WO2023085805A1 - 광소자용 봉지재 조성물 및 이를 이용한 광소자용 봉지재 필름 - Google Patents

광소자용 봉지재 조성물 및 이를 이용한 광소자용 봉지재 필름 Download PDF

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WO2023085805A1
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encapsulant
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weight
formula
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이진국
이은정
박상은
홍상현
이영우
전정호
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention claims the benefit of priority based on Korean Patent Application No. 10-2021-0154112 filed on November 10, 2021, and all contents disclosed in the Korean Patent Application Document are included as part of this specification.
  • the present invention relates to an encapsulant composition for an optical device having high volume resistance and light transmittance, and an encapsulant film for an optical device using the same.
  • a protective sheet for solar cell modules transparent protective member on the surface
  • solar cell module is used to obtain crystalline solar cell modules.
  • Cell encapsulant/crystalline solar cell element crystalline solar cell element/solar cell encapsulant/protective sheet for solar cell module (back side protection member) are laminated in this order to manufacture the product.
  • a thin-film solar cell element/solar cell encapsulant/protective sheet for a solar cell module (rear-side protective member) is sequentially laminated and manufactured.
  • an ethylene/vinyl acetate copolymer or an ethylene/alpha-olefin copolymer is generally used.
  • a light stabilizer is usually included as an additive.
  • a silane coupling agent is usually contained in the solar cell encapsulant.
  • ethylene/vinyl acetate copolymer (EVA) sheets have been widely used because of their excellent transparency, flexibility, and adhesiveness.
  • An ethylene/vinyl acetate copolymer (EVA) film is widely used because of its excellent transparency, flexibility, and adhesiveness.
  • EVA composition when used as a constituent material of the solar cell encapsulant, there is concern about the possibility that components such as acetic acid gas generated when EVA is decomposed may affect the solar cell device.
  • the ethylene/alpha-olefin copolymer does not have the problem of hydrolysis of the resin, the problem of deterioration in life or reliability can be solved.
  • the ethylene/alpha-olefin copolymer does not contain a polar group in the resin, the miscibility with the polar crosslinking aid included as a component of the existing solar cell encapsulant is lowered, so it takes a very long time to impregnate, which is a problem in productivity.
  • Patent Document 1 Korean Patent Publication 2018-0063669
  • An object to be solved by the present invention is to provide an encapsulant composition for an optical device, which includes an olefinic copolymer and a crosslinking aid having excellent mixing properties, and exhibits high volume resistance and excellent insulation through it.
  • Another object to be solved by the present invention is to provide an encapsulant film for an optical device manufactured using the encapsulant composition for an optical device.
  • Another problem to be solved by the present invention is to provide an optical device module including the encapsulant film for the optical device.
  • the present invention provides an encapsulant composition for an optical device, an encapsulant film for an optical device, and an optical device module.
  • the present invention relates to (1) an olefin-based copolymer; (2) cross-linking agents; (3) a silane coupling agent; And (4) to provide an encapsulant composition for an optical device comprising a compound of formula (1).
  • l, m, n, and o are each independently an integer of 0 to 4.
  • the present invention provides an encapsulant composition for an optical device according to the above [1], wherein the (1) olefin-based copolymer satisfies the following requirements:
  • the present invention provides an encapsulant composition for an optical device according to the above [1] or [2], wherein the (1) olefin-based copolymer is an ethylene alpha-olefin copolymer.
  • the present invention according to any one of the above [1] to [3], wherein (1) the olefin-based copolymer is an ethylene alpha-olefin copolymer having a volume resistivity of 1.0 ⁇ 10 15 ⁇ cm or more An encapsulant for an optical device composition is provided.
  • crosslinking agent is one or two or more selected from the group consisting of organic peroxides, hydroperoxides and azo compounds
  • the crosslinking agent is one or two or more selected from the group consisting of organic peroxides, hydroperoxides and azo compounds
  • crosslinking agent is t-butylcumyl peroxide, di-t-butyl peroxide, di-cumyl peroxide, 2,5-dimethyl- 2,5-di(t-butylperoxy)hexane, 2,5-dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)-3-hexyne, cumene hydroperoxide, diisopropylbenzene hydroperoxide, 2,5-dimethyl-2,5-di(hydroperoxy)hexane, t-butylhydroperoxide, bis-3,5,5-trimethylhexanoyl peroxide, octanoylperoxide, benzoyl peroxide, o- Methylbenzoyl peroxide, 2,4-dichlorobenzoyl peroxide, t-butylperoxy isobutylate, t
  • the present invention provides an encapsulant composition for an optical device according to any one of [1] to [7], wherein l, m, n, and o in Formula 1 are each independently an integer of 0 to 2.
  • the present invention provides an encapsulant composition for an optical device according to any one of [1] to [8], wherein the compound represented by Chemical Formula 1 is tetravinyltin.
  • the present invention according to any one of the above [1] to [9], wherein the encapsulant composition for an optical device is (1) 80 to 99 parts by weight of an olefin copolymer, (2) 0.1 to 9 parts by weight of an organic peroxide parts by weight, (3) 0.01 to 2 parts by weight of a silane coupling agent, and (4) 0.1 to 9 parts by weight of the compound of Formula 1 to provide an encapsulant composition for an optical device.
  • the encapsulant composition for an optical device additionally includes (5) a crosslinking aid other than the compound of Formula 1, and the (5) crosslinking agent provides an encapsulant composition for an optical device comprising a compound containing at least one allyl group or (meth)acryloxy group.
  • the crosslinking aid is triallyl isocyanurate (TAIC), triallyl cyanurate, diallyl phthalate, diallyl fumarate, diallyl maleate
  • TAIC triallyl isocyanurate
  • diallyl phthalate diallyl phthalate
  • diallyl fumarate diallyl maleate
  • an encapsulant composition for an optical device comprising at least one selected from the group consisting of ethylene glycol diacrylate, ethylene glycol dimethacrylate, and trimethylolpropane trimethacrylate.
  • the present invention provides an encapsulant composition for an optical device according to [11] or [12], wherein the weight ratio of (4) the compound of Formula 1 and (5) the crosslinking aid is 20:80 to 80:20 .
  • the present invention provides an encapsulant film for an optical device comprising an olefin-based copolymer and a compound represented by Formula 1 below.
  • l, m, n, and o are each independently an integer of 0 to 4.
  • the present invention provides an optical device module including an optical device and the encapsulant film for an optical device according to [14].
  • the encapsulant composition for an optical device of the present invention includes an olefin-based copolymer and a compound containing tin having excellent miscibility as a crosslinking aid, and exhibits excellent volume resistance and light transmittance, so it can be widely used for various purposes in the electric and electronic industry. do.
  • Figure 2 shows the impregnation torque values according to the stirring time when the ethylene/1-butene copolymer measured in Comparative Example 1 is impregnated with a crosslinking agent, a crosslinking aid, and a silane coupling agent as an impregnation torque curve. It is a graph that has been created.
  • Figure 3 shows the impregnation torque values according to the stirring time when the ethylene/1-butene copolymer measured in Comparative Example 3 is impregnated with a crosslinking agent, a crosslinking aid, and a silane coupling agent as an impregnation torque curve. It is a graph that has been created.
  • the encapsulant composition for an optical device of the present invention includes (1) an olefin-based copolymer; (2) cross-linking agents; (3) a silane coupling agent; And (4) characterized in that it comprises a compound of Formula 1 below.
  • l, m, n, and o are each independently an integer of 0 to 4.
  • the present invention relates to an encapsulant composition for an optical device exhibiting excellent electrical insulation properties due to high volume resistance.
  • the encapsulant composition for an optical device of the present invention includes an olefin-based copolymer instead of the ethylene vinyl alcohol (EVA) applied to the conventional encapsulant composition for an optical device, and the acetate group of ethylene vinyl alcohol in a humid environment It is possible to improve the durability and reliability of the optical device module by solving the problem of forming acetic acid by decomposition.
  • EVA ethylene vinyl alcohol
  • the polar crosslinking aid previously applied to ethylene vinyl alcohol (EVA) lacks miscibility with the olefinic copolymer that does not contain a polar group.
  • EVA ethylene vinyl alcohol
  • the (1) olefin-based copolymer included in the encapsulant composition for an optical device according to an example of the present invention satisfies (a) a density of 0.85 to 0.90 g / cc, and (b) a melt index of 0.1 to 100 g / 10min can
  • the density of the olefin-based copolymer is specifically 0.850 g / cc or more, 0.855 g / cc or more, 0.860 g / cc or more, 0.865 g / cc or more 0.870 g / cc to 0.900 g / cc or less 0.895 g / cc or less, 0.890 g/cc or less, 0.885 g/cc or less, 0.880 g/cc or less, 0.875 g/cc or less, or 0.870 g/cc or less.
  • the density of the olefin-based copolymer is too high, the light transmittance of the optical device encapsulant composition and the optical device encapsulant prepared using the same may be reduced due to the crystal phase included in the olefin-based copolymer, but the olefin-based copolymer is When the density range is satisfied, high light transmittance may be exhibited.
  • the melt index of the olefin-based copolymer is 0.1 g / 10 min or more, 0.5 g / 10 min or more, 1.0 g / 10 min or more, 1.5 g / 10 min or more, 2.0 g / 10 min or more, 2.5 g / 10 min or more, 5.0 g /10min or more, or 10.0 g/10min or more to 100 g/10min or less, 95 g/10min or less, 90 g/10min or less, 85 g/10min or less, 80 g/10min or less, 75 g/10min or less, 70 g/ 10 min or less, 60 g/10 min or less, or 50 g/10 min or less.
  • melt index of the olefin-based copolymer is too low or too high beyond the above range, the moldability of the encapsulant composition for an optical device may be deteriorated, so that stable extrusion may be difficult, but the olefin-based copolymer may have a melt index When the range is satisfied, since the formability of the encapsulant composition for an optical device is excellent, it is possible to stably extrude an encapsulant for an optical device or a sheet of an encapsulant for an optical device.
  • the (1) olefin-based copolymer included in the encapsulant composition for an optical device according to an example of the present invention may be an ethylene/alpha-olefin copolymer.
  • the density of ethylene/alpha-olefin copolymers is affected by the type and content of monomers used during polymerization, the degree of polymerization, and the like, and in the case of copolymers, it is greatly influenced by the content of comonomers. In this case, the higher the comonomer content, the lower density ethylene/alpha-olefin copolymer can be prepared, and the amount of the comonomer introduced into the copolymer may depend on the copolymerizability inherent in the catalyst.
  • the ethylene/alpha-olefin copolymer included in the encapsulant composition for an optical device of the present invention may exhibit low density and excellent processability as described above.
  • the ethylene/alpha-olefin copolymer is prepared by copolymerizing ethylene and an alpha-olefin monomer, wherein the alpha-olefin, which means a portion derived from the alpha-olefin monomer in the copolymer, is C4 to C20 alpha -olefins, specifically propylene, 1-butene, 1-pentene, 4-methyl-1-pentene, 1-hexene, 1-heptene, 1-octene, 1-decene, 1-undecene, 1-dodecene, 1 -Tetradecene, 1-hexadecene, or 1-eicosene may be mentioned, and one of these may be used alone or in a mixture of two or more.
  • the alpha-olefin which means a portion derived from the alpha-olefin monomer in the copolymer, is C4 to C20 alpha -olefins, specifically propylene
  • the alpha-olefin may be 1-butene, 1-hexene or 1-octene, preferably 1-butene, 1-hexene or a combination thereof.
  • the content of alpha-olefin in the ethylene / alpha-olefin copolymer may be appropriately selected within a range that satisfies the above physical property requirements, specifically, more than 0 and 99 mol% or less, or 10 to 50 mol% It may be, but is not limited thereto.
  • the (1) olefin-based copolymer may be an ethylene alpha-olefin copolymer having a volume resistivity of 1.0 ⁇ 10 15 ⁇ cm or more, specifically 3.0 ⁇ 10 15 ⁇ cm or more, 5.0 ⁇ 10 15 ⁇ cm or more, 7.0 ⁇ 10 15 ⁇ cm or more, 1.0 ⁇ 10 16 ⁇ cm or more, 3.0 ⁇ 10 16 ⁇ cm or more, or 5.0 ⁇ 10 16 ⁇ cm or more It may be a copolymer.
  • the volume resistivity of the (1) olefin-based copolymer is too low, the volume resistivity after crosslinking of the encapsulant composition for an optical device may not reach an appropriate level, but the volume resistivity of the (1) olefin-based copolymer may satisfy the above value In this case, the encapsulant composition for an optical device may exhibit excellent volume resistance after crosslinking.
  • the upper limit of the volume resistivity of the olefin-based copolymer is not particularly limited, but considering that it is difficult to prepare an olefin-based copolymer having a high volume resistivity and a high volume resistivity, 9.9 ⁇ 10 16 ⁇ cm or less, 9.0 ⁇ 10 16 ⁇ cm or less, 7.0 ⁇ 10 16 ⁇ cm or less, 5.0 ⁇ 10 16 ⁇ cm or less, 3.0 ⁇ 10 16 ⁇ cm or less, 2.5 ⁇ 10 16 ⁇ cm or less, or 2.0 ⁇ 10 16 ⁇ cm or less may be used.
  • crosslinking agent various crosslinking agents known in the art may be used as long as they are crosslinkable compounds capable of initiating radical polymerization or forming crosslinking bonds, and 1 selected from the group consisting of organic peroxides, hydroperoxides and azo compounds A species or two or more species may be used.
  • the crosslinking agent may specifically be an organic peroxide.
  • the organic peroxide may be an organic peroxide having a 1-hour half-life temperature of 120 to 135°C, for example, 120 to 130°C, 120 to 125°C, preferably 121°C.
  • the "1-hour half-life temperature” means a temperature at which the half-life of the crosslinking agent is 1 hour.
  • the temperature at which the radical initiation reaction efficiently occurs is different, and therefore, when an organic peroxide having a 1-hour half-life temperature in the above range is used as a crosslinking agent, a lamination process temperature for manufacturing an optoelectronic device
  • a radical initiation reaction, that is, a crosslinking reaction can proceed effectively.
  • the crosslinking agent includes t-buylcumyl peroxide, di-t-butyl peroxide, di-cumyl peroxide, 2,5-dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexane, 2,5-dimethyl dialkyl peroxides such as -2,5-di(t-butylperoxy)-3-hexyne; hydroperoxides such as cumene hydroperoxide, diisopropylbenzene hydroperoxide, 2,5-dimethyl-2,5-di(hydroperoxy)hexane, and t-butyl hydroperoxide; diacyl peroxides such as bis-3,5,5-trimethylhexanoyl peroxide, octanoyl peroxide, benzoyl peroxide, o-methylbenzoyl peroxide, and 2,4-dichlorobenzoyl peroxide; t-butylperoxy isobuty
  • the silane coupling agent may be, for example, N-( ⁇ -aminoethyl)- ⁇ -aminopropyltrimethoxysilane, N-( ⁇ -aminoethyl)- ⁇ -aminopropylmethyldimethoxysilane, ⁇ - Aminopropyltriethoxysilane, ⁇ -glycidoxypropyltrimethoxysilane, ⁇ -methacryloxypropyltrimethoxysilane (MEMO), vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, 3-methacryloxy It may be at least one selected from the group consisting of propyl methyldimethoxysilane, 3-methacryloxypropyl methyldiethoxysilane, 3-methacryloxypropyl triethoxysilane, and p-styryl trimethoxysilane.
  • the encapsulant composition for an optical device of the present invention includes a compound represented by Formula 1 below.
  • l, m, n, and o are each independently an integer of 0 to 4.
  • l, m, n, and o may each independently be an integer of 0 to 2.
  • the encapsulant composition for an optical device may specifically include tetravinyltin as a compound represented by Formula 1 below.
  • the compound of Formula 1 may be included as a crosslinking aid in the encapsulant composition for an optical device, and the compound of Formula 1 is compared to a compound containing an allyl group such as triallyl isocyanurate (TAIC), which has been previously used as a crosslinking aid. Since it has a relatively low polarity, it can exhibit excellent mixability with the (1) olefin-based copolymer included in the encapsulant composition for an optical device of the present invention, and accordingly, the impregnation time of the crosslinking aid can be shortened. also.
  • TAIC triallyl isocyanurate
  • An encapsulant composition for an optical device includes (1) 80 to 99 parts by weight of an olefin copolymer, (2) 0.1 to 9 parts by weight of a crosslinking agent, and (3) 0.01 to 2 parts by weight of a silane coupling agent. , and (4) 0.1 to 9 parts by weight of the compound of Formula 1.
  • the content of each component may mean a relative ratio between the weights of each component included in the encapsulant composition for an optical device.
  • the (1) olefin-based copolymer may be included in 80 to 99 parts by weight, specifically 80 parts by weight or more, 82 parts by weight or more, 85 parts by weight or more, 86 parts by weight or more, 87 parts by weight or more, 88 parts by weight or more 99 parts by weight or less, 98 parts by weight or less, 97 parts by weight or less, 96 parts by weight or less, or 95 parts by weight or less. If the content of the (1) olefin-based copolymer is too small, it is difficult to properly exhibit mechanical properties such as tear resistance and tear strength of the encapsulant for optical devices. When included within the range, suitable mechanical properties can be exhibited as an encapsulant for an optical device.
  • the (2) crosslinking agent may be included in an amount of 0.1 to 9 parts by weight, specifically 0.1 parts by weight or more, 0.2 parts by weight or more, 0.3 parts by weight or more, 0.4 parts by weight or more, 0.5 parts by weight or more, 0.6 parts by weight or more, 0.7 parts by weight or more. 0.8 parts by weight or more, or 1 part by weight or more to 9 parts by weight or less, 8 parts by weight or less, 7 parts by weight or less, 6 parts by weight or less, 5 parts by weight or less, 4 parts by weight or less, or 3 parts by weight or less.
  • the encapsulant for an optical device may be prepared as an encapsulant for an optical device by appropriately causing a crosslinking reaction, and the prepared encapsulant for an optical device may exhibit high volume resistance.
  • the (3) silane coupling agent may be included in an amount of 0.01 to 2 parts by weight, specifically 0.01 parts by weight or more, 0.02 parts by weight or more, 0.05 parts by weight or more, 0.07 parts by weight or more, 0.09 parts by weight or more, 0.1 parts by weight or more, or 0.15 parts by weight or more and 2 parts by weight or less, 1.8 parts by weight or less, 1.7 parts by weight or less, 1.5 parts by weight or less, 1.2 parts by weight or less, 1.0 parts by weight or less, 0.8 parts by weight or less, 0.7 parts by weight or less, 0.5 parts by weight or less, Or it may be included in an amount of 0.4 parts by weight or less.
  • the adhesive strength of the encapsulant composition for an optical device to a substrate for example, the adhesive strength of the encapsulant composition for an optical device to a glass substrate is low, making it difficult to exhibit appropriate performance as an encapsulant for an optical device, (3) Excessive content of the silane coupling agent is not suitable because the volume resistance of the encapsulant for optical devices decreases.
  • the encapsulant composition for an optical device exhibits excellent adhesion to the substrate of the optical device or the glass substrate on which the optical device is located, effectively preventing the penetration of moisture, etc. It is possible to enable the optical device to maintain excellent performance over a long period of time, and the encapsulant for the optical device can exhibit high volume resistance.
  • the (4) compound of Formula 1 may be included in an amount of 0.1 to 9 parts by weight, specifically 0.1 parts by weight or more, 0.2 parts by weight or more, 0.3 parts by weight or more, 0.4 parts by weight or more, 0.5 parts by weight or more, 0.6 parts by weight or more, 0.7 parts by weight or more, 0.8 parts by weight or more, or 1 part by weight or more and 9 parts by weight or less, 8 parts by weight or less, 7 parts by weight or less, 6 parts by weight or less, 5 parts by weight or less, 4 parts by weight or less, or 3 parts by weight may be included below.
  • the optical device encapsulant composition can properly cause a crosslinking reaction to be manufactured as an optical device encapsulant, and the prepared optical device encapsulant can exhibit high volume resistance.
  • the encapsulant composition for an optical device may additionally include (5) a crosslinking aid other than the compound of Formula 1.
  • crosslinking aid various crosslinking aids known in the art may be used, and for example, a compound containing at least one unsaturated group such as an allyl group or a (meth)acryloxy group may be included.
  • Examples of the (5) crosslinking aid include polyallyl compounds such as triallyl isocyanurate (TAIC), triallyl cyanurate, diallyl phthalate, diallyl fumarate or diallyl maleate,
  • Examples of the compound containing the (meth)acryloxy group include poly(meth)acryloxy compounds such as ethylene glycol diacrylate, ethylene glycol dimethacrylate, and trimethylolpropane trimethacrylate. , but is not particularly limited thereto.
  • the weight ratio of the compound of Formula 1 (4) and the crosslinking aid (5) is 20:80 to 80:20, specifically 21:79 to 79:21, 22:78 to 78:22, 23:77 to 77:23, 24:76 to 76:24, or 25:75 to 75:25 can be
  • the encapsulant composition for an optical device according to an example of the present invention further includes (5) a crosslinking aid other than the compound of Formula 1, the total amount of the compound of Formula 1 (4) and the crosslinking aid (5) is 0.1 to 0.1 It may be included in an amount of 9 parts by weight, specifically 0.1 parts by weight or more, 0.2 parts by weight or more, 0.3 parts by weight or more, 0.4 parts by weight or more, 0.5 parts by weight or more, 0.6 parts by weight or more, 0.7 parts by weight or more, 0.8 parts by weight or more. , or 1 part
  • the encapsulant composition for an optical device according to an example of the present invention includes (4) the compound of Formula 1 and (5) a crosslinking aid together, high volume resistance, fast dipping speed, excellent light transmittance and adhesion can be satisfied, , It is possible to achieve a higher degree of crosslinking compared to the case of using only the compound of Formula 1 above (4).
  • the encapsulant composition for an optical device may further include at least one additive selected from a light stabilizer, a UV absorber, and a heat stabilizer, if necessary.
  • the light stabilizer may serve to prevent photooxidation by capturing active species at the onset of photodegradation of the resin, depending on the application of the composition.
  • the type of light stabilizer that can be used is not particularly limited, and known compounds such as hindered amine-based compounds or hindered piperidine-based compounds can be used.
  • the UV absorber may absorb ultraviolet rays from sunlight and convert them into harmless thermal energy in molecules according to the use of the composition, thereby preventing the excitation of active species for initiating photodegradation in the resin composition.
  • Specific types of UV absorbers that can be used are not particularly limited, and examples include inorganic UV absorbers such as benzophenone, benzotriazole, acrylonitrile, metal complex salts, hindered amines, ultrafine titanium oxide or ultrafine zinc oxide.
  • inorganic UV absorbers such as benzophenone, benzotriazole, acrylonitrile, metal complex salts, hindered amines, ultrafine titanium oxide or ultrafine zinc oxide.
  • One type or a mixture of two or more types of absorbents and the like can be used.
  • thermal stabilizer examples include tris (2,4-di-tert-butylphenyl) phosphite, bis [2,4-bis (1,1-dimethylethyl) -6-methylphenyl] ethyl ester phosphorous acid, tetrakis phosphorus series such as (2,4-di-tert-butylphenyl)[1,1-biphenyl]-4,4'-diylbisphosphonate and bis(2,4-di-tert-butylphenyl)pentaerythritol diphosphite; stabilizator; and lactone-based heat stabilizers such as reaction products of 8-hydroxy-5,7-di-tert-butyl-furan-2-one and o-xylene. One or two or more of these may be used. there is.
  • the content of the light stabilizer, UV absorber and/or heat stabilizer is not particularly limited. That is, the content of the additive may be appropriately selected in consideration of the use of the resin composition, the shape or density of the additive, and is usually within the range of 0.01 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the total solid content of the encapsulant composition for an optical device. can be properly adjusted.
  • the encapsulant composition for an optical device of the present invention may appropriately additionally include various additives known in the related art according to the application to which the resin component is applied in addition to the above components.
  • the encapsulant composition for optical devices can be molded by injection, extrusion, etc. and used as various molded products, and specifically, as an encapsulant for encapsulating devices in various optoelectronic devices, such as solar cells. It can be used, for example, it can also be used as an industrial material applied to an elevated temperature lamination process, but the use is not limited thereto.
  • the present invention provides an encapsulant film for an optical device comprising an olefin-based copolymer and a compound represented by Formula 1 below.
  • l, m, n, and o are each independently an integer of 0 to 4.
  • l, m, n, and o may each independently be an integer of 0 to 2.
  • the encapsulant composition for an optical device may specifically include tetravinyltin as a compound represented by Formula 1 below.
  • the present invention provides an optical device encapsulation film comprising the optical device encapsulation composition.
  • the encapsulant film for an optical device of the present invention can be prepared by molding a composition containing the olefin-based copolymer and the compound represented by Formula 1 into a film or sheet shape, and specifically, the encapsulant composition for an optical device is formed into a film or sheet shape. It can be manufactured by molding. Such a molding method is not particularly limited, and for example, it can be produced by sheeting or filming by a conventional process such as a T-die process or extrusion.
  • the manufacture of the encapsulant film for an optical device is an in situ process using a device in which the manufacture of a resin composition using the encapsulant composition for an optical device and the film formation or sheet formation process are connected to each other. can be done
  • the thickness of the encapsulant film for the optical device may be adjusted to about 10 to 2,000 ⁇ m, or about 100 to 1,250 ⁇ m in consideration of support efficiency and breakability of the device in the optoelectronic device, light weight or workability of the device, and the like. may change accordingly.
  • the present invention provides an optical device module including an optical device and an encapsulant film for the optical device.
  • the optical device may be, for example, a solar cell, and the optical device module may be a solar cell module.
  • the optical device module fills the gap between the optical device cells arranged in series or in parallel, for example, the solar cell, with the optical device encapsulant film of the present invention, and a glass surface is disposed on the surface where sunlight strikes, and the rear surface is It may have a configuration protected by a back sheet, but is not limited thereto, and various types and forms of optical device modules or solar cell modules manufactured including encapsulant films for optical devices in the art can be applied to the present invention. .
  • the glass surface may use tempered glass to protect the optical element from external impact and prevent damage, and low iron tempered glass having a low iron content to prevent reflection of sunlight and increase sunlight transmittance. It can be used, but is not limited thereto.
  • the back sheet is a weather-resistant film that protects the rear surface of the optical device module from the outside, and is, for example, a fluorine-based resin sheet, a metal plate or metal foil such as aluminum, a cyclic olefin-based resin sheet, a polycarbonate-based resin sheet, and a poly(meth)acrylic resin.
  • a sheet, a polyamide-based resin sheet, a polyester-based resin sheet, a composite sheet obtained by laminating a weather resistant film and a barrier film, and the like, are not limited thereto.
  • optical device module of the present invention may be manufactured without limitation according to a method known in the art, except for including the above-described encapsulant film for an optical device.
  • the optical device module of the present invention is manufactured using an encapsulant film for an optical device having excellent volume resistance, and can prevent current from leaking to the outside by moving electrons in the optical device module through the encapsulant film for an optical device, Accordingly, it is possible to greatly suppress a PID (Potential Induced Degradation) phenomenon in which insulation property is deteriorated, leakage current is generated, and the output of the module is rapidly reduced.
  • PID Physical Induced Degradation
  • t-butyl 1-(2-ethylhexyl) monoperoxycarbonate (TBEC, manufactured by Sigma-Aldrich) 1 phr (parts per hundred rubber) as a crosslinking agent using an electric pipette ), 0.375 phr of triallyl isocyanurate (TAIC, manufactured by Sigma-Aldrich) and 0.125 phr of tetravinyl tin (TVT, manufactured by Sigma-Aldrich) as a crosslinking aid, and methacryloxypropyltrimethoxysilane (MEMO, Shin-Etsu Co., Ltd.) as a silane coupling agent manufacturer) 0.2 phr was added. While stirring at 40 rpm, the change in torque value over time was observed, and impregnation was terminated when the torque value rapidly increased.
  • TAIC triallyl isocyanurate
  • TVT tetravinyl tin
  • MEMO methacryloxypropyltri
  • the impregnated sample was press-molded to an average thickness of 0.5 mm using a micro extruder at a low temperature (extruder barrel temperature of 90 to 100 ° C) to the extent that high temperature crosslinking did not occur, to prepare a sheet-type encapsulant film.
  • TAIC triallyl isocyanurate
  • TVT tetravinyltin
  • Example 1 except that ethylene vinyl acetate (EVA, EP28025, manufactured by LG Chem) was used instead of LUCENE TM LF675 in Preparation Example 1, and only 0.5 phr of triallyl isocyanurate (TAIC) was used as a crosslinking aid.
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • TAIC triallyl isocyanurate
  • an optical device encapsulant composition and an encapsulant film were prepared in the same manner as in Example 1.
  • An optical device encapsulant composition and an encapsulant film were prepared in the same manner as in Example 1, except that only 0.5 phr of triallyl isocyanurate (TAIC) was used as a crosslinking aid.
  • TAIC triallyl isocyanurate
  • An optical device encapsulant composition and an encapsulant film were prepared in the same manner as in Example 1, except that 0.5 phr of triallyl isocyanurate (TAIC) and 0.5 phr of tetravinylsilane (TVS) were used as crosslinking aids. .
  • TAIC triallyl isocyanurate
  • TVS tetravinylsilane
  • An optical device encapsulant composition and an encapsulant film were prepared in the same manner as in Example 1, except that only 0.5 phr of tetravinylsilane (TVS) was used as a crosslinking aid.
  • TVS tetravinylsilane
  • An optical device encapsulant composition and an encapsulant film were prepared in the same manner as in Example 1, except that 0.25 phr of triallyl isocyanurate (TAIC) and 0.25 phr of tetravinylsilane (TVS) were used as crosslinking aids. .
  • TAIC triallyl isocyanurate
  • TVS tetravinylsilane
  • POE ethylene 1-butene copolymer
  • EVA ethylene vinyl alcohol
  • TAIC triallyl isocyanurate
  • TVT tetravinyltin
  • TVS tetravinylsilane.
  • the encapsulant film (15 cm ⁇ 15 cm) with a thickness of 0.5 mm prepared above between two release films (thickness: about 100 ⁇ m) and process temperature 150 °C in a vacuum laminator, process time 20 minutes (5 minutes vacuum / 1 minute) Pressing/14 min pressure duration) to crosslink by lamination.
  • a fluorine-based solar backsheet was laminated thereon. Lamination was performed at a temperature of 150° C. for 20 minutes so that the encapsulant film was crosslinked and attached to the glass substrate. The encapsulant film of the specimen was cut with a width of 1 cm so that the width of the measurement area was 1 cm.
  • a sample holder for UTM and a load cell of 1 kN are mounted on a tensile compression tester (LRX Plus Universal Test Machine, manufactured by LLOYD), and the encapsulant film attached to the glass substrate and the encapsulant film on the glass substrate are not attached. After fixing the ends of the unattached parts, the adhesion was tested by pulling at 60 mm/min.
  • LRX Plus Universal Test Machine manufactured by LLOYD
  • the cross-linked sheet was cut into a size of 3 ⁇ 3 mm 2 using scissors.
  • the sides and bottom of a 7 ⁇ 10 cm 2 200 mesh wire mesh were stapled.
  • the sheet was put into the wire mesh and the weight of the introduced sheet was measured. The amount of the sheet was 0.49 to 0.51 g.
  • After inserting the sheet the top of the wire mesh was stapled and the total weight of the sample was measured.
  • a solution in which 10 g of BHT (dibutylhydroxytoluene) was dissolved in 1,000 g of xylene was poured into a 2 L cylinder reactor, and 3 to 4 of the above samples were placed. The reactor was heated and reflux was terminated when 5 hours elapsed from the point at which boiling began.
  • BHT dibutylhydroxytoluene
  • a sample was taken out of the reactor with a metal scoop and washed with xylene. Vacuum dried overnight at 100 °C. The degree of crosslinking was calculated by measuring the weight of the dry sample. The degree of crosslinking can be determined by the average value of 3 to 4 samples refluxed in xylene.
  • Example 1 34 41 1.38 ⁇ 10 17 88.6 92.3 235 71.3
  • Example 2 19 67 4.04 ⁇ 10 17 87.7 92.2 208 72.6
  • Example 3 9 84 5.53 ⁇ 10 17 88.0 92.2 218 73.3
  • Example 4 5 91 7.60 ⁇ 10 17 86.9 92.2 224 67.6
  • Example 5 4 93 1.04 ⁇ 10 18 85.1 92.2 212 67.1 Comparative Example 1 2 97 1.70 ⁇ 10 14 - - 160 94.3 Comparative Example 2 6 - 4.63 ⁇ 10 16 87.6 92.1 219 43.1 Comparative Example 3 58 0 4.44 ⁇ 10 16 87.3 92.1 204 76.9 Comparative Example 4 4 93 5.00 ⁇ 10 16
  • the encapsulant composition for an optical device of Examples 1 to 5 exhibits higher volume resistance after crosslinking than the encapsulant composition for an optical device of Comparative Examples 1 to 6.
  • EVA which is commonly used as a resin component in place of the olefin-based copolymer
  • Comparative Examples 2 to 6 using ethylene 1-butene copolymer as in the Examples.
  • TVT tetravinyltin
  • Examples 1 to 5 showed an improved crosslinking agent impregnation rate compared to Comparative Example 3 in which 0.5 phr of triallyl isocyanurate (TAIC) was used. I could see it getting faster the more I did it.
  • Examples 1 to 3 are examples in which tetravinyltin (TVT) and triallyl isocyanurate (TAIC) are used together, and Examples 4 and 5 are examples in which tetravinyltin (TVT) is used alone.
  • TVT tetravinyltin
  • TAIC triallyl isocyanurate

Abstract

본 발명은 체적 저항 및 광 투과율이 높은 에틸렌/알파-올레핀 공중합체를 포함하는 광소자용 봉지재 조성물 및 이를 이용한 광소자용 봉지재 필름에 관한 것이다.

Description

광소자용 봉지재 조성물 및 이를 이용한 광소자용 봉지재 필름
본 발명은 2021년 11월 10일에 출원된 한국특허출원 제10-2021-0154112호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 체적 저항 및 광 투과율이 높은 광소자용 봉지재 조성물 및 이를 이용한 광소자용 봉지재 필름에 관한 것이다.
지구 환경 문제, 에너지 문제 등이 갈수록 심각해지고 있는 가운데 깨끗하면서도 고갈 우려가 없는 에너지 생성 수단으로서 태양전지가 주목받고 있다. 태양전지는 건물의 지붕 등 옥외에서 사용하는 경우 모듈 형태로 사용하는 것이 일반적인데, 태양전지 모듈의 제조 시에는 결정형 태양전지 모듈을 얻기 위해 태양전지 모듈용 보호 시트(표면측 투명 보호 부재)/태양전지 봉지재/결정형 태양전지 소자결정형 태양전지 소자/태양전지 봉지재/태양전지 모듈용 보호 시트(이면측 보호 부재)의 순서대로 적층하여 제조한다. 한편, 박막계 태양전지 모듈을 얻기 위해서는 박막형 태양전지 소자/태양전지 봉지재/태양전지 모듈용 보호 시트(이면측 보호 부재)의 순서대로 적층하여 제조하게 된다.
상술한 태양전지 봉지재로서, 일반적으로 에틸렌/아세트산비닐 공중합체나 에틸렌/알파-올레핀 공중합체 등이 사용되고 있다. 또한, 태양전지 봉지재에는 장기간의 내후성이 요구되는 점에서, 첨가제로서 광 안정제가 통상 포함되어 있다. 또한 유리로 대표되는 표면측 투명 보호 부재 내지 이면측 보호 부재의 밀착성을 고려하여, 태양전지 봉지재에는 실란 커플링제도 통상 포함되어 있다.
구체적으로, 에틸렌/아세트산비닐 공중합체(EVA) 시트가 투명성, 유연성 및 접착성 등이 우수한 점에서 널리 사용되어 왔다. 에틸렌·아세트산 비닐 공중합체(EVA)막은 투명성, 유연성 및 접착성 등이 우수한 점에서 널리 사용되고 있다. 그러나, EVA 조성물을 태양전지 봉지재의 구성 재료로서 사용할 경우, EVA가 분해하여 발생하는 아세트산 가스 등의 성분이 태양전지 소자에 영향을 미칠 가능성이 염려되었다.
에틸렌/알파-올레핀 공중합체는 수지의 가수분해 문제가 없으므로 수명 저하나 신뢰성 저하의 문제를 해결할 수 있었다. 그러나 에틸렌/알파-올레핀 공중합체는 수지에 극성기를 포함하지 않으므로, 기존에 태양전지 봉지재의 구성 재료로 포함되는 극성의 가교조제와는 혼합성이 저하되어 함침에 매우 오랜 시간이 소요되므로 생산성에 문제가 있었다.
이와 같이, 체적 저항이 우수하여 태양 전재 봉지재 등 높은 절연성이 요구되는 물질로서 유용하게 활용할 수 있는 에틸렌/알파-올레핀 공중합체를 포함하는 태양전지 봉지재의 생산성을 향상시킬 수 있는 가교조제의 개발이 필요한 실정이다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 한국 공개특허 2018-0063669
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 올레핀계 공중합체와 혼합성이 우수한 가교조제를 포함하고, 높은 체적 저항 및 이를 통한 우수한 절연성을 나타내는 광소자용 봉지재 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 해결하고자 하는 과제는 상기 광소자용 봉지재 조성물을 이용하여 제조된 광소자용 봉지재 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 해결하고자 하는 과제는 상기 광소자용 봉지재 필름을 포함하는 광소자 모듈을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 광소자용 봉지재 조성물, 광소자용 봉지재 필름 및 광소자 모듈을 제공한다.
[1] 본 발명은 (1) 올레핀계 공중합체; (2) 가교제; (3) 실란 커플링제; 및 (4) 하기 화학식 1의 화합물을 포함하는 광소자용 봉지재 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2022017651-appb-img-000001
상기 화학식 1에서 l, m, n, 및 o는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이다.
[2] 본 발명은 상기 [1]에 있어서, 상기 (1) 올레핀계 공중합체는 하기 요건을 만족하는 것인 광소자용 봉지재 조성물을 제공한다:
(a) 밀도 0.85 내지 0.90 g/cc, 및 (b) 용융지수 0.1 내지 100 g/10min.
[3] 본 발명은 상기 [1] 또는 [2]에 있어서, 상기 (1) 올레핀계 공중합체는 에틸렌 알파-올레핀 공중합체인 광소자용 봉지재 조성물을 제공한다.
[4] 본 발명은 상기 [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 있어서, 상기 (1) 올레핀계 공중합체는 체적 저항이 1.0×1015 Ω·cm 이상인 에틸렌 알파-올레핀 공중합체인 광소자용 봉지재 조성물을 제공한다.
[5] 본 발명은 상기 [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 있어서, 상기 가교제는 유기 과산화물, 히드로과산화물 및 아조 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 광소자용 봉지재 조성물을 제공한다.
[6] 본 발명은 상기 [1] 내지 [5] 중 어느 하나에 있어서, 상기 가교제는 t-부틸큐밀퍼옥사이드, 디-t-부틸 퍼옥사이드, 디-큐밀 퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)-3-헥신, 큐멘 히드로퍼옥사이드, 디이소프로필 벤젠 히드로 퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(히드로퍼옥시)헥산, t-부틸히드로퍼옥사이드, 비스-3,5,5-트리메틸헥사노일 퍼옥사이드, 옥타노일퍼옥사이드, 벤조일 퍼옥사이드, o-메틸벤조일퍼옥사이드, 2,4-디클로로벤조일 퍼옥사이드, t-부틸퍼옥시 아이소 부틸레이트, t-부틸퍼옥시 아세테이트, t-부틸퍼옥시-2-에틸헥실카보네이트(TBEC), t-부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, t-부틸퍼옥시 피바레이트, t-부틸퍼옥시 옥토에이트, t-부틸퍼옥시아이소프로필 카보네이트, t-부틸퍼옥시벤조에이트, 디-t-부틸퍼옥시프탈레이트, 2,5-디메틸-2,5-디(벤조일퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(벤조일퍼옥시)-3-헥신, 메틸에틸케톤 퍼옥사이드, 사이클로헥사논 퍼옥사이드 아조비스이소부티로니트릴 및 아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴)로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상인 광소자용 봉지재 조성물을 제공한다.
[7] 본 발명은 상기 [1] 내지 [6] 중 어느 하나에 있어서, 상기 실란 커플링제는 N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란, N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필메틸디메톡시실란, γ-아미노프로필트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란(MEMO), 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시시란, 3-메타크릴옥시프로필 메틸디메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필 메틸디에톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필 트리에톡시실란, 및 p-스티릴 트리메톡시실란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 광소자용 봉지재 조성물을 제공한다.
[8] 본 발명은 상기 [1] 내지 [7] 중 어느 하나에 있어서, 상기 화학식 1에서 l, m, n, 및 o는 각각 독립적으로 0 내지 2의 정수인 광소자용 봉지재 조성물을 제공한다.
[9] 본 발명은 상기 [1] 내지 [8] 중 어느 하나에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물은 테트라비닐주석(tetravinyltin)인 광소자용 봉지재 조성물을 제공한다.
[10] 본 발명은 상기 [1] 내지 [9] 중 어느 하나에 있어서, 상기 광소자용 봉지재 조성물은 (1) 올레핀계 공중합체를 80 내지 99 중량부, (2) 유기 과산화물을 0.1 내지 9 중량부, (3) 실란커플링제를 0.01 내지 2 중량부, 및 (4) 화학식 1의 화합물을 0.1 내지 9 중량부 포함하는 것인 광소자용 봉지재 조성물을 제공한다.
[11] 본 발명은 상기 [1] 내지 [10] 중 어느 하나에 있어서, 상기 광소자용 봉지재 조성물은 추가적으로 상기 화학식 1의 화합물 이외의 (5) 가교조제를 포함하고, 상기 (5) 가교조제는 알릴기 또는 (메타)아크릴옥시기를 하나 이상 함유하는 화합물을 포함하는 광소자용 봉지재 조성물을 제공한다.
[12] 본 발명은 상기 [11]에 있어서, 상기 (5) 가교조제는 트리알릴 이소시아누레이트(TAIC), 트리알릴 시아누레이트, 디알릴 프탈레이트, 디알릴 푸마레이트, 디알릴 말레에이트, 에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 및 트리메틸올프로판 트라이메타크릴레이트로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 광소자용 봉지재 조성물을 제공한다.
[13] 본 발명은 상기 [11] 또는 [12]에 있어서, 상기 (4) 화학식 1의 화합물 및 (5) 가교조제의 중량비는 20:80 내지 80:20인 광소자용 봉지재 조성물을 제공한다.
[14] 본 발명은 올레핀계 공중합체 및 하기 화학식 1의 화합물을 포함하는 광소자용 봉지재 필름을 제공한다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2022017651-appb-img-000002
상기 화학식 1에서 l, m, n, 및 o는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이다.
[15] 본 발명은 광소자, 및 상기 [14]에 따른 광소자용 봉지재 필름을 포함하는 광소자 모듈을 제공한다.
본 발명의 광소자용 봉지재 조성물은 올레핀계 공중합체와 혼합성이 우수한 주석을 포함하는 화합물을 가교조제로 포함하는 것으로, 우수한 체적 저항 및 광 투과율을 나타내어 전기전자 산업 분야에서 다양한 용도로 널리 이용 가능하다.
도 1은 실시예 1 내지 5에서 각각 측정한 에틸렌/1-부텐 공중합체에 가교제, 가교조제, 실란 커플링제를 함침시킬 때의 교반시간에 따른 함침 토크(torque) 값을, 함침 토크 커브(torque curve)로 작성하여 나타낸 그래프이다.
도 2는 비교예 1에서 측정한 에틸렌/1-부텐 공중합체에 가교제, 가교조제, 실란 커플링제를 함침시킬 때의 교반시간에 따른 함침 토크(torque) 값을, 함침 토크 커브(torque curve)로 작성하여 나타낸 그래프이다.
도 3은 비교예 3에서 측정한 에틸렌/1-부텐 공중합체에 가교제, 가교조제, 실란 커플링제를 함침시킬 때의 교반시간에 따른 함침 토크(torque) 값을, 함침 토크 커브(torque curve)로 작성하여 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 설명 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
[광소자용 봉지재 조성물]
본 발명의 광소자용 봉지재 조성물은 (1) 올레핀계 공중합체; (2) 가교제; (3) 실란 커플링제; 및 (4) 하기 화학식 1의 화합물을 포함하는 포함하는 것을 특징으로 한다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2022017651-appb-img-000003
상기 화학식 1에서 l, m, n, 및 o는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이다.
본 발명은 체적 저항이 높아 전기 절연성이 우수하게 나타나는 광소자용 봉지재 조성물에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명의 광소자용 봉지재 조성물은 종래 광소자용 봉지재 조성물에 적용되던 에틸렌비닐알코올(EVA)을 대신하여 올레핀계 공중합체를 포함하는 것으로, 다습한 환경에서 에틸렌비닐알코올의 아세테이트기가 가수분해되어 아세트산을 형성하는 문제를 해결하여 광소자 모듈의 내구성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 올레핀계 공중합체에 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 가교조제로서 적용함으로써 기존에 에틸렌비닐알코올(EVA)에 적용되던 극성 가교조제가 극성기를 포함하지 않는 올레핀계 공중합체와 혼합성이 부족하여 가교제 함침이 지연되는 문제를 해결할 수 있고, 높은 가교도, 체적 저항 및 광투과도를 달성할 수 있다.
(1) 올레핀계 공중합체
본 발명의 일례에 따른 광소자용 봉지재 조성물이 포함하는 상기 (1) 올레핀계 공중합체는 (a) 밀도 0.85 내지 0.90 g/cc, 및 (b) 용융지수 0.1 내지 100 g/10min를 만족하는 것일 수 있다.
상기 올레핀계 공중합체의 (a) 밀도는 구체적으로 0.850 g/cc 이상, 0.855 g/cc 이상, 0.860 g/cc 이상, 0.865 g/cc 이상 0.870 g/cc 내지 0.900 g/cc 이하 0.895 g/cc 이하, 0.890 g/cc 이하, 0.885 g/cc 이하, 0.880 g/cc 이하, 0.875 g/cc 이하, 또는 0.870 g/cc 이하일 수 있다. 상기 올레핀계 공중합체의 밀도가 너무 높으면 상기 올레핀계 공중합체에 포함되는 결정상으로 인해 광소자용 봉지재 조성물 및 이를 이용하여 제조한 광소자용 봉지재의 광투과도가 감소할 수 있으나, 상기 올레핀계 공중합체가 상기 밀도 범위를 만족할 경우 높은 광투과도를 나타낼 수 있다.
상기 올레핀계 공중합체의 (b) 용융지수는 0.1 g/10min 이상, 0.5 g/10min 이상, 1.0 g/10min 이상, 1.5 g/10min 이상, 2.0 g/10min 이상, 2.5 g/10min 이상, 5.0 g/10min 이상, 또는 10.0 g/10min 이상 내지 100 g/10min 이하, 95 g/10min 이하, 90 g/10min 이하, 85 g/10min 이하, 80 g/10min 이하, 75 g/10min 이하, 70 g/10min 이하, 60 g/10min 이하, 또는 50 g/10min 이하일 수 있다. 상기 올레핀계 공중합체의 용융지수가 상기 범위를 벗어나서 너무 낮거나 높다면 상기 광소자용 봉지재 조성물의 성형성이 나빠지게 되어 안정적인 압출이 어려운 문제가 있을 수 있으나, 상기 올레핀계 공중합체가 상기 용융지수 범위를 만족할 경우, 상기 광소자용 봉지재 조성물의 성형성이 우수하므로, 안정적으로 광소자용 봉지재, 광소자용 봉지재 시트(sheet)를 압출할 수 있다.
본 발명의 일례에 따른 광소자용 봉지재 조성물이 포함하는 상기 (1) 올레핀계 공중합체는 에틸렌/알파-올레핀 공중합체일 수 있다.
통상 에틸렌/알파-올레핀 공중합체의 밀도는 중합 시 사용되는 단량체의 종류와 함량, 중합도 등의 영향을 받으며, 공중합체의 경우 공단량체의 함량에 의한 영향을 크게 받는다. 이때 공단량체의 함량이 많을수록 저밀도의 에틸렌/알파-올레핀 공중합체가 제조될 수 있고, 공단량체가 공중합체 내 도입될 수 있는 함량은 촉매 고유의 공중합성에 의존적일 수 있다.
본 발명의 광소자용 봉지재 조성물에 포함된 에틸렌/알파-올레핀 공중합체는 상기한 바와 같은 저밀도를 나타내며 우수한 가공성을 나타내는 것일 수 있다.
상기 에틸렌/알파-올레핀 공중합체는 에틸렌과 알파-올레핀계 단량체를 공중합하여 제조된 것으로서, 이 때 공중합체 내 알파-올레핀계 단량체로부터 유래된 부분을 의미하는 상기 알파-올레핀은 C4 내지 C20의 알파-올레핀, 구체적으로 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헥센, 1-헵텐, 1-옥텐, 1-데센, 1-운데센, 1-도데센, 1-테트라데센, 1-헥사데센, 또는 1-에이코센 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
이 중에서도, 상기 알파-올레핀은 1-부텐, 1-헥센 또는 1-옥텐일 수 있고, 바람직하게는 1-부텐, 1-헥센, 또는 이들의 조합일 수 있다.
또한, 상기 에틸렌/알파-올레핀 공중합체에서 알파-올레핀의 함량은 상기한 물성적 요건을 충족하는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있으며, 구체적으로는 0 초과 99몰% 이하, 또는 10 내지 50몰%일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
또한, 본 발명의 광소자용 봉지재 조성물의 일례에 있어서, 상기 (1) 올레핀계 공중합체는 체적 저항이 1.0×1015 Ω·cm 이상인 에틸렌 알파-올레핀 공중합체일 수 있고, 구체적으로 3.0×1015 Ω·cm 이상, 5.0×1015 Ω·cm, 7.0×1015 Ω·cm 이상, 1.0×1016 Ω·cm 이상, 3.0×1016 Ω·cm 이상, 또는 5.0×1016 Ω·cm 이상인 공중합체일 수 있다. 상기 (1) 올레핀계 공중합체의 체적 저항이 너무 낮을 경우 광소자용 봉지재 조성물의 가교 후의 체적 저항이 적절한 수준에 이르지 못할 수 있으나, 상기 (1) 올레핀계 공중합체의 체적 저항이 상기 값을 만족할 경우 광소자용 봉지재 조성물이 가교 후 우수한 체적 저항을 나타낼 수 있다. 상기 (1) 올레핀계 공중합체의 체적 저항의 상한은 특별히 제한되지 않지만, 올레핀계 공중합체가 통상적으로 나타내는 체적 저항과 체적 저항이 높은 올레핀계 공중합체의 제조에는 어려움이 따른다는 점을 고려할 때, 9.9×1016 Ω·cm 이하, 9.0×1016 Ω·cm 이하, 7.0×1016 Ω·cm 이하, 5.0×1016 Ω·cm 이하, 3.0×1016 Ω·cm 이하, 2.5×1016 Ω·cm 이하, 또는 2.0×1016 Ω·cm 이하인 것이 사용될 수 있다.
(2) 가교제
상기 가교제는 라디칼 중합을 개시할 수 있거나 가교 결합을 형성할 수 있는 가교성 화합물이라면 기술 분야에서 공지된 다양한 가교제를 다양하게 사용할 수 있으며, 유기 과산화물, 히드로과산화물 및 아조 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일례에 있어서, 상기 가교제는 구체적으로 유기 과산화물일 수 있다.
상기 유기 과산화물은 120 내지 135℃, 예를 들어, 120 내지 130℃, 120 내지 125℃, 바람직하게는 121℃의 1시간 반감기 온도를 가지는 유기 과산화물일 수 있다. 상기 "1시간 반감기 온도"란 상기 가교제의 반감기가 1시간이 되는 온도를 의미한다. 상기 1시간 반감기 온도에 따라, 라디칼 개시 반응이 효율적으로 일어나는 온도가 상이해지며, 따라서, 전술한 범위의 1시간 반감기 온도를 가지는 유기 과산화물을 가교제로서 사용할 경우, 광전자 장치를 제조하기 위한 라미네이션 공정 온도에서 라디칼 개시 반응, 즉, 가교 반응이 효과적으로 진행될 수 있다.
상기 가교제로는 t-부필큐밀퍼옥사이드, 디-t-부틸 퍼옥사이드, 디-큐밀 퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)-3-헥신 등의 디알킬퍼옥사이드류; 큐멘 히드로퍼옥사이드, 디이소프로필 벤젠 히드로 퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(히드로퍼옥시)헥산, t-부틸히드로퍼옥사이드 등의 히드로퍼옥사이드류; 비스-3,5,5-트리메틸헥사노일 퍼옥사이드, 옥타노일퍼옥사이드, 벤조일 퍼옥사이드, o-메틸벤조일퍼옥사이드, 2,4-디클로로벤조일 퍼옥사이드 등의 디아실퍼옥사이드류; t-부틸퍼옥시 아이소 부틸레이트, t-부틸퍼옥시 아세테이트, t-부틸퍼옥시-2-에틸헥실카보네이트(TBEC), t-부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, t-부틸퍼옥시 피바레이트, t-부틸퍼옥시 옥토에이트, t-부틸퍼옥시아이소프로필 카보네이트, t-부틸퍼옥시벤조에이트, 디-t-부틸퍼옥시프탈레이트, 2,5-디메틸-2,5-디(벤조일퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(벤조일퍼옥시)-3-헥신 등의 퍼옥시 에스터류; 및 메틸에틸케톤 퍼옥사이드, 사이클로헥사논 퍼옥사이드 등의 케톤 퍼옥사이드류, 라우릴 퍼옥사이드, 아조비스이소부티로니트릴 및 아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴) 등의 아조 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
(3) 실란 커플링제
상기 실란 커플링제는 예컨대, 상기 실란 커플링제는 N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란, N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필메틸디메톡시실란, γ-아미노프로필트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란(MEMO), 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시시란, 3-메타크릴옥시프로필 메틸디메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필 메틸디에톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필 트리에톡시실란, 및 p-스티릴 트리메톡시실란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
(4) 화학식 1의 화합물
본 발명의 광소자용 봉지재 조성물은 하기 화학식 1의 화합물을 포함한다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2022017651-appb-img-000004
상기 화학식 1에서 l, m, n, 및 o는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이다.
또한, 상기 화학식 1에서 l, m, n, 및 o는 각각 독립적으로 0 내지 2의 정수일 수 있다.
또한, 본 발명의 일례에 따른 광소자용 봉지재 조성물은 구체적으로 하기 화학식 1의 화합물로서 테트라비닐주석(tetravinyltin)을 포함할 수 있다.
상기 화학식 1의 화합물은 광소자용 봉지재 조성물에 가교조제로서 포함될 수 있으며, 상기 화학식 1의 화합물은 기존에 가교조제로서 사용되던 트리알릴 이소시아누레이트(TAIC)와 같은 알릴기를 함유하는 화합물에 비해 상대적으로 낮은 극성을 가지므로 본 발명의 광소자용 봉지재 조성물이 포함하는 상기 (1) 올레핀계 공중합체와 우수한 혼합성을 나타낼 수 있고, 이에 따라 가교조제의 함침시간을 단축시킬 수 있다. 또한. 상기 화학식 1의 화합물을 가교조제로서 포함하는 광소자용 봉지재 조성물은 이를 이용하여 광소자용 봉지재를 제조했을 때, 제조된 광소자용 봉지재가 높은 체적 저항을 나타낼 수 있다.
본 발명의 일례에 따른 광소자용 봉지재 조성물은 상기 (1) 올레핀계 공중합체를 80 내지 99 중량부, (2) 가교제를 0.1 내지 9 중량부, (3) 실란 커플링제를 0.01 내지 2 중량부, 및 (4) 화학식 1의 화합물을 0.1 내지 9 중량부 포함할 수 있다. 상기 각각의 성분의 함량은 상기 광소자용 봉지재 조성물이 포함하는 각각의 성분들의 중량들간의 상대적인 비율을 의미할 수 있다.
상기 (1) 올레핀계 공중합체는 80 내지 99 중량부 포함될 수 있고, 구체적으로 80 중량부 이상, 82 중량부 이상, 85 중량부 이상, 86 중량부 이상, 87 중량부 이상, 88 중량부 이상 내지 99 중량부 이하, 98 중량부 이하, 97 중량부 이하, 96 중량부 이하, 또는 95 중량부 이하로 포함될 수 있다. 상기 (1) 올레핀계 공중합체의 포함량이 과소하면 광소자용 봉지재의 인열 저항, 인열 강도 등의 기계적 물성이 적절히 발휘되기 어려우므로, 상기 (1) 올레핀계 공중합체가 전체 광소자용 봉지재 조성물에 상기 범위로 포함될 경우 광소자용 봉지재로서 적절한 기계적 물성을 발휘할 수 있다.
상기 (2) 가교제는 0.1 내지 9 중량부 포함될 수 있고, 구체적으로 0.1 중량부 이상, 0.2 중량부 이상, 0.3 중량부 이상, 0.4 중량부 이상, 0.5 중량부 이상, 0.6 중량부 이상, 0.7 중량부 이상, 0.8 중량부 이상, 또는 1 중량부 이상 내지 9 중량부 이하, 8 중량부 이하, 7 중량부 이하, 6 중량부 이하, 5 중량부 이하, 4 중량부 이하, 또는 3 중량부 이하로 포함될 수 있다. 상기 (2) 가교제의 포함량이 과소하면 가교 반응이 일어나기 어렵고, 상기 (2) 가교제의 포함량이 과대하면 광소자용 봉지재의 체적 저항이 감소하게 되므로, 상기 (2) 가교제가 전체 광소자용 봉지재 조성물에 상기 범위로 포함될 경우 광소자용 봉지재 조성물이 적절히 가교 반응을 일으켜 광소자용 봉지재로 제조될 수 있으면서도, 제조된 광소자용 봉지재가 높은 체적 저항을 나타낼 수 있다.
상기 (3) 실란 커플링제는 0.01 내지 2 중량부 포함될 수 있고, 구체적으로 0.01 중량부 이상, 0.02 중량부 이상, 0.05 중량부 이상, 0.07 중량부 이상, 0.09 중량부 이상, 0.1 중량부 이상, 또는 0.15 중량부 이상 내지 2 중량부 이하, 1.8 중량부 이하, 1.7 중량부 이하, 1.5 중량부 이하, 1.2 중량부 이하, 1.0 중량부 이하, 0.8 중량부 이하, 0.7 중량부 이하, 0.5 중량부 이하, 또는 0.4 중량부 이하의 양으로 포함될 수 있다. 상기 (3) 실란 커플링제의 포함량이 과소하면 광소자용 봉지재 조성물의 기판에 대한 접착력, 예컨대 유리 기판에 대한 상기 광소자용 봉지재 조성물의 접착력이 낮아 광소자용 봉지재로서 적절한 성능을 발휘하기 어렵고, 상기 (3) 실란 커플링제의 포함량이 과대하면 광소자용 봉지재의 체적 저항이 감소하게 되므로 적절하지 못하다. 상기 (3) 실란 커플링제가 전체 광소자용 봉지재 조성물에 상기 범위로 포함될 경우 광소자용 봉지재 조성물이 광소자의 기판 또는 광소자가 위치하는 유리 기판에 대해 우수한 접착성을 나타내어 수분의 침투 등을 효과적으로 막아 광소자가 장기적으로 우수한 성능을 유지할 수 있도록 할 수 있고, 광소자용 봉지재가 높은 체적 저항을 나타낼 수 있다.
상기 (4) 화학식 1의 화합물은 0.1 내지 9 중량부 포함될 수 있고, 구체적으로 0.1 중량부 이상, 0.2 중량부 이상, 0.3 중량부 이상, 0.4 중량부 이상, 0.5 중량부 이상, 0.6 중량부 이상, 0.7 중량부 이상, 0.8 중량부 이상, 또는 1 중량부 이상 내지 9 중량부 이하, 8 중량부 이하, 7 중량부 이하, 6 중량부 이하, 5 중량부 이하, 4 중량부 이하, 또는 3 중량부 이하로 포함될 수 있다. 상기 (4) 화학식 1의 화합물의 포함량이 과소하면 가교 반응이 일어나기 어렵고, 상기 (4) 화학식 1의 화합물의 포함량이 과대하면 광소자용 봉지재의 체적 저항이 감소하게 되므로, 상기 (4) 화학식 1의 화합물이 전체 광소자용 봉지재 조성물에 상기 범위로 포함될 경우 광소자용 봉지재 조성물이 적절히 가교 반응을 일으켜 광소자용 봉지재로 제조될 수 있으면서도, 제조된 광소자용 봉지재가 높은 체적 저항을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 광소자용 봉지재 조성물은 추가적으로 상기 화학식 1의 화합물 이외의 (5) 가교조제를 포함할 수 있다.
상기 (5) 가교조제로서는 당 기술 분야에서 공지된 다양한 가교조제들이 사용될 수 있으며, 예컨대 알릴기 또는 (메타)아크릴옥시기 등의 불포화기를 적어도 하나 이상 함유하는 화합물이 포함될 수 있다.
상기 (5) 가교조제로는, 예컨대 트리알릴 이소시아누레이트(TAIC), 트리알릴 시아누레이트, 디알릴 프탈레이트, 디알릴 푸마레이트 또는 디알릴 말레에이트와 같은 폴리알릴화합물이 예시될 수 있으며, 상기 (메타)아크릴 옥시기를 함유하는 화합물은 예를 들어, 에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 트리메틸올프로판 트라이메타크릴레이트와 같은 폴리(메타)아크릴록시화합물 등이 예시될 수 있으나, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일례에 따른 광소자용 봉지재 조성물이 추가적으로 상기 화학식 1의 화합물 이외의 (5) 가교조제를 포함할 경우, 상기 (4) 화학식 1의 화합물 및 (5) 가교조제의 중량비는 20:80 내지 80:20일 수 있고, 구체적으로 21:79 내지 79:21, 22:78 내지 78:22, 23:77 내지 77:23, 24:76 내지 76:24, 또는 25:75 내지 75:25일 수 있다. 본 발명의 일례에 따른 광소자용 봉지재 조성물이 추가적으로 상기 화학식 1의 화합물 이외의 (5) 가교조제를 포함할 경우, 상기 (4) 화학식 1의 화합물 및 (5) 가교조제는 그 합계량이 0.1 내지 9 중량부의 양으로 포함될 수 있고, 구체적으로 0.1 중량부 이상, 0.2 중량부 이상, 0.3 중량부 이상, 0.4 중량부 이상, 0.5 중량부 이상, 0.6 중량부 이상, 0.7 중량부 이상, 0.8 중량부 이상, 또는 1 중량부 이상 내지 9 중량부 이하, 8 중량부 이하, 7 중량부 이하, 6 중량부 이하, 5 중량부 이하, 4 중량부 이하, 또는 3 중량부 이하로 포함될 수 있다.
본 발명의 일례에 따른 광소자용 봉지재 조성물이 상기 (4) 화학식 1의 화합물 및 (5) 가교조제를 함께 포함할 경우, 높은 체적 저항, 빠른 침지속도, 우수한 광투과도 및 부착성을 만족할 수 있으며, 상기 (4) 화학식 1의 화합물만을 사용하는 경우에 비해 더욱 높은 가교도를 달성할 수 있다. 상기 (4) 화학식 1의 화합물 및 (5) 가교조제를 함께 포함하면서, 상기 (4) 화학식 1의 화합물에 대한 (5) 가교조제의 비율이 증가할수록 같은양의 가교조제의 사용량에 대비한 광투과도가 증가될 수 있고, (5) 가교조제의 비율이 감소할수록 침지속도, 체적 저항 및 가교도가 향상되므로 발휘하고자 하는 물성에 따라 상기 범위에서 적절히 비율을 결정할 수 있다.
또한, 상기 광소자용 봉지재 조성물은 필요에 따라 광안정제, UV 흡수제 및 열안정제 등으로부터 선택되는 1종 이상의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 광안정제는 상기 조성물이 적용되는 용도에 따라서 수지의 광열화 개시의 활성종을 포착하여, 광산화를 방지하는 역할을 할 수 있다. 사용할 수 있는 광안정제의 종류는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 힌더드 아민계 화합물 또는 힌더드 피페리딘계 화합물 등과 같은 공지의 화합물을 사용할 수 있다.
상기 UV 흡수제는 조성물의 용도에 따라서 태양광 등으로부터의 자외선을 흡수하여, 분자 내에서 무해한 열 에너지로 변환시켜, 수지 조성물 중의 광열화 개시의 활성종이 여기되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다. 사용할 수 있는 UV 흡수제의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 벤조페논계, 벤조트리아졸계, 아크릴니트릴계, 금속 착염계, 힌더드 아민계, 초미립자 산화 티탄 또는 초미립자 산화 아연 등의 무기계 UV 흡수제 등의 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
또한, 상기 열안정제의 예로는 트리스(2,4-디-tert-부틸페닐)포스파이트, 비스[2,4-비스(1,1-디메틸에틸)-6-메틸페닐]에틸에스테르 아인산, 테트라키스(2,4-디-tert-부틸페닐)[1,1-비페닐]-4,4'-디일비스포스포네이트 및 비스(2,4-디-tert-부틸페닐)펜타에리스리톨디포스파이트 등의 인계 열안정제; 8-히드록시-5,7-디-tert-부틸-푸란-2-온과 o-크실렌과의 반응 생성물 등의 락톤계 열안정제를 들 수 있고, 상기 중 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다.
상기 광안정제, UV 흡수제 및/또는 열안정제의 함량은 특별히 한정되지 않는다. 즉, 상기 첨가제의 함량은, 수지 조성물의 용도, 첨가제의 형상이나 밀도 등을 고려하여 적절히 선택할 수 있고, 통상적으로 광소자용 봉지재 조성물의 전체 고형분 100 중량부에 대하여 0.01 내지 5 중량부의 범위 내에서 적절히 조절될 수 있다.
또한, 본 발명의 광소자용 봉지재 조성물은 상기 성분 외에도 수지 성분이 적용되는 용도에 따라, 해당 분야에서 공지되어 있는 다양한 첨가제를 적절히 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 광소자용 봉지재 조성물은 사출, 압출 등의 방법으로 성형하여 다양한 성형품으로 활용될 수 있고, 구체적으로 다양한 광전자 장치(optoelectronic device), 예컨대 태양전지 등에서 소자를 캡슐화하는 봉지재(Encapsulant)로 사용될 수 있고, 예를 들어 승온 라미네이션 공정 등에 적용되는 산업용 소재로도 사용될 수 있으나, 용도가 이에 제한되는 것은 아니다.
[광소자용 봉지재 필름 및 광소자 모듈]
또한, 본 발명은 올레핀계 공중합체 및 하기 화학식 1의 화합물을 포함하는 광소자용 봉지재 필름을 제공한다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2022017651-appb-img-000005
상기 화학식 1에서 l, m, n, 및 o는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이다.
또한, 상기 화학식 1에서 l, m, n, 및 o는 각각 독립적으로 0 내지 2의 정수일 수 있다.
또한, 본 발명의 일례에 따른 광소자용 봉지재 조성물은 구체적으로 하기 화학식 1의 화합물로서 테트라비닐주석(tetravinyltin)을 포함할 수 있다.
상기 올레핀계 공중합체 및 상기 화학식 1의 화합물에 대한 설명은 전술한 바와 같다.
또한, 본 발명은 상기 광소자용 봉지재 조성물을 포함하는 광소자용 봉지재 필름을 제공한다.
본 발명의 광소자용 봉지재 필름은 상기 올레핀계 공중합체 및 하기 화학식 1의 화합물을 포함하는 조성물을 필름 또는 시트 형상으로 성형함으로써 제조할 수 있고, 구체적으로 상기 광소자용 봉지재 조성물을 필름 또는 시트 형상으로 성형함으로써 제조할 수 있다. 이와 같은 성형 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, T 다이 공정 또는 압출 등과 같은 통상적인 공정으로 시트화 또는 필름화하여 제조할 수 있다. 예를 들어, 상기 광소자용 봉지재 필름의 제조는 상기 광소자용 봉지재 조성물을 이용한 수지 조성물의 제조 및 필름화 또는 시트화 공정이 서로 연결되어 있는 장치를 사용하여 인-시츄(in situ) 공정으로 수행할 수 있다.
상기 광소자용 봉지재 필름의 두께는 광전자 장치에서 소자의 지지 효율 및 파손 가능성, 장치의 경량화나 작업성 등을 고려하여, 약 10 내지 2,000 μm, 또는 약 100 내지 1,250 μm으로 조절할 수 있으며, 구체적인 용도에 따라서 변경될 수 있다.
또한, 본 발명은 광소자 및 상기 광소자용 봉지재 필름을 포함하는 광소자 모듈을 제공한다. 상기 광소자는 예컨대 태양전지일 수 있고, 광소자 모듈은 태양전지 모듈일 수 있다. 본 발명에서 상기 광소자 모듈은 직렬 또는 병렬로 배치된 광소자 셀, 예컨대 태양전지 셀을 상기 본 발명의 광소자용 봉지재 필름으로 간격을 메우고, 태양광이 부딪히는 면에는 유리면이 배치되고, 이면은 백시트로 보호하는 구성을 가질 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 당해 기술분야에서 광소자용 봉지재 필름을 포함하여 제조한 광소자 모듈 또는 태양전지 모듈의 다양한 종류와 형태가 모두 본 발명에 적용될 수 있다.
상기 유리면은 외부의 충격으로부터 광소자를 보호하고 파손 방지하기 위해 강화 유리를 사용할 수 있고, 태양광의 반사를 방지하고 태양광의 투과율을 높이기 위해 철 성분 함량이 낮은 저철분 강화 유리(low iron tempered glass)를 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 백시트는 광소자 모듈의 이면을 외부로부터 보호하는 내후성 필름으로서, 예컨대, 불소계 수지 시트, 알루미늄 등의 금속판 또는 금속박, 고리형 올레핀계 수지 시트, 폴리카보네이트계 수지 시트, 폴리(메타)아크릴계 수지 시트, 폴리아미드계 수지 시트, 폴리에스테르계 수지 시트, 내후성 필름과 배리어 필름을 라미네이트 적층한 복합 시트 등이 있으나, 이에 제한되지 않는다.
이외에도, 본 발명의 광소자 모듈은 전술한 광소자용 봉지재 필름을 포함하는 것을 제외하고는, 당해 기술분야에 알려진 방법에 따라 제한되지 않고 제조할 수 있다.
본 발명의 광소자 모듈은 체적 저항이 우수한 광소자용 봉지재 필름을 이용하여 제조된 것으로서, 광소자용 봉지재 필름을 통해 광소자 모듈 내의 전자가 이동하여 외부로 전류가 유출되는 것을 방지할 수 있으며, 따라서 절연성이 악화되어 누설전류가 발생하고 모듈의 출력이 급격히 저하되는 PID(Potential Induced Degradation) 현상을 크게 억제시킬 수 있다.
실시예
이하, 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
[봉지재 필름의 제조]
실시예 1
에틸렌/1-부텐 공중합체인 LG 화학의 LUCENETM LF675 500 g을 40℃ 컨벡션 오븐을 이용하여 밤새 건조시켰다. 상기 LUCENETM LF675의 ASTM D1505에 의해 측정한 밀도는 0.877 g/cm3이고, ASTM D1238에 의해 측정한 용융지수(190℃, 2.16 Kg)는 14.0 g/10 min이다. 점도계(Thermo Electron (Karsruhe) GmbH 사제, Haake Modular Torque Viscometer)의 보울(bowl) 온도를 40℃로 세팅하였다. 보울에 에틸렌/1-부텐 공중합체를 투입한 후, 전동피펫을 이용하여 가교제로서 t-부틸 1-(2-에틸헥실) 모노퍼옥시카보네이트(TBEC, 시그마알드리치사제) 1 phr(parts per hundred rubber), 가교조제로서 트리알릴이소시아누레이트(TAIC, 시그마알드리치사제) 0.375 phr 및 테트라비닐주석(TVT, 시그마알드리치사제) 0.125 phr, 실란 커플링제로서 메타크릴옥시프로필트리메톡시실란(MEMO, 신에츠사제) 0.2 phr를 투입하였다. 40 rpm으로 교반하면서 시간에 따른 토크(torque) 값의 변화를 관찰하여 토크 값이 급격히 증가할 때 함침을 종료하였다.
이후, 함침 완료된 시료를 마이크로 압출기를 이용하여, 고온 가교가 되지 않을 정도의 저온(압출기 배럴 온도 90 내지 100℃ 조건)에서 평균 두께 0.5 mm로 프레스 성형하여 시트 형태의 봉지재 필름을 제조하였다.
실시예 2 내지 5
가교조제로서 트리알릴이소시아누레이트(TAIC) 및 테트라비닐주석(TVT)의 사용량을 하기 표 2와 같이 달리한 것을 제외하고는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 광소자용 봉지재 조성물 및 봉지재 필름을 제조하였다.
비교예 1
제조예 1의 LUCENETM LF675를 대신하여 에틸렌비닐아세테이트(EVA, EP28025, LG화학사제)를 사용하고, 가교조제로서 트리알릴이소시아누레이트(TAIC)만을 0.5 phr 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 광소자용 봉지재 조성물 및 봉지재 필름을 제조하였다.
비교예 2
가교조제를 사용하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 광소자용 봉지재 조성물 및 봉지재 필름을 제조하였다.
비교예 3
가교조제로서 트리알릴이소시아누레이트(TAIC)만을 0.5 phr 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 광소자용 봉지재 조성물 및 봉지재 필름을 제조하였다.
비교예 4
가교조제로서 트리알릴이소시아누레이트(TAIC) 0.5 phr 및 테트라비닐실란(TVS) 0.5 phr를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 광소자용 봉지재 조성물 및 봉지재 필름을 제조하였다.
비교예 5
가교조제로서 테트라비닐실란(TVS)만을 0.5 phr 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 광소자용 봉지재 조성물 및 봉지재 필름을 제조하였다.
비교예 6
가교조제로서 트리알릴이소시아누레이트(TAIC) 0.25 phr 및 테트라비닐실란(TVS) 0.25 phr를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 광소자용 봉지재 조성물 및 봉지재 필름을 제조하였다.
수지의 종류 가교제
(phr)		 실란커플링제
(phr)		 가교조제
TAIC (phr) TVT (phr) TVS (phr)
실시예 1 POE 1 0.2 0.375 0.125 -
실시예 2 POE 1 0.2 0.250 0.250 -
실시예 3 POE 1 0.2 0.125 0.375 -
실시예 4 POE 1 0.2 - 0.5 -
실시예 5 POE 1 0.2 - 1.0 -
비교예 1 EVA 1 0.2 0.5 - -
비교예 2 POE 1 0.2 - - -
비교예 3 POE 1 0.2 0.5 - -
비교예 4 POE 1 0.2 0.5 - 0.5
비교예 5 POE 1 0.2 - - 0.5
비교예 6 POE 1 0.2 0.25 - 0.25
상기 표 1에서 POE는 에틸렌 1-부텐 공중합체를, EVA는 에틸렌비닐알코올을, TAIC는 트리알릴이소시아누레이트를, TVT는 테트라비닐주석을, TVS는 테트라비닐실란을 나타낸다.
실험예
[봉지재 필름의 분석]
2개의 이영필름(두께: 약 100 μm) 사이에 상기에서 제조된 두께 0.5 mm의 봉지재 필름(15cm×15cm)을 넣고 진공 라미네이터에서 공정 온도 150℃, 공정 시간 20분(5분 진공/1분 가압/14분 압력 지속) 동안 라미네이션하여 가교시켰다.
(1) 함침 속도
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 6에서, 상기 제조된 광소자용 봉지재 조성물을 40℃에서 40 rpm의 조건으로 교반시켰을 때 가교제 함침 완료 시간을 측정하여 하기 표 3에 기재하였다. 함침시의 교반시간에 따른 함침 토크(torque) 값을 측정하여 도 1 내지 3에 함침 토크 커브(torque curve)로 작성하였다.
(2) 체적 저항
23±1℃ 온도와 50±3% 습도 조건에서 Agilent 4339B High-Resistance meter(애질런트·테크놀로지 가부시키가이샤제)를 이용하여, 1000V의 전압을 600초 동안 가하며 측정하였다.
(3) 광 투과도
Shimadzu UV-3600 분광광도계를 이용하여 200 nm 내지 1,000 nm에서의 광 투과율을 측정하여 광투과도 커브(curve)를 얻은 후 280 nm 내지 380 nm의 값 및 380 nm 내지 1,100 nm의 값을 확인하였다.
- 측정 모드: transmittance
- 파장 interval: 1 nm
- 측정 속도: medium
(4) 부착성 측정
유리기판 면적의 40%를 봉지재 필름으로 덮고 나머지 60%는 폴리이미드 필름으로 덮은 후, 그 위에 불소계 태양광 백시트를 적층하였다. 150℃의 온도로 20분 동안 라미네이션하여 봉지재 필름이 가교되면서 유리 기판에 부착되도록 하였다. 시편의 봉지재 필름을 폭 1 cm로 칼집을 내어 측정 부위의 폭이 1 cm가 되도록 하였다.
인장압축시험기(LRX Plus Universal Test Machine, LLOYD사제)에 UTM용 샘플 홀더 및 1 kN의 로드셀(load cell)을 장착하고, 유리 기판에 부착된 봉지재 필름과, 유리 기판의 봉지재 필름이 부착되지 않은 부분의 끝을 각각 고정한 다음 60 mm/min으로 당겨서 부착성을 시험하였다.
(5) 가교도 측정
상기 가교된 시트를 가위를 이용하여 3×3mm2의 크기로 잘랐다. 7×10cm2의 200 메쉬(mesh) 철망의 측면 및 하부를 스테이플로 막았다. 상기 철망에 상기 시트를 넣고 투입한 시트의 무게를 측정하였다. 시트의 양은 0.49 내지 0.51 g이 되도록 하였다. 시트를 넣었으면 철망의 상부를 스테이플로 막고 샘플의 전체 무게를 측정하였다. 2 L 실린더 반응기에, 자일렌(xylene) 1,000 g에 BHT(다이부틸하이드록시톨루엔) 10 g을 녹인 용액을 붓고, 상기 샘플 3개~4개를 넣었다. 반응기를 가열하여 끓기 시작하는 시점에서 5시간 경과시 환류(reflux)를 종료하였다. 금속 뜰채로 반응기내 샘플을 꺼내어 자일렌으로 세척하였다. 100℃에서 밤새 진공 건조하였다. 건조한 샘플의 무게를 측정하여 가교도를 계산하였다. 가교도는 자일렌에서 환류시킨 샘플 3개~4개의 평균값으로 정할 수 있다.
가교도(%) = [(환류 전 시트의 무게)/(환류 후 시트의 무게)]×100
함침 속도 가교 후 체적 저항
(Ω·cm)
 광투과도 (%) 부착성
(N/cm)		 가교도
(%)
Soaking 완료시간
(분)		 비교예 3에 대비한 완료시간 단축비율(%) 가교후
(280~380 nm)		 가교후
(380~1100 nm)
실시예 1 34 41 1.38×1017 88.6 92.3 235 71.3
실시예 2 19 67 4.04×1017 87.7 92.2 208 72.6
실시예 3 9 84 5.53×1017 88.0 92.2 218 73.3
실시예 4 5 91 7.60×1017 86.9 92.2 224 67.6
실시예 5 4 93 1.04×1018 85.1 92.2 212 67.1
비교예 1 2 97 1.70×1014 - - 160 94.3
비교예 2 6 - 4.63×1016 87.6 92.1 219 43.1
비교예 3 58 0 4.44×1016 87.3 92.1 204 76.9
비교예 4 4 93 5.00×1016 - - - 72.3
비교예 5 3 95 5.50×1016 88.1 91.9 103 61.3
비교예 6 23 60 5.78×1016 87.9 92.1 184 68.1
상기 표 2를 참조하면, 실시예 1 내지 5의 광소자용 봉지재 조성물은 비교예 1 내지 6의 광소자용 봉지재 조성물에 비해 높은 가교 후 체적 저항을 나타냄을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 수지 성분으로서 올레핀계 공중합체를 대신하여 통상적으로 사용되는 EVA를 사용한 비교예 1뿐만아니라, 실시예와 마찬가지로 에틸렌 1-부텐 공중합체를 사용한 비교예 2 내지 6 역시 마찬가지였다. 이를 통해 실시예 1 내지 5에서 사용된 테트라비닐주석(TVT)에 의해 광소자용 봉지재 조성물이 가교 후에 더욱 높은 체적 저항을 나타내게 되었음을 확인할 수 있었다. 또한, 실시예 1 내지 5는 트리알릴이소시아누레이트(TAIC)가 0.5 phr 사용된 비교예 3에 비해 향상된 가교제 함침 속도를 나타내었는데, 가교제 함침속도는 테트라비닐주석(TVT)의 사용 비율이 증가할 수록 빨라짐을 확인할 수 있었다. 실시예 1 내지 3은 테트라비닐주석(TVT)과 트리알릴이소시아누레이트(TAIC)가 함께 사용된 예이고, 실시예 4 및 5는 테트라비닐주석(TVT)이 단독으로 사용된 예이다. 이를 통해 테트라비닐주석(TVT)의 단독 사용 또는 테트라비닐주석(TVT)과 트리알릴이소시아누레이트(TAIC)의 혼합 사용이 가능하며, 가교 후 체적 저항의 증가를 위해서는 테트라비닐주석(TVT)의 사용량을, 가교도의 증가를 위해서는 트리알릴이소시아누레이트(TAIC)의 사용량을 늘리며 혼합 비율을 결정할 수 있음을 확인할 수 있었다. 또한, 테트라비닐주석(TVT)의 단독 사용시에는 더욱 향상된 가교 후 체적 저항 값을 얻을 수 있으며, 테트라비닐주석만의 단독 사용만으로도 높은 수준의 가교도 향상 효과를 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다.

Claims (15)

  1. (1) 올레핀계 공중합체;
    (2) 가교제;
    (3) 실란 커플링제; 및
    (4) 하기 화학식 1의 화합물을 포함하는 광소자용 봉지재 조성물:
    [화학식 1]
    Figure PCTKR2022017651-appb-img-000006
    상기 화학식 1에서 l, m, n, 및 o는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (1) 올레핀계 공중합체는 하기 요건을 만족하는 것인 광소자용 봉지재 조성물:
    (a) 밀도 0.85 내지 0.90 g/cc, 및
    (b) 용융지수 0.1 내지 100 g/10min.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (1) 올레핀계 공중합체는 에틸렌 알파-올레핀 공중합체인 광소자용 봉지재 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 (1) 올레핀계 공중합체는 체적 저항이 1.0×1015 Ω·cm 이상인 에틸렌 알파-올레핀 공중합체인 광소자용 봉지재 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가교제는 유기 과산화물, 히드로과산화물 및 아조 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 광소자용 봉지재 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가교제는 t-부틸큐밀퍼옥사이드, 디-t-부틸 퍼옥사이드, 디-큐밀 퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)-3-헥신, 큐멘 히드로퍼옥사이드, 디이소프로필 벤젠 히드로 퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(히드로퍼옥시)헥산, t-부틸히드로퍼옥사이드, 비스-3,5,5-트리메틸헥사노일 퍼옥사이드, 옥타노일퍼옥사이드, 벤조일 퍼옥사이드, o-메틸벤조일퍼옥사이드, 2,4-디클로로벤조일 퍼옥사이드, t-부틸퍼옥시 아이소 부틸레이트, t-부틸퍼옥시 아세테이트, t-부틸퍼옥시-2-에틸헥실카보네이트(TBEC), t-부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, t-부틸퍼옥시 피바레이트, t-부틸퍼옥시 옥토에이트, t-부틸퍼옥시아이소프로필 카보네이트, t-부틸퍼옥시벤조에이트, 디-t-부틸퍼옥시프탈레이트, 2,5-디메틸-2,5-디(벤조일퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(벤조일퍼옥시)-3-헥신, 메틸에틸케톤 퍼옥사이드, 사이클로헥사논 퍼옥사이드 아조비스이소부티로니트릴 및 아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴)로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상인 광소자용 봉지재 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 실란 커플링제는 N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란, N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필메틸디메톡시실란, γ-아미노프로필트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란(MEMO), 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시시란, 3-메타크릴옥시프로필 메틸디메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필 메틸디에톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필 트리에톡시실란, 및 p-스티릴 트리메톡시실란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 광소자용 봉지재 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학식 1에서 l, m, n, 및 o는 각각 독립적으로 0 내지 2의 정수인 광소자용 봉지재 조성물.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학식 1의 화합물은 테트라비닐주석(tetravinyltin)인 광소자용 봉지재 조성물.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 광소자용 봉지재 조성물은
    (1) 올레핀계 공중합체를 80 내지 99 중량부,
    (2) 가교제를 0.1 내지 9 중량부,
    (3) 실란 커플링제를 0.01 내지 2 중량부, 및
    (4) 화학식 1의 화합물을 0.1 내지 9 중량부 포함하는 것인 광소자용 봉지재 조성물.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 광소자용 봉지재 조성물은 추가적으로 상기 화학식 1의 화합물 이외의 (5) 가교조제를 포함하고,
    상기 (5) 가교조제는 알릴기 또는 (메타)아크릴옥시기를 하나 이상 함유하는 화합물을 포함하는 광소자용 봉지재 조성물.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 (5) 가교조제는 트리알릴 이소시아누레이트(TAIC), 트리알릴 시아누레이트, 디알릴 프탈레이트, 디알릴 푸마레이트, 디알릴 말레에이트, 에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 및 트리메틸올프로판 트라이메타크릴레이트로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 광소자용 봉지재 조성물.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 (4) 화학식 1의 화합물 및 (5) 가교조제의 중량비는 20:80 내지 80:20인 광소자용 봉지재 조성물.
  14. 올레핀계 공중합체 및 하기 화학식 1의 화합물을 포함하는 광소자용 봉지재 필름:
    [화학식 1]
    Figure PCTKR2022017651-appb-img-000007
    상기 화학식 1에서 l, m, n, 및 o는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이다.
  15. 광소자, 및 제 14 항에 따른 광소자용 봉지재 필름을 포함하는 광소자 모듈.
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