Figure pct00005
상기 표에 사용된 바와 같이, C1은 비교예 1이고, E1은 실시예 1이고, E2는 실시예 2이다.
또한, 본 출원인들은 놀랍게도, 주어진 배면 시트의 응력 수축이 주어진 봉지 필름 조합의 범프 감소 효과에 기여할 수도 있음을 알아내었다. 표 4에 나타낸 바와 같이, 더 높은 응력 수축 값을 갖는 배면 시트는 일반적으로 더 많은 범프를 나타내는 경향이 있다. 후면 봉지 필름과 전면 봉지 필름 간의 제로 전단 점도 차이가 더욱 클 때 최선의 범프 감소가 달성되었다.
본 발명은 본원에 함유된 실시양태 및 예증에 제한되지 않고, 하기 청구 범위의 범위 내에 속하는 실시양태의 일부 및 상이한 실시양태들의 요소의 조합을 포함하여 실시양태의 변형된 형태를 포함하는 것으로 구체적으로 의도된다.

Claims (15)

  1. 수광 및 투광 필름과 직접 접촉하는 제1 봉지 필름, 및 배면 시트와 직접 접촉하는 제2 봉지 필름을 포함하며, 여기서 제1 봉지 필름은 제2 봉지 필름의 제로 전단 점도보다 더 높은 제로 전단 점도를 갖는 것인, 전자 장치.
  2. 제1항에 있어서, 배면 시트가, 제2 봉지 필름의 제로 전단 점도 이하의 제로 전단 점도를 갖는 제1 봉지 필름을 포함하는 필적하는 전자 장치보다 더 적은 범프를 함유하는 것인 전자 장치.
  3. (i) 수광 및 투광 필름;
    (ii) 제1 봉지 필름;
    (iii) 적어도 하나의 광기전력 전지;
    (iv) 제2 봉지 필름; 및
    (v) 배면 시트
    를 포함하며, 여기서 제1 봉지 필름은 수광 및 투광 필름과 직접 접촉하고, 제2 봉지 필름은 배면 시트와 직접 접촉하고, 적어도 하나의 광기전력 전지는 제1 및 제2 봉지 필름과 직접 접촉하고,
    제1 봉지 필름은 제2 봉지 필름의 제로 전단 점도보다 더 큰 제로 전단 점도를 갖는 것인, 전자 장치.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 제1 봉지 필름의 제로 전단 점도가 제2 봉지 필름의 전단 점도의 700 내지 10,000 Pa·s 이내인 전자 장치.
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서, 제2 봉지 필름이 400 내지 900 Pa·s의 제로 전단 점도를 갖는 것인 전자 장치.
  6. 제1항 또는 제3항에 있어서, 제2 봉지 필름이 실란-그라프트된 에틸렌/알파-올레핀 혼성중합체를 포함하는 것인 전자 장치.
  7. 제6항에 있어서, 제2 봉지 필름이 에틸렌/알파-올레핀 혼성중합체를 추가로 포함하는 것인 전자 장치.
  8. 제6항에 있어서, 실란-그라프트된 에틸렌/알파-올레핀 혼성중합체가 제2 봉지 필름의 총 중량을 기준으로 하여 제2 봉지 필름의 5-100 중량%를 구성하는 것인 전자 장치.
  9. 제6항에 있어서, 실란-그라프트된 에틸렌/알파-올레핀 혼성중합체가 실란-그라프트된 에틸렌/옥텐 혼성중합체인 전자 장치.
  10. 제7항에 있어서, 에틸렌/알파-올레핀 혼성중합체가 제2 봉지 필름의 총 중량을 기준으로 하여 제2 봉지 필름의 0-50 중량%를 구성하는 것인 전자 장치.
  11. 제1 제로 전단 점도를 갖는 제1 봉지 필름을 선택하고;
    제2 제로 전단 점도를 갖는 제2 봉지 필름을 선택하는 것
    을 포함하며; 여기서 제1 제로 전단 점도는 제2 제로 전단 점도의 700 내지 10,000 Pa·s 이내인, 전자 장치에서 범프를 감소시키는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 제2 봉지 필름이 실란-그라프트된 에틸렌/알파-올레핀 혼성중합체를 포함하는 것인 방법.
  13. 제11항에 있어서, 제1 봉지 필름 및 제2 봉지 필름을 포함하는 적층 구조물을 형성하는 것을 포함하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 적층 구조물을 형성하는 것이,
    수광 및 투광 상면 시트를 제1 봉지 필름과 직접 접촉시키고;
    배면 시트를 제2 봉지 필름과 직접 접촉시키고;
    적어도 하나의 광기전력 전지를 제1 및 제2 봉지 필름 사이에서 이들과 직접 접촉하도록 고정하여, 제1 및 제2 봉지 필름의 일부가 서로 직접 접촉하도록 하고,
    수광 및 투광 상면 시트, 제1 봉지 필름, 제2 봉지 필름 및 배면 시트를 적층 온도에서 적층 및 부착하는 것
    을 포함하는 것인 방법.
  15. 제14항에 있어서, 실란-함유 혼성중합체를 가교시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
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