KR20160101453A - 광학시트 - Google Patents
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Abstract
본 출원은 광학시트 및 이를 포함하는 광전지 모듈에 관한 것으로, 본 출원에 따른 광학시트는 자외선 차단능이 우수하여 장기 내후성 등의 물성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 광변환층을 도입하여 단파장 영역의 빛을 흡수하여 장파장 영역의 빛으로 방출함으로써 광전지 모듈에 적용 시 보다 우수한 발전 효율을 나타낼 수 있다.
Description
본 출원은 광학시트 및 이를 포함하는 광전지 모듈에 관한 것이다.
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 외부환경에 장기간 노출되어야 하므로 셀을 보호하기 위한 여러 가지 패키징이 수행되어 유닛(unit) 형태로 제조되며, 이러한 유닛을 광전지 모듈(photovoltaic modules)이라 한다.
또한, 대부분의 광전지 모듈, 예를 들어 태양전지 모듈(solar cell module) 등의 광전지 모듈은 내부 소자(예를 들어, 태양전지 셀)를 보호하기 위한 전면부재(유리 또는 전면시트)와 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. 특허문헌 1 및 2에는 상기와 관련된 기술이 제시되어 있다.
태양전지 모듈은 장시간에 걸쳐 출력 저하가 없는 장기 수명화가 요구된다. 이러한 장수명화를 위해, 상기 전면시트와 백시트는 태양전지 셀에 악영향을 주는 수분이나 산소를 차단할 수 있고, 자외선(UV) 등에 의한 열화를 방지할 수 있어야 한다.
특히, 태양전지 모듈의 전면에 위치되어 태양광이 바로 입사되는 전면시트의 경우에는 높은 발전 효율을 위해 높은 광투과율이 요구된다. 또한, 전면시트는 장기간에 걸쳐 옥외에 노출되므로 높은 내후성이 요구되며, 이를 위해서는 특히 우수한 자외선 차단능력이 필요하다. 자외선이 투과되는 경우, 전면시트 자체는 물론, 태양전지 셀의 내후성이 떨어진다.
이를 위해, 종래 대부분의 경우, 자외선 차단을 위해 자외선 흡수제를 사용하고 있다. 예를 들어, 특허문헌 3에는 벤조트리아졸계 등의 유기계 자외선 흡수제를 사용한 태양전지용 투명 보호 필름이 제시되어 있고, 특허문헌 4에는 무기계 자외선 흡수제로서 산화아연을 사용한 태양전지용 전면시트(프론트 시트)가 제시되어 있다.
위와 같이 자외선 흡수제를 사용하는 경우 내후성이 개선될 수 있으나, 자외선 흡수제만을 사용하는 경우 높은 발전 효율을 보이기 어렵다.
본 출원은 광학시트 및 이를 포함하는 광전지 모듈을 제공한다.
본 출원은 광학시트에 관한 것이다.
예시적인 상기 광학시트는 광전지 모듈에 적용 가능한 광전지 모듈용 광학시트일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 광학시트는 광전지 모듈 내에 포함되는 전면 기판 또는 백시트로 적용 가능한 광학시트일 수 있고, 보다 바람직하게는 백시트로 적용 가능한 광학시트일 수 있다. 본 명세서에서는 상기 「광전지 모듈용 광학시트」는 「광학시트」로 지칭될 수 있다.
하나의 예시에서, 본 출원의 광학시트는 기재층; 및 상기 기재층의 적어도 일면에 형성되어 있는 광변환층을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 용어 「광변환층」은, 특정 파장 영역의 광을 흡수하여 상기 특정 파장과 다른 파장 영역의 광을 방출하는 층을 의미하며, 보다 구체적으로 단파장 영역의 광을 흡수하여 장파장의 영역의 광을 방출하는 층을 의미한다. 또한, 본 명세서에서, 「~상에 형성」, 「일면에 형성」 및「양면에 시트」의 용어 등은, 당해 구성요소들이 직접 접하여 적층 형성되는 것만을 의미하는 것은 아니고, 당해 구성요소들 간의 사이에 다른 구성요소가 더 형성되어 있는 의미를 포함한다. 예를 들어, 「일면에 형성」이라는 용어는, 제 1 구성요소의 일면에 제 2 구성요소가 직접 접하여 형성되는 의미는 물론, 상기 제 1 구성요소와 제 2 구성요소의 사이에 제 3 구성요소가 더 형성될 수 있는 의미를 포함한다.
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 20㎛ 내지 1000㎛, 30㎛ 내지 500㎛ 또는 50㎛ 내지 300㎛의 범위 내일 수 있다. 상기 기재층의 두께를 전술한 범위 내에서 조절하여, 광학시트의 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 기재층에는 전술한 광변환층과의 접착력을 향상시키기 위하여, 일면 또는 양면에 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 처리가 수행되어 있을 수 있다. 상기 표면 처리 방법은 이 분야에서 일반적으로 통용되는 모든 공지의 수단에 의하여 수행될 수 있다.
또한, 필요에 따라 상기 기재층에는 수분 차단 특성 등의 물성을 향상시키는 관점에서, 일면 또는 양면에 무기 산화물의 증착층이 형성될 수 있다. 상기 무기 산화물의 종류는 특별히 제한되지 않고, 수분 차단 특성이 있는 것이라면 제한 없이 채용할 수 있으나 예를 들면, 규소 산화물 또는 알루미늄 산화물을 사용할 수 있다. 상기에서 기재층의 일면 또는 양면에 무기 산화물 증착층을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 이 분야에서 일반적으로 통용되는 증착법 등에 의할 수 있다. 상기 기재층의 일면 또는 양면에 무기 산화물 증착층을 형성하는 경우, 기재층 표면에 무기 산화물 증착층을 형성한 후, 상기 증착층 상에 전술한 표면 처리를 행할 수도 있다.
상기 광변환층은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 단파장 영역의 광을 흡수하여 장파장의 영역의 광을 방출하는 층일 수 있다. 본 출원의 광학시트는 후술하는 상기 광변환층에 포함된 형광체에 의해 태양전지 등에 반응감도가 낮은 단파장을 흡수한 다음, 이를 반응감도가 높은 장파장으로 변환시켜 방출함에 따라 발전 효율이 향상된다.
하나의 예시에서, 상기 단파장 영역은 500nm 이하이고, 장파장 영역은 500nm 내지 1100nm일 수 있다. 상기 단파장 영역의 파장은 하한은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 350nm일 수 있으며, 장파장 영역은 바람직하게 500nm 내지 800nm일 수 있다.
일반적으로, 대부분의 태양전지는 약 400nm에서 1,200nm 파장 범위에 감도가 높다. 이에 따라, 태양전지는 주로 상기 파장 범위의 광을 흡수하여 전기를 발생시킨다. 따라서 단파장 영역의 광(약 500nm 이하)은 태양전지에서 감도가 낮아 높은 발전 효율을 보이기 어렵다. 특히, 결정형 실리콘 태양전지 등의 경우에 그러하다. 또한, 태양전지는 상기 파장 범위 내에서도 장파장 영역으로 갈수록 반응감도가 높아진다. 이때, 반응감도가 높다는 것은 해당 파장의 광을 높은 흡수율로 흡수함을 의미하며, 이는 결국 태양 전지의 발전 효율이 높아진다는 것을 의미한다. 아울러, 파장이 높다고 하여 고효율을 보이는 것은 아니며, 대부분의 태양 전지는 약 400nm 내지 800nm의 범위에서 발전 효율이 높다.
하나의 예시에서, 상기 광변환층은 적어도 2종 이상의 형광체를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 용어 「적어도 2종 이상」이라 함은, 2종 이상이라면 상한은 특별히 제한되지 않는다는 의미이며, 하한은 반드시 2종이어야 함을 의미한다.
상기 형광체는 옥사졸계 화합물, 피렌계 화합물, 페릴린계 화합물, 나프탈이미드계 화합물, 로다민계 화합물, 안트라퀴논계 화합물, 티오남색계 화합물 및 벤조피란계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으며 바람직하게는 페릴린계 화합물 및/또는 나프탈이미드계 화합물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
하나의 예시에서, 상기 형광체는 나프탈이미드, 4,5-디메틸옥시-N-(2-에틸 헥실)나프탈이미드, 페릴린, 이소부틸 4,10-디시아노페릴린-3,9-디카르복실레이트, 페릴린-3,4,9,11-테트라카르보실산 비스-(2',6'-디이소프로필아닐리드) 및 페릴린-1,8,7,12-테트라페녹시-3,4,9,10-테트라카르보실산 비스-(2',6'-디이소프로필아닐리드)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또 다른 예시에서, 상기 형광체는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, M은 희토류 원소이고, n은 1 이상의 정수이다.
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 상한은 제한되지 않으나, 예를 들어 100 이하일 수 있다. 상기 화학식 1에서, n은 예를 들어 1 내지 100 또는 1 내지 50일 수 있다. 상기 화학식 1의 M은 Eu일 수 있다. 구체적으로, 상기 형광체는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. 하기 화학식 2에서, n은 화학식 1에서 설명한 바와 같다.
[화학식 2]
상기 화학식 2에서, n은 1 이상의 정수이다.
하나의 예시에서, 상기 광변환층은 불소계 고분자 및 아크릴계 중합체를 추가로 포함할 수 있다.
상기 불소계 고분자는 비닐리덴 플루오라이드, 비닐 플루오라이드, 테트라플루오로에틸렌 헥사플루오로프로필렌, 클로로트리플루오로에틸렌, 트리플루오로에틸렌, 헥사플루오로이소부틸렌, 퍼플루오로 부틸에틸렌, 퍼플루오로 메틸 비닐 에테르, 퍼플루오로 에틸 비닐 에테르, 퍼플루오로 프로필 비닐 에테르, 퍼플루오로 헥실 비닐 에테르, 퍼플루오로-2,2-디메틸-1,3-디옥솔 및 퍼플루오로-2-메틸렌-4-메틸-1,3-디옥솔란으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 단량체를 중합된 형태로 포함하는 단독 중합체, 공중합체 또는 이들의 혼합물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 아크릴계 중합체는 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 프로필(메타)아크릴레이트, n-부틸(메타)아크릴레이트, s-부틸(메타)아크릴레이트, t-부틸(메타)아크릴레이트, 이소부틸(메타)아크릴레이트, 헥실(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트, n-옥틸(메타)아크릴레이트, 이소옥틸(메타)아크릴레이트, n-노닐(메타)아크릴레이트, 이소노닐(메타)아크릴레이트, n-데실(메타)아크릴레이트, 이소데실(메타)아크릴레이트, n-도데실(메타)아크릴레이트, n-트리데실(메타)아크릴레이트 및 n-테트라데실(메타)아크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 공중합체일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 광변환층에 불소계 고분자 및 아크릴계 중합체가 포함되는 경우, 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 상기 광변환층은 광변환층은 불소계 고분자 60 중량부 내지 90 중량부, 65 중량부 내지 85 중량부 또는 70 중량부 내지 80 중량부; 아크릴계 중합체 10 중량부 내지 40 중량부, 15 중량부 내지 35 중량부 또는 20 중량부 내지 30 중량부; 및 형광체 0.1 중량부 내지 20 중량부, 0.2 중량부 내지 10 중량부 0.3 중량부 내지 5 중량부를 포함할 수 있다. 상기 광변환층에 포함된 성분의 함량 비율을 전술한 범위에서 조절하여, 보다 파장 변환능을 높여 광전지 모듈의 발전 효율을 보다 우수하게 할 수 있다.
상기 광변환층의 두께는 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면 0.5㎛ 내지 300㎛, 2㎛ 내지 200㎛ 또는 5㎛ 내지 80㎛의 범위 내일 수 있다. 상기 광변환층의 두께를 전술한 범위 내에서 조절하여, 광학시트의 파장 변환능 등의 물성을 보다 향상시킬 수 있다. 다만, 본 출원의 구현예들에 따른 광변환층의 두께가 전술한 범위에 제한되는 것은 아니며, 이는 필요에 따라 적절히 조절될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 광학시트는 일면에 광변환층이 형성된 기재층의 다른 일면에 자외선 차단층을 추가로 포함할 수 있다.
도 1은 본 출원의 예시적인 광학시트를 나타낸 도면이다. 도 1에서 보는 바와 같이, 본 출원의 광학시트(100)는 기재층(111); 상기 기재층의 일면에 형성된 광변환층(112); 및 상기 일면에 광변환층이 형성된 기재층의 다른 일면에 자외선 차단층(110)을 포함할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 자외선 차단층은 불소계 고분자, 아크릴계 중합체 및 자외선 차단제를 포함할 수 있다.
상기 불소계 고분자 및 아크릴계 중합체에 대한 내용은 전술한 광변환층에 포함 가능한 불소계 고분자 및 아크릴계 중합체에 대한 내용과 같다.
상기 자외선 차단체는 자외선을 흡수함으로써 자외선 차단 기능을 갖는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 상기 자외선 흡수제는 예를 들어 약 400nm 이하의 자외선 파장, 보다 구체적으로 약 100nm 내지 400nm의 자외선 파장을 흡수할 수 있는 화합물일 수 있다. 상기 자외선 차단제를 포함하여 광학시트를 광전지 모듈에 적용시 자외선 흡수에 따른 광전지 내부의 열화 방지 및 내후성 등의 물서을 개선시킬 수 있다.
상기 자외선 차단제로는 구체적으로, 벤조페논계 화합물, 벤조트리아졸계 화합물, 트리아진계 화합물 및 옥살산 아닐린계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며 바람직하게는 벤조페논계 화합물을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 벤조페논계 화합물은, 예를 들어 벤조페논, 벤즈히드롤, 4-히드록시벤조페논, 2-히드록시-4-메톡시벤조페논, 2,4-디히드록시벤조페논, 2,2'-디히드록시-4-메톡시벤조페논 및/또는 2,3,4-트리히드록시벤조페논 등을 들 수 있다. 또한, 상기 벤조페논계 화합물로는 상용화된 제품으로서, 예를 들어 UV 531 제품 등을 사용할 수 있다.
상기 자외선 차단층을 포함하는 경우, 상기 자외선 차단층에 불소계 고분자, 아크릴계 중합체 및 자외선 차단제의 함량은, 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 불소계 고분자 60 중량부 내지 90 중량부, 65 중량부 내지 85 중량부 또는 70 중량부 내지 80 중량부; 아크릴계 중합체 10 중량부 내지 40 중량부, 15 중량부 내지 35 중량부 또는 20 중량부 내지 30 중량부; 및 자외선 차단제 0.1 중량부 내지 20 중량부, 0.5 중량부 내지 15 중량부 1 중량부 내지 7.5 중량부를 포함할 수 있다. 상기 자외선 차단층에 포함된 성분의 함량 비율을 전술한 범위에서 조절하여, 보다 높은 자외선 흡수에 따른 자외선을 차단할 수 있으며, 이에 따라 광전지 모듈 내부의 열화 방지 및 내후성을 증진시킬 수 있다.
상기 자외선 차단층의 두께는 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면 0.5㎛ 내지 300㎛, 1㎛ 내지 200㎛ 또는 5㎛ 내지 100㎛의 범위 내일 수 있다. 상기 자외선 차단층의 두께를 전술한 범위 내에서 조절하여, 광학시트의 자외선 차단능 등의 물성을 보다 향상시킬 수 있다. 다만, 본 출원의 구현예들에 따른 자외선 차단층의 두께가 전술한 범위에 제한되는 것은 아니며, 이는 필요에 따라 적절히 조절될 수 있다.
본 출원의 광학시트는, 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, 재작업성도 보다 우수하게 유지하는 기능을 동시에 수행할 수 있다.
본 출원은 또한 광전지 모듈에 관한 것이다.
하나의 예시에서, 상기 광전지 모듈은 전면 기판; 백시트 및 상기 전면 기판과 백시트의 사이에 존재하며, 이격 배치되어 있는 2개 이상의 광전지 셀을 포함하는 봉지재층을 포함할 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.
상기 봉지재층은 광전지 셀을 봉지(패킹, 고정)하는 것으로서, 이는 예를 들어 전면 봉지재층 및 후면 봉지재층을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 광전지 셀은 전면 봉지재층 및 후면 봉지재층의 사이에 패킹 또는 고정될 수 있다.
상기 봉지재층을 구성하는 봉지재는 제한되지 않는다. 상기 봉지재층을 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 봉지재층을 구성하는 봉지재는, 상기 EVA 수지 이외에 다른 수지가 사용될 수 있다. 상기 봉지재층을 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.
본 출원의 광전지 모듈은 상기 전면 기판 또는 백시트가 전술한 광학시트일 수 있다.
도 2 및 3은 본 출원의 광전지 모듈의 구조를 예시적으로 나타낸 도이다.
보다 구체적으로, 도 2는 전술한 광학시트를 광전지 모듈 내의 전면 기판으로 사용할 경우의 구조로서, 본 출원의 광전지 모듈은 자외선 차단층(110), 기재층(111) 및 광변환층(112)이 순차적으로 적층된 광학시트(100); 전면 봉지재층(210), 광전지 셀(C) 및 후면 봉지재층(220)을 포함하는 봉지재층(200); 및 백시트를 순차적으로 적층한 구조일 수 있다.
또한, 도 3은 전술한 광학시트를 광전지 모듈 내의 백시트로 사용할 경우의 구조로서, 전면 기판(400); 전면 봉지재층(210), 광전지 셀(C) 및 후면 봉지재층(220)을 포함하는 봉지재층(200); 및 광변환층(112), 기재층(111) 및 자외선 차단층(110)이 순차적으로 적층된 광학시트(100)를 순차적으로 적층한 구조일 수 있다. 본 출원의 광학시트가 백시트로 사용될 경우에는 도 3에 나타낸 바와 같이 광변환층(112)이 봉지재층(200)과 부착되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 출원의 광전지 모듈은, 예시적인 형태에 따라서 후면 부재(도시하지 않음)를 추가적으로 포함할 수 있다. 이러한 후면 부재는 백시트(300)의 배면에 설치될 수 있다. 상기 후면 부재는, 광전지 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.
본 출원에 따른 광학시트는 자외선 차단능이 우수하여 장기 내후성 등의 물성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 광변환층을 도입하여 단파장 영역의 빛을 흡수하여 장파장 영역의 빛으로 방출함으로써 광전지 모듈에 적용 시 보다 우수한 발전 효율을 나타낼 수 있다.
도 1은, 본 출원의 광학시트를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 2는, 본 출원의 광학시트가 전면 시트로 사용될 경우 광전지 모듈의 구조를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 3은, 본 출원의 광학시트가 백시트로 사용될 경우 광전지 모듈의 구조를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 2는, 본 출원의 광학시트가 전면 시트로 사용될 경우 광전지 모듈의 구조를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 3은, 본 출원의 광학시트가 백시트로 사용될 경우 광전지 모듈의 구조를 모식적으로 나타낸 것이다.
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 비교예에서의 물성은 하기의 방식으로 평가하였다.
1. 평균 발광 강도 측정 및 평가
실시예 및 비교예에서 제조된 광학시트에 빛을 조사하여 그에 따른 PL(photoluminescence) 스펙트럼을 측정한 후, 상기 측정된 PL 스펙트럼에서 태양 전지에 적합한 파장 영역인 550nm 내지 700nm에서의 평균 발광 강도(average luminous intensity)를 Fluorolog-3 spectrofluorometer system (HORIBA사)을 사용하여 측정한 후, 하기 기준에 따라 평가하여 표 1에 나타내었다.
<평가 기준>
○: 측정된 발광 강도 값이 2.00E 이상인 경우
×: 측정된 발광 강도 값이 2.00E 이하인 경우
<조성물의 제조>
제조예
1. 수지 조성물(A)의 제조
폴리비닐리덴플로라이드(PVDF) 75g 및 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 25g을 혼합한 다음, 자외선 차단제로서 C21V26O3의 화학식을 가지는 벤조페논계 화합물(UV 531 제품, 송원사(제))을 4g 첨가 및 혼합하여 조성물(A)을 제조하였다.
제조예
2. 조성물(B)의 제조
폴리비닐리덴플로라이드(PVDF) 75g 및 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 25g을 혼합한 다음, 형광체로서 Lumogen F Violet 570(나프탈이미드계 화합물, BASF사(제)) 3g을 첨가 및 혼합하여 조성물(B)을 제조하였다.
제조예
3. 조성물(C)의 제조
폴리비닐리덴플로라이드(PVDF) 75g 및 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 25g을 혼합한 다음, 형광체로서 Lumogen F Vellow 083(페릴렌계 화합물, BASF사(제)) 0.5g을 첨가 및 혼합하여 조성물(C)을 제조하였다.
제조예
4. 조성물(D)의 제조
폴리비닐리덴플로라이드(PVDF) 75g 및 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 25g을 혼합한 다음, 형광체로서 Lumogen F Red 305(페릴렌계 화합물, BASF사(제)) 0.5g을 첨가 및 혼합하여 조성물(D)을 제조하였다.
제조예
5. 조성물(E)의 제조
폴리비닐리덴플로라이드(PVDF) 75g 및 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 25g을 혼합한 다음, 형광체로서 Lumogen F Violet 570(나프탈이미드계 화합물, BASF사(제)) 3g 및 Lumogen F Vellow 083(페릴렌계 화합물, BASF사(제)) 0.5g를 첨가 및 혼합하여 조성물(E)을 제조하였다.
제조예
6. 조성물(F)의 제조
폴리비닐리덴플로라이드(PVDF) 75g 및 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 25g을 혼합한 다음, 형광체로서 Lumogen F Violet 570(나프탈이미드계 화합물, BASF사(제)) 3g 및 Lumogen F Red 305(페릴렌계 화합물, BASF사(제)) 0.5g을 첨가 및 혼합하여 조성물(F)을 제조하였다.
<
광학시트
제조>
실시예
1
상기 제조된 조성물(A)을 PET(poly(ethylene terephthalate)) 필름(두께: 250㎛)의 일면(상부)에 코팅 및 건조하여 자외선 차단층을 형성한 후, 상기 자외선 차단층이 형성된 기재의 다른 일면(하부)에 상기 제조된 조성물(E)를 두께가 약 10㎛가 되도록 코팅 및 건조하여 광학시트를 제조하였다.
실시예
2
실시예 1의 기재 하부에서 사용된 조성물(E) 대신 제조예 6에서 제조된 조성물(F)을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법에 의하여 광학시트를 제조하였다.
비교예
1
실시예 1의 기재 하부에서 사용된 조성물(E) 대신 제조예 2에서 제조된 조성물(B)을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법에 의하여 광학시트를 제조하였다.
비교예
2
실시예 1의 기재 하부에서 사용된 조성물(E) 대신 제조예 3에서 제조된 조성물(C)을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법에 의하여 광학시트를 제조하였다.
비교예
3
실시예 1의 기재 하부에서 사용된 조성물(E) 대신 제조예 4에서 제조된 조성물(D)을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법에 의하여 광학시트를 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예에 대하여 측정한 물성 및 평가에 대한 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
| 구분 | 실시예 | 비교예 | |||
| 1 | 2 | 1 | 2 | 3 | |
| 평균 발광 강도 | 2.72E + 06 | 3.19E + 06 | 0.07E + 06 | 1.93E + 06 | 0.93E + 06 |
| 평균 발광 강도 평가 | ○ | ○ | × | × | × |
상기 표 1에서 나타낸 바와 같이, 본 출원의 광학시트(실시예 1 내지 2)는 광변환층에 형광체를 하나만 포함하는 광학시트(비교예 1 내지 3)와 비교하여, 발광 강도가 우수하여 광전지 모듈의 적용 시 우수한 발전 효율을 나타낼 수 있음을 확인하였다.
100: 광학시트
110: 자외선 차단층
111: 기재층
112: 광변환층
200: 봉지재층
210: 전면 봉지재층
220: 후면 봉지재층
300: 백시트
400: 전면 기판
C: 광전지 셀
110: 자외선 차단층
111: 기재층
112: 광변환층
200: 봉지재층
210: 전면 봉지재층
220: 후면 봉지재층
300: 백시트
400: 전면 기판
C: 광전지 셀
Claims (22)
- 기재층; 및
상기 기재층의 적어도 일면에 형성되어 있는 광변환층을 포함하고,
상기 광변환층은 단파장 영역의 광을 흡수하여 장파장의 영역의 광을 방출하는 적어도 2종 이상의 형광체를 포함하는 광전지 모듈용 광학시트. - 제 1 항에 있어서, 단파장 영역은 500nm 이하이고, 장파장 영역은 500nm 내지 1100nm인 광전지 모듈용 광학시트.
- 제 1 항에 있어서, 단파장 영역은 350nm 내지 500nm이고, 장파장 영역은 500nm 내지 800nm인 광전지 모듈용 광학시트.
- 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 광전지 모듈용 광학시트.
- 제 1 항에 있어서, 기재층의 두께는 20㎛ 내지 1000㎛인 광전지 모듈용 광학시트.
- 제 1 항에 있어서, 형광체는 옥사졸계 화합물, 피렌계 화합물, 페릴린계 화합물, 나프탈이미드계 화합물, 로다민계 화합물, 안트라퀴논계 화합물, 티오남색계 화합물 및 벤조피란계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 광전지 모듈용 광학시트.
- 제 6 항에 있어서, 형광체는 페릴린계 화합물 또는 나프탈이미드계 화합물인 광전지 모듈용 광학시트.
- 제 1 항에 있어서, 형광체는 나프탈이미드, 4,5-디메틸옥시-N-(2-에틸 헥실)나프탈이미드, 페릴린, 이소부틸 4,10-디시아노페릴린-3,9-디카르복실레이트, 페릴린-3,4,9,11-테트라카르보실산 비스-(2',6'-디이소프로필아닐리드) 및 페릴린-1,8,7,12-테트라페녹시-3,4,9,10-테트라카르보실산 비스-(2',6'-디이소프로필아닐리드)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 광전지 모듈용 광학시트.
- 제 1 항에 있어서, 형광체는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 광전지 모듈용 광학시트.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, M은 희토류 원소이고, n은 1 이상의 정수이다. - 제 1 항에 있어서, 형광체는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 광전지 모듈용 광학시트.
[화학식 2]
상기 화학식 2에서, n은 1 이상의 정수이다. - 제 1 항에 있어서, 광변환층은 불소계 고분자 및 아크릴계 중합체를 추가로 포함하는 광전지 모듈용 광학시트.
- 제 11 항에 있어서, 불소계 고분자는 비닐리덴 플루오라이드, 비닐 플루오라이드, 테트라플루오로에틸렌 헥사플루오로프로필렌, 클로로트리플루오로에틸렌, 트리플루오로에틸렌, 헥사플루오로이소부틸렌, 퍼플루오로 부틸에틸렌, 퍼플루오로 메틸 비닐 에테르, 퍼플루오로 에틸 비닐 에테르, 퍼플루오로 프로필 비닐 에테르, 퍼플루오로 헥실 비닐 에테르, 퍼플루오로-2,2-디메틸-1,3-디옥솔 및 퍼플루오로-2-메틸렌-4-메틸-1,3-디옥솔란으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 단량체를 중합된 형태로 포함하는 단독 중합체, 공중합체 또는 이들의 혼합물인 광전지 모듈용 광학시트.
- 제 11 항에 있어서, 아크릴계 중합체는 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 프로필(메타)아크릴레이트, n-부틸(메타)아크릴레이트, s-부틸(메타)아크릴레이트, t-부틸(메타)아크릴레이트, 이소부틸(메타)아크릴레이트, 헥실(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트, n-옥틸(메타)아크릴레이트, 이소옥틸(메타)아크릴레이트, n-노닐(메타)아크릴레이트, 이소노닐(메타)아크릴레이트, n-데실(메타)아크릴레이트, 이소데실(메타)아크릴레이트, n-도데실(메타)아크릴레이트, n-트리데실(메타)아크릴레이트 및 n-테트라데실(메타)아크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 공중합체인 광전지 모듈용 광학시트.
- 제 11 항에 있어서, 광변환층은 불소계 고분자 60 중량부 내지 90 중량부, 아크릴계 중합체 10 중량부 내지 40 중량부 및 형광체 0.1 중량부 내지 20 중량부를 포함하는 광전지 모듈용 광학시트.
- 제 1 항에 있어서, 광변환층의 두께는 0.5㎛ 내지 300㎛인 광전지 모듈용 광학시트.
- 제 1 항에 있어서, 일면에 광변환층이 형성된 기재층의 다른 일면에 자외선 차단층을 추가로 포함하는 광전지 모듈용 광학시트.
- 제 16 항에 있어서, 자외선 차단층은 불소계 고분자, 아크릴계 중합체 및 자외선 차단제를 포함하는 광전지 모듈용 광학시트.
- 제 17 항에 있어서, 자외선 차단제는 벤조페논계 화합물, 벤조트리아졸계 화합물, 트리아진계 화합물 및 옥살산 아닐린계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 광전지 모듈용 광학시트.
- 제 17 항에 있어서, 자외선 차단층은 불소계 고분자 60 중량부 내지 90 중량부, 아크릴계 중합체 10 중량부 내지 40 중량부 및 자외선 차단제 0.5 중량부 내지 20 중량부를 포함하는 광전지 모듈용 광학시트.
- 제 16 항에 있어서, 자외선 차단층의 두께는 0.5㎛ 내지 300㎛인 광전지 모듈용 광학시트.
- 전면 기판; 백시트; 및 상기 전면 기판과 백시트의 사이에 존재하며, 이격 배치되어 있는 2개 이상의 광전지 셀을 포함하는 봉지재층를 포함하고,
상기 전면 기판 또는 백시트가 제 1 항에 따른 광전지 모듈용 광학시트인 광전지 모듈. - 제 21 항에 있어서, 광학시트의 광변환층이 봉지재층과 부착되어 있는 광전지 모듈.
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