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KR101064584B1 - 광전지용 시트 - Google Patents

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KR101064584B1
KR101064584B1 KR1020110007451A KR20110007451A KR101064584B1 KR 101064584 B1 KR101064584 B1 KR 101064584B1 KR 1020110007451 A KR1020110007451 A KR 1020110007451A KR 20110007451 A KR20110007451 A KR 20110007451A KR 101064584 B1 KR101064584 B1 KR 101064584B1
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South Korea
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photovoltaic
sio
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고민진
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은, 광전지용 시트에 관한 것이다. 본 발명에서는, 우수한 내열성, 내광성 내후성, 내습성 및 절연성을 가지며, 광전지 모듈에 적용되어 집광 효율을 향상시킬 수 있는 광전지용 시트를 제공할 수 있다.

Description

광전지용 시트{SHEET FOR PHOTOVOLTAIC CELL}
본 발명은 광전지용 시트에 관한 것이다.
광전지는, 태양전지로도 호칭되는 것으로, 광을 전기로 전환시킬 수 있는 반도체 장치이다. 광전지는, 광에 노출되면, 전압을 발생시켜 후속적인 전자의 흐름을 유발한다. 상기에서 전자의 흐름의 크기는 전지 표면에 형성된 광전지 접합부에 대한 광 충돌 강도에 비례한다.
광전지의 대표적인 종류로는, 실리콘 웨이퍼계 광전지 및 박막형 광전지 등이 있다. 실리콘 웨이퍼계 광전지는, 단결정 또는 다결정 실리콘 잉곳(ingot)을 사용하여 제조한 광전 변환 소자를 사용하고, 박막형 광전지에서 광전 변환 소자는, 스퍼터링 또는 증착 등의 방식으로 기판 또는 강유전체 등에 침착시켜 형성한다.
웨이퍼계 광전지 및 박막형 광전지는 모두 취성을 가지기 때문에, 내하중 지지 부재가 요구된다. 상기 지지 부재는, 광전지의 상부에 배치되는 광투과성의 상부층이거나, 혹은 광전지의 이면에 배치되는 배면층일 수 있다.
광전지의 이면에 배치되는 배면층은, 강직성 백스킨 형태인 것이 일반적이다. 이러한 배면층에 적용될 수 있는 다양한 재료가 공지되어 있으며, 그 예에는, 글래스와 같은 강유전체, 알루미늄 등과 같은 금속 호일, 유기 불소계 중합체 또는 상기 유기 불소계 중합체의 필름이나 금속 호일 등이 적층되어 있는 폴리에스테르계 고분자 필름 등이 포함된다.
가장 자주 사용되는 것은, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등과 같은 고분자 기재에 유기 불소계 중합체의 시트가 적층된 구조, 또는 유기 불소계 중합체를 상기 고분자 기재에 코팅하여 코팅층을 형성한 구조의 기재이다. 이러한 소재는 단독으로 모듈에 적용되거나, SiOx 등과 같은 규소계 또는 산소계 재료로 피복된 상태로 적용될 수도 있다.
그러나, 현재 사용되고 있는 불소계 시트는, 기계적 강도가 떨어지고, 또한 모듈의 봉지재나 고분자 기재와의 접착력이 떨어져서 장시간 사용 시 내구성 문제가 발생한다. 또한, 상기 불소계 시트는 가공성이 떨어지고, 가격도 매우 고가이다. 또한, 불소계 중합체를 코팅한 고분자 기재의 경우에도, 불소계 중합체 자체가 코팅성이 좋지 않고, 형성된 코팅층도 고분자 기재와의 접착성이 떨어지는 단점을 여전히 가지고 있다.
또한, 폴리올레핀계 수지를 사용하여 적층 필름을 제조하는 기술도 알려져 있으나, 이 경우에도 내열성, 내광성 및 내후성 등이 충분하지 못하고, 장시간 신뢰성을 요구하는 배면층으로는 적합하지 않다.
본 발명은 광전지용 시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 실리콘 수지 및 400 nm의 파장의 빛에 대한 굴절률이 1.55 이상인 고굴절 필러를 포함하는 수지층을 가지는 광전지용 시트에 대한 것이다. 하나의 예시에서 상기 광전지용 시트는, 광전지 모듈의 이면 시트로 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 광전지용 시트를 상세히 설명한다.
본 발명에서 수지층에 포함되는 실리콘 수지는, 봉지재 등과 같이 모듈에 포함되는 다양한 부품 및 소재에 대하여 우수한 접착성을 나타내고, 또한 내습성, 내후성 및 내광성 등이 뛰어나며, 특히 모듈의 집광 효율을 현격히 개선할 수 있다.
상기에서 실리콘 수지는, 바람직하게는 아릴기, 구체적으로는 규소 원자에 결합되어 있는 아릴기를 포함하는 실리콘 수지일 수 있고, 이러한 수지는, 내습성, 내후성, 접착 특성 등이 우수하고, 또한 집광 효율이 우수한 수지층을 형성할 수 있다. 규소 원자에 결합되는 아릴기의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 페닐기이다.
본 발명에서 실리콘 수지는, 상기 실리콘 수지의 전체 규소 원자(Si)에 대한 상기 규소 원자에 결합되어 있는 아릴기(Ar)의 몰 비율(Ar/Si)이 0.3을 초과하고, 바람직하게는 0.5를 초과하며, 보다 바람직하게는 0.7 이상일 수 있다. 상기 몰 비율(Ar/Si)이 0.3을 초과하도록 하여, 수지층의 내습성, 내후성 및 경도 등을 우수하게 유지하고, 또한 광전지 모듈에서 집광 효율을 높일 수 있다. 본 발명에서는, 상기 몰 비율(Ar/Si)의 상한은 제한되지 않으며, 예를 들면, 1.5 이하 또는 1.2 이하일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 실리콘 수지는, 하기 화학식 1의 평균 조성식으로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
(R3SiO1/2)a(R2SiO2/2)b(RSiO3/2)c(SiO4/2)d
상기 화학식 1에서, R은, 규소 원자에 직접 결합하고 있는 치환기로서, 각각 독립적으로, 수소, 히드록시기, 에폭시기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 이소시아네이트기, 알콕시기 또는 1가 탄화수소기를 나타내고, R 중 적어도 하나는 아릴기를 나타내며, a는 0 내지 0.6이고, b는 0 내지 0.95이며, c는 0 내지 0.8이고, d는 0 내지 0.4이며, 단 a+b+c+d는 1이고, b 및 c는 동시에 0이 아니다
본 발명에서 실리콘 수지가 특정한 평균 조성식으로 표시된다는 것은, 단일의 실리콘 수지가 특정 평균 조성식으로 표시되는 경우는 물론, 다수의 수지 성분이 존재하되, 각 수지 성분의 조성의 평균을 취하면, 특정한 평균 조성식으로 표시되는 경우도 포함한다.
상기 화학식 1에서 R은 규소 원자에 직접 결합되어 있는 치환기이고, 각각의 R은 서로 동일하거나, 상이할 수 있으며, 독립적으로 수소, 히드록시기, 에폭시기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 이소시아네이트기, 알콕시기 또는 1가 탄화수소기를 나타내며, 필요에 따라서 하나 또는 두 개 이상의 치환기에 의해 치환되어 있을 수 있다.
상기 화학식 1에서 알콕시는 탄소수 1 내지 12, 바람직하게는 1 내지 8, 보다 바람직하게는 1 내지 4의 직쇄상, 분지상 또는 고리상 알콕시일 수 있고, 구체적으로는 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 이소프로폭시, 부톡시, 이소부톡시 또는 tert-부톡시 등이 포함될 수 있다.
또한, 상기에서 1가 탄화수소기의 예에는, 알킬기, 알케닐기, 아릴기 또는 아릴알킬기일 수 있으며, 바람직하게는 알킬기, 알케닐기 또는 아릴기일 수 있다.
상기에서 알킬기는 탄소수 1 내지 12, 바람직하게는 1 내지 8, 보다 바람직하게는 1 내지 4의 직쇄상, 분지상 또는 고리상 알킬기일 수 있고, 바람직하게는 메틸기일 수 있다.
또한, 상기에서 알케닐기는 탄소수 2 내지 12, 바람직하게는 2 내지 8, 보다 바람직하게는 2 내지 4의 알케닐기일 수 있고, 바람직하게는 비닐기일 수 있다.
또한, 상기에서 아릴기는 탄소수 6 내지 18, 바람직하게는 탄소수 6 내지 12의 아릴기일 수 있으며, 바람직하게는 페닐기일 수 있다.
또한, 상기에서 아릴알킬기는, 탄소수 6 내지 19, 바람직하게는 탄소수 6 내지 13의 아릴알킬기이고, 예를 들면, 벤질기일 수 있다.
상기 화학식 1에서 R의 적어도 하나는 아릴기, 바람직하게는 페닐기이고, 상기 치환기는 전술한 몰 비율(Ar/Si)을 만족하도록 실리콘 수지 내에 포함되어 있을 수 있다.
또한, 상기 화학식 1에서 R의 적어도 하나는 히드록시기, 에폭시기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기 또는 비닐기인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 에폭시기일 수 있다. 이와 같은 관능기는 봉지재 등과의 접착 특성 등을 보다 향상시킬 수 있다.
상기 화학식 1에서, a, b, c 및 d는 각 실록산 단위의 몰 분율을 나타내며, 그 총합은 1이다. 또한, 상기 화학식 1에서 a는 0 내지 0.6, 바람직하게는 0 내지 0.5일 수 있고, b는 0 내지 0.95, 바람직하게는 0 내지 0.8일 수 있으며, c는 0 내지 0.8, 바람직하게는 0 내지 0.7일 수 있고, d는 0 내지 0.4, 바람직하게는 0 내지 0.2일 수 있으며, 단 b 및 c는 동시에 0이 아니다.
본 발명에서 상기 화학식 1의 실리콘 수지는 하기 화학식 2 및 3으로 표시되는 실록산 단위로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
[화학식 2]
R1R2SiO2/2
[화학식 3]
R3SiO3/2
상기 화학식 2 및 3에서, R1 및 R2는, 각각 독립적으로 알킬기 또는 아릴기를 나타내되, R1 및 R2 중 적어도 하나는 아릴기이고, R3는 아릴기를 나타낸다.
상기에서 화학식 2의 실록산 단위는, 적어도 하나의 규소 원자에 결합된 아릴기를 포함하는 실록산 단위이고, 상기에서 아릴기는 바람직하게는 페닐기일 수 있다. 또한, 상기 화학식 2의 실록산 단위에 포함되는 알킬기는 바람직하게는 메틸기이다.
본 발명에서는 상기 화학식 2의 실록산 단위는 바람직하게는 하기 화학식 4 및 5의 실록산 단위로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 단위일 수 있다.
[화학식 4]
(C6H5)(CH3)SiO2/2
[화학식 5]
(C6H5)2SiO2/2
또한, 상기에서 화학식 3은, 규소 원자에 결합되어 있는 아릴기를 포함하는 3관능성의 실록산 단위이고, 바람직하게는 하기 화학식 6으로 표시되는 실록산 단위일 수 있다.
[화학식 6]
(C6H5)SiO3/2
본 발명의 실리콘 수지에서 바람직하게는 상기 수지에 포함되는 모든 규소 원자에 결합된 아릴기가 상기 화학식 2 또는 3의 실록산 단위에 포함되어 있는 것이 바람직하고, 이 경우에 상기 화학식 2의 단위는 화학식 4 또는 5의 단위이며, 상기 화학식 3의 단위는 상기 화학식 6의 단위인 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기와 같은 실리콘 수지는, 분자량이 300 내지 100,000, 바람직하게는 500 내지 100,000일 수 있다. 수지의 분자량을 상기와 같이 조절하여, 봉지재가 우수한 경도를 가지고, 또한 공정성도 우수하게 유지될 수 있다. 본 발명에서, 특별히 달리 규정하지 않는 한 용어 「분자량」은 중량평균분자량(Mw: Weight Average Molecular Weight)을 나타낸다. 또한, 상기 중량평균분자량은, GPC(Gel Permeation Chromatograph)로 측정된 표준 폴리스티렌에 대한 환산 수치이다.
본 발명의 하나의 예시에서 상기 실리콘 수지는, 하기 화학식 7 내지 20으로 표시되는 실리콘 수지 중 어느 하나의 수지일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
[화학식 7]
(ViMe2SiO1/2)2(MePhSiO2/2)30
[화학식 8]
(ViMe2SiO1/2)2(Ph2SiO2/2)10(Me2SiO2/2)10
[화학식 9]
(ViMe2SiO1/2)2(Ph2SiO2/2)15(Me2SiO2/2)15(MeEpSiO2/2)5
[화학식 10]
(ViMe2SiO1/2)3(PhSiO3/2)10
[화학식 11]
(ViMe2SiO1/2)3(PhSiO3/2)10(MeSiO3/2)2
[화학식 12]
(ViMe2SiO1/2)3(PhSiO3/2)10(MeEpSiO2/2)5
[화학식 13]
(HMe2SiO1/2)3(PhSiO3/2)10
[화학식 14]
(ViMe2SiO1/2)2(EpSiO3/2)3 (MePhSiO2/2)20
[화학식 15]
(HMe2SiO1/2)3(PhSiO3/2)10(MeEpSiO2/2)5
[화학식 16]
(HMe2SiO1/2)2(Ph2SiO2/2)1.5
[화학식 17]
(PhSiO3/2)10(MePhSiO2/2)10(Me2SiO2/2)10
[화학식 18]
(PhSiO3/2)5(EpMeSiO2/2)2(Me2SiO2/2)10
[화학식 19]
(PhSiO3/2)5(AcSiO3/2)5(MePhSiO2/2)10
[화학식 20]
(PhSiO3/2)10(AcSiO3/2)5(ViMe2SiO1/2)5
상기 화학식 7 내지 20에서 Me는 메틸기를 나타내고, Ph는 페닐기를 나타내며, Ac는 아크릴로일기를 나타내고, Ep는 에폭시기를 나타낸다.
본 발명에서 상기 수지층은, 상기 실리콘 수지와 함께 고굴절 필러를 추가로 포함한다. 용어 「고굴절 필러」는, 400 nm의 파장의 빛에 대한 굴절률이 1.55 이상인 필러를 의미한다. 이와 같은 고굴절 필러를 포함하여, 수지층으로 인한 집광 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 고굴절 필러의 종류는, 전술한 특성을 나타내는 한 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 산화 티탄, 산화 지르코늄, 산화 세륨, 산화 하프늄, 오산화 니오브, 오산화 탄탈, 산화 인듐, 산화 주석, 산화 인듐 주석, 산화 아연, 규소, 황 아연, 탄산칼슘, 황산바륨 또는 산화마그네슘 등의 일종 또는 이종 이상일 수 있다.
본 발명에서 상기 고굴절 필러는 평균 입경이 40 nm 내지 100,000 nm, 바람직하게는 40 nm 내지 50,000 nm, 보다 바람직하게는 200 nm 내지 10,000 nm일 수 있다. 고굴절 필러의 평균 입경을 40 nm 이상으로 하여, 상기 필러를 수지층에 균일하게 분산시킬 수 있고, 100,000 nm 이하로 하여 공정성 및 접착 특성을 탁월하게 유지할 수 있다.
본 발명의 수지층은 상기 고굴절 필러를 전술한 실리콘 수지 100 중량부에 대하여, 0.1 중량부 내지 70 중량부, 바람직하게는 0.1 중량부 내지 50 중량부로 포함할 수 있다. 본 명세서에서 단위 중량부는 중량 비율을 의미한다. 본 발명에서 고굴절 필러의 함량을이 0.1 중량부 이상으로 하여, 입사된 빛의 반사 효과를 향상시키고, 70 중량부 이하로 하여, 공정성 및 접착 특성을 효과적으로 유지할 수 있다. .
본 발명에서 상기 수지층은, 필요에 따라서, 이 분야의 공지의 성분을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 성분의 예로는, 각종 열가소성 수지; 난연제; 자외선 안정제; 자외선 흡수제; 유리 섬유; 유리 비드; 또는 광학 증백제 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 광전지용 시트는 또한 기재를 추가로 포함하고, 상기 수지층이 상기 기재상에 형성되어 있을 수 있다. 이 경우, 상기 수지층은, 상기 기재상에 라미네이트 방식으로 적층되거나, 혹은 코팅 방식으로 형성된 코팅층일 수 있고, 바람직하게는 코팅층이다.
도 1은 본 발명의 예시적인 광전지용 시트(1)를 나타내는 모식도이다. 도 1에 나타난 바와 같이, 광전지용 시트(1)는, 기재(12) 및 상기 기재상에 형성된 수지층(11)을 포함할 수 있다. 상기에서 기재의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 기재로서, 알루미늄 등과 같은 각종 금속 호일(metal foil); 불화비닐(VF; vinyl fluoride) 또는 에틸렌테트라플루오로에틸렌(ETFE; ethylene tetrafuloroethylene) 등을 중합 단위로 포함하는 불소계 중합체 필름; 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET; polyethyleneterephthalate) 등의 폴리에스테르계 필름 등을 사용할 수 있고, 필요에 따라서는 상기 소재 중 이종 이상이 적층된 기재를 사용할 수도 있다. 본 발명에서 상기 기재의 두께는 특별히 제한되지 않는다. 상기 기재에는 또한 상기 수지층과의 접착력이나 배리어성 개선 등의 관점에서, 산화규소층(SiOx)이나, 기타 프라이머층 또는 배리어층 등이 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 시트는 또한, 도 2에 나타난 바와 같이, 기재(12)상에 형성된 상기 수지층(11)을 포함하고, 또한 다른 면에 형성된 수지층(23)을 추가로 포함할 수 있다. 상기에서 다른 면에 형성되는 수지층(23)은 전술한 수지층(11)과 동일한 수지층이거나, 혹은 다른 소재로 형성되는 수지층일 수도 있다.
본 발명은 또한, 실리콘 수지 또는 실리콘 수지를 형성할 수 있는 규소계 재료 및 400 nm의 파장의 빛에 대한 굴절률이 1.55 이상인 고굴절 필러를 포함하는 액상의 코팅액을 코팅하고, 코팅된 재료를 경화 또는 건조시키는 단계를 거쳐 수지층을 형성하는 과정을 포함하는 광전지용 시트의 제조 방법에 관한 것이다.
구체적으로, 본 발명의 광전지용 시트는, 전술한 바와 같은 실리콘 수지 또는 그러한 수지를 형성할 수 있는 규소계 재료를 고굴절 필러와 함께 포함하는 액상의 코팅액을, 예를 들면, 기재상에 코팅하고, 이를 경화 또는 건조시키는 단계를 거쳐 수지층을 형성함으로써 제조할 수 있다.
상기에서 실리콘 수지를 형성할 수 있는 규소계 성분의 종류는 특별히 제한되지 않고, 이 분야에서 공지되어 있는 다양한 성분을 제한 없이 채용할 수 있다. 예를 들면, 상기 성분은, 부가 경화형 실리콘계 재료, 축합 또는 중축합 경화형 실리콘계 재료, 자외선 경화형 실리콘계 재료 또는 퍼옥시드 가황형 실리콘계 재료 등일 수 있고, 바람직하게는 부가 경화형 실리콘계 재료, 축합 또는 중축합 경화형 실리콘계 재료 또는 자외선 경화형 실리콘계 재료일 수 있다.
부가 경화형 실리콘계 재료는, 수소규소화 반응(hydrosilylation)을 통하여 경화하는 재료이다. 이 재료는, 규소 원자에 직접 결합되어 있는 수소 원자를 가지는 유기 규소 화합물 및 비닐기와 같은 지방족 불포화기를 가지는 유기 규소 화합물을 적어도 포함하고, 상기 화합물은, 촉매의 존재 하에 서로 반응하여 경화된다. 촉매의 예에는, 주기율표 제8족의 금속이나, 상기 금속을 알루미나, 실리카 또는 카본 블랙 등의 담체에 담지시킨 촉매 또는 상기 금속의 염이나 착체 등이 포함될 수 있다. 상기 주기율표 제8족의 금속으로서는, 백금, 로듐 또는 루테늄 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는 백금을 사용할 수 있다.
축합 또는 중축합 경화형 실리콘계 재료를 사용하는 방식은, 할로겐 원자나 알콕시기 등과 같은 가수분해성 관능기를 가지는 실란이나 실록산 등의 규소 화합물 또는 그 가수분해물의 가수 분해 및 축합 반응을 통해 실리콘 수지를 제조하는 방식이다. 이러한 방식에서 사용할 수 있는 단위 화합물로는, Ra 3Si(ORb), Ra 2Si(ORb)2, RaSi(ORb)3 및 Si(ORb)4 등의 실란 화합물이 예시될 수 있다. 상기 화합물에서 (ORb)는 탄소수 1 내지 8의 직쇄상 또는 분기상 알콕시기를 나타낼 수 있고, 구체적으로는, 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, n-부톡시, 이소프로폭시, 이소부톡시, sec-부톡시 또는 t-부톡시 등일 수 있다. 또한, 상기 화합물에서 Ra는 규소 원자에 결합되어 있는 관능기로서 이는 목적 실리콘 수지에 포함되는 치환기를 고려하여 선택될 수 있다.
자외선 경화형 실리콘계 재료를 사용하는 방식은, 아크릴로일기 등과 같은 자외선 반응기를 가지는 실란 또는 실록산 등의 규소 화합물 또는 그 가수분해물을 가수 분해 및 축합 반응에 적용하여 수지를 제조하고, 다시 자외선 조사에 의해 반응시켜 목적 수지를 제조는 방식이다.
이 분야에서는, 상기와 같은 부가 경화형, 축합 또는 중축합 경화형 또는 자외선 경화형 실리콘계 재료가 다양하게 공지되어 있으며, 이 분야의 평균적인 기술자는 목적하는 실리콘 수지에 따라서, 상기와 같은 공지의 재료를 용이하게 채용하여 전술한 액상의 코팅액을 제조할 수 있다.
본 발명에서 상기와 같은 액상의 코팅액을 도포하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 바 코팅, 스핀 코팅, 콤마 코팅 등의 공지의 방식을 사용할 수 있다. 또한, 코팅된 코팅액을 경화 또는 건조시켜 수지층을 형성하는 방식 역시 특별히 제한되지 않으며, 사용된 성분을 고려한 적절한 가열 또는 자외선 조사 방식을 채용하면 된다.
본 발명은 또한, 상기 광전지용 시트; 전면 기판; 및 상기 광전지용 시트와 전면 기판의 사이에서 광전 변환 소자를 캡슐화하고 있는 봉지재를 포함하는 광전지 모듈에 관한 것이다.
본 발명의 광전지 모듈에서 상기 광전지용 시트는 백시트 또는 지지 기판으로서 적용될 수 있다. 이와 같은, 광전지 모듈은, 본 발명의 특징적인 광전지용 시트를 포함하는 한, 특별히 제한되지 않고 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 그 예에는 실리콘 웨이퍼계 광전지 모듈 또는 박막형 광전지 모듈 등이 포함된다.
도 3 및 4는 본 발명의 다양한 태양에 따른 광전지 모듈을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 광전지용 시트를 포함하는 모듈의 하나의 예로서, 실리콘계 광전지 웨이퍼를 포함하는 모듈(3)의 일예를 나타낸다. 도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 하나의 예시에 따른 모듈은 통상적으로 글래스와 같은 강유전체인 전면 기판(31); 백시트(34); 실리콘계 웨이퍼 등의 광전 변환 소자(33); 및 상기 광전 변환 소자(33)을 캡슐화하고 있는 봉지재(32a, 32b)를 포함할 수 있고, 상기 봉지재로는, EVA계 소재 또는 실리콘계 소재 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 실리콘계 소재를 사용할 수 있다. 본 발명의 광전지용 시트는 상기 백시트(34)로서 포함될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 태양에 따른 모듈로서, 박막형 광전지 모듈(4)을 나타내는 모식도이다. 도 2에 나타난 바와 같이, 박막형 광전지 모듈(4)의 경우, 광전 변환 소자(43)은, 통상적으로 강유전체로 구성되는 전면 기판(41)에 형성될 수 있고, 상기 광전 변환 소자(43)은 전면 기판(41) 및 지지 기판(44)의 사이에서 봉지재(42)에 의해 봉지되어 있을 수 있다. 상기에서 박막의 광전 변환 소자(43)은 통상적으로 화학적 증착(CVD) 등의 방법으로 침착될 수 있으며, 본 발명의 광전지용 시트는, 예를 들면, 상기와 같은 모듈 구조에서 지지 기판(44)으로 포함될 수 있다.
본 발명의 상기와 같은 다양한 광전지 모듈은 본 발명에 따른 광전지용 시트를 적어도 포함하는 한, 그 외의 기타 구성이나 구축 방법은 특별히 제한되지 않고, 이 분야의 일반적인 방식이 그대로 적용될 수 있다.
본 발명에서는, 우수한 내열성, 내광성, 내후성, 내습성 및 절연성을 가지며, 광전지 모듈에 적용되어 뛰어난 집광 효율을 나타낼 수 있는 광전지용 시트를 제공할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에서는, 우수한 발전 효율을 가지며, 내구성이 탁월하고, 장기간 사용 시에도 우수한 발전 효율의 유지될 수 있는 광전지 모듈을 제공할 수 있다.
도 1 및 2는 본 발명의 광전지용 시트의 다양한 예시를 나타내는 도면이다.
도 3 및 4는 본 발명의 광전지용 시트가 적용된 광전지 모듈의 다양한 예시를 나타내는 도면이다.
이하 본 발명에 따르는 실시예 및 본 발명에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
이하 실시예에서 기호 Vi는 비닐기를 나타내고, 기호 Me는 메틸기를 나타내며, 기호 Ph는 페닐기를 나타내고, 기호 Ep는 에폭시기를 나타낸다.
실시예 1.
수지 조성물(A) 및 (B)의 제조
공지의 방식으로 합성한 오르가노실록산 화합물로서, 각각 하기의 화학식 A, B, C 및 D로 표시되는 화합물을 혼합하여, 히드로실릴화 반응에 의해 경화할 수 있는 실록산 조성물을 제조하였다(배합량: 화합물 A: 100g, 화합물 B: 10g, 화합물 C: 200g, 화합물 D: 60g). 이어서 상기 조성물에 Pt(0) 함량이 20 ppm이 되도록 촉매 (Platinum(0)-1,3-divinyl-1,1,3,3-tetramethyldisiloxane)를 배합하고, 균일하게 혼합하여 수지 조성물(A)를 제조 하였다. 상기 조성물(A)에 평균 입경이 100 nm이고, 400 nm의 파장에 대한 굴절률이 약 2.2인 고굴절 필러(TiO2) 50 g을 혼합하여 수지 조성물(B)를 제조하였다.
[화학식 A]
(ViMe2SiO1/2)2(ViMeSiO2/2)2 (Ph2SiO2/2)10(Me2SiO2/2)10
[화학식 B]
(ViMe2SiO1/2)2(EpSiO3/2)3(MePhSiO2/2)20
[화학식 C]
(ViMe2SiO1/2)3(MePhSiO2/2)2(PhSiO3/2)10
[화학식 D]
(HMe2SiO1/2)2(Ph2SiO2/2)1.5
광전지용 시트의 제조
상기에서 제조된 수지 조성물(B)를 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 시트의 양면에 경화 후의 두께가 약 200 ㎛가 되도록 코팅하고, 경화시켜 수지층을 형성함으로써 광전지용 시트를 제조하였다. 상기에서 코팅 후 경화는, 코팅층을 150℃에서 1 시간 동안 처리하여 수행하였다.
비교예 1.
수지 조성물(B) 대신 수지 조성물(A)를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방식으로 광전지용 시트를 제조하였다.
비교예 2.
수지 조성물(C)의 제조
공지의 방식으로 합성한 오르가노실록산 화합물로서, 각각 하기의 화학식 E 내지 G로 표시되는 화합물을 혼합하여, 히드로실릴화 반응에 의해 경화할 수 있는 실록산 조성물을 제조하였다(배합량: 화합물 E: 100g, 화합물 F: 20g, 화합물 G: 50g). 이어서 상기 조성물에 Pt(0) 함량이 10 ppm이 되도록 촉매(Platinum(0)-1,3-divinyl-1,1,3,3-tetramethyldisiloxane)를 배합하고, 균일하게 혼합하여 수지 조성물(C)를 제조 하였다.
[화학식 E]
(ViMe2SiO1/2)2(ViMeSiO2/2)15(MeSiO3/2)5(Me2SiO2/2)50
[화학식 F]
(ViMe2SiO1/2)3(MeSiO3/2)6(PhSiO3/2)1.5
[화학식 G]
(HMe2SiO1/2)2(HMeSiO2/2)2(Me2SiO2/2)10
광전지용 시트의 제조
상기에서 제조된 수지 조성물(C)를 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 시트의 양면에 200 ㎛의 두께의 수지층을 형성하도록 코팅 및 경화시켜 광전지용 시트를 제조하였다. 상기에서 코팅 후 경화는, 코팅층을 150℃에서 1 시간 동안 처리하여 수행하였다.
비교예 3
수지 조성물(D)의 제조
공지의 방식으로 합성한 오르가노실록산 화합물로서, 각각 하기의 화학식 H 내지 J로 표시되는 화합물을 혼합하여, 히드로실릴화 반응에 의해 경화할 수 있는 실록산 조성물을 제조하였다(배합량: 화합물 H: 100g, 화합물 I: 20g, 화합물 J: 50g). 이어서 상기 조성물에 Pt(0) 함량이 20 ppm이 되도록 촉매(Platinum(0)-1,3-divinyl-1,1,3,3-tetramethyldisiloxane)를 배합하고, 균일하게 혼합하여 수지 조성물(D)를 제조 하였다.
[화학식 H]
(ViPh2SiO1/2)2(Me2SiO2/2)20
[화학식 I]
(ViPh2SiO1/2)3(MeSiO3/2)10
[화학식 J]
(HMe2SiO1/2)2(HMeSiO2/2)2(Me2SiO2/2)10
광전지용 시트의 제조
상기에서 제조된 수지 조성물(D)를 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 시트의 양면에 200 ㎛의 두께의 수지층을 형성하도록 코팅 및 경화시켜 광전지용 시트를 제조하였다. 상기에서 코팅 후 경화는, 코팅층을 150℃에서 1 시간 동안 처리하여 수행하였다.
1. 광전지 모듈의 전력 평가
실시예 및 비교예에서 제조된 광전지용 시트를 사용하여 하기의 방식으로 광전지 모듈을 제조하고, 모듈의 효율을 썸 시뮬레이터(sum simulator)로 평가하였다. 구체적으로는, 모듈의 유리 기판측으로 약 1 kW의 광원을 동일 시간 동안 조사하고, 광전지 모듈의 전력 발생량을 측정하였다. 상기 측정된 결과는 하기 표 1에 정리하여 기재하였다.
<광전지 모듈의 제조>
내선 접속된 광전 변환 소자를 EVA 계열의 충진재 시트를 적층한 전면 유리 기판상에 위치시키고, 이어서 상기와 동일 재질의 EVA 계열의 충진재를 다시 적층한 후, 그 위에 실시예 및 비교예에서 제조된 광전지용 시트를 적층하였다. 이어서, 감압 하의 150℃ 조건에서 적층체를 30분 동안 진공 가열하여 광전지 모듈을 제조하였다.
실시예 1 비교예 1 비교예 2 비교예 3
전력발생효율 8.8% 8.4% 8.3% 8.3%
2. 수분 투과성, 내구신뢰성 및 황변 억제 효과
(1) 수분 투과성 측정
실시예 1의 조성물(A), 비교예 2의 조성물(C) 및 비교예 3의 조성물(D)를 각각 150℃에서 1 시간 동안 경화시켜 두께가 1 mm인 판상 시편을 제조하고, 제조된 시편에 대하여, 수분 투과성을 측정하였다. 수분 투과성은, 판상 시편의 두께 방향에 대하여 모콘 장비를 사용하여 동일한 조건에서 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다.
(2) 고온 및 고습 조건 하에서의 신뢰성 측정
실시예 1의 조성물(A), 비교예 2의 조성물(C), 비교예 3의 조성물 (D)를 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 시트에 동일 두께로 코팅 및 경화시킨 후에, 85℃의 온도 및 85%의 상대 습도의 조건에서 1,000 시간 동안 방치하였다. 그 후, 수지층과 PET 시트의 사이에 박리 현상이 유발되는지를 관찰하여, 하기 방식으로 신뢰성을 평가하였다.
<평가 기준>
○: 수지층 및 PET 시트의 계면에서 박리가 발생하지 않은 경우
×: 수지층 및 PET 시트의 계면에서 박리가 발생한 경우
(3) 황변 발생 정도의 측정
수분 투과성 측정에 사용한 각 시편에 대하여 Q-UVA(340 nm, 0.89W/Cm2) 장비로 60℃에서 3일 동안 광을 조사하고, 황변 발생 여부를 하기 기준에 따라 평가하고 그 결과를 기재하였다.
<평가 기준>
○: 450 nm의 파장의 광에 대한 흡수율이 5% 미만인 경우
×: 450 nm의 파장의 광에 대한 흡수율이 5% 이상인 경우
실시예 1
(조성물(A)) 		비교예 2
(조성물(C)) 		비교예 3
(조성물(D))
수분 투과성 15 g/cm2 day 105g/cm2 day 120g/cm2 day
내구신뢰성 ○ × ×
황변 평가 ○ ○ ○
1, 2: 광전지용 시트 11: 수지막
12: 기재 23: 고분자 코팅층
3, 4: 광전지 모듈 31, 41: 전면 기판
32a, 32b, 42: 봉지층 33, 43: 활성층
34, 44: 지지기판

Claims (18)

  1. 하기 화학식 1의 평균 조성식으로 표시되는 실리콘 수지 및 400 nm의 파장의 빛에 대한 굴절률이 1.55 이상인 고굴절 필러를 포함하는 수지층을 가지는 광전지용 시트:
    [화학식 1]
    (R3SiO1/2)a(R2SiO2/2)b(RSiO3/2)c(SiO4/2)d
    상기 화학식 1에서, R은, 규소 원자에 직접 결합하고 있는 치환기로서, 각각 독립적으로, 수소, 히드록시기, 에폭시기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 이소시아네이트기, 알콕시기 또는 1가 탄화수소기를 나타내고, R 중 적어도 하나는 아릴기를 나타내며, a는 0 내지 0.6이고, b는 0 내지 0.95이며, c는 0 내지 0.8이고, d는 0 내지 0.4이며, a+b+c+d는 1이고, b 및 c는 동시에 0이 아니다.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 실리콘 수지에 포함되는 전체 규소 원자에 대한 규소 원자에 결합된 아릴기의 몰 비율이 0.3을 초과하는 광전지용 시트.
  4. 제 1 항에 있어서, 실리콘 수지에 포함되는 아릴기가 페닐기인 광전지용 시트.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, R 중 적어도 하나는 히드록시기, 에폭시기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기 또는 비닐기인 광전지용 시트.
  7. 제 1 항에 있어서, R 중 적어도 하나는 에폭시기인 광전지용 시트.
  8. 제 1 항에 있어서, 화학식 1의 평균 조성식으로 표시되는 실리콘 수지는, 하기 화학식 2 또는 3의 실록산 단위를 포함하는 광전지용 시트:
    [화학식 2]
    R1R2SiO2/2
    [화학식 3]
    R3SiO3/2
    상기 화학식 2 또는 3에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 알킬기 또는 아릴기를 나타내되, R1 및 R2 중 적어도 하나는 아릴기를 나타내고, R3는 아릴기를 나타낸다.
  9. 제 8 항에 있어서, 실리콘 수지에 포함되는 규소 원자에 결합된 아릴기가 모두 화학식 2 또는 화학식 3의 실록산 단위에 포함되는 광전지용 시트.
  10. 제 8 항에 있어서, 화학식 2의 실록산 단위가 하기 화학식 4 및 화학식 5의 실록산 단위로부터 선택되는 하나 이상인 광전지용 시트:
    [화학식 4]
    (C6H5)CH3SiO2/2
    [화학식 5]
    (C6H5)2SiO2/2.
  11. 제 8 항에 있어서, 화학식 3의 실록산 단위가 하기 화학식 6의 실록산 단위인 광전지용 시트:
    [화학식 6]
    (C6H5)SiO3/2.
  12. 제 1 항에 있어서, 실리콘 수지는, 중량평균분자량이 300 내지 100,000인 광전지용 시트.
  13. 제 1 항에 있어서, 기재를 추가로 포함하고, 상기 수지층은 기재상에 형성되어 있는 광전지용 시트.
  14. 제 13 항에 있어서, 기재는, 금속 호일, 불소계 중합체 필름, 폴리에스테르계 필름 또는 상기 중 2개 이상의 적층 시트인 광전지용 시트.
  15. 제 1 항에 있어서, 고굴절 필러는 평균 입경이 40 nm 내지 100,000 nm인 광전지용 시트.
  16. 제 1 항에 있어서, 수지층은 실리콘 수지 100 중량부에 대하여, 0.1 중량부 내지 70 중량부의 고굴절 필러를 포함하는 광전지용 시트. .
  17. 하기 화학식 1의 평균 조성식으로 표시되는 실리콘 수지 또는 상기 실리콘 수지를 형성할 수 있는 규소계 재료 및 400 nm의 파장의 빛에 대한 굴절률이 1.55 이상인 고굴절 필러를 포함하는 액상의 코팅액을 코팅하고, 코팅된 재료를 경화 또는 건조시키는 단계를 거쳐 수지층을 형성하는 과정을 포함하는 광전지용 시트의 제조 방법:
    [화학식 1]
    (R3SiO1/2)a(R2SiO2/2)b(RSiO3/2)c(SiO4/2)d
    상기 화학식 1에서, R은, 규소 원자에 직접 결합하고 있는 치환기로서, 각각 독립적으로, 수소, 히드록시기, 에폭시기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 이소시아네이트기, 알콕시기 또는 1가 탄화수소기를 나타내고, R 중 적어도 하나는 아릴기를 나타내며, a는 0 내지 0.6이고, b는 0 내지 0.95이며, c는 0 내지 0.8이고, d는 0 내지 0.4이며, a+b+c+d는 1이고, b 및 c는 동시에 0이 아니다.
  18. 제 1 항에 따른 광전지용 시트; 전면 기판; 및 상기 광전지용 시트와 전면 기판의 사이에서 광전 변환 소자를 캡슐화하고 있는 봉지재를 포함하는 광전지 모듈.
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