KR20240021125A - 자가치유층을 포함하는 태양광용 백시트 및 이의 제조방법 - Google Patents

자가치유층을 포함하는 태양광용 백시트 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR20240021125A
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Abstract

본 발명은 기재층 및 기재층 상에 형성된 자가치유층을 포함하는 태양광용 백시트를 제공한다. 또한, (S1) 폴리에스테르 필름의 일면에 변성폴리올레핀계 수지 및 가교제를 포함하는 조성물을 인라인 코팅 방법에 의해 코팅하여 인라인 코팅층을 형성하는 단계 및 (S2) 상기 인라인 코팅층상에 방향족 디설파이드기를 포함하는 폴리우레탄 수지를 포함하는 자가치유층을 형성하는 단계를 포함하는, 태양광용 백시트의 제조방법을 제공한다.

Description

자가치유층을 포함하는 태양광용 백시트 및 이의 제조 방법 {Backsheet for solar module including self-healing layer and manufacturing method}
본 발명은 자가치유층을 포함하는 태양광용 백시트 및 이의 제조 방법을 제공한다.
태양광 발전을 위한 태양전지는 실리콘이나 각종 화합물로 구성되는 것으로, 셀로 제작한 후 각각의 셀을 직렬 혹은 병렬 상태로 연결해야 하는데 이렇게 연결된 상태를 '태양광모듈'이라 부른다.
태양광모듈은 유리, 제1봉지재, 솔라셀(solar cell), 제2봉지재, 백시트(back sheet)로 적층되어 구성되는데, 백시트는 태양광모듈의 가장 뒷면에 붙여 셀을 보호하는 핵심 소재다.
백시트는 기계적 강도뿐 아니라 수분이나 산소, 화학물질, 먼지와 같은 외부 요인으로부터 소자를 보호하는 기능을 가져야 하며, 또한, 장치의 효율성 측면에서 보다 가볍고 얇은 구조가 선호되고, 내구·내후·절연·투습방지성 등의 특성이 필요하다.
종래, TPT(Tedlar/PET/Tedlar) 타입의 백시트는 Tedlar필름과 PET필름을 적층하기 위하여 각각 접착제를 통하여 적층하는 공정이 필요하며, 또한, 백시트와 봉지재인 에틸렌비닐아세테이트 수지(EVA) 필름을 접착을 하기 위해서 접착제 등을 이용하여 접착시키는 단계가 추가로 필요하였다. 기존 백시트에 사용되는 Tedlar필름은 가격이 고가이므로 현재 백시트의 제조공정 비용의 80% 이상을 차지하고 있어 백시트의 비용을 상승시키는 원인이 되고 있다.
또한, 상기한 바와 같은 백시트를 포함하는 태양광모듈은 사용 과정에서 상기 백시트에 긁힘, 균열 등과 같은 손상이 발생하게 된다. 이는 태양광모듈을 물리적 충격, 수증기, 자외선과 같은 외부환경으로부터 충분히 보호할 수 없게 되므로, 태양광모듈의 수명이 단축되는 결과를 초래한다. 또한 상기 손상은 추후 유지 보수의 어려움을 증가시킬 뿐만 아니라 태양광모듈의 수명이 단축되었을 경우에는 대체 모듈을 생산하기 위해 같은 양의 에너지 소비, 이산화탄소 배출이 발생되며, 모듈 제거 및 설치 비용도 크게 소요된다. 특히 백시트의 미세 균열은 확인이 힘들기 때문에 발생 즉시 인위적으로 복구하는 것은 불가능하여, 이러한 문제점을 해결할 필요성이 대두되었다.
일 예로는 본 연구자들은 캡슐 형태의 자가치유 물질을 포함하는 폴리머층을 PET 층에 적층하여 손상 시 캡슐이 파열되어 자가수복 물질을 방출함으로써 자가수복 기능을 하는 방법에 대한 연구를 수행한 적이 있다. 그러나 상기 기술은 상기 캡슐형태가 기재층인 PET 층과의 결합력이 낮아 태양열 발생에 의한 고온 조건에서 박리되어 모듈 안정성이 떨어지는 문제가 있음을 발견하였다. 또한, 상기 회복 방식은 일회성 방식이어서 장기간 동안 물성을 유지하는데 어려움이 있고, 회복이 국부적인 부위에서만 발생하여 백시트 전체에서 균일한 자가수복 효과를 달성하는데 어려움이 있다.
따라서, 밀착력이 우수하면서도 장기간 동안 안정적인 자가수복 효과를 달성할 수 있는 태양광용 백시트가 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 밀착력이 우수하면서도 일회성이 아닌 장기간 동안 자가치유가 가능한 자가치유층을 포함하는 태양광용 백시트 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 구현예는 기재층 및 기재층 상에 형성된 자가치유층을 포함하는, 태양광용 백시트를 제공할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 백시트는 기재층과 자가치유층 사이에 접착개선층인 인라인 코팅층을 더 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 기재층은 폴리에스테르 필름을 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 폴리에스테르 필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 자가치유층은 방향족 디설파이드기를 포함하는 폴리우레탄 수지를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 폴리우레탄 수지는 방향족 디설파이드 디올을 포함하는 조성물로부터 중합된 것일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 폴리우레탄 수지의 중량평균분자량은 5,000 내지 1,000,000 g/mol일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 인라인 코팅층은 변성폴리올레핀계 수지 및 가교제를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 인라인 코팅층은 첨가제를 더 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 인라인 코팅층은 변성폴리올레핀계 수지 0.1 ~ 20 중량%, 가교제 0.01 ~ 20 중량% 및 나머지는 100 중량%를 만족하도록 첨가제를 포함하는 수계 에멀젼일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 기재층의 두께는 12 ~ 300㎛인, 태양광용 백 시트일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 인라인 코팅층은 두께가 10 내지 500nm일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 백시트는 50㎛ 폭으로 10cm 길이로 손상을 부여하고, 25℃의 온도조건에서 72 시간 노출시킨후 임의로 4곳을 정하여 스크레치 폭을 측정하였을 때, 그 변화량으로 표시되는 자가치유율이 50% 이상인 것일 수 있다.
일 구현예로서 상기 자가치유성 백시트는 실시예의 측정방법에 따라 자가치유율이 50%이상, 60%이상, 70%이상, 80%이상, 90% 이상인 태양광용 백시트를 제공하는 것이다.
일 구현예에서, 상기 치유율이 80% 이상인 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예는 (S1) 폴리에스테르 필름의 일면에 변성폴리올레핀계 수지 및 가교제를 포함하는 조성물을 인라인 코팅 방법에 의해 코팅하여 인라인 코팅층을 형성하는 단계 및 (S2) 상기 인라인 코팅층상에 방향족 디설파이드기를 포함하는 폴리우레탄 수지를 포함하는 자가치유층을 형성하는 단계를 포함하는 태양광용 백시트의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 태양광용 백시트는 밀착력이 우수하면서도 장기간 동안 안정적으로 우수한 자가치유 효과가 있다.
본 발명에 따른 태양광용 백시트는 실시예의 측정방법에 따라 자가치유율이 50%이상, 60%이상, 70%이상, 80%이상, 90% 이상인 태양광용 백시트를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 기재층/자가치유층을 포함하는 태양광용 백시트를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 기재층/인라인 코팅층/자가치유층을 포함하는 태양광용 백시트를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 백시트를 포함하는 태양광모듈을 기재한 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어의 단수 형태는 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 수치 범위는 하한치와 상한치와 그 범위 내에서의 모든 값, 이중 한정된 모든 값 및 서로 다른 형태로 한정된 수치 범위의 상한 및 하한의 모든 가능한 조합을 포함한다. 본 명세서에서 특별한 정의가 없는 한 실험 오차 또는 값의 반올림으로 인해 발생할 가능성이 있는 수치범위 외의 값 역시 정의된 수치범위에 포함된다.
본 명세서에서 언급되는 '포함한다'는 '구비한다', '함유한다', '가진다', '특징으로 한다' 등의 표현과 등가의 의미를 가지는 개방형 기재이며, 추가로 열거되어 있지 않은 요소, 재료 또는 공정을 배제하지 않는다.
이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 태양광용 백시트 및 그 제조방법에 대해 보다 상세히 설명한다.
발명의 일 구현에에 따라, 기재층 및 기재층 상에 형성된 자가치유층을 포함하는, 태양광용 백시트를 제공할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 백시트는 기재층과 자가치유층 사이에 접착개선층인 인라인 코팅층을 더 포함할 수 있다.
이와 관련하여, 종래, TPT(Tedlar/PET/Tedlar) 타입의 백시트는 Tedlar필름과 PET필름을 적층하기 위하여 각각 접착제를 통하여 적층하는 공정이 필요하며, 또한, 백시트와 봉지재인 에틸렌비닐아세테이트 수지(EVA) 필름을 접착을 하기 위해서 폴리우레탄 접착제 등을 이용하여 접착시키는 단계가 추가로 필요하였다. 기존 백시트에 사용되는 Tedlar필름은 가격이 고가이므로 현재 백시트의 제조공정 비용의 80% 이상을 차지하고 있어 백시트의 비용을 상승시키는 원인이 되고 있다.
또한, 상기한 바와 같은 백시트를 포함하는 태양광모듈은 사용 과정에서 상기 백시트에 긁힘, 균열 등과 같은 손상이 발생하게 되며, 이는 태양광모듈을 물리적 충격, 수증기, 자외선과 같은 외부환경으로부터 충분히 보호할 수 없게 된다, 따라서 이러한 손상은 태양광모듈의 수명이 단축되는 결과를 초래하며, 추후 유지 보수의 어려움을 증가시킬 뿐만 아니라 태양광모듈의 수명이 단축되었을 경우에는 대체 모듈을 생산하기 위해 같은 양의 에너지 소비, 이산화탄소 배출이 발생되며, 모듈 제거 및 설치 비용도 크게 소요된다.
이에, 본 발명자들은 태양광용 백시트에서 방향족 디설파이드기를 포함하는 폴리우레탄 수지와 같은 특정 자가치유층을 포함하고, 추가로 인라인 코팅층을 더 포함하는 경우, 종래보다 자가치유율 및 밀착력이 향상되고, 특히 일회성이 아닌 장기간 동안 안정적이고 우수한 자가 수복 효과를 유지할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명은 장기간 동안 안정적인 자가수복 효과를 달성할 수 있는 태양광모듈을 제공하는 것에 특징이 있다.
본 발명의 일 구현예는 백시트의 최외부면에 자가치유층을 포함하는 백시트를 제공할 수 있다.
또 다른 일 구현예로는 도 1과 같이 기재층(1) 및 기재층(1) 상에 형성된 자가치유층(3)을 포함하는 태양광용 백시트를 제공할 수 있다.
일 구현예로서, 상기 자가치유성 백시트는 실시예의 측정방법에 따라 자가치유율이 50%이상, 60%이상, 70%이상, 80%이상, 90% 이상인 태양광 백시트를 제공할 수 있다.상기 자가치유층(3)은 지속적이고 효과적인 수리 기능을 제공하며, 균열 및 긁힘과 같은 결함의 지속적인 팽창을 방지하여 태양 전지 모듈의 수명을 연장할 수 있다. 또한, 상기 일 구현예에서 도 2와 같이 상기 기재층(1)과 자가치유층(3) 사이에 접착증진 기능을 가지는 인라인 코팅층(2)을 포함할 경우, 자가치유층(3)과 기재층(1) 간의 결합력을 향상시킬 수 있어서 더 선호될 수 있다.
상기 일 구현예는, 도 1과 같이 기재층(1) 및 상기 기재층(1) 상에 형성된 자가치유층(3)을 포함하는 태양광용 백시트 구조 대비 밀착력이 우수하여 50% 이상의 자가 치유율 효과를 갖는 태양광용 백시트를 제공할 수 있다.
다만, 인라인 코팅층(2) 없이 기재층(1) 상에 자가치유층(3)을 바로 적층한다면 층 간의 결합력이 낮아 무더위 날씨의 환경 또는 습한 환경에서 분리되어 모듈 안정성이 떨어질 수 있지만, 지역에 따라 사용상 문제가 없는 경우가 있으므로, 도 1의 인라인 코팅층이 없는 경우 또한 본 발명의 범주에 속할 수 있다. 이러한 경우 기재층 상에 형성되는 자가치유층은 후술하는 본 발명의 특정 자가치유층 물질을 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 일 구현예에 따른 기재층, 자가치유층 및 인라인 코팅층의 구성에 대해 보다 상세히 설명한다.
일 구현예에서, 상기 기재층(1)은 폴리에스테르 필름을 포함할 수 있다. 폴리에스테르(Polyethylene Telephthalate:PET) 필름은 강도가 우수하여 백시트의 기본 골격을 이루는 것으로, 일정한 두께와 물성을 가진 면상의 플리스틱 필름일 수 있다. 폴리에스테르 필름을 사용함에 따라 물리적, 화학적, 기계적, 광학적으로 우수한 효과를 얻을 수 있으며, 내구성 및 내후성 또한, 향상시킬 수 있다.
상기 폴리에스테르 필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 등을 포함할 수 있다. 바람직하게는 내구성 및 내후성 측면에서 폴리에틸렌테레프탈레이트일 수 있다. 보다 바람직하게는 고유점도가 0.6 ~ 0.7인 범위의 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하는 것이 내후성 및 내가수분해성이 우수하므로 바람직할 수 있다. 또한, 폴리에스테르 필름은 두께가 12 ~ 300㎛인 것이 생산이 유리하며, 다양한 적층구조를 구현할 수 있으므로 바람직할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 기재층의 두께는 12 ~ 300㎛일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 자가치유층(3)은 자기치유 기능을 가지는 것이라면 특별히 한정하지 않으며, 캡슐형태의 입자형태를 배제한 것이라면 제한하지 않는다.
상기 자가치유층(3)의 일 구현예로서는 방향족 디설파이드기를 포함하는 폴리우레탄 수지를 포함하는 자기치유층일 수 있다.
상기 방향족 디설파이드기(-Ar-S-S-Ar-)를 포함하는 폴리우레탄 수지를 포함하는 자가치유층(3)일 경우, 자가치유층(3) 전반에 걸쳐 균일한 자가수복 효과를 얻을 수 있어서 더욱 선호되지만 이에 한정하는 것은 아니다. 또한, 방향족 디설파이드기를 포함하는 폴리우레탄 수지를 포함함에 따라 상기 변성 올레핀을 포함하는 인라인 코팅층(2)과의 밀착성을 양호하게 유지할 수 있어 박리를 방지할 수 있고, 장기적으로 안정적인 자가수복 효과를 얻을 수 있는 효과가 있어서 더욱 선호된다. 게다가, 디설파이드기의 복분해 반응(disulfide metathesis)에 의해 추가적인 열처리 또는 광조사 없이 상온에서 자가복원이 가능하도록 할 수 있어서 더욱 좋다.
상기 방향족 디설파이드기를 포함하는 폴리우레탄 수지의 중량평균분자량은 특별히 제한하지 않지만, 일 예로서 5,000 내지 1,000,000 g/mol일 수 있으며, 10,000 내지 500,000 g/mol일 수 있으며, 또한 20,000 내지 300,000 g/mol 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 자가치유층(3)에 포함하는 폴리우레탄의 경우, 방향족 디설파이드 디올, 지방족, 지환족 또는 방향족 폴리이소시아네이트를 포함하며, 필요에 의해 추가의 폴리올을 더 포함하여 중합된 것일 수 있다.
상기 지환족 폴리이소시아네이트를 포함하는 경우 유연성과 자가치유 시간이 더욱 단축디는 효과가 있어서 더욱 선호되지만 이에 한정하는 것은 아니다.
또한 일 구현예에 따른 상기 방향족 디설파이드 디올을 사용하는 경우, 제조된 폴리우레탄 수지를 포함하는 자가치유층(3)은, 향상된 자가복원률을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 높은 투명도를 가진 중합체를 제조할 수 있어서 더욱 선호된다.
또한, 상기 자가치유 폴리우레탄 수지는 추가 단량체를 더 포함할 수 있다.
상기 추가 단량체는 4,4'-디아미노페닐디설파이드(Diaminodiphenyl diulfide), 4,4'-디브로모페닐디설파이드(Dibromophenyl Disulfide), 4-머캅토페놀(4-mercaptophenol), 4-아미노벤젠티올(4-aminobenzenethiol), 벤젠-1,4-티올(benzene-1,4-dithiol), 비스(4-하이드록시페닐)디설파이드(Bis(4-hydroxyphenyl)disulfide), 4,4'-Dithiodianiline 등의 화합물을 포함할 수 있다. 상기 추가 단량체 이외에 티올기를 가지는 방향족 알콜과 같은 추가 단량체를 더 포함할수 있다.
상기 지환족 폴리이소시아네이트는 두 개 이상의 이시아네이트기를 가지는 지환족 화합물이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 일 구현에로서는 이소포론 디이소시아네이트(IPDI), 4,4'-디시클로헥실메탄디이소시아네이트 (수소 첨가 MDI), 시클로헥실렌디이소시아네이트, 메틸시클로헥실렌디이소시아네이트(수소 첨가 TDI), 비스(2-이소시아나토에틸)-4-디클로헥센-1,2-디카르복실레이트 및 2,5-노르보르난디이소시아네이트 및 2,6-노르보르난디이소시아네이트 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 사용할 수 있고, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 지환족 폴리이소시아네이트 외에도 지방족 폴리이소시아네이트 및 방향족 폴리이소시아네이트에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 더 포함할 수 있다. 상기 지방족 폴리이소시아네이트는 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 구체적으로 예를 들면, 에틸렌디이소시아네이트, 테트라메틸렌디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 도데카메틸렌디이소시아네이트, 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
상기 폴리올은 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 구체적으로 예를 들면 폴리에테르폴리올, 폴리카보네이트폴리올 및 폴리에스테르폴리올 등으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 고분자량 폴리올일 수 있다.
상기 고분자량 폴리올은 500 내지 20,000 g/mol의 수평균분자량을 가진 것일 수 있으며, 보다 바람직하게는 고분자량 폴리올은 800 내지 10,000 g/mol의 수평균분자량을 가지는 화합물일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 900 내지 5,000 g/mol의 수평균분자량을 가지는 화합물일 수 있다.
상기 폴리우레탄 수지가 상온에서 자가복원이 가능하도록 하기 위해서는 하이드록시기 함유 화합물과 이소시아네이트기 함유 화합물 간의 비율을 적절하게 조절하여 주는 것이 바람직하며, 구체적으로 예를 들면, 하이드록시기 함유 화합물의 하이드록시기: 이소시아네이트기 함유 화합물의 이소시아네이트기의 몰비는 1: 0.8 내지 1.2일 수 있으며, 보다 좋게는 1 : 0.9 내지 1.1일 수 있다. 상기 범위에서 자가복원 폴리우레탄 수지가 효과적으로 중합될 수 있으며, 중합체의 손상 시, 상온에서 자가복원이 가능할 수 있다.
한편, 일 구현예에서, 상기 인라인 코팅층(2)은 변성폴리올레핀계 수지 및 가교제를 포함할 수 있다.
상기 변성폴리올레핀계 수지는 카르복실산기나 술폰산기 또는 기타 극성 단량체들 변성된 변성폴리에틸렌 등의 변성폴리올레핀 수지인 것이 자가치유층(3)과의 접착력이 우수하므로 가장 바람직할 수 있다. 상기 카르복실산기나 술폰산기를 가지는 변성폴리올레핀으로는 아크릴산, 메타클릴산, 말레산 또는 이들의 염으로 개질한 폴리올레핀 수지를 의미할 수 있다.
상기 인라인 코팅층(2)은 상기 변성올레핀이나 또는 상기 변성올레핀과 가교제를 포함하여 코팅하고 경화하여 형성되는 것일 수 있다.
일 구현예로 상기 인라인 코팅층(2)은 기재층(1)과 자가치유층(3) 사이에 변성폴리올레핀계 수지 및 가교제를 포함하는 코팅하고 경화한 인라인 코팅층(2)을 구비함으로써, 자가치유층(3)과 기재층(1) 간의 결합력을 향상시킬 수 있다. 상기 변성폴리올레핀계 수지는 점도평균분자량이 30,000 ~ 50,000이고, 접착강도가 4 ~ 12kgf/㎠인 범위인 것을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 구체적으로 상업화된 예로는 일본 Unitika사의 SE-1000 시리즈 및 SE-1200 시리즈 등을 사용할 수 있으며, 이들에 제한되는 것은 아니다.
상기 가교제는 변성폴리올레핀계수지의 수지의 내가수분해성을 향상시키고, 내구성이 우수하도록 하기 위하여 가교제로써, 멜라민계 가교제, 옥사졸린계 가교제 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 옥사졸린계 가교제는 초기 접착력을 향상시키기 위하여 사용될 수 있으며, 상기 멜라민계 가교제는 후기 접착력을 향상시키기 위하여 사용될 수 있다. 상기 가교제를 포함함으로써 자가치유층(3)과의 결합력이 향상될 수 있다.
상기 변성폴리올레핀계 수지는 인라인 코팅층(2) 조성물 중 0.1 ~ 20 중량%를 사용하는 것이 바람직하며, 0.1 중량% 미만인 경우는 접착력이 낮을 수 있고, 20 중량%를 초과하는 경우는 비용이 상승하고, 점착성이 증가하여 공정성이 떨어질 수 있으므로 상기 범위에서 가장 접착력이 우수한 접착층을 형성할 수 있다.
상기 가교제는 인라인 코팅층(2) 형성용 조성물 중 0.01 ~ 20 중량%를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 변성폴리올레핀계 수지는 카르복실기 함량이 0.01 ~ 10 중량%일 수 있다. 카르복실기 함량이 0.01 ~ 10 중량%인 범위에서 접착력이 우수하며, 보다 바람직하게는 1 ~ 8 중량%, 더욱 좋게는 3 ~ 4 중량%인 범위에서 가장 우수한 접착력을 발휘할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 인라인 코팅층(2)은 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 첨가제는 유화제, 웨팅제 및 무기입자로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상; 및 수용성 용매를 포함할 수 있다. 상기 수용성 용매는 알코올 또는 물을 포함할 수 있다.
따라서, 상기 인라인 코팅층은 첨가제 및 수용성 용매를 포함하는 인라인 코팅층 형성용 조성물을 사용하여 형성될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 인라인 코팅층(2)은 변성폴리올레핀계 수지 0.1 ~ 20 중량%, 가교제 0.01 ~ 20 중량% 및 나머지는 100 중량%를 만족하도록 첨가제를 포함하는 수계 에멀젼으로부터 형성된 것 일 수 있다.
구체적으로, 상기 첨가제 중 유화제, 웨팅제 및 무기입자로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 함량은 0.01 ~ 40 중량%로 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 상기 첨가제 중 상기 수용성 용매는 인라인 코팅층 형성용 조성물이 100 중량%를 만족하도록 잔량으로 포함될 수 있다.
상기 유화제는 변성폴리올레핀계 수지를 수분산하기 위하여 사용되는 것으로 비이온계, 음이온계 및 양이온계 계면활성제 등을 사용할 수 있으며, 그 함량은 유화제 0.01 ~ 1 중량%를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 웨팅제는 폴리에스테르 필름 상에 에멀젼이 고르게 도포되도록 하기 위하여 사용하는 것으로 폴리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌에스테르, 변성실리콘 등에서 선택되는 것을 사용하는 것이 도포성이 매우 향상되므로 바람직하며, 구체적으로 예를 들면 일본유지사의 FO-28, 다우코팅사의 Q2-5212 등이 있다. 그 함량은 0.01 ~ 0.5 중량%를 사용하는 것이 접착성이 우수하므로 바람직할 수 있다. 또한, 필요에 따라 에틸렌비닐아세테이트 에멀젼을 이용한 코팅층의 슬립성을 향상시키기 위하여 입자를 추가할 수 있으며, 무기입자, 유기입자 등을 추가할 수 있다. 그 함량은 0.01 ~ 5 중량%를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 상기 알코올은 웨팅성을 증가시켜 균일하게 도포하기 위하여 사용하는 것으로, 구체적으로 예를 들면 이소프로필알코올 등을 사용할 수 있으며, 1 ~ 20 중량% 범위로 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
이밖에도 필요에 따라 통상적으로 해당분야에서 사용되는 UV안정제, 대전방지제 등의 첨가제들을 더 추가할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 인라인 코팅층은 두께가 10 내지 500nm일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 백시트는 50㎛ 폭으로 10cm 길이로 손상을 부여하고 25℃의 온도조건에서 72 시간 노출시킨후, 임의로 4곳을 정하여 스크레치 폭을 측정하였을 때, 그 변화량으로 표시되는 자가치유율이 50% 이상일 수 있다. 구체적으로, 임의로 4곳을 정하여 스크레치 폭의 회복된 변화량(%)을 측정하고 평균하였을 때 표시되는 되는 자가치유율이 50% 이상일 수 있으며, 보다 구체적으로 70% 이상일 수 있으며, 더욱 구체적으로 80% 이상일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 일 구현예는 (S1) 폴리에스테르 필름의 일면에 변성폴리올레핀계 수지 및 가교제를 포함하는 조성물을 인라인 코팅 방법에 의해 코팅하여 인라인 코팅층(2)을 형성하는 단계; (S2) 상기 인라인 코팅층(2)상에 방향족 디설파이드기를 포함하는 폴리우레탄 수지를 포함하는 자가치유층(3)을 형성하는 단계; 를 포함하는, 태양광용 백시트의 제조방법을 제공할 수 있다.
상기 (S1) 단계에서 상기 폴리에스테르 필름은 실린더에서 용융압출하여 티다이를 통해서 시트 형태로 제조할 수 있다. 백시트의 기계적 물성 향상을 위해 폴리에스테르 시트를 1개 이상의 롤러를 사용하여 이축연신하여 제조할 수 있다.
상기 폴리에스테르 필름의 일면에 인라인 코팅방법에 의해 인라인 코팅층(2)을 형성할 수 있으며, 이를 형성하기 코팅조성물의 조성은 앞서 설명한 바와 같다. 도포 시 연신 후 건조 도포두께가 10 ~ 500nm가 되도록 도포하는 것이 바람직하며, 코팅조성물을 도포하여 접착층을 형성한 후, 횡방향으로 연신한다. 이때 횡방향 연신은 텐터를 이용하는 것이 바람직하다. 이후, 수분을 제거하고, 접착제층을 경화시키고, 필름이 수축되는 것을 예방하기 위하여 건조 및 열고정하는 과정을 거칠 수 있다. 또한 필요에 따라 기재층(1)인 폴리에스테르 필름의 표면에 코로나 처리를 할 수 있다.
상기 (S2) 단계는 인라인 코팅층(2)상에 방향족 디설파이드기를 포함하는 폴리우레탄 수지를 포함하는 자가치유층(3)을 형성할 수 있는 다양한 방법을 이용할 수 있으며, 예를 들어 폴리우레탄 수지를 포함하는 도료를 도포하는 방법, 폴리우레탄 수지를 필름상으로 형성하여 적층하는 방법; 또는 폴리우레탄 수지를 용융 압출하여 형성하는 방법 중에서 선택된 방법에 의해 형성할 수 있다.
상기 방법으로 제조된 태양광용 백시트는 태양광모듈 뒷편에 부착할 수 있다. 구체적으로, 태양광모듈은 유리(400), 제1봉지재(200), 솔라셀(solar cell)(300), 제2봉지재(200), 백시트(back sheet)(100)로 적층되어 구성될 수 있다. 상기 제1봉지재 및 제2봉지재는 종래 공지된 소재를 포함하여 형성될 수 있으나, 일 예로 에틸렌비닐아세테이트 수지(에틸렌비닐아세테이트, EVA)를 포함할 수 있다. 상기 에틸렌비닐아세테이트 수지와 백시트를 진공부착 방식으로 접합할 수 있다. 구체적으로, 백시트의 기재층(1)인 폴리에스테르필름과 에틸렌비닐아세테이트 수지를 밀봉이 가능한 프레임으로 진공부착 방법으로 접합할 수 있다. 백시트의 손상이 현격히 일어나거나 불량이 발생하였을 때, 프레임의 진공을 풀고 교체할 수 있다. 프레임의 진공을 풀고 박리하여 백시트를 재가공 및 교체할 수 있으므로 태양광모듈의 수명저하를 예방할 수 있으며, 백시트 불량에 의한 비용손실 또한 획기적으로 절감할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
1) 기재층 제조
수분이 100ppm 이하로 제거된 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 용융압출기에 주입하여 용융한 후 압출하여 두께 2000㎛인 폴리에틸렌테레프탈레이트 시트를 제조하였다. 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 시트를 110℃에서 기계방향(MD)으로 3.5배 연신한 후 상온으로 냉각하여 기재층을 제조하였다.
2) 인라인 코팅층 제조
카르복실기 함량이 4중량%인 변성폴리올레핀계 수지 90 중량%와 2-비닐-4-메틸-2-옥사졸린 가교제 10 중량%가 포함된 수지 (전체 코팅조성물 중 변성폴리올레핀계 수지가 1.8중량%, 옥사졸린계 가교제가 0.2중량%로 포함), 웨팅제(다우코닝사의 Q2-5210) 0.3 중량% 및 물 97.7중량%를 혼합하여 인라인 코팅용 조성물을 제조하였다.
상기 코팅용 조성물을 바코팅(bar coating)방법으로 폴리에스테르 필름 일면에 코팅한 후, 140 ℃에서 예열, 건조를 거쳐 횡방향(TD)으로 3.5배 연신하였다.
3) 자가치유층 제조
분리형 플라스크에 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜(Polytetramethylene Ether Glycol, PTMEG, 20.0 mmol, 수평균분자량 1,000 g/mol, Aldrich 社)를 투입한 후 진공건조하여 수분을 제거하였다. 그 후 60 ℃에서, 아이소포론디이소시아네이트 (Isophorone diisocyanate, 42.0 mmol), 디부틸주석 디라우레이트(Dibutyltin dilaurate)60 mg을 녹인 디메틸아세트아마이드(DMAc) 10 ml를 천천히 적가하고 1시간 동안 질소 분위기 하에 교반하였다. 다음으로, 온도를 30 ℃로 낮춰 식힌 후, 4,4'-디아미노페닐디설파이드(Diaminodiphenyl Disulfide, 20.0 mmol)를 녹인 DMAc 20ml를 적가 하여 40 ℃에서 1.5시간 교반하고, DMAc 35 ml를 추가로 적가 하여 고형분이 40 wt%인 폴리 우레탄 수지 용액을 제조하였다.
상기 인라인 코팅층 상에 폴리 우레탄 수지 용액을 그라비아 코터를 이용해서 도포하여 방향족 디설파이드기를 포함하는 폴리우레탄 수지층을 형성하였다.
실시예 2
상기 실시예 1에서, 4,4'-디아미노페닐디설파이드(Diaminodiphenyl Disulfide) 대신 4,4'-디브로모페닐디설파이드(Dibromophenyl Disulfide)를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 백시트를 제조하였다.
실시예 3
상기 실시예 1에서, 4,4'-디아미노페닐디설파이드(Diaminodiphenyl Disulfide) 대신 비스(4-하이드록시페닐) 디설파이드 (bis(4-hydroxylphenyl)disulfide)를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 백시트를 제조하였다.
참고예 1
상기 실시예 1에서, 인라인 코팅층을 생략하고 기재층 및 자가치유층만을 적층하여 백시트를 제조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 백시트를 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 1에서, 상기 폴리우레탄 수지를 포함하는 자가치유층 대신 폴리우레탄 미세 캡슐을 포함하는 자가치유층을 형성한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 백시트를 제조하였다.
구체적으로, 상기 인라인 코팅층 상에 자외선 흡수제, 광안정화제(HALS)가 아크릴폴리올 수지에 가교된 것을 특징으로 하는 코팅제((주)니폰 쇼쿠바이 가부시키가이샤사 BK1, 고형분 농도: 40mass%) 100질량부에 직경 4㎛의 구형 폴리우레탄 미세캡슐(산화티탄: 30wt%, 에폭시드(쉘케미칼사 EPON 828): 62wt%, 디에틸렌트리아민: 8wt%)을 20질량부, 루테늄 촉매를 5질량부, 경화제(스미카바이엘우레탄사 N3200, 고형분 농도: 100mass%) 5질량부 및 아세트산 에틸 140질량부를 칭량하고 15분간 교반함으로써 제조한 코팅층 도료를 그라비아 코터를 이용해서 도포하여 도막층을 형성하였다.
평가방법
1) 자가치유율 (%)
50 ㎛ 폭으로 10cm길이로 손상을 부여하고 25℃의 온도조건에서 72 시간 노출시킨 후, 임의로 4곳을 정하여 스크레치 폭의 회복된 변화량(%)을 측정하고 평균하여 하기 표 1에 기재하였다.
2) 접착력 평가
제조된 백시트의 접착력을 평가하였다. 150℃에서 박리각도 180도, 박리속도 300mm/min으로 박리시켜 접착력을 평가하여 하기 표 1에 기재하였다.
3) 장기 안정성 측정
상기 백시트 표면으로 10kg 원형추를 약 50cm 높이에서 3회 낙하시켰다. 85℃/85%RH 조건에서 20일 방치 이후, 다시 50cm 높이에서 3회 낙하시킨 후 파단 강도를 평가하여 하기 표 1에 기재하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 참고예 1 비교예 1
기재층 ○ ○ ○ ○ ○
인라인코팅층 ○ ○ ○ X ○
자가치유층 A B C A D
접착력(Kg/cm) 9.3 9.0 7.5 3.6 2.8
자가치유율(%) 91 73 52 10 35
파단
강도
(MPa)		 실험전 132 130 129 125 132
실험후 118 112 109 102 45
A: 4,4'-디아미노페닐디설파이드로부터 제조된 방향족 디설파이드기를 포함하는 폴리우레탄 수지층
B: 4,4'-디브로모페닐디설파이드로부터 제조된 방향족 디설파이드기를 포함하는 폴리우레탄 수지층
C: 비스(4-하이드록시페닐)디설파이드로부터 제조된 방향족 디설파이드기를 포함하는 폴리우레탄 수지층
D: 폴리우레탄 캡슐을 포함하는 코팅층
표 1의 결과를 통해, 상기 실시예 1 내지 3과 같이, 인라인 코팅층을 포함하여 "기재층/인라인 코팅층/접착층(자가치유층)"을 포함하는 태양광용 백시트는 접착력이 모두 7kg/cm 이상으로 현저히 우수함을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1 내지 3은 자가치유층이 방향족 디설파이기를 포함하는 폴리우레탄 수지층으로 구성됨에 따라 자가치율유이 모두 50% 이상으로 우수함을 확인할 수 있다. 특히 실시예 1의 4,4'-디아미노페닐디설파이드로부터 제조된 방향족 디설파이드기를 포함하는 폴리우레탄 수지층으로 구성될 경우 자가치유율이 91%로 가장 우수함을 확인할 수 있다. 또한, 파단강도의 경우에도 실시예 1 내지 3 모두 실험전/후의 파단강도의 차이가 20 이하로 파단강도 차이가 크지 않아 장기안정성을 확보할 수 있음을 확인할 수 있다.
한편, 참고예 1의 경우에는 태양광용 백시트가 인라인 코팅층을 포함하지 않음에 따라 실시예 대비 접착력이 4kg/cm 이하 및 자가치유율이 10% 이하로 매우 저조함을 확인할 수 있다. 다만, 지역 환경에 따라 모듈 안정성이 실시예들보다는 떨어질 수 있지만, 사용상 문제가 없는 경우가 있으므로, 사용 가능할 수 있다.
반면, 비교예 1의 경우 인라인 코팅층이 포함되더라도, 자가치유층이 방향족 디설파이드기를 포함하는 폴리우레탄 수지층이 아닌 폴리우레탄 캡슐을 포함하는 코팅층으로 구성됨에 따라 접착력 3kg/cm 이하 및 자가치유율이 40% 이하로 매우 저조함을 확인할 수 있다. 특히, 파단강도의 경우 비교예 1은 폴리우레탄 캡슐의 특성으로 인해, 실험 전/후의 파단강도 차이가 80 이상으로 현저히 차이나는 것을 확인할 수 있다.
이상 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 백시트, 1: 기재층, 2: 인라인 코팅층, 3: 자가치유층, 200: 제1봉지재, 제2봉지재, 300: 솔라셀, 400: 유리

Claims (15)

  1. 기재층 및 기재층 상에 형성된 자가치유층을 포함하는, 태양광용 백시트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 백시트는 기재층과 자가치유층 사이에 접착개선층인 인라인 코팅층을 더 포함하는, 태양광용 백시트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기재층은 폴리에스테르 필름을 포함하는, 태양광용 백시트.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 폴리에스테르 필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함하는, 태양광용 백시트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 자가치유층은 방향족 디설파이드기를 포함하는 폴리우레탄 수지를 포함하는, 태양광용 백시트.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 폴리우레탄 수지는 방향족 디설파이드 디올을 포함하는 조성물로부터 중합된 것인, 태양광용 백시트.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 폴리우레탄 수지의 중량평균분자량은 5,000 내지 1,000,000 g/mol인, 태양광용 백시트.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 인라인 코팅층은 변성폴리올레핀계 수지 및 가교제를 포함하는, 태양광용 백시트.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 인라인 코팅층은 첨가제를 더 포함하는, 태양광용 백시트.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 인라인 코팅층은 변성폴리올레핀계 수지 0.1 ~ 20 중량%, 가교제 0.01 ~ 20 중량% 및 나머지는 100 중량%를 만족하도록 첨가제를 포함하는 수계 에멀젼으로부터 형성된 것인, 태양광용 백시트.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기재층의 두께는 12 ~ 300㎛인, 태양광용 백 시트.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 인라인 코팅층은 두께가 10 내지 500nm인, 태양광용 백시트.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 백시트는 50㎛ 폭으로 10cm 길이로 손상을 부여하고 25℃의 온도조건에서 72 시간 노출시킨후, 임의의 4곳을 정하여 스크레치 폭을 측정하였을 때, 그 변화량으로 표시되는 자가치유율이 50% 이상인 것인, 태양광용 백시트,
  14. 제13항에 있어서,
    상기 자가치유율이 80% 이상인 것인, 태양광용 백시트.
  15. (S1) 폴리에스테르 필름의 일면에 변성폴리올레핀계 수지 및 가교제를 포함하는 조성물을 인라인 코팅 방법에 의해 코팅하여 인라인 코팅층을 형성하는 단계 및
    (S2) 상기 인라인 코팅층상에 방향족 디설파이드기를 포함하는 폴리우레탄 수지를 포함하는 자가치유층을 형성하는 단계를 포함하는,
    태양광용 백시트의 제조방법.
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