WO2013073845A1 - 수분산 조성물, 친환경 광전지 모듈용 백시트 및 이의 제조방법 - Google Patents

수분산 조성물, 친환경 광전지 모듈용 백시트 및 이의 제조방법 Download PDF

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water dispersion
photovoltaic module
fluorine
perfluoro
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권윤경
김현철
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a water dispersion composition, a backsheet for a photovoltaic module, a method for manufacturing the same, and a photovoltaic module including the same.
  • Photovoltaic cells to which the photovoltaic power generation principle is applied are devices that convert sunlight into electrical energy.
  • the photovoltaic cells need to be exposed to the external environment for a long time to easily absorb sunlight, and thus various packaging is performed to protect cells. It is manufactured in unit form, and these units are called photovoltaic modules.
  • the photovoltaic module uses a back sheet having excellent weather resistance and durability to stably protect the photovoltaic cell even when exposed to an external environment for a long time of 20 years or more.
  • a back sheet is manufactured by laminating a film having durability and weather resistance on one surface of a substrate.
  • a fluorine-based film is used for a film having durability, weather resistance, and the like of a back sheet for a photovoltaic module.
  • fluorine-based resins are used by attaching a fluorine-based resin to a substrate by using a film, or by using an organic solvent such as dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAC) or N-methylpyrrolidone (NMP). After dissolving, it was coated on one side of the substrate, and the organic solvent was volatilized to form a fluorine resin layer.
  • DMF dimethylformamide
  • DMAC dimethylacetamide
  • NMP N-methylpyrrolidone
  • the conventional method has a problem in that the adhesion to the substrate is not good in the case of film processing, there is a problem of raw material cost increase due to the use of an organic solvent in the case of coating processing, and is not preferable in terms of environmental friendliness.
  • Embodiments of the present invention include an aqueous dispersion composition that can provide environmentally friendly and excellent physical properties, more specifically, a water dispersion composition for a photovoltaic module, a backsheet for a photovoltaic module including the same, a manufacturing method thereof, and a photovoltaic module including the same. to provide.
  • One embodiment of the present invention provides a water dispersion composition comprising a fluorine-based polymer, a pigment and a water dispersion binder.
  • the substrate ; And a resin layer formed on one or both surfaces of the substrate and formed of the water dispersion composition.
  • Yet another embodiment of the present invention provides a method of manufacturing a backsheet for a photovoltaic module comprising coating the water dispersion composition on one or both surfaces of a substrate and heating to form a resin layer.
  • Yet another embodiment of the present invention provides a photovoltaic module comprising a backsheet for a photovoltaic module according to embodiments of the present invention.
  • Embodiments of the present invention relate to an aqueous dispersion composition, and more particularly, to an aqueous dispersion composition for a photovoltaic module, wherein the aqueous dispersion composition includes a fluorine-based polymer, a pigment, and an aqueous dispersion binder.
  • the aqueous dispersion composition includes a fluorine-based polymer, a pigment, and an aqueous dispersion binder.
  • FIG. 1 is a view showing a cross-sectional view of a back sheet for a photovoltaic module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a manufacturing process of a backsheet for a photovoltaic module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view showing a cross-sectional view of a photovoltaic module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a photovoltaic module according to another embodiment of the present invention.
  • One embodiment of the invention relates to a water dispersion composition
  • a water dispersion composition comprising a fluorine-based polymer, a pigment and a water dispersion binder.
  • the fluorine-based polymer may serve to improve durability and weather resistance.
  • a crystalline fluorine-based polymer rather than an amorphous fluorine-based polymer. This is because in the case of amorphous fluorine-based polymer, a urethane bond is formed through the reaction with a crosslinking agent, but such a urethane bond has good initial adhesive force, but because the urethane bond is hydrolyzed under conditions of high temperature and high humidity, the bond may be broken. This is because the adhesion reliability may be lower than that of the polymer.
  • the crystallinity of the crystalline fluorine-based polymer may be 55% or less, 50% or less, 10% to 55%, or 10% to 50%.
  • degree of crystallinity means a percentage (by weight) of the crystalline region contained in the entire polymer, which can be measured by a known method such as differential scanning calorimetry.
  • the degree of crystallinity of the fluorine-based polymer is copolymerized with the comonomers as described above in the manufacture of the fluorine-based polymer, thereby releasing the regular elemental arrangement of the fluorine-based polymer, or the fluorine-based polymer in the form of a branched polymer. It can manufacture by superposing
  • the fluorine-based polymer may be a non-functionalized pure fluorine-based polymer.
  • the non-functionalized pure fluorine-based polymer it may have excellent weather resistance compared to the functionalized fluorine-based polymer such as an acrylic modified fluorine-based polymer, a crosslinkable end group-containing fluorine-based polymer, and the like.
  • the functionalized fluorine-based polymer such as an acrylic modified fluorine-based polymer, a crosslinkable end group-containing fluorine-based polymer, and the like.
  • by producing a resin layer by a coating method with an aqueous dispersion composition it is possible to exhibit excellent adhesive properties such as a base film without functionalizing the fluorine-based polymer.
  • the fluorine-based polymer is a crystalline polymer that does not contain a crosslinkable functional group, compared to the fluorine-based amorphous polymer containing a crosslinkable functional group is melted by heat to provide a good adhesion to the surface of the substrate while improving the adhesion.
  • the fluorine-based polymer instead of using the crystalline polymer containing no crosslinkable functional group as the fluorine-based polymer, it is possible to ensure the fairness in forming the coating film by further including a water dispersion binder.
  • the kind of the fluorine-based polymer is not particularly limited.
  • the fluorine-based polymer may be a copolymer including vinylidene fluoride (VDF) or vinyl fluoride (VF) and a comonomer
  • VDF vinylidene fluoride
  • VF vinyl fluoride
  • the type of comonomer which may be included in a copolymerized form in the fluorine-based copolymer is particularly Without limitation, for example, tetrafluoroethylene (TFE: Tetrafluoroethylene), hexafluoropropylene (HFP: Hexafluoropropylene), chlorotrifluoroethylene (CTFE: chlorotrifluoroethylene), trifluoroethylene, hexafluoroisobutylene , Perfluoro butylethylene, perfluoro methyl vinyl ether (PMVE: perfluoro (methylvinylether), perfluoro ethyl vinyl ether (PEVE: perfluoro (ethylvinylether)), perfluoro
  • the fluorine-based polymer may be tetrafluoroethylene (TFE, Tetrafluoroethylene), hexafluoropropylene (HFP, Hexafluoropropylene), chloro trifluoroethylene (CTFE, chlorotrifluoroethylene), trifluoro ethylene, hexafluoro isobutylene , Perfluoro butylethylene, perfluoro methyl vinyl ether (PMVE, perfluoro (methylvinylether)), perfluoro ethyl vinyl ether (PEVE, perfluoro (ethylvinylether)), perfluoro propyl vinyl ether (PPVE), perfluoro Consisting of hexyl vinyl ether (PHVE), perfluoro-2,2-dimethyl-1,3-dioxol (PDD) and perfluoro-2-methylene-4-methyl-1,3-dioxolane (PMD) Polyvinylidene fluoride (TFE
  • the content of the comonomer included in the fluorine-based copolymer is not particularly limited, for example, about 0.5% to 50% by weight, 1% to 40% by weight, 7% to 40% by weight relative to the total weight of the fluorine-based polymer. %, 10% to 30% or 10% to 20% by weight.
  • the content of the comonomer in the above range it is possible to induce effective low-temperature melting while ensuring durability and weather resistance.
  • the weight average molecular weight of the fluorine-based polymer may be 50,000 to 1 million, 100,000 to 700,000, or 300,000 to 500,000, but is not limited thereto.
  • a weight average molecular weight is a conversion value of standard polystyrene measured by GPC (Gel Permeation Chromatograph).
  • Melting point of the fluorine-based polymer may be 80 °C to 175 °C, or 120 °C to 165 °C.
  • the melting point of the fluorine-based polymer By controlling the melting point of the fluorine-based polymer to 80 °C or more, it is possible to prevent the deformation during the use process of the backsheet for a photovoltaic module manufactured using the water dispersion composition according to the embodiments of the present invention, the melting point of less than 175 °C
  • the uniform coating appearance can be obtained by melting the fluorine-based polymer particles at a low temperature in the manufacturing process of the backsheet for a photovoltaic module using the water dispersion composition, to prevent deterioration of the substrate contained in the backsheet for a photovoltaic module Can be.
  • the average particle diameter of the fluorine-based polymer may be 10 ⁇ m or less.
  • fluorine-based polymer particles are disposed on the substrate, and when the heat is applied, the fluorine-based polymer particles are melted to form a film. To form a resin layer.
  • a uniform resin layer may be formed.
  • the lower limit of the average particle diameter of the fluorine-based polymer is not particularly limited, but may be, for example, 0.1 ⁇ m or more, or 2 ⁇ m or more.
  • the method for producing the fluorine-based polymer is not particularly limited, and any means generally used in this field may be employed without limitation, but for example, it may be prepared by an emulsion (emulsion polymerization) method.
  • the average particle diameter of the fluorine-based polymer can be controlled to 10 ⁇ m or less, but can be produced in a uniform size.
  • the fluorine-based polymer prepared by the emulsion method may be present in a dispersed state in an aqueous solvent.
  • the pigment may serve to impart color to the layer formed of the water dispersion composition, or improve other physical properties such as improving UV blocking property and reflectance.
  • the pigment may be included in an amount of 1 part by weight to 200 parts by weight based on 100 parts by weight of the fluorine-based polymer.
  • the content of the pigment is less than 1 part by weight, the effect due to the addition may be insignificant, and when it exceeds 200 parts by weight, the resin layer formed by using the water dispersion composition of the present invention may be brittle and scratch resistance may be reduced. Can be.
  • the type of pigment that can be used in the embodiments of the present invention is not particularly limited, and for example, chromium oxide (Cr 2 O 3 ), iron oxide (Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 ), titanium dioxide, silica and Metal oxides such as alumina; Black pigments such as carbon black; Complex metal oxides; Metal salts or various organic pigments, but is not limited thereto.
  • the surface and the pigment may be treated with a hydrophilic organic compound to improve dispersibility in the water-dispersion composition and to improve miscibility with other components.
  • the water dispersion binder may serve to strengthen the bond between the fluorine-based polymer and the pigment. More specifically, when forming the resin layer using the water dispersion composition according to the embodiments of the present invention, by fixing the pigment and the fluorine-based polymer to prevent the pigment from easily falling off the surface of the resin layer, choking (chalking) The phenomenon can be prevented.
  • water-dispersible binder examples include polyurethane resins, silane-modified urethane resins, polyacrylic resins, polyurea resins, polyamide resins, polyolefin resins, polyvinylacetate resins, polyether resins, Alkyd resin, urethane-acrylate copolymer, vinyl-urethane copolymer, ethylene-vinyl alcohol copolymer, silicone-acrylic-urethane copolymer, ethylene-vinylacetate copolymer and acrylic modified polyester resin Although the above is mentioned, it is not limited to this.
  • the water dispersion binder may be included in 5 parts by weight to 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the fluorine-based polymer. By adjusting the content of the water dispersion binder in the above range it can be maintained weather resistance when forming a resin layer later.
  • the water dispersion binder may be dissolved in an aqueous solvent or exist in a dispersed state. For example, as the water dispersion binder, a solid content of 20 to 50% may be used.
  • the aqueous dispersion composition may further comprise an aqueous solvent for dispersing the composition components, such aqueous solvent, in the aqueous dispersion composition according to the embodiments of the present invention, the fluorine-based polymer, pigment and dispersion binder It can be used as a solvent to disperse.
  • the aqueous solvent may be included in 50 parts by weight to 2,000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the final solid content in the composition, by controlling the content of the aqueous solvent in the above range, while ensuring the dispersion stability of the components of the composition and at the same time It may be easy to adjust the thickness of the resin layer when forming the resin layer by use.
  • the aqueous solvent include water such as distilled water.
  • the water dispersion composition according to the embodiments of the present invention may further include a surfactant to improve dispersibility and to improve wettability with the substrate when the water dispersion composition is coated on the substrate.
  • the surfactant may be included in an amount of 0.1 to 20 parts by weight, 0.5 to 10 parts by weight, or 1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the fluorine-based polymer. If the amount of the surfactant is less than 0.1 parts by weight, dispersibility and wettability may be lowered, and it may be difficult to uniformly coat the aqueous dispersion composition on the substrate. If the amount is more than 20 parts by weight, the weather resistance may be reduced due to the excess of the surfactant. Can be.
  • surfactant examples include, but are not limited to, nonionic surfactants, cationic surfactants and anionic surfactants, in order to improve compatibility with the fluorine-based polymer fluorine-based interface Active agents can also be used.
  • fluorine-based surfactant examples include anionic fluorine-based surfactants such as Zonyl FS-62, Zonyl FSA, Zonyl FSE, Zonyl FSJ, Zonyl FSP, Zonyl TBS, or Zonyl UR; Nonionic fluorine-based surfactants such as Zonyl FSO, Zonyl FSO-100, Zonyl FSN, or Zonyl FS-300; Cationic fluorine-based surfactants such as Zonyl FSD; Anionic and cationic fluorine-based surfactants such as Zonyl FSK or BYK340, and the like, but are not limited thereto.
  • anionic fluorine-based surfactants such as Zonyl FS-62, Zonyl FSA, Zonyl FSE, Zonyl FSJ, Zonyl FSP, Zonyl TBS, or Zonyl UR
  • Water-soluble polymers such as polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, methyl cellulose, ethyl cellulose and styrene-maleic anhydride copolymer in addition to the fluorine-based surfactant;
  • Anionic surfactants such as sodium oleate and sodium lauryl sulfate;
  • Nonionic surfactants such as polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkyl phenyl ether, polyoxyethylene fatty acid ester, sorbitan fatty acid ester, polyoxy sorbitan fatty acid ester, polyoxyethylene alkylamine and glycerin fatty acid ester;
  • cationic surfactants including quaternary ammonium such as lauryl amine acetate, alkyl amine salts and lauryltrimethyl ammonium chloride, and include phosphates such as calcium phosphate, magnesium phosphate, aluminum phosphate and zinc phosphate; Pyrophosphoric acid salt
  • the fluorine-based polymer When the fluorine-based polymer is polymerized by an emulsion polymerization method, since the fluorine-based polymer may already exist in the form of a fluorine-based polymer dispersed in water, the fluorine-based polymer prepared by the emulsion polymerization method may be used as it is without using an additional surfactant. When the produced fluorine-based polymer is dried to present the fluorine-based polymer in powder form, the surfactant may be added to disperse the fluorine-based polymer.
  • the water dispersion composition according to the embodiments of the present invention may further include conventional additives such as UV stabilizers, heat stabilizers or barrier particles within a range that does not impair physical properties.
  • the water dispersion composition according to the embodiments of the present invention may be used for forming a resin layer on a surface contacting the outside of a product requiring durability and weather resistance, and may be used in the manufacture of a back sheet for a photovoltaic module.
  • the aqueous dispersion composition does not include an organic solvent, economical, environmentally friendly, and further includes a water dispersion binder to prevent choking due to the desorption of the pigment, it is possible to improve the economics and physical properties.
  • the backsheet 10 for a photovoltaic module includes a substrate 12; And a resin layer 11 formed on the substrate 12 and containing a fluorine-based polymer.
  • the specific kind of the substrate included in the backsheet for a photovoltaic module is not particularly limited, and various materials known in the art may be used, and may be appropriately selected and used depending on the required function and use.
  • the substrate may be various metal films or polymer films.
  • the metal film include those composed of ordinary metal components depending on the use, and the polymer film may include at least one selected from the group consisting of an acrylic film, a polyolefin film, a polyamide film, a polyurethane film, and a polyester film. It may be, but is not limited thereto.
  • the polyester film may include one or more selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PET) film, polyethylene naphthalate (PEN) film, and polybutylene terephthalate (PBT) film, but is not limited thereto.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PBT polybutylene terephthalate
  • a polyester sheet with improved hydrolysis characteristics may be used, if necessary.
  • the hydrolysis property of the backsheet for photovoltaic module can be improved by using the polyester film having a small content of oligomer generated during condensation polymerization.
  • the polyester film as a base as described above, by further adding a heat treatment to improve the known hydrolysis characteristics, it is possible to further improve the hydrolysis characteristics by reducing the moisture content of the polyester, reducing the shrinkage rate You may.
  • the thickness of the substrate is not particularly limited and may be appropriately adjusted according to need, but may be, for example, about 50 ⁇ m to 500 ⁇ m, or may be in the range of about 100 ⁇ m to 300 ⁇ m. By controlling the thickness of the substrate as described above, it is possible to maintain excellent electrical insulation, moisture barrier properties, mechanical properties and handleability.
  • Photovoltaic module backsheet includes a resin layer formed on one or both sides of the substrate, the resin layer is formed of the above-described water dispersion composition. That is, the resin layer means a coating layer formed of the water dispersion composition according to the embodiments of the present invention, and may include a melt of the water dispersion composition. Details of the water dispersion composition are the same as described above, and will be omitted below.
  • the thickness of the resin layer formed by the water dispersion composition of the backsheet for a photovoltaic module according to embodiments of the present invention is not particularly limited, and may be, for example, 1 ⁇ m to 50 ⁇ m, or 3 ⁇ m to 30 ⁇ m. . If the thickness of the resin layer is less than 1 ⁇ m, the resin layer may be too thin, insufficient filling of the pigment, resulting in poor light blocking properties, and over 50 ⁇ m may cause an increase in manufacturing cost.
  • the resin layer formed of the water dispersion composition may be a coating layer.
  • coating layer used in the present specification means a resin layer formed by a coating method. More specifically, the “coating layer” refers to a solvent, for example, not a method in which the resin layer containing the above-described water dispersion composition is laminated on a substrate prepared by a casting method or an extrusion method using an adhesive or the like on a substrate. For example, it means the case formed by coating the substrate with an aqueous dispersion composition prepared by dispersing the components constituting the resin layer in water.
  • a back sheet 10 for a photovoltaic module according to an embodiment of the present invention is a substrate 12; And a resin layer 11 formed only on one surface of the substrate 12, the backsheet for a photovoltaic module according to another embodiment of the present invention may have a resin layer on another surface of the substrate. It may be formed, and may include a resin layer formed on both sides of the substrate.
  • the base material in order to further improve the adhesive force, the base material, spark discharge treatment of high frequency, such as corona treatment or plasma treatment in advance on the surface on which the resin layer is formed; Heat treatment; Flame treatment; Coupling agent treatment; Primer treatment; Anchor treatment or chemical activation treatment using gaseous Lewis acid (ex. BF 3 ), sulfuric acid or high temperature sodium hydroxide or the like may be performed.
  • spark discharge treatment of high frequency such as corona treatment or plasma treatment in advance on the surface on which the resin layer is formed
  • Heat treatment flame treatment
  • Primer treatment Primer treatment
  • gaseous Lewis acid ex. BF 3
  • an inorganic oxide deposition layer may be formed on one or both surfaces of the substrate in order to improve moisture barrier properties.
  • the kind of the inorganic oxide is not particularly limited, and any type of inorganic oxide can be employed without limitation as long as it has moisture barrier properties.
  • silicon oxide or aluminum oxide may be used as the inorganic oxide, but is not limited thereto.
  • the method for forming the inorganic oxide deposition layer on one or both surfaces of the substrate is not particularly limited, and may be based on a deposition method or the like generally used in the art.
  • Another embodiment of the present invention relates to a method of manufacturing a backsheet for a photovoltaic module comprising coating the above-described water dispersion composition on one or both surfaces of a substrate and heating to form a resin layer.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a manufacturing process of a backsheet for a photovoltaic module according to an embodiment of the present invention.
  • the method of manufacturing a backsheet for a photovoltaic module may include coating the above-described aqueous dispersion composition on one surface of a substrate and heating to form a resin layer.
  • the manufacturing method of the backsheet for a photovoltaic module may include the step of coating the above-described aqueous dispersion composition on both sides of the substrate, heating to form a resin layer on both sides of the substrate. .
  • the water-dispersible composition according to the embodiments of the present invention is to disperse the fluorine-based polymer, pigments and water-dispersing binder in water, or to disperse the fluorine-based polymer, pigment, water-dispersing binder and surfactant in water, or to water It can be prepared by dispersing fluorine-based polymers, pigments, water dispersion binders, surfactants and conventional additives.
  • the step of dispersing the various components in water is not particularly limited, and any dispersing method commonly used in the art may be used without limitation.
  • the dispersion composition may be prepared by stirring, but is not limited thereto.
  • fluorine-based polymer particles, pigments and dispersion binders are disposed on the surface of the substrate, and when the substrate coated with the dispersion composition is heated, water is Evaporated, the fluorine-based polymer particles are melted (melted) to change into a film phase, while the water dispersion binder is present inside the film phase of the fluorine-based polymer, can strengthen the bond between the fluorine-based polymer and the pigment, the pigment is desorbed from the surface The phenomenon can be prevented.
  • the method of coating the water-dispersible composition on the surface of the substrate is not particularly limited.
  • well-known printing methods such as offset printing and gravure printing, roll coats, knife edge coats, gravure coats, doctor blades, and the like. Any method can be applied as long as it can form a uniform resin layer including a well-known coating method.
  • various methods known in the art may be applied.
  • the method of heating the substrate coated with the water dispersion composition is not particularly limited, and a heating method generally used in this field may be used without limitation.
  • a heating method generally used in this field may be used without limitation.
  • an oven may be used to heat a substrate coated with an aqueous dispersion composition, but is not limited thereto.
  • the heating temperature is equal to or higher than the melting point of the fluorine-based polymer, for example, may be 150 °C to 250 °C. If the heating temperature is less than 150 ° C, the fluorine-based polymer particles do not melt, so that a film phase of the fluorine-based polymer cannot be formed, and if the heating temperature is higher than 250 ° C, the substrate may deteriorate and mechanical properties may be degraded.
  • a carboxyl group, a hydroxyl group or the like can be induced on the surface of the substrate.
  • the functional groups may form a chemical bond with the fluorine-based polymer and the water dispersion binder included in the resin layer, thereby further improving the interface bonding force between the substrate and the resin layer.
  • the photovoltaic module backsheet manufactured by the method of manufacturing the backsheet for the photovoltaic module can improve the productivity and quality by minimizing deformation of the substrate due to heat and moisture, and does not use an organic solvent, thereby saving eco-friendly manufacturing cost. It is possible to, through the water dispersion binder to strengthen the bond between the fluorine-based polymer and the pigment to prevent the pigment from easily detached from the resin layer to prevent the choking (chalking) phenomenon.
  • Another embodiment of the invention relates to a photovoltaic module comprising the backsheet for a photovoltaic module.
  • the structure of the photovoltaic module is not particularly limited as long as it includes the backsheet for the photovoltaic module, and various structures generally known in the art may be adopted without limitation.
  • the structure of a photovoltaic module comprises a backsheet; A photovoltaic cell or photovoltaic array formed on the backsheet; A light receiving sheet formed on the photovoltaic cell or photovoltaic array; And an encapsulant layer encapsulating the photovoltaic cell or the photovoltaic cell array between the backsheet and the light receiving sheet.
  • a backsheet for a photovoltaic module may be used, and the thickness of the backsheet is not particularly limited, for example, 30 ⁇ m to 2,000 ⁇ m, 50 ⁇ m to 1,000 ⁇ m. Or 100 ⁇ m to 600 ⁇ m.
  • the photovoltaic module can be made thinner, and excellent physical properties such as weather resistance of the photovoltaic module can be maintained.
  • photovoltaic cells formed on the backsheet are not particularly limited as long as they can generate photovoltaic power, and photovoltaic devices generally used in this field may be used.
  • crystalline silicon photovoltaic cells such as monocrystalline silicon and polycrystalline silicon
  • amorphous silicon photovoltaic cells such as single bonded or tandem structures
  • gallium-arsenic (GaAs) indium-phosphorus (InP), and the like.
  • Group III-V compound semiconductor photovoltaic cells and group II-VI compound semiconductor photovoltaic cells such as cadmium-tellurium (CdTe) and copper-indium-selenide (CuInSe 2 ), and the like can also be used.
  • the photovoltaic cell can form a photovoltaic array (photovoltaic cell assembly) by wiring connecting the photovoltaic cell and the photovoltaic cell.
  • photovoltaic array photovoltaic cell assembly
  • the light-receiving sheet formed on the photovoltaic cell or photovoltaic array may perform a function of protecting the inside of the photovoltaic module from wind, external shock or fire, and ensuring long-term reliability upon outdoor exposure of the photovoltaic module.
  • Specific types of the light-receiving sheet are not particularly limited as long as they are excellent in light transmittance, electrical insulation, mechanical or physical and chemical strength, and for example, glass plates, fluorine resin sheets, cyclic polyolefin resin sheets, and polycarbonate resin sheets. , Poly (meth) acrylic resin sheet, polyamide resin sheet or polyester resin sheet can be used. In one embodiment of the present invention, a glass plate excellent in heat resistance may be used, but is not limited thereto.
  • the thickness of the light receiving sheet is not particularly limited, and may be, for example, 0.5 mm to 10 mm, 1 mm to 8 mm, or 2 mm to 5 mm.
  • the photovoltaic module can be made thinner, but excellent physical properties such as long-term reliability of the photovoltaic module can be maintained.
  • an encapsulant layer for encapsulating a photovoltaic cell or a photovoltaic cell array in the interior of the photovoltaic module, specifically between the backsheet and the light receiving sheet may employ without limitation any encapsulant generally known in the art.
  • 3 and 4 are cross-sectional views of photovoltaic modules according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a wafer-based photovoltaic module 20 including a backsheet for a photovoltaic module according to one embodiment of the present invention.
  • a photovoltaic module according to an embodiment of the present invention typically includes a light receiving sheet 21, which may be composed of a ferroelectric (ex. Glass); A backsheet 23 for photovoltaic module according to embodiments of the present invention; Photovoltaic elements 24 such as the silicon wafer; And an encapsulant layer 22 encapsulating the photovoltaic device 24.
  • the encapsulant layer 22 encapsulates the photovoltaic element 24 while encapsulating the first layer 22a and the photovoltaic element 24 attached to the light receiving sheet 21, while the backsheet 23 is encapsulated. ) May be attached to the second layer 22b.
  • the first layer and the second layer constituting the encapsulant layer 22 may be formed of a material generally known in the art.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a thin film photovoltaic module 30 according to another embodiment of the present invention.
  • the photovoltaic device 34 may be formed on the light receiving sheet 31, which may be generally composed of a ferroelectric.
  • Such a thin film photovoltaic device 34 may be deposited by conventional methods such as chemical vapor deposition (CVD).
  • the photovoltaic module 30 of FIG. 4 which is similar to the photovoltaic module 20 of FIG. 3, includes a backsheet 33, an encapsulant layer 32, a photovoltaic cell 34 and a light receiving sheet 31.
  • the encapsulant layer 32 may be composed of a single layer. A detailed description of the encapsulant layer 32 and the backsheet 33 is as described above.
  • the method of manufacturing the photovoltaic module as described above is not particularly limited, and various methods known to those skilled in the art may be employed without limitation.
  • the photovoltaic module illustrated in FIGS. 3 and 4 is just one example of various embodiments of the photovoltaic module of the present invention. If the photovoltaic module includes the backsheet for the photovoltaic module according to the present invention, the structure of the module and the material constituting the module are shown. Is not particularly limited, and those generally known in the art may be employed without limitation.
  • non-functionalized polyvinylidene fluoride (Hylar 561, manufactured by Solvay, 100% solids) emulsion-polymerized as a fluorine-based polymer
  • 20 g of acrylic modified polyester resin (pesresin A645GH, manufactured by Takamatsu Co., Ltd., 30% solids) as an aqueous dispersion binder
  • polyvinyl alcohol Polyvinyl alcohol (Polinol P17, Tong Yang Steel Chemical Co., Ltd.) as a surfactant was dispersed in 400 g of distilled water using a stirrer to prepare an aqueous dispersion composition.
  • the acrylic primer treatment on the surface the coating of the aqueous dispersion composition prepared on the polyester film (Skyrol SG82, SKC Co., Ltd.) having a thickness of 250 ⁇ m using a doctor blade And it hold
  • the polyester film Skyrol SG82, SKC Co., Ltd.
  • the water dispersion composition was carried out in the same manner as in Example 1 except that 20 g of an acrylic modified polyester resin (pesresin A124S, manufactured by Takamatsu Co., Ltd., 30% solids) was used as the water dispersion binder. And a back sheet for a photovoltaic module.
  • an acrylic modified polyester resin pesresin A124S, manufactured by Takamatsu Co., Ltd., 30% solids
  • Example 2 In the manufacturing process of the water dispersion composition, the same as in Example 1 except that 20g of a urethane-based water dispersion binder containing a siloxane bond (Takelec WS-5000, manufactured by Mitsui Corporation, 30% solids) was used as the water dispersion binder.
  • the water dispersion composition and the backsheet for photovoltaic module were produced.
  • aqueous dispersion composition 100 g of non-functionalized polyvinylidene fluoride (Hylar 561, Solvay, 100% solids) is dispersed in distilled water and used as a fluorine-based polymer. 500 g of a functionalized polyvinylidene fluoride (Hylar Latex 932, manufactured by Solvay Co., Ltd., 20% solids) was used in the same manner as in Example 1 except that a separate surfactant was not added. A backsheet for a photovoltaic module was prepared.
  • Hylar Latex 932 manufactured by Solvay Co., Ltd., 20% solids
  • aqueous dispersion composition 100 g of non-functionalized polyvinylidene fluoride (Hylar 561, Solvay Co., Ltd., 100% solids) is dispersed in distilled water and used instead of vinylidene fluoride (VDF).
  • VDF vinylidene fluoride
  • the water dispersion composition and the photovoltaic module in the same manner as in Example 1, except that an acrylic modified polyester resin (pesresin A645GH, manufactured by Takamatsu Corporation) was used.
  • a backsheet for was prepared.
  • the process of preparing the water-dispersion composition it was carried out in the same manner as in Example 1 except that 500g of an acrylic modified fluorine-based polymer (20% solids) was used as the fluorine-based polymer, and a separate surfactant was not added.
  • a backsheet for a photovoltaic module was prepared.
  • the acrylic modified fluorine-based polymer 5 g of 15% ammonium perfluorooctanoate solution was added to 400 g of distilled water in a 1 L high pressure reactor, and then 70 g of VDF and 30 g of 2-hydroxyethyl methacrylate (2-HEMA) were added. After maintaining the reactor at 80 ° C., 1 g of 0.5% potassium persulfate solution was added to prepare an acrylic modified fluorine-based polymer functionalized with a hydroxyl group.
  • Seffle GK-570 manufactured by Daikin Co., Ltd., 60% solids
  • TFE amorphous tetrafluoroethylene
  • ethylene substituted with a hydroxyl group a fluorine-based polymer in preparing a water dispersion composition.
  • aqueous dispersion composition In the process of preparing the aqueous dispersion composition, the same procedure as in Example 1 was carried out except that 1 g of an acrylic modified polyester resin (pesresin A645GH, manufactured by Takamatsu Corporation) was used as the aqueous dispersion binder. A backsheet for was prepared.
  • an acrylic modified polyester resin pesresin A645GH, manufactured by Takamatsu Corporation
  • compositions of the aqueous dispersion compositions prepared in Examples and Comparative Examples are shown in Tables 1 and 2 below.
  • ASTM D3002 / D3359 which is a cross cut test standard
  • the cross cut test was performed. Specifically, the specimens were cut in 11 rows in the horizontal and vertical directions at intervals of 1 mm, respectively, to form 100 square grids each having a width of 1 mm. Thereafter, when the CT-24 adhesive tape of Nichiban Co., Ltd. was attached to the cutting surface and then peeled off, the state of the surface falling together was measured and evaluated according to the following criteria.
  • Test Example 2 PCT (pressure cooker test)
  • Test Example 3 Measurement of choking occurrence
  • the resin layer of the backsheet contained a fluorine-based polymer, a pigment, and a water dispersion binder, and the choking phenomenon caused by the pigment did not occur.
  • the resin layer of the backsheet did not contain the water-dispersing binder, so that the pigment protruding on the surface of the resin layer was easily desorbed, thereby causing a choking phenomenon.
  • the amount of the water dispersion binder was not sufficient, and the pigment protruding from the surface of the resin layer was easily desorbed, thereby causing a choking phenomenon.
  • the resin layer of the backsheet did not contain the water-dispersing binder and the pigment, and the choking phenomenon caused by the pigment did not occur.
  • the durability and weather resistance can be lowered.
  • the water dispersion composition of the present invention contains a fluorine-based polymer, pigment, water dispersion binder and water, when manufacturing a backsheet for a photovoltaic module using the same, by strengthening the binding of the fluorine-based polymer and pigment by the water dispersion binder
  • the choking phenomenon can be prevented, the physical properties such as durability and weather resistance can be kept excellent, and since it does not contain an organic solvent, it is environmentally friendly and economical.

Abstract

본 발명의 구현예들은 수분산 조성물, 광전지 모듈용 백시트, 이의 제조 방법 및 광전지 모듈에 관한 것이다. 본 발명의 구현예들의 수분산 조성물은 불소계 고분자, 안료 및 수분산 바인더를 을 포함하고 있어, 상기 수분산 조성물을 이용하여 광전지 모듈용 백시트를 제조할 경우, 독성의 유기 용매를 사용하지 않아 친환경적이면서도 경제적이고, 상기 수분산 바인더를 사용함으로써 백시트의 표면으로 돌출된 안료가 쉽게 떨어져 나가는 쵸킹(chalking) 현상을 방지할 수 있으므로 생산성 및 품질을 모두 향상시킬 수 있다.

Description

수분산 조성물, 친환경 광전지 모듈용 백시트 및 이의 제조방법
본 발명의 구현예들은 수분산 조성물, 광전지 모듈용 백시트, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 광전지 모듈에 관한 것이다.
최근 지구 환경 문제와 화석 연료의 고갈 등에 따른 신 재생 에너지 및 청정 에너지에 대한 관심이 고조되고 있으며, 그 중 태양광 에너지는, 환경 오염 문제 및 화석 연료 고갈 문제를 해결할 수 있는 대표적인 무공해 에너지원으로 주목을 받고 있다.
태양광 발전원리가 적용되는 광전지는 태양광을 전기 에너지로 전환시키는 소자로서, 태양광을 용이하게 흡수할 수 있도록 외부환경에 장기간 노출되어야 하므로, 셀을 보호하기 위한 여러 가지 패키징이 수행되어 유닛(unit) 형태로 제조되며, 이러한 유닛을 광전지 모듈(Photovoltaic Modules)이라 한다.
광전지 모듈은 20년 이상 장기간의 외부환경에 노출된 상태에서도 광전지를 안정적으로 보호할 수 있도록, 내후성 및 내구성이 우수한 백시트(back sheet)를 사용한다. 이러한 백시트는 기재의 일면에 내구성 및 내후성 등을 가지는 필름을 적층하는 방법으로 제조된다.
일반적으로, 광전지 모듈용 백시트의 사용되는 내구성 및 내후성 등을 갖는 필름은 불소계 필름이 많이 사용되고 있다. 그러나, 종래에는 불소계 수지를 필름 가공하여 기재에 부착하여 사용하거나, 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸아세트아미드(DMAC) 또는 N-메틸피롤리돈(NMP)과 같은 유기 용매를 이용하여 불소계 수지를 용해시킨 후, 이를 기재 일면에 코팅하고, 상기 유기 용매를 휘발시켜 불소계 수지층을 형성하여 사용하였다.
그러나, 상기 종래의 방법은 필름 가공의 경우, 기재와의 접착력이 좋지 않은 문제가 있으며, 코팅 가공의 경우에는 유기 용매의 사용으로 인하여 원재료비 상승의 문제가 있고, 환경 친화적인 면에서도 바람직하지 못하다.
본 발명의 구현예들은 환경 친화적이면서도 우수한 물성을 제공할 수 있는 수분산 조성물, 보다 구체적으로는 광전지 모듈용 수분산 조성물, 이를 포함하는 광전지 모듈용 백시트, 그의 제조 방법 및 이를 포함하는 광전지 모듈을 제공한다.
본 발명의 하나의 구현예는, 불소계 고분자, 안료 및 수분산 바인더를 포함하는 수분산 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 구현예는, 기재; 및 상기 기재의 일면 또는 양면에 형성되고, 상기 수분산 조성물로 형성된 수지층을 포함하는 광전지 모듈용 백시트를 제공한다.
본 발명의 또 다른 구현예는, 상기 수분산 조성물을 기재의 일면 또는 양면에 코팅하고, 가열하여 수지층을 형성하는 단계를 포함하는 광전지 모듈용 백시트의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 구현예는 본 발명의 구현예들에 따른 광전지 모듈용 백시트를 포함하는 광전지 모듈을 제공한다.
본 발명의 구현예들은 수분산 조성물, 보다 구체적으로는 광전지 모듈용 수분산 조성물에 관한 것으로, 상기 수분산 조성물은 불소계 고분자, 안료 및 수분산 바인더를 포함하고 있어, 상기 수분산 조성물을 이용하여 광전지 모듈용 백시트를 제조할 경우, 기존 유기 용매를 사용하던 제조 공정과 비교하여 독성의 유기 용매를 사용하지 않아 친환경적이다. 또한, 단순히 수분산 조성물을 사용하는 경우, 백시트 표면으로 돌출되는 안료가 쉽게 떨어져 나가는 쵸킹(chalking) 현상이 나타날 수 있으나, 수분산 바인더를 추가로 포함함으로써 그러한 쵸킹 현상을 방지할 수 있으므로 생산성 및 품질을 모두 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 광전지 모듈용 백시트의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 광전지 모듈용 백시트의 제조 과정을 도식화한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 광전지 모듈의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 구현예에 따른 광전지 모듈의 단면도를 나타내는 도면이다.
<부호의 설명>
10: 광전지 모듈용 백시트
11: 수지층
12: 기재
20: 웨이퍼계 광전지 모듈
30: 박막형 광전지 모듈
21,31: 수광 시트
22,32: 봉지재층
22a: 제1층
22b: 제2층
23,33: 백시트
24, 34: 광전지 소자
이하에서 첨부하는 도면을 참조하여 본 발명의 구현예들을 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 첨부되는 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위한 개략적인 것으로 본 발명을 보다 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었고, 도면에 표시된 두께, 크기, 비율 등에 의해 본 발명의 범위가 제한되지 아니한다.
본 발명의 일 구현예는 불소계 고분자, 안료 및 수분산 바인더를 포함하는 수분산 조성물에 관계한다.
본 발명의 구현예들에서 따른 수분산 조성물에서, 상기 불소계 고분자는 내구성 및 내후성을 향상시키는 역할을 할 수 있다. 본 발명의 구현예들에서는 수분산 조성물 제조 시, 비결정성 불소계 고분자가 아닌 결정성 불소계 고분자를 사용할 수 있다. 이는 비결정성 불소계 고분자의 경우, 가교제와의 반응을 통해 우레탄 결합이 형성되며, 그러한 우레탄 결합은 초기 접착력은 양호하나, 고온고습의 조건 하에서 우레탄 결합이 가수분해 되어 결합이 깨질 수 있기 때문에 결정성 불소계 고분자에 비하여 접착 신뢰성이 떨어질 수 있기 때문이다.
상기 결정성 불소계 고분자의 결정화도는 55% 이하, 50% 이하, 10% 내지 55%, 또는 10% 내지 50%일 수 있다. 본 명세서에서 용어 「결정화도」는, 전체 고분자에 포함되는 결정질 영역의 백분율(중량 기준)을 의미하며, 이는 시차 주사 열량 분석 등과 같은 공지의 방법으로 측정할 수 있다.
전술한 바와 같은 불소계 고분자의 결정화도는, 불소계 고분자의 제조 시에 앞서 설명한 바와 같은 공단량체를 공중합시켜, 불소계 고분자의 규칙적인 원소 배열을 해제시키거나, 불소계 고분자를 가지형 중합체(branched polymer) 형태로 중합시킴으로써, 제조할 수 있다.
상기 불소계 고분자는 비관능화된(non-functionalized) 순수 불소계 고분자일 수 있다. 비관능화된 순수 불소계 고분자의 경우, 관능화된 불소계 고분자, 예를 들어 아크릴 변성 불소계 고분자, 가교성 말단기 함유 불소계 고분자 등에 비해 우수한 내후성을 가질 수 있다. 또한, 수분산 조성물로 코팅 방법으로 수지층을 제조함으로써 불소계 고분자의 관능화 없이도 기재 필름 등과 우수한 접착 특성을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 불소계 고분자는 가교성 관능기를 함유하지 않는 결정성 고분자로, 가교성 관능기를 함유하는 불소계 비결정성 고분자에 비하여 열에 의해 용융되어 기재 표면과 잘 융착되면서 접착력을 높일 수 있는 효과를 제공할 수 있다. 본 발명의 구현예들에서는 상기 불소계 고분자로 가교성 관능기를 함유하지 않는 결정성 고분자를 사용하는 대신에, 수분산 바인더를 추가로 포함함으로써 도막 형성에서의 공정성을 확보할 수 있다.
상기 불소계 고분자의 종류는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 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)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 단량체를 중합된 형태로 포함하는 단독 중합체, 공중합체 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 그 중에서도, 비닐리덴 플루오라이드(VDF)를 중합된 형태로 포함하는 중합체 또는 공중합체를 사용할 수도 있다.
또한, 상기 불소계 고분자는 비닐리덴 플루오라이드(VDF) 또는 비닐 플루오라이드(VF)와 공단량체를 포함하는 공중합체일 수 있으며, 상기 불소계 공중합체에 공중합된 형태로 포함될 수 있는 공단량체의 종류는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 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)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 들 수 있다.
예를 들면, 상기 불소계 고분자는 테트라 플루오로 에틸렌(TFE, Tetrafluoroethylene), 헥사플루오로 프로필렌 (HFP,Hexafluoropropylene), 클로로 트리플루오로 에틸렌 (CTFE,chlorotrifluoroethylene), 트리플루오로 에틸렌, 헥사플루오로 이소부틸렌, 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)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 공단량체를 중합된 형태로 포함하는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 또는 폴리비닐 플루오라이드(PVF)일 수 있다.
상기 불소계 공중합체에 포함되는 공단량체의 함량은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 불소계 고분자의 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, 내구성 및 내후성 등을 확보하면서 효과적인 저온 용융을 유도할 수 있다.
상기 불소계 고분자의 중량평균분자량은 5만 내지 100만, 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. 불소계 고분자의 중량평균분자량을 상기 범위로 제어함으로써, 우수한 수분산성 및 기타 물성을 확보할 수 있다.
상기 불소계 고분자의 융점(melting point)은 80℃ 내지 175℃, 또는 120℃ 내지 165℃일 수 있다. 불소계 고분자의 융점을 80℃ 이상으로 조절하여, 본 발명의 구현예들에 따른 수분산 조성물을 사용하여 제조된 광전지 모듈용 백시트의 사용 과정에서의 변형을 방지할 수 있고, 융점을 175℃ 이하로 조절하여, 수분산 조성물을 사용한 광전지 모듈용 백시트의 제조 과정에서 낮은 온도로 불소계 고분자 입자를 용융시킴으로써 균일한 코팅 외관을 얻을 수 있으며, 광전지 모듈용 백시트에 포함되는 기재의 열화를 방지할 수 있다.
또한, 상기 불소계 고분자의 평균 입경은 10 ㎛ 이하일 수 있다. 후술하는 광전지 모듈용 백시트의 제조 방법에서와 같이, 상기 수분산 조성물을 기재 상에 도포하게 되면, 기재 상에 불소계 고분자 입자들이 배치되며, 열을 가하면 상기 불소계 고분자 입자들이 융해되면서 필름 상으로 변하게 되어 수지층을 형성할 수 있다. 이러한 과정에서 불소계 고분자의 평균 입경이 10 ㎛ 이하일 경우, 균일한 수지층을 형성할 수 있다. 상기 불소계 고분자의 평균 입경의 하한은 특별히 제한되지 않으나, 일례로 0.1 ㎛ 이상, 또는 2 ㎛ 이상일 수 있다.
상기 불소계 고분자의 제조 방법은 특별히 제한되지 않고, 이 분야에서 일반적으로 통용되는 수단을 제한없이 채용할 수 있으나, 일례로는 에멀젼(유화 중합) 방법으로 제조될 수 있다. 유화 중합 방법으로 불소계 고분자를 제조할 경우, 불소계 고분자의 평균 입경을 10 ㎛ 이하로 제어하면서도 균일한 크기로 제조할 수 있다. 또한, 에멀젼 방법으로 제조된 불소계 고분자는 수성 용매에 분산된 상태로 존재할 수 있다.
상기 수분산 조성물에서, 안료는 상기 수분산 조성물로 형성되는 층에 색상을 부여하거나, UV 차단성 및 반사율의 향상 등과 같이 기타 물성을 향상시키는 역할을 할 수 있다.
상기 안료는 상기 불소계 고분자 100 중량부에 대하여 1 중량부 내지 200 중량부로 포함될 수 있다. 상기 안료의 함량이 1 중량부 미만이면, 그 첨가로 인한 효과가 미미할 수 있고, 200 중량부를 초과하면, 본 발명의 수분산 조성물을 사용하여 형성된 수지층이 부서지기 쉽고, 내스크래치성이 저하될 수 있다.
본 발명의 구현예들에서 사용할 수 있는 안료의 종류는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 산화크롬(Cr2O3), 산화철(Fe2O3, Fe3O4), 이산화티탄, 실리카 및 알루미나 등의 금속 산화물; 카본 블랙 등의 블랙 피그먼트; 콤플렉스 금속 산화물(complex metal oxide); 금속염 또는 각종 유기 안료를 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 백색 안료로서 황산 바륨, 바륨 티타네이트(BaTiO3), 스트론튬 티타네이트(SrTiO3), 칼슘 티타네이트(CaTiO3), 칼슘 카보네이트, 리드 티타네이트(PbTiO3), 산화아연, 황화아연, 산화마그네슘 또는 산화알루미늄 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기와 안료를 친수성을 가진 유기화합물 등과의 표면처리를 통해, 수분산 조성물 내에서 분산성을 향상시킴과 동시에 다른 성분들과의 혼화성을 높일 수도 있다.
상기 수분산 바인더는 불소계 고분자 및 안료 간의 결합을 강화시키는 역할을 할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 구현예들에 따른 수분산 조성물을 이용하여 수지층을 형성할 경우, 안료와 불소계 고분자를 고정시켜 수지층의 표면으로부터 안료가 쉽게 떨어져 나가는 것을 방지함으로써, 쵸킹(chalking) 현상을 방지할 수 있다.
본 발명의 구현예들에서 사용할 수 있는 수분산 바인더의 예로는, 폴리우레탄 수지, 실란 변성 우레탄계 수지, 폴리아크릴 수지, 폴리우레아 수지, 폴리아미드 수지, 폴리올레핀 수지, 폴리비닐아세테이트 수지, 폴리에테르 수지, 알키드 수지, 우레탄-아크릴레이트 공중합체, 비닐-우레탄 공중합체, 에틸렌-비닐알코올 공중합체, 실리콘-아크릴-우레탄 공중합체, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 및 아크릴변성 폴리에스테르 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 수분산 바인더는 상기 불소계 고분자 100 중량부에 대하여 5 중량부 내지 50 중량부로 포함될 수 있다. 상기 수분산 바인더의 함량을 상기 범위로 조절함으로써 추후 수지층 형성 시 내후성을 유지할 수 있다. 상기 수분산 바인더는 수성 용매에 녹아 있거나, 분산된 상태로 존재할 수 있으며, 일례로 상기 수분산 바인더로는 고형분이 20 내지 50%인 것을 사용할 수도 있다.
상기 수분산 조성물은 상기 조성 성분들을 분산시키기 위한 수성 용매를 추가로 포함할 수 있으며, 그러한 수성 용매는 본 발명의 구현예들에 따른 수분산 조성물에서, 전술한 불소계 고분자, 안료 및 수분산 바인더를 분산시키는 용매로서 사용될 수 있다. 상기 수성 용매는 조성물 내의 최종 고형분 100 중량부에 대하여 50 중량부 내지 2,000 중량부로 포함될 수 있으며, 상기 수성 용매의 함량을 상기 범위로 제어함으로써, 조성 성분들의 분산 안정성을 확보함과 동시에 수분산 조성물을 사용하여 수지층을 형성할 때에 그 수지층의 두께를 조절하는 것이 용이할 수 있다. 상기 수성 용매의 예로는, 증류수 등의 물 등을 들 수 있다.
본 발명의 구현예들에 따른 수분산 조성물은 분산성을 향상시키고, 수분산 조성물을 기재 상에 코팅 시, 기재와의 젖음성을 향상시키기 위하여 계면 활성제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 계면 활성제는 불소계 고분자 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 20 중량부, 0.5 중량부 내지 10 중량부, 또는 1 중량부 내지 5 중량부로 포함될 수 있다. 상기 계면 활성제의 함량이 0.1 중량부 미만이면 분산성 및 젖음성이 저하되어, 수분산 조성물을 기재 상에 균일하게 코팅하는 것이 어려울 수 있고, 20 중량부를 초과하면 과량의 계면 활성제로 인해 내후성이 저하될 수 있다.
본 발명의 구현예들에서 사용할 수 있는 계면 활성제의 예로는, 비이온성 계면 활성제, 양이온성 계면 활성제 및 음이온성 계면 활성제를 제한없이 사용할 수 있으나, 불소계 고분자와의 상용성을 우수하게 하기 위하여 불소계 계면 활성제를 사용할 수도 있다.
상기 불소계 계면 활성제로의 예로는 Zonyl FS-62, Zonyl FSA, Zonyl FSE, Zonyl FSJ, Zonyl FSP, Zonyl TBS 또는 Zonyl UR 등의 음이온성 불소계 계면 활성제; Zonyl FSO, Zonyl FSO-100, Zonyl FSN 또는 Zonyl FS-300 등의 비이온성 불소계 계면 활성제; Zonyl FSD 등의 양이온성 불소계 계면 활성제; Zonyl FSK 또는 BYK340 등의 음이온성 및 양이온성 불소계 계면 활성제 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 불소계 계면 활성제 이외에도 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 메틸 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스 및 스티렌-말레익 안하이드라이드 공중합체 등의 수용성 고분자; 올레인산 나트륨 및 소듐 라우릴 설페이트 등의 음이온성 계면 활성제; 폴리옥시에틸렌 알킬에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬 페닐 에테르, 폴리옥시에틸렌 지방산 에스테르, 소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시 소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 알킬아민 및 글리세린 지방산 에스테르 등의 비이온성 계면 활성제; 및 라우릴 아민 아세테이트, 알킬 아민염 및 라우릴트리메틸 암모늄 클로라이드 등의 4급 암모늄을 포함하는 양이온성 계면 활성제를 사용할 수 있고, 인산칼슘, 인산마그네슘, 인산알루미늄 및 인산아연 등의 인산염; 피로포스포릭산 칼슘, 피로포스포릭산 마그네슘, 피로포스포릭산 알루미늄 및 피로포스포릭산 아연 등의 피로포스포릭산 염; 또는 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 수산화칼슘, 수산화마그네슘, 수산화알루미늄, 메타규산칼슘, 유산칼슘, 황산바륨, 콜로이달 실리카 및 퓸드 실리카 등의 무기계 분산제 중에서 사용할 수도 있다.
상기 불소계 고분자가 유화 중합 방법으로 고분자화된 경우에는 이미 물에 분산된 불소계 고분자 형태로 존재할 수 있으므로, 추가 계면 활성제의 사용 없이 유화 중합 방법으로 제조된 불소계 고분자를 그대로 사용할 수 있고, 유화 중합 방법으로 제조된 불소계 고분자를 건조시켜 불소계 고분자가 분말 형태로 존재하는 경우에는 상기 계면 활성제를 첨가하여 불소계 고분자를 분산시킬 수 있다.
본 발명의 구현예들에 의한 수분산 조성물은 또한, 물성을 해치지 않는 범위 내에서 자외선 안정제, 열 안정제 또는 장벽 입자와 같은 통상적인 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 구현예들에 의한 수분산 조성물은 내구성 및 내후성을 요하는 제품의 외부와 접하는 표면 등에 수지층 형성을 위해 사용될 수 있고, 일 예로는 광전지 모듈용 백시트의 제조에 사용될 수 있다.
상기 수분산 조성물은 유기 용매를 포함하고 있지 않아 경제적이고, 환경 친화적이며 수분산 바인더를 추가로 포함하여 안료의 탈착으로 인한 쵸킹 현상을 방지할 수 있어, 경제성 및 물성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 구현예는 기재; 및 상기 기재의 일면 또는 양면에 형성되고, 전술한 수분산 조성물로 형성된 수지층을 포함하는 광전지 모듈용 백시트에 관한 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 구현예에 따른 광전지 모듈용 백시트의 단면도를 나타내는 도면이다. 도 1 에 나타난 바와 같이, 광전지 모듈용 백시트(10)는 기재(12); 및 상기 기재(12) 상에 형성되고, 불소계 고분자를 포함하는 수지층(11)을 포함한다.
광전지 모듈용 백시트에 포함되는 기재의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않고, 이 분야에서 공지된 다양한 소재를 사용할 수 있으며, 요구되는 기능, 용도에 따라 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명의 구현예들에서, 상기 기재는 각종 금속 필름 또는 고분자 필름일 수 있다. 상기에서 금속 필름으로는 용도에 따라 통상의 금속 성분으로 구성된 것을 들 수 있고, 고분자 필름으로는, 아크릴 필름, 폴리올레핀 필름, 폴리아미드 필름, 폴리우레탄 필름 및 폴리에스테르 필름으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 폴리에스테르 필름의 예로는, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 필름 및 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 필름으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 필요에 따라 내가수분해 특성이 향상된 폴리에스테르계 시트를 사용할 수도 있다. 예를 들어, 상기 폴리에스테르 필름으로 축합 중합 시 발생하는 올리고머의 함량이 적은 것을 사용함으로써, 광전지 모듈용 백시트의 내가수분해 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기와 같이 폴리에스테르 필름을 기재로 사용하는 경우, 공지의 내가수분해 특성을 향상시키는 열처리를 추가로 가해, 폴리에스테르의 수분함량을 줄이고, 수축률을 줄여줌으로써 내가수분해 특성을 더욱 우수하게 할 수도 있다.
상기 기재의 두께는 특별히 제한되지 않고 필요에 따라 적절히 조절하여 사용할 수 있으나, 예를 들면, 약 50 ㎛ 내지 500 ㎛일 수 있으며, 또는 약 100 ㎛ 내지 300 ㎛의 범위일 수 있다. 기재의 두께를 상기와 같이 조절하여, 전기 절연성, 수분 차단성, 기계적 특성 및 취급성 등을 우수하게 유지할 수 있다.
본 발명의 구현예들에 의한 광전지 모듈용 백시트는 상기 기재의 일면 또는 양면에 형성된 수지층을 포함하며, 상기 수지층은 전술한 수분산 조성물로 형성된다. 즉, 상기 수지층은 본 발명의 구현예들에 따른 수분산 조성물로 형성된 코팅층을 의미하고, 수분산 조성물의 용융물을 포함할 수 있다. 수분산 조성물에 관한 구체적인 내용은 전술한 바와 동일하므로 이하 생략한다.
본 발명의 구현예들에 의한 광전지 모듈용 백시트의 수분산 조성물에 의해 형성되는 수지층의 두께는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 1 ㎛ 내지 50 ㎛, 또는 3 ㎛ 내지 30 ㎛일 수 있다. 상기 수지층의 두께가 1 ㎛ 미만이면 수지층이 너무 얇아서 안료의 충진이 불충분하여 광차단성이 떨어질 우려가 있고, 50㎛를 초과하면 제조 단가 상승의 원인이 될 수 있다.
상기 수분산 조성물로 형성된 수지층은 코팅층일 수 있다. 본 명세서에서 사용하는 용어인 「코팅층」은, 코팅 방식에 의해 형성된 수지층을 의미한다. 보다 구체적으로, 「코팅층」은 전술한 수분산 조성물을 포함하는 수지층이, 주조법(casting method) 또는 압출 방식으로 제조된 시트를 기재에 접착제 등을 사용하여 라미네이트되는 방식이 아닌, 용매, 예를 들어 물에 수지층을 구성하는 성분을 분산시켜 제조된 수분산 조성물을 기재에 코팅하는 방식으로 형성된 경우를 의미한다. 첨부된 도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 광전지 모듈용 백시트(10)가 기재(12); 및 상기 기재(12)의 일면에만 형성된 수지층(11)을 포함하는 경우를 도시하고 있으나, 본 발명의 다른 구현예에 의한 광전지 모듈용 백시트(미도시)는 기재의 다른 면에도 수지층이 형성되어, 기재의 양면에 형성된 수지층을 포함할 수 있다.
본 발명의 구현예들에서는 접착력을 보다 향상시키기 위하여, 상기 기재에는, 상기 수지층이 형성되는 면에 미리 코로나 처리 또는 플라즈마 처리와 같은 고주파수의 스파크 방전 처리; 열 처리; 화염 처리; 커플링제 처리; 프라이머 처리; 앵커제 처리 또는 기상 루이스산(ex. BF3), 황산 또는 고온 수산화나트륨 등을 사용한 화학적 활성화 처리 등이 수행되어 있을 수 있다. 상기와 같은 기재의 표면 처리 방법은 이 분야에서 일반적으로 통용되는 모든 공지의 수단에 의할 수 있다.
또한, 본 발명의 구현예들에서는 수분 차단 특성을 향상시키기 위하여, 기재의 일면 또는 양면에 무기 산화물 증착층이 형성될 수 있다. 상기 무기 산화물의 종류는 특별히 제한되지 않고, 수분 차단 특성이 있는 것이라면, 제한없이 채용할 수 있다. 예를 들면, 무기 산화물로서 규소 산화물 또는 알루미늄 산화물을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 기재의 일면 또는 양면에 무기 산화물 증착층을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 이 분야에서 일반적으로 통용되는 증착법 등에 의할 수 있다.
기재의 일면 또는 양면에 무기 산화물 증착층을 형성하는 경우에는, 기재 표면에 무기 산화물 증착층을 형성한 후, 상기 무기 산화물 증착층 상에 전술한 표면 처리를 행할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 구현예는, 전술한 수분산 조성물을 기재의 일면 또는 양면에 코팅하고, 가열하여 수지층을 형성하는 단계를 포함하는 광전지 모듈용 백시트의 제조 방법에 관한 것이다.
첨부된 도 2 는 본 발명의 일 구현예에 따른 광전지 모듈용 백시트의 제조 과정을 도식화한 도면이다. 도 2 에 나타난 바와 같이, 광전지 모듈용 백시트의 제조 방법은 전술한 수분산 조성물을 기재의 일면에 코팅하고, 가열하여 수지층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 첨부된 도면에 도시되지 않았으나, 상기 광전지 모듈용 백시트의 제조 방법은 전술한 수분산 조성물을 기재의 양면에 코팅하고, 가열하여 기재의 양면에 수지층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 구현예들에 따른 수분산 조성물은 물에 불소계 고분자, 안료 및 수분산 바인더를 분산시키거나, 또는 물에 불소계 고분자, 안료, 수분산 바인더 및 계면 활성제를 분산시키거나, 또는 물에 불소계 고분자, 안료, 수분산 바인더, 계면 활성제 및 통상의 첨가제를 분산시킴으로써 제조될 수 있다. 물에 상기 각종 성분들을 분산시키는 단계는 특별히 제한되지 않고, 이 분야에서 일반적으로 통용되는 분산 방법을 제한없이 사용할 수 있다. 일례로 물에 상기 각종 성분들을 첨가한 후, 교반함으로써 수분산 조성물을 제조할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 2 에 나타난 바와 같이, 수분산 조성물을 기재의 일면에 코팅하게 되면, 기재의 표면에 불소계 고분자 입자, 안료 및 수분산 바인더가 배치되고, 상기 수분산 조성물로 코팅된 기재를 가열하면, 물은 증발되고, 불소계 고분자 입자들이 융해(용융)되어 필름 상으로 변하게 되며, 수분산 바인더는 상기 불소계 고분자의 필름상 내부에 존재하면서, 불소계 고분자 및 안료 간의 결합을 강화시킬 수 있고, 안료가 표면에서 탈착되는 현상을 방지할 수 있다.
상기 수분산 조성물을 기재의 표면에 코팅하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 오프셋 인쇄법 및 그라비어 인쇄법 등의 주지의 인쇄 방식이나, 롤 코트, 나이프 엣지 코트, 그라비어 코트 및 닥터 블레이드 등의 주지의 도포 방식을 포함하여, 균일한 수지층을 형성할 수 있는 것이라면 어떠한 방식도 적용 가능하다. 상기 방식 외에도 이 분야에서 공지되어 있는 다양한 방식이 적용될 수 있다.
상기 수분산 조성물로 코팅된 기재를 가열하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 이 분야에서 일반적으로 통용되는 가열 방법을 제한없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 오븐을 이용하여 수분산 조성물로 코팅된 기재를 가열할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 가열 온도는 상기 불소계 고분자의 융점 이상으로서, 예를 들어 150℃ 내지 250℃일 수 있다. 상기 가열 온도가 150℃ 미만이면, 불소계 고분자 입자가 융해되지 않아, 불소계 고분자의 필름상을 형성할 수 없고, 250℃를 초과하면, 기재가 열화되어 기계적 특성이 저하될 수 있다.
본 발명의 구현예들에 따른 광전지 모듈용 백시트의 제조방법에서 사용할 수 있는 기재의 구체적인 종류는 전술한 바와 같으며, 상기 기재의 일면 또는 양면에는, 적절한 플라즈마 처리, 코로나 처리, 프라이머 처리, 앵커제 처리, 커플링제 처리, 증착 처리 및 열 처리로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 표면 처리가 수지층 형성 전에 수행될 수도 있고, 이미 상기의 표면 처리가 수행되어 하나 이상의 표면 처리층이 형성되어 있는 기재를 사용할 수도 있다.
상기와 같이, 기재의 일면 또는 양면에 하나 이상의 표면 처리를 함으로써, 카르복실기, 히드록시기 등을 기재 표면에 유도할 수 있다. 상기 작용기들은 수지층에 포함된 불소계 고분자 및 수분산 바인더와의 화학적 결합을 형성하여, 기재와 수지층 간의 계면 결합력을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 광전지 모듈용 백시트의 제조 방법으로 제조된 광전지 모듈용 백시트는 열과 습기에 의한 기재의 변형을 최소화하여 생산성 및 품질을 향상시킬 수 있고, 유기 용매를 사용하지 않아, 친환경적이면서도 제조 비용을 절감할 수 있고, 수분산 바인더를 통해 불소계 고분자 및 안료 간의 결합을 강화시켜 수지층으로부터 안료가 쉽게 탈착되는 것을 방지하여 쵸킹(chalking) 현상을 방지할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예는 상기 광전지 모듈용 백시트를 포함하는 광전지 모듈에 관한 것이다. 상기 광전지 모듈의 구조는 상기 광전지 모듈용 백시트를 포함하고 있는 한 특별히 제한되지 않고, 이 분야에서 일반적으로 공지되어 있는 다양한 구조를 제한없이 채용할 수 있다.
본 발명의 하나의 구현예에서 광전지 모듈의 구조는, 백시트; 상기 백시트 상에 형성된 광전지 또는 광전지 어레이; 상기 광전지 또는 광전지 어레이 상에 형성된 수광 시트; 및 상기 백시트 및 수광 시트 사이에서 상기 광전지 또는 광전지 어레이를 봉지하고 있는 봉지재층을 포함할 수 있다.
상기 백시트로는 전술한 본 발명의 구현예들에 따른 광전지 모듈용 백시트를 사용할 수 있으며, 상기 백시트의 두께는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면 30 ㎛ 내지 2,000 ㎛, 50 ㎛ 내지 1,000 ㎛, 또는 100 ㎛ 내지 600 ㎛일 수 있다. 상기 백시트의 두께를 30 ㎛ 내지 2,000 ㎛의 범위로 제어함으로써, 광전지 모듈을 보다 박형으로 구성하면서도, 광전지 모듈의 내후성 등의 물성을 우수하게 유지할 수 있다.
상기 백시트 위에 형성되는 광전지의 구체적인 종류로는, 광기전력을 일으킬 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 이 분야에서 일반적으로 통용될 수 있는 광전지 소자를 사용할 수 있다. 예를 들면, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 등의 결정 실리콘 광전지, 싱글(single) 결합형 또는 탠덤(tandem) 구조형 등의 무정형(amorphous) 실리콘 광전지, 갈륨-비소(GaAs), 인듐-인(InP) 등의 III-V족 화합물 반도체 광전지 및 카드뮴-텔루륨(CdTe), 구리-인듐-셀레나이드(CuInSe2) 등의 II-VI족 화합물 반도체 광전지 등을 사용할 수 있으며, 또한, 얇은 막 다결정성 실리콘 광전지, 얇은 막 미결정성 실리콘 광전지 및 얇은 막 결정 실리콘과 무정형(amorphous) 실리콘의 혼합형(hybrid) 광전지 등도 사용할 수 있다.
상기 광전지는 광전지와 광전지 사이를 연결하는 배선에 의해 광전지 어레이(광전지 집합체)를 형성할 수 있다. 광전지 모듈에 태양광을 비추면, 광전지 내부에서 전자(-)와 정공(+)이 발생되어, 광전지와 광전지를 연결하는 배선을 통해 전류가 흐르게 된다.
상기 광전지 또는 광전지 어레이 상에 형성된 수광 시트는, 광전지 모듈의 내부를 풍우, 외부 충격 또는 화재 등으로부터 보호하고, 광전지 모듈의 옥외 노출시 장기 신뢰성을 확보하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 수광 시트의 구체적인 종류로는 광 투과성, 전기 절연성, 기계적 또는 물리, 화학적 강도가 우수한 것이라면, 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 유리판, 불소계 수지 시트, 환상 폴리올레핀계 수지 시트, 폴리카보네이트계 수지 시트, 폴리(메타)아크릴계 수지 시트, 폴리아미드계 수지 시트 또는 폴리 에스테르계 수지 시트 등을 사용할 수 있다. 본 발명의 일구현예에서는, 내열성이 우수한 유리판을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 수광 시트의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 0.5 mm 내지 10 mm, 1 mm 내지 8 mm, 또는 2 mm 내지 5 mm일 수 있다. 상기 수광 기판의 두께를 0.5 mm 내지 10 mm의 범위로 제어함으로써, 광전지 모듈을 보다 박형으로 구성하면서도 광전지 모듈의 장기 신뢰성 등의 물성을 우수하게 유지할 수 있다.
또한, 광전지 모듈의 내부에서, 구체적으로 상기 백시트 및 수광 시트 사이에서 광전지 또는 광전지 어레이를 봉지하는 봉지재층은, 이 분야에서 일반적으로 공지되어 있는 봉지재를 제한없이 채용할 수 있다.
첨부된 도 3 및 4 는 본 발명의 다양한 구현예에 따른 광전지 모듈의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 3 은 본 발명의 하나의 구현예에 따른 광전지 모듈용 백시트를 포함하는 웨이퍼계 광전지 모듈(20)의 일 예를 나타내는 도면이다. 첨부된 도 3 에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 구현예에 따른 광전지 모듈은 통상적으로 강유전체(ex. 유리)로 구성될 수 있는 수광 시트(21); 본 발명의 구현예들에 따른 광전지 모듈용 백시트(23); 상기 실리콘계 웨이퍼 등의 광전지 소자(24); 및 상기 광전지 소자(24)를 봉지하고 있는 봉지재층(22)을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 봉지재층(22)은, 광전지 소자(24)를 봉지하면서, 상기 수광 시트(21)에 부착되는 제 1층(22a) 및 광전지 소자(24)를 봉지하면서, 상기 백시트(23)에 부착되는 제 2층(22b)을 포함할 수 있다. 상기 봉지재층(22)을 구성하는 제 1층 및 제 2층은 전술한 바와 같이, 이 분야에서 일반적으로 공지되어 있는 소재로 구성될 수 있다.
도 4 는 본 발명의 다른 구현예에 따른 박막형 광전지 모듈(30)의 단면도를 나타내는 도면이다. 첨부된 도 4 에 나타난 바와 같이, 박막형 광전지 모듈(30)의 경우, 광전지 소자(34)는, 통상적으로 강유전체로 구성될 수 있는 수광 시트(31) 상에 형성될 수 있다. 이와 같은 박막 광전지 소자(34)는 통상적으로 화학적 증착(CVD) 등의 방법으로 침착될 수 있다. 첨부된 도 4 의 광전지 모듈(30)은, 도 3 의 광전지 모듈(20)과 유사하게, 백시트(33), 봉지재층(32), 광전지 소자(34) 및 수광 시트(31)를 포함하며, 상기 봉지재층(32)은 단층으로 구성될 수 있다. 상기 봉지재층(32) 및 백시트(33)에 대한 구체적인 설명은 전술한 바와 같다.
상기와 같은 광전지 모듈을 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 이 분야에서 당업자에게 공지된 다양한 방법을 제한없이 채용하여 제조할 수 있다.
도 3 및 4 에 도시된 광전지 모듈은 본 발명의 광전지 모듈의 다양한 구현예 중 일 예에 불과하며, 본 발명에 따른 광전지 모듈용 백시트를 포함하는 경우라면, 모듈의 구조, 모듈을 구성하는 소재의 종류 및 크기 등은 특별히 제한되지 않고, 이 분야에서 일반적으로 공지되어 있는 것을 제한없이 채용할 수 있다.
실시예 1
수분산 조성물의 제조
불소계 고분자로서 유화 중합된 비관능화 폴리비닐리덴플루오라이드(Hylar 561, Solvay社(제), 고형분 100%) 100g; 안료로서 이산화티탄(Tipure TS6200, 듀폰社(제)) 50g; 수분산 바인더로서 아크릴 변성 폴리에스테르 수지(pesresin A645GH, 다까마쯔社(제), 고형분 30%) 20g; 및 계면 활성제로 폴리비닐알코올(Polinol P17, 동양제철화학(제)) 1g을 증류수 400g에서 교반기를 이용하여 분산시켜 수분산 조성물을 제조하였다.
광전지 모듈용 백시트의 제조
첨부된 도 2 에 나타난 바와 같이, 표면에 아크릴 프라이머 처리가 되어 있고, 두께가 250 ㎛인 폴리에스테르 필름(Skyrol SG82, SKC社(제)) 위에 상기 제조된 수분산 조성물을 닥터 블레이드를 이용하여 코팅하고, 200℃의 오븐에서 5 분간 유지하여 상기 수분산 조성물의 용융물을 포함하는 수지층을 형성함으로써, 광전지 모듈용 백시트를 제조하였다.
실시예 2
수분산 조성물의 제조 과정에서, 수분산 바인더로 아크릴 변성 폴리에스테르 수지(pesresin A124S, 다까마쯔社(제), 고형분 30%) 20g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 수분산 조성물 및 광전지 모듈용 백시트를 제조하였다.
실시예 3
수분산 조성물의 제조 과정에서, 수분산 바인더로 실록산 결합을 함유하는 우레탄계 수분산 바인더(Takelec WS-5000, 미쯔이사(제), 고형분 30%) 20g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 수분산 조성물 및 광전지 모듈용 백시트를 제조하였다.
실시예 4
수분산 조성물의 제조 과정에서, 불소계 고분자로 비관능화 폴리비닐리덴플루오라이드(Hylar 561, Solvay社(제), 고형분 100%) 100g을 증류수에 분산시켜 사용하는 대신 물에 에멀젼 형태로 분산되어 있는 비관능화 폴리비닐리덴플루오라이드(Hylar Latex 932, Solvay社(제), 고형분 20%) 500g을 사용하고, 별도의 계면 활성제를 첨가하지 아니한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 수분산 조성물 및 광전지 모듈용 백시트를 제조하였다.
실시예 5
수분산 조성물의 제조 과정에서, 불소계 고분자로 비관능화 폴리비닐리덴플루오라이드(Hylar 561, Solvay社(제), 고형분 100%) 100g을 증류수에 분산시켜 사용하는 대신 비닐리덴 플루오라이드(Vinylidene Fluoride, VDF)와 헥사플루오로프로필렌(Hexafluoropropylene, HFP)을 88:12의 중량 비율로 중합된 형태로 포함되는 공중합체(P(VDF-HFP)가 물에 에멀젼 형태로 분산되어 있는 불소계 고분자 (고형분 20%) 500g을 사용하고, 별도의 계면 활성제를 첨가하지 아니한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 수분산 조성물 및 광전지 모듈용 백시트를 제조하였다.
비교예 1
수분산 조성물의 제조 과정에서, 수분산 바인더인 아크릴 변성 폴리에스테르 수지(pesresin A645GH, 다까마쯔社(제))를 사용하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 수분산 조성물 및 광전지 모듈용 백시트를 제조하였다.
비교예 2
수분산 조성물의 제조 과정에서, 불소계 고분자로 아크릴 변성 불소계 중합체(고형분 20%) 500g을 사용하고, 별도의 계면 활성제를 첨가하지 아니한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 수분산 조성물 및 광전지 모듈용 백시트를 제조하였다. 아크릴 변성 불소계 중합체는 1L 고압 반응기에서 증류수 400g에 15% 암모늄 퍼플루오로옥타노에이트 용액 5g을 첨가한 후, VDF 70g과 2-히드록시에틸메타크릴레이트(2-HEMA) 30g을 첨가한 후, 반응기를 80℃로 유지시킨 후, 0.5%의 칼륨 퍼술페이트 용액 1g을 첨가하여 히드록시기로 관능화된 아크릴 변성 불소계 중합체를 제조하였다.
비교예 3
수분산 조성물의 제조 과정에서, 불소계 고분자로 비결정성 테트라플루오로에틸렌(TFE)과 히드록시기가 치환된 에틸렌의 공중합체인 Seffle GK-570(다이킨사(제), 고형분 60%) 167g을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 수분산 조성물 및 광전지 모듈용 백시트를 제조하였다.
비교예 4
수분산 조성물의 제조 과정에서, 수분산 바인더로 아크릴 변성 폴리에스테르 수지(pesresin A645GH, 다까마쯔社(제)) 1g을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 수분산 조성물 및 광전지 모듈용 백시트를 제조하였다.
참고예 1
수분산 조성물의 제조 과정에서, 안료인 이산화티탄(Tipure TS6200, 듀폰社(제)) 및 수분산 바인더인 아크릴 변성 폴리에스테르 수지(pesresin A645GH, 다까마쯔社(제))를 사용하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 광전지 모듈용 백시트를 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 수분산 조성물의 조성을 하기의 표 1 및 표 2에 기재하였다.
표 1
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
불소계 고분자(함량) PVDF (100g) PVDF (100g) PVDF (100g) PVDF 에멀젼 (고형분 20%, 500g) P(VDF-HFP) (고형분 20%, 500g)
안료 (함량) 이산화티탄 (50g) 이산화티탄 (50g) 이산화티탄 (50g) 이산화티탄 (50g) 이산화티탄 (50g)
수분산 바인더 (함량) A645 GH (고형분 30%, 20g) A124S (고형분 30%, 20g) WS-5000 (고형분 30%, 20g) A645 GH (고형분 30%, 20g) A645 GH (고형분 30%, 20g)
계면 활성제 (함량) PVA (1g) PVA (1g) PVA (1g) - -
용매 (함량) 증류수 (400g) 증류수 (400g) 증류수 (400g) - -
PVDF: 폴리비닐리덴플루오라이드,A645 GH: 아크릴 변성 폴리에스테르 수지(다까마쯔社(제)),A124S: 아크릴 변성 폴리에스테르 수지(다까마쯔社(제)),WS-5000: 우레탄계 수분산 바인더(미쯔이사(제)),PVA: 폴리비닐알코올(Polinol P17, 동양제철화학(제))
표 2
구분 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 참고예 1
불소계 고분자(함량) PVDF (100g) 아크릴 변성 불소계 중합체 (고형분 20%, 100g) GK-570 (고형분 60%, 167g) PVDF (100g) PVDF (100g)
안료 (함량) 이산화티탄 (50g) 이산화티탄 (50g) 이산화티탄 (50g) 이산화티탄 (50g) -
수분산 바인더 (함량) - A645 GH (고형분 30%, 20g) A645 GH (고형분 30%, 20g) A645 GH (고형분 30%, 1g) -
계면 활성제 (함량) PVA (1g) - PVA (1g) PVA (1g) PVA (1g)
용매 (함량) 증류수 (400g) - 증류수 (400g) 증류수 (400g) 증류수 (400g)
PVDF: 폴리비닐리덴플루오라이드,GK-570: 비결정성 테트라플루오로에틸렌(TFE)과 히드록시기가 치환된 에틸렌의 공중합체,A645 GH: 아크릴 변성 폴리에스테르 수지(다까마쯔社(제)),PVA: 폴리비닐알코올(Polinol P17, 동양제철화학(제))
상기 실시예, 비교예 및 참고예에서 제조된 광전지 모듈용 백시트의 각 물성은 하기의 방식으로 측정하였다.
1. 시험예 1 : 크로스-해치 접착력 측정
크로스 컷 시험 기준인 ASTM D3002/D3359의 규격에 준거하여, 크로스 컷 테스트를 수행하였다. 구체적으로, 시편을 1 mm의 간격으로 가로 및 세로 방향으로 각각 11줄씩 칼로 그어서 가로와 세로가 각각 1 mm인 100개의 정사각형 격자를 형성하였다. 그 후, Nichiban사의 CT-24 접착 테이프를 상기 재단 면에 부착한 후 떼어낼 때에, 함께 떨어지는 면의 상태를 측정하여 하기 기준으로 평가하였다.
<크로스-해치 접착력 평가 기준>
5B: 떨어진 면이 없는 경우
4B: 떨어진 면이 총 면적 대비 5% 미만인 경우
3B: 떨어진 면이 총 면적 대비 5% 내지 15%인 경우
2B: 떨어진 면이 총 면적 대비 15% 초과 35% 이하인 경우
1B: 떨어진 면이 총 면적 대비 35% 초과 65% 이하인 경우
0B: 떨어진 면이 총 면적 대비 65% 초과인 경우
2. 시험예 2 : PCT(pressure cooker test)
실시예 및 비교예에서 제조된 광전지 모듈용 백시트를 2 기압, 121℃ 및 100% R.H.의 조건이 유지되는 오븐에 25시간, 50 시간 및 75 시간 동안 방치한 후, 상기 크로스-해치 접착력 측정 방법과 동일하게 접착력의 변화를 관찰하였다.
3. 시험예 3 : 쵸킹 발생여부 측정
상기 크로스-해치 접착력 측정 시, 접착 테이프에 안료가 부착되어 있는지 여부를 측정하였다.
<쵸킹 발생여부>
쵸킹 발생: 접착 테이프에 안료가 부착된 경우
쵸킹 미발생: 접착 테이프에 안료가 부착되지 않은 경우
상기 실시예, 비교예 및 참고예에서 제조된 광전지 모듈용 백시트의 물성 측정 결과를 하기의 표 3에 기재하였다.
표 3
구분 접착력 쵸킹 발생여부
PCT 0시간 PCT 25시간 경과후 PCT 50시간 경과후 PCT 75시간 경과후
실시예 1 5B 5B 5B 5B 쵸킹 미발생
실시예 2 5B 5B 5B 5B 쵸킹 미발생
실시예 3 5B 5B 5B 5B 쵸킹 미발생
실시예 4 5B 5B 5B 5B 쵸킹 미발생
실시예 5 5B 5B 5B 5B 쵸킹 미발생
비교예 1 5B 5B 5B 5B 쵸킹 발생
비교예 2 5B 5B 3B 0B 쵸킹 발생
비교예 3 5B 0B 0B 0B 쵸킹 발생
비교예 4 5B 5B 5B 5B 쵸킹 발생
참고예 1 5B 5B 5B 5B 쵸킹 미발생
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 5, 비교예 1 내지 4 및 참고예 1 모두 접착력에 있어서는 모두 우수한 것으로 확인되었다.
그러나, 실시예 1 내지 5의 경우, 백시트의 수지층이 불소계 고분자, 안료 및 수분산 바인더를 포함하고 있어, 안료에 의한 쵸킹 현상이 발생하지 않았다. 반면, 비교예 1의 경우, 백시트의 수지층이 수분산 바인더를 포함하고 있지 않아, 수지층의 표면에 돌출된 안료가 쉽게 탈착됨으로써 쵸킹 현상이 발생하였다. 또한, 비교예 2 내지 3의 경우, PCT 후의 접착력이 떨어질 뿐 아니라 수지층 표면에 돌출된 안료가 쉽게 탈착됨으로써 쵸킹 현상이 발생하였다. 비교예 4의 경우, 수분산 바인더의 양이 충분하지 않아, 수지층의 표면에 돌출된 안료가 쉽게 탈착됨으로써 쵸킹 현상이 발생하였다.
참고예 1의 경우, 백시트의 수지층이 수분산 바인더 및 안료를 포함하고 있지 않아, 안료에 의한 쵸킹 현상이 발생하지 않았으나, 수지층에 안료가 포함되지 않음에 따라 UV 차단성 및 반사율이 저하되어, 내구성 및 내후성이 저하될 수 있다.
즉, 본 발명의 수분산 조성물은 불소계 고분자, 안료, 수분산 바인더 및 물을 포함하고 있어, 이를 이용하여 광전지 모듈용 백시트를 제조할 경우, 수분산 바인더에 의한 불소계 고분자 및 안료의 결합 강화로 쵸킹 현상을 방지할 수 있고, 내구성 및 내후성 등의 물성을 우수하게 유지할 수 있으며, 유기 용매를 포함하고 있지 않아, 친환경적이면서 경제적이다.
이상에서 본 발명의 예시적인 실시예를 참고로 본 발명에 대해서 상세하게 설명하였으나, 이들은 단지 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (27)

  1. 불소계 고분자, 안료 및 수분산 바인더를 포함하는 수분산 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 불소계 고분자는 가교성 관능기를 함유하지 않는 것인 수분산 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 불소계 고분자는 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)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 단량체를 중합된 형태로 포함하는 단독 중합체, 공중합체 또는 이들의 혼합물인 수분산 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 불소계 고분자는 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)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 공단량체를 포함하는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 또는 폴리비닐 플루오라이드(PVF)인 수분산 조성물.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 불소계 공중합체에 포함된 공단량체의 함량은 불소계 공중합체의 총 중량 대비 0.5 중량% 내지 50 중량%인 수분산 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 불소계 고분자의 중량평균분자량은 5만 내지 100만인 수분산 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 불소계 고분자의 융점이 80℃ 내지 175℃인 수분산 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 불소계 고분자의 평균 입경이 10 ㎛ 이하인 수분산 조성물.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 안료는 불소계 고분자 100 중량부에 대하여 1 중량부 내지 200 중량부로 포함되는 수분산 조성물.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 수분산 바인더는 폴리우레탄 수지, 실란 변성 우레탄계 수지, 폴리아크릴 수지, 폴리우레아 수지, 폴리아미드 수지, 폴리올레핀 수지, 폴리비닐아세테이트 수지, 폴리에테르 수지, 알키드 수지, 우레탄-아크릴레이트 공중합체, 비닐-우레탄 공중합체, 에틸렌-비닐알코올 공중합체, 실리콘-아크릴-우레탄 공중합체, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 및 아크릴변성 폴리에스테르 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 수분산 조성물.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 수분산 바인더는 불소계 고분자 100 중량부에 대하여 5 중량부 내지 50 중량부로 포함되는 수분산 조성물.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 수분산 조성물은 수성 용매에 상기 불소계 고분자, 안료 및 수분산 바인더가 분산된 상태로, 상기 수성 용매는 조성물 내의 고형분 100 중량부에 대하여 50 중량부 내지 2,000 중량부로 포함되는 수분산 조성물.
  13. 제 1 항에 있어서, 계면 활성제를 추가로 포함하는 수분산 조성물.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 계면 활성제는 불소계 고분자 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 20 중량부로 포함되는 수분산 조성물.
  15. 제 1 항에 있어서, 광전지 모듈용 백시트의 제조에 사용되는 수분산 조성물.
  16. 기재; 및
    상기 기재의 일면 또는 양면에 형성되고, 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 수분산 조성물로 형성된 수지층을 포함하는 광전지 모듈용 백시트.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 기재는 금속 필름 또는 고분자 필름인 광전지 모듈용 백시트.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 고분자 필름은 아크릴 필름, 폴리올레핀 필름, 폴리아미드 필름, 폴리우레탄 필름 및 폴리에스테르 필름으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 광전지 모듈용 백시트.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 폴리에스테르 필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름, 폴리에틸렌나트탈레이트(PEN) 필름 및 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 필름으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 광전지 모듈용 백시트.
  20. 제 16 항에 있어서, 상기 기재의 두께는 50 ㎛ 내지 500 ㎛인 광전지 모듈용 백시트.
  21. 제 16 항에 있어서, 상기 수지층은 수분산 조성물의 용융물을 포함하는 광전지 모듈용 백시트.
  22. 제 16 항에 있어서, 상기 수지층의 두께가 1 ㎛ 내지 50 ㎛인 광전지 모듈용 백시트.
  23. 제 16 항에 있어서, 상기 기재의 적어도 일면에 플라즈마, 코로나, 프라이머, 앵커제, 커플링제 처리 및 열 처리 중에서 선택된 하나 이상의 표면처리가 형성되는 광전지 모듈용 백시트.
  24. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 수분산 조성물을 기재의 일면 또는 양면에 코팅하고, 가열하여 수지층을 형성하는 단계를 포함하는 광전지 모듈용 백시트의 제조 방법.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 가열 온도는 150℃ 내지 250℃인 광전지 모듈용 백시트의 제조 방법.
  26. 제 24 항에 있어서, 상기 수지층을 형성하기 전에 기재의 일면 또는 양면에 플라즈마 처리, 코로나 처리, 프라이머 처리, 앵커제 처리, 커플링제 처리, 증착 처리 및 열 처리로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 표면 처리를 수행하는 단계를 추가로 포함하는 광전지 모듈용 백시트의 제조 방법.
  27. 제 16 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 따른 광전지 모듈용 백시트를 포함하는 광전지 모듈.
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