WO2013183910A1 - 다층 필름 및 광전지 모듈 - Google Patents
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Definitions
- Back sheet comprising inorganic particles having a bandgap energy of less than 3.3 eV
- both layers are provided to increase the energy conversion efficiency by increasing the reflectance in all regions.
- the inorganic particles having a band gap energy of 3.3 eV or more and the inorganic particles having a band gap energy of less than 3.3 eV may have a spherical shape. The more spherical particles, the larger the refraction of the transmitted light is observed, which is advantageous to reflect.
- the thickness of the coating solution a prepared in Preparation Example 2 on the polyethylene terephthalate (PET, poly (ethylene terephthalate), thickness: 250 ⁇ m, Skyrol SG00L, SKC) film using an applicator was adjusted so that the thickness after drying was about 25 ⁇ m.
- the coated substrate was dried in an oven at 180 ° C. for about 2 minutes to form a layer containing titanium dioxide. Thereafter, coating was performed on the opposite side of the layer containing titanium dioxide in the same manner to form a layer containing titanium dioxide on both sides of the PET sheet.
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Abstract
본 출원의 구현예들은 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자 및 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 각각 다른 층에 포함하며, 상기 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층이 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층 보다 상부에 위치하는 다층 필름 및 광전지 모듈을 제공하여, 입사광으로부터 가까운 쪽에 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층을 포함함으로써 자외선 영역에서의 반사율을 높여 내부 반사를 유도함으로써 셀의 에너지 변환 효율을 향상시킬 수 있으며, 동시에 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 하부 봉지재층 또는 이면 시트를 포함함으로써 가시광선 및 적외선 영역에서의 반사율도 높여 입사광의 손실을 줄일 수 있다.
Description
본 출원의 구현예들은 자외선, 가시광선 및 적외선 영역에 대하여 모두 우수한 반사율을 가지는 다층 필름 및 전체 에너지 변환 효율의 향상을 기대할 수 있는 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.
그러나, 광전지의 경우, 에너지 변환 효율이 비교적 낮다는 문제가 존재한다. 태양광은 자외선, 가시광선 및 적외선을 포함하는 넓은 파장 영역을 가지고 있으나, 이러한 빛이 광전지 모듈에 입사해도 광전지에 사용되는 파장 영역은 제한적일 뿐 아니라 빛의 광전지에로의 흡수율이 낮은 단점을 가지고 있다.
따라서, 입사광을 최대한 활용하여 전체 에너지 변환 효율의 향상을 기대할 수 있는 광전지 모듈이 필요하다.
본 출원의 구현예들은 자외선 영역에 대하여 반사율을 향상시켜, 자외선, 가시광선 및 적외선 영역에 대하여 모두 우수한 반사율을 가지는 다층 필름을 제공한다.
또한, 본 출원의 다른 구현예들은 광전지 하부에 배치되는 봉지재 또는 이면 시트의 자외선 영역에 대하여 반사율을 향상시켜, 자외선, 가시광선 및 적외선 영역에 대하여 모두 우수한 에너지 변환 효율을 가지는 광전지 모듈을 제공한다.
본 출원의 일 구현예는, 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자 및 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 각각 다른 층에 포함하며, 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층이 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층 보다 상부에 위치하는 다층 필름에 관계한다.
본 출원의 다른 구현예에서, 상기 다층 필름은 광전지 모듈을 봉지하는 봉지재 또는 광전지 모듈용 이면 시트일 수 있으며, 봉지재와 이면 시트가 일체화된 제품일 수도 있다.
본 출원의 다른 구현예들은 다층 구조의 봉지재 및/또는 이면 시트를 포함하며, 상기 봉지재 및/또는 이면 시트가 상기 다층 필름을 포함하는 광전지 모듈일 수도 있다.
본 출원의 구현예들은, 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자 및 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 각각 다른 층에 포함하며, 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층 보다 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층이 입사광 쪽, 즉 입사광을 기준으로 상부에 위치하는 다층 필름을 제공함으로써, 가시광선 및 적외선 영역 뿐만 아니라 자외선 영역에 대한 반사율도 높일 수 있다. 따라서, 입사광 중 자외선 영역이 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자에 의해 반사되어 광전지 모듈의 전면부에서 다시 내부 반사를 할 수 있도록 함으로써 에너지 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 광전지 모듈의 입사광의 반사를 도시한 개략도이다.
도 2는 상업적으로 이용되는 광전지의 태양광 흡수 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 3 내지 5는 본 출원의 구현예들에 따른 광전지 모듈을 나타내는 단면도이다.
도 6 및 7은 실시예 및 비교예에서 제조된 시편에 대한 파장에 따른 반사율 스펙트럼이다.
도 8 및 9는 실시예 및 비교예에서 제조된 시편의 반사율을 나타내는 그래프이다.
A: 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자
B: 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자
1: 다층 구조의 봉지재
10: 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 봉지재 층
11: 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 봉지재 층
2: 다층 구조의 이면 시트
20: 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층
21: 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층
3: 다층 구조의 일체화 시트
30: 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 봉지재
31: 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 이면 시트
이하에서 첨부하는 도면을 참조하여 본 출원의 구현예들을 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 또한, 본 출원을 설명함에 있어서, 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 첨부되는 도면은 본 출원의 이해를 돕기 위한 개략적인 것으로 본 출원을 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 출원의 범위가 제한되지 아니한다.
본 출원의 일구현예에 따른 다층 필름은 적어도 두 개 이상의 층을 포함하며, 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자 및 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 각각 다른 층에 포함하고, 특히 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층이 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층 보다 상부에 위치하는 것을 특징으로 한다. 일례로는, 각각 황산 바륨(BaSO4) 및 이산화티탄(TiO2)을 각각 다른 층에 포함하고, 황산 바륨(BaSO4)을 포함하는 층이 이산화티탄(TiO2)을 포함하는 층 보다 상부에 위치하는 다층 필름을 들 수 있다.
상기 다층 필름에서 “상부”라는 것은 입사광을 기준으로 상부에 위치한다는 의미로, 입사광에 가까운 쪽에 위치함을 의미하는 것이다. 따라서, 상기 다층 필름에서 상기 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층이 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층 보다 입사광 쪽으로 배치되게 된다. 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층의 자외선에 대한 반사율이 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층의 자외선에 대한 반사율 보다 높으며, 이는 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자가 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자에 비하여 높은 자외선 반사율을 가지기 때문이다. 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자와 달리, 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자는 자외선을 흡수하므로, 자외선에 대한 반사율이 낮다.
입사광의 투과 또는 흡수 여부는 각각의 물질이 가지는 고유의 성질인 밴드갭 에너지와 관련이 있는 것으로, 임의의 물질의 밴드갭 에너지 보다 에너지가 큰 빛이 들어오면 그 빛은 흡수되고, 밴드갭 에너지 보다 작은 빛은 투과하게 된다. 이러한 밴드갭 에너지는 파장의 범위와 반비례하는 특성을 가진 것으로, 밴드갭 에너지가 작은 물질은 밴드갭 에너지보다 에너지가 작은 긴 파장의 빛은 투과하지만, 밴드갭 에너지보다 에너지가 큰 짧은 파장의 빛은 흡수하며, 밴드갭 에너지가 큰 물질은 비교적 에너지가 큰 짧은 파장의 빛까지 투과한다.
이와 같이 임의의 물질의 고유의 밴드갭 에너지에 의해 투과되는 빛의 파장 영역이 결정되며, 투과되는 빛은 입자 내부를 지나면서 외부와의 굴절률 차이로 인해 굴절 현상이 발생하게 된다. 무기 입자들이 구형에 가까운 형상을 가지고 있을 때, 그러한 굴절 현상이 더욱 커지게 된다. 이와 같은 굴절 현상에 의하여 특정 입자를 투과하게 되는 빛은 입자 내부에서 반사가 일어나게 되며, 이러한 현상은 굴절율이 큰 무기 입자가 굴절율이 낮은 고분자(수지)에 분산되어 있을 때 더욱 잘 관찰되게 된다.
따라서, 이러한 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자가 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층에 함께 포함되게 되면, 상기 다층 필름의 자외선에 대한 반사율이 낮아지게 된다. 또한, 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층이 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층 보다 상부에 위치하게 되도 밴드갭 에너지 3.3eV에 해당하는 파장인 375nm 이하의 빛인 자외선을 흡수하여, 자외선에 대한 반사율이 낮아지게 된다.
일반적으로 광전지 셀을 모듈 형태로 제조할 때 봉지재를 사용하여 셀을 보호하는데, 이때 대체로 투명한 봉지재를 사용한다. 최근에는 태양광이 입사하는 전면부의 상부 봉지재로는 투명한 봉지재를 사용하고, 이면 시트 쪽의 하부 봉지재로는 이산화티탄(TiO2)과 같은 무기입자를 포함하는 봉지재를 사용하는 기술이 도입되기도 하였다. 이와 같이 상부와 하부 봉지재를 구분하여 하부 봉지재로 반사율이 높은 봉지재를 사용하게 되면, 도 1에 도시된 바와 같이 하부 봉지재에 의해 반사된 빛들이 셀의 전면부(예를 들면, 유리 등)에 의해 다시 내부로 반사되어 셀에 재입사됨으로써 셀의 발전효율을 높일 수 있다.
이산화티탄(TiO2)과 같이 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 경우에는, 400nm 이상의 가시광선 영역부터 적외선 영역까지 높은 반사율을 나타내나, 400nm 미만의 자외선 영역에서의 반사율은 매우 저조하다. 이는 이산화티탄(루타일 이산화티탄)의 밴드갭 에너지가 3.02eV로 그에 해당하는 빛의 파장인 410nm 보다 짧은 파장을 가지는 빛(자외선)을 흡수하기 때문이다.
그러나, 도 2에 도시된 바와 같이 상업적으로 이용되고 있는 많은 광전지들이 자외선 영역의 빛을 이용하여 전기를 만들어내고 있다. 도 2는 광전지 종류에 따른 태양광 흡수 스펙트럼의 변화를 도시한 것으로, 광전지의 종류에 따라 태양광의 흡수 스펙트럼에 차이가 있으며, 이로 인하여 에너지 변환 효율에 차이가 나타남을 알 수 있다.
본 출원의 구현예들에서는 광전지 모듈의 에너지 변환 효율을 향상시킬 수 있도록, 자외선에 대한 반사율을 높인 봉지재, 이면 시트 또는 봉지재와 이면 시트가 일체화된 일체형 제품을 제공하고자 한다. 그러한 봉지재, 이면 시트, 또는 일체형 제품에 사용되는 다층 필름으로, 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층을 추가로 포함하고, 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층 보다 상부에 위치하는 다층 필름을 제공하여 자외선 영역에서의 반사율을 높이고자 하였다. 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층에 의해, 셀에 입사되는 빛의 자외선 영역의 반사율을 높여 추가적으로 자외선 영역의 빛을 활용함으로써 입사광의 손실을 줄여 전체 에너지 변환 효율의 향상을 기대할 수 있는 광전지 모듈을 제공할 수 있다.
다만, 황산 바륨(BaSO4)과 같은 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자는 자외선 영역의 빛에 대한 반사율이 높은 반면에, 가시광선과 적외선 영역의 빛에 대해서는 낮은 굴절률(1.65)로 인해 반사율이 낮아 본 출원의 구현예들에서는 이산화티탄(TiO2)과 같이 굴절률(2.73)이 높고, 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 하부 봉지재층 또는 하부 이면 시트를 추가로 포함시켜 모든 영역에서의 태양광에 대한 반사율을 높여 에너지 변환 효율을 높일 수 있다.
또한, 셀에 재입사를 위해 입사광을 반사시키기 위해서 상기 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층 및 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층은 광전지 하부에 배치된다. 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자 및 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자는 입사광의 특정 파장 영역을 반사하는 역할을 하는 것으로, 전면 봉지재에 적합하지 아니하며, 하부 봉지재 또는 이면 시트에 적합하다. 전면 봉지재로는 투명한 봉지재를 사용하여 최대한 태양광이 모두 입사될 수 있도록 하는 것이 좋다.
앞서 설명한 바와 같이, 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층의 자외선에 대한 반사율은 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층의 반사율 보다 높다. 구체적으로, 280nm 내지 400 nm 파장 영역의 자외선에 대한 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층의 반사율은 30 내지 40%이나, 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층의 반사율은 5 내지 10%에 그친다. 이는 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자가 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자에 비하여 자외선 영역에 대한 반사율이 높기 때문이다.
반면, 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층의 400nm 내지 1200nm 파장 영역의 가시광선 및 1200nm 이상의 적외선에 대한 반사율은 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층의 반사율 보다 높다.
따라서, 두 층을 모두 구비하여 모든 영역에서의 반사율을 높여 에너지 변환 효율을 증가시키고자 하는 것이다.
본 출원의 구현예들에 따른 다층 필름은 280nm 내지 400nm 파장영역의 자외선에 대한 반사율이 10% 이상이며, 400nm 내지 1200nm 파장영역의 가시광선에 대한 반사율이 60% 이상이다.
상기 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자의 예로는 황산 바륨(BaSO4, 5eV), 알루미늄 나이트라이드(AlN, 6.28eV), 보론 나이트라이드(BN, 5.5/5.96/6.36eV), 보론 아세나이드(Boron Arsenide, B12As2, 3.47eV), 갈륨 나이트라이드(GaN, 3.46eV), 아연 설파이드(Zinc Sulfide, 3.54/3.91eV), 산화아연(Zinc Oxide, 3.37eV) 및 틴 옥사이드(Tin Oxide, 3.7eV)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 들 수 있다. 보론 나이트라이드와 같은 경우에는, 결정 구조가 나노튜브, 육각형, 정육면체와 같이 다양함에 따라 밴드갭 에너지에서 차이를 나타낸다.
상기 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자는 이산화티탄(TiO2, 3.02/2.73eV), 알루미늄 아세나이드(AlAs, 2.16eV), 갈륨 아세나이드(GaAs, 1.43eV), 갈륨 설파이드(GaS, 2.5eV), 틴 설파이드(SnS, 1.1eV), 리드 설파이드(PbS, 0.37eV), 실리콘 카바이드(SiC, 2.86eV) 및 바륨 티타네이트(BaTiO3, 3.2eV)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 들 수 있다.
상기 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자 및 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자의 형상은 구형일 수 있다. 구형의 입자일수록, 투과되는 빛의 굴절 현상이 보다 크게 관찰되므로, 반사하기에 유리하다.
상기 다층 필름은 필요에 따라 적어도 하나 이상의 투명층을 추가로 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 투명층은 각각 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층의 상부, 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층과 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층의 사이 또는 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층의 하부에 위치할 수 있다. 그러한 투명층은 입사광에 대한 투과도가 높은 것이 좋다.
또 다른 구현예에서는, 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층은 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층과의 사이에 다른 층 없이 바로(directly) 적층될 수도 있다.
상기 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층은 매트릭스 수지를 포함하며, 상기 매트릭스 수지 100 중량부를 기준으로 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 10 내지 200 중량부로 포함한다. 상기 범위 내에서, 자외선 영역에 대한 반사율이 높으면서도 가시광선과 근적외선 영역에서도 높은 반사율을 제공할 수 있다.
또한, 상기 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층도 매트릭스 수지를 포함하며, 상기 매트릭스 수지 100 중량부를 기준으로 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 10 내지 200 중량부로 포함한다. 상기 범위 내에서, 가시광선 및 적외선에 대한 반사율이 높고, 굴절률이 커서 적은 양으로도 효과적으로 반사율을 높여줄 수 있다.
밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층 및 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층에 포함되는 매트릭스 수지는 동일하거나 다를 수 있다. 상기 매트릭스 수지는 열가소성 수지, 열경화성 수지 또는 그의 혼합물일 수 있다.
상기 매트릭스 수지의 예로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 수지; 아크릴 수지; 폴리비닐플루오라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 에틸렌·테트라플루오로에틸렌 공중합체 등의 불소계 수지; 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르 수지; 폴리카르보네이트 수지; 폴리아마이드 수지; 폴리아릴레이트 수지; 폴리에테르술폰 수지; 폴리술폰 수지; 폴리아크릴로니트릴; 폴리스티렌, ABS 수지 등의 방향족 비닐계 수지; 실란 변성 올레핀 수지, 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 에틸렌비닐아세테이트 수지 또는 이들의 혼합물 등을 들 수 있다. 이들은 1종 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
이 중, 폴리올레핀 수지는 전기절연성이 우수하며, 투명한 특성을 가져 봉지재의 매트릭스 수지로 적합하다. 또한, 불소계 수지는 내후성이 우수하여 이면 시트의 매트릭스 수지로 적합하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
다층 필름에서 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층의 두께는 1 내지 1000㎛ 일 수 있으며, 예를 들면, 10 내지 600 ㎛ 일 수 있다. 자외선 영역에 대한 반사율은 단위면적 당 입자 양에 따라 좌우될 수 있으므로, 단위 제곱미터 당 20g 이상의 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하도록 할 수 있으며, 부피 당 입자 양이 동일할 경우, 두께가 두꺼울수록 입자 양이 많아지게 된다.
상기 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층의 두께는 1 내지 1000㎛ 일 수 있으며, 예를 들면, 10 내지 600 ㎛ 일 수 있다. 상기 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층 및 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층의 두께는 동일하거나 다를 수 있다.
다만, 필요에 따라, 예를 들어, 다층 필름 또는 다층 필름 중 일부 층이 이면 시트로 사용되는 경우에는 두께가 1 내지 100㎛ 또는 3 내지 30㎛가 될 수도 있다.
상기 다층 필름은 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층 및 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층 중 적어도 하나의 층이 산화 방지제, 광안정제, 열안정제 및 UV 안정제로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 추가로 포함할 수 있다.
상기 다층 필름은 광전지 모듈을 봉지하는 봉지재 또는 광전지 모듈용 이면 시트일 수 있으며, 봉지재와 이면 시트가 일체화된 제품일 수도 있다. 어느 제품에 적용되든, 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층이 입사광에 가까운 셀 쪽에 배치되면 자외선에 대한 반사율이 높은 결과를 가져올 수 있다.
상기 다층 필름의 제조방법은 특별히 제한되지 아니하며, 주조법(casting method) 또는 압출 방식으로 제조된 시트를 기재에 접착제 등을 사용하여 라미네이트되는 방식 또는 용매에 각각의 층을 구성하는 성분을 용해하여 제조된 코팅액을 기재에 코팅하는 방식 등에 의해 제조될 수 있다.
본 출원은 또한, 상기 다층 필름을 광전지용 봉지재 및/또는 광전지용 이면 시트로 포함하는 광전지 모듈에 관계한다.
도 3 내지 5는 본 출원의 구현예들에 따른 광전지 모듈을 나타내는 단면도이다.
본 출원의 구현예에서는, 광전지 모듈의 봉지재가 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층 및 상기 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층을 포함하는 다층 구조일 수 있다. 도 3을 참조하면, 광전지 모듈(1)의 봉지재는 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자(A)를 포함하는 봉지재 층(10) 및 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자(B)를 포함하는 봉지재 층(11)을 포함한다. 즉, 상기 봉지재를 하부 봉지재(10, 11)로 포함하는 광전지용 봉지재는 태양광이 입사되는 쪽으로부터 순차적으로 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자(A)를 포함하는 봉지재 층(10) 및 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자(B)를 포함하는 봉지재 층(11)을 포함한다. 상기 광전지 모듈(1)은 상기 하부 봉지재(10, 11) 상부에 태양광의 입사 방향으로부터 순차로 적층되는 투명 전면 기판(14), 전면 봉지재(13) 및 광전지(15)를 포함하며, 하부 봉지재(10, 11) 하부에 이면 시트(12)를 포함할 수 있다.
본 출원의 다른 구현예에서는, 광전지 모듈의 이면 시트가 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층 및 상기 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층을 포함하는 다층 구조일 수 있다. 도 4를 참조하면, 광전지 모듈(2)의 이면 시트가 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자(A)를 포함하는 층(20) 및 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자(B)를 포함하는 층(21)을 포함하며, 이러한 이면 시트가 광전지 모듈(2)에 내후성을 부여하고, 외부 환경으로부터 보호하는 역할을 한다. 즉, 상기 이면 시트는 태양광이 입사되는 쪽으로부터 순차적으로 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자(A)를 포함하는 층(20) 및 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자(B)를 포함하는 층(21)을 포함한다. 상기 광전지 모듈(2)은 상기 이면 시트(20, 21) 상부에 태양광의 입사 방향으로부터 순차로 적층되는 투명 전면 기판(24), 전면 봉지재(23), 광전지(25) 및 하부 봉지재(22)를 포함할 수 있다.
본 출원의 또 다른 구현예에서는, 광전지 모듈의 봉지재가 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층을 포함하고, 이면 시트가 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층을 포함할 수 있으며, 이와 같이 봉지재와 이면 시트가 일체화된 제품도 채용할 수 있다. 도 5는 일체화 시트를 채용한 광전지 모듈(3)의 단면도이다. 도 5를 참조하면, 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자(A)를 포함하는 층(30) 이 광전지 모듈(3)을 봉지하는 봉지재이고, 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자(B)를 포함하는 층(31)이 이면 시트이다. 즉, 봉지재(30)와 이면 시트(31)가 일체화된 제품을 적용한 광전지 모듈(3)이다. 상기 일체형 제품은 태양광이 입사되는 쪽으로부터 순차적으로 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자(A)를 포함하는 봉지재(30) 및 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자(B)를 포함하는 이면 시트(31)를 포함한다. 상기 광전지 모듈(3)은 상기 봉지재(30) 및 이면 시트(31) 상부에 태양광의 입사 방향으로부터 순차로 적층되는 투명 전면 기판(34), 전면 봉지재(32) 및 광전지(35)를 포함할 수 있다. 여기서, 도시하지 않았으나, 광전지용 이면 시트(31)는 다층 구조일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층 및/또는 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층이 봉지재로 사용될 경우에는 각각의 층의 두께는 10 내지 1000㎛ 일 수 있으며, 또는 20 내지 600 ㎛ 일 수 있다. 자외선 영역에 대한 반사율은 단위면적 당 입자 양에 따라 좌우될 수 있으므로, 단위 제곱미터 당 20g 이상의 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하도록 할 수 있으며, 부피 당 입자 양이 동일할 경우, 두께가 두꺼울수록 입자 양이 많아지게 된다. 상기 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층 및 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층의 두께는 동일하거나 다를 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층 및/또는 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층이 이면 시트로 사용될 경우에는 각각의 층의 두께는 1 내지 100㎛ 또는 3 내지 30㎛가 될 수도 있다.
상기 광전지 모듈의 봉지재 또는 이면 시트는 필요에 따라 적어도 하나 이상의 투명층을 추가로 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 투명층은 각각 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층의 상부, 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층과 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층의 사이 또는 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층의 하부에 위치할 수 있다. 그러한 투명층은 입사광에 대한 투과도가 높은 것이 좋다.
또 다른 구현예에서는, 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층은 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층과의 사이에 다른 층 없이 바로(directly) 적층될 수도 있다.
일례로 상기 광전지 모듈의 봉지재 또는 이면 시트는 기재(substrate)를 추가로 포함하는 구조일 수 있다. 이때 상기 기재는 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층 하부에 위치할 수 있으며, 상기 기재의 하부에 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층을 추가로 포함하여 기재를 중심으로 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층이 양면으로 형성되어 있을 수 있다.
기재의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않고, 이 분야에서 공지된 다양한 소재를 사용할 수 있으며, 요구되는 기능, 용도 등에 따라 선택될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 기재는 각종 금속 또는 중합체 시트일 수 있다. 상기에서 금속의 예로는 알루미늄, 철 등을 들 수 있으며, 중합체 시트의 예로는, 폴리에스테르계 시트, 폴리아미드계 시트 또는 폴리이미드계 시트 등을 들 수 있고, 이 중 폴리에스테르계 시트를 사용하는 것이 일반적이지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 폴리에스테르계 시트의 예로는, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 또는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 등의 단일 시트, 적층 시트 또는 공압출물 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 기재의 두께는 약 50 ㎛ 내지 500 ㎛의 범위에 있을 수 있으며, 또는 100 내지 300㎛의 범위일 수 있다. 기재의 두께를 상기와 같이 조절하여, 이면 시트의 전기 절연성, 수분 차단성, 기계적 특성 및 취급성 등을 우수하게 유지할 수 있다. 다만, 기재의 두께가 전술한 범위에 제한되는 것은 아니며, 이는 필요에 따라서 적절히 조절될 수 있다.
상기 기재에는, 코로나 처리 또는 플라즈마 처리와 같은 고주파수의 스파크 방전 처리; 열 처리; 화염 처리; 커플링제 처리; 앵커제 처리 또는 기상 루이스산(ex. BF3), 황산 또는 고온 수산화나트륨 등을 사용한 화학적 활성화 처리 등이 수행되어 있을 수 있다.
또한, 기재에는, 수분 차단 특성 등의 추가적인 향상의 관점에서, 규소 산화물 또는 알루미늄 산화물과 같은 무기 산화물이 증착되어 있을 수 있다. 이 경우에는, 증착 처리층 상에도 접착력을 보다 향상시키기 위해서 전술한 스파크 방전 처리, 화염 처리, 커플링제 처리, 앵커제 처리 또는 화학적 활성화 처리가 수행되어 있을 수 있다.
또한, 상기 광전지용 이면 시트는, 상기 기재와 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층 사이에 접착성 향상을 위한 프라이머층을 포함할 수 있다. 상기 프라이머층은 기재 상에 형성되며 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층 간의 접착력을 확보한다.
상기 프라이머층은 아크릴계 수지, 폴리에스테르계 수지, 우레탄계 수지, 우레아계 수지, 아미드계 수지, 에폭시계 수지, 에테르 술폰계 수지, 에테르 이민 수지 또는 실리콘계 수지 등을 포함할 수 있다.
상기 프라이머층은 약 10 nm 내지 5,000 nm, 또는 50 nm 내지 2,000 nm의 두께를 가질 수 있으나, 이는 목적하는 접착성 및 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층의 매트릭스 수지의 종류 등에 따라서 적절히 변경될 수 있다.
상기 광전지 모듈의 봉지재 또는 이면 시트는 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층 및 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층 중 적어도 하나의 층에 산화 방지제, 광안정제, 열안정제 및 UV 안정제로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 추가로 포함할 수 있다.
상기 광전지 모듈의 구조는, 상기 다층 필름을 광전지용 봉지재 또는 광전지용 이면 시트로 포함하고 있는 한 특별히 제한되지 않고, 이 분야에서 공지되어 있는 다양한 구조를 가질 수 있다.
상기 광전지 모듈의 구조는, 특별히 제한되지 않고, 이 분야에서 공지되어 있는 다양한 구조를 가질 수 있다. 통상적으로, 광전지 모듈은, 투명 전면 기판, 이면 시트 및 상기 전면 기판과 이면 시트의 사이에서 봉지재에 의해 봉지되어 있는 광전지를 포함하며, 상기 광전지는 전면 봉지재와 상기 다층 구조의 봉지재에 의해 봉지될 수 있다. 상기 광전지는 적어도 하나 이상이 포함될 수 있으며, 그러한 광전지들이 직렬 또는 병렬로 배치된 광전지 어레이를 형성할 수도 있다.
상기에서 광전지 또는 광전지 어레이를 구성하는 활성층의 예에는, 대표적으로 결정질 또는 비결정질 실리콘 웨이퍼나, CIGS 또는 CTS 등과 같은 화합물 반도체 등을 들 수 있다.
본 출원의 상기 다층 필름을 포함하는 광전지용 봉지재 또는 광전지용 이면 시트는, 상기와 같은 활성층을 가지는 모듈을 포함하여, 이 분야에 알려져 있는 다양한 광전지 모듈에 제한 없이 적용될 수 있으며, 이 경우, 상기 모듈을 구성하는 방식이나, 기타 소재의 종류는 특별히 제한되지 않는다.
이하 본 출원에 따르는 실시예 및 본 출원에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 출원을 보다 상세히 설명하나, 본 출원의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
제조예 1 - 마스터 배치 제조
하기 표 1의 조성으로 압출기(twin extruder, Micro 27, Leistriz社)를 이용하여 황산 바륨 및 이산화티탄의 마스터배치를 미리 제작하였다.
표 1
| 조성 | 함량(중량%) | |
| 마스터 배치 (a) | 매트릭스 수지 | 95.15 |
| 커플링제 | 4.75 | |
| 퍼옥사이드 | 0.10 | |
| 마스터 배치 (b) | 매트릭스 수지 | 79.88 |
| 황산 바륨 | 20 | |
| 이산화티탄 | - | |
| 산화방지제 1 | 0.06 | |
| 산화방지제 2 | 0.06 | |
| 마스터 배치 (c) | 매트릭스 수지 | 79.88 |
| 황산 바륨 | - | |
| 이산화티탄 | 20 | |
| 산화방지제 1 | 0.06 | |
| 산화방지제 2 | 0.06 | |
| 마스터 배치 (d) | 매트릭스 수지 | 79.88 |
| 황산 바륨 | 10 | |
| 이산화티탄 | 10 | |
| 산화방지제 1 | 0.06 | |
| 산화방지제 2 | 0.06 |
* 베이스 수지: 폴리에틸렌 엘라스토머(㈜엘지화학, LC670)
* 황산 바륨: ㈜코츠, BSB-8000
* 이산화티탄: 듀폰, TS6200
* 커플링제: 비닐 트리메톡시 실란, ㈜한국바이오젠
* 퍼옥사이드: 2,5-비스(t-부틸퍼옥시)-2,5-디메틸헥산 (2,5-Bis(tert-butylperoxy)-2,5-dimethylhexane), 알드리치
* 산화방지제 1: 바스프, Irganox1076 (옥타데실 3,5-디(터트)-부틸-4-하이드록시하이드로신나메이트 (Octadecyl 3,5-Di-(tert)-butyl-4-hydroxyhydrocinnamate))
* 산화방지제 2: 바스프, Irgafors 168 (트리스(2,4-디-터트-부틸페닐)포스파이트 (Tris(2,4-di-tert-butylphenyl) phosphite))
제조예 2 - 코팅액 a의 제조
디메틸포름아미드(DMF, N,N-dimethyl formamide) 431.3g에 결정화도가 25%이고, 용융온도가 165℃인 비닐리덴 플루오라이드(VDF; Vinylidene fluoride)와 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE; Chlorotrifluoro ethylene)의 공중합체(VDF-CTFE 공중합체) 65g, 결정화도가 24%이고, 용융온도가 130℃인 VDF와 헥사플루오로프로필렌(HFP; Hexafluoropropylene)의 공중합체(VDF-HFP 공중합체) 30 g 및 아크릴 중합체(메틸메타크릴레이트(MMA): 글리시딜메타크릴레이트(GMA): 메틸메타크릴산(MAA)의 중량비가 60:30:10) 5g을 용융시켜 제 1 코팅액을 제조하였다.
또한, 상기와는 별도로 DMF 25g에 분산제인 BYK-111 (BYK社) 0.420g 및 이산화티탄(TiPure TS6200, 듀폰社) 60 g을 첨가시키고, 다시 직경이 0.3 mm인 지르코니아 비드(Zirconia bead) 50 g을 넣은 후, 1,000 rpm의 속도로 1 시간 동안 교반시킨 다음, 비드를 완전히 제거하여 밀베이스를 제조하였다.
제조된 밀베이스 85.42g을 미리 제조된 제 1 코팅액에 첨가하고, 다시 교반하여 코팅액 a를 준비하였다.
제조예 3 - 코팅액 b의 제조
디메틸포름아미드(DMF) 431.3g에 결정화도가 25%이고, 용융온도가 165℃인 비닐리덴 플루오라이드(VDF)와 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE)의 공중합체(VDF-CTFE 공중합체) 65g, 결정화도가 24%이고, 용융온도가 130℃인 VDF와 헥사플루오로프로필렌(HFP)의 공중합체(VDF-HFP 공중합체) 30 g 및 아크릴 중합체(메틸메타크릴레이트(MMA): 글리시딜메타크릴레이트(GMA): 메틸메타크릴산(MAA)의 중량비가 60:30:10) 5g을 용융시켜 제 1 코팅액을 제조하였다.
또한, 상기와는 별도로 DMF 25g에 분산제인 BYK-111 (BYK社) 0.420g 및 황산 바륨 (BSB-8000, ㈜코츠) 60 g을 첨가시키고, 다시 직경이 0.3 mm인 지르코니아 비드 50 g을 넣은 후, 1,000 rpm의 속도로 1 시간 동안 교반시킨 다음, 비드를 완전히 제거하여 밀베이스를 제조하였다.
제조된 밀베이스 85.42g을 미리 제조된 제 1 코팅액에 첨가하고, 다시 교반하여 코팅액 b를 준비하였다.
실시예 1- 다층 광전지용 하부 봉지재의 제조
황산 바륨을 포함하는 층과 이산화티탄을 포함하는 층을 제조하기 위하여, 각각 폴리에틸렌 엘라스토머(㈜엘지화학, LC670)를 사용하여 제조예 1에서 별도로 제작한 마스터 배치 (a) 30 중량부와 황산 바륨이 포함된 마스터 배치 (b) 또는 이산화티탄이 포함된 마스터 배치 (c) 70 중량부를 400 mm폭의 T 다이가 부착된 압출기를 이용하여 각각 압출한 후 냉각 롤러에서 접합하여 최종 두께 500㎛의 이층 광전지용 하부 봉지재를 제조하였다. 이때, 압출기의 T 다이 온도는 각각 180℃로 동일하게 맞추어 압출하였으며, T 다이에서 압출된 각각의 압출물은 냉각 롤러의 속도를 변화시켜 250㎛의 두께로 조절하였다.
실시예 2 - 다층 광전지용 이면 시트의 제조
폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET, poly(ethylene terephthalate), 두께: 250㎛, Skyrol SG00L, SKC社) 필름에 제조예 2에서 미리 준비한 코팅액 a를 어플리케이터를 이용하여 건조 후의 두께가 약 25 ㎛가 되도록 간격을 조절하여 코팅한 다음, 코팅된 기재를 180℃의 오븐에서 약 2분간 건조하여 이산화티탄을 포함하는 층을 형성하였다. 그 후, 이산화티탄을 포함하는 층의 반대 면에 동일하게 코팅을 수행하여, PET 시트의 양면에 이산화티탄을 포함하는 층을 형성하였다.
그런 뒤, 이산화티탄을 포함하는 층 중 상부 층의 위에 제조예 3에서 미리 준비한 코팅액 b를 어플리케이터를 이용하여 건조 후의 두께가 약 25 ㎛가 되도록 간격을 조절하여 코팅한 다음, 코팅된 기재를 180℃의 오븐에서 약 2분간 건조하여 황산 바륨을 포함하는 층을 형성하여 다층 광전지용 이면 시트를 제조하였다.
실시예 3 - 다층 광전지용 이면 시트의 제조
폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET, poly(ethylene terephthalate), 두께: 250㎛, Skyrol SG00L, SKC社) 필름에 제조예 2에서 미리 준비한 코팅액 a를 어플리케이터를 이용하여 건조 후의 두께가 약 25 ㎛가 되도록 간격을 조절하여 코팅한 다음, 코팅된 기재를 180℃의 오븐에서 약 2분간 건조하여 이산화티탄을 포함하는 층을 형성하였다. 그 후, 이산화티탄을 포함하는 층의 반대 면에 제조예 3에서 미리 준비한 코팅액 b를 이용하여 동일하게 코팅을 수행하여, 황산 바륨을 포함하는 층과 이산화티탄을 포함하는 층이 PET 필름 상하부에 각각 형성된 다층 광전지용 이면 시트를 제조하였다.
실시예 4 - 다층 광전지용 일체화 봉지 제품의 제조
황산 바륨을 포함하는 봉지재층을 제조하기 위하여, 폴리에틸렌 엘라스토머(㈜엘지화학, LC670)를 사용하여 제조예 1에서 별도로 제작한 마스터 배치 (a) 30 중량부와 황산 바륨이 포함된 마스터 배치 (b) 70 중량부를 혼합하여 덤블러에서 30분 이상 교반하여 400 mm폭의 T 다이가 부착된 단일 압출기(single extruder, RHOMEX 252, HAAHE社)를 이용하여 180℃로 시트를 성형하였다. 시트의 두께는 T 다이에서 압출되어 나온 압출물을 냉각시키는 냉각롤러의 속도를 조절하여 500㎛의 시트로 제조하였다.
제조한 황산 바륨 시트를 이산화티탄을 포함하는 불소계 수지가 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, 두께: 250㎛, Skyrol SG00L, SKC社) 기재 양면으로 건조 후의 두께가 각각 25㎛가 되도록 코팅된 이면 시트에 150℃에서 10분 동안 라미네이션함으로써, 총 두께 800㎛의 다층 광전지용 일체화 봉지 제품을 제조하였다.
비교예 1
황산 바륨을 포함하는 단층 시트를 제조하기 위하여, 폴리에틸렌 엘라스토머(㈜엘지화학, LC670)를 사용하여 제조예 1에서 별도로 제작한 마스터 배치 (a) 30 중량부와 황산 바륨이 포함된 마스터 배치 (b) 70 중량부를 혼합하여 덤블러에서 30분 이상 교반하여 400 mm폭의 T 다이가 부착된 단일 압출기(single extruder, RHOMEX 252, HAAHE社)를 이용하여 180℃로 시트를 성형하였다. 시트의 두께는 T 다이에서 압출되어 나온 압출물을 냉각시키는 냉각롤러의 속도를 조절하여 500㎛의 시트로 제조하였다.
비교예 2
비교예 1에서 황산 바륨 마스터배치 대신 이산화티탄 마스터배치를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하여 이산화티탄을 포함하는 500㎛의 단층 시트를 제조하였다.
비교예 3
실시예 1에서 황산 바륨 시트와 이산화티탄 시트의 순서를 황산 바륨 시트가 아래로 가도록 배치하여 접합한 것을 제외하고는 동일하게 실시하여 최종 두께 500㎛의 이층 광전지용 하부 봉지재를 제조하였다.
비교예 4
황산 바륨 및 이산화티탄을 포함하는 단층 시트를 제조하기 위하여, 폴리에틸렌 엘라스토머(㈜엘지화학, LC670)를 사용하여 제조예 1에서 별도로 제작한 마스터 배치 (a) 30 중량부와 황산 바륨 및 이산화티탄이 포함된 마스터 배치 (d) 70 중량부를 혼합하여 덤블러에서 30분 이상 교반하여 400 mm폭의 T 다이가 부착된 단일 압출기(single extruder, RHOMEX 252, HAAHE社)를 이용하여 180℃로 시트를 성형하였다. 시트의 두께는 T 다이에서 압출되어 나온 압출물을 냉각시키는 냉각롤러의 속도를 조절하여 500㎛의 시트로 제조하였다.
실험예 - 반사율 측정
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 시트를 70mm × 50mm 크기로 재단하여 진공 라미네이터(LM-30×30-S, NPC社)를 이용하여 150℃ 하에서 10분간 라미네이션하여 시편을 제작하였다.
라미네이션된 시편을 UV-Vis-NIR 스펙트로포토미터(UV-3600, SHIMADSU社)를 이용하여 200 내지 2500nm 파장 범위에서 반사율을 측정하였다. 실시예 1 내지 4의 경우, 라미네이션된 시편의 황산 바륨을 포함하는 층을 입사광 방향으로 하여 측정하였으며, 비교예 3의 경우 라미네이션된 시편의 이산화티탄을 포함하는 층을 입사광 방향으로 하여 측정하여 도 6에 도시하였다. 실시예 1 및 비교예 1 내지 4의 반사율 스펙트럼을 도 6에 나타내었으며, 실시예 2 내지 4의 반사율 스펙트럼을 도 7에 나타내었다.
또한, 측정된 반사율 스펙트럼을 결정질 실리콘 태양전지에 이용되는 일부 자외선 파장을 포함하는 자외선 구간인 280 내지 400 nm와 가시광선 구간인 400 내지 1200nm 범위로 구분하여 각 영역의 면적을 계산하여 반사율을 비교하여 도 7에 도시하였다. 실시예 1 및 비교예 1 내지 4의 반사율을 도 8에 나타내었으며, 실시예 2 내지 4의 반사율을 도 9에 나타내었다.
도 6 및 도 7에 나타난 바와 같이, 황산 바륨 봉지재층을 입사광 방향으로 가지는 다층 봉지재, 다층 이면 시트 또는 일체화 제품의 경우(실시예 1 내지 4), 자외선 영역에서 반사율이 이산화티탄 봉지재 단층 시트(비교예 2), 이산화티탄 봉지재층을 입사광 방향으로 가지는 다층 시트(비교예 3) 및 이산화티탄과 황산 바륨을 동시에 포함하는 단층 시트(비교예 4)에 비하여 월등히 높은 것을 확인할 수 있다.
또한, 황산 바륨 봉지재 단층 시트(비교예 1)의 경우에는 자외선 영역에서의 반사율은 높으나, 가시광선 및 적외선 영역에서의 반사율이 낮은 것을 확인할 수 있다.
이상에서 본 출원의 예시적인 실시예를 참고로 본 출원에 대해서 상세하게 설명하였으나, 이들은 단지 예시적인 것에 불과하며, 본 출원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 출원의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
Claims (25)
- 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자 및 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 각각 다른 층에 포함하며, 상기 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층이 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층 보다 상부에 위치하는 다층 필름.
- 제 1 항에 있어서, 상기 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층이 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층 보다 입사광 쪽으로 배치되는 다층 필름.
- 제 1 항에 있어서, 상기 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층의 자외선에 대한 반사율이 상기 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층의 자외선에 대한 반사율 보다 높은 다층 필름.
- 제 1 항에 있어서, 상기 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층 및 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층은 광전지 하부에 배치되는 것인 다층 필름.
- 제 1 항에 있어서, 상기 다층 필름은 280nm 내지 400nm 파장영역의 자외선에 대한 반사율이 10% 이상이며, 400nm 내지 1200nm 파장영역의 가시광선에 대한 반사율이 60% 이상인 다층 필름.
- 제 1 항에 있어서, 상기 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자는 황산 바륨(BaSO4), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 보론 나이트라이드(BN), 보론 아세나이드(Boron Arsenide, B12As2), 갈륨 나이트라이드(GaN), 아연 설파이드(Zinc Sulfide), 산화아연(Zinc Oxide) 및 틴 옥사이드(Tin Oxide)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 다층 필름.
- 제 1 항에 있어서, 상기 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자는 이산화티탄(TiO2), 알루미늄 아세나이드(AlAs), 갈륨 아세나이드(GaAs), 갈륨 설파이드(GaS), 틴 설파이드(SnS), 레드 설파이드(PbS), 실리콘 카바이드(SiC) 및 바륨 티타네이트(BaTiO3)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 다층 필름.
- 제 1 항에 있어서, 상기 다층 필름은 적어도 하나 이상의 투명층을 추가로 포함하며, 상기 하나 이상의 투명층은 각각 상기 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층의 상부, 상기 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층과 상기 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층의 사이 또는 상기 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층의 하부에 위치하는 다층 필름.
- 제 1 항에 있어서, 상기 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층 및 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층은 매트릭스 수지를 포함하며, 상기 매트릭스 수지 100 중량부를 기준으로 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 10 내지 200 중량부로 포함하는 다층 필름.
- 제 9 항에 있어서, 상기 매트릭스 수지는 열가소성 수지, 열경화성 수지 또는 그의 혼합물인 다층 필름.
- 제 10 항에 있어서, 상기 매트릭스 수지는 폴리올레핀 수지, 아크릴 수지, 불소계 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리카르보네이트 수지, 폴리아마이드 수지, 폴리아릴레이트 수지, 폴리에테르술폰 수지, 폴리술폰 수지, 폴리아크릴로니트릴, 방향족 비닐계 수지, 실란 변성 올레핀 수지, 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 에틸렌비닐아세테이트 수지 또는 이들의 혼합물인 다층 필름.
- 제 1 항에 있어서, 상기 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층의 두께는 1 내지 1000㎛인 다층 필름.
- 제 1 항에 있어서, 상기 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층의 두께는 1 내지 1000㎛인 다층 필름.
- 제 1 항에 있어서, 상기 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층 및 상기 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층에서 적어도 하나의 층이 산화 방지제, 광안정제, 열안정제 및 UV 안정제로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 추가로 포함하는 다층 필름.
- 다층 구조의 봉지재 및/또는 이면 시트를 포함하며, 상기 봉지재 및/또는 이면 시트가 제 1 항의 다층 필름을 포함하는 광전지 모듈.
- 제 15 항에 있어서, 상기 봉지재가 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층 및 상기 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층을 포함하는 다층 구조인 광전지 모듈.
- 제 15 항에 있어서, 상기 이면 시트가 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층 및 상기 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층을 포함하는 다층 구조인 광전지 모듈.
- 제 15 항에 있어서, 상기 봉지재가 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 무기입자를 포함하는 층을 포함하고, 상기 이면 시트가 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 광전지 모듈.
- 제 16 항 또는 17 항에 있어서, 상기 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층 하부에 기재(substrate)를 추가로 포함하는 다층 필름.
- 제 19 항에 있어서, 상기 기재 하부에 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층을 추가로 포함하여 기재를 중심으로 밴드갭 에너지가 3.3eV 보다 작은 무기입자를 포함하는 층이 양면으로 형성되어 있는 광전지 모듈.
- 제 19 항에 있어서, 상기 기재는 알루미늄, 철; 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 또는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)의 단일 시트, 적층 시트 또는 공압출물인 광전지 모듈.
- 제 19 항에 있어서, 상기 기재의 적어도 일면에 플라즈마, 코로나, 프라이머, 앵커제, 커플링제 처리 및 열 처리 중에서 선택된 하나 이상의 표면처리가 형성되는 광전지 모듈.
- 제 19 항에 있어서, 상기 기재의 두께는 50 내지 500㎛인 광전지 모듈.
- 제 15 항에 있어서, 투명 전면 기판, 전면 봉지재 및 광전지를 추가로 포함하며, 상기 광전지는 상기 전면 봉지재와 상기 다층 구조의 봉지재에 의해 봉지되어 있는 광전지 모듈.
- 제 24 항에 있어서, 상기 광전지가 적어도 하나 이상이 직렬 또는 병렬로 배치된 광전지 어레이를 형성하는 광전지 모듈.
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