KR20150020207A - 태양광 전지 모듈용 다층 캡슐화재 필름 - Google Patents

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요한 윌리 데크릭
코엔 하사에
크리스토프 프루스트
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노보폴리머스 앤.브이.
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Abstract

본 발명은 (a) 적어도 하나의 제1 외부 열가소성 중합체막, (b) 상기 제1 외부 열가소성 중합체막과 제3 막 사이에 배치되는 제2 열가소성 중합체 중간막, 및 (c) 제2 외부 열가소성 중합체막을 포함하고, 상기막들(a, b 또는 c) 중 적어도 하나는 불투명한 것을 특징으로 하는 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름에 관한 것이다.

Description

태양광 전지 모듈용 다층 캡슐화재 필름 {MULTILAYER ENCAPSULANT FILM FOR PHOTOVOLTAIC MODULES}
본 발명은 태양광 전지 모듈용 다층 캡슐화재 필름, 이의 제조방법, 및 태양광 전지 모듈 생산공정에서의 이의 용도에 관한 것이다.
태양광 전지셀은 사용되는 광흡수 물질에 따라 일반적으로 두 가지 형태, 즉, 벌크형(bulk) 또는 웨이퍼(wafer) 기반의 태양광 전지셀과 박막 필름형 태양광 전지셀로 분류된다. 전지셀은 단지 하나의 전력을 출력하기 위하여 일반적으로 일정한 패턴으로 결합되어 서로 연결된다.
태양광 전지 모듈은 일반적으로 중합체 물질들의 기재에 동봉된다. 이러한 태양광 전지셀은 일반적으로 들어오는 빛을 전기 에너지로 전환하는 산재된 반도체 물질을 포함한다. 일반적으로 사용되는 반도체 물질로는 종래의 웨이퍼 기반의 태양광 전지셀을 형성하는데 사용되는 단결정 실리콘(c-Si), 폴리- 또는 다결정 실리콘 (poly-Si 또는 mc-Si) 등이 있다.
또한, 박막 필름 태양광 전지셀은 비결정의 실리콘(a-Si), 미정질의 실리콘([mu]c-Si), 카드뮴 텔룰라이드(cadmium telluride, CdTe), 구리 인듐 셀레니드(copper indium selenide [CulnSe2 또는 CIS]), 구리 인듐/갈륨 디셀레니드(copper indium/gallium diselenide [CulnxGa(i-X)Se2 또는 CIGS], 광흡수 염료, 및 유기 반도체를 포함하는 물질로 제조될 수 있다.
웨이퍼 기반의 태양광 전지셀 유래의 태양광 전지 모듈은 함께 납땜되는 일련의 자립형(self-supporting) 웨이퍼들을 종종 포함하다. 일반적으로 태양광 전지셀 막으로 알려져 있는 이러한 웨이퍼들은 일반적으로 180 내지 240 ㎛의 두께를 가진다. 이러한 전지셀 막은 일반적으로 각각의 셀 유닛과 한쪽 말단은 셀에 연결되고 다른 한쪽 말단은 모듈에 연결된 부스 바(bus bar)를 연결하는 크로스 리본(cross ribbon)과 같은 전기 배선을 더 포함한다.
이러한 태양광 전지셀 막은 항상 중합체 캡슐화재 막과 외부 보호막 사이에 개재(介在)되어 내후성(weather resistant) 모듈을 형성한다. 실외에서 사용되는 태양광 전지 모듈은 다양한 습도 및 온도, UV 및 방사선에 대한 노출, 방사선에 대한 노출, 외부환경에 의한 화학물질에 대한 노출 및/또는 (미)생물 성장, 이온 이동, 및 산화를 포함하는 다양한 날씨 조건에서 강한 내구성을 가져야 한다.
일반적으로, 태양광 전지셀 모듈은 광 입사면 전면 및 후면, 입사 막 또는 전면 시트; 전면 캡슐화재 층; 태양광 전지셀 막; 배면 캡슐화재 층, 및 지지재 층 또는 배면 시트를 포함한다.
상기 전면 시트는 빛이 활성막에 전달되도록 하면서 기계적 충격 및 풍화로부터 태양광 전지 모듈을 보호하는 역할을 한다. 일반적인 전면 시트는 유리판(항상 4 mm 또는 3.2 mm 두께의 저 철분 강화유리가 사용됨), PMMA와 같은 투명한 중합체, 또는 투명한 다층 합성물로 제조된다. 이러한 전면 시트는 가온 용융 접착제(heat melt adhesive)로서 기능을 하는 일반적인 중합체인 투명한 캡슐하재를 사용하여 태양광 전지셀 등으로 연결된다. 이러한 태양광 전지셀 막의 배면은 일반적으로 제2 캡슐화재 막에 부착되고 모듈의 배면 보호막으로서 배면 시트가 부착된다.
전면시트 및 배면 시트는 습기 차단 특성; 기계적 강도; 컷-스루(cut-through) 저항성; 태양광 전지셀 및 이들의 연결자들에 대한 우수한 접착력; 풍화에 대한 저항성 및/또는 절연성을 제공할 수 있어야 한다.
태양광 전지 모듈 제조를 위한 현재의 일괄 적층 공정(layup process)은 상기 전면 시트, 캡슐화재 필름, 리본 및 연결자를 사용하는 상기 셀, 배면 캡슐화재 및 배면 시트 층을 쌓는 것을 포함하거나, 또는 캡슐화재가 통합된 다층 배면 시트를 뒤집힌 전면 시트와 함께 배치한 후 진공 라미네이터(laminator)에 넣고 최종적으로 열교환 상태에서 압력을 가하여 결합함으로써, 태양광 전지셀 및 리본들은 교차 결합된 중합체 시스템에서 용해되고 교차 결합하는 두 개의 캡슐화재 필름에 단단하게 개재된다.
따라서, 이러한 공정에서는 일반적으로 적어도 세 가지의 상이한 필름들, 즉, 전면 및 배면 캡슐화재 필름과 이 후에 적층되는 배면 시트 필름이 다루어진다.
상기 캡슐화재 필름들은 적층 공정 동안에 태양광 전지셀 부품, 및 전면시트 및 배면 시트에 스트레스를 야기하면서, 공유 압출 성형 후의 강화(가열냉각)로 인해 수축될 수 있는 EVA 공중합체를 포함하는 필름이다. 본 발명의 출원인들은 낮은 수축성을 가진 상이한 물질 막을 사용함으로써 수축을 효과적으로 줄일 수 있고 그로 인해 압력이 적층물 상에 가해지기 전에 적층 공정에서의 가열 단계 동안 필름의 크기가 유지됨을 확인하였다. 또한, 분리막인 캡슐화재 내의 상이한 중합체로 인해 개선된 차단 특성 같은 필름의 특성이 유리하게 조절될 수 있음을 확인하였다.
본 발명의 출원인들은 용매계 접착제를 사용하지 않고 필름의 차단 특성을 개선하면서도, 폐기물의 양을 줄이고, 추가적인 레이업(lay-up) 단계를 제거함으로써 공정의 복잡성이 상당히 개선될 수 있음을 확인하였다.
본 발명은 (a)적어도 하나의 제1 외부 열가소성 중합체막; (b) 상기 제1 막과 제3 막 사이에 배치되는 제2 열가소성 중합체 중간막; 및 (c) 제2 외부 열가소성 중합체 막을 포함하고 (a), (b) 및 (c) 중 적어도 하나는 불투명한 것을 특징으로 하는 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름제에 관한 것이다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름은 (a) 적어도 하나의 제1 외부 열가소성 중합체막; (b) 상기 제1 및 제2 외부막 사이에 배치되는 열가소성 중합체 중간막; 및 (c) 제2 외부 열가소성 중합체막;을 포함하고, (a), (b) 또는 (c) 중 적어도 하나는 불투명한 것일 수 있다.
본 발명의 다른 구현 예에 따른 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름에 있어서, 상기 (a), (b) 및 (c) 중에서 하나 이상은 투명하고, 바람직하게는 적어도 (a)가 투명한 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따른 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름에 있어서, 상기 하나 이상의 불투명한 막(들)은 분산 반사성 안료를 포함하고, ASTM 스탠다드 E 903에 따라 결정된 것으로써, 30 내지 500 ㎛ 두께의 불투명한 막에서 400 내지 800 nm의 파장의 빛에 대하여 적어도 75%의 반사 효율을 가지고, 바람직하게는 50 내지 250 ㎛ 두께의 불투명한 막에서 400 내지 800 nm 파장의 빛에서 적어도 95%의 반사효율을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따른 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름에 있어서, 상기 막(a) 내지 막(c) 중 적어도 하나는 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따른 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름에 있어서, 상기 (a) 내지 막(c)에 사용되는 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 내의 아세트산 비닐 유래 구성 유닛의 함량비는 질량비로 18% 이상일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따른 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름에 있어서, 상기 중합체막들은 필름을 형성하기 위하여 공압출되는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따른 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름에 있어서, 외부 중합체막은 나머지 중합체막들 중 적어도 하나의 녹는점(T2)보다 낮은 적어도 10℃ 낮은 녹는점(T1)을 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따른 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름에 있어서, 상기 녹는점(T1)은 상기 녹는점(T2) 보다 10 내지 100℃ 낮은 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따른 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름에 있어서, 상기 중합체막(a) 및 상기 중합체막(c) 중 적어도 하나는 막(b)의 녹는점보다 적어도 10℃ 낮은 녹는점을 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따른 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름에 있어서, 상기 막(a) 내지 막(c) 중 적어도 하나는 특정한 파장을 갖는 빛을 적어도 일부를 흡수하고 흡수되는 빛의 파장보다 긴 파장에 있는 빛을 방출하기 위하여 발광 다운시프팅 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따른 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름에 있어서, 상기 중간막(b)는 선택적으로 기능화된 폴리올레핀; 선택적으로 기능화된 폴리올레핀 공- 또는 삼원중합체; 부타디엔, 이소프렌 및/또는 부틸렌/에틸렌 공중합체(SIS, SBS 및/또는 SEBS)가진 선택적으로 수소화된 폴리스틸렌 블록 공중합체; 폴리메타크릴레이트 폴리아크릴레이트 블록 공중합체, 폴리올레핀, 또는 메타크릴산(이오노머(ionomer))와 같은 공중합 기능을 가진 단량체를 가진 올레핀 공중합체를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따른 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름에 있어서, 상기 중합체막(b)의 녹는점은 상기 막(a) 및/또는 상기 막(c)의 녹는점보다 적어도 10℃ 내지 100℃ 높은 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따른 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름에 있어서, 상기 막(b)의 압출 온도(Tb)에서 막(b)의 용융지수는 상기 막(a) 및/또는 상기 막(c)의 압출온도(Ta 또는 Tc)에서 막(a) 및/또는 막(c)의 MFI와 동일하거나 MFI에서 ±2의 범위 내에 있는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따른 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름에 있어서, 상기 막(b)의 MFI는 온도(TL)에 있는 막(a) 및/또는 막(c)의 MFI와 0.5 내지 10 범위 내에서 상이하고, 상기 온도(TL)는 상기 필름을 포함하는 태양광 전지 모듈을 위한 진공 적층의 적층 온도이고, 상기 온도(TL)은 Tb보다 높거나 낮고, 상기 온도(Tb)는 온도(Ta)보다 높은 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따른 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름에 있어서, 상기 막(a) 및/또는 상기 막(c)의 MFI는 온도(TL) 막(b)의 MFI보다 높은 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따른 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름에 있어서, 상기 막(a) 또는 상기 막(c)는 유리 및/또는 태양광 전지셀과 같은 실리콘, 금속 및/또는 금속 산화물 유래 표면들과 접착할 수 있는 충분한 용량으로 실란 접착 프로모터를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따른 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름에 있어서, 상기 막들(a, b 및/또는 c)는 상기 적층 온도(TL)에서 활성되는 하나 이상의 교차결합 시스템을 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따른 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름에 있어서, 상기 교차결합 시스템은 유기 과산화물 개시제를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따른 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름에 있어서, 상기 막들(a, b 및 c)은 공압출 공정에 의해 서로 부착되는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따른 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름에 있어서, 상기 막(a)은 사용된 적이 없는 물질 (virgin material)을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따른 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름에 있어서, 상기 막(b) 및/또는 상기 막(c)은 적어도 일부의 재활용되는 물질을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따른 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름에 있어서, 상기 막(b) 및/또는 상기 막(c)는 필름에서 잘려 제거된 후 크기가 조절된 에틸렌 비닐 아세테이트 물질을 적어도 일부 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따른 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름에 있어서, 상기 막(b) 및/또는 상기 막(c)은 상기 막(a)보다 더 적은 실란을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 필름 제조공정은 (i) 캡슐화재 물질로서 적절한 적어도 하나의 제1 열가소성 중합체 물질을 제공하는 단계; (ii) 캡슐화재 물질로서 적절한 적어도 하나의 제2 열가소성 중합체 물질을 제공하는 단계; (iii) 중간 중합체 물질로서 적절한 적어도 하나의 제3 열가소성 중합체 물질을 제공하는 단계; 및 (iv) 적어도 세 개의 막s of 상기 각각의 캡슐화재 물질들(ⅰ 내지 ⅲ)의 적어도 세 개의 막을 포함하는 필름을 공압출하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 구현 예에 따른 필름 제조공정에 있어서, 상기 물질들(i 및 ⅱ)은 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 태양광 전지모듈 제조공정은 상기 다양한 구현 예에 따른 필름을 태양광 전지셀 막의 전면 및/또는 후면에 부착하는 단계; 및 상기 막(a) 및 상기 막(c)의 녹는점보다 높은 적층온도(TL), 선택적으로 막(b)의 녹는점 보다 높은 온도로 결합된 막을 가열하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 구현 예에 따른 태양광 전지모듈 제조공정은 바람직한 너비 및/또는 길이로 제조된 상기 공압출된 필름을 다듬고, 재활용되는 필름 물질을 얻고 크기를 조절하기 위하여 필름물질을 잘라 버리는 단계를 더욱 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따른 태양광 전지모듈 제조공정은 상기 필름제조공정에서 막(b) 및/또는 막(c)의 재료로서 재활용되는 필름 물질을 사용하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 태양광 전지 모듈은 상기 다양한 구현 예에 따른 필름을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 태양광 전지셀 생산용 다층 배면 시트 필름은 제1 투명한 상부 대면 외부 캡슐화재 막(a); 상기 제1 막(b)에 인접한 제2 캡슐화재 막; 선택적으로 추가되는 하부 대면 캡슐화재 막(c); 및 중합체 필름(d)을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 구현 예에 따른 태양광 전지셀 생산용 다층 배면 시트 필름에 있어서, 상기 중합체 필름은 상기 캡슐화재 막(b) 또는 캡슐화재 막(c)에 대한 상기 폴리에스테르 필름의 접착을 강화하는 부분적으로 이축 배향된(bioriented) 방향족 폴리에스테르 및 부착 촉진 막을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따른 태양광 전지셀 생산용 다층 배면 시트 필름에 있어서, 플루오로 중합체를 포함하는 보호막(e)을 더 포함하고, 상기 보호막(e)는 막(c)의 말단 쪽에 있는 막(d)에 직접적으로 부착되는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따른 태양광 전지셀 생산용 다층 배면 시트 필름에 있어서, 상기 막(b) 및 막(c) 중 적어도 하나는 불투명한 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따른 태양광 전지셀 생산용 다층 배면 시트 필름에 있어서, 상기 막(b) 및/또는 상기 막(c)은 분산 반사성 안료를 포함하고, ASTM 스탠다드 E 903에 따라 결정된 것으로써 400 내지 800 nm의 파장을 가진 빛에 대하여 적어도 75%의 반사효율을 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따른 태양광 전지셀 생산용 다층 배면 시트 필름에 있어서, 상기 안료는 바람직하게는 코팅된 불활성 티타늄 옥사이드 및/또는 운모를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따른 태양광 전지셀 생산용 다층 배면 시트 필름에 있어서, 상기 막들(a, b 및/또는 c) 중 하나 이상은 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따른 태양광 전지셀 생산용 다층 배면 시트 필름에 있어서, 상기 막들(a, b 및/또는 c)에 사용되는 상기 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 내의 아세트산 비닐 유래의 구성 유닛의 함량비는 질량비로 18% 이상인 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따른 태양광 전지셀 생산용 다층 배면 시트 필름에 있어서, 상기 막(b)은 상기 막(a)에 사용되는 상기 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체와는 상이한 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체; 부타디엔, 이소프렌 및/또는 부틸렌/에틸렌 공중합체(SIS, SBS 및/또는 SEBS)가진 수소화된 폴리스틸렌 블록 공중합체와 같은 블록 공중합체; 메타크릴산(이오노머)와 같은 공중합 기능을 가진 단량체를 가진 폴리메타크릴레이트 폴리아크릴레이트 블록 공중합체, 폴리올레핀, 또는 올레핀 공중합체; 선택적으로 기능화된 폴리올레핀, 폴리우레탄, 및/또는 실리콘 중합체를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 다층 배면 시트 필름 제조공정은 (i) 제1 캡슐화재 물질(a)을 제공하는 단계; (ⅱ) 제2 캡슐화재 물질(b)을 제공하는 단계; (ⅲ) 선택적으로 제3 캡슐화재 물질(c)을 제공하는 단계; (ⅳ) 부착 촉진 막을 선택적으로 포함하는 중합체 필름(d)을 제공하는 단계; 및 (v) 상기 막(a)가 상기 막(b)에 부착되고, 상기 막(b)가 상기 필름(d)의 한면에 부착되거나 상기 막(c)가 상기 필름(d)의 일 면에 부착되도록 상기 물질들(a, b)을 상기 필름(d) 상으로 공압출하는 단계; 를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 구현 예에 따른 다층 배면 시트 필름 제조공정에 있어서, 상기 압출기에 의해 분류되는 물질 간의 온도 차이는 5 내지 60℃이고, 바람직하게는 10 내지 50℃인 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따른 다층 배면 시트 필름 제조공정에 있어서, 상기 물질들(a 및 b)의 용융지수 차이는 상기 압출기 온도에서 0 내지 5일 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 태양광 전지 모듈 제조공정은 상기 다양한 구현 예에 따른 배면 시트를 태양광 전지셀 막의 후면에 부착하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 태양광 전지 모듈은 상기 다양한 구현 예에 따른 적층된 배면 시트를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 구현 예에 따른 태양광 전지 모듈은 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 캡슐화재 막을 포함하는 전면 시트 및 전면 캡슐화재, 및 상기 전면 캡슐화재 층 및 막(a)에 개재되는 태양광 전지셀을 더욱 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 구현 예에 따른 태양광 전지 모듈에 있어서, 상기 전면 시트는 1.6 내지 4㎜의 두께를 갖는 하나 이상의 유리판을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 필름의 제조공정은 (i) 각각의 중합체막에 대하여 하나 이상의 마스터 배치 중합체 물질을 제공하는 단계, 및 (ⅱ) 상기 중합체 시트를 형성하는 막들로 상기 마스터 배치 중합체 물질을 공-압출하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 필름의 제조공정은 중합체 물질 및 첨가제로부터 하나 이상의 마스터 배치를 제조하는 단계, 및 공압출에 사용하기 위하여 상기 마스터 배치 물질을 미립자로 형성하는 단계를 더욱 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 마스터 배치는 상기 중합체 물질 및 상기 다양한 구현 예에 따른 필름 제조용 첨가제를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름 등을 이용하는 경우 용매계 접착제를 사용하지 않고 필름의 차단 특성을 개선하면서도, 폐기물의 양을 줄이고, 추가적인 레이업(lay-up) 단계를 제거함으로써 공정의 복잡성을 상당히 개선할 수 있는 우수한 효과가 있다.
하기의 도면들은 본 발명의 바람직한 구체예를 설명하기 위한 것이다:
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 구체예를 도시한다. 본 도면에서는 불투명하거나 투명한 제2 캡슐화재 막[12]에 부착된 투명한 제1 캡슐화재 막[11], 및 불투명한 또는 투명한 필름[13]에 부착된 제2 캡슐화재 막[12]을 포함하는 다층 필름[1]이 도시된다. 상기 제2 캡슐화재 막[12] 및 상기 불투명한 또는 투명한 필름[13] 중 하나는 불투명할 수 있으며, 하나의 필름이 불투명할 때 나머지 하나의 필름은 투명할 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제2 구체예를 도시한다. 본 도면에서는 제2 불투명한 캡슐화재 막[12]에 부착된 투명한 제1 캡슐화재 막[11], 및 부착 촉진 막[13]에 부착되고 필름[14]에 부착된 제2 불투명한 캡슐화재 막[12]을 포함하는 다층 필름[1]이 도시된다.
본 발명은 (a)적어도 하나의 제1 외부 열가소성 중합체막; (b) 상기 제1 막과 제3 막 사이에 배치되는 제2 열가소성 중합체 중간막; 및 (c) 제2 외부 열가소성 중합체 막을 포함하고 (a), (b) 및 (c) 중 적어도 하나는 불투명한 것을 특징으로 하는 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름제에 관한 것이다.
태양광 전지셀 제조에 사용되는 상기 제1 막(a)은 상부를 향하고 상기 제3 막(c)은 하부를 향한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "상부를 향하는"는 광 입사면을 대면하고 있는 태양광 전지 모듈로 적층되는 필름 면의 상태를 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "하부를 향하는"는 태양광 전지 모듈의 후면을 대면하고 있는 면을 대면하는 태양광 전지 모듈로 적층되는 필름의 면 상태를 의미한다. 그러나, 본 발명에 따른 필름 또는 시트 상부 대응면을 상부를 향하도록 제조하는 것을 요구하지 않는다.
본 발명에서 설명되는 적층된 필름에 사용되는 각각의 막은 특별히 제한되지 않는다.
최종 필름의 두께는 바람직하게는 150 내지 1000 ㎛이다. 상기 캡슐화재 막들[a 내지 c]은 바람직하게는 150 내지 600 ㎛의 결합 두께를 가진다.
상기 하나 이상의 외부 중합체막들(a)은 바람직하게는 50 내지 250 ㎛의 두께를 가진다. 상기 막의 두께는 적층 공정 동안 태양광 전지셀 및 리본들을 끼울 수 있을 정도의 충분한 두께로 유리하게 선택될 수 있다.
리본 연결자들을 가진 전통적인 태양광 전지셀에서 하나 이상의 외부 막은 바람직하게는 160 내지 250 ㎛의 두께를 가지며, 더 바람직하게는 170 내지 210 ㎛의 두께를 가진다.
상기 하나 이상의 내부막(b)은 바람직하게는 10 내지 250 ㎛의 두께를 가진다. 상기 막(b)의 두께는 사용되는 상기 중합체 물질뿐만 아니라 태양광 전지셀의 기능 및 종류에 따라 다르다.
상기 하나 이상의 외부 막(c)은 바람직하게는 50 내지 250 ㎛의 두께를 가진다. 상기 막(c)의 두께는 일반적으로 막(a)의 두께와 유사하거나 동일하다. 상기 막들의 두께는 적층 공정 동안 태양광 전지셀 및 리본들을 끼울 수 있을 정도의 충분한 두께로 유리하게 선택될 수 있다.
바람직한 하나의 구체예로, 막(a) 및 막(c)은 에틸렌 비닐 아세테이트(에틸렌 아세트산 비닐) 공중합체를 포함할 수 있고, 반면에 막(b)은 상이한 조성을 가진 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체(예를 들어, 낮은 비닐 아세테이트 단량체 함량을 가진 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체), 및 바람직하게는 폴리올레핀(poly올레핀) 또는 블록 공중합체와 같은 상이한 조성을 갖는 하나 이상의 중합체 중에서 하나의 상이한 중합체를 포함한다.
이러한 구체예에서, 특히 배면 접촉 셀에 유용하게 사용되는 막(a) 및 (c)의 두께는 50 내지 150 ㎛이고, 더 바람직하게는 40 내지 100 ㎛이다.
특히 바람직한 하나의 구체예로, 막(a)은 투명하며 35 내지 250 ㎛ 두께의 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체를 포함하고; 막(b)은 투명하거나 또는 불투명하고 15 내지 150 ㎛의 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체를 포함하지 않으며; 그리고 막(c)는 투명한 막이거나 또는 바람직하게는 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체를 포함하는 불투명한 막이며, 35 내지 250 ㎛의 두께를 갖는다.
바람직한 하나의 구체예로, 외부막(a) 및 (c)은 EVA 공중합체를 포함하고, 및 내부막(b)은 재활용되는 EVA 공중합체 물질을 포함한다. 바람직하게는 세 개의 막 모두 투명할 수 있다.
막(b) 및 (c) 중 적어도 하나는 확산 반사기로 작용하는 흰색으로 착색된 막이다. 바람직한 하나의 구체예로, 막(b)는 착색되거나 또는 투명한 폴리올레핀 막이다.
더 바람직한 구체예로, 막(c)은 재활용되는 EVA 물질을 포함하는 확산 반사기(diffuse reflector)이다.
별도로 언급되지 않는 한, 모든 백분율, 부, 비율 등은 중량비에 대한 것이다. 용량, 농도, 또는 기타 값 또는 파라미터는 범위(바람직한 범위) 또는 더 높은 바람직한 값과 더 낮은 바람직한 값의 목록으로 주어지지만, 별도로 기재된 범위와는 무관하게, 모든 상한 범위 또는 바람직한 상한값과 모든 하한 범위 또는 바람직한 하한값의 모든 조합으로부터 형성된 모든 범위를 구체적으로 기재하고 있는 것임을 이해하여야 한다. 수치 값이 범위로 기재될 때, 별도로 언급되지 않는 한, 기재된 범위는 수치 값의 종점(end point) 및 범위 내의 모든 정수 및 분수를 포함한다. 범위로 한정할 될 때, 본 발명의 범위가 기재된 구체적 값으로 한정되는 것을 의도한 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "포함하다", "포함하는", "특징으로 하는", "가진다", "갖는" 또는 이러한 의미를 갖는 다양한 표현들은 비 배타적으로 포함하는 것을 의미한다. 예를 들어, 여러 개의 부재를 포함하는 공정, 방법, 물품, 또는 기계가 기재된 부재들로 반드시 한정되는 것은 아니고 기재되지 않았거나 이러한 공정, 방법, 물품, 또는 기계에 포함되어 있는 다른 부재를 포함할 수도 있다.
또한, 별도로 언급되지 않는 한, 용어 "또는"는 포괄적인 것을 의미하고 배타적인 것을 의미하지 않는다. 전환구인 "로 필수적으로 이루어진"은 구체화된 물질 또는 단계 및 청구항의 발명의 기본적이고 신규한 특성에 실질적으로 영향을 주지 않는 것으로 본 발명의 범위를 한정하는데 사용된다.
본 발명의 출원인들이 본 발명 또는 본 발명의 일부에서 사용하는 "포함하는"과 같은 개방형 용어는, 별도로 언급되지 않는 한, 용어 "필수적으로 이루어진"를 사용하는 발명처럼 설명하는 것으로 해석되어 함을 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
용어 "하나"는 본 발명의 부재 및 부품을 설명하고자 사용된 것이다. 이러한 용어는 단지 편의를 위한 것으로 일반적인 의미를 부여하기 위한 것이다. 이러한 용어는 하나 또는 적어도 하나를 포함하며, 별도로 명확하게 언급되지 않는 한, 단수는 복수를 포함하는 것임을 이해하여야 한다.
본 명세서에 사용되는 용어 "필름"은 태양광 전지셀 제조에 일반적으로 사용되는 시트 또는 필름과 같은 시트 또는 시트와 유사한 기재를 언급한다.
어떠한 중합체를 설명하는데 있어서, 본 발명의 출원인들은 때때로 중합체를 중합체 생산에 사용되는 단량체 또는 사용되는 단량체의 용량으로 언급한다. 이러한 표현이 최종 중합체 산물을 설명하는데 사용되는 구체적인 명명법을 포함하거나 제법에 의한 물건의 용어를 포함하는 것은 아닐 수 있는 반면에, 단량체 및 용량에 관한 모든 언급은 단량체, 즉, 이러한 단량체들이 공중합된 유닛 또는 단량체의 용량, 및 이에 상응하는 중합체 및 이들 중합체의 조성물을 포함하는 것을 의미함을 이해하여야 한다.
본 발명에서 설명되고 및/또는 주장하는 용어인 "공중합체"는 두 가지 이상의 단량체를 공중합함으로써 형성되는 중합체를 언급하는데 사용된다. 이러한 공중합체는 이원중합체, 삼원중합체 또는 더 많은 단량체가 중합된 공중합체를 포함한다. 본 명세서에서 MFI로도 언급되는 용융지수(melt flow index) 는 열가소성 중합체의 용융의 용이성을 측정한 값이다. 용융지수는 선택적인 소정의 온도에서 소정의 선택적인 중량으로 적용되는 특정 직경 및 길이를 갖는 모세관을 10분간 흐르는 중합체의 질량을 그램으로 나타내는 것으로 ASTM D1238에 따라 결정된다.
중합체는 상기에서 언급된 어떤 온도에서 시작하는 교차결합 메커니즘에 의해 제조되며, 예를 들어 본 발명에서 사용되는 리올로지(rheology) 값인 EVA 공중합체 및 과산화수소는 교차결합되지 않거나 단지 일부분만이 교차결합된 물질을 의미한다. 교차결합이 완성되면, 예를 들어, 태양광 전지 모듈 적층 공정에서 교차 결합된 중합체는 더 이상 열가소성 물질로 간주되지 않는다. 그러므로, 본 명세서에서 적층 후의 태양광 전지 모듈을 언급할 때, 설명되는 특징들은 적층 공정 전의 태양광 전지 모듈에 관한 것으로, 교차 결합된 중합체를 포함한다.
본 발명에서 언급되는 용어 "녹는점" 결정 또는 반 결정상에서 고체 비결정상으로의 전환을 의미하는 것으로, 결정 용해 온도로도 알려져 있다. 중합체의 녹는점은 DSC에 의해 유리하게 결정될 수 있다. 블록 공중합체의 경우, 본 명세서에서 사용되는 용어 "녹는점"은 더 높은 용해 블록(block) 성분이 유리전이온도를 통과함으로써 중합체가 용해되고 유동하는 온도를 의미한다. 용어 "압출 온도"는 가열된 압출기 및/또는 가열된 금형에 의해 중합체 물질이 압출되는 동안 가열되는 온도를 의미한다.
상기 막들은 필수적으로 첨가제 또는 선택적인 기타 중합체를 포함하고 있는 중합체 물질로 구성되기 때문에, 어떤 막의 용해 온도가 언급될 때, 이러한 온도는 대부분 상기 막에 존재하는 중합체 물질의 용해 온도에 의해 결정될 것이다. 따라서, 용해 온도는 상기 막에 존재하는 중합체 물질의 온도를 고려하여야 한다. 상기 첨가제 및/또는 선택적인 중합체로 인해 본 발명에 따른 바람직하게는 (a), (b) 및 (c) 중 하나 이상이 불투명한 필름의 용융지수가 불리하게 영향을 받지 않도록 중합체 총 중량을 기준으로 최대 25 wt%의 용량으로 사용될 수 있다.
상기 하나 이상의 불투명한 막(들)은 바람직하게는 분산 반사성 안료를 포함하고, ASTM 스탠다드 E 903에 따라 결정된 것으로서 50 내지 500 ㎛의 두께를 갖는 불투명한 막은 400 내지 800 nm의 파장의 빛에 대한 적어도 75%의 반사 효율을 가진다. 바람직하게는, ASTM 스탠다드 E 903에 따라 결정된 것으로 총 450 내지 500 ㎛의 두께를 가진 불투명한 막은 400 내지 800 nm의 파장을 가진 빛에 대해서 95% 이상의 반사효율을 가진다.
본 발명은 바람직하게는 상기 막(c)이 부타디엔(butadiene), 이소프렌(isoprene) 및/또는 부틸렌(butylenes)/에틸렌(ethylene) 공중합체(SIS, SBS 및/또는 SEBS)로 수소화된 폴리스틸렌(polystyrene) 블록 공중합체; 및 메타크릴산(methacrylic acid[이오노머(ionomer)])과 같은 공중합 기능을 가진 단량체를 갖는 폴리메타크릴레이트(polymethacrylate) 폴리아크릴레이트(polyacrylate) 블록 공중합체, 폴리올레핀, 올레핀 공중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 필름에 관한 것이다.
본 명세서에서 사용되는 상기 용어 "이오노머"는 일반적으로 하나 이상의 이온을 함유하는 염기로 에틸렌/카르복시산 공중합체의 카르복실기를 부분적으로 또는 전체적으로 중화함으로써 생산되는 중합체를 언급한다. .
상기 막들(a 내지 c)은 두 가지 이상의 열가소성 중합체 물질들을 포함할 수 있으며, 각각의 열가소성 중합체 물질은 (i) 80℃ 내지 165℃의 용해온도를 가지며, 바람직하게는 85℃ 내지 155℃의 용해온도를 가진다.
적절한 중합체의 예는 폴리올레핀, 에틸렌 동종중합체(homopolymer) 및 에틸렌 공중합체와 같은 폴리에틸렌, 프로필렌(propylene) 동종중합체 및 프로필렌 공중합체와 같은 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral), 및 이들 중 두 가지 이상의 조합을 포함한다.
적절한 에틸렌 공중합체는 에틸렌 및 극성 단량체의 공중합된 유닛을 포함하는 것들을 포함한다. 적절한 극성 단량체는 아세트산 비닐, (메트)아크릴산((meth)acrylic acid)(이들의 에스테르(즉, 아크릴레이트(acrylate) 및 이들의 염(즉, 이오노머)을 포함함)과 같은 카르복시산, 및 이들 중 두 가지 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다.
에틸렌 동종중합체 사용될 때, 저밀도 폴리에틸렌, 선형의 저밀도 폴리에틸렌, 극 저밀도(very low density) 폴리에틸렌, 초 저밀도(ultra low density) 폴리에틸렌, 중간 밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 메탈로센(metallocene) 촉매화된 폴리에틸렌, 단일점(single-site) 촉매작용의 산물인 기타 폴리에틸렌, 및 이러한 폴리에틸렌 중 두 가지 이상의 조합이 사용될 수 있다.
상기 막들(a 내지 c)은 에틸렌 및 아세트산 비닐의 공중합된 유닛을 포함하는 에틸렌/아세트산 비닐(vinyl acetate) 공중합체(EVA 공중합체)를 유리하게 포함할 수 있다.
상기 막들(a 내지 c)에 사용되는 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체에 사용되는 아세트산 비닐 유래의 구성 유닛의 함량비는 유리하게 질량비로 18% 이상일 수 있다.
외부 중합체막(a) 및/또는 막(c)은 바람직하게는 나머지 중합체막 중 적어도 하나의 녹는점(T2) 보다 낮은 적어도 10℃의 녹는점(T1)을 가진다. 바람직하게는, 녹는점 T1은 녹는점 T2 보다 낮은 10 내지 100℃일 수 있으며 , 더 바람직하게는 10 및 50℃일 수 있다.
바람직한 하나의 구체예로, 중합체막(a) 및 (c)중 적어도 하나는 막(b)보다 낮은 적어도 10℃의 녹는점을 가지며, 바람직하게는 15℃, 더 바람직하게는 25℃의 녹는점을 가진다.
바람직한 하나의 구체예로, 중합체막(a) 및 (c) 중 적어도 하나는 막(b)의 녹는점보다 낮은 적어도 100℃의 녹는점을 가지며, 바람직하게는 85℃, 더 바람직하게는 75℃, 더욱 바람직하게는 70, 65, 55 및 50℃의 녹는점을 가진다.
바람직하게는, 막(b)의 압출 온도(Tb)에서 막(b)의 용융지수는 막(a) 및/또는 막(c)의 압출 온도(Ta 또는 Tc)에서 막(a) 및/또는(c)의 MFI와 동일하거나 -2 내지 +2의 범위 내이다. 더 바람직하게는, 막(b)의 MFI는 온도(TL)에서 막(a) 및/또는 막(c)의 MFI의 0.5 내지 10의 범위 내에서 다양하며, 여기에서 TL은 필름을 포함하는 태양 전지판(solar panel)의 진공 적층에서의 적층 온도이며, TL　 및 Tb　는 Ta 및 Tc 보다 크다. TL　은 Tb보다 크거나 작을 수 있다.
상기 적층을 위한 일반적인 온도는 135 내지 165℃이고, 바람직하게는 145 내지 155℃이다.
바람직하게는, TL에서 상기 막(a) 및/또는 막(c)의 MFI는 막(b)의 MFI보다 크다.
이는 상기 태양광 전지셀 부품을 침지(wet)하기 위한 상기 중합체가 좀 더 액상 형태일때 더 효율적으로 캡슐화하는데 유용하다.
상기 EVA 공중합체는 190℃ 와 2.16 kg에서 ASTM D1238에 따라서 결정된 것으로, 0.1 내지 1000 g/10 분의 용융지수율(MFI)을 가질 수 있으며, 바람직하게는 0.3 내지 300 g/10 분, 더 바람직하게는 0.5 내지 50 g/10 분의 용융지수율(MFI)을 가질 수 있다. 상기 EVA 공중합체는 하나의 EVA 공중합체 또는 두 가지 이상의 상이한 EVA 공중합체 혼합 형태일 수 있다. 상이한 EVA 공중합체 상이한 코모노머(comonomer) 비율을 갖는 공중합체를 의하기 때문에, 평균 분자량 및/또는 분자량 분포가 다를 수 있다. 따라서 EVA 공중합체는 동일한 코모노머 비율을 갖는 공중합체를 포함할 수도 있으나, 상이한 분자량 분포로 인해 MFI는 상이하다.
바람직한 하나의 구체예로, 상기 EVA 공중합체는 알킬 아크릴레이트와 같은 에틸렌 및 아세트산 비닐외에 단량체를 유리하게 더 포함하고, 그로 인해 알킬 아크릴레이트의 알킬 모이에티(moiety)는 1 내지 6 또는 1 내지 4개의 탄소 원자를 포함할 수 있고, 메틸기, 에틸기, 및 분지된(branched) 또는 비분지된(unbranched) 프로필(propyl)기, 부틸(butyl)기, 펜틸(pentyl)기, 및 헥실(hexyl)기로부터 선택될 수 있다.
알킬 아크릴레이트의 예는 메틸 아크릴레이트(methyl acrylate), 에틸 아크릴레이트(ethyl acrylate), i-부틸 아크릴레이트(i-butyl acrylate), 및 n-부틸 아크릴레이트(n-butyl acrylate)을 포함하여, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 알킬 아크릴레이트 코모노머의 극성은 코모노머에 존재하는 알킬의 상대적인 용량 및 아이덴티티(identity)를 변경함으로써 조절될 수 있다. 유사하게, C1-C6 알킬 메타크릴레이트 코모노머가 코모노머로 사용될 있다. 이러한 코모노머의 예는 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, i-부틸 메타크릴레이트, 및 n-부틸 메타크릴레이트를 포함한다.
본 발명에 따라 사용되는 EVA 조성물들은 예를 들어, 에틸렌 동종중합체, 프로필렌 동종중합체, 추가되는 에틸렌 공중합체, 및 프로필렌 공중합체를 포함하는 폴리올레핀과 같은 하나 이상의 다른 선택적인 중합체; 및 에틸렌(메트)아크릴(ethylene(meth)acrylic) 공중합체를 더 포함할 수 있다. 상기 선택적인 중합체는 상기 EVA 공중합체의 총 중량을 기준으로 최대 25 wt%의 용량으로 사용될 수 있으며 이러한 선택적인 중합체 투명도, 용융지수, 안료 분산 및/또는 접착성과 같은 EVA 공중합체의 원하는 성능에 불리하게 영향을 끼치지 않도록 포함된다.
본 발명에 사용되는 상기 EVA 공중합체는 당 분야에서 알려진 기타 다른 첨가제를 포함할 수도 있다. 이러한 첨가제의 예는 가공 보조제(processing aid), 유동 강화제(flow enhancing additive), 윤활제, 염료, 난연제, 충격 보강제(impact modifier), 핵제(nucleating agent), 실리카와 같은 안티블록킹제(anti-blocking agent), 열안정제, UV 흡수제, UV 안정제, 분산제, 계면활성제, 킬레이트화제(chelating agent), 결합제(coupling agent), 유리섬유, 및 충전제 등과 같은 강화제(reinforcement additive)를 포함한다.
일반적으로, 강화제 및 충전제와 같이 EVA 공중합체의 광학적 선명도를 감소시킬 수 있는 첨가제는 바람직하게는 막(a), (b) 및/또는 (c)에 존재하고,여기에서 상기 필름은 후면 캡슐화재로 사용된다.
상기 다층 필름의 불투명한, 바람직하게는 분산 반사성 막에 사용되는 적절한 안료 또는 충전제 예는 1 .4 이상의 반사율을 갖는 충전제, 1 .6 이상의 반사율을 갖는 충전제, 2 이상의 반사율을 갖는 충전제 또는 2.5 이상의 반사율을 갖는 충전제, 및 0.1 내지 20 ㎛의 평균입자크기를 갖는 충전제, 0.1 내지 10 ㎛ 의 평균입자크기를 갖는 충전제, 또는 0.1 내지 5의 평균입자크기를 갖는 충전제, 0.1 내지 2 의 평균입자크기를 갖는 충전제, 0.2 내지 1 ㎛ 의 평균입자크기를 갖는 충전제, 0.1 내지 0.5 ㎛의 평균입자크기 또는 0.2 내지 0.5 ㎛의 평균입자크기를 갖는 충전제를 포함하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 적절한 충전제 구체적인 예는 탄산칼슘(calcium carbonate), 탄산마그네슘(magnesium carbonate), 탄산바륨(barium carbonate), 황산 마그네슘(magnesium sulphate), 바륨설페이트(barium sulphate), 황산칼슘(calcium sulphate), 산화아연(zinc oxide), 산화 마그네슘(magnesium oxide), 산화칼슘(calcium oxide), 티타늄옥사이드(titanium oxide), 알루미나(alumina), 수산화알루미늄(aluminum hydroxide), 하이드록시아파타이트(히드록시apatite), 실리카, 운모(mica), 탈크(talc), 카올린(kaolin), 점토(clay), 글래스 파우더(glass powder), 아스베스토스 파우더(asbestos powder), 제올라이트(zeolite), 클레이 실리케이트(clay silicate), 석탄회(coal fly ash), 및 이들의 조합을 포함하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
바람직하게는, 상기 충진제는 탄산칼슘, 바륨설페이트, 티타늄 옥사이드, 산화아연, 운모, 글래스 파우더, 및 이들의 조합과 같은 1.6 이상의 굴절률을 갖는 물질로부터 선택된다. 또 다른 반사막에서, 상기 충진제는 2.5, 2.7, 또는 그 이상의 반사율을 갖는 티타늄 옥사이드이다. 티타늄 옥사이드의 적절한 등급은 잘 알려져 있다.
열안정제가 사용될 수 있으며 이는 해당 기술 분야에서 다양하게 개시되어 왔다. 모든 알려진 열안정제는 본 발명에 유용한 조성물 내에서 유용하게 사용될 수 있을 것이다. 바람직한 일반적인 열안정제의 예는 폐놀계(phenolic) 산화방지제, 알킬화된 모노페놀(monophenol), 알킬티오메틸페놀(alkylthiomethylphenol), 하이드로퀴논(hydroquinone), 알킬화된 하이드로퀴논, 토코페롤(tocopherol), 수산화된 티오페닐 에테르(thiodiphenyl ether), 알킬이데네비스페놀(alkylidenebisphenol), O-, N- 및 S-벤질(benzyl) 화합물, 히드록시벤젤레이티드말로네이트(히드록시benzylated malonate), 방향족 히드록시벤질(aromatic hydroxybenzyl) 화합물, 트리아진(triazine) 화합물, 아민성 항산화제, 아릴아민(aryl amine), 디아릴아민(aryl amine), 폴리아릴아민, 아크릴아미노페놀(acylaminophenol), 옥사아미드(oxamide), 금속 불활성화제 (metal deactivator), 아인산(phosphite), 포스포나이트(phosphonite), 벤질포스포네이트(benzylphosphonate), 아스코르빈산(비타민 C), 과산화물을 파괴하는 화합물, 히드록실아민(hydroxylamine), 니트론(nitrone), 티오시너지스트(thiosynergist), 벤조퓨라논, 인도리논(indolinone) 등, 및 이들의 혼합물을 포함하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. EVA 공중합체는 열안정제를 모든 효과적인 용량으로 함유할 수 있다. 열안정제의 사용은 선택적인 것이며 일부 경우에서는 바람직하지 않을 수 있다. 열안정제가 사용될 때, 상기 중합체 물질은 상기 중합체의 총 중량 기준으로 일반적으로 적어도 0.05 wt% 최대한 10 wt%, 더 바람직하게는 5 wt%, 가장 바람직하게는 1 wt%의 열안정제를 포함한다.
바람직하게는 UV 흡수제가 사용될 수 있으며, 이와 관련하여 당분야에서 널리 개시되어 왔다. 모든 알려진 UV 흡수제가 본 발명에서 유용하게 사용될 수 있으며, 상기 필름 시스템과 함께 사용될 수 있으며, 이때, 물성 또는 가공성에 불리하게 영향을 끼치지 않도록 사용된다. 바람직한 일반적인 UV 흡수제의 예는 벤조트리아졸(benzotriazole), 하이도록시벤조-페논(hydroxybenzo-phenone), 하이드록시페닐 트리아진(hydroxyphenyl triazine), 치환되거나 치환되지 않은 벤조산의 에스테르, 등 및 이들의 혼합물을 포함하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 중합체 물질은 모든 효과적인 용량의 UV 흡수제를 함유할 수 있다. UV 흡수제의 사용은 선택적이고, 일부 경우에서 UV 흡수제의 사용은 바람직하지 않을 수 있다. UV 흡수제가 사용될 때, 상기 중합체는 중합체의 총 중량 기준으로 UV 흡수제를 최소 0.05 wt%, 최대 10 wt%, 더 바람직하게는 최대 5 wt%, 및 가장 바람직하게는 최대 1 wt% 함유할 수 있다.
당 분야에서 널리 개시되어 있는 저해된 아민 광 안정제(hindered amine light stabilizer, HALS)이 특히 바람직하다. 일반적으로, 저해된 아민 광 안정제(HALS)는 2급, 3급, 아세틸화된, 치환된 N-히드로카르빌옥시(N-hydrocarbyloxy), 치환된 히드록실(hydroxyl), 또는 입체 장애의 실질적인 양에 의해 특징지어지는 이 외의 치환된 시클릭 아민(cyclic amine)이며, 일반적으로 아민 기능과 가까운 탄소원자 상의 지방족 치환에 의해 유도된다. 상기 중합체는 바람직하게는 저해된 아민 광 안정제(HALS)를 모든 효과적인 용량으로 함유할 수 있다. 저해된 아민 광 안정제(HALS)의 사용은 선택적이며 일부 경우에서는 바람직하지 않다..
저해된 아민 광 안정제(HALS)가 사용될 때, 상기 중합체는 중합체의 총 중량 기준으로 저해된 아민 광 안정제(HALS)를 최소 0.05 wt%, 및 최대 10 wt%, 더 바람직하게는 최대 5 wt%, 및 가장 바람직하게는 최대 1 wt% 용량으로 함유한다.
상기 중합체의 접착력을 개선하기 위하여 상기 중합제에 실란(silane) 결합제를 첨가할 수 있다. 유용한 실란 결합제의 예는 [감마]-크로로프로필메톡시실란([gamma]-chloropropylmethoxysilane), 비닐트리에톡시실란(vinyltrimethoxysilane), 비닐트리스([베타]-메톡시에톡시)실란(vinyltris([beta]-methoxyethoxy)silane), [감마]-비밀벤질프로필메톡시-실람([gamma]-vinylbenzylpropylmethoxy-silane), N-[베타]-(N-비닐벤질라미노에틸)-[감마]-아미노프로필-트리에톡시실란(N-[beta]-(N-vinylbenzylaminoethyl)-[gamma]-aminopropyl-trimethoxysilane), [감마]-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란([gamma]-methacryloxypropyltriethoxysilane), [감마]-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란([gamma]-methacryloxypropyltrimethoxysilane), [감마]-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란([gamma]-methacryloxypropyltriethoxysilane), 비닐트리아세톡시실란(vinyltriacetoxysilane), [감마]-글리시독시프로필트리메톡시실람([gamma]-glycidoxypropyltrimethoxysilane), [감마]-글리시독시프로필트리에톡시실란([gamma]-glycidoxypropyltriethoxysilane), [베타]-(3,4-에폭시시크로헥실)에틸트메톡시실란([beta]-(3,4-epoxycyclohexyl)ethylthmethoxysilane, 비닐트크로로실란(vinylthchlorosilane), [감마]-머캅토프로필메톡시실란([gamma]-mercaptopropylmethoxysilane), [감마]-아미노프로필트리에톡시실란([gamma]-aminopropyltriethoxysilane), N-[베타]-(아미노에틸)-[감마]-아미노프로필트린에톡시실란(N-[beta]-(aminoethyl)-[gamma]-aminopropyltrinethoxysilane), 및/또는 이들 중 두 가지 이상의 혼합물을 포함한다.
상기 실란 결합제는 바람직하게는 중합체의 총 중량 기준으로 상기 캡슐화재 막에 0.01 내지 5 wt% 용량으로 포함되고, 더 바람직하게는 0.05 내지 1 wt% 용량으로 포함된다.
본 발명에 따른 상기 필름 물질은 바람직하게는, 소망할 경우, 높은 투명도를 유지하면서 에틸렌-아세트산 비닐 공중합체를 교차결합할 수 있고 그로 인해 접착력, 내습성 및 관입 저항(penetration resistance)을 향상시킬 수 있는 하나 이상의 유기 과산화수소를 더 포함할 수 있다.
라디칼을 생성하기 위해 적어도 110℃에서 분해되는 모든 유기 과산화수소는 상기에서 언급된 유기 과산화물로 유용하게 사용될 수 있다.
유기 과산화물 또는 과산화수소들이 혼합은 일반적으로 필름 형성 온도, 조성물의 제조 조건, 경화(결합) 온도, 결합되는 몸체의 열 저항성, 및 저장 안정성을 고려하여 결정된다.
본 발명의 바람직한 구체예에 따라서, 상기 과산화물은 수지 가공 온도, 특히, 공압출(coextrusion) 및/또는 이 후의 압출 및 펠렛화 단계에 필수적으로 분해되지 않으면서 단지 태양전지셀 형성온도에서만 활성화되는 과산화물 중에서 선택된다.
상기 구문 "필수적으로 분해되지 않는"은 공압출 온도에서 적어도 0.1 내지 1 시간의 반감기를 의미한다.
상기 유기 과산화수소의 예는 2,5-디메틸헥산-2,5-디히드로퍼옥사이드(2,5-dimethylhexane-2,5-dihydroperoxide), 2,5-디메틸-2,5-디(털트-부틸퍼옥시)헥산(2,5-dimethyl-2,5-di(tert-butylperoxy)hexane), 3-디-털트-부틸퍼옥사이드(3-di-tert-butylperoxide), 디쿠밀 퍼옥사이드(dicumyl peroxide), 2,5-디메틸-2,5-디(2-에틸헥산오일퍼옥시)헥산(2,5-dimethyl-2,5-di(2-ethylhexanoylperoxy)hexane), 2,5-디메틸-2,5-디(털트-부틸퍼옥시)헥산(2,5-dimethyl-2,5-di(tert-butylperoxy)hexane), 털트-부틸쿠밀퍼옥사이드(tert-butylcumylperoxide), [알파], [알파]'-비스(털트-부틸퍼옥시이소프로필)벤젠([alpha], [alpha]'-bis(tert-butylperoxyisopropyl)benzene), [알파], [알파]'비스(털트-부틸퍼옥시)디이소프로필벤젠([alpha], [alpha]'-bis(tert-butylperoxy)diisopropylbenzene), n-부틸-4.4-비스(털트-부틸퍼옥시)부탄(n-butyl-4,4-bis(tert-butylperoxy)butane), 2,2-비스(털트-부틸퍼옥시)부탄(2,2-bis(tert-butylperoxy)butane), 1,1-비스(털트-부틸퍼옥시)시클로헥산(1,1 -bis(tert-butylperoxy)cyclohexane), 1,1-비스(털트-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸시클포헥산(1,1-bis(tert-butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexane), 털트-부틸퍼옥시벤조에이트(tert-butylperoxybenzoate, benzoyl peroxide), 및 1,1-디(털트-헥실퍼옥시-3,3,5-트리케틸시클로헥산(1,1-di(tert-hexylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexane)를 포함한다. 물론, 2,5-디메틸-2,5-디(2-에틸학산오일퍼옥시)헥산 및 11,1-디(털트-헥실퍼옥시-3,3,5-트리케틸시클로헥산이 특히 바람직하다.
상기 필름막에서 유기 과산화물의 함량은 바람직하게는 중합체 100 중량부를 기준으로 중량비로 0.1 내지 5 중량부이고, 더 바람직하게는 0.2 내지 1 .8 중량부이다.
본 발명의 상기 필름은 필요할 경우에 교차결합하는 보제(auxiliary agent)를 더 포함할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 교차결합하는 보제는 적어도 하나의, 바람직하게는 복수개의 라디칼로 중합될 수 있는 기능기를 제공하는 화합물로서 이해된다. 이러한 교차결합하는 보제는 일반적으로 에틸렌-아세트산 비닐 공중합체의 겔(gel) 부분을 증가시키고, 이로 인해 캡슐화재의 내구성 및 기계적 강도가 개선된다.
교차결합하는 보제는 일반적으로 중합체의 100 중량부를 기준으로 중량비로 10 중량부 이하, 바람직하게는 0.1 내지 5.0 중량부의 용량으로 사용된다. 상기 교차결합하는 보제의 예는 트리알릴 시아누레이트(triallyl cyanurate) 및 트리알릴 이소시아누레이트(triallyl isocyanurate)과 같은 3관능성의(tri-functional) 교차결합하는 보제, 및 (메트)아크릴 에스테르([meth]acryl ester)의 단관능성(mono-functional) 또는 2관능성의(di-functional) 교차결합하는 보제를 포함한다. 이러한 화합물 중에서, 트리알릴 시아누레이트 및 트리알릴 이소시아누레이트가 특히 바람직하다.
본 발명에 따른 상기 필름은 전면 및/또는 후면 캡슐화를 위해 유리하게 사용될 수 있다.
본 발명에 따라서, 용어 "전면"이 빛이 방사되는 태양광 전지 소자 또는 셀의 면, 즉, 빛을 받는 면을 의미하며, 반면에, 용어 "후면"은 태양광 전지 소자의 빛을 받는 면의 반대면을 의미한다.
전면 캡슐화재로 사용하기 위하여, 상기 막들(a 내지 c)은 바람직하게는 투명하다. 상기 후면 캡슐화재에 있어서, 상기 막들(a 내지 c)은 불투명할 수 있으나, 바람직하게는 단지 막(b) 및 막(c)가 불투명하다.
상기 필름이 전면 캡슐화재로 사용될 때, 바람직하게는 발광 다운시프팅(downshifting)화 화합물이 상기 막들(a 내지 c)에 존재하고, 이러한 발광 다운시프팅 화합물은 발광 다운시프팅 화합물이 다음 막에서 나타내는 더 낮은 파장에서 적어도 빛의 일부분을 흡수하는 특성을 가진다. 따라서, 차단막은 중합체막(들)에 존재하고 있는 발광 다운시프팅 화합물(들) 보다 낮은 파장에서 빛을 흡수하는 발광 다운시프팅 화합물 또는 화합물들을 포함할 것이다. 많은 유기 화합물들이 짧은 파장의 빛에 특별히 민감하다는 점에 있어서 이러한 발광 다운시프팅 화합물이 잇점을 가진다. 이러한 짧은 파장의 빛 및 재발광(re-emitting)하는 긴 파장의 빛을 여과함으로써 좀 더 안정한 중합체 시트를 생산할 수 있다. 더 바람직하게는 제1 중합체막, 즉, 차단막은 적절하게는 10 내지 400 nm의 UV 빛을 적어도 부분적으로 흡수하고 높은 파장에 있는 빛을 재발산할 수 있는 물성을 가진다. 이러한 UV 파장을 흡수하는 상기 발광 다운시프팅 화합물(들)은 일반적인 UV 안정제와 함께 사용할 수 있다. UV 안정제는 높은 파장의 빛을 재발산하기보다는 흡수된 UV 빛을 열에너지로 전환하기 때문에 UV 안정제의 사용을 자제하는 것이 바람직하다. 따라서, 이러한 UV 안정제를 사용하지 않거나 또는 낮은 농도에서 사용할 때, 좀 더 효율적인 중합체 시트를 생산할 수 있다. 이후, 상기 발광 다운시프팅 화합물은 UV 안정제의 보호 기능을 대체할 것이다.
본 발명에 따른 상기 캡슐화재 필름이 전면 시트로 사용될 때, 바람직하게는 햇볕의 짧은 파장의 빛을 태양광 전지셀이 좀 더 효과적으로 빛을 전기로 전환할 수 있는 긴 파장 빛으로 전환하는 화합물도 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명은 또한 햇볕의 발광을 다운시프팅함으로써 태양광 전지셀의 성능을 개선하기 위한 본 발명에 따른 상기 캡슐화재 필름의 용도에 관한 것이다.
상기 제1 투명한 중합체 캡슐화재 막(b)은 바람직하게는 특정한 파장을 갖는 빛을 적어도 부분적으로 흡수하고 흡수된 빛의 파장보다 높은 파장에 있는 빛을 재발산하는 발광 다운시프팅 화합물을 포함한다. 이러한 화합물은 태양 전지판의 효율을 개선할 수 있다. 상기 태양광 전지셀은 일반적으로 특정한 파장 범위에서 선택적으로 작동한다. PV 셀이 선택적으로 작동하는 원하는 파장범위로 태양의 낮은 파장 빛의 일부분을 전환함으로써 효율이 개선될 수 있다.
상기 발광 다운시프팅 화합물은 특정한 파장을 갖는 빛을 부분적으로 흡수하고 이러한 흡수되는 빛의 파장보다 더 긴 파장에서 빛을 재발산할 수 있는 유기 또는 무기 발광 화합물일 수 있다. 이러한 화합물은 이미 알려져 있으며, 예를 들어 후술되는 논문에 개시되어 있다:Efthymios Klampaftis, David Ross, Keith R. Mcintosh, Bryce S. Richards, Enhancing the performance of a solar cell via luminescent down-shifting of incident spectrum, a review, Solar Energy Materials & Solar Cells 93 (2009) 1 182-1 194.
적절한 유기 발광 다운시프팅 화합물은 예를 들어 레이저 염료이다. 후술되는 화합물들은 유기 발광 다운시프팅 화합물로서 사용될 수 있으며, 이러한 화합물 중 일부는 레이저 염료로도 사용된다: 로다민(예를 들어, 5-카복시테트라메틸로다민(5-carboxytetramethylrhodamine), 로다민 6G, 로다민 B, 루브렌(Rubrene), 알루미늄 틜스-([델타]-히드록시퀴놀린(알루미늄 tris-([delta]-hydroxyquinoline) (Alq3), N,N'-디페닐-N.N'-비스-(3-메틸페닐)-1(Ν,Ν'-diphenyl-N,N'-bis-(3-methylphenyl)-1, 1'-비페닐-4-4'-디아민(1'-biphenyl-4-4'-diamine) (TPD), 비스-(8-히드록시퀴놀린)-크로로갈륨((bis-(8-hydroxyquinoline)-chlorogallium) (Gaq2CI); 페릴렌 카르보닉 에시드(perylene carbonic acid) 또는 이들의 유도체; 나프탈렌 카르보닉 에시드(naphthalene carbonic acid) 또는 이들의 유도체; 비오란트론(violanthrone) 또는 이소-비오란트론(iso-violanthrone) 또는 이들의 유도체. 유기 발광 다운시프팅 화합물의 예는 퀴닌(quinine), 플루오레신(fluorescien), 설포로다민(sulforhodamine), 5-비스(5-터트-부틸-2-엔조자조릴)티오펜(5-Bis(5-tert-butyl-2-enzoxazolyl)thiophene), 및 나일블루(Nile Blue)를 포함한다.
적절한 유기 발광 다운시프팅 화합물의 다른 예는 쿠마린계(Coumarin) 염료이며, 예를 들어 7-디에틸아미노쿠마린-3-카르복시산 히드라지드(7-diethylaminocoumarin-3-carboxylic acid hydrazide) (DCCH), 7-디에틸아미노쿠마린-3-카르복시산 숙시니미딜 에스테르(7-diethylaminocoumarin-3-carboxylic acid succinimidyl ester), 7-메톡시쿠마린-3-카르복시산 숙시니미딜 에스테르(7-methoxycoumarin-3-carboxylic acid succinimidyl ester), 7-히드록시쿠마린-3-카르복시산 숙시니미딜 에스테르(7-hydroxycoumarin-3-carboxylic acid succinimidyl ester), 7-디에틸아미노-3-((((2-이오도마세타미도)에틸)아미노)카르보닐)쿠마린(7-Diethylamino-3-((((2-iodoacetamido)ethyl)amino)carbonyl)coumarin) (IDCC), 7-디에틸아미노-3-((((2-말레이미딜)에틸)아미노)카르보닐)쿠마린(7-Diethylamino-3-((((2-maleimidyl)ethyl)amino)carbonyl)coumarin) (MDCC), 7-디메틸아미노-4-메틸쿠마린-3-이소티오시아네이트(7-Dimethylamino-4-methylcoumarin-3-isothiocyanate) (DACITC), N-(7-디메틸아미노-4-메틸쿠마린-3-일)말레이미드(N-(7-Dimethylamino-4-methylcoumarin-3-yl)maleimide) (DACM), N-(7-디메틸아미노-4-메틸쿠마린-3-일)이오도아세타미드(N-(7-Dimethylamino-4-methylcoumarin-3-yl)iodoacetamide) (DACIA), 7-디에틸아미노-3-(4'-말레이미딜페닐)-4-메틸쿠마린(7-diethylamino-3-(4'-maleimidylphenyl)-4-methylcoumarin) (CPM), 7-디에틸아미노-3-((4'-(이오도아세틸)아미노)페닐)-4-메틸쿠마린(7-diethylamino-3-((4'-(iodoacetyl)amino)phenyl)-4-methylcoumarin) (DCIA), 7-디메틸아미노쿠마린-4-아세트산(7-dimethylaminocoumarin-4-acetic acid) (DMACA) 및 7-디메틸아미노쿠마린-4-아세트산 숙시니미딜 에스테르(7-dimethylaminocoumarin-4-acetic acid succinimidyl ester) (DMACASE)일 수 있다.
적절한 유기 발광 다운시프팅 화합물의 다른 예는 페릴렌계 염료이고, 예를 들어 N, N'-비스(2,6-디이소프로필페닐)페릴렌-3,4:9,10-테트라카르보닉에시드 디이미드(N, N'-bis(2,6-diisopropylphenyl)perylene-3,4:9,10-tetracarbonic acid diimide), N,N'-비스(2,6-디메틸페닐)페릴렌-3,4:9,10-테트라카르보닉에시드 디이미드(N,N'-bis(2,6-dimethylphenyl)perylene-3,4:9,10-tetracarbonic acid diimide), N,N'-비스(7-트리데실)페릴렌-3,4:9,10-테트라카르보닉에시드 디이미드(N,N'-bis(7-tridecyl)perylene-3,4:9,10-tetracarbonic acid diimide), N,N'-비스(2,6-디이소프로필페닐)-1,6,7,12-테트라(4-터트-옥틸페녹시)페릴렌-3,4:9,10-테트라카르보닉에시드 디이미드(N,N'-bis(2,6-diisopropylphenyl)-1,6,7,12-tetra(4-tert.-octylphenoxy)perylene-3,4:9,10-tetracarbonic acid diimide), N,N'-비스(2,6-디이소프로필페닐)-1,6,7,12-테트라페녹시페릴렌-3,4:9,10-테트라카르보닉에시드 디이미드(N,N'-bis(2,6-diisopropylphenyl)-1,6,7,12-tetraphenoxyperylene-3,4:9,10-tetracarbonic acid diimide), N,N'-비스(2,6-디이소프로필페닐)-1,6- 및 -1,7-비스(4-터트-옥틸페녹시)페릴렌-3,4:9,10-테트라카르보닉에시드 디이미드(N,N'-bis(2,6-diisopropylphenyl)-1 ,6- and -1 ,7-bis(4-tert- octylphenoxy)perylene-3,4:9,10-tetracarbonic acid diimide), N,N'-비스(2,6-디이소프로필페닐)-1,6- 및 -1,7-비스(2,6-디이소프로필페녹시)-페릴렌-3,4:9,10-테트라카르보닉에시드 디이미드(N,N'-Bis(2,6- diisopropylphenyl)-1,6- and -1,7-bis(2,6-diisopropylphenoxy)-perylene-3,4:9,10- tetracarbonic acid diimide), N-(2,6-디이소프로필페닐)페릴렌-3,4-디카르본산 이미드(N-(2,6-diisopropylphenyl)perylene-3,4-dicarbonic acid imide), N-(2,6-디이소프로필페닐)-9-페녹시페릴렌-3,4-디카르본산 이미드(N-(2,6-diisopropylphenyl)-9-phenoxyperylene-3,4-dicarbon acid imide), N-(2,6-디이소프로필페닐)-9-(2,6-디이소프로필페녹시)페릴렌-3,4-디카르본산 이미드(N-(2,6-diisopropylphenyl)-9-(2,6-diisopropylphenoxy)perylene-3,4-dicarbonic acid imide), N-(2,6-디이소프로필페닐)-9-cyanoperylene-3,4-디카르본산 이미드(N- (2,6-diisopropylphenyl)-9-cyanoperylene-3,4-dicarbonic acid imide), N-(7-트리데실)-9-펜-옥시페릴렌-3,4-디카르본산 이미드((N-(7-tridecyl)-9-phen-oxyperylene-3,4-dicarbonic acid imide) ), 페릴렌-3,9- 및 -3,10-디카르본산 디이소부틸-에스테르(perylene-3,9-and -3,10-dicarbonic acid diisobutyl-ester), 4,10-디사아노페릴렌-3,9- 및 4,9-디사아노페릴렌-3,10-디카르본산 디이소부틸-에스테르(4,10-dicyanoperylene-3,9- and 4,9-dicyanoperylene-3,10-dicarbonic acid diisobutyl-ester), 및 페릴렌-3,9- 및 -3,10-디카르본산 디(2,6-디이소프로필페닐)아미드(perylene-3,9- and -3,10-dicarbonic acid di(2,6-diisopropylphenyl)amide) 일 수 있다.
상기 페릴렌 염료는 항상 360 내지 630 nm 영역에 있는 빛을 흡수하고 470 내지 750 nm로 재발산한다. 페릴렌 염료외에도, 유럽특허 제A073 007호에 기재된 구조와 같은 유사한 구조를 갖는 비오란트론 및/또는 이소-비오란트론을 기반으로 한 염료와 같은 다른 형광 염료를 사용할 수 있다. 적절한 바람직한 화합물의 예로는 알콕시레이티드 비오란트론(alkoxylated violanthrone) 및/또는 6,15-디도데실옥시이소비오란트론디온-(9,18)(6,15-didodecyloxyisoviolanthronedion-(9,18))과 같은 이소-비오란트론이 있다.
적절한 유기 발광 다운시프팅 화합물의 다른 예는 나프탈렌계 화합물이다. 이러한 염료는 일반적으로 약 300 내지 420 nm의 파장에 있는 UV 범위 내에서 흡수되고 약 380 내지 520 nm에서 발광을 보인다. 나프탈렌계 화합물의 예는 나프탈렌 카르본산 유도체를 포함하며, 예를 들어 나프탈렌 1,8:4,5-테트라카르보닉에시드 디이미드(1,8:4,5-tetracarbonic acid diimide)이고, 바람직하게는 나프탈렌-1,8-디카르본산 이미드(naphthalene-1,8-dicarbonic acid imide)이고, 가장 바람직하게는 4,5-디알콕시나프탈렌-1,8-디카르본산 모노이미드(4,5-dialkoxynaphthalene-1,8-dicarbonic acid monoimide) 및 4-페녹시나프탈렌-1,8-디카르본산 모노이미드(4-phenoxynaphthalene-1,8-dicarbonic acid monoimide)이다. 다른 나프탈렌계 화합물로는 예를 들어 N-(2-에틸헥실)-4,5-디메톡시나프탈렌-1,8-디카르본산 이미드(N-(2-ethylhexyl)-4,5-dimethoxynaphthalene-1,8-dicarbonic acid imide), N- (2,6-디이소프로필-페닐)-4,5-디메톡시나프탈렌-1,8-디카르본산 이미드(N-(2,6-diisopropyl-phenyl)-4,5-dimethoxynaphthalene-1,8-dicarbonic acid imide), N-(7-트리데실)-4,5-디메톡시-나프탈렌-1,8 디카르본산 이미드(N-(7-tridecyl)-4,5-dimethoxy-naphthalene-1,8 dicarbonic acid imide), N-(2,6-디이소프로필페닐)-4,5-디페녹시나프탈렌-1,8-디카르본산 이미드(N-(2,6-diisopropylphenyl)-4,5-diphenoxynaphthalene-1 ,8-dicarbonic acid imide), 및 N,N'-비스(2,6-디이소프로필페닐)-1,8:4,5-나프탈렌 테트라카르보닉에시드 디이미드(N,N'-bis(2,6-diisopropylphenyl)-1,8:4,5-naphthalene tetracarbonic acid diimide)가 있다.
다른 예로는 BASF로부터 확보할 수 있는 것으로서, Lumogen F Yellow 083, Lumogen F Orange 240, Lumogen F Red 305 및 Lumogen F Violet 570이 있다.
예를 들어 다음과 같은 유기 발광 다운시프팅 화합물들은 300 내지 360 nm에서 흡수(여기파장)할 수 있고, 365 Nm, 최대 400 Nm 정도에서 최대의 발산 스펙트럼을 가진다: 디페닐옥사졸(2,5-디페닐옥사졸 1,4-디[2-(5-페닐옥사졸릴)벤젠(diphenyloxazole(2,5-diphenyloxazol 1,4-di[2-(5-phenyloxazolyl)benzene], 4,4'-디페닐스틸벤(4,4'-diphenylstilbene), 3,5,3"",5""-테트라-t-부틸-p-퀸쿠에페닐(3,5,3"",5""-tetra-t-butyl-p-quinquephenyl). 이러한 화합물들은 예를 들어 Synthon Chemicals GmbH 및 Luminescence Technology Corp 사에서 판매되고 있다. 예를 들어, 다음과 같은 유기 발광 다운시프팅 화합물은 400 내지 460 Nm을 향해서 들어오는 빛을 재발산할 수 있다: 2,5-티오페네딜비스(5-터트-부틸-1,3-벤조잘)(2,5-thiopenediylbis(5-tert-butyl-1 ,3-benzoxale)). 예를 들어, 다음과 같은 유기 발광 다운시프팅 화합물은 560 nm를 향해서 들어오는 빛을 재발산할 수 있다: 호스타솔 3G 나프타리미드(hostasole 3G naphtalimide) (Clariant), Lumogen F Yellow 083 (BASF), and 로다민 110(Rhodamine 110) (Lambdachrome 5700).
예를 들어, 다음과 같은 유기 발광 다운시프팅 화합물은 580 내지 640 nm를 향해서 들어오는 빛을 재발산할 수 있다: 호스타졸 GG 티오잔텐 벤잔티온(hostazole GG thioxanthene benzanthione) (Clariant), -Lumogen F Red 300 (BASF), 및 벤조익 로다민 6G 에틸아미노잔텐(benzoic Rhodamine 6G ethylaminoxanthene) (Lambdachrome 5900).
예를 들어 다음과 같은 유기 발광 다운시프팅 화합물 640-680 nm를 향하여 들어오는 빛을 재발산할 수 있다: 크레트실 퍼플 디아미노펜졸(cretsyl purple diaminobenzole), Sublforhodamine B (Lambdachrome LC6200),
예를 들어 다음과 같은 유기 발광 다운시프팅 화합물은 700 내지 1000 nm를 향하여 들어오는 빛을 재발산할 수 있다: 로다민 800 (Sigma), Pyridine 2 (Lambdachrome LC7600), DOTC, HITC (Lambdachrome LC7880), 및 Styril 9 (Lambdachrome LC8400).
적절한 무기 발광 화합물은 반도체 양자점(semiconducting quantum dot) 물질이고, Snri3+, Cr3+, ZnSe, Eu2+　및 Tb3+　를 포함하는 나노입자, ZnO; Mg, Cu, 및/또는 F로 도핑된 ZnS; CdSe; CdS; Τ?02; Zr3+; Zr4+; 및/또는 Eu3+를 포함하는 나노입자, 또는 YPO4로 도핑된 Sm3+ 또는 Tb3+를 포함하는 나노입자이다. 이러한 물질들의 일반적인 특징은 형광성을 가진다는 것이다. 나노크기의 입자들은 적절한 공정, 예를 들어 미국특허 제7384680호에 기재된 공정에 따라 제조될 수 있다. 이러한 나노입자는 75 nm 미만의 평균 직경을 가지며, 좀 더 구체적으로는 투과형 전자현미경(transmission electron microscopy, TEM)에서 사용될 수 있는 3 내지 50 nm의 평균 직경을 가질 수 있다. 발광 화합물로서 적절한 유로퓸(Europium) 착물로는 Eu(-diketonate)3-(DPEPO) 및 다음 논문에 기재된 기타 Eu3+ 착물들이 있다: Omar Moudam et al, Chem. Commun., 2009, 6649-6651 by the Royal Society of Chemistry 2009.
적절한 무기 발광 화합물의 또 다른 예는 후술되는 금속 중에서 선택되는 1 내지 100개의 원자(나노미터 이하 크기)의 의 클로스터를 포함하는 올리고 원자 금속 클러스터를 포함하는 분자체이다: Si, Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Pt, Rh, Co 및 Ir 또는 Ag/Cu, Au/Ni 등과 같은 합금. 상기 분자체는 제올라이트, 다공성 산화물, 실리코알루미노포스페이트(silicoaluminophosphate), 알루미노포스페이트(aluminophosphate), 갈로포스페이트(gallophosphate), 진코포스페이트(zincophophate), 티타노실리케이트(titanosilicate) 및 알루미노실리케이트(aluminosilicate), 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 본 발명의 특히 바람직한 구체예로, 본 발명의 상기 분자체는 MCM-22, 페리어라이트(ferrierite), 및 파우자스티트 X 및 Y로 이루어진 군으로부터 선택되는 큰 기공을 가진 제올라이트 중에서 선택될 수 있다. 본 발명의 또 다른 구체예로, 상기 분자체는 제올라이트 3 A, Zeolite 13X, Zeolite 4A, Zeolite 5 A 및 ZKF로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질일 수 있다. 바람직하게 상기 올리고 원자 금속 클러스터 클러스터는 1 내지 100개의 원자를 포함하고 있는 올리고 원자 은(silver) 분자이다. 다운시프팅 화합물을 기반으로 하는 이러한 분자체의 예는 본 발명에서 참조로 사용되는 국제특허공보 제WO-A-2009006708호에서 설명된다.
막(b) 내에서의 상기 발광 다운시프팅 화합물의 농도는 선택되는 발광 다운시프팅 화합물에 따라 다른 것이다. 일부 화합물은 좀 더 효과적이고 상기 중합체막에서 좀 더 낮은 농도를 필요로 할 것이고, 일부 화합물은 빛을 흡수하고 재발산하는데 덜 효율적이기 때문에 더 높은 농도를 필요로 할 것이다.
하나 이상의 상기 막들(a 내지 c)은 적어도 하나의 발광 다운시프팅 화합물을 포함할 것이다. 상기 중합체막 단 하나의 발광 다운시프팅 화합물 또는 하나 이상의 발광 다운시프팅 화합물을 포함할 것이다. 만약 하나 이상의 발광 다운시프팅 화합물이 존재한다면, 상이한 파장에 있는 빛을 흡수하고 상이한 긴 파장에 있는 빛을 재발산하는 화합물들을 결합하는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 소위 발광 다운시프팅 "캐스케이드(cascade)"를 얻을 수 있으며, 여기에서 하나의 화합물에 의해 재반사되는 빛은 다음 화합물에 의해 흡수된다. 이러한 캐스케이드 포톤-어브솝션-이미팅 체인(Photon-Absorption-Emitting Chain, PAEC)으로도 언급된다.
바람직한 하나의 구체예로, 상기 필름은 다음과 같은 공압출되는 중합체 서브(sub)-막들을 포함한다: 제1 중합체막(a)은 400 내지 550 nm의 빛을 재반사하는 발광 다운시프팅 화합물을 포함하고, 또 다른 중합체 서브-막(b)은 360 내지 470 nm의 빛을 흡수하고 410 내지 670 nm의 빛을 재반사하는 발광 다운시프팅 화합물을 포함하고, 그리고 또 다른 중합체 서브-막(c)은 360 내지 570 nm의 빛을 흡수하고 410 내지 750 nm의 빛을 재반사하는 발광 다운시프팅 화합물을 포함한다.
하나 이상의 발광 다운시프팅 화합물 상기의 서브-막들 중 하나에 존재할 수 있다. 추가되는 막들은 상기 중합체 시트 내에 존재할 수 있으며, 추가되는 막 또한 발광 다운시프팅 화합물 또는 다른 첨가제를 포함한다.
막(b1)에 대한 적절한 발광 다운시프팅 화합물은 예를 들어 2,5-디페닐옥사졸(PPO 디페닐옥사졸)(2,5-diphenyloxazol(PPO diphenyloxazole)), 4,4'-디페닐스틸벤(4,4'-Diphenylstilbene) (DPS), 1 ,4-디[2-(5-페닐옥사조릴)벤젠(1,4-Di[2-(5-phenyloxazolyl)benzene])(POPOP), 3,5,3"",5""-테트라-t-부틸-p-퀸쿠에페닐(3,5,3"",5""-Tetra-t-butyl-p-quinquephenyl(QUI P-quinqaphenyl)), 1,8-ANS(1-아닐이노나프탈렌-8-술폰산)(1,8-ANS(1-Anilinonaphthalene-8-sulfonic acid)), 1-아닐이노나프탈렌-8-술폰산(1-Anilinonaphthalene-8-sulfonic acid)(1,8-ANS), pH 9.0의 6,8-디플루오로-7-히드록시-4-메틸쿠마린(6,8-Difluoro-7-hydroxy-4-methylcoumarin), pH 7.0의 7-아미노-4-메틸쿠마린(7-Amino-4-methylcoumarin), 7-히드록시-4-메틸코운나린(7-Hydroxy-4-methylcounnarin), pH 9.0의 7-히드록시-4-메틸코운나린(7-Hydroxy-4-methylcounnarin), Alexa 350, 청색 형광 단백질(Blue Fluorescent Protein, BFP), Cascade Yellow, pH 8.0의 Cascade Yellow 항체 컨쥬케이트(conjugate), 쿠마린, Dansyl Cadaverine, Dansyl Cadaverine, MeOH, DAPI, DAPI-DNA, Dapoxyl (2-아미노에틸) 술폰아미드, DyLight 350, Fura-2 Ca2+, 칼슘 함량이 높은 Fura-2, 칼슘이 없는 Fura-2, Hoechst 33258, Hoechst 33258-DNA, Hoechst 33342, lndo-1, pH 3.0의 칼슘이 없는 LysoSensor Yellow, pH 9.0의 LysoSensor Yellow, Marina Blue, Sapphire, 및/또는 SBFI-Na+이 있다.
서브막(b)에 대한 적절한 발광 다운시프팅 화합물의 예는 다음과 같다: 7-디에틸아미노쿠마린-3-카르복시산 히드라진(7-diethylaminocoumarin-3-carboxylic acid hydrazide, DCCH), 7-디에틸아미노쿠마린-3-카르복시산 숙시니미딜 에스테르, 7-메톡시쿠마린-3-카르복시산 숙시니미딜 에스테르, 7-히드록시쿠마린-3-카르복시산 숙시니미딜 에스테르, 7-디에틸아미노-3-((((2-이오도마세타미도)에틸)아미노)카르보닐)쿠마린(IDCC), 7-디에틸아미노-3-((((2-말레이미딜)에틸)아미노)카르보닐)쿠마린(MDCC), 7-디메틸아미노-4-메틸쿠마린-3-이소티오시아네이트(DACITC), N-(7-디메틸아미노-4-메틸쿠마린-3-일)말레이미드(DACM), N-(7-디메틸아미노-4-메틸쿠마린-3-일)이오도아세타미드(DACIA), 7-디에틸아미노-3-(4'-말레이미딜페닐)-4-메틸쿠마린(CPM), 7-디에틸아미노-3-((4'-(이오도아세틸)아미노)페닐)-4-메틸쿠마린(DCIA), 7-디메틸아미노쿠마린-4-아세트산(DMACA), 7-디메틸아미노쿠마린-4-아세트산 숙시니미딜 에스테르 (DMACASE), Acridine Orange, Alexa 430, Alexa Fluor 430 항체 컨쥬케이트 pH 7.2, Auramine O, Di-8 ANEPPS, Di-8-ANEPPS-lipid, FM 1 -43, FM 1 -43 lipid, Fura Red Ca2+, 칼슘함량이 높은 Fura Red, 칼슘함량이 낮은 Fura Red, Lucifer Yellow 및/또는 CH, SYPRO Ruby (CAS 260546-55-2).
서브-막(c)에 대한 적절한 발광 다운시프팅 화합물의 예는 막(b)에서 설명된 상기 화합물 및 로다민 110, 로다민 6G 에틸아미노잔텐 벤조이쿠에(Rhodamine 6G ethylaminoxanthene benzoique)(Lambdachrome사에서 구입 가능함), pH 7.2의 Alexa Fluor 647 R-피코에리스린 스트렙타비딘(R-phycoerythrin streptavidin), 이티디움 브로마이드(Ethidium Bromide), 이티디움 호모다이머(Ethidium homodimer), 이티디움 호모다이머-1-DNA, FM 4-64, FM 4-64, 2% CHAPS, Nile Red-lipid 및/또는 프로피디움 이오디데(Propidium Iodide)를 포함한다.
또 다른 가능한 캐스케이드 예는 대략 280 nm 내지 365 nm의 흡수 범위와 대략 380 nm 내지 430 nm의 발광 범위를 가진 제1 발광 다운시프팅 화합물을 가진 제1 발광 다운시프팅 화합물을 포함할 수 있다. 적절한 발광 다운시프팅 화합물은 예를 들어 대략 310 nm에서 최대 흡수와 대략 390 nm에서 최대 발광을 갖는 것으로 알려진 3,5,3"",5""-테트라-t-부틸-p-퀸쿠에페닐이다. 이러한 발광 다운시프팅 화합물은 예를 들어 상기 중합체막 내의 발광 다운시프팅 화합물의 총 함량의 약 33%의 농도로 첨가될 수 있다. 제2 발광 다운시프팅 화합물은 대략 335 내지 450 nm의 흡수범위와 대략 410 nm, 최대 550 nm의 발광범위를 갖는다. 적절한 발광 다운시프팅 화합물은 예를 들어, 상기 중합체막 내의 발광 다운시프팅 화합물의 총 함량의, 예를 들어, 33% 정도의 농도로 대략 396 nm에서 최대 여기파장 및 대략 490 nm에서 최대 발광파장을 갖는 2,3,5,6-1H,4H-테트라히드로퀴놀리지노-[9,9a,1-gh]-쿠마린(2,3,5,6-1H,4H-tetrahydroquinolizino-[9,9a,1-gh]-coumarin)이다. 상기 캐스케이드의 제3 발광 다운시프팅 화합물은 대략 450 nm 내지 550 nm의 흡수범위와 560 nm에서 700 nm까지의 발광범위를 가진다. 적절한 발광 다운시프팅 화합물은 예를 들어 상기 중합체막 내의 발광 다운시프팅 화합물의 총 함량의, 예를 들어, 33% 정도의 농도에서 450 nm 정도에서 최대로 흡수하며 대략 600 nm에서 최대로 발광하는 1-아미노-2-메틸안트라퀴논(1 -amino-2-methylantraquinone)이다.
상기 필름의 서브-막들 중에 하나의 막, 바람직하게는 입사광에 가장 가까운 막,에서 UV 파장범위에서 빛을 흡수할 수 있는 발광 다운시프팅 화합물를 제공함으로써 더욱 효과적인 태양 전지판을 제조할 수 있다. 이는 특별히 상기 필름이 EVA 공중합체 포함할 때의 경우이다. 상기 EVA 공중합체는 UV 빛의 영향으로 인해 분해될 수 있다. UV 흡수제를 사용함으로써, 상기 EVA 공중합체의 수명은 일반적으로 증가한다. 이러한 UV 흡수제는 UV 빛을 열로 전환한다. 이로 인해 UV 범위에 있는 파장을 갖는 광자들은 태양광 전지에 의해 전기를 생성하는데 있어서 효과적으로 사용될 수 없다.
상기 EVA 공중합체를 포함하는 필름을 포함하는 상기 태양 전지판의 효율은 UV 파장의 빛을 흡수하고 더 높은 파장의 빛을 방출하는 발광 다운시프팅 화합물 또는 화합물의 캐스케이드를 첨가함으로써 향상될 수 있다. 상기 UV 파장 범위에 있는 빛을 흡수하고 상기 UV 파장보다 더 높은 파장에서 빛을 발광하는 발광 다운시프팅 화합물을 사용함으로써, 상기 UV 빛은 상기 중합체를 덜 유해하고 태양광 전지에 의해 전기를 효율적으로 생산하는데 사용될 수 있는 빛으로 전환된다. 따라서, 좀 더 효과적이고, UV 흡수제를 필요로 하지 않거나 적은 용량을 필요로 하는 태양 전지판이 생산될 수 있다.
상기 중합체 매트릭스에 혼합되는 다운 컨버젼(down conversion)의 총 농도는 필름의 두께에 따라 다른데, 이는 효율적인 다운 컨버젼은 입사광이 부피당 접하는 분자량의 작용이기 때문이다. 대략 400 내지 450 ㎛의 중합체막은 예를 들어 구성하고 있는 발광 다운시프팅 화합물 200 ppm 내지 1000 ppm로 도핑될 수 있다. UV 차단과 전달의 균형을 잘 갖춘 450 ㎛의 적절한 중합체막은 예를 들어 최종 중합체막 내에서 대략 500 ppm의 구성하는 발광 다운시프팅 화합물 농도에서 생산될 수 있다.
상기 태양광 전지 전면 시트 바람직하게는 저철(low iron) 규산염 유리와 같은 유리 기재일 수 있다. 이러한 유리 기재의 두께는 일반적으로 0.1 내지 10 mm이고, 바람직하게는 0.3 내지 5 mm이다. 상기 유리 기재는 화학물질 또는 열에 의해 담금질될 수 있다.
또한, 본 발명은 태양광 전지 모듈 제조공정에 관한 것으로, 상기 태양광 전지셀 또는 부품은 투명한 전면 보호 물질과 후면 보호 물질 사이에 캡슐화되고, 그 결과, 완전하게 캡슐화된 구조를 생산하게 된다.
일반적으로, 상기 전면 시트, 상기 캡슐화재 필름, 리본 및 연결자들을 가진 상기 셀, 배면 캡슐화재 및 배면 시트, 또는 캡슐화재가 통합된 다층 배면 시트는 뒤집혀서 상기 전면시트에 배치된 후 진공 라미네이터에 도입되고, 최종적으로 115 내지 175℃, 바람직하게는 140 내지 165℃, 가장 바람직하게는 145 내지 155℃의 온도에서 전환 열에 의해 압착 결합된다. 상기 라미네이터는 0.1 내지 8 분 동안 가스제거 단계를 거친다.
이후, 상기 밀봉 필름은 교차 결합되고 및/또는 열 및 압력에 의해 경화된다.
상기 압착 적층 압력은 바람직하게는 0.1 내지 1 .5 kg/cm2이다. 적층 시간은 일반적으로 5 내지 15 분이다. 이러한 열공정에 의해 전면 및 배면 캡슐화재에 함유된 상기 에틸렌-아세트산 비닐 공중합체가 교차결합 할 수 있고, 그로 인해 상기 태양광 전지 소자, 상기 투명한 전면 시트 및 상기 배면 시트는 강하게 태양광 전지 모듈에 부착된다.
본 발명의 바람직한 구체예가 필름 내에 있으며, 여기에서 막(a)은 투명하고, 반면에 막(b)는 불투명하고, 바람직하게는 확산 반사기로서 기능을 하는 백색의 반사성 막이다. 이로 인해 배면 캡슐화재인 중합체막을 함유하는 단층 확산 반사기 안료가 가진 문제점, 즉, 적층 공정 동안 셀의 전면 위로 흐르는 현상을 극복할 수 있다.
후면 캡슐화재로 사용되는 상기 필름은 바람직하게는 폴리에스테르 또는 플루오린-함유(fluorine-containing) 중합체로부터 선택되는 필름 기재 물질을 포함하는 단층 또는 다층 배면 시트와 결합된다. 이는 폴리에스테르의 단층 또는 바람직하게는 다층, 및 플루오린-함유 중합체의 단층 또는 다층(예를 들어, 폴리에스테르의 두 개의 층 또는 다층 및 중합체를 함유하는 플루오린 막의 적층된 필름)일 수 있다.
따라서, 상기 배면 시트 필름 기재는 (i)일부분이 방향족인 폴리에스테르, (ii)플루오린-함유 중합체; (iii)표면상에 금속 또는 금속 산화물/비금속 산화물의 코팅을 가진 폴리에스테르 또는 플루오린-함유 중합체; 또는 (iv)상기에서 기재된 두 가지 이상의 물질로 제조되는 적층된 필름으로부터 유리하게 선택될 수 있다. 상기 폴리에스테르 바람직하게는 부분적으로 방향족 폴리에스테르. 이러한 폴리에스테르 바람직하게는 C2 내지 C6 알킬렌 프탈레이트(alkylene phthalate) 중합체, C2 내지 C6 알킬렌 나프탈레이트(alkylene naphthalate) 중합체, 및 폴리에틸렌 테르탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌 2,5-푸란 디카르복시산 에스테르(polyethylene 2,5-furane dicarboxylic acid ester, PEF), 폴리트리메틸렌 테르탈레이트(polytrimethylene terephthalate), 폴리부틸렌 테르탈레이트(polybutylene terephthalate), 폴리헥실렌 테르탈레이트(polyhexylene terephthalate), 폴리에틸렌 o-프탈레이트(polyethylene o-phthalate), 폴리트리메틸렌 o-프탈레이트(polytrimethylene o-phthalate), 폴리부틸렌 o-프탈레이트(polybutylene o-phthalate), 및 폴리헥실렌 o-프탈레이트(polyhexylene o-phthalate)와 같은 이들의 혼합물, 바람직하게는 폴리에틸렌 테르탈레이트, 바람직하게는 C2 내지 C6 알킬렌 나프탈레이트 중합체, 바람직하게는 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate), 폴리트리메틸렌 나프탈레이트(polytrimethylene naphthalate), 및 폴리부틸렌 나프탈레이트(polybutylene naphthalate)와 같은 C2 내지 C4　알킬렌 나프탈레이트 중합체; 및 상기 물질 중 두 가지 이상의 물질의 공중합체 및 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 중합체를 포함한다. 또한, 상기 후면 캡슐화재는 유리 배면 시트와 결합될 수 있다.
적절한 폴리에스테르 기재는 기계적 강도 및 가스 차단성을 더욱 향상시키기 위하여 필름-캐스팅(film-casting) 후 2축 배향(biaxial orientation)으로 처치함으로써 형성될 수 있다. 이러한 필름은 우수한 기계적 특성, 절연성, 및 가스 차단성으로 잘 알려져 있다.
상기 플루오린-함유 중합체는 해당 기술분야에서 알려진 모든 적절한 플루오린-함유 중합체일 수 있으며, 상기 플르오린-함유 중합체의 예는 플루오로에틸렌(fluoroethylene); 비닐리덴 플루오라이드(vinylidene fluoride); 크로로트리플루오로에틸렌(chlorotrifluoroethylene); 테트라플루오로에틸렌(tetrafluoroethylene); 및 에틸렌, 프로필렌, 플루오로에틸렌(fluoroethylene), 에틸렌 플루오라이드(ethylene fluoride), 비닐리덴 플루오라이드(vinylidene fluoride), 크로로트리플루오로에틸렌(chlorotrifluoroethylene), 헥사플루오로프로필렌(hexafluoropropylene), 테트라플루오로에틸렌(tetrafluoroethylene), 퍼플루오로알콕시비닐 에테르(perfluoroalkoxyvinyl ether), 및 퍼플루오로프로필렌(perfluoropropylene)와 같은 불소화되지 않거나, 부분적으로 또는 전체적으로 불소화된 기타 단량체를 가진 상기의 모든 공중합체를 포함한다.
상기 배면 시트 필름은 단층 또는 다층일 수 있으며, 예를 들어, 이층 또는 다층 플루오린-함유 중합체의 적층된 필름일 수 있다. 상기 플루오린-함유 중합체 기재 막의 총 두께는 바람직하게는 10 내지 350 ㎛이고, 더 바람직하게는 15 내지 300 ㎛이고, 가장 바람직하게는 20 내지 250 ㎛이다.
화학적 또는 물리적 진공 증착과 같은 적절한 공정에 의해 적층 또는 침전될 수 있는 금속막 또는 금속 산화물막과 같은 추가적인 막들이 존재할 수 있다. 기재와 결합막 간의 결합강도를 향상시키기 위하여, 상기 기재는 표면처리될 수 있다. 표면처리방법은 당 분야에서 알려진 종래의 모든 적절한 방법일 수 있으며, 특정 방법으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 표면처리방법은 코로나(corona) 처리, 화염(flame treatment) 처리, 또는 프라이머(primer treatment) 처리 방법일 수 있다.
적절한 프라이머의 예는 이민(imine) 프라이머들 및 아민(amine) 프라이머들을 포함하며, 본 발명이 이로 한정되는 것은 아니다. 프라이머 처리가 기재 표면 처리에 사용될 때, 형성되는 프라이머의 최종 두께가 특별히 제한되는 것은 아니며, 폴리에스테르 기재와 캡슐화재 막간의 결합 강도에 불리하게 영향을 주지 않는 한 당분야에서 알려진 모둔 두께로 형성될 수 있다. 기타 다른 막들도 존재할 수 있으며, 예를 들어, 추가적인 가스 및 수증기 차단막으로서 기능을 하는 폴리올레핀 막이 존재할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 캡슐화재 필름 또는 시트는 모든 적절한 공정에 의해 제조될 수 있으며, 사용될 수 있는 공정은 침지코팅(dipcoating), 용해주조(solution casting), 압착몰딩(compression molding), 사출성형(injection molding), 적층, 용해압출주조(melt extrusion casting), 브로운 필름공정(blown film processes), 압출코팅(extrusion coating), 탠덤압출코팅(tandem extrusion coating), 또는 당업자들에게 알려진 모든 방법일 수 있다. 바람직하게는, 상기 시트는 용해 공압출 주조(melt coextrusion casting), 용해 압출 코팅(melt extrusion coating), 브로운 필름 공정, 또는 탠덤 용해 압출 코팅 공정에 의해 형성될 수 있다.
바람직하게는, 막(a) 및 (c)은 사용된 적이 없는 물질을 포함한다. 그러나, 본 발명의 출원인들은 유리 기재 또는 태양광 전지셀 기재와 직접적으로 접촉하지 않은 중간막인 막(들)(b 및/또는 c)은 재활용된 물질을 어느 정도는 포함할 수 있음을 확인하였다.
상기 용어 "사용되지 않은"은 태양광 전지셀 레이업 공정에서 사용된 적인 없는 물질을 의미한다. 상기 용어 "재활용된 물질"은 필름공정에 사용된 적이 있으며 이후에 손질된 물질, 또는 필름의 일부분, 또는 필름의 사용되지 않은 부분을 의미한다.
이러한 필름은 상기와 동일한 목적으로 사용될 수 없어서 항상 "폐기"물질로 고려되는데, 이는 표면에 있는 활성 실란 조성물이 전면 또는 후면시트, 및/또는 캡슐화되는 부품들과 충분히 결합할 수 있을 정도로 높은 활성을 갖지 않기 때문이다.
본 발명에 따른 후면 캡슐화재에 있어서, 태양광 전지셀의 캡슐화 공정 동안에 태양광 전지 모듈 생산을 위하여 필름의 크기를 잰 후 펠렛화(pelletizing)할 때, 적어도 일부가 EVA 공중합체 및/또는 막(c)로 구성되는 막(b)은 제조공정 후 필름으로부터 제거되는 에틸렌 비닐 아세테이트 물질을 적어도 일부는 포함한다. 따라서, 상기 펠렛화되는 물질은 바람직하게는 상기 막(b) 및/또는 상기 막(c)을 각각 형성하는 동안 공압출 공정을 다시 거치게 된다.
상기 펠렛화 공정은 낮은 온도, 즉, 모든 과산화물 활성제의 활성온도보다 낮은 온도에서의 압출과 이후의 낮은 온도에서의 펠렛(pellet) 형성 공정을 유리하게 포함한다. 더 바람직하게는, 상기 공정은 소위 워터 펠렛화(water pelletisation) 공정을 포함한다. 그러므로, 상기 막(b) 및/또는 상기 막(c)은 바람직하게는 막(a) 및/또는 막(c)보다 더 많은 가수분해된 실란 부품을 포함한다. 따라서, 또한, 본 발명은 바람직하게는 태양광 전지셀의 캡슐화 공정 전에 필름으로부터 제거되고 이후 펠렛화되는 에틸렌 비닐 아세테이트 물질의 적어도 일부분 포함하는 상기 막(b) 및/또는 상기 막(c)을 포함하는 필름에 관한 것이다.
또한, 그 대신에, 막(b)는 국제공개공보 제WO2012057079호에 개시되어 있으며 Kuraray Corp사로부터 구매 가능한 제품명이 "Kurarity"인 폴리메틸 메타크릴레이트 n-부틸아크릴레이트 블록(polymethyl metacrylate n-butylacrylate block) 공중합체를 포함할 수 있다.
더 바람직한 구체예는 막(b)에 폴리올레핀을 포함하고, 바람직하게는 LDPE 타입인 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌을 포함한다. 이러한 막들은 높은 차단 특성을 가질 뿐만 아니라 상기 EVA 막(들)의 가열냉각(annealing)으로 인하여 크림프(crimp) 가 더 감소될 수 있다.
상기 막(b)에 적절한 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀의 예는 고밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형의 저밀도 폴리에틸렌, 메탈로센-유래의 저밀도 폴리에틸렌, 및 폴리프로필렌 공중합체. 저밀도 폴리에틸렌, 및 적절히 높은 MFI 및 135 내지 155℃의 용해 온도를 갖는 폴리프로필렌 공중합체를 포함한다.
또한, 막(b)은 폴리(메트)아크릴레이트, 폴리에폭시드, 폴리우레탄, 기능화된 폴리올레핀(예를 들어, EPM 또는 EPDM 고무, 실리콘 및/또는 이오노머 기반의 폴리올레핀), 및/또는 이들의 조합으로부터 선택되는 중합체를 포함할 수 있다.
적절한 폴리올레핀 공중합체 물질의 예는 에틸렌-C1-C4　 알킬(메트)아크릴레이트(ethylene-C1 to C4　alkyl (meth)acrylate) 공중합체(예를 들어, 에틸렌-메틸 메타크릴레이트 공중합체, 에틸렌-메틸 아크릴레이트 공중합체, 에틸렌-에틸 메타크릴레이트 공중합체, 에틸렌-에틸 아크릴레이트 공중합체, 에틸렌-프로필 메타크릴레이트 공중합체, 에틸렌-프로필 아크릴레이트 공중합체, 에틸렌-부틸 메타크릴레이트 공중합체, 에틸렌-부틸 아크릴레이트 공중합체 및 이들 중 두 가지 이상의 공중합체의 혼합물(여기에서, 에틸렌 유래의 상기 공중합체 유닛들의 중량은 각 공중합체 총 중량기준으로 50% 내지 99%이고, 바람직하게는 70% 내지 95%임); 에틸렌-메타크릴산 공중합체, 에틸렌-아크릴산 공중합체 및 이들의 혼합물(여기에서, 에틸렌 유래의 공중합체 유닛들의 중량은 각 공중합체의 총 중량 기준으로 50 내지 99%이고, 바람직하게는 70 내지 95%임); 에틸렌-말레익 안하이드라이드 공중합체(여기에서, 에틸렌 유래의 공중합체 유닛의 중량은 상기 공중합체의 총 중량기준으로 50 내지 99%이고, 바람직하게는 70 내지 95%임); C1 내지 C4　알킬 메타크릴레이트, C1 내지 C4　알킬 아크릴레이트, 에틸렌-메타크릴산, 에틸렌-아크릴산 및 에틸렌-말레익 안하이드라이드로부터 선택된 적어도 두 개의 코모노머를 가진 에틸렌에 의해 형성되는 다염기 중합체(예를 들어, 에틸렌-메틸 아크릴레이트메타크릴산(여기에서, 메틸 아크릴레이트로부터 생성되는 공중합체 유닛들은 중량비로 2 내지 30%임), 에틸렌-부틸 아크릴레이트메타크릴산 삼원중합체(여기에서, 메타크릴산으로부터 생산되는 공중합체 유닛들은 중량비로 1 내지 30%이고 부틸 아크릴레이트로부터 생성되는 공중합체 유닛들은 중량비로 2 내지 30%임), 에틸렌-프로필 메타크릴레이트 아크릴산 삼원중합체(여기에서, 프로필 메타크릴레이트로부터 생산되는 공중합체 유닛들은 중량비로 2 내지 30%이고, 아크릴산으로부터 생산되는 공중합체 유닛들은 중량비로 1 내지 30%임), 에틸렌-메틸 아크릴레이트-아크릴산 삼원중합체(여기에서, 메틸 아크릴레이트로부터 생산되는 공중합체 유닛들은 중량비로 2 내지 30%이고, 아크릴산으로부터 생산되는 공중합체 유닛들은 중량비로 1 내지 30%임), 에틸렌-메틸 아크릴레이트-말레익 안하이드라이드 삼원중합체(여기에서, 메틸 아크릴레이트로부터 생산되는 공중합체 유닛들은 중량비로 2 내지 30%이고, 말레익 안하이드라이드로부터 생산되는 공중합체 유닛들은 중량비로 0.2 내지 10%임), 에틸렌-부틸 아크릴레이트-말레익 안하이드라이드의 삼원중합체(여기에서, 부틸 아크릴레이트로부터 생산되는 공중합체 유닛들은 중량비 2 내지 30%이고, 에틸렌-말레익 안하이드라이드로부터 생산되는 공중합체 유닛들은 중량비로 0.2 내지 10%임), 및 에틸렌-아크릴산-말레익 안하이드라이드 삼원중합체(여기에서, 아크릴산으로부터 생산되는 공중합체 유닛들은 중량비로 2 내지 30%이고 말레익 안하이드라이드로부터 생산되는 공중합체 유닛들은 중량비로 0.2 내지 10%임); C1 내지 C4　알킬 메타크릴레이트, C1 내지 C4　알킬 아크릴레이트, 에틸렌-메타크릴산, 에틸렌-아크릴산, 및 에틸렌-말레익 안하이드라이드로부터 선택되는 적어도 하나의 코모노머를 가진 에틸렌 및 글리시딜(glycidyl) 메타크릴레이트에 의해 형성되는 공중합체(예를 들어, 에틸렌부틸 아크릴레이트-글리시딜 메타크릴레이트의 삼원중합체(여기에서, 부틸 아크릴레이트로부터 생산되는 공중합체 유닛들은 중량비로 2 내지 30%이고 글리시딜 메타크릴레이트로부터 생산되는 공중합체 유닛들은 중량비로 1 내지 15%임); 및 전술된 물질들 중 두 가지 이상 물질의 혼합물을 포함한다.
바람직하게는, 막(b)에 사용되는 상기 물질은 막(a) 및/또는 막(c)에 사용되는 물질과 같은 온도에서 더 높은 MFI를 가진다.
또한, 본 발명은 다음과 같은 막들을 포함하는 태양 전지판에 관한 것이다: 유리막(a), 제1 투명한 중합체 캡슐화재 막(b), 태양광 전지셀을 포함하는 막(c), 본 발명에 따른 필름을 포함하는 제2 중합체 캡슐화재 막(d); 및 유리막(e). 또한, 본 발명은 이러한 태양 전지판을 제조하기 위한 공정에 관한 것이다.
웨이퍼 기반의 태양광 전지셀 유래의 태양광 전지 모듈은 함께 납땜되는 일련의 자립형 웨이퍼를 종종 포함한다. 상기 웨이퍼는 태양광 전지셀 막에서 일반적으로 알려진 두께인, 약 180 내지 240 ㎛의 두께를 가진다. 상기 막은 각각의 셀 유닛들과 부스 바들(한쪽 말단은 셀에 연결되어 있고 다른 한쪽은 모듈을 빠져나감)을 연결하는 크로스 리본과 같은 전기 배선을 일반적으로 더 포함한다.
상기 태양광 전지셀 막은 내후성 모듈을 형성하기 위하여 항상 중합체 캡슐화재 막과 외부 보호막 사이에 개재된다. 사용 가능한 외부 보호막은 유리막이다. 실외에 적용하기 위하여, 상기 태양광 전지 모듈은 외부 사용으로 인한 다양한 습도 및 온도, UV 및 기타 빛에 대한 노출, 및 화학물질 및/또는 (미)생물 성장을 포함하는 다양한 풍화 조건; 이온의 이동; 산화; 바람 또는 눈에 의한 기계적 부하; 및 기계적 충격(예를 들어, 우박)에 대한 복원성에 대한 강한 내구성을 가져야 한다.
용이하게 제조될 수 있으며 높은 광효율을 갖는 개선된 태양 전지판에 대한 요구가 있다. 이는 하기의 태양 전지판에 의해 성취될 수 있다:
유리막(a),
제1 투명한 중합체 캡슐화재 막(b),
태양광 전지셀을 포함하는 막(c)
제2 중합체 캡슐화재 막(d), 및
유리막(e)을 포함하고, 상기 제1 및/또는 제2 중합체 캡슐화재 막은 다층의 공압출된 열가소성 중합체 서브-막들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양 전지판.
또한, 본 발명은,
유리막(a),
제1 투명한 중합체 캡슐화재 막(b),
태양광 전지셀을 포함하는 막(c) ,
제2 중합체 캡슐화재 막(d); 및
유리막(e)을 포함하는 스택(stack)을 사용하는 태양 전지판 제조공정에 관한 것으로, 상기 제1 및/또는 제2 중합체 캡슐화재 막은 상승된 적층 온도에서 열융착(thermal lamination)되는 다층의 공압출된 열가소성 중합체 서브-막들로 이루어진다.
본 발명의 출원인들은 다층의 공압출된 열가소성 중합체 서브-막들로 이루어진 캡슐화재 막를 제공함으로써 태양 전지판의 복잡성이 놀랍도록 개선될 수 있음을 발견하였다. 본 발명에 의해서, 열융착 공정의 레이업 공정에서 사용되는 필름의 수는 상당히 감소된다. 또한, 제조공정에 따른 폐기물질의 양도 감소한다. 또한, 태양전지를 제조하기 위한 상기 공정은 접착제계 용매를 전혀 사용하지 않거나 또는 상당히 적은 양을 상용하면서도 이루어질 수 있다. 이 외의 잇점은 하기에서 설명된다.
상기 유리막(a)의 역할은 빛이 상기 활성막을 통과하도록 하면서 기계적 충격 및 풍화로부터 태양광 전기 모듈을 보호하는 것이다. 상기 유리막(e)의 역할은 태양 전지판의 후면을 보호하는 것이다. 전면 및 후면 유리막을 제공함으로써, 알루미늄 프레임(frame)과 같은 프레임을 필요로 하지 않는 근본적으로 강한 패널을 생산할 수 있다. 상기 유리막은 무염(sodium free) 유리일 수 있으며, 예를 들어 알루미노실리케이트(aluminosilicate) 또는 보로실리케이트(borosilicate) 유리일 수 있다. 대량 생산을 위하여, 소다 석회 유리(soda lime glass) 또는 보로실리케이트 유리를 사용하는 것이 바람직하다. 소다 석회 유리는 중량비로 67 내지 75%의 Si_2, 중량비로 10 내지 20%의 Na_2O, 중량비로 5 내지 15%의 CaO, 중량비로 0 내지 7%의 MgO, 중량비로 0 내지 5%의 Al_2O_3, 중량비로 0 내지 5%의 K_2O, 중량비로 0 내지 1 .5%의 L_12O, and 중량비로 0 내지 1%의 BaO를 포함할 수 있다. 이러한 유리는 90%를 초과하는 적절한 투명도를 가질 것이다. 이러한 유리에 대한 적절한 열강화처리(thermally toughening treatment)가 수행되어 왔다.
바람직하게는, 상기 유리막(a)은 1 .5 내지 4 mm의 두께를 가지고, 상기 유리막(e)은 1.5 내지 4 mm의 두께를 가지고, 상기 태양 전지판의 총 두께는 9 mm 미만이다.
상기 유리막은, 예를 들어, 플로트 글래스(float glass) 또는 롤 글래스(roll glass)일 수 있다. 상기 유리는 선택적으로 열처리될 수 있다. 상기 두께를 갖는 적절히 열강화처리된 유리 시트 및/또는 유리막은, 예를 들어, Saint Gobain Glass, Pilkington, AGC, PPG 및 Ducatt에서 이용할 수 있다.
상기 유리막의 표면, 특히 상기 중합체 시트를 직면하고 있지 않는 표면은 적절한 항-반사막으로 코팅될 수 있다. 이러한 항-반사성 막은 유리표면에서 반사하는 빛을 제한할 것이다. 이처럼 반사를 제한함으로써 상기 유리막(a)를 통과하는 빛은 증가하며, 그로 인해 태양 전지판의 효율은 향상될 것이다. 바람직하게는, 상기 유리막(a)을 코팅한다. 적절한 항-반사 코팅막은 다공성 실리카막으로 이루어질 것이다. 이러한 다공성 실리카는, 예를 들어, 미국특허 제B-7767253호에 기재된 것처럼 졸-겔(sol-gel)에 의해 적용될 수 있다. 이러한 다공성 실리카는 실리카계 바인더에 존재하는 고체 실리카 입자로 이루어질 수 있다. 이러한 코팅은 DSM, The Netherlands(Khepri Coat™)으로부터 구입할 수 있다. 항-반사성 코팅을 갖는 유리막의 제조공정은, 예를 들어, 국제공보 제WO-A-20041041 13호 및 제WO-A-2010100285호에서 설명되어 있다.
또한, 들어오는 빛을 대면하는 막(a)의 유리 표면은 들어오는 빛을 좀 더 효율적으로 포착하기 위하여 국제공보 제WO2005111670호에 기재된 것처럼 엠보싱된 구조를 가질 수 있다.
상기 태양광 전지셀은 다음 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다: CdS; CdTe; Si, 바람직하게는 p-도핑된 Si 또는 결정성 Si 또는 비결정의 Si 또는 다결정의 Si; InP; GaAs; Cu2S; 및 코퍼 인듐 갈륨 디셀레나이드(copper indium gallium diselenide, CIGS). 바람직하게는, 상기 태양광 전지셀은 단결정 실리콘(c-Si), 폴리- 또는 다결정 실리콘(poly-Si 또는 mc-Si) 및 리본 실리콘 타입 태양광 전지셀이다. 본 발명은 특히 이러한 타입의 셀들에서 유용하게 사용된다. 상기 적층 공정에서 캡슐막의 수축은 거의 관찰되지 않기 때문에, 상기 PV 셀 상에 더 적은 힘이 부가되고, 그로 인해 우수한 기능을 갖춘 셀이 생산될 가능성이 높다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 필름의 제조공정에 관한 것으로, 상기 필름 제조공정은 (i)각각의 중합체막에 대하여 하나 이상의 마스터 배치(master batch) 중합체 물질들을 제공하는 단계, 및 (ii)상기 중합체 시트를 형성하는 막으로 상기 마스터 배치 중합체 물질들을 공-압출하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 상기 공정은 중합체 물질 및 첨가제로부터 하나 이상의 마스터 배치를 제조하는 단계, 및 상기 공압출에 사용하기 위하여 마스터 배치 물질을 미립자로 생성하는 단계를 더 포함한다. 또한, 본 발명은 본 발명에 따른 필름을 제조하기 위하여 상기 중합체 물질 및 첨가제를 포함하는 하나 이상의 마스터 배치의 용도에 관한 것이다.
하기의 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명이 이들로 한정되는 것을 아니다.
실시예 1
EVA인 두 개의 외부막, 및 폴리에틸렌인 중간막을 포함하는 세 개의 막 필름은 하기와 같이 제조되었다.
190℃의 온도, 2.16 kg에서 45 g/10'의 MFI와 33%의 VA 함량을 갖는 제1 및 제3 EVA 막(a 및 c)은 안정제 및 과산화물 개시제(peroxide initiator)로 충분히 조성된다. 생산된 조성물은 약 100℃에서 공압출되며, 이 온도에서 각각의 EVA 수지의 MFI는 ~2.7 g/10'로 기록되었다.
190℃의 온도, 2.16 kg에서 22 g/10'의 MFI를 갖는 저밀도 폴리에틸렌인 폴리올레핀 물질(b)은 ~120℃의 온도에서 (i)과 (iii) 사이에 있는 막(ii)에서 공압출되었다. 이 온도에서 상기 각각의 수지의 MFI는 ~3g/10'로 기록되었다.
상기 막들(a 및 c)의 두께는 대략 180 ㎛였다. 상기 막(ii)의 두께는 대략 90 ㎛였다. 금형에서 나올 때의 필름 온도는 105℃였다.
상기 필름의 EVA 막들의 조기 경화는 관찰되지 않았으며, 어떤 멜트 프랙튜어(melt fracture)도 발생하지 않았으며, 상기 필름은 특히 열에 안정하였고, 적층 공정 동안 수축 민감성을 보이지 않았다.
상기 EVA 막(c)는 T1O2 타입의 확산 반사기로 착색되었다. 안료로 인해 용이한 필름((필름 내의 두 개의 수지의 온도는 상당히 상이한데, EVA는 약 63℃에서 용해되는 반면 LDPE는 약 105℃에서 용해된다)) 공정이 방해받지 않음을 확인하였다.
상기 공-압출은 멀티-매니폴드(multi-manifold) 금형을 사용하지 않고, 피드-블록(feed-block) 및 금형 하드웨어 상에서 구현되었다.
따라서, 제조된 상기 다층 필름(d)은 태양 전지판의 레이업에 사용되었으며, 이로 인해 유리막, 제1 투명한 일반적인 EVA 모노막 캡슐화재 필름, 결정 실리콘 PV 셀, 상기에서 생산된 다층 필름(d), 및 배면 시트인 유리막의 스택에 대한 열융착 공정을 수행하였으며, 상기 열융착 공정은 Meier사의 평판(flat-bed) 진공 라미네이터의 다음과 같은 적층 프로토콜을 사용하면서 약 150℃의 적층 온도에서 이루어졌다:
온도: 145℃
진공 시간: 300 초
압력 램프업(Pressure ramp up): 30 초
압력 시간: 400 초
따라서, 생산된 상기 셀에서 상기 PV 셀 전면 내로 흰색 막의 유동은 관찰되지 않았으며, 상승된(accelerated) 습도 및 열 노출 테스트를 통과하였다. 따라서, 생산된 상기 다층(d)에서 냉각 및/또는 상기에서 설명된 적층 공정 동안에 현저한 수축이 관찰되지 않았다.
실시예 2
막(b)로써 적층 전에 상기 제1 필름으로부터 잘려진 필름을 사용하면서 실시예 1을 반복한 후, 공-압출 전에 압출 및 해교(peptization)를 실시하였다. 이에 따라 제조된 필름은 실시예 1에 따라서 셀에 사용되었으며 원래의 필름과 유사하게 실시되었다.
비교예 1
후면에 있는 흰색으로 착색된 EVA 캡슐화재인 모노막을 사용하면서 실시예 1을 반복하였다. 적층할 때, 상당한 양의 백색 EVA가 투명한 전면 EVA 캡슐화재와 혼합되고 그로 인해 태양광 전시셀 상으로 이동하는 것을 관찰하였으며, 또한 투명한 전면 EVA의 작은 부분이 모듈 내에 투명한 얼룩을 남기면서 모듈의 후면으로 흐르는 것을 관찰하였다. 원치않는 시각적 문제 다음으로, 셀의 일부분을 덮음으로써 출력이 감소하였으며 이로 인해 백열광으로 전환하는 효율이 감소하였다
다양한 진공시간, 최대압력 및 온도와 같은 적층 사이클의 변화는 샘플의 품질에 영향을 주지 않은 반면에 비교예의 오버플로우(overflow)는 모든 경우에서 관찰되었다.
상기의 실시예들은 본 발명의 공정 및 물질의 장점, 구체적으로, 재사용에 의한 폐기물질의 감소뿐만 아니라 상기 태양광 전지소자의 상으로 착색된 막의 오버플로우의 감소를 명확하게 보여준다.
이는, 예를 들어, 배면 접촉 셀과 사용하기에 특히 적절한 본 발명에 따른 필름을 만든다.
본 발명의 구체예들이 상기의 발명의 상세한 설명에서 설명되었으나, 이러한 설명은 본 발명이 기재된 구체적인 형태 또는 구체예로 한정되는 것을 의도한 것은 아니며, 본 발명을 상기 구체예들로 한정하기보다는 예를 들어 설명한 것으로 이해되어야 하며, 본 발명이 이러한 구체예들로 한정되는 것이 아니다는 것은 당업자들에게 자명한 것이다.

Claims (48)

  1. (a) 적어도 하나의 제1 외부 열가소성 중합체막;
    (b) 상기 제1 및 제2 외부막 사이에 배치되는 열가소성 중합체 중간막; 및
    (c) 제2 외부 열가소성 중합체막;
    을 포함하고, (a), (b) 또는 (c) 중 적어도 하나는 불투명한 것을 특징으로 하는 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 (a), (b) 및 (c) 중에서 하나 이상은 투명하고, 바람직하게는 적어도 (a)가 투명한 것을 특징으로 하는 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 하나 이상의 불투명한 막(들)은 분산 반사성 안료를 포함하고, ASTM 스탠다드 E 903에 따라 결정된 것으로써, 30 내지 500 ㎛ 두께의 불투명한 막에서 400 내지 800 nm의 파장의 빛에 대하여 적어도 75%의 반사 효율을 가지고, 바람직하게는 50 내지 250 ㎛ 두께의 불투명한 막에서 400 내지 800 nm 파장의 빛에서 적어도 95%의 반사효율을 가지는 것을 특징으로 하는 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름.
  4. 청구항 1 내지 3의 어느 한 항에 있어서,
    상기 막(a) 내지 막(c) 중 적어도 하나는 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체를 포함하는 것을 특징으로 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 (a) 내지 막(c)에 사용되는 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 내의 아세트산 비닐 유래 구성 유닛의 함량비는 질량비로 18% 이상인 것을 특징으로 하는 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름.
  6. 청구항 1 내지 5의 어느 한에 있어서,
    상기 중합체막들은 필름을 형성하기 위하여 공압출되는 것을 특징으로 하는 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름.
  7. 청구항 1 내지 6의 어느 한 항에 있어서,
    외부 중합체막은 나머지 중합체막들 중 적어도 하나의 녹는점(T2)보다 낮은 적어도 10℃ 낮은 녹는점(T1)을 갖는 것을 특징으로 하는 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 녹는점(T1)은 상기 녹는점(T2) 보다 10 내지 100℃ 낮은 것을 특징으로 하는 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름.
  9. 청구항 7 또는 8에 있어서,
    상기 중합체막(a) 및 상기 중합체막(c) 중 적어도 하나는 막(b)의 녹는점보다 적어도 10℃ 낮은 녹는점을 갖는 것을 특징으로 하는 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름.
  10. 청구항 8 또는 9에 있어서,
    상기 막(a) 내지 막(c) 중 적어도 하나는 특정한 파장을 갖는 빛을 적어도 일부를 흡수하고 흡수되는 빛의 파장보다 긴 파장에 있는 빛을 방출하기 위하여 발광 다운시프팅 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름.
  11. 청구항 1 내지 10의 어느 한 항에 있어서,
    상기 중간막(b)는 선택적으로 기능화된 폴리올레핀; 선택적으로 기능화된 폴리올레핀 공- 또는 삼원중합체; 부타디엔, 이소프렌 및/또는 부틸렌/에틸렌 공중합체(SIS, SBS 및/또는 SEBS)가진 선택적으로 수소화된 폴리스틸렌 블록 공중합체; 폴리메타크릴레이트 폴리아크릴레이트 블록 공중합체, 폴리올레핀, 또는 메타크릴산(이오노머(ionomer))와 같은 공중합 기능을 가진 단량체를 가진 올레핀 공중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 중합체막(b)의 녹는점은 상기 막(a) 및/또는 상기 막(c)의 녹는점보다 적어도 10℃ 내지 100℃ 높은 것을 특징으로 하는 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름.
  13. 청구항 11 또는 12에 있어서,
    상기 막(b)의 압출 온도(Tb)에서 막(b)의 용융지수는 상기 막(a) 및/또는 상기 막(c)의 압출온도(Ta 또는 Tc)에서 막(a) 및/또는 막(c)의 MFI와 동일하거나 MFI에서 ±2의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 막(b)의 MFI는 온도(TL)에 있는 막(a) 및/또는 막(c)의 MFI와 0.5 내지 10 범위 내에서 상이하고, 상기 온도(TL)는 상기 필름을 포함하는 태양광 전지 모듈을 위한 진공 적층의 적층 온도이고, 상기 온도(TL)은 Tb보다 높거나 낮고, 상기 온도(Tb)는 온도(Ta)보다 높은 것을 특징으로 하는 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 막(a) 및/또는 상기 막(c)의 MFI는 온도(TL) 막(b)의 MFI보다 높은 것을 특징으로 하는 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름.
  16. 청구항 1 내지 15의 어느 한 항에 있어서,
    상기 막(a) 또는 상기 막(c)는 유리 및/또는 태양광 전지셀과 같은 실리콘, 금속 및/또는 금속 산화물 유래 표면들과 접착할 수 있는 충분한 용량으로 실란 접착 프로모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름.
  17. 청구항 1 내지 16의 어느 한 항에 있어서,
    상기 막들(a, b 및/또는 c)는 상기 적층 온도(TL)에서 활성되는 하나 이상의 교차결합 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 교차결합 시스템은 유기 과산화물 개시제를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름.
  19. 청구항 1 내지 18의 어느 한 항에 있어서,
    상기 막들(a, b 및 c)은 공압출 공정에 의해 서로 부착되는 것을 특징으로 하는 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름.
  20. 청구항 1 내지 19의 어느 한 항에 있어서,
    상기 막(a)은 사용된 적이 없는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름.
  21. 청구항 1 내지 20의 어느 한 항에 있어서,
    상기 막(b) 및/또는 상기 막(c)은 적어도 일부의 재활용되는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 막(b) 및/또는 상기 막(c)는 필름에서 잘려 제거된 후 크기가 조절된 에틸렌 비닐 아세테이트 물질을 적어도 일부 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름.
  23. 청구항 20 내지 22의 어느 한 항에 있어서,
    상기 막(b) 및/또는 상기 막(c)은 상기 막(a)보다 더 적은 실란을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전지셀 캡슐화용 다층 필름.
  24. (i) 캡슐화재 물질로서 적절한 적어도 하나의 제1 열가소성 중합체 물질을 제공하는 단계;
    (ii) 캡슐화재 물질로서 적절한 적어도 하나의 제2 열가소성 중합체 물질을 제공하는 단계;
    (iii) 중간 중합체 물질로서 적절한 적어도 하나의 제3 열가소성 중합체 물질을 제공하는 단계; 및
    (iv) 적어도 세 개의 막s of 상기 각각의 캡슐화재 물질들(ⅰ 내지 ⅲ)의 적어도 세 개의 막을 포함하는 필름을 공압출하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 23 중 어느 한 항에 따른 필름 제조공정.
  25. 청구항 24에 있어서,
    상기 물질들(i 및 ⅱ)은 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 필름 제조공정.
  26. 청구항 1 내지 23 중 어느 한 항에 따른 필름을 태양광 전지셀 막의 전면 및/또는 후면에 부착하는 단계; 및
    상기 막(a) 및 상기 막(c)의 녹는점보다 높은 적층온도(TL), 선택적으로 막(b)의 녹는점 보다 높은 온도로 결합된 막을 가열하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전지모듈 제조공정.
  27. 청구항 24 또는 25에 있어서,
    바람직한 너비 및/또는 길이로 제조된 상기 공압출된 필름을 다듬고, 재활용되는 필름 물질을 얻고 크기를 조절하기 위하여 필름물질을 잘라 버리는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전지모듈 제조공정.
  28. 청구항 27에 있어서,
    청구항 25에 따른 공정에서 막(b) 및/또는 막(c)의 재료로서 재활용되는 필름 물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 태양광 전지모듈 제조공정.
  29. 청구항 1 내지 23 중 어느 한 항에 따른 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전지 모듈.
  30. 제1 투명한 상부 대면 외부 캡슐화재 막(a); 상기 제1 막(b)에 인접한 제2 캡슐화재 막; 선택적으로 추가되는 하부 대면 캡슐화재 막(c); 및 중합체 필름(d)을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전지셀 생산용 다층 배면 시트 필름.
  31. 청구항 30에 있어서,
    상기 중합체 필름은 상기 캡슐화재 막(b) 또는 캡슐화재 막(c)에 대한 상기 폴리에스테르 필름의 접착을 강화하는 부분적으로 이축 배향된(bioriented) 방향족 폴리에스테르 및 부착 촉진 막을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 배면 시트 필름.
  32. 청구항 30 또는 31에 있어서, 플루오로 중합체를 포함하는 보호막(e)을 더 포함하고, 상기 보호막(e)는 막(c)의 말단 쪽에 있는 막(d)에 직접적으로 부착되는 것을 특징으로 하는 다층 배면 시트 필름.
  33. 청구항 30 내지 32 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 막(b) 및 막(c) 중 적어도 하나는 불투명한 것을 특징으로 하는 다층 배면 시트 필름.
  34. 청구항 33에 있어서,
    상기 막(b) 및/또는 상기 막(c)은 분산 반사성 안료를 포함하고, ASTM 스탠다드 E 903에 따라 결정된 것으로써 400 내지 800 nm의 파장을 가진 빛에 대하여 적어도 75%의 반사효율을 갖는 것을 특징으로 하는 다층 배면 시트 필름.
  35. 청구항 34에 있어서,
    상기 안료는 바람직하게는 코팅된 불활성 티타늄 옥사이드 및/또는 운모를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 배면 시트 필름.
  36. 청구항 30 내지 35 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 막들(a, b 및/또는 c) 중 하나 이상은 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 배면 시트 필름.
  37. 청구항 30 내지 36 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 막들(a, b 및/또는 c)에 사용되는 상기 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 내의 아세트산 비닐 유래의 구성 유닛의 함량비는 질량비로 18% 이상인 것을 특징으로 하는 다층 배면 시트 필름.
  38. 청구항 30 내지 37 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 막(b)은 상기 막(a)에 사용되는 상기 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체와는 상이한 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체; 부타디엔, 이소프렌 및/또는 부틸렌/에틸렌 공중합체(SIS, SBS 및/또는 SEBS)가진 수소화된 폴리스틸렌 블록 공중합체와 같은 블록 공중합체; 메타크릴산(이오노머)와 같은 공중합 기능을 가진 단량체를 가진 폴리메타크릴레이트 폴리아크릴레이트 블록 공중합체, 폴리올레핀, 또는 올레핀 공중합체; 선택적으로 기능화된 폴리올레핀, 폴리우레탄, 및/또는 실리콘 중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 배면 시트 필름.
  39. (i) 제1 캡슐화재 물질(a)을 제공하는 단계;
    (ⅱ) 제2 캡슐화재 물질(b)을 제공하는 단계;
    (ⅲ) 선택적으로 제3 캡슐화재 물질(c)을 제공하는 단계;
    (ⅳ) 부착 촉진 막을 선택적으로 포함하는 중합체 필름(d)을 제공하는 단계; 및
    (v) 상기 막(a)가 상기 막(b)에 부착되고, 상기 막(b)가 상기 필름(d)의 한면에 부착되거나 상기 막(c)가 상기 필름(d)의 일 면에 부착되도록 상기 물질들(a, b)을 상기 필름(d) 상으로 공압출하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 배면 시트 필름 제조공정.
  40. 청구항 39에 있어서,
    상기 압출기에 의해 분류되는 물질 간의 온도 차이는 5 내지 60℃이고, 바람직하게는 10 내지 50℃인 것을 특징으로 하는 다층 배면 시트 필름 제조공정.
  41. 청구항 39 또는 40에 있어서,
    상기 물질들(a 및 b)의 용융지수 차이는 상기 압출기 온도에서 0 내지 5인 것을 특징으로 하는 다층 배면 시트 필름 제조공정.
  42. 청구항 30 내지 38 중 어느 한 항에 따른 배면 시트를 태양광 전지셀 막의 후면에 부착하는 것을 특징으로 하는 태양광 전지 모듈 제조공정.
  43. 청구항 30 내지 38 중 어느 한 항에 따른 적층된 배면 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전지 모듈.
  44. 청구항 43에 있어서,
    에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 캡슐화재 막을 포함하는 전면 시트 및 전면 캡슐화재, 및 상기 전면 캡슐화재 층 및 막(a)에 개재되는 태양광 전지셀을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전지 모듈.
  45. 제44항에 있어서, 상기 전면 시트는 1.6 내지 4㎜의 두께를 갖는 하나 이상의 유리판을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전지 모듈.
  46. (i) 각각의 중합체막에 대하여 하나 이상의 마스터 배치 중합체 물질을 제공하는 단계, 및 (ⅱ) 상기 중합체 시트를 형성하는 막들로 상기 마스터 배치 중합체 물질을 공-압출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 23 중 어느 한 항에 따른 필름의 제조공정.
  47. 청구항 46에 있어서,
    중합체 물질 및 첨가제로부터 하나 이상의 마스터 배치를 제조하는 단계, 및 공압출에 사용하기 위하여 상기 마스터 배치 물질을 미립자로 형성하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 필름의 제조공정.
  48. 상기 중합체 물질 및 청구항 1 내지 23 중 어느 한 항에 따른 필름 제조용 첨가제를 포함하는 하나 이상의 마스터 배치의 용도.
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