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KR100984136B1 - 태양전지 모듈용 봉지재 시트 및 이를 포함하는 태양전지 모듈 - Google Patents

태양전지 모듈용 봉지재 시트 및 이를 포함하는 태양전지 모듈 Download PDF

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KR100984136B1
KR100984136B1 KR1020080121324A KR20080121324A KR100984136B1 KR 100984136 B1 KR100984136 B1 KR 100984136B1 KR 1020080121324 A KR1020080121324 A KR 1020080121324A KR 20080121324 A KR20080121324 A KR 20080121324A KR 100984136 B1 KR100984136 B1 KR 100984136B1
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South Korea
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solar cell
cell module
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변기남
이용래
송경수
김건욱
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에스케이씨 주식회사
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Abstract

본 발명은 크기가 서로 다른 복수개의 반구형 오목부가 투명 연질 필름의 일면 또는 양면에 형성되어 이루어진, 태양전지 모듈용 봉지재 시트에 관한 것이다.
반구형 오목부, 태양전지 모듈용 봉지재 시트, 태양전지 모듈

Description

태양전지 모듈용 봉지재 시트 및 이를 포함하는 태양전지 모듈{SEALING MATERIAL SHEET FOR SOLAR BATTERY MODULE AND SOLAR BATTERY MODULE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 태양전지 모듈용 봉지재 시트 및 이를 포함하는 태양전지 모듈에 관한 것이다.
태양전지는 태양광 에너지를 직접 전기로 바꾸는 태양광 발전 시스템의 심장부를 구성하는 것으로서, 단결정, 다결정 또는 비결정 실리콘계 반도체를 이용하여 제조된다.
태양전지 셀은 그대로의 상태로 사용되는 경우는 거의 없고, 일반적으로 수장 내지 수십장의 태양전지 소자를 직렬 또는 병렬로 배선하고, 장기간에 걸쳐 셀을 보호하기 위해 여러 가지 패키징(packaging)을 하여 유닛화 되어 있다. 이 패키지에 편입되는 유닛을 태양전지 모듈이라고 부른다.
최근에 환경문제나 에너지 문제 등으로 인해 태양전지가 주목받고 개발이 진 행되고 있다. 태양전지 모듈은 일반적으로 도 1과 같은 구조를 가진다. 표면측 투명 보호 부재인 유리 기판과 이면측 보호 부재인 이면 보호 필름 사이에 봉지재 시트 2매가 태양전지 모듈용 태양전지 셀을 감싸고 있는 구성으로 되어 있다. 이와 같은 태양전지 모듈은 유리 기판, 봉지재 시트, 태양전지 셀, 봉지재 시트, 이면 보호 필름의 순서로 적층하고, 가열·가압하여 봉지재 시트를 가교경화시킴으로써 접착 일체화하는 것에 의해 제조된다.
태양전지 모듈의 봉지공정은 가열·가압에 의해 봉지재 시트가 완전히 용융한 시점에서 상하방향에서 압력을 주고, 탈기하면서 이루어진다. 이 때 가교제를 포함하는 봉지재 시트는 열에 의해 가교반응이 일어나고, 그 결과 태양전지 셀이 유리 기판과 이면 보호 필름 사이에 합지된 상태의 태양전지 모듈이 제조된다.
일반적으로 태양전지 모듈용 봉지재 시트로는 가교제를 포함하는 투명연질수지로 이루어진 시트를 사용하며, 수지의 주성분은 에틸렌-비닐아세테이트(EVA) 공중합체인 것이 일반적이다.
그러나, 종래의 방법에서는 봉지재 시트를 태양전지 셀에 접착할 때 가해지는 압력으로 인해 태양전지 모듈이 갈라진다는 문제가 있었다. 또한, 탈기가 불충분한 상태에서 가교반응이 일어날 경우, 태양전지 모듈 중에 기포가 발생하고, 발전효율의 저하나 신뢰성의 악화를 초래한다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 일본 특허공개 제2000-183388호는 엠보싱 가공에 의해 요철면이 연속적으로 형성이 되어 있고, 요철면의 깊이는 15 내지 50㎛정도로 되어 있는 태양전지 모듈용 봉지재 시트를 개시하고 있다. 이 요철면은 합지공정에 있어서 융착성이나 가압 접착성의 향상을 주고, 태양전지 셀에 접촉할 때에 쿠션효과를 높이기 위해 형성되는 것이다.
또한, 일본 특허공개 제2002-185027호는 보호필름 표면에 엠보싱 가공을 통해 다수의 홈부 및/또는 볼록부가 형성된 봉지재를 개시하고 있다. 특히 볼록부가 형성된 봉지재의 경우 볼록부의 형상은 가로 직경이 0.1 내지 2mm정도이고, 높이는 필름 두께의 20 내지 95%인 반구형상일 수 있으며, 필름 면적에 대한 볼록부 형상의 면적합계는 1 내지 50%가 되도록 하는 것이 바람직하다고 설명하고 있다.
그러나, 이러한 봉지재 시트는 태양전지 셀의 파손을 방지하고 기포의 발생을 억제하는데 충분하지 않았으며, 따라서 더욱 개선된 봉지재 시트가 요구되었다.
본 발명의 목적은 셀의 파손을 방지하고, 기포의 발생을 억제하는 개선된 봉지재 시트 및 이를 포함하는 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
상기 목적에 따라, 본 발명에서는 크기가 서로 다른 복수개의 반구형 오목부가 투명 연질 필름의 일면 또는 양면에 형성되어 이루어진, 태양전지 모듈용 봉지재 시트를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 반구형 오목부의 지름(d1)은 100 내지 1500㎛이고, 반구형 오목부의 깊이(h)는 50 내지 750㎛이다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 반구형 오목부는 총 반구형 오목부의 개수를 기준으로 지름(d1)이 500 내지 750㎛이고, 깊이(h)가 200 내지 300㎛인 반구형 오목부가 10 내지 50%; 지름(d1)이 750 내지 1000㎛이고, 깊이(h)가 300 내지 400㎛인 반구형 오목부가 45 내지 60%; 및 지름(d1)이 1000 내지 1200㎛이고, 깊이(h)가 400 내지 450㎛인 반구형 오목부가 5 내지 30%이다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 반기형 오목부는 총 반구형 오목부의 개수를 기준으로 지름(d1)이 750 내지 1000㎛이고, 깊이(h)가 300 내지 400㎛인 반구형 오목부가 30 내지 60%; 및 지름(d1)이 1000 내지 1200㎛이고, 깊이(h)가 400 내지 450㎛인 반구형 오목부가 40 내지 70%이다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 투명 연질 필름의 두께는 200 내지 1000㎛이고, 상기 반구형 오목부는 랜덤한 패턴으로 배열된다.
또한, 본 발명에서는 상기 태양전지 모듈용 봉지재 시트를 포함하는 태양전지 모듈을 제공한다.
본 발명에 따른 태양전지 모듈용 봉지재 시트는 일면 또는 양면에 봉지재 시트 표면에 크기가 서로 다른 다수의 반구형 오목부를 설치하여 봉지재 시트와 태양전지 셀과의 합지공정시 압력을 분산시켜 태양전지 셀의 파손을 없애고, 공기가 빠져나가기 쉽게 하여 기포의 발생이 억제되도록 한다.
이하에 도면을 참조하고 본 발명의 실시 형태를 상세히 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 반구형은 반구형 오목부 장축의 길이(l1) 및 단축의 길이(l2)의 비율에 따라 원형 또는 타원형의 모양이 가능하다. 반구형 오목부 장축의 길이(l1)는 100 내지 1500㎛, 바람직하게는 500 내지 1200㎛의 범위를 가지고, 단축의 길이(l2)는 100 내지 1500㎛, 바람직하게는 500 내지 1200㎛의 범위를 가진다. 상기 반구형 오목부는 단축의 길이(l2)의 0.5 이하로 함몰되어 있는 것을 특징으로 한다. 상기 반구형 오목부의 지름(d1)은 100 내지 1500㎛, 바람직하게는 500 내지 1200㎛의 범위를 가지고, 반구형 오목부의 깊이(h)는 50 내지 750 ㎛, 바람직하게는 200 내지 600㎛의 범위를 가진다. 봉지재 시트의 두께(d)는 200 내지 1000㎛, 바람직하게는 300 내지 800 ㎛의 범위를 가진다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양전지 모듈용 봉지재 시트는 크기가 서로 다른 복수개의 반구형 오목부가 투명 연질 필름의 일면 또는 양면에 형성되어 구성된다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수개의 반구형 오목부는 랜덤한 패턴으로 배열되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양전지 모듈은 유리 기판, 봉지재 시트, 태양전지 셀, 봉지재 시트 및 이면 보호 필름의 순서로 구성된다. 합지 공정시 봉지재 시트의 크기가 서로 다른 다수의 반구형 오목부가 설치된 면이 태양전지 셀을 누르게 되고, 상기 반구형 오목부를 통해 압력이 분산되므로 태양전지 셀에 가해지는 압력이 작아서 태양전지 셀의 파손이 없게 되며, 오목부 틈 사이로 공기가 빠져나가게 되어 기포의 발생을 억제시킨다. 이와 같이, 가열·가압하에 봉지재 시트를 가교경화하여 접착 일체화된 형태로 태양전지 모듈을 구성한다.
본 발명의 봉지재 시트 재료로서 적합한 EVA 수지 조성물에 대하여 설명한다.
본 발명의 재료로 사용되는 EVA 수지는 용융 유동 지수(melt flow rate)가 0.7 내지 50, 특히 10 내지 45인 것이 바람직하다. 본 발명에서 이용하는 EVA 수지 조성물에는 내후성 향상을 위해 가교제를 배합할 수 있는데, 가교제로서는 일반적으로 100℃ 이상으로 라디칼을 발생하는 유기 과산화물이 사용되고, 특히 배합시의 안정성을 고려해서 반감기가 10시간 이상 분해 온도가 70℃ 이상인 것이 바람직 하다. 이와 같은 유기 과산화물로서는 예를 들면, 2,5-다이메틸헥산, 2,5-다이하이드로 퍼옥사이드, 2,5-다이메틸-2,5-다이(t-뷰틸 퍼옥시)헥산, 3-다이-t-뷰틸 퍼옥사이드, α,α'-비스(t-뷰틸퍼옥시아이소프로필)벤젠, n-뷰틸-4,4-비스(t-뷰틸 퍼옥시)뷰탄, 2,2-비스(t-뷰틸 퍼옥시)뷰탄, 1,1-비스(t-뷰틸 퍼옥시)사이클로헥산, 1,1-비스(t-뷰틸 퍼옥시)3,3,5-트라이메틸 사이클로헥산, t-뷰틸퍼옥시벤조에톤, 벤조일 퍼옥사이드 등을 이용할 수 있다. 이러한 유기 과산화물의 배합량은 일반적으로는 EVA 수지 100중량부를 기준으로 5중량부 이하, 바람직하게는 0.3 내지 2중량부이다.
또한, 태양전지 모듈용 봉지재 시트로서 태양전지 셀과의 접착력 향상의 목적에서, EVA 수지에 실레인 결합제를 첨가할 수 있다. 이 목적으로 제공되는 실레인 결합제로서는 공지된 것, 예를 들면 γ-클로로 프로필 트라이메톡시 실레인, 바이닐 트라이클로로 실레인, 바이닐-트리스-(β-메톡시 에톡시)실레인, γ-메톡시 프로필 트라이 메톡시 실레인, β-(3,4-에톡시 사이클로 헥실)에틸 트라이 메톡시 실레인, γ-메르캅토 프로필 트라이 메톡시 실레인 등이 있다. 이러한 실레인 결합제의 배합량은 일반적으로는 EVA 수지 100중량부를 기준으로 5중량부 이하, 바람직하게는 0.1 내지 2중량부이다.
또한, EVA 수지의 젤 분율을 향상시키고, 내구성을 향상시키기 위하여 EVA 수지에 가교 보조제를 첨가할 수 있다. 이 목적으로 제공되는 가교 보조제로는 공지의 것, 예를 들면 트라이 알릴 아이소시아누레이트, 트라이 알릴 아이소시아네이트 등의 3개의 작용기를 가진 가교 보조제, 에스테르 등의 1개의 작용기를 가진 가 교 보조제를 들 수 있다. 이러한 가교 보조제의 배합량은 일반적으로는 EVA 수지 100중량부를 기준으로 10 중량부 이하, 바람직하게는 0.1 내지 3중량부이다.
또한, EVA 수지의 안정성을 향상하기 위해 하이드로퀴논, 하이드로퀴논메틸에틸, p-벤조퀴논, 메틸 하이드로퀴논 등을 첨가할 수 있고, 이러한 배합량은 일반적으로 EVA 수지 100중량부를 기준으로 5 중량부 이하이다.
또한, 필요에 따라 상기 이외의 착색제, 자외선 흡수제, 노화 방지제, 변색 방지제 등을 첨가할 수 있다. 착색제의 예로는 금속 산화물, 금속분 등의 무기 안료, 아조계, 프탈로사이아닌계, 산성 또는 염기성 염료계 레이크 등의 유기 안료가 있다. 자외선 흡수제의 예로는 2-하이드록시-4-옥톡시벤조페논, 2-하이드록시-4-메톡시-5-술폰벤조페논 등의 벤조페논계, 2-(2'-하이드록시-5-메틸 페닐)벤조트라이아졸 등의 벤조트라이아졸계, 페닐살릴레이트, p-t-뷰틸페닐살릴레이트 등의 살릴레이트계가 있다. 노화 방지제의 예로는 아민계, 페놀계, 비스 페닐계가 있고, 예를 들면 t-뷰틸-p-크세졸, 비스-(2,2,6,6-테트라 메틸-4-피페라질)세바케이트 등이 있다.
본 발명의 봉지재 시트는 전술한 바와 같은 EVA 수지 조성물을 사용하여 T-다이 압출이나, 캘린더링 공정으로 200 내지 1000㎛ 두께로 가공한 후 원하는 패턴으로 엠보싱 가공해서 제조할 수 있다.
본 발명의 봉지재 시트를 이용한 태양전지 모듈은 유리 기판, 봉지재 시트, 태양전지 셀, 봉지재 시트, 이면 보호 필름의 순서로 적층하고, 적층체를 일정한 규칙에 따라 진공 라미네이터(laminator)로 온도 100 내지 150℃, 탈기시간 4 내지 12분, 프레스압력 0.5 내지 1기압, 프레스 시간 8 내지 45분으로 가열·가압하여 제조할 수 있다. 이 가열·가압시 본 발명의 봉지재 시트는 쿠션성이 양호하기 때문에 미 용융의 봉지재 시트가 태양전지 셀에 꽉 눌리는 것에 의한 태양전지 셀의 손상을 방지하고 고품질의 제품을 수율 좋게 제조할 수 있다.
이하, 하기 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
두께(d) 600㎛의 자기 점착성 표면 보호용 필름(EVA) 수지 조성물(EVA 수지는 미쓰이-듀폰 케미칼사의 EV150(용융유동지수 30 g/10min), 가교제로는 알케마사의 Luporox101 1.5중량부, 실레인 결합제로는 다우-코팅사의 Z-6030 0.5질량부, 안정제로는 사이텍사의 UV531 0.2질량부, 시바스페셜티케미칼사의 Tinuvin770 0.2질량부, Irganox1076 0.2 질량부를 포함하여 제조된 EVA 수지 조성물)을 사용하여 본 발명에 따른 태양전지 모듈을 제조하였다. 필름의 일면에 반구형 오목부의 분포는 반구형 오목부의 개수를 기준으로 지름(d1)이 500 내지 750㎛이고 깊이(h)가 200 내지 300㎛인 반구형 오목부가 50%; 지름(d1)이 750 내지 1000㎛, 깊이(h)가 300 내지 400㎛인 반구형 오목부가 45%; 및 지름(d1)이 1000 내지 1200㎛, 깊이(h)가 400 내지 450㎛인 반구형 오목부가 5%이며, 반구형 오목부의 패턴은 랜덤이며, 봉 지재 시트의 크기가 1000×1000㎛이고, 두께가 600㎛인 봉지재 시트를 제조하였다. 반구형 오목부가 태양전지 셀과 접하도록, 저철분 강화유리 기판, 봉지재 시트, 태양전지 셀(Q6LM, 큐-셀(Q-Cell)사), 봉지재 시트, 이면 보호 필름(Dunsolar700, 던 모어(Dunmore)사) 순서로 적층하고, 가열온도는 150℃, 탈기시간은 4분, 프레스압력은 1기압, 프레스시간은 15분으로 하여 100개의 태양전지 모듈 샘플을 제작하였다.
실시예 2
필름의 일면에 반구형 오목부의 분포가 반구형 오목부의 개수를 기준으로 지름(d1)이 500 내지 750㎛이고 깊이(h)가 200 내지 300㎛인 반구형 오목부가 10%; 지름(d1)이 750 내지 1000㎛이고 깊이(h)가 300 내지 400㎛인 반구형 오목부가 60%; 및 지름(d1)이 1000 내지 1200㎛이고 깊이(h)가 400 내지 450㎛인 반구형 오목부가 30%인 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 조건으로 100개의 샘플을 제작하였다.
실시예 3
필름의 일면에 반구형 오목부의 분포가 반구형 오목부의 개수를 기준으로 지름(d1)이 750 내지 1000㎛이고 깊이(h)가 300 내지 400㎛인 반구형 오목부가 60%; 및 지름(d1)이 1000 내지 1200㎛이고 깊이(h)가 400 내지 450㎛인 반구형 오목부가 40%인 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 조건으로 100개의 샘플을 제작하였다.
실시예 4
필름의 일면에 반구형 오목부의 분포가 반구형 오목부의 개수를 기준으로 지 름(d1)이 750 내지 1000㎛이고 깊이(h)가 300 내지 400㎛인 반구형 오목부가 50%; 및 지름(d1)이 1000 내지 1200㎛이고 깊이(h)가 400 내지 450㎛인 반구형 오목부가 50%인 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 조건으로 100개의 샘플을 제작하였다.
실시예 5
필름의 일면에 반구형 오목부의 분포가 반구형 오목부의 개수를 기준으로 지름(d1)이 750 내지 1000㎛이고 깊이(h)가 300 내지 400㎛인 반구형 오목부가 30%; 및 지름(d1)이 1000 내지 1200㎛이고 깊이(h)가 400 내지 450㎛인 반구형 오목부가 70%인 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 조건으로 100개의 샘플을 제작하였다.
비교예 1
봉지재 시트의 크기가 1000×1000㎛이고 봉지재 시트의 두께(d)가 600㎛인 평면의 봉지재 시트를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 조건으로 100개의 샘플을 제작하였다.
비교예 2
봉지재 시트의 크기가 1000×1000㎛이고 봉지재 시트의 두께(d)가 600㎛인 평면의 봉지재 시트에 오목부의 깊이는 400㎛, 간격은 100㎛인 피라미드 형태의 오목부(도 5 참조)를 형성한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 조건으로 100개의 샘플을 제작하였다.
기포의 발생에 의한 불량 개수 및 태양전지 셀의 손상에 의한 불량 개수 비교
Figure 112008083188662-pat00001
표 1에서 알 수 있듯이, 비교예 2는 비교예 1에 비하여 기포의 발생에 의한 불량 개수는 줄었지만, 태양전지 셀의 손상에 의한 불량은 오히려 늘어났음을 알 수 있다. 그러나, 실시예 1 내지 5에 의해 제조된 태양전지 모듈 샘플은 비교예 1 및 2에 의해 제조된 태양전지 모듈 샘플에 비해, 기포의 발생에 의한 불량 및 태양전지 셀의 손상에 의한 불량이 하나도 없었다.
도 1은 일반적인 태양전지 모듈용 봉지재 시트를 포함하는 태양전지 모듈을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 반구형 오목부를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반구형 오목부의 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 태양전지 모듈용 봉지재 시트를 포함하는 태양전지 모듈의 구조를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 비교예에 따른 피라미드형 오목부의 평면도이다.
[부호의 설명]
d1 : 반구형 오목부의 지름
h : 반구형 오목부의 깊이
l1 : 반구형 오목부 장축의 길이
l2 : 반구형 오목부 단축의 길이
d : 시트 두께

Claims (7)

  1. 크기가 서로 다른 복수개의 반구형 오목부가 투명 연질 필름의 일면 또는 양면에 형성되어 이루어진, 태양전지 모듈용 봉지재 시트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반구형 오목부의 지름(d1)이 100 내지 1500㎛이고, 반구형 오목부의 깊이(h)가 50 내지 750㎛인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 봉지재 시트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반구형 오목부는 총 반구형 오목부의 개수를 기준으로 지름(d1)이 500 내지 750㎛이고, 깊이(h)가 200 내지 300㎛인 반구형 오목부를 10 내지 50%; 지름(d1)이 750 내지 1000㎛이고, 깊이(h)가 300 내지 400㎛인 반구형 오목부를 45 내지 60%; 및 지름(d1)이 1000 내지 1200㎛이고, 깊이(h)가 400 내지 450㎛인 반구형 오목부를 5 내지 30% 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 봉지재 시트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 반구형 오목부는 총 반구형 오목부의 개수를 기준으로 지름(d1)이 750 내지 1000㎛이고, 깊이(h)가 300 내지 400㎛인 반구형 오목부를 30 내지 60%; 및 지름(d1)이 1000 내지 1200㎛이고, 깊이(h)가 400 내지 450㎛인 반구형 오목부를 40 내지 70% 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 봉지재 시트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명 연질 필름의 두께가 200 내지 1000㎛인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 봉지재 시트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 반구형 오목부가 램덤한 패턴으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 봉지재 시트.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 태양전지 모듈용 봉지재 시트를 포함하는 태양전지 모듈.
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