KR20160060210A - 태양전지 모듈용 봉지재 및 이를 사용한 태양전지 모듈 - Google Patents
태양전지 모듈용 봉지재 및 이를 사용한 태양전지 모듈 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 태양전지 모듈용 봉지재 및 이를 사용한 태양전지 모듈에 관한 것으로, 상기한 본 발명의 태양전지 모듈용 봉지재는 태양전지 모듈에 사용되는 봉지재로, 폴리에틸렌이 주성분인 공중합체를 주원료로 하는 태양전지 모듈용 봉지재에 있어서, 상기 봉지재는 3층의 층 구조로 이루어지며, 각층에 사용하는 고분자는 동일한 것으로 하되, 중간층의 첨가제 구성비율이 상층 및 하층과 상이하도록 하며, 중간층의 체적저항이 상층 및 하층의 두 층에 비해 2배 이상인 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 태양전지 모듈용 봉지재는 특정한 조성으로 각각 상이하게 구성되는 층 구조를 채용하여 제조하므로 종래 통상적인 구조의 봉지재를 사용한 태양전지 모듈 사용시에 발생할 수 있는 PID 및 접착력 감소에 따른 출력저하 및 외관 이상을 억제하면서, 안정적으로 발전 성능을 유지할 수 있는 태양전지 모듈용 봉지재와 이를 사용한 태양전지 모듈을 제공하여 본 발명의 목적을 용이하게 달성한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 태양전지 모듈용 봉지재는 특정한 조성으로 각각 상이하게 구성되는 층 구조를 채용하여 제조하므로 종래 통상적인 구조의 봉지재를 사용한 태양전지 모듈 사용시에 발생할 수 있는 PID 및 접착력 감소에 따른 출력저하 및 외관 이상을 억제하면서, 안정적으로 발전 성능을 유지할 수 있는 태양전지 모듈용 봉지재와 이를 사용한 태양전지 모듈을 제공하여 본 발명의 목적을 용이하게 달성한다.
Description
본 발명은 태양전지 모듈용 봉지재 및 이를 사용한 태양전지 모듈에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 발전용 태양전지 모듈을 옥외에서 장시간 사용할 때 발생할 수 있는 출력 저하 및 외관 이상을 억제하면서, 안정적으로 발전 성능을 유지할 수 있는 태양전지 모듈용 봉지재와 이를 사용하여 제작된 태양전지 모듈에 관한 것이다.
현대 사회가 지속적으로 발전하면서, 에너지 사용에 대한 요구는 기하급수적으로 증가하고 있다. 특히 많은 인구를 보유하고 있는 중국 등의 개발도상국의 급격한 공업 발전은 종래의 에너지 소모 속도를 더욱더 가속 시기키는 역할을 하고 있다. 하지만, 현재까지 주 에너지원으로 사용되고 있는 화석 에너지 및 원자력 에너지 등은 그 자원의 유한성으로 인해 사용 기간이 제한되고, 환경오염 등의 문제점이 지속적으로 지적되고 있어 이에 대한 대체 에너지의 개발이 절실하다.
화석 에너지는 이산화탄소 등의 온실가스 및 각종 유해 가스를 발생시켜, 그 유해성에 대한 우려가 높아져 가고 있으며, 특히 제한된 매장량으로 지속적인 사용이 불가능한 근본적 한계를 보이고 있다. 한편, 20세기에 새로운 대안으로 생각되어 졌던 원자력 에너지 역시 자원의 유한성이라는 근본적 한계와 함께, 에너지를 생성해내기 위해 원료를 준비하는 과정과 사용된 후의 원료 처리 문제에 있어 획기적인 안정성을 확보할 수 있는 방법이 요원한 상태이다.
이러한 기존 에너지원의 문제점을 보완하기 위한 지속적인 대체 에너지원의 요구가 증가하고 있으며, 최근 풍력, 지열, 태양 에너지 등이 그 가능성을 인정받고 있다. 특히, 태양광 에너지 및 태양열 에너지의 경우 설치 위치에서 비교적 자유롭고, 그 공급의 무한성으로 가장 높은 성장 가능성을 가지는 것으로 평가받고 있다. 또한 기술적인 난이도에 있어서도, 지난 수 십년간 집중인 연구가 이루어져 많은 난제들이 해결되어, 규모의 경제를 달성할 수 있는 가능성이 높다. 세계 각국의 지원책에 의해 태양 에너지를 이용한 발전은 급격한 성장세를 보이고 있으며, 특히 사용이 간편한 태양광 발전 모듈 산업은 매년 급격한 성장을 이어 가고 있다.
태양전지는 태양의 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 전기 소자로서, 실리콘계 재료를 이용한 다결정 및 단결정 셀이 존재하며, 그 외 무기 및 유기물을 이용한 다양한 형태가 존재한다. 태양전지 셀은 광전효과를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 역할을 하며, 이러한 태양전지는 그 자체로는, 가혹한 외부 환경에서 사용이 힘들고 충분한 에너지를 낼 수 없으므로, 직렬 및 병렬로 연결하여 사용하게 된다. 사용의 편의성을 위하여 셀들을 연결하여 하나의 평판 형태로 제작한 것을 태양전지 모듈이라고 한다. 이와 같은 태양전지 모듈은 장기간에 걸친 사용에도 파손되지 않도록 하는 봉지재(Encapsulant), 표면 보호 유리, 백시트(Backsheet; "후면보호필름"으로도 지칭됨)를 적층하여 만들어진다.
통상적으로 사용되는 실리콘계 태양전지의 일반적인 모듈화 과정을 살펴보면, 빛을 투과시킴과 동시에 보호를 위한 표면보호유리와 이면 측 보호 부재인 백시트 사이에 셀을 위치시키며, 이때 셀의 보호 및 유리와 후면 보호 필름과의 접착을 위해 봉지재가 사용된다. 보다 자세하게는 표면보호유리, 봉지재 시트, 태양전지 셀, 봉지재 시트, 후면 보호 필름의 순서대로 적층을 하고, 고온에서 봉지재 시트가 완전히 용융되어 고분자의 충분한 이동성이 확보된 상태에서 상하 방향에서의 가압 및 탈기로 진행되는 라미네이션 공정을 거쳐 모듈화가 진행된다.
그중 봉지재의 경우 통상적으로 고분자를 주원료로 만들어지고 있으며, 특히 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA; Ethylene Vinyl Acetate) 혹은 변성 폴리에틸렌 등의 올레핀 계열 고분자가 시장에서 주류로 자리잡고 있다. 예를 들어, 대한민국 특허공개공보 제2009-0035971호는 상기 기술된 표면보호유리, EVA 봉지재, 셀, EVA 봉지재, 백시트 적층 구조의 태양전지 모듈 구성을 서술하고 있다. 하지만 상기한 종래의 태양전지 모듈을 포함한 일반적 구성의 태양전지 모듈은 외부에서 장기간 사용되므로, 여러 가지 외부 자극에 의한 성능 저하 등의 문제가 지속적으로 관찰되고 있다. 최근의 문제점으로써는 고출력의 발전소 형태 설치에서 발견되는 PID현상 및 고온, 다습한 환경에서 외관 이상으로 발견되는 스네일 트레일(Snail Trail), 급작스런 출력 저하를 보이는 GICS(Grid Finger Interruptions Caused by Soldering) 등이 있다.
이중 PID현상의 경우 고출력을 얻기 위해 다수의 태양전지 모듈을 연결하여 약 1,000V 혹은 그 이상의 시스템 전압을 얻는 대용량 발전형 모듈 어레이에 있어, 고온다습한 환경에 태양전지 모듈들이 지속적으로 노출될 경우, 모듈 간 전위차가 존재한 상태에서 누설전류가 발생하여 급격한 발전효율 저하의 현상이 자주 관찰되고 있다. 따라서, 이를 해결하기 위하여 여러 가지 방법들이 제안되고 있는데, 예를 들어 대한민국 등록특허 제10-1320140호 및 대한민국 특허공개공보 제2014-0090340호에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 특정 첨가제의 조합을 이용한 방법을 제시하고 있다. 하지만, 이러한 PID 현상을 해결하기 위해서는, 일반적으로 가교밀도를 상승시키게 되며, 이는 봉지재의 경도가 크게 상승하여 투명기판 및 태양전지 셀과의 접착력 저하를 유발하는 단점이 있다. 이는 앞서 설명한 GICS 등의 접착력 저하로 인한 태양전지 모듈의 출력 저하를 야기하여 그 내후성 및 내구성을 감소시키는데 큰 영향을 미친다.
상기에 기술한 문제점들은 현재 태양전지 시장에서 주류로 사용되고 있는 EVA가 봉지재로 사용될 때 특히 쉽게 관찰되는 것으로 알려져, 이에 대한 개선이 절실한 상황이다. 하지만, EVA 원료 자체 내에 포함하고 있는 비닐 아세테이트(Vinyl Acetate; VA)가 체적저항을 감소시키는 역할을 하여 PID 문제에 대한 대응이 필수적이며, 제막 공정의 한계 및 광학 특성으로 인해 그 VA 함량이 26 내지 33%로 정해져 있어, 개선의 여지가 적다는 문제가 있어, 통상 사용되는 첨가제의 배합을 통해 그 해결 방안이 제시되고 있으나, 만족스러운 수준은 아니다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술에 있어서의 문제점을 감안하여 된 것으로, 본 발명의 주목적은 위에서 기술한 태양전지 모듈 사용시에 발생할 수 있는 PID 및 접착력 감소에 따른 출력저하 및 외관 이상을 억제하면서, 안정적으로 발전 성능을 유지할 수 있는 태양전지 모듈용 봉지재 조성물과 이를 사용하여 제조된 봉지재를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기한 종래의 문제점이 개선된 태양전지 모듈용 봉지재를 이용한 태양전지 모듈을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 또한 상기의 목적 이외에 이러한 목적 및 본 명세서의 전반적인 기술로부터 이 분야의 통상인에 의해 용이하게 도출될 수 있는 다른 목적을 달성함을 그 목적으로 할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양전지 모듈용 봉지재는;
태양전지 모듈에 사용되는 봉지재로, 폴리에틸렌이 주성분인 공중합체를 주원료로 하는 태양전지 모듈용 봉지재에 있어서,
상기 봉지재는 3층의 층 구조로 이루어지며, 각층에 사용하는 고분자는 동일한 것으로 하되, 중간층의 첨가제 구성비율이 상층 및 하층과 상이하도록 하며, 중간층의 체적저항이 상층 및 하층의 두 층에 비해 2배 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 구성에 있어서, 상기 상층 및 하층은 1종 혹은 2종으로 이루어진 가교조제의 함유량이, 투입되는 고분자 원료 100중량부에 대하여 0.3 내지 0.8 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 있어서, 상기 봉지재 전체의 두께는 0.3 내지 0.9mm으로 되며, 상층 및 하층은 각각 그 층의 두께가 전체 두께에서 5 내지 25%를 차지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 있어서, 상기 상층에는 아미노기가 포함된 실란커플링제를 함께 사용한 것임을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 있어서, 상기 중간층은 1종 혹은 2종으로 이루어진 가교조제의 함유량이, 상층 및 하층에 함유된 양보다 과량으로 투입되며, 고분자 원료 100중량부에 대하여, 적어도 0.6중량부 이상인 것을 특징으로 한다.
상기한 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양전지 모듈은;
표면보호유리, 봉지재, 셀, 봉지재, 백시트 적층 구조의 태양전지 모듈에 있어서, 상기 봉지재는 폴리에틸렌이 주성분인 공중합체를 주원료로 하는 것으로, 상기 봉지재는 3층의 층 구조로 이루어지며, 각층에 사용하는 고분자는 동일한 것으로 하되, 중간층의 첨가제 구성비율이 상층 및 하층과 상이하도록 하며, 중간층의 체적저항이 상층 및 하층의 두 층에 비해 2배 이상인 것을 사용한 것임을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 태양전지 모듈용 봉지재는 특정한 조성으로 각각 상이하게 구성되는 층 구조를 채용하여 제조하므로 종래 통상적인 구조의 봉지재를 사용한 태양전지 모듈 사용시에 발생할 수 있는 PID 및 접착력 감소에 따른 출력저하 및 외관 이상을 억제하면서, 안정적으로 발전 성능을 유지할 수 있는 태양전지 모듈용 봉지재와 이를 사용한 태양전지 모듈을 제공하여 본 발명의 목적을 용이하게 달성한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따라 제조된 봉지재의 단면 구조를 개략적으로 나타낸 것으로, 도면 부호 1은 모듈 적층시 표면 투명 기재 혹은 후면 보호필름에 접하며, 도면 부호 3부분은 태양전지 셀에 접하는 층이다.
이하, 본 발명을 첨부도면을 참고로 하여 바람직한 실시형태에 의해 보다 자세하게 실시되지만, 본 발명의 범주가 여기에 한정되는 것이 아님은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따라 제조된 봉지재의 단면 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 태양전지 모듈용 봉지재는 3층의 구조를 가진다. 각 층은 동일한 EVA를 주원료로 하되, 각 층의 목적에 따라 첨가되는 첨가제의 비율이 상이하고, 필요에 의해 새로운 첨가제가 추가로 투입될 수 있다.
봉지재의 기본적 특성을 발현시키기 위해서는, 주성분인 EVA 외에 다양한 첨가제들이 배합되어 사용될 수 있다. 각 층의 경우, 그 목적에 따라 몇몇 독자적인 첨가제들을 사용할 수 있으나, 기본적으로는 모듈의 기계적 물성 및 형태를 유지하기 위한 가교제와 그 속도 및 밀도를 조절하는 가교조제, 접착력 향상을 위한 실란커플링제, 각종 외부 자극으로부터 봉지재를 보호하기 위한 UV 흡수제 및 광안정제, 산화방지제 등을 첨가한다.
가교제의 경우, 반드시 이에 한정되는 것은 아니나, 통상적으로 열에 의해 그 반응이 개시되는 유기 과산화물을 통상적으로 사용한다. 본 발명의 태양전지 모듈용 봉지재 시트에 가교제로 사용되는 유기과산화물은 2,2-디(t-부틸퍼옥시)부탄(2,2-di(t-butylperoxy)butane), t-부틸-퍼옥시 아이소프로필벤젠(t-butylperoxy isopropylbenzene), 1,1-디-(t-아밀퍼옥시)사이클로헥산(1,1-di-(t-amyl peroxy)cyclohexane), t-부틸퍼옥시-2-에틸헥실 카보네이트(t-butylperoxy-2-ethylhexyl carbonate), t-아밀(2-에틸헥실)모노퍼옥시 카르보네이트(t-amyl(2-ethylhexyl)mono peroxy carbonate), t-부틸퍼옥시 아세테이트(t-butylperoxy acetate), t-아밀퍼옥시-2-에틸헥사노에이트(t-amyl peroxy-2-ethylhexanonate), 2,5-디메틸-2,5-비스(t-부틸퍼옥시)헥산(2,5-dimethyl-2,5-bis(t-butylperoxy)hexane), t-부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트(t-butylperoxy-2-ehtylhexanonate) 중에서 선택되는 1종 내지 2종을 사용할 수 있다. 과산화물의 사용량에 있어서는 EVA의 경우, 수지 투입량 100 중량부에 대해여 총 투입 중량부가 0.1 내지 2 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.
가교조제는 가교율 및 가교밀도를 향상시키고, 가교속도의 조절을 위해 사용할 수 있는 것으로, 이 목적으로 제공되는 가교조제는 통상의 트리알릴 시아누레이트(Triallyl Cyanurate), 트리알릴 아이소시아누레이트 (Triallyl isocyanurate), 그리고 트리메티롤프로판 트리메타아크릴레이트(Trimethylolpropane trimethacrylate) 등의 메타아크릴레이트 관능기를 가지는 것들을 예시할 수 있다. 가교조제는 목적에 따라 단독 혹은 두 가지의 서로 다른 것을 혼합하여 사용할 수 있다. 그 투입량에 있어, 사용하는 고분자 100 중량부에 대하여 0.1 내지 2 중량부를 첨가하는 것이 바람직하며, 단독 혹은 서로 다른 2종의 가교조제를 병용으로 사용하는 것이 가능하다.
접착보조제로 사용되는 실란커플링제로는 비닐기, 아크릴록시기, 메타아크릴록시기와 같은 불포화기, 아미노기,에폭시기 등과 함께, 알콕시기와 같은 가수분해가 가능한 관능기를 갖는 화합물을 들 수 있다. 실란 커플링제로서 구체적으로는 비닐트리에톡시 실록산(Vinyltriethoxy Silane), 비닐트리메톡시 실록산(Vinyltrimethoxy Silane) 등의 비닐 그룹을 가지는 실란 커플링제, γ-메타아크릴록시 프로필트리에톡시 실록산(γ-methacryloxy propyltriethoxy Silane) 등의 메타아크릴레이트 그룹을 가지는 실란커플링제, N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시 실록산(N-2-(Aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilane) 등의 아미노 그룹을 가지는 실란커플링제 등을 예시할 수 있다. 또한, 실란 커플링제는 EVA를 주원료로 사용하였을 경우에 수지 투입량 100 중량부에 대하여 0.1 내지 1.5 중량부를 첨가하는 것이 바람직하며, 접착력을 보다 향상시키기 위해서 2종의 서로 다른 관능기를 가지는 실란커플링제를 병용하여 사용이 가능하다.
상기 첨가제들 외에 태양전지 모듈용 봉지재 시트는 필요에 따라 자외선(UV) 노출에 따른 열화를 방지하기 위한 UV 흡수제, 외부의 열 및 빛 충격으로부터의 열화를 막기 위한 광안정제인 HALS(Hindered Amine Light Stabilizer), 산화방지제 등의 빛 혹은 열에 대항하는 안정화제를 함께 투입하여 성형할 수 있다.
함께 사용될 수 있는 UV 흡수제에 있어, 특별한 제한은 없으나, 시트를 제조하는 공정상에 있어 용융상태의 수지에 잘 혼합되는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 예로는 벤조페논계 UV 흡수제 혹은 벤조 트리아졸계 UV흡수제를 들 수 있으며 이들 1종 이상 사용할 수 있다. 상기 벤조페논계 UV흡수제에 있어 구체적인 예로서는 2-히드록시-4-엔-옥틸옥시벤조페논 (2-hydroxy-4-N-octyloxybenzophenone), 2-히드록시-4-메톡시-벤조페논(2-hydroxy-4-methoxy-benzophenone) 등이 있다. 벤조트리아졸계의 UV 흡수제의 구체적 예로서는 2-(2H-벤조티아졸-2-일)-6-(도데실)-4-메틸페놀(2-(2H-benzothiazol-2-yl)-6-(dodecyl)-4-methylphenol) 등을 들 수 있다. 그 사용량에 있어서는 사용 수지 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 0.3 중량부를 첨가할 수 있다.
또한, 함께 사용될 수 있는 광안정제에 있어서도, 특별한 제한은 없으나, 시트를 제조하는 공정상에 있어 용융상태의 수지에 잘 혼합되는 것이 바람직하다. 이러한 특성을 갖는 광안정제의 구체적인 예로서는 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트 (Bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)sebacate), 비스-(엔-옥틸옥시-테트라메틸)피페리디닐세바케이트 (bis-(N-octyloxytetramethyl)piperidinyl sebacate), 비스(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜)세바케이트(Bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl)sebacate) 및 메틸-1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜세바케이트(methyl 1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl sebacate), 알파-알켄(C20-2C24) 말레익 안하이드라이드-4-아미노-2,2,6,6,-테트라메틸피페리딘 올리고머(alpha―Alkenes(C20C24) maleic anhydride-4-amino-2,2,6,6-tetramethylpiperidine), 폴리((6-((1,1,3,3,-테트라메틸부틸)아미노)-1,3,5,-트리아진-2,4,-디일)((2,2,6,6,-테트라메틸-4-피페리디닐)이미노)-1,6,-헥사네디일((2,2,6,6,-테트라메틸-4-피페리디닐)이미노)) (Poly[[6-[(1,1,3,3-tetramethylbutyl)amino]-1,3,5-triazine-2,4-diyl][(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl)imino]-1,6-hexanediyl[(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl)imino]]) 등을 들 수 있으며, 이들 광안정제의 사용량은 사용 수지 100 중량부에 대하여, 0.05 내지 0.3 중량부를 첨가할 수 있다.
또한 함께 사용할 수 있는 산화방지제의 경우에 있어서도, 특별한 제한은 없으나, 시트를 제조하는 공정상에 있어 용융상태의 수지에 잘 혼합되는 것이 바람직하다. 이러한 산화방지제의 구체적인 예로서는 페놀계 산화방지제, 포스파이트계 산화방지제 등이 있으며, 이 중에서 1종 이상 선택하여 사용할 수 있다. 상기 폐놀계 산화방지제의 구체적 예로는, 펜타에리스리톨테트라키스(3-(3,5-디-터트-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트 (Pentaerythritol tetrakis(3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate) 및 옥타데실 3-(3,5-디-터트-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트 (Octadecyl 3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate) 등을 들 수 있으며, 포스파이트계 산화방지제의 구체적 예로는, 트리스(2,4-디-터트-부틸페닐)포스파이트(tris(2,4-di-tert-butylphenyl)phosphite) 및 트리스(노닐페닐)포스파이트(tris(nonylphenyl)phosphite) 등을 예시할 수 있다. 또한, 산화방지제의 사용량에 있어서는, 사용 수지 100 중량부에 대하여, 0.01 내지 0.2 중량부를 첨가할 수 있다.
또한 전술한 고내후성을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 봉지재는 도 1과 같은 형태의 구성을 가지는 다층 구성의 시트로 하여 사용한다.
제일 위층인 상층(1)은, 통상적인 실리콘 태양전지를 사용한 모듈의 제작에 있어 표면 유리 등의 투명기재층 혹은 후면 보호필름(백시트)과 접하는 면이다. 본 층은 모듈로 제작한 뒤에, 실제 가혹한 외부 환경에서 태양전지 모듈이 장시간 사용되었을 때에도 모듈의 형태를 유지하기 위해 유리 등 투명 기판 및 후면 보호필름과 안정적인 접착력을 유지하여야 한다. 이 층의 두께는 전체 봉지재에서 5 내지 25%의 두께를 차지하는 것이 바람직하다.
상층(1)의 중요 역할은, 전술한 바와 같이 투명 기판 혹은 후면 보호필름과의 접착력을 안정적으로 유지하는 것에 있으며, 이 접착력은 간단하게는 가교밀도에 의해 조절될 수 있으며, 접착보조제로 사용되는 실란커플링제의 종류 및 사용함량에 의해서도 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명에서는 상기 두 첨가제의 비율을 조절하여 그 특성을 구현하였으나, 그 달성 방법이 이에 국한되는 것이 아니다.
접착력 향상을 위해서는 상층(1)의 가교율은 85 내지 95%로 측정되며, 접착력과 가교율 달성에 영향을 줄 수 있는, 체적저항 향상을 위해 투입하는 별도의 첨가제는 제거해도 무방하다. 이 목표를 달성하기 위해서는 투입하는 가교조제를, 사용하는 고분자 100 중량부에 대하여 0.3 내지 0.8 중량부를 투입하는 것이 바람직하며, 접착보조제인 실란커플링제는 단독 혹은 2개의 다른 특성을 가지는 실란커플링제를 병용할 수 있다. 그 투입량에 있어서는 사용하는 고분자 100 중량부에 대해서 0.1 내지 0.5부를 투입하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 봉지재의 중간층(2)은 장기 내후성을 담당하는 층으로써, 특히 PID의 저항성을 유지하는 것이 중요하다. 이를 위해서 본 층은 가교 밀도를 충분히 높여야 하며, 이를 통해 수분 침투를 억제하고 또한 포함된 각종 첨가제들이 이동하는 것을 방지한다. 본 층은 내후성에 가장 큰 역할을 하므로, 봉지재에서 차지하는 두께는 50 내지 90%를 차지하는 것이 바람직하다.
상기의 물성을 달성하기 위해서 중간층(2)은 상층(1) 내지 하층(3)에 비하여 가교조제를 과량 투입하는 것을 특징으로 한다. 동일한 가교율을 보일지라도, 가교조제를 과량 투입하였을 때 조밀한 구조를 가지게 됨으로써 수분침투를 억제할 수 있다. 가교조제는 사용되는 고분자 100 중량부에 대해서, 최소 0.5부 이상을 투입하며 0.8 내지 1.5부를 투입하는 것이 바람직하다. 또한 가교율 및 가교밀도를 감소시키는 요인으로 작용하는 실란커플링제는 투입을 생략하는 것이 바람직하다.
또한 본 층이 구비해야하는 중요 특성 중 하나인 수분 침투성을 더욱 향상시키기 위해, 전술의 가교밀도 조절 외에도 긴 알킬 사이드 체인을 가지는 올리고머 형식의 광안정제를 사용할 수 있다.
또 다른 외층인 하층(3)의 경우, 태양전지 셀과 접하면 층으로써 상층(1)과 마찬가지로 셀의 핑거 전극 등의 열화를 막기 위한 안정적 접착력 유지가 중요하다. 동시에 봉지재의 특성을 구현하기 위해 사용하는 다양한 첨가제들의 영향을 최소화하는 것이 중요하다.
이 층의 두께는 상층(1)과 유사하게 5 내지 25%의 두께를 차지한다. 본 층에 사용되는 가교조제와 실란커플링제 역시 상층(1)과 유사한 비율로 투입한다.
상기한 형태의 다층 구조의 시트를 준비하기 위해서, 원료와 각종 첨가제는 2축 압출기에 투입되어 잘 혼련된 상태로 공압출 방식을 통해 시트 형태로 준비될 수 있다. 이때 봉지재 시트 전체의 두께는 0.3 내지 0.9mm로 할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의해 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 범위를 이들 실시예에 한정하기 위한 것은 아니다.
실시예 및 비교예
용융지수 17g/10min, 28%의 중량함량을 가지는 EVA(삼성토탈석유화학, E280PV) 100 중량부에 대하여, 가교제로 t-부틸페록시-2-에틸핵실 카보네이트(동성하이켐, Chemex EC) 0.5 중량부, UV 흡수제로 2-하이드록시-4옥틸록시벤조피논(스미토모화학, Sumisorb 130) 0.1 중량부, 산화방지제로 옥타데실-3-(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시페닐) 프로피네이트(BASF, Irganox 1076) 0.1중량부, 그리고 알파-알켄(C20-2C24) 말레익 안하이드라이드-4-아미노-2,2,6,6,-테트라메틸피페리딘 올리고머(BASF, Uvinul 5050h) 0.1 중량부를 HALS로 첨가하며, 공압출 방법을 이용해, 0.45mm두께의 시트 형상 봉지재를 준비하였다.
그 외의 변수는 아래 표 1과 같이 몇 가지 첨가제를 더 추가하여 각 실시예 및 비교예의 봉지재 시편을 제작하였다.
실험예
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 봉지재 시편에 대한 물성을 다음과 같이하여 평가하고 그 결과를 아래 표 1에 나타냈다.
1) 체적저항 측정
각층의 체적저항 확인을 위하여, 각층에 첨가한 첨가제의 비율대로 단층 시트를 제작하여 JIS K-6911 규격으로 체적저항을 측정하였다.
2) PID 테스트 (출력 보존율 측정)
60℃, 85%상대습도 조건의 환경에서 태양전지 모듈에 1000V의 전압을 인가한 후, 96시간동안 방치한 후에 초기 출력대비 출력 보존율을 측정하였다.
3) TC(Thermal Cycle) 시험
접착력 저하로 인한 GICS 발생 유무 확인 목적을 위하여, IEC 61215규격의 온도 싸이클 테스트(Themal Cycle Test)의 규격대로 200회 실시를 하였다.
4) 모듈 제작 :
실시예 및 비교예에 기술된 형태로 준비된 봉지재를 이용하여 54셀이 연결된 태양전지 모듈을 제작하였다. 먼저 표면유리, 봉지재, 셀, 봉지재, 후면보호필름(도레이 필름 가공, LTW-09ST-2)을 순서대로 적층한 후, 155℃로 설정된 진공 라이네이터에서 탈기 4분, 프레스 1분, 유지 10분의 순서로 모듈화를 진행하였다.
상기 표 1에서 층1은 상층, 층2는 중간층, 층3은 하층에 해당함.
*: 사용된 고분자 100중량부에 대한 첨가 중량부
**: 아미노계 실란커플링제(신에츠, KBM-602)를 메타아크릴레이트계 실란커플링제(신에츠, KBM-503)와 1:9의 질량비로 혼합
상기 실시예와 비교예를 통해, 본 발명에서 제안하는 봉지재의 PID 특성 및 접착력 향상 효과를 살펴보았다. 비교예 1의 경우, 낮은 가교밀도로 인하여 PID 대항성이 낮으며, 비교예 2의 경우 충분한 가교밀도를 확보하여 PID 테스트에서, 통상적인 태양전지 모듈 업계의 이상 유무 판단 기준인 95%를 만족하고 있으나, 접착력이 저하하여 TC 테스트에서는 좋지 못한 결과를 보여주었다. 이에 반해 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3을 살펴보면, 중간층의 가교조제 함량 증가로 가교밀도가 상승함에 따라 PID 대항 특성 역시 증가하는 것을 관찰할 수 있다. 이에 중간층의 가교조제 함량을 더욱 증가시켰을 때, 그 90% 부근의 보존율을 확보할 수 있었으며, 전체적으로 가교밀도를 높인 실시예 8에서 PID 대항성을 충분히 확보할 수 있었다. 이때, 외곽층에는 적절한 가교밀도를 확보, TC 테스트에서는 모두 95%이상의 보존율을 보여, 본 발명의 봉지재가 접착력 향상을 도모하면서, PID 저항 특성을 높일 수 있다는 것을 증명한 것이라 할 수 있다.
봉지제 층의 설계에 있어, 본 발명에서 제시한 상층 및 하층의 두께가 너무 두꺼울 경우, 전체적인 가교밀도가 하락하여, PID 대항성이 낮아지는 결과를 실시예 7에서 확인할 수 있다. 또한, 상층과 하층의 두께가 너무 얇을 경우에는 TC 테스트에서 출력 저하가 큰 것을 확인할 수 있었다.
실시예 9 및 10에서는 아미노계 실란커플링제의 병용을 통해 접착력 향상을 도모하였으며, 접착력이 증가함에 따라, TC테스트 실시시 향상된 접착력에 따라, 실시 후에도 출력 보존율이 메타아크릴레이트계 실란커플링제 단독 사용 수준보다 향상 된 것을 관찰할 수 있었다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 등에 의하여 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
1 --- 상층
2 --- 중간층
3 --- 하층
2 --- 중간층
3 --- 하층
Claims (6)
- 태양전지 모듈에 사용되는 봉지재로, 폴리에틸렌이 주성분인 공중합체를 주원료로 하는 태양전지 모듈용 봉지재에 있어서,
상기 봉지재는 3층의 층 구조로 이루어지며, 각층에 사용하는 고분자는 동일한 것으로 하되, 중간층의 첨가제 구성비율이 상층 및 하층과 상이하도록 하며, 중간층의 체적저항이 상층 및 하층의 두 층에 비해 2배 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 봉지재.
- 제 1항에 있어서, 상기 상층 및 하층은 1종 혹은 2종으로 이루어진 가교조제의 함유량이, 투입되는 고분자 원료 100중량부에 대하여 0.3 내지 0.8 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 봉지재.
- 제 1항에 있어서, 상기 봉지재 전체의 두께는 0.3 내지 0.9mm으로 되며, 상층 및 하층은 각각 그 층의 두께가 전체 두께에서 5 내지 25%를 차지하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 봉지재.
- 제 1항에 있어서, 상기 상층에는 아미노기가 포함된 실란커플링제를 함께 사용한 것임을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 봉지재.
- 제 1항에 있어서, 상기 중간층은 1종 혹은 2종으로 이루어진 가교조제의 함유량이, 상층 및 하층에 함유된 양보다 과량으로 투입되며, 고분자 원료 100 중량부에 대하여, 적어도 0.6중량부 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 봉지재.
- 표면보호유리, 봉지재, 셀, 봉지재, 백시트 적층 구조의 태양전지 모듈에 있어서, 상기 봉지재는 청구항 1 내지 5중의 어느 한 항에 따른 봉지재를 사용한 것임을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
Priority Applications (1)
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Publications (1)
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| KR (1) | KR20160060210A (ko) |
-
2014
- 2014-11-19 KR KR1020140161621A patent/KR20160060210A/ko not_active Application Discontinuation
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