KR20140039111A - 태양전지 모듈용 이액형 열경화성 폴리우레탄 수지 조성물 및 그것을 사용하여 얻어진 태양전지 모듈 - Google Patents

태양전지 모듈용 이액형 열경화성 폴리우레탄 수지 조성물 및 그것을 사용하여 얻어진 태양전지 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양전지 모듈에 사용되는 열경화성 폴리우레탄 수지 조성물 및 이의 용도에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수증기 투과도 및 및 내후성을 개선시키기 위하여 지방족 고리구조 이소시아네이트(A)와 하이드록시알킬 변성 고분자 실록산(B)을 반응시킨 후, 다시 폴리올(C)과 반응시켜 얻어진 우레탄 프레폴리머(1)와,저분자량 폴리프로필렌글리콜(D)을 필수 성분으로 하는 경화제(2)를 포함하는 이액형 열경화성 우레탄 수지 조성물 및 이의 용도에 관한 것이다.
상기 조성물을 태양전지 모듈의 외부에 코팅시킬 경우 고온 환경 하에 장기간 노출되었을 경우에 변형 등을 일으키지 않을 정도의 내열성, 태양광 투과 효율 좋게 유도하기 위한 높은 투명성 및, 장기간 고온 다습한 외부에 노출되었을 때 수증기가 성형체를 투과하지 못하는 내투습성을 가지고 적당한 두께에서 우수한 물성을 갖는 태양전지 모듈을 제작할 수 있다.

Description

태양전지 모듈용 이액형 열경화성 폴리우레탄 수지 조성물 및 그것을 사용하여 얻어진 태양전지 모듈{Two Part Polyurethane Thermosetting Resin for Solar Cell Module and Its Solar Cell Module Obtained by Using It}
본 발명은 태양전지 모듈(module) 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단순한 구조를 가져 제조공정이 간단하여 제조가격을 낮출 수 있는 태양전지 모듈 제조용 수지의 제조 방법 및 그것을 이용하여 얻어지는 태양전지 모듈에 관한 것이다
태양전지 모듈은 통상적으로 전면 유리, 태양전지회로, 매립재 및 배면 구조물을 포함하며 각각의 부품들은 다음과 같은 기능을 갖는다. 전면유리는 모듈을 기계적 기후적 영향을 받지 않게 보호하는 역할과 함께 전류를 생성하는 실리콘 태양전지의 효율이 가능한 한 손실되지 않도록 하기 위해서, 태양광의 흡광도가 가능한 한 적게 손실되도록 높은 투명도를 가져야 한다.
매립재(통상적으로 에틸렌비닐아세테이트(EVA)시트를 사용, 이하 EVA 시트)는 모듈 부품들을 붙이는 역할을 한다. 약 150℃에서 라미네이션 과정을 거치는 동안 EVA 시트는 용융되어 접착성능에 의해 서로 연결되어 있는 태양전지들 위, 아래에서 사이에서 밀착되어 결합된다. 태양전지용 EVA 시트로 요구되는 물성은 EVA의 Vinylacetate(VA)의 함량에 의해 좌우되며, VA의 함량이 높을수록 인성, 충격강도, 유연성, 투명성, 접착성 등이 좋아지고, VA의 함량이 낮을수록 경도, 강인성, 융점, 기계적 강도 등이 좋아지는 특징을 가지고 있다.
태양전지 모듈 배면은 모듈 배면은 모듈의 조립 과정에서 긁힘 등이 생기지 않게 모듈을 기계적으로 보호하고 전기적 절연시키는 역할을 하며 태양전지와 EVA 시트를 수분과 산소로부터 보호하는 역할도 한다. 배면 구조물(이하 백시트)은 주로 복합필름으로 만들어진다. 실질적으로는 변형 PVF(폴리비닐 플루오라이드)-PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)-PVF 또는 PVF-알루미늄-PVF가 복합필름에서 사용된다. 태양전지 모듈에 사용되는 소위 하우징에 사용되는 물질들에 있어서 가장 중요한 요구 물성은 수증기와 산소에 대한 우수한 차단 효과를 가져야 한다. 태양전지 셀 그 자체는 수증기 또는 산소의 공격을 받지 않지만, 셀들을 전기적으로 연결하는 금속 접촉물의 부식이나 손상은 태양전지 모듈의 완전한 기능손상을 초래하는데, 왜냐하면 모듈 내 모든 태양전지는 통상적으로 전기적으로 직렬 연결되어 있어 수증기에 취약하기 때문이다. 이 외에도 수증기나 산소에 의해 모듈 내부의 EVA시트의 변성도 황변현상이나 이에 기인하는 광 흡수로 인한 출력 감소 및 외관상 열화를 초래하기도 한다.
현재의 태양전지 모듈 가격 대비 전류 생산 비용을 경쟁력 있는 수준으로 만들기 위해서는, 태양전지 모듈이 긴 내구 수명을 갖도록 해야 한다. 따라서 일반적으로 현재의 태양전지 모듈은 20 내지 30년의 수명을 갖도록 설계되며, 이를 입증하는 테스트를 거쳐야 판매가 가능하다. 따라서 태양전지 모듈은 내후성 시험(자외선광 조사 시험, 온습도(damp heat) 시험, 온도변화에 대한 안정성 시험), 우박충격시험(hail impact test) 및 전기절연성 시험을 포함하는 광범위한 안정성 시험(IEC 61215에 따르는 표준시험)의 적절한 기준을 통과하여야 한다.
또한, 태양전지 모듈의 총 생산비용의 30%에 이르는, 비교적 높은 비율의 비용이 모듈 제조에 들어간다. 이렇게 모듈 제조에 들어가는 비용의 비율이 높은 이유는 부품들의 가격이 비싸고, 조립방법이 복잡하고 자동화가 이루어지지 못하고 있고 조립 단계별 처리시간이 길기 때문이다.
전면유리는 구조적인 강도를 가지기 위하여 비교적 두껍기 때문에(두께 3 내지 4㎜), 통상적인 태양전지 모듈은 무게가 무겁고, 이로 인해 모듈을 건물이나 다른 구조물에 설치하여 발전소를 구축하기 위하여 복잡하고 값비싼 고정 장치가 필요하다.
이러한 상황에서 전면유리와 EVA시트 등을 합성수지로 대체하여 생산성과 제조원가를 낮추고 자동화 시키려는 연구 개발 및 발명시도가 시작되어 에폭시수지 또는 PET수지 등을 이용하여 태양전지 모듈 하우징의 개발시도가 지속되어 왔다.
최근에는 가장 우수한 물성과 광학특성을 가지는 폴리우레탄수지를 이용한 기술로, 대한민국 특허출원 제2002-0062000호에서 열가소성 고온 용융 접착제층을 갖는 광기전력 모듈 및 그의 제조방법을 제시하고 있고, 대한민국 특허출원 제2011-0118572호에서 폴리우레탄을 이용한 태양전지모듈 및 그 제조방법에 대한 내용을 개시하고 있고, 대한민국 특허공개 제2006-0069316호에서는 태양전지 모듈의 유리에 대한 우수한 접착성을 갖고, 우수한 압출 특성을 나타내며, 저장 또는 옥외노출 시에 황변되지 않도록 실란을 포함하는 폴리우레탄 수지를 개시하고 있어, 이 분야에 대한 기술이 폭넓게 개발되고 있다.
이러한 개발 기술들은 모두 간단한 주형에 폴리우레탄 투명 성형체를 주입하여 간단한 방법으로 태양전지 모듈을 생산할 수 있는 방법을 고안해 내었으나, 폴리우레탄 수지는 분자 내부의 우레탄기의 특성상 친수성이어서 수증기 투과도가 다른 고분자들 보다 높아서 태양전지용 모듈에는 적용하여 장기간 사용시에는 내부로 수증기가 침투하여 모듈의 기능이 정지할 수 있는 가능성이 높다는 단점을 가지고 있어, 모듈에 적용하기 위한 여러 가지 장점이 있음에도 불구하고 쉽게 적용이 되지 못하고 있다.
이에 본 발명자들은 태양전지 모듈용 열경화성 폴리우레탄 수지의 수증기 투과도 및 내후성을 개선시키기 위하여 하이드록시알킬 변성 실리콘 수지를 도입하여 유무기 하이브리드 형태의 우레탄 프레폴리머를 합성한 후 여기에 경화제를 반응시켜 형성되는 투명하면서도, 자외선 노출에 황변이 없으며 특히 수증기 투과도를 현저히 낮춘 태양전지 모듈용 이액형 타입의 폴리우레탄 성형체의 합성을 완성하였고, 이를 이용한 태양전지 모듈의 제조가 가능함을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
대한민국 특허출원 제2002-0062000호 대한민국 특허출원 제2011-0118572호 대한민국 특허공개 제2006-0069316호 WO 2011/033880
이에 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 고온, 다습한 환경 하에 장기간 노출되었을 경우에 수증기가 투과되지 않는 성질과 변형 등을 일으키지 않을 정도의 내열성, 태양광을 효율 좋게 유도하기 위한 높은 투명성 및, 내후성이 우수한 태양전지 모듈 하우징으로 성형 가능한 폴리우레탄 수지 조성물을 제공하여 태양전지 모듈을 제조하는 것이다.
이에, 본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 연구를 진행하는 가운데, 실리콘 수지의 내수성에 착안하여, 다양한 종류의 실리콘 화합물과 함께 폴리올이나 이소시아네이트와의 조합을 연구하여 지방족 고리구조 이소시아네이트(A)와 하이드록시알킬 변성 고분자 실록산(B)을 우선 반응시켜 실리콘 사슬을 도입시키고 다시 여기에 폴리올(C)을 반응시켜 얻어지는 세가지 부분으로 되어 있으며 분자 말단에 이소시아네이트기를 갖는 우레탄 프레폴리머(1)를 합성하여 완성한 후에 다시, 폴리프로필렌 글리콜 등을 포함한 성분을 함유하는 경화제(2)와 반응하여 완성되는 이액형 열경화성 우레탄 수지 조성물을 사용하면, 낮은 수증기 투과도 및 내발수성 보유하면서도, 기존의 투명성을 구비하고, 또한, 내후성 및 내충격성을 갖는 태양전지 모듈용 수지 조성물을 완성할 수 있음을 발견하였으며, 이를 이용하여 태양전지 모듈을 제조하여 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명은 지방족 고리구조 이소시아네이트(A)와 하이드록시알킬 변성 고분자 실록산(B)을 반응시킨 후, 다시 폴리올(C)과 반응시켜 얻어진 우레탄 프레폴리머(1)와,
저분자량 폴리프로필렌글리콜(D)을 필수 성분으로 하는 경화제(2)를 함유하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 이액형 열경화성 우레탄 수지 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 이액형 열경화성 우레탄 수지 조성물이 외부에 코팅된 태양전지 모듈을 제공한다.
본 발명에 의해 제조된 이액형 열경화성 우레탄 수지 조성물을 사용하여 태양전지 모듈에 사용하면 태양전지 모듈의 하우징 성형체로서의 물성이 우수하다.
특히, 종래 폴리우레탄 성형체 재질로는 불가능하였던 수증기 투과도를 현저히 낮추어 태양전지 모듈의 기본적인 요구조건인 고온다습한 상황에서 완벽하게 내부 태양전지를 보호할 수 있는 기능을 가지어 태양전지 모듈의 수명을 장기간 안정되게 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 유무기 하이브리드 타입의 이액형 열경화성 우레탄 수지 조성물을 이용하여 만들어진 태양전지 모듈은 종래의 방식에 의하여 만들어진 제품보다 가벼운 무게와 수증기 차단 및 방수능력이 발휘되어 호수면이나 해수면에 세워지는 태양광 발전소용 태양전지 모듈의 제조에도 더욱 적합하게 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 조성물을 태양전지 모듈에 적용하는 것을 보여주는 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 조성물이 도포된 태양전지 모듈을 보여주는 사진이다.
본 발명에 따른 태양전지 모듈은 분자 내부에 실리콘사슬이 도입되어 합성된 우레탄 프레폴리머와 경화제 조성물을 포함한다.
우선, 상기 지방족 고리구조 이소시아네이트 (A)에 대해서 설명한다.
상기 지방족 고리구조 이소시아네이트 (A)로서는, 예를 들면 이소포론디이소시아네이트, 1,3-비스(이소시아나토메틸)시클로헥산, 4,4'-디시클로헥실메탄디이소시아네이트, 2,4- 및/또는 2,6-메틸시클로헥산디이소시아네이트, 시클로헥실렌디이소시아네이트, 메틸시클로헥실렌디이소시아네이트, 비스(2-이소시아나토에틸)-4-시클로헥실렌-1,2-디카복실레이트 및 2,5- 및/또는 2,6-노르보르난디이소시아네이트, 다이머산디이소시아네이트, 비시클로헵탄트리이소시아네이트 등을 사용할 수 있고, 이들을 병용하여 사용해도 된다. 그 중에서도, 태양전지 모듈용 성형체에 우수한 투명성을 부여하는 관점에서는 디이소시아네이트를 사용하는 것이 보다, 4,4'-디시클로헥실메탄디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트 및 1,3-비스(이소시아나토메틸)시클로헥산을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 이것은 분자내부에 이중결합을 제거하여 자외선에 노출되었을 때 황변현상이 일어나지 않도록 개발된 원료로써 이미 무황변 타입의 투명한 우레탄 수지를 만드는데 보편적으로 사용되고 있다. 또한, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위라면, 방향족 환식 구조를 갖는 이소시아네이트를 병용해도 된다.
다음, 상기 하이드록시알킬 변성 고분자 실록산(B)에 대하여 설명한다.
본 발명의 조성물은 실란올 물질, 실록산올 물질, 2가의 유기 라디칼을 통해 부착된 2개 이상의 실리콘 원자를 가진 실리콘 물질, 실란올-관능성 실리콘 중간체 및 이들의 혼합물을 이용하여 제조될 수 있다.
상기 하이드록시알킬 변성 고분자 실록산 물질에 대해서는, 적당한 물질은 테트라메틸디실록산 디올, 테트라페닐디실록산 디올, 디페닐디메틸디실록산 디올, 디부틸디페닐 디실록산 디올, 폴리디메틸실록산, 실라놀 터미네이티드 폴리디메틸실록산, 하이드록시알킬터미네이티드 폴리디페닐디메틸디실록산 등과 같은 것을 포함한다. 바람직한 실록산 디올은 하기 화학식 1의 Power Chemical Corp.사제의 하이드록시프로필터미네이티드 폴리디메틸디실록산이다.
[화학식 1]
Figure pat00001
이외에도 하이드록시부틸터미네이티드 폴리디메틸디실록산(α,ω-hydroxybutyl, terminated polydimethylsiloxane), 하이드록시펜틸터미네이티드 폴리디메틸디실록산(α,ω-hydroxypentyl, terminated polydimethylsiloxane), 하이드록시헥실터미네이티드 폴리디메틸디실록산(α,ω-hydroxyhexyl, terminated polydimethylsiloxane) 등이 유용하다.
다음, 상기 이액형 열경화성 우레탄 수지의 제조에 사용하는 폴리올(C)에 대해서 설명한다.
상기 폴리올(C)로서는, 예를 들면 폴리에테르폴리올, 폴리에스테르폴리올, 폴리카보네이트폴리올 등을 사용할 수 있고, 이들을 병용하여 사용해도 된다. 그 중에서도 지방족 폴리에스테르폴리올을 사용하는 것이 내변색성이나 투명성을 향상시킬 수 있는 관점에서 바람직하다.
상기 폴리올(C)에 사용 가능한 폴리에스테르폴리올로서는, 예를 들면 저분자량의 폴리올과 폴리카르복시산을 에스테르화 반응하여 얻어지는 지방족 폴리에스테르폴리올이나, ε-카프로락톤, γ-발레로락톤 등의 환상(環狀) 에스테르 화합물을 개환 중합 반응하여 얻어지는 폴리에스테르나, 이들 공중합 폴리에스테르 등을 사용할 수 있다.
상기 저분자량의 폴리올로서는, 예를 들면 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 테트라에틸렌글리콜, 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 디프로필렌글리콜, 트리프로필렌글리콜, 1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 2,3-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,5-헥산디올, 1,6-헥산디올, 2,5-헥산디올, 1,7-헵탄디올, 1,8-옥탄디올, 1,9-노난디올, 1,10-데칸디올, 1,11-운데칸디올, 1,12-도데칸디올, 2-메틸-1,3-프로판디올, 네오펜틸글리콜, 2-부틸-2-에틸-1,3-프로판디올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 2-에틸-1,3-헥산디올, 2-메틸-1,8-옥탄디올, 글리세린, 트리메틸올프로판, 디트리메틸올프로판, 트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨 등의 지방족 폴리올, 1,4-시클로헥산디메탄올, 수소 첨가 비스페놀 A 등의 지방족 환식 구조 함유 폴리올, 비스페놀 A, 비스페놀 A의 알킬렌옥사이드 부가물, 비스페놀 S, 비스페놀 S의 알킬렌옥사이드 부가물 등의 폴리올을 사용할 수 있다.
이들 중에서도, 태양전지 모듈용 성형체의 투명성을 보다 향상시킬 수 있는 관점에서 지방족 폴리에테르폴리올이 보다 바람직하고, 1,3-프로판디올, 디프로필렌글리콜, 트리프로필렌글리콜, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올이 강도나 투명성에서 특히 바람직하다.
또한, 폴리에스테르폴리올의 수평균 분자량은 500∼3500이 바람직하고, 600∼2500이 더욱 바람직하며, 1500∼2500이 특히 바람직하다. 수평균 분자량은, 폴리스티렌을 분자량 표준으로 하는 겔 투과 크로마토그래피법(GPC법)에 의해 구한다.
다음으로, 분자 말단에 이소시아네이트기를 갖는 우레탄 프레폴리머 (1)에 대해서 설명한다.
상기 우레탄 프레폴리머 (1)의 점도는, 태양전지 모듈용 성형체로서 사용할 경우에는 일반적인 제조 공정을 고려할 때, 50℃에서의 점도가 1,000∼5,000mPa·s인 것이 바람직하다. 또한, 점도는 B형 점도계로 측정한 값이다.
또한, 상기 우레탄 프레폴리머 (1)의 이소시아네이트기의 함량은, 태양전지 모듈용 성형체로서 사용할 경우에는 18∼24%인 것이 바람직하다. 이소시아네이트기의 당량 중량이 24% 보다 높아지면, 태양전지 모듈용 성형체로서 사용할 경우에 투명성을 손상시키거나, 표면 평활성을 손상시키는 등의 문제가 있기 때문에 바람직하지 않고, 또한 18% 보다 낮아지면, 셩형시 우레탄 프레폴리머와 경화제와의 2액 혼합시의 점도가 높아지기 때문에, 작업이 불편하게되어 바람직하지 않다.
상기 우레탄 프레폴리머 (1)의 제조 방법으로서는,
무용제 하에서, 상기 수산기-함유 고분자 실록산(B)와 상기 이소시아네이트 (A)를 반응시킴으로써 분자 말단에 이소시아네이트기를 갖는 실리콘 체인이 도입된 우레탄 프레폴리머를 1차로 제조한 후 2차로 상기 폴리올(C)을 반응하여 제조하는 방법이다.
상기 하이드록시알킬 변성 고분자 실록산(B)과 이소시아네이트(A)와의 반응은 당량 비율 [이소시아네이트기/수산기]가 100/1∼100/10의 범위에서 행하는 것이 바람직하고, 100/2.5∼100/4.5이 보다 바람직하며, 상기 폴리올(C)과 이소시아네이트 (A)와의 반응은 당량 비율 [이소시아네이트기/수산기]가 10/2∼10/4 가 바람직하다. 또한, 상기 하이드록시알킬 변성 고분자 실록산(B), 폴리올(C)과 이소시아네이트 (A)와의 반응은, 40∼120℃의 조건 하에서 대체로 30분∼24시간 정도 행하는 것이 바람직하다.
상기 우레탄 프레폴리머 (1)을 제조할 때에는, 필요에 따라 3급 아민 촉매나 유기 금속계 촉매를 사용하여 반응을 촉진할 수 있다.
다음으로, 본 발명에서 사용하는 경화제 (2)에 대해서 설명한다.
상기 경화제 (2)는 저분자량 폴리프로필렌글리콜 (D)을 주성분으로 하는 것이다.
상기 저분자량 폴리프로필렌글리콜 (D)이란 50∼500의 분자량을 갖고, 수산기를 2개내지 3개 갖는 것을 말한다.
또한, 본 발명에서 사용하는 상기 경화제 (2)에는, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위라면, 그 외의 활성수소기 함유 화합물을 사용해도 된다.
상기 그 외의 활성 수소기 함유 화합물로서는, 예를 들면 에틸렌디아민, 프로필렌디아민, 헥사메틸렌디아민, 트리메틸헥사메틸렌디아민, 이소포론디아민, 4,4'-디시클로헥실메탄디아민, 디아미노시클로헥산, 메틸디아미노시클로헥산, 피페라진, 노르보르넨디아민 등의 디아민을 들 수 있다.
또한, 본 발명에서 사용하는 상기 경화제 (2)에는, 본 발명의 효과를 개선하기 위하여 반응을 촉진시키기 위한 3급 아민 촉매나 유기 금속계 촉매와 그 외의 여러 가지 용도의 첨가제를 사용할 수 있다.
상기 그 외의 첨가제로서는, 예를 들면 칙소제, 증감제(增感劑), 중합 금지제, 경화제, 경화 촉진제, 레벨링제, 왁스, 열안정제, 형광증백제, 발포제, 열가소성 수지, 열경화성 수지, 유기 용제, 도전성 부여제, 대전 방지제, 투습성 향상제, 발수제, 흡수제, 흡습제, 소취제(消臭劑), 정포제(整泡劑), 소포제, 방부제, 방조제(防藻劑), 브로킹 방지제, 가수분해 방지제, 유기 및 무기 수용성 화합물 등을 사용할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 이액형 열경화성 우레탄 수지 조성물을 사용하여 얻어지는 태양전지 모듈용 성형체의 제조 방법에 대해서 설명한다.
본 발명의 이액형 열경화성 우레탄 수지 조성물을 혼합시키는 방법으로서는, 예를 들면 상기 분자 말단에 이소시아네이트기를 갖는 우레탄 프레폴리머 (1)과, 상기 경화제 (2)를 이액 혼합 주형기의 각각의 탱크에 내장하여, 양 탱크에 진공을 가하여 액체 내부에 혼합되어 있는 기체를 제거한 후 내부 용액을 20∼60℃의 온도에서 10분∼1시간 보온한 후에, 이액을 믹서부에서 1초∼10분 혼합하여, 이액 혼합체를 얻는 방법이 주로 사용되고 있다.
상기 분자 말단에 이소시아네이트기를 갖는 우레탄 프레폴리머 (1)이 갖는 이소시아네이트기와, 상기 경화제(2)가 갖는 수산기와의 당량 비율은 [수산기/이소시아네이트기]가 0.90∼1.0의 범위에서 행하는 것이 바람직하고, 0.91∼0.94의 범위인 것이 보다 바람직하다.
상기 이액형 열경화성 우레탄 수지 조성물을 성형하여 태양전지 모듈용 성형체를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 조성물을 태양전지 모듈에 적용하는 것을 보여주는 모식도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 태양전지 모듈에 상기 이액형 조성물을, 주형에 주입하고, 필요에 따라 건조한 후, 가열하고 경화하는 방법이 있다.
상기 건조는, 상온 하에서 자연 건조여도 되지만, 가열 건조시킬 수도 있다. 가열 건조는, 통상 40∼250℃에서 10∼240분 정도의 시간으로 행하는 것이 바람직하다. 또한, 2차 경화 공정으로서, 40℃∼100℃의 온도에서 24∼36시간 정도의 가열 건조를 해도 된다.
이상의 방법에 의해 얻어진 태양전지 모듈용 성형체는, 내구성, 투명성, 내습성, 내후성을 구비하고 있으므로, 태양전지 모듈의 제조에 특히 유용하게 사용할 수 있다.
또한, 이상의 방법에 의해 얻어진 태양전지 모듈용 성형체는, 일반적인투명우레탄 수지가 자외선등에 의하여 발생하는 황변현상이 전혀 발생하지 않고, 또한, 광투과율을 안정시키기 위한 표면 평활성도 우수하며, 또한, 내충격성이나 내후성이 우수하여 태양전지 모듈용 외부 성형체로 많은 장점을 가지게 된다.
[실시예]
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
제조예 : 분자 말단에 이소시아네이트기를 갖는 우레탄 프레폴리머의 제조
질소 도입관, 온도계, 교반기를 구비한 1리터 4구 둥근 바닥 플라스크에, 미리 50℃로 가온하여 둔 하이드록시프로필터미네이티드 폴리디메틸디실록산(Power Chemical Corp.) 10 중량부를 넣어 교반하였다. 계속하여, 4,4'-디시클로헥실메탄디이소시아네이트(H12MDI)를 100 중량부를 첨가하였다. 발열에 주의하면서 내온을 85℃로 상승시킨 후, 온도를 유지하면서 3시간 교반한 후, 다시 디프로필렌글리콜을 12 중량부를 넣어 첨가하고 온도를 계속 유지하면서, 5시간 교반한 후, 이소시아네이트기가 24%를 갖는 우레탄 프레폴리머(i)를 얻었다.
사용하는 수산기 함유 실록산, 폴리올과 이소시아네이트의 종류 및 양을 표 1에 나타내는 바와 같이 변경한 이외에는 동일한 반응 조건으로, 분자 말단에 이소시아네이트기를 갖는 우레탄 프레폴리머 (ii)∼(viii)를 얻었다. 또한, 분자 말단에 이소시아네이트기를 갖는 우레탄 프레폴리머의 이소시아네이트기의 당량 중량에 대해서도 표 1에 나타낸다. 이때 각 실험의 단계에서 FT-IR 분석을 통해 반응이 잘 이루어졌는지 확인하였고, 최종 얻어진 우레탄 프레폴리머는 FT-IR 분석과 질량분석기를 통해 분석하였다.
프레폴리머
(조성, 중량부)		 i ii iii iv v vi vii viii xi x
이소시아네이트 4,4-디시클로헥실메탄디이소시아네이트
(H12MDI)		 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
수산기함유실록산 하이드록시프로필
터미네이티드
폴리디메틸디실록산		 10 - - - 15 21 10 10 - -
하이드록시부틸
터미네이티드
폴리디메틸디실록산		 - 10 - - - - - - - -
하이드록시펜틸
터미네이티드
폴리디메틸디실록산		 - - 10 - - - - - - -
하이드록시헥실
터미네이티드
폴리디메틸디실록산		 - - - 10 - - - - - -
폴리올 디프로필렌글리콜 12 12 12 12 17 19 - - 13 -
트리프로필렌글리콜 - - - - - - 17 - - 18
1,6-헥산디올 - - - - - - - 10 - -
이소시아네이트당량 24% 24% 24% 24% 21% 18% 24% 24% 24% 24%
이때 표 1의 실록산의 분자량에 대해서 설명한다.
하이드록시프로필터미네이티드 폴리디메틸디실록산(α,ω-hydroxypropyl, terminated polydimethylsiloxane), 하이드록시부틸터미네이티드 폴리디메틸디실록산(α,ω-hydroxybutyl, terminated polydimethylsiloxane), 하이드록시펜틸터미네이티드 폴리디메틸디실록산(α,ω-hydroxypentyl, terminated polydimethylsiloxane), 하이드록시헥실터미네이티드 폴리디메틸디실록산(α,ω-hydroxyhexyl, terminated polydimethylsiloxane) 의 수평균 분자량은 모두 약 1000이다. 그리고「H12MDI」는 4,4'-디시클로헥실메탄디이소시아네이트를 말한다.
실시예 및 비교예 : 이액형 열경화성 우레탄 수지 조성물 제조
(실시예 1)
위에서 얻어진 우레탄 프레폴리머 (i) 100 중량부와, 분자량이 250인 폴리프로필렌글리콜을 경화제 50 중량부를, 각각 엘라스토머 주형기의 A액 탱크 및 B액 탱크에 내장했다. A액계, B액계 모두 50℃에서 운전하고, 믹싱헤드에서 OH/NCO비=0.95로 이액을 혼합하여 우레탄 수지 혼합액을 얻었다.
상기 혼합액을 도 1에 나타낸 바와 같이 직렬로 연결한 태양광 전지를 20개를 잘 배열되어 있는 이형 처리가 시행된 태양전지 모듈 금형에 부은 후에 60℃ ~ 120℃ 사이로 온도가 세팅된 오븐에서 4시간 가열하여 1차 경화시키고, 오븐의 온도를 상온까지 천천히 시키면서 48시간 방치하여 도 2에 나타낸 바와 같이 목적의 태양전지 모듈을 얻을 수 있었다.
(실시예 2∼8, 비교예 1∼2)
사용하는 프레폴리머와, 경화제의 종류 및 양을 표 1에 나타내는 바와 같이 변경한 이외에는 실시예 1과 같이 하여 우레탄 수지 도공액 및 필름을 얻었다.
하기 표 2에 실시예 및 비교예의 조성을 기재하였다.
조성(중량부) 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 실시예7 실시예8 비교예1 비교예2
우레탄
프레폴리머(1)		 (i) (ii) (iii) (iv) (v) (vi) (vii) (viii) (xi) (x)
경화제(2)
 PPG250 50 50 - - 45 38 50 - 50 -
PPG500 - - 100 100 - - - 100 - 100
실험예 1
상기 실시예 및 비교예의 조성물, 및 이의 필름에 대한 물성을 하기와 같이 측정하였고 얻어진 결과를 표 3에 나타내었다.
[투명성의 평가 방법]
상기에서 제조한 성형체의 전광선 투과율(％)을, 니폰덴쇼쿠사제 탁도계(HAZE METER) NDH-2000N을 사용하여, JIS K7361에 의하여 측정했다.
또한, 상기 전 광선 투과율(％)이 92 이상인 것은, 투명성이 우수한 것이라고 평가했다.
[내열성의 평가]
상기에서 제조한 성형체의 용융 개시 온도를, 시마즈사 흐름성 시험기(Viscosity & Flow Tester / Capillary Rheometer Flowmeter) CFT500D 를 사용하여, 측정 개시 온도 40℃, 승온 속도 3.0℃/분, 승온법, 실린더 압력 9.807×105 Pa, 다이스 1㎜×1㎜L, 하중 98N, 홀드 시간 600초의 조건으로 측정했다.
또한, 상기 용융 개시 온도가 200℃ 이상인 것은, 내열성이 우수한 것이라고 평가했다.
[내변색성의 평가]
상기에서 제조한 성형체를, 수가테스트사의 내광/내후성시험기(Sunshine Weather Meter) MV3000를 이용하여 온도 83℃, 비 없음, 광원은 카본아크로, 400시간 폭로(暴露)하고, 폭로 전후의 황색도(옐로 인덱스 : Y.I)를 다광원 분광측색계(Multi Spectro Colour Meter)에 의해 측정하여, 그 변화량(ΔY.I)을 구했다.
또한, 상기 황색도의 변화량이 2 이하인 것은, 내변색성이 우수한 것이라고 평가했다.
[수분투과도의 평가]
상기에서 제조한 성형체를, 모콘사의 WVTR (Water Vapor Transmission Rate) 측정기(PERMATRAN W)를 사용하여 KS M 3088 [플라스틱필름 및 시트의 수증기 투과도 시험방법]에 준하여 측정하였다. 시험편은 주름, 접힌 곳, 핀홀 등의 결점이 없고 두께가 균일한 곳을 선택하여 셀의 수증기 투과 면적인 50 cm2 보다 크게 절단한 후 셀에 밀봉하여 장착한 후, 온도 37.8℃, 100% RH(relative humidity)에서 측정 하였다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 실시예7 실시예8 비교예1 비교예2
전광선투과율(%) 92 92 92 92 92 92 92 92 92 92
용융개시온도(℃) 223 227 229 230 222 223 226 213 209 205
내후성시험후황색도 <2 <2 <2 <2 <2 <2 <2 <2 <2 <2
수증기투과도
(g/m2·day)		 0.086 0.097 0.077 0.068 0.125 0.101 0.098 0.123 10.09 12.83
본 발명을 통해 얻어진 이액형 열경화성 우레탄 수지 조성물은 태양전지 모듈의 외장재로 바람직하게 적용이 가능하다.

Claims (9)

  1. 지방족 고리구조 이소시아네이트(A)와 하이드록시알킬 변성 고분자 실록산(B)을 반응시킨 후, 다시 폴리올(C)과 반응시켜 얻어진 우레탄 프레폴리머(1)와,
    저분자량 폴리프로필렌글리콜(D)을 필수 성분으로 하는 경화제(2)를 함유하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 이액형 열경화성 우레탄 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 지방족 고리구조 이소시아네이트(A)는 이소포론디이소시아네이트, 1,3-비스(이소시아나토메틸)시클로헥산, 4,4'-디시클로헥실메탄디이소시아네이트, 2,4- 및/또는 2,6-메틸시클로헥산디이소시아네이트, 시클로헥실렌디이소시아네이트, 메틸시클로헥실렌디이소시아네이트, 비스(2-이소시아나토에틸)-4-시클로헥실렌-1,2-디카복실레이트 및 2,5- 및/또는 2,6-노르보르난디이소시아네이트, 다이머산디이소시아네이트, 비시클로헵탄트리이소시아네이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 이액형 열경화성 우레탄 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 하이드록시알킬 변성 고분자 실록산(B)은 테트라메틸디실록산 디올, 테트라페닐디실록산 디올, 디페닐디메틸디실록산 디올, 디부틸디페닐 디실록산 디올, 폴리디메틸실록산, 실라놀 터미네이티드 폴리디메틸실록산, 하이드록시알킬터미네이티드 폴리디페닐디메틸디실록산, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 이액형 열경화성 우레탄 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 폴리올(C)은 폴리에테르폴리올, 폴리에스테르폴리올, 폴리카보네이트폴리올, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 이액형 열경화성 우레탄 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 저분자량 폴리프로필렌글리콜(D)은 분자량이 50∼500인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 이액형 열경화성 우레탄 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 하이드록시알킬 변성 고분자 실록산(B)은 지방족 고리구조 이소시아네이트(A)와 이소시아네이트기/수산기가 100/1∼100/10의 당량비로 반응시키는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 이액형 열경화성 우레탄 수지 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 폴리올(C)의 반응은 폴리올(C)과 지방족 고리구조 이소시아네이트(A)의 이소시아네이트기/수산기가 10/2∼10/4의 당량비로 반응시키는 특징으로 하는 태양전지 모듈용 이액형 열경화성 우레탄 수지 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 이액형 열경화성 우레탄 수지 조성물은 경화제(2)와 우레탄 프레폴리머(1)의 수산기/이소시아네이트기가 0.90∼1.0의 당량비를 만족하는 함량을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 이액형 열경화성 우레탄 수지 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 이액형 열경화성 우레탄 수지 조성물이 외부에 코팅된 태양전지 모듈.
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