KR20160082985A - 접착 필름, 태양전지용 밀봉재, 태양전지 모듈, 접합 유리용 중간막 및 접합 유리 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 밀봉용 수지, 실란 커플링제, pKb가 5~12인 염기성 화합물을 포함하는 접착 필름 및 태양전지용 밀봉재를 개시하고 있다. 또한, 본 발명은 태양전지 셀(11)과 태양전지 셀(11)을 협지한 한 쌍의 태양전지용 밀봉재(12)를 구비하고, 태양전지용 밀봉재(12)가 본 발명의 태양전지용 밀봉재인 태양전지 모듈(10)을 개시하고 있다.
Description
본 발명은, 접착 필름, 태양전지용 밀봉재, 태양전지 모듈, 접합 유리용 중간막 및 접합 유리에 관한 것이다.
본원은 2013년 11월 5일에 일본에 출원된 특원 2013-229665호에 근거하여 우선권을 주장하고 그 내용을 여기에 원용한다.
태양전지 모듈에는, 태양전지를 밀봉하여 고정하기 위해, 투명성, 가공성, 가교성이 우수한 에틸렌-극성기를 함유한 모노머 공중합체 (에틸렌-초산비닐 공중합체 등) 등 밀봉용 수지로 형성된 태양전지용 밀봉재 (이하, 간단히 밀봉재라고도 한다.)가 널리 사용되고 있다. 또한 밀봉재에는, 태양전지 모듈의 표면 측에 배치되는 유리판 등의 투명 보호재나, 백시트 등과의 접착성을 높이는 목적으로 실란 커플링제가 배합되는 경우가 많다 (예를 들어, 특허 문헌 1).
그러나, 실란 커플링제를 배합한 밀봉재의 경우, 보관 시에 밀봉용 수지 내부 또는 공기 중의 수분에 의해 실란 커플링제가 가수분해되고, 축합반응까지 일어나서 변질되기 쉽다. 실란 커플링제가 가수분해 및 축합반응에 의해 변질되면, 밀봉용 수지의 가교 특성이 설계대로 되지 않거나, 실라놀기가 감소하여 밀봉재의 접착성이 저하되는 문제가 있다.
보관 시 가수분해 및 축합을 억제할 수 있는 실란 커플링제로서, 축합반응 부위의 구조, 배위수를 조절하여 축합반응의 속도를 저하시킨 실란 커플링제가 제안되어있다 (특허 문헌 2). 그러나, 상기의 실란 커플링제로는 충분한 접착성을 가진 밀봉재를 제조하기 어렵다.
본 발명은 실란 커플링제의 변질이 적고 장기간의 보관에도 양호한 접착성을 가진 접착 필름, 태양전지용 밀봉재 및 상기 태양전지용 밀봉재를 이용한 태양전지 모듈을 제공한다.
또한 접착 필름으로 이루어진 접합 유리용 중간막 및 접합 유리를 제공한다.
본 발명의 접착 필름은 밀봉용 수지와 실란 커플링제와 pKb가 5~12인 염기성 화합물을 포함한다.
본 발명의 접착 필름에 있어서, 상기 염기성 화합물이 pKb가 5~12의 광안정제인 것이 바람직하다.
본 발명의 태양전지용 밀봉재는 상기 접착 필름으로 구성된다.
본 발명의 태양전지 모듈은 태양전지 셀과, 상기 태양전지 셀을 협지한 한 쌍의 상기 태양전지용 밀봉재를 구비하고 있다.
본 발명의 접합 유리용 중간막은 상기 접착 필름으로 구성된다.
본 발명의 접합 유리는, 한 쌍의 유리판과, 상기 한 쌍의 유리판에 의해 협지된 상기 접합 유리용 중간막으로 구성되어 있다.
본 발명의 접착 필름은 실란 커플링제의 변질이 적고, 장기 보관에도 양호한 접착력을 가진다.
본 발명의 태양전지 모듈은 접착 필름의 접착성이 양호하여 박리 등의 불량 발생이 적다.
도 1은 본 발명의 태양전지 모듈의 한 예를 나타내는 단면도이다.
<접착 필름>
본 발명의 접착 필름은, 밀봉용 수지와, 실란 커플링제와, pKb가 5~12인 염기성 화합물 (이하, 염기성 화합물 (A)라고 한다)을 포함한다. 또한, 본 발명의 접착 필름은 밀봉용 수지, 실란 커플링제 및 염기성 화합물 (A) 이외의 다른 첨가제를 포함할 수도 있다. 본 발명의 밀봉재는, 접착 필름으로 구성된다.
[밀봉용 수지]
밀봉용 수지로는, 밀봉재에 일반적으로 사용되는 수지를 사용할 수 있다.
밀봉용 수지로는, 투명성, 가공성 및 가교성이 뛰어난 점에서 에틸렌-극성기를 함유한 모노머 공중합체가 바람직하다.
상기 극성기로는 예를 들면, 에스테르기 (-C (O) O-R 또는 R-C (O) O-(단, R은 알킬기) 등), 카르복실기 등을 들 수 있다.
극성기를 갖는 모노머의 구체적인 예로는, 예를 들어 비닐 에스테르 (비닐 아세테이트 등), (메타) 아크릴산 알킬에스테르 ((메타) 아크릴산 메틸, (메타) 아크릴산 에틸, (메타) 아크릴산 프로필, (메타) 아크릴산 부틸 등), 불포화 카르복실산 ((메타) 아크릴레이트 등), 불포화 디카르복실산의 무수물 (말레익 무수물 등), 불포화 디카르복실산 에스테르 (말레인산 모노메틸, 말레인산 디메틸 등) 등을 들 수 있다.
에틸렌-극성기 함유 모노머 공중합체로서는, 유연성 및 투명성 면에서, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체 (이하, EVA라고도 한다.), 에틸렌-(메타) 아크릴산 알킬에스테르 공중합체가 바람직하고, 특히 EVA가 바람직하다.
에틸렌-극성기 함유 모노머 공중합체에서 극성기를 갖는 모노머 단위의 비율은 내열성, 접착성, 유연성, 성형성, 내구성, 절연성 면에서 전체 구성 단위 (100 질량%)의 중 10~40 질량%가 바람직하고, 15~35 질량%가 더욱 바람직하다.
에틸렌-극성기 함유 모노머 공중합체의 질량 평균 분자량은 10,000~300,000이 바람직하고, 100,000~170,000이 보다 바람직하다. 에틸렌-극성기 함유 모노머 공중합체의 질량 평균 분자량이 상기 하한치 이상이면 기계적 물성이 좋은 밀봉재를 얻기 쉽다. 에틸렌-극성기 함유 모노머 공중합체의 질량 평균 분자량이 상기 상한치 이하이면, 가공성이 뛰어난 밀봉재를 얻기 쉽다.
또한, 질량 평균 분자량은 GPC 분석(Gel permeation chromatography)을 이용하여 측정한 값이다.
또한 밀봉용 수지로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴 수지 등을 사용해도 좋다.
밀봉용 수지는 1종을 단독으로 사용하여도 좋고, 2종 이상을 함께 사용해도 좋다.
[실란 커플링제]
실란 커플링제는 태양전지 셀, 투명 보호재료, 백시트 등과 밀봉재와의 접착성을 개선하는 역할을 한다. 실란 커플링제로는 밀봉재에 통상적으로 사용되는 실란 커플링제를 사용할 수 있다.
실란 커플링제의 구체적인 예로서, 예를 들면, 3-메타크릴록시프로필 트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필 트리메틸디메톡시실란, 알릴트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-머캅토프로필 트리메톡시실란, 비닐 트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필 메틸디메톡시실란 등을 들 수 있다.
실란 커플링제로는 접착성 측면에서 트리메톡시 실란기를 갖는 실란 커플링제가 바람직하며, 3-메타크릴옥시프로필 트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필 트리에톡시실란이 보다 바람직하다.
실란 커플링제는 1 종을 단독으로 사용하여도 좋고, 2 종 이상을 함께 사용해도 좋다.
[염기성 화합물 (A)]
염기성 화합물 (A)는 pKb가 5~12인 염기성 화합물이다. 염기성 화합물 (A)를 이용하는 것으로, 보관 시 밀봉재 중 실란 커플링제의 가수분해 반응 및 축합반응의 속도를 저하시킬 수 있다. 그 결과, 밀봉재를 보관하는 동안에 실란 커플링제의 경시변화를 억제할 수 있어, 밀봉재의 접착력의 저하가 억제된다.
또한 pKb는 일본 공업 규격 JIS K 2501 중화 가치 측정의 전위차 적정법으로 측정 할 수 있다.
염기성 화합물 (A)로서는, pKb가 5~12인 염기성 화합물인 것이 적절하고, 내광성이 높고, 산화 등에 의해 변색되기 어려운 점에서 pKb가 5~12의 광안정제 (이하, 광안정제 (a)라고도 한다.)가 바람직하다.
광안정제 (a)로서, 예컨대, 비스 (1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜) 세바케이트 (pKb = 5~6), 부탄2산 1-[2-(4-히드록시-2,2,6,6-테트라 메틸피페리디노) 에틸] (pKb = 7~8), 데칸2산 비스 [2,2,6,6-테트라메틸-1-(옥틸옥시)피페리딘-4-일] (pKb = 8~10), 비스 (1-언데카녹시-2,2,6,6-테트라 메틸 피페리디논-4-일) 카보네이트 (pKb = 11~12) 등을 들 수 있다.
염기성 화합물 (A)는 1 종을 단독으로 사용하여도 좋고, 2 종 이상을 병용해도 좋다.
[기타 첨가제]
기타 첨가제로는 자외선 흡수제, 광안정제 (a) 이외의 광안정제, 산화 방지제, 가교제, 가교조제, 안료, 염료, 가소제, 충전재 등을 들 수 있다. 본 발명의 밀봉재는 가교제를 포함하는 것이 바람직하고, 가교제 및 가교조제를 포함하는 것이 보다 바람직하다.
가교제는 밀봉용 수지를 가교시키는 성분이다.
가교제로는 공지의 유기 과산화물 (퍼옥시케탈류, 디알킬 퍼옥사이드류, 퍼옥시에스테르류 등), 광증감제 등을 들 수 있다.
가교조제는 중합성 불포화기 (비닐기, 알릴기, (메타)아크릴록시기 등)을 하나 이상 (바람직하게는 2개 이상) 포함하는 화합물이다.
가교조제로는, 예를 들면, 트리아릴 이소시아누레이트, 트리알릴 시아누레이트, 트리메틸올 프로판 트리메타크릴레이트 등을 들 수 있다.
자외선 흡수제로는 예를 들면, 벤조페논계 자외선 흡수제, 벤조 트리아졸계 자외선 흡수제, 살리실산 에스테르계 자외선 흡수제 등을 들 수 있다.
광안정제 (a) 이외의 광안정제로는 예를 들어, 세바스산 비스 (2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-4-일) (4 ≤ pKb <5), 3-(2,2,6,6-테트라 메틸-4-피페리디닐)-2-메틸-1-프로펜-3-온 (4 ≤ pKb <5) 등을 들 수 있다.
[각 성분의 비율]
본 발명의 밀봉재에서 실란 커플링제의 함유량은 밀봉용 수지 100 질량부에 대하여 0.1~2 질량부가 바람직하고, 0.2~1.0 질량부가 더욱 바람직하다. 실란 커플링제의 함량이 상기 하한치 이상이면 우수한 접착성을 얻기 쉽다. 실란 커플링제의 함량이 상기 상한치 이하이면 비용면에서 유리하다.
본 발명의 밀봉재가 가교제를 포함한 경우, 가교제의 함량은 밀봉용 수지 100 질량부에 대하여 0 질량부 초과 5 질량부 이하가 바람직하고, 0 질량부 초과 2 질량부 이하가 보다 바람직하다.
본 발명의 밀봉재가 가교조제를 포함하는 경우, 가교조제의 사용량은 밀봉용 수지 100 질량부에 대하여 0 질량부 초과 5 질량부 이하가 바람직하고, 0 질량부 초과 2 질량부 이하가 보다 바람직하다.
밀봉재의 두께는 태양전지 모듈에 따라 적절히 설정하면 좋고, 0.05~1mm가 바람직하다. 밀봉재의 두께를 상기 하한치 이상으로 하면 태양전지를 밀봉하는 것이 용이하게 된다. 밀봉재의 두께를 상기 상한치 이하로 하면 태양전지 모듈을 박형화할 수 있다.
[밀봉재의 제조방법]
본 발명의 밀봉재의 제조방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 밀봉용 수지, 실란 커플링제 및 염기성 화합물 (A)와, 필요에 따라 사용하는 다른 첨가제를 혼합하여 수지 조성물을 얻은 후에, 상기 수지 조성물을 시트화하는 방법 등을 들 수 있다.
시트화 방법으로는 예를 들면, T 다이를 이용한 압출 성형법, 프레스 성형법 등을 들 수 있다. 또한 수지 조성물을 용액으로 하는 경우, 이형 시트에 수지 조성물을 도공하고 건조하여 시트화하는 것도 가능하다.
[작용효과]
이상 설명한 본 발명의 밀봉재에 있어서는, 특정 pKb의 염기성이 낮은 염기성 화합물 (A)가 포함되어 있기 때문에, 밀봉재의 보관 중에 실란 커플링제가 가수분해나 축합에 의한 경시 변화가 억제된다. 또한 실란 커플링제의 축합반응 부위의 구조와 배위수를 조절하여 축합반응의 속도를 저하시킬 필요가 없기 때문에 실란 커플링제의 접착성이 충분히 유지된다.
상기 내용으로부터, 본 발명의 밀봉재는 장기간의 보관에서도 양호한 접착력을 가지며, 박리 등의 불량이 적은 태양전지 모듈을 제조할 수 있다.
<태양전지 모듈>
이하, 본 발명의 태양전지 모듈의 한 예를 도 1에 기반하여 설명한다.
본 실시형태의 태양전지 모듈(10)은 도 1과 같이 복수의 태양전지 셀(11, 11...)과 한 쌍의 태양전지용 밀봉재(12, 12) (이하 밀봉재(12)라고 한다.)와 투명 보호재(13) 및 백시트(14)를 구비한다.
태양전지 셀(11)은 한 쌍의 밀봉재(12, 12)에 협지되어 고정되어 있다. 또한 밀봉재(12, 12)는 투명 보호재(13)과 백시트(14) 사이에 배치되어 있다.
밀봉재(12)는 본 발명의 밀봉재이다.
[태양전지]
태양전지 셀(11)은, 예를 들어, p형과 n형 반도체를 접합한 구조를 갖는 pn접합형 태양전지 소자를 들 수 있다.
pn 접합형 태양전지 소자로서, 예를 들어 실리콘계 (단결정 실리콘계, 다결정 실리콘계, 비정질 실리콘계 등), 화합물계 (GaAs계, CIS계, CdTe-CdS계) 등을 들 수 있다.
본 실시 형태의 예에서는, 복수의 태양전지 셀(11)은 도선 및 솔더 접합부를 갖춘 탭 스트링(15)를 통해 전기적으로 직렬로 연결되어있다.
[투명 보호재]
투명 보호재(13)으로는, 태양전지 모듈의 표면 측을 보호하기 위해 일반적으로 사용되는 부재를 사용할 수 있고, 예를 들어, 유리판, 수지판 등을 들 수 있다.
유리판으로는, 광투과성의 면에서 표면에 요철을 형성한 형판 유리가 바람직하다. 형판 유리 재료로는 철분이 적은 백색 판유리 (고투과 글라스)가 바람직하다.
[백시트]
백시트(14)로는, 태양광 모듈의 백시트로서 일반적으로 사용되는 것을 사용할 수 있다.
백시트(14)의 재료로서는, 예를 들면, 폴리불화비닐, 폴리에스테르 (폴리에틸렌 테레프탈레이트 등), 폴리올레핀 (폴리에틸렌 등), 유리, 금속 (알루미늄 등) 등을 들 수 있다.
백시트(14)는 단층이어도 좋고, 복층이어도 좋다.
[태양전지 모듈의 제조방법]
본 발명의 태양전지 모듈의 제조방법은 본 발명의 밀봉재를 사용하는 이외로는 공지의 제조방법을 채용할 수 있다.
예를 들어, 태양전지 모듈(10)의 제조방법으로는 다음과 같은 방법이 있다.
탭 스트링(15)를 이용하여 전기적으로 접속된 복수의 태양전지 셀(11, 11...)을 한 쌍의 밀봉재(12, 12)로 끼우고, 이와 함께 밀봉재(12, 12)를 투명 보호재(13)과 백시트(14)에 끼운다. 그 후, 가열하여 밀봉재(12, 12)끼리, 밀봉재(12)와 투명 보호재(13), 밀봉재(12)와 백시트(14)를 접착한다.
밀봉재(12)가 가교제를 함유하는 경우에는, 가교제의 분해 온도 이상으로 가열하는 것이 바람직하다. 가교제의 분해 온도 이상으로 가열하면 밀봉재(12)에 포함된 밀봉용 수지를 가교할 수 있어, 밀봉재(12)의 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다.
[작용 효과]
이상 설명한 본 발명의 태양전지 모듈은, 양호한 접착성을 가지는 본 발명의 밀봉재를 사용하기 때문에, 박리 등의 불량 발생이 적다.
또한, 본 발명의 태양전지 모듈은, 상술한 태양전지 모듈(10)에 한정되지 않는다.
예를 들어, 상기 접착 필름으로 이루어진 접합 유리용 중간막을 이용해도 좋다.
또한 한 쌍의 유리판과, 상기 한 쌍의 유리판에 의해 협지된 상기 유리용 중간막으로 이루어진 접합 유리를 사용해도 좋다.
실시예
이하에서, 실시예에 의해 본 발명을 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이하의 기재에 의해 한정되지 않는다.
[화합물]
사용한 화합물의 약호는 다음과 같다.
(밀봉용 수지)
EVA-1: 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체 (제품명 "SEETEC VE700", 초산비닐 단위의 비율 : 28질량%, 호남석유화학 제품).
(광안정제)
a-1: 비스 (1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜) 세바케이트 (pKb = 5~6, 제품명 "JF-95", 조호쿠 화학공업사 제품),
a-2: 부탄 2산 1-[2-(4-히드록시-2,2,6,6-테트라 메틸 피페리디노) 에틸] (pKb = 7~8, 제품명 "Tinuvin622", BASF 재팬사 제품),
a-3: 데칸 2산 비스 [2,2,6,6-테트라 메틸-1-(옥틸 옥시) 피페리딘-4-일] (pKb = 8~10, 제품명 "Tinuvin123", BASF 재팬사 제품),
a-4: 비스 (1-운데카녹시-2,2,6,6-테트라 메틸 피페리디논-4-일) 카보네이트 (pKb = 11~12, 제품명 "LA-81", ADEKA사 제품),
e-1: 세바스산 비스 (2,2,6,6-테트라 메틸 피페리딘-4-일) (4 ≤ pKb <5, 제품명 "JF-90", 조호쿠 화학공업사 제품),
e-2: 3-(2,2,6,6-테트라 메틸-4-피페리디닐)-2-메틸-1-프로펜-3-온 (4 ≤ pKb <5, 제품명 "LA-87", ADEKA사 제품).
(실란 커플링제)
b-1: 3-메타크릴록시프로필 트리메톡시실란 (제품명 "KBM-503", 신에츠 실리콘사 제품).
(가교제)
c-1: t-부틸 퍼옥시-2-에틸헥실 모노카보네이트 (제품명 "카야헤키사 AD", 화약아쿠조사 제품).
(가교조제)
d-1: 트리 알릴 이소시아누레이트 (제품명 "TAIC (등록 상표)", 일본화성사 제품).
[실시예 1]
EVA-1을 100 질량부와, 염기성 화합물인 광안정제 (a-1) 0.2 질량부 및 실란 커플링제 (b-1) 0.2 질량부와 가교제 (c-1) 0.5 질량부 및 가교 보조제 (d-1) 0.5 질량부를 혼합하여 수지 조성물을 얻었다. 상기 수지 조성물을 일축압출기에 의한 압출성형에 의해 시트화하여 밀봉재를 얻었다.
[실시예 2~8]
각 성분의 조성을 표 1에 나타낸 바와 같이 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 밀봉재를 얻었다.
[비교예 1~5]
각 성분의 조성을 표 2에 나타낸 바와 같이 변경한 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 밀봉재를 얻었다.
[박리 강도]
얻어진 밀봉재를 두께 150μm의 올레핀 필름으로 포장한 샘플을 여러 장 준비하고, 23 ℃×85 % RH, 30 ℃×60 % RH의 2 가지 조건에서 각각 보관했다. 각 조건에서 6 개월 보관 후와 12 개월 보관 후 샘플에 대해 다음의 방법으로 박리 강도를 측정했다.
보관한 샘플에서 올레핀 필름을 떼어 20cm 사방의 시보 백색 판유리 위에 겹쳐서, 라미네이터에 의해 150℃에서 5분간 진공 탈기 후, 압력 0.1MPa에서 12분간 압착하여 시편을 얻었다. 상기 시편에 대하여, 180° 인장시험 장치 (시마즈 제작소사 제품 「AG-5000A」)를 이용하여 23℃×50% RH의 조건에서 180° 박리 시험을 실시하여 박리 강도 (N / cm)를 측정했다.
박리 강도의 측정 결과를 표 1 및 표 2에 나타낸다.
[표 1]
[표 2]
표 1에 나타낸 바와 같이, pKb가 5~12의 염기성 화합물인 광안정제를 포함한 실시예 1~8의 밀봉재에서는, 23℃×85% RH, 30℃×60% RH 중 어느 조건에서 보관하는 경우에도 12개월 경과 후의 박리 강도가 36N/cm 이상이며, 접착력의 저하가 억제되었다.
한편, 표 2에 나타낸 바와 같이, pKb가 5 미만의 광안정제를 포함하지만, pKb가 5~12인 염기성 화합물을 포함하지 않는 비교예 1~5의 밀봉재는 23℃×85% RH, 30℃×60% RH의 어느 조건에서 보관하는 경우에도 12 개월 경과 후의 박리 강도가 19 N/cm 미만으로 되어, 밀봉재의 접착성이 현저하게 떨어졌다.
본 발명에 의하면, 실란 커플링제의 변질이 적고, 장기간 보관에도 양호한 접착성을 갖는 접착 필름, 태양전지용 밀봉재 및 상기 태양전지용 밀봉재를 이용한 태양전지 모듈을 제공할 수 있다. 또한 접착 필름으로 이루어진 접합 유리용 중간막 및 접합 유리를 제공한다.
10 태양전지 모듈
11 태양전지
12 태양전지용 밀봉재
13 투명 보호재
14 백시트
15 탭 스트링
11 태양전지
12 태양전지용 밀봉재
13 투명 보호재
14 백시트
15 탭 스트링
Claims (6)
- 밀봉용 수지, 실란 커플링제 및 pKb가 5~12인 염기성 화합물을 포함하는 접착 필름.
- 제 1항에 있어서, 상기 염기성 화합물은 pKb가 5~12의 광안정제인 것을 특징으로 하는 접착 필름.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 접착 필름으로 이루어진 태양전지용 밀봉재.
- 태양전지 셀, 및 상기 태양전지 셀을 협지한 한 쌍의 제 3 항에 따른 태양전지용 밀봉재를 구비한 태양전지 모듈.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 접착필름으로 이루어진 접합유리용 중간막.
- 한 쌍의 유리판, 및 상기 한 쌍의 유리판에 의해 협지된 제 5항에 따른 접합유리용 중간막으로 이루어진 적층 유리.
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