KR20130084978A - 파장 변환형 태양 전지 봉지재, 및 태양 전지 모듈 - Google Patents

파장 변환형 태양 전지 봉지재, 및 태양 전지 모듈 Download PDF

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다쿠 사와키
가오루 오카니와
다케시 야마시타
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히타치가세이가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명의 파장 변환형 태양 전지 봉지재(封止材)는, 형광 물질을 함유하지 않는 제1 봉지층과, 형광 물질을 함유하는 제2 봉지층을 가진다. 이 파장 변환형 태양 전지 봉지재는, 태양 전지 모듈의 광투과성 층의 하나로서 사용되며, 태양 전지 셀의 수광면 측에 설치된다.

Description

파장 변환형 태양 전지 봉지재, 및 태양 전지 모듈{WAVELENGTH CONVERSION-TYPE SOLAR CELL SEALING MATERIAL, AND SOLAR CELL MODULE}
본 발명은, 파장 변환형 태양 전지 봉지재(封止材), 및 이것을 사용한 태양 전지 모듈에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 발전에 기여하지 않는 파장역의 광을, 형광 물질(발광 재료라고도 함)을 사용하여, 발전에 기여하는 파장역의 광으로 파장 변환함으로써 발전 효율을 높일 수 있는 태양 전지 모듈에 사용하는 파장 변환형 태양 전지 봉지재 및 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
종래의 실리콘 결정계의 태양 전지 모듈은, 다음과 같이 구성되어 있다. 표면의 보호 유리(커버 유리라고도 함)는, 내충격성을 중시하여 강화 유리가 사용되고 있고, 봉지재(통상, 에틸렌-비닐아세테이트 코폴리머를 주성분으로 하는 수지, 충전재라고도 함)와의 밀착성을 양호하게 하기 위하여, 한쪽 면은 엠보싱 가공에 의하여 요철 모양이 형성되어 있다.
또한, 그 요철 모양은 내측에 형성되어 있고, 태양 전지 모듈의 표면은 평활하다. 그리고, 태양광의 도입 효율을 높이기 위하여, 외측에도 요철 형상이 형성되어 있는 경우도 있다. 또한, 보호 유리의 아래쪽에는 태양 전지 셀, 탭선을 보호 봉지하기 위한 봉지재 및 백 필름(back film)이 설치되어 있다.
형광 물질을 사용하고, 태양광 스펙트럼 중, 발전에 적게 기여하는 자외역 또는 적외역의 광을 파장 변환함으로써, 발전에 크게 기여하는 파장역의 광을 발광하는 층을 태양 전지 수광면 측에 설치하는 방법은, 예를 들면, 일본 특허출원 공개번호 2000-328053호 공보 등에서 다수 제안되어 있다. 또한, 일본 특허출원 공개번호 2006-303033호 공보에는, 파장 변환 재료로서, 형광 물질인 희토류 착체(錯體)를 봉지재 중에 함유시키는 방법에 대하여 제안되어 있다.
일본 특허출원 공개번호 2000-328053호 공보 일본 특허출원 공개번호 2006-303033호 공보
전술한 일본 특허출원 공개번호 2006-303033호 공보에 기재된, 발전에 적게 기여하는 파장역의 광을 발전에 크게 기여하는 파장역의 광으로 파장 변환하는 방법에 따르면, 파장 변환층에 형광 물질이 함유되어 있다. 이 형광 물질로서는, 유기 형광체, 유기 금속 착체, 무기 형광체 등이 사용되고 있으며, 고가이다. 또한, 파장 변환층을 봉지재로서 사용하는 경우, 셀 보호의 관점에서 그 막 두께는 600㎛정도 필요하게 된다.
그러나, 충분한 파장 변환 효과를 가진 형광 물질을 포함하는 봉지재를 600㎛의 두께로 제조하면, 형광 물질의 함유량이 많아져서, 비용이 높아지는 것을 피할 수 없으며, 공업적으로 이용하는 데는 반드시 적절한 것이라고는 할 수 없다.
이에, 본 발명의 과제는, 태양 전지 모듈에 적용했을 때, 발전 효율을 유지 또는 향상시키면서, 염가의 파장 변환형 태양 전지 봉지재를 제공하는 것에 있다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 검토를 거듭한 결과, 형광 물질이 동일한 농도에서 막 두께가 얇은 파장 변환층과 두꺼운 파장 변환층에 있어서, 입사된 태양광에 대한 발전되는 전력의 비율(발전 효율)을 비교한 경우, 막 두께가 얇아도 두꺼운 경우와 동일하거나 또는 그 이상의 발전 효율을 나타낸다는 결과를 얻을 수 있었다. 이 결과를 감안하여, 파장 변환형 태양 전지 모듈의 수광측의 봉지재층을, 형광 물질이 포함되는 층과 형광 물질이 포함되지 않은 층의 2층으로 나누어 형성하면, 발전 효율을 유지 또는 향상시키면서, 저비용화를 실현할 수 있는 것을 발견하였다. 즉, 본 발명은 이하에 나타낸 바와 같다.
＜1＞ 형광 물질을 함유하지 않는 제1 봉지층과, 형광 물질을 함유하는 제2 봉지층을 가지는 파장 변환형 태양 전지 봉지재.
＜2＞ 상기 형광 물질이, 유로퓸 착체인 상기 ＜1＞에 기재된 파장 변환형 태양 전지 봉지재.
＜3＞ 상기 형광 물질이, 비닐 화합물을 모노머 화합물로 하는 수지 입자에 내포되어 있는, 상기 ＜1＞ 또는 ＜2＞에 기재된 파장 변환형 태양 전지 봉지재.
＜4＞ 태양 전지 셀과,
상기 태양 전지 셀의 수광면 측에 설치된, 상기 ＜1＞∼＜3＞ 중 어느 한 항에 기재된 파장 변환형 태양 전지 봉지재를 가지는 태양 전지 모듈.
본 발명에 의하면, 태양 전지 모듈에 적용했을 때, 발전 효율을 유지 또는 향상시키면서, 염가의 파장 변환형 태양 전지 봉지재를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 태양 전지 모듈을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 실시예 및 비교예에서 얻어진 파장 변환형 태양 전지 봉지재의 막 두께와 ΔJsc의 관계를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 태양 전지 모듈은, 적어도, 태양 전지 셀과, 이 태양 전지의 수광면 측에 광투과성 층의 하나로서 설치된 파장 변환형 태양 전지 봉지재(파장 변환형 태양 전지 봉지 시트)를 가진다. 본 발명에서는, 파장 변환형 태양 전지 봉지재(이하, 간단히 「봉지재」라고 칭하는 경우가 있음)는, 형광 물질을 포함하지 않는 제1 봉지층과 형광 물질을 포함하는 제2 봉지층이 적층되어 이루어진다. 그리고, 형광 물질을 포함하지 않는 제1 봉지층은, 1층이라도 되고, 2층 이상으로 형성되어 있어도 되지만, 비용이나 제조 공정의 간이화 등의 관점에서, 형광 물질을 포함하는 제2 봉지층은 1층으로 구성되어 있는 것이 바람직하다.
파장 변환형 태양 전지 봉지재가, 형광 물질을 포함하지 않는 제1 봉지층과 형광 물질을 포함하는 제2 봉지층으로 구성됨으로써, 형광 물질의 함유량을 저감시킬 수 있어 종래보다 제조 비용이 절감된다. 또한, 이와 같은 2층 구조의 파장 변환형 태양 전지 봉지재로 형성하면, 형광 물질의 함유량을 저감시켰음에도 불구하고, 발전 효율이 유지 또는 향상된다. 그 이유는 분명하지 않지만, 하기와 같이 추측할 수 있다.
태양 전지 모듈에 광이 입사하면, 수광면 측에 설치된 봉지재 중에 함유되는 형광 물질이 광을 흡수한다. 이 때, 형광 물질의 광의 흡수는, 봉지재의 막 두께 방향으로 깊어짐에 따라 감쇠하는 것으로 추측된다. 따라서, 봉지재의 막 두께를 두껍게 해도 막 두께 방향으로 깊은 부분에서 존재하는 형광 물질은, 파장 변환에 적게 기여하는 것으로 여겨진다. 실제로, 형광 물질의 농도가 동일하며 막 두께가 상이한 봉지재를 비교했을 때, 발전 효율은, 막 두께가 얇아도 두꺼운 경우와 동일하거나 또는 그 이상의 발전 효율을 나타내는 결과를 얻을 수 있었다.
또한, 형광 물질 함유량의 저감은, 형광 물질에 의한 광의 산란을 억제하고, 가시광선 투과율을 증대시킨다. 따라서, 태양 전지 셀에 도달하는 광량이 증가하고, 태양 전지 모듈의 광 이용 효율이 높아져서, 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 파장 변환형 태양 전지 봉지재는, 제1 봉지층 및 제2 봉지층의 총 두께가, 10㎛∼1000㎛인 것이 봉지 효과의 관점에서 바람직하고, 200㎛∼800㎛인 것이 보다 바람직하다.
또한, 형광 물질을 포함하는 제2 봉지층의 두께는, 파장 변환 효율의 관점에서, 1㎛∼800㎛인 것이 바람직하고, 10㎛∼600㎛인 것이 보다 바람직하다.
또한, 제1 봉지층 및 제2 봉지층의 총 두께에 대한, 형광 물질을 포함하는 제2 봉지층의 두께의 비율은, 0.1%∼80%인 것이 바람직하고, 1%∼50%인 것이 보다 바람직하다.
형광 물질을 포함하는 제2 봉지층 중의 형광 물질의 농도는, 형광 물질의 종류 등에 따라 적절하게 조정하는 것이 바람직하다. 일반적으로는, 제2 봉지층 중의 형광 물질의 함유율은, 분산매 수지 100 질량부에 대하여 0.00001∼30 질량부인 것이 바람직하고, 0.0001∼10 질량부인 것이 보다 바람직하다. 제2 봉지층 중의 형광 물질의 함유율을 0.0001 질량부 이상으로 함으로써, 파장 변환 효율이 보다 충분하게 되고, 또한, 10 질량부 이하로 함으로써, 태양 전지 셀에 도달하는 광량의 저하를 더욱 억제할 수 있다.
이하에서 도면을 참조하면서, 본 발명의 태양 전지 모듈을 설명한다.
도 1은, 본 발명의 태양 전지 모듈을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1의 태양 전지 모듈에서는, 태양 전지 셀(10)의 수광면 측의 표면에, 보호 유리(커버 유리라고도 함)(20)를 구비한다. 보호 유리(20)로서는, 특별히 제한되지 않지만, 내충격성을 고려하여 강화 유리가 일반적으로 사용된다. 그리고, 하기에 나타내는 봉지재(충전재라고도 함)와의 밀착성을 향상시키기 위하여, 보호 유리(20)의 봉지재 측의 표면은 엠보싱 가공에 의하여 요철 모양이 형성되는 것이 바람직하다. 보호 유리(20)의 수광측 표면은 평활해도 되고, 태양광의 도입 효율을 높이기 위해, 요철 형상이라도 된다.
보호 유리(20)와 태양 전지 셀(10) 사이에는, 봉지재(30)가 구비된다. 도 1에 있어서의 봉지재(30)는 2층으로 이루어지고, 광 입사측의 제1 봉지층(32)은 형광 물질을 포함하지 않는 층이며, 태양 전지 셀(10) 측의 제2 봉지층(34)은 형광 물질을 포함하는 층이다. 봉지재(30)를 구성하는 재료에 대한 상세한 것에 대해서는 후술한다.
태양 전지 모듈에 있어서, 태양 전지 셀(10)의 배면 측에는 백 필름(40)을 구비한다. 백 필름(40)과 태양 전지 셀(10) 사이에는, 모듈 배면으로부터의 충격 등으로부터 태양 전지 셀을 보호 봉지하기 위한 배면용 봉지재(36)를 구비한다. 배면용 봉지재(36)는 태양 전지 셀을 보호 봉지할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 형광 물질을 포함하지 않는 제1 봉지층(32)과 동일한 것을 적용할 수도 있다.
도 1에서는 도시하지 않지만, 본 발명의 태양 전지 모듈에서는, 반사 방지막 등 통상 태양 전지 모듈에 설치되는 부재를 더 가지고 있어도 된다.
＜파장 변환형 태양 전지 봉지재＞
이하에서는, 본 발명의 파장 변환형 태양 전지 봉지재에 사용하는 물질에 대하여, 상세하게 설명한다.
(형광 물질)
본 발명에 사용하는 바람직한 형광 물질로서는, 희토류 금속의 유기 착체를 예로 들 수 있다. 그 중에서도 유로퓸 착체 또는 사마륨 착체가 바람직하고, 유로퓸 착체가 보다 바람직하다.
형광 물질에 유로퓸 착체를 사용함으로써, 높은 발전 효율을 가지는 태양 전지 모듈을 실현할 수 있다. 유로퓸 착체는, 자외선역의 광을 높은 파장 변환 효율로 적색 파장역의 광으로 변환시키고, 이 변환된 광이 태양 전지 셀에서 발전에 기여한다.
유로퓸 착체는, 중심 원소인 유로퓸(Eu) 외에, 배위자가 되는 분자가 필요하지만, 본 발명에서는 배위자의 종류는 제한되지 않으며, 유로퓸과 착체를 형성하는 분자이면, 어떤 것이라도 된다.
이와 같은 유로퓸 착체로 이루어지는 형광 물질의 일례로서는, 희토류 착체, 예를 들면, Eu(TTA)3phen 등을 이용할 수 있다. Eu(TTA)3phen의 제조법은, 예를 들면, Masaya Mitsuishi, Shinji Kikuchi, Tokuji Miyashita, Yutaka Amano, J. Mater. Chem. 2003, 13, 2875-2879에 개시되어 있는 방법을 참조할 수 있다.
본 발명에서는, 착체의 배위자를 한정하는 것은 아니지만, 중성 배위자로서 카르복시산, 질소 함유 유기 화합물, 질소 함유 방향족 복소환식 화합물, β-디케톤류, 또는 포스핀옥사이드가 바람직하다.
희토류 착체의 배위자로서 일반식：R1COCHR2COR3(식중, R1은 아릴기, 알킬기, 시클로알킬기, 시클로알킬알킬기, 아랄킬기 또는 이들의 치환체를, R2는, 수소 원자, 알킬기, 시클로알킬기, 시클로알킬알킬기, 아랄킬기 또는 아릴기를, R3는 아릴기, 알킬기, 시클로알킬기, 시클로알킬알킬기, 아랄킬기 또는 이들의 치환체를 각각 나타냄)로 표시되는 β-디케톤류를 함유해도 된다.
β-디케톤류로서는, 구체적으로는 아세틸아세톤, 퍼플루오로아세틸아세톤, 벤조일-2-퓨라노일메탄, 1,3-비스(3-피리딜)-1,3-프로판디온, 벤조일트리플루오로아세톤, 벤조일아세톤, 5-클로로술포닐-2-테노일트리플루오로아세톤, 디(4-브로모)벤조일메탄, 디벤조일메탄, d,d-디캄포릴메탄, 1,3-디시아노-1,3-프로판디온, p-비스(4,4,5,5,6,6,6-헵타플루오로-1,3-헥산디노일)벤젠, 4,4'-디메톡시디벤조일메탄, 2,6-디메틸-3,5-헵탄디온, 디나프토일메탄, 디피바로일메탄, 비스(퍼플루오로-2-프로폭시프로피오닐)메탄, 1,3-디(2-티에닐)-1,3-프로판디온, 3-(트리플루오로아세틸)-d-캄포르, 6,6,6-트리플루오로-2,2-디메틸-3,5-헥산디온, 1,1,1,2,2,6,6,7,7,7-데카플루오로-3,5-헵탄디온, 6,6,7,7,8,8,8-헵타플루오로-2,2-디메틸-3,5-옥탄디온, 2-퓨릴트리플루오로아세톤, 헥사플루오로아세틸아세톤, 3-(헵타플루오로부티릴)-d-캄포르, 4,4,5,5,6,6,6-헵타플루오로-1-(2-티에닐)-1,3-헥산디온, 4-메톡시디벤조일메탄, 4-메톡시벤조일-2-퓨라노일메탄, 6-메틸-2,4-헵탄디온, 2-나프토일트리플루오로아세톤, 2-(2-피리딜)벤즈이미다졸, 5,6-디하이드록시-10-페난트롤린, 1-페닐-3-메틸-4-벤조일-5-피라졸, 1-페닐-3-메틸-4-(4-부틸벤조일)-5-피라졸, 1-페닐-3-메틸-4-이소부티릴-5-피라졸, 1-페닐-3-메틸-4-트리플루오로아세틸-5-피라졸, 3-(5-페닐-1,3,4-옥사디아졸-2-일)-2,4-펜탄디온, 3-페닐-2,4-펜탄디온, 3-[3',5'-비스(페닐메톡시)페닐]-1-(9-페난틸)-1-프로판-1,3-디온, 5,5-디메틸-1,1,1-트리플루오로-2,4-헥산디온, 1-페닐-3-(2-티에닐)-1,3-프로판디온, 3-(tert-부틸하이드록시메틸렌)-d-캄포르, 1,1,1-트리플루오로-2,4-펜탄디온, 1,1,1,2,2,3,3,7,7,8,8,9,9,9-테트라데카플루오로-4,6-노난디온, 2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디온, 4,4,4-트리플루오로-1-(2-나프틸)-1,3-부탄디온, 1,1,1-트리플루오로-5,5-디메틸-2,4-헥산디온, 2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디온, 2,2,6,6-테트라메틸-3,5-옥탄디온, 2,2,6-트리메틸-3,5-헵탄디온, 2,2,7-트리메틸-3,5-옥탄디온, 4,4,4-트리플루오로-1-(티에닐)-1,3-부탄디온(TTA), 1,3-디페닐-1,3-프로판디온, 벤조일아세톤, 디벤조일아세톤, 디이소부티로일메탄, 디피발로일메탄, 3-메틸펜탄-2,4-디온, 2,2-디메틸펜탄-3,5-디온, 2-메틸-1,3-부탄디온, 1,3-부탄디온, 3-페닐-2,4-펜탄디온, 1,1,1-트리클로로-2,4-펜탄디온, 1,1,1-트리클로로-5,5-디메틸-2,4-헥산디온, 2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디온, 3-메틸-2,4-펜탄디온, 2-아세틸시클로펜타논, 2-아세틸시클로헥사논, 1-헵타클로로프로필-3-tert-부틸-1,3-프로판디온, 1,3-디페닐-2-메틸-1,3-프로판디온, 및 1-에톡시-1,3-부탄디온 등을 예로 들 수 있다.
희토류 착체의 중성 배위자의 질소 함유 유기 화합물, 질소 함유 방향족 복소환식 화합물, 포스핀옥사이드로서는, 예를 들면, 1,10-페난트롤린, 2-2'-비피리딜, 2-2'-6,2"-터피리딜, 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린, 2-(2-피리딜)벤즈이미다졸, 트리페닐포스핀옥사이드, 트리-n-부틸포스핀옥사이드, 트리-n-옥틸포스핀옥사이드, 트리-n-부틸포스페이트 등이 있다.
상기 형광 물질은, 수지 입자에 내포되어 있는 것이 보다 바람직하다(구상(spherical shape) 형광체라고도 함). 상기 수지 입자를 구성하는 모노머 화합물로서는 특별히 제한은 없지만, 광의 산란 억제의 관점에서, 비닐 화합물인 것이 바람직하다. 또한, 상기 형광 물질을 수지 입자에 내포시키는 방법으로서는, 통상적으로 사용되는 방법을 특별히 제한없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 형광 물질과 수지 입자를 구성하는 모노머 화합물의 혼합물을 조제하고, 이것을 중합함으로써 조제할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면, 형광 물질 및 비닐 화합물을 포함하는 혼합물을 조제하고, 라디칼 중합 개시제를 사용하여 비닐 화합물을 중합함으로써, 형광 물질이 내포된 수지 입자(구상 형광체)로서 파장 변환용 형광 재료를 구성할 수 있다. 그리고, 본 발명에 있어서 파장 변환용 형광 재료란, 형광 물질을 포함한 비닐 화합물을 중합하여 얻어지는 상태의 것을 지칭한다.
상기 파장 변환용 형광 재료의 평균 입자 직경은, 광 이용 효율 향상의 관점에서 0.001㎛∼600㎛인 것이 바람직하고, 0.005㎛∼300㎛인 것이 보다 바람직하고, 0.01㎛∼250㎛인 것이 더욱 바람직하다.
파장 변환용 형광 재료의 평균 입자 직경은, 레이저 회절 산란 입도 분포 측정 장치(예를 들면, 벡크만·쿨터사 제조, LS13320)를 사용하여 행할 수 있다.
본 발명에 있어서 비닐 화합물이란, 에틸렌성 불포화 결합을 적어도 1개 가지는 화합물이면 특별히 제한은 없으며, 중합 반응했을 때 비닐 수지, 특히 아크릴 수지 또는 메타크릴 수지로 될 수 있는 아크릴 모노머, 메타크릴 모노머, 아크릴 올리고머, 메타크릴 올리고머 등을 특별히 제한없이 사용할 수 있다. 본 발명에서 바람직하게는, 아크릴 모노머, 및 메타크릴 모노머 등을 예로 들 수 있다.
아크릴 모노머, 및 메타크릴 모노머로서는, 아크릴산, 메타크릴산, 이들의 알킬 에스테르를 예로 들 수 있고, 또한 이들과 공중합할 수 있는 그 외의 비닐 화합물을 병용해도 되고, 1종 단독으로 사용할 수도 있고, 2 종류 이상을 조합하여 사용할 수도 있다.
아크릴산 알킬에스테르, 및 메타크릴산 알킬에스테르로서는, 예를 들면, 아크릴산 메틸, 메타크릴산 메틸, 아크릴산 에틸, 메타크릴산 에틸, 아크릴산 부틸, 메타크릴산 부틸, 아크릴산 2-에틸헥실, 메타크릴산 2-에틸헥실 등의 아크릴산 무치환 알킬에스테르 및 메타크릴산 무치환 알킬에스테르；디시클로펜테닐(메타)아크릴레이트；테트라하이드로푸르프릴(메타)아크릴레이트；벤질(메타)아크릴레이트；다가 알코올에 α,β-불포화 카르복시산을 반응시켜 얻어지는 화합물[예를 들면, 폴리에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트(에틸렌기의 수가 2∼14의 것), 트리메틸올프로판디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판에톡시트리(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판프로폭시트리(메타)아크릴레이트, 테트라메틸올메탄트리(메타)아크릴레이트, 테트라메틸올메탄테트라(메타)아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜디(메타)아크릴레이트(프로필렌기의 수가 2∼14의 것), 디펜타에리트리톨펜타(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사(메타)아크릴레이트, 비스페놀 A 폴리옥시에틸렌디(메타)아크릴레이트, 비스페놀 A 디옥시에틸렌디(메타)아크릴레이트, 비스페놀 A 트리옥시에틸렌디(메타)아크릴레이트, 비스페놀 A 데카옥시에틸렌디(메타)아크릴레이트 등]；글리시딜기 함유 화합물에 α,β-불포화 카르복시산을 부가하여 얻어지는 화합물(예를 들면, 트리메틸올프로판트리글리시딜에테르트리아크릴레이트, 비스페놀 A 디글리시딜에테르디아크릴레이트 등)；다가 카르복시산(예를 들면, 무수 프탈산)과 수산기 및 에틸렌성 불포화기를 가지는 물질[예를 들면, β-하이드록시에틸(메타)아크릴레이트]과의 에스테르화물；우레탄(메타)아크릴레이트[예를 들면, 톨릴렌디이소시아네이트와 2-하이드록시에틸(메타)아크릴산 에스테르와의 반응물, 트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트와 시클로헥산디메탄올과 2-하이드록시에틸(메타)아크릴산 에스테르와의 반응물 등]； 이들 알킬기에 수산기, 에폭시기, 할로겐기 등이 치환된 아크릴산 치환 알킬에스테르 또는 메타크릴산 치환 알킬에스테르 등이 있다.
또한, 아크릴산, 메타크릴산, 아크릴산 알킬에스테르 또는 메타크릴산 알킬에스테르와 공중합할 수 있는 그 외의 비닐 화합물로서는, 아크릴아미드, 아크릴로니트릴, 디아세톤아크릴아미드, 스티렌, 비닐톨루엔 등을 예로 들 수 있다. 이들 비닐 모노머는, 1종 단독으로 사용할 수도 있고, 2 종류 이상을 조합하여 사용할 수도 있다.
본 발명에 있어서의 비닐 화합물로서는, 아크릴산 알킬 에스테르 및 메타크릴산 알킬에스테르로부터 선택되는 적어도 1종을 사용하는 것이 바람직하고, 아크릴산 메틸, 메타크릴산 메틸, 아크릴산 에틸, 및 메타크릴산 에틸로부터 선택되는 적어도 1종을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명에 있어서는 비닐 화합물을 중합시키는 위해 라디칼 중합 개시제를 사용하는 것이 바람직하다. 라디칼 중합 개시제로서는, 특별히 제한없이 통상적으로 사용되는 라디칼 중합 개시제를 사용할 수 있다. 예를 들면, 과산화물 등이 바람직하다. 구체적으로는, 열에 의해 유리(遊離) 라디칼을 발생시키는 유기 과산화물이 바람직하다.
유기화 산화물로서는, 예를 들면, 이소부틸퍼옥사이드, α,α'비스(네오데카노일퍼옥시)디이소프로필벤젠, 큐밀퍼옥시네오데카노에이트, 디-n-프로필퍼옥시디카보네이트, 디-s-부틸퍼옥시디카보네이트, 1,1,3,3-테트라메틸부틸네오데카노에이트, 비스(4-tert-부틸시클로헥실)퍼옥시디카보네이트, 1-시클로헥실-1-메틸에틸퍼옥시네오데카노에이트, 디-2-에톡시에틸퍼옥시디카보네이트, 비스(에틸헥실퍼옥시)디카보네이트, tert-헥실네오데카노에이트, 디메톡시부틸퍼옥시디카보네이트, 비스(3-메틸-3-메톡시부틸퍼옥시)디카보네이트, tert-부틸퍼옥시네오데카노에이트, tert-헥실퍼옥시피발레이트, 3,5,5-트리메틸헥사노일퍼옥사이드, 옥타노일퍼옥사이드, 라우로일퍼옥사이드, 스테아로일퍼옥사이드, 1,1,3,3-테트라메틸부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, 숙신산 퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-다(2-에틸헥사노일)헥산, 1-시클로헥실-1-메틸에틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, tert-헥실퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, 4-메틸벤조일퍼옥사이드, tert-부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, m-톨루오일벤조일퍼옥사이드, 벤조일 퍼옥사이드, tert-부틸퍼옥시이소부틸레이트, 1,1-비스(tert-부틸퍼옥시)2-메틸시클로헥산, 1,1-비스(tert-헥실퍼옥시)-3,3,5-트리메틸시클로헥산, 1,1-비스(tert-헥실퍼옥시)시클로헥산, 1,1-비스(tert-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸시클로헥산, 1,1-비스(tert-부틸퍼옥시)시클로헥사논, 2,2-비스(4,4-디부틸퍼옥시시클로헥실)프로판, 1,1-비스(tert-부틸퍼옥시)시클로도데칸, tert-헥실퍼옥시이소프로필모노카보네이트, tert-부틸퍼옥시말레산, tert-부틸퍼옥시-3,5,5-트리메틸헥사노에이트, tert-부틸퍼옥시라우레이트, 2,5-디메틸-2,5-비스(m-톨루오일퍼옥시)헥산, tert-부틸퍼옥시이소프로필모노카보네이트, tert-부틸퍼옥시-2-에틸헥실모노카보네이트, tert-헥실퍼옥시벤조에이트, 2,5-디메틸-2,5-비스(벤조일퍼옥시)헥산, tert-부틸퍼옥시아세테이트, 2,2-비스(tert-부틸퍼옥시)부탄, tert-부틸퍼옥시벤조에이트, n-부틸-4,4-비스(tert-부틸퍼옥시)발레레이트, 디-tert-부틸퍼옥시이소프탈레이트, α,α'비스(tert-부틸퍼옥시)디이소프로필벤젠, 디큐밀퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-비스(tert-부틸퍼옥시)헥산, tert-부틸큐밀퍼옥사이드, 디-tert-부틸퍼옥시, p-멘탄하이드로퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-비스(tert-부틸퍼옥시)헥신, 디이소프로필벤젠하이드로퍼옥사이드, tert-부 트리메틸실릴퍼옥사이드, 1,1,3,3-테트라메틸부틸하이드로퍼옥사이드, 쿠멘하이드로퍼옥사이드, tert-헥실하이드로퍼옥사이드, tert-부틸하이드로퍼옥사이드, 2,3-디메틸-2,3-디페닐부탄 등을 사용할 수 있다.
라디칼 중합 개시제의 사용량은, 상기 비닐 화합물의 종류나 형성되는 수지 입자의 굴절률 등에 따라 적절하게 선택할 수 있고, 통상적으로 사용되는 사용량으로 사용된다. 구체적으로는, 예를 들면, 비닐 화합물 100 질량부에 대하여 0.1∼15 질량부로 사용할 수 있고, 0.5∼10 질량부로 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서의 파장 변환용 형광 재료는, 상기 형광 물질 및 비닐 화합물, 필요에 따라 과산화물 등의 라디칼 중합 개시제 등을 혼합하여, 형광 물질을 비닐 화합물 중에 용해 또는 분산시키고, 이것을 중합함으로써 얻어진다. 혼합 방법으로서는 특별히 제한은 없으며, 예를 들면, 교반함으로써 행하면 된다.
형광 물질의 바람직한 함유량은, 비닐 화합물 100 질량부에 대하여 0.001∼30 질량부인 것이 바람직하고, 0.01∼20 질량부인 것이 보다 바람직하고, 0.01∼10 질량부인 것이 더욱 바람직하다.
(분산매 수지)
본 발명의 파장 변환형 태양 전지 봉지재는, 상기 형광 물질 또는 상기 파장 변환용 형광 재료를 분산시키는 분산매 수지를 함유한다. 분산매 수지의 구체적인 예로서는, 아크릴계 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리올레핀 수지, 폴리염화 비닐 수지, 폴리에테르술폰 수지, 폴리아릴레이트 수지, 폴리비닐 아세탈계 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 불소 수지, 이들의 공중합체 등을 들 수 있다. 상기 분산매 수지는 1종 단독으로 사용할 수도 있고, 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수도 있다.
상기 아크릴계 수지로서는, (메타)아크릴산 에스테르 수지 등을 예로 들 수 있다. 폴리올레핀 수지로서는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등을 예로 들 수 있다. 폴리비닐 아세탈계 수지로서는, 폴리비닐포르말, 폴리비닐부티랄(PVB 수지), 변성 PVB 등을 예로 들 수 있다.
또한, (메타)아크릴산 에스테르 수지란, 아크릴산 에스테르 또는 메타크릴산 에스테르로부터 유래하는 구성 단위를 가지는 것을 의미하고, 아크릴산 알킬에스테르 또는 메타크릴산 알킬에스테르로서는, 예를 들면, 아크릴산 무치환 알킬에스테르 또는 메타크릴산 무치환 알킬에스테르나, 이들 알킬기에 수산기, 에폭시기, 할로겐기 등이 치환된 아크릴산 치환 알킬에스테르 및 메타크릴산 치환 알킬에스테르 등이 있다.
아크릴산 에스테르 또는 메타크릴산 에스테르는, 아크릴산 또는 메타크릴산의 탄소수 1∼10의 알킬에스테르가 바람직하고, 탄소수 2∼8의 알킬에스테르가 보다 바람직하다.
아크릴산 에스테르 또는 메타크릴산 에스테르로서, 구체적으로는, 메타크릴산에틸, 메타크릴산 부틸, 메타크릴산 2-에틸헥실, 메타크릴산 2-하이드록시에틸, 메타크릴산 시클로헥실, 메타크릴산 페닐, 메타크릴산 벤질, 아크릴산 메틸, 아크릴산 에틸, 아크릴산 부틸, 아크릴산 2-에틸헥실, 아크릴산 2-하이드록시에틸, 아크릴산 시클로헥실, 아크릴산 페닐, 아크릴산 벤질 등을 예시할 수 있다.
(메타)아크릴산 에스테르 수지는, 아크릴산 에스테르 또는 메타크릴산 에스테르 이외에, 이들과 공중합 가능한 불포화 단량체를 사용하여 공중합체로 만들어도 된다.
상기 불포화 단량체로서는, 메타크릴산, 아크릴산과 같은 불포화 산류；스티렌, α-메틸스티렌, 아크릴아미드, 디아세톤아크릴아미드, 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, 무수 말레산, 페닐말레이미드, 시클로헥실말레이미드 등을 예로 들 수 있고, 필요에 따라 이들 중 2종 이상을 사용할 수도 있다. 이들 불포화 단량체는, 1종 단독으로 또는 2 종류 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
이들 중에서도, (메타)아크릴산 에스테르 수지로서는, 아크릴산 메틸, 아크릴산 에틸, 아크릴산 이소부틸, 아크릴산 n-부틸, 아크릴산 2-에틸헥실, 메타크릴산 메틸, 및 메타크릴산 n-부틸로부터 유래하는 구성 단위를 가지는 것이 바람직하고, 내구성이나 범용성의 관점에서는, 메타크릴산 메틸로부터 유래하는 구성 단위를 가지는 것이 보다 바람직하다.
공중합체의 수지로서는, 예를 들면, (메타)아크릴산 에스테르-스틸렌 공중합체, 에틸렌-아세트산 비닐 공중합체(이하 EVA라고 함) 등이 있다.
분산매 수지로서는, 내습성이나, 비용, 범용성의 면에서 EVA가 바람직하고, 또한 내구성과 표면 경도의 면에서는 (메타)아크릴산 에스테르 수지가 바람직하다. 또한, EVA와 (메타)아크릴산 에스테르 수지와의 병용이, 양자의 이점을 겸비하는 관점에서 매우 적합하다.
EVA로서는, 아세트산 비닐 단위의 함유율이 1∼50 질량%인 것이 바람직하고, 3∼35 질량%인 것이, 형광 물질의 봉지재로의 균일한 분산성의 면에서 바람직하다.
그리고, 시트 성형의 관점에서는, EVA에 있어서의 아세트산 비닐 단위의 함유율이 10∼50 질량%인 것이 바람직하고, 20∼35 질량%인 것이 보다 바람직하다.
EVA는 시판되고 있는 것을 적용할 수 있으며, 시판품으로서는, 예를 들면, 도소(주)에서 제조한 울트라센, 미쓰이·듀퐁폴리케미컬가부시키가이샤에서 제조한 에바플렉스, 아사히화성케미컬즈사에서 제조한 선텍 EVA, 우베마루젠폴리에틸렌사에서 제조한 UBE EVA 코폴리머, 스미토모화학사에서 제조한 에바테이트, 일본폴리에틸렌사에서 제조한 노바텍 EVA 등이 있다.
EVA와 메타크릴산 메틸을 병용하는 경우에는, EVA와 메타크릴산 메틸의 총량 100 질량부에 대하여, EVA의 함유율이 50 질량부 이상인 것이 바람직하고, 70 질량부 이상인 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 분산매 수지는, 가교성 모노머를 더하여, 가교 구조를 가지는 수지로 만들어도 된다.
가교성 모노머로서는, 예를 들면, 다가 알코올에 α,β-불포화 카르복시산을 반응시켜 얻어지는 화합물[예를 들면, 폴리에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트(에틸렌기의 수가 2∼14의 것), 트리메틸올프로판디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판에톡시트리(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판프로폭시트리(메타)아크릴레이트, 테트라메틸올메탄트리(메타)아크릴레이트, 테트라메틸올메탄테트라(메타)아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜디(메타)아크릴레이트(프로필렌기의 수가 2∼14의 것), 디펜타에리트리톨펜타(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사(메타)아크릴레이트, 비스페놀 A 폴리옥시에틸렌디(메타)아크릴레이트, 비스페놀 A 디옥시에틸렌디(메타)아크릴레이트, 비스페놀 A 트리옥시에틸렌디(메타)아크릴레이트, 비스페놀 A 데카옥시에틸렌디(메타)아크릴레이트 등]；글리시딜기 함유 화합물에 α,β-불포화 카르복시산을 부가하여 얻어지는 화합물(예를 들면, 트리메틸올프로판트리글리시딜에테르트리아크릴레이트, 비스페놀 A 디글리시딜에테르디아크릴레이트 등)；다가 카르복시산(예를 들면, 무수 프탈산)과 수산기 및 에틸렌성 불포화기를 가지는 물질[예를 들면, β-하이드록시에틸(메타)아크릴레이트]과의 에스테르화물；우레탄(메타)아크릴레이트[예를 들면, 톨릴렌디이소시아네이트와 2-하이드록시에틸(메타)아크릴산 에스테르와의 반응물, 트리메틸헥사메틸렌지이소시아네이트와 시클로헥산디메탄올와 2-하이드록시에틸(메타)아크릴산 에스테르와의 반응물 등] 등이 있다.
특히 바람직한 가교성 모노머로서는, 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨테트라(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사(메타)아크릴레이트, 비스페놀 A 폴리옥시에틸렌디메타크릴레이트를 예로 들 수 있다.
그리고, 상기 가교성 모노머는 1종 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용된다.
상기 분산매 수지는, 상기 모노머에 라디칼 중합 개시제를 더하여, 가열 또는 광 조사함으로써 중합하거나, 또는 가교 구조를 가지도록 할 수 있다.
상기 라디칼 중합 개시제로서는, 특별히 제한없이 통상적으로 사용되는 라디칼 중합 개시제를 사용할 수 있다. 예를 들면, 전술한 과산화물 등이 있다.
상기 분산매 수지의 중량 평균 분자량은, 유동성의 관점에서 10,000∼100,000인 것이 바람직하고, 10,000∼50,000인 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 파장 변환형 태양 전지 봉지재에는, 전술한 것 외에, 필요에 따라 자외선 흡수제, 커플링제, 가소제, 난연제, 산화 방지제, 광 안정제, 방청제, 가공 조제 등을 함유할 수도 있다.
본 발명의 파장 변환형 태양 전지 봉지재는, 공지의 기술을 이용하여 제조할 수 있다. 예를 들면, 적어도 상기 형광 물질 또는 파장 변환용 형광 재료(구상 형광체) 및 분산매 수지, 나아가서는 필요에 따라 그 외의 첨가제를 용융 혼련한 조성물을 시트형으로 성형하는 방법, 또는 상기 분산매 수지를 바니스화하고 상기 형광 물질 또는 파장 변환용 형광 재료(구상 형광체)를 첨가한 후, 시트형으로 성형하고, 용매를 제거하는 방법 등을 이용할 수 있다.
구체적으로는, 예를 들면, 스페이서를 개재하여 2개의 이형 시트를 대향시키고, 2개의 이형 시트 사이에 형성된 공극에 상기 용융 혼련한 조성물을 부여하고, 양쪽으로부터 열 프레스하여 제2 봉지층을 형성하고, 또한 동일한 방법을 사용하되 형광 물질을 함유하지 않는 제1 봉지층을 형성하고, 이 제2 봉지층과 제1 봉지층을 적층하여, 이것을 이형 시트에 끼우고 양쪽으로부터 열프레스함으로써, 파장 변환형 태양 전지 봉지재를 얻을 수 있다.
＜태양 전지 모듈＞
본 발명에 있어서, 태양 전지 모듈은, 반사 방지막(도시하지 않음), 보호 유리(20), 전술한 파장 변환형 태양 전지 봉지재(30), 태양 전지 셀(10), 배면용 봉지재(36), 백 필름(40), 셀 전극(도시하지 않음), 탭선(도시하지 않음) 등의 필요 부재로 구성된다.
이들 부재 중, 태양 전지 셀(10)보다 광 입사측에 존재하는 것은, 반사 방지막(도시하지 않음), 보호 유리(20), 및 본 발명의 파장 변환형 태양 전지 봉지재(30)이며, 이 순서로 설치된다.
본 발명의 태양 전지 모듈에 있어서, 모든 각도로부터 입사되는 외부 광이 반사 손실이 적고, 또한 효율적으로 태양 전지 셀 내에 도입되기 위하여, 파장 변환형 태양 전지 봉지재(30)의 굴절률이, 상기 파장 변환형 태양 전지 봉지재(30)보다 광 입사측에 배치되는 광투과성 층, 즉 반사 방지막, 보호 유리(20) 등의 굴절률보다 높고, 또한 상기 파장 변환형 태양 전지 봉지재(30)보다 광 입사측의 반대편에 배치되는 광투과성 층, 즉 셀 반사 방지막(도시하지 않음) 및 Si 등으로 이루어지는 태양 전지 셀(10)의 굴절률보다 낮게 하는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명의 태양 전지 모듈에서는, 태양 전지 셀(10) 및 태양 전지 셀(10)보다 광 입사측에 설치되는 층[예를 들면, 보호 유리(20), 보호 유리(20)보다 광 입사측에 설치되는 반사 방지막(도시하지 않음) 등]에 있어서, 태양 전지 셀(10)에 가까운 쪽에 설치된 층의 굴절률은, 거기에 인접하여 광 입사측에 설치된 층의 굴절률과 같은 정도이거나 또는 그보다 높은 것이 바람직하다.
상세하게는, 태양 전지 셀(10) 및 태양 전지 셀(10)보다 광 입사측에 설치되는 층이 m층(m은 2 이상)으로 이루어지고, 상기 m개의 층 각각의 굴절률을, 광 입사측으로부터 차례로 n1, n2,···, nm -1, nm으로 했을 때, n1≤n2≤····≤nm -1≤nm이 성립되는 것이 바람직하다. 그리고, 본 발명의 파장 변환형 태양 전지 봉지재(30)는, 2층 이상의 봉지층에 의해 구성되므로, 2층 봉지층의 굴절률도 전술한 관계를 만족시키는 것이 바람직하다.
구체적으로는, 파장 변환형 태양 전지 봉지재(30)로부터 광 입사측에 배치되는 광투과성 층, 즉 반사 방지막의 굴절률은, 1.25∼1.45, 보호 유리(20)의 굴절률은, 통상 1.45∼1.55 정도의 것이 사용된다. 상기 파장 변환형 태양 전지 봉지재로부터 광 입사측의 반대편에 배치되는 광투과성 층, 즉 태양 전지 셀의 셀 반사 방지막의 굴절률은, 통상 1.9∼2.1 정도, 및 태양 전지 셀을 구성하는 Si층 등의 굴절률은, 통상 3.3∼3.4 정도의 것이 사용된다.
그리고, 광투과성 층의 그 외의 층의 바람직한 굴절률은, 이하에 나타낸 바와 같다. 예를 들면, 광투과성 층의 광 입사측으로부터 3층을 a층, b층, c층으로 했을 때, 각 층의 굴절률 na, nb, nc가, 하기 식 (1)을 만족시키거나, 근사하는 것이 바람직하다.
nb = (na·nc)0.5 …(1)
그리고, 일본 출원 2010-120647의 개시 내용은 참조에 의해 그 전문이 본 명세서에 포함된다.
본 명세서에 기재된 모든 문헌, 특허 출원, 및 기술 규격은, 각각의 문헌, 특허 출원, 및 기술 규격이 참조에 의해 본 명세서에 포함되는 것이 구체적이며 각각에 기재된 경우와 동일한 정도로, 본 명세서 중에 참조에 의해 포함된다.
[실시예]
이하에서, 실시예에 따라서, 본 발명을 보다 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
＜형광 물질의 합성＞
4,4,4-트리플루오로-1-(티에닐)-1,3-부탄디온(TTA) 200 mg을 7 ml의 에탄올에 용해시키고, 여기에 1 M의 수산화 나트륨 1.1 ml를 부가하여 혼합하였다. 7 ml의 에탄올에 용해시킨 6.2 mg의 1,10-페난트롤린을 전술한 혼합 용액에 부가하여, 1시간 교반한 후, EuCl3·6H2O를 103 mg 포함하는 3.5 ml 수용액을 부가하여, 침전물을 얻었다. 이것을 여과하고, 에탄올로 세정하고, 건조시켜, 형광 물질 Eu(TTA)3Phen을 얻었다.
＜파장 변환용 형광 재료(구상 형광체)의 조제＞
형광 물질로서 상기에서 얻어진 Eu(TTA)3Phen을 0.3 질량부, 비닐 화합물로서 메타크릴산 메틸을 60 질량부, 연쇄 이동제로서 n-옥탄티올을 0.012 질량부 사용하고, 이들을 혼합 교반하여 모노머 혼합액을 준비하였다. 또한, 이온 교환수를 300 질량부, 계면활성제로서 가오(주)에서 제조한 알킬벤젠술폰산 나트륨 G-15를 3.65 질량부 부가하고, 여기에 전술한 모노머 혼합액을 부가하여, 환류관, 질소류하의 플라스크를 사용하고, 교반하면서, 60℃로 유지하였고, 라디칼 중합 개시제로서 과황산 칼륨을 0.03 질량부 부가하여, 유화 중합을 4시간 행하였고, 마지막으로에 90℃로 승온(昇溫)시켜, 중합 반응을 완결시켰다.
여기서 얻어진 파장 변환용 형광 재료는, 1차 입자 직경이 100 nm 정도인 입자상(粒子狀)이 되고, 이소프로필알코올 등으로 적절하게 후처리를 행하고, 이것을 여과, 건조시키고, 체(sieve)로 적절하게 분류하여, 입자형 파장 변환용 형광 재료(구상 형광체)를 얻었다.
＜파장 변환용 수지 조성물의 조제＞
투명 분산매 수지로서 도소(주)에서 제조한 에틸렌-아세트산 비닐 수지(EVA): NM30PW를 100 질량부, 아르케마요시토미(주)에서 제조한 과산화물 열라디칼 중합 개시제(본 실시예에서는, 가교제로서도 작용함)：루페록스 101을 1.5 질량부, 도레이·다우코닝(주)에서 제조한 실란 커플링제：SZ6030을 0.5 질량부, 및 형광 물질로서 0.01 질량부[파장 변환용 형광 재료(구상 형광체)의 형태로 첨가했다. 파장 변환용 형광 재료 1 질량부는, 형광 물질에 대해서는 0.005 질량부에 상당함]를 90℃의 롤 밀로 혼련하여, 파장 변환용 수지 조성물을 얻었다.
＜형광 물질을 포함하지 않는 제1 봉지 시트의 제조＞
상기 파장 변환용 수지 조성물의 조제에 있어서, 파장 변환용 형광 재료(구상 형광체)를 첨가하지 않는 점 이외는 동일한 방법으로 수지 조성물을 조제했다. 이 수지 조성물을 약 6 g의 이형 시트에 끼우고, 스테인레스제 스페이서를 사용하여, 열판을 90℃로 조정한 프레스기에 의해, 약 328㎛의 두께로 형광 물질을 함유하지 않는 제1 봉지 시트를 제조하였다.
＜형광 물질을 함유하는 제2 봉지 시트의 제조＞
전술한 바와 같이 하여 얻어진 파장 변환용 수지 조성물을, 스페이서의 두께를 변경한 점 이외는 상기 제1 봉지 시트의 제조 방법과 동일한 방법으로, 약 272㎛의 두께로 형광 물질을 함유하는 제2 봉지 시트를 얻었다.
＜파장 변환형 태양 전지 봉지재의 제조＞
상기 제1 봉지 시트와 제2 봉지 시트를 이형 시트에 끼우고, 스테인레스제 스페이서를 사용하고, 열판을 90℃로 조정한 프레스기에 의해, 2층 구조의 파장 변환형 태양 전지 봉지재를 얻었다. 얻어진 파장 변환형 태양 전지 봉지재의 두께는 600㎛였다.
＜배면용 태양 전지 봉지 시트의 제조＞
상기 제1 봉지 시트와 동일한 조성을 가지며 두께가 600㎛로 되도록 조절한 점 이외는 동일한 방법으로, 배면용 태양 전지 봉지 시트를 제조하였다.
＜파장 변환형 태양 전지 모듈의 제조＞
보호 유리로서의 강화 유리[아사히 유리(주) 제조] 상에, 파장 변환용 형광 재료(구상 형광체)를 포함하지 않는 제1 봉지 시트가 강화 유리에 접하도록 하여 상기 파장 변환형 태양 전지 봉지재를 탑재하고, 그 위에 기전력을 외부로 인출할 수 있도록 한 태양 전지 셀을 탑재하고, 또한 배면용 태양 전지 봉지 시트, 및 백 필름으로서 PET 필름[도요보(주) 제조, 상품명：A-4300]을 탑재하고, 태양 전지용진공 가압 라미네이터[(주)엔피씨, LM-50x50-S]를 사용하여, 열판 150℃, 진공 10분, 가압 15분의 조건에서 라미네이팅하여, 실시예 1의 태양 전지 모듈을 제조하였다.
그리고, 상기 기전력을 외부로 인출할 수 있도록 한 태양 전지 셀은, 히다치 화성공업(주)에서 제조한 태양 전지용 도전 필름 CF-105를 사용하여, 전용 압착 장치에 의해 탭선(두께 0.14 mm, 폭 2 mm, 아연 도금한 것)을 표면에 2개, 배면에 2개 접속하고, 또한 이들 표면 및 배면의 각각을 횡탭선[히다치 전선(주) 제조, A-TPS 0.23x6.0]을 사용하여, 외부 인출선으로 한 태양 전지 셀이다. 또한, 기전력을 외부로 인출할 수 있도록 한 태양 전지 셀에 대하여는, 모듈화하기 전에, 와코무 덴소(주)에서 제조한 솔라시뮬레이터 WXS-155S-10, AM1.5G, 에이코정기(주)에서 제조한 솔라시뮬레이터용 I-V 커브 트레이서 MP-160을 사용하여, 태양 전지 I-V 특성을 얻었다. Jsc(단락 전류 밀도)는, JIS-C-8914에 준거하여 측정하여 얻어진 것을 Jsc(셀)로 하였다.
[실시예 2]
＜2층 구조의 파장 변환형 태양 전지 봉지재의 제조＞
실시예 1에 있어서의 제1, 제2 봉지 시트의 제조에 있어서, 두께를 표 1에 기재된 바와 같이 변경한 점 이외는 동일한 방법으로, 실시예 2의 파장 변환형 태양 전지 봉지재를 제조하였다.
＜파장 변환형 태양 전지 모듈의 제조＞
상기 실시예 2의 파장 변환형 태양 전지 봉지재로 변경한 점 이외는 실시예 1과 동일한 방법으로, 실시예 2의 파장 변환형 태양 전지 모듈을 제조하였다.
[비교예 1, 2]
＜1층 구조의 파장 변환형 태양 전지 봉지재의 제조＞
두께를 표 1에 기재된 바와 같이 변경한 점 이외는 실시예 1에 있어서의 제2 봉지 시트의 제조 방법과 동일한 방법으로, 비교예 1 및 비교예 2의 파장 변환형 태양 전지 봉지재를 제조하였다.
＜파장 변환형 태양 전지 모듈의 제조＞
보호 유리로서의 강화 유리[아사히 유리(주) 제조] 상에, 상기 비교예 1 또는 비교예 2의 파장 변환형 태양 전지 봉지재를 탑재하고, 그 위에 기전력을 외부로 인출할 수 있도록 한 태양 전지 셀을 탑재하고, 또한 배면용 태양 전지 봉지 시트, 및 백 필름으로서 PET 필름[도요보(주) 제조, 상품명：A-4300]을 탑재하고, 태양 전지용 진공 가압 라미네이터[(주)엔피씨, LM-50x50-S]를 사용하여, 열판 150℃, 진공 10분, 가압 15분의 조건에서 라미네이팅하여, 비교예 1 및 비교예 2의 태양 전지 모듈을 제조하였다.
[태양 전지 모듈의 평가]
전술한 바와 같이 제조한 파장 변환형 태양 전지 모듈을 와코무 덴소(주)에서 제조한 솔라시뮬레이터 WXS-155S-10, AM1.5 G, 에이코정기(주)에서 제조한 솔라시뮬레이터용 I-V 커브 트레이서 MP-160을 사용하여, 태양 전지 I-V 특성을 얻었고, JIS-C-8914에 준거하여 측정하여 얻어진 Jsc(모듈)로 하였다. ΔJsc는, 이 값과 미리 측정된 Jsc(셀)를 사용하여, 하기 식으로부터 산출하였다.
ΔJsc = Jsc(모듈) - Jsc(셀)
얻어진 결과를 표 1에 기재하였고, 파장 변환용 형광 재료(구상 형광체)를 포함하는 파장 변환형 태양 전지 봉지 시트의 막 두께와 ΔJsc의 관계를 도 2에 정리하여 나타내었다.
[표 1]
Figure pct00001
표 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 형광 물질을 포함하는 층과 포함하지 않는 층의 2층으로 이루어지는 파장 변환형 태양 전지 봉지재에서는, 형광 물질을 포함하는 시트의 막 두께가 300㎛ 이하라도, 파장 변환형 태양 전지 봉지재가 형광 물질을 함유하는 1층으로 이루어지며, 그 막 두께가 590㎛의 시트보다 파장 변환 효과가 있는 것이 실증되었다. 즉, 형광 물질의 사용량이 반 이하로 억제되며, 또한 변환 효율이 향상되는 것이 밝혀졌다.
[실시예 3]
＜파장 변환용 형광 재료(구상 형광체) 2의 조제＞
전술한 바와 같이 얻어진 형광 물질 Eu(TTA)3Phen 0.05 g, 메타크릴산 메틸 95 g, 에틸렌글리콜디메타크릴레이트 5 g, 및 열라디칼 개시제인 2,2'-아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴) 0.5 g을 각각 칭량하여 200 ml 스크류관에 넣고, 초음파 세정기와 믹스 로터를 사용하여, 교반 혼합하였다. 냉각관을 부착한 세퍼러블 플라스크에 이온 교환수 500 g, 계면활성제로서 폴리비닐 알코올 1.69%의 용액 59.1 g을 더하여, 교반했다. 여기에 앞서 조제한 메타크릴산 메틸과 에틸렌글리콜디메타크릴레이트의 혼합액을 더하고, 이것을 350 rpm으로 교반하면서, 50℃로 가열하여, 4시간 반응시켰다. 이 현탁액을 벡크만·쿨터사에서 제조한 Beckman Coulter LS13320(고분해능 타입 레이저 회절 산란법 입도 분포 측정 장치)을 사용하여, 입경을 측정한 바, 체적 평균 직경이 104㎛였다. 침전물을 여과하고, 이온 교환수로 세정하고, 60℃에서 건조시켜, 현탁 중합에 의한 파장 변환용 형광 재료(구상 형광체) 2를 얻었다.
＜파장 변환용 수지 조성물 2의 조제＞
투명 분산매 수지로서 도소(주)에서 제조한 에틸렌-아세트산 비닐 수지(EVA)：NM30PW를 100 질량부, 아르케마요시토미(주)에서 제조한 과산화물 열라디칼 중합 개시제(본 실시예에서는, 가교제로서도 작용함)：루페록스 101을 1.5 질량부, 도레이·다우코닝(주)에서 제조한 실란 커플링제：SZ6030을 0.5 질량부, 및 전술한 바와 같이 얻어진 중합 후의 파장 변환용 형광 재료(구상 형광체) 2를 1 질량부(파장 변환용 형광 재료 1 질량부는 형광 물질 농도에 대해서는, 0.0005 질량부에 상당함)를 90℃의 롤 밀로 혼련하여, 파장 변환용 수지 조성물 2를 얻었다.
＜2층 구조의 파장 변환형 태양 전지 봉지재의 제조＞
상기 파장 변환용 수지 조성물 2로 변경한 점 이외는 실시예 1의 제1 봉지 시트의 제조 방법과 동일한 방법으로, 실시예 3의 파장 변환형 태양 전지 봉지재를 제조하였다.
＜파장 변환형 태양 전지 모듈의 제조＞
상기 실시예 3의 파장 변환형 태양 전지 봉지재로 변경한 점 이외는 실시예 1과 동일한 방법으로, 실시예 3의 파장 변환형 태양 전지 모듈을 제조하였다.
[태양 전지 모듈의 평가]
실시예 3의 파장 변환형 태양 전지 모듈의 평가를 상기 방법에 의해 행한 바, ΔJsc는 0.73 mA/cm2이며, 실시예 1보다 변환 효율이 우수한 것을 알았다.
10: 태양 전지 셀 20: 보호 유리
30: 파장 변환형 태양 전지 봉지재 32: 제1 봉지층
34: 제2 봉지층 36: 배면용 봉지재
40: 백 필름

Claims (4)

  1. 형광 물질을 함유하지 않는 제1 봉지층(封止層); 및
    형광 물질을 함유하는 제2 봉지층
    을 가지는 파장 변환형 태양 전지 봉지재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 형광 물질은, 유로퓸 착체(錯體)인, 파장 변환형 태양 전지 봉지재.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 형광 물질은, 비닐 화합물을 모노머 화합물로 하는 수지 입자에 내포되어 있는, 파장 변환형 태양 전지 봉지재.
  4. 태양 전지 셀; 및
    상기 태양 전지 셀의 수광면 측에 설치된, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 파장 변환형 태양 전지 봉지재
    를 가지는 태양 전지 모듈.
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