KR20200141050A - 광기전력 모듈 제조 방법 - Google Patents

광기전력 모듈 제조 방법 Download PDF

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KR20200141050A
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헝유 리
팔루 조르디 에스꺄르
카린 죄더슈트룀
라우레-엠마누엘 페렛-애비
크리스토프 발리프
자비에 뷸리아르
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체에스에엠 센트레 스위쎄 데 엘렉트로니크 에트 데 미크로테크니크 에스아-르쉐르슈 에트 데블로프망
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Abstract

봉지제(encapsulant)에 의해 서로 부착된 적어도 제1 층 및 제2 층을 포함하는 광기전력 모듈(1)의 제조 방법으로서, 상기 제조 방법은 적층 단계를 포함하고, 여기서, 상기 봉지제 재료는 녹는점이 90 ℃ 미만인 실란 변성 폴리올레핀, 안료 입자, 및 가교 촉매를 포함하는 첨가제를 포함하며; 상기 적층 단계에서 열과 압력이 상기 모듈에 적용되고, 상기 열은 60 ℃ 내지 125 ℃의 온도에서 적용된다.

Description

광기전력 모듈 제조 방법
본 발명은 광기전력 장치의 기술 분야에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 빌딩 통합 용도(building-integrated applications)에 특히 적합한 착색된 광기전력 모듈을 제조하는 방법에 관한 것이다.
태양 전지 또는 태양 전지패널이라고도 하는 광기전력(PV) 장치의 자연 색상은 흑색에 가까운 경향이 있으며, 종종 보라색 또는 남색 색조를 띠며, 개별 셀들의 패턴이 명확하게 구분된다. 이러한 PV 장치를 건물에 장착하면 보기 흉할 수 있으며, 이러한 이유로, 건물 클래딩으로서 그것들을 직접 사용하는 것은 종종 허용되지 않는다.
이 문제를 극복하기 위해, 건물의 구조체 내로, 특히 외부 클래딩(exterior cladding)으로서, 통합될 수 있는 착색된 PV 장치가 제안되어 왔다.
문헌 US 9,281,186은 모듈의 외관을 변경시키기 위해 PV 장치의 전면 시트 위에 배치되는 필름을 개시한다. 그러나, 이 필름은, 모듈을 구성하는 개별 PV 셀들의 지오메트리와의 정렬을 필요로 하는 특정 프로파일을 요구하며, 전면 시트의 작은 면들(facets), 및 모듈의 불활성 부분에 매립된 요소들을 포함하는 복잡한 디자인에 의존한다.
US 2014/326292는 모듈 내부에 배치된 그래픽 필름을 포함하는 PV 장치를 개시한다. 이 필름은 색상 또는 텍스쳐(texture)를 갖는 상태로 인쇄되며, 모듈의 효율성에 대한 필름의 영향을 제한하기 위한 선택적(selective) 반사체 층을 필요로 한다.
US 9,276,141 및 US 8,513,517은, US 2012/247541 및 WO 2016/118885와 마찬가지로, PV 모듈 위에 또는 내부에 배치된 장식용 필름 오버레이(decorative film overlays)를 개시한다.
EP2793271은, 전체 가시광 스펙트럼에 걸쳐 특정량의 빛을 반사시키도록 하기 위해, 광기전력 모듈의 광 입사 측면 위에 침착된 중간층 위에 간섭 필터가 형성되어 있는 백색 광기전력 모듈을 설명한다. 이 간섭 필터를 생성하려면 특수 장비와 기술이 필요하다.
그러나, 이러한 모든 선행 기술의 해결책은 복잡하거나, 모듈에 적용하기 위해서는 추가 층들을 필요로 한다. 필연적으로, 모듈에 추가되는 각각의 추가 층에 대해, 분리될 수 있는 층들 사이에 더 많은 계면들이 존재하기 때문에, 모듈의 박리 위험이 증가한다. 또한, 특별한 제조 기술이나 장비가 요구될 수 있다.
WO 2009/089236은 이 문제에 대한 해결책을 제안한다. 이 문헌의 도 7의 구현예에서, 전면 봉지 층 자체는 그 안에 무작위로 분산된 안료 입자를 포함한다. 그에 따라, 이는 전면 봉지 층에 추가되는 추가적인 착색된 필름 층들에 대한 필요성은 제거하지만, 완전히 다른 일 세트의 문제점들을 발생시킨다. 이 문헌에 사용된 봉지제 재료는 종래의 것이고, 130 ℃ 내지 170 ℃ 정도의 종래의 적층 온도에서, 최대 1 bar의 압력 하에서, 적층되기 때문에, 적층 동안 안료 입자들이 이동할 수 있다. 이는 착색의 상당한 비균일성을 초래한다. 더욱이, 극단적인 경우, 과도한 봉지제 흐름은, 특히 PV 셀이 있는 구역들과 PV 셀이 없는 구역들과 관련하여, 모듈 내에서 상당한 두께 편차를 초래할 수 있다. 이로 인해 모듈 전체에 걸쳐서 색상 편차가 발생한다.
또한, 2차적으로, 표준 온도 및 압력은, 박막 실리콘, 결정성 실리콘, 및 게르마늄 기반 셀들과 같은 대부분의 표준 PV 셀 기술과는 양립하지만, 전형적으로 페로브스카이트 기반, 유기 및 염료 감응형 셀들과는 양립하지 않는다. 그라첼(Gr
Figure pct00001
tzel) 셀이라고도 하는 후자의 유형의 셀들은 티타늄 디옥사이드 박막 위에 흡수된 감광성 염료를 사용하고, 액체 또는 젤 기반 전해질을 사용하는데, 이는 약 90 ℃ 초과로 가열하면 손상될 수 있다. 결과적으로, 이러한 셀들은 종래의 적층 기술과 양립하지 않는다. 페로브스카이트는, 같은 정도는 아니지만, 유사하게 열 감응성이다.
따라서, 본 발명의 목적은, 원하는 색상을 갖는 착색된 광기전력 모듈을 제조하고 또한, 2차 고려 사항으로서, 염료 감응형, 페로브스카이트의 적층, 및 기타 온도 감응형 광기전력 기술과도 양립하는 제조 방법을 제안하는 것이다.
더욱 구체적으로, 본 발명은, 봉지제에 의해 서로 부착된 적어도 제1 층 및 제2 층을 포함하는 광기전력 모듈을 제조하는 방법에 관한 것이다. 물론 광기전력 모듈은 광기전력 변환 장치를 포함하지만, 그것이 반드시 제1 층 또는 제2 층 중 하나일 필요는 없으며, 다만, 실제로는 그것이 그것들 중 하나일 수는 있다. 본 방법은 다음 단계들을 포함한다:
- 진공 백 적층기(vacuum bag laminator)와 같은 적층 장치를 제공하는 단계;
- 상기 적층 장치에 상기 제1 층을 배치하는 단계로서, 상기 제1 층은, 예를 들어, 단독으로 존재하거나, 또는 기존의 미리 제조된 PV 모듈의 부분(part)으로서 존재하거나, 또는 모듈의 일부(portion)로서 존재하는, 전면 시트, 후면 시트, 또는 임의의 다른 층인, 단계;
- 상기 제1 층 위에 봉지제 재료를 배치하는 단계로서, 상기 봉지제 재료는 (a) 실란 변성 폴리올레핀(예를 들어, 에틸렌 함유 코폴리머)을 포함하는 베이스 수지를 제공하는 단계로서, 상기 베이스 수지는 90 ℃ 미만의 녹는점을 갖는, 단계, (b) 상기 베이스 수지, 편리한 유형, 크기 및 농도의 안료 입자, 및 적어도 하나의 가교 촉매를 포함하는 첨가제의 혼합물을 형성하는 단계로서, 상기 가교 촉매는 0.01 내지 20, 바람직하게는 0.01 내지 5 phr(parts per hundred of resin)의 비율로 존재하는, 단계, (c) 상기 혼합물을 90 ℃ 내지 190 ℃, 바람직하게는 160 ℃ 내지 180 ℃의 온도에서 용융시키는 단계, 및 (d) 상기 혼합물을 압출하여, 후속적으로 시트 및/또는 분말로서 상기 제1 층 위에 배치될 수 있는 상기 봉지제 재료를 형성하는 단계에 의해 제조되는, 단계;
- 상기 봉지제 재료 위에 상기 제2 층을 배치하는 단계로서, 상기 제2 층은, 예를 들어, 광기전력 변환 장치, 기존 PV 모듈의 일부를 형성하는 내부 전면 시트, 또는 적절한 임의의 다른 층인, 단계; 및
- 열 및 압력의 적용하에 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 봉지제 재료를 적층하여 상기 베이스 수지를 가교시키는 단계로서, 상기 열은 60 ℃ 내지 125 ℃, 바람직하게는 60 ℃ 내지 100 ℃, 더욱 바람직하게는 70 ℃ 내지 90 ℃의 온도에서 적용되는, 단계.
최대 125 ℃의 온도에서 적층하는 동안, 앞에서 특정된 봉지제 수지는 적어도 부분적으로 가교될 수 있으며, 그 결과, PV 모듈에 사용하기에 적합한 기계적 특성(예를 들어, 예상되는 최고 사용 온도(예를 들어, 대략 85 ℃, 심지어는 안전 여유를 추가하기 위해 최대 105 ℃까지)에서의 크리프(creep)에 대한 저항성 및 충분한 강성(rigidity))을 갖게 된다. 가교(cross-linking)는 모듈 적층이 완료된 후에도 발생하거나 계속될 수 있다.
통상적인 것보다 낮은 가공 온도는, 적층 동안, 통상적인 것보다 높은 점도 및 통상적인 것보다 낮은 탄젠트 델타(Tan Delta)를 발생시키며, 이는 안료 입자의 이동 및 응집을 방지하고, 뿐만 아니라 착색된 봉지제의 과도한 흐름을 방지하여, 모듈의 균일한 착색을 달성한다. 이러한 결과는 놀라운 것이며, 또한, 모듈에 색상을 부여하기 위한 안료 사용과 저온 가공 사이의 예상치 못한 상승 효과를 보여준다.
게다가, 통상적인 것보다 낮은 적층 온도와 특정 봉지제의 이러한 조합은, 종래의 PV 모듈을 적층하는 경우 뿐만 아니라, 종래의 적층 장비에서 온도 감응형 PV 셀들(예를 들어, 페로브스카이트 기반, 유기 또는 염료 감응형 셀들)을 포함하는 PV 모듈을 적층하는 경우에도 적합하게 사용될 수 있다. 또한, 적층 동안 가공 온도를 낮추면, 에너지 소비가 줄어든다. 주목되어야 하는 바와 같이, 앞에서 언급된 제1 및 제2 층들 중 하나는 기존의 미리 제작된 PV 모듈의 부분(part)(즉, 그 위에 추가 층이 적층되는 부분)을 형성할 수 있거나, 또는 또는 PV 모듈의 개별적인 층일 수 있다.
본 발명에 따른 대안적인 방법에서, 본 방법은 다음 단계들을 포함한다:
- 적층 장치를 제공하는 단계;
- 상기 적층 장치에 상기 제1 층(앞에서 설명되었음)을 배치하는 단계;
- 상기 제1 층 위에 봉지제 재료 배치하는 단계로서, 상기 봉지제 재료는 (a) 실란 변성 폴리올레핀(예를 들어, 에틸렌 함유 코폴리머)을 포함하고 90 ℃ 미만의 녹는점을 갖는 베이스 수지를 분말 형태로 제공하는 단계, 및 (b) 상기 베이스 수지 분말을, 편리한 유형, 크기 및 농도의 안료 입자와 함께, 또한 분말 또는 액체 형태의 적어도 하나의 첨가제와 함께 혼합하여, 상기 봉지제 재료를 형성하는 단계로서, 상기 첨가제는 0.01 내지 20, 바람직하게는 0.01 내지 5 phr(parts per hundred of resin)(전체 봉지제 재료 혼합물의 측면에서 고려됨)의 비율로 상기 봉지제 재료에 존재하는 가교 촉매를 포함하는, 단계에 의해 제조되는, 단계(이러한 분말 상태의 봉지제 재료는 상기 제1 층 위에 분말 형태로 배치된다);
- 상기 봉지제 재료 위에 상기 제2 층(앞에서 설명된 바와 같음)을 배치하는 단계; 및
- 열 및 압력의 적용 하에, 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 봉지제 재료를 적층하여 상기 베이스 수지를 가교시키는 단계로서, 상기 열은 60 ℃ 내지 125 ℃, 바람직하게는 60 ℃ 내지 100 ℃, 더욱 바람직하게는 70 ℃ 내지 90 ℃의 온도에서 적용되는, 단계.
최대 125 ℃의 온도에서 적층하는 동안, 촉매 및 베이스 수지의 입자들이 분리(discrete)되어 있더라도, 앞에서와 같은 방식으로 수지가 가교되며, 그 결과, PV 모듈에 사용하기에 적합한 기계적 특성(예를 들어, 예상되는 최고 사용 온도(예를 들어, 대략 85 ℃, 심지어는 안전 여유를 추가하기 위해 최대 105 ℃까지)에서의 크리프에 대한 저항성 및 충분한 강성)이 달성된다.
이번에도, 통상적인 것보다 낮은 가공 온도는, 적층 동안, 통상적인 것보다 높은 점도, 및 통상적인 것보다 낮은 탄젠트 델타를 발생시키며, 이는 적층 동안 안료 입자의 이동 및 응집뿐만 아니라 봉지제 재료의 과도한 흐름을 방지하며, 그 결과, 모듈의 균일한 색상을 달성한다. 이 결과는 놀라운 것이며, 모듈에 색상을 부여하기 위한 안료 사용과 저온 가공 사이의 예상치 못한 상승 효과를 보여준다.
따라서, 이 방법은, 종래의 PV 모듈을 적층하는 경우 뿐만 아니라, 종래의 적층 장비에서 온도 감응형 PV 셀들(예를 들어, 페로브스카이트 기반 또는 염료 감응형 셀들)을 포함하는 PV 모듈을 적층하는 경우에도, 사용될 수 있다. 또한, 적층 동안 가공 온도를 낮추면 에너지 소비가 줄어든다. 이번에도, 주목되어야 하는 바와 같이, 앞에서 언급한 제1 및 제2 층들 중 하나는 기존의 미리 제작된 PV 모듈의 부분(part)(즉, 그 위에 추가 층이 적층되는 부분)를 형성할 수 있거나, 또는, PV 모듈의 개별적인 층일 수 있다.
유리하게는, 상기 베이스 수지는, 적층 전에, 85 ℃에서 10,000 Pa·s 초과 및 100 ℃에서 6,000 Pa·s 초과의 복소 점도를 갖는다.
유리하게는, 상기 베이스 수지는, 적층 전에, 85 ℃에서 1.0 미만 및 100 ℃에서 1.2 미만의 탄젠트 델타 값을 나타낸다.
앞에서 언급된 특성들은 생성된 봉지제 재료의 우수한 가공성을 제공한다.
유리하게는, 상기 혼합물은 산화방지제; 자외선 흡수제; 자외선 안정화제; 중 적어도 하나를 포함하는 추가 첨가제를 더 포함한다. 이러한 추가 첨가제는, 촉매와의 혼합 및/또는 배합과 동시에, 또는 생성된 혼합물이 촉매와 혼합 및/또는 배합되기 전의 별도의 단계에서, 베이스 수지와 혼합 및/또는 배합될 수 있다.
유리하게는, 상기 촉매는 다음 중 하나 이상을 포함한다: 붕산; 메탈로센 촉매; 구속된 지오메트리 촉매(constrained geometry catalyst); 사슬 이동형 촉매; 지글러-나타(Ziegler-Natta) 또는 필립스(Phillips) 촉매와 같은 다중 부위 촉매. 이러한 가교 촉매는 다음을 포함할 수 있다: 금속(예를 들어, 코발트, 주석, 아연, 철, 납 등)의 카르복실레이트, 디알킬 틴 메르캅타이드, 스태너스 옥토에이트, 디부틸 틴 디라우레이트, 디부틸 틴 디아세테이트, 디옥틸 틴 디라우레이트, 스태너스 아세테이트, 스태너스 카프릴레이트, 아연 카프릴레이트, 유기 염기(예를 들어, 에틸아민, 디부틸아민 또는 헥실 아민), 무기 산(예를 들어, 황산), 또는 유기 산(예를 들어, 톨루엔 술폰산, 스테아르산 및 말레산).
유리하게는, 상기 적층 단계 후에, 상기 봉지제 재료는 85 ℃에서 15,000 Pa·s 초과 및 100 ℃에서 10,000 Pa·s 초과의 복소 점도를 나타낸다.
유리하게는, 상기 적층 단계 후에, 상기 봉지제 재료는 85 ℃에서 1.0 미만(바람직하게는 85 ℃에서 0.8 미만) 및 100 ℃에서 1.2 미만(바람직하게는 100 ℃에서 1.0 미만)의 탄젠트 델타 값을 나타낸다.
이러한 특성들은, 적층 직후에, 요구되는 사용 온도에서의 요구되는 구조적 안정성 및 크리프 저항성을 제공하기에 충분하다. 적층 후에, 가교가 더욱 발전함에 따라, 봉지제 층의 크리프 저항성이 더욱 향상될 것이다.
유리하게는, 상기 안료 입자의 적어도 일부, 바람직하게는 적어도 50% 또는 심지어 적어도 75%는, 100 nm 내지 50 μm, 바람직하게는 100 nm 내지 5 μm, 더욱 바람직하게는 300 nm 내지 700 nm, 더욱더 바람직하게는 400 nm 내지 600 nm 범위의 중위 직경을 갖는다. 입자의 직경은 전면 봉지제 층의 원하는 광학 특성에 맞게 최적화될 수 있다. 마찬가지로, 안료 입자는 0.01 내지 10 phr(parts per hundred of resin) 범위의 질량 농도로 상기 전면 봉지제 층에 제공될 수 있으며, 이 역시 원하는 특성을 최적화하도록 조정될 수 있다. 물론, 정확한 입자 크기 및 농도는, 원하는 광학 특성(색상, 반사율, 투과율, 특수 간섭 효과 등)을 얻기 위해, 일상적인 실험에 의해 도달될 수 있으며, 선험적인(priori) 입자 크기 대 입자 농도 관계는 특별히 없다(이 관계는 단순히 원하는 광학 특성에 따라 달라진다).
유리하게는, 상기 안료는 다음 중 적어도 하나를 포함한다: 아연 기반 안료(예를 들어, 아연 옥사이드 또는 아연 크로메이트), 티타늄 기반 안료(예를 들어, 티타늄 옥사이드 또는 티타늄 옐로우), 철 기반 안료(예를 들어, 산화철 또는 프러시안 블루), 크롬 기반 안료(예를 들어, 크롬 옥사이드), 비스무트 기반 안료(예를 들어, 비스무트 바나데이트), 코발트 기반 안료(예를 들어, 코발트 블루 또는 코발트 스태네이트 또는 코발트/리튬/티타늄 옥사이드), 알루미늄 기반 안료(예를 들어, 복합 황 함유 소듐 실리케이트), 주석 기반 안료(예를 들어, 스태닉 술피드) 또는 구리 기반 안료.
이러한 광기전력 모듈은 당연히 건축 구조물 내에 또는 위에 통합되기에 적합하다.
본 발명의 추가적인 세부 사항은, 다음을 도시하는 첨부도면과 관련하여, 아래의 상세한 설명을 읽을 때, 더 명확하게 나타날 것이다:
- 도 1: 본 발명에 따라 제조된 광기전력 모듈의 도식적인 단면도;
- 도 2: 본 발명에 따라 제조된 추가적인 광기전력 모듈의 도식적인 단면도;
- 도 3: 광기전력 모듈의 제조 방법의 개략도;
- 도 4 내지 7: 본 발명에 따른 봉지제 재료를 제조하는 방법의 개략도;
- 도 8 내지 10: 본 발명에 따른 PV 셀들로 얻어진 환경적 색상 안정성 결과를 도시하는 그래프; 및
- 도 11: PV 모듈을 구비하는 건축 구조물의 개략도.
다음에서 주목되어야 하는 바와 같이, 특정 층이 인접한 층 위에 직접 배치된다고 명시적으로 기술되지 않는 한, 하나 이상의 중간 층이 언급된 층들 사이에 존재할 수도 있다. 결과적으로, "위에(on)"는 기본적으로 "위에 직접적으로 또는 간접적으로"를 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 더욱이, 특정 층, 커넥터 등의 패터닝은 통상의 기술자에게 잘 알려져 있기 때문에 표현되지 않는다.
도 1은 전면 시트(3)(모듈(1)의 광 입사 면 위에 위치하고, 사용시 조명되도록 의도됨(도면들에서 태양 기호에 의해 표시됨)), 및 후면 시트(11)(모듈(1)에서 전면 시트(3)의 반대 면 위에 위치함)를 포함하는 광기전력 모듈(1)의 고전적인 구성을 도시한다. 전면 시트(3)는 유리, 투명 세라믹, 폴리머 또는 임의의 기타 편리한 실질적으로 투명한 재료일 수 있고, 후면 시트(11)는 금속, 유리, 세라믹, 폴리머, 또는 임의의 다른 편리한 재료일 수 있다. 전면 시트(3)는 구조화(structured)될 수 있고, 코팅을 구비할 수 있다. 전면 시트(3) 및 후면 시트(11) 중 하나는 본 발명의 의미에서 "제1 층"을 나타낼 수 있으며, 이 제1 층이 봉지제 층에 의해 봉지되어 붙는 층은 본 발명의 의미에서 "제2 층"에 해당한다. 대안적으로, 함께 봉지되는 PV 모듈 구조의 임의의 2개의 특정 층은 본 발명의 의미에서 제1 층 및 제2 층을 나타낼 수 있으며, 또는 제1 층 및 제2 층 중 어느 하나는 또 다른 층 또는 층들이 적층되는 기존의 미리 제작된 PV 모듈의 일부를 형성할 수 있다.
전면 시트(3)와 후면 시트(11) 사이에는, 통상적으로 알려진 바와 같이 패터닝되고 상호연결된 NIP, PIN, NP 또는 PN 접합부를 포함하는 하나 이상의 PV 셀들을 포함하는 광기전력 변환 장치(7)가 배치된다. PV 셀은, PV 모듈(1)의 광 입사 측면에 충돌하고 PV 변환 장치(7)의 광전 활성 부분 내로 통과하는 빛으로부터 전력을 생성하도록 구성된, 박막 실리콘, 결정성 실리콘, 게르마늄, 페로브스카이트, 염료 감응형 셀, 또는 임의의 기타 유형의 PV 기술을 기반으로 할 수 있다. 본 발명은 염료 감응형 및 페로브스카이트 셀들을 포함하는 PV 모듈의 봉지에 특히 적용 가능하지만, 임의의 PV 셀 기술에도 동등하게 적용될 수 있다.
PV 변환 장치(7)는, 전면 시트(3)에 그것을 밀봉시키는 전면 봉지제 층(5)에 의해 그것의 광 입사 면에서 봉지되고, 또한 후면 봉지제 층(9)에 의해 그것의 후면에서 봉지된다. 후자는 PV 변환 장치(15)를 후면 시트(19)에 밀봉하지만, 실제로는 그것 자체가 후면 시트를 형성할 수도 있다. 각각의 봉지제 층들(5, 9)은 전형적으로 200 ㎛ 내지 1 mm 두께이다. 또한, 다수의 전면 봉지제 층들(3)이 서로의 위에 적층될 수 있다. 전면 및/또는 후면 봉지제 층들(5, 9)은 본 발명에 따라 특별히 제조되며, 아래에서 더 상세히 설명될 것이다.
주목되어야 하는 바와 같이, 다른 중간 층들이 예시된 층들 사이에 제공될 수 있으며, 이 층들은 반드시 평평할 필요는 없고 곡면 또는 더 복잡한 표면을 나타낼 수 있다. 그러한 경우, 분말 형태의 봉지제 재료를, 그 자체로 또는 그것의 필름과 조합하여, 사용하는 것은, 그 형상의 모든 세부 사항들이 봉지제로 채워지는 것을 보장하기 위해 유리할 수 있다. 실제로, 적층 후 균일한 봉지제 층을 보장하기 위해, 분말 형태의 봉지제 재료를 사용하여 기저 층 위의 특정 구역을 채움으로써, 층의 형상에 관계없이, 동일한 원리가 적용될 수 있다.
도 2는 전면 봉지제(5)를 사용하여 기존의 사전 제작된 PV 모듈(17)에 전면 시트(3)를 적층함으로써 제조된 PV 모듈(1)의 구조의 추가 변형예를 도시한다. 다른 층들(7, 9 및 11)은 앞에서 설명된 바와 같다. 결과적으로, 사전 제작된 모듈(17)의 원래의 전면 시트 및 전면 봉지제는 각각 내부 전면 시트(13) 및 추가 봉지제 층(15)이 된다. 후면 봉지제(9) 및 후면 시트(11)에 관한 동일한 설명이 앞에서와 동일하게 적용된다. 이러한 구조는, 구조화되고, 인쇄되고, 바람직한 첨가제를 포함하고, 광학 필터(예를 들어, EP 2994940, US 2017/123122 또는 US 2017/033250에 개시된 것)를 포함거나, 또는 유사한 기능화를 나타내는 전면 시트(3)에 의해, 기존 모듈(17)의 전면의 기능화를 가능하게 한다.
도 3은 본 발명에 따른 PV 모듈(1)을 제조하는 방법을 도식적으로 나타낸다.
존재하는 임의의 다른 층과 함께 적어도 층 3, 5, 7 및 9를 포함하는 층 스택(31)이 적층 장치(33)에 조립된다. 도 2의 구현예의 경우, 층 스택은 미리 제조된 PV 모듈(17)을 포함하고, 그 위에 전면 봉지제 층(5) 및 전면 시트(3)(및 임의의 다른 원하는 층)가 도포되어 있다. 주목되어야 하는 바와 같이, 층 스택(31)은 최종 PV 모듈의 광 입사 면이 아래를 향하거나 위를 향하도록 적층 장치(33)에 조립될 수 있으며, 이러한 배향은 어떤 특정 층이 본 발명의 의미에서의 "제1 층" 및 "제2 층"인지를 결정한다. 또한, 하나 이상의 봉지제 층들(5, 9)은 필름 및/또는 분말로서 층 스택(31)에 도포될 수 있다.
적층 장치는 진공 백 적층기(vacuum bag laminator), 롤러 유형 라미네이터(roller-type laminator), 또는 임의의 다른 편리한 유형일 수 있다. 그 다음, 적층 장치(33)는, 통상적인 것보다 낮은 온도(예를 들어, 60 내지 125 ℃, 바람직하게는 60 내지 100 ℃, 더욱 바람직하게는 70 내지 90 ℃) 및 최대 2 bar 게이지(통상적으로는 실질적으로 1 bar 게이지)의 압력에서, 적절한 시간 동안(예를 들어, 20 내지 2,000 분), 열과 압력을 가하며, 이에 의해, 다양한 봉지제 층들이 융합되고 가교되어, 최종 PV 모듈(1)을 조립하게 된다.
결과적으로, 본 발명에 따른 PV 모듈(1)은 특별한 장비 없이도 종래의 PV 가공 장비에서 제조될 수 있다. 또한, 감소된 가공 온도는 제조시 에너지 소비를 감소시킨다.
적층 후 그리고 사용 중에 봉지제의 원하는 기계적 특성을 유지하면서도 위에서 언급한 통상적인 것보다 낮은 온도에서의 적층을 허용하기 위해서는, 적어도 하나의 봉지제 층(5, 9)이 아래 설명된 바와 같이 특별하게 제조된다.
관련된 봉지제 층 또는 층들(5, 9)은, 폴리에틸렌 또는 기타 에틸렌 기반 폴리머 또는 코폴리머와 같은 실란 변성 폴리올레핀 기반 수지, 또는 이러한 폴리머들의 혼합물로부터 형성된다. 이러한 베이스 수지는 폴리머 분자에 이미 그라프팅된 실란 작용기를 포함하며, 예를 들어, Padanaplast, Dow, Evonik 및 기타 회사로부터 상업적으로 입수가능하다. 다음에서는, 어떤 특정 제형들은, 그 특정 제형과 관련하여 변경되지 않는 제조자의 지시 명칭에 의해 지시된다. 따라서, 통상의 기술자에게 재현성이 보장된다.
이러한 베이스 수지는 전형적으로, 가수 분해성 실란기를 포함하는 화합물의 존재하에 하나 이상의 폴리올레핀(예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 또는 에틸렌 또는 프로필렌과 C3-C10 알켄 중에서 선택된 다른 모노머의 코폴리머, 등)을 처리함으로써 얻을 수 있다. 폴리올레핀의 다른 예는 알릴 사이클로헥산, 비닐 사이클로헥산, 노르보넨, 폴리스티렌, 아크릴, 아크릴레이트 폴리머, PMMA와 같은 메타크릴레이트, 등이다. 폴리올레핀의 추가적인 예에 대해서는, 표준 ASM D883-12, 또는 『Ullman's Encyclopaedia of Industrial Chemistry』를 참조할 수 있다. 베이스 수지의 처리는, 예를 들어, 가수 분해성 실란기를 포함하는 화합물 및 자유 라디칼을 생성할 수 있는 화합물의 존재하에, 하나 이상의 폴리올레핀을 용융 처리함으로써 수행될 수 있다. 그러나, 이러한 베이스 수지는 여러 제조자로부터 기성품으로서 입수가능하므로, 통상의 기술자는 적합한 것을 선택하기만 하면 되고, 스스로 합성할 필요는 없다.
관련된 베이스 수지는 이상적으로는, 적층 전에, 다음과 같은 특성을 갖는다:
파라미터 값
밀도 < 0.92 g/cm3
녹는점 < 90°C
복소 점도(85°C) < 30000 Pa.s 및 > 10000 Pa.s
복소 점도(100°C) < 20000 Pa.s 및 > 6000 Pa.s
탄젠트 델타(85°C) <1, 이상적으로는 >0.1 또는 심지어 >0.2
탄젠트 델타(100°C) <1.2, 이상적으로는 >0.1 또는 심지어 >0.4
참고로, 복소 점도는 전단 응력의 강제 조화 진동 동안 측정되는 진동수 의존성 점도 함수이고, 복소 모듈러스(complex modulus)를 각진동수(angular frequency)로 나눈 값으로 정의되며, 여기서, 복소 모듈러스는, 변형이 회복 가능한지(즉, 탄성인지) 회복 불가능한지(즉, 점성인지)에 관계없이, 재료의 변형에 대한 전체적인 저항성을 나타낸다. 이것은, 본 발명의 경우 1 Hz 진동수 및 10% 변형률에서, 동적 이동 다이 레오미터(dynamic moving-die rheometer) 또는 유사한 도구로 측정된다. "손실 탄젠트(Loss Tangent)"라고도 알려진 탄젠트 델타(Tan Delta)는 점성 모듈러스(G") 대 탄성 모듈러스(G')의 비율을 특성화하는 위상 각(phase angle)의 탄젠트이며, 유체 내의 탄성의 존재 및 정도를 정량화한다. 1.0 미만의 탄젠트 델타 값은 탄성 지배적(즉, 고체와 유사한) 거동을 나타내며, 1 보다 큰 값은 점성 지배적(예를 들어, 액체와 유사한) 거동을 나타내며, 이들 역시 1 Hz 진동수 및 10% 변형률에서 측정된다.
인용된 밀도 범위는 베이스 수지의 결정화도 및 녹는점과 관련하여 최적을 나타내고, 녹는점 범위는 봉지제가 낮은 적층 온도에서 용융될 수 있도록 보장하며, 점도 및 탄젠트 델타 값은 표준 적층 조건 하에서 봉지제의 가공성을 반영하는 중요한 값이다. 이러한 특성들을 갖는 구체적인 상업적으로 입수가능한 수지의 예가 아래의 실시예에 주어져 있지만, 통상의 기술자는 적절한 재료 데이터 시트를 참조하여 주어진 특성을 기초로하여 다른 것들을 선택하는 방법을 알고 있다. 본질적으로, 언급된 특성을 갖는 폴리머는 요구되는 온도에서 적층 가능한 반면, 이러한 범위를 벗어난 파라미터를 갖는 폴리머는 전형적으로는 적합하지 않다는 것이 밝혀졌다.
베이스 수지는 0.01 phr 내지 5 phr, 또는 심지어 최대 20 phr의 농도의 가교 촉매와 배합된다. 이 촉매는 물 공급원으로서의 붕산, 메탈로센 촉매, 구속된 지오메트리 촉매(constrained geometry catalyst), 사슬 이동형 촉매, 지글러-나타(Ziegler-Natta) 또는 필립스(Phillips) 촉매와 같은 다중 부위 촉매, 또는 실란과 물(이는 주변 환경의 물이거나, 및/또는, 예를 들어, 붕산, 또는 가열될 때 분해되어 물을 방출하는 유사한 화합물에 의해 제공될 수 있다)에 의한 폴리올레핀 분자의 가교를 촉매하는데 적합한 임의의 다른 유형의 촉매를 포함할 수 있다. 촉매는 분말 또는 액체 용액으로서 제공되거나, 촉매 마스터 배치 내의 폴리머에 미리 혼입될 수 있다. 이러한 촉매의 추가적인 예는 다음과 같다: 금속(예를 들어, 코발트, 주석, 아연, 철, 납 등)의 카르복실레이트, 디알킬 틴 메르캅타이드, 스태너스 옥토에이트, 디부틸 틴 디라우레이트, 디부틸 틴 디아세테이트, 디옥틸 틴 디라우레이트, 스태너스 아세테이트, 스태너스 카프릴레이트, 아연 카프릴레이트, 유기 염기(예를 들어, 에틸 아민, 디부틸 아민 또는 헥실 아민), 무기산(예를 들어, 황산), 또는 유기산(예를 들어, 톨루엔 술폰산, 스테아르산, 및 말레산).
다음에서도 역시, 이러한 촉매 제형은, 그 특정 제형과 관련하여 변하지 않는 제조자의 지시 명칭에 의해 지시된다. 따라서, 통상의 기술자에게 재현성이 보장된다.
산화방지제, UV 흡수제 및/또는 UV 안정화제와 같은 다른 첨가제가, 예를 들어, 0.1% 내지 5%의 농도로, 봉지제 베이스 수지에 첨가될 수 있다. 또한, 봉지제는 추가 첨가제로서 안료 입자를 포함한다. 이러한 입자는, 예를 들어, 0.01 내지 10 phr 또는 wt%, 바람직하게는 0.1 내지 5 phr 또는 wt%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 1 phr 또는 wt% 범위의 농도로 존재할 수 있으며, 100 nm 내지 50 μm, 특히 100 nm 내지 1 μm, 더욱 특히 300 nm 내지 700 nm, 가장 특히 400 nm 내지 600 nm 범위의 크기를 가질 수 있다. 바람직하게는 적어도 50%의, 더욱 바람직하게는 적어도 75%의, 더욱 바람직하게는 실질적으로 모든 안료 입자가 명시된 크기를 갖는다. 주목되는 바와 같이, 안료 입자는, 상기 봉지제, 또는 이미 착색된 재료로 만들어진 봉지제 내에 분자 수준으로 분산된 착색제와 구별되는 분리된 입자들(discrete particles)이다. 적합한 안료의 예로서, 티타늄 옥사이드 또는 아연 옥사이드 입자를 사용하여 백색을 생성할 수 있다. 황토색의 경우 Fe2O3, 노란색의 경우 FeO(OH)와 같은 다양한 산화철을 사용하여, 노란색, 주황색, 적색 및 갈색 색상을 생성할 수 있다. 청색은, 예를 들어, 복합 황 함유 소듐 실리케이트 또는 프러시안 블루에 의해 생성될 수 있다. 이러한 안료 입자(21)는, PV 장치(1)에 입사되는 가시광의 일부를 흡수하여, 원하는 색상 및 확산광을 생성시키며, 여기서, 확산광은 균일한 색상을 제공하고, 또한 확산광은 PV 변환 장치(15)의 다양한 특징들(예를 들어, 패터닝, 개별 셀들 간의 전기적 상호연결 트랙들, 개별 셀들의 가장자리, 개별 셀과 후면 봉지제(17) 및/또는 후면 시트(19) 간의 색상 불일치, 등)을 숨기는 데 도움이 된다.
성공적으로 시험된 특정 기성품(off-the-shelf) 안료의 더욱 구체적인 예는 다음과 같다:
· 적색: 산화철 적색 안료, 예를 들어, Scholz Farbpigmente Schweiz의 Rot 110M, BASF의 Sicocer® F Coral 2320. 전형적인 사용량: 0.05 내지 2 phr;
· 백색: Dupont의 Dupont Ti-Pure R-900, R-960. 전형적인 사용량: 0.1 내지 1 phr;
· 황색: Ferro Corporation의 Nubifer Y-4000 시리즈. 전형적인 사용량: 0.1 내지 2 phr; 및
· 녹색: Ferro Corporation의 PG17 S 시리즈, BASF의 SICOPAL® GREEN K 9610 또는 9710. 전형적인 사용량: 0.05 내지 2 phr
물론, 다른 상업적으로 입수가능한 기성품 안료 제품도 적합하며, 그 예는 다음을 포함한다: 아연 기반 안료(예를 들어, 아연 옥사이드 또는 아연 크로메이트), 티타늄 기반 안료(예를 들어, 티타늄 옥사이드 또는 티타늄 옐로우), 철 기반 안료(예를 들어, 산화철 또는 프러시안 블루), 크롬 기반 안료(예를 들어, 크롬 옥사이드), 비스무트 기반 안료(예를 들어, 비스무트 바나데이트), 코발트 기반 안료(예를 들어, 코발트 블루 또는 코발트 스태네이트 또는 코발트/리튬/티타늄 옥사이드), 알루미늄 기반 안료(예를 들어, 복합 황 함유 소듐 실리케이트), 주석 기반 안료(예를 들어, 스태닉 술피드), 또는 구리 기반 안료.
안료 입자(21)는 PV 장치(1)에 입사되는 가시광의 일부를 흡수하여 원하는 색상을 생성하고, 또한, 균일한 색상을 제공하고 PV 변환 장치(7)의 다양한 특징들(예를 들어, 그것의 패터닝, 개별 셀들 간의 전기적 상호 연결부들의 트랙, 개별 셀들의 가장자리, 개별 셀들과 후면 봉지제(9) 및/또는 후면 시트(backsheet)(11) 간의 색상 불일치, 등.)을 숨기는 데 도움이 되는 확산광(diffuse light)을 생성한다.
이러한 확산 효과는, 분자 수준에서 그 안에 분산된 착색제에 의해 착색되는 전면 봉지제를 단순히 제공하는 것에 비해, 특히 유리한데, 이는, 그러한 착색제는 광 확산의 결여로 인해 훨씬 더 높은 수준의 광학적 투명도를 발생시키며, 그에 따라, 앞에서 기술된 바와 같은 PV 변환 장치(7)의 다양한 특징들을 숨기지 않기 때문이다.
또한, 확산 효과는 전면 봉지제(5)를 통과하여 PV 변환 장치(7)의 광기전력 활성 부분(photovoltaically-active parts)으로 들어가는 빛을 확산시키는 데 도움이 되며, 그 결과, PV 변환 장치(7)의 광 입사 측에 있는 PV 모듈(1)에 통합된 기존의 확산 요소와 유사한 방식으로 셀을 통과하는 빛의 평균 경로 길이를 증가시킨다. 물론, 전체 효율은, PV 장치의 광 입사 측으로 후방 확산되거나 또는 반사되는 빛에 비례하여, 감소한다.
안료 입자(21)의 크기는 IR 광에 민감한 PV 변환 장치(5)에 대한 적외선 범위의 투과율을 증가시키도록 조정될 수 있으며, 전면 봉지제 층(5) 내의 안료 입자의 크기 및 밀도를 최적화함으로써, 안료 입자들(21) 사이에 간섭이 발생될 수 있으며, 그 결과, 광택(shiny), 반짝임(shimmering), 또는 무지개 효과를 제공할 수 있다. 더욱 통상적으로, 안료 입자 크기 및 농도, 전면 봉지제 층 두께 등은, 원하는 색상, 광학 효과, 투과율, 반사율 등을 달성하기 위해, 앞에서 언급된 범위 내에서 일상적인 실험을 통해 조정될 수 있다.
베이스 수지, 안료 입자 및 촉매(및 임의의 다른 첨가제)의 혼합물은 배합된 다음, 예를 들어 이중 스크류 압출기 또는 다른 형태의 압출기에 의해, 90 ℃ 내지 190 ℃, 바람직하게는 140 ℃ 내지 180 ℃, 바람직하게는 160 ℃ 내지 180 ℃, 바람직하게는 165 ℃ 내지 175 ℃의 온도에서, 압출되어, 봉지제 재료의 필름을 형성하거나, 또는 임의의 다른 편리한 형태(예를 들어, 실린더)로 형성되며, 그 다음 이것은 분쇄되어 분말이 된다. 이는 도 4에 도식적으로 예시되어 있는데, 여기서, 베이스 수지, 및 촉매 제형(이것은 촉매 분말, 용액, 또는 폴리머와 미리 배합된 촉매를 포함하는 촉매 마스터 배치를 포함한다)이 혼합, 배합 및 압출된다. 도 5는 이 공정의 또 다른 변형을 도식적으로 보여주는데, 여기서, 베이스 수지는 UV 흡수제, UV 안정화제 및/또는 산화방지제와 같은 추가 첨가제와 먼저 혼합되고 배합된 다음 압출되며, 그 결과 발생된 혼합물은 후속적으로 촉매 제형(앞에서 기술된 바와 같음)과 혼합되고 배합된 다음 압출된다.
종래의 압출 공정에서는, 용융물이 응고되기 전에 압출기에서 용융물의 체류 시간이 상대적으로 짧기 때문에, 폴리머의 가교가 상대적으로 적게 발생한다. 그러나, 일부는 실제로 발생할 수 있는데, 그래도 문제는 없다. 압출기에서의 과도한 가교와 관련된 문제가 있는 경우, 통상의 기술자는 일상적인 실험을 통해 압출 파라미터(온도, 압출 압력, 압출 유량 등)를 쉽게 수정하여, 이러한 문제를 해결할 수 있다. 따라서, 시트 및/또는 분말은 앞에서 기술된 바와 같이 적층 장치(lamination device)(33)의 층 스택(layer stack)(31)에 배치될 수 있다. 열과 압력을 가하면, 실란은 적층 온도에서 물(예를 들어, 붕산 또는 촉매의 다른 성분에서 나올 수 있음)이 있는 상태에서 폴리머 분자를 가교시킴으로써, 봉지제 재료가 경화되어 인접한 층에 결합하록 한다.
또 다른 변형예에서, 베이스 수지, 및 촉매 이외의 임의의 첨가제는 상기 언급된 온도에서 배합 및 압출되어, 실린더 또는 스트랜드와 같은 형태가 된 후, 분쇄되어 분말이 될 수 있다. 그 다음, 이 베이스 수지 분말은 가교제(즉, 촉매) 재료(자체로, 또는 폴리머와 미리 배합된 상태로), 안료 입자, 및 선택적으로(optionally) 추가 첨가제(예를 들어, 산화방지제, UV 흡수제 및/또는 UV 안정화제)를 함유하는 가교제 분말 또는 액체와 혼합될 수 있으며, 이는 도 6에 도식적으로 예시되어 있다. 이 분말은 1 내지 1,000 μm, 바람직하게는 1 내지 100 μm의 입자 크기를 가질 수 있다. 생성된 분말 혼합물은 본 발명의 봉지제 재료를 구성한다. 도 7에 도식적으로 나타낸 이 공정의 추가 변형예에서, 베이스 수지(분말, 펠릿, 또는 임의의 다른 편리한 형태일 수 있음), 및 앞에서 설명된 추가 첨가제를 먼저 혼합, 배합 및 압출하고, 그 다음, 생성된 혼합물을 분쇄하여 분말을 형성한다. 그 다음, 이 후자의 분말은 앞에서와 같이 분말 또는 액체 형태의 가교제(폴리머 성분을 갖거나 갖지 않음)와 혼합되어 봉지제 재료 분말을 형성한다.
그 다음, 이 분말 혼합물은 앞에서 설명된 바와 같이 층 스택(31)에 배치될 수 있으며, 60 ℃ 내지 125 ℃, 바람직하게는 60 ℃ 내지 100 ℃, 더욱 바람직하게는 60 ℃ 내지 85 ℃의 열, 및 0.5 내지 2 bar의 게이지 압력을 적용하면, 가교제가 베이스 수지와 상호작용하면서 이들 성분은 연화 및 결합하게 되고, 그 결과, 압출 전에 가교제를 베이스 수지와 혼합하는 경우와 동일한 방식으로, 베이스 수지의 폴리머를 가교시키게 된다.
적층 후, 생성된 봉지제는 다음과 같이 개질된 특성을 가지며, 이는 사용시 원하는 강도 및 크리프 저항성(creep resistance)을 제공한다:
파라미터 값
복소 점도(85°C) > 15000 Pa.s
복소 점도(100°C) > 10000 Pa.s
탄젠트 델타(85 °C) < 1.0, 바람직하게는 < 0.8
탄젠트 델타(100°C) < 1.2, 바람직하게는 < 1.0
결과적으로, 전체 공정 동안 봉지제 재료의 유변학적 거동이 제어되며, 이는 적층 동안 안료 입자의 이동 및 과도한 재료 흐름을 방지한다. 안료 입자의 응집 및 봉지제 재료의 상당한 흐름이 방지되며, 그 결과, 모듈의 균일한 착색이 발생하게 된다. 이는, 전체 공정 동안 봉지제의 점도가 높게 유지되어(복소 점도가 4000 Pa·s 이상으로 유지되고, 봉지제의 탄젠트 델타 값도 이상적으로는 1.2 미만, 바람직하게는 1.0 미만으로 유지됨), 특히 열이 가해지는 적층 초기 단계 동안, 이러한 안료 입자 이동을 방지하기 때문이다. 종래의 적층의 이 단계 동안, 봉지제가 경화를 시작할 시간을 갖기 전에, 전형적으로, 상대적으로 낮은 점도가 발생되며, 그에 따라, 안료의 이동 및 응집을 허용하게 되고, 또한 봉지제 층의 상당한 두께 변화를 유발하는 과도한 재료 흐름을 허용하게 된다. 실제로, 저온 적층과, 안료 이동 및 과도한 재료 흐름을 방지하는 것 사이의 이러한 상승 효과는, 전적으로 예상치 못한 기술적 효과를 제공하여, 모듈의 매우 균일한 색상을 가능하게 한다.
아래에서는 안료가 없는 수많은 시험 결과가 재현되는데, 이것들은 본 발명의 방법이 우수한 저온 적층의 원하는 결과를 달성한다는 것을 실증하고, 봉지제 층의 원하는 기계적 및 유변학적 특성들을 달성하는 재료들의 특정 조합들의 구체적인 예들을 제공한다.
실시예 1
베이스 수지 촉매 마스터 배치 (phr) 산화방지제
(phr) 		UV 흡수제
(phr) 		UV 안정화제
(phr)
Padanaplast
Polidiemme
FE1252 EXP		 Padanaplast
CT 0552/09
(0.2)		 트리스(2,4-디터트-부틸페닐)포스파이트 (0.2) 없음 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐) 세바케이트 (0.2)
표 3은 이 실시예의 제형을 상세히 설명하며, 여기서, "phr"은 수지 100부 당 부를 나타낸다. 산화방지제 및 UV 안정화제가 먼저, 170 ℃에서 이중 스크류 압출기에 의해 첨가제 마스터 배치 내로 배합되었다. 그 다음, 베이스 수지, 촉매 마스터 배치, 및 첨가제 마스터 배치의 혼합물이, 단일 스크류 압출기에 의해, 170 ℃에서, 0.5 mm 두께의 필름으로 압출되었다. 그 다음, 압출된 필름은 일련의 특성분석 단계들에서 시험되었다.
필름은 먼저, 표준 평판 진공 백 적층기(standard flat-bed vacuum-bag laminator)에서 60 분의 총 사이클 시간으로 85 ℃에서 각각 3 mm 두께의 두 장의 유리판 사이에 적층되었다. 생성된 적층체에는 공극 및 기타 시각적 결함이 없었다. 포일과 유리 사이의 적층후 박리 강도는, 표준 인장 시험기로 수행된 표준 90° 박리 시험으로 측정했을 때, 10 N/mm 초과인 것으로 측정되었다. 그 후, 적층된 유리판들을 85 ℃ 및 85% 상대 습도에서 표준 크리프 시험을 거쳤고, 15 kg/m2-적층체에 해당하는 유리 중량 하에서, 100 시간 후에도 크리프가 발생하지 않음을 보여 주었다.
실시예 2
베이스 수지 촉매 마스터 배치 (phr) 산화방지제
(phr) 		UV 흡수제
(phr) 		UV 안정화제
(phr)
Dow Engage 8130 (50%) + Padanaplast FE1252 EXP (50%) Padanaplast
촉매 마스터 배치
LV1 (0.2)		 Irganox B 225 (0.3) 페놀, 2,2'-메틸렌-비스(6-(2H-벤조트리아졸-2-일)-4-(1,1,3,3-테트라메틸-부틸))
(0.2)		 1,5,8,12-테트라키스[4,6-비스(N-부틸-N-1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜아미노)-1,3,5-트리아진-2-일]-1,5,8,12-테트라아자도데칸
(0.2)
표 4는 이 실시예의 제형을 자세히 설명한다. 산화방지제, UV 흡수제 및 UV 안정화제가 먼저, 170 ℃에서 이중 스크류 압출기에 의해 첨가제 마스터 배치 내로 배합되었다. 그 다음, 베이스 수지의 혼합물(이는, 이 경우에, 상기 표에 표시된 두 가지 상이한 수지의 50:50 블렌드를 포함한다), 촉매 마스터 배치, 및 첨가제 마스터 배치가 단일 스크류 압출기에 의해 170 ℃에서, 0.5 mm 두께의 필름으로 압출되었다. 그 다음, 압출된 필름은 일련의 특성분석 단계들에서 시험되었다.
필름은 먼저 표준 평판 진공 백 적층기에서 60 분의 총 사이클 시간으로 85 ℃에서 각각 3 mm 두께의 두 장의 유리판 사이에 적층되었다. 생성된 적층체에는 공극 및 기타 시각적 결함이 없었다. 포일과 유리 사이의 박리 강도는 상기와 같은 표준 90° 박리 시험에 의해 적층 후 5 N/mm 초과인 것으로 측정되었다. 그 다음, 적층된 유리판들은 85 ℃ 및 85% 상대 습도에서 표준 크리프 시험(위와 같음)을 거쳤으며, 100 시간 후에도 크리프가 발생하지 않음을 보여주었다.
실시예 3
베이스 수지 촉매 마스터 배치 (phr) 산화방지제
(phr) 		UV 흡수제
(phr) 		UV 안정화제
(phr)
Yparex 0H145 Padanaplast CT 0552/09
(0.3) 		Irganox B 225
(0.3)		 페놀, 2,2'-메틸렌-비스(6-(2H-벤조트리아졸-2-일)-4-(1,1,3,3-테트라메틸-부틸))
(0.2)		 1,5,8,12-테트라키스[4,6-비스(N-부틸-N-1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜아미노)-1,3,5-트리아진-2-일]-1,5,8,12-테트라아자도데칸
(0.2)
표 5는 이 실시예의 제형을 자세히 설명한다. 산화방지제, UV 흡수제 및 UV 안정화제가 먼저 170 ℃에서 이중 스크류 압출기에 의해 첨가제 마스터 배치 내로 배합되었다. 그 다음, 베이스 수지, 촉매 마스터 배치 및 첨가제 마스터 배치의 혼합물이 단일 스크류 압출기에 의해 170 ℃에서 0.5 mm 두께의 필름으로 압출되었다. 그 다음, 압출된 필름은 일련의 특성분석 단계들에서 시험되었다.
필름은 먼저 표준 평판 진공 백 적층기에서 60 분의 총 사이클 시간으로 85 ℃에서 각각 3 mm 두께의 두 장의 유리판 사이에 적층되었다. 생성된 적층체에는 공극 및 기타 시각적 결함이 없었다. 포일과 유리 사이의 박리 강도는 상기와 같은 표준 90° 박리 시험에 의해 적층 후 5 N/mm 초과인 것으로 측정되었다. 그 다음, 적층된 유리판들은 85 ℃ 및 85% 상대 습도에서 위와 동일한 크리프 시험을 거쳤으며, 100 시간 후에도 크리프가 발생하지 않음을 보여주었다.
실시예 4
베이스 수지 촉매 마스터 배치 (phr) 산화방지제
(phr) 		UV 흡수제
(phr) 		UV 안정화제
(phr)
Evonik Vestoplast 508 Padanaplast
촉매 마스터배치 LV1-LR
(0.3) 		트리스(2,4-디터트-부틸페닐)포스파이트
(0.2)		 없음 1-아세틸-4-(3-도데실-2,5-디옥소-1-피롤리디닐)-2,2,6,6-테트라메틸-피페리딘(0.2)
표 6은 이 실시예의 제형을 자세히 설명한다. 산화방지제 및 UV 안정화제가 먼저 190 ℃에서 이중 스크류 압출기에 의해 첨가제 마스터 배치 내로 배합되었다. 그 다음, 베이스 수지, 촉매 마스터 배치 및 첨가제 마스터 배치의 혼합물이 단일 스크류 압출기에 의해 190 ℃에서 0.5 mm 두께의 필름으로 압출되었다. 그 다음, 압출된 필름은 일련의 특성분석 단계들에서 시험되었다.
포일 필름은 먼저 표준 평판 진공 백 적층기에서 60 분의 총 사이클 시간으로 85 ℃에서 각각 3 mm 두께의 두 장의 유리판 사이에 적층되었다. 생성된 적층체에는 공극 및 기타 시각적 결함이 없었다. 포일과 유리 사이의 박리 강도는 위와 같은 표준 90° 박리 시험에 의해 적층 후 10 N/mm 초과인 것으로 측정되었다. 그 다음, 적층된 유리판들은 85 ℃ 및 85% 상대 습도에서 위와 동일한 크리프 시험을 거쳤으며, 100 시간 후에도 크리프가 발생하지 않음을 보여주었다.
앞에서 언급된 시험이 보여주는 바와 같이, 본 발명의 방법에 의해 생성된 봉지제 재료는, 85 ℃에서 여전히 박리 강도 및 크리프 저항성을 유지하면서도, 종래보다 훨씬 더 낮은 온도에서 적층될 수 있다. 결과적으로, 종래의 적층 장비 및 기술이, 페로브스카이트에 기초한 것들 또는 염료 감응 기술에 기초한 것들과 같은 온도 감응 PV 셀들을 포함하는 PV 모듈(1)을 조립하는 데 사용될 수 있다.
안료 사용과 관련하여, 안료의 존재는 생산된 모듈의 기계적 특성에 영향을 미치지 않았다. 더욱이, 어닐링 동안, 안료첨가 봉지제는 변색되거나 특성이 변하지 않았기 때문에, 사용된 봉지제와 안료 사이에 특별한 교차 열화 메커니즘(cross-degradation mechanisms)이 발생하지 않는다는 결론에 도달했다.
본 발명에 따라 생성된 다양한 샘플에 대한 화학적 및 UV 안정성 시험 결과는 아래 및 도 8 내지 10에 보고되어 있다.
도 8은 표준 QSun 노출 챔버에서 다양한 등가 노출 시간에서 파장 대비 반사율 및 투과율의 그래프를 보여주는데, 이때 사용된 모듈은 도 1에 따라 구성되었고, 1 phr의 TiO2 안료(Dupont Ti-Pure R-960, 중위 입자 크기: 0.5 마이크론)를 함유하는 0.8 mm 두께의 폴리올레핀 유형 전면 봉지제(21)(Polidiemme FE1252 EXP)가 사용되었다. 전면 시트는 2 mm 두께의 유리판이었다. 나타난 바와 같이, 빛의 모든 파장에서, 최대 6423h의 태양광 노출 등가량까지, 반사율 또는 투과율에 실질적으로 전혀 변화가 없으며, 편차는 단지 측정 편차 내에 있다.
또한, 인식된 색상 변화가 CIE(1994) 표준에 따라 측정되었다:
QUV [시간] ΔECIE94
0 -
1000 1.85
2290 1.04
4300 0.79
5325 1.01
6423 0.69
나타난 바와 같이, ΔECIE94 값은 매우 낮으며 상당한 노출 시간 동안 (측정 편차 내에서) 실질적으로 일정하게 유지된다. 실용적인 수준에서, 색상 변화는 관찰되지 않았다.
도 9는 85 ℃ 및 85% 상대 습도에서 IEC61215에 따라 1000 시간 동안 습열 노출(damp heat exposure)을 겪은 도 8의 샘플을 보여준다. 이번에도, 어떤 파장에서도 투과율 또는 반사율의 차이가 거의 또는 전혀 관찰되지 않았으며 1000 시간에서 0.62의 ΔECIE94 값이 얻어졌다. 그에 따라, 이번에도, 실용적인 수준에서, 색상 변화는 관찰되지 않았다.
도 10은 적색으로 착새된 샘플을 보여주는데, 이것은, 안료가 산화철(중위 입자 크기가 0.5 마이크론인 Scholz Farbpigmente의 Rot 110M)이라는 점을 제외하고는, 도 8의 데이터를 생성하는 데 사용된 것과 유사한 것이었으며, 0.1 phr 농도에서 앞에서와 동일한 결과를 제공하였다. ΔECIE94 값은 다음과 같다.
QUV [시간] ΔECIE94
0 -
1000 1.06
2076 3.08
5285 1.03
결과적으로, 이번에도, 실용적인 수준에서, 색상 변화가 관찰되지 않았다.
마지막으로, 도 11은 건축 구조물(35)의 지붕 위에 장착된 본 발명에 따른 광기전력 모듈(1)을 도시한다. 대안적으로, PV 모듈(1)은 외벽에 장착되거나, 또는, 예를 들어 클래딩(cladding)과 같이, 벽 및/또는 지붕의 구조물 내에 통합될 수 있다. 통상적으로, PV 모듈(1)은 건축 구조물(35) 위에 또는 내에 장착될 수 있다.
본 발명이 특정 구현예들의 관점에서 설명되었지만, 첨부된 청구범위에 정의된 바와 같은 본 발명의 범위를 벗어나지 않은 채, 그에 대한 변형이 가능하다.

Claims (15)

  1. 봉지제(encapsulant)에 의해 서로 부착된 적어도 제1 층 및 제2 층을 포함하는 광기전력 모듈(1)의 제조 방법으로서, 다음 단계들을 포함하는 제조 방법:
    - 적층 장치(lamination device)(33)를 제공하는 단계;
    - 상기 적층 장치(33)에 상기 제1 층을 배치하는 단계;
    - 봉지제 재료를 상기 제1 층 위에 배치하는 단계로서, 상기 봉지제 재료는
    - 실란 변성 폴리올레핀을 포함하고 90 ℃ 미만의 녹는점을 갖는 베이스 수지(base resin)를 제공하는 단계,
    - 상기 베이스 수지, 안료 입자, 및 가교 촉매를 포함하는 첨가제의 혼합물을 형성하는 단계로서, 상기 가교 촉매는 0.01 내지 20 phr(parts per hundred of resin), 바람직하게는 0.01 내지 5 phr의 비율로 존재하는, 단계, 및
    - 상기 혼합물을 90 ℃ 내지 190 ℃, 바람직하게는 160 ℃ 내지 180 ℃의 온도에서 용융시키고, 상기 혼합물을 압출하여 상기 봉지제 재료를 형성하는 단계에 의해 제조되는, 단계;
    - 상기 봉지제 재료 위에 상기 제2 층을 배치하는 단계; 및
    - 열 및 압력의 적용하에 상기 제1 층, 상기 제2 층, 및 상기 봉지제 재료를 적층하여 상기 베이스 수지를 가교시키는 단계로서, 상기 열은 60 ℃ 내지 125 ℃, 바람직하게는 60 ℃ 내지 100 ℃, 더욱 바람직하게는 70 ℃ 내지 90 ℃의 온도에서 적용되는, 단계.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 봉지제 재료는 시트로서 압출되는, 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 봉지제 재료는, 상기 제1 층 위에 배치되기 전에, 압출 및 후속적으로 분쇄되어 분말이 되는, 제조 방법.
  4. 봉지제에 의해 서로 부착된 적어도 제1 층 및 제2 층을 포함하는 광기전력 모듈(1)의 제조 방법으로서, 다음 단계들을 포함하는 제조 방법:
    - 적층 장치(33)를 제공하는 단계;
    - 상기 적층 장치(33)에 상기 제1 층을 배치하는 단계;
    - 봉지제 재료를 상기 제1 층 위에 분말 형태로 배치하는 단계로서, 상기 봉지제 재료는
    - 실란 변성 폴리올레핀을 포함하고 90 ℃ 미만의 녹는점을 갖는 분말 형태의 베이스 수지를 제공하는 단계, 및
    - 상기 베이스 수지 분말, 안료 입자, 및 첨가제를 분말 형태에서 혼합하여 상기 봉지제 재료를 형성하는 단계로서, 상기 첨가제는 0.01 내지 20 phr(parts per hundred of resin), 바람직하게는 0.01 내지 5 phr의 비율로 상기 봉지제 재료에 존재하는 가교 촉매를 포함하는, 단계에 의해 제조된 것인, 단계;
    - 상기 봉지제 재료 위에 상기 제2 층을 배치하는 단계; 및
    - 열 및 압력의 적용 하에 상기 제1 층, 상기 제2 층, 및 상기 봉지제 재료를 적층하여 상기 베이스 수지를 가교시키는 단계로서, 상기 열은 60 ℃ 내지 125 ℃, 바람직하게는 60 ℃ 내지 100 ℃, 더욱 바람직하게는 70 ℃ 내지 90 ℃의 온도에서 적용되는, 단계.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스 수지는, 적층 전에, 85 ℃에서 10,000 Pa·s 초과, 및 100 ℃에서 6,000 Pa·s 초과의 복소 점도를 갖는, 제조 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스 수지는, 적층 전에, 85 ℃에서 1.0 미만, 및 100 ℃에서 1.2 미만의 탄젠트 델타 값(tan delta value)을 나타내는, 제조 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼합물은 산화방지제, 자외선 흡수제, 및 자외선 안정화제; 중 적어도 하나를 포함하는 추가 첨가제를 더 포함하는, 제조 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매는 다음 중 적어도 하나를 포함하는, 제조 방법:
    - 붕산;
    - 메탈로센 촉매;
    - 구속된 지오메트리 촉매(constrained geometry catalyst);
    - 사슬 이동형 촉매(chain shuttling-types of catalyst); 및
    - 지글러-나타(Ziegler-Natta) 또는 필립스(Phillips) 촉매와 같은 다중 부위 촉매(multi-site catalyst).
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적층 단계 후, 상기 봉지제 재료는 85 ℃에서 15,000 Pa·s 초과 및 100 ℃에서 10,000 Pa·s 초과의 복소 점도를 나타내는, 제조 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적층 단계 후, 상기 봉지제 재료는 85 ℃에서 1.0 미만, 바람직하게는 85 ℃에서 0.8 미만, 및 100 ℃에서 1.2 미만, 바람직하게는 100 ℃에서 1.0 미만의 탄젠트 델타 값을 나타내는, 제조 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안료 입자(21)의 적어도 일 부분은 100 nm 내지 50 μm, 바람직하게는 100 nm 내지 1 μm, 더욱 바람직하게는 300 nm 내지 700 nm, 더욱더 바람직하게는 400 nm 내지 600 nm 범위의 직경을 갖는, 제조 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안료 입자(21)는 0.01 내지 10 phr(parts per hundred of resin) 범위의 질량 농도로 상기 전면 봉지제 층(5)에 제공되는, 제조 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안료는 다음 중 적어도 하나를 포함하는, 제조 방법:
    · 아연 기반 안료;
    · 티타늄 기반 안료;
    · 철 기반 안료;
    · 크롬 기반 안료;
    · 비스무트 기반 안료;
    · 코발트 기반 안료;
    · 알루미늄 기반 안료;
    · 주석 기반 안료; 및
    · 구리 기반 안료.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 광기전력 모듈 (1).
  15. 제 14 항에 따른 적어도 하나의 광기전력 모듈(1)을 포함하는 건축 구조물(35).

KR1020207030114A 2018-04-16 2019-04-12 광기전력 모듈 제조 방법 KR20200141050A (ko)

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