KR20210014814A - 광전지용 복합 접착 필름 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 EVA 및 에틸렌-α-올레핀 공중합체의 블렌드, 가교결합제, 피페리딘 구조를 갖는 광 안정화제 및 카르보디이미드 화합물을 포함하는, 광전지용 복합 접착 필름을 개시한다. 에틸렌-α-올레핀 공중합체는 EVA 및 에틸렌-α-올레핀 공중합체의 블렌드 100 중량부를 기준으로 하여 50 내지 90 중량부의 양으로 포함된다.
Description
본 발명은 에틸렌-α-올레핀 공중합체 및 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체 (EVA)의 블렌드(blend)를 기반으로 한 광전지용 복합 접착 필름(composite adhesive film), 및 이러한 접착 필름을 사용하여 밀봉된 광전지에 관한 것이다.
금세기 초, 화석 연료의 재생가능한 대체 에너지원으로서, 태양열 에너지가 광범위한 관심을 받았다. 특히, 최근에, 환경 보호를 위한 목적으로 제작된 광전지 어셈블리(assembly)가 다양한 분야에 빠르게 전파되었다.
광전지는 일반적으로 유리 기판 표면 투명 보호 부재(member), 광전지용 표면-측 접착 필름, 실리콘 발전 요소(element)와 같은 광전지 유닛, 광전지용 후면-측 접착 필름, 및 후면-측 보호 부재를 순차적으로 적층(laminating)함으로써 제작된다.
이러한 광전지를 밀봉하기 위한 접착 필름으로써, 유기 과산화물과 같은 가교결합제가 블렌드된 우수한 접착성 및 투명성을 가진 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체를 주요 성분으로 취함으로써 제조된 접착 필름이 일반적으로 사용된다. 발전 효율을 개선시키는 관점에서, 광전지로 입사하는 광을 가능한한 효율적으로 광전지 유닛에 포획하는 것이 강하게 요구된다. 따라서, 가능한한 높은 투명성을 가지고, 입사된 태양광을 흡수 또는 반사시키지 않을 것이며, 그리고 모든 태양광이 실질적으로 투과(transmit)되게 할 EVA 박막(thin film)이 밀봉용 EVA 박막에 바람직하다.
발명의 요지
선행 기술의 상기 문제의 관점에서, 본 발명은 부식을 방지할 수 있고 효율적으로 황변을 억제할 수 있고, 그리고 양호한 절연성을 갖는 광전지 밀봉용 접착 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다. 추가로, 본 발명은 또한 본 발명의 접착 필름을 사용함으로써, 발전 효율을 개선시키는 데 효율적이고 양호한 외관 및 절연성을 갖는 광전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 발명자들은 집중적인 연구를 수행했고, 가교결합체, 특정량의 카르보디이미드 화합물 및 특정 구조를 갖는 광 안정화제를 첨가하여, EVA 및 에틸렌-α-올레핀 공중합체의 블렌드를 중합체 기재로 사용함으로써, 양호한 외관 및 우수한 절연성을 갖지만, 산 부식을 방지할 수 있고 황변을 효율적으로 억제할 수 있는 광전지를 수득할 수 있음을 밝혀내었다.
구체적으로, 본 발명의 광전지용 복합 접착 필름은 EVA 및 에틸렌-α-올레핀 공중합체의 블렌드, 가교결합제, 광 안정화제, 및 카르보디이미드 화합물을 포함한다.
에틸렌-α-올레핀 공중합체는 EVA 및 에틸렌-α-올레핀 공중합체의 블렌드 100 중량부 기준으로 하여 50 내지 90 중량부의 양으로 포함된다.
본 발명에 따르는 광전지용 복합 접착 필름은, EVA 공중합체에 특정량의 카르보디이미드 화합물을 화합(compounding)함으로써, 광전지 내부에서 발생된 산을 충분히 흡수할 수 있고, 황변되는 것을 방지하면서 도전성 와이어 및 전극이 부식되는 것을 예방할 수 있다. 추가로, 특정 구조를 갖는 광 안정화제를 조합함으로써, 황변의 발생을 효율적으로 억제할 수 있고 장기간 사용하는 경우의 내광성 및 내열성을 개선시킬 수 있다.
구현예의 상세한 설명
본 발명의 광전지용 접착 필름은 하기에 구체적으로 설명될 것이다.
본 발명에 사용되는 EVA 공중합체는 특별히 제한되지는 않고, 당해 분야에 공지된 임의의 EVA 공중합체가 사용될 수 있다. 예로서, 본 발명에 사용되는 EVA 공중합체는 예를 들어, 용매 또는 연쇄 이동제(chain transfer agent)의 존재 또는 부재 하에 100 내지 300 ℃의 온도에서 라디칼 개시제의 존재 하에 공중합함으로써 제조할 수 있다.
본 발명의 에틸렌-α-올레핀 공중합체로서, 이는 에틸렌과 C3-20 α-올레핀을 공중합함으로써 수득할 수 있다. C3-20 α-올레핀으로서, 프로필렌, 1-부텐, 2-부텐, 1-펜텐, 3-메틸-1-부텐, 3,3-디메틸-1-부텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐, 3-메틸-1-펜텐, 1-옥텐, 1-데센, 1-도데센 등이 전형적으로 사용될 수 있다.
에틸렌-α-올레핀 공중합체는 당해 분야에 공지된 임의의 방법으로 제조될 수 있다. 예로서, 촉매로서 지글러 촉매(Ziegler catalyst), 바나듐 화합물, 메탈로센 화합물 등의 존재하에서 중합하여 수득된 생산물이 사용될 수 있다.
EVA 및 에틸렌-α-올레핀 공중합체의 블렌드 100 중량부를 기준으로 하여, 에틸렌-α-올레핀 공중합체는 50 내지 90 중량부, 바람직하게는 50 내지 88 중량부, 보다 바람직하게는 50 내지 85 중량부, 및 특히 바람직하게는 70 내지 80 중량부의 양으로 포함된다.
본 발명의 가교결합체로서, 유기 과산화물-기반 가교결합제가 사용될 수 있다.
유기 과산화물-기반 가교결합제로서, 퍼옥시카보네이트가 전형적으로 사용된다.
예로서, 퍼옥시카보네이트는 2-메틸아밀 메틸퍼옥시카보네이트, 3-메틸아밀 메틸퍼옥시카보네이트, 2-에틸헥실 메틸퍼옥시카보네이트, 2-메틸펜틸 에틸퍼옥시카보네이트, 3-메틸펜틸 에틸퍼옥시카보네이트, 2-에틸헥실 에틸퍼옥시카보네이트, 2-메틸펜틸 프로필퍼옥시카보네이트, 3-메틸아밀 프로필퍼옥시카보네이트, 2-에틸헥실 프로필퍼옥시카보네이트, 2-메틸펜틸 tert-부틸퍼옥시카보네이트, 3-메틸펜틸 tert-부틸퍼옥시카보네이트 및 2-에틸헥실 tert-부틸퍼옥시카보네이트으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.
가교결합제는 EVA 및 에틸렌-α-올레핀 공중합체의 블렌드 100 중량부를 기준으로 하여, 전형적으로 0.3 내지 1.5 중량부, 바람직하게는 0.35 내지 1.1 중량부, 보다 바람직하게는 0.4 내지 0.55 중량부의 양으로 사용된다.
본 발명의 광 안정화제는 전형적으로 하기 화학식 (1)로 나타내어지는 구조식을 갖는 화합물이다:
[화학식 1]
상기 식에서,
R은 수소 원자를 나타내고,
R1, R2, R3 및 R4는 각각 C1-5 알킬을 나타낸다.
구체적으로, R1, R2, R3 및 R4 는 각각 독립적으로 메틸, 에틸, 프로필 및 부틸로 구성된 군으로부터 선택된다. R은 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, sec-부틸, tert-부틸, 펜틸, 이소펜틸, 헥실, 헵틸, n-옥틸, 이소-옥틸, tert-옥틸, 노닐, 이소-노닐, 데실, 도데실, 헥사데실, 헵타데실 또는 옥타데실로 구성된 군으로부터 선택된다.
광 안정화제는 EVA 및 에틸렌-α-올레핀 공중합체의 블렌드 100 중량부를 기준으로 하여, 0.2 내지 2.0 중량부, 바람직하게는 0.5 내지 1.5 중량부, 보다 바람직하게는 0.7 내지 1.2 중량부의 양으로 포함된다. 광 안정화제가 0.2 중량부 미만의 양으로 포함되면, 충분한 내광성 및 내열성을 수득하기 어렵다. 광 안정화제가 0.2 초과의 양으로 포함되면, 접착 필름 황변이 유발될 수 있다.
본 발명의 카르보디이미드 화합물은 전형적으로 하기 화학식으로 나타내어지는 구조식을 갖는다:
R5-N=C=N-(R6-N=C=N-)nR7
상기식에서,
R5는 사이클로펜틸이고,
R7은 페닐이고,
R6는 페닐렌이며,
n은 500 미만의 양의 정수, 보다 바람직하게는 1 내지 50의 정수이다.
상기 구조식을 갖는 카르보디이미드 화합물을 EVA 공중합체에 화합시킴으로써, 광전지에서 발생하는 산성 물질이 충분히 흡수될 수 있고 우수한 내구성이 달성될 수 있다.
상기 카르보디이미드 화합물은 당해 분야에 공지된 방법으로 제조될 수 있다. 예로서, 유기인계 촉매의 존재 하에 케톤 용매에서 디이소시아네이트 화합물을 원료로서 사용하여, 탈탄소화 축합(decarbonation condensation)시킴으로써 제조될 수 있다.
본 발명의 필름은 EVA 및 에틸렌-α-올레핀 공중합체의 블렌드 100 중량부를 기준으로 하여, 전형적으로 0.1 내지 0.35 중량부, 바람직하게는 0.1 내지 0.25 중량부, 보다 바람직하게는 0.15 내지 0.22 중량부의 카르보디이미드 화합물을 포함한다. 카르보디이미드가 0.1 중량부 미만의 양으로 포함되면, 발생된 산이 충분히 흡수되지 않을 수 있으며, 전도성 와이어 및 전극의 부식이 유발될 수 있다. 카르보디이미드가 0.35 중량부 초과의 양으로 포함되면, 황변이 유발될 수 있다.
본 발명의 광전지 접착 필름은 통상적으로 사용되는 방법에 의해 제작될 수 있고, 바람직하게는 캘린더 롤(calender roll), 혼련기(kneader), 밴버리 믹서(Banbury mixer), 압출기 등을 통한 용융 블렌딩에 의해 제작될 수 있다. 연속 생산을 수행할 수 있는 압출기로 제작하는 것이 특히 바람직하다.
압출 온도 범위는 바람직하게는 110 내지 140 ℃ 이다. 압출 온도가 110 ℃ 미만이면, 광전지 접착 필름의 생산성이 저하될 수 있다. 압출 온도가 140 ℃ 초과이면, 압출기에 의해 블렌드가 압출되어 광전지용 복합 접착 필름을 수득할 때 겔화가 일어날 수 있다.
본 발명의 광전지용 복합 접착 필름을 제작하기 위한 방법의 예로서, 예를 들어, 에틸렌-α-올레핀 공중합체 및 EVA 공중합체는 헨슬(Henschel) 믹서 또는 회전 드럼(rotating drum) 믹서에 의해 상기 첨가제와 혼합되고 압출기에 공급되어, 시트-형(sheet-like) 제품을 형성할 수 있다.
본 발명의 광전지용 접착 필름의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 바람직하게는 30 μm 내지 3 mm 이다.
실시예 1
75 중량부의 에틸렌-1-부텐 공중합체(에틸렌 함량: 86 몰%, MFR=20 g/10분, 밀도: 0.870 g/cm3), 25 중량부의 EVA (비닐 아세테이트 함량: 26 질량%, MFR=4.4 g/10분), 0.55 중량부의 2-에틸헥실 tert-부틸퍼옥시카보네이트, 0.2 중량부의 카르보디이미드 화합물 (CARBODILITE V-05, Nisshinbo Chemical Inc.) 및 1.0 중량부의 비스(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딘) 세바케이트(sebacate)를 롤 밀(roll mill)에 공급하고 75℃에서 혼합하여 광전지용 접착 필름 조성물을 제조하였다. 접착 필름 조성물을 75℃에서 캘린더링(calendering)하고, 냉각시켜 0.7 mm의 접착 필름 두께를 갖는 광전지용 접착 필름을 수득하였다.
실시예 2
81 중량부의 에틸렌-1-옥틸렌 공중합체(에틸렌 함량: 89 몰%, MFR=48g/10분, 밀도: 0.884 g/cm3), 19 중량부의 EVA (비닐 아세테이트 함량: 26 질량%, MFR=4.4 g/10분), 0.4 중량부의 2-에틸헥실 tert-부틸퍼옥시카보네이트, 0.13 중량부의 카르보디이미드 화합물 (CARBODILITE V-05, Nisshinbo Chemical Inc.) 및 1.7 중량부의 비스(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딘) 세바케이트를 롤 밀에 공급하고 75℃에서 혼합하여 광전지용 접착 필름 조성물을 제조하였다. 접착 필름 조성물을 75℃에서 캘린더링하고, 냉각시켜 1.1 mm의 접착 필름 두께를 갖는 광전지용 접착 필름을 수득하였다.
실시예 3
84 중량부의 에틸렌-1-옥틸렌 공중합체(에틸렌 함량 : 89 몰%, MFR=48g/10분, 밀도: 0.884 g/cm3), 16 중량부의 EVA (비닐 아세테이트 함량 : 26 질량%, MFR=4.4 g/10분), 0.51 중량부의 2-에틸헥실 tert-부틸퍼옥시카보네이트, 0.25 중량부의 카르보디이미드 화합물(CARBODILITE V-05, Nisshinbo Chemical Inc.), 1.0 중량부의 비스(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딘) 세바케이트 및 1.0 중량부의 1-메틸-8-(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딘) 세바케이트를 롤 밀에 공급하고 75℃에서 혼합하여 광전지용 접착 필름 조성물을 제조하였다. 접착 필름 조성물을 75 ℃에서 캘린더링하고, 냉각시켜 2.0 mm의 접착 필름 두께를 갖는 광전지용 접착 필름을 수득하였다.
비교 실시예 1
100 중량부의 EVA 공중합체가 기재로서 사용되고 에틸렌-1부텐 공중합체가 사용되지 않았다는 점을 제외하고는, 실시예 1의 방식과 유사한 방식으로 광전지용 접착 필름 조성물을 제조하였다. 수득된 접착 필름 조성물을 75 ℃에서 캘린더링하고, 냉각시켜 2.6 mm의 접착 필름 두께를 갖는 광전지용 접착 필름을 수득하였다.
비교 실시예 2
비스(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딘) 세바케이트가 사용되지 않았다는 점을 제외하고는, 실시예 1의 방식과 유사한 방식으로 광전지용 접착 필름 조성물을 제조하였다. 수득된 접착 필름 조성물을 75 ℃에서 캘린더링하고, 냉각시켜 1.5 mm의 접착 필름 두께를 갖는 광전지용 접착 필름을 수득하였다.
비교 실시예 3
카르보디이미드 화합물이 사용되지 않았다는 점을 제외하고는, 실시예 1의 방식과 유사한 방식으로 광전지용 접착 필름 조성물을 제조하였다. 수득된 접착 필름 조성물을 75 ℃에서 캘린더링하고, 냉각시켜 1.9 mm의 접착 필름 두께를 갖는 광전지용 접착 필름을 수득하였다.
평가 방법
1. 파손 시간 :
수득된 EVA 박막을 태양열 노화 시험기(solar aging tester)(블랙보드 온도: 63 ℃, 물 안개 없음)에 의해 열화(deterioration)시켰고, 파손 시간(파손에 필요한 시간)을 120 시간 마다 한 번씩 측정하였다.
2. PID 평가 :
상기 수득된 광전지용 접착 필름을 표면-측 접착 필름 및 후면-측 접착 필름으로 사용하고, 광전지용 유닛이 표면-측 투명 보호 부재(유리 판)와 후면-측 보호 부재(PET 필름) 사이에 끼인 경우에 가열 및 가압을 수행하여, 4개의 광전지용 유닛이 연결된 광전지 마이크로-어셈블리를 제조하였다. PID 현상을 발생시키기 위한 모델 테스트를 위해, 각각의 제조된 광전지 마이크로-어셈블리를 수광(light-receiving) 측을 하부로 하여 물 탱크에 침지시키고, 단락된(short-circuited) 모듈의 출력단(output terminal)을 음(-)극에 연결시키고, 85 ℃의 온도 및 85%의 상대습도에서 물 탱크 내 구리판에 양(+)극을 연결시키고, 1500V의 전압을 24시간 동안 인가하였다.
상기 테스트 전 후에, 각 광전지 마이크로-어셈블리의 최대 출력(Pmax)을 측정하였고, 출력 보유율 ((테스트-후 Pmax/테스트-전 Pmax)×100(%))을 계산하였다. 95% 이상의 출력 보유율을 가진 광전지 마이크로-어셈블리를 ◎로 평가하였고, 95% 미만 및 90% 이상의 출력 보유율을 가진 광전지 마이크로-어셈블리를 ○로 평가하였고, 90% 미만 및 85% 이상의 출력 보유율을 가진 광전지 마이크로-어셈블리를 △로 평가하였다.
3. 황색도(Yellowness)
수득된 광전지용 접착 필름을 두 유리(두께가 3.0 mm임) 사이에 끼우고, 진공 라미네이터(vacuum laminator)를 사용하여 일시적으로 10분 동안 100℃에서 크림핑(crimping)하고, 오븐 속에 둔 후 가교결합을 위해 30분 동안 150 ℃에서 가열하여 적층물(laminate)을 수득하였다.
적층물을 자외선으로 150시간 동안 조사(irradiating)한 후 색차계를 사용하여 황색도에 대해 측정하였다. 자외선 조사는 63 ℃의 온도의 환경에서 295 내지 400 nm의 자외선을 100mW/cm2의 강도로 조사하는, s-UV 조사 시험기를 사용하여 수행하였다. 4.0 미만의 황색도를 ○로 평가하였고, 4.0 이상의 황색도를 ×로 평가하였다.
결과는 하기 표 1에 나타내었다:
표 1에서 알 수 있듯이, 본 발명의 광전지용 접착 필름은 손상 시간, PID 성능 및 내황변성의 관점에서 우수한 효과를 달성하였다.
Claims (6)
- EVA 및 에틸렌-α-올레핀 공중합체의 블렌드(blend), 가교결합제, 광 안정화제 및 카르보디이미드 화합물을 포함하는, 광전지용 복합 접착 필름(composite adhesive film)으로서,
상기 에틸렌-α-올레핀 공중합체는 EVA 및 에틸렌-α-올레핀 공중합체의 블렌드 100 중량부를 기준으로 하여 50 내지 90 중량부의 양으로 포함되고, 상기 카르보디이미드 화합물은 하기 화학식으로 나타내어지는 구조식을 갖는, 광전지용 복합 접착 필름:
R5-N=C=N-(R6-N=C=N-)nR7
상기식에서,
R5는 사이클로펜틸이고,
R7은 페닐이고,
R6는 페닐렌이며,
n은 500 미만의 양의 정수이다. - 제1항에 있어서, 가교결합제가 EVA 및 에틸렌-α-올레핀 공중합체의 블렌드 100 중량부를 기준으로 하여 0.3 내지 1.5 중량부의 양으로 포함되는, 광전지용 복합 접착 필름.
- 제1항에 있어서, 광 안정화제가 EVA 및 에틸렌-α-올레핀 공중합체의 블렌드 100 중량부를 기준으로 하여 0.2 내지 2.0 중량부의 양으로 포함되는, 광전지용 복합 접착 필름.
- 제1항에 있어서, 카르보디이미드 화합물이 EVA 및 에틸렌-α-올레핀 공중합체의 블렌드 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 내지 0.25 중량부의 양으로 포함되는, 광전지용 복합 접착 필름.
- 제1항에 있어서, 가교결합제가 퍼옥시카보네이트-기반 가교결합제인, 광전지용 복합 접착 필름.
- 광전지 요소(element)를 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따르는 광전지용 복합 접착 필름을 사용하여 캡슐화(encapsulating)함으로써 수득된 광전지 어셈블리(assembly).
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|---|---|---|---|
| KR1020190092494A KR20210014814A (ko) | 2019-07-30 | 2019-07-30 | 광전지용 복합 접착 필름 |
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| KR1020190092494A KR20210014814A (ko) | 2019-07-30 | 2019-07-30 | 광전지용 복합 접착 필름 |
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| KR (1) | KR20210014814A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113736374A (zh) * | 2021-10-19 | 2021-12-03 | 东南大学 | 一种高分散抗电势诱导衰减光伏封装胶膜及制备方法 |
-
2019
- 2019-07-30 KR KR1020190092494A patent/KR20210014814A/ko not_active Application Discontinuation
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