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KR101860651B1 - 태양전지 봉지재용 eva 시트 - Google Patents

태양전지 봉지재용 eva 시트 Download PDF

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KR101860651B1
KR101860651B1 KR1020160178353A KR20160178353A KR101860651B1 KR 101860651 B1 KR101860651 B1 KR 101860651B1 KR 1020160178353 A KR1020160178353 A KR 1020160178353A KR 20160178353 A KR20160178353 A KR 20160178353A KR 101860651 B1 KR101860651 B1 KR 101860651B1
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KR
South Korea
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sheet
solar cell
tert
eva
metal ion
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Application number
KR1020160178353A
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English (en)
Inventor
한재혁
박지용
Original Assignee
한화토탈 주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 태양전지 봉지재용 시트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다층 시트로 이루어지고 태양전지 모듈의 수광부에 사용되며 셀과 접촉하는 층에만 금속이온 흡착 성분을 200 내지 2000ppm 함유하며 층의 두께는 전체 시트 층의 2 내지 15%를 포함하여 태양광 투과율에 손실을 가하지 않으면서 효과적으로 Na 이온의 흡착을 수행하고, sheet 전체 층에는 초산 분해 억제 성분이 200 내지 2000ppm이 분산되어 유리 초산의 생성을 억제하고 Na 이온의 이동을 억제하여 효과적으로 anti PID 성능을 발휘하는 것을 특징으로 한다.

Description

태양전지 봉지재용 EVA 시트{Solar cell encapsulant EVA sheet}
본 발명은 태양전지 봉지재에 사용되는 에틸렌 비닐아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate) 시트(sheet)에 대한 것으로 태양전지 모듈에 사용될 때에 태양전지의 셀을 외부 충격으로부터 보호하고 요구되는 태양광 투과율을 만족하면서 전기 절연성을 확보하기 위한 EVA sheet의 제조 방법에 대한 것이다. EVA는 고투명성 및 가공 용이성 장기 내구성 및 가격적인 장점으로 수 십년간 태양광 모듈의 봉재재로 널리 사용되어 왔다. 그러나 최근 들어 일부 셀 타입이 EVA 봉지재를 사용할 경우에 PID 현상에 취약한 것으로 나타나면서 이에 대한 개선이 요구되고 있다. PID(Potential Induced Degradation) 현상이란 발전효율 저하 현상으로, 태양광 모듈이 고온 다습한 환경에 노출 시 모듈에 가해지는 고전압의 전류(High Potential)로 인하여 절연성이 급격하게 악화되면서 모듈의 출력이 심각한 수준으로 저하되는 현상을 말한다. 이러한 PID 현상을 극복하고자 Anti PID 셀 및 봉지재 개선 노력이 이루어지고 있다. 본 발명은 이러한 PID 현상의 완화를 위한 EVA 시트를 제조하는 방법 및 이 방법에 의해 제조된 EVA 시트에 관한 것이다.
태양광 모듈은 전기를 생산하는 셀과 이를 보호하는 봉지재를 양면에 사용하고 태양광을 받는 전면 유리부 그리고 수분 및 기체 차단 기능을 가지는 후면 시트로 구성된다. 봉지재는 태양광 투과율의 손실을 막기 위해 최대한 투명성을 높여야 하며 이를 위해 EVA 수지에서는 비닐아세테이트(VA, Vinyl acetate) 함량을 최대한 높인 제품을 사용하게 된다. 그러나 VA 함량의 증가에 따른 투명성 증가는 30%부터는 큰 차이를 나타내지 않는다. 그리고 VA 함량이 높아질수록 전기 절연성이 나빠지고 점도가 증가하여 가공이 어려워지는 단점이 있다. 반면에 비닐아세테이트 함량이 적은 것은 시트의 블로킹, 수증기 투과율이 적고, 전기 절연성은 우수하나 투명성, 접착성이 나빠, 이의 단점을 보완하기 위해 시트 제조 시 각종 첨가제를 상대적으로 과량 처방해야 하는 문제가 있다.
한편 근래에 문제가 되고 있는 PID 현상은 이러한 EVA의 전기적 특성 및 열화(degradation) 특성과 관련된 것으로 파악되고 있다. PID 현상은 고전압에 의해서 모듈과 외부로의 누설 전류가 발생시 이로 인하여 셀에서의 편극현상 또는 유리로부터 분리된 Na 이온의 셀 표면으로의 이동에 의한 에미터 층에서의 shunt 저항의 감소가 원인인 것으로 설명되고 있다. 누설 전류의 발생은 셀의 전기 절연성을 담당하는 EVA 봉지재의 절연 특성에 관련 된 것으로 이러한 측면에서 문제를 해결하기 위한 방법으로는 대한민국 공개특허 10-2014-0090340에 EVA 봉지재 첨가제의 개선을 통해 EVA의 전기 절연 저항치를 올리는 방안이 제시되고 있다. 또한, 일본 공개특허 특개2014-150246에는 Na의 이동을 억제하기 위한 방안으로 Na 흡착 기능이 함유된 첨가제를 처방하는 방안도 제시되고 있다. 한편 EVA는 수분에 의해 고온하에서 VA가 분해되어 초산을 발생시키는데 발생된 초산은 유리의 부식을 유도하여 Na 이온의 생성을 돕고 또한 유리된 Na 이온의 이동을 돕는 것으로 알려져 있어 EVA의 초산 발생을 억제시키기 위한 방안으로 초산 반응성 첨가제를 추가하는 방안도 제시되고 있다. 그러나 첨가제의 증가 또는 추가 처방의 경우 첨가제 자체의 열화에 의한 컬러의 변색(Yellow Index 증가)등의 문제를 가져오고, 또한 Na 흡착 성능을 가진 무기 첨가물의 경우 태양광 산란의 문제를 일으켜 셀에 도달하는 태양광을 감소시키는 문제를 가지고 있다.
따라서 태양광 모듈 및 부재의 장기 성능에 문제를 일으키지 않고 또 광투과율을 저하시키지 않으면서 PID 현상을 완화시킬 태양광 봉지재용 EVA 시트의 개발이 요구되고 있다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 Anti PID(Potential Induced Degradation) 특성이 우수한 태양전지 봉지재용 EVA 시트에 관한 것으로, 금속이온 흡착제를 광투과율을 저해하지 않으면서 효과적으로 EVA 시트 상에 분산 시키고 초산 분해 억제제는 부반응 없이 효과를 극대화하여, PID 현상을 극복할 수 있는 태양전지 봉지재용 EVA 시트를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양상은
EVA 수지를 포함하는 태양전지 봉지재용 EVA 시트에 있어서,
상기 EVA 수지는 비닐아세테이트 함량이 23~29중량%이고, 용융지수가 5~30g/10분(ASTM D1238의 190℃, 2.16kg)이며,
상기 태양전지 봉지재용 EVA 시트는 적어도 2 이상의 다층구조 시트로 구성되며,
상기 2 이상의 다층구조 시트 중 적어도 어느 하나의 일면에 태양전지 셀이 접촉되고, 상기 다층구조의 시트 중에서 상기 태양전지 셀에 접촉된 시트만이 금속이온 흡착제를 포함하고,
상기 다층구조의 시트 중에서 상기 태양전지 셀에 접촉되지 않은 시트는 상기 금속이온 흡착제를 포함하지 않고,
상기 금속이온 흡착제를 포함하는 시트는 상기 다층구조 시트의 전체 두께의 2~15%이며,
상기 금속이온 흡착제는 200~2000ppm으로 포함되며,
상기 다층구조의 시트 전체에 초산분해 억제제가 200~2000ppm으로 포함되며,
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상기 초산분해 억제재는 하기 화학식 1 또는 2로 표현되는 Carbodiimide 이고,
상기 금속이온 흡착제는 하기 화학식 3으로 표현되는 산화비스무트계 이온 흡착제, 산화안티몬계 이온 흡착제, 하기 화학식 4 내지 6 중 어느 하나로 표현되는 인산 티탄계 이온 흡착제, 인산 지르코늄계 이온 흡착제 및 하기 화학식 7로 표현되는 규산 알루미늄계 이온 흡착제 중에서 선택된 1종 이상인 태양전지 봉지재용 EVA 시트를 제공하는 것이다.
<화학식 1>
RN=C=NR
(여기서, R은 탄소수 1 내지 4로 이루어진 알킬기이다)
<화학식 2>
R(N=C=NR)n
(여기서, R은 탄소수 1 내지 4로 이루어진 알킬기이고, n은 1~1000의 정수이다)
<화학식 3>
BiOX(OH)Y(NO3)Z
(여기서, x는 0.9 내지 1.1의 정수 또는 소수이며, Y는 0.6 내지 0.8의 소수이고, Z는 0.2 내지 0.4의 소수이다)
<화학식 4>
Zr[HPO4]2H20
<화학식 5>
Ti[HPO4]2H20
<화학식 6>
Zr1 - xTix[HPO4]2H20
(여기서, x는 0.25 내지 0.75의 소수이다)
<화학식 7>
Al2O3·3SiO2
본 발명의 태양전지 봉지재용 EVA 시트는 PID 현상의 원인이 되는 Na 이온이 셀의 이동 및 침착을 효과적으로 방지하고, 태양광 투과율의 손실이 없으며 초산분해를 효과적으로 억제하여 PID 문제가 발생하지 않고, 장기 내구성이 우수하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 투과율을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전효율 저하현상(PID: Potential Induced Degradation)을 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명은 EVA 수지를 포함하는 태양전지 봉지재용 EVA 시트에 있어서,
상기 EVA 수지는 비닐아세테이트 함량이 23~29중량%이고, 용융지수가 5~30g/10분(ASTM D1238의 190℃, 2.16kg)이며,
상기 태양전지 봉지재용 EVA 시트는 적어도 2 이상의 다층구조 시트로 구성되며,
상기 2 이상의 다층구조 시트 중 적어도 어느 하나의 일면에 태양전지 셀이 접촉되고, 상기 다층구조의 시트 중에서 상기 태양전지 셀에 접촉된 시트만이 금속이온 흡착제를 포함하고,
상기 다층구조의 시트 중에서 상기 태양전지 셀에 접촉되지 않은 시트는 상기 금속이온 흡착제를 포함하지 않고,
상기 금속이온 흡착제를 포함하는 시트는 상기 다층구조 시트의 전체 두께의 2~15%이며,
상기 금속이온 흡착제는 200~2000ppm으로 포함되며,
상기 다층구조의 시트 전체에 초산분해 억제제가 200~2000ppm으로 포함되며,
상기 초산분해 억제재는 하기 화학식 1 또는 2로 표현되는 Carbodiimide 이고,
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상기 금속이온 흡착제는 하기 화학식 3으로 표현되는 산화비스무트계 이온 흡착제, 산화안티몬계 이온 흡착제, 하기 화학식 4 내지 6 중 어느 하나로 표현되는 인산 티탄계 이온 흡착제, 인산 지르코늄계 이온 흡착제 및 하기 화학식 7로 표현되는 규산 알루미늄계 이온 흡착제 중에서 선택된 1종 이상인 태양전지 봉지재용 EVA 시트에 관한 것이다.
<화학식 1>
RN=C=NR
(여기서, R은 탄소수 1 내지 4로 이루어진 알킬기이다)
<화학식 2>
R(N=C=NR)n
(여기서, R은 탄소수 1 내지 4로 이루어진 알킬기이고, n은 1~1000의 정수이다)
<화학식 3>
BiOX(OH)Y(NO3)Z
(여기서, x는 0.9 내지 1.1의 정수 또는 소수이며, Y는 0.6 내지 0.8의 소수이고, Z는 0.2 내지 0.4의 소수이다)
<화학식 4>
Zr[HPO4]2H20
<화학식 5>
Ti[HPO4]2H20
<화학식 6>
Zr1 - xTix[HPO4]2H20
(여기서, x는 0.25 내지 0.75의 소수이다)
<화학식 7>
Al2O3·3SiO2
본 발명에 있어서, 상기 태양전지 봉지재용 EVA 시트는 EVA 수지, 금속이온 흡착제 및 초산분해 억제재를 포함할 수 있다.
상기 EVA 수지는 비닐아세테이트 함량이 23~29중량%로 포함될 수 있으며, 용융지수가 5~30g/10분(ASTM D1238의 190℃, 2.16kg)인 것이 바람직하다.
상기 VA 함량이 23중량% 미만이면 투명성이 낮아져 태양광 투과율이 낮아지고 접착력이 저하되어 바람직하지 않고, 29중량%를 초과하면 비닐아세테이트 관능기의 분해가 촉진되어 유리 초산 함량이 급격히 증가하여 바람직하지 않다.
또한, 상기 EVA 수지의 용융지수가 5g/10분 미만이면 시트 가공 시 압출기의 압력증가로 생산성 저하문제를 야기하여 바람직하지 않고, 30g/10분을 초과하면 라미네이션 공정 초기 가교 전 용융 단계에서 용융물의 흐름성이 증가하여 모듈 외부로 누출되거나 태양전지 셀의 이동을 유발하여 바람직하지 않다.
본 발명에 있어서, 상기 태양전지 봉지재용 EVA 시트는 이층 공압출에 의해 적어도 2 이상의 다층구조 시트로 제조될 수 있으며, 상기 다층구조 시트의 어느 하나의 일면에 태양전지 셀이 접촉될 수 있다.
상기 태양전지 셀과 접촉되는 시트는 금속 이온 흡착제가 포함될 수 있으며, 초산분해 억제재는 상기 EVA 시트 전체 층에 포함될 수 있다.
상기 금속이온 흡착제는 상기 태양전지 셀과 접촉하는 층에만 포함되는 것이 바람직하며, 200~2000ppm의 함량으로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 금속 이온 흡착제가 태양전지 셀과 접촉하는 층에만 포함되면, EVA 시트 전체에 분산되는 것 보다 태양전지 셀 주변에서 매우 우수한 기능성 효과를 나타낼 수 있다.
상기 EVA 시트는 2 이상의 다층 시트로 구성되며, 태양전지 셀과 접촉하는 층에 포함되는 금속 이온 흡착제를 제외한 나머지 첨가제들은 층 구별 없이 동일한 조성으로 첨가될 수 있다.
상기 금속 이온 흡착제를 포함하는 시트의 두께는 상기 다층 구조 시트의 전체 두께의 2 내지 15%인 것이 바람직하며, 상기 금속 이온 흡착제를 포함하는 시트의 두께가 2% 미만이면 금속 이온 흡착 효과가 없고, 15%를 초과하면 태양광 투과율이 현저히 떨어지는 문제가 있다.
본 발명에 있어서, 상기 금속이온 흡착제는 Na 이온 흡착제로 태양전지 셀과 접촉하는 층에만 포함되는 것이 바람직하고, 200~2000ppm으로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 500~1000ppm 이다.
상기 금속이온 흡착제가 200ppm 미만으로 포함되면 금속이온 흡착 효과가 미미하고, 2,000ppm를 초과하여 포함되면 광산란이 증가하여 셀 효율이 저하되는 문제가 있다.
본 발명에 있어서, 상기 초산 분해 억제재는 carbodiimide 또는 polycarbodiimide이며, 200~2,000ppm으로 포함되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 500~1,000ppm이다.
상기 초산분해 억제재가 200ppm 미만으로 포함되면 초산발생 억제효과가 미미하고, 2,000ppm을 초과하여 포함되면 장기 사용시 변색의 문제가 발생하게 된다.
상기 초산분해 억제재는 하기 화학식 1 또는 2로 표현되는 Carbodiimide계 화합물이 바람직하고, 모노머 타입과 올리고머 타입이 사용될 수 있다.
<화학식 1>
RN=C=NR
(여기서, R은 탄소수 1 내지 4로 이루어진 알킬기이다)
<화학식 2>
R(N=C=NR)n
(여기서, R은 탄소수 1 내지 4로 이루어진 알킬기이고, n은 1~1000의 정수이다)
본 발명에 있어서, 상기 금속이온 흡착제는 이온 흡착 성능을 가지는 무기화합물로 인산 음이온, 아인산 음이온, 유기산 음이온, 알칼리 금속 양이온 함유 화합물, 알칼리 토금속 양이온 함유 화합물 등으로 산화 비스무트계 이온 흡착제, 산화 안티몬계 이온 흡착제, 인산 티탄계 이온 흡착제, 인산지르코늄계 이온 흡착제 및 규산 알루미늄계 이온 흡착제 중에서 선택된 1종 이상이 바람직하다.
상기 산화 비스무트계 이온 흡착제 및 산화 안티몬계 이온 흡착제는 하기 화학식 3으로 표현될 수 있다.
<화학식 3>
BiOX(OH)Y(NO3)Z
(여기서, X는 0.9 내지 1.1의 정수 또는 소수이며, Y는 0.6 내지 0.8의 소수이고, Z는 0.2 내지 0.4의 소수이다)
상기 인산 티탄계 이온 흡착제 및 인산 지르코늄계 이온 흡착제는 하기 화학식 4 내지 6 중 어느 하나로 표현될 수 있다.
<화학식 4>
Zr[HPO4]2H20
<화학식 5>
Ti[HPO4]2H20
<화학식 6>
Zr1 - xTix[HPO4]2H20
(여기서, x는 0.25 내지 0.75의 소수이다)
상기 규산 알루미늄계 이온 흡착제는 하기 화학식 7로 표현될 수 있다.
<화학식 7>
Al2O3·3SiO2
본 발명에 있어서, 상기 EVA sheet는 모듈제조를 위한 라미네이션시에 적절한 가교 및 접착 그리고 장기 안정성을 위해 EVA 시트 가공 시 가교제 및 가교조제 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 가교제는 1시간 반감기가 110~120℃인 퍼옥시케탈, 1시간 반감기가 90~130℃인 퍼옥시카보네이트 및 1시간 반감기가 130~150℃인 디알킬퍼옥사이드 중에서 선택된 1종 이상이 바람직하다.
상기 퍼옥시케탈은 1,1-디(tert-아밀퍼옥시)시클로헥산, 1,1-디(tert-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸시클로헥산, 1,1-디(tert-부틸퍼옥시)시클로헥산이고, 상기 퍼옥시카보네이트는 2,5-디메틸-2.5-디-(2-에틸헥사노닐퍼옥시)헥산, tert-아밀퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, tert-부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, tert-아밀(2-에틸헥실)모노퍼옥시카보네이트, tert-부틸이소프로필모노퍼옥시카보네이트, 2,5-디메틸-2,5-디(벤조일퍼옥시)헥산, tert-부틸-(2-에틸헥실)모노퍼옥시카보네이트, tert-아밀퍼옥시벤조에이트, tert-부틸퍼옥시아세테이트, tert-부틸퍼옥시-3,5,5-트리메틸헥사노에이트, tert-부틸퍼옥시벤조에이트이며, 상기 디알킬퍼옥사이드는 디큐밀 퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(tert-부틸퍼옥시)헥산, α,α’-디(tert-부틸퍼옥시)디이소프로필벤젠, 디-tert-아밀퍼옥사이드, 디-tert-부틸퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2-5-디(tert-부틸퍼옥시)헥신-3 이다.
상기 가교제 함량은 총 조성물 100중량부에 대하여 0.1~1.5중량부로 포함될 수 있으며, 상기 가교제의 함량이 0.1중량부 미만이면, 충분한 가교도가 달성되지 못하며, 1.5중량부를 초과하면, 라미네이션 시 버블이 형성되거나 미반응 가교제가 잔류하여 장기 물성에 영향을 미칠 수 있어 바람직하지 않다.
본 발명의 에틸렌 비닐아세테이트 공중합체 수지 조성물을 사용한 EVA 시트는 가교제와 더불어 가교조제를 포함할 수 있다.
상기 가교조제는 트리알릴이소시아누레이트, 트리알릴시아누레이트, 디알릴프탈레이트, 디알릴푸마레이트, 디알릴말레에이트 등과 같은 폴리알릴 화합물, 에틸렌글리콜디아크릴레이트, 에틸렌글리콜디메타크릴레이트 및 트리메틸올프로판트리메타크릴레이트 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 가교조제의 함량은 총 조성물 100중량부에 대하여 0.1~1.5중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 가교조제의 함량이 0.1중량부 미만이면 목표 가교도를 만족하지 못하게 되고 1.5중량부를 초과할 경우에는 가교도가 너무 높아 cell에 가해지는 stress를 효과적으로 해소하지 못할 수 있으며 잔류 가교조제 또한 장기 물성에 나쁜 영향을 주게 된다.
본 발명의 에틸렌 비닐아세테이트 공중합체 수지 조성물을 사용한 태양전지용 EVA 시트에는 필요에 따라 기타 각종의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 첨가제는 구체적으로는 자외선 흡수제, 자외선 안정제, 실란 커플링제, 힌더드페놀계나 포스파이트계의 산화방지제, 힌더드아민계의 UV 안정제, UV 흡수제, 난연제, 변색 방지제 등이 바람직하다.
상기 자외선 흡수제로는 2-히드록시-4-메톡시벤조페논, 2-히드록시-4-메톡시-2'-카르복시벤조페논, 2-히드록시-4-옥틸옥시벤조페논, 2-히드록시-4-n-도데실옥시벤조페논, 2-히드록시-4-n-옥타데실옥시벤조페논, 2-히드록시-4-벤질옥시벤조페논, 2-히드록시-4-메톡시-5-술포벤조페논, 2-히드록시-5-클로로벤조페논, 2,4-디히드록시벤조페논, 2,2'-디히드록시-4-메톡시벤조페논, 2,2'-디히드록시-4,4'-디메톡시벤조페논 및 2,2',4,4'-테트라히드록시벤조페논 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 상기 자외선 흡수제의 함량은 총 조성물 100중량부에 대하여 0.05~0.5중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 자외선 안정제로는 비스-2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐 세바케이트, 비스-1-메틸-2,2,6,6,-테트라메틸-4-피페리디닐 세바케이트, 2-(2’-히드록시-3', 5'-디터부틸페닐)벤조트리아졸, 2-(2-히드록시-3,5-디-tert-아밀페닐)-2H-벤조트리아졸 및 폴리 메틸프로필-3-옥소-(4(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)실록산 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 상기 자외선 안정제의 함량은 총 조성물 100중량부에 대하여 0.05~0.5중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 실란 커플링제는 EVA 시트와 유리 또는 셀과의 접착성을 증진시키기 위해 사용될 수 있는데, 구체적으로는 γ-메타크릴록시프로필트리메톡시실란, N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란, N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필메틸디메톡시실란, γ-아미노프로필트리에톡시실란 및 γ-글리시독시프로필트리메톡시실란 중에서 선택된 1종 이상 일 수 있으며, 상기 실란 커플링제의 함량은 총 조성물 100중량부에 대하여 0.05~0.5중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 첨가제들은 에틸렌 비닐아세테이트 공중합체 수지에 드라이-블렌드되어 압출기로 투입되거나 EVA와는 별도로 압출기로 사이드피딩(side feeding) 될 수 있다.
이하, 하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명의 범위가 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Sheet 제조 조건
첨가제가 들어간 EVA 수지를, 스크류 직경이 40mm인 압출기 두대가 달린 T-다이 폭이 400mm인 단축 공압출기에서 압출기 온도를 100℃로 하고, 각각의 스크류 회전속도를 조절 하여, 각 층의 두께 비를 조절한 전체 두께가 450㎛인 다층형 태양광 EVA 시트를 제조하였다.
물성 측정방법
제조된 EVA 수지의 제반 물성의 측정은 하기의 방법 및 기준으로 행하였다.
1) 광투과율: UVvis-spectrometer를 이용하여 900~200nm 영역의 광투과율을 측정하였다. 시 편은 하기 압출기에서 제조된 시트를 두장의 저철분 태양광용 유리 사이에 넣은 후 150℃에서 lamination 시켜 제조하였다.
2) 체적 고유저항(전기절연성): 전기저항 측정기를 이용하여 ASTM D257(Voltage is 1,000V)에 의거 측정하였다.
3) 초산 발생량: sheet 1g을 물 10ml와 함께 vial에 넣어 밀봉 후 85℃ oven에 넣어 1000hr 경과 후 I.C (Ion Chromatograph)를 이용하여 초산 발생량을 측정하였다.
4) △Y.I 측정: 제조된 EVA 시트를 저철분 태양광용 유리와 태양광용 Back 백색 back sheet 사이에 넣은 후 150℃에서 lamination 시켜 샘플을 제조 후 85℃, 85RH의 항온 항습기에서 1000hr 경과 후 color meter를 이용하여 Y.I(yellow index)를 측정하였다.
5) PID (Potential Induced Degradation) 측정: Si 단결정 4 Cell과 제조된 EVA 시트를 이용하여 미니 모듈을 제조하고 Solar simulator 를 이용하여 I-V curve를 그린 후 초기 Power_max 값을 구하고 85℃, 85RH의 항온 항습기에 넣은 후 1000V 전압 인가 상태에서 96시간 유지 후 Solar simulator를 이용하여 Test후 Power_max 값을 측정하여 Power 생산 유지율을 계산하였다.
실시예 1
용융지수(190℃, 2.16Kg) 7g/10min, 비닐아세테이트 함량 26량%인 에틸렌 비닐아세테이트 공중합체(한화토탈 E285PV)에 알케마사 Luperox TBEC(tert-부틸-2-에틸헥실모노퍼옥시카보네이트) 1중량부, 가교조제로 에보닉사의 TAICROS(트리알릴이소시아누레이트)를 0.5중량부, 자외선 흡수제로 시바사의 Chimassorb 81(2-히드록시-4-옥틸옥시-벤조페논) 0.2중량부, 자외선 안정제로 시바사의 Tinuvin 770(비스-2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐 세바케이트)을 0.1중량부, 실란커플링제로 다우코닝사의 OFS 6030(γ-메타크릴록시프로필트리메톡시실란) 0.3중량부를 공통으로 혼합하였다.
또한 초산 발생 억제 성분으로 Carbodiimide(RheinChemie사 제품, 상품명 Staboxol P 100)를 1000ppm을 혼합하였다. Side 압출기에 넣는 EVA 수지에는 상기 첨가물 이외에 인산 지르코늄 화합물(Zr[HPO4]2H20)을 1000ppm 추가로 주입하였으며 이후 압출기를 통하여 시트를 제조하였다.
금속 이온 흡착제로 인산 지르코늄이 함유된 EVA 수지층을 압출하는 압출기의 rpm은 주압출기의 rpm 대비 1/20로 조절하여 두께 비율이 전체 층의 5%가 되도록 조절하였다. 압출기 온도와 T-다이 온도는 100℃를 유지하였으며 두께 450㎛의 태양광 모듈용 EVA 시트를 제조하였다.
제조된 EVA sheet로 물성 측정 방법에 표현한 방법대로 시편을 제조하였으며 이후 각 항목에 따라 물성을 측정하였다. 측정 결과는 하기 표 1에 정리하였다.
실시예 2
상기 실시예 1에서 side 압출기의 rpm을 주압출기의 rpm 대비 1/19으로 조절하여 Na 이온 흡착제 함유 층의 두께를 10%로 조절한 것과 Carbodiimide 함량을 500ppm으로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조되었다.
실시예 3
상기 실시예 1에서 side 압출기의 rpm를 주압출기의 rpm 대비 1/9으로 조절하여 Na 이온 흡착제 함유 층의 두께를 10%로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조되었다.
비교예 1
상기 실시예 1에서 Na 이온 흡착제를 주입하지 아니하여 층 구별없이 단일 층으로 EVA sheet를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조되었다.
비교예 2
상기 실시예 1에서 Na 이온 흡착제를 100ppm으로 변경 주입한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조되었다.
비교예 3
상기 실시예 1에서 Na 이온 흡착제를 5000ppm으로 변경 주입한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조되었다.
비교예 4
상기 실시예 1에서 side 압출기의 rpm를 주압출기의 rpm 대비 3/7으로 조절하여 Na 이온 흡착제 함유 층의 두께를 30%로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조되었다.
비교예 5
상기 실시예 1에서 메인 압출기에 주입하는 EVA에도 Na 이온 흡착제를 동일하게 1000ppm 주입하여 층 구별 없이 Na 이온 흡착제가 Sheet 전체에 분포하도록 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조되었다.
비교예 6
상기 실시예 2에서 Carbodiimide을 주입하지 않는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 제조되었다.
비교예 7
상기 실시예 2에서 Carbodiimide의 함량을 3000ppm으로 증량 주입한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 제조되었다.
실시예 비교예
1 2 3 1 2 3 4 5 6 7
Na 이온Capture
(ppm)
1000 1000 1000 - 100 5000 1000 1000 1000 1000
Na 이온 흡착제 층 두께비율(%) 5 10 10 0 5 5 30 100 10 10
CDI 함량 (ppm) 1000 500 1000 1000 1000 1000 1000 1000 - 3000
광투과율%
(400~750nm)
90.2 90.1 89.8 90.4 90.2 81.8 77.5 70.1 89.7 88.0
체적고유저항
초기
(Ω.cm)*10^15
3.54 4.62 5.48 1.52 1.56 5.23 4.85 5.36 2.35 2.56
체적고유저항
1000hr경과
(Ω.cm)*10^15
1.45 2.23 3.58 0.45 0.51 4.26 1.84 2.87 0.73 0.98
초산 발생량
1000h경과(ppm)
125 131 120 156 150 105 117 138 352 8
초산 발생량
2000hr 경과
250 262 245 280 273 211 190 182 674 23
초산 발생량
3000hr 경과
330 380 300 450 350 180 280 250 1200 50
PID 출력 초기값(W) 16.5 16.3 14.8 16.3 16.3 16.2 16.2 16.2 16.4 14.6
PID 출력 말기값(W) 15.9 16.0 14.7 12.9 13.1 15.1 15.4 15.6 13.5 12.9
출력 유지율(%) 97 98 100 79 80 88 95 96 82 93
△ Y.I (1000hr) 1.2 1.1 1.3 1.3 1.2 1.3 1.4 1.5 1.1 3.6
상기 표 1에서 보는 바와 같이 본 발명의 실시예 1 내지 3 대비 Na 이온 흡착제를 함유 하지 않은 비교예 1의 경우 PID test 이후 출력이 급격히 저하되어 출력 유지율은 79% 밖에 되지 않음을 알 수 있다.
Na 이온 흡착제를 함유하더라도 함량이 낮은 비교예 2의 경우는 비교예 1과 같이 출력 유지율이 80%로 유사한 수준임을 알 수 있다.
또한, Na 이온 흡착제 함량이 5000ppm으로 높은 비교예 3은 광투과율이 81.8% 수준으로 매우 낮아서 태양광 모듈로서의 성능을 제대로 발휘 할 수 없음을 알 수 있다.
Na 이온 흡착제 함유 층의 두께가 30%인 비교예 4와 100%로 전체 층에 분포한 비교예 5의 경우도 흡착제의 산란 문제로 광투과율이 매우 낮음을 알 수 있다.
초산분해 억제재(Carbodiimide)를 첨가하지 않은 비교예 6의 경우는 초산 발생량이 매우 높고 이로 인하여 체적고유저항 값도 Damp Heat 1000hr 이후 매우 낮아지며 Na 이온 흡착제가 적정 수준을 함유하고 있더라도 anti PID 성능을 제대로 발휘하지 못함을 알 수 있다.
또한, 초산분해 억제재 함량이 3000ppm인 비교예 7의 경우 첨가제 자체의 degradation으로 인하여 Damp Heat 1000hr 이후 황변이 진행되어 △Y.I 값이 크게 증가됨을 알 수 있다.

Claims (9)

  1. EVA 수지를 포함하는 태양전지 봉지재용 EVA 시트에 있어서,
    상기 EVA 수지는 비닐아세테이트 함량이 23~29중량%이고, 용융지수가 5~30g/10분(ASTM D1238의 190℃, 2.16kg)이며,
    상기 태양전지 봉지재용 EVA 시트는 적어도 2 이상의 다층구조 시트로 구성되며,
    상기 2 이상의 다층구조 시트 중 적어도 어느 하나의 일면에 태양전지 셀이 접촉되고, 상기 다층구조의 시트 중에서 상기 태양전지 셀에 접촉된 시트만이 금속이온 흡착제를 포함하고,
    상기 다층구조의 시트 중에서 상기 태양전지 셀에 접촉되지 않은 시트는 상기 금속이온 흡착제를 포함하지 않고,
    상기 금속이온 흡착제를 포함하는 시트는 상기 다층구조 시트의 전체 두께의 2~15%이며,
    상기 금속이온 흡착제는 200~2000ppm으로 포함되며,
    상기 다층구조의 시트 전체에 초산분해 억제제가 200~2000ppm으로 포함되며,
    상기 초산분해 억제제는 하기 화학식 1 또는 2로 표현되는 Carbodiimide 이고,
    상기 금속이온 흡착제는 하기 화학식 3으로 표현되는 산화비스무트계 이온 흡착제, 산화안티몬계 이온 흡착제, 하기 화학식 4 내지 6 중 어느 하나로 표현되는 인산 티탄계 이온 흡착제, 인산 지르코늄계 이온 흡착제 및 하기 화학식 7로 표현되는 규산 알루미늄계 이온 흡착제 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지 봉지재용 EVA 시트.
    <화학식 1>
    RN=C=NR
    (여기서, R은 탄소수 1 내지 4로 이루어진 알킬기이다)
    <화학식 2>
    R(N=C=NR)n
    (여기서, R은 탄소수 1 내지 4로 이루어진 알킬기이고, n은 1~1000의 정수이다)
    <화학식 3>
    BiOX(OH)Y(NO3)Z
    (여기서, x는 0.9 내지 1.1의 정수 또는 소수이며, Y는 0.6 내지 0.8의 소수이고, Z는 0.2 내지 0.4의 소수이다)
    <화학식 4>
    Zr[HPO4]2H20
    <화학식 5>
    Ti[HPO4]2H20
    <화학식 6>
    Zr1-xTix[HPO4]2H20
    (여기서, x는 0.25 내지 0.75의 소수이다)
    <화학식 7>
    Al2O3·3SiO2
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 태양전지 봉지재용 EVA 시트는 가교제 및 가교조제 중에서 선택된 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 봉지재용 EVA 시트.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가교제는 1시간 반감기가 110~120℃인 퍼옥시케탈, 1시간 반감기가 90~130℃인 퍼옥시카보네이트 및 1시간 반감기가 130~150℃인 디알킬퍼옥사이드 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지 봉지재용 EVA 시트.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 퍼옥시케탈은 1,1-디(tert-아밀퍼옥시)시클로헥산, 1,1-디(tert-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸시클로헥산 또는 1,1-디(tert-부틸퍼옥시)시클로헥산인 것을 특징으로 하는 태양전지 봉지재용 EVA 시트.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 퍼옥시카보네이트는 2,5-디메틸-2.5-디-(2-에틸헥사노닐퍼옥시)헥산, tert-아밀퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, tert-부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, tert-아밀(2-에틸헥실)모노퍼옥시카보네이트, tert-부틸이소프로필모노퍼옥시카보네이트, 2,5-디메틸-2,5-디(벤조일퍼옥시)헥산, tert-부틸-(2-에틸헥실)모노퍼옥시카보네이트, tert-아밀퍼옥시벤조에이트, tert-부틸퍼옥시아세테이트, tert-부틸퍼옥시-3,5,5-트리메틸헥사노에이트 또는 tert-부틸퍼옥시벤조에이트인 것을 특징으로 하는 태양전지 봉지재용 EVA 시트.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 디알킬퍼옥사이드는 디큐밀 퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(tert-부틸퍼옥시)헥산, α,α’-디(tert-부틸퍼옥시)디이소프로필벤젠, 디-tert-아밀퍼옥사이드, 디-tert-부틸퍼옥사이드 또는 2,5-디메틸-2-5-디(tert-부틸퍼옥시)헥신-3인 것을 특징으로 하는 태양전지 봉지재용 EVA 시트.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 가교제는 총 조성물 100중량부에 대하여 0.1~1.5중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 태양전지 봉지재용 EVA 시트.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 가교조제는 트리알릴이소시아누레이트, 트리알릴시아누레이트, 디알릴프탈레이트, 디알릴푸마레이트, 디알릴말레에이트와 같은 폴리알릴 화합물, 에틸렌글리콜디아크릴레이트, 에틸렌글리콜디메타크릴레이트 및 트리메틸올프로판트리메타크릴레이트 중에서 선택된 1종 이상을 총 조성물 100중량부에 대하여 0.1~1.5중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 태양전지 봉지재용 EVA 시트.
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