WO2021010736A1 - 태양광변환 소재, 이를 포함하는 태양전지용 봉지재 및 이를 포함하는 태양전지 - Google Patents

태양광변환 소재, 이를 포함하는 태양전지용 봉지재 및 이를 포함하는 태양전지 Download PDF

Info

Publication number
WO2021010736A1
WO2021010736A1 PCT/KR2020/009280 KR2020009280W WO2021010736A1 WO 2021010736 A1 WO2021010736 A1 WO 2021010736A1 KR 2020009280 W KR2020009280 W KR 2020009280W WO 2021010736 A1 WO2021010736 A1 WO 2021010736A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
aluminum
solar cell
solar
conversion material
encapsulant
Prior art date
Application number
PCT/KR2020/009280
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김기세
한재혁
이도훈
김준기
김영래
백태종
김민혜
신효주
Original Assignee
한화토탈 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020190085176A external-priority patent/KR102259452B1/ko
Priority claimed from KR1020190093942A external-priority patent/KR102273988B1/ko
Priority claimed from KR1020190093929A external-priority patent/KR102240467B1/ko
Application filed by 한화토탈 주식회사 filed Critical 한화토탈 주식회사
Priority to DE112020003391.0T priority Critical patent/DE112020003391T5/de
Priority to US17/625,281 priority patent/US20220259493A1/en
Priority to CN202080050434.6A priority patent/CN114097096A/zh
Priority to JP2022502186A priority patent/JP7261348B2/ja
Publication of WO2021010736A1 publication Critical patent/WO2021010736A1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/64—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing aluminium
    • C09K11/641—Chalcogenides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F17/00—Compounds of rare earth metals
    • C01F17/30—Compounds containing rare earth metals and at least one element other than a rare earth metal, oxygen or hydrogen, e.g. La4S3Br6
    • C01F17/32—Compounds containing rare earth metals and at least one element other than a rare earth metal, oxygen or hydrogen, e.g. La4S3Br6 oxide or hydroxide being the only anion, e.g. NaCeO2 or MgxCayEuO
    • C01F17/34—Aluminates, e.g. YAlO3 or Y3-xGdxAl5O12
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F7/00—Compounds of aluminium
    • C01F7/02—Aluminium oxide; Aluminium hydroxide; Aluminates
    • C01F7/30—Preparation of aluminium oxide or hydroxide by thermal decomposition or by hydrolysis or oxidation of aluminium compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/18—Manufacture of films or sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/02—Use of particular materials as binders, particle coatings or suspension media therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/06—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing organic luminescent materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7706—Aluminates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/048—Encapsulation of modules
    • H01L31/0481—Encapsulation of modules characterised by the composition of the encapsulation material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/055—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means where light is absorbed and re-emitted at a different wavelength by the optical element directly associated or integrated with the PV cell, e.g. by using luminescent material, fluorescent concentrators or up-conversion arrangements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/50—Solid solutions
    • C01P2002/52—Solid solutions containing elements as dopants
    • C01P2002/54—Solid solutions containing elements as dopants one element only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
    • C01P2002/84—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by UV- or VIS- data
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/61—Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/62—Submicrometer sized, i.e. from 0.1-1 micrometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40—Electric properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2323/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers
    • C08J2323/02—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers not modified by chemical after treatment
    • C08J2323/04—Homopolymers or copolymers of ethene
    • C08J2323/08—Copolymers of ethene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
    • C08K2003/2217—Oxides; Hydroxides of metals of magnesium
    • C08K2003/2224—Magnesium hydroxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
    • C08K2003/2227—Oxides; Hydroxides of metals of aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/002—Physical properties
    • C08K2201/005—Additives being defined by their particle size in general
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/011—Nanostructured additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/10—Metal compounds
    • C08K3/105—Compounds containing metals of Groups 1 to 3 or of Groups 11 to 13 of the Periodic Table
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00—Use of pretreated ingredients
    • C08K9/02—Ingredients treated with inorganic substances

Definitions

  • the present invention relates to a photovoltaic conversion material with improved efficiency, a solar cell encapsulant and a solar cell including the same.
  • the most commonly commercialized solar cell is made of a single silicon material, and about 50% of light is not used due to a mismatch between the natural solar spectrum and the band gap of the single silicon material. That is, the natural solar spectrum has a wide distribution (280-2500nm, 0.5-4.4 eV) from ultraviolet to infrared wavelength range, whereas silicon solar cells can only absorb some wavelengths in the ultraviolet and visible wavelength ranges.
  • solar cells or solar modules composed of solar cells are installed outdoors and are exposed to external environments such as heat, moisture, daily temperature, and pollution sources for a long time, so that they are not affected by these external factors. It is essential.
  • the durability of the encapsulant is the most important factor in determining the durability of the solar module.
  • a functional additive is also dispersed in the encapsulant.
  • an ultraviolet stabilizer, an ultraviolet absorber, or an absorbent and a stabilizer may be added to the encapsulant together to ensure long-term durability.
  • the ultraviolet absorber In the case of the ultraviolet absorber, light in the vicinity of the ultraviolet region cannot enter the solar cell, so that the total initial output of the solar module is deteriorated.
  • inorganic particles such as silica and magnesium hydroxide are introduced to improve insulation or induce moisture collection, some durability of the encapsulant may be improved.
  • the solar cell's power by scattering or reflecting sunlight incident on the front of the solar cell It may interfere with light absorption. In this way, if a plurality of functional additives are added to solve the above problems, the durability of the encapsulant may be improved, but the total output of the solar cell or the solar module is deteriorated.
  • An object of the present invention is to solve the above problems and provide a photovoltaic conversion material capable of improving the photoelectric conversion efficiency of a solar cell.
  • Another object of the present invention is to provide a solar cell encapsulant and solar cell having excellent photoelectric conversion rate and high durability.
  • the present invention provides a photovoltaic material containing a luminescent aluminum hydroxide precursor.
  • the aluminum hydroxide precursor is aluminum monoacetate, aluminum triacetate, aluminum diacetate, aluminum triethyl aluminum, trimethyl aluminum, aluminum alkoxide, diethyl aluminum chloride, aluminum sulfate, aluminum cyanide, aluminum nitrite, Aluminum carbonate, aluminum sulfite, aluminum hydroxide, aluminum oxide, aluminum chlorate, aluminum sulfide, aluminum chromate, aluminum trichloride, aluminum perchlorate, aluminum nitrate, aluminum permanganate, aluminum hydrogen carbonate, aluminum phosphate, aluminum Oxalate, aluminum hydrogen phosphate, aluminum thiosulfate, aluminum chlorite, aluminum hydrogen sulfate, aluminum dichromate, aluminum bromide, aluminum hypochlorite, aluminum chloride hexahydrate, aluminum dihydrogen phosphate, aluminum phosphite, aluminum potassium It is preferably any one of sulfate dodeca hydrate, aluminum bromate, aluminum nitride, or derivatives thereof.
  • the photovoltaic material preferably includes a structure of Al(OH) 3 , AlOOH, 5Al 2 O 3 ⁇ 2H 2 O, Al 2 O 3 .
  • the size of the luminescent aluminum hydroxide is preferably in the range of 1 nm to 1000 ⁇ m.
  • the luminescent aluminum hydroxide has a porous structure.
  • the lanthanum ion can emit light in a wavelength range of near infrared, ultraviolet or visible rays.
  • the precursor of the near-infrared emitting lanthanum ion is preferably at least one of Yb (ytterbium), Nd (neodymium), Er (erbium), Ho (holmium), Tm (thulium), and derivatives containing these. Do.
  • the lanthanum ion precursor contains an element having an emission wavelength in a visible light wavelength region.
  • the lanthanum ion or a derivative containing the same is preferably in the range of 0.001 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the aluminum hydroxide precursor.
  • the aromatic ring compound or a derivative thereof is preferably located within 10 nm of the aluminum hydroxide precursor or aluminum hydroxide derived therefrom, or in a state formed by a covalent bond.
  • the aromatic ring compound is an aromatic hydrocarbon bonded with only carbon and hydrogen, or an aromatic heterocyclic compound in which a part of the carbon atoms forming the ring is substituted with oxygen, nitrogen, and sulfur atoms other than carbon, or the aromatic hydrocarbon and aromatic hetero It is preferably any one or more of the derivatives in which a part of hydrogen in the cyclic compound molecule is substituted with a functional group.
  • the aromatic ring compound is furan, benzbenzofuran, isobenzbenzofuran, pyrrole, indole, isoindole, thiophene, benzbenzothiophene, benzbenzothiophene, imidazole, benzimidazole, purine , Pyrazole, indazole, oxazole, benzoxazolebenzoxazole, oxazole isoxazole, benzoxazole isoxazole, thiazole, benzbenzothiazole, benzbenzene, naphthalene, anthracene, pyridine, quinoxaline, a Cridine, pyrimidine, quinazoline, pyridazine, cinnoline, phthalazine, 1,2,3-triazine, 1,2,4-triazine, 1,3,5-triazine and derivatives thereof It is preferably more than one.
  • the particle size of the photovoltaic material is in the range of 0.5 nm to 500 ⁇ m.
  • the maximum absorption wavelength of the photovoltaic material is preferably formed between 200 ⁇ 500nm, preferably 300 ⁇ 450nm.
  • the maximum emission wavelength of the photovoltaic material is formed at 450 nm to 1100 nm.
  • the present invention provides an encapsulant for solar cells comprising the photovoltaic conversion material according to the present invention.
  • the encapsulant is preferably in the form of a film having a thickness of 100 ⁇ m or less.
  • the EVA ethylene vinyl acetate
  • POE polyolefin elastomer
  • crosslinked PO polyolefin
  • TPU thermal polyurethane
  • PVB polyvinyl butyral
  • silicone silicone/polyurethane hybrid, or a It is preferably an ionomer.
  • the solar conversion material is contained in an amount of 0.0001 to 10 parts by weight, preferably 1 to 10 parts by weight, based on 100 parts by weight of the resin of the solar cell encapsulant.
  • the present invention provides a solar cell including a solar light conversion material or a solar cell encapsulant according to the present invention.
  • the photovoltaic conversion material is coated on the front surface of the solar cell or the rear surface of the solar cell front encapsulant.
  • the coating is preferably spray coating or screen coating.
  • the encapsulant of the solar cell is ethylene vinyl acetate (EVA), polyolefin elastomer (POE), cross-linked polyolefin, and thermoplastic polyurethane (TPU, thermal polyurethane).
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • POE polyolefin elastomer
  • TPU thermoplastic polyurethane
  • PVB Polyvinyl butyral
  • silicone silicone
  • silicone/polyurethane hybrid silicone/polyurethane hybrid
  • ionomer ionomer
  • the solar cell encapsulant according to the present invention is laminated on the front and rear surfaces of the solar cell, glass is laminated on the front surface of the solar cell encapsulant located in front of the solar cell, and the solar cell encapsulant located on the rear of the solar cell It is preferable that the back sheet is laminated on the back side.
  • the durability of the encapsulant may be additionally improved due to heat resistance and moisture resistance effect due to heat and moisture absorption characteristics inherent in aluminum hydroxide material.
  • the solar module including the encapsulant in which the photovoltaic conversion material having such light-emitting properties is dispersed can prevent a decrease in output due to outdoor exposure for a long time due to an increase in long-term durability, thereby helping solar power generation.
  • the photovoltaic conversion material according to the present invention can emit one or more photons into the visible and near-infrared wavelength ranges of high photoelectric conversion efficiency of the solar cell from ultraviolet rays with low photoelectric conversion efficiency of the solar cell. Is maximized.
  • the photovoltaic conversion material according to the present invention introduces an aromatic ring compound and/or lanthanum ions in the step of synthesizing luminescent aluminum hydroxide to further increase absorption in the ultraviolet region, thereby enabling effective downconversion, and at the same time by blocking ultraviolet rays. It is possible to improve the durability of solar cells, thereby lowering the power generation cost of solar cells and ensuring long-term output.
  • a photovoltaic conversion material When a photovoltaic conversion material is coated on the front of the solar cell or the rear of the encapsulant on the front of the solar cell, the efficacy of the solar cell can be increased. When the material is directly coated on a solar cell, it helps to improve output by inducing down conversion.
  • the photovoltaic conversion material when located at the interface between the encapsulant and the solar cell, the photovoltaic current increases due to the non-reflective coating effect, and the anti-PID of the solar module by collecting Na+ ions generated from the tempered glass of the module ( potential induced degradation) effect, anti-LeTID (light and elevated temperature induced degradation) effect due to UV blocking and heat dissipation characteristics may be expected.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an encapsulant in which luminescent aluminum hydroxide is dispersed, a solar cell including the same, and a solar module.
  • Fig. 2 is a schematic diagram showing the principle of light absorption of ultraviolet rays and emission of aluminum hydroxide for visible and near-infrared light emission.
  • Yb doping is an excitation and emission spectrum of near-infrared light-emitting aluminum hydroxide: (a) Yb doping; (b) Ce, Yb doping; (c) Tb, Yb doping; (d) Yb, 2-naphthoic acid doping.
  • 5 is a spectrum showing a change in emission intensity of near-infrared emission aluminum hydroxide according to 2-naphthoic acid doping.
  • Figure 8 is the total transmittance spectrum before and after the introduction of the luminescent aluminum hydroxide and the ultraviolet absorber into the solar encapsulant (dashed-dotted line is EVA encapsulant, dashed-dotted line is EVA-AlOH 0.1, solid line is EVA-AlOH 0.5, dotted line is EVA- C81 0.2 total transmittance spectrum of encapsulant).
  • 13 is a reflectance spectrum before and after coating of a silicon solar cell of luminescent aluminum hydroxide.
  • the present invention provides a photovoltaic conversion material containing luminescent aluminum hydroxide having ultraviolet absorption and visible ray emission characteristics.
  • Solar conversion materials are largely divided into two types: down-conversion and up-conversion, depending on the photo-conversion method.
  • down-conversion is one of the low-energy long-wavelength regions in which silicon can absorb well by absorbing one photon of a short wavelength (for example, ultraviolet light) having higher energy than the silicon bandgap. It is divided into down-shifting, which converts to photons of, and quantum-cutting, which converts into two or more photons in the low energy region with a long wavelength of at least twice the absorbed wavelength.
  • a short wavelength for example, ultraviolet light
  • the up-conversion technology that absorbs two photons in the infrared region that cannot be absorbed by silicon because the energy is smaller than the band gap of silicon and converts them into one photon in the high visible light region that is easily absorbed from silicon. -conversion).
  • a luminescent aluminum hydroxide precursor It provides a photovoltaic material containing; and a lanthanum ion or a derivative comprising the same.
  • a luminescent aluminum hydroxide precursor It provides a photovoltaic material comprising an aromatic ring compound or a derivative thereof.
  • the present invention relates to a photovoltaic conversion material with improved efficiency including low-cost luminescent aluminum hydroxide and a solar cell including the same, wherein the material is positioned at the interface between the solar cell and the encapsulant on the front surface where sunlight is incident, or
  • the present invention relates to a technology for improving photoelectric conversion efficiency according to an increase in short-circuit current by inducing down-conversion, non-reflective coating effect and durability improvement by dispersing in ash.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a silicon solar module according to an embodiment of the present invention.
  • a silicon solar cell module may be manufactured through lamination after lamination in the order of glass/encapsulant/solar cell/encapsulant/back sheet from the front of the light incident.
  • luminescent aluminum hydroxide in order to manufacture a photovoltaic conversion material capable of improving the photovoltaic conversion efficiency and the durability of the encapsulant, luminescent aluminum hydroxide is used that is a low-cost material and has excellent absorption and luminescence properties, heat resistance, and moisture resistance. .
  • the luminescent aluminum hydroxide may include a structure such as Al(OH) 3 , AlOOH, 5Al 2 O 3 ⁇ 2H 2 O, Al 2 O 3, and the like, in the present invention, the structure is hereinafter referred to as aluminum hydroxide, AlOH or hydroxide. It is labeled aluminum.
  • the luminescent aluminum hydroxide precursor is aluminum monoacetate, aluminum triacetate, aluminum diacetate, aluminum triethylaluminum, trimethyl aluminum, aluminum alkoxide, diethylaluminum chloride, aluminum sulfate, aluminum cyanide, aluminum nitrite, aluminum carbonate, aluminum Sulfite, aluminum hydroxide, aluminum oxide, aluminum chlorate, aluminum sulfide, aluminum chromate, aluminum trichloride, aluminum perchlorate, aluminum nitrate, aluminum permanganate, aluminum hydrogen carbonate, aluminum phosphate, aluminum oxalate, Aluminum Hydrogen Phosphate, Aluminum Thiosulfate, Aluminum Chlorite, Aluminum Hydrogen Sulfate, Aluminum Dichromate, Aluminum Bromide, Aluminum Hypochlorite, Aluminum Chloride Hexahydrate, Aluminum Dihydrogen Phosphate, Aluminum Phosphite, Aluminum Potassium Sulfate Dode It is any one of carhydrate, aluminum bromate, aluminum nitride and derivatives
  • the luminescent aluminum hydroxide has a porous structure.
  • the prepared luminescent aluminum hydroxide can be synthesized to have porosity according to variables such as precursors, solvents, impurities, or pyrolysis reaction temperature and time.If it has porosity, the surface area increases, thereby improving the durability of the encapsulant such as moisture resistance and heat resistance. I can.
  • the photovoltaic material according to the present invention further includes a lanthanum ion or a derivative containing the same.
  • the lanthanum ions may emit light in a wavelength range of near infrared, ultraviolet, or visible light.
  • some lanthanum ions may be introduced.
  • Near-infrared emission lanthanum precursors that can emit light in the near-infrared region of a long wavelength of 800 nm or more include Yb (ytterbium), Nd (neodymium), Er (erbium), Ho (holmium), Tm (thulium), etc., and the external quantum efficiency of solar cells Depending on the characteristics, ions having an emission spectrum at a wavelength with high photoelectric conversion efficiency of a solar cell may be selected and doped with aluminum hydroxide.
  • a lanthanum ion capable of emitting near-infrared light is selected.
  • all derivatives including Yb may be used as a precursor of Yb.
  • a lanthanum ion precursor including Ce, Tb, Eu, etc. having an emission wavelength in the visible wavelength region is doped together. You may.
  • the lanthanum ion or a derivative containing the same may be included in the range of 0.001 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the aluminum hydroxide precursor. If lanthanum ions are introduced in excess outside the range of 0.001 to 10 parts by weight per 100 parts by weight of the aluminum precursor, they may be quenched by agglomeration of lanthanum ions and the luminous performance may decrease. Energy transfer from luminescent aluminum hydroxide to lanthanum ions may be limited, making it difficult to expect a down-conversion effect.
  • the trap state of aluminum hydroxide may be changed, and the position of the emission wavelength is also adjusted depending on it.
  • the aromatic ring compound or a derivative containing the same may be included in the range of 0.001 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the aluminum hydroxide precursor.
  • the aromatic ring compound and its derivative act as an antenna that captures light in the ultraviolet wavelength region and transmits it to aluminum hydroxide.
  • the aromatic ring compound and its derivatives when present together, more effective ultraviolet absorption and stronger visible and near-infrared emission can be realized than in the case of aluminum hydroxide alone.
  • the emission wavelength moves to a longer wavelength, and the Stokes shift, which is the difference between the absorption wavelength and the emission wavelength, increases, thereby reducing the reabsorption of light emitted from the material.
  • the aromatic ring compound is preferably located within 10 nm of the aluminum hydroxide precursor or the aluminum hydroxide derived therefrom, or in a state formed by a covalent bond.
  • the aromatic ring compound is an aromatic hydrocarbon bonded with only carbon and hydrogen, or an aromatic heterocyclic compound in which a part of the carbon atoms forming the ring is substituted with oxygen, nitrogen, and sulfur atoms other than carbon, or the aromatic hydrocarbon. And a derivative in which a part of hydrogen in the molecule of the aromatic heterocyclic compound is substituted with a functional group.
  • the aromatic ring compound is furan, benzbenzofuran, isobenzbenzofuran, pyrrole, indole, isoindole, thiophene, benzbenzothiophene, benzbenzothiophene, imidazole, benz Imidazole, purine, pyrazole, indazole, oxazole, benzoxazole benzoxazole, oxazole isoxazole, benzoxazole isoxazole, thiazole, benzbenzothiazole, benzbenzene, naphthalene, anthracene, pyridine, Quinoxaline, acridine, pyrimidine, quinazoline, pyridazine, cinnoline, phthalazine, 1,2,3-triazine, 1,2,4-triazine, 1,3,5-triazine and It may be selected from one or more of its derivatives
  • the photovoltaic conversion material may be manufactured using a hydrothermal, sol-gel, thermal decomposition synthesis method, or the like.
  • a hydrothermal, sol-gel, thermal decomposition synthesis method or the like.
  • the present invention is described in more detail through the pyrolysis synthesis method, but the scope of the present invention is not limited thereto.
  • a material having a boiling point higher than the pyrolysis temperature of the aluminum precursor may be used as a solvent.
  • a material having a boiling point higher than the pyrolysis temperature of the aluminum precursor may be used as a solvent.
  • the solvent may act as a solvent or provide impurities such as carbon, carbonyl radical, oxalic phosphoric radical, sulfuric acid, etc. to control luminescence characteristics or further improve luminescence performance. It can also play a role.
  • impurities such as alkyl (alky) (C 1 ⁇ C n ) acetate (acetate) in the pyrolysis synthesis step, optical characteristics such as absorption and light emission characteristics may be adjusted.
  • absorption of light in the pyrolysis synthesis step especially when an aromatic ring compound having a high absorption coefficient in the ultraviolet wavelength region and its derivatives are appropriately added, absorption of near-infrared light-emitting aluminum hydroxide, increase in luminescence, and large Stoke's shift can be induced. have. Therefore, in the pyrolysis synthesis step, the aromatic ring compound is added together with the aluminum hydroxide precursor and lanthanum ion.
  • At least one of the aluminum precursors, at least one of the lanthanide ions, an aromatic ring compound, and one of the derivatives thereof are dispersed in the solvent and then reacted at the thermal decomposition temperature of the aluminum precursor. Upon completion of the reaction, the product can be separated and purified to obtain final luminescent aluminum hydroxide (solar conversion material).
  • the lanthanum ions capable of near-infrared emission are doped in a small amount, energy transfer from aluminum hydroxide to lanthanum ions occurs, resulting in near-infrared emission at low energy with a long wavelength of at least twice the emission wavelength of aluminum hydroxide.
  • two or more photons may be emitted in the near-infrared emission wavelength region (Fig. 2(b)).
  • the photovoltaic conversion material is located on the front side of the solar cell, particles having a size smaller than the wavelength of sunlight incident on the solar cell are advantageous. If the particle size is similar to or larger than the wavelength of sunlight, incident sunlight may be scattered or reflected and the efficiency of the entire solar cell may be rather reduced. Therefore, it is preferable that the particle size of the photovoltaic material has a range of 0.5 nm to 500 ⁇ m, preferably 1 nm to 100 ⁇ m or less.
  • the luminescent aluminum hydroxide according to the present invention has an absolute quantum yield of 40% or more.
  • the dotted line is the absorption spectrum of aluminum hydroxide, which starts absorption at 450 nm and shows strong absorption in the ultraviolet region
  • the solid line is the emission spectrum, showing the maximum emission peak at 526 nm.
  • the photovoltaic material In order to apply the photovoltaic material to a silicon solar cell, it must have absorption in the ultraviolet wavelength region and light emission in the visible and near infrared wavelength regions.
  • the absorption wavelength region of the photovoltaic material is preferably formed in the range of 200 ⁇ 500nm.
  • the emission wavelength region is preferably formed at 450 nm or more, preferably 450 nm to 1100 nm.
  • the absorption wavelength and the emission wavelength region do not overlap, and a material having a large Stokes shift is advantageous.
  • the reason is that when the absorption wavelength and the emission wavelength overlap, the reabsorption of re-absorption of light emitted from the material acts as a loss.
  • the prepared luminescent aluminum hydroxide can be synthesized to have porosity according to variables such as precursors, solvents, impurities or pyrolysis reaction temperature, time, etc., but if it has porosity, its surface area increases, so that durability such as moisture resistance and heat resistance of the solar module is increased. It can be improved.
  • the efficiency of the solar cell may decrease.
  • a material with low luminous efficiency is introduced into the front part of a solar cell, it absorbs sunlight but cannot convert it into visible light, so it may rather hinder the absorption of sunlight by the solar cell.
  • the absorption efficiency itself is low, making it difficult to expect a down-conversion effect.
  • a material that has absorption in the visible light wavelength region lower than the ultraviolet wavelength region since the commercially available silicon solar cell already has a high photoelectric conversion efficiency of 90% in the visible light wavelength region, an additional downconversion effect cannot be expected.
  • a material having a small Stoke's shift may have a loss due to reabsorption of the emitted light due to the large overlap between the absorption wavelength and the emission wavelength, so it is difficult to expect an effective downconversion effect.
  • the photovoltaic material is preferably used in the form of a film having a thickness of 100 ⁇ m or less prepared by being dispersed in a light-transmitting resin.
  • the photovoltaic material manufactured according to the present invention is an excellent photovoltaic material capable of improving the efficiency of a solar cell, it will be described with reference to the drawings.
  • 4 shows the excitation and emission spectra of the thus prepared near-infrared light-emitting aluminum hydroxide.
  • 4A is an excitation and emission spectrum of near-infrared light-emitting aluminum hydroxide doped only with Yb.
  • the Xe lamp is used as an excitation light source and irradiated with ultraviolet rays of 350nm, blue light emission near 450nm (dashed-dotted line) and near infrared light emission around 1000nm (dotted line) appear simultaneously.
  • Excitation spectra were analyzed to determine in which wavelength region the visible and near-infrared emission emitted from the near-infrared emission aluminum hydroxide absorbed and expressed.
  • the two-dot chain line in Fig. 4(a) represents an excitation spectrum of 450 nm emission
  • a dotted line represents an excitation spectrum of 1000 nm emission. That is, it was confirmed that both visible light and near-infrared light emission appear by absorbing wavelengths in the ultraviolet region in the range of 300 nm to 500 nm.
  • Fig. 4(b) and (c) even when Ce and Tb are added respectively, the emission peaks of Ce and Tb are not observed, and only the emission peaks of aluminum hydroxide and Yb are observed. Alternatively, it was confirmed that effective energy transfer takes place in the order of Tb) and Yb.
  • FIG. 4(d) shows the excitation and emission spectra of near-infrared emission aluminum hydroxide prepared by introducing 2-naphthoic acid together with Yb as one of the aromatic ring compounds and derivatives thereof.
  • the double-dashed line and the dotted line represent emission spectra, indicating maximum emission peaks in the vicinity of 500 nn and 1000 nm, respectively.
  • 2-naphthoic acid is added, it can be seen that the maximum emission peak shifts to a long wavelength of about 50 nm compared to Fig. 4(a), which means that the trap state has changed as described above by the introduction of 2-naphthoic acid.
  • FIG. 5 shows the emission spectrum of near-infrared emission aluminum hydroxide to which Yb alone or Yb and 2-naphthoic acid were added together.
  • the dotted line is the emission spectrum doped with only Yb, and the solid line is the emission spectrum in which Yb and 2-naphthoic acid are introduced together.
  • 2-naphthoic acid is added, the emission amplification of aluminum hydroxide and Yb It was confirmed that the luminous intensity of Yb was increased because effective energy transfer was possible.
  • 6 shows the absorption and emission spectra of the luminescent aluminum hydroxide composite.
  • 6A and 6D are absorption and emission spectra of aluminum hydroxide alone (AlOH), respectively, showing absorption in the ultraviolet region by starting absorption at 450 nm.
  • the emission characteristic peaks are exhibited at 390 nm, 465 nm, and 514 nm, and the maximum emission wavelength is 465 nm.
  • 6b and 6e show absorption and emission spectra of luminescent aluminum hydroxide (AlOH-NA) prepared by introducing 2-naphthoic acid together with an aluminum precursor in the synthesis step.
  • AlOH-NA luminescent aluminum hydroxide
  • the maximum emission wavelength was 520 nm, which was shifted to a longer wavelength of about 55 nm compared to AlOH.
  • 2C and 2F show the absorption and emission spectra of luminescent aluminum hydroxide (AlOH-CA) prepared by introducing 1,2,3,4-tetrahydrocarbazole-4-one together with an aluminum precursor in the synthesis step. Starting at 370 nm, it shows strong absorption.
  • the maximum emission wavelength was 530 nm, which was shifted to a longer wavelength of about 65 nm compared to AlOH. From the results of FIG. 6, when the aromatic ring compound is introduced in the pyrolysis synthesis step, absorption in the ultraviolet region is improved, and the difference between the maximum absorption wavelength and the emission wavelength is further increased, thereby minimizing loss due to reabsorption.
  • TRF time-resovled fluorescence
  • 7A and 7B show TRF spectra of AlOH and AlOH-NA, and an average lifetime ( ⁇ ave ) can be calculated through this spectrum.
  • 7A is observed at the emission wavelengths of AlOH at 400 nm, 450 nm, and 500 nm, respectively, and the average extinction time ( ⁇ ave ) was 1.07 ns, 2.19 ns, and 3.39 ns, respectively.
  • Figure 7b is observed at the emission wavelengths of AlOH-NA 400nm, 450nm, 500nm, 520nm, respectively, it can be seen that the average extinction time of AlOH-NA for each vehicle is greater than the average extinction time of AlOH, based on this graph
  • the calculated average extinction time ( ⁇ ave ) was 1.21 ns, 8.18 ns, 11.25 ns, and 11.84 ns, respectively. This means that the energy transfer of the ultraviolet rays absorbed by the NA to AlOH, the average extinction time according to the light emission of AlOH is overall delayed.
  • the method of introducing the photovoltaic conversion material synthesized above into a solar cell is a method of manufacturing a sheet shape by dispersing it in an encapsulant that protects the silicon solar cell according to the location where the material is introduced, There may be a method of applying directly to the entire surface of the cell, a method of applying it to the surface of an encapsulant that bonds to the entire surface of the solar cell.
  • the photovoltaic material is dispersed in a resin to be manufactured in a sheet shape and used for manufacturing a solar module.
  • the solar cell's encapsulant is ethylene vinyl acetate (EVA), polyolefin elastomer (POE), cross-linked polyolefin, thermoplastic polyurethane (TPU, thermal polyurethane), and polyvinyl butyral.
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • POE polyolefin elastomer
  • TPU thermoplastic polyurethane
  • PVB polyvinyl butyral
  • silicone silicone/polyurethane hybrid
  • ionomer ionomer
  • the photovoltaic conversion material when applied to the surface of the solar cell or the encapsulant, it is located at the interface between the encapsulant and the solar cell, so that the light does not propagate to the side due to the silicon texturing structure of several ⁇ m or tens of ⁇ m. It is not possible to proceed to the inside of the solar cell.
  • the photovoltaic material can be adjusted to have a value between the refractive index of the encapsulant (n ⁇ 1.4) and the refractive index of the solar cell surface (n ⁇ 2.5), the encapsulant, photoelectric conversion material, and solar cell can be adjusted according to Snell's law.
  • the photovoltaic material When the photovoltaic material is dispersed in a solvent, it can be applied to the surface of the solar cell.
  • the methods of applying to the solar cell surface include spin coating, bar coating, and spray coating. , Dip coating, screen printing, and the like. In addition, even when it is applied to the encapsulant, it is applicable to all except the spin coating method.
  • a silicon solar cell module in the case of a silicon solar module, after stacking in the order of glass/encapsulant/solar cell/encapsulating material/back sheet from the front of the light incident as shown in the schematic diagram of FIG.
  • a silicon solar cell module may be manufactured through lamination, and the luminescent aluminum hydroxide may be dispersed in the front encapsulant or in both the front and rear encapsulants.
  • the type and size of the material constituting the solar cell is not limited thereto.
  • the present invention is an organic photovoltaic cell (OPV), a copper indium gallium selenide (copper indium).
  • OOV organic photovoltaic cell
  • CIGS copper indium gallium selenide
  • CdTe cadmium telluride
  • Perovskite and other semiconductor-based solar cells, silicon-based solar cells, and semiconductor-silicon tandem structure-based solar cells. It relates to a solar cell characterized by improving the photoelectric conversion efficiency of.
  • 3-hydroxyl-2-naphthoic acid as an aromatic ring compound was added 5wt% compared to aluminum acetate as an aluminum precursor, and pyrolysis reaction was performed at 300°C for 30 minutes under stirring, and separation and purification were performed. .
  • 3-hydroxyl-2-naphthoic acid one of the derivatives of the aromatic ring compound, is added in 0.2wt% of the aluminum precursor, and the pyrolysis reaction proceeds in the same manner as above under stirring.
  • a photovoltaic conversion material was manufactured in the same manner as in Preparation Example 2, except that separation and purification were performed. The thus synthesized photovoltaic material was used in Example 4, and the photovoltaic material synthesized without adding ytterbium (III) acetate hydrate was used in Comparative Example 6.
  • the solar conversion material prepared in Preparation Example 1 is added to the sealing material resin in the sealing material sheet manufacturing step, and an sealing material sheet in which the solar conversion material is dispersed is prepared through extrusion.
  • An ethylene vinyl acetate copolymer manufactured by Hanwha Total Petrochemical Co., Ltd. having a melt index of 15g/10min and a vinyl acetate content of 28% by weight was used as the encapsulant resin.
  • Alkema's Luperox TBEC tert-butyl-2-ethylhexyl monoperoxycarbonate 1 part by weight of EVA 100 parts by weight, Evonik's TAICROS (triallyl isocyanurate) 0.5 part by weight as a crosslinking aid, as a UV stabilizer Ciba's Tinuvin 770 (bis-2,2,6,6,-tetramethyl-4-piperidinyl sebacate) 0.1 parts by weight, Dow Corning's OFS-6030 (methacryloxypropyltrimethoxy) as a silane coupling agent Siloxane) 0.3 parts by weight were mixed.
  • EVA tert-butyl-2-ethylhexyl monoperoxycarbonate
  • Evonik's TAICROS triallyl isocyanurate
  • Ciba's Tinuvin 770 bis-2,2,6,6,-tetramethyl-4-piperidinyl sebacate
  • EVA EVA
  • the extruder temperature was maintained at 100 o C and the T-die temperature was 100 o C, and the thickness of the manufactured sheet was 0.5 mm. From then on, the sheet thus manufactured is referred to as "EVA.
  • Example 1 a sheet prepared in the same manner as in Example 1 (hereinafter referred to as'EVA' sheet) was used as Comparative Example 1, except that luminescent aluminum hydroxide was not used, and Chimassorb 81 (2- A sheet was prepared in the same manner, except that 0.1, 0.2 and 0.5 parts by weight of hydroxy-4-octyloxy-benzophenone) were additionally added, and these were respectively "EVA-C81 0.1", “EVA-C81 0.2" and " It was designated as EVA-C81 0.5" and was set as Comparative Examples 2 to 4.
  • Examples and comparative examples according to the introduction and content of luminescent aluminum hydroxide (AlOH) and ultraviolet absorber (C81) are shown in Table 1 below.
  • Example 1 Example 2 Comparative Example 1 Comparative Example 2 Comparative Example 3 Comparative Example 4 AlOH addition (wt%) 0.1 0.5 - - - - C81 added (wt%) - - - 0.1 0.2 0.5
  • the encapsulant sheet prepared according to Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 4 is glass (200 mm x 200 mm), an encapsulant, a 6-inch polycrystalline solar cell from GINTECH, an encapsulant, based on PVDF (polyvinylidene fluoride) from SFC After stacking the back sheets in order, a mini module was manufactured through lamination. In the thermal bonding process, after a vacuum step at 150° C. for 6 minutes, crosslinking was performed by maintaining the difference between the upper and lower pressures of the laminator at 0.4 MPa for 11 minutes.
  • EVA-C81 (Comparative Example 3) has a sharp decrease in transmittance in the ultraviolet region of 400 nm or more.
  • the ultraviolet absorber C81 if used, the durability of the encapsulant due to the ultraviolet blocking effect can be improved, but since the solar cell cannot absorb ultraviolet rays of 400 nm or less, it cannot be converted into electricity. There is a disadvantage that the output is reduced.
  • Example 9 shows the total transmittance of a specimen subjected to thermal bonding by placing an encapsulant between two glass substrates before and after the introduction of luminescent aluminum hydroxide after 2000 hours of UV aging and Damp-Heat Aging.
  • Example 1 (EVA-AlOH 0.1, dotted line) and Example 2 (EVA-AlOH 0.5, double-dashed line) encapsulants maintained the transmittance before the accelerated experiment of FIG. , It can be seen that the transmittance of EVA decreases in the ultraviolet region of 400 nm or more.
  • Figure 9b is a Damp-Heat Aging Test result, similar to the UV aging result of Figure 9a, in which aluminum hydroxide was introduced Example 1 (EVA-AlOH 0.1, dotted line) and Example 2 (EVA-AlOH 0.5, double chain line) sealing
  • Example 1 EVA-AlOH 0.1, dotted line
  • Example 2 EVA-AlOH 0.5, double chain line
  • Tables 2 to 4 shows open-circuit voltage (V oc ) and short-circuit current density (J sc ) by current-voltage curve (IV Curve) analysis of mini-solar modules before and after durability evaluation according to the introduction of luminescent aluminum hydroxide. , fill factor (FF), and efficiency values.
  • Example 1 0.622 35.72 0.79 17.55 2.33
  • Example 2 0.621 35.89 0.79 17.61 2.68 Comparative Example 1 0.620 35.01 0.79 17.15 reference Comparative Example 2 0.621 34.81 0.79 17.08 -0.41 Comparative Example 3 0.622 34.61 0.79 17.01 -0.81 Comparative Example 4 0.621 34.10 0.79 16.83 -2.45
  • Example 2 the solar module using the ones of Example 1 (EVA-AlOH 0.1) and Example 2 (EVA-AlOH 0.5) in which luminescent aluminum hydroxide was introduced before the durability acceleration experiment (before weathering degradation) was encapsulated alone. Relative efficiency of 2.33, 2.68% improved compared to the module using ash. That is, it can be seen that the introduction of luminescent aluminum hydroxide increases the initial efficiency of the solar module according to the increase in the short-circuit current density due to ultraviolet absorption and downconversion of visible light emission.
  • Example 1 EVA-AlOH 0.1
  • Example 2 EVA-AlOH 0.5
  • the solar module using the one of shows an improvement of 3.35 and 3.59% in relative efficiency compared to the module using EVA alone encapsulant. That is, in the case of EVA alone encapsulant (Comparative Example 1) as described in FIG.
  • the 0.5 weight ratio was represented as 0.12%, -0.18%, and -1.43%, respectively, showing undesirable results compared to the examples. It can be seen that even when the encapsulants of Comparative Examples 2 and 4 containing the same content as the luminescent aluminum hydroxide of Examples 1 and 2 of the present invention were used, undesirable results were exhibited.
  • Example 1 (EVA-AlOH 0.1), which is an encapsulant into which aluminum hydroxide was introduced
  • the solar module using 2 (EVA-AlOH 0.5) exhibits an improved value of 5.43 and 5.87% relative efficiency compared to the module using EVA alone encapsulant.
  • the reason why the relative efficiency of the introduction of luminescent aluminum hydroxide shows a greater difference than the UV aging result is that the EVA encapsulant exhibits greater deterioration in Damp-Heat Aging than UV aging, and the introduction of luminescent aluminum hydroxide prevents deterioration and thus the encapsulant layer This is because the transmittance of can be maintained.
  • the present invention improves the durability of the encapsulant when constructing a solar cell and a solar module by dispersing luminescent aluminum hydroxide in a solar encapsulant to maintain the permeability of the encapsulant layer. It provides a technology that guarantees power generation by improving durability and minimizing output degradation over time.
  • a spray coating method was used to place each of the aluminum hydroxide solutions prepared in Preparation Examples 2 and 4 (Examples 3 and 4) and Preparation Examples 1 and 3 (Examples 5 and 6) at the interface between the silicon cell and the encapsulant.
  • a silicon solar cell module was manufactured through lamination after lamination in the order of glass/encapsulating material/aluminum hydroxide/solar cell/encapsulating material/back sheet from the front of the light incident. In the solar cell module thus manufactured, the near-infrared light emitting aluminum hydroxide is located at the interface between the encapsulant and the solar cell.
  • the composition of the photovoltaic material constituting the solar cell is shown in Table 5 below, and 50 mg of each is included.
  • a simple mixture of 50 mg of luminescent aluminum hydroxide prepared with the aluminum hydroxide precursor alone and 0.1 mg of lanthanum ion ytterbium (III) acetate hydrate was spray-coated on the surface of the silicon cell.
  • a solar cell was prepared in the same manner as in Example 3, except that a simple mixed solution of luminescent aluminum hydroxide and ytterbium (III) acetate hydrate was prepared.
  • Example 3 Example 4
  • Example 5 Comparative Example 5
  • Solar conversion material AlOH-Yb AlOH-NA-Yb AlOH AlOH-NA AlOH, ytterbium(III) acetate hydrate
  • WACOM's Solar Simulator (WXS-156S-10) was used to analyze the change in solar cell efficiency due to the introduction of luminescent aluminum hydroxide.
  • Shimadzu's UV-3600 NIR (with MPC-3100) was used to measure the total reflectance according to the aluminum hydroxide coating, and changes before and after coating were analyzed.
  • Table 6 shows the results of measuring the efficiency of a 6-inch polycrystalline silicon solar cell coated with luminescent aluminum hydroxide. In order to increase the accuracy of the efficiency measurement, all the efficiencies of the solar cell before the application of aluminum hydroxide were measured and compared with the result after application.
  • Each of the following solar cells 1 to 5 is a solar cell manufactured under the same conditions as the solar cells of the corresponding Examples and Comparative Examples without including a photovoltaic material.
  • FIG. 10 is a cell coated with solar cell 2 of Table 6 and AlOH-NA-Yb of Example 4 The result of measuring the change in external quantum efficiency of is shown.
  • the dotted line is the external quantum efficiency spectrum of solar cell No. 2 in Table 6, and the solid line is the external quantum efficiency spectrum of the AlOH-NA-Yb-coated cell of Example 4 from 300 nm to around 500 nm by down-conversion. It can be seen that the conversion efficiency greatly increases after AlOH-NA-Yb coating.
  • the down-conversion effect of ultraviolet light absorption, visible light, and near-infrared light emission, and the refractive index of the near-infrared light-emitting aluminum hydroxide are between the refractive index of the surface of the silicon solar cell and the refractive index of the encapsulant (
  • the short circuit current and overall efficiency of the silicon solar cell increased due to the non-reflective coating effect, which has 1.5 ⁇ n aluminum hydroxide ⁇ 2.5) and makes light entry into the silicon solar cell easier.
  • the present invention improves the durability of the encapsulant and maintains the permeability of the encapsulant layer when constructing a solar cell and a solar module by dispersing luminescent aluminum hydroxide in a solar encapsulant, thereby improving the long-term durability and time of the solar cell and solar module. It provides a technology that guarantees the amount of power generation by minimizing the output decrease over time.
  • a 6 inch (inch) polycrystalline silicon solar cell was used.
  • the photovoltaic material solution prepared according to Preparation Example 3 was applied to the surface of the 6-inch silicon cell by using a spray coating method in order to place it at the interface between the silicon cell and the encapsulant by varying only its content as shown in Table 7.
  • a silicon solar cell module was manufactured through lamination after lamination in the order of glass/encapsulation/solar conversion material/solar cell/encapsulation/back sheet from the front of the light incident.
  • the luminescent aluminum hydroxide is located at the interface between the encapsulant and the solar cell.
  • the configuration of the photovoltaic material constituting the solar cell was made of luminescent aluminum hydroxide prepared by the above method, but in the examples, a photovoltaic material prepared by adding an aromatic ring compound was used, and Examples 10 to 12 A solar cell was manufactured in the same manner as in Examples 7 to 9, except that only luminescent aluminum hydroxide containing no ring compound was used. The contents are shown in Table 7 below.
  • Example 7 Example 8
  • Example 9 Example 10
  • Example 11 Example 12 Solar conversion material 8.3 16.6 20 8.3 16.6 20
  • a coating composition was prepared by simply mixing and dispersing the same amount of aluminum hydroxide precursor (20mg/ml) as in Example 7 and the aromatic ring compound 3-hydroxyl-2-naphthoic acid (2mg/ml), and then the light receiving side of the solar cell material A solar cell was manufactured in the same manner as in Example 7, except that a solar cell was manufactured by placing it in.
  • WACOM's Solar Simulator WACOM's Solar Simulator (WXS-156S-10) was used to analyze the change in solar cell efficiency according to the introduction of the photovoltaic material, and the change in efficiency before and after aluminum hydroxide coating and before and after thermal bonding was measured.
  • IPCE QEX10 equipment of PV Measurement Co., Ltd. was used to analyze the external quantum efficiency by wavelength, and the change in conversion efficiency before and after aluminum hydroxide coating was observed.
  • Shimadzu's UV-3600 NIR was used to measure the total reflectance according to the aluminum hydroxide coating, and the changes before and after coating were analyzed.
  • Table 8 shows the results of measuring the efficiency of a 6-inch polycrystalline silicon solar cell coated with luminescent aluminum hydroxide. In order to increase the accuracy of the efficiency measurement, all the efficiencies of the solar cell before the application of aluminum hydroxide were measured and compared with the result after application.
  • Each of the following solar cells 5 to 11 is a solar cell manufactured under the same conditions as the solar cells of the corresponding Examples and Comparative Examples without including a photovoltaic conversion material.
  • FIG. 12 shows the photoelectric conversion efficiency according to the wavelength, that is, the external quantum efficiency (EQE) as a result of IPCE measurement. , external quantum efficiency) spectrum.
  • Example 12 shows the results of solar cells 10 (Example 12) and 7 (Example 9) of Table 8, where the dotted line is the EQE spectrum before coating, the double-dashed line is AlOH coating (Example 12), and the solid line is AlOH- It is an EQE spectrum after NA coating (Example 9). From the results of FIG. 12, it can be seen that the conversion efficiency increases from 300nm to around 500nm by down-conversion when luminescent aluminum hydroxide is coated, and more effective down-conversion is possible when AlOH-NA is coated than AlOH. I can.
  • FIG. 13 is a result of measuring the change in reflectivity according to the luminescent aluminum hydroxide coating of solar cells 10 (Example 12) and 7 (Example 9) of Table 7, and the solid line is the total reflectivity before aluminum hydroxide coating, and the advantage
  • the dashed line is the reflectance spectrum after AlOH coating, and the dotted line is AlOH-NA coating. After application, it can be seen that the reflectivity decreases in the 300 ⁇ 500nm and 800 ⁇ 1100nm regions. Similar to the EQE spectrum, AlOH-NA has a lower reflectivity in the ultraviolet wavelength range than AlOH, which is more advantageous for solar cells.
  • the down-conversion effect due to ultraviolet light absorption and visible light emission, and the refractive index of aluminum hydroxide are between the refractive index of the surface of the silicon solar cell and the refractive index of the encapsulant (1.5 ⁇ n aluminum hydroxide While having ⁇ 2.5), the short-circuit current of the silicon solar cell increases and the overall efficiency is increased by the anti-reflective coating effect that facilitates the entry of light into the silicon solar cell.
  • the present invention improves the durability of the encapsulant and maintains the permeability of the encapsulant layer when constructing a solar cell and a solar module by dispersing luminescent aluminum hydroxide in a solar encapsulant, thereby improving the long-term durability and time of the solar cell and solar module. It provides a technology that guarantees the amount of power generated by minimizing the output decrease over time.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Optical Filters (AREA)

Abstract

본 발명은 효율이 향상된 태양광 변환 소재 및 이를 포함하는 태양전지에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 본 발명은, 수산화알루미늄 전구체; 및 란탄계 이온 또는 이것을 포함하는 유도체;를 포함하는 태양광변환 소재를 제공한다.

Description

태양광변환 소재, 이를 포함하는 태양전지용 봉지재 및 이를 포함하는 태양전지
본 발명은 효율이 향상된 태양광 변환 소재, 이를 포함하는 태양전지용 봉지재 및 태양전지에 관한 것이다.
가장 일반적으로 상용화되어 있는 태양전지는 실리콘 단일 소재로 제조된 것으로, 자연 태양광 스펙트럼과 실리콘 단일 물질의 밴드갭(band gap)의 불일치에 의해 약 50%의 빛을 사용하지 못하고 있다. 즉, 자연 태양광 스펙트럼은 자외선부터 적외선 파장영역까지 넓은 분포(280~2500nm, 0.5~4.4 eV)를 갖는 반면, 이에 비해 실리콘 태양전지는 자외선 및 가시광선 파장 영역의 일부 파장만 흡수할 수 있다.
최근 이를 보완하여 자연 태양광과 실리콘 태양전지의 광전변환 효율을 향상시키기 위해 태양광변환 소재(solar spectral converter)를 이용하는 연구가 제안되고 있다. (Chem.Soc.Rev., 2013, 42, 173) 즉, 실리콘의 태양광 흡수가 부족한 자외선 영역이나 실리콘 밴드갭 보다 작은 에너지의 적외선 영역의 빛을, 실리콘이 흡수를 잘할 수 있는 가시광선 또는 근적외선 파장영역으로 변환시켜주는 태양광변환 소재를 실리콘 태양전지에 도입하는 것이다.
또한, 일반적으로 태양전지 또는 태양전지로 구성된 태양광 모듈은 옥외에 설치되어 열, 수분, 일교차, 및 오염원 등과 같은 외부 환경에 장시간 노출되기 때문에 이러한 외부 요인들로부터 영향을 받지 않도록 장기 내구성을 확보하는 것이 필수적이다. 봉지재의 내구성은 태양광 모듈의 내구성을 결정 하는 가장 중요한 요소이다.
상기 문제들을 해결하기 위해 기능성 첨가제를 봉지재에 분산시키기도 한다. 예를 들면, 자외선에 대한 내구성을 향상시키기 위해 자외선 안정제, 자외선 흡수제 또는 흡수제와 안정제를 함께 봉지재에 첨가하여 장기 내구성을 확보할 수 있다.
하지만, 자외선 흡수제의 경우 자외선 영역 근방의 빛은 태양전지로 입사할 수 없어 태양광 모듈의 전체 초기 출력이 저하되는 단점이 있다. 또한 절연성 향상 또는 수분 포집을 유도하기 위해 실리카, 마그네슘 하이드록사이드 등의 무기 입자를 도입하는 경우 봉지재의 일부 내구성은 향상시킬 수 있지만, 태양전지 전면부로 입사되는 태양광을 산란 또는 반사 시킴으로써 태양전지의 광 흡수를 방해할 수도 있다. 이처럼 상기 문제점들을 해결하기 위해 기능성 첨가제를 복수로 첨가하게 되면, 봉지재의 내구성은 향상시킬 수 있지만, 태양전지 또는 태양광 모듈의 전체 출력은 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하여, 태양전지의 광전변환 효율을 향상시킬 수 있는 태양광 변환 소재를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 광전변환율이 우수하면서도 내구성이 높은 태양전지용 봉지재 및 태양전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 발광성 수산화알루미늄 전구체를 포함하는 태양광변환 소재를 제공한다.
일 실시예에 의하면, 상기 수산화알루미늄 전구체는 알루미늄모노아세테이트, 알루미늄트리아세테이트, 알루미늄디아세테이트, 알루미늄트리에틸알루미늄, 트리메틸알루미늄, 알루미늄알콕사이드, 디에틸알루미늄클로라이드, 알루미늄설페이트, 알루미늄시아나이드, 알루미늄니트리트, 알루미늄 카보네이트, 알루미늄설피트, 알루미늄하이드록사이드, 알루미늄옥사이드, 알루미늄클로레이트, 알루미늄설파이드, 알루미늄 크로메이트, 알루미늄트리클로라이드, 알루미늄퍼클로레이트, 알루미늄니트레이트, 알루미늄퍼망가네이트, 알루미늄하이드로겐카보네이트, 알루미늄포스페이트, 알루미늄옥살레이트, 알루미늄하이드로겐포스페이트, 알루미늄티오설페이트, 알루미늄 클로리트, 알루미늄하이드로겐설페이트, 알루미늄디크로메이트, 알루미늄브로마이드, 알루미늄하이포클로리트, 알루미늄클로라이드헥사하이드레이트, 알루미늄 디하이드로겐포스페이트, 알루미늄포스피트, 알루미늄포타슘설페이트도데카 하이드레이트, 알루미늄브로메이트, 알루미늄니트라이드 또는 이들의 유도체 중의 어느 하나인 것이 바람직하다.
일 실시예에 의하면, 상기 태양광변환 소재는 Al(OH)3, AlOOH, 5Al2O3·2H2O, Al2O3 의 구조를 포함하는 것이 바람직하다.
일 실시예에 의하면, 상기 발광성 수산화알루미늄의 크기는 1 nm ~ 1000 μm 범위인 것이 바람직하다.
일 실시예에 의하면, 상기 발광성 수산화 알루미늄은 다공성 구조를 갖는 것이 바람직하다.
일 실시예에 의하면, 란탄계 이온 또는 이것을 포함하는 유도체;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
일 실시예에 의하면, 상기 란탄계 이온이 근적외선, 자외선 또는 가시광선 파장 영역에서 발광이 가능한 것이 바람직하다.
일 실시예에 의하면, 상기 근적외선 발광 란탄계 이온의 전구체는 Yb(ytterbium), Nd(neodymium), Er(erbium), Ho(holmium), Tm(thulium) 및 이것들을 포함하는 유도체 중 하나 이상인 것이 바람직하다.
일 실시예에 의하면, 상기 란탄계 이온 전구체가 가시광선 파장영역에서 발광 파장을 갖는 원소를 포함하는 것이 바람직하다.
일 실시예에 의하면, 상기 란탄계 이온 또는 그것을 포함하는 유도체는 상기 수산화알루미늄 전구체 100 중량부에 대하여 0.001~10 중량부 범위인 것이 바람직하다.
일 실시예에 의하면, 아로마틱 링 화합물 또는 이의 유도체를 더 포함하는 것이 바람직하다.
일 실시예에 의하면, 상기 아로마틱 링 화합물 또는 이의 유도체는 상기 수산화알루미늄 전구체 또는 이로부터 유래한 수산화알루미늄으로부터 10nm 이내에 위치하거나 또는 공유결합으로 형성한 상태인 것이 바람직하다.
일 실시예에 의하면, 상기 아로마틱 링 화합물은 탄소와 수소만으로 결합된 방향족 탄화수소 또는 고리를 만드는 탄소 원자의 일부가 탄소 이외의 산소, 질소, 황 원자로 치환된 방향족 헤테로 고리화합물 또는 상기 방향족 탄화수소 및 방향족 헤테로 고리화합물 분자 중 수소의 일부를 작용기로 치환한 유도체 중 어느 하나 이상인 것이 바람직하다.
일 실시예에 의하면, 상기 아로마틱 링 화합물은 푸란, 벤즈벤조푸란, 이소벤즈벤조푸란, 피롤, 인돌, 이소인돌, 티오펜, 벤즈벤조티오펜, 벤즈벤조티오펜, 이미다졸, 벤즈이미다졸, 퓨린, 피라졸, 인다졸, 옥사졸, 벤즈옥사졸벤족사졸, 옥사졸이속사졸, 벤즈옥사졸이속사졸, 티아졸, 벤즈벤조티아졸, 벤즈벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 피리딘, 퀴녹살린, 아크리딘, 피리미딘, 퀴나졸린, 피리다진, 신놀린, 프탈라진, 1,2,3-트리아진, 1,2,4-트리아진, 1,3,5-트리아진 및 그의 유도체 중 어느 하나 이상인 것이 바람직하다.
일 실시예에 의하면, 상기 태양광변환 소재의 입자 크기는 0.5 nm ~ 500 μm 범위인 것이 바람직하다.
일 실시예에 의하면, 상기 태양광변환 소재의 최대흡수파장은 200~500nm 사이, 바람직하게는 300~450nm에서 형성되는 것이 바람직하다.
일 실시예에 의하면, 상기 태양광변환 소재의 최대발광파장은 450nm ~1100nm에서 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 본 발명에 따른 태양광 변환 소재를 포함하는 태양전지용 봉지재를 제공한다.
일 실시예에 의하면, 상기 봉지재는 두께 100㎛ 이하의 필름 형태인 것이 바람직하다.
일 실시예에 의하면, 상기 EVA(ethylene vinyl acetate), POE(polyolefin elastomer), 가교된 PO(polyolefin), TPU(thermal 폴리우레탄), PVB (polyvinyl butyral), 실리콘, 실리콘/폴리우레탄 하이브리드, 또는 아이오노머인 것이 바람직하다.
일 실시예에 의하면, 상기 태양전지용 봉지재의 수지 100 중량부에 대하여 상기 태양광변환 소재는 0.0001 ~ 10 중량부, 바람직하게는 1~10중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 본 발명에 따른 태양광변환 소재 또는 태양전지용 봉지재를 포함하는 태양전지를 제공한다.
일 실시예에 의하면, 상기 태양광변환 소재가 상기 태양전지 전면 또는 태양전지 전면부 봉지재 후면에 코팅된 것이 바람직하다.
일 실시예에 의하면, 상기 코팅은, 스프레이 코팅 또는 스크린 코팅인 것이 바람직하다.
일 실시예에 의하면, 상기 태양전지의 봉지재는 에틸렌초산비닐(EVA, ethylene vinyl acetate), 폴리올레핀 엘라스토머 (POE, polyolefin elastomer), 가교 폴리올레핀(cross-linked polyolefin), 열가소성 폴리우레탄(TPU, thermal polyurethane), 폴리비닐부티랄(PVB, polyvinyl butyral), 실리콘(silicone), 실리콘/폴리우레탄 하이브리드(silicone/polyurethane hybrid), 및 이오노머(ionomer) 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
본 발명은 또한, 본 발명에 따른 태양전지용 봉지재가 태양전지의 전면 및 후면에 적층되고, 상기 태양전지 전면에 위치한 태양전지용 봉지재 전면에는 유리가 적층되고, 상기 태양전지 후면에 위치한 태양전지용 봉지재 후면에는 백시트가 적층되는 것이 바람직하다.
자외선 흡수 및 가시광선 발광 특성을 갖는 태양광변환 소재를 수지에 균일하게 분산시켜 태양광 모듈을 제조하는 경우, 자외선 흡수에 의한 자외선 차단 효과와 함께 가시광선 발광의 하향변환 효과를 기대할 수 있어 내구성과 함께 출력이 향상된 태양광 모듈을 제조할 수 있다.
또한, 수산화 알루미늄 소재 고유의 열 및 수분 흡수 특성에 의한 내열, 내습 효과에 의해 추가적으로 봉지재의 내구성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 이러한 발광 특성을 갖는 태양광변환 소재가 분산된 봉지재를 포함한 태양광 모듈은 장기 내구성 증가에 의해 장시간 옥외 노출에 따른 출력 저하를 방지할 수 있어 태양광 발전에 도움이 된다.
또한, 본 발명에 따른 태양광 변환 소재는 태양전지의 광전변환 효율이 낮은 자외선을 태양전지의 광전변환 효율이 높은 가시광선 및 근적외선 파장 영역으로 하나 또는 둘 이상의 광자를 방출할 수 있어 태양전지의 효율이 극대화된다.
더욱이, 본 발명에 따른 태양광 변환 소재는 아로마틱 링 화합물 및/또는 란탄계 이온을 발광성 수산화알루미늄 합성 단계에서 도입하여, 자외선 영역의 흡수를 보다 증가시켜 효과적인 하향변환이 가능하고, 동시에 자외선 차단에 의한 태양전지의 내구성을 향상시킬 수 있어 태양전지의 발전단가를 낮추고 장기 출력을 보장할 수 있다.
태양광 변환 소재를 태양전지 전면 또는 태양전지 전면부 봉지재 후면에 코팅할 경우, 태양전지의 효능을 올릴 수 있다. 태양전지에 소재를 직접 코팅할 경우, 하향변환을 유도하여 출력 향상을 시키는데 도움을 준다.
또한, 상기 태양광 변환 소재가 봉지재와 태양전지의 계면에 위치하는 경우 비반사 코팅 효과에 의한 광생성 전류 증가, 모듈의 강화 유리에서 발생하는 Na+ 이온 포집에 의한 태양광 모듈의 anti-PID(potential induced degradation) 효과, 자외선 차단 및 방열 특성에 의한 anti-LeTID (light and elevated temperature induced degradation) 효과를 기대할 수도 있다.
도 1은 발광성 수산화 알루미늄이 분산된 봉지재 및 이를 포함한 태양전지, 태양광 모듈의 단면 모식도이다.
도 2는 자외선 흡수와, 가시광선 및 근적외선 발광에 대한 수산화알루미늄 발광 원리를 나타내는 모식도이다. (a) 가시광선 발광 원리, (b) 가시광선 및 근적외선 발광 원리.
도 3은 발광성 수산화 알루미늄의 흡수 및 발광 스펙트럼이다. (점선은 흡수, 실선은 발광 스펙트럼)
도 4는 근적외선 발광 수산화알루미늄의 여기 및 발광 스펙트럼이다: (a) Yb 도핑; (b) Ce, Yb 도핑; (c) Tb, Yb 도핑; (d) Yb, 2-나프토산 도핑.
도 5는 근적외선 발광 수산화알루미늄의 2-나프토산 도핑에 따른 발광세기 변화를 나타내는 스펙트럼이다.
도 6은 발광성 수산화알루미늄과 아로마틱 링 화합물 및 그의 유도체를 포함하는 발광성 수산화알루미늄의 흡수 및 발광 스펙트럼이다:
(a), (d) 발광성 수산화알루미늄(AlOH)의 흡수와 발광 스펙트럼;
(b), (e) 2-나프토산을 포함하는 발광성 수산화알루미늄(AlOH-NA)의 흡수와 발광 스펙트럼;
(c), (f) 1,2,3,4-tetrahydrocarbazole-4-one을 포함하는 발광성 수산화알루미늄 (AlOH-CA)의 흡수와 발광 스펙트럼.
도7은 발광성 수산화알루미늄 (a) AlOH와 (b) AlOH-NA의 시분해형광 스펙트럼이다.
도 8는 태양광 봉지재에 발광성 수산화 알루미늄 및 자외선 흡수제의 도입 전/후의 전체 투과도 스펙트럼이다(이점 쇄선은 EVA 봉지재, 일점 쇄선은 EVA-AlOH 0.1, 실선은 EVA-AlOH 0.5, 점선은 EVA-C81 0.2 봉지재의 전체 투과도 스펙트럼).
도 9는, (a) UV Aging 및 (b) Damp-Heat Aging 2000시간 경과 후 발광성 수산화 알루미늄의 도입 전 후의 봉지재의 전체 투과도 스펙트럼이다.
도 10은 표 5 및 표 6의 태양전지 2번과 실시예 4의 AlOH-NA-Yb가 코팅된 Cell의 외부양자효율 스펙트럼이다.
도 11는 표 5 및 표 6의 태양전지 2번과 실시예 4의 AlOH-NA-Yb가 코팅된 Cell의 전체 반사도 변화를 측정한 스펙트럼이다.
도 12는 발광성 수산화알루미늄의 실리콘 태양전지 코팅 전, 후의 외부양자효율 스펙트럼이다.
도 13은 발광성 수산화알루미늄의 실리콘 태양전지 코팅 전, 후의 반사도 스펙트럼이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 이는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 본 발명은, 자외선 흡수 및 가시광선 발광 특성을 갖는 발광성 수산화 알루미늄을 포함하는 것을 태양광변환 소재를 제공한다.
태양광변환 소재는 광변환 방법에 따라 하향변환과 상향변환으로 크게 두 가지로 나뉜다.
먼저, 하향변환(down-conversion)은 실리콘 밴드갭 보다 높은 에너지를 갖는 단파장(예를 들면 자외선)의 광자(photon) 하나를 흡수하여 실리콘이 흡수를 잘할 수 있는, 낮은 에너지를 갖는 장파장 영역의 하나의 광자로 변환시켜주는 down-shifting과, 흡수한 파장의 2배 이상 장파장의 낮은 에너지 영역에서 두 개 이상의 광자들로 변환시켜주는 quantum-cutting으로 나뉜다.
이와 반대로 실리콘의 밴드갭 보다 에너지가 작아서 실리콘에 흡수되지 못하고 투과되는 적외선 영역의 두 개의 광자를 흡수하여 실리콘에서 흡수가 용이한 높은 가시광선 영역의 하나의 광자로 변환시켜 주는 기술을 상향변환(up-conversion)이라 한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 발광성 수산화알루미늄 전구체; 및 란탄계 이온 또는 이것을 포함하는 유도체;를 포함하는 태양광변환 소재를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 발광성 수산화알루미늄 전구체; 아로마틱링 화합물 또는 이의 유도체;를 포함하는 태양광변환 소재를 제공한다.
본 발명은 저가의 발광성 수산화알루미늄을 포함하는 효율이 향상된 태양광변환 소재 및 이를 포함하는 태양전지에 관한 것으로, 이 소재를 태양전지와 태양광이 입사하는 전면의 봉지재 계면에 위치시키거나, 봉지재에 분산 시켜 하향변환, 비반사 코팅 효과 및 내구성 향상을 유도하여 단락전류 증가에 따른 광전변환 효율을 향상시키는 기술에 관한 것이다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 태양광 모듈의 단면 모식도이다.
도 1에 의하면, 빛이 입사되는 전면부터 유리/봉지재/태양전지/봉지재/백시트(back sheet) 순서로 적층한 후 라미네이션(lamination)을 통해 실리콘 태양전지 모듈을 제조할 수 있다.
<태양광변환 소재>
본 발명에서는 태양광 변환 효율의 향상 및 봉지재 내구성 향상이 가능한 태양광변환 소재를 제조하기 위하여, 저가의 소재이면서 뛰어난 흡수 및 발광 특성, 내열, 내습성 등의 특성을 갖는 발광성 수산화 알루미늄을 사용한다.
상기 발광성 수산화 알루미늄은 Al(OH)3, AlOOH, 5Al2O3·2H2O, Al2O3 등의 구조를 포함할 수 있고, 본 발명에서는 상기 구조를 이하 알루미늄 히드록시드, AlOH 또는 수산화 알루미늄이라 표기 한다.
상기 발광성 수산화 알루미늄 전구체는 알루미늄 모노아세테이트, 알루미늄 트리아세테이트, 알루미늄 디아세테이트, 알루미늄 트리에틸알루미늄, 트리메틸 알루미늄, 알루미늄 알콕시드, 디에틸알루미늄 클로라이드, 알루미늄 설페이트, 알루미늄 시아나이드, 알루미늄 니트라이트, 알루미늄 카보네이트, 알루미늄 설파이트, 알루미늄 히드록시드, 알루미늄 옥시드, 알루미늄 클로레이트, 알루미늄 설파이드, 알루미늄 크로메이트, 알루미늄 트리클로라이드, 알루미늄 퍼클로레이트, 알루미늄 니트레이트, 알루미늄 퍼망가네이트, 알루미늄 히드로겐 카보네이트, 알루미늄 포스페이트, 알루미늄 옥살레이트, 알루미늄 히드로겐 포스페이트, 알루미늄 티오설페이트, 알루미늄 클로라이트, 알루미늄 히드로겐 설페이트, 알루미늄 디크로메이트, 알루미늄 브로마이드, 알루미늄 히포클로라이트, 알루미늄 클로라이드 헥사히드레이트, 알루미늄 디히드로겐 포스페이트, 알루미늄 포스파이트, 알루미늄 포타슘 설페이트 도데카히드레이트, 알루미늄 브로메이트, 알루미늄 니트라이드 및 이들의 유도체 중 어느 하나이다.
일 실시예에 의하면, 상기 발광성 수산화 알루미늄은 다공성 구조를 갖는 것이 바람직하다. 상기 제조된 발광성 수산화 알루미늄은 전구체, 용매, 불순물 또는 열분해 반응 온도, 시간 등의 변수에 따라 다공성을 갖도록 합성할 수 있는데, 다공성을 갖는 경우 표면적이 증가하여 봉지재의 내습, 내열 등의 내구성이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 태양광변환 소재는 란탄계 이온 또는 이것을 포함하는 유도체를 더 포함하는 것이 바람직하다.
특히, 근적외선 발광이 가능한 란탄계 이온을 도입하면, 자외선 흡수 및 가시광선, 근적외선 동시 발광이 가능하여 가시광선과 근적외선 파장 영역에서 뛰어난 발전효율을 갖는 고효율 태양전지에 적용하는 경우 보다 높은 광전변환율을 구현할 수 있다.
또한, 자외선 파장영역의 높은 에너지를 수산화알루미늄이 흡수하여 근적외선 발광이 가능한 란탄계 이온으로 전달되는 경우 흡수 파장의 2배 이상 되는 장파장의 낮은 에너지를 갖는 근적외선 파장 영역에서 광자 2개가 방출되어 태양전지의 광전변환율을 극대화할 수 있다.
상기 란탄계 이온은 근적외선, 자외선, 또는 가시광선 파장 영역에서 발광이 가능하다.
본 발명에 일 실시예에 의하면, 근적외선 발광을 유도하기 위하여, 란탄계 이온을 일부 도입할 수 있다. 800nm 이상 장파장의 근적외선 영역에서 발광이 가능한 근적외선 발광 란탄계 전구체로 Yb(ytterbium), Nd(neodymium), Er(erbium), Ho(holmium), Tm(thulium) 등이 있으며, 태양전지의 외부양자효율 특성에 따라 태양전지의 광전변환 효율이 높은 파장에서 발광 스펙트럼을 갖는 이온을 선택하여 수산화 알루미늄에 도핑할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 근적외선 발광이 가능한 란탄계 이온을 선택하며, 예를 들어 Yb을 선택한 경우에, Yb의 전구체로서, Yb을 포함하는 모든 유도체가 사용될 수 있다. 예를 들어, 이터븀(ytterbium) 트리플루오로메탄술포네이트, 이터븀 트리플루오로메탄술포네이트 히드레이트, 이터븀 클로라이드, 이터븀 플루오라이드, 이터븀 요오다이드, 이터븀 클로라이드 히드레이트헥사히드레이트, 이터븀 플루오라이드, 이터븀 옥시드, 이터븀 니트레이트 펜타히드레이트, 이터븀 아세테이트 히드레이트세트라히드레이트, 이터븀 아세테이트 히드레이트, 이터븀 폴리스티렌술포네이트, 3-히드록시-2-나프토익(2-히드록시벤질리덴)히드라지드, 이터븀 아이소프로폭시드, 이터븀 브로마이드, tris[N,N-bis(트리메틸실릴)아미드]이터븀 등이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 또한, 발광성 수산화알루미늄에서 근적외선으로 효과적인 에너지 전이를 유도하기 위해, 가시광선 파장영역에서 발광 파장을 갖는 Ce, Tb, Eu 등을 포함시킨 란탄계 이온 전구체를 함께 도핑할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 란탄계 이온 또는 그것을 포함하는 유도체는 상기 수산화알루미늄 전구체 100 중량부에 대하여 0.001 ~ 10 중량부 범위로 포함될 수 있다. 란탄계 이온이 알루미늄 전구체 100 중량부에 대하여 0.001 ~10 중량부의 범위를 벗어나 과량 도입되는 경우에는 란탄계 이온의 응집 현상에 의해 소광(quenching) 되어 발광성능이 저하될 수 있고, 소량 도입되는 경우에는 발광성 수산화알루미늄에서 란탄계 이온으로의 에너지 전이가 제한될 수 있어 하향변환 효과를 기대하기 어렵다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 불순물 또는 아로마틱 링 화합물 및 그것의 유도체를 적절히 첨가하는 경우 수산화알루미늄의 trap state가 변화될 수도 있으며, 발광파장의 위치도 그에 의존하여 조절된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 아로마틱 링 화합물 또는 그것을 포함하는 유도체는 상기 수산화알루미늄 전구체 100 중량부에 대하여 0.001 ~ 10 중량부 범위로 포함될 수 있다
또한 아로마틱 링 화합물 및 그것의 유도체에서 흡수한 빛이 trap emission 보다 높은 에너지에 위치하는 경우에는 아로마틱 링 화합물 및 그것의 유도체에서 수산화알루미늄의 trap state로 에너지 전이(energy transfer)가 가능하다. 이 경우 추가적인 에너지 전이에 의해 근적외선 발광 수산화알루미늄의 발광 세기가 증폭하게 된다. 즉, 아로마틱 링 화합물 및 그것의 유도체가 자외선 파장영역의 빛을 포획하여 수산화 알루미늄에 전달해주는 안테나 역할을 하게 되는 것이다.
따라서, 수산화알루미늄 단독인 경우보다 아로마틱 링 화합물 및 그 유도체가 함께 있는 경우에 효과적인 자외선 흡수 및 보다 강한 가시광선 및 근적외선 발광을 구현할 수 있게 된다. 또한, trap state 위치가 낮아짐으로써 발광파장이 보다 장파장으로 이동하여 흡수 파장과 발광 파장의 차이인 Stokes shift가 커져 소재에서 방출되는 빛의 재흡수(reabsorption)를 줄일 수 있다.
아로마틱 링 화합물 및 그의 유도체에서 수산화알루미늄으로의 효과적인 에너지 전이를 위해서는 두 소재간 거리가 10nm 이내에 위치해 있거나 공유결합으로 결합을 형성하고 있어야 한다. 따라서 상기 아로마틱 링 화합물은 상기 수산화알루미늄 전구체 또는 이로부터 유래한 수산화알루미늄으로부터 10nm 이내에 위치하거나 또는 공유결합으로 형성한 상태인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 아로마틱 링 화합물은 탄소와 수소만으로 결합된 방향족 탄화수소 또는 고리를 만드는 탄소 원자의 일부가 탄소 이외의 산소, 질소, 황 원자로 치환된 방향족 헤테로 고리화합물 또는 상기 방향족 탄화수소 및 방향족 헤테로 고리화합물 분자 중 수소의 일부를 작용기로 치환한 유도체 중 어느 하나 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 아로마틱 링 화합물은, 푸란, 벤즈벤조푸란, 이소벤즈벤조푸란, 피롤, 인돌, 이소인돌, 티오펜, 벤즈벤조티오펜, 벤즈벤조티오펜, 이미다졸, 벤즈이미다졸, 퓨린, 피라졸, 인다졸, 옥사졸, 벤즈옥사졸벤족사졸, 옥사졸이속사졸, 벤즈옥사졸이속사졸, 티아졸, 벤즈벤조티아졸, 벤즈벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 피리딘, 퀴녹살린, 아크리딘, 피리미딘, 퀴나졸린, 피리다진, 신놀린, 프탈라진, 1,2,3-트리아진, 1,2,4-트리아진, 1,3,5-트리아진 및 그의 유도체 중의 하나 이상으로부터 선택될 수 있다.
상기 태양광 변환 소재는 수열(hydrothermal), 졸-젤(sol-gel), 열분해(thermal decomposition) 합성 방법 등을 이용하여 제조될 수 있다. 본 발명에서는 열분해 합성방법을 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명의 범위가 이에 국한되지는 않는다.
상기의 열분해 합성방법으로 발광성 수산화 알루미늄을 합성하는 경우에는, 상기 알루미늄 전구체의 열분해 온도보다 높은 끓는점을 갖는 물질을 용매로 활용할 수 있다. 예를 들어 헥사데실아민 (hexadecylamine), 1-에이코센 (1-eicosene), 1-옥타데센 (1-octadecene), 도코산 (docosane), 페닐에테르 (phenyl ether), 벤질에테르 (benzyl ether), 옥틸에테르 (octyl ether), 올레산 (oleic acid), 올레이라민 (oleylamine), 폴리아이소부틸렌 (polyisobutylene) 등 200oC 이상의 높은 끓는 점을 갖는 물질을 용매로 활용한다.
상기 용매는 용매로 작용할 수도 있고 탄소, 카르보닐 라디칼 (carbonyl radical), 옥살릭 포스포릭(oxalic phosphoric) 라디칼, 황산 (sulfuric acid) 등의 불순물을 제공하여 발광특성을 조절하거나 발광성능을 추가적으로 개선하는 역할을 할 수도 있다. 또한 추가적으로 열분해 합성 단계에서 알킬(alky)(C1 ~ Cn) 아세테이트(acetate) 등의 불순물을 첨가하여 흡수 및 발광 특성과 같은 광특성을 조절할 수도 있다.
또한, 열분해 합성 단계에서 빛의 흡수, 특히 자외선 파장 영역에서 높은 흡광계수를 갖는 아로마틱 링 화합물 및 그것의 유도체를 적절히 첨가하는 경우 근적외선 발광 수산화알루미늄의 흡수, 발광 증가 및 큰 Stoke's shift 등을 유도할 수 있다. 따라서, 열분해 합성 단계에서, 상기 아로마틱 링 화합물을 상기 수산화알루미늄 전구체, 란탄계 이온과 함께 첨가한다.
상기 알루미늄 전구체 중 하나 이상, 상기 란탄계 이온 중 하나 이상, 아로마틱 링 화합물 및 그 유도체들 중 하나를 상기 용매에 분산시킨 후 알루미늄 전구체의 열분해 온도에서 반응한다. 반응이 종결되면 생성물을 분리 및 정제하여 최종 발광성 수산화 알루미늄(태양광 변환 소재)을 얻을 수 있다.
열분해 합성에 의해 생성된 수산화알루미늄이 발광특성을 나타내는 원인은 금속 산화물 내의 결함(defects)로부터 나타나는 trap emission이다. Trap emission은 소재의 결함이 존재할 때 바닥 상태(ground state)와 여기 상태 (excited state) 사이에 또 다른 에너지 준위인 trap state가 형성되고, 외부 에너지에 의해 바닥상태에서 여기 상태로 전이된 전자는 결함으로 인해 생성된 더 낮은 에너지 준위로 안정화되어 이동하게 되며, 최종 바닥상태로 전이되면서 빛을 방출하게 된다(도 2 (a)). 이때 근적외선 발광이 가능한 란탄계 이온 중 하나 이상을 소량 도핑하게 되면, 수산화알루미늄에서 란탄계 이온으로 에너지 전이가 일어나 수산화알루미늄 발광파장의 2배 이상 장파장의 낮은 에너지에서 근적외선 발광이 나타난다. 특히, 근적외선 발광 파장영역에서 2개 이상의 광자가 방출될 수도 있다 (도 2(b)).
.
태양광변환 소재는 태양전지의 전면부에 위치하기 때문에 태양전지로 입사하는 태양광의 파장보다 크기가 작은 입자가 유리하다. 만약 태양광의 파장과 유사하거나 큰 입자 크기를 갖는다면, 입사하는 태양광이 산란 또는 반사되어 전체 태양전지의 효율이 오히려 감소할 수도 있다. 따라서, 태양광변환 소재의 입자 크기는 0.5nm~500㎛, 바람직하게는 1nm ~100㎛ 이하의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 발광성 수산화 알루미늄은 절대 발광효율(absolute quantum yield)가 40% 이상인 것이 바람직하다.
도 3는 열분해 합성방법으로 제조된 발광성 수산화 알루미늄의 흡수 및 발광 스펙트럼을 나타낸다. 보다 구체적으로는 점선은 수산화 알루미늄의 흡수 스펙트럼으로 450nm에서 흡수를 시작하여 자외선 영역에서 강한 흡수를 보이며, 실선은 발광 스펙트럼으로 526 nm에서 최대 발광피크를 보인다.
상기 태양광변환 소재를 실리콘 태양전지에 적용하기 위해서는 자외선 파장 영역에서 흡수가 있고, 가시광선 및 근적외선 파장 영역에서 발광 특성을 가져야 한다. 구체적으로 태양광변환 소재의 흡수 파장 영역은 200~500nm에서 형성되는 것이 바람직하다. 또한 발광 파장 영역은 450nm 이상, 바람직하게는 450nm~1100nm에서 형성되는 것이 바람직하다.
특히, 태양광변환 소재는 흡수 파장과 발광 파장 영역이 중첩되지 않는 것이 바람직하며, Stokes shift가 큰 소재가 유리하다. 그 이유는 흡수 파장과 발광 파장이 중첩되는 경우 소재에서 방출되는 빛을 다시 흡수하는 재흡수가 손실로 작용하기 때문이다.
상기 제조된 발광성 수산화알루미늄은 전구체, 용매, 불순물 또는 열분해 반응 온도, 시간 등의 변수에 따라 다공성을 갖도록 합성할 수 있는데, 다공성을 갖는 경우 표면적이 증가하여 태양광 모듈의 내습, 내열 등의 내구성이 향상될 수 있다.
태양광변환 소재, 특히 하향변환 소재에서 요구되는 특성으로는 높은 발광효율, 높은 흡광계수, 높은 광 안전성, 자외선 흡수, 가시광선 파장 이하 발광 및 큰 Stoke's shift (최대 흡수 파장과 최대 발광 파장 간 파장 차이 (Δλ=λem-λab) 등이 있다.
하향변환 소재를 태양전지에 적용하기 위해서는 상기 요구특성들을 적절하게 충족시켜야 하며, 그렇지 않은 경우 오히려 태양전지의 효율이 감소할 수도 있다. 예를 들어, 낮은 발광효율 소재를 태양전지 전면부에 도입하는 경우 태양광을 흡수는 하되 가시광선으로 변환시켜 주지 못하므로, 태양전지의 태양광 흡수를 오히려 방해할 수도 있다.
또한, 낮은 흡광계수를 갖는 소재는 발광효율이 높더라도 흡수효율 자체가 낮아 하향변환 효과를 기대하기 어렵다. 자외선 파장영역 보다 낮은 가시광선 파장영역에서 흡수가 있는 소재의 경우, 상용화된 실리콘 태양전지는 이미 가시광선 파장영역에서 광전변환 효율이 90% 수준으로 높기 때문에 추가적인 하향변환 효과를 기대할 수 없다. 더욱이 작은 Stoke's shift를 갖는 소재는 흡수 파장과 발광 파장의 중첩도가 커서 방출된 빛의 재흡수(reabsorption)에 의한 손실이 있을 수 있어 효과적인 하향변환 효과를 기대하기 어렵다.
한편, quantum-cutting을 유도하는 경우 태양전지가 흡수할 수 없는 단파장의 광자를 태양전지의 변환 효율이 높은 장파장의 광자 두 개 이상으로 방출되어 태양전지의 효율을 비약적으로 향상시킬 수 있다.
일 실시예에 의하면 상기 태양광변환 소재는 광투과성 수지에 분산되어 제조된 두께 100㎛ 이하의 필름 형태로 사용되는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명에 따라 제조된 태양광변환 소재가 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있는 우수한 태양광변환 소재인 것을 입증하기 위하여 도면을 참조로 하여 설명한다.
도 4는 이렇게 제조한 근적외선 발광 수산화알루미늄의 여기(excitation) 및 발광(emission) 스펙트럼을 나타낸다. 도 4a는 Yb만 도핑된 근적외선 발광 수산화알루미늄의 여기 및 발광 스펙트럼이다. Xe lamp를 여기광원으로 이용하여 350nm의 자외선을 조사하는 경우 450nm 근방의 청색 발광(이점 쇄선)과 1000nm 근방의 근적외선 발광(점선)이 동시에 나타난다. 근적외선 발광 수산화알루미늄에서 방출되는 가시광선 및 근적외선 발광이 어느 파장 영역을 흡수하여 발현되는지 확인하기 위해 여기(excitation) 스펙트럼을 분석하였다.
도 4(a)의 이점 쇄선은 450nm 발광의 여기 스펙트럼이고, 점선은 1000nm 발광의 여기 스펙트럼을 나타낸다. 즉, 가시광선 및 근적외선 발광은 모두 300nm ~ 500nm 범위의 자외선 영역의 파장을 흡수하여 나타나는 것임을 확인하였다. 또한, 도 4(b), (c)에서 Ce, Tb을 각각 추가 도입하는 경우에도 Ce과 Tb의 발광피크는 관찰되지 않고, 수산화알루미늄과 Yb의 발광피크만 관찰되는 것으로 보아 수산화알루미늄, Ce (또는 Tb), Yb 순으로 효과적인 에너지 전이가 일어남을 확인 하였다.
한편, 도 4(d)는 아로마틱 링 화합물 및 그 유도체 중 하나로 2-나프토산을 Yb과 함께 도입하여 제조한 근적외선 발광 수산화알루미늄의 여기 및 발광 스펙트럼을 나타낸다. 도4(d)에서 이점 쇄선과 점선은 발광 스펙트럼으로 각각 500 nn, 1000nm 근방에서 최대발광 피크를 나타낸다. 2-나프토산을 첨가하는 경우 도 4(a)와 비교하여 최대 발광피크가 50nm 정도 장파장으로 이동함을 알 수 있는데, 이는 2-나프토산 도입에 의해 상기에서 설명하였듯이 trap state가 변화하였음을 의미하며, 발광스펙트럼의 장파장 이동으로 재흡수 손실이 감소하였음을 의미하기도 한다. 또한, 근적외선 파장 영역에서 Yb의 발광 피크가 관찰되는 것으로 보아 2-나프토산, 수산화알루미늄, Yb 순으로 효과적인 에너지 전이가 구현됨을 알 수 있었다. 도 4(a) ~ (c)에서 설명한 것처럼 여기 스펙트럼 관찰을 통해 500nm, 1000nm 근방의 가시광선 및 근적외선 발광은 모두 300nm ~ 500nm 범위의 자외선 영역의 파장을 흡수하여 나타나는 것임을 확인하였다(도 4(d)).
도 5은 Yb 단독 또는 Yb과 2-나프토산을 함께 첨가한 근적외선 발광 수산화알루미늄의 발광 스펙트럼을 나타낸다. 점선은 Yb만 단독으로 도핑된 발광스펙트럼이고, 실선은 Yb과 2-나프토산을 함께 도입한 발광스펙트럼으로, 2-나프토산이 첨가되는 경우, 자외선 흡수가 증가함에 따라 수산화알루미늄의 발광증폭 및 Yb로의 효과적인 에너지 전이가 가능해서 Yb의 발광 세기가 증가함을 확인하였다.
도 6는 발광성 수산화알루미늄 복합체의 흡수 및 발광 스펙트럼을 나타낸다. 도 6a와 6d는 각각 수산화알루미늄 단독(AlOH)의 흡수 및 발광 스펙트럼으로 450nm에서 흡수를 시작하여 자외선 영역에서 흡수를 보인다. 또한, 390nm, 465nm, 514nm에서 발광 특성 피크를 나타내며, 최대 발광 파장은 465nm이다. 도 6b와 6e는 2-나프토산을 알루미늄 전구체와 함께 합성단계에서 도입하여 제조한 발광성 수산화알루미늄(AlOH-NA)의 흡수 및 발광 스펙트럼을 나타낸다. 수산화알루미늄 단독 AlOH의 경우와 유사하게 450nm에서 흡수를 시작하며 380nm 파장영역에서 강한 흡수를 보인다. 한편, 최대 발광파장은 520nm로써 AlOH와 비교하여 55nm 정도 장파장으로 이동하였다. 도 2c와 2f는 1,2,3,4-tetrahydrocarbazole-4-one을 알루미늄 전구체와 함께 합성단계에서 도입하여 제조한 발광성 수산화알루미늄 (AlOH-CA)의 흡수 및 발광 스펙트럼을 나타내는 것으로 500nm 영역에서부터 흡수를 시작하여 370nm에서 강한 흡수를 나타낸다. 한편, 최대발광 파장은 530nm로써 AlOH와 비교하여 65nm 정도 장파장으로 이동하였다. 도 6의 결과로부터 열분해 합성단계에서 아로마틱 링 화합물을 도입하는 경우 자외선 영역의 흡수가 향상되고, 최대 흡수 파장과 발광 파장 간 차이가 더욱 증가함으로써 재흡수에 의한 손실을 최소화할 수 있다.
아로마틱 링 화합물 및 그의 유도체 첨가에 의한 발광성 수산화알루미늄의 발광 특성 변화 및 아로마틱 링 화합물 및 그의 유도체에 의한 에너지 전이 효과는 시분해형광분석(time-resovled fluorescence, TRF) 을 통해 보다 명확하게 이해할 수 있다.
도 7a와 7b는 AlOH와 AlOH-NA의 TRF 스펙트럼을 나타내며, 이 스펙트럼을 통해 평균 소멸시간(average lifetime, τave)을 계산할 수 있다. 도7a는 AlOH의 발광파장 400nm, 450nm, 500nm에서 각각 관측한 것으로 평균 소멸시간(τave)은 각각 1.07ns, 2.19 ns, 3.39 ns 있었다. 한편, 도 7b는 AlOH-NA의 발광파장 400nm, 450nm, 500nm, 520nm에서 각각 관측한 것으로 차장별 AlOH-NA의 평균 소멸시간이 AlOH의 평균 소멸시간보다 큰 것을 알 수 있는데, 이 그래프를 기반으로 계산한 평균 소멸시간(τave)은 각각 1.21 ns, 8.18ns, 11.25ns, 11.84ns이었다. 이는 NA에 의해 흡수된 자외선이 AlOH로 에너지 전이되어 AlOH의 발광에 따른 평균 소멸시간이 전반적으로 지연되었음을 의미한다. 즉, 아로마틱 링 화합물 또는 그 유도체를 합성단계에서 함께 도입하는 경우, 자외선 영역의 빛의 강한 흡수 및 효과적인 에너지 전이가 구현됨을 알 수 있으며, 이를 통해 자외선 파장 영역의 빛을 가시광선 파장 영역의 빛으로 변환하는 효과적인 하향변환이 가능함을 의미한다.
상기에서 합성한 태양광변환 소재를 태양전지에 도입하는 방법은, 소재가 도입되는 위치에 따라, 실리콘 태양전지를 보호하는 역할의 봉지재에 분산시켜 시트(sheet) 형상으로 제조하는 방법, 실리콘 태양전지 전면에 직접 도포하는 방법, 태양전지 전면과 접합하는 봉지재 표면에 도포하는 방법 등이 있을 수 있다.
<태양전지용 봉지재>
상기 태양광변환 소재를 수지에 분산시켜 시트 형상으로 제조하여 태양광 모듈 제조에 이용한다.
먼저, 태양전지의 봉지재는 에틸렌초산비닐(EVA, ethylene vinyl acetate), 폴리올레핀 엘라스토머(POE, polyolefin elastomer), 가교 폴리올레핀 (cross-linked polyolefin), 열가소성 폴리우레탄 (TPU, thermal polyurethane), 폴리비닐부티랄 (PVB, polyvinyl butyral), 실리콘(silicone), 실리콘/폴리우레탄 하이브리드 (silicone/polyurethane hybrid), 이오노머(ionomer) 등의 소재를 이용하며, EVA 또는 POE가 가장 많이 이용된다.
일반적으로 태양광변환 소재를 봉지재 내부에 도입하여 태양전지 전면에 위치시킨 후 열접착(lamination)을 통해 태양전지 모듈을 제조하는 방법이 많이 보고되고 있으며 상업 생산에 적용되는 사례도 있다.
하지만, 이 경우에는 봉지재를 구성하는 EVA 또는 POE 등의 고분자의 굴절률(n ~ 1.4)과 실리콘 태양전지 표면 SiNx의 굴절률(n ~ 2.5)의 큰 차이로 봉지재 내부의 광변환 소재에서 방출되는 빛이 태양전지로 진행하지 못하고 봉지재 내부의 내부 전반사에 의한 광도파(waveguide) 현상이 우세해져 봉지재 시트 측면으로 진행하게 된다. 이러한 현상은 태양전지 측면에서 광손실로 작용할 수 있게 된다.
<태양전지 표면에 도포>
이와는 반대로 태양광변환 소재가 태양전지 표면 또는 봉지재 표면에 도포되는 경우에는 봉지재와 태양전지의 계면에 위치하게 되어 수μm 또는 수십 μm 의 실리콘 텍스쳐링(texturing) 구조에 의해 빛이 측면으로 진행하지 못하고 태양전지 내부로 진행하게 된다. 또한, 태양광변환 소재가 봉지재의 굴절률(n ~ 1.4)과 태양전지 표면의 굴절률(n ~ 2.5) 사이 값을 갖게 조절할 수 있다면 스넬의 법칙(Snell's law)에 따라 봉지재, 광변환 소재, 태양전지 방향으로 빛의 진입이 매우 유리해져 태양전지 측면에서 빛을 보다 활용할 수 있게 됨으로써 광전변환 효율을 향상시킬 수 있게 된다. 즉, 태양광변환 소재의 하향변환 효과와 함께 비반사 코팅 효과를 모두 기대할 수 있다.
태양광변환 소재를 용매에 분산하면, 태양전지 표면에 도포할 수 있는데, 상기의 태양전지 표면에 도포하는 방법으로는 스핀 코팅(spin coating), 바 코팅(bar coating), 스프레이 코팅(spray coating), 딥 코팅(dip coating), 스크린 프린팅(screen printing) 등이 있을 수 있다. 또한, 봉지재에 도포하는 경우에도 스핀 코팅 방법을 제외하고 모두 적용 가능하다.
<태양전지 모듈/태양전지>
본 발명의 일 실시예에 의하면, 실리콘 태양광 모듈의 경우에는 도 1의 모식도와 같이 빛이 입사되는 전면부터 유리/봉지재/태양전지/봉지재/백시트(back sheet) 순서로 적층 한 후 라미네이션 (lamination)을 통해 실리콘 태양전지 모듈을 제조할 수 있는데, 발광성 수산화 알루미늄은 전면부 봉지재 또는 전면부와 후면부 봉지재에 모두 분산될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 태양전지를 구성하는 소재의 종류와 크기는 이에 국한되지 않으며, 예를 들면, 본 발명은 유기태양전지(organic photovoltaic cells, OPV), 셀렌화구리인듐갈륨(copper indium gallium selenide, CIGS), CdTe (cadmium telluride), Perovskite 등의 반도체 기반 태양전지, 실리콘 기반 태양전지, 및 반도체-실리콘 탠덤(tandem) 구조 기반 태양전지 등 소재의 종류와 무관하게 적용 가능하며, 태양전지의 광전변환 효율 향상을 특징으로 하는 태양전지에 관한 것이다.
다만, 설명을 위하여, 6 인치(inch) 다결정 실리콘 태양전지를 이용하며, 설명하였다.
본 발명에서는 태양광변환 소재의 상업적 생산 적용을 고려하여 빠르고 균일한 도포가 가능한 스프레이 코팅 방법을 이용하였으며, 이에 국한되지는 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하기로 하지만, 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예들에 한정되는 것은 아니다.
제조예 1: 태양광변환 소재의 제조(수산화알루미늄 전구체)
알루미늄 아세테이트 10 g을 1-옥타데센 용매 100 ml에 혼합한 뒤 교반 상태에서 300oC 에서 30분간 열분해 반응을 진행한다. 반응 종료 후 원심 분리를 통해 수산화 알루미늄을 분리, 톨루엔 용매 10 ml에 재분산한다. 도 3는 이렇게 제조된 발광성 수산화 알루미늄 용액의 UV-Vis spectrum과 photoluminescence spectrum을 나타내며, 점선은 흡수, 실선은 발광 스펙트럼을 의미한다. 수산화알루미늄의 각 함량에 따라 각각 실시예 1 및 2로 하였다.
제조예 2: 태양광변환 소재의 제조(수산화알루미늄 전구체 + 란탄계 이온)
알루미늄 아세테이트 10g을 1-옥타데센 용매 10ml에 혼합한다. 이 혼합용액에 상기 제시된 근적외선 발광 란탄계 이온 중 이터븀(III) 아세테이트 히드레이트를 알루미늄 전구체 대비 0.2wt%로 추가한 뒤 교반 상태에서 300℃에서 30분간 열분해 반응을 진행한다. 반응 종료 후 원심 분리를 통해 수산화 알루미늄을 분리하고, 톨루엔 용매 10ml에 재분산한다. 이렇게 합성된 태양광변환 소재를 실시예 3에 사용하였고, 이터븀(III) 아세테이트 히드레이트를 첨가하지 않고 합성한 태양광변환 소재를 비교예 5에 사용하였다.
제조예 3: 태양광변환 소재의 제조(수산화알루미늄+아로마틱 링 화합물)
알루미늄 아세테이트 10 g을 1-옥타데센 용매 100 ml에 혼합한 뒤 교반 상태에서 300℃에서 30분간 열분해 반응을 진행한다. 반응 종료 후 원심 분리를 통해 수산화알루미늄을 분리하고, 톨루엔 10 ml에 재분산하였다.
발광특성을 제어를 하고자 아로마틱 링 화합물로서 3-히드록실-2-나프토산을 알루미늄 전구체인 알루미늄 아세테이트 대비 5wt%를 추가하여 교반 상태에서 300℃ 에서 30분간 열분해 반응을 진행하고 분리 및 정제를 진행하였다.
제조예 4: 태양광변환 소재의 제조(수산화알루미늄+란탄계 이온 +아로마틱 링)
추가적으로 자외선 흡수를 강화하고, 발광특성을 제어하고자 아로마틱 링 화합물의 유도체 중 하나인 3-히드록실-2-나프토산을 알루미늄 전구체 대비 0.2wt%로 추가하여 교반 상태에서 위와 동일한 방법으로 열분해 반응을 진행하고, 분리 및 정제를 진행하는 것을 제외하고는 제조예 2과 동일한 방법으로 태양광변환 소재를 제조하였다. 이렇게 합성된 태양광변환 소재를 실시예 4에 사용하였고, 이터븀(III) 아세테이트 히드레이트를 첨가하지 않고 합성한 태양광변환 소재를 비교예 6에 사용하였다.
실시예 1 내지 2: 태양광변환 소재를 포함하는 봉지재 시트의 제조
상기 제조예 1에서 제조된 태양광변환 소재를 봉지재 시트 제조단계에서 봉지재 수지에 첨가, 압출을 통해 태양광변환 소재가 분산된 봉지재 시트를 제조한다. 봉지재 수지로는 용융지수 15g/10min, 비닐아세테이트 함량 28중량%인 에틸렌 비닐아세테이트 공중합체(한화토탈 ㈜ 제)를 사용하였다. EVA 100 중량부에 알케마사 Luperox TBEC(tert-부틸-2-에틸헥실모노퍼옥시카보네이트) 1 중량부, 가교조제로 에보닉사의 TAICROS(트리알릴이소시아누레이트)를 0.5 중량부, 자외선 안정제로 시바사의 Tinuvin 770(비스-2,2,6,6,-테트라메틸-4-피페리디닐 세바케이트)을 0.1 중량부, 실란커플링제로 다우코닝사의 OFS-6030 (메타크릴옥시프로필트리메톡시실록산) 0.3 중량부를 혼합하였다. 이후 압출기를 통하여 EVA 시트를 제조하였으며, 압출기 온도는 100 oC, T-다이 온도는 100 oC를 유지하였으며, 제조된 시트의 두께는 0.5 mm이었다. 이후부터 이렇게 제조된 시트를 "EVA"로 표기한다.
내구성 비교 평가를 위해 상기 시트 EVA 제조방법에서 EVA 100 중량부에 발광성 수산화 알루미늄을 0.1 또는 0.5 중량부를 추가로 첨가한 것을 제외하고 동일한 방법으로 시트를 제조하였고, 이들 각각을 "EVA-AlOH 0.1", 'EVA-AlOH 0.5"로 표기하며, 각각 실시예 1 내지 2로 한다.
비교평가를 위해 발광성 수산화 알루미늄을 사용하지 않는다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조한 시트(이하 'EVA'시트라 함)를 비교예 1로 하고, 자외선 흡수제로 시바사의 Chimassorb 81(2-히드록시-4-옥틸옥시-벤조페논) 0.1, 0.2 및 0.5 중량부를 추가로 첨가한 것을 제외하고 동일한 방법으로 시트를 제조하였으며, 이를 각각"EVA-C81 0.1", "EVA-C81 0.2" 및 "EVA-C81 0.5"로 표기하고 비교예 2 내지 4로 하였다.
발광성 수산화알루미늄(AlOH)와 자외선 흡수제(C81) 도입 여부 및 함량에 따른 실시예와 비교예는 하기 표 1과 같다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
AlOH 첨가(wt%) 0.1 0.5 - - - -
C81첨가(wt%) - - - 0.1 0.2 0.5
<발광성 수산화 알루미늄이 분산된 봉지재를 포함하는 태양광 모듈의 제조>
실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 4에 따라 제조된 봉지재 시트를 유리(200 mm x 200 mm), 봉지재, GINTECH 사 6인치 다결정 태양전지, 봉지재, SFC사의 PVDF(polyvinylidene fluoride) 기반 백시트(back sheet) 순으로 적층한 후 열접착(lamination)을 통해 미니 모듈을 제조하였다. 열접착 과정은 150℃에서 6분간 진공단계를 거친 후 11분간 라미네이터 상부 압과 하부 압 차이를 0.4 MPa로 유지하여 가교를 진행하였다.
실험예 1: 봉지재 내구성 평가
발광성 수산화 알루미늄 도입 여부에 따른 봉지재 내구성을 평가하기 위해 상기 제조된 미니 태양광 모듈과 2장의 유리 사이에 봉지재가 위치하는 시편을 내구성 가속 실험(accelerated weathering test)을 진행하였다. UV Aging 실험을 위해 온도 63 oC 조건에서 자외선 램프 (340 nm, 0.9 W/m2)에 상기 시편들을 노출시켜 시간 경과에 따른 전체 투과도(total transmittance) 특성(유리 시편)과 태양전지 효율 변화(태양광 미니 모듈 시편)를 관찰하였다. Damp-Heat Aging 실험을 위해서는 온도 85 oC, 습도 85% 조건에서 상기 시편들을 노출시켜 시간 경과에 따른 투과도 특성 (유리 시편)과 태양전지 효율 변화 (태양광 미니 모듈 시편)를 관찰하였다. 태양전지 효율 변화 분석은 WACOM사의 Solar Simulator (WXS-156S-10)를 이용하였고, 전체 투과도 특성 분석은 UltraScan PRO Spectrometer(HunterLab)를 이용하였다.
도 8은 상기 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 및 3의 봉지재를 2장의 유리 기판 사이에 위치시켜 열접착을 진행한 시편의 전체 투과도를 나타낸다. 이점 쇄선은 EVA 시편(비교예 1)으로 전체 파장영역에서 90% 수준의 높은 투과도를 보이고, EVA-AlOH 0.1, EVA-AlOH 0.5 시편(실시예 1 및 2)은 450 nm 이상의 자외선 영역에서 AlOH(수산화 알루미늄)에 의한 흡수 피크를 나타내며, EVA 시편(비교예 1)과 유사하게 가시광선 영역에서는 90% 수준의 높은 투과도를 보인다. 한편, EVA-C81(비교예 3)은 400 nm 이상의 자외선 영역에서 투과도가 급격하게 감소하는 것을 알 수 있다. 즉, 상기에서 설명하였듯이 자외선 흡수제인 C81을 사용하면, 자외선 차단 효과에 의한 봉지재 내구성은 향상될 수 있지만, 400 nm 이하의 자외선을 태양전지가 흡수할 수 없어, 전기로 변환할 수 없기 때문에 초기 출력이 감소하는 단점이 있다.
도 9는 UV Aging 및 Damp-Heat Aging을 2000시간 진행한 후 발광성 수산화 알루미늄 도입 전후의 봉지재를 2장의 유리 기판 사이에 위치시켜 열접착을 진행한 시편의 전체 투과도를 나타낸다. 도 9a는 UV Aging Test 결과로써 수산화 알루미늄이 도입된 실시예 1(EVA-AlOH 0.1, 점선)과 실시예 2(EVA-AlOH 0.5, 이점 쇄선) 봉지재는 도3의 가속실험 전 투과도를 유지하고 있지만, EVA는 400 nm 이상의 자외선 영역에서 투과도가 감소하는 것을 확인할 수 있다. 또한 도 9b는 Damp-Heat Aging Test 결과로써 도 9a의 UV Aging결과와 유사하게 수산화 알루미늄이 도입된 실시예 1 (EVA-AlOH 0.1, 점선)과 실시예 2(EVA-AlOH 0.5, 이점 쇄선) 봉지재는 도8의 가속실험 전 투과도를 유지하고 있지만, 비교예 1(EVA)은 400 nm 이상의 자외선 영역에서 투과도가 급격하게 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 400 nm 이상의 자외선 영역의 빛이 봉지재를 투과하지 못하여 태양전지로 도달할 수 없음을 의미하며, 그 만큼의 빛을 태양전지가 전기로 변환하지 못함을 의미한다.
표 2 내지　4　각각은 발광성 수산화 알루미늄 도입에 따른 내구성 평가 전 후의 미니 태양광 모듈의 전류-전압 곡선 (I-V Curve) 분석에 의한 open-circuit voltage(Voc), short-circuit current density(Jsc), fill factor (FF), 및 efficiency 값을 나타낸다.
내구성 가속 시험 전　（ｔ＝０）
Voc Jsc（ｍＡ／ｃｍ２） FF（％） 효율（％） 효율（％）
실시예　1 0.622 35.72 0.79 17.55 2.33
실시예　2 0.621 35.89 0.79 17.61 2.68
비교예　１ 0.620 35.01 0.79 17.15 reference
비교예　２ 0.621 34.81 0.79 17.08 - 0.41
비교예　３ 0.622 34.61 0.79 17.01 - 0.81
비교예　４ 0.621 34.10 0.79 16.83 - 2.45
상기 표 2에서 내구성 가속 실험 전(before weathering degradation) 발광성 수산화 알루미늄이 도입된 봉지재 실시예 1(EVA-AlOH 0.1)과 실시예 2(EVA-AlOH 0.5)의 것을 이용한 태양광 모듈은 EVA 단독 봉지재를 사용한 모듈 대비 상대효율 2.33, 2.68% 향상된 값을 나타낸다. 즉, 발광성 수산화 알루미늄을 도입함에 따라 자외선 흡수 및 가시광선 발광의 하향변환에 의해 short-circuit current density 증가에 따른 태양광 모듈의 초기 효율이 증가함을 알 수 있다.
UV 열화　시험 후　（ｔ＝2000hrs）
Voc Jsc（ｍＡ／ｃｍ２） FF（％） 효율（％） 효율（％）
실시예　1 0.621 35.69 0.78 17.29 3.35
실시예　2 0.621 35.82 0.78 17.33 3.59
비교예　１ 0.621 34.54 0.78 16.73 －reference
비교예　２ 0.62 34.59 0.78 16.72 0.12
비교예　３ 0.621 34.48 0.78 16.70 - 0.18
비교예　４ 0.621 34.05 0.78 16.49 - 1.43
또한, 상기 표 3에 의하면 UV Aging Test에서 상기 시편들을 2000시간 노출시킨 후 효율 변화를 보면, 발광성 수산화 알루미늄이 도입된 봉지재인 실시예 1(EVA-AlOH 0.1)과 실시예 2(EVA-AlOH 0.5)의 것을 이용한 태양광 모듈은 EVA 단독 봉지재를 사용한 모듈 대비 상대효율 3.35, 3.59 % 향상된 값을 나타낸다. 즉, 도 9에서 설명하였듯이 EVA 단독 봉지재(비교예 1)의 경우 UV Aging에 따라 EVA 봉지재 층의 투과도가 감소하여 봉지재 하부 태양전지의 광전변환 효율이 감소하지만, EVA-AlOH 0.1, EVA-AlOH 0.5 봉지재의 경우에는 투과도를 유지함으로써 태양전지의 출력 저하를 방지할 수 있음을 의미한다. 또한 비교예 2 내지 4는 각각 EVA에 자외선 흡수제로서 시바사의 Chimassorb 81(2-히드록시-4-옥틸옥시-벤조페논)를 첨가한 것이지만, EVA 단독 봉지재(비교예 1) 대비 0.1, 0.2, 0.5 중량비 각각 0.12 %, - 0.18 %, -1.43 % 로 나타나 실시예에 비하여 바람직하지 못한 결과를 나타내고 있다. 본 발명의 실시예 1 및 2에의 발광성 수산화 알루미늄과 동일한 함량을 포함하는 비교예 2 및 4의 봉지재를 사용한 경우에도 바람직하지 못한 결과를 나타내는 것을 알 수 있다.
Damp-Heat 시험 후　（ｔ＝2000hrs）
Ｖｏｃ Ｊｓｃ（ｍＡ／ｃｍ２） ＦＦ（％） 효율（％） 효율（％）
실시예　1 0.619 35.57 0.75 16.51 5.43
실시예　2 0.619 35.72 0.75 16.58 5.87
비교예　１ 0.618 34.25 0.74 15.66 Reference
비교예　２ 0.619 34.18 0.74 15.65 - 0.06
비교예　３ 0.619 34.01 0.74 15.58 - 0.51
비교예　４ 0.619 33.95 0.74 15.55 - 0.70
또한, 상기 표 4로부터 알 수 있는 바와 같이, Damp-Heat Aging Test에서 상기 시편들을 2000시간 노출시킨 후 효율 변화를 보면, 수산화 알루미늄이 도입된 봉지재인 실시예 1(EVA-AlOH 0.1)과 실시예 2(EVA-AlOH 0.5)의 것을 이용한 태양광 모듈은 EVA 단독 봉지재를 사용한 모듈 대비 상대효율 5.43, 5.87% 향상된 값을 나타낸다. UV Aging 결과보다 발광성 수산화 알루미늄 도입에 따른 상대효율이 더 큰 차이를 보이는 것은 EVA 봉지재가 UV Aging 보다 Damp-Heat Aging에서 더 큰 열화를 보이기 때문이며, 발광성 수산화 알루미늄을 도입하면 열화를 방지하여 봉지재 층의 투과도를 유지할 수 있기 때문이다. 상술한 바와 같이 본 발명은 발광성 수산화 알루미늄을 태양광용 봉지재에 분산시켜 태양전지 및 태양광 모듈을 구성하는 경우 봉지재의 내구성을 향상시켜 봉지재 층의 투과성을 유지시킴으로써 태양전지 및 태양광 모듈의 장기 내구성 향상 및 시간 경과에 따른 출력 저하를 최소화하여 발전량을 보장하는 기술을 제공한다.
실시예 3 내지 6: 태양광변환 소재를 포함하는 태양전지 제조
상기 제조예 2 및 4(실시예 3 및 4)와, 제조예 1 및 3(실시예 5 및 6)에 의해 제조된 수산화알루미늄 용액 각각을 실리콘 셀과 봉지재 계면에 위치시키기 위해 스프레이 코팅 방법을 이용하여 6인치 실리콘 셀 표면에 도포하였다. 빛이 입사되는 전면부터 유리/봉지재/수산화알루미늄/태양전지/봉지재/백시트(back sheet) 순서로 적층한 후 라미네이션(lamination)을 통해 실리콘 태양전지 모듈을 제조하였다. 이렇게 제조된 태양전지 모듈에서 근적외선 발광 수산화알루미늄은 봉지재와 태양전지 계면에 위치하게 된다. 태양전지를 구성하는 태양광변환 소재의 구성은 하기 표 5과 같으며, 각각 50 mg가 포함된다.
비교예 5: 발광성 수산화 알루미늄을 포함하는 태양전지 제조
비교를 위해 수산화알루미늄 전구체 단독으로 제조된 발광성 수산화알루미늄 50 mg과 란탄계 이온 이터븀(III) 아세테이트 히드레이트 0.1 mg이 단순 혼합된 용액을 실리콘 셀 표면에 스프레이 코팅하였다. 발광성 수산화알루미늄과 이터븀(III) 아세테이트 히드레이트의 단순 혼합용액을 제조하는 것을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 태양전지를 제조하였다.
(단위: mg/ml)
실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 비교예 5
태양광변환소재 AlOH-Yb AlOH-NA-Yb AlOH AlOH-NA AlOH, 이터븀(III) 아세테이트 히드레이트
실험예 2: 태양광변환 소재를 포함한 태양전지 성능 평가
발광성 수산화알루미늄 도입에 따른 태양전지 효율 변화를 분석하기 위해 WACOM사의 Solar Simulator(WXS-156S-10)를 이용하였다. 또한, 수산화알루미늄 코팅에 따른 전체 반사도(total reflectance) 측정을 위해 Shimadzu 사의 UV-3600 NIR (with MPC-3100)을 이용하였으며, 코팅 전 후의 변화를 분석하였다.
표 6은 발광성 수산화알루미늄이 도포된 6인치 다결정 실리콘 태양전지의 효율 측정 결과를 나타낸다. 효율 측정의 정밀도를 높이기 위해 수산화알루미늄 도포 전 태양전지의 효율을 모두 측정하여 도포 후의 결과와 비교하였다. 하기 태양전지 1 내지 5는 각각 태양광 변환 소재를 포함하지 않고 대응되는 실시예 및 비교예의 태양전지와 동일 조건으로 제조한 태양전지이다.
개방전압(V) 단락전류밀도(mA/cm2) 충진율(%) 최대전력Pmax(W) 효율(%) 효율(상대효율 변화)
태양전지1 0.620 34.70 78.98 4.155 17.07 -
실시예 3 0.624 35.84 79.03 4.301 17.67 +0.60(3.51%)
태양전지2 0.624 34.59 78.96 4.147 17.04 -
실시예 4 0.624 36.31 79.01 4.356 17.90 +0.86(5.04%)
태양전지3 0.620 35.03 79.26 4.189 17.21 -
실시예5 0.620 35.45 79.35 4.245 17.44 +0.23(1.33%)
태양전지4 0.622 34.81 79.16 4.171 17.14 -
실시예6 0.622 35.59 79.18 4.266 17.53 +0.39(2.27%)
태양전지5 0.620 34.86 79.25 4.168 17.12 -
비교예5 0.620 35.31 79.2 4.211 17.34 +0.22(1.29%)
표 6에서 발광성 수산화알루미늄 AlOH, AlOH-NA, AlOH-Yb, AlOH-NA-Yb가 도포되는 경우 도포되지 않은 실리콘 태양전지 보다 단락전류(short-circuit current)와 효율(efficiency)이 모두 증가하였다. 상대효율 변화는 AlOH, AlOH-NA, AlOH-Yb, AlOH-NA-Yb 가 각각 1.33%, 2.27%, 3.51%, 5.04%로 Yb가 도핑되어 근적외선 발광이 가능한 경우 가시광선 발광만 가능한 AlOH, AlOH-NA 보다 우수하였다. 특히, Yb과 함께 2-나프토산이 함께 도핑되는 경우 Yb만 도핑되는 경우보다 상대효율이 더욱 크게 증가함을 확인하였다.
또한, 비교예 5에 의하면, 단일 수산화알루미늄 전구체로 합성된 발광성 수산화 알루미늄(AlOH)과 란탄계 이온 이터븀(III) 아세테이트 히드레이트 혼합용액을 실리콘 셀 표면에 스프레이 코팅하여 태양전지를 제조하는 경우에는, 발광성 수산화알루미늄만 코팅된 비교예 5의 결과와 비슷하게 상대효율이 1.29% 증가함을 확인하였다. 이는 발광성 수산화알루미늄에서 Yb 이온으로 효과적인 에너지 전이가 발생되지 않아 발광성 수산화알루미늄의 하향변환 효과만 구현된 것이다. 이는 본 발명에 따른 발광성 수산화알루미늄의 광변환 전환 효과를 명백히 입증하는 것이다.
이러한 효율 증가를 검증하기 위해 발광성 수산화알루미늄 코팅 전후의 광전변환 효율(또는 외부양자효율)을 측정하였으며, 도 10는 표 6의 태양전지 2번과 실시예 4의 AlOH-NA-Yb가 코팅된 Cell의 외부양자효율 변화를 측정한 결과를 나타낸다.
도 10에서 점선은 표 6의 태양전지 2번의 외부양자효율 스펙트럼이고, 실선은 실시예 4의 AlOH-NA-Yb가 코팅된 셀의 외부양자효율 스펙트럼으로 하향변환에 의해 300nm에서부터 500nm 근방에 이르기까지 AlOH-NA-Yb코팅 후 변환 효율이 크게 증가함을 알 수 있다.
도 11는 표 6의 태양전지 2번과 실시예 4의 AlOH-NA-Yb가 코팅된 Cell의 전체 반사도 변화를 측정한 결과로 점선은 근적외선 발광 수산화알루미늄 코팅 전의 전체 반사도이고, 실선은 AlOH-NA-Yb 코팅 후의 반사도 스펙트럼이다. 도포 후에 300~500nm와 800~1100nm 영역에서 반사도가 보다 감소하는 것을 알 수 있으며, 반사도가 낮아 태양전지에 보다 유리하다. 즉, 근적외선 발광 수산화 알루미늄을 실리콘 태양전지 표면에 코팅함으로써 자외선 광 흡수 및 가시광선, 근적외선 발광에 의한 하향변환 효과와 근적외선 발광 수산화알루미늄의 굴절률이 실리콘 태양전지 표면의 굴절률과 봉지재의 굴절률 사이의 값(1.5 < n알루미늄히드록시드 < 2.5)을 가지면서 실리콘 태양전지 내부로 빛의 진입이 용이해지는 비반사 코팅 효과에 의해 실리콘 태양전지의 단락전류 증가 및 그에 따른 전체 효율이 증가한 것이다.
본 발명은 발광성 수산화 알루미늄을 태양광용 봉지재에 분산시켜 태양전지 및 태양광 모듈을 구성하는 경우 봉지재의 내구성을 향상시켜 봉지재 층의 투과성을 유지시킴으로써 태양전지 및 태양광 모듈의 장기 내구성 향상 및 시간 경과에 따른 출력 저하를 최소화하여 발전량을 보장하는 기술을 제공한다.
실시예 7 내지 12: 태양광변환 소재를 포함하는 태양전지 제조
6 인치(inch) 다결정 실리콘 태양전지를 이용하였다.
제조예 3에 따라 제조된 태양광변환 소재 용액을 표 7과 같이 그 함량만 달리하여 실리콘 셀과 봉지재 계면에 위치시키기 위해 스프레이 코팅 방법을 이용하여 6인치 실리콘 셀 표면에 도포한다.
빛이 입사되는 전면부터 유리/봉지재/태양광변환소재/태양전지/봉지재/백시트(back sheet) 순서로 적층한 후 라미네이션(lamination)을 통해 실리콘 태양전지 모듈을 제조하였다. 이렇게 제조된 태양전지 모듈에서 발광성 수산화알루미늄은 봉지재와 태양전지 계면에 위치하게 된다. 태양전지를 구성하는 태양광변환 소재의 구성은 상기 방법으로 제조된 발광성 수산화알루미늄을 사용하였으나 다만 실시예는 아로마틱 링 화합물을 첨가하여 제조한 태양광변환 소재를 이용하였고, 실시예 10 내지 12는 아로마틱 링 화합물을 포함하지 않은 발광성 수산화알루미늄만을 사용한 것을 제외하고는 각각 실시예 7 내지 9와 동일하게 태양전지를 제조하였다. 함량은 하기 표 7과 같다.
(단위: mg/ml)
실시예 7 실시예 8 실시예 9 실시예 10 실시예 11 실시예 12
태양광변환소재 8.3 16.6 20 8.3 16.6 20
비교예 6
실시예 7과 동량의 수산화알루미늄 전구체 (20mg/ml) 및 아로마틱 링 화합물 3-히드록실-2-나프토산(2mg/ml)를 단순 혼합하여 분산시켜 코팅 조성물을 제조한 후 태양전지 소재의 수광측면에 배치하여 태양전지를 제조한 것을 제외하고는 실시예 7과 동일하게 태양전지를 제조하였다.
실험예 3: 태양광변환 소재를 포함한 태양전지 성능 평가
태양광변환 소재의 도입에 따른 태양전지 효율 변화를 분석하기 위해 WACOM사의 Solar Simulator (WXS-156S-10)를 이용하였고, 수산화알루미늄 코팅 전, 후와 열접착 전, 후의 효율 변화를 모두 측정하였다. 또한, 파장별 외부양자효율을 분석하기 위해 PV Measurement 사의 IPCE (QEX10) 장비를 이용하였고, 수산화알루미늄 코팅 전, 후 변환 효율 변화를 관찰하였다. 추가적으로 수산화알루미늄 코팅에 따른 전체 반사도(total reflectance) 측정을 위해 Shimadzu 사의 UV-3600 NIR (with MPC-3100)을 이용하였으며, 코팅 전 후의 변화를 분석하였다.
표 8은 발광성 수산화알루미늄이 도포된 6인치 다결정 실리콘 태양전지의 효율 측정 결과를 나타낸다. 효율 측정의 정밀도를 높이기 위해 수산화알루미늄 도포 전 태양전지의 효율을 모두 측정하여 도포 후의 결과와 비교하였다. 하기 태양전지 5 내지 11는 각각 태양광 변환 소재를 포함하지 않고 대응되는 실시예 및 비교예의 태양전지와 동일 조건으로 제조한 태양전지이다.
개방전압(V) 단락전류밀도(mA/cm2) 충진율(%) 최대전력Pmax(W) 효율(%) 효율(상대효율변화)
태양전지5 0.622 34.81 79.16 4.171 17.14
실시예 7 0.622 35.59(2.24%↑) 79.18 4.266 17.53 +0.39(2.27%)
태양전지6 0.622 34.64 79.24 4.155 17.07
실시예 8 0.622 35.53(2.57%↑) 79.28 4.264 17.52 +0.45(2.63%)
태양전지7 0.624 34.59 78.96 4.147 17.04
실시예 9 0.624 35.48(2.57%↑) 79.08 4.261 17.51 +0.47(2.76%)
태양전지8 0.620 35.03 79.26 4.189 17.21
실시예 10 0.620 35.45(1.2%↑) 79.35 4.245 17.44 +0.23(1.33%)
태양전지9 0.622 34.83 79.71 4.203 17.27
실시예 11 0.622 35.32(1.41%↑) 79.85 4.269 17.45 +0.17(0.98%)
태양전지10 0.622 34.81 79.60 4.195 17.24
실시예 12 0.622 35.54(2.10%↑) 79.27 4.264 17.52 +0.28(1.62%)
태양전지11 0.622 34.92 79.21 4.187 17.20
비교예 6 0.622 35.35 79.25 4.240 17.43 +0.23(1.34%)
표 8에서 발광성 수산화알루미늄 AlOH 또는 AlOH-NA 가 도포되는 경우 도포되지 않은 실리콘 태양전지 보다 단락전류(short-circuit current)와 효율(efficiency)이 모두 증가하였으며, 특히, AlOH-NA가 도포되는 경우 AlOH보다 우수하였다.
또한 AlOH와 NA를 각각 별도로 첨가하여 혼합한 후 코팅하여 태양전지를 제조한 경우(비교예 6)에는 NA에서 AlOH로 효과적인 에너지 전이가 불가능해짐으로써 원하는 바람직한 결과를 얻지 못했다.
이러한 효율 증가를 검증하기 위해 수산화알루미늄 코팅 전 후의 광전변환 효율(IPCE, incident photon-to-current efficiency)를 측정하였으며, 도 12는 IPCE 측정 결과로 파장에 따른 광전변환 효율, 즉 외부양자효율(EQE, external quantum efficiency) 스펙트럼을 나타낸다.
도 12는 표 8의 태양 전지 10번(실시예 12)과 7번 (실시예 9)결과를 나타낸 것으로 점선은 코팅 전의 EQE 스펙트럼이고, 이점 쇄선은 AlOH 코팅(실시예 12), 실선은 AlOH-NA코팅 후(실시예 9)의 EQE 스펙트럼이다. 도 12의 결과로부터 발광성 수산화알루미늄이 코팅되는 경우 하향변환에 의해 300nm에서부터 500nm 근방에 이르기까지 변환 효율이 증가함을 알 수 있고, AlOH 보다 AlOH-NA를 코팅하는 경우 보다 효과적인 하향변환이 가능함을 알 수 있다.
또한, 도 13는 표 7의 solar cell 10번(실시예 12)과 7번(실시예 9)의 발광성 수산화알루미늄 코팅에 따른 반사도 변화를 측정한 결과로 실선은 수산화알루미늄 코팅 전의 전체 반사도이고, 이점 쇄선은 AlOH 코팅, 점선은 AlOH-NA코팅 후의 반사도 스펙트럼이다. 도포 후에 300 ~ 500nm와 800 ~ 1100nm 영역에서 반사도가 보다 감소하는 것을 알 수 있으며, EQE 스펙트럼과 유사하게 AlOH-NA가 AlOH 보다 자외선 파장영역에서 반사도가 더욱 낮아 태양전지에 보다 유리하다. 즉, 발광성 수산화알루미늄을 실리콘 태양전지 표면에 코팅함으로써 자외선 광 흡수 및 가시광선 발광에 의한 하향변환 효과와 수산화알루미늄의 굴절률이 실리콘 태양전지 표면의 굴절률과 봉지재의 굴절률 사이의 값(1.5 < naluminum hydroxide < 2.5)을 가지면서 실리콘 태양전지 내부로 빛의 진입이 용이해지는 비반사 코팅 효과에 의해 실리콘 태양전지의 단락전류 증가 및 그에 따른 전체 효율이 증가한 것이다.
본 발명은 발광성 수산화알루미늄을 태양광용 봉지재에 분산시켜 태양전지 및 태양광 모듈을 구성하는 경우 봉지재의 내구성을 향상시켜 봉지재 층의 투과성을 유지시킴으로써 태양전지 및 태양광 모듈의 장기 내구성 향상 및 시간 경과에 따른 출력 저하를 최소화하여 발전량을 보장하는 기술을 제공한다.

Claims (26)

  1. 자외선 흡수 및 가시광선 발광 특성을 갖는 발광성 수산화 알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광변환 소재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수산화알루미늄 전구체는 알루미늄모노아세테이트, 알루미늄트리아세테이트, 알루미늄디아세테이트, 알루미늄트리에틸알루미늄, 트리메틸알루미늄, 알루미늄알콕사이드, 디에틸알루미늄클로라이드, 알루미늄설페이트, 알루미늄시아나이드, 알루미늄니트리트, 알루미늄 카보네이트, 알루미늄설피트, 알루미늄하이드록사이드, 알루미늄옥사이드, 알루미늄클로레이트, 알루미늄설파이드, 알루미늄 크로메이트, 알루미늄트리클로라이드, 알루미늄퍼클로레이트, 알루미늄니트레이트, 알루미늄퍼망가네이트, 알루미늄하이드로겐카보네이트, 알루미늄포스페이트, 알루미늄옥살레이트, 알루미늄하이드로겐포스페이트, 알루미늄티오설페이트, 알루미늄 클로리트, 알루미늄하이드로겐설페이트, 알루미늄디크로메이트, 알루미늄브로마이드, 알루미늄하이포클로리트, 알루미늄클로라이드헥사하이드레이트, 알루미늄 디하이드로겐포스페이트, 알루미늄포스피트, 알루미늄포타슘설페이트도데카 하이드레이트, 알루미늄브로메이트, 알루미늄니트라이드 또는 이들의 유도체 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 태양광변환 소재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 태양광변환 소재는 Al(OH)3, AlOOH, 5Al2O3·2H2O, Al2O3 의 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광변환 소재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 발광성 수산화 알루미늄의 크기는 1 nm ~ 1000 μm 범위인 것을 특징으로 하는 태양광변환 소재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 발광성 수산화 알루미늄은 다공성 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 태양광변환 소재.
  6. 제1항에 있어서,
    란탄계 이온 또는 이것을 포함하는 유도체;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광변환 소재.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 란탄계 이온이 근적외선, 자외선 또는 가시광선 파장 영역에서 발광이 가능한 것을 특징으로 하는 태양광변환 소재.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 근적외선 발광 란탄계 이온의 전구체는 Yb(ytterbium), Nd(neodymium), Er(erbium), Ho(holmium), Tm(thulium) 및 이것들을 포함하는 유도체 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 태양광변환 소재.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 란탄계 이온 전구체가 가시광선 파장영역에서 발광 파장을 갖는 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 변환 소재.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 란탄계 이온 또는 그것을 포함하는 유도체는 상기 수산화알루미늄 전구체 100 중량부에 대하여 0.001~10 중량부 범위인 것을 특징으로 하는 태양광변환 소재.
  11. 제1항에 있어서,
    아로마틱 링 화합물 또는 이의 유도체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광변환 소재.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 아로마틱 링 화합물 또는 이의 유도체는 상기 수산화알루미늄 전구체 또는 이로부터 유래한 수산화알루미늄으로부터 10nm 이내에 위치하거나 또는 공유결합으로 형성한 상태인 것을 특징으로 하는 태양광 변환 소재.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 아로마틱 링 화합물은 탄소와 수소만으로 결합된 방향족 탄화수소 또는 고리를 만드는 탄소 원자의 일부가 탄소 이외의 산소, 질소, 황 원자로 치환된 방향족 헤테로 고리화합물 또는 상기 방향족 탄화수소 및 방향족 헤테로 고리화합물 분자 중 수소의 일부를 작용기로 치환한 유도체 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 태양광변환 소재.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 아로마틱 링 화합물은 푸란, 벤즈벤조푸란, 이소벤즈벤조푸란, 피롤, 인돌, 이소인돌, 티오펜, 벤즈벤조티오펜, 벤즈벤조티오펜, 이미다졸, 벤즈이미다졸, 퓨린, 피라졸, 인다졸, 옥사졸, 벤즈옥사졸벤족사졸, 옥사졸이속사졸, 벤즈옥사졸이속사졸, 티아졸, 벤즈벤조티아졸, 벤즈벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 피리딘, 퀴녹살린, 아크리딘, 피리미딘, 퀴나졸린, 피리다진, 신놀린, 프탈라진, 1,2,3-트리아진, 1,2,4-트리아진, 1,3,5-트리아진 및 그의 유도체 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 태양광변환 소재.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 태양광변환 소재의 입자 크기는 0.5nm 이상 ~500㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 태양광변환 소재.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 태양광변환 소재의 최대흡수파장은 200~500nm 사이에서 형성되는 것을 특징으로 하는 태양광변환 소재.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 태양광변환 소재의 최대발광파장은 450nm ~1100nm에서 형성되는 것을 특징으로 하는 태양광변환 소재.
  18. 태양광변환 소재가 분산된 수지를 포함하는 태양전지용 봉지재로서,
    상기 태양광변환 소재가 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 태양광변환소재인 것을 특징으로 하는 태양전지용 봉지재.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 봉지재는 두께 100㎛ 이하의 필름 형태인 것을 특징으로 하는 봉지재.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 EVA(ethylene vinyl acetate), POE(polyolefin elastomer), 가교된 PO(polyolefin), TPU(thermal 폴리우레탄), PVB (polyvinyl butyral), 실리콘, 실리콘/폴리우레탄 하이브리드, 또는 아이오노머인 것을 특징으로 하는 태양전지용 봉지재.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 태양전지용 봉지재의 수지 100 중량부에 대하여 상기 태양광변환 소재는 0.0001 ~ 10 중량부인 태양전지용 봉지재.
  22. 태양광이 입사하는 태양전지의 전면부 봉지재와, 태양전지 계면 사이에 태양광변환 소재가 위치한 태양전지에 있어서,
    상기 태양광변환 소재가 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항의 태양광변환 소재인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 태양광변환 소재가 상기 태양전지 전면 또는 태양전지 전면부 봉지재 후면에 코팅된 것을 특징으로 하는 태양전지.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 코팅은, 스프레이 코팅 또는 스크린 코팅인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  25. 제22항에 있어서,
    상기 태양전지의 봉지재는 에틸렌초산비닐(EVA, ethylene vinyl acetate), 폴리올레핀 엘라스토머 (POE, polyolefin elastomer), 가교 폴리올레핀(cross-linked polyolefin), 열가소성 폴리우레탄(TPU, thermal polyurethane), 폴리비닐부티랄(PVB, polyvinyl butyral), 실리콘(silicone), 실리콘/폴리우레탄 하이브리드(silicone/polyurethane hybrid), 및 이오노머(ionomer) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  26. 제18항에 따른 태양전지용 봉지재가 태양전지의 전면 및 후면에 적층되고,
    상기 태양전지 전면에 위치한 태양전지용 봉지재 전면에는 유리가 적층되고,
    상기 태양전지 후면에 위치한 태양전지용 봉지재 후면에는 백시트가 적층되는 것을 특징으로 하는, 태양전지.
PCT/KR2020/009280 2019-07-15 2020-07-15 태양광변환 소재, 이를 포함하는 태양전지용 봉지재 및 이를 포함하는 태양전지 WO2021010736A1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE112020003391.0T DE112020003391T5 (de) 2019-07-15 2020-07-15 Solarwellenlängen-umwandlungsmaterial,solarzellen-einkapselungsmittel, umfassend das solarwellenlängen-umwandlungsmaterial, und solarzelle, umfassend dassolarwellenlängen-umwandlungsmaterial
US17/625,281 US20220259493A1 (en) 2019-07-15 2020-07-15 Solar wavelength conversion material, solar cell encapsulant comprising same, and solar cell comprising same
CN202080050434.6A CN114097096A (zh) 2019-07-15 2020-07-15 太阳能转换材料、包括其的太阳能电池封装物和包括其的太阳能电池
JP2022502186A JP7261348B2 (ja) 2019-07-15 2020-07-15 太陽光変換素材、これを含む太陽電池用封止材及びこれを含む太陽電池

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2019-0085176 2019-07-15
KR1020190085176A KR102259452B1 (ko) 2019-07-15 2019-07-15 태양광변환 소재, 이를 포함하는 내구성 강화 태양전지용 봉지재 및 태양전지
KR1020190093942A KR102273988B1 (ko) 2019-08-01 2019-08-01 태양광변환 발광 소재 및 이를 포함하는 태양전지
KR1020190093929A KR102240467B1 (ko) 2019-08-01 2019-08-01 태양광변환 소재 및 이를 포함하는 태양전지
KR10-2019-0093942 2019-08-01
KR10-2019-0093929 2019-08-01

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021010736A1 true WO2021010736A1 (ko) 2021-01-21

Family

ID=74209919

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2020/009280 WO2021010736A1 (ko) 2019-07-15 2020-07-15 태양광변환 소재, 이를 포함하는 태양전지용 봉지재 및 이를 포함하는 태양전지

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220259493A1 (ko)
JP (1) JP7261348B2 (ko)
CN (1) CN114097096A (ko)
DE (1) DE112020003391T5 (ko)
WO (1) WO2021010736A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115274897B (zh) * 2022-07-18 2023-06-06 江苏中来新材科技有限公司 一种高反射的光转换光伏背板和双面光伏组件

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140182676A1 (en) * 2011-07-01 2014-07-03 Tropiglas Technologies Ltd Spectrally selective panel
KR20140111200A (ko) * 2013-03-08 2014-09-18 엘지전자 주식회사 태양전지 모듈
KR101522226B1 (ko) * 2014-09-26 2015-05-26 한국과학기술연구원 알칼리 금속 함유 비수용성 금속 수화물 및 이의 제조방법
JP2016088995A (ja) * 2014-10-31 2016-05-23 日立化成株式会社 光半導体封止用樹脂組成物及び光半導体装置
KR20160144232A (ko) * 2015-06-08 2016-12-16 주식회사 엘지화학 광 모듈용 투명시트, 이의 제조방법 및 광 모듈

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5321543B2 (ja) * 2010-07-01 2013-10-23 東洋インキＳｃホールディングス株式会社 太陽電池封止材用樹脂組成物
JP5676986B2 (ja) * 2010-09-10 2015-02-25 日立化成株式会社 波長変換型太陽電池モジュール
WO2012110858A1 (en) * 2011-02-14 2012-08-23 Indian Institute Of Technology Kanpur Doped aluminum oxides
CN106566537B (zh) * 2016-11-10 2019-04-30 北京理工大学 一种蓝色荧光材料及其制备方法
WO2018220166A1 (en) * 2017-06-02 2018-12-06 Nexdot Luminescent particles comprising encapsulated nanoparticles and uses thereof
KR102068416B1 (ko) * 2018-08-20 2020-01-20 한화토탈 주식회사 알루미늄 기반 태양광변환 소재를 포함한 태양전지

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140182676A1 (en) * 2011-07-01 2014-07-03 Tropiglas Technologies Ltd Spectrally selective panel
KR20140111200A (ko) * 2013-03-08 2014-09-18 엘지전자 주식회사 태양전지 모듈
KR101522226B1 (ko) * 2014-09-26 2015-05-26 한국과학기술연구원 알칼리 금속 함유 비수용성 금속 수화물 및 이의 제조방법
JP2016088995A (ja) * 2014-10-31 2016-05-23 日立化成株式会社 光半導体封止用樹脂組成物及び光半導体装置
KR20160144232A (ko) * 2015-06-08 2016-12-16 주식회사 엘지화학 광 모듈용 투명시트, 이의 제조방법 및 광 모듈

Also Published As

Publication number Publication date
JP7261348B2 (ja) 2023-04-19
US20220259493A1 (en) 2022-08-18
DE112020003391T5 (de) 2022-03-31
JP2022540491A (ja) 2022-09-15
CN114097096A (zh) 2022-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019017522A1 (ko) 페로브스카이트 태양전지 및 이를 포함하는 탬덤 태양전지
US11824127B2 (en) Solar cell including aluminum-based solar energy conversion material
WO2011065648A1 (en) Solar cell
WO2016133368A9 (ko) 헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 태양 전지
WO2019216545A1 (ko) 텐덤 태양전지 및 이의 제조방법
WO2019039762A1 (ko) 태양전지 및 태양전지의 제조 방법
WO2020218740A1 (ko) 태양전지 및 그 제조 방법
WO2011027951A1 (en) Solar cell
WO2021010736A1 (ko) 태양광변환 소재, 이를 포함하는 태양전지용 봉지재 및 이를 포함하는 태양전지
WO2019054647A1 (ko) 태양전지 및 태양전지의 제조 방법
WO2019050185A1 (ko) 태양전지 및 그 제조 방법
Chu et al. Encapsulation: The path to commercialization of stable perovskite solar cells
Martínez‐Goyeneche et al. Narrowband monolithic perovskite–perovskite tandem photodetectors
WO2019231052A1 (ko) 태양전지용 보호필름 및 이의 제조방법
KR20130121507A (ko) 광변위 기능을 갖는 태양광발전 모듈용 ｅｖａ 시트 조성물
KR102315458B1 (ko) 콜로이드 형태의 알루미늄 기반 태양광변환 소재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 태양전지
WO2012173350A4 (ko) 태양전지 모듈
WO2022059834A1 (ko) 광안정성이 향상된 양자점 태양전지 및 이의 제조방법
KR102259452B1 (ko) 태양광변환 소재, 이를 포함하는 내구성 강화 태양전지용 봉지재 및 태양전지
KR102240467B1 (ko) 태양광변환 소재 및 이를 포함하는 태양전지
WO2023054786A1 (ko) 태양 전지 및 이의 제조 방법
KR102273988B1 (ko) 태양광변환 발광 소재 및 이를 포함하는 태양전지
WO2023075051A1 (ko) 양면수광형 투명태양전지 및 그 제조방법
KR102442755B1 (ko) 태양광변환 발광 소재 및 이를 포함하는 태양전지
WO2024063230A1 (ko) 탠덤 태양전지의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20840167

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022502186

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20840167

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1