KR20160028101A - 백시트 - Google Patents

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KR20160028101A
KR20160028101A KR1020140116571A KR20140116571A KR20160028101A KR 20160028101 A KR20160028101 A KR 20160028101A KR 1020140116571 A KR1020140116571 A KR 1020140116571A KR 20140116571 A KR20140116571 A KR 20140116571A KR 20160028101 A KR20160028101 A KR 20160028101A
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고현성
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 출원은 백시트 및 이를 포함하는 광전지 모듈에 관한 것으로, 본 출원에 따른 백시트는 광전지 셀의 아래 부분에만 반사층을 포함하도록 하여 광전지 모듈 내로 유입되는 빛 중 가시광선 및 근적외선 영역의 파장의 빛을 상기 반사층에 의하여 반사시키고 상기 반사된 빛을 상기 광전지 셀에 재입사시킴으로써, 상기 광전지 모듈의 광전 변환 효율을 높일 수 있는 광전지 모듈을 제공할 수 있다.

Description

백시트{BACK SHEET}
본 출원은 백시트 및 이를 포함하는 광전지 모듈에 관한 것이다.
최근 지구 환경 문제와 화석 연료의 고갈 등에 따른 신 재생 에너지 및 청정 에너지에 대한 관심이 고조되고 있으며, 그 중 태양광 에너지는 환경 오염 문제 및 화석 연료 고갈 문제를 해결할 수 있는 대표적인 무공해 에너지원으로 주목을 받고 있다.
태양광 발전원리가 적용되는 광전지는 태양광을 전기 에너지로 전환시키는 소자로서, 태양광을 용이하게 흡수할 수 있도록 외부 환경에 장기간 노출되어야 하므로 셀을 보호하기 위한 여러 가지 패키징이 수행되어 유닛(unit) 형태로 제조되며, 이러한 유닛을 광전지 모듈(Photovoltaic Modules)이라 한다.
광전지 모듈에는 장기간 외부 환경에 노출된 상태에서도 광전지를 안정적으로 보호할 수 있도록, 내후성 및 내구성 등의 물성이 우수한 백시트를 포함하는 것이 요구되며, 빛을 흡수하여 전기 에너지로 전환할 경우 효율이 우수하여야 한다.
특허 문헌 1 내지 3은, 상기 물성을 만족시키기 위한 백시트를 제안하고 있다.
특허 문헌 1: 대한민국 공개특허 제2013-0047696호 특허 문헌 2: 대한민국 공개특허 제2014-0074232호 특허 문헌 3: 대한민국 공개특허 제2014-0060531호
본 출원은 백시트 및 이를 포함하는 광전지 모듈을 제공한다.
본 출원은 백시트에 관한 것이다.
이하에서 첨부하는 도면을 참조하여 본 출원의 구현예들을 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 본 출원의 구현예들을 설명함에 있어서, 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 첨부되는 도면은 본 출원의 이해를 돕기 위한 개략적인 것으로 본 출원을 보다 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었고, 도면에 표시된 두께, 크기, 비율 등에 의해 본 출원의 범위가 제한되지 아니한다.
도 1은, 본 출원에 따른 백시트의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다.
하나의 예시에서, 도 1에 나타난 것과 같이, 본 출원의 백시트(100)는 적층체(110) 및 상기 적층체(110) 표면의 일부에만 이격 배치되어 형성된 블랙 패턴층(120)을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 용어 「적층체」는 2 이상의 층이 적층된 구조를 가지는 시트 또는 필름 형상의 구조물을 의미하며, 본 명세서에서는 다층 필름 또는 다층 시트와 동일한 의미로 사용될 수 있다.
상기 적층체(110)는 기재층(111) 및 상기 기재층(111)의 적어도 일면에 형성되어 있는 반사층(112)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 적층체는 기재층과 상기 기재층의 일면에 반사층이 형성된 2층 구조의 적층체일 수 있고, 도 1과 같이 상기 기재층의 양면에 상기 반사층이 형성된 3층 구조의 적층체일 수 있다.
상기 기재층은, 특별히 제한되지 않고, 이 분야에서 공지된 다양한 소재를 사용할 수 있으며 요구되는 기능, 용도에 따라 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
상기 기재층으로는, 예를 들어 아크릴계 필름, 폴리에테르계 필름, 폴리에스테르계 필름, 폴리올레핀계 필름, 폴리아미드계 필름, 폴리우레탄계 필름, 폴리카보네이트계 필름 및 폴리이미드계 필름 등의 단일 시트, 상기 고분자 필름들의 적층 시트 또는 공압출물을 들 수 있으며, 통상적으로 폴리에스테르계 필름을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 폴리에스테르계 필름의 예로는, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET: Polyethylene Terephtalate) 필름, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN: Polyethylene Naphtalate) 필름 및 폴리카보네이트(PC: Polycabornate) 필름으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 기재층의 두께는 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면 10㎛ 내지 500㎛, 100㎛ 내지 400㎛ 또는 200㎛ 내지 300㎛의 범위 내일 수 있다. 상기 기재층의 두께를 전술한 범위 내에서 조절하여, 다층 필름의 전기 절연성, 수분 차단성, 기계적 특성 및 취급성 등을 향상시킬 수 있다. 다만, 본 출원의 구현예들에 따른 기재층의 두께가 전술한 범위에 제한되는 것은 아니며, 이는 필요에 따라 적절히 조절될 수 있다.
상기 반사층은 불소계 코팅층, 비불소계 코팅층 및 적층된 필름층으로부터 선택된 1 이상의 층을 포함할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 반사층은 불소계 코팅층일 경우 불소 수지를 포함할 수 있다. 상기 반사층이 불소 수지를 포함함으로써, 본 출원에서는, 향상된 내후성 및 내구성을 가지는 백시트를 제공할 수 있다.
상기 불소 수지로는, 기술 분야에서 공지된 불소 원자를 함유하는 다양한 수지를 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 불소 수지로는, 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)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 단량체를 중합된 형태로 포함하는 단독 중합체, 공중합체 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 바람직하게는, 상기 불소 수지는 비닐리덴 플루오라이드(VDF)를 중합된 형태로 포함하는 단독 중합체 또는 공중합체; 또는 이를 포함하는 혼합물일 수 있다.
상기에서 공중합체에 중합된 형태로 포함될 수 있는 공단량체의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 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.
하나의 예시에서, 상기 불소 수지는 비닐리덴 플루오라이드를 중합된 형태로 포함하는 단독 중합체와 비닐리덴 플루오라이드와 헥사플루오로프로필렌의 공중합체의 혼합물일 수 있으며, 또는 비닐리덴 플루오라이드와 클로로트리플루오로에틸렌의 공중합체 및 비닐리덴 플루오라이드와 헥사플루오로프로필렌의 공중합체의 혼합물일 수 있다.
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, 다층 필름의 내구성 및 내후성 등을 확보하면서 접착력을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 반사층에 포함되는 불소 수지의 중량평균분자량은 5만 내지 100만일 수 있으며, 10만 내지 70만, 또는 30만 내지 50만일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 명세서에서 용어 「중량평균분자량」은, GPC(Gel Permeation Chromatograph)로 측정되는 표준 폴리스티렌의 환산 수치이다. 본 발명의 구현예들에서는 불소 고분자의 중량평균분자량을 상기 범위로 제어함으로써, 우수한 용해도 및 기타 물성을 확보할 수 있다.
상기 반사층은 다른 예시에서, 비불소계 코팅층을 포함할 수 있으며, 상기 비불소계 코팅층은 아크릴계 필름, 폴리올레핀계 필름 또는 폴리우레탄계 필름을 포함할 수 있다.
또한, 상기 반사층은 적층된 필름층을 포함할 수 있으며, 상기 적층된 필름층은 투명성 및 반사능이 있는 한 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 투명 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트 및 폴리카보네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 반사층은 백색 안료를 추가로 포함할 수 있다.
상기 백색 안료는 반사층에 색상을 부여하거나, UV 차단성 및 반사율의 향상 등과 같이 기타 물성을 향상시키는 역할을 할 수 있다.
상기 백색 안료로는 기술 분야에서 알려진 다양한 백색 안료를 선택하여 사용할 수 있으며, 예를 들어, 이산화 티탄, 황산 바륨, 바륨 티타네이트(BaTiO3), 스트론튬 티타네이트(SrTiO3), 칼슘 티타네이트(CaTiO3), 칼슘 카보네이트, 리드 티타네이트(PbTiO3), 산화아연, 황화아연, 산화마그네슘 또는 산화알루미늄 등을 예시할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 백색 안료는 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 상기 불소 수지 100 중량부에 대하여 10 중량부 내지 100 중량부 범위 내에서 포함될 수 있다. 상기 백색 안료의 함량이 10 중량부 미만이면, 그 첨가로 인한 효과가 미미할 수 있고, 100 중량부를 초과하면, 반사층의 반사율 등을 포함한 물성이 저하될 수 있다.
상기 반사층의 두께는 특별히 제한되지 않고 예를 들면, 0.3㎛ 내지 300㎛, 50㎛ 내지 250㎛ 또는 100㎛ 내지 200㎛ 일 수 있다. 상기 반사층의 두께를 전술한 범위 내에서 조절하여 보다 효율적으로 반사율을 높일 수 있고, 제조 단가를 줄일 수 있다.
상기 반사층은 예를 들어, 해도 형상(sea island pattern)을 이루고 있을 수 있다. 상기에서 「해도 형상」이란, 상기 반사층의 표면 부분 및 상기 반사층 이외의 부분(이하, 「블랙 패턴층의 표면 부분」이라 함) 중 어느 하나가 도상을 이루어, 해상을 이루는 다른 하나의 부분에 의해 둘러싸여 있는 형태를 의미한다. 이 경우, 도상을 이루는 표면의 형상은, 원형, 타원형, 사각형, 삼각형 및 무정형 등의 다양한 형상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 사각형의 형상일 수 있다.
도 2는, 본 출원에 따른 백시트의 평면도를 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 2에서 나타낸 바와 같이, 반사층의 표면 부분(112A)이 사각형의 도상을 이루면서 해상의 블랙 패턴층의 표면 부분(120A)에 의해 둘러싸여 있을 수 있다. 반사층의 표면 부분(112A) 및 블랙 패턴층(120A)의 표면 부분이 해도 형상을 이루는 경우, 도상의 반사층의 표면 부분(112A)의 폭, 예를 들면, 도 2에서 W의 범위는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 광전지 모듈 내에 포함되는 광전지 셀의 간격 등을 고려하여 선택될 수 있다. 도 2에서 I의 범위 또한, 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 상기 도상의 반사층 표면 부분(112A) 사이의 간격 I는 3cm 내지 20cm, 5cm 내지 15cm 또는 10cm 내지 13cm의 범위 내에서 조절될 수 있다. 상기에서 도상의 형상이나, 면적, 폭이나 간격은 반드시 규칙적일 필요는 없으며, 각각 상이하게 조절될 수도 있다.
상기 기재층 및 반사층을 포함하는 적층체는, 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 900nm 내지 1200nm의 파장의 광에 대한 반사율이 40% 이상일 수 있으며, 상기 반사율의 상한은 제한되지 않으나, 예를 들어 45% 이상, 50% 이상, 55% 이상, 60% 이상 또는 65% 이상의 반사율을 가질 수 있다. 상기 900nm 내지 1200nm의 파장은, 근적외선 영역의 빛에 해당하며, 통상적으로 광전지 모듈에 사용되는 광전지 셀, 특히 n-형 광전지 셀을 투과하는 빛의 파장이다.
본 출원의 백시트는 상기 적층체에 의하여 상기 광전지 셀을 투과하는 전술한 범위 내의 파장의 빛을 재반사시킴으로써, 상기 파장 영역의 빛에 의하여 광전지 모듈 내에 열이 축척되어 광전지 모듈의 온도가 상승하여 나타나는 문제점을 해결할 수 있으며, 반사된 빛을 광전지 셀로 재입사시켜 광전 변환 효율을 상승시킬 수 있다.
본 출원의 백시트는 또한 상기 적층체의 일부에만 이격 배치되어 형성된 블랙 패턴층을 포함할 수 있다. 본 명세서에서, 용어 「일부에만 형성된」이란, 표면 전체 영역을 덮지 않도록 형성되는 것을 의미하며, 상기 블랙 패턴층이 적층체 표면의 일부에만 형성됨으로써, 블랙 패턴층은 적층체 표면에 돌출된 형태로 형성되어 있을 수 있다. 또한, 본 명세서에서 용어 「이격 배치되어 형성된 블랙 패턴층」은, 도 3에서 나타낸 것과 같이, 광전지 모듈에 포함된 이격 배치되어 있는 광전지 셀(300) 사이의 간격이 형성하는 영역을 상기 백시트로 투영시켰을 경우에, 상기 백시트 표면에 형성되는 영역에 블랙 패턴층(120)이 형성되는 것을 의미하며, 상기 광전지 셀의 하부에 위치한 적층체 표면에 형성된 반사층(112)이 형성되지 않은 부분에만 블랙 패턴층이 형성되어 있는 것을 의미한다.
도 4는, 본 출원에 따른 백시트의 평면도를 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 4에서 나타낸 바와 같이, 광전지 셀(300)이 반사층 상에 존재하는 경우의 백시트 평면도는 도 4에서 위의 도면과 같이 나타나며, 광전지 셀이 존재하지 않는 경우의 백시트 평면도는 아래 도면과 같은 형상으로 나타난다.
상기 블랙 패턴층은 불소계 코팅층, 비불소계 코팅층 및 적층된 필름층으로부터 선택된 1 이상의 층을 포함할 수 있다.
상기 블랙 패턴층에 포함 가능한 적층된 필름층의 경우, 투명하지 않고 유색의 층을 나타낼 수 있는 한 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 불소계 필름, 아크릴계 필름, 폴리에테르계 필름, 폴리에스테르계 필름, 폴리올레핀계 필름, 폴리아미드계 필름, 폴리우레탄계 필름, 폴리카보네이트계 필름 및 폴리이미드계 필름으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 블랙 패턴층에 포함 가능한 불소계 코팅층 및 비불소계 코팅층에 대한 내용은 반사층에서 언급한 불소계 코팅층 및 비불소계 코팅층에 대한 내용과 같다.
상기 블랙 패턴층은 흑색 안료를 추가로 포함할 수 있다.
상기 흑색 안료로는, 특별히 제한되지 않으나, 카본 블랙 등의 블랙 피그먼트 또는 적외선 투과성 유색 유기 안료일 수 있다. 이 경우, 도 5의 c에서 나타낸 바와 같이, 흑색 안료로서 카본 블랙 등의 블랙 피그먼트를 포함할 경우, 블랙 패턴층에서 직접 빛을 흡수할 수 있고, 또한, 도 5의 b에서 나타낸 바와 같이, 상기 블랙 패턴층이 적외선 투과성 유색 유기 안료를 포함할 경우, 적외선 영역의 파장의 빛을 투과시킬 수 있으므로 보다 효율적으로 광 에너지를 전기에너지로 전환할 수 있다.
상기 적외선 투과성 유색 유기 안료는 적외선을 투과시킬 수 있는 특성을 가지는 유기 안료로서, 적외선 투과성의 유색의 안료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 적외선 투과성 흑색 유기 안료를 사용할 수 있다. 상기 적외선 투과성 흑색 유기 안료로는, 700nm 이상의 파장의 빛에 대한 투과율이 20% 이상인 유기 안료라면, 특별히 제한되는 것은 아니며, 기술분야에서 공지된 다양한 흑색 안료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 적외선 흑색 유기 안료로는 아조 메틴계 화합물 또는 페릴렌계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물을 사용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 아조 메틴계 화합물은, 예를 들어, 하기 화학식 1의 화합물 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서, R1 내지 R5는 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 16의 알킬기 또는 알콕시기를 나타내며, X1 내지 X4는 각각 독립적으로, 수소, 할로겐을 나타낸다.
또한, 상기 페릴렌계 화합물은, 하기 화학식 2 내지 4의 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00002
상기 화학식 2에서, R6 및 R7은, 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 12의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 12의 알콕시기, 탄소수 1 내지 40의 알콕시알킬기, 탄소수 1 내지 40의 아릴기, 탄소수 1 내지 40의 아릴알킬기를 나타낸다.
[화학식 3]
Figure pat00003

[화학식 4]
Figure pat00004
상기 화학식 3 및 4에서, R8 내지 R11은, 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 24의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 24의 알콕시기, 탄소수 1 내지 40의 아릴기, 탄소수 1 내지 40의 아릴알킬기, 탄소수 1 내지 20의 페닐렌기 또는 -AR12를 나타내고, 상기에서, A는 탄소수 1 내지 20의 아릴렌기를 나타내며, 상기 R12은 수소, 히드록시기, 할로겐, 탄소수 1 내지 4의 알킬기 또는 알콕시기를 나타낸다.
하나의 예시에서, R8 내지 R11은, 각각 독립적으로, 페닐렌기, 3-메톡시 페닐렌기, 4-메톡시 페닐렌기, 4-에톡시 페닐렌기, 탄소수 1 내지 3의 알킬 페닐렌기, 하이드록시 페닐렌기, 4,6-디메틸 페닐렌기, 3,5-디메틸 페닐렌기, 3-클로로 페닐렌기, 4-클로로 페닐렌기, 5-클로로 페닐렌기, 3-브로모 페닐렌기, 4-브로모 페닐렌기, 5-브로모 페닐렌기, 3-플루오로 페닐렌기, 4-플루오로 페닐렌기, 5-플루오로 페닐렌기, 나프틸렌기, 나프탈렌 디일기, 피리딜렌기, 2,3-피리딘디일기, 34-피리딘디일기, 4-메틸-2,3-피리딘디일기, 5-메틸-2,3-피리딘디일기, 6-메틸-2,3-피리딘디일기, 5-메틸-3,4-피리딘디일기, 4-메톡시-2,3-피리딘디일기 또는 4-클로로-2,3-피리딘디일기일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 적외선 투과성 유색 유기 안료는 불소 수지 100 중량부에 대하여 1 중량부 내지 30 중량부, 5 중량부 내지 20 중량부 또는 10 중량부 내지 15 중량부의 함량으로 포함될 수 있으며, 상기 적외선 투과성 유색 유기 안료를 전술한 범위 내에서 포함되도록 조절하여 적층체의 블랙 패턴층을 통한 우수한 적외선 투과성을 확보할 수 있다.
상기 블랙 패턴층의 총 면적은 적층체 표면의 전체 면적의 1% 내지 50%, 3% 내지 30% 또는 5% 내지 20%일 수 있다.
상기 블랙 패턴층의 총 면적 및/또는 사이의 간격을 전술한 범위 내에서 조절하여 목적하는 광전 변화 효율을 얻을 수 있는 충분한 적외선을 흡수할 수 있다.
상기 블랙 패턴층의 두께는 특별히 제한되지 않고 예를 들면, 0.5㎛ 내지 30㎛, 1㎛ 내지 20㎛ 또는 5㎛ 내지 10㎛ 일 수 있다. 상기 블랙 패턴층의 두께를 전술한 범위 내에서 조절하여 보다 효율적으로 투과율을 조절할 수 있고, 제조 단가를 줄일 수 있는 장점이 있다.
본 출원의 백시트는, 전술한 층들 이외에도 필요에 따라 업계에서 공지되어 있는 다양한 기능성층을 추가로 포함할 수 있다.
상기 기능성층의 예로는 접착층 또는 절연층 등을 들 수 있다. 상기 접착층 및 절연층은 기재층의 일면에는 전술한 반사층이 형성되어 있는 경우 다른 일면에 순차적으로 형성되어 있을 수 있다.
상기 접착층 또는 절연층은 이 분야에서 공지되어 있는 다양한 방식으로 형성할 수 있다. 상기 절연층은 예를 들면, 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 또는 저밀도 선형 폴리에틸렌(LDPE)으로 구성된 층일 수 있다. 상기 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 또는 저밀도 선형 폴리에틸렌(LDPE)으로 구성된 층은 절연층으로서의 기능은 물론 광전지 모듈의 봉지재(encapsulant)와의 접착력을 높이고, 제조 비용의 절감이 가능하도록 하며, 재작업성(re-workability)도 우수하게 유지하는 기능을 동시에 수행할 수 있다.
본 출원은 또한 광전지 모듈에 관한 것이다.
도 5는, 본 출원에 따른 백시트를 포함하는 광전지 모듈의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다.
하나의 예시에서, 상기 광전지 모듈은 전면 기판(400); 전술한 백시트 및 상기 전면 기판과 백시트의 사이에 존재하며, 이격 배치되어 있는 2개 이상의 광전지 셀(300)을 포함하고, 상기 백시트의 반사층은 상기 셀의 아래 부분에만 이격 배치되어 형성되어 있을 수 있다.
본 출원의 광전지 모듈은 전술한 백시트를 포함하되, 도 5의 a에서 나타낸 바와 같이, 상기 백시트에 포함된 반사층을 광전지 셀의 아래 부분에만 이격 배치되어 형성되도록 조절하여 적층체에 의하여 상기 광전지 셀을 투과하는 빛을 재반사시킴으로써, 상기 반사된 빛 광전지 셀로 재입사시켜 광전 변환 효율을 상승시킬 수 있다.
본 출원의 광전지 모듈은 상기 반사층이 상기 이격 배치되어 있는 광전지 셀의 아래 부분에만 존재함으로써, 외관상 흑색을 나타낼 수 있다. 상기에서 「외관상 흑색을 나타낸다」는 것은, 광전지 모듈을 상부에서 관찰하였을 때, 백시트가 보이는 부분, 즉 셀과 셀 사이의 간격이 흑색으로 관찰되는 것을 의미할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 광전지 모듈에 포함되는 백시트는, 적층체 표면 중 반사층이 형성되지 않은 영역의 명도(L1*)가 1 내지 45이고, 상기 적층체 표면 중에 반사층이 형성된 영역의 명도(L2*)가 50 내지 99일 수 있다. 예를 들어, 상기 백시트는 광전지 셀이 차지하는 영역을 상기 백시트에 투영시킨 영역 내에서 상기 반사층이 존재하지 않는 영역, 즉, 블랙 패턴층이 외부에 노출되어 있는 부분의 명도(L1*)가 1 내지 45, 5 내지 40 또는 10 내지 30일 수 있으며, 상기 적층체 표면 중에 반사층이 형성된 영역의 명도(L2*)가 50 내지 99, 70 내지 97 또는 80 내지 95일 수 있다.
본 출원의 광전지 모듈에 의하면, 셀을 투과하는 적외선 영역, 즉, 900nm 내지 1200nm 파장 범위 내의 광에 대한 반사를 시킬 수 있는 구조를 가짐으로써 상기 반사된 빛을 상기 광전지 셀에 재입사 시킴으로써, 상기 광전지 모듈의 광전 변환 효율을 높일 수 있다.
상기에서, 사용될 수 있는 전면 기판 및 광전지 셀 등의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 전면 기판은, 통상적인 판유리; 또는 유리, 불소계 수지 시트, 내후성 필름과 배리어 필름을 적층한 투명 복합 시트일 수 있으며, 상기 광전지 셀은, 예를 들면, 실리콘 웨이퍼 계열의 활성층 또는 화학증착(CVD) 등에 의해 형성된 박막 활성층일 수 있다. 또한, 상기 광전지 셀은, n-형(n-type) 셀, 또는 p-형(p-type) 셀일 수 있으며, 바람직하게는 n-형 셀일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원에 따른 백시트는 광전지 셀의 아래 부분에만 반사층을 포함하도록 하여 광전지 모듈 내로 유입되는 빛 중 가시광선 및 근적외선 영역의 파장의 빛을 상기 반사층에 의하여 반사시키고 상기 반사된 빛을 상기 광전지 셀에 재입사시킴으로써, 상기 광전지 모듈의 광전 변환 효율을 높일 수 있는 광전지 모듈을 제공할 수 있다.
도 1은, 본 출원에 따른 백시트의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는, 본 출원에 따른 백시트의 평면도를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 3은, 본 출원에 따른 백시트의 구조를 광전지 셀을 포함하여 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 4는, 본 출원에 따른 백시트의 평면도를 모식적으로 나타낸 도면이다[도 4에서, 위에 도면은 광전지 셀이 반사층 상에 존재하는 경우의 백시트 평면도를 나타내며, 아래 도면은 광전지 셀이 존재하지 않는 경우의 백시트 평면도를 나타낸다].
도 5는, 본 출원에 따른 백시트를 포함하는 광전지 모듈의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 6은, 본 출원의 실시예 및 비교예에 따른 반사율 측정 값을 그래프로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 출원의 실시예에 의한 백시트의 구조를 모식적으로 나타낸 도면이다[도 7에서, 위에서부터 아래로 순차적으로 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4 및 실시예 5에 의한 백시트의 구조를 나타낸다].
도 8은 본 출원의 비교예 1에 의한 백시트의 구조를 모식적으로 나타낸 도면이다.
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.
실시예 및 비교예에서 제조된 광전지 모듈의 반사율은 하기와 같은 방법으로 측정되었다.
반사율의 측정
실시예에서 블랙 패턴층이 코팅되어 있지 않고 반사층이 형성된 샘플을 약 5cm × 5cm의 시편으로 제조하여, 적분구 형태의 디텍터가 설치된 UV-Vis-NIR 스펙트로미터 장비(UV-3600, Shimadzu사)를 이용하여 반사율을 측정하되, 황산바륨 펠렛의 반사율을 100% 반사율로 설정한 후, 제조된 시편을 샘플 측정부에 위치하여 황산바륨 펠렛과의 광 반사를 비교한 후 반사율의 값을 측정하였다.
명도(셀 아래면의 백색도 및 셀 이외의 부분의 블랙도)의 측정
블랙 패턴층이 없는 반사층을 포함한 기재층 및 블랙 패턴층을 코팅한 샘플을 각각 약 5cm × 5cm의 시편으로 제조하여, 적분구 형태의 디텍터가 설치된 분광측색계(CM-5, 코티카미놀타사)를 이용하여 반사모드로 명도를 측정하였다.
< 코팅액의 제조>
제조예 1. 반사층에 도포된 코팅액 조성물(A)
디메틸포름아미드(N,N-dimethyl formamide, DMF) 800g에 중합체(비닐리덴 플루오라이드(vinylidene fluoride, VDF) 및 클로로트리플루오로에틸렌(chlorotrifluoro ethylene, CTFE)을 85:15(VDF:CTFE)의 중량 비율로 중합된 형태를 포함하는 공중합체) 140g 및 중합체(비닐리덴 플루오라이드 및 헥사플루오로프로필렌(hexafluoropropylene, HFP)을 88:12(VDF:HFP)의 중량 비율로 중합된 형태를 포함하는 공중합체) 60g 용해시켜 제 1 코팅액을 준비하였다.
상기와는 별도로, 디메틸포름아미드 120g에 안료 분산제인 BYK161(BYK사(제)) 1.2g 및 안료인 이산화티탄(Tipure TS6200, 듀폰사(제)) 120g을 용해시키고, 다시 직경이 0.3mm인 지르코니아 비드(zirconia bead) 100g을 넣은 후, 1,000rpm의 속도로 1시간 동안 교반시킨 다음, 비드를 완전히 제거하여 밀베이스 분산액 241.2g을 제조하였다.
제조된 밀베이스 분산액 241.2g(이산화티탄 120g 포함)을 미리 분비한 제 1 코팅액에 투입하고, 다시 1시간 동안 교반하여 코팅액 조성물(A)을 준비하였다.
제조예 2. 블랙 패턴층에 도포된 코팅액(B)
디메틸포름아미드(DMF) 800g에 중합체(비닐리덴 플루오라이드(VDF) 및 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE)을 85:15(VDF:CTFE)의 중량 비율로 중합된 형태를 포함하는 공중합체) 140g 및 중합체(비닐리덴 플루오라이드(VDF) 및 헥사플루오로프로필렌(HFP)을 88:12(VDF:HFP)의 중량 비율로 중합된 형태를 포함하는 공중합체) 60g 용해시켜 제 1 코팅액을 준비하였다.
또한 상기와는 별도로 DMF 200g에 안료 분산제인 BYK 161(BYK사제) 3g 및 적외선 투과성 흑색 안료로서 아조 메틴계 화합물(chromofine black A1103, dainichiseika color & chemicals MFD사) 30g을 용해시키고, 다시 직경이 0.3 mm인 지르코니아 비드(zirconia bead) 100g을 넣은 후, 1,000rpm의 속도로 1시간 동안 교반시킨 다음, 비드를 완전히 제거하여 밀베이스 분산액 155.3g을 제조하였다. 제조된 밀베이스 분산액 155.3g(아조 메틴계 안료 20g 포함)을 미리 제조된 제 1 코팅액에 투입하고, 다시 1시간 정도 교반하여 코팅액(B)을 제조하였다.
제조예 3. IR 흡수 블랙 코팅액(C)
디메틸포름아미드(DMF) 800g에 중합체(비닐리덴 플루오라이드(VDF) 및 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE)을 85:15(VDF:CTFE)의 중량 비율로 중합된 형태를 포함하는 공중합체) 140g 및 중합체(비닐리덴 플루오라이드(VDF) 및 헥사플루오로프로필렌(HFP)을 88:12(VDF:HFP)의 중량 비율로 중합된 형태를 포함하는 공중합체) 60g 용해시켜 제 1 코팅액을 준비하였다.
또한 상기와는 별도로 DMF 100g에 안료 분산제인 BYK 9076(BYK사제) 1g 및 블랙 안료로서 카본 블랙(MA100, Mitsubishi사) 10g을 용해시키고, 다시 직경이 0.3mm인 지르코니아 비드(zirconia bead) 100g을 넣은 후, 1,000rpm의 속도로 1시간 동안 교반시킨 다음, 비드를 완전히 제거하여 밀베이스 분산액 88.8g을 제조하였다. 제조된 밀베이스 분산액 88.8g(카본 블랙 안료 8g 포함)을 미리 제조된 제 1 코팅액에 투입하고, 다시 1시간 정도 교반하여 IR흡수 블랙 코팅액(C)을 제조하였다.
< 백시트 및 광전지 모듈의 제조>
실시예 1.
상기 제조예 1에서 제조된 코팅액 조성물(A)을 PET(poly(ethylene terephthalate)) 필름(두께: 250㎛)의 양면에 코팅 및 건조하여, 두께가 10㎛인 균일한 표면층을 형성하여, 두께가 260㎛인 적층체를 제조하였다. 그 후, 상기 적층체의 일면에 제조예 2에서 제조된 코팅액(B)을 이용하여 그라비아 코팅법에 의하여, 두께가 5㎛, 폭이 5㎛인 블랙 패턴층을 형성하여 도 5에 나타낸 구조와 같은 백시트를 제조하였다. 제조된 상기 백시트의 반사율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었으며, 반사율을 측정한 그래프를 도 6에 도시하였다.
판유리(두께: 약 3mm), 두께 500㎛의 봉지재, 결정계 실리콘 웨이퍼 광전지 셀, 두께 500㎛의 봉지재 및 상기에서 제조된 백시트를 이 순서로 적층하고, 진공 라미네이터에서 150℃로 15분 30초 동안 압착하여 광전지 모듈을 제작하였다.
실시예 2.
백시트의 구조를 도 7에 나타난 바와 같이 변경한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법에 의하여 백시트 및 광전지 모듈을 제조하였다.
실시예 3.
백시트의 구조를 도 7에 나타난 바와 같이 변경한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법에 의하여 백시트 및 광전지 모듈을 제조하였다.
실시예 4.
백시트의 구조를 도 7에 나타난 바와 같이 변경한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법에 의하여 백시트 및 광전지 모듈을 제조하였다.
실시예 5.
백시트의 구조를 도 7에 나타난 바와 같이 변경한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법에 의하여 백시트 및 광전지 모듈을 제조하였다.
비교예 1.
백시트의 구조를 도 8에 나타난 바와 같이 코팅액(C)를 PET 필름(두께: 250㎛)의 양면에 코팅 및 건조하여, 두께가 각각 10㎛인 균일한 표면층을 형성하여 두께가 270㎛인 적층체를 제조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법에 의하여 백시트 및 광전지 모듈을 제조하였다. 또한, 실시예 1의 백시트 및 광전지 모듈을 사용한 경우와 비교한 반사율을 측정한 그래프를 도 6에 도시하였다.
상기 각 실시예 및 비교예에 대하여 측정한 반사율의 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
구분 실시예 비교예
파장(nm) 1 2 3 4 5 1
300nm 내지 1200nm 73.48 72.24 59.11 52.32 53.53 3.91
900nm 내지 1200nm 74.35 74.80 62.45 60.30 61.05 3.82
단위: %
또한, 상기 각 실시예 및 비교예에 대하여 측정한 명도(셀 아래면의 백색도 및 셀 이외의 부분의 블랙도)의 결과는 하기 표 2 및 3에 나타내었다.
구분 실시예 비교예
셀 아래면의 백색도 1 2 3 4 5 1
L 94.74 95.44 89.86 90.22 91.06 24.12
L: 50~95
구분 실시예 비교예
셀 이외의 블랙도 1 2 3 4 5 1
L 20.81 20.96 21.03 30.59 21.03 24.12
L: 1~45
100: 백시트
110: 적층체
111: 기재층
112: 반사층
112A: 반사층 표면 부분
113: 블랙 코팅층
120: 블랙 패턴층
120A: 블랙 패턴층 표면 부분
300: 광전지 셀
400: 전면 기판

Claims (17)

  1. 기재층 및 상기 기재층의 적어도 일면에 형성되어 있는 반사층을 포함하며, 900nm 내지 1200nm의 파장 범위 내의 광에 대한 반사율이 40% 이상인 적층체; 및
    상기 적층체 표면의 일부에만 이격 배치되어 형성된 블랙 패턴층을 포함하는 백시트.
  2. 제 1 항에 있어서, 기재층은 아크릴계 필름, 폴리에테르계 필름, 폴리에스테르계 필름, 폴리올레핀계 필름, 폴리아미드계 필름, 폴리우레탄계 필름, 폴리카보네이트계 필름 및 폴리이미드계 필름으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 백시트.
  3. 제 1 항에 있어서, 기재층의 두께는 1㎛ 내지 500㎛인 백시트.
  4. 제 1 항에 있어서, 반사층은 불소계 코팅층, 비불소계 코팅층 및 적층된 필름층으로부터 선택된 1 이상의 층을 포함하는 백시트.
  5. 제 4 항에 있어서, 적층된 필름층은 투명 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트 및 폴리카보네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 백시트.
  6. 제 1 항에 있어서, 반사층은 백색 안료를 추가로 포함하는 백시트.
  7. 제 6 항에 있어서, 백색 안료는 이산화 티탄, 황산 바륨, 바륨 티타네이트(BaTiO3), 스트론튬 티타네이트(SrTiO3), 칼슘 티타네이트(CaTiO3), 칼슘 카보네이트, 리드 티타네이트(PbTiO3), 산화아연, 황화아연, 산화마그네슘 또는 산화알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 포함하는 백시트.
  8. 제 1 항에 있어서, 반사층의 두께는 0.3㎛ 내지 300㎛인 백시트.
  9. 제 1 항에 있어서, 반사층 사이의 간격은 3cm 내지 20cm인 백시트.
  10. 제 1 항에 있어서, 블랙 패턴층은 불소계 코팅층, 비불소계 코팅층 및 적층된 필름층으로부터 선택된 1 이상의 층을 포함하는 백시트.
  11. 제 10 항에 있어서, 적층된 필름층은 불소계 필름, 아크릴계 필름, 폴리에테르계 필름, 폴리에스테르계 필름, 폴리올레핀계 필름, 폴리아미드계 필름, 폴리우레탄계 필름, 폴리카보네이트계 필름 및 폴리이미드계 필름으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 백시트.
  12. 제 1 항에 있어서, 블랙 패턴층은 흑색 안료를 추가로 포함하는 백시트.
  13. 제 12 항에 있어서, 흑색 안료는 카본 블랙 또는 적외선 투과성 유색 유기 안료인 백시트.
  14. 제 1 항에 있어서, 블랙 패턴층의 총 면적은 적층체 표면의 전체 면적의 1% 내지 50%인 백시트.
  15. 제 1 항에 있어서, 블랙 패턴층의 두께는 0.5㎛ 내지 30㎛인 백시트.
  16. 전면 기판; 제 1 항의 백시트 및 상기 전면 기판과 백시트의 사이에 존재하며, 이격 배치되어 있는 2개 이상의 광전지 셀을 포함하고, 상기 백시트의 반사층은 상기 셀의 아래 부분에만 이격 배치되어 형성되어 있는 광전지 모듈.
  17. 제 16 항에 있어서, 백시트는 반사층이 형성되지 않는 영역의 명도(L1*)가 1 내지 45이고, 반사층이 형성된 영역의 명도(L2*)가 50 내지 99인 광전지 모듈.
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