KR20160012522A - 광 모듈용 백시트, 이의 제조방법 및 광 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광 모듈용 백시트, 이의 제조방법 및 광 모듈을 제공한다. 광 모듈용 백시트는 적어도 하나의 수지층을 포함하고, 상기 수지층은 광 반사물질과, 가시광선 단파장 영역의 광을 흡수하여 가시광선 장파장 영역의 광으로 변환시켜 방출하는 파장변환물질을 포함한다. 본 발명에 따르면, 높은 광 반사율을 가짐과 동시에 장파장 가시광선으로 방출하여 발전 효율을 향상시킨다.
Description
본 발명은 광 모듈용 백시트, 이의 제조방법 및 광 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 높은 광 반사율을 가지면서 태양전지 등에 반응성이 높은 영역의 광을 방출하여 발전 효율 등을 향상시킬 수 있는 광 모듈용 백시트, 이의 제조방법 및 광 모듈에 관한 것이다.
최근, 지구 환경 문제와 화석 연료의 고갈 등으로 인해 신재생 에너지 및 청정 에너지에 대한 관심이 고조되고 있다. 그 중에서 광을 이용한 에너지는 환경오염 문제 및 화석 연료 고갈 문제를 해결할 수 있는 대표적인 무공해 에너지원으로 주목을 받고 있다. 특히, 태양 전지(solar cell) 등과 같은 광전지는 주택용, 공업용 등으로 급속하게 보급되고 있다.
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 광전지 모듈이라 한다.
또한, 대부분의 광 모듈, 예를 들어 태양전지 모듈(solar cell module) 등의 광 모듈은 내부 소자(예를 들어, 태양전지 셀)를 보호하기 위한 백시트(back sheet)를 포함한다.
일반적으로, 태양전지 모듈의 경우에는 광이 입사되는 투명 전면부재, 복수의 태양전지 셀이 봉지된 봉지재층, 및 백시트가 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 상기 투명 전면부재로는 주로 강화유리나 전면시트가 사용된다. 그리고 상기 복수의 태양전지 셀은 서로 전기적으로 연결되어 있되, 상기 봉지재층에 의해 패킹, 봉지되어 있다. 상기 백시트는 태양전지 모듈의 하측면, 즉 상기 봉지재의 하부 면에 부착되어 태양전지 셀을 보호한다. 이때, 상기 백시트는 봉지재층에 접착제를 통해 부착되거나 열 라미네이션(heat lamination)되어 부착된다.
태양전지 모듈은 장시간에 걸쳐 출력 저하가 없는 장수명화가 요구된다. 이러한 장수명화를 위해, 상기 백시트는 태양전지 셀에 악영향을 주는 수분이나 산소를 차단할 수 있고, 자외선 등에 의한 열화를 방지할 수 있어야 한다. 이에 따라, 백시트는 태양전지 모듈의 장수명화를 위해 높은 온도나 습도, 그리고 자외선 등에 잘 견딜 수 있는 재질이어야 한다.
이를 위해, 백시트는 일반적으로 기재와, 상기 기재의 양면에 형성된 수지층을 포함하는 적층 구조를 가지며, 상기 수지층으로는 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF ; Polyvinylidene fluoride) 등의 불소계 고분자 필름이 주로 사용된다. 불소계 고분자는 내후성 등이 뛰어난 장점이 있다. 예를 들어, 대한민국 등록특허 제10-1022820호 및 대한민국 공개특허 제10-2011-0020227호에는 이와 관련한 기술이 제시되어 있다.
또한, 백시트는 높은 내후성과 함께 태양전지 등의 발전 효율을 위해 높은 광 반사율을 가져야 한다. 이를 위해, 백시트에는 광 반사물질로서 주로 이산화티타늄(TiO2)이 사용된다. 그러나 이산화티타늄(TiO2)만의 사용으로는 높은 발전 효율을 보이기 어렵다.
이에, 본 발명은 개선된 광 모듈용 백시트, 이의 제조방법 및 광 모듈을 제공하고자 한다.
본 발명은, 예를 들어 높은 광 반사율을 가지면서 태양전지 등에 반응성이 높은 영역의 광을 방출하여 발전 효율 등을 향상시킬 수 있는 광 모듈용 백시트, 이의 제조방법 및 광 모듈을 제공하는 데에 목적이 있다.
본 발명은,
수지층을 포함하고,
상기 수지층은,
광 반사물질; 및
가시광선 단파장 영역의 광을 흡수하여 가시광선 장파장 영역의 광으로 변환시켜 방출하는 파장변환물질을 포함하는 광 모듈용 백시트를 제공한다.
예시적인 형태에 따라서, 상기 파장변환물질은 400㎚ 내지 600㎚ 영역의 가시광선 단파장을 흡수하여, 500㎚ 내지 800㎚ 영역의 가시광선 장파장으로 변환시켜 방출하는 물질로부터 선택될 수 있다.
또한, 본 발명은,
기재 상에 수지층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 수지층을 형성하는 단계는,
수지;
광 반사물질; 및
가시광선 단파장 영역의 광을 흡수하여 가시광선 장파장 영역의 광으로 변환시켜 방출하는 파장변환물질을 포함하는 수지 조성물을 이용하여 형성하는 광 모듈용 백시트의 제조방법을 제공한다.
아울러, 본 발명은 상기 본 발명의 백시트를 포함하는 광 모듈을 제공한다.
예시적인 형태에 따라서, 본 발명에 따른 광 모듈은,
전면부재;
상기 전면부재 상에 형성되고, 태양전지 셀이 봉지된 봉지재층; 및
상기 봉지재층 상에 형성된 백시트를 포함한다.
본 발명에 따르면, 개선된 광 모듈용 백시트, 이의 제조방법 및 광 모듈을 제공할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따르면, 높은 광 반사율을 가지면서 태양전지 등에 반응성이 높은 영역의 광을 방출하여, 발전 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 광 모듈용 백시트의 단면 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 광 모듈의 단면 구성도이다.
도 3은 상기 도 2의 광 모듈에서 광이 반사되는 개념도를 보인 것이다.
도 4는 비교예에 따른 광 모듈용 백시트의 파장에 따른 광 반사율을 보인 그래프이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 광 모듈용 백시트의 파장에 따른 흡수도 및 발광 피크를 보인 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 광 모듈의 단면 구성도이다.
도 3은 상기 도 2의 광 모듈에서 광이 반사되는 개념도를 보인 것이다.
도 4는 비교예에 따른 광 모듈용 백시트의 파장에 따른 광 반사율을 보인 그래프이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 광 모듈용 백시트의 파장에 따른 흡수도 및 발광 피크를 보인 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕도록 하기 위해 제공된다. 첨부된 도면에서, 각 영역을 명확하게 표현하기 위해 두께는 확대하여 나타낸 것일 수 있고, 도면에 표시된 두께, 크기 및 비율 등에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에서, '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나 이상을 포함하는 의미로 사용된다. 본 발명에서, "제1", 및 "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위해 사용되며, 각 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서, "상에 형성", "한 면에 형성" 및 "양면에 형성" 등은, 당해 구성요소들이 직접 접하여 적층 형성되는 것만을 의미하는 것은 아니고, 당해 구성요소들 간의 사이에 다른 구성요소가 더 형성되어 있는 의미를 포함한다. 예를 들어, "상에 형성된다."라는 것은, 제1구성요소의 표면 위에 제2구성요소가 직접 접하여 형성되는 의미는 물론, 상기 제1구성요소와 제2구성요소의 사이에 제3구성요소가 더 형성될 수 있는 의미를 포함한다.
도 1에는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 광 모듈용 백시트(이하, '백시트'로 약칭한다.)가 도시되어 있다. 본 발명에 따른 백시트(100)는 적어도 1층 이상의 수지층(12)을 포함하되, 상기 수지층(12)은 수지, 광 반사물질 및 파장변환물질을 포함한다.
본 발명에 따른 백시트(100)는 1층 또는 2층 이상의 다층 구조를 가질 수 있다. 본 발명에 따른 백시트(100)는 다층 구조로서, 예를 들어 기재(11)와, 상기 기재(11) 상에 형성된 수지층(12)을 포함할 수 있다. 그리고 이들 각 층(11)(12)은 투명, 반투명 및/또는 불투명일 수 있다. 본 발명에서, 투명이란, 조사된 광(가시광선)이 수직선상에서 예를 들어 50% 이상, 예를 들어 60% 이상, 또는 예를 들어 80% 이상의 광투과율을 보이는 것을 의미할 수 있다. 광투과율은 높을수록 좋으므로 그 상한치는 제한치는 제한되지 않으나, 이는 예들 들어 99.9%, 99%, 또는 98% 이하일 수 있다.
상기 수지층(12)은 1층 또는 2층 이상의 복수 개일 수 있다. 수지층(12)은 예를 들어 기재(11)의 한 면 또는 양면에 형성될 수 있다. 도 1은, 본 발명의 예시적인 실시형태로서, 상기 수지층(12)이 기재(11)의 양면에 형성된 모습을 예시한 것이다. 구체적으로, 본 발명에 따른 백시트(100)는 하나의 예시적인 형태에 따라서, 기재(11); 상기 기재(11)의 일측면(도 1에서 상부면) 상에 형성된 제1 수지층(12); 및 상기 기재(11)의 타측면(도 1에서 하부면) 상에 형성된 제2 수지층(12)을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 백시트(100)의 적층 구조는 제한되지 않는다. 본 발명에 따른 백시트(100)는 기재(11)와, 하나 이상의 수지층(12)을 포함하되, 이들 이외에 다른 기능성의 층을 하나 또는 둘 이상 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 기재(11)와 수지층(12)은 직접 접촉되어 있거나, 이들 사이에 다른 중간층이 개재될 수 있다. 상기 기재(11)와 수지층(12)의 사이에는, 예를 들어 프라이머층(도시하지 않음) 등이 형성될 수 있다. 이때, 상기 프라이머층은 기재(11)와 수지층(12) 간의 층간 접착력을 위한 것이면 제한되지 않으며, 이는 예를 들어 아크릴계, 우레탄계, 에폭시계 및 폴리올레핀계 등의 수지 접착제를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 백시트(100)를 구성하는 각 구성요소의 예시적인 형태를 설명하면 다음과 같다.
상기 기재(11)는 투명한 것이면 특별히 제한되지 않는다. 기재(11)는 당분야에서 공지된 다양한 소재를 사용할 수 있으며, 이는 또한 요구되는 기능 및 용도 등에 따라 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 기재(11)는, 하나의 예시에서 고분자 필름 등으로부터 선택될 수 있다. 기재(11)는, 구체적인 예를 들어 폴리에스테르계 필름, 아크릴계 필름, 폴리올레핀계 필름, 폴리아미드계 필름 및 폴리우레탄계 필름 등의 단일 시트, 적층 시트 또는 공압출물을 들 수 있다.
상기 기재(11)는, 예시적인 형태에 따라서, 고분자 필름으로 구성되되, 베이스 수지로서 내열성 등에서 유리한 폴리에스테르계 수지를 포함할 수 있다. 그리고 상기 폴리에스테르계 수지의 예로는, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET: Polyethylene Terephtalate), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN: Polyethylene Naphtalate) 및 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT: Polybuthylene Terephtalate) 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 기재(11)는, 다른 예시적인 형태에 따라서, 폴리올레핀계 필름으로 선택될 수 있다. 이때, 폴리올레핀계 필름은, 일례로 폴리프로필렌(PP) 필름을 들 수 있다. 기재(11)는 하나의 예시에서 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름을 사용하는 것이 좋다.
또한, 상기 기재(11)에는 수지층(12)과의 접착력 향상을 위한 접착 강화 처리가 수행될 수 있다. 예를 들어, 기재(11)의 일면 또는 양면에는 코로나 처리 또는 플라즈마 처리와 같은 고주파수의 스파크 방전 처리; 열 처리; 화염 처리; 앵커제 처리; 커플링제 처리; 프라이머 처리 또는 기상 루이스산(ex. BF3), 황산 또는 고온 수산화나트륨 등을 사용한 화학적 활성화 처리 등의 표면 처리를 수행할 수 있다. 상기 표면 처리 방법은 일반 산업분야에서 통용되는 모든 공지의 수단에 의할 수 있다. 상기와 같은 표면 처리를 통해 수지층(12)과의 결합력이 개선될 수 있다.
아울러, 상기 기재(11)에는 수분 차단 특성 등의 추가적인 향상의 관점에서, 기재(11)의 일면 또는 양면에는 무기물 증착층이 형성될 수 있다. 상기 무기물의 종류는 특별히 제한되지 않고, 수분 차단 특성이 있는 것이라면 제한 없이 채용할 수 있으며, 예를 들어 규소 산화물 또는 알루미늄 산화물을 사용할 수 있다. 상기에서 기재(11)의 일면 또는 양면에 무기물 증착층을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 증착법 등에 의할 수 있다. 이와 같이 기재(11)의 일면 또는 양면에 무기물 증착층을 형성하는 경우에는, 기재(11)의 표면에 무기물 증착층을 형성한 후, 상기 증착층 상에 전술한 표면 처리를 행할 수도 있다. 즉, 본 발명의 일 구현예에서는 기재(11) 상에 형성된 증착층 상에 접착력을 보다 향상시키기 위해 전술한 스파크 방전 처리, 화염 처리, 커플링제 처리, 앵커제 처리 또는 화학적 활성화 처리를 수행할 수 있다.
상기 기재(11)의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 약 20㎛ 내지 1000㎛, 또는 약 50㎛ 내지 300 ㎛의 범위일 수 있다. 기재(11)의 두께를 상기와 같은 범위로 조절하여, 백시트(100)의 전기 절연성, 수분 차단성, 기계적 특성 및 취급성 등을 향상시킬 수 있다. 본 발명에서, 기재(11)의 두께는 전술한 범위에 제한되는 것은 아니며, 이는 필요에 따라서 적절히 조절될 수 있다.
상기 수지층(12)은 전술한 바와 같이 기재(11)의 한 면 또는 양면에 형성되며, 이는 코팅층 및 필름층으로부터 선택될 수 있다. 구체적으로, 수지층(12)은 기재(11) 상에 필름이 접합되어 구성되거나, 수지 조성물이 코팅, 경화되어 형성될 수 있다. 이때, 수지층(12)이 필름인 경우, 이는 기재(11)에 접착제를 통해 접합되거나, 열 융착(열 라미네이션) 등을 통해 접합될 수 있다.
상기 제1수지층(12)은 수지, 광 반사물질 및 파장변환물질을 포함한다. 이때, 상기 수지는 내구성(내후성) 등을 가지는 것이면 좋다. 상기 수지층(12)은 내구성(내후성) 등에서 유리한 수지로서, 예를 들어 불소계 수지를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 수지층(12)은 광 반사물질 및 파장변환물질을 포함하는 불소계 수지 코팅층 또는 불소계 수지 필름층으로부터 선택될 수 있다.
본 발명에서, 상기 불소계 수지는 분자 내에서 하나 이상의 불소(F) 원소를 포함하면 좋다. 상기 불소계 수지는, 예를 들어 비닐리덴 플루오라이드(VDF, Vinylidene Fluoride), 비닐 플루오라이드(VF, Vinyl Fluoride), 테트라플루오로에틸렌(TFE, Tetrafluoroethylene) 헥사플루오로프로필렌(HFP, Hexafluoropropylene), 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE, chlorotrifluoroethylene), 트리플루오로에틸렌, 헥사플루오로이소부틸렌, 퍼플루오로 부틸에틸렌, 퍼플루오로 메틸 비닐 에테르(PMVE, perfluoro(methylvinylether)), 퍼플루오로 에틸 비닐 에테르(PEVE, perfluoro(ethylvinylether)), 퍼플루오로 프로필 비닐 에테르(PPVE), 퍼플루오로 헥실 비닐 에테르(PHVE), 퍼플루오로-2,2-디메틸-1,3-디옥솔(PDD) 및 퍼플루오로-2-메틸렌-4-메틸-1,3-디옥솔란(PMD) 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 단량체를 중합된 형태로 포함하는 단독 중합체, 공중합체 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 불소계 수지는, 구체적인 예를 들어 비닐리덴 플루오라이드(VDF)를 중합된 형태로 포함하는 단독 중합체 또는 공중합체; 또는 비닐 플루오라이드(VF)를 중합된 형태로 포함하는 단독 중합체 또는 공중합체; 또는 상기 중 2종 이상을 포함하는 혼합물일 수 있다.
상기에서 공중합체에 중합된 형태로 포함될 수 있는 공단량체의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 이는 예를 들어 테트라플루오로에틸렌(TFE: Tetrafluoroethylene), 헥사플루오로프로필렌(HFP: Hexafluoropropylene), 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE: chlorotrifluoroethylene), 트리플루오로에틸렌, 헥사플루오로이소부틸렌, 퍼플루오로 부틸에틸렌, 퍼플루오로 메틸 비닐 에테르(PMVE: perfluoro(methylvinylether)), 퍼플루오로 에틸 비닐 에테르(PEVE: perfluoro(ethylvinylether)), 퍼플루오로 프로필 비닐 에테르(PPVE), 퍼플루오로 헥실 비닐 에테르(PHVE), 퍼플루오로-2,2-디메틸-1,3-디옥솔(PDD) 및 퍼플루오로-2-메틸렌-4-메틸-1,3-디옥솔란(PMD) 등의 1종 또는 2종 이상을 들 수 있으며, 일례로는 헥사플루오로프로필렌 및 클로로트리플루오로에틸렌 등의 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 공중합체 내에 포함되는 공단량체의 함량은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면, 전체 공중합체의 중량을 기준으로 총 중량 대비 약 0.5 중량% 내지 50 중량%, 1 중량% 내지 40 중량%, 7 중량% 내지 40 중량%, 10 중량% 내지 30 중량% 또는 10 중량% 내지 20 중량%일 수 있다. 이와 같이 공단량체의 함량을 상기 범위로 제어함으로써, 백시트(100)의 내구성 및 내후성 등을 확보하면서 효과적인 상호 확산 작용 및 저온 건조를 유도할 수 있고 접착력을 더욱 향상시킬 수 있다.
아울러, 상기 불소계 수지는, 융점이 예를 들어 80℃ 내지 175℃, 또는 120℃ 내지 165℃일 수 있다. 상기 불소계 수지의 융점을 80℃ 이상으로 조절하여, 백시트(100)의 사용 과정에서의 변형을 방지할 수 있고, 또한 융점을 175℃ 이하로 조절하여, 용매에 대한 용해도를 조절하고, 코팅면의 광택을 향상시킬 수 있다.
예시적인 구현예에 따라서, 상기 불소계 수지는 i) 융점(melting point)이 155℃ 이하이거나 연화점(softening point)이 100℃ 이상인 제1불소계 수지를 포함할 수 있다. 이러한 제1불소계 수지는 낮은 융점과 연화점을 가져 고온의 코팅 공정 중 다른 고분자와 혼용이 잘 되며, 비결정성 부분이 증가하기 때문에, 다른 고분자와 상용성이 우수하다.
또한, 상기 불소계 수지는 제1불소계 수지 이외에, 추가로 ii) 융점이 155℃ 이상이고 연화점이 100℃ 이하인 제2불소계 수지를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제2불소계 수지는 필요에 따라 선택적으로 사용될 수 있다. 그리고 상기 제2불소계 수지는 융점이 155℃ 초과이고 연화점이 100℃ 이하일 수도 있다.
상기 제1불소계 수지 및 제2불소계 수지는 모두 앞서 설명한 불소계 수지에 해당하는 것으로, 상기 불소계 수지를 형성하는 단량체의 중합에 따라 고분자가 가지게 되는 고유한 특징인 융점 및 연화점에 따라 구분될 수 있다. 이때, 융점이 155℃ 이하이거나 연화점이 100℃ 이상인 제1불소계 수지는 수지층(12)에 포함되는 전체 불소계 고분자의 중량을 기준으로 20 중량% 이상을 차지할 수 있으며, 좋게는 50중량% 이상을 차지할 때, 그의 사용에 따른 작용이 더 유리할 수 있다.
아울러, 상기 불소계 수지의 중량평균분자량은 5만 내지 100만일 수 있으며, 구체적인 예를 들어 10만 내지 70만, 또는 30만 내지 50만일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 명세서에서 중량평균분자량은, GPC(Gel Permeation Chromatograph)로 측정되는 표준 폴리스티렌의 환산 수치이다. 본 발명의 구현예들에서는 불소계 수지의 중량평균분자량을 상기 범위로 제어함으로써, 우수한 용해도 및 기타 물성을 확보할 수 있다.
상기 수지층(12)은 수지 성분으로서, 불소계 수지 이외에 다른 수지를 더 포함할 수 있다. 이때, 수지층(12)에 더 포함될 수 있는 수지는, 예를 들어 아크릴계 중합체, 폴리아미드계 수지 및/또는 폴리에스테르계 수지 등을 들 수 있다.
하나의 구현예에 따라서, 상기 수지층(12)은 수지 성분으로서, 불소계 수지와 아크릴계 중합체를 포함할 수 있다. 상기 아크릴계 중합체는 불소계 수지와 혼합되어 기계적 강도를 향상시키면서 기재(11)와의 접착력 등을 개선한다. 또한, 상기 아크릴계 중합체는 불소계 수지와 상용성이 뛰어나 본 발명에 유용하다. 이때, 수지층(12)은 불소계 수지와 아크릴계 중합체를 예를 들어 60 ~ 95 : 5 ~ 40의 중량비로 포함할 수 있다.
상기 아크릴계 중합체는, 예를 들어 메틸메타크릴레이트(MMA), 글리시딜메타크릴레이트(GMA), 하이드록시에틸 메타크릴레이트(HEMA) 및/또는 시클로헥실말레이미드(CHMI) 중 1종 이상을 포함하는 중합체 등을 들 수 있으며, 보다 구체적인 예를 들어 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 메틸메타크릴레이트와 글리시딜메타크릴레이트의 공중합체(MMA-GMA), 메틸메타크릴레이트, 글리시딜메타크릴레이트 및 하이드록시에틸메타크릴레이트의 삼원공중합체(MMA-GMA-HEMA), 메틸메타크릴레이트와 시클로헥실말레이미드의 공중합체(MMACHMI) 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 광 반사물질은 광을 반사시킬 수 있는 것이면 제한되지 않는다. 광 반사물질은, 예를 들어 자외선 파장(약 400nm 이하)의 광은 흡수하고, 가시광선 파장 이상(약 400nm 이상)의 광은 반사시킬 수 있는 물질로부터 선택될 수 있다. 광 반사물질은, 하나의 예시에서 가시광선 파장(약 400nm ~ 700nm) 및 근적외선 파장(약 400nm ~ 1200nm)의 광을 반사시킬 수 있는 물질로부터 선택될 수 있다.
상기 광 반사물질은 무기계, 유기계, 및/또는 무기-유기계 안료로부터 선택될 수 있다. 광 반사물질은, 하나의 예시에서 무기계 백색 안료를 포함할 수 있다. 광 반사물질은, 예를 들어 이산화티타늄(TiO2) 및/또는 탄산칼슘을 포함할 수 있다. 하나의 구현예에 따라서, 광 반사물질은, 적어도 이산화티타늄(TiO2)을 포함하면 좋다. 보다 구체적으로, 광 반사물질로서 이산화티타늄(TiO2)을 사용하거나, 이산화티타늄(TiO2)에 다른 광 반사물질(탄산칼슘 등)을 혼합하여 사용할 수 있다. 이산화티타늄(TiO2)은 가시광선 파장 및 근적외선 파장의 광을 반사시킬 수 있어 본 발명에 유용할 수 있다.
상기 수지층(12)은 수지 100중량부에 대하여 위와 같은 광 반사물질 1 내지 200 중량부를 포함할 수 있다. 이때, 광 반사물질의 함량이 1 중량부 미만인 경우, 이의 함유에 따른 광 반사능 등이 미미할 수 있다. 그리고 200 중량부를 초과하는 경우, 예를 들어 수지층(12)의 기계적 물성 등에서 바람직하지 않을 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 광 반사물질은 수지 100 중량부에 대하여 20 내지 120 중량부, 또는 50 내지 100 중량부로 포함될 수 있다.
상기 파장변환물질은 가시광선 단파장 영역의 광을 흡수하여, 가시광선 장파장 영역의 광으로 변환시켜 방출하는 물질로부터 선택된다. 파장변환물질은, 하나의 구현예에 따라서 400㎚ 내지 600㎚ 영역의 가시광선 단파장을 흡수하고, 상기 흡수된 단파장을 500㎚ 내지 800㎚ 영역의 가시광선 장파장으로 변환시켜 방출하는 물질로부터 선택된다.
일반적으로, 대부분의 태양전지는 약 400nm에서 1,200nm 파장 범위에 감도가 높다. 이에 따라, 태양전지는 주로 상기 파장 범위의 광을 흡수하여 전기를 발생시킨다. 따라서 자외선 영역의 단파장(약 400nm 이하)은 태양전지에서 감도가 낮아 높은 발전 효율을 보이기 어렵다. 특히, 결정형 실리콘 태양전지 등의 경우에 그러하다. 또한, 태양전지는 상기 파장 범위 내에서도 장파장으로 갈수록 반응감도가 높아진다. 이때, 반응감도가 높다는 것은 해당 파장의 광을 높은 흡수율로 흡수함을 의미하며, 이는 결국 발전 효율이 높아진다는 것을 의미한다. 아울러, 파장이 높다고 하여 고효율을 보이는 것은 아니며, 대부분의 태양전지는 약 500nm 내지 1000nm의 범위, 보다 구체적으로는 약 500 내지 800nm 범위의 가시광선 장파대 영역에서 고효율을 보인다.
따라서, 상기 수지층(12)에 상기와 같은 파장변환물질이 포함된 경우, 상대적으로 반응감도가 낮은 가시광선을 흡수한 다음, 이를 가시광선 파장 영역 중의 장파장 영역으로 변화시켜 방출함에 따라 반응감도가 더욱 높아질 수 있다. 이에 따라, 태양전지 등의 발전 효율이 효과적으로 개선될 수 있다.
한편, 상기 파장변환물질에 의해, 너무 높은 파장으로 변환되는 경우, 온도가 상승되어 바람직하지 않을 수 있다. 즉, 적외선 파장으로의 변환율이 높은 경우, 태양전지 셀(C)이나 모듈 주위 설치 구조물(전자 장치, 건물 등)의 온도가 높아질 수 있다. 이에 따라, 파장변환물질은 흡수된 가시광선 단파장을 가시광선 장파장으로 변환시켜, 장파장의 가시광선 광을 많이 방출시킬 수 있는 물질로부터 선택되는 것이 좋다. 하나의 구현예에 따라서, 파장변환물질은 흡수된 가시광선 단파장을 가시광선 장파장으로 변환시켜, 550㎚ 내지 700㎚ 사이에서 최대 발광 피크(Emission peak)를 가지는 물질로부터 선택될 수 있다.
상기 파장변환물질은, 예를 들어 페릴린(Perylene)계 화합물을 포함할 수 있다. 상기 페릴린계 화합물은, 예를 들어 페릴린(Perylene), 이소부틸 4,10-디시아노페릴린-3,9-디카르복실레이트(isobutyl 4,10-dicyanoperylene-3,9-dicarboxylate), 페릴린-3,4,9,11-테트라카르보실산 비스-(2',6'-디이소프로필아닐리드)(perylene-3,4,9,11-tetracarboxylic acid bis-(2',6'-diisopropylanilide)) 및 페릴린-1,8,7,12-테트라페녹시-3,4,9,10-테트라카르보실산 비스-(2',6'-디이소프로필아닐리드)(perylene-1,8,7,12-tetraphenoxy-3,4,9,10-tetracarboxylic acid bis-(2',6'-diisopropylanilide)) 및/또는 이들의 유도체 등을 들 수 있다. 아울러, 페릴린계 화합물로는 Lumogen F Yellow 083[이소부틸 4,10-디시아노페릴린-3,9-디카르복실레이트(isobutyl 4,10-dicyanoperylene-3,9-dicarboxylate)], Lumogen F Orange 240[페릴린-3,4,9,11-테트라카르보실산 비스-(2',6'-디이소프로필아닐리드)(perylene-3,4,9,11-tetracarboxylic acid bis-(2',6'-diisopropylanilide))], Lumogen F Red 305, 페릴린-1,8,7,12-테트라페녹시-3,4,9,10-테트라카르보실산 비스-(2',6'-디이소프로필아닐리드)(perylene-1,8,7,12-tetraphenoxy-3,4,9,10-tetracarboxylic acid bis-(2',6'-diisopropylanilide))], Lumogen F Green 850 및/또는 Lumogen F Yellow 170 등의 유기 형광체 제품을 사용할 수 있다.
상기 수지층(12)은 수지 100 중량부에 대하여 위와 같은 파장변환물질을 0.1 내지 30 중량부로 포함할 수 있다. 이때, 파장변환물질이 0.1 중량부 미만인 경우, 이의 함유에 따른 파장 변환 효율 등이 미미할 수 있다. 그리고 30 중량부를 초과하는 경우, 예를 들어 수지층(12)의 기계적 물성 등에서 바람직하지 않을 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 파장변환물질은 수지 100 중량부에 대하여 0.2 내지 25 중량부, 0.2 내지 20 중량부, 또는 0.5 내지 15 중량부로 포함될 수 있다.
또한, 상기 수지층(12)은, 하나의 구현예에 따라서 자외선 파장을 흡수하여 가시광선 파장으로 변환시키는 자외선 흡수-파장변환물질을 더 포함할 수 있다. 이러한 자외선 흡수-파장변환물질은, 예를 들어 금속-유기 복합물 및 나프탈이미드(Naphtalimide)계 화합물 등의 형광 물질로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 자외선 흡수-파장변환물질은 흡수된 자외선을 가시광선 파장으로 변환시켜 본 발명에 유용하다.
상기 금속-유기 복합물은, 하나 이상의 금속 원소를 가지는 금속-유기 복합물로서, 이는 예를 들어 금속 원소로서 희토류 원소를 포함하는 금속-유기 복합물로부터 선택될 수 있다. 금속-유기 복합물은, 예를 들어 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, M은 희토류 원소이다. 상기 화학식 1에서, 희토류 원소 M은, 예를 들어 Eu, La, Ce, Pr, Nd, Gd, Tb, Dy 및 Lu 등으로부터 선택될 수 있다. 또한, 상기 화학식 1에서, n은 1 이상의 정수이다. n의 상한치는 제한되지 않으나, 예를 들어 100 이하일 수 있다. 상기 화학식 1에서, n은 예를 들어 1 내지 500, 1 ~ 200, 1 ~ 100 또는 1 내지 50일 수 있다.
하나의 구현예에 따라서, 상기 화학식 1의 M은 Eu일 수 있다. 구체적으로, 상기 금속-유기 복합물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. 하기 화학식 2에서, n은 화학식 1에서 설명한 바와 같다.
[화학식 2]
상기 나프탈이미드계 화합물로는, 예를 들어 나프탈이미드(Naphtalimide), 4,5-디메틸옥시-N-(2-에틸 헥실)나프탈이미드(4,5-dimethyloxy-N-(2-ethyl hexyl)naphthalimide) 및 이들의 유도체 등을 들 수 있다. 또한, 상기 나프탈이미드계 화합물로는 상용화된 제품으로서, 예를 들어 Lumogen F Violet 570 및/또는 Lumogen F Blue 650등의 유기 형광체 제품을 사용할 수 있다.
상기 나열한 바와 같은 자외선 흡수-파장변환물질은 자외선 흡수능이 높고, 또한 흡수된 자외선을 400㎚ 내지 800㎚의 가시광선 파장으로 변환시켜, 높은 가시광선을 방출량을 가져 본 발명에 유용하다. 한편, 자외선 흡수-파장변환물질로서 무기물을 고려해 볼 수 있다. 구체적으로, 무기물 형광 안료로서, 예를 들어 La2O2S:Eu이나 (Ba,Sr)2SiO4:Eu 등의 금속산화물을 고려해 볼 수 있으나, 이들은 자외선 흡수능 및 파장 변환 효율이 낮거나, 흡수된 자외선을 너무 높은 파장(적외선)으로 변환시킬 수 있다. 이에 비해, 상기 나열한 바와 같은 금속-유기 복합물(예를 들어, 화학식 1 및 화학식 2로 표시되는 화합물) 및 나프탈이미드(Naphtalimide)계 화합물은 앞서 언급한 바와 같이 자외선 흡수능이 높으면서 흡수된 자외선을 400㎚ 내지 800㎚의 가시광선 파장으로 변환시켜, 태양전지 등에 반응감도가 높은 가시광선을 높은 방출량으로 방출시키는 이점이 있다.
하나의 구현예에 따라서, 자외선 흡수-파장변환물질은 금속-유기 복합물(예를 들어, 화학식 1 및 화학식 2로 표시되는 화합물)과 나프탈이미드계 화합물의 혼합일 수 있다. 이 경우, 서로 상이한 자외선 파장 영역을 흡수할 수 있어, 가시광선 방출량이 매우 높은 이점이 있다. 이에 따라 태양전지에서 감도가 높은 가시광선을 높은 방출량으로 방출하여 발전 효율(광 --> 전기 변환 효율)이 매우 높아질 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 금속-유기 복합물(예를 들어, 화학식 1 및 화학식 2로 표시되는 화합물)은 약 300㎚ 내지 380㎚ 근방의 자외선을 흡수하여 약 600㎚ 내지 620㎚ 근방의 가시광선으로 변환시키고, 상기 나프탈이미드계 화합물은 약 350㎚ 내지 400㎚ 근방의 자외선을 흡수하여 약 400㎚ 내지 500㎚ 근방의 가시광선으로 변환시킨다.
또한, 자외선 흡수-파장변환물질로서, 위와 같은 2종류의 물질을 혼합 사용하는 경우, 자외선 흡수 파장대가 넓어질 수 있다. 즉, 상기 금속-유기 복합물(예를 들어, 화학식 1 및 화학식 2로 표시되는 화합물)과 나프탈이미드계 화합물의 혼합을 사용하는 경우, 약 300㎚ 내지 400㎚ 근방의 자외선을 흡수하여, 예를 들어 약 400㎚ 내지 550㎚와, 610㎚ 근방의 가시광선으로 변환시켜, 이러한 파장대의 가시광선을 재방출시킬 수 있다. 이에 따라, 흡수되는 자외선 영역의 파장이 넓고, 흡수된 자외선은 태양전지에 유리한 가시광선 파장으로 변환되어, 우수한 내후성을 가짐은 물론 높은 발전 효율을 갖게 할 수 있다. 이때, 상기 금속-유기 복합물과 나프탈이미드계 화합물은, 예를 들어 1 : 0.2 ~ 5의 중량비로 혼합 사용될 수 있다.
아울러, 상기 파장변환물질 및 자외선 흡수-파장변환물질은 입자상일 수 있다. 이때, 파장변환물질 및 자외선 흡수-파장변환물질은 수지와의 혼합성 및 코팅 표면성 등을 고려하여, 예를 들어 1㎚ 내지 2㎛, 5㎚ 내지 1㎛, 또는 10㎚ 내지 500㎚의 평균입자 크기를 가질 수 있다.
또한, 상기 수지층(12)은 수지 100 중량부에 대하여 위와 같은 자외선 흡수-파장변환물질을 0.1 내지 30 중량부로 포함할 수 있다. 이때, 자외선 흡수-파장변환물질이 0.1 중량부 미만인 경우, 이의 함유에 따른 자외선 흡수 및 파장 변환 효율 등이 미미할 수 있다. 그리고 30 중량부를 초과하는 경우, 예를 들어 수지층(12)의 기계적 물성 등에서 바람직하지 않을 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 자외선 흡수-파장변환물질은 수지 100 중량부에 대하여 0.2 내지 25 중량부, 0.2 내지 20 중량부, 또는 0.5 내지 15 중량부로 포함될 수 있다.
상기 수지층(12)의 두께는 특별히 제한되지 않는다. 수지층(12)은, 예를 들어 0.5㎛ ~ 300㎛, 1㎛ ~ 200㎛, 2㎛ ~ 100㎛, 또는 5㎛ ~ 80㎛의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 기재(11) 및/또는 수지층(12)은 기타 첨가제를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 기재(11) 및 수지층(12) 중에서 선택된 하나 이상은, 예를 들어 열 안정제, 산화 방지제, 및 무기 필러 등으로부터 선택된 하나 이상의 첨가제를 추가로 포함할 수 있으며, 이러한 첨가제는 당업계에서 공지된 것을 사용할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 백시트(100)는, 필요에 따라서 다양한 기능성층을 추가로 포함할 수 있다. 상기 기능성층의 예로는 접착층, 절연층 및/또는 프라이머층 등을 들 수 있다. 상기 접착층과 절연층을 구성하는 성분은 특별히 제한되지 않으며, 이들은 예를 들어 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 및/또는 저밀도 선형 폴리에틸렌(LDPE)으로 구성된 층일 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 상기 기재(11)와 수지층(12)의 사이에는 프라이머층이 형성될 수 있는데, 상기 프라이머층은 층간 접착력을 위한 아크릴계, 우레탄계, 에폭시계 및 폴리올레핀계 등의 수지 접착제를 포함할 수 있다. 상기 프라이머층은, 다른 예시적인 형태에 따라서 옥사졸린(oxazoline)기 함유 화합물을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 프라이머층은, 구체적으로 베이스 수지로서 옥사졸린(oxazoline)기 함유 화합물(고분자)을 포함하거나, 베이스 수지로서 불소계 고분자 및 옥사졸린기 함유 고분자를 포함할 수 있다. 이 경우, 층간 접착력을 효과적으로 향상시킬 수 있다. 즉, 적어도 옥사졸린기 함유 고분자를 포함하는 프라이머층은 옥사졸린기를 통해 기재(11)와의 접착력을 향상시키고, 또한, 불소계 수지의 확산을 통해 불소계 수지를 포함하는 수지층(12)과의 결합력을 향상시켜, 기재(11) 및 불소계 수지를 포함하는 수지층(12)을 강하게 결합시켜 주는 역할을 수행할 수 있다.
상기 프라이머층에 포함되는 옥사졸린기 함유 고분자의 종류는 특별히 한정되지 않고, 불소계 수지와의 상용성이 우수한 것이라면 제한 없이 가능하다. 본 발명에서, 상기 옥사졸린기 함유 고분자는 옥사졸린기 함유 단량체의 단일 중합체; 옥사졸린기 함유 단량체 및 하나 이상의 공단량체를 포함하는 공중합체; 또는 이들의 혼합물을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 프라이머층에 포함되는 옥사졸린기 함유 고분자는 불소계 수지와 상호침투 네트워크(IPN: Interpenetrating Polymer Networks)를 형성할 수 있다. 하나의 구현예에서 상기 프라이머층 또는 수지층(12)에 포함되는 불소계 수지의 C-F2 결합 쌍극자는 상기 옥사졸린기 함유 고분자가 가지는 옥사졸린기 또는 다른 관능기, 예를 들어, 에스테르기와의 반데르발스 결합에 의한 상호 작용을 유도할 수 있고, 이를 통해 접촉 계면에서의 계면접착력을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 프라이머층에 포함되는 옥사졸린기 함유 고분자의 함량은 상기 프라이머 층의 베이스 수지(예를 들어, 불소계 수지 등)를 기준으로 5 중량부 내지 100 중량부, 10 중량부 내지 95 중량부, 20 중량부 내지 80 중량부, 40 중량부 내지 100 중량부, 50 중량부 내지 95 중량부 등일 수 있으며, 상기 범위를 가질 경우, 접착력이 우수한 장점이 있다.
상기 프라이머층에 포함되는 불소계 수지의 종류는, 상기 수지층(12)을 구성하는 불소계 수지와 동일하거나 상이할 수 있으며, 필요에 따라 기타 다양한 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 백시트(100)의 제조방법은, 기재(11) 상에 수지층(12)을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 수지층(12)을 형성하는 단계는 수지, 광 반사물질 및 파장변환물질을 포함하는 수지 조성물을 이용하여 수지층(12)을 형성한다. 또한, 상기 수지 조성물은 전술한 바와 같이 자외선 흡수-파장변환물질을 더 포함할 수 있다. 이때, 수지층(12)은 상기 수지 조성물을 코팅하여 형성하거나, 상기 각 수지 조성물로부터 형성된 수지 필름을 접합하여 형성할 수 있다.
아울러, 상기 수지층(12)을 형성함에 있어서, 사용되는 수지, 광 반사물질, 파장변환물질 및 자외선 흡수-파장변환물질의 종류(성분), 그리고 이들의 함량은 전술한 바와 같다. 예를 들어, 상기 수지는 적어도 불소계 수지를 포함할 수 있다. 그리고 상기 수지 조성물은 수지 100 중량부에 대하여 광 반사물질 1 내지 200 중량부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 수지 조성물은 수지 100 중량부에 대하여 파장변환물질 0.1 내지 30 중량부를 포함할 수 있다. 부가적으로, 상기 수지 조성물은 수지 100 중량부에 대하여 자외선 흡수-파장변환물질 0.1 내지 30 중량부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 수지 조성물은 필요에 따라 기타 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 이러한 첨가제는 전술한 바와 같다. 아울러, 수지 조성물은, 경우에 따라 희석, 코팅 및/또는 용해 등을 목적으로 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 용매의 종류 및 함량은 특별히 제한되지 않는다. 용매는, 예를 들어 물 및/또는 유기 용제 등으로부터 선택될 수 있으며, 상기 유기 용제는 메틸에틸케톤(MEK), 디메틸포름아미드(DMF) 및 디메틸아세트아마이드(DMAC)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 또한, 용매는, 수지 100 중량부에 대하여, 예를 들어 5 내지 500중량부로 사용될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 백시트(100)는 광 모듈에 적용된다. 본 발명의 백시트(100)는, 예를 들어 광 모듈의 전면부재(전면시트) 및 백시트 중에서 선택된 하나 이상으로 적용될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 광 모듈은, 상기한 바와 같은 본 발명의 백시트(100)를 적어도 하나 이상 포함한다. 본 발명에 따른 광 모듈은, 상기한 바와 같은 본 발명의 백시트(100)를 포함하는 것이면 특별히 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 광 모듈은 광(예를 들어, 태양광)을 이용하는 것이라면 제한되지 않으며, 예를 들어 광전지 모듈, 구체적인 예를 들어 태양전지 모듈 등으로부터 선택될 수 있다.
도 2에는 본 발명에 따른 광 모듈의 예시적인 실시형태가 도시되어 있다. 도 2에 보인 광 모듈은 태양전지 모듈의 일례를 보인 것이다. 그리고 도 3은 광의 반사 경로를 예시한 것이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 광 모듈은, 예시적인 실시형태에 따라서 전면부재(300), 봉지재층(200), 태양전지 셀(C), 및 백시트(100)를 포함할 수 있다. 이때, 광 모듈을 구성하는 상기 백시트(100)는 전술한 바와 같은 본 발명의 백시트(100)를 포함한다.
상기 전면부재(300)는 태양전지 셀(C)의 전면 쪽(도 2에서, 상부 측)을 보호하면서 수광면을 제공하는 것이면 좋다. 상기 전면부재(300)는, 광투과율이 우수한 것이면 좋다. 상기 전면부재(300)는, 구체적으로 광의 입사에 유리한 투명 기판으로서, 이는 예를 들어 유리(일례로, 강화 유리) 또는 투명 플라스틱판 등의 경질 기판으로부터 선택될 수 있다. 또한, 전면부재(300)는 플랙시블한 투명 수지 시트로 구성될 수 있다.
상기 봉지재층(200)은 태양전지 셀(C)을 봉지(패킹, 고정)하는 것으로서, 이는 전면 봉지재층(210)과 후면 봉지재층(220)을 포함할 수 있다. 이때, 도 3에 도시한 바와 같이, 태양전지 셀(C)은 전면 봉지재층(210)과 후면 봉지재층(220)의 사이에 패킹, 고정될 수 있다.
상기 봉지재층(200)을 구성하는 봉지재는 제한되지 않는다. 상기 봉지재층(200)을 구성하는 봉지재는 접착성과 절연성 등을 가지는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 이는 예를 들어 통상적으로 사용되고 있는 EVA 수지, 즉 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 봉지재층(200)을 구성하는 봉지재는, 상기 EVA 수지 이외에 다른 수지가 사용될 수 있다.
상기 봉지재층(200)을 구성하는 봉지재는, 다른 예를 들어 폴리올레핀계 등을 사용할 수 있다. 보다 구체적으로, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌/프로필렌 공중합제, 및 에틸렌/프로필렌/부타디엔 공중합체 등의 폴리올레핀계를 사용할 수 있다.
상기 태양전지 셀(C)은 봉지재층(200) 내에 복수 개로 배열된다. 즉, 상기 태양전지 셀(C)은 전면 봉지재층(210)과 후면 봉지재층(220)의 사이에 복수개로 배열된 상태에서 패킹, 고정(봉지)될 수 있다. 그리고 상기 태양전지 셀(C)들은 서로 전기적으로 연결되어 있다.
본 발명에서, 상기 태양전지 셀(C)은 특별히 제한되지 않는다. 상기 태양전지 셀(C)은, 예를 들어 결정형 태양전지 및/또는 박막형 태양전지 등으로부터 선택될 수 있다. 아울러, 본 발명에서, 상기 태양전지 셀(C)은 전면 전극형, 후면 전극형 및 이들의 조합을 포함한다.
상기 백시트(100)는 상기 봉지재층(200)의 하부에 접착된다. 보다 구체적으로, 상기 후면 봉지재층(220)의 하부 면에 백시트(100)의 표면이 접착된다. 상기 후면 봉지재층(220)과 백시트(100)는 열 라미네이션(열 융착)이나 접착제 등을 통해 접착될 수 있다. 상기 접착제는 특별히 제한되지 않으며, 이는 예를 들어 아크릴계, 우레탄계, 에폭시계 및 폴리올레핀계 수지 등으로부터 선택된 1종 이상의 접착제를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광 모듈은, 예시적인 형태에 따라서 후면부재(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다. 이러한 후면부재는 백시트(100)의 배면에 설치될 수 있다. 상기 후면부재는, 광 모듈의 종류 및 설치 장소 등에 따라 선택적으로 포함될 수 있으며, 이는 예를 들어 상기 유리(일례로, 강화 유리) 또는 투명 플라스틱판 등의 경질 기판으로부터 선택될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따르면, 발전 효율 등이 향상될 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 백시트(100)는 높은 광 반사율을 가짐과 동시에, 단파장의 가시광선이 태양전지 등의 반응감도에 유리한 장파장의 가시광선으로 변환되어 방출된다. 이때, 방출된 장파장의 가시광선은 태양전지 셀(C) 쪽으로 조사되어 발전 효율을 향상시킨다.
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 예시한다. 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕도록 하기 위해 예시적으로 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기의 비교예는 실시예와의 비교를 위해 제시되는 것으로서, 이는 종래 기술을 의미하는 것은 아니다.
[실시예 1]
두께 250㎛의 투명 PET 필름을 준비하였다. 상기 PET 필름의 양면에 수지 조성물을 코팅하여, 건조 후 두께가 약 10㎛인 수지층을 양면에 형성시켜 도 1에 보인 바와 같은 적층 구조의 백시트를 제조하였다. 이때, 상기 PET 필름은 옥사졸린(oxazoline) 프라이머를 표면 코팅한 것을 사용하였다.
상기 수지 조성물은 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF) 100 중량부에 TiO2 약70 중량부와 파장변환물질 약 1.7중량부를 혼합 사용하여, 수지층의 고형분(건조) 중량 기준으로 PVDF 58중량%, TiO2 41중량% 및 파장변환물질 1중량%로 조성되게 하였다. 상기 파장변환물질로는 페릴린계의 유기 형광 안료 Lumogen F Yellow 083 제품(독일, BASF社 제품)을 사용하였다. 본 실시예에 따른 수지층을 구성하는 각 성분의 함량은 하기 [표 1]에 보인 바와 같다. 이때, 하기 [표 1]에서, 각 성분의 함량은 수지층 전체 중량을 기준으로 한 중량%이다.
[실시예 2]
상기 실시예 1과 대비하여, 파장변환물질의 종류를 달리한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. 구체적으로, 본 실시예에서는 파장변환물질로서, 페릴린계의 유기 형광 안료 Lumogen F Orange 240 제품(독일, BASF社 제품)을 사용하였다. 본 실시예에 따른 수지층을 구성하는 각 성분의 함량은 하기 [표 1]에 보인 바와 같다.
[실시예 3]
상기 실시예 1과 대비하여, 파장변환물질의 종류를 달리한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. 구체적으로, 본 실시예에서는 파장변환물질로서, 페릴린계의 유기 형광 안료 Lumogen F Red 305 제품(독일, BASF社 제품)을 사용하였다. 본 실시예에 따른 수지층을 구성하는 각 성분의 함량은 하기 [표 1]에 보인 바와 같다.
[비교예 1]
상기 실시예 1과 비교하여, 수지층에 파장변환물질을 사용하지 않은 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. 본 비교예에 따른 수지층을 구성하는 각 성분의 함량은 하기 [표 1]에 보인 바와 같다.
상기 각 실시예 및 비교예에 따른 백시트 시편에 대하여, 분광기(spectrometer)를 이용하여 흡수도(Absorption) 및 발광(Emission) 특성을 평가하였다. 그 결과를 하기 [표 1]에 함께 나타내었다.
| 비 고 | 수지 (PVDF) |
TiO2 | 파장변환물질 | Absorption (Max peak) |
Emission (Max peak) |
| 실시예 1 |
58% | 41% | Lu(1)* 1% | 465nm | 560nm |
| 실시예 2 |
58% | 41% | Lu(2)* 1% | 466nm | 610nm |
| 실시예 3 |
58% | 41% | Lu(3)* 1% | 467nm | 614nm |
| 비교예 1 |
59% | 41% | - | - | - |
| - Lu(1)* : Lumogen F Yellow 083(페릴린) - Lu(2)* : Lumogen F Orange 240(페릴린) - Lu(3)* : Lumogen F Red 305(페릴린) |
|||||
또한, 첨부된 도 4는 상기 비교예 1에 따른 백시트 시편의 파장에 따른 반사도를 보인 그래프이고, 첨부된 도 5는 상기 실시예 1에 따른 백시트 시편의 파장에 따른 흡수도 및 발광 피크를 보인 그래프이다. 그리고 첨부된 도 6은 상기 실시예 2에 따른 백시트 시편의 파장에 따른 흡수도 및 발광 피크를 보인 그래프이고, 첨부된 도 7은 상기 실시예 3에 따른 백시트 시편의 파장에 따른 흡수도 및 발광 피크를 보인 그래프이다.
먼저, 첨부된 도 4에 보인 바와 같이, TiO2만을 적용한 백시트(비교예 1)는 장파장대로 갈수록 광 반사율이 떨어짐을 알 수 있다.
또한, 첨부된 도 5에 보인 바와 같이, 수지층에 파장변환물질로서 페릴린계 화합물 Lumogen F Yellow 083제품이 적용된 백시트(실시예 1)는 약 400nm ~ 500nm 근방의 단파장 빛을 흡수하여 약 500nm ~ 700nm 근방의 가시광선 장파장 빛을 재방출함을 알 수 있다.
아울러, 첨부된 도 6에 보인 바와 같이, 수지층에 파장변환물질로서 페릴린계 화합물 Lumogen F Orange 240 제품이 적용된 백시트(실시예 2)는 약 400nm ~ 550nm 근방의 단파장 빛을 흡수하여 약 500nm ~ 700nm 근방의 가시광선 장파장 빛을 재방출함을 알 수 있다.
그리고 첨부된 도 7에 보인 바와 같이, 수지층에 파장변환물질로서 페릴린계 화합물 Lumogen F Red 305 제품이 적용된 백시트(실시예 3)는 약 400nm ~ 600nm 근방의 단파장 빛을 흡수하여 약 550nm ~ 700nm 근방의 가시광선 장파장 빛을 재방출함을 알 수 있다.
또한, 상기 [표 1]에 보인 바와 같이, 실시예들에 따른 백시트의 경우는 장파장의 가시광선 영역에서 최대 발광 피크를 보임을 알 수 있다. 태양전지에 반응감도가 높은 광을 방출하여 발전 효율을 증가시킬 수 있음을 의미한다.
10 : 백시트 11 : 기재
12 : 수지층 100 : 백시트
200 : 봉지재층 300 : 전면부재
C : 태양전지 셀
12 : 수지층 100 : 백시트
200 : 봉지재층 300 : 전면부재
C : 태양전지 셀
Claims (17)
- 수지층을 포함하고,
상기 수지층은,
광 반사물질; 및
가시광선 단파장 영역의 광을 흡수하여 가시광선 장파장 영역의 광으로 변환시켜 방출하는 파장변환물질을 포함하는 광 모듈용 백시트.
- 제1항에 있어서,
상기 광 모듈용 백시트는,
기재;
상기 기재의 한 면 또는 양면에 형성된 상기 수지층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 모듈용 백시트.
- 제1항에 있어서,
상기 파장변환물질은 400㎚ 내지 600㎚ 영역의 가시광선 단파장을 흡수하여 500㎚ 내지 800㎚ 영역의 가시광선 장파장으로 변환시켜 방출하는 것을 특징으로 하는 광 모듈용 백시트.
- 제1항에 있어서,
상기 파장변환물질은 페릴린계 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 모듈용 백시트.
- 제4항에 있어서,
상기 파장변환물질은 페릴린(Perylene), 이소부틸 4,10-디시아노페릴린-3,9-디카르복실레이트(isobutyl 4,10-dicyanoperylene-3,9-dicarboxylate), 페릴린-3,4,9,11-테트라카르보실산 비스-(2',6'-디이소프로필아닐리드)(perylene-3,4,9,11-tetracarboxylic acid bis-(2',6'-diisopropylanilide)) 및 페릴린-1,8,7,12-테트라페녹시-3,4,9,10-테트라카르보실산 비스-(2',6'-디이소프로필아닐리드)(perylene-1,8,7,12-tetraphenoxy-3,4,9,10-tetracarboxylic acid bis-(2',6'-diisopropylanilide)) 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 모듈용 백시트.
- 제1항에 있어서,
상기 광 반사물질은 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 모듈용 백시트.
- 제1항에 있어서,
상기 수지층은 수지 100중량부에 대하여 파장변환물질 0.1 내지 30 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 모듈용 백시트.
- 제1항에 있어서,
상기 수지층은 수지 100중량부에 대하여 광 반사물질 1 내지 200 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 모듈용 백시트.
- 제1항에 있어서,
상기 수지층은 불소계 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 모듈용 백시트.
- 제2항에 있어서,
상기 기재와 수지층의 사이에 형성된 프라이머층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 모듈용 백시트.
- 제10항에 있어서,
상기 프라이머층은 옥사졸린기 함유 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 모듈용 투명 백시트.
- 기재 상에 수지층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 수지층을 형성하는 단계는,
수지;
광 반사물질; 및
가시광선 단파장 영역의 광을 흡수하여 가시광선 장파장 영역의 광으로 변환시켜 방출하는 파장변환물질을 포함하는 수지 조성물을 이용하여 형성하는 광 모듈용 백시트의 제조방법.
- 제12항에 있어서,
상기 파장변환물질은 400㎚ 내지 600㎚ 영역의 가시광선 단파장을 흡수하여 500㎚ 내지 800㎚ 영역의 가시광선 장파장으로 변환시켜 방출하는 것을 특징으로 하는 광 모듈용 백시트의 제조방법.
- 제12항에 있어서,
상기 파장변환물질은 페릴린계 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 모듈용 백시트의 제조방법.
- 제14항에 있어서,
상기 파장변환물질은 페릴린(Perylene), 이소부틸 4,10-디시아노페릴린-3,9-디카르복실레이트(isobutyl 4,10-dicyanoperylene-3,9-dicarboxylate), 페릴린-3,4,9,11-테트라카르보실산 비스-(2',6'-디이소프로필아닐리드)(perylene-3,4,9,11-tetracarboxylic acid bis-(2',6'-diisopropylanilide)) 및 페릴린-1,8,7,12-테트라페녹시-3,4,9,10-테트라카르보실산 비스-(2',6'-디이소프로필아닐리드)(perylene-1,8,7,12-tetraphenoxy-3,4,9,10-tetracarboxylic acid bis-(2',6'-diisopropylanilide)) 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 모듈용 백시트의 제조방법.
- 제12항에 있어서,
상기 수지 조성물은 수지 100중량부에 대하여 파장변환물질 0.1 내지 30 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 모듈용 백시트의 제조방법.
- 제1항에 따른 백시트를 포함하는 광 모듈.
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| KR20110020227A (ko) | 2008-06-23 | 2011-03-02 | 아사히 가라스 가부시키가이샤 | 태양 전지 모듈용 백 시트 및 태양 전지 모듈 |
| KR101022820B1 (ko) | 2009-03-23 | 2011-03-17 | 이정민 | 태양전지모듈용 백시트와 제조방법 및 그 장치 |
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