KR20180078582A - 베리어 필름 및 이를 포함하는 태양전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고분자 기재필름; 상기 고분자 기재필름의 일면에 적층된 무기층; 및 상기 무기층 상면에 적층되며, 외표면에 미세요철이 형성되어 있는 오버코팅층을 포함하는 태양전지용 베리어 필름 및 이를 포함한 태양전지에 관한 것이다.

Description

베리어 필름 및 이를 포함하는 태양전지{BARRIER FLIM AND SOLAR CELL COMPRISING THE SAME}
본 발명은 베리어 필름 및 이를 포함하는 태양전지에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 광 포획 효과(Light Trapping Effect)를 구현할 수 있는 베리어 필름 및 이를 포함하여 광 변환 효율이 극대화될 수 있는 태양전지에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 전지로서, 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 주목 받고 있다. 일반적으로 태양전지는 빛을 비추면 전자가 방출되는 관전효과를 나타내는 반도체 재료로 제조한다. 반도체 재료에 빛이 투사되면 음전하를 띤 전자와 양전하를 띤 정공이 각각 발생하고, 전위 또는 전하의 농도 차이에 의해 전자는 음극으로 정공은 양극으로 이동하여 전기를 만드는 것이다.
태양전지는 사용 재료의 종류에 따라서 결정계 또는 비정질계 실리콘계 태양전지, CIGS(Cu(InGa)Se2; Copper Indium Gallium Selenide)와 같은 무기물을 이용하는 박막 태양전지, 염료감응 태양전지, 유기 태양전지, 그리고 유-무기 하이브리드 태양전지 등으로 분류되며, 결정계 실리콘 태양전지는 단결정형 및 다결정형으로 분류될 수 있다. 이 중, 단결정 실리콘 태양전지는 기판의 품질이 좋기 때문에 고효율화가 용이하지만 기판의 제조 비용이 큰 단점이 있다. 반면, 다결정 실리콘 태양전지는 단결정 실리콘 태양전지에 비해 상대적으로 기판의 품질이 좋지 않기 때문에 고효율화가 어려운 단점이 있었지만, 최근에는 기판의 품질이 향상되고 공정 기술이 진일보함에 따라 고효율화가 가능하게 되고 있다.
다결정 실리콘 태양전지의 고효율화를 위한 방법의 하나로는 기판의 수광면 표면에 미세 요철을 형성하여 기판의 수광면에 입사되는 빛이 바로 반사되어 나가는 것을 방지하여 2차 흡수를 유도하고 빛의 이동 경로를 증가시키는 방법을 들 수 있다. 이때, 미세 요철이 형성된 기판의 표면을 텍스처링 표면이라 하는데, 텍스처링 표면에 형성된 미세 요철은 수백 나노미터의 크기를 가지므로, 각 요철의 크기에 따라 반사율과 입사광의 경로가 변하게 된다. 이에 따라 각 요철에 의해 반사율이 감소하고, 입사광의 이동 경로가 증가되는 광 포획 효과(Light Trapping Effect)가 구현될 수 있는 것이다.
한편, 일반적으로 태양전지는 건물 외벽 또는 지붕 등 태양이 직접 내려 쬐는 외부 시설에 설치됨으로서 그 효율이 증대되게 되는데, 이와 같은 외부환경에 장시간 노출됨에 따라 태양전지 모듈을 보호하기 위한 보호필름으로서, 종래에는 작은 선팽창계수, 우수한 가스 베리어성, 높은 광투과도, 높은 평탄도, 뛰어난 내열성 및 내화학성 등의 여러 장점을 가지고 있는 유리 기판을 사용하였다. 그러나, 상기 유리 기판은 충격에 약하여 잘 깨지고, 밀도가 높아서 무거운 단점이 있어, 상기 유리 기판을 플라스틱 기판으로 대체하려는 연구가 진행되고 있다.
태양전지 보호필름으로 사용된 유리 기판을 플라스틱 기판으로 대체할 경우, 태양전지 모듈 전체 무게가 가벼워지고 디자인의 유연성을 부여할 수 있으며, 충격에 강하며 연속 공정으로 제조할 경우 유리 기판에 비해 경제성을 가질 수 있다. 특히 플렉서블 태양전지가 상용화된다면 단순히 발전 시스템이 아닌 각종 제품의 핵심 부품으로 융복합되어 신규 시장과 기술의 성장동력이 될 것으로 기대되고 있다.
다만, 플렉시블 태양전지는 전도성 폴리머 계열의 유기물을 흡수층으로 사용하기 때문에 광변환 효율이 무기계 흡수층을 사용하는 기존 태양전지에 비해 낮다. 또한, 상대적으로 수분과 산소의 이동이 용이한 폴리머 기판을 사용하기 때문에 태양전지 모듈의 노화를 방지하기 위한 산소와 수증기 차단 특성, 자외선 안정성, 공정 온도 변화에 따른 기판의 뒤틀림 방지를 위한 작은 선팽창 계수와 치수안정성, 기존의 유리 기판에 사용되는 공정 기기와 호환성을 가지는 높은 기계적 강도, 에칭 공정에 견딜 수 있는 내화학성 또는 높은 광투과도 및 적은 복굴절률, 표면의 내스크레치성 등의 문제가 고려될 수 있다. 이에 소자의 신뢰성 확보를 위해서는 기판을 포함한 베리어 필름이 반드시 필요하다.
게다가 광효율을 극대화하기 위하여 한국등록특허 제1406882호 또는 한국등록특허 제1144034호 등에서 텍스처링 표면을 도입한 유기 태양전지를 개시한바 있었으나, 기존 유리를 기재로 하여 웨이퍼나 TCO를 Wet etching하여 표면 요철 구조를 형성하는 것과 비교하여 플렉시블 태양전지의 경우 폴리머 기판을 사용하기 때문에 Wet Etching시 폴리머 기판 손상으로 인해 TCO층의 텍스처링이 어렵기 때문에 광 포획 효과(Light Trapping Effect)를 통한 광변화 효율의 극대화를 유도하기가 어렵다. 이에, 기판의 손상에 대한 우려없이 효과적으로 Light Trapping Effect를 구현할 수 있는 기술 개발이 절실히 요구되고 있다.
이에 본 발명은 폴리머 기판을 이용하는 플렉시블 태양전지에 사용되는 베리어 필름(Barrier Film)의 오버코팅(Over coating)층에 표면 요철 구조(텍스쳐링, Texturing)를 형성시킴으로써 Wet Etching에 의한 폴러머 기재 손상없이 광변환 효율이 향상될 수 있는 태양전지를 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 제 1 구현예는 고분자 기재필름; 상기 고분자 기재필름의 일면에 적층된 무기층; 및 상기 무기층 상면에 적층되며, 외표면에 미세요철이 형성되어 있고 미세요철에 의한 평균 표면조도(RMS)가 15 내지 120㎚인 오버코팅층을 포함하는 태양전지용 베리어 필름이다.
또한 본 발명의 바람직한 제 2 구현예는 상기 제 1 구현예의 태양전지용 베리어 필름을 제조하는 방법으로서, (S1) 일면에 무기층이 형성된 고분자 기재필름을 준비한 후, 상기 무기층 상면에 오버코팅 조성물을 코팅하여 오버코팅층을 형성하는 단계; 및 (S2) 상기 (S1)단계에서 코팅된 오버코팅층 상에 미세요철에 의한 평균 표면조도(RMS)가 15 내지 140nm인 보호필름을 합지하고, 상기 오버코팅층을 경화하여 보호필름의 미세요철을 오버코팅층의 표면에 전사하여 오버코팅층에 15 내지 120㎚의 평균 표면조도(RMS)를 형성하는 단계를 포함하는 태양전지용 베리어 필름의 제조방법이다.
나아가 본 발명의 바람직한 제 3 구현예는 상기 제 1 구현예의 베리어 필름; 및 상기 베리어 필름의 오버코팅층 상에 형성된 태양전지 소자를 포함하는 태양전지이다.
본 발명에 따르면 오버코팅층에 표면 미세 요철 구조가 형성된 베리어 필름(Barrier Film)을 제공함으로써, Wet etching에 의한 폴리머 기재 손상 없이도 효과적으로 광산란율(Haze)을 개선하여 태양전지의 광변환 효율을 극대화할 수 있다.
특히, 베리어 필름의 미세 요철 구조 형성시에는 별도의 식각 공정이나 몰딩 공정이 필요하지 않아 제조 공정의 단순화를 도모할 수 있다.
본 발명은 고분자 기재필름; 상기 고분자 기재필름의 일면에 적층된 무기층; 및 상기 무기층 상면에 적층되며, 외표면에 미세요철이 형성되어 있고 미세요철에 의한 평균 표면조도(RMS)가 15 내지 120㎚인 오버코팅층을 포함하는 태양전지용 베리어 필름을 제공하며, 이에 대한 제조방법으로서, (S1) 일면에 무기층이 형성된 고분자 기재필름을 준비한 후, 상기 무기층 상면에 오버코팅 조성물을 코팅하여 오버코팅층을 형성하는 단계; 및 (S2) 상기 (S1)단계에서 코팅된 오버코팅층 상에 미세요철에 의한 평균 표면조도(RMS)가 15 내지 140nm인 보호필름을 합지하고, 상기 오버코팅층을 경화하여 보호필름의 미세요철을 오버코팅층의 표면에 전사하여 오버코팅층에 15 내지 120㎚의 평균 표면조도(RMS)를 형성하는 단계를 포함하는 태양전지용 베리어 필름의 제조방법을 제공한다.
본 발명에서 정의하는 평균 표면조도는 AFM(Atomic Force Microscopy)장비를 이용하여 측정할 수 있으며, 측정된 결과 중 특별히 RMS(Root Mean Square)수치를 의미한다.
본 발명에서 상기 태양전지의 유연성과 공정 시 취급성을 고려하여 기재필름은 환상 올리핀계 수지; 폴리스티렌계 수지; 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체; 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체; 폴리메타아크릴계 수지; 폴리카보네이트계수지; 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리에틸렌나프탈레이트를 포함하는 폴리에스테르계 수지; 나일론을 포함하는 폴리아마이드계 수지; 폴리우레탄계 수지; 아세탈계 수지; 폴리이미드계 수지; 및 트리아세틸셀룰로오스를 포함하는 셀룰로오스계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 고분자 수지로 형성된 것일 수 있으며, 이때, 기재필름의 두께는 50 내지 125um인 것이 취급성 측면에서 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 상기 기재층의 일면에 적층되는 무기층은 베리어(Barrier) 특성을 발현하는 층으로서 스퍼터링법, 화학 증착법, 이온 플레이팅법, 원자층 적층법, 플라즈마 화학 증착법, 진공 증착법, 졸-젤법 등을 사용하여 기재층 상에 형성할 수 있다. 이때, 형성된 무기층의 두께는 투과율을 고려하여 5 내지 1000 nm, 보다 바람직하게는 20 내지 500 nm, 더욱 바람직하기로는 50 내지 400 nm일 수 있다.
본 발명에서 상기 무기층에 포함회는 무기물은 규소(Si), 알루미늉(Al), 인듐(In), 주석(Sn), 아연(Zn), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 세륨(Ce), 이트륨(Yt), 란탄(La), 바륨(Ba), 마그네슘(Mg), 플루오르(F2), 안티몬(Sb), 스트론튬(Sr) 및 탄탈륨(Ta) 으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 금속을 포함하는 산화물, 질화물, 탄화물, 산화진화물, 산화 탄화물, 질화탄화물, 산화질화탄화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상인 것일 수 있다.
상기 무기물 중에서는 특히 규소 (Si) 또는 알루미늄(Al)계 산화물, 질화물, 탄화물, 산화 질화물, 산화 탄화물, 질화타화물 및 산화질화탄화물 중 선택하는 것이 투과율 측면 측면에서 보다 바람직할 수 있고, 상기 무기층을 형성한 후에는 불순물을 제거하고 표면에너지를 낮춰 오버코팅층과의 접착력을 높이기 위해 무기층 표면을 추가적으로 플라즈마 또는 코로나 처리할 수 있다.
또한, 상기 무기층은 필요에 따라, 충진제, 용매 내지 촉매 등을 더 포함할 수 있다. 충진제, 용매 내지 촉매 등의 사용량은 필요에 따라 첨가되는 것으로서 특별히 한정되지는 않는다. 하나의 실시예에서, 상기 충진제로는 금속, 유리분말, 다이아몬드분말, 실리콘옥시드, 클레이, 칼슘포스페이트, 마그네슘포스페스트, 바리움설페이트, 알루미늄 프루오라이드, 칼슘실리케이트, 마그네슘 실리케이트, 바리움실리케이트, 바리움카보네이트, 바리움히드록시드 및 알루미늄실리케이트 중 1 종 이상을 사용할 수 있다.
한편, 본 발명에서 상기 무기층 상면에 적층되는 오버코팅층은 무기층 내 핀 홀(Pinhole)과 크렉(Crack)을 보완하여 베리어(Barrier)특성을 개선하고, 외부의 물리적인 영향으로부터 태양전지를 보호하는 역할을 한다. 특히, 상기 오버코팅층 상에 태양전지의 소자가 적층되는데, 본 발명의 오버코팅층은 외표면에 미세요철이 형성된 것으로서 베리어 필름의 헤이즈(Haze)특성을 개선하여 플렉시블 태양전지에 적용 시 입사광의 산란을 유도하여 광변환 효율을 향상시키는 매우 핵심적 역할을 하게 된다.
본 발명의 오버코팅층에 형성된 미세요철의 경우, 미세요철을 형성하기 위해 통상적으로 실시하는 식각 공정이나 몰딩 공정이 별도로 필요하지 않다는 점에서 기술적으로 중요한 의미가 있다. 본 발명에서 오버코팅층에 형성된 미세요철은 오버코팅층 상에 적층하는 보호필름의 미세요철을 전사함으로서 형성하는 것인데, 보호필름은 통상적으로 제품 권취 후 미경화 된 오버코팅층과 고분자 기재 배면의 합착에 의한 제품 손상을 방지하기 위해 적층하는 것이므로 이러한 보호필름의 적층과 동시에 표면요철을 형성시키는 본 발명은 공정의 간략화와 생산성의 향상 등의 부수적인 효과도 가져올 수 있다.
또한, 보호 필름과 오버코팅층의 표면요철이 서로 맞물려 겹쳐진 상태로 유지되므로 오버코팅층에 별도로 표면 요철을 형성한 후, 보호 필름을 형성하는 것과 비교하여 요철 형상의 손상에 대한 우려도 최소화될 수 있다. 이때, 보호필름의 표면 요철 전사에 따른 오버코팅층의 평균 표면조도(RMS)는 15 내지 120㎚인 것이 바람직한데, 오버코팅층의 표면조도가 만약 15㎚ 에 미치지 못할 경우, 텍스처링에 의한 난반사를 유도할 수 없는 한계가 있을 수 있고, 120㎚ 를 초과할 경우에는 과도한 표면 텍스처링에 의해 난반사되는 빛 간의 충돌에 의한 상쇄 간섭이 발생하여 투과율이 저하되는 우려가 발생될 수 있다.
본 발명의 상기 오버코팅층의 미세요철은 보다 구체적으로 무기층 상면에 오버코팅 조성물을 코팅한 후, 코팅된 오버코팅층 상에 미세요철이 형성된 보호필름을 합지하고, 상기 오버코팅층을 경화하여 보호필름의 미세요철을 오버코팅층의 표면에 전사하는 과정으로부터 형성될 수 있다. 보호필름에 의한 오버코팅층 조도는 보호필름의 조도와 100% 일치하도록 전사되지 않을 수도 있으며, 이에 따라, 표면조도(RMS)는 15 내지 120㎚인 오버코팅층을 형성하기 위해서는 보호필름의 미세요철에 의한 평균 표면조도(RMS)가 오버코팅층의 평균 표면조도보다 같거나 크며, 그 범위는 15 내지 140nm인 것이 바람직하다.
본 발명의 상기 오버코팅층을 형성하는 오버코팅 조성물은 유리전이온도(Tg)가 -10 내지 0℃인 고분자 수지를 포함하는 것일 수 있다. 유리전이 온도가 -10℃ 미만일 경우, 보호필름과 오버코팅층의 합착이 발생할 가능성이 높아지고, 0℃을 초과할 경우, 열가소성 수지의 함량이 필연적으로 높아질 수 밖에 없어 오버코팅층의 경도가 증가하게 되고, 이에 따라 보호필름 표면 형상이 전사되지 않는 우려가 발생될 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 고분자 수지는 고분자 수지의 유리전이온도를 용이하게 제어함과 동시에 베리어 필름의 표면 조도 및 산란율(Haze) 개선 측면에서 열경화성 수지 및 열가소성 수지를 중량비 기준 7:3 내지 3:7의 비율로 포함하는 것일 수 있으며, 보다 바람직하게는 7:3 내지 5:5의 비율로 포함하는 것일 수 있다. 열경화성 수지의 함량이 상기 비율범위를 초과하여 과량 포함될 경우, 유리전이 온도 Tg가 낮기 때문에 오버코팅 조성물의 경도 저하로 인해 보호필름과 오버코팅층의 합착이 발생하는 문제가 나타나고, 열가소성 수지의 함량이 과량 포함될 경우, 유리 전이 온도 Tg 상승에 의한 오버코팅 조성물의 경도 증가로 인해 보호필름의 표면 조도가 전사되지 않아 Haze 개선 및 태양전지 효율 개선 효과가 없는 문제가 발생될 수 있다.
본 발명에서 상기 열경화성 수지는 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄수지, 폴리카보네이트 폴리우레탄, 폴리에스테르 폴리우레탄, 페놀 수지, 멜라민수지, 요소 수지, 규소 수지 및 이들의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상이고, 상기 열가소성 수지는 폴리에테르계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리비닐부티랄계 수지, 폴리비닐알콜계 및 이들의 공중합체로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.
오버코팅 조성물 제조 시에는 상기 열경화성 수지와 열가소성 수지의 혼합을 용이하게 하기 위해 고체(Chip)상태를 용매에 융해하여 액상으로 투입하는 것이 바람직하며, 이때 상기 용매로는 에틸아세테이트(EA), 메틸 에틸 케톤(MEK), 싸이클로핵사논 (CYC) 또는 톨루엔 (Toluene) 등을 사용할 수 있다.
이때, 상기 오버코팅 조성물은 실란커플링제를 더 포함할 수 있는데, 상기 실란커플링제는 고분자 수지 100중량부를 기준으로 하여 0.5 내지 20중량부, 바람직하게는 1 내지 10중량부로 포함되는 것이 좋다. 상기 실란커플링제의 경우 오버코팅층과 접하여 적층되는 무기물층의 표면에 존재하는 하이드록시 그룹과 실란커플링제의 반응을 통해 오버코팅층과 무기물층 간의 접착력이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
상기 실란커플링제로는 본 발명이 속한 분야에서 통상적으로 사용되는 실란커플링제를 임의로 선택하여 사용할 수 있으며, 예를 들어, 비닐기, 에폭시기, 스티릴기, 메타크릴레이트기, 아크릴레이트기, 아미노기, 클로로프로필기, 메캅토기, 술피도기, 이소시아나토기 등을 포함하는 화합물을 들 수 있다.
한편, 상기 오버코팅층을 건조하는 과정에서는 80 내지 100℃의 온도에서 30 내지 60 초 동안 용매를 건조시킨 후, 40 내지 60℃ 온도 조건에서 20 내지 50시간 동안 열경화하는 것이 바람직하며, 열경화 온도나 시간이 충분하지 않으면 미경화가 발생하고, 반대의 경우엔 보호필름과 합착이 발생하는 문제가 생길수 있으므로 주의하는 것이 좋다.
본 발명에서 상기 보호필름은 베리어 필름을 태양전지에 적용할 시에 베리어 필름으로부터 제거되는 것으로서, 고분자 기재상에 실리콘 이형층이 형성된 이형필름인 것이 바람직하고, 상기 오버코팅층에 대한 박리강도(Peel Strength)가 20 내지 50 gf/inch인 것이 좋다. 박리강도가 20 gf/inch미만인 경우, 보호필름 표면의 이형층이 오버코팅층과 반응하여 오버코팅층이 오염될 수 있고, 50 gf/inch를 초과할 경우에는 보호필름과 오버코팅층의 합착이 발생하는 문제가 우려될 수 있다.
이때, 상기 보호필름을 형성하고 있는 고분자 기재는 폴리에틸렌, 폴리 올레핀 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 중에서 선택된 것이고, 실리콘 이형층은 자가 점착 Type이며 박리력 20 내지 50 gf/inch의 제품을 적용할 수 있다.
이로써 제조된 본 발명의 베리어필름은 상기 구성으로 인하여 수분투과성(WVTR)이 0.01 내지 0.05g/m2day으로 베리어성이 우수하며, 보호필름을 제거한 상태에서의 헤이즈(Haze)는 4.8 내지 12.5% 로 헤이즈 특성 또한 향상된 특성을 나타낸다.
한편, 본 발명은 상기 베리어 필름; 및 상기 베리어 필름의 오버코팅층 상에 형성된 태양전지 소자를 포함하는 태양전지를 제공한다. 구체적으로는 플렉시블 태양전지 소자를 상기 베리어 필름 사이에 위치시킨 후, Lamination을 하여 제조한 유기 박막 태양전지를 제공할 수 있다.
이때, 상기 태양전지 소자는 양극(anode)의 역할을 수행할 수 있는 투명 전극(투명 전극 층), 정공 수송 층, 광 활성층, 전자 수송 층, 및 음극(cathode)의 역할을 수행할 수 있는 반사전극(반사 전극 층)은 순서대로 적층된 것일 수 있다. 또한, 상기 투명 전극(transparent electrode)은 ITO, ZnO, 또는 SnO2와 같은 TCO(Transparent conductive oxide) 재료일 수 있거나, 또는 silver nanowire 또는 금속격자(metal gratings)를 포함할 수 있다.
실시예
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
제조예
열경화성 폴리우레탄(PCB3200/필텍)과 열가소성 폴리우레탄(Polyurethane, Ellas/KOLON)을 고형분 중량비로 7:3 이 되도록 1차 희석 후, 열경화성 수지 고형분 대비 10% 의 경화제(P30/필텍)와 함께 MEK(Methyl Ethyl Ketone)에 투입하여 희석한다. 또한, 첨가제로서 실란 커플링제(Silan Coupling agent, OFS6020/DOW)를 고분자 수지 고형분 대비 10중량%, 내가수분해 방지제(ALTFONA5151/Green Chem)를 고형분 대비 1 wt%로 첨가하여 오버코팅 조성물을 제조한다.
실시예 1
두께 100um인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET) 필름위에 무기층(Silicon Oxide, SiOx)을 100㎚로 진공증착하고, 무기층 표면을 플라즈마(Plasma) 처리하여 무기층이 형성된 고분자 기재를 준비한다. 여기에 상기 제조예의 오버코팅 조성물 웨트코터(Wet-Coater)를 이용하여 무기층 상면에 코팅한다. 상기 오버코팅 조성물이 코팅된 상태에서 100℃에서 1분 동안 용매를 건조시킨 후 표면조도(RMS)가 30㎚, 60㎚, 100㎚인 보호필름(율촌 화학)을 각각 코팅막상에 합지한다. 다음으로 실제 제품 생산 시 1000M를 권취할 경우 제품이 받는 하중을 가만하여 30kg 중량물을 적취한 후 50℃에서 48시간 동안 열경화시켜 베리어필름을 제조한다.
실시예 2
열경화성 수지와 열가소성 수지의 혼합비율을 5:5로 하여 제조한 오버코팅 조성물을 적용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 베리어필름을 제조하였다.
실시예 3
열경화성 수지와 열가소성 수지의 혼합비율을 3:7로 하여 제조한 오버코팅 조성물을 적용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 베리어필름을 제조하였다.
비교예 1
표면조도가 10nm인 보호필름을 합지한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 베리어 필름을 제조하였다.
비교예 2
표면조도가 150nm인 보호필름을 합지한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 베리어 필름을 제조하였다.
비교예 3
폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET) 필름의 표면 조도가 120nm인 제품을 선정한 후, 상시 실시예 1과 동일한 방법으로 무기층 및 오버코팅층을 적층하고, 이후 보호필름 합지 공정 없이 베리어 필름을 제조하였다. 단, 실제 제품 생산 시 보호 필름이 없을 경우 오버 코팅층과 PET 배면이 접촉하는 것을 가만하여 보호 필름 대신 PET 배면을 합지하였다.
비교예 4
제조예의 오버 코팅 조성물 대신 유리전이 온도가 -32.5℃인 열경화성수지(열경화성 폴리우레탄, PCB3200/필텍)를 이용하여 오버코팅층을 형성한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 베리어 필름을 제조하였다.
이와 같이 제조된 베리어 필름을 보호필름을 제거한 후, 하기 조건으로 물성을 측정하였다.
비교예 5
열경화성 수지와 열가소성 수지의 혼합비율을 1:9로 하여 제조한 오버코팅 조성물을 적용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 베리어필름을 제조하였다.
< 측정예 >
(1) 베리어 필름의 조도: 베리어 필름의 오버코팅층의 외표면에 대하여 Park Sysytems AFM(Atomic Force Microscopy) XE-100 를 이용하여 표면 조도를 측정하였다.
(2) 베리어성 측정: WVTR 값을 측정하기 위해 MOCON Permatran-W700 장비를 이용하여 온도 37.8℃, 습도 100% 조건에서 배리어성을 측정하였다.
(3) 베리어성 균일도 측정: Roll 샘플의 MD 방향으로 초단, 중단, 말단의 샘플을 MOCON Permatran-W700 장비를 이용하여 온도 37.8℃, 습도 100% 조건에서 배리어성을 측정하여 균일도(%, 식 = ((MAX-MIN)/2*Average)*100)를 확인해 보았다.
(4) 배리어필름의 광학적 특성 측정: Haze-meter(HM-150) 장비를 이용하여 투과도 및 헤이즈 값을 특정 하였다.
(5) 광변환 효율 측정: 베리어 필름을 유기 태양전지 소자 (코오롱인더스트리)에 적용한 후, Solar Simulator (Hal-320, Asahi Spectra)를 이용하여 광변환 효율을 측정하였다.
A1) 구분 보호필름
Roughness (RMS)		 Barrier film
Roughness (RMS)		 Haze (%) 투과도
(%)		 광변환
효율 (%)		 Voc
(mV)		 Jsc
(mA)
70:30 실시예 1-1 30nm 28nm 5.7 91.5 5.258 7.496 1.349
실시예 1-2 60nm 59nm 10.1 90.8 5.369 7.487 1.379
실시예 1-3 100nm 98nm 12.5 90.1 5.410 7.480 1.391
50:50 실시예 2-1 30nm 26nm 5.1 91.6 5.247 7.496 1.346
실시예 2-2 60nm 52nm 9.8 90.9 5.338 7.488 1.371
실시예 2-3 100nm 90nm 11.7 90.3 5.389 7.482 1.385
30:70 실시예 3-1 30nm 19nm 4.8 91.8 5.231 7.501 1.341
실시예 3-2 60nm 46nm 8.7 91.2 5.311 7.493 1.363
실시예 3-3 100nm 81nm 10.1 90.8 5.369 7.488 1.379
70:30 비교예 1 10nm 8nm 2.0 92 5.113 7.511 1.309
70:30 비교예 2 150nm 149nm 15.1 87.5 5.173 7.101 1.401
70:30 비교예 3 X Over Coating층과 PET 배면 합착으로 인해 측정 불가
열경화수지 100 비교예 4 30nm Over Coating층과 보호필름 합착으로 인해 측정 불가
10:90 비교예 5-1 30nm 5nm 1.7 92.1 5.094 7.512 1.304
비교예 5-2 60nm 5nm 1.7 92.1 5.094 7.512 1.304
비교예 5-3 100nm 7nm 1.9 92.3 5.107 7.514 1.307
1) A: 열경화 수지 : 열가소성 수지
상기 표 1을 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 오버코팅층의 표면 조도는 보호필름의 조도 값이 증가할수록 증가하였으며, 특히 오버코팅 조성에서 열경화성 수지의 비율이 보다 높을수록 전사율이 우수한 것으로 나타났고, 이에 따라 Haze 특성도 비례하여 향상되는 것으로 확인되었다. 또한, Haze 특성이 개선됨에 따라 태양전지내로 입사되는 빛의 양이 증가하여 Jsc가 향상됨에 따라 태양전지 효율이 개선되었다. 다만, 비교예 4와 같이 열경화 수지로만 오버코팅을 형성할 경우에는 Over Coating층과 보호필름 합착으로 인해 샘플 제작이 불가능하였다.
반면, 보호필름의 표면조도가 비교예 1처럼 지나치게 낮은 경우 베리어필름의 Haze 특성 개선 효과가 없어 태양전지 효율이 향상되지 않았고, 비교예 2와 같이 지나치게 클 경우, 투과율 저하에 의한 Voc 감소로 인해 태양전지의 효율 개선 효과가 없었다. 또한, 비교예 3과 같이 보호필름을 통해 오버코팅층에 표면 요철을 전사하지 않는 경우 Over Coaitng 층과 PET 배면에 합착이 발생하여 샘플 제작이 불가능하였고, 수지조성에서 열가소성 수지의 함량이 지나치게 높아지는 경우에는 전사율이 좋지 않아 헤이즈 개선효과를 거의 얻을 수 없었다.

Claims (12)

  1. 고분자 기재필름;
    상기 고분자 기재필름의 일면에 적층된 무기층; 및
    상기 무기층 상면에 적층되며, 외표면에 미세요철이 형성되어 있고 미세요철에 의한 평균 표면조도(RMS)가 15 내지 120㎚인 오버코팅층을 포함하는 태양전지용 베리어 필름.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 기재필름은 환상 올리핀계 수지; 폴리스티렌계 수지; 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체; 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체; 폴리메타아크릴계 수지; 폴리카보네이트계수지; 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리에틸렌나프탈레이트를 포함하는 폴리에스테르계 수지; 나일론을 포함하는 폴리아마이드계 수지; 폴리우레탄계 수지; 아세탈계 수지; 폴리이미드계 수지; 및 트리아세틸셀룰로오스를 포함하는 셀룰로오스계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 고분자 수지로 형성된 것임을 특징으로 하는 태양전지용 베리어 필름.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 무기층은 규소(Si), 알루미늉(Al), 인듐(In), 주석(Sn), 아연(Zn), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 세륨(Ce), 이트륨(Yt), 란탄(La), 바륨(Ba), 마그네슘(Mg), 플루오르(F2), 안티몬(Sb), 스트론튬(Sr) 및 탄탈륨(Ta) 으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 금속을 포함하는 산화물, 질화물, 탄화물, 산화진화물, 산화 탄화물, 질화탄화물, 산화질화탄화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 무기물을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 배리어 필름.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 오버코팅층은 유리전이온도(Tg)가 -10 내지 0℃ 인 고분자 수지로부터 형성된 것임을 특징으로 하는 태양전지용 베리어 필름.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 고분자 수지는 열경화성 수지 및 열가소성 수지를 70:30 내지 30:70의 중량비율로 포함하는 것임을 특징으로 하는 태양전지용 베리어 필름.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 열경화성 수지는 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄수지, 폴리카보네이트 폴리우레탄, 폴리에스테르 폴리우레탄, 페놀 수지, 멜라민수지, 요소 수지, 규소 수지 및 이들의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상이고, 상기 열가소성 수지는 폴리에테르계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리비닐부티랄계 수지, 폴리비닐알콜계 및 이들의 공중합체로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상인 것임을 특징으로 하는 태양전지용 베리어 필름.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 오버코팅층 상면에 적층되며 상기 오버코팅층의 미세요철과 접하는 일면에 오버코팅층의 미세요철과 맞물려 겹쳐진 미세요철이 형성되어 있고, 미세요철에 의한 평균 표면조도(RMS)가 오버코팅층의 평균 표면조도보다 같거나 크며, 평균 표면조도(RMS)가 15 내지 140nm인 보호필름을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 베리어 필름.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 보호필름은 고분자 기재상에 실리콘 이형층이 형성된 이형필름이며, 상기 오버코팅층에 대한 박리강도(Peel Strength)가 20 내지 50 gf/inch인 것임을 특징으로 하는 태양전지용 베리어 필름.
  9. (S1) 일면에 무기층이 형성된 고분자 기재 필름을 준비한 후, 상기 무기층 상면에 오버코팅 조성물을 코팅하여 오버코팅층을 형성하는 단계; 및
    (S2) 상기 (S1)단계에서 코팅된 오버코팅층 상에 미세요철에 의한 평균 표면조도(RMS)가 15 내지 140nm인 보호필름을 합지하고, 상기 오버코팅층을 경화하여 보호필름의 미세요철을 오버코팅층의 표면에 전사하여 오버코팅층에 15 내지 120㎚의 평균 표면조도(RMS)를 형성하는 단계를 포함하는 태양전지용 베리어 필름의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 (S1) 단계에서 오버코팅 조성물은 열경화성 수지 및 열가소성 수지를 70:30 내지 30:70의 중량비율로 포함하는 것임을 특징으로 하는 태양전지용 베리어 필름의 제조방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 (S2) 단계에서 경화는 80 내지 100℃의 온도에서 30 내지 60 초 동안 용매를 건조시킨 후, 40 내지 60℃ 온도 조건에서 20 내지 50시간 동안 열경화하는 것임을 특징으로 하는 태양전지용 베리어 필름의 제조방법.
  12. 상기 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 베리어 필름; 및
    상기 베리어 필름의 오버코팅층 상에 형성된 태양전지 소자를 포함하는 태양전지.
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