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KR20100124812A - 광전지 모듈과 이를 형성하는 방법 - Google Patents

광전지 모듈과 이를 형성하는 방법 Download PDF

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KR20100124812A
KR20100124812A KR1020107022763A KR20107022763A KR20100124812A KR 20100124812 A KR20100124812 A KR 20100124812A KR 1020107022763 A KR1020107022763 A KR 1020107022763A KR 20107022763 A KR20107022763 A KR 20107022763A KR 20100124812 A KR20100124812 A KR 20100124812A
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KR
South Korea
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tie layer
substrate
curable composition
photovoltaic cell
photovoltaic
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Application number
KR1020107022763A
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Inventor
케빈 휴울
맬린다 하웰
데이비드 존슨
도니 주엔
배리 케톨라
닉 에반 셰파드
Original Assignee
다우 코닝 코포레이션
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Publication date
Application filed by 다우 코닝 코포레이션 filed Critical 다우 코닝 코포레이션
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Abstract

광전지 모듈, 적어도 2개의 모듈을 포함하는 광전 어레이, 및 모듈 형성 방법이 제공된다. 광전지 모듈은 기판 및 기판에 배치된 타이 층을 포함한다. 타이 층은 1.1 내지 100mm의 침투 깊이 및 -0.6 g.sec의 점착성 값을 갖는다. 광전지 모듈은 또한 타이 층 상에 배치된 광전지를 포함한다. 광전지 모듈 형성 방법은 기판에 타이 층을 배치하는 단계와, 타이 층 상에 광전지를 배치하여 광전지 모듈을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

광전지 모듈과 이를 형성하는 방법{PHOTOVOLTAIC CELL MODULE AND METHOD OF FORMING SAME}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 특허 출원은 양자 모두가 2008년 3월 14일자로 출원된 미국 가특허 출원 제 61/036,748호 및 제 61/036,752호와, 2009년 1월 22일자로 출원된 미국 가특허 출원 제 61/146,551호의 모든 이득을 주장하며, 이들에 대한 우선권을 주장한다. 이들 가특허 출원의 전문은 명시적으로 본 명세서에 참조로 통합된다.
발명의 분야
본 발명은, 일반적으로 광전지 모듈과 이를 형성하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 광전지 모듈은 기판과, 기판에 배치된 특별한 특성을 갖는 타이 층(tie layer)을 포함한다.
태양 전지 또는 광전지는 광을 전기로 변환하기 위해 사용되는 반도체 장치이다. 두 개의 일반적 광전지 유형들, 즉, 웨이퍼 및 박막이 존재한다. 웨이퍼는 통상적으로 단결정 또는 다결정 잉곳(ingot)으로부터 웨이퍼를 기계적으로 절단하거나 캐스팅으로부터 형성되는 반도체 재료의 얇은 시트이다. 박막 광전지는 일반적으로 스퍼터링이나 화학 증기 증착을 사용하여 기판에 증착된 반전도성 재료의 연속적 층을 포함한다.
많은 용도에서, 광전지는 비 및 바람 같은 환경적 인자로부터의 추가적 보호를 제공하도록 캡슐화된다. 그러나, 본 기술 분야에 공지된 캡슐제 및 캡슐화 방법은 고가이고, 시간 소모적이며, 통상, 비효율적이다.
한 가지 공지된 캡슐제는 에틸 비닐 아세테이트(EVA)이다. EVA는 광전지를 위한 광을 수확할 수 있기 때문에 사용된다. 그러나, EVA는 400 nm 미만의 광의 파장에 의해 열화된다. 그러므로, EVA를 포함하는 광전지는 400 nm을 초과한 파장의 광을 수확하는 용도에 한정된다. 더 구체적으로, EVA는 UV 저항이 낮으며, 변색 경향을 가지고, 광에 대한 노출시 화학적 및 물리적 열화의 경향을 갖는다.
또한, EVA는 유리 기판에 대해 열악한 접착 특성을 나타내며, 높은 탄성 계수를 갖는다. 이들 열악한 접착 특성 및 높은 탄성 계수는 광전지 주변에 높은 응력 상태를 유발하여 기판으로부터 캡슐제의 점진적 박리를 초래하는 경향이 있다. 이러한 박리는 캡슐제 내의 수분 누적 및 광전지 부식을 초래한다.
결과적으로, 산업계는 박리 및 착색을 감소시키기 위해 EVA의 양을 증가시켜 사용하여 왔다. 그러나, 이는 광전지 상에 입사되는 총 가용 광량을 감소시키며, 그에 의해 전지 효율을 감소시킨다. 부가적으로, 세륨 및 안티몬으로 도핑된 유리가 UV 손상으로부터 EVA를 보호하기 위해 기판(substrate) 또는 덮개(superstrate)로서 사용되어 왔다. 또한, UV 흡수제 및/또는 장애 아민 광 안정화제를 포함하는 UV 안정화 패키지가 EVA에 추가되어 왔다. 그러나, 도핑 유리 또는 UV 흡수제의 사용은 통상적으로 광전지 효율의 1% 내지 5%의 손실을 유발한다.
광전지를 캡슐화하기 위한 EVA의 사용은 EP 0658943, WO 94/29106, EP 0528566 및 EP 0755080에 개시되어 있다. 통상적으로, EVA는 기판과 덮개 사이에 개재된 하나 이상의 열경화성 시트로서 인가되고, 열, 진공 및 압력에 노출된다. 이들 조건들은 EVA가 유동하여 기판 및 덮개를 적시게 되고, 광전지를 캡슐화하게 한다. 이러한 방식의 광전지 제조는 비교적 고가이며, 시간 소모적이다.
대안적으로, EVA는 반경방향 경화를 개시하기 위해 과산화물의 사용을 통해 경화될 수 있다. 이 방법은 전체 내구성을 감소시키는 부반응을 촉진하는 경향이 있다. 과산화물이 사용되면, 경화 온도는 일반적으로 150℃ 내지 160℃의 범위이다. 이들 온도는 일반적으로 광전지 내에 과잉의 응력을 유발하고, 기계적인 파괴 및/또는 증가된 제조 시간 및 광전지를 강화하는데 요구되는 다수의 단계를 초래한다.
몇몇 광전지 모듈은 고온 용융 열경화성 접착제로서 EVA의 다수의 시트를 포함한다. 종래 기술을 도시하고 있는 도 1에 설명된 바와 같이, 광전지 모듈은 광전지(C)를 유리 덮개(D) 및 테들라(Tedlar) 또는 PET/SiOx-PET/Al 기판(A)에 접합하고 캡슐화하기 위한 고온 용융 열가소성 접착제로서 EVA(B)의 다수의 시트를 포함한다. 유리 덮개(D)는 투광성이지만, UV 광을 필터링하기 위해 일반적으로 세륨 및 안티몬으로 도핑되는데 이에 의해 제조 비용 및 복잡성을 증가시킨다.
또한, 실리콘이 캡슐제로서 사용을 위해 조사되어 왔지만, 일반적으로 제조 방법으로부터 발생하는 무수히 많은 결점에 기인하여 사용되지 않는다. WO 2005/006451은 열 경화된 액체 실리콘을 사용하는 광전지의 캡슐화를 위한 연속적인 방법을 설명하고 있다. 이 방법은 다른 캡슐화 방법에 비해 상당한 장점을 제공하지만, 이 방법은 광전지의 아래에 공기 기포를 포집하는 경향이 있고, 이는 광전지가 열등한 특성을 나타내게 한다. 추가의 결점은 캡슐제의 두께를 제어하는 어려움, 증가된 비용, 증가된 처리 시간 및 증가된 처리 복잡성을 포함한다. 이들은 모두 최종 사용자에게 증가된 비용을 초래한다.
종래 기술은 광전지의 장기간 사용, 풍화 및 일반적인 마모 및 인열에 기인하여 이러한 도선의 열화적인 노출에 관하여 광전지 상에 포함되는 전기 도선의 두께를 다르게 하는 것을 고려하고 있지 않다. 도선의 노출은 광의 전기로의 감소된 변환 및 감소된 성능을 초래한다. 더욱이, 종래 기술은 성능을 유지하고 제조 비용을 감소시키면서 전기 도선을 보호하기 위해 상이한 양의 캡슐제의 사용을 고려하고 있지 않다.
따라서, 효과적이고 내구성이 있는 광전지 모듈을 개발하기 위한 기회가 남아 있다. 또한, 처리 복잡성, 광전지 아래의 포집된 공기 및 사용되는 타이 층의 양을 최소화하여, 이에 의해 제조 효율, 비용 절약 및 반복성을 최대화하는 광전지 모듈을 형성하는 방법을 개발하기 위한 기회가 남아 있다.
본 발명은 광전지 모듈 및 형성 방법을 제공한다. 광전지 모듈은 기판 및 기판에 배치된 타이 층을 포함한다. 타이 층은 1.1 내지 100mm의 침투 깊이 및 -0.6 g.sec 미만의 점착성 값을 갖는다. 광전지 모듈은 또한 타이 층 상에 배치된 광전지를 포함한다. 광전지 모듈 형성 방법은 기판에 타이 층을 배치하는 단계와, 타이 층 상에 광전지를 배치하여 광전지 모듈을 형성하는 단계를 포함한다.
타이 층은 광전지 셀에 광이 진입하여 효과적으로 전기로 변환되게 한다. 타이 층은 또한 광전지 모듈 내에 광전지가 고정되게 하고 동시에 포집된 공기가 아래로부터 배기되어 이에 의해 증가된 내구성 및 내후성을 유도한다. 타이 층은 또한 포집된 공기의 효과적인 배기에 기인하여 광전지 모듈의 비용 효율적인 반복적인 제조를 허용한다.
본 발명의 다른 장점은 첨부 도면과 연계하여 고려할 때 이하의 상세한 설명을 참조하여 더 양호하게 이해됨에 따라 즉시 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은, 효과적이고 내구성이 있는 광전지 모듈을 제공하고, 처리 복잡성, 광전지 아래 포집된 공기와 사용되는 타이 층의 양을 최소화하여, 제조 효율, 비용 절약 및 반복성을 최대화하는 광전지 모듈을 형성하는 방법을 제공하는 효과를 갖는다.
도 1은, EVA 시트를 포함하는 종래 기술의 광전지 모듈의 단면도.
도 2는, 기판, 기판에 배치된 타이 층 및 타이 층 상에 배치된 광전지를 포함하는 본 발명의 광전지 모듈의 일 실시예의 단면도.
도 3은, 광전지 상에 배치된 제 2 타이 층을 포함하는 도 2의 광전지 모듈의 단면도.
도 4는, 제 2 타이 층 상에 배치된 제 2 기판을 포함하는 도 3의 광전지 모듈의 단면도.
도 5는, 기판, 화학 증기 증착 또는 물리적 스퍼터링을 통해 기판에 직접 배치된 광전지, 광전지 상에 직접 배치된 타이 층 및 타이 층 상에 직접 배치된 제 2 기판을 포함하는 본 발명의 광전지 모듈의 다른 실시예의 단면도.
도 6a는, 광전 어레이로서 배열되고 전기적으로 접속된 도 4의 일련의 광전지 모듈의 단면도.
도 6b는, 광전 어레이로서 배열되고 전기적으로 접속된 도 4의 일련의 광전지 모듈의 확대 단면도.
도 7a는, 기판 및 기판에 배치된 타이 층을 포함하고 기판을 가로질러 변화하는 두께(T1, T2, T3)를 갖는 본 발명의 광전지 모듈의 또 다른 실시예의 분해 단면도로서, 광전지 모듈은 또한 광전지와, 각각 서로 이격되고 광전지의 제 1 면에 배치되고 광전지와 타이 층 사이에 개재된 제 1 및 제 2 전기 도선을 포함하는 분해 단면도.
도 7b는, 본 발명에 따라 형성된 도 7a의 광전지 모듈의 단면도.
도 8a는, 타이 층과 서로 동일하거나 상이하고 광전지 상에 추가 배치된 제 2 타이 층과, 제 2 타이 층 상에 배치된 제 2 기판을 더 포함하는 도 7a의 광전지 모듈의 분해 단면도.
도 8b는, 본 발명에 따라 형성된 도 8a의 광전지 모듈의 단면도.
도 9a는, 각각 서로 이격되고 제 1 면에 대향하여 광전지의 제 2 면에 배치되고 광전지와 제 2 타이 층 사이에 개재된 제 3 및 제 4 전기 도선을 더 포함하는 도 8a의 광전지 모듈의 분해 단면도.
도 9b는, 본 발명에 따라 형성된 도 9a의 광전지 모듈의 단면도.
본 발명은 도 2 내지 도 9에 일반적으로 도시된 광전지 모듈(10)(이하, "모듈"이라 함)과, 모듈(10) 형성 방법을 제공한다. 모듈(10)은 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(12), 기판(12) 상에 배치된 타이 층(14), 및 타이 층(12) 상에 배치된 광전지(16)를 포함한다. 기판(12), 타이 층(14) 및 광전지(16)는 이하에 더 상세히 설명된다.
모듈(10)은 광전 효과에 기인하여 광 에너지를 전기 에너지로 변환하고 2개의 주요 기능을 수행한다. 제 1 기능은 흡광 재료 내의 전자 및 정공과 같은 전하 캐리어의 광생성이다. 제 2 기능은 전기를 전도하기 위해 전도성 접촉으로의 전하 캐리어의 안내이다.
모듈(10)은 당 기술 분야에 공지된 임의의 적합한 재료를 포함할 수 있는 기판(12)을 포함하다. 일반적으로, 기판(12)은 모듈(10)의 후방면(22)에 대한 보호를 제공한다. 유사하게, 기판(12)은 모듈(10)의 전방면(24)에 대한 보호를 제공할 수 있다. 기판(12)은 연성이고 가요성일 수 있지만 일반적으로는 강성 및 경성이다. 대안적으로, 기판(12)은 강성 및 경성 세그먼트를 포함하는 동시에 연성 및 가요성 세그먼트를 포함할 수 있다. 기판(12)은 일반적으로는 투광성이고, 불투명할 수 있거나 광을 투과하지 않을 수 있다(즉, 불투광성). 기판(12)은 유리, 스테인리스강, 금속 포일, 폴리이미드, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 및/또는 이들에 한정되는 것은 아니지만 에틸렌 테트라플루오로에틸렌(ETFE), 테들라
Figure pct00001
(폴리비닐플로오라이드), 폴리에스테르/테들라
Figure pct00002
, 테들라
Figure pct00003
/폴리에스테르/테들라
Figure pct00004
, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 실리콘 및 산소 기반 재료(SiOx)로 코팅된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및 이들의 조합을 포함하는 유기 플루오로중합체를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 기판(12)은 폴리비닐플루오라이드 및 폴리에틸렌의 그룹으로부터 선택된다. 기판(12)은 대안적으로 PET/SiOx-PET/Al 기판으로서 정의될 수 있고, 여기서 x는 1 내지 4의 값을 갖는다. 또한, 기판(12)은 실리콘을 포함할 수 있고, 본질적으로 실리콘으로 이루어질 수 있고 유기 단량체 또는 중합체를 포함하지 않을 수 있고, 또는 실리콘으로 이루어질 수 있다. 기판(12)은 전술된 화합물에 한정되는 것은 아니라는 것이 이해되어야 한다.
기판(12)은 하중 지탱 또는 하중 비지탱형일 수 있고, 모듈(10)의 임의의 부분 내에 포함될 수 있다. 일반적으로, 기판(12)은 하중 지탱형이다. 기판(12)은 덮개로서 또한 공지된 "상부층", 또는 모듈(10)의 "하부층"일 수 있다. 하부층은 일반적으로 도면에 도시된 바와 같이, 광전지(16) 후방에 위치되고 기계적 지지부로 기능한다. 다양한 실시예에서, 모듈(10)은 서로 동일하거나 상이할 수 있는 기판(12) 및 제 2 기판(20)을 포함한다. 달리 말하면, 기판(12) 및 제 2 기판(20)은 동일한 재료 또는 상이한 재료로부터 형성될 수 있다. 도 4 내지 도 6, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 기판(12)은 일반적으로 하부층이고, 제 2 기판(20)은 일반적으로 상부층이고 덮개로 기능한다. 일반적으로, 제 2 기판(20)(예를 들어, 덮개로 기능하는 제 2 기판)은 태양광에 투과성이고, 기판(12)의 상부 및 광원의 전방에 위치된다. 제 2 기판(20)은 일반적으로 비, 눈 및 열과 같은 환경적인 조건으로부터 모듈(10)을 보호하는데 사용된다. 가장 일반적으로, 또한 도 4 내지 도 6, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 제 2 기판(20)은 덮개로 기능하고 태양광에 투과성인 강성 유리 패널이고 모듈(10)의 전방면을 보호하는데 사용된다.
기판(12) 및/또는 제 2 기판(20)은 일반적으로 50 내지 500 마이크로미터, 100 내지 225 마이크로미터, 또는 175 내지 225 마이크로미터의 두께를 갖는다. 기판(12) 및/또는 제 2 기판(20)은 각각 125mm의 길이 및 폭 또는 각각 156mm의 길이 및 폭을 가질 수 있다. 물론, 본 발명은 이들 치수에 한정되는 것은 아니다.
또한, 모듈(10)은 또한 타이 층(14)을 포함한다. 타이 층(14)은 기판(12) 상에 배치되고, 일반적으로 광전지(16)를 기판(12)에 부착하는 기능을 한다. 모듈(10)은 일반적으로 다수의 타이 층, 예를 들어 제 2 타이 층(18) 및/또는 제 3 타이 층을 포함한다. 임의의 제 2 타이 층(18), 제 3 또는 추가의 타이 층은 타이 층(14)과 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 따라서, 임의의 제 2 타이 층(18), 제 3 또는 추가의 타이 층은 타이 층(14)과 서로 동일한 재료 또는 상이한 재료로부터 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 모듈(10)은 도 3, 도 4, 도 6, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 타이 층(14) 및 제 2 타이 층(18)을 포함한다. 제 2 타이 층(18)은 기판(12) 상에 추가 배치될 수 있다. 대안적으로, 제 2 타이 층(18)은 제 1 타이 층(14) 상에 배치될 수 있고 그리고/또는 도 3, 도 4, 도 6, 도 8 및 도 9에 설명되고 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이 광전지(16) 상에 배치될 수 있다. 또한, 타이 층(14)은 일반적으로 UV 및/또는 가시광에 대해 투과성이고, 제 2(또는 추가의) 타이 층(18)은 광에 불투과성 또는 불투명할 수 있다. 일 실시예에서, 제 2 타이 층(18)은 가시광 파장을 가로질러 높은 투과성, UV에 대한 장기간 안정성을 갖고, 광전지(16)에 대한 장기간 보호를 제공한다. 이 실시예에서, 타이 층(14)의 UV 안정성에 기인하여 세륨으로 기판(12)을 도핑할 필요가 없다.
타이 층(14)은 1.1 내지 100mm의 침투 깊이(값)를 갖는다. 용어 "침투 깊이"는 또한 "침투" 또는 "침투값"이라 칭한다는 것이 실리콘 기술 분야의 숙련자들에 의해 이해된다. 다양한 실시예에서, 타이 층(14)은 1.3 내지 100mm, 더 일반적으로는 2 내지 55mm의 침투 깊이를 갖는다. 임의의 특정 이론에 의해 한정되지 않도록 의도되고, 온도가 상승함에 따라, 침투 깊이값이 또한 상승하는 것으로 고려된다. 타이 층(14)은 실온 또는 임의의 다른 온도에서 결정된 바와 같이, 1.1 내지 100mm, 1.3 내지 100mm, 또는 2 내지 55mm의 침투 깊이를 가질 수 있는 것으로 고려된다. 일반적으로, 침투 깊이는 실온에서 결정된다.
침투 깊이는 먼저 경도를 계산하고 다음에 침투 깊이를 계산함으로써 결정된다. 따라서, 타이 층(14)은 일반적으로 5 내지 500, 더 일반적으로는 5 내지 400, 및 가장 일반적으로는 10 내지 300의 그램중(grams of Force)의 경도를 갖는다. 더 구체적으로는, 경도는 0.5 인치(1.27 cm) 직경 강철 프로브를 사용하여 스테이블 마이크로 시스템즈(Stable Micro Systems)로부터 상업적으로 입수 가능한 TA-XT 텍스쳐 분석기(Texture Analyzer)를 사용하여 결정된다. 12g의 질량을 갖는 타이 층의 시험 샘플은 10분 동안 100℃로 가열되고, 당 기술 분야에 공지된 바와 같이 이하의 시험 파라미터, 즉 2mm/s의 시험전 및 시험후 속도, 1mm/s의 시험 속도, 4mm 타깃 거리, 60초 유지 및 5 그램중 트리거 값을 사용하여 경도에 대해 분석된다. 최대 그램중은 타이 층(14) 내로 4mm 거리에서 측정된다.
침투 깊이 측정은 일반적으로 TA-XT2 텍스쳐 분석기 및 이하의 식, 침투 깊이(mm×10)=5,350/그램중을 사용하여 얻어진 경도(그램중)를 사용하여 계산된다. 이 관계는 미국 일리노이주 시카고 소재의 프리시젼 사이언티픽(Precision Scientific)으로부터 상업적으로 입수 가능한 범용 경도계를 사용하고 타이 층(14)의 텍스쳐 분석기로 경도를 측정함으로써 결정된다. 일반적으로 타이 층(14)에 대해 취해진 79개의 샘플 측정이 있다. 5,350 상수는 79개의 샘플의 각각에 텍스쳐 분석기로부터 그램중에 침투 깊이를 곱하고 다음에 결과를 평균함으로써 결정된다.
타이 층(14)은 또한 -0.6 g.sec 미만의 점착성 값을 갖는다. 다양한 실시예에서, 타이 층(14)은 -0.7 내지 -300 g.sec, 더 일반적으로는 -1 내지 -100 g.sec의 점착성 값을 갖는다. 일 실시예에서, 타이 층(14)은 약 -27 g.sec의 점착성 값을 갖는다. 임의의 특정 이론에 의해 한정되지 않도록 의도되고, 온도가 상승함에 따라, 점착성 값이 감소되는 것으로 고려된다. 타이 층(14)은 실온 또는 임의의 다른 온도에서 결정된 바와 같이, -0.6 g.sec 미만, -0.7 내지 -300 g.sec. 또는 -1 내지 -100 g.sec의 점착성 값을 가질 수 있는 것으로 고려된다. 일반적으로, 점착성 값은 실온에서 결정된다.
점착성 값은 0.5 인치(1.27 cm) 직경 강철 프로브를 사용하여 TA-XT2 텍스쳐 분석기를 사용하여 결정된다. 프로브는 4mm의 깊이로 타이 층(14) 내에 삽입되고, 다음에 2mm/sec의 속도로 회수된다. 점착성 값은 타이 층(14)으로부터 프로브의 회수 중에 총 면적(힘-시간)으로서 계산된다. 점착성 값은 그램.초로 표현되고, 여기서 시간은 힘이 0일 때의 시간과 프로브가 타이 층(14)으로부터 분리될 때의 시간 사이의 시간차로서 측정된다. 침투 깊이 및 점착성 값은 타이 층(14)의 다양한 두께에 의해 실질적으로 변화하지 않는 것으로 고려된다. 그러나, 침투 깊이 및 점착성 값을 결정하는 방법은 타이 층(14)의 두께에 의존하여 수정될 수 있다.
타이 층(14)은 일반적으로 점착성이고, 겔, 검, 액체, 페이스트, 수지 또는 고체일 수 있다. 일 실시예에서, 타이 층(14)은 필름이다. 다른 실시예에서, 타이 층(14)은 겔이다. 또 다른 실시예에서, 타이 층(14)은 경화(예를 들어, 사전 경화)되어 겔을 형성하는 액체이다. 대안적으로, 타이 층(14)은 다수의 세그먼트를 포함할 수 있고, 각각의 세그먼트는, 세그먼트 및 전체 타이 층(14)이 전술된 적절한 침투 깊이 및 점착성 값을 갖는 한, 상이한 조성 및/또는 상이한 형태(예를 들어, 겔 및 액체)를 포함한다. 타이 층(14)으로서 사용을 위한 적합한 겔의 예는 미국 특허 제 5,145,933호, 제 4,340,709호 및 제 6,020,409호에 설명되어 있고, 그 각각은 이들 겔에 대해 명시적으로 본 명세서에 참조로 통합된다. 타이 층(14)은 타이 층(14)이 1.1 내지 100mm의 침투 깊이 및 -0.6 g.sec 미만의 점착성 값을 갖는 한 임의의 형태일 수 있는 것으로 고려된다. 타이 층(14)은 또한 일반적으로 7×102 내지 6×105 dynes/cm2의 탄성 계수(경화시의 G')를 갖는다.
타이 층(14)은 당 기술 분야에 공지된 임의의 적합한 화합물로부터 형성되고 그리고/또는 이를 포함할 수 있다. 이들 화합물은 경화를 요구하거나 요구하지 않을 수도 있다. 일 실시예에서, 경화 가능 조성물은 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 폴리우레탄, 에틸렌 테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐플루오라이드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함한다. 다른 실시예에서, 경화 가능 조성물은 탄소 원자를 포함하고, 규소 원자를 포함하는 화합물을 실질적으로 함유하지 않는다. 바로 위에 사용된 바와 같은 "실질적으로 함유하지 않는"이라는 용어는, 경화 가능 조성물 내에 존재하는 규소 원자를 포함하는 0.1 미만 중량 퍼센트의 화합물을 칭한다. 경화 가능 조성물은 유기 화합물과, 규소 원자를 포함하는 0.1 미만 중량 퍼센트 화합물을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 타이 층(14)은 규소 원자를 포함하는 경화 가능 조성물로부터 형성된다. 타이 층은 이들 경화 가능한 실리콘 조성물에 대해 명시적으로 본 명세서에 참조로 통합된 미국 특허 제 6,020,409호 및 제 6,169,155호에 개시된 것들과 같은 경화 가능한 실리콘 조성물로부터 완전히 형성될 수 있다. 대안 실시예에서, 타이 층(14)은 미국 미시건주 미드랜드 소재의 다우 코팅 코퍼레이션(Dow Corning Corporation)으로부터 상업적으로 입수 가능한 것들과 같은 실리콘 유체를 포함하는 경화된 또는 경화 가능 조성물로부터 형성될 수 있다. 특히 적합한 실리콘 유체의 일 비한정적인 예는 100 mPa.s의 점도를 갖는 트리메틸실릴 말단형 폴리디메틸실록산이다.
일 실시예에서, 경화 가능한 실리콘 조성물은 하이드로실릴화-경화 가능한 것으로 추가 한정되고, 분자당 적어도 하나의 불포화 성분을 갖는 유기규소 화합물, 분자당 적어도 하나의 실리콘-결합된 수소 원자를 갖는 유기수소실리콘, 및 유기규소 화합물과 유기수소실리콘 화합물 사이의 하이드로실릴화 반응을 가속화하는데 사용된 하이드로실릴화 촉매를 포함한다. 이 실시예에서, 유기규소 화합물의 분자당 불포화 성분에 대한 유기수소실리콘 화합물의 분자당 실리콘-결합된 수소 원자의 비율은 일반적으로 0.05 내지 100이다.
대안 실시예에서, 유기규소 화합물은 자체로 또한 비닐디메틸실릴 엔드블록 폴리디메틸실록산일 수 있는 알케닐디알킬실릴 엔드블록 폴리디알킬실록산으로 추가 한정된다. 유기수소실리콘 화합물은 또한 디알킬수소실릴 말단형 폴리디알킬실록산 및 트리알킬실릴 말단형 폴리디알킬실록산-알킬수소실록산 공중합체의 혼합물로서 정의될 수 있다. 디알킬수소실릴 말단형 폴리디알킬실록산 자체는 디메틸수소실릴 말단형 폴리디메틸실록산으로 추가 한정될 수 있고, 반면 트리알킬실릴 말단형 폴리디알킬실록산-알킬수소실록산 공중합체는 트리메틸실릴 말단형 폴리디메틸실록산-메틸수소실록산 공중합체로 추가 한정될 수 있다.
대안적으로, 타이 층(14)은 성분 (A) 내지 (E) 중 하나 이상 및 이들의 조합을 포함하는 경화 가능 조성물로부터 형성될 수 있다. 각각의 성분 (A) 내지 (E)는 본 발명에서 사용을 위해 선택적인 것이고, 필수적인 것은 아니다. 성분 (A) 내지 (E)의 하나 이상은 실리콘 함유일 수 있거나 유기성일 수 있다. 경화 가능 조성물이 경화 가능한 실리콘 성분으로 추가 한정되면, 성분 (A)는 일반적으로 성분 (B)와 함께 이용된다. 성분 (A)는 화합물의 혼합물을 포함할 수 있다. 유사하게, 각각의 성분 (B) 내지 (E)는 독립적으로 화합물의 혼합물을 포함할 수 있다.
성분 (A)는 당 기술 분야에 공지된 임의의 유기 및/또는 무기 화합물을 포함할 수 있고, 탄소 및 규소 원자의 양자 모두를 포함할 수 있다. 일반적으로, 성분 (A)는 디오르가노폴리실록산 함유 중합체를 포함한다. 디오르가노폴리실록산 함유 중합체는 고 또는 저 수 분자량(Mn) 및/또는 중량 평균 분자량(MW)을 가질 수 있고, 이하에 더 상세히 설명되는 성분 (B)와 함께 경화되도록 설계된 분자당 적어도 2개의 반응기를 갖는 실리콘 검일 수 있다. 대안적으로, 디오르가노폴리실록산 함유 중합체는 수지, 겔 및/또는 검일 수 있고, 또는 검, 겔 및/또는 검을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 디오르가노폴리실록산 함유 중합체는 저분자량을 갖는다. 그러나, 디오르가노폴리실록산 함유 중합체는 상기 설명에 한정되는 것은 아니고, 임의의 수 평균 또는 분자 평균 분자량을 가질 수 있다.
디오르가노폴리실록산 함유 중합체는 일반적으로 실질적으로 선형인 분자 구조를 갖는다. 그러나, 이 구조는 부분 가지형일 수 있다. 일 실시예에서, 디오르가노폴리실록산 함유 중합체는 평균 단위 조성식:
Figure pct00005
을 가질 수 있고, 여기서 x 및 y는 양의 수이고, z는 0 이상이고, 각각의 R'은 각각 1가 래디컬이다. 이 조성식에서, x+y+z는 일반적으로 적어도 100이고, 더 일반적으로 700 초과이다. 또한, y/(x+y+z)는 일반적으로 0.8 이상이고, 더 일반적으로는 0.95 이상이다. 1가 래디컬의 비한정적인 예는 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸 및 3원 부틸기와 같은 알킬기, 페닐기, 알킬페닐기, 수소 원자, 하이드록시기, 알케닐기, 옥시모기, 알콕시기, 에폭사이드기, 카르복실기, 알킬 아미노 래디컬 및 이들의 조합을 포함한다. 일반적으로, 모든 비반응성 R'기는 1 내지 6 탄소 원자를 갖는 알킬기 및/또는 페닐기이다. 더 일반적으로, 모든 비반응성 R'기는 메틸기이다. 일반적으로, 분자당 적어도 2개의 R'기는 불포화될 수 있고 알케닐 및/또는 알키닐기일 수 있는 반응기이다. 가장 일반적으로는, 이들 반응기는 비닐 또는 헥세닐기와 같은 알케닐기이다. 반응기의 적합한 비한정적인 예는 선형 또는 가지형인 알케닐기를 포함하고, 비닐기, 프로페닐기, 부테닐기, 헥세닐기, 이소프로페닐기, 3원 부틸기 및 이들의 조합과 같은 2 내지 10 탄소 원자를 갖는다. 디오르가노폴리실록산은 또한 경화 가능 조성물의 접착 특성을 향상시키기 위해 불포화기 이외의 반응기를 포함할 수도 있다.
성분 (A)의 추가의 적합한 예는, 이들에 한정되는 것은 아니지만, 디메틸알케닐실록시-말단형 디메틸폴리실록산, 메틸알케닐실록산 및 디메틸실록산의 디메틸알케닐실록시-말단형 공중합체, 메틸페닐실록산 및 디메틸실록산의 디메틸알케닐실록시-말단형 공중합체, 메틸페닐실록산, 메틸알케닐실록산 및 디메틸실록산의 디메틸알케닐실록시-말단형 공중합체, 디페닐실록산 및 디메틸실록산의 디메틸알케닐실록시-말단형 공중합체, 디페닐실록산, 메틸알케닐실록산 및 디메틸실록산의 디메틸알케닐실록시-말단형 공중합체 및 이들의 조합을 포함한다.
대안적으로, 성분 (A)는 동일하거나 상이할 수 있는 하이드록실 또는 하이드로실릴가능기 X 및 X1을 갖는 화합물을 포함할 수 있다. 이들 기는 말단기일 수 있거나 말단기가 아닐 수도 있고, 일반적으로 입체 장애되지 않는다. 예를 들어, 이 화합물은 일반 조성식:
Figure pct00006
을 가질 수 있고, 여기서 X 및/또는 X1은 이하의 기: -Si(OH)3, -(Ra)Si(OH)2, -(Ra)2SiOH, -RaSi(ORb)2, -Si(ORb)3, -Ra 2SiORb 또는 -Ra 2Si-Rc-SiRd p(ORb)3-p 중 임의의 하나를 포함하고 그리고/또는 이들로 종료될 수 있고, 여기서 각각 Ra는 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬기와 같은 1가 하이드로카르빌기를 각각 포함할 수 있다. 일반적으로, Ra는 메틸기이다. 각각의 Rb 및 Rd는 각각 최대 6개의 탄소 원자 또는 알콕시기를 갖는 알킬기일 수 있다. Rc는 일반적으로 최대 6개의 규소 원자를 갖는 하나 이상의 실록산 스페이서를 포함할 수 있는 2가 탄화수소기이다. 일반적으로, p는 값 0, 1 또는 2를 갖는다. 일 실시예에서, X 및/또는 X1은 수분의 존재에서 하이드로실릴화 가능한 기능기를 포함한다.
추가로, 이 조성식에서, (A)는 일반적으로 실록산 분자 연쇄를 포함한다. 일 실시예에서, (A)는 이하의 조성식
Figure pct00007
의 실록산 단위를 갖는 폴리디오르가노-실록산을 포함하고, 여기서 각각의 R5는 각각 염소 또는 불소와 같은 하나 이상의 할로겐기로 선택적으로 치환되는 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 하이드로카르빌기와 같은 유기기이고, s는 0, 1 또는 2이다. 더 구체적으로, R5는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 비닐, 사이클로헥실, 페닐 및/또는 토릴기, 3,3,3-트리플루오로프로필, 클로로페닐, 베타-(퍼플루오로부틸)에틸 또는 클로로사이클로헥실기로 치환된 프로필기 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일반적으로, 기 R5의 적어도 일부는 메틸기이다. 가장 일반적으로, 모든 R5기는 메틸기이다. 일반적으로, 분자당 상기 조성식의 적어도 대략 700 단위가 존재한다.
일반적으로, 성분 (A)는 50 mPa.s 초과의 점도를 갖는다. 일 실시예에서, 성분 (A)는 1,000,000 mPa.s 초과의 점도를 갖는다. 다른 실시예에서, 성분 (A)는 50 내지 1,000,000, 더 일반적으로는 100 내지 250,000, 가장 일반적으로는 100 내지 100,000 mPa.s의 점도를 갖는다. 전술된 점도의 각각은 브룩필드(Brookfield) DVIII 콘(Cone) 및 플레이트 점도계(Plate Viscometer)를 사용하여 ASTM D4287에 따라 25℃에서 측정된다. 성분 (A)는 일반적으로 경화 가능 조성물의 100 중량부당 25 내지 99.5 중량부의 양으로 경화 가능 조성물 내에 존재한다.
몇몇 실시예에서, 성분 (A)는 약 1500 초과의 중합화도(dp) 및 ASTM D926을 사용하여 결정된 바와 같이 95 내지 125의 윌리엄스 가소도(Williams plasticity number)를 갖는다. 다른 실시예에서, 성분 (A)는 100 초과 또는 심지어 700 초과의 dp를 갖는다. 가소도는 본 명세서에 사용될 때, 시편이 25℃에서 3분 동안 49 뉴턴의 압축 하중을 받은 후에 2 cm3 체적 및 대략 10mm 높이의 원통형 시험 시편의 밀리미터 두께×100으로서 정의된다.
이제, 성분 (B)를 참조하면, 이 성분은 일반적으로 실리콘 수지(M, D, T 및/또는 Q) 또는 수지의 혼합물을 포함한다. 수지(들)는 성분 (A)와 반응할 수 있는 기능기를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 성분 (B)는 용제를 갖거나 갖지 않고 성분 (A)과 조합될 수 있다. 더 구체적으로, 성분 (B)는 R5 3SiO1 /2 단위 및 SiO4 /2 단위를 포함하는 MQ 수지, R5SiO3 /2 단위 및 R5 2SiO2 /2 단위를 포함하는 TD 수지, R5 3SiO1 /2 단위 및 R5SiO3 /2 단위를 포함하는 MT 수지, R5 3SiO1 /2 단위, R5SiO3/2 단위 및 R5 2SiO2 /2 단위를 포함하는 MTD 수지 및 이들의 조합과 같은 유기실록산 수지를 포함할 수 있다. 이들 조성식에서, R5는 전술된 바와 같다.
상기에 사용된 심벌 M, D, T 및 Q는 유기규소 유체, 고무(엘라스토머) 및 수지를 포함하는 폴리유기실록산의 구조 단위의 기능부를 나타낸다. 심벌은 당 기술 분야의 수립된 이해에 따라 사용된다. 따라서, M은 단기능 단위 R5 3SiO1/2를 표현한다. D는 2기능 단위 R5 2SiO2 /2를 표현한다. T는 3기능 단위 R5SiO3/2를 표현한다. Q는 4기능 단위 SiO4 /2를 표현한다. 이들 단위의 일반적인 구조 조성식은 이하에 나타낸다.
일반적으로, 성분 (B)의 수 평균 분자량은 적어도 5,000, 일반적으로 10,000 g/mol 초과이다. 성분 (B)는 일반적으로 경화 가능 조성물의 100 중량부당 100 중량부당 0.5 내지 75 중량부의 양으로 경화 가능 조성물 내에 존재한다.
임의의 특정 이론에 의해 한정되지 않도록 의도되고, 전술된 실리콘은 경화 가능한 화합물 및 타이 층(14)에 우수한 UV 저항을 부여하는 것으로 고려된다. 이들 실리콘의 사용은 UV 첨가제 또는 세륨 도핑된 유리를 모듈(10) 내에 포함하는 필요성을 감소시키거나 제거할 수 있다. 이들 실리콘은 또한 장기간 UV 및 가시광 투과를 나타내어 모듈(10)의 효율을 최대화한다.
이제, 성분 (C)를 참조하면, 이 성분은 일반적으로 경화 촉매를 포함한다. 촉매는 당 기술 분야에 공지된 임의의 유형일 수 있고, 일반적으로 응축 촉매, 하이드로실릴화 촉매, 래디컬 촉매, UV 촉매, 열 촉매 및 이들의 조합의 그룹으로부터 선택된다. 이 촉매의 선택은 제조 및 처리 시간을 >20%만큼 감소시킬 수 있고, 특정 제조 단계를 함께 제거하여, 이에 의해 감소된 제조 비용 및 최종 사용자에 대한 구매 비용을 유도한다.
더 구체적으로, 성분 (C)는 전술된 하이드로실릴화 촉매와 같은 임의의 적합한 하이드로실릴화 촉매를 포함할 수 있다. 하이드로실릴화 촉매는 백금기 금속, 화학물 함유 백금기 금속 또는 마이크로캡슐화 백금기 금속 또는 화합물 함유 마이크로캡슐화 백금기 금속을 포함하는 임의의 공지된 하이드로실릴화 촉매일 수 있다. 이들 금속은 일반적으로 백금, 로듐, 루테늄, 팔라듐, 오스뮴 및 이리듐을 포함한다. 더 구체적으로, 성분 (C)는 전술된 하이드로실릴화 촉매와 같은 임의의 적합한 하이드로실릴화 촉매를 포함할 수 있다. 하이드로실릴와 촉매는 백금기 금속, 화합물 함유 백금기 금속 또는 마이크로캡슐화 백금 금속 또는 화합물 함유 마이크로캡슐화 백금 금속을 포함하는 임의의 공지된 하이드로실릴화 촉매일 수 있다. 이들 금속은 일반적으로 백금, 로듐, 루테늄, 팔라듐, 오스뮴 및 이리듐을 포함한다. 백금 및 백금 화합물은 가장 일반적으로는 하이드로실릴화 반응에서 이들의 높은 활성도 레벨에 기초하여 사용된다. 가장 일반적으로, 촉매는 하이드로실릴화 촉매이고 백금을 포함한다. 이 촉매는 카스테드(Karstedt) 기반 백금 촉매일 수 있고, 그리고/또는 미세 백금 분말, 백금 블랙, 클로로백금산, 클로로백금산의 알코올 용액, 클로로백금산의 올레핀 착화물, 클로로백금산 및 알케닐실록산의 착화물, 백금을 포함하는 열가소성 수지 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 촉매는 일반적으로 경화 가능 조성물의 100 중량부당 0.01 내지 1 중량부의 양, 더 일반적으로는 0.01 내지 0.5 중량부의 양, 가장 일반적으로는 0.01 내지 0.3 중량부의 양으로 경화 가능 조성물 내에 존재한다. 촉매가 금속을 포함하면, 금속 자체는 일반적으로 경화 가능 조성물의 100만 중량부당 1 내지 500 중량부의 양, 더 일반적으로는 1 내지 100 중량부의 양, 가장 일반적으로는 1 내지 50 중량부의 양으로 경화 가능 조성물 내에 존재한다. 수지는 마이크로캡슐화 촉매와 함께 사용될 수 있고, 이들에 한정되는 것은 아니지만 아크릴산 및 메타크릴산과 같은 에틸렌 불포화 탄화수소 및/또는 에틸렌 불포화 카르복실산의 에스테르로부터 유도된 유기규소 수지 및 유기 수지를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 성분 (C)는 이들에 한정되는 것은 아니지만 =Si-CH3기 및 다른 =Si-CH3기 또는 =Si-CH3기 및 =Si-알케닐기(일반적으로 비닐) 또는 =Si-알케닐기 및 =Si-알케닐기를 포함하는 실록산 사이의 자유 래디컬 기초 반응을 위해 사용되는 과산화물 촉매를 포함한다. 적합한 과산화물 촉매는 이들에 한정되는 것은 아니지만, 2,4-디클로로벤조일 과산화물, 벤조일 과산화물, 디큐밀 과산화물, 테르트-부틸 페르벤조에이트, 1,1-비스(티-부틸페록시)-3,3,5-트리메틸사이클로헥산(TMCH) (2,5-비스(티-부틸페록시)-2,5-디메틸헥산) 촉매, 1,1-비스(테르트-아밀페록시)사이클로헥산, 에틸 3,3-비스(테르트-아밀페록시)부티레이트, 1,1-비스(테르트-부틸페록시)사이클로헥산 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이들 촉매는 순 화합물(neat compound) 또는 불활성 매트릭스(액체 또는 고체)로서 이용될 수 있다.
일반적으로, 하나 이상의 과산화물 촉매가 사용되면, 경화가 개시되는 온도는 일반적으로 촉매의 반 수명에 기초하여 결정/제어된다. 그러나, 경화 가능한 화합물 및 타이 층(14)의 경화 속도 및 최종 물리적인 특성은 타이 층(14)을 형성하는데 사용되는 화합물의 불포화 레벨에 의해 제어된다. 추가로, 반응 동역학 및 물리적인 특성은 비닐 엔드블록킹을 갖거나 갖지 않은 디메틸메틸비닐 공중합체와 상이한 중합화도(dp)를 갖는 선형 비반응성 엔드블록 중합체를 혼합함으로써 조절될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 성분 (C)는 응축 촉매를 포함하고, 아크릴록시기(예를 들어, 아세톡시, 옥타노일록시 및 벤조일록시기), 케톡시미노기(예를 들어, 디메틸 케톡사임 및 이소부틸케톡시미노기), 알콕시기(예를 들어, 메톡시, 에톡시 및 프로폭시기), 알케닐록시기(예를 들어, 이소프로페닐록시 및 1-에틸-2-메틸비닐록시기) 및 이들의 조합과 같은 실리콘 결합 하이드로실릴화 가능기를 포함하는 하나 이상의 실란 또는 실록산계 가교제와 응축 촉매의 조합을 또한 포함할 수 있다. 응축 촉매는, 경화 가능 조성물이 수분 분위기에 노출시에 영구적인 네트워크를 형성하도록 반응하는 시트 형성 재료를 형성하도록 준비된 수지 중합체 혼합물을 포함할 때 성분 (C)에 사용될 수도 있다는 것이 또한 고려된다. 대안적으로, 응축 촉매는 경화 가능 조성물이 수분 트리거링 중합체와 동시 반응할 수 있는 알콕시 기능성 실리콘 중합체를 포함할 때 성분 (C)에 사용될 수 있다.
성분 (C)는 당 기술 분야에 공지된 임의의 적합한 응축 촉매를 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 응축 촉매는 이들에 한정되는 것은 아니지만, 주석, 납, 안티몬, 철, 카드뮴, 바륨, 망간, 아연, 크롬, 코발트, 니켈, 알루미늄, 갈륨, 게르마늄, 지르코늄 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 비한정적인 특히 적합한 응축 촉매는 디부틸틴 디옥토에이트, 디부틸틴 디아세테이트, 디부틸틴 디말레에이트, 디부틸틴 디라우레이트, 부틸틴 2-에틸헥소에이트, 철, 코발트, 망간, 납 및 아연의 2-에틸헥소에이트 및 이들의 조합을 포함한다.
대안적으로, 응축 촉매는 각각 일반 조성식 Ti[OR]4 또는 Zr[OR]4를 갖는 티타네이트 및/또는 지르코네이트를 포함할 수 있고, 여기서 각각의 R은 동일하거나 상이할 수 있고 선형이거나 가지형일 수 있고 1 내지 10 탄소 원자를 가질 수 있는 1가, 1차, 2차 또는 3차 지방족 탄화수소기를 표현한다. 일 실시예에서, 응축 촉매는 부분 불포화기를 포함하는 티타네이트를 포함한다. 다른 실시예에서, 응축 촉매는 티타네이트 및/또는 지르코네이트를 포함하고, 여기서 R은 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 3차 부틸, 및/또는 2,4-메틸-3-펜틸과 같은 가지형 2차 알킬기 및 이들의 조합을 포함한다. 일반적으로, 각각의 R이 동일할 때, R은 이소프로필기, 가지형 2차 알킬기 또는 3차 알킬기 및 특히 3차 부틸기이다. 대안적으로, 티타네이트는 킬레이트화(chelated)될 수 있다. 킬레이트화는 메틸 또는 에틸아세틸아세토네이트와 같은 알킬 아세틸아세토네이트와 같은 임의의 적합한 킬레이트화제로 성취될 수 있다. 적합한 티타늄 및/또는 지르코늄계 촉매의 예는 이들 촉매에 대해 명시적으로 본 명세서에 참조로 통합된 EP 1254192에 설명되어 있다. 일반적으로, 응축 촉매는 이용되는 경우 총 경화 가능 조성물의 0.01 내지 3 중량%의 양으로 존재한다.
성분 (C)는 경화 가능 조성물이 사이클로지방족 에폭시 기능을 포함할 때 사용될 수 있는 양이온 개시제를 대안적으로 포함할 수 있다. 일반적으로, 양이온 개시제는 열 및/또는 UV 경화에 적합하고, 경화 가능 조성물이 가열시에 경화된 네트워크를 생성하게 되는 요오드늄 또는 설포늄염을 포함할 때 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 양이온 개시제는 래디컬 개시제와 조합하여 사용된다. 이 조합은 전술된 것들과 같은 적합한 UV 가시성 래디컬 개시제로 감화될 때 UV 가시성 방사선에 의해 경화될 수 있다.
이제 성분 (D)를 참조하면, 이 성분은 일반적으로 가교제, 사슬 연장제(chain extender) 또는 이들의 조합을 포함한다. 가교제 및/또는 사슬 연장제의 각각은 개별적으로 선형, 부분적으로 가지형 선형, 고리형 또는 그물형 구조를 가질 수 있다. 성분 (D)는 전술된 촉매와는 별개로 또는 이와 조합하여 포함될 수 있다. 성분 (D)는 당 기술 분야에 공지되어 있는 것일 수 있고, 일반적으로 분자당 적어도 2개의 실리콘 결합 수소 원자를 갖는 폴리유기실록산을 포함한다. 성분 (D)는 Si-H기(일반적으로, 가교제의)와 Si-알케닐기, 예를 들어 디오르가노폴리실록산의 비닐기 사이의 하이드로실릴화 또는 추가의 경화 반응을 촉진하여 인접한 규소 원자(=Si-CH2-CH2-Si=) 사이에 알케닐기를 형성할 수 있다. 성분 (D)의 일반적인 예는 이들 가교제에 대해 명시적으로 본 명세서에 참조로 통합된 미국 특허 제 6,020,409 및 제 6,169,155에 설명되어 있다.
다양한 실시예에서, 성분 (D)는 분자당 적어도 2개의 실리콘 결합 수소 원자 및 이하의 평균 단위 조성식
Figure pct00009
을 갖는 폴리유기실록산을 포함하고, 여기서 각각의 Ri은 동일하거나 상이할 수 있고, 수소 원자, 메틸, 에틸, 프로필 및 이소프로필기와 같은 알킬기 또는 페닐 및 톨릴기와 같은 아릴기일 수 있고, b는 0 내지 2이다. 폴리유기실록산의 특히 적합한 예는 이들에 한정되는 것은 아니지만, 트리메틸실록시-말단형 폴리메틸수소실록산, 메틸수소실록산 및 디메틸실록산의 트리메틸실록시-말단형 공중합체, 메틸수소실록산 및 디메틸실록산의 디메틸수소실록시-말단형 공중합체, 메틸수소실록산의 고리형 중합체, 메틸수소실록산 및 디메틸실록산의 고리형 중합체, 조성식 (CH3)3SiO1 /2에 의해 표현되는 실록산 단위, 조성식 (CH3)2HSiO1 /2에 의해 표현되는 실록산 단위 및/또는 조성식 SiO4 /2에 의해 표현되는 실록산 단위로 구성된 유기폴리실록산, 조성식 (CH3)2HSiO1 /2에 의해 표현되는 실록산 단위 또는 조성식 CH3SiO3 /2에 의해 표현되는 실록산 단위를 포함하는 유기폴리실록산, 조성식 (CH3)2HSiO1 /2에 의해 표현되는 실록산 단위, 조성식 (CH3)2SiO2 /2에 의해 표현되는 실록산 단위 및/또는 조성식 CH3SiO3 /2에 의해 표현되는 실록산 단위를 포함하는 유기폴리실록산, 디메틸수소실록시-말단형 폴리디메틸실록산, 메틸페닐실록산 및 디메틸실록산의 디메틸수소실록시-말단형 공중합체, 메틸 (3,3,3-트리플루오로프로필) 실록산 및 디메틸실록산의 디메틸수소실록시-말단형 공중합체, 그 각각이 이들 가교제에 대해 명시적으로 본 명세서에 참조로 통합된 WO 2003/093349 또는 WO 2003/093369에 개략된 바와 같은 고리형 실리콘 하이드라이드 가교제로부터 형성된 생성물, 및 이들의 조합을 포함한다. 일 실시예에서, 성분 (D)는 (폴리)디메틸수소실릴 말단형 폴리디메틸실록산과 같은 (폴리)디알킬수소실릴 말단형 중합체로 추가 한정된다. 일반적으로, 이 중합체는 사슬 연장제로서 작용한다.
다른 실시예에서, 성분 (D)는 실란, 실록산 및 이들의 조합으로부터 선택된다. 실란 및 실록산의 적합한 비한정적인 예는 메틸트리메톡시실란(MTM) 및 메틸트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란 및 비닐트리에톡시실란과 같은 알케닐트리알콕시실란, 이소부틸트리메톡시실란(iBTM), 에틸트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 비닐 메틸 디메톡시실란과 같은 알케닐 알킬 디알콕시실란, 비닐 에틸디메톡시실란, 비닐 메틸디에톡시실란, 비닐에틸디에톡시실란, 비닐 메틸 디옥시모실란과 같은 알케닐알킬디옥시모실란, 비닐 에틸디옥시모실란, 비닐 메틸디옥시모실란, 비닐에틸디옥시모실란, 알콕시트리옥시모실란, 알케닐트리옥시모실란, 비닐 메틸 디아세톡시실란과 같은 알케닐알킬디아세톡시실란, 비닐 메틸 디아세톡시실란과 같은 알케닐알킬디아세톡시실란, 비닐 에틸디아세톡시실란, 비닐 메틸디아세톡시실란, 비닐에틸디아세톡시실란 및 비닐 메틸디하이드록시실란과 같은 알케닐알킬디하이드록시실란, 비닐 에틸디하이드록시실란, 비닐 메틸디하이드록시실란, 비닐에틸디하이드록시실란, 메틸페닐-디메톡시실란, 3,3,3-트리플루오로프로필트리메톡시실란, 메틸트리아세톡시실란, 비닐트리아세톡시실란, 에틸 트리아세톡시실란, 디-부톡시 디아세톡시실란, 페닐-트리프로피오녹시실란, 메틸트리스(메틸에틸케톡시모)실란, 비닐-트리스-메틸에틸테톡시모 실란, 메틸트리스(메틸에틸케톡시미노)실란, 메틸트리스(이소프로페녹시)실란, 비닐트리스(이소프로페녹시)실란, 에틸폴리실리케이트, n-프로필오쏘실리케이트, 에틸오쏘실리케이트, 디메틸테트라아세톡시디실록산, 메틸비닐디-(N-메틸아세트아미노) 실란 및 메틸비닐디-(N-에틸아세트아미노) 실란과 같은 알킬아케닐비스(N-알킬아세트아미노) 실란, 디메틸디-(N-메틸아세트아미노) 실란과 같은 디알킬비스(N-아크릴아세트아미노) 실란, 디메틸디-(N-에틸아세트아미노) 실란, 메틸비닐디(N-페닐아세트아미노) 실란과 같은 알킬알케닐비스(N-아릴아세트아미노) 실란, 디메틸디-(N-페닐아세트아미노) 실란과 같은 디알킬비스(N-아릴아세트아미노) 실란 및 이들의 조합을 포함한다.
대안적으로, 성분 (D)는 분자당 2개, 그러나 일반적으로는 3개 이상의 실리콘 결합 하이드로실릴화 가능기를 가질 수 있다. 성분 (D)가 실란이고 분자당 3개의 실리콘 결합 하이드로실릴화 가능기를 가지면, 성분 (D)는 또한 비하이드로실릴화 가능 실리콘 결합 유기기를 포함할 수 있다. 이들 실리콘 결합 유기기는 일반적으로 불소 및 염소와 같은 할로겐에 의해 선택적으로 치환되는 하이드로카르빌기이다. 적합한 기의 예는 이들에 한정되는 것은 아니지만, 메틸, 에틸, 프로필 및 부틸기와 같은 알킬기, 사이클로펠틸 및 사이클로헥실기와 같은 사이클로알킬기, 비닐 및 알릴기와 같은 알케닐기, 페닐 및 톨릴기와 같은 아릴기, 2-페닐에틸기와 같은 아랄킬기 및 이들의 할로겐화 유도체를 포함한다. 가장 일반적으로, 비하이드로실릴화 가능 실리콘 결합 유기기는 메틸기이다.
다른 실시예에서, 성분 (D)는 아실록시기(예를 들어, 아세톡시, 옥사노릴록시 및 벤조일록시기), 케톡시미노기(예를 들어, 디메틸 케톡시모 및 이소부틸케톡시미노기), 알콕시시(예를 들어, 메톡시, 에톡시 및 프로폭시기), 알케닐록시기(예를 들어, 이소프로페닐록시 및 1-에틸-2-메틸비닐록시기) 및 이들의 조합과 같은 하이드로실릴화 가능기를 포함하는 하나 이상의 실란을 포함한다. 이들 실록산은 직선 사슬형, 가지형 또는 고리형일 수 있다.
일 실시예에서, 성분 (D)는 실리콘 결합 수소 원자(Si-H 성분)를 갖고, 디오르가노폴리실록산은 디오르가노폴리실록산 내의 알케닐기에 대한 가교제 내의 실리콘 결합 수소 원자의 몰비가 0.9 미만이 되도록 알케닐기(예를 들어 비닐기)를 갖는다. 다른 실시예에서, 성분 (D)는 디오르가노폴리실록산(Si-비닐 성분) 내의 알케닐기의 몰수에 대한 성분 (D) 내의 실리콘 결합 수소 원자의 몰수가 예를 들어 0.1:1.5 내지 1:1.5, 더 일반적으로는 0.1:1 내지 0.8:1, 가장 일반적으로는 0.1:1 내지 0.6:1의 범위에 있도록 하는 양으로 경화 가능 조성물에 첨가된다. 대안적으로, 비는 1 미만 또는 0.4일 수 있다. 이 비가 너무 낮으면, 가교 결합의 밀도가 너무 낮고 타이 층(14)이 과잉 유체일 수 있다. 역으로, 이 비가 너무 높으면, 타이 층(14)은 과잉 점성일 수 있다. 일 실시예에서, 성분 (D)는 성분 (A) 및 (B) 내의 알케닐기의 몰수에 대한 가교제 내의 실리콘 결합 수소 원자의 몰비가 0.8:1 내지 4:1의 범위에 있도록 하는 양으로 첨가된다. 이 실시예에서, 기판(12)과 타이 층(14) 사이의 접착성을 향상시키는 과잉의 Si-H 성분(즉, 비가 >1:1)이 존재한다. 다른 실시예에서, 비는 또한 타이 층(14)과 제 2 타이 층(18) 사이의 접착성을 향상시키는 >1:1이다. 다른 실시예에서, 타이 층(14) 내의 비는 <1이고, 반면 타이 층(18) 내의 비는 >1인데 이는 접착성을 증가시키고 타이 층(14)과 제 2 타이 층(18) 사이의 광전지(16)의 효율적인 캡슐화를 허용한다.
전술된 바와 같이, 성분 (D)는 성분 (C)의 전술된 촉매와 조합될 수 있다. 일 실시예에서, 성분 (D)는 옥시모실란 및/또는 아세톡시실란이고, 디오르가노틴 디카르복실레이트, 디부틸틴 디라우레이트, 디부틸틴 디아세테이트, 디메틸틴 비스네오데카노에이트 및 이들의 조합과 같은 주석 촉매와 조합된다. 다른 실시예에서, 성분 (D)는 테트라부틸 티타네이트, 테트라이소프로필 티타네이트, 킬레이트화 티타네이트 또는 디이소프로필 비스(아세틸아세토닐)티타네이트, 디이소프로필 비스(에틸아세토아세토닐)티타네이트, 디이소프로필티타늄 비스(에틸아세토아세테이트) 및 이들의 조합과 같은 지르코네이트와 같은 티타네이트 및/또는 지르코테이트 촉매와 조합된 알콕시실란을 포함한다. 대안적으로, 성분 (D)는 알콕시기(예를 들어, 아세톡시, 옥타노일록시 및 벤조일록시기), 케톡시미노기(예를 들어, 디메틸 케톡시모 및 이소부틸케톡시모기), 알콕시기(예를 들어, 메톡시, 에톡시 및 프로폭시기) 및 알케닐록시기(예를 들어, 이소프로페닐록시 및 1-에틸-2메틸비닐록시기)와 같은 실리콘 결합 하이드로실릴화 가능기를 포함할 수 있는 하나 이상의 실란 또는 실록산을 포함할 수 있다. 실록산의 경우에, 분자 구조는 직선 사슬형, 가지형 또는 고리형일 수 있다.
경화 가능 조성물은 또한 성분 (E)을 포함할 수 있다. 이 성분은 일반적으로 고기능성 개질제를 포함한다. 적합한 개질제는, 이들에 한정되는 것은 아니지만 이들 구조에 대해 명시적으로 본 명세서에 참조로 통합된 EP 1070734에 설명되어 있는 메틸 비닐 고리형 유기폴리실록산 구조(EVi x) 및 (MViEx)4Q 구조와 같은 가지형 구조를 포함한다. 포함되는 경우, 성분 (E)는 당 기술 분야의 숙련자들에 의해 결정된 양으로 사용될 수 있다.
성분 (A) 내지 (E)에 추가하여, 경화 가능 조성물은 블록 공중합체 및/또는 블록 공중합체와 실리콘 수지의 혼합물을 더 포함할 수 있다. 블록 공중합체는 단독으로 사용될 수 있지만, 일반적으로 전술된 촉매 중 하나를 사용하여 경화된다. 블록 공중합체는 "경질" 세그먼트[즉, 모듈(10)의 작동 온도 이상의 유리 천이 온도(Tg)를 가짐] 및 "연성" 세그먼트[즉, 모듈(10)의 작동 온도 이하의 유리 천이 온도(Tg)를 가짐]를 갖는 열가소성 엘라스토머를 포함할 수 있다. 일반적으로, 연성 세그먼트는 유기폴리실록산 세그먼트이다. 블록 공중합체는 AB, ABA 또는 (AB)n 블록 공중합체일 수 있는 것으로 고려된다.
더 구체적으로, 이들 블록 공중합체는, 이들에 한정되는 것은 아니지만 스티렌, 메틸메타크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 아크릴로니트릴, 알케닐 단량체, 이소시아네이트 단량체 및 이들의 조합을 포함하는 유기 단량체 또는 올리고머 또는 유기 단량체 및/또는 올리고머의 조합으로부터 준비된 경질 세그먼트 중합체로부터 준비될 수 있다. 일반적으로, 경질 세그먼트 중합체는 유기폴리실록산 중합체와 같은 적어도 하나의 규소 원자를 갖는 화합물로부터 준비된 연성 세그먼트 중합체와 조합되거나 반응된다. 전술된 경질 및 연성 세그먼트의 각각은 선형 또는 가지형 중합체 네트워크 또는 이들의 조합일 수 있다.
본 발명에 사용하기 위한 바람직한 블록 공중합체는 실리콘-우레탄 및 실리콘-요소 공중합체를 포함한다. 이들 공중합체에 대해 명시적으로 본 명세서에 참조로 통합된 미국 특허 제 4,840,796 및 제 4,686,137에 설명된 실리콘-우레탄 및 실리콘-요소 공중합체는 일반적으로 실온에서 엘라스토머인 것과 같은 양호한 기계적 특성을 갖는 재료를 형성한다. 이들 실리콘-요소/우레탄 공중합체의 바람직한 특성은 폴리디메틸실록산(PDMS)의 레벨, 사용된 사슬 연장제의 유형 및 사용된 이소시아네이트의 유형을 변경함으로써 최적화될 수 있다. 포함되는 경우, 블록 공중합체는 일반적으로 경화 가능 조성물의 100 중량부당 1 내지 100 중량부의 양으로 경화 가능 조성물 내에 존재한다.
경화 가능 조성물은 또한 취급 조건 및 저장 특성을 향상시키기 위한 경화 개시제를 포함할 수 있다. 경화 개시제는 당 기술 분야에 공지된 임의의 것일 수 있고, 이들에 한정되는 것은 아니지만 메틸-비닐 사이클릭, 2-메틸-3-부틴-2-올, 2-페닐-3-부틴-2-올, 2,5-디메틸-1-헥신-3-올, 1-에티닐-1-사이클로헥산올, 1,5-헥사디엔, 1,6-헵타디엔, 3,5-디메틸-1-헥센-1-인, 3-에틸-3-부텐-1-인 및/또는 3-페닐--부텐-1-인과 같은 아세틸렌형 화합물, 1,3-디비닐테트라메틸실록산, 1,3,5,7-테트라비닐테트라메틸 사이클로테트라실록산 또는 1,3-디비닐-1,3-디페닐디메틸디실록산과 같은 알케닐실록산 올리고머, 메틸트리스 (3-메틸-1-부틴-3-옥시) 실란과 같은 에티닐기를 포함하는 실리콘 화합물, 트리부틸아민, 테트라메틸에틸렌디아민, 벤조트리아졸과 같은 질소 화합물, 트리페닐포스파인과 같은 인 화합물, 황 화합물, 하이드로페록시 화합물, 그 말레이산 유도체 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 대안적으로, 경화 개시제는 경화 개시제에 대해 명시적으로 본 명세서에 참조로 포함된 미국 특허 제 6,020,409 및 제 6,169,155에 개시된 경화 개시제로부터 선택될 수 있다. 포함되는 경우, 경화 개시제는 일반적으로 성분 (A)의 100 중량부당 3 중량부 미만, 더 일반적으로는 0.001 내지 3 중량부, 가장 일반적으로는 0.01 내지 1 중량부의 양으로 포함된다. 일 실시예에서, 경화 개시제는 3 mPa.s의 점도, 4의 평균 dp, 344 g/mol의 평균 수 평균 분자량, 및 31.4 중량 퍼센트의 Si-비닐 결합을 갖는 메틸비닐사이클로실록산으로 추가 한정된다.
성분 (A) 내지 (E)의 각각은 보딩(bodying)으로서 당 기술 분야에 또한 공지된 바와 같이 함께 사전 반응(또는 속박)될 수 있다. 일 실시예에서, 실란올 기능성 중합체가 실란올 기능성 수지에 속박된다. 이 속박은 일반적으로 응축 및 재편성을 수반하고, 염기 또는 산 촉매를 사용하여 수행될 수 있다. 속박은 반응성 또는 비반응성 유기-실란종의 포함에 의해 더 세밀화될 수 있다.
또한, 경화성 조성물은 충전재, 연장 충전재, 보강 미립자 충전재, 안료, 접착 촉진제, 부식 억제제, 염료, 희석제, 오염 방지 첨가제 및 이들의 조합과 같은 첨가제를 포함할 수 있다. 이러한 첨가제의 포함은 최종 타이 층(14) 또는 제 2 타이 층(18)의 저장 수명, 경화 동역학 및 광학 특성에 기초할 수 있다. 더 구체적으로는, 보강 미립자 충전재는 고표면적 건식 및 석출 실리카, 탄산칼슘과 같은 하나 이상의 미세 분할 보강 미립자 충전재 및/또는 분쇄된 석영, 규조토, 바륨 설페이트, 산화철, 이산화티타늄 및 카본 블랙, 활석, 규회석, 알루미나이트, 칼슘 설페이트(안하이드라이드), 석고, 칼슘 설페이트, 탄산마그네슘, 고령토와 같은 점토, 알루미늄 트리하이드록사이드, 수산화마그네슘(브루사이트), 흑연, 말라카이트와 같은 탄산구리, 자라카이트와 같은 탄산니켈, 위더라이트와 같은 탄산바륨, 스트론티아나이트와 같은 탄산스트론튬, 산화알루미늄, 이들에 한정되는 것은 아니지만 올리바인기, 가넷기, 알루미노실리케이트, 링 실리케이트, 체인 실리케이트 및 시트 실리케이트를 포함하는 실리케이트 및 이들의 조합과 같은 추가의 연장 충전재를 포함할 수 있다. 올리바인기는 이들에 한정되는 것은 아니지만 포스테라이트, Mg2SiO4 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 가넷기의 비한정적인 예는 파이로프, Mg3Al2Si3O12, 그로슐라, Ca2Al2Si3O12 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 알루미노실리케이트는 이들에 한정되는 것은 아니지만 실리마나이트, Al2SiO5, 뮬라이트, 3Al2O3·2SiO2, 키아나이트, Al2SiO5 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 링 실리케이트는 이들에 한정되는 것은 아니지만 코르디어라이트, Al3(MgFe)2[Si4AlO18] 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 체인 실리케이트는 이들에 한정되는 것은 아니지만 규회석, Ca[SiO3] 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 비한정적인 시트 실리케이트의 적합한 예는 운모, K2Al14[Si6Al2O20](OH)4, 파이로필라이트, Al4[S8O20](OH)4, 활석, Mg6[Si8O20](OH)4, 사문석, 석면, 카올리나이트, Al4[Si4O10](OH)8, 질석 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 저밀도 충전재가 또한 중량 및 체적당 비용을 감소시키기 위해 포함될 수 있다. 일반적으로, 충전재는 광에 대해 투과성이고 실질적으로 실리콘의 굴절률에 정합한다. 보강 미립자 충전재는 또한 일반적으로 산란을 회피하도록 광의 파장의 ¼ 미만인 입자를 포함한다. 따라서, 규회석, 실리카, 석영, 이산화티타늄, 중공 유리구 및 카올린과 같은 점토와 같은 보강 미립자 충전재가 특히 바람직하다. 일 실시예에서, 보강 미립자 충전재를 포함하면 경화 가능 조성물은 겔이 아니다.
경화 가능 조성물 내에 포함될 때, 충전재의 양은 타이 층(14) 및/또는 제 2 타이 층(18) 내에 요구되는 특성에 의존한다. 일 실시예에서, 충전재는 일반적으로 경화 가능 조성물의 100 중량부당 1 내지 150 중량부의 양으로 경화 가능 조성물 내에 포함된다. 전술된 충전재는 경화 가능 조성물의 다른 성분과 균질한 혼합물을 얻고 충전재가 더 쉽게 취급되게 하기 위해 지방산 또는 지방산 에스테르로 표면 처리될 수 있다. 일 실시예에서, 충전재는 또한 5 ㎛의 평균 입경을 갖는 석영 충전재로서 정의된다. 다른 실시예에서, 제 2 타이 층(18)은 광에 투과성일 필요가 없고, 제 2 기판이 모듈(10) 내에 요구되지 않도록 제 2 타이 층(18)에 추가의 강도를 제공하는 보강 미립자 충전재를 포함한다.
경화 가능 조성물은 또한 경화를 가속화하기 위한 공동 촉매, 광학 표백제, 유동학적 개질제, 접착 촉진제, 안료, 열 안정화제, 내연제, UV 안정제, 사슬 연장제, 가소화제, 연장제, 살균제 및/또는 살생물제, 배수제, 사전 경화 실리콘 및/또는 연성을 향상시키고 낮은 표면 점착성을 유지하기 위한 유기 고무 입자, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이들 성분의 각각은 당 기술 분야의 숙련자에 의해 결정되는 바와 같은 양으로 포함될 수 있다.
적합한 접착 촉진제의 특히 바람직한 예는 이들에 한정되는 것은 아니지만, 비닐트리에톡시실란, 아크릴로프로필트리메톡시실란, 알킬아크릴로프로필트리메톡시실란, 알릴트리에톡시실란, 글리시도프로필트리메톡시실란, 알릴글리시딜에테르, 하이드록시디알킬 실릴 말단형 메틸비닐실록산-디메틸실록산 공중합체, 글리시도프로피트리메톡시실란과 하이드록시디알킬 실릴 말단형 메틸비닐실록산-디메틸실록산 공중합체의 반응 생성물, 비스-트리에톡시실릴 에틸린 글리콜, 하이드록시디알킬 실릴 말단형 메틸비닐실록산-디메틸실록산 공중합체, 글리시도프로필트리메톡시실란과 하이드록시디알킬 실릴 말단형 메틸비닐실록산-디메틸실록산 공중합체의 반응 생성물 및 비스-트리에톡시실릴 에틸렌 글리콜, 하이드록시디알킬 실릴 말단형 메틸비닐실록산-디메틸실록산 공중합체와 메타크릴로프로필트리메톡시실란의 0.5:1 내지 1:2 및 더 일반적으로는 1:1 혼합물, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.
내연제의 적합한 예는 이들 내연제에 대해 명시적으로 본 명세서에 참조로 통합된 WO 00/46817에 설명된 바와 같이 알루미나 분말 또는 규회석을 포함한다. 내연제는 단독으로 사용될 수 있거나 이산화티타늄과 같은 안료 또는 다른 내연제와 함께 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 경화 가능 조성물은 실질적으로 실리콘 수지를 함유하지 않는다. 다른 실시예에서, 경화 가능 조성물은 열경화성 수지를 실질적으로 함유하지 않는다. "실질적으로 함유하지 않는"이라는 용어는 바로 직전에 사용된 바와 같이, 경화 가능 조성물의 100만 중량부당 1,000 미만, 더 일반적으로 500 미만, 가장 일반적으로는 100 미만 중량부의 경화 가능 조성물 내에 실리콘 수지 및/또는 열경화성 수지의 양을 칭한다. 다른 실시예에서, 경화 가능 조성물은 고온 용융 조성물로서, 즉 실온에서 본질적으로 강도가 높고 유동에 저항성이 있는(즉, 높은 점도) 선택적으로 경화 가능한 열경화성 생성물로서 분류될 수 있도록 적합한 물리적인 특성을 갖지 않다.
경화 가능 조성물은 당 기술 분야에 공지된 임의의 메커니즘에 의해 경화될 수 있다. 이들 메커니즘은, 이들에 한정되는 것은 아니지만 하이드로실릴화 경화, 응축 경화, 래디컬 경화, 열 경화, UV광 경화 및 이들의 조합을 포함한다. 이들 경화 가능 조성물은 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이 완전히 경화되고, 부분 경화되거나 "사전 경화"될 수 있다.
일 실시예에서, 경화 가능 조성물은 25℃ 내지 200℃의 온도에서 경화된다. 대안적으로, 경화 가능 조성물은 50 내지 150℃의 온도 또는 대략 100℃의 온도에서 경화될 수 있다. 그러나, 당 기술 분야의 숙련자에 의해 선택되는 바와 같은 다른 온도가 사용될 수 있다. 경화 가능 조성물이 열에 의해 경화되면, 가열은 뱃치식(batch) 또는 연속식 모드로 임의의 적합한 오븐 등 내에서 발생할 수 있다. 연속식 모드가 가장 바람직하다. 추가로, 경화 가능 조성물은 1 내지 600초의 시간 동안 경화될 수 있다. 그러나, 경화 가능 조성물은 용도에 따라 당 기술 분야의 숙련자에 의해 선택되는 바와 같이, 더 긴 시간 동안 경화될 수 있다.
하이드로실릴화 메커니즘을 통해 경화되는 규소 원자를 포함하는 조성물에 대해, 임의의 특정 이론에 의해 한정되지 않도록 의도되고, 침투 깊이 및 점착성 값은 적어도 부분적으로 조성물 내에 비닐기에 대한 Si:H기의 비에 의존하는 것으로 고려된다. 모든 유형의 조성물(규소 원자를 포함하는 것들 및 규소 원자가 없는 것들과 같은)에 대해, 점착성 값 및 적은 정도로 침투 깊이는 적어도 부분적으로는 조성물의 밀도 및 복잡성을 증가시키는 사슬 연장제 및/또는 가교제의 존재에 의존하는 것으로 또한 고려된다. 또한, 조성물 내의 25℃에서 450 mPa.s의 점도를 갖는 것들과 같은 긴 사슬 중합체의 존재는 점착성 값 및 적은 정도로는 침투 깊이에 기여하는 것으로 고려된다.
경화 가능 조성물은 또한 실리콘-유기 "하이브리드"라 공지된 실리콘-유기 화합물을 포함할 수 있다. 적합하게는, 실리콘-유기 "하이브리드"의 비한정적인 예는 전술되어 있고 또한 유기규소, 유기실록산, 유기 백본(backbone) 및 현수된 실리콘 함유기를 갖는 화합물, 및 실리콘 백본 및 현수된 유기기를 갖는 화합물을 포함한다.
타이 층(14)을 재차 참조하면, 타이 층(14)은 기판(12) 상에 배치된다. 일 실시예에서, 기판(12)은 도 2 내지 도 4 및 도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이 타이 층(14)과 직접 접촉한다. 그러나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것은 아닌데, 즉 타이 층(14)은 기판(12)으로부터 물리적으로 분리되어 도 5에 설명된 바와 같이 기판(12) 상에 "배치되어" 유지될 수 있다.
일 실시예에서, 타이 층(14)은 기판(12)을 가로질러 변하는 두께를 갖는다. 타이 층(14)의 두께는 사용되는 타이 층의 양을 최소화하도록 변경되어, 이에 의해 모듈(10)의 제조 비용을 감소시키고 또한 전기 도선(28, 30, 32, 34)의 "바닥으로의 접촉(bottoming out)"을 동시에 최소화하거나 방지할 수 있다. 전기 도선(28, 30, 32, 34)은 이하에 더 상세히 설명된다. 용어 "바닥으로의 접촉"은 전기 도선(28, 30, 32, 34)이 광전지(16), 타이 층(14) 및 기판(12)을 압축하는 단계 중과 같은 압축 중에 기판(12) 또는 제 2 기판(20)에 접촉할 때를 칭하고, 이는 또한 이하에 더 상세히 설명된다. 이 현상은 바람직하지 않고, 바람직하게는 최소화되거나 배제된다. 타이 층(14)은 일반적으로 1 내지 30, 또는 대안적으로는 1 내지 25, 1 내지 20, 3 내지 17, 5 내지 10, 5 내지 25 또는 10 내지 30 mil의 가변 두께를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 타이 층(14)은 10 내지 15 mil의 가변 두께를 갖는다. 다른 실시예에서, 타이 층(14)은 10 내지 17 mil의 가변 두께를 갖는다. 또 다른 실시예에서, 타이 층(14)은 12 내지 15 mil의 가변 두께를 갖는다. 타이 층(14)은 이들 가변 두께에 한정되는 것은 아니라는 것이 이해되어야 한다. 일 실시예에서, 타이 층(14)은 가변 두께를 갖고, 기판(12)의 몇몇 부분을 가로질러 더 두껍고 다른 부분을 가로질러 더 얇다. 다른 실시예에서, 타이 층(14)은 기판(12)의 몇몇 부분을 가로질러 1 내지 10 mil의 두께를 갖고, 다른 부분을 가로질러 10 내지 30 mil의 두께를 갖는다. 다른 실시예에서, 타이 층(14)은 기판(12)의 몇몇 부분을 가로질러 5 내지 7 mil의 두께를 갖고, 다른 부분을 가로질러 12 내지 15 mil의 두께를 갖는다.
일 실시예에서, 타이 층(14)은 포집된 공기(기포)를 실질적으로 함유하지 않는다. "포집된 공기를 실질적으로 함유하지 않는"이라는 용어는, 타이 층(14)이 가시적인 공기 기포를 갖지 않음을 의미한다. 다른 실시예에서, 타이 층(14)은 가시적인 및 미시적인 공기 기포의 양자 모두를 포함하는 포집된 공기가 완전히 없다. 제 2 타이 층(18)은 바로 직전에 설명된 타이 층(14)과 같이, 또한포집된 공기를 실질적으로 함유하지 않거나 전혀 함유하지 않는다.
제 2 타이 층(18)을 재차 참조하면, 제 2 타이 층(18)은 전술된 바와 같이 타이 층(14)과 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 일 실시예에서, 모듈(10)은 제 2 타이 층(18)을 포함하지만 제 2 기판(20)을 포함하지 않는다. 다른 실시예에서, 제 2 타이 층(18)은 하이드로실릴화 경화 가능한 경화 가능한 실리콘 조성물로부터 형성된다. 이 실시예에서, 경화 가능한 실리콘 조성물은 분자당 적어도 하나의 불포화 성분을 갖는 유기규소 화합물, 분자당 적어도 하나의 실리콘 결합 수소 원자를 갖는 유기수소실리콘 화합물, 및 전술된 하이드로실릴화 촉매를 포함한다. 경화 가능 조성물, 유기규소 화합물 및/또는 유기수소 실리콘 화합물은 당 기술 분야에 공지된 임의의 것일 수 있다.
모듈(10) 내에 포함될 때, 제 2 타이 층(18)은 일반적으로 기판(12) 및 광전지(16)와 서로 동일한 크기이다. 그러나, 일 실시예에서, 제 2 타이 층(18)은 광전지(16)보다 작다. 물론, 본 발명은 이들 치수에 한정되는 것은 아니다.
또한, 제 2 타이 층(18)은 일반적으로 1 내지 50, 더 일반적으로는 3 내지 30, 가장 일반적으로는 4 내지 15 mil의 두께를 갖는다. 다양한 실시예에서, 제 2 타이 층(18)은 1 내지 30, 1 내지 25, 1 내지 20, 3 내지 17, 5 내지 10, 5 내지 25, 10 내지 15, 10 내지 17, 12 내지 15 또는 10 내지 30 mil의 두께를 갖는다. 추가의 실시예에서, 제 2 타이 층(18)은 약 9 mil의 두께를 갖는다. 물론, 본 발명은 이들 두께에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에서, 제 2 타이 층(18)은 가시 파장을 가로질러 높은 투과성, UV광에 대한 장기간 안정성을 갖고, 광전지(16)에 장기간 보호를 제공한다. 따라서, 이 실시예에서, 타이 층(14)의 UV 안정성에 기인하여 세륨으로 기판(12)을 도핑할 필요가 없다.
대안 실시예에서, 제 2 타이 층(18)은 에틸 비닐 아세테이트(EVA)와 같은 임의의 실리콘 캡슐제 또는 임의의 유기 캡슐제일 수 있다. 다른 실시예에서, 제 2 타이 층(18)은 EVA 필름 및/또는 UV 경화 가능한 우레탄으로 추가 한정된다. 다양한 다른 실시예에서, 제 2 타이 층(18)은 또한 본 출원인의 계류중인 출원 PCT/US06/043073에 설명된 유형의 실리콘 액체 또는 겔 및/또는 고온 용융 실리콘 시트인 실리콘 캡슐제로서 정의된다. EVA는 80℃ 초과의 온도에서 용융되는 열가소성 재료이다. 그러나, 약 25℃ 내지 약 80℃ 미만의 온도에서, EVA는 겔일 수 있고 또는 겔형일 수 있다. EVA와 같은 유기 캡슐제는 80℃ 초과의 온도를 포함하는 임의의 온도에서 겔을 형성하도록 재형성될 수 있거나 겔형일 수 있다.
기판(12) 및 그 상부에 배치된 타이 층(14)에 추가하여, 모듈(10)은 또한 타이 층(14) 상에 배치된 광전지(16)를 포함한다. 광전지(16)는 일반적으로 타이 층(14)과 직접 접촉하지만, 타이 층(14)으로부터 이격될 수도 있다. 광전지(16)는 또한 일반적으로 도 3, 도 4, 도 6, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 타이 층(14)과 제 2 타이 층(18) 사이에 개재된다. 다른 실시예에서, 광전지(16)는 또한 도 4, 도 6, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 기판(12)과 제 2 기판(20) 사이에 개재되는 것에 추가하여, 타이 층(14)과 제 2 타이 층(18) 사이에 개재된다. 광전지(16)는 일반적으로, 50 내지 250, 더 일반적으로는 100 내지 225, 가장 일반적으로는 175 내지 225 마이크로미터의 두께를 갖는다. 광전지(16)는 또한 일반적으로 100×100 cm 내지 200×200 cm의 길이 및 폭을 갖는다. 일 실시예에서, 광전지(16)는 각각 125 cm의 길이 및 폭을 갖는다. 다른 실시예에서, 광전지(16)는 각각 156 cm의 길이 및 폭을 갖는다. 본 발명은 이들 치수에 한정되는 것은 아니라는 것이 이해되어야 한다.
광전지(16)는 대면적, 단결정, 단층 p-n 접합 다이오드를 포함할 수 있다. 이들 광전지(16)는 일반적으로 또한 통상적으로 슬라이스 웨이퍼라 칭하는 실리콘 웨이퍼를 갖는 확산 프로세스를 사용하여 제조된다. 대안적으로, 광전지(16)는 격자-정합 웨이퍼 상에 (실리콘) 반도체의 얇은 에피텍셜 적층부를 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 에피텍셜 적층부를 포함하는 광전지(16)는 공간 또는 지형으로서 분류될 수 있고, 일반적으로 7 내지 40%의 AM0 효율을 갖는다. 또한, 광전지(16)는 양자 점, 양자 로프 등과 같은 양자 우물 디바이스를 포함할 수 있고, 또한 탄소 나노튜브를 포함할 수 있다. 임의의 특정 이론에 의해 한정되도록 의도되지 않고, 이들 유형의 광전지(16)는 최대 45% AM0 제조 효율을 가질 수 있는 것으로 고려된다. 또한, 광전지(16)는 다중 스펙트럼 광전지를 더 효율적이고 저비용이게 하도록 적층될 수 있는 단일의 다중 스펙트럼 층을 형성하는 중합체 및 나노 입자의 혼합물을 포함할 수 있다.
광전지(16)는 잉곳, 리본, 박막 및/또는 웨이퍼 내의 비정질 실리콘, 단결정질 실리콘, 다결정질 실리콘, 미세결정질 실리콘, 나노결정질 실리카, 카드뮴 텔룰라이드, 구리 인듐/갈륨 셀레나이드/설파이드, 갈륨 비소, 폴리페닐렌 비닐렌, 구리 프탈로시아닌, 탄소 풀러렌 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 광전지(16)는 또한 루테늄 유기금속 염료와 같은 흡광성 염료를 포함할 수 있다. 가장 일반적으로, 광전지(16)는 단결정질 및 다결정질 실리콘을 포함한다.
광전지(16)는 또한 제 1 면 및 제 2 면을 갖는다. 일반적으로, 제 1 면은 제 2 면에 대향한다. 그러나, 제 1 및 제 2 면은 서로 인접할 수도 있다. 일반적으로, 전기 도선(28, 30, 32, 34) 중 하나 이상은 제 1 및 제 2 면 중 하나 또는 양자 모두에 부착되어 일련의 모듈(10)을 함께 접속하여 광전 어레이를 형성한다. 전기 도선(28, 30, 32, 34)은 임의의 크기 및 형상일 수 있고, 일반적으로 직사각형 형상이고, 대략 0.005 내지 0.080 인치 길이 및/또는 폭의 치수를 갖는다. 다양한 실시예에서, 전기 도선(28, 30, 32, 34)은 0.005 내지 0.015, 0.005 내지 0.010, 또는 0.007 내지 0.010 인치의 두께를 갖는다. 전기 도선(28, 30, 32, 34)은 당 기술 분야에 공지된 임의의 유형일 수 있고, 모듈(10)의 임의의 부분 상에 배치될 수 있다.
일반적으로, 일 전기 도선은 애노드로서 작용하고, 반면 다른 전기 도선은 일반적으로 캐소드로서 작용한다. 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 본 발명의 모듈(10)은 광전지(16) 상에 배치된 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전기 도선(28, 30, 32, 34)을 포함할 수 있다. 이들 전기 도선(28, 30, 32, 34)은 서로 동일하거나 상이할 수 있고(즉, 동일한 재료 또는 상이한 재료로 제조됨), 금속, 전도성 중합체 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전기 도선(28, 30, 32, 34)은 주석-은 땜납 코팅된 구리를 포함한다. 다른 실시예에서, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전기 도선(28, 30, 32, 34)은 주석-납 땜납 코팅된 구리를 포함한다.
일 실시예에서, 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 모듈(10)은 서로 이격되고 일 면에서 광전지(16) 상에 배치되고 광전지(16)와 타이 층(14) 사이에 개재된 제 1 및 제 2 전기 도선(28, 30)을 포함한다. 이 실시예에서, 타이 층(14)은 일반적으로 제 1 전기 도선(28)과 기판(12) 사이에 1 내지 30 mil의 두께를 갖는다. 또한 이 실시예에서, 타이 층(14)은 또한 일반적으로 제 2 전기 도선(30)과 기판(12) 사이에 1 내지 30 mil의 두께를 갖는다. 또한, 타이 층은 일반적으로 기판(12)의 나머지 부분에서 예를 들어 1 내지 30 mil의 상이한 두께를 갖는다. 다양한 다른 실시예에서, 바로 직전에 설명된 타이 층의 두께는 또한 1 내지 30, 1 내지 25, 1 내지 20, 3 내지 17, 5 내지 10, 5 내지 25, 10 내지 15, 10 내지 17, 12 내지 15 또는 10 내지 30 mil로서 정의된다. 일반적으로, 타이 층의 두께는 전기 도선의 두께에 관련되거나 전기 도선의 두께의 함수이다.
다른 실시예에서, 모듈(10)은 제 2 타이 층(18) 및 제 2 기판(20)을 포함하고, 제 1 및 제 2 전기 도선(28, 30)은 서로 이격되어 광전지(16)의 대향 면에 배치된다. 또한, 제 1 전기 도선(28)은 광전지(16)와 타이 층(14) 사이에 개재될 수 있고, 제 2 전기 도선(30)은 광전지(16)와 제 2 타이 층(18) 사이에 개재된다. 이 실시예에서, 타이 층(14)은 제 1 전기 도선(28)과 기판(12) 사이에 1 내지 30 mil의 두께를 갖는다. 또한 이 실시예에서, 제 2 타이 층(18)은 또한 제 2 전기 도선(30)과 제 2 기판(20) 사이에 1 내지 30 mil의 두께를 갖는다. 또한, 타이 층(14) 및/또는 제 2 타이 층(18)은 일반적으로 기판(12)의 나머지 및/또는 제 2 기판(20)을 가로질러 예를 들어 1 내지 30 mil의 상이한 두께를 갖는다. 다양한 다른 실시예에서, 바로 직전에 설명된 타이 층의 두께는 1 내지 30, 1 내지 25, 1 내지 20, 3 내지 17, 5 내지 10, 5 내지 25, 10 내지 15, 10 내지 17, 12 내지 15 또는 10 내지 30 mil로 추가 한정된다.
또 다른 실시예에서, 도 9에 도시된 바와 같이, 모듈(10)은 제 2 타이 층(18), 제 2 기판(20), 및 각각 서로 이격되고 제 1 면에 대향하여 광전지의 제 2 면에 배치된 제 3 및 제 4 전기 도선(32, 34)을 포함한다. 제 3 및 제 4 전기 도선(32, 34)은 제 1 및/또는 제 2 전기 도선(28, 30)과 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 달리 말하면, 제 3 및 제 4 전기 도선(32, 34)은 제 1 및/또는 제 2 전기 도선(28, 30)과 서로 동일한 재료 또는 상이한 재료로부터 형성될 수 있다. 이 실시예에서, 제 3 및 제 4 전기 도선(32, 34)은 광전지(16)와 제 2 타이 층(18) 사이에 개재된다. 제 2 타이 층(18)은 일반적으로 제 3 전기 도선(32)과 제 2 기판(20) 사이에 1 내지 3 mil의 두께를 갖는다. 제 2 타이 층(18)은 일반적으로 제 4 전기 도선(34)과 제 2 기판(20) 사이에 1 내지 30 mil의 두께를 또한 갖는다. 또한, 제 2 타이 층(18)은 제 2 기판(20)의 나머지 부분에서 상이한 두께를 갖는다. 다양한 실시예에서, 바로 직전에 설명된 타이 층의 두께는 1 내지 30, 1 내지 25, 1 내지 20, 3 내지 17, 5 내지 10, 5 내지 25, 10 내지 15, 10 내지 17, 12 내지 15 또는 10 내지 30 mil로 추가 한정된다. 다른 실시예에서, 제 2 타이 층(18)은 상기 제 3 및 제 4 전기 도선(32, 34)의 두께와 적어도 동일한 두께를 갖는다. 또 다른 실시예에서, 모듈(10)은 전술된 바와 같이 기판(12)과 서로 동일하거나 상이한 제 2 기판(20)을 포함하고, 광전지(16)는 화학 증기 증착 또는 스퍼터링을 통해 제 2 기판(20) 상에 추가 배치된다. 일반적으로, 이 실시예에서, 어떠한 제 2 타이 층(18)도 요구되지 않는다.
이 실시예는 일반적으로 "박막" 도포라 칭한다. 일반적으로, 광전지(16)가 스퍼터링 또는 화학 증기 증착 처리 기술을 사용하여 제 2 기판(20) 상에 배치된 후에, 전기 도선(28, 30, 32, 34) 중 하나 이상이 광전지(16)에 부착된다. 경화 가능 조성물은 이어서 전기 도선(28, 30, 32, 34) 상에 도포되고 경화되어 타이 층(14)을 형성할 수 있다.
전술된 바와 같이, 모듈(10)은 기판(12), 타이 층(14) 및 광전지(16)를 포함한다. 이들은 임의의 순서로 모듈(10) 내에 존재할 수 있다. 일 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 모듈(10)은 순서대로, 기판(12), 기판(12) 상에 직접 배치된 타이 층(14) 및 타이 층(14) 상에 직접 배치된 광전지(16)를 포함한다. 다른 실시예에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 모듈(10)은 순서대로, 기판(12), 기판(12) 상에 직접 배치된 타이 층(14), 타이 층(14) 상에 직접 배치된 광전지(16), 및 광전지(16) 상에 직접 배치된 제 2 타이 층(18)을 포함한다. 다른 실시예에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 모듈(10)은 순서대로, 기판(12), 기판(12) 상에 직접 배치된 타이 층(14), 타이 층(14) 상에 직접 배치된 광전지(16), 광전지(16) 상에 직접 배치된 제 2 타이 층(18), 및 제 2 타이 층(18) 상에 직접 배치된 제 2 기판(20)을 포함한다.
또한, 모듈(10)은 에지를 커버하기 위해 모듈(10)의 각각의 에지를 따라 배치된 보호 밀봉부(도면에는 도시되어 있지 않음)를 포함할 수 있다. 모듈(10)은 또한 일반적으로 알루미늄 및/또는 플라스틱을 포함하는 주위 프레임 내에 부분적으로 또는 완전히 포위될 수 있다(도면에는 또한 도시되어 있지 않음).
본 발명의 모듈(10)은 임의의 산업에 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 일련의 모듈(10)은 도 6a 및 도 6b에 설명된 바와 같이 전기적으로 접속되고 광전 어레이(26)를 형성한다. 더 구체적으로, 도 6에서, 광전 어레이(26)는 함께 전기적으로 접속된 도 4에 도시된 유형의 일련의 모듈을 포함한다. 본 발명의 광전 어레이(26)는 평면형 또는 비평면형일 수 있고, 일반적으로 모듈(10)이 전압을 생성하는 방식으로 상호 접속되어 있는 단일의 전기 생성 유닛으로 기능한다.
본 발명은 또한 모듈(10) 형성 방법을 제공한다. 이 방법은 기판(12) 상에 타이 층(14)을 배치하는 단계를 포함한다. 이 단계는 당 기술 분야에 공지된 임의의 적합한 도포 방법을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 타이 층(14)은 액체 또는 겔이고, 액체 또는 겔은 이들에 한정되는 것은 아니지만, 스프레이 코팅, 유동 코팅, 커튼 코팅, 침지 코팅, 압출 코팅, 나이프 코팅, 스크린 코팅, 적층, 융착, 주입 및 이들의 조합을 포함하는 도포 방법을 사용하여 기판(12) 상에 배치된다. 대안 실시예에서, 경화 가능 조성물은 전술된 방법 중 하나 이상에 의해 기판(12)에 도포되고, 다음에 기판(12) 상에서 경화되거나 사전 경화되어 타이 층(14)을 형성한다. 일반적으로, 타이 층(14)은 경화 가능 조성물로부터 형성되고, 이 방법은 경화 가능 조성물을 부분적으로 경화하여, 예를 들어 "사전 경화"하여 타이 층(14)을 형성하는 단계를 더 포함한다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 용어 "사전 경화"는 경화 가능 조성물을 경화하여 1.1 내지 100mm의 침투 깊이 및 -0.6 g.sec 미만의 점착성 값을 갖는 타이 층(14)을 형성하는 것을 포함한다. 용어 "사전 경화"는 전체에 걸쳐 "경화"와 상호 교환 가능하게 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 다른 실시예에서, 이 방법은 광전지(16)에 경화 가능 조성물을 도포하는 단계와, 광전지(16) 상에서 경화 가능 조성물을 경화하여 타이 층(14)을 형성하는 단계를 더 포함한다. 이 실시예에서, 경화 가능 조성물은 일반적으로 기판(12) 상에 타이 층(14)을 배치하는 단계 전에 경화된다. 달리 말하면, 경화 가능 조성물은 경화될 수 있고, 타이 층(14)은 기판(12)으로부터 완전히 독립하여 형성될 수 있다. 이 실시예에서, 타이 층(14)은 사전 형성된 필름, 시트, 라미네이트 등일 수 있고, 또는 필름, 시트, 라미네이트 등으로 형성될 수 있다. 이 방법은 또한 타이 층(14) 상에 광전지(16)를 배치하는 단계 전에 기판(12) 상에 경화 가능 조성물을 경화하는 단계를 포함할 수 있다. 전술된 바와 같이, 경화 가능 조성물은 일반적으로 25 내지 200℃의 온도에서 경화된다. 경화 가능 조성물은 또한 일반적으로 1 내지 600초의 시간 동안 경화된다. 대안적으로, 경화 가능 조성물은 당 기술 분야의 숙련자에 의해 결정되는 바와 같이, 600초 초과의 시간에 경화될 수도 있다.
일 실시예에서, 경화 가능 조성물은 액체이고, 도포 단계(들)는 액체를 도포하는 것으로 추가 한정된다. 다른 실시예에서, 경화 가능 조성물은 다부분 시스템으로서 사용자에게 공급된다. 제 1 부분은 전술된 바와 같이 성분 (A), (B) 및/또는 (D)를 포함할 수 있다. 제 2 부분은 또한 전술된 바와 같이 성분 (A), (B) 및/또는 (C)를 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 부분은 일반적으로 도포 단계(들) 직전에 혼합된다. 대안적으로, 각각의 성분 및/또는 경화 가능 조성물의 성분의 혼합물은 개별적으로 도포되고 이어서 반응하여 타이 층(14)을 형성할 수도 있다.
일 실시예에서, 이 방법은 도 7 내지 도 9에 설명된 바와 같이, 기판(12) 상에 기본량의 경화 가능 조성물을 도포하여 기판(12)을 가로질러 5 내지 25 mil의 제 1 두께(T1)를 형성하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 도 7 내지 도 9에 설명된 바와 같이, 제 1 전기 도선(28)과 기판(12) 사이에 제 1 보충량의 경화 가능 조성물을 도포하여 제 1 전기 도선(28) 둘레에 10 내지 30 mil의 제 2 두께(T2)를 형성하는 단계를 또한 포함한다. 이 방법은 도 7 내지 도 9에 또한 설명된 바와 같이, 제 2 전기 도선(30)과 기판(12) 사이에 제 2 보충량의 경화 가능 조성물을 도포하여 제 2 전기 도선(30) 둘레에 10 내지 30 mil의 제 3 두께(T3)를 형성하는 단계를 더 포함한다. 또한, 경화 가능 조성물은 소정량이 도포되어 타이 층(14)을 형성한 후에 경화된다. 달리 말하면, 이 실시예에서, 기본량의 경화 가능 조성물은 제 1 및 제 2 보충량이 도포되기 전에 경화되지 않는다. 또한, 이 방법은 광전지(16)를 타이 층(14) 상에 배치하여 모듈(10)을 형성하는 단계를 포함한다.
일반적으로, 제 1 및/또는 제 2 보충량은 제 1 두께(T1)로 도포된다. 그러나, 제 1 및/또는 제 2 보충량은 기판(12)의 단지 일 부분에만 도포될 수 있고, 또는 대안에서 기판(12)의 전체에 걸쳐 도포될 수 있고, 제 1 두께(T1)에 대향하여 기판에 직접 도포될 수도 있다. 제 1 두께(T1)는 일반적으로 5 내지 7 mil로 추가 한정되고, 반면 제 2 및/또는 제 3 두께(T2, T3)는 일반적으로 각각 독립적으로 12 내지 15 mil로 추가 한정된다.
제 1 및/또는 제 2 보충량의 경화 가능 조성물을 도포하는 단계(들)는 순차적으로 또는 동시에 발생할 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 보충량의 경화 가능 조성물을 도포하는 단계는 기본량을 도포하는 단계 후에 발생한다. 대안적으로, 제 1 및 제 2 보충량의 경화 가능 조성물을 도포하는 단계는 기본량을 도포하는 단계 전에 발생할 수 있다.
이 방법은 또한 타이 층(14) 상에 광전지(16)를 배치하여 모듈(10)을 형성하는 단계를 포함한다. 일반적으로, 광전지(16)는 경화 가능 조성물이 경화된 후에 타이 층(14) 상에 배치된다. 그러나, 본 발명은 이 실시예에 한정되는 것은 아니다. 광전지(16)는 당 기술 분야에 공지된 임의의 적합한 메커니즘에 의해 배치(예를 들어, 도포)될 수 있지만, 일반적으로 연속 모드로 도포기를 사용하여 도포된다. 다른 적합한 도포 메커니즘은 광전지(16)와 타이 층(14)을 더 완전히 접촉시키기 위해 광전지(16)에 힘을 인가하는 것을 포함한다. 일 실시예에서, 이 방법은 광전지(16) 및 타이 층(14)을 압축하는 단계를 포함한다. 광전지(16) 및 타이 층(14)을 압축하는 것은 원한다면 이들 2개의 부재 사이의 접촉을 최대화하고 캡슐화를 최대화하는 것으로 고려된다. 전술된 바와 같이, 방법이 압축 단계를 포함하더라도, 광전지(16) 및 타이 층(14)은 직접 접촉할 필요는 없다는 것이 이해되어야 한다. 압축 단계는 일반적으로 광전지(16)와 타이 층(14)에 진공을 인가하는 것으로 추가 한정된다. 대안적으로, 기계적인 웨이트(weight), 프레스 또는 롤러(예를 들어, 압착 롤러)가 압축을 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 압축 단계는 명시적으로 본 명세서에 참조로 통합된 미국 가출원 제 61/036,748에 설명된 셀 프레스를 사용하는 압축으로 추가 한정된다. 타이 층(14) 및/또는 경화 가능 조성물은 셀 프레스의 외부 또는 셀 프레스의 내부의 기판(12) 및/또는 광전지(16)에 도포될 수 있다. 유사하게, 경화 가능 조성물은 기판(12) 및/또는 광전지(16) 상에 또는 이들로부터 이격되어 경화되거나 사전 경화되어 셀 프레스의 외부 또는 셀 프레스의 내부에 타이 층(14)을 형성할 수 있다. 또한, 압축 단계는 적층으로 추가 한정될 수 있다. 또한, 이 방법은 모듈(10) 또는 기판(12), 타이 층(14), 광전지(16), 제 2(또는 다수의) 타이 층(18) 및/또는 제 2 기판(20)의 임의의 하나 또는 전체에 열을 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 열은 임의의 다른 단계와 함께 인가될 수 있고, 또는 개별 단계에서 인가될 수도 있다. 전체 방법은 연속식이거나 뱃치식일 수 있고, 또는 연속식과 뱃치식의 조합을 포함할 수도 있다.
타이 층(14) 상에 광전지(16)를 배치하는 단계는 타이 층(14) 및/또는 제 2 타이 층(18)으로 광전지(16)의 적어도 일부를 캡슐화하는 것으로 추가 한정될 수 있다. 더 구체적으로, 타이 층(14) 및/또는 제 2 타이 층(18)은 광전지(16)를 부분적으로 또는 완전히 캡슐화할 수 있다. 대안적으로, 광전지(16)는 어떠한 캡슐화도 없이 타이 층(14) 상에 간단히 배치될 수 있다. 임의의 특정 이론에 의해 한정되도록 의도되지 않고, 적어도 부분적인 캡슐화는 더 효율적인 제조 및 태양 스펙트럼의 더 양호한 이용을 촉진하고, 이에 의해 더 큰 효율을 유도하는 것으로 고려된다. 본 발명의 타이 층(14)의 사용은 실리콘의 광학 및 화학적 장점을 갖는 모듈(10)의 제조를 허용한다. 추가로, 실리콘의 사용은 UV 투과 타이 층(14)의 형성을 허용하고, 전지 효율을 적어도 1 내지 5%만큼 증가시킬 수 있다. 전술된 바와 같은 과산화물 촉매의 사용은 또한 더 양호한 투과도 및 증가된 경화 속도를 제공할 수 있다. 실리콘을 포함하는 경화 가능 조성물의 시트는 모듈(10)을 조립하는데 사용될 수 있다.
추가의 실시예에서, 이 방법은 또한 제 2 기판(20)을 가로질러 제 2 기본량의 경화 가능 조성물을 도포하는 단계를 포함한다. 일반적으로, 제 2 기본량의 경화 가능 조성물은 제 3 및 제 4 전기 도선(32, 34)의 두께와 적어도 동일한 두께를 갖는다. 다양한 실시예에서, 제 2 기본량의 경화 가능 조성물은 1 내지 30, 1 내지 25, 1 내지 20, 3 내지 17, 5 내지 10, 5 내지 25, 10 내지 15, 10 내지 17, 12 내지 15 또는 10 내지 30 mil의 두께를 갖는다.
본 방법의 또 다른 실시예에서, 경화 가능 조성물은 필름으로 추가 한정될 수 있고, 도포 단계는 필름을 도포하는 것으로 추가 한정될 수 있다. 이 실시예에서, 필름을 도포하는 단계는 또한 필름을 용융하는 것으로서 정의될 수 있다. 대안적으로, 필름은 적층될 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 이 방법은 전술된 바와 같이 보호 밀봉부 및/또는 프레임을 모듈(10)에 도포하는 단계를 포함한다.
대안 실시예에서, 이 방법은 화학 증기 증착 또는 물리적 스퍼터링에 의해 기판(12)에 광전지(16)를 도포하는 단계를 포함한다. 이 단계는 당 기술 분야에 공지된 임의의 메커니즘에 의해 수행될 수 있다.
이 방법은 또한 제 2 타이 층(18)을 도포하는 단계를 포함할 수 있다. 제 2 타이 층(18)은 광전지(16), 제 1 타이 층(14), 기판(12) 및/또는 제 2 기판(20)에 도포될 수 있다. 이 방법은 제 2 기판(20)을 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다. 제 2 기판(20)은 광전지(16), 제 1 타이 층(14), 기판(12) 및/또는 제 2 타이 층(18)에 도포될 수 있다.
본 발명은 또한 모듈(10) 형성 방법을 제공하고, 여기서 모듈은 통상적으로 "박막" 모듈로서 공지되어 있다. 이 방법의 실시예에서, 모듈(10)은 전술된 바와 같이, 기판(12), 기판(12) 상에 배치된 타이 층(14), 광전지(16), 각각 서로 이격되어 있고 광전지(16)의 제 1 면에 배치되고 광전지(16)와 타이 층(14) 사이에 개재된 제 1 및 제 2 전기 도선(22, 24), 및 기판(12)과 서로 동일하거나 상이한 제 2 기판(20)을 포함한다. 일반적으로, 이 실시예에서, 어떠한 제 2 타이 층(18)도 요구되지 않는다. 이 방법은 일반적으로, 기판(12) 상에 기본량의 경화 가능 조성물을 도포하여 기판(12) 상에 5 내지 25 mil의 제 1 두께를 생성하는 단계와, 제 1 전기 도선(22)과 기판(12) 사이에 제 1 보충량의 경화 가능 조성물을 도포하여 제 1 전기 도선(22) 둘레에 10 내지 30 mil의 제 2 두께를 생성하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 일반적으로 제 2 전기 도선(24)과 기판(12) 사이에 제 2 보충량의 경화 가능 조성물을 도포하여 제 2 전기 도선(24) 둘레에 10 내지 30 mil의 제 3 두께를 생성하는 단계와, 소정량이 도포되어 타이 층(12)을 형성한 후에 경화 가능 조성물을 경화하는 단계를 포함한다. 또한, 이 방법은 일반적으로 화학 증기 증착 또는 물리적 스퍼터링을 통해 제 2 기판(20) 상에 광전지(14)를 배치하고 이어서 타이 층(12) 상에 광전지(16)를 배치하여 모듈(10)을 형성하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 이 방법은 또한 광전지(16)가 화학 증기 증착 또는 물리적 스퍼터링을 통해 제 2 기판(20) 상에 배치된 후에 광전지(16)의 제 1 면에 제 1 및 제 2 전기 도선(22, 24)을 배치하는 단계를 포함한다.
예
2개의 타이 층(층 1 및 2)이 본 발명에 따라 형성된다. 또한, 2개의 비교 타이 층(비교층 1 및 2)이 본 발명에 따르지 않고 또한 형성된다. 형성 중 및 후에, 층 1 및 2와 비교층 1 및 2의 각각은 점도, 쇼어 00 경도계 경도, 경도, 침투 깊이 및 점착성 값을 결정하도록 평가된다. 점도, 쇼어 00 경도계 경도, 경도, 침투 깊이 및 점착성 값의 측정에 부가하여, 층 1 및 2와 비교층 1 및 2를 형성하는데 사용된 조성물은 이하에 표 1에 설명되고, 여기서 모든 부분은 달리 지시되지 않으면 중량부이다.
조성물 층 1 층 2 비교층 1 비교층 2
중합체 1 98.98 48.81 35.1 80.49
중합체 2 --- 41.87 --- ---
중합체 3 --- --- --- 11.04
중합체 4 --- 4.06 --- 7.73
중합체 5 0.9 0.13 1.44 0.49
중합체 6 --- 5.38 --- ---
경화 개시제 0.04 0.01 0.19 0.17
촉매 1 0.08 --- 0.09 ---
촉매 2 --- 0.14 --- 0.08
충전재 --- --- 55.38 ---
안료 --- --- 7.57 ---
접착 촉진제 --- --- 0.23 ---
총 중량 퍼센트 100.00 100.00 100.00 100.00
SiH:SiVi 비 0.39 0.87 1.12 0.94
Pt 농도(ppm) 4.7 12.5 5.4 6.6
점도(mPa.s) 403 296 3750 392
쇼어 00 경도계
경도		 0 0 75 58
경도(그램중) 11.5 72.4 6066 501
침투 깊이(mm) 46.5 7.4 0.09 1.07
경화시의
탄성 계수(G')
(dynes/cm2)		 7.75×103 4.6×104 4.5×106 6.9×105
점착성 값
면적 F-T 3:4
(g.sec)		 -27.4 -27.8 0 -0.56
시간 1(sec) 67.0 64.90 0 65.74
시간 2(sec) 73.0 66.78 0 65.98
시간 2-1(sec) 6.0 1.88 0 0.24
중합체 1은 25℃에서 450 mPa.s의 점도를 갖고 0.46 중량 퍼센트 Si-비닐 결합을 포함하는 비닐디메틸실릴 엔드블록 폴리디메틸실록산이다.
중합체 2는 100 mPa.s의 점도를 갖고 미국 미시건주 미드랜드 소재의 다우 코팅 코퍼레이션으로부터 상업적으로 입수 가능한 트리메틸실릴 말단형 폴리디메틸실록산이다.
중합체 3은 80 중량%의 중합체 1 및 20 중량%의 (CH3)3SiO3 /2 처리된 건식 실리카의 중합체/충전재 혼합물이고, 120,000 mPa.s의 점도를 갖고, 0.37 중량 퍼센트의 Si-비닐 결합을 갖는다.
중합체 4는 10 mPa.s의 점도 및 0.16 중량 퍼센트의 Si-H 결합을 갖는 디메틸수소실릴 말단형 폴리디메틸실록산이다.
중합체 5는 5 mPa.s의 점도를 갖고 0.76 중량 퍼센트의 Si-H 결합을 포함하는 트리메틸실릴 말단형 폴리디메틸실록산-메틸수소실록산 공중합체이다.
중합체 6은 55,000 mPa.s의 점도를 갖고, 0.09 중량 퍼센트의 Si-비닐 결합을 포함하는 비닐디메틸실릴 엔드블록 폴리디메틸실록산이다.
경화 억제제는 3 mPa.s의 점도를 자고, 4의 평균 dp, 344 g/mol의 평균 수 평균 분자량 및 31.4 중량 퍼센트의 Si-비닐 결합을 갖는 메틸비닐사이클로실록산이다.
촉매 1 및 2는 1,3-디에틸-1,1,3,3-테트라메틸디실록산의 백금 착화물을 포함하는 백금 촉매이다.
충전재는 5 ㎛의 평균 입경을 갖는 석영 충전재이다.
안료는 82 중량 퍼센트의 중합체 1, 12 중량 퍼센트의 ZnO 분말, 및 6 중량 퍼센트의 카본 블랙 분말의 혼합물이고, 20,000 mPa.s의 점도를 갖고, 0.38 중량 퍼센트의 Si-비닐 결합을 갖는다.
접착성 프로모터는 트리메틸실릴- 및 디메틸비닐실릴- 처리된 실리카 및 유기기능성 실란의 반응 생성물이고, 25 mPa.s의 점도를 갖는다.
층 1 및 2와 비교층 1 및 2의 점도 측정이 ASTM D4287에 따라 25℃에서 브룩필드 DVIII 콘 및 플레이트 점도계를 사용하여 취해진다. 더 구체적으로는, 각각의 층의 0.5 g 샘플이 CPE 51 스핀들을 사용하여 시험되고 스핀들의 속도가 요구 범위로 토크를 유지하기 위해 변경된다.
경도계 경도 측정은 44 ml 알루미늄 중량 접시 내에서 12 g의 각각의 층을 배치하고 ASTM D2240에 따라 10분 동안 100℃에서 층의 각각을 경화함으로써 취해진다. 1 인치(2.54 cm) 직경의 원형 디스크가 이어서 경화된 층의 각각으로부터 펀칭되고 쇼어 00 경도계를 사용하여 분석된다.
경도 측정은 0.5 인치(1.27 cm) 직경 강철 프로브를 사용하여 스테이블 마이크로 시스템즈로부터 상업적으로 입수 가능한 TA-XT 텍스쳐 분석기를 사용하여 취해진다. 미경화층의 각각의 12g의 시험 샘플은 10분 동안 100℃에서 2 온스(ox) 유리병 내에서 경화된다. 샘플은 이하의 텍스쳐 분석기 시험 방법, 즉 2mm/s의 시험전 및 시험후 프로브 속도, 1mm/s의 시험 프로브 속도, 4mm 타깃 거리, 60초 유지 및 5 그램중 트리거 값을 사용하여 분석된다. 최대 그램중 경도는 4mm 거리에서 결정된다.
침투 깊이 측정은 TA-XT2 텍스쳐 분석기 및 이하의 식, 침투 깊이(mm×10)=5,350/그램중을 사용하여 얻어진 경도(그램중)를 사용하여 계산된다. 이 관계는 미국 일리노이주 시카고 소재의 프리시젼 사이언티픽으로부터 상업적으로 입수 가능한 범용 경도계를 사용하고 각각의 층의 텍스쳐 분석기로 경도를 측정함으로써 결정된다. 각각의 층에 대해 취해진 79개의 샘플 측정이 있다. 5,350 상수는 79개의 샘플의 각각에 텍스쳐 분석기로부터 그램중에 침투 깊이를 곱하고 다음에 결과를 평균함으로써 결정된다.
점착성 값은 스테이블 마이크로 시스템즈 TA XT2 텍스쳐 분석기를 사용하여 결정된다. 0.5 인치 직경 스테인리스 강 프로브가 4mm의 깊이로 층의 각각의 12 그램 샘플 내에 삽입되고 이어서 2mm/s의 속도로 회수된다. 점착성 값은 층으로부터 프로브 분리 중에 힘-시간 곡선 하에서 총 면적으로서 결정된다. 힘-시간의 결과는 gram.sec로 표현되고, 여기서 시간은 힘이 0일 때의 시간과 프로브가 층으로부터 분리될 때 시간 사이의 시간차로서 측정된다.
형성 후에, 층 1 및 2의 양자 모두는 본 발명의 모듈(모듈 1 내지 6)을 조립하는데 사용된다. 비교층 1 및 2는 본 발명의 방법을 통하지 않고 비교 모듈 1 및 2를 형성하는데 사용된다. 용어 "전방 접촉" 및 "후방 접촉"은 당 기술 분야에 공지되어 있고 층 1 및 2 또는 비교층 1 및 2 중 하나가 배치되는 광전지(16)의 면을 칭한다.
모듈 1:
모듈 1은 유리를 포함하는 기판(12), 기판(12) 상에 배치된 15 mil의 층 1, 및 층 1 상에 배치된 "전방 접촉" 다결정질 광전지(16)를 포함한다.
모듈 2:
모듈 2는 유리를 포함하는 기판(12), 기판(12) 상에 배치된 15 mil의 층 1, 및 층 1 상에 배치된 "전방 접촉" 단결정질 광전지(16)를 포함한다.
모듈 3:
모듈 3은 유리를 포함하는 기판(12), 기판(12) 상에 배치된 10 mil의 층 1, 및 층 1 상에 배치된 "후방 접촉" 단결정질 광전지(16)를 포함한다.
모듈 4:
모듈 4는 유리를 포함하는 기판(12), 기판(12) 상에 배치된 15 mil의 층 2, 및 층 1 상에 배치된 "전방 접촉" 단결정질 광전지(16)를 포함한다.
모듈 5:
모듈 5는 유리를 포함하는 기판(12), 기판(12) 상에 배치된 15 mil의 층 2, 및 층 1 상에 배치된 "전방 접촉" 단결정질 광전지(16)를 포함한다.
모듈 6:
모듈 6은 유리를 포함하는 기판(12), 기판(12) 상에 배치된 10 mil의 층 2, 및 층 1 상에 배치된 "후방 접촉" 단결정질 광전지(16)를 포함한다.
비교 모듈 1:
비교 모듈 1은 유리를 포함하는 기판(12), 기판(12) 상에 배치된 15 mil의 비교층 1, 및 층 1 상에 배치된 "전방 접촉" 단결정질 광전지(16)를 포함한다.
비교 모듈 2:
비교 모듈 2는 유리를 포함하는 기판(12), 기판(12) 상에 배치된 15 mil의 비교층 2, 및 층 1 상에 배치된 "전방 접촉" 단결정질 광전지(16)를 포함한다.
형성 후에, 모듈 1 내지 6과 비교 모듈 1 및 2의 각각은 층 1 또는 2와 비교층 1 또는 2 내에 각각 포집된 공기의 양을 결정하도록 배기된다. 모듈은 또한 기판(12), 층 및 광전지(16)의 접착성을 판정하기 위해 배기된다. 이들 판정은 이하의 표 2에 설명되고 시각적인 평가에 기초한다.
모듈 1 모듈 2 모듈 3 모듈 4 모듈 5 모듈 6 비교
모듈 1		 비교
모듈 2
포집
공기량		 0 0 0 0 0 0 가시적 가시적
접착 예 예 예 예 예 예 아니오 아니오
또한, 층 1 및 2의 양자 모두는 본 발명의 방법에 따라 추가의 모듈(모듈 7 및 8)을 조립하는데 사용된다. 또한, 비교 모듈 3 및 4는 비교층 1 및 2를 사용하여 형성된다.
모듈 7:
모듈 7은 유리를 포함하는 기판(12), 기판에 배치된 층 1, 단결정질 광전지(16), 및 서로 각각 이격되고 광전지(16)의 제 1 면에 배치되고 광전지(16)와 층 1 사이에 개재된 제 1 및 제 2 전기 도선(28, 30)을 포함한다. 더 구체적으로, 모듈 7은 전술된 조성물로부터 형성되고 기판(12)을 가로질러 배치된 5 내지 10 mil의 층 1, 제 1 전기 도선(28) 둘레에 10 내지 17 mil의 층 1의 두께를 초래하는 제 1 전기 도선(28)과 기판(12) 사이의 10 내지 17 mil의 층 1, 및 제 2 전기 도선(30) 둘레에 10 내지 17 mil의 층 1의 두께를 초래하는 제 2 전기 도선(30)과 기판(12) 사이의 10 내지 17 mil의 층 1을 포함한다.
모듈 8:
모듈 8은 유리를 포함하는 기판(12), 기판에 배치된 층 2, 단결정질 광전지(16), 및 서로 각각 이격되고 광전지(16)의 제 1 면에 배치되고 광전지(16)와 층 2 사이에 개재된 제 1 및 제 2 전기 도선(28, 30)을 포함한다. 더 구체적으로, 모듈 8은 전술된 조성물로부터 형성되고 기판(12)을 가로질러 배치된 5 내지 10 mil의 층 2, 제 1 전기 도선(28) 둘레에 10 내지 17 mil의 층 2의 두께를 초래하는 제 1 전기 도선(28)과 기판(12) 사이의 10 내지 17 mil의 층 2, 및 제 2 전기 도선(30) 둘레에 10 내지 17 mil의 층 2의 두께를 초래하는 제 2 전기 도선(30)과 기판(12) 사이의 10 내지 17 mil의 층 2를 포함한다.
비교 모듈 3:
비교 모듈 3은 유리를 포함하는 기판(12), 기판(12)의 전체를 가로질러 배치된 15 mil의 비교층 1, 층 1 상에 배치된 단결정질 광전지(16), 및 광전지(16) 상에 배치된 제 1 및 제 2 전기 도선(22, 24)을 포함한다.
비교 모듈 4:
비교 모듈 4는 유리를 포함하는 기판(12), 기판(12)의 전체를 가로질러 배치된 15 mil의 비교층 2, 층 1 상에 배치된 단결정질 광전지(16), 및 광전지(16) 상에 배치된 제 1 및 제 2 전기 도선(22, 24)을 포함한다.
형성 후에, 모듈 7 및 8과 비교 모듈 3 및 4의 각각은 또한 층 1 및 2와 비교층 1 및 2 내에 포집된 공기의 양을 결정하도록 배기되고, 기판(12), 층 및 광전지(16)의 접착성 및 광전지(16)가 모듈 내에 고정 배치되는지 여부를 판정하기 위해 배기된다. 이들 판정은 이하의 표 3에 설명되고 시각적인 평가에 기초한다.
모듈 7 모듈 8 비교 모듈 3 비교 모듈 4
포집 공기량 0 0 가시적 가시적
접착 예 예 아니오 아니오
모듈 내에
견고하게 배치된
광전지		 예 예 아니오 아니오
상기의 표 2 및 표 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 모듈 1 내지 8은 층 내에 포집된 가시적인 공기 기포를 포함하지 않는다. 이는 모듈의 접착성 및 전체 안정성을 증가시키고, 더 양호한 미관적인 성능을 제공하고, 응축에 기인하는 잠재적인 부식을 감소시키고, 공기 기포로부터의 광 반사에 기인하는 효율의 열화를 방지한다. 본 발명의 모듈은 또한 기판(12), 층 및 광전지(16) 사이의 접착성, 즉 구조적인 안정성을 나타낸다. 역으로, 비교 모듈 1 내지 4는 단일화된 기능적인 모듈을 형성하기 위한 적절한 접착성을 나타내지 않는다. 임의의 특정 이론에 의해 한정되는 것으로 의도되지 않고, 이는 공기 기포의 존재 및 기판(12)을 적절하게 "습윤"시키고 기판(12)을 광전지(16)에 접합시키는 비교층 1 및 2의 불능성에 기인하는 것으로 고려된다.
또한, 본 발명의 모듈은 광전지가 그 내부에 고정 배치되게 하고, 반면에 비교 모듈 1 및 2는 그렇지 않다. 광전지가 모듈 내에 고정 배치되는지의 여부의 판정은 "통과/실패" 기초로 시각적으로 결정된다. 임의의 특정 이론에 의해 한정되는 것으로 의도되지 않고, 모듈 내의 광전지의 열악한 부착 및 부족한 고정은 공기 기포의 존재 및 기판(12)을 적절하게 "습윤"시키고 기판(12)을 광전지(16)에 접합하는 비교층 1 및 2의 불능성에 기인하는 것으로 고려된다.
또한, 모듈 7 및 8에 사용된 층 1 및 2의 최소화된 양과, 제 1 및 제 2 전기 도선 주위의 층 1 및 2의 전략적인 증착은 우수한 모듈을 제공할 뿐만 아니라 모듈이 비교층 1 및 2의 과잉의 양을 사용하여 형성된 비교 모듈 1 내지 4보다 빠르고 적은 비용으로 제조되게 한다. 또한, 제 1 및 제 2 전기 도선 주위의 층 1 및 2의 전략적인 증착은 압축시에 광전지를 균열시키지 않고 광전지의 최소화된 변형을 갖고 모듈이 형성되게 한다.
본 발명이 예시적인 방식으로 설명되었고, 사용된 용어는 한정보다는 설명의 언어의 특성인 것으로 의도된 것이라는 것이 이해되어야 한다. 본 발명의 다수의 수정 및 변형이 상기 교시의 관점에서 가능하고, 본 발명은 구체적으로 설명된 것 이외로 실시될 수도 있다.

Claims (56)

  1. 광전지 모듈(photovoltaic cell module)로서,
    A. 기판과,
    B. 상기 기판에 배치되고 1.1 내지 100mm의 침투 깊이와 -0.6 g.sec 미만의 점착성 값(tack value)을 갖는 타이 층(tie layer)과,
    C. 상기 타이 층 상에 배치된 광전지(photovoltaic cell)를
    포함하는, 광전지 모듈.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 타이 층은 상기 기판을 가로질러 변하는 두께를 갖는, 광전지 모듈.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 타이 층의 두께는 상기 기판에서 1 내지 25 mil로 변하는, 광전지 모듈.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 타이 층의 두께는 상기 기판에서 5 내지 25 mil로 변하는, 광전지 모듈.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 각각 서로 이격되고 상기 광전지의 제 1 면에 배치되며 상기 광전지와 상기 타이 층 사이에 개재된 제 1 및 제 2 전기 도선(lead)을 더 포함하고, 상기 타이 층은 상기 제 1 전기 도선과 상기 기판 사이에 10 내지 30 mil의 두께, 상기 제 2 전기 도선과 상기 기판 사이에 10 내지 30 mil의 두께, 및 상기 기판의 나머지 부분에서 5 내지 25 mil의 두께를 갖는, 광전지 모듈.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 기판의 나머지 부분에서 상기 두께는 5 내지 7 mil로 추가 한정되는, 광전지 모듈.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전기 도선과 상기 기판 사이의 두께는 각각 12 내지 15 mil로서 각각 독립적으로 추가 한정되는, 광전지 모듈.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타이 층과 서로 동일하거나 상이하고 상기 광전지 상에 배치되는 제 2 타이 층을 더 포함하는, 광전지 모듈.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 제 2 타이 층 상에 배치된 제 2 기판을 더 포함하는, 광전지 모듈.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 전지 모듈은 각각 서로 이격되고 상기 제 1 면에 대향하는 상기 광전지의 제 2 면에 배치된 제 3 및 제 4 전기 도선을 더 포함하고, 상기 제 3 및 제 4 전기 도선은 상기 광전지와 상기 제 2 타이 층 사이에 개재되는, 광전지 모듈.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 제 2 타이 층은 상기 제 3 및 제 4 전기 도선의 두께와 적어도 동일한 두께를 갖는, 광전지 모듈.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 제 2 타이 층은 5 내지 25 mil의 두께를 갖는, 광전지 모듈.
  13. 제 5항에 있어서, 상기 전지 모듈은 상기 기판과 서로 동일하거나 상이한 제 2 기판을 더 포함하고, 상기 광전지는 화학 증기 증착 또는 물리적 스퍼터링을 통해 상기 제 2 기판에 추가 배치되는, 광전지 모듈.
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타이 층은 포집된 공기를 실질적으로 함유하지 않는, 광전지 모듈.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타이 층은 경화 가능 조성물로부터 형성되는, 광전지 모듈.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 경화 가능 조성물은 액체인, 광전지 모듈.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 경화 가능 조성물은 탄소 원자를 포함하고, 규소 원자를 포함하는 화합물을 실질적으로 함유하지 않는, 광전지 모듈.
  18. 제 15항에 있어서, 상기 경화 가능 조성물은 규소 원자를 포함하는, 광전지 모듈.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 경화 가능 조성물은 하이드로실릴화(hydrosilylation)에 의해 경화되는, 광전지 모듈.
  20. 제 15항에 있어서, 상기 경화 가능 조성물은 실리콘 결합 수소 원자를 갖는 가교제(cross-linking agent)와 알케닐기를 갖는 디오르가노폴리실록산을 포함하고, 상기 디오르가노폴리실록산의 알케닐기에 대한 상기 가교제의 실리콘 결합 수소 원자의 몰비는 0.9 미만인, 광전지 모듈.
  21. 제 15항에 있어서, 상기 경화 가능 조성물은 평균 단위 조성식
    Figure pct00010

    을 갖는 디오르가노폴리실록산을 포함하고,
    상기 식에서, x와 y는 양의 수이고, z는 0 이상이며, 각각의 R'은 각각 1가 래디컬(radical)인, 광전지 모듈.
  22. 제 15항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경화 가능 조성물은 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 폴리우레탄, 에틸렌 테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐플루오라이드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는, 광전지 모듈.
  23. 제 1항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타이 층은 필름으로 추가 한정되는, 광전지 모듈.
  24. 제 1항 내지 제 23항 중 어느 한 항에 있어서, 1.1 내지 100mm의 침투 깊이와 -0.6 g.sec의 점착성 값은 실온에서 결정되는, 광전지 모듈.
  25. 제 1항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 기재된 적어도 2개의 광전지 모듈을 포함하는 광전 어레이(photovoltaic array).
  26. 기판, 경화 가능 조성물로부터 형성된 타이 층, 및 광전지를 포함하는 광전지 모듈을 형성하는 방법으로서,
    A. 상기 기판에, 1.1 내지 100mm의 침투 깊이와 -0.6 g.sec 미만의 점착성 값을 갖는 타이 층을 배치하는 단계와,
    B. 상기 타이 층 상에 광전지를 배치하여 광전지 모듈을 형성하는 단계를
    포함하는, 광전지 모듈 형성 방법.
  27. 제 26항에 있어서, 상기 광전지 모듈은 각각 서로 이격되고 상기 광전지의 제 1 면에 배치되고 상기 광전지와 상기 타이 층 사이에 개재된 제 1 및 제 2 전기 도선을 더 포함하는, 광전지 모듈 형성 방법.
  28. 제 27항에 있어서, 상기 타이 층을 배치하는 단계는,
    A. 상기 기판에 기본량의 경화 가능 조성물을 도포하여 상기 기판에 5 내지 25 mil의 제 1 두께를 생성하는 단계와,
    B. 상기 제 1 전기 도선과 상기 기판 사이에 제 1 보충량의 경화 가능 조성물을 도포하여 상기 제 1 전기 도선 둘레에 10 내지 30 mil의 제 2 두께를 생성하는 단계와,
    C. 상기 제 2 전기 도선과 상기 기판 사이에 제 2 보충량의 경화 가능 조성물을 도포하여 상기 제 2 전기 도선 둘레에 10 내지 30 mil의 제 3 두께를 생성하는 단계와,
    D. 소정량이 도포되어 상기 타이 층을 형성한 후에 상기 경화 가능 조성물을 경화하는 단계로
    추가 한정되는, 광전지 모듈 형성 방법.
  29. 제 28항에 있어서, 상기 제 1 두께는 상기 기판의 전체를 가로지르는 것으로 추가 한정되고, 상기 제 1 보충량을 도포하는 단계는 제 1 두께 상에 제 1 보충량을 도포하는 것으로 추가 한정되며, 상기 제 2 보충량을 도포하는 단계는 제 1 두께 상에 제 2 보충량을 도포하는 것으로 추가 한정되는, 광전지 모듈 형성 방법.
  30. 제 29항에 있어서, 상기 제 1 두께는 5 내지 7 mil로 추가 한정되는, 광전지 모듈 형성 방법.
  31. 제 30항에 있어서, 상기 제 2 및 제 3 두께는 12 내지 15 mil로서 각각 독립적으로 추가 한정되는, 광전지 모듈 형성 방법.
  32. 제 28항 내지 제 31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 보충량의 경화 가능 조성물을 도포하는 단계는 순차적으로 발생하는, 광전지 모듈 형성 방법.
  33. 제 28항 내지 제 31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 보충량의 경화 가능 조성물을 도포하는 단계는 동시에 발생하는, 광전지 모듈 형성 방법.
  34. 제 28항 내지 제 33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 보충량의 경화 가능 조성물을 도포하는 단계는 기본량의 경화 가능 조성물을 도포하는 단계 후에 발생하는, 광전지 모듈 형성 방법.
  35. 제 28항 내지 제 31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 보충량의 경화 가능 조성물을 도포하는 단계는 기본량의 경화 가능 조성물을 도포하는 단계 전에 발생하는, 광전지 모듈 형성 방법.
  36. 제 28항 내지 제 35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전지 모듈은 상기 타이 층과 서로 동일하거나 상이하고 상기 광전지 상에 배치되는 제 2 타이 층, 상기 제 2 타이 층 상에 배치된 제 2 기판, 및 각각 서로 이격되고 상기 제 1 면에 대향하여 상기 광전지의 제 2 면에 배치되는 제 3 및 제 4 전기 도선을 더 포함하고, 상기 제 3 및 제 4 전기 도선은 상기 광전지와 상기 제 2 타이 층 사이에 개재되며, 상기 방법은 상기 제 2 기판을 가로질러 제 2 기본량의 경화 가능 조성물을 도포하는 단계를 더 포함하는, 광전지 모듈 형성 방법.
  37. 제 36항에 있어서, 상기 제 2 기본량의 경화 가능 조성물은 상기 제 3 및 제 4 전기 도선의 두께에 적어도 동일한 두께를 갖는, 광전지 모듈 형성 방법.
  38. 제 36항에 있어서, 상기 제 2 기본량의 경화 가능 조성물은 5 내지 25 mil의 두께를 갖는, 광전지 모듈 형성 방법.
  39. 제 36항 내지 제 38항 중 어느 한 항에 있어서, 화학 증기 증착 또는 물리적 스퍼터링을 통해 상기 제 2 기판에 광전지를 배치하는 단계를 더 포함하는, 광전지 모듈 형성 방법.
  40. 제 39항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전기 도선을 상기 광전지가 상기 제 2 기판에 배치된 후에 상기 광전지의 제 1 면에 배치하는 단계를 더 포함하는, 광전지 모듈 형성 방법.
  41. 제 26항에 있어서, 상기 기판에 타이 층을 배치하는 단계는, 상기 기판에 경화 가능 조성물을 배치하고 상기 기판에 경화 가능 조성물을 경화하여 타이 층을 형성하는 단계로 추가 한정되는, 광전지 모듈 형성 방법.
  42. 제 41항에 있어서, 상기 경화 가능 조성물은 액체로 추가 한정되고, 상기 기판에 경화 가능 조성물을 배치하는 단계는, 상기 기판에 액체를 배치하고 상기 기판에 액체를 경화하여 타이 층을 형성하는 것으로 추가 한정되는, 광전지 모듈 형성 방법.
  43. 제 26항에 있어서, 상기 방법은 상기 기판에 타이 층을 배치하는 단계 전에 상기 경화 가능 조성물을 경화하여 타이 층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 광전지 모듈 형성 방법.
  44. 제 26항에 있어서, 상기 방법은 상기 경화 가능 조성물을 상기 광전지에 도포하는 단계와 상기 기판에 상기 타이 층을 배치하는 단계 전에 상기 타이 층을 형성하기 위해 상기 광전지 상에서 상기 경화 가능 조성물을 경화시키는 단계를 더 포함하는, 광전지 모듈 형성 방법.
  45. 제 26항에 있어서, 상기 타이 층은 필름으로 추가 한정되고, 상기 타이 층을 배치하는 단계는 상기 필름을 기판에 도포하는 것으로 추가 한정되는, 광전지 모듈 형성 방법.
  46. 제 45항에 있어서, 상기 필름을 기판에 도포하는 단계는 상기 기판에서 필름을 용융하는 단계로 추가 한정되는, 광전지 모듈 형성 방법.
  47. 제 41항 내지 제 46항 중 어느 한 항에 있어서, 화학 증기 증착 또는 물리적 스퍼터링에 의해 상기 기판에 광전지를 도포하는 단계를 더 포함하는, 광전지 모듈 형성 방법.
  48. 제 26항 내지 제 47항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광전지와 타이 층을 압축하는 단계를 더 포함하는, 광전지 모듈 형성 방법.
  49. 제 48항에 있어서, 상기 압축 단계는 상기 광전지와 타이 층에 진공을 인가하는 것으로 추가 한정되는, 광전지 모듈 형성 방법.
  50. 제 26항 내지 제 49항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경화 가능 조성물은 규소 원자를 포함하는, 광전지 모듈 형성 방법.
  51. 제 50항에 있어서, 상기 경화 가능 조성물은 하이드로실릴화에 의해 경화되는, 광전지 모듈 형성 방법.
  52. 제 51항에 있어서, 상기 경화 가능 조성물은 실리콘 결합 수소 원자를 갖는 가교제와, 알케닐기를 갖는 디오르가노폴리실록산을 포함하고, 상기 디오르가노폴리실록산의 알케닐기에 대한 상기 가교제의 실리콘 결합 수소 원자의 몰비는 0.9 미만인, 광전지 모듈 형성 방법.
  53. 제 26항 내지 제 52항에 있어서, 상기 경화 가능 조성물은 평균 단위 조성식
    Figure pct00011

    을 갖는 디오르가노폴리실록산을 포함하고,
    상기 식에서, x와 y는 양의 수이고, z는 0 이상이며, 각각의 R'은 개별적으로 1가 래디컬인, 광전지 모듈 형성 방법.
  54. 제 26항 내지 제 49항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경화 가능 조성물은 탄소 원자를 포함하고, 규소 원자를 포함하는 화합물을 실질적으로 함유하지 않는, 광전지 모듈 형성 방법.
  55. 제 26항 내지 제 54항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타이 층 상에 광전지를 배치하는 단계는 상기 타이 층으로 상기 광전지의 적어도 일부를 캡슐화하는 단계로 추가 한정되는, 광전지 모듈 형성 방법.
  56. 제 26항 내지 제 55항 중 어느 한 항에 있어서, 1.1 내지 100mm의 침투 깊이와 -0.6 g.sec 미만의 점착성 값은 실온에서 결정되는, 광전지 모듈 형성 방법.
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