KR20170079951A - 태양전지 블랙 백시트, 이를 포함하는 태양전지 모듈 및 그 제조방법 - Google Patents

태양전지 블랙 백시트, 이를 포함하는 태양전지 모듈 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 출원은 태양전지 블랙 백시트, 이를 포함하는 태양전지 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 출원은 봉지재 일체형으로서, 기재; 상기 기재 상에 형성된 적외선 반사 블랙 안료층; 및 상기 적외선 반사 블랙 안료층 상에 형성된 봉지재층을 포함하는 태양전지 블랙 백시트, 및 이의 제조방법을 제공한다. 또한, 본 출원은 상기 블랙 백시트를 포함하는 태양전지 모듈 및 이의 제조방법을 제공한다. 본 출원에 따르면, 태양전지 모듈의 에너지 효율을 향상시키고 생산성을 증대시킬 수 있다.

Description

태양전지 블랙 백시트, 이를 포함하는 태양전지 모듈 및 그 제조방법 {BLACK BACK SHEET FOR SOLAR CELL, SOLAR CELL MODULE COMPRISING THE SAME AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 출원은 태양전지 블랙 백시트, 이를 포함하는 태양전지 모듈 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 봉지재 일체형으로서, 태양전지 모듈의 에너지 효율을 향상시키고 생산성을 증대시킬 수 있는 태양전지 블랙 백시트, 이를 포함하는 태양전지 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근, 지구 환경 문제와 화석 연료의 고갈 등으로 인해 신재생 에너지 및 청정 에너지에 대한 관심이 고조되고 있다. 그 중에서 태양광을 이용한 태양전지(solar cell)는 환경 문제 및 화석 연료 고갈 문제 등을 해결할 수 있는 대표적인 친환경 에너지원으로서 주목받고 있다.
태양전지는 태양광을 전기 에너지로 전환시키는 소자로서, 이는 태양광을 용이하게 흡수할 수 있도록 외부 환경에 장기간 노출된다. 이에 따라, 태양전지는 셀(cell)의 보호를 위한 여러 가지 패키징이 수행되어 유닛(unit) 형태로 제조되고 있으며, 이러한 유닛을 통상 태양전지 모듈(solar cell module)이라 한다.
일반적으로, 태양전지 모듈은 외부 환경으로부터 셀을 안정적으로 보호할 수 있는 백시트(backsheet)를 포함한다. 이를 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 일반적인 기술에 따른 태양전지 모듈의 단면 구성도를 보인 것이다. 그리고 도 1에는 종래 기술에 따른 백시트가 함께 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 일반적으로 태양전지 모듈은 광이 입사되는 투명 강화 유리(3), 전면 봉지재층(2a), 복수의 태양전지 셀(C), 후면 봉지재층(2b) 및 백시트(1)가 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 그리고 상기 복수의 태양전지 셀(C)은 서로 전기적으로 연결되어 있되, 상기 봉지재층(2a)(2b)에 의해 패킹되어 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 태양전지 셀(C)은 전면 봉지재층(2a)과 후면 봉지재층(2b)의 사이에 패킹, 고정되어 있다.
상기 봉지재층(2a)(2b)은 주로 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(EVA 수지) 등의 봉지재(Encapsulant)가 사용된다. 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(EVA 수지)는 태양전지 셀(C)의 패킹(고정)에 유리한 특성을 가져 봉지재로 유용하다. 상기 백시트(1)는 태양전지 모듈의 하측면, 즉 상기 후면 봉지재층(2b)의 하부 면에 부착되어 태양전지 셀(C)을 보호한다. 이때, 상기 백시트(1)는 상기 후면 봉지재층(2b)과 접착제를 통해 부착되거나 열 라미네이션(heat lamination)되어 부착된다.
태양전지 모듈은 장시간에 걸쳐 출력 저하가 없는 장수명화가 요구된다. 이러한 장수명화를 위해, 상기 백시트(1)는 셀(C)에 악영향을 주는 수분이나 산소를 차단할 수 있고, 자외선 등에 의한 열화를 방지할 수 있어야 한다. 이에 따라, 백시트(1)는 태양전지 모듈의 장수명화를 위해 높은 온도나 습도, 그리고 자외선 등에 잘 견딜 수 있는 재질이어야 한다. 또한, 백시트(1)는 제조 원가가 고려되어, 저렴한 가격으로 보급될 수 있어야 한다.
일반적으로, 백시트(1)는 기재(1a)와, 상기 기재(1a)의 양면에 형성된 표면층(1b)을 포함한다. 상기 기재(1a)로는 주로 내열성의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름이 사용된다. 그리고 상기 표면층(1b)으로 주로 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF ; Polyvinylidene fluoride) 등의 불소계 고분자 필름이 사용된다. 불소계 고분자는 내구성 등이 뛰어난 장점이 있다.　 예를 들어, 대한민국 등록특허 제10-1022820호 및 대한민국 공개특허 제10-2011-0020227호에는 이와 관련한 기술이 제시되어 있다.
또한, 건축물 등에 설치되는 태양전지 모듈은 주로 블랙(black) 색상을 갖는다. 이때, 블랙 색상은 백시트(1)에 의해 구현된다. 구체적으로, 백시트(1)를 구성하는 상기 표면층(1b)에 블랙 안료가 첨가되어 블랙 색상이 구현되며, 상기 블랙 안료로는 카본 블랙(Carbon Black)이 사용된다.
그러나 종래 기술에 따른 블랙 백시트(1)는 에너지 효율이 떨어지는 문제점이 있다. 구체적으로, 상기 카본 블랙은 블랙 색상을 구현함에 있어서는 유용하나, 이는 빛(특히, 자외선)을 흡수하여 열에너지로 전환(열 발생)시키는 문제점이 있다. 이때, 발생된 열은 모듈의 온도를 상승시켜 에너지 효율을 떨어뜨린다. 아울러, 카본 블랙(Carbon Black)은 광 반사율이 낮아, 이 또한 에너지 효율 저하에 영향을 미친다.
또한, 종래에 기술에 따른 태양전지 모듈의 제조공정은 생산성이 떨어지는 문제점이 있다. 구체적으로, 태양전지 모듈을 제조함에 있어서, 먼저 투명 강화 유리(3) 상에 전면 봉지재층(2a)을 형성하고, 상기 전면 봉지재층(2a) 상에 복수의 태양전지 셀(C)을 전기적으로 연결, 배열한 다음, 상기 태양전지 셀(C) 상에 후면 봉지재층(2b)을 적층하고, 이후 상기 후면 봉지재층(2b) 상에 블랙 백시트(1)를 접합하는 공정으로 진행되어, 전체적인 제조공정이 복잡하여 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-1022820호 대한민국 공개특허 제10-2011-0020227호
이에, 본 출원은 개선된 태양전지 블랙 백시트, 이를 포함하는 태양전지 모듈 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
구체적으로, 본 출원은, 예를 들어 에너지 효율을 향상시킬 수 있고, 생산성을 증대시킬 수 있는 태양전지 블랙 백시트, 이를 포함하는 태양전지 모듈 및 그 제조방법을 제공하는 데에 목적이 있다.
본 출원은,
기재;
상기 기재 상에 형성된 적외선 반사 블랙 안료층; 및
상기 적외선 반사 블랙 안료층 상에 형성된 봉지재층을 포함하는 태양전지 블랙 백시트를 제공한다.
예시적인 형태에 따라서, 본 출원에 따른 태양전지 블랙 백시트는, 상기 기재 상에 형성되되, 상기 적외선 반사 블랙 안료층이 형성된 면의 반대쪽에 형성된 표면층을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 출원은,
기재 상에 적외선 반사 블랙 안료층을 형성하는 단계; 및
상기 적외선 반사 블랙 안료층 상에 봉지재층을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지 블랙 백시트의 제조방법을 제공한다.
예시적인 형태에 따라서, 본 출원에 따른 태양전지 블랙 백시트의 제조방법은, 상기 기재의 적외선 반사 블랙 안료층이 형성된 면의 반대쪽에 표면층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
아울러, 본 출원은, 상기 본 출원의 블랙 백시트를 포함하는 태양전지 모듈을 제공한다.
예시적인 형태에 따라서, 본 출원에 따른 태양전지 모듈은, 전면 기판; 상기 전면 기판 상에 형성된 전면 봉지재층; 태양전지 셀; 및 블랙 백시트를 포함하고, 상기 태양전지 셀은 전면 봉지재층과, 상기 블랙 백시트에 형성된 봉지재층의 사이에 봉지된 구조를 갖는다.
이에 더하여, 본 출원은,
전면 기판 상에 전면 봉지재층을 형성하는 단계;
상기 전면 봉지재층 상에 태양전지 셀을 배열하는 단계; 및
상기 태양전지 셀 상에, 상기 본 출원의 블랙 백시트를 형성하는 단계를 포함하는 태양전지 모듈의 제조방법을 제공한다.
다른 형태에 따라서, 본 출원에 따른 태양전지 모듈의 제조방법은,
상기 본 출원의 블랙 백시트 상에 태양전지 셀을 배열하는 단계;
상기 태양전지 셀 상에 전면 봉지재층을 형성하는 단계; 및
상기 전면 봉지재층 상에 전면 기판을 형성하는 단계를 포함한다.
하는 태양전지 모듈의 제조방법에 대한 것이다.
본 출원에 따르면, 개선된 태양전지 블랙 백시트, 이를 포함하는 태양전지 모듈 및 그 제조방법을 제공한다.
구체적으로, 본 출원에 따르면, 적외선의 반사에 의해, 태양전지 모듈의 온도 상승이 방지되고, 이와 함께 적외선 영역의 광이 재사용되어 에너지 효율이 향상되는 효과를 갖는다. 또한, 제조공정이 간략화되어 태양전지 모듈의 생산성을 증대시키는 효과를 갖는다.
도 1은 종래 기술에 따른 태양전지 모듈의 단면 구성도를 보인 것이다.
도 2는 본 출원의 제1형태에 따른 태양전지 블랙 백시트의 단면 구성도이다.
도 3은 본 출원의 제2형태에 따른 태양전지 블랙 백시트의 단면 구성도이다.
도 4는 본 출원의 예시적인 형태에 따른 태양전지 모듈의 단면 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 출원의 실시 형태들을 설명한다. 본 출원을 설명함에 있어서, 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 출원의 이해를 돕도록 하기 위해 개략적으로 도시한 것으로서, 이에 의해 본 출원의 범위가 한정되는 것은 아니다. 아울러, 첨부된 도면에서, 본 출원을 보다 명확하게 설명하기 위해 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 그리고 첨부된 도면에서, 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께는 확대하여 나타내었고, 도면에 표시된 두께, 크기 및 비율 등에 의해 본 출원의 범위가 제한되는 것은 아니다.
도 2에는 본 출원의 제1형태에 따른 태양전지 블랙 백시트(이하, '블랙 백시트'로 약칭한다.)가 도시되어 있다.
본 출원에 따른 블랙 백시트(100)는, 블랙(black) 색상을 구현하면서 봉지재 일체형 구조를 갖는다. 즉, 본 출원에 따른 블랙 백시트(100)는, 백시트(100) 자체를 구성하는 구성 요소로서, 태양전지 셀(C, 도 4 참조)을 패킹, 고정하는 봉지재층(30)을 포함한다. 이때, 본 출원에서, 상기 봉지재층(30)은 종래의 후면 봉지재층(2b, 도 1참조)과 대응된다. 또한, 본 출원에 따른 블랙 백시트(100)는, 블랙 색상을 구현하면서, 입사된 빛(광) 중에서 적외선(IR)을 선택적으로 반사시키는 적외선 반사 블랙 안료를 포함한다. 따라서, 본 출원에 따르면, 열 발생의 원인이 되는 적외선(IR)이 반사되어 태양전지 모듈의 온도 상승이 방지되고, 이와 함께 적외선 영역의 광이 재사용된다. 이에 따라, 태양전지 모듈의 에너지 효율이 향상된다.
본 출원에 따른 블랙 백시트(100)는, 예를 들어 3층 또는 4층 이상의 적층 구조를 가질 수 있다. 도 2를 참조하면, 본 출원에 따른 블랙 백시트(100)는 기재(10)와, 상기 기재(10) 상에 적외선 반사 블랙 안료층(20), 및 상기 적외선 반사 블랙 안료층(20) 상에 형성된 봉지재층(30)을 포함한다. 본 출원에서, "~ 상에 형성"이라는 의미는, 어느 하나의 층에 다른 하나의 층이 직접 접하여 형성되는 것은 물론, 2개의 층 사이에 다른 층이 개재되는 형태를 포함한다.
또한, 본 출원에 따른 블랙 백시트(100)를 구성하는 상기 각 층들(10)(20)(30)은 코팅층 및 필름층을 포함한다. 그리고 본 출원에서, 용어 '필름'은 통상의 '시트(sheet)'의 의미를 포함한다. 일례를 들어, 상기 봉지재층(30)은 적어도 봉지재(encapsulant)를 포함하는 봉지재 조성물로 구성되는데, 이때 상기 봉지재층(30)은 봉지재 조성물이 코팅되어 형성된 코팅층이거나, 상기 봉지재 조성물로부터 성형된 필름(또는 시트)이 접합되어 형성될 수 있다. 기재(10) 및 적외선 반사 블랙 안료층(20)의 경우에도 위와 같다.
본 출원의 예시적인 하나의 형태에 따라서, 상기 기재(10)의 경우에는 필름층으로 구성되고, 상기 적외선 반사 블랙 안료층(20)의 경우에는 안료 조성물이 코팅되어 형성된 코팅층으로 구성되거나, 상기 안료 조성물로부터 성형된 필름(또는 시트)이 접합되어 형성된 필름층으로 구성될 수 있다. 그리고 상기 봉지재층(30)의 경우에도 봉지재 조성물이 코팅되어 형성된 코팅층으로 구성되거나, 봉지재 필름(또는 시트)이 접합되어 형성된 필름층으로 구성될 수 있다.
본 출원에서, 사용되어 용어 '접합'은 층간 결합력을 갖게 하는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 본 출원에서, '접합'은, 예를 들어 물리적인 가공에 의한 결합(예를 들어, 미세한 홈-돌기 구조에 의한 끼움 결합이나 가압에 의한 압착 등); 열 라미네이션(가열 압착에 의한 융착); 및 접착제에 의한 접착 등을 포함한다.
상기 접합은, 본 출원의 예시적인 구현예에 따라서, 열 라미네이션이나 접착제에 의한 접착으로부터 선택될 수 있다. 이때, 상기 접착제는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어 올레핀계, 아크릴계, 실리콘계, 우레탄계, 에폭시계 및/또는 이들이 복합된 수지 접착제 등으로부터 선택될 수 있다. 여기에서, 상기 복합은 상기 나열된 수지계들로부터 선택된 2종 이상의 블렌딩(blending), 및/또는 상기 나열된 수지계들로부터 선택된 2종 이상이 공중합된 공중합체(co-polymer)를 포함한다.
도 3에는 본 출원의 제2형태에 따른 블랙 백시트(100)가 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 본 출원에 따른 블랙 백시트(100)는, 상기 기재(10) 상에 형성된 표면층(40)을 더 포함할 수 있다. 본 출원에서, 상기 표면층(40)은 선택적인 구성 요소로서, 이는 기재(10)의 표면에 형성되어, 예를 들어 기재(10)를 보호하거나, 백시트(100)에 내구성, 내후성, 및/또는 수분 차단성 등을 부여하는 다양한 기능을 가지는 기능성 층으로부터 선택될 수 있다. 상기 표면층(40)은 기재(10)의 적외선 반사 블랙 안료층(20)이 형성된 면의 반대쪽 면에 형성된다.
이하, 본 출원에 따른 블랙 백시트(100)를 구성하는 각 구성요소의 예시적인 형태를 설명하면 다음과 같다.
상기 기재(10)는 지지력을 갖는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 기재(10)는 당분야에서 공지된 다양한 소재를 사용할 수 있으며, 이는 또한 요구되는 기능 및 용도 등에 따라 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 상기 기재(10)는, 하나의 예시에서 각종 금속 필름 및/또는 고분자 필름 등으로부터 선택될 수 있다. 또한, 기재(10)는 예를 들어 금속 필름 및 고분자 필름 중에서 선택된 1장의 단층일 수 있으며, 금속 필름 및 고분자 필름 중에서 선택된 2장 이상의 다층일 수 있다. 상기 금속 필름으로는 용도에 따라 1종 이상의 금속 성분으로 구성된 것, 구체적인 예를 들어 알루미늄(Al) 또는 알루미늄(Al)의 합금을 들 수 있다. 그리고 상기 고분자 필름으로는 폴리에스테르계 필름, 폴리올레핀계 필름, 아크릴계 필름, 폴리아미드계 필름 및 폴리우레탄계 필름 등의 단일 시트, 적층 시트 또는 공압출물을 들 수 있다.
상기 기재(10)는, 예시적인 형태에 따라서, 고분자 필름으로부터 선택되고, 상기 고분자 필름은 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. 상기 기재(10)는, 다른 예시적인 형태에 따라서, 폴리올레핀계 필름으로부터 선택될 수 있다. 이때, 폴리올레핀계 필름은, 일례로 폴리프로필렌(PP) 필름을 들 수 있다. 기재(10)는, 구체적인 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름이나 폴리프로필렌(PP) 필름 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 기재(10)는 후술하는 적외선 반사 블랙 안료층(20) 및/또는 표면층(40)과의 접착력 향상을 위한 접착 강화 처리가 수행될 수 있다. 예를 들어, 기재(10)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 안료층(20) 및/또는 표면층(40)과의 결합력이 개선될 수 있다.
아울러, 상기 기재(10)는 수분 차단 특성 등의 추가적인 특성을 고려하여, 상기 기재(10)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(10)의 일면 또는 양면에 무기물 증착층을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 증착법 등에 의할 수 있다. 이와 같이 기재(10)의 일면 또는 양면에 무기물 증착층을 형성하는 경우에는, 기재(10)의 표면에 무기물 증착층을 형성한 후, 상기 증착층 상에 전술한 표면 처리를 행할 수도 있다. 즉, 본 출원의 일 구현예에서는 기재(10) 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 적외선 반사 블랙 안료층(20)은 1종 이상의 적외선 반사 블랙 안료를 포함한다. 본 출원에서, 적외선 반사 블랙 안료층(20)은 적외선 반사 블랙 안료를 포함하는 것이면 제한되지 않으며, 이는 코팅층 또는 필름층으로부터 선택될 수 있다. 예시적인 형태에 따라서, 상기 적외선 반사 블랙 안료층(20)은 베이스 수지와 적외선 반사 블랙 안료를 포함하는 안료 조성물로부터 형성될 수 있다. 구체적으로, 적외선 반사 블랙 안료층(20)은 상기 안료 조성물이 기재(10) 상에 코팅, 경화되어 형성되거나, 상기 안료 조성물로부터 성형된 필름이 기재(10) 상에 접합되어 형성될 수 있다.
상기 베이스 수지는, 적외선 반사 블랙 안료를 결합시킬 수 있는 접착성을 가지는 것이면 제한되지 않는다. 또한, 상기 베이스 수지는 기재(10) 및/또는 봉지재층(30)과 우수한 접착성을 가지면서, 내후성, 내구성 및/또는 절연성 등을 가지는 것이면 좋다. 상기 베이스 수지는, 예를 들어 상기 기재(10)를 설명하면서 예시한 바와 같은 폴리에스테르계 및 폴리올레핀계 등으로부터 선택될 수 있으며, 이들 이외에 불소계, 아크릴계, 우레탄계, 및 에폭시계 수지 등으로부터 선택될 수 있다.
본 출원의 하나의 예시적인 형태에 따라서, 상기 베이스 수지는 폴리올레핀계나 불소계 수지로부터 선택될 수 있다. 이때, 폴리올레핀계는 올레핀계의 단독 중합체, 공중합체 및 이들의 혼합물을 포함한다. 상기 폴리올레핀계는, 구체적인 예를 들어 에틸렌, 프로필렌 및 부틸렌 등의 단독 중합체(폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등); 에틸렌/프로필렌 공중합체, 에틸렌/부틸렌 공중합체, 에틸렌/프로필렌/부틸렌 공중합체 등의 공중합체; 및 이들의 혼합으로부터 선택될 수 있다.
본 출원에서, 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, 블랙 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, 블랙 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 안료층(20)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 출원의 구현예들에서는 불소계 수지의 중량평균분자량을 상기 범위로 제어함으로써, 우수한 용해도 및 기타 물성을 확보할 수 있다.
한편, 본 출원에서, 상기 적외선 반사 블랙 안료는 적외선(IR)을 반사시키면서 블랙 색상을 구현할 수 있는 것이면 제한되지 않는다. 구체적으로, 상기 적외선 반사 블랙 안료는 약 650nm 이상 파장대, 구체적인 예를 들어 약 650nm ~ 1200nm 파장의 적외선(IR)을 반사시키면서, 백시트(100)에 블랙 색상을 구현시킬 수 있는 것이라면 제한되지 않는다. 또한, 본 출원에서, 상기 적외선 반사 블랙 안료는 1종 또는 2종 이상 안료의 혼합일 수 있다. 이때, 상기 적외선 반사 블랙 안료는 1종의 안료 자체에서 블랙 색상을 구현하거나, 2종 이상 안료의 조합에 의해 블랙 색상을 구현할 수 있다. 아울러, 본 출원에서, '블랙'은 완전한 블랙만을 의미하는 것은 아니다.
상기 적외선 반사 블랙 안료는, 예를 들어 무기물, 유기물 및 무기-유기 복합물 등으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 상기 적외선 반사 블랙 안료는, 본 출원의 예시적인 형태에 따라서, 크롬(Cr)과 철(Fe) 원소를 함유하는 무기 안료, 구체적인 예를 들어 크롬(Cr)과 철(Fe) 원소를 함유하는 금속 옥사이드(Metal oxide) 등의 무기 안료로부터 선택될 수 있다. 이와 같은 Cr-Fe 함유 금속 옥사이드 무기 안료는, 적외선(IR)을 효과적으로 반사시키면서, 그 자체로서 블랙 색상을 가져 본 출원에 유용하게 사용될 수 있다. 그리고 광에 대해 안정적이다. 이때, 상기 무기 안료는, 상기 원소들을 함유하는 결정성의 무기물이거나 비결정성의 무기물일 수 있다. 또한, 상기 무기 안료는, 2종 이상의 무기물이 혼합되어 구성되되, 상기 2종 이상의 각 무기물은 상기 원소들 중에서 적어도 하나 이상의 원소를 함유하는 것으로부터 선택될 수 있다. 또한, 상기 적외선 반사 블랙 안료는 판매 제품을 구입하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 독일 바스프社 제품 Sicopalⓡ 등의 상품을 사용할 수 있으며, 일례를 들어 Sicopalⓡ Black K0095 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 출원의 예시적인 형태에 따라서, 상기 적외선 반사 블랙 안료층(20)은 베이스 수지 100중량부에 대하여 적외선 반사 블랙 안료 0.1 ~ 30중량부를 포함할 수 있다. 이때, 적외선 반사 블랙 안료의 함량이 0.1중량부 미만인 경우, 이의 함유에 따른 적외선(IR) 반사도와 블랙 색상의 구현도가 미미할 수 있다. 그리고 30중량부를 초과하는 경우, 상대적으로 베이스 수지(폴리올레핀계 및 불소계 수지 등)의 함량이 낮아져 접착력이나 내구성 등이 저하될 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 상기 적외선 반사 블랙 안료층(20)은 베이스 수지 100중량부에 대하여, 예를 들어 0.5 ~ 20중량부, 또는 1 ~ 10중량부의 적외선 반사 블랙 안료를 포함할 수 있다.
상기 봉지재층(30)은 특별히 제한되지 않는다. 봉지재층(30)은 본 출원에 따른 블랙 백시트(100)의 구성요소로 포함되어, 이는 태양전지 셀(C, 도 4)을 안정적으로 봉지할 수 있으면 좋다. 이러한 봉지재층(30)은 상기 적외선 반사 블랙 안료층(20) 상에 형성되며, 이는 접착성과 절연성 등이 양호한 봉지재를 포함하는 것이면 좋다.
상기 봉지재층(30)을 구성하는 봉지재는, 예를 들어 통상적으로 사용되고 있는 EVA 수지, 즉 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 봉지재는, 상기 EVA 수지 이외에 다른 수지가 사용될 수 있다.
본 출원의 예시적인 형태에 따라서, 상기 봉지재는 폴리올레핀계로부터 선택될 수 있다. 이하, 상기 폴리올레핀계에 대해 설명한다. 이하에서 설명되는 폴리올레핀계는 봉지재에 국한되지 않고, 본 명세서에 기재된 폴리올레핀계 전체 대한 설명일 수 있다. 즉, 상기 기재(10), 적외선 반사 블랙 안료층(20), 및 후술하는 표면층(40)을 구성하는 베이스 수지가 폴리올레핀계로부터 선택되는 경우, 이는 이하에서 설명되는 폴리올레핀계를 포함한다.
본 출원에서, 폴리올레핀계는 올레핀으로 분류될 수 있는 수지라면 특별히 제한되지 않는다. 상기 폴리올레핀계는 변성 폴리올레핀계 및 비변성 폴리올레핀계를 포함한다. 상기 폴리올레핀계는, 예를 들어 에틸렌, 프로필렌, 이소부틸렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-헵텐, 1-옥텐, 1-노넨, 1-데센, 4-페닐-1-부텐, 6-페닐-1-헥센, 2-메틸-1-부텐, 3-메틸-1-부텐, 4-메틸-1-부텐, 3-메틸-1-펜텐, 4-메틸-1-헥센, 5-메틸-1-헥센, 3,3-디메틸-1-펜텐, 3,4-디메틸-1-펜텐, 4,4-디메틸-1-펜텐 및 비닐시클로헥산 등의 α(알파)-올레핀류; 1,3-부타디엔, 1,4-부타디엔 및 1,5-헥사디엔 등의 디엔류; 시클로펜텐, 시클로헥센, 노르보넨, 5-메틸노르보넨, 5-에틸노르보넨, 5-프로필노르보넨, 5,6-디메틸노르보넨 및 5-벤질노르보넨 등의 고리형 올렌핀류 등으로부터 선택된 1종 이상의 올레핀계 단량체의 단독 중합체 및/또는 공중합체일 수 있다.
또한, 상기 폴리올레핀계는 동일한 종류의 단량체(들)로부터 제조되었더라도 배열의 형태가 상이한 중합체를 포함한다. 상기 폴리올레핀계는, 예를 들어 랜덤 형태, 교차 형태, 블록 형태 또는 상이한 세그먼트 등으로 조절되어 중합된 중합체를 포함한다. 아울러, 상기 폴리올레핀계는, 예를 들어 변성을 통한 엘라스토머(elastomer)형을 포함한다. 이때, 엘라스토머형은 봉지재로 유용하게 적용될 수 있다.
상기 폴리올레핀계는, 구체적인 예를 들어 폴리프로필렌(PP)계, 및 에틸렌/α-올레핀계 공중합체 등으로부터 선택될 수 있다. 이때, 상기 폴리프로필렌(PP)계는 프로필렌 단독 중합체(폴리프로필렌) 및 프로필렌 공중합체를 포함한다. 그리고 프로필렌 공중합체는 프로필렌/에틸렌 공중합체, 프로필렌/부틸렌 공중합체 등의 2원 공중합체; 및 프로필렌/에틸렌/부틸렌 등의 터폴리머(3원 공중합체) 등으로부터 선택될 수 있다.
또한, 본 출원에서, 상기 에틸렌/α-올레핀계 공중합체는, 주성분으로 에틸렌과 α-올레핀이 중합된 공중합체를 포함하는 폴리올레핀을 의미한다. 상기 에틸렌/α-올레핀계 공중합체는, 에틸렌의 단독 중합체(폴리에틸렌)는 물론, 적어도 50 mol% 이상의 에틸렌을 중합 단위로 포함하면서 3개 이상의 탄소 원자를 가지는 올레핀 단량체 또는 그 외의 다른 공단량체를 중합 단위로 함께 포함하고 있는 공중합체(copolymer)를 의미할 수 있다. 상기 에틸렌/α-올레핀계 공중합체는, 구체적인 예를 들어 50 ~ 95 mol%의 에틸렌을 중합 단위로 포함할 수 있다. 이러한 에틸렌/α-올레핀계를 구성하는 α-올레핀계는 상기 예시한 바와 같다.
아울러, 상기 에틸렌/α-올레핀계 공중합체는, 예를 들어 저밀도 에틸렌/α-올레핀계 공중합체, 중밀도 에틸렌/α-올레핀계 공중합체, 고밀도 에틸렌/α-올레핀계 공중합체, 초저밀도 에틸렌/α-올레핀계 공중합체, 극초저밀도 에틸렌/α-올레핀계 공중합체 및 직쇄상 저밀도 에틸렌/α-올레핀계 공중합체 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상일 수 있다.
또한, 상기 에틸렌/α-올레핀계 공중합체는 약 0.82g/㎤ 내지 0.96g/㎤, 또는 약 0.85g/㎤ 내지 0.92g/㎤의 밀도를 가지는 것으로부터 선택될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 아울러, 상기 에틸렌/α-올레핀 공중합체는, MFR(용융 유동 속도, Melt Flow Rate)이 190℃의 온도 및 2.16kg의 하중 하에서, 약 1.0 g/10분 내지 약 50.0 g/10분, 약 1.0 g/10분 내지 30.0 g/10분, 약 1.0 g/10분 내지 약 10.0 g/10분, 약 1.0 g/10분 내지 8.0 g/10분, 또는 약 3.0 g/10분 내지 7.0 g/10분인 것을 사용할 수 있다. 이러한 범위의 MFR을 가지는 경우, 에틸렌/α-올레핀 공중합체는 우수한 성형성 등을 나타낼 수 있다.
본 출원에서, 밀도와 MFR(용융 유동 속도)를 설명함에 있어, 에틸렌/α-올레핀계 공중합체를 예로 하여 설명하였으나, 상기 예시한 밀도와 MFR의 범위는 에틸렌/α-올레핀계 공중합체로만으로 한정되는 것은 아니다. 그리고 MFR의 경우, 190℃에서 2.16kg의 하중을 기준으로 하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
앞서 언급한 바와 같이, 본 출원에서 기재(10), 적외선 반사 블랙 안료층(20), 봉지재층(30) 및 표면층(40)을 구성하는 베이스 수지는 위와 같은 폴리올레핀계를 사용할 수 있으며, 각 층(10)(20)(30)(40)에 따라 상기 예시한 바와 같은 폴리올레핀계 중에서 적절히 선택될 수 있다.
본 출원의 예시적인 형태에 따라서, 상기 기재(10)의 경우, 폴리올레핀계 중에서 폴리프로필렌(PP)계로부터 선택될 수 있다. 즉, 상기 기재(10)는 PET 필름을 사용할 수 있지만, 예를 들어 폴리프로필렌(PP) 및 프로필렌 공중합체 등으로부터 선택될 수 있으며, 보다 구체적인 예를 들어 폴리프로필렌(PP)을 사용할 수 있다. 이러한 폴리프로필렌(PP)계는 가격이 저렴하여 경제성에서 유리함은 물론 인장강도, 표면경도 및 내충격 강도 등의 기계적 물성과, 수분이나 가스 차단 등의 배리어(barrier)성, 그리고 내약품성 등의 내화학성이 뛰어나 기재(10)로서 유용할 수 있다.
또한, 적외선 반사 블랙 안료층(20), 봉지재층(30) 및 표면층(40)은, 폴리올레핀계 중에서, 예를 들어 폴리에틸렌(PE)계 및 에틸렌/α-올레핀계 공중합체 등으로부터 선택될 수 있으며, 이들은 접착력 및 성형성 등에서 유리하여 상기 층들(20)(30)(40)로 유용할 수 있다. 아울러, 상기 봉지재층(30)의 경우에는, 엘라스토머(elastomer)형 폴리올레핀계로부터 선택될 수 있다.
본 출원의 예시적인 형태에 따라서, 상기 봉지재층(30)은 실란 화합물을 더 포함하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 봉지재층(30)은 폴리올레핀계과 실란 화합물을 포함하는 것이 좋다. 이 경우, 봉지재층(30)의 접착력 및 봉지성 등이 현저히 개선된다. 구체적으로, 봉지재층(30)이 봉지재로서 폴리올레핀계를 주성분으로 하되, 실란 화합물을 더 포함하는 경우, 접착력이 매우 우수해지면서 태양전지 셀(C, 도 4 참조)을 효과적이고 안정적으로 패킹, 고정함으로 인해 봉지재로서 우수한 특성을 갖는다.
이때, 상기 실란 화합물은, 봉지재층(30)을 구성하는 폴리올레핀계 조성물에 첨가 혼합되는 형태로 포함되거나, 폴리올레핀계에 중합된 형태로 포함될 수 있다. 여기서, 중합은 그래프트(graft) 중합을 예로 들 수 있다. 예시적인 형태에 따라서, 상기 봉지재층(30)은 폴리올레핀계를 포함하되, 실란 화합물이 중합된 형태의 폴리올레핀계로서, 실란 변성 폴리올레핀계 엘라스토머를 포함할 수 있다.
또한, 상기 봉지재층(30)은 특별히 한정하는 것은 아니지만, 폴리올레핀계 수지 100중량부에 대하여 0.001 ~ 10중량부의 실란 화합물을 포함할 수 있다. 이때, 실란 화합물의 함량이 0.001중량부 미만인 경우, 이의 사용에 따른 접착력 및 봉지성 등의 개선 효과가 미미할 수 있다. 그리고 실란 화합물의 함량이 10중량부를 초과하는 경우, 과잉 사용에 따른 상승효과가 그다지 않고, 점성이 높아져 성형성이 다소 떨어질 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 실란 화합물은 폴리올레핀계 100중량부에 대하여, 예를 들어 0.005 ~ 5중량부로 포함될 수 있다.
본 출원에서, 상기 실란 화합물은 분자 내에 하나 이상의 실란기를 가지는 화합물이면 제한되지 않는다. 실란 화합물은, 본 출원의 예시적인 형태에 따라서 불포화 실란 화합물 및 아미노 실란 화합물 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
이때, 상기 불포화 실란 화합물은 분자 내에 하나 이상의 불포화기를 가지는 것이면 좋다. 상기 불포화 실란 화합물은, 예를 들어 분자 내에 하나 이상의 비닐기를 가지는 비닐알콕시 실란으로부터 선택될 수 있다. 상기 불포화 실란 화합물은, 구체적은 예를 들어 비닐트리메톡시 실란, 비닐트리에톡시 실란, 비닐트리프로폭시 실란, 비닐트리이소프로폭시 실란, 비닐트리부톡시 실란, 비닐트리펜톡시 실란, 비닐트리페녹시 실란 및 비닐트리아세톡시 실란 등으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
또한, 상기 불포화 실란 화합물은 폴리올레핀계 수지 100중량부에 대하여, 예를 들어 0.005 ~ 10중량부, 또는 0.01 ~ 8.0 중량부로 포함될 수 있다. 이러한 범위에서, 상기 봉지재층(30)의 접착성을 우수하게 개선시킬 수 있다.
상기 아미노 실란 화합물은 분자 내에 하나 이상의 아민기를 가지는 것이면 제한되지 않는다. 이때, 상기 아민기는 1차 아민 및 2차 아민으로부터 선택될 수 있다. 상기 아미노 실란 화합물은, 본 출원의 구체적인 형태에 따라서, 아미노알콕시 실란으로부터 선택될 수 있다. 상기 아미노 실란 화합물은, 구체적인 예를 들어 아미노프로필트리메톡시실란, 아미노프로필트리에톡시실란, 비스[(3-트리에톡시실릴)프로필]아민, 비스[(3-트리메톡시실릴)프로필]아민, 아미노프로필메틸디에톡시실란, 아미노프로필메틸디메톡시실란, N-[3-(트리메톡시실릴)프로필]에틸렌디아민, 아미노에틸아미노프로필트리에톡시실란, 아미노에틸아미노프로필메틸디메톡시실란, 아미노에틸아미노프로필메틸디에톡시실란, 아미노에틸아미노메틸트리에톡시실란, 아미노에틸아미노메틸메틸디에톡시실란, 디에틸렌트리아미노프로필트리메톡시실란, 디에틸렌트리아미노프로필트리에톡시실란, 디에틸렌트리아미노프로필메틸디메톡시실란, 디에틸렌아미노메틸메틸디에톡시실란, (N-페닐아미노)메틸트리메톡시실란, (N-페닐아미노)메틸트리에톡시실란, (N-페닐아미노)메틸메틸디메톡시실란, (N-페닐아미노)메틸메틸디에톡시실란, 3-(N-페닐아미노)프로필트리메톡시실란, 3-(N-페닐아미노)프로필트리에톡시실란, 3-(N-페닐아미노)프로필메틸디메톡시실란, 3-(N-페닐아미노)프로필메틸디에톡시실란, N-(N-부틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, 글리시독시프로필 트리메톡시실란 및 글리시독시프로필 트리에톡시실란 등으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 그리고 이러한 아미노 실란 화합물은 단독 또는 2종 이상 사용될 수 있다.
또한, 상기 아미노 실란 화합물은 폴리올레핀계 수지 100중량부에 대하여, 예를 들어 0.001 ~ 5중량부, 또는 0.005 ~ 0.5중량부로 포함될 수 있다. 이러한 범위에서, 상기 봉지재층(30)의 접착력 및 봉지성 등을 현저하게 개선시켜 주며, 이와 함께 수지 조성물의 물성을 안정적으로 유지시켜 주고, 열안정제나 광안정제 등의 첨가제의 활성도를 개선시킬 수 있다. 이때, 아미노 실란 화합물의 함량이 작은 경우, 이의 사용에 따른 접착력 및 봉지성 등을 개선 효과가 미미할 수 있다. 그리고 아미노 실란 화합물의 함량이 과량일 경우, 변색이 일어나거나 다량의 겔이 형성되어 봉지재층(30)의 외형에 악영향을 줄 수 있다.
상기 봉지재층(30)은 실란 화합물로서, 위와 같은 불포화 실란 화합물 및 아미노 실란 화합물 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것이 좋으며, 하나의 예시적인 형태에 따라서, 상기 봉지재층(30)은 실란 화합물로서 적어도 아미노 실란 화합물은 포함하는 것이 좋다.
다른 예시적인 형태에 따라서, 상기 봉지재층(30)은 실란 화합물로서 불포화 실란 화합물과 아미노 실란 화합물 둘 모두를 포함하는 것이 좋다. 이와 같이 두 물질이 모두 포함되는 경우, 둘 중 한 가지 물질만 포함된 경우에 비하여 우수한 접착력을 갖는다. 이때 불포화 실란 화합물과 아미노 실란 화합물은 예를 들어 100 : 0.5 ~ 30의 중량비로 포함될 수 있다. 즉, 상기 봉지재층(30)은 실란 화합물로서 불포화 실란 화합물과 아미노 실란 화합물 둘 모두를 포함하되, 불포화 실란 화합물 : 아미노 실란 화합물 = 100 : 0.5 ~ 30의 중량비로 포함할 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 상기 실란 화합물은 폴리올레핀계 수지에 중합된 형태로 포함될 수 있다. 즉, 상기 봉지재층(30)은 폴리올레핀계 수지로서 실란 변성 폴리올레핀계 수지를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 봉지재층(30)은 폴리올레핀계 수지, 실란 화합물 및 라디칼 개시제를 포함하는 수지 조성물로부터 형성될 수 있다. 이때, 실란 화합물은 라디칼 개시제에 의해 폴리올레핀계 수지에 그래프트(graft)될 수 있다.
상기 실란 변성 폴리올레핀계 수지를 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 이는, 예를 들어 폴리올레핀계 수지와 실란 화합물을 포함하는 수지 조성물을 반응기에 첨가한 후, 라디칼 개시제의 존재 하에서, 예를 들어 가열 용융을 통해 그래프팅 압출 반응함으로써 제조할 수 있다. 이때, 상기 실란 화합물은 전술한 바와 같이 불포화 실란 화합물 및 아미노 실란 화합물 중에서 선택된 하나 이상이며, 그 사용량은 상기 예시한 바와 같다.
상기 라디칼 개시제는, 실란 화합물이 폴리올레핀계 수지에 그래프트되는 반응을 개시하는 역할을 할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 그리고 이러한 라디칼 개시제는, 폴리올레핀계 수지 100중량부에 대하여, 예를 들어 0.001 ~ 5중량부로 사용될 수 있다.
상기 라디칼 개시제는, 예를 들어 비닐기의 라디칼 중합을 개시할 수 있는 것으로부터 선택될 수 있으며, 구체적인 예를 들어 유기 과산화물, 하이드로과산화물 및 아조 화합물 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 들 수 있다. 상기 라디칼 개시제는, 보다 구체적으로 t-부필큐밀퍼옥사이드, 디-t-부틸 퍼옥사이드, 디-큐밀 퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)-3-헥신 등의 디알킬 퍼옥사이드류; 큐멘 하이드로퍼옥사이드, 디이소프로필 벤젠 하이드로퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(하이드로퍼옥시)헥산, t-부틸하이드로퍼옥사이드 등의 하이드로퍼옥사이드류; 비스-3,5,5-트리메틸헥사노일 퍼옥사이드, 옥타노일퍼옥사이드, 벤조일 퍼옥사이드, o-메틸벤조일퍼옥사이드, 2,4-디클로로벤조일 퍼옥사이드 등의 디아실퍼옥사이드류; t-부틸퍼옥시 아이소 부틸레이트, t-부틸퍼옥시 아세테이트, t-부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, t-부틸퍼옥시 피바레이트, t-부틸퍼옥시 옥토에이트, t-부틸퍼옥시아이소프로필 카보네이트, t-부틸퍼옥시벤조에이트, 디-t-부틸퍼옥시프탈레이트, 2,5-디메틸-2,5-디(벤조일퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(벤조일퍼옥시)-3-헥신 등의 퍼옥시 에스터류; 및 메틸에틸케톤 퍼옥사이드, 사이클로헥사논 퍼옥사이드 등의 케톤 퍼옥사이드류; 라우릴 퍼옥사이드; 및 아조비스이소부티로니트릴 및 아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴) 등의 아조 화합물 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 실란 변성 폴리올레핀계 수지를 제조함에 있어서, 상기 폴리올레핀계 수지로는 상기 예시한 것들 중에서 예를 들어 에틸렌/α-올레핀계 공중합체로부터 선택될 수 있다. 이때, 측쇄가 많은 에틸렌/α-올레핀계 공중합체의 경우에는 대부분 밀도가 낮고, 측쇄가 적은 에틸렌/α-올레핀계 공중합체의 경우에는 대부분 밀도가 높다. 또한, 측쇄가 많을수록 그래프팅의 효율이 높아진다. 이에 따라, 본 출원의 예시적인 형태에 따라서는 실란 화합물이 그래프팅되는 폴리올레핀계 수지로서 측쇄가 많은 저밀도의 에틸렌/α-올레핀계 공중합체를 사용할 수 있다. 이를 통해 그래프팅의 효율을 높여 봉지재층(30)의 접착력을 보다 향상시킬 수 있다.
상기 실란 변성 폴리올레핀계 수지, 즉 폴리올레핀계 수지와 실란 화합물의 그래프트 공중합체는, 올레핀계 단량체의 중합단위를 포함하는 주쇄(main chain); 및 상기 주쇄에 결합된 분지(branched chain)를 포함하되, 상기 분지는 전술한 바와 같은 실란 화합물을 포함할 수 있다. 이때, 상기 실란 변성 폴리올레핀계 수지를 구성하는 주쇄는, 예를 들어 에틸렌/α-올레핀계 공중합체로부터 선택될 수 있다. 그리고 상기 에틸렌/α-올레핀계 공중합체는, 앞서 설명한 바와 같이 에틸렌과 α-올레핀계의 공중합체로서, 이를 구성하는 α-올레핀은 예를 들어 에틸렌, 프로필렌, 이소부틸렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-헵텐, 1-옥텐, 1-노넨, 1-데센, 4-페닐-1-부텐, 6-페닐-1-헥센, 2-메틸-1-부텐, 3-메틸-1-부텐, 4-메틸-1-부텐, 3-메틸-1-펜텐, 4-메틸-1-헥센, 5-메틸-1-헥센, 3,3-디메틸-1-펜텐, 3,4-디메틸-1-펜텐, 4,4-디메틸-1-펜텐 및 비닐시클로헥산 등으로 선택된 하나 이상이다. 그리고 이러한 에틸렌/α-올레핀계 공중합체는, 상기 예시한 바와 같은 밀도 및/또는 MFR를 가질 수 있다.
본 출원의 예시적인 형태에 따라서, 상기 봉지재층(30)을 형성하기 위한 수지 조성물, 즉 봉지재 조성물은 상기 실란 변성 폴리올레핀계 수지 이외에, 다른 수지 성분을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 다른 수지 성분은 비변성 폴리올레핀계 수지를 예로 들 수 있다. 구체적으로, 상기 봉지재 조성물은 베이스 수지로서, 실란 변성 폴리올레핀계 수지와 비변성 폴리올레핀계 수지의 혼합을 사용할 수 있다. 상기 비변성 폴리올레핀계 수지의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않으며, 이는 예를 들어 비변성 에틸렌/α-올레핀계 공중합체로부터 선택될 수 있다. 상기 비변성 폴리올레핀계 수지는, 구체적인 예를 들어, 상기 실란 변성 폴리올레핀계 수지의 제조 시에 사용한 에틸렌/α-올레핀계 공중합체와 동일한 범주에 속하는 에틸렌/α-올레핀계 공중합체를 사용할 수 있다.
이때, 상기 실란 변성 폴리올레핀계 수지와 비변성 폴리올레핀계 수지는 적절한 함량으로 배합하여 사용될 수 있다. 비변성 폴리올레핀계 수지가 너무 많으면 실란 변성 폴리올레핀계 수지에 의해 발현되는 접착력 및 봉지성 등이 다소 미미해질 수 있다. 그리고 비변성 폴리올레핀계 수지가 너무 적으면, 상대적으로 실란 변성 폴리올레핀계 수지가 너무 많아, 예를 들어 초기 접착성 증가(또는 높은 점성)로 성형성이 떨어질 수 있다. 이를 고려하여, 상기 비변성 폴리올레핀계 수지는 실란 변성 폴리올레핀계 수지 100중량부에 대하여, 예를 들어 0.01 중량부 내지 3000 중량부, 0.1 중량부 내지 2000 중량부, 또는 10 중량부 내지 1000 중량부의 범위 내에서 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 표면층(40)은 선택적인 구성 요소로서, 이는 전술한 바와 같이 다양한 기능을 가질 수 있다. 표면층(40)은, 예를 들어 기재(10)의 보호, 내구성, 내후성, 및/또는 수분 차단성 등을 부여할 수 있는 기능성 층으로부터 선택될 수 있다.
본 출원의 예시적인 형태에 따라서, 상기 표면층(40)은 수지 조성물로부터 형성될 수 있다. 상기 표면층(40)을 구성하는 수지 조성물은 베이스 수지로서, 폴리올레핀계 및 불소계 수지 등으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 이러한 폴리올레핀계 및 불소계 수지의 종류는 전술한 바와 같다. 표면층(40)은, 하나의 예시에서 불소계 수지를 포함할 수 있다.
또한, 상기 표면층(40)은 안료를 포함할 수 있다. 이때, 상기 안료는 특별히 제한되지 않으며, 이는 색상 안료 및 광 반사 안료 등으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 상기 안료는, 예를 들어 백색(white)이나 블랙 색상을 구현할 수 있는 색상 안료; 및 적외선(IR)을 반사시킬 수 있는 광 반사 안료 등으로부터 선택될 수 있다. 색상 안료는, 일례를 들어 산화티탄(TiO2) 등의 백색 안료로부터 선택될 수 있다. 아울러, 상기 표면층(40)은 안료로서, 상기한 바와 같은 적외선 반사 블랙 안료를 포함할 수 있다.
상기 표면층(40)은, 하나의 예시적인 형태에 따라서 불소계 수지 및 백색 안료를 포함하는 수지 조성물로부터 형성될 수 있다. 이때, 백색 안료는, 불소계 수지 100중량부에 대하여, 예를 들어 5 ~ 80중량부로 포함될 수 있다. 또한, 표면층(40)은 기재(10)의 표면, 즉 상기 적외선 반사 블랙 안료층(20)이 형성된 면의 반대면에 상기 수지 조성물이 코팅되어 형성되거나, 상기 수지 조성물로부터 성형된 필름(또는 시트)이 접합되어 형성될 수 있다.
한편, 상기 기재(10), 적외선 반사 블랙 안료층(20), 봉지재층(30), 및 표면층(40)은 각각 필요에 따라 첨가제 등을 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 특별히 제한되지 않는다. 첨가제는, 예를 들어 광안정제, 열안정제, UV(자외선) 흡수제, 무기 필러, 및 산화 방지제 등으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 상기 첨가제의 함량은 사용 목적 및 그 종류 등에 따라 적절히 조절될 수 있다. 상기 첨가제들은 각 층(10)(20)(30)(40)의 베이스 수지 100중량부에 대하여, 예를 들어 0.001 ~ 10중량부 범위 내에서 각각 적절히 조절될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 광안정제는, 예를 들어 광산화를 방지할 수 있는 것으로서, 아민계 화합물 및 피페리딘계 화합물 등으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 또한, 상기 열안정제는, 예를 들어 트리스(2,4-디-tert-부틸페닐)포스파이트, 비스[2,4-비스(1,1-디메틸에틸)-6-메틸페닐]에틸에스테르 아인산, 테트라키스(2,4-디-tert-부틸페닐)[1,1-비페닐]-4,4'-디일비스포스포네이트 및 비스(2,4-디-tert-부틸페닐)펜타에리쓰리톨디포스파이트 등의 인계 열안정제; 및 8-히드록시-5,7-디-tert-부틸-푸란-2-온과 o-크실렌과의 반응 생성물 등의 락톤계 열안정제 등으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 상기 UV 흡수제는, 예를 들어 벤조페논계, 벤조트리아졸계, 아크릴니트릴계, 금속 착염계, 아민계, 산화티탄 및 산화아연 등으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 상기 무기 필러는, 예를 들어 기재층(10)의 기계적 강도 등을 보강하기 위해 사용될 수 있으며, 일례를 들어 실리카, 산화티탄, 산화마그네슘 및 산화알루미늄 등으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 그리고 산화 방지제는 당업계에서 공지된 것을 사용할 수 있다.
아울러, 본 출원에서, 상기 각 층(10)(20)(30)(40)의 두께는 특별히 제한되지 않는다. 각 층(10)(20)(30)(40)의 두께는 목적하는 물성, 태양전지 모듈의 종류 및 설치 위치, 그리고 경량화나 작업성 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.
상기 기재(10)는 배리어성(습기 차단성 등), 내열성, 기계적 강도(인장 강도 등), 치수 안정성, 유연성(flexible), 및/또는 비용 등을 고려하여, 예를 들어 20㎛ ~ 2mm의 두께 범위에서 선택될 수 있다. 상기 기재(10)는, 구체적인 예를 들어 50㎛ ~ 1000㎛, 또는 80㎛ ~ 300㎛의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 적외선 반사 블랙 안료층(20)은 적외선 반사도, 블랙 색상 구현도 및 접착력을 등을 고려하여, 예를 들어 0.1㎛ ~ 500㎛, 또는 1㎛ ~ 300㎛, 또는 50㎛ ~ 200㎛ 등의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 봉지재층(30)은 접착력, 봉지성, 태양전지 셀(C)의 종류나 두께, 경량성 및/또는 작업성 등을 고려하여, 예를 들어 10㎛ ~ 2,000㎛, 또는 50㎛ ~ 1500㎛, 또는 100㎛ ~ 1250㎛ 등의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 표면층(40)은, 그 목적에 따라 예를 들어 0.1㎛ 이하, 구체적인 예를 들어 0.1㎛ ~ 500㎛의 두께를 가질 수 있다. 표면층(40)은, 예를 들어 접착력, 경량성 및/또는 작업성 등을 고려하여, 0.5㎛ ~ 300㎛의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 출원에 따른 블랙 백시트(100)는, 상기한 바와 같은 층들(10)(20)(30)(40) 이외에, 다른 기능성 층을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 층간 결합력 개선을 위한 프라이머층, 절연성(전기 저항성)을 위한 절연층, 및 기타 다른 기능성 층으로부터 선택된 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 일례를 들어, 기재(10)와 적외선 반사 블랙 안료층(20)의 사이, 기재(10)와 표면층(40)의 사이, 및/또는 적외선 반사 블랙 안료층(20)과 봉지재층(30)의 사이에는 층간 결합력 개선을 위한 프라이머층이 형성될 수 있다. 이때, 상기 프라이머층을 구성하는 수지 접착제는, 예를 들어 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 폴리올레핀계(저밀도 선형 폴리에틸렌 등), 아크릴계, 우레탄계, 및 에폭시계 수지 등으로부터 선택될 수 있다.
한편, 본 출원에 따른 블랙 백시트(100)의 제조방법은, 본 출원의 제1형태에 따라서, 기재(10) 상에 적외선 반사 블랙 안료층(20)을 형성하는 단계; 및 상기 적외선 반사 블랙 안료층(20) 상에 봉지재층(30)을 형성하는 단계를 포함한다. 또한, 본 출원의 제2형태에 따라서, 상기 기재(10)의 적외선 반사 블랙 안료층(20)이 형성된 면의 반대쪽에 표면층(40)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 그리고 각 층의 형성 순서는 제한되지 않는다.
예를 들어, 본 출원의 제1형태의 경우, 기재(10) 상에 적외선 반사 블랙 안료층(20)을 형성한 다음, 그 위에 봉지재층(30)을 형성하는 공정으로 진행하거나, 또는 적외선 반사 블랙 안료층(20) 상에 봉지재층(30)을 먼저 형성한 다음, 이를 기재(10)에 접합하는 공정으로 진행할 수 있다. 또한, 본 출원의 제2형태의 경우, 먼저 기재(10)의 일면에 적외선 반사 블랙 안료층(20)을 형성하고, 이의 반대면에 표면층(40)을 형성한 다음, 상기 적외선 반사 블랙 안료층(20) 상에 봉지재층(30)을 형성하는 공정으로 진행할 수 있다.
본 출원의 예시적인 형태에 따라서, 압출 공정을 통해 압출 성형과 동시에 각 층이 접합되도록 할 수 있다. 이 경우, 블랙 백시트(100)의 공정이 더욱 단순화된다. 구체적인 예를 들어, 본 출원의 제1형태의 경우, 기재(10) 상에 적외선 반사 블랙 안료층(20)이 적층된 적층체를 압출을 통해 제조하고, 봉지재층(30)의 압출 제조 과정에서, 상기 봉지재층(30)이 적외선 반사 블랙 안료층(20) 상에 접합되도록 압출 제조할 수 있다. 또한, 본 출원의 제2형태의 경우, 기재(10)의 양면에 적외선 반사 블랙 안료층(20)과 표면층(40)이 적층된 적층체를 압출을 통해 제조하고, 봉지재층(30)의 압출 제조 과정에서, 상기 봉지재층(30)이 적외선 반사 블랙 안료층(20) 상에 접합되도록 압출 제조할 수 있다.
또한, 상기 각 층(10)(20)(30)(40)을 형성함에 있어서, 사용되는 수지 조성물은 전술한 바와 같다. 아울러, 각 층(10)(20)(30)(40)을 형성함에 있어서는, 전술한 바와 같이 각 수지 조성물을 코팅하여 형성하거나, 각 수지 조성물로부터 형성된 수지 필름을 접합하여 형성할 수 있다.
이상에서 설명한 본 출원에 따른 블랙 백시트(100)는, 태양전지 모듈의 블랙 색상을 구현하면서 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 상기 적외선 반사 블랙 안료층(20)에 의해 블랙 색상이 구현된다. 이와 함께, 블랙 백시트(100)의 표면으로 광이 입사되면, 상기 적외선 반사 블랙 안료층(20)에 의해 태양전지 셀(C, 도 4 참조) 쪽으로 적외선(IR)이 반사된다. 이에 따라, 적외선 영역의 빛이 재사용되어 에너지 효율이 증가되고 온도 상승이 방지된다.
아울러, 본 출원에 따른 블랙 백시트(100)는, 접착력 및 봉지성 등에서 우수한 물성을 갖는다. 예를 들어, 상기 봉지재층(30)이 실란 화합물을 더 포함하는 경우, 즉 전술한 바와 같은 실란 변성 폴리올레핀계 수지를 포함하는 경우, 우수한 접착력 및 봉지성 등을 가지며, 이와 함께 절연성(전기 저항성) 및 장기 내구성 등의 기타 물성 등이 개선된다.
또한, 본 출원에 따른 블랙 백시트(100)는 봉지재 일체형 구조로서, 우수한 시공성 및 생산성 등을 갖는다. 즉, 태양전지 모듈의 제조 시, 제조공정을 현저히 단축시킬 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은, 본 출원에 따른 태양전지 모듈 및 그 제조방법의 설명을 통해 설명한다.
이하, 본 출원에 따른 태양전지 모듈 및 그 제조방법을 설명한다.
본 출원에 따른 태양전지 모듈은, 상기한 바와 같은 본 출원의 블랙 백시트(100)를 포함한다. 본 출원에 따른 태양전지 모듈은, 상기한 바와 같은 본 출원의 백시트(100)를 포함하는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 어떠한 구조이든 본 출원에 포함한다.
도 4에는 본 출원의 예시적인 형태에 따른 태양전지 모듈의 단면 구성도가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 본 출원에 따른 태양전지 모듈은, 예시적인 형태에 따라서 전면 기판(210), 전면 봉지재층(220), 태양전지 셀(C), 및 상기한 바와 같은 본 출원의 블랙 백시트(100)를 포함한다.
이때, 상기 전면 기판(210)은 태양전지 셀(C)의 전면 쪽(도면에서, 상부 측)을 보호하면서 수광면을 제공하는 것이면 좋다. 상기 전면 기판(210)은, 광투과율이 우수한 것이면 좋다. 상기 전면 기판(210)은, 구체적으로 광의 입사에 유리한 투명 기판으로서, 이는 예를 들어 유리(일례로, 강화 유리) 또는 투명 플라스틱판 등의 경질 기판으로부터 선택될 수 있다.
상기 전면 봉지재층(220)은 태양전지 셀(C)을 패킹, 고정할 수 있는 것으로서, 이는 도 4에 예시한 바와 같이 전면 기판(210) 상에 형성된다. 즉, 상기 전면 봉지재층(220)은 전면 기판(210)과 태양전지 셀(C)의 사이에 형성되며, 이는 본 출원의 투명 백시트(100)를 구성하는 봉지재층(30)과 한 짝을 이루어 태양전지 셀(C)을 봉지한다.
본 출원에서, 상기 전면 봉지재층(220)을 구성하는 봉지재는 제한되지 않는다. 상기 전면 봉지재층(220)을 구성하는 봉지재는 접착성을 가지는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 이는 예를 들어 통상적으로 사용되고 있는 EVA 수지, 즉 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전면 봉지재층(220)을 구성하는 봉지재는, 다른 접착성의 수지가 가능하다. 상기 전면 봉지재층(220)은 예를 들어 폴리올레핀계를 포함할 수 있다. 이러한 폴리올레핀계는 본 출원에 따른 블랙 백시트(100)의 봉지재층(30)을 설명한 바와 같다. 이때, 상기 전면 봉지재층(220)을 구성하는 봉지재는, 상기 본 출원의 블랙 백시트(100)를 구성하는 봉지재층(30)과 동일하게 구성될 수 있다. 구체적으로, 상기 전면 봉지재층(220)은 봉지재의 주성분으로서, 변성 폴리올레핀계 및 비변성 폴리올레핀계 수지 등으로부터 선택될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 전면 봉지재층(220)은 봉지재는 전술한 바와 같은 실란 변성 폴리올레핀계 수지를 포함할 수 있다.
상기 태양전지 셀(C)은 전면 봉지재층(220)과 블랙 백시트(100)의 사이에 복수 개로 배열된다. 즉, 상기 태양전지 셀(C)은 전면 봉지재층(220)과, 상기 블랙 백시트(100)에 형성된 봉지재층(30)의 사이에 복수개로 배열된 상태에서 패킹, 고정(봉지)된다. 그리고 상기 태양전지 셀(C)은 서로 전기적으로 연결되어 있다.
본 출원에서, 상기 태양전지 셀(C)은 특별히 제한되지 않는다. 상기 태양전지 셀(C)은 결정형 태양전지 및 박막형 태양전지 등으로부터 선택될 수 있다. 아울러, 본 출원에서, 상기 태양전지 셀(C)은 전면 전극형, 후면 전극형 및 이들의 조합을 포함한다.
위와 같은 태양전지 셀(C)의 후면 쪽(도면에서, 하부 측)에는 상기 본 출원의 블랙 백시트(100)가 형성된다. 본 출원의 블랙 백시트(100)는, 전술한 바와 같이 봉지재 일체형 구조로서, 봉지재층(30)을 포함하고 있는데, 이때 상기 봉지재층(30)이 태양전지 셀(C)의 후면에 접하여 형성된다. 즉, 본 출원의 블랙 백시트(100)를 구성하는 상기 봉지재층(30)은 태양전지 모듈의 후면 봉지재층을 구성한다.
한편, 본 출원에 따른 태양전지 모듈의 제조방법은, 전면 기판(210) 상에 전면 봉지재층(220)을 형성하는 제1단계; 상기 전면 봉지재층(220) 상에 태양전지 셀(C)을 배열 형성하는 제2단계; 및 상기 태양전지 셀(C) 상에, 상기 본 출원의 블랙 백시트(100)를 형성하는 제3단계를 포함한다.
이때, 상기 제1단계는, 예를 들어 전면 기판(210) 상에 봉지재 필름(또는 시트)을 접합하거나, 전면 기판(210) 상에 봉지재 수지 조성물을 코팅하여 전면 봉지재층(220)을 형성할 수 있다. 그리고 이러한 전면 봉지재층(220)을 형성하기 위한 봉지재 필름(또는 봉지재 수지 조성물은)은 전술한 바와 같이 EVA 수지 및 폴리올레핀계 중에서 선택된 하나 이상의 봉지재를 포함할 수 있다.
그리고 상기 제2단계는 태양전지 셀(C)을 복수개 배열하여 전기적으로 연결시키는 것이라면 다양한 방법으로 진행될 수 있다.
상기 제3단계는 태양전지 셀(C) 상에 블랙 백시트(100)를 적층하되, 태양전지 셀(C)과 블랙 백시트(100)의 봉지재층(30)이 접하도록 적층한 다음, 접합시키는 방법으로 진행할 수 있다. 상기 접합은, 예를 들어 열 라미네이션(가열 압착)을 예로 들 수 있다. 이때, 열 라미네이션은, 예를 들어 90℃ 내지 230℃, 또는 110℃ 내지 200℃의 온도에서 1분 내지 30분, 또는 1분 내지 10분 동안 진행할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
구체적인 형태에 따라서, 상기 태양전지 모듈의 제조는, 전면 기판(210), 전면 봉지재층(220), 전기적으로 연결된 태양전지 셀(C), 및 블랙 백시트(100)를 순차적으로 적층한 후, 이들을 일체로 진공 흡인하면서 열 라미네이션하는 방법으로 진행할 수 있다.
상기와 같은 본 출원에 따르면, 종래 대비 간략화된 공정으로 태양전지 모듈을 용이하게 제조할 수 있다. 즉, 태양전지 셀(C)을 배열 형성하는 다음에는, 종래와 같이 후면 봉지재층(2b, 도 1 참조)을 형성하지 않고도, 블랙 백시트(100)의 접합만으로 태양전지 셀(C)을 우수한 접착력으로 봉지할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 출원에 따르면, 종래와 대비하여 후면 봉지재층(2b, 도 1 참조)의 형성 공정이 배재되어, 태양전지 모듈의 전체적인 제조공정이 간략화되어 생산성이 향상된다. 또한, 전면 봉지재층(220)과 블랙 백시트(100) 간에는 상기한 바와 같은 이유로 우수한 접착력을 가지며, 이와 함께 우수한 봉지성, 절연성 및 장기 내구성 등을 갖는다.
본 출원에 따른 태양전지 모듈의 제조방법은, 다른 형태에 따라서, 상기 본 출원의 블랙 백시트(100) 상에 태양전지 셀(C)을 배열 형성하는 단계; 상기 태양전지 셀(C) 상에 전면 봉지재층(220)을 형성하는 단계; 및 상기 전면 봉지재층(220) 상에 전면 기판(210)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 태양전지 모듈의 제조는 상기 본 출원의 블랙 백시트(100)를 이용하는 것이라면 다양한 변형이 가능하다.
이하, 본 출원의 제조예, 실시예 및 비교예를 예시한다. 하기의 제조예 및 실시예는 본 출원의 이해를 돕도록 하기 위해 예시적으로 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 출원의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다. 그리고 하기의 비교예는 종래 기술을 의미하는 것은 아니며, 이는 실시예와의 비교를 위해 예시한 것이다.
< 제조예 > 실란 변성 에틸렌/α-올레핀 공중합체의 제조
밀도가 0.870 g/㎤이고, MFR이 190℃, 2.16kg의 하중 하에서 5 g/10분인 에틸렌/α-올레핀 공중합체(PE) 100중량부, 비닐트리메톡시실란(vinyltrimethoxysilane; VTMS) 2중량부, 아미노프로필트리메톡시실란(aminopropyltrimethoxysilane; APTMS) 0.01 중량부 및 2,5-비스(t-부틸퍼옥시)-2,5-디메틸헥산(2,5-Bis(tert-butylperoxy)-2,5-dimethylhexane, Luperox®101) 0.1 중량부를 이축 압출기에 투입하여, 220℃의 온도에서 그래프팅 반응 압출(가열 용융 교반)하여, 실란 변성 에틸렌/α-올레핀 공중합체의 마스터 배치(이하, "변성 POE"이라 함.)를 제조하였다.
< 백시트 제조 >
[실시예 1]
0.870 g/㎤이고, MFR이 190℃, 2.16kg의 하중 하에서 5 g/10분인 에틸렌/α-올레핀 공중합체(이하, "비변성 PO"라 함.)를 준비하였다. 그리고 상기 제조예 1에 따른 변성 POE과 상기 비변성 PO를 1 : 2의 중량비로 혼합한 다음, 여기에 봉지재 전체 기준으로 광안정제(Uvinul 5050H) 1000ppm, UV 흡수제(TINUVIN UV531) 1000ppm, 산화 방지제1(Irganox1010) 500 ppm 및 산화 방지제2(Irgafos168) 500 ppm이 포함되도록 첨가제를 첨가하고, 이축 압출기(φ 19 mm) 및 T 다이스(폭: 200 mm)를 가지는 필름 성형기의 호퍼에 투입하여, 압출 온도 180℃, 취출 속도 3 m/min으로 가공하여 두께 약 500㎛의 필름 상의 봉지재를 제조하였다.
또한, 두께가 50㎛인 폴리에틸렌프탈레이트 필름(이하, 'PET 필름'이라 함)을 준비하였다. 그리고 상기 PET 필름의 일면에는 적외선 반사 블랙 안료층을 형성하고, 상기 PET 필름의 타면에는 백색 불소 수지층(표면층)을 형성하였다.
상기 적외선 반사 블랙 안료층은, 에틸렌 단독 중합체(PE) 100중량부에 대하여 적외선 반사 블랙 안료 5중량부를 포함하는 안료 조성물을 얻은 다음, 상기 안료 조성물을 필름으로 성형한 후, PET 필름에 열 라미네이션하여 형성하였다. 이때, 상기 적외선 반사 블랙 안료로는 Cr-Fe 함유 금속 옥사이드(Metal oxide)로서 Sicopal® Black K0095[독일, 바스프社 제품]을 사용하였다. 그리고 상기 백색 불소 수지층은 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF) 100중량부에 대하여 TiO2 5중량부가 포함된 불소 수지 조성물을 코팅하여 형성하였다.
다음으로, 상기 적외선 반사 블랙 안료층 상에, 상기 제조된 봉지재를 적층한 다음, 진공 라미네이터에서 150℃로 15분 30초 동안 열 라미네이션하여, PVDF 코팅층(백색)//PET 필름//PE 필름(IR 반사 블랙)//봉지재(POE)를 포함하는 4층 구조의 봉지재 일체형 블랙 백시트를 제조하였다.
[실시예 2]
상기 실시예 1과 대비하여, 봉지재로서 변성 POE 대신에 EVA 수지 시트를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. 구체적으로, PET 필름의 양면에 적외선 반사 블랙 안료층과 백색 불소 수지층을 각각 형성하고, 상기 적외선 반사 블랙 안료층 상에 약 300㎛의 EVA 시트를 적층한 다음, 열 라미네이션하여, PVDF 코팅층(백색)//PET 필름//PE 필름(IR 반사 블랙)//봉지재(EVA)를 포함하는 4층 구조의 봉지재 일체형 블랙 백시트를 제조하였다.
[비교예 1]
상기 실시예 1과 비교하여, 적외선 반사 블랙 안료 대신에 카본 블랙을 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. 구체적으로, PET 필름의 양면에 블랙 안료층과 백색 불소 수지층을 형성하되, 상기 블랙 안료층을 에틸렌 단독 중합체(PE) 100중량부에 대하여 카본 블랙 5중량부가 포함된 수지 필름을 열 라미네이션하여 형성하였다. 그리고 블랙 안료층 상에 실시예 1과 동일하게 봉지재(비변성 POE)를 열 라미네이션하여, PVDF 코팅층(백색)//PET 필름//PE 필름(카본 블랙 안료)//봉지재(POE)를 포함하는 4층 구조의 봉지재 일체형 블랙 백시트를 제조하였다.
[비교예 2]
상기 실시예 2와 비교하여, 적외선 반사 블랙 안료 대신에 카본 블랙을 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. 구체적으로, PET 필름의 양면에 블랙 안료층과 백색 불소 수지층을 형성하되, 상기 블랙 안료층을 에틸렌 단독 중합체(PE) 100중량부에 대하여 카본 블랙 5중량부가 포함된 수지 필름을 열 라미네이션하여 형성하였다. 그리고 블랙 안료층 상에 실시예 2와 동일하게 봉지재(EVA 시트)를 열 라미네이션하여, PVDF 코팅층(백색)//PET 필름//PE 필름(카본 블랙 안료)//봉지재(EVA)를 포함하는 4층 구조의 봉지재 일체형 블랙 백시트를 제조하였다.
상기 각 실시예 및 비교예에 따른 블랙 백시트 시편에 대하여, IR 반사율, 저항(Volume Resistivity), 및 접착력을 평가하고, 그 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다. 이때, 하기 [표 1]에서, 반사율은 IR 파장대(약 650 ~ 1,200nm)에서의 평균값을 보인 것이다. 그리고 하기 [표 1]에서, 접착력은 봉지재와 유리(Glass) 간의 접착력을 나타낸다.
IR반사율(%) 저항(Ω·cm) 접착력(to glass)(N/15mm) 에너지변환효율
실시예1 31.5 1.2 150 96
비교예1 3.8 1.1 150 81
실시예2 30.6 1.0 80 95
비교예2 3.6 1.0 80 80
상기 [표 1]에 보인 바와 같이, 실시예들에 따른 블랙 백시트의 경우, 적외선(IR)을 효과적으로 반사시키고 있음을 알 수 있다. 반면에, 카본 블랙을 사용한 비교예들의 경우, 적외선(IR)을 흡수하여 IR 반사율이 매우 낮음을 알 수 있다.
또한, 봉지재로서, POE를 사용한 경우, EVA를 사용한 경우보다 저항(절연성)이나 접착력에 있어서 양호한 결과를 보임을 알 수 있다.
10 : 기재 20 : 적외선 반사 블랙 안료층
30 : 봉지재층 40 : 표면층
100 : 백시트 210 : 전면 기판
220 : 전면 봉지재층 C : 태양전지 셀

Claims (25)

  1. 기재;
    상기 기재 상에 형성된 적외선 반사 블랙 안료층; 및
    상기 적외선 반사 블랙 안료층 상에 형성된 봉지재층을 포함하는 태양전지 블랙 백시트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기재 상에 형성되되, 상기 적외선 반사 블랙 안료층이 형성된 면의 반대쪽에 형성된 표면층을 더 포함하는 태양전지 블랙 백시트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적외선 반사 블랙 안료층은 Cr과 Fe 원소를 함유하는 무기 안료를 포함하는 태양전지 블랙 백시트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적외선 반사 블랙 안료층은 Cr과 Fe 원소를 함유하는 금속 옥사이드 무기 안료를 포함하는 태양전지 블랙 백시트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적외선 반사 블랙 안료층은 수지와 적외선 반사 블랙 안료를 포함하는 태양전지 블랙 백시트.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 수지는 폴리올레핀계 수지를 포함하는 태양전지 블랙 백시트.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 적외선 반사 블랙 안료층은 수지 100중량부에 대하여 적외선 반사 블랙 안료 0.1 ~ 30중량부를 포함하는 태양전지 블랙 백시트.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 봉지재층은 폴리올레핀계 수지와 실란 화합물을 포함하는 태양전지 블랙 백시트.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 실란 화합물은 불포화 실란 화합물 및 아미노 실란 화합물 중에서 선택된 하나 이상인 태양전지 블랙 백시트.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 실란 화합물은 비닐알콕시 실란 및 아미노알콕시 실란으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 태양전지 블랙 백시트.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 실란 화합물은 아미노프로필트리메톡시실란, 아미노프로필트리에톡시실란, 비스[(3-트리에톡시실릴)프로필]아민, 비스[(3-트리메톡시실릴)프로필]아민, 아미노프로필메틸디에톡시실란, 아미노프로필메틸디메톡시실란, N-[3-(트리메톡시실릴)프로필]에틸렌디아민, 아미노에틸아미노프로필트리에톡시실란, 아미노에틸아미노프로필메틸디메톡시실란, 아미노에틸아미노프로필메틸디에톡시실란, 아미노에틸아미노메틸트리에톡시실란, 아미노에틸아미노메틸메틸디에톡시실란, 디에틸렌트리아미노프로필트리메톡시실란, 디에틸렌트리아미노프로필트리에톡시실란, 디에틸렌트리아미노프로필메틸디메톡시실란, 디에틸렌아미노메틸메틸디에톡시실란, (N-페닐아미노)메틸트리메톡시실란, (N-페닐아미노)메틸트리에톡시실란, (N-페닐아미노)메틸메틸디메톡시실란, (N-페닐아미노)메틸메틸디에톡시실란, 3-(N-페닐아미노)프로필트리메톡시실란, 3-(N-페닐아미노)프로필트리에톡시실란, 3-(N-페닐아미노)프로필메틸디메톡시실란, 3-(N-페닐아미노)프로필메틸디에톡시실란, N-(N-부틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, 글리시독시프로필 트리메톡시실란 및 글리시독시프로필 트리에톡시실란으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 태양전지 블랙 백시트.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 봉지재층은 실란 변성 폴리올레핀계 수지를 포함하는 태양전지 블랙 백시트.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 봉지재층은 실란 변성 폴리올레핀계 수지와 비변성 폴리올레핀계 수지를 포함하는 태양전지 블랙 백시트.
  14. 제2항에 있어서,
    상기 표면층은 불소계 수지를 포함하는 태양전지 블랙 백시트.
  15. 제2항에 있어서,
    상기 표면층은 불소계 수지 및 백색 안료를 포함하는 태양전지 블랙 백시트.
  16. 기재 상에 적외선 반사 블랙 안료층을 형성하는 단계; 및
    상기 적외선 반사 블랙 안료층 상에 봉지재층을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지 블랙 백시트의 제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 기재의 적외선 반사 블랙 안료층이 형성된 면의 반대쪽에 표면층을 형성하는 단계를 더 포함하는 태양전지 블랙 백시트의 제조방법.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 적외선 반사 블랙 안료층은 수지와 적외선 반사 블랙 안료를 포함하는 안료 조성물을 이용하여 형성하는 태양전지 블랙 백시트의 제조방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 적외선 반사 블랙 안료는 Cr과 Fe 원소를 함유하는 무기 안료를 포함하는 태양전지 블랙 백시트의 제조방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 적외선 반사 블랙 안료는 Cr과 Fe 원소를 함유하는 금속 옥사이드 무기 안료를 포함하는 태양전지 블랙 백시트의 제조방법.
  21. 제1항 내지 제15항 중 어느 하나의 항에 따른 블랙 백시트를 포함하는 태양전지 모듈.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 태양전지 모듈은,
    전면 기판;
    상기 전면 기판 상에 형성된 전면 봉지재층;
    태양전지 셀; 및
    블랙 백시트를 포함하고,
    상기 태양전지 셀은 전면 봉지재층과, 상기 블랙 백시트에 형성된 봉지재층의 사이에 봉지된 태양전지 모듈.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 전면 봉지재층은 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(EVA 수지) 및 폴리올레핀계 중에서 선택된 하나 이상의 봉지재를 포함하는 태양전지 모듈.
  24. 전면 기판 상에 전면 봉지재층을 형성하는 단계;
    상기 전면 봉지재층 상에 태양전지 셀을 배열하는 단계; 및
    상기 태양전지 셀 상에, 제1항 내지 제15항 중 어느 하나의 항에 따른 블랙 백시트를 형성하는 단계를 포함하는 태양전지 모듈의 제조방법.
  25. 제1항 내지 제15항 중 어느 하나의 항에 따른 블랙 백시트 상에 태양전지 셀을 배열하는 단계;
    상기 태양전지 셀 상에 전면 봉지재층을 형성하는 단계; 및
    상기 전면 봉지재층 상에 전면 기판을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지 모듈의 제조방법.
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