KR20160025244A - 백시트 - Google Patents

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KR20160025244A
KR20160025244A KR1020140112211A KR20140112211A KR20160025244A KR 20160025244 A KR20160025244 A KR 20160025244A KR 1020140112211 A KR1020140112211 A KR 1020140112211A KR 20140112211 A KR20140112211 A KR 20140112211A KR 20160025244 A KR20160025244 A KR 20160025244A
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Abstract

본 출원은 백시트 및 이를 포함하는 광전지 모듈에 관한 것으로, 본 출원에 따른 백시트는 광전지 모듈 내로 유입되는 빛 중, 적외선 영역의 파장을 갖는 광은 광전지 셀을 투과시켜 백시트 내에 축열되는 에너지를 최소화할 수 있으며, 이와 동시에 상기 빛이 투과되는 영역 이외의 영역으로서 가시광선 및 근적외선 영역의 파장을 갖는 광에서는 반사시킨 후 상기 반사된 광을 상기 광전지 셀에 재입사 시킴으로써, 상기 광전지 모듈의 광전 변환 효율을 높일 수 있는 광전지 모듈을 제공할 수 있다.

Description

백시트{BACK SHEET}
본 출원은 백시트 및 이를 포함하는 광전지 모듈에 관한 것이다.
지구 환경 문제와 화석 연료의 고갈 등에 따른 신 재생 에너지 및 청정 에너지에 대한 관심이 고조되고 있으며, 그 중 태양광 에너지는 환경 오염 문제 및 화석 연료 고갈 문제를 해결할 수 있는 대표적인 무공해 에너지원으로 주목을 받고 있다.
태양광 발전원리가 적용되는 광전지는 태양광을 전기 에너지로 전환시키는 소자로서, 외부환경에 장기간 노출되어야 하므로 셀을 보호하기 위한 여러 가지 패키징이 수행되어 유닛(unit) 형태로 제조되며, 이러한 유닛을 광전지 모듈(Photovoltaic Modules)이라 한다.
광전지 모듈에는 장기간 외부 환경에 노출된 상태에서도 광전지를 안정적으로 보호할 수 있도록, 내후성 및 내구성 등의 물성이 우수한 백시트를 포함하는 것이 요구되며, 빛을 흡수하여 전기 에너지로 전환할 경우 효율이 우수하여야 한다.
특허 문헌 1 내지 3은, 상기 물성을 만족시키기 위한 백시트를 제안하고 있다.
특허 문헌 1: 대한민국 공개특허 제2013-0047696호 특허 문헌 2: 대한민국 공개특허 제2014-0074232호 특허 문헌 3: 대한민국 공개특허 제2014-0060531호
본 출원은 백시트 및 이를 포함하는 광전지 모듈을 제공한다.
본 출원은 백시트에 관한 것이다.
이하에서 첨부하는 도면을 참조하여 본 출원의 구현예들을 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 본 출원의 구현예들을 설명함에 있어서, 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 첨부되는 도면은 본 출원의 이해를 돕기 위한 개략적인 것으로 본 출원을 보다 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었고, 도면에 표시된 두께, 크기, 비율 등에 의해 본 출원의 범위가 제한되지 아니한다.
도 1은, 본 출원에 따른 백시트의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다.
하나의 예시에서, 도 1에 나타나듯이, 본 출원의 백시트(100)는 적층체(110) 및 상기 적층체(110) 표면에 존재하는 패턴층(120)을 포함한다.
상기 적층체는 기재층 및 상기 기재층의 적어도 일면에 형성되어 있는 표면층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 적층체는 기재층과 상기 기재층의 일면에 표면층이 형성된 2층 구조의 적층체일 수 있고, 도 1과 같이 상기 기재층의 양면에 상기 표면층이 형성된 3층 구조의 적층체일 수 있다.
상기 기재층으로는, 특별히 제한되지 않고, 이 분야에서 공지된 다양한 소재를 사용할 수 있으며 요구되는 기능 및 용도에 따라 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
상기 기재층으로는, 예를 들어 아크릴계 필름, 폴리에테르계 필름, 폴리에스테르계 필름, 폴리올레핀계 필름, 폴리아미드계 필름, 폴리우레탄계 필름, 폴리카보네이트계 필름 또는 폴리이미드계 필름 등의 단일 시트, 상기 고분자 필름들의 적층 시트 또는 공압출물을 들 수 있으며, 통상적으로 폴리에스테르계 필름을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 폴리에스테르계 필름의 예로는, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET: Polyethylene Terephtalate) 필름, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN: Polyethylene Naphtalate) 필름 및 폴리카보네이트(PC: Polycabornate) 필름으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 기재층의 두께는 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면 1㎛ 내지 500㎛, 10㎛ 내지 400㎛ 또는 50㎛ 내지 300㎛의 범위 내일 수 있다. 상기 기재층의 두께를 전술한 범위 내에서 조절하여, 다층 필름의 전기 절연성, 수분 차단성, 기계적 특성 및 취급성 등을 향상시킬 수 있다. 다만, 본 출원에 따른 기재층의 두께가 전술한 범위에 제한되는 것은 아니며, 이는 필요에 따라 적절히 조절될 수 있다.
상기 기재층에는 전술한 표면층의 접착력을 향상시키기 위하여, 일면 또는 양면에 코로나 처리 또는 플라즈마 처리와 같은 고주파수의 스파크 방전 처리; 열 처리; 화염 처리; 앵커제 처리; 커플링제 처리; 프라이머 처리 또는 기상 루이스산(ex. BF3), 황산 또는 고온 수산화나트륨 등을 사용한 화학적 활성화 처리 등의 표면 처리가 수행되어 있을 수 있다. 상기 표면 처리 방법은 이 분야에서 일반적으로 통용되는 모든 공지의 수단에 의하여 수행될 수 있다.
또한, 상기 기재층에는 수분 차단 특성 등의 향상의 관점에서, 일면 또는 양면에 무기 산화물의 증착층이 형성될 수 있다. 상기 무기 산화물의 종류는 특별히 제한되지 않고, 수분 차단 특성이 있는 것이라면 제한 없이 채용할 수 있으나 예를 들면, 규소 산화물 또는 알루미늄 산화물을 사용할 수 있다. 상기에서 기재층의 일면 또는 양면에 무기 산화물 증착층을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 이 분야에서 일반적으로 통용되는 증착법 등에 의할 수 있다. 상기 기재층의 일면 또는 양면에 무기 산화물 증착층을 형성하는 경우, 기재층 표면에 무기 산화물 증착층을 형성한 후, 상기 증착층 상에 전술한 표면 처리를 행할 수도 있다.
하나의 예시에서, 상기 표면층은 불소 수지 및 자외선 차단제를 포함할 수 있다. 상기 표면층이 불소 수지를 포함함으로써, 내후성 및 내구성 등의 물성이 우수한 백시트를 제공할 수 있다.
상기 불소 수지로는, 기술 분야에서 공지된 불소 원자를 함유하는 다양한 수지를 사용할 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 불소 수지는, 비닐리덴 플루오라이드(VDF, Vinylidene Fluoride), 비닐 플루오라이드(VF, Vinyl Fluoride), 테트라플루오로에틸렌(TFE, Tetrafluoroethylene) 헥사플루오로프로필렌(HFP, Hexafluoropropylene), 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE, chlorotrifluoroethylene), 트리플루오로에틸렌, 헥사플루오로이소부틸렌, 퍼플루오로 부틸에틸렌, 퍼플루오로 메틸 비닐 에테르(PMVE, perfluoro(methylvinylether)), 퍼플루오로 에틸 비닐 에테르(PEVE, perfluoro(ethylvinylether)), 퍼플루오로 프로필 비닐 에테르(PPVE), 퍼플루오로 헥실 비닐 에테르(PHVE), 퍼플루오로-2,2-디메틸-1,3-디옥솔(PDD) 및 퍼플루오로-2-메틸렌-4-메틸-1,3-디옥솔란(PMD)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 단량체를 중합된 형태로 포함하는 단독 중합체, 공중합체 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 바람직하게는, 상기 불소 수지는 비닐리덴 플루오라이드(VDF)를 중합된 형태로 포함하는 단독 중합체 또는 공중합체; 또는 이를 포함하는 혼합물일 수 있다.
상기에서 공중합체에 비닐리덴 플루오라이드와 함께 중합된 형태로 포함될 수 있는 공단량체의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 테트라플루오로에틸렌(TFE: Tetrafluoroethylene), 헥사플루오로프로필렌(HFP: Hexafluoropropylene), 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE: chlorotrifluoroethylene), 트리플루오로에틸렌, 헥사플루오로이소부틸렌, 퍼플루오로 부틸에틸렌, 퍼플루오로 메틸 비닐 에테르(PMVE: perfluoro(methylvinylether)), 퍼플루오로 에틸 비닐 에테르(PEVE: perfluoro(ethylvinylether)), 퍼플루오로 프로필 비닐 에테르(PPVE), 퍼플루오로 헥실 비닐 에테르(PHVE), 퍼플루오로-2,2-디메틸-1,3-디옥솔(PDD) 및 퍼플루오로-2-메틸렌-4-메틸-1,3-디옥솔란(PMD) 등의 1종 또는 2종 이상을 들 수 있으며, 일례로는 헥사플루오로프로필렌 및 클로로트리플루오로에틸렌 등의 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
하나의 예시에서, 상기 불소 수지는 폴리비닐리덴 플루오라이드 단독 중합체; 헥사플루오로프로필렌 및 폴리비닐리덴 플루오라이드의 공중합체; 및 클로로트리플루오로에틸렌 및 폴리비닐리덴 플루오라이드 공중합체 중에 선택된 2 이상의 혼합물일 수 있으며, 또는 상기 불소 수지로서 비닐리덴 플루오라이드를 중합된 형태로 포함하는 단독 중합체와 비닐리덴 플루오라이드와 헥사플루오로프로필렌의 공중합체의 혼합물일 수 있으며, 또는 비닐리덴 플루오라이드와 클로로트리플루오로에틸렌의 공중합체 및 비닐리덴 플루오라이드와 헥사플루오로프로필렌의 공중합체의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 공중합체 내에 비닐리덴 플루오라이드와 함께 포함되는 공단량체의 함량은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면, 전체 공중합체의 중량을 기준으로 총 중량 대비 약 0.5 중량% 내지 50 중량%, 1 중량% 내지 40 중량%, 7 중량% 내지 40 중량%, 10 중량% 내지 30 중량% 또는 10 중량% 내지 20 중량%일 수 있다. 이와 같이 공단량체의 함량을 상기 범위로 제어함으로써, 다층 필름의 내구성 및 내후성 등을 확보하면서 접착력을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 표면층에 포함되는 불소 수지의 중량평균분자량은 5만 내지 100만일 수 있으며, 10만 내지 70만, 또는 30만 내지 50만일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 명세서에서 중량평균분자량은, GPC(Gel Permeation Chromatograph)로 측정되는 표준 폴리스티렌의 환산 수치이다. 상기 불소 수지의 중량평균분자량을 상기 범위로 제어함으로써, 우수한 용해도 및 기타 물성을 확보할 수 있다.
상기 자외선 차단제는, 400nm 이하의 파장의 빛에 대한 투과율이 1% 이하인 물질이라면, 기술 분야에서 공지된 다양한 자외선 차단제를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 벤조페논계 화합물, 벤조트리아졸계 화합물, 트리아진계 화합물 또는 옥살산 아닐린계 화합물을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 자외선 차단제의 함량은, 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 불소 수지 100 중량부에 대하여 10 중량부 내지 30 중량부, 12 중량부 내지 30 중량부, 14 중량부 내지 30 중량부, 15 중량부 내지 30 중량부의 범위에서 포함될 수 있다. 상기 자외선 차단제의 함량을 전술한 범위 내로 조절함으로써, 자외선 차단능을 포함한 목적하는 물성이 확보된 백시트를 제공할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 표면층은 또한 불소 수지 및 적외선 투과성 유색 안료를 포함할 수 있다.
상기 불소 수지에 대한 내용은 전술한 바와 같으며, 상기 적외선 투과성 유색 안료는 적외선을 투과시킬 수 있는 특성을 가지는 안료로서, 적외선 투과성의 유색의 안료라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어, 적외선 투과성 흑색 안료를 사용할 수 있다.
상기 적외선 투과성 흑색 안료로는, 800nm 이상의 파장의 빛에 대한 투과율이 30% 이상인 유기 안료라면, 특별히 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 공지된 다양한 흑색 안료를 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 적외선 흑색 유기 안료로는 아조 메틴계 화합물 또는 페릴렌계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물을 사용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 아조 메틴계 화합물은, 예를 들어, 하기 화학식 1의 화합물 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서, R1 내지 R5는 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 16의 알킬기 또는 알콕시기를 나타내며, X1 내지 X4는 각각 독립적으로, 수소, 할로겐을 나타낸다.
또한, 상기 페릴렌계 화합물계 화합물은, 하기 화학식 2 내지 4의 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00002
상기 화학식 2에서, R6 및 R7은, 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 12의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 12의 알콕시기, 탄소수 1 내지 40의 알콕시알킬기, 탄소수 1 내지 40의 아릴기, 탄소수 1 내지 40의 아릴알킬기를 나타낸다.
[화학식 3]
Figure pat00003
[화학식 4]
Figure pat00004
상기 화학식 3 및 4에서, R8 내지 R11은, 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 24의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 24의 알콕시기, 탄소수 1 내지 40의 아릴기, 탄소수 1 내지 40의 아릴알킬기, 탄소수 1 내지 20의 페닐렌기 또는 -AR12를 나타내고, 상기에서, A는 탄소수 1 내지 20의 아릴렌기를 나타내며, 상기 R12은 수소, 히드록시기, 할로겐, 탄소수 1 내지 4의 알킬기 또는 알콕시기를 나타낸다.
하나의 예시에서, R8 내지 R11은, 각각 독립적으로, 페닐렌기, 3-메톡시 페닐렌기, 4-메톡시 페닐렌기, 4-에톡시 페닐렌기, 탄소수 1 내지 3의 알킬 페닐렌기, 하이드록시 페닐렌기, 4,6-디메틸 페닐렌기, 3,5-디메틸 페닐렌기, 3-클로로 페닐렌기, 4-클로로 페닐렌기, 5-클로로 페닐렌기, 3-브로모 페닐렌기, 4-브로모 페닐렌기, 5-브로모 페닐렌기, 3-플루오로 페닐렌기, 4-플루오로 페닐렌기, 5-플루오로 페닐렌기, 나프틸렌기, 나프탈렌 디일기, 피리딜렌기, 2,3-피리딘디일기, 3,4-피리딘디일기, 4-메틸-2,3-피리딘디일기, 5-메틸-2,3-피리딘디일기, 6-메틸-2,3-피리딘디일기, 5-메틸-3,4-피리딘디일기, 4-메톡시-2,3-피리딘디일기 또는 4-클로로-2,3-피리딘디일기일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 적외선 투과성 흑색 유기 안료의 함량은 불소 수지 100 중량부에 대하여 5 내지 15 중량부, 7 내지 13 중량부, 10 내지 14 중량부 또는 9 내지 12 중량부의 함량의 범위 내에서 포함될 수 있으며, 상기 범위 내로 흑색 유기 안료의 함량을 조절함으로써, 적층체의 우수한 적외선 투과성을 포함한 물성을 만족하는 백시트를 제공할 수 있다.
본 출원에 따른 표면층은 또한, 자외선 안정제, 열 안정제 또는 장벽 입자와 같은 통상적인 성분을 추가로 포함할 수도 있다.
하나의 예시에서, 상기 표면층은 코팅층일 수 있다. 본 명세서에서 용어 「코팅층」은, 코팅 방식에 의해 형성된 층을 의미한다. 보다 구체적으로, 본 명세서에서 용어 「코팅층」의 범위에는 표면층을 접착제 등을 사용하여 기재층에 라미네이트하여 형성되는 층은 제외되며, 코팅 방식으로 형성된 층으로서 예를 들면 불소 수지 등을 사용하여 제조된 코팅액을 직접 기재층에 코팅하여 형성된 층을 의미할 수 있다.
상기 표면층의 두께는, 그 내부에 포함되는 자외선 차단제 또는 적외선 투과성 안료와의 연계를 통해 적절한 가시광선 및/또는 적외선의 투과율 및/또는 반사율과 색구현 효과를 구현하여, 1㎛ 내지 30㎛, 5㎛ 내지 25㎛ 또는 10㎛ 내지 20㎛의 범위 내에서 조절될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 전술한 기재층 및 표면층을 포함하는 본 출원의 적층체는 우수한 적외선 투과율을 가지며, 이에 따라, 적외선 영역의 빛을 투과시킴으로써, 상기 적외선 영역의 빛에 의하여 광전지 모듈 내에 열이 축척될 경우, 모듈의 온도가 상승하는 문제점을 해결할 수 있다.
상기 적층체는, 700nm 이상, 800nm 이상 또는 900nm 이상의 파장의 광에 대한 투과율이 우수하여 전술한 효과를 나타낼 수 있다. 상기 투과율이 우수한 파장의 범위의 경우 적외선 영역의 파장이라면 상한은 특별히 제한되지 않고, 상기 적층체의 투과율 또한 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 20% 이상, 30% 이상, 40% 이상, 50% 이상, 60% 이상 또는 80% 이상일 수 있다.
본 출원의 적층체는 적외선 영역, 예를 들어, 전술한 파장의 빛에 대한 투과율이 상기와 같은 범위를 만족시킬 수 있으며, 이에 따라, 광전지 모듈에 적용될 경우 축열 현상을 방지할 수 있다.
본 출원의 백시트는 전술한 적층체 및 상기 적층체 표면에 존재하는 반사 영역을 포함하는 패턴층을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 용어 「적층체 표면에 존재하는 패턴층」은 적층체 표면 일부에만 형성된 층을 의미할 수 있고, 「반사 영역을 포함하는 패턴층」은 반사 성질이 있는 일부 부분을 포함하여 도전성 패턴이 형성된 층을 의미할 수 있으며, 상기 패턴층은 후술하는 바와 같이 반사하는 성질이 있고, 백색 안료를 포함하여 외관상 백색이므로 「반사층」 또는 「백색 패턴층」이라고도 지칭될 수 있다.
상기 반사 영역을 포함하는 패턴층은, 셀을 투과하는 파장 영역을 반사 영역으로 볼 경우 이러한 파장 영역의 빛, 예를 들어, 가시광선 영역 및 근적외선 영역의 빛을 반사시키는 층으로서, 본 출원의 백시트는 상기 패턴층을 포함하여, 상기 패턴층에서 반사된 빛을 광전지 셀로 재입사시킬 수 있어, 광전지 모듈의 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 반사 영역은 400nm 내지 1300nm의 파장의 광에 대한 반사율이 40% 이상이며, 반사율에 대한 상한은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 전술한 파장의 광에 대한 반사율이 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상 또는 90% 이상일 수 있다. 상기 400nm 내지 1300nm의 파장은, 가시광선 내지 근적외선 영역의 빛에 해당하며, 통상적으로 광전지 모듈에 사용되는 광전지 셀, 특히 n-형 광전지 셀을 투과하는 빛의 파장이다. 본 출원의 백시트는 상기 반사 영역을 포함하는 패턴층에 의하여 상기 셀을 투과하는 파장 영역의 빛을 재반사 시킴으로써, 광전지 셀로 재입사시킬 수 있는 구조를 가짐으로써, 광전 변환 효율을 상승시킬 수 있다.
상기 패턴층은, 백시트의 내후성 등의 물성을 고려하여, 전술한 불소 수지를 포함할 수 있으며, 반사율 등의 물성을 고려하여 백색 안료를 추가로 포함할 수 있다.
상기 백색 안료는 400nm 내지 1300nm의 파장의 광에 대한 반사율이 40% 이상인 재료라면, 해당 분야에서 알려진 다양한 백색 안료를 선택하여 사용할 수 있으며, 예를 들어, 이산화 티탄, 황산 바륨, 바륨 티타네이트(BaTiO3), 스트론튬 티타네이트(SrTiO3), 칼슘 티타네이트(CaTiO3), 칼슘 카보네이트, 리드 티타네이트(PbTiO3), 산화아연, 황화아연, 산화마그네슘 또는 산화알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 패턴층은, 예를 들어 전술한 적층체 표면의 일부에만 이격 배치되어 형성되어 있을 수 있다. 상기에서 「표면의 일부에만 형성된다는 것」은 표면 전체 영역을 덮지 않도록 형성되는 것을 의미하며, 상기 패턴층이 적층체 표면의 일부에만 규칙적 또는 불규칙적으로 형성됨으로써, 패턴층이 적층체 표면에 일부에만 돌출된 형태로 형성되어 있을 수 있다.
본 출원에 따른 백시트는 도 2에서 나타낸 것과 같이, 광전지 모듈에 포함된 이격 배치되어 있는 광전지 셀(300) 사이의 간격이 형성하는 영역을 상기 백시트로 투영시켰을 경우에, 상기 백시트 표면에 형성되는 영역에 상기 패턴층(120)이 형성되고, 상기 광전지 셀(300)의 하부에는 패턴층이 형성되지 않은 구조를 가질 수 있다.
도 3은, 본 출원에 따른 백시트의 평면도를 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 3에서 나타낸 바와 같이, 상기 패턴층의 표면(120A) 및 상기 패턴층이 존재하지 않는 적층체의 표면은 해도 형상(sea island pattern)을 이루고 있을 수 있다. 상기 「해도 형상」이란, 상기 패턴층의 표면 및 패턴층이 존재하지 않는 적층체의 표면 중 어느 하나가 도상을 이루어, 해상을 이루는 다른 하나의 표면에 의해 둘러싸여 있는 형태를 의미한다. 이 경우, 도상을 이루는 표면의 형상은, 원형, 타원형, 사각형, 삼각형 및 무정형 등의 다양한 형상을 포함할 수 있다. 도 3은, 패턴층이 형성되지 않은 표면이 사각형의 도상을 이루면서 해상의 패턴층 표면에 의해 둘러싸여 있는 상태를 예시적으로 나타내는 도면이다. 상기와 같이 패턴층 표면과 상기 패턴층이 존재하지 않는 적층체의 표면이 해도 형상을 이루는 경우, 도상의 패턴층 표면 또는 상기 패턴층이 존재하지 않는 적층체의 표면의 폭, 예를 들면, 도 3에서 W의 범위나 도상간의 간격, 예를 들면, 도 3에서 I의 범위는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 광전지 모듈 내에 포함되는 광전지 셀의 간격 등을 고려하여 적절하게 선택될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 도상의 반사 영역 사이의 간격(I)은 약 0.5cm 내지 10cm, 약 1cm 내지 7.5cm 또는 약 1.5cm 내지 5cm의 범위 내에서 조절될 수 있고, 상기 패턴층 표면의 폭(W)은 약 3cm 내지 25cm의 범위에서 조절될 수 있다. 상기에서 도상의 형상이나, 면적, 폭이나 간격은 반드시 규칙적일 필요는 없으며, 광전지 모듈에 적용 시 광전지 셀의 간격을 고려하여 적절하게 조절될 수도 있다.
또한, 상기 패턴층의 두께는, 전술한 400nm 내지 1300nm의 파장의 광에 대한 반사율을 고려하여 적절하게 형성될 수 있으며, 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 1㎛ 내지 20㎛, 2.5㎛ 내지 17.5㎛ 또는 5㎛ 내지 15㎛의 범위 내에서 형성될 수 있다.
상기 패턴층의 총 면적은 적층체 표면의 전체 면적에 대하여 10% 내지 95%, 25% 내지 90% 또는 50% 내지 85%를 차지할 수 있다. 상기 패턴층 표면의 총 면적을 상기 범위 내로 조절함으로써, 목적하는 수준의 광전 변환 효율을 얻을 수 있을 정도의 충분한 빛을 반사시킬 수 있다.
본 출원의 백시트는 필요에 따라 당업계에서 공지되어 있는 다양한 기능성층을 추가로 포함할 수 있다.
상기 기능성층의 예로는 접착층 또는 절연층 등을 들 수 있다. 본 발명의 하나의 구현예에 따른 백시트에 있어서, 기재층의 일면에는 전술한 불소 수지를 포함하는 표면층이 형성되어 있고, 다른 일면에는 접착층 및 절연층이 순차적으로 형성되어 있을 수 있다. 상기 접착층 또는 절연층은 이 분야에서 공지되어 있는 다양한 방식으로 형성할 수 있다. 상기 절연층은 예를 들면, 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 또는 저밀도 선형 폴리에틸렌(LDPE)으로 구성된 층일 수 있다. 상기 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 또는 저밀도 선형 폴리에틸렌(LDPE)으로 구성된 층은 절연층으로서의 기능은 물론 광전지 모듈의 봉지재(encapsulant)와의 접착력을 높이고, 제조 비용의 절감이 가능하도록 하며, 재작업성(re-workability)도 우수하게 유지하는 기능을 동시에 수행할 수 있다.
본 출원은 또한 광전지 모듈에 관한 것이다.
도 4는, 본 출원에 따른 백시트를 포함하는 광전지 모듈의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다.
하나의 예시에서, 상기 광전지 모듈은 전면 기판(400); 전술한 백시트(100) 및 상기 전면 기판(400)과 백시트(100)의 사이에 존재하고, 이격 배치되어 있는 2개 이상의 광전지 셀(300)을 포함하며, 상기 백시트(100)의 패턴층(120)은 상기 이격 배치되어 있는 광전지 셀(300) 사이의 간격에 존재할 수 있다.
본 출원의 광전지 모듈은 전술한 백시트를 포함하되, 도 4의 a에서 나타낸 바와 같이 상기 백시트에 포함된 광전지 셀에 입사하는 적외선 영역의 파장을 갖는 광은 투과시키되, 패턴층으로 입사하는 가시광선 및 근적외선 영역의 파장을 갖는 광은 반사시킴으로써, 상기 반사된 빛 광전지 셀로 재입사시켜 광전 변환 효율을 상승시킬 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 패턴층의 폭은 광전지 셀 사이의 간격보다 넓거나 동일할 수 있다. 상기 패턴층의 폭을 전술한 크기로 조절하여 가시광선 및 근적외선 영역의 파장을 갖는 광에 대한 반사 효율을 높여 보다 광전 변환 효율을 높일 수 있는 광전지 모듈을 제공할 수 있다.
상기에서, 사용될 수 있는 전면 기판 및 광전지 셀 등의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 전면 기판은, 통상적인 판유리; 또는 유리, 불소계 수지 시트, 내후성 필름과 배리어 필름을 적층한 투명 복합 시트일 수 있으며, 상기 광전지 셀은, 예를 들면, 실리콘 웨이퍼 계열의 활성층 또는 화학증착(CVD) 등에 의해 형성된 박막 활성층일 수 있다. 또한, 상기 광전지 셀은, n-형(n-type) 셀, 또는 p-형(p-type) 셀일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원에 따른 백시트는 광전지 모듈 내로 유입되는 빛 중, 적외선 영역의 파장을 갖는 광은 광전지 셀을 투과시켜 백시트 내에 축열되는 에너지를 최소화 할 수 있으며, 이와 동시에 상기 빛이 투과되는 영역 이외의 영역으로서 가시광선 및 근적외선 영역의 파장을 갖는 광에서는 반사시킨 후 상기 반사된 광을 상기 광전지 셀에 재입사 시킴으로써, 상기 광전지 모듈의 광전 변환 효율을 높일 수 있는 광전지 모듈을 제공할 수 있다.
도 1은, 본 출원에 따른 백시트의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는, 본 출원에 따른 백시트의 구조를 광전지 셀을 포함하여 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 3은, 본 출원에 따른 백시트의 평면도를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 4는, 본 출원에 따른 백시트를 포함하는 광전지 모듈의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 출원의 실시예 및 비교예에서 측정한 백시트 또는 광전지 모듈의 투과율을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 출원의 실시예 및 비교예에서 측정한 백시트 또는 광전지 모듈의 반사율을 나타낸 그래프이다.
이하 본 출원에 따르는 실시예 및 본 출원에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 출원을 보다 상세히 설명하나, 본 출원의 범위가 하기 제시된 실시예 및 비교예에 의해 제한되는 것은 아니다.
본 출원의 제조된 광전지 모듈의 투과율 및 반사율은 하기와 같은 조건에서 측정되었다
1. 투과율의 측정
코팅한 샘플을 약 5cm × 5cm의 시편으로 제조하여, 적분구 형태의 디텍터가 설치된 UV-Vis-NIR 스펙트로미터 장비(UV-3600, Shimadzu사)를 이용하여 투과율을 측정하되, 상기 샘플을 제외한 진공 상태에서의 광 측정을 100% 투과율로 설정한 후, 제조된 시편을 샘플 측정부에 위치하여 진공 상태에서와의 광 투과를 비교한 후 투과율의 값을 측정하였다.
2. 반사율의 측정
코팅한 샘플을 약 5cm × 5cm의 시편으로 제조하여, 적분구 형태의 디텍터가 설치된 UV-Vis-NIR 스펙트로미터 장비(UV-3600, Shimadzu사)를 이용하여 반사율을 측정하되, 황산바륨 펠렛의 반사율을 100% 반사율로 설정한 후, 제조된 시편을 샘플 측정부에 위치하여 황산바륨 펠렛과의 광 반사를 비교한 후 반사율의 값을 측정하였다.
< 코팅액의 제조>
제조예 1
디메틸포름아미드(DMF; N,N-dimethyl formamide) 800g에 중합체(비닐리덴 플루오라이드(VDF;vinylidene fluoride) 및 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE; chlorotrifluoro ethylene)을 85:15(VDF:CTFE)의 중량 비율로 중합된 형태를 포함하는 공중합체) 140g 및 중합체(비닐리덴 플루오라이드 및 헥사플루오로프로필렌(HFP; hexafluoropropylene)을 88:12(VDF:HFP)의 중량 비율로 중합된 형태를 포함하는 공중합체) 60g 용해시켜 제 1 코팅액을 준비하였다. 제 1 코팅액에 자외선 차단제로서 'Tinuvin 531'을 2 중량부를 투입하고 교반하여 코팅액(A)을 준비하였다.
제조예 2
디메틸포름아미드(DMF; N,N-dimethyl formamide) 800g에 중합체(비닐리덴 플루오라이드(VDF;vinylidene fluoride) 및 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE; chlorotrifluoro ethylene)을 85:15(VDF:CTFE)의 중량 비율로 중합된 형태를 포함하는 공중합체) 140g 및 중합체(비닐리덴 플루오라이드 및 헥사플루오로프로필렌(HFP; hexafluoropropylene)을 88:12(VDF:HFP)의 중량 비율로 중합된 형태를 포함하는 공중합체) 60g 용해시켜 제 1 코팅액을 준비하였다. 또한 상기와는 별도로 DMF 200g에 안료 분산제인 BYK 161(BYK사제) 3g 및 적외선 투과성 흑색 안료로서 아조 메틴계 화합물(chromofine black A1103, dainichiseika color & chemicals MFD사) 30g을 용해시키고, 다시 직경이 0.3 mm인 지르코니아 비드(zirconia bead) 100g을 넣은 후, 1,000rpm의 속도로 1 시간 동안 교반시킨 다음, 비드를 완전히 제거하여 밀베이스 분산액 155.3g을 제조하였다. 제조된 밀베이스 분산액 155.3g(아조 메틴계 안료 20g 포함)을 미리 제조된 제 1 코팅액에 투입하고, 다시 1시간 정도 교반하여 코팅액(B)를 제조하였다.
제조예 3
디메틸포름아미드(DMF; N,N-dimethyl formamide) 800g에 중합체(비닐리덴 플루오라이드(VDF;vinylidene fluoride) 및 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE; chlorotrifluoro ethylene)을 85:15(VDF:CTFE)의 중량 비율로 중합된 형태를 포함하는 공중합체) 140g 및 중합체(비닐리덴 플루오라이드 및 헥사플루오로프로필렌(HFP; hexafluoropropylene)을 88:12(VDF:HFP)의 중량 비율로 중합된 형태를 포함하는 공중합체) 60g 용해시켜 제 1 코팅액을 준비하였다. 또한 상기와는 별도로 DMF 120g에 안료 분산제인 BYK 111(BYK사제) 1.2g 및 안료인 이산화티탄(TiPure TS6200, 듀폰사제) 120g을 용해시키고, 다시 직경이 0.3 mm인 지르코니아 비드(zirconia bead) 100g을 넣은 후, 1,000rpm의 속도로 1 시간 동안 교반시킨 다음, 비드를 완전히 제거하여 밀베이스 분산액 241.2g을 제조하였다. 제조된 밀베이스 분산액 241.2g(이산화티탄 120g 포함)을 미리 제조된 제 1 코팅액에 투입하고, 다시 1시간 정도 교반하여 코팅액(C)를 제조하였다.
< 백시트 및 광전지 모듈의 제조>
실시예 1.
상기 제조예 1에서 제조된 코팅액 조성물(A)을 PET(poly(ethylene terephthalate)) 필름(두께: 250㎛)의 일면에 코팅 및 건조하여, 두께가 10㎛인 균일한 표면층을 형성하여, 두께가 260㎛인 적층체를 제조하였다. 그 후, 상기 적층체의 일면에 코팅액 조성물(C)을 이용하고 그라비아 코팅법에 의하여, 두께가 5㎛, 폭이 5cm인 패턴층을 형성하여 백시트를 제조하였다. 제조된 상기 백시트 중 반사 영역을 포함하는 패턴층이 없는 부분의 투과율 및 반사율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었으며, 상기 백시트 중 반사 영역을 포함하는 패턴층이 있는 부분의 반사율을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다. 또한, 상기 백시트 중 반사 영역을 포함하는 패턴층이 없는 부분의 투과율 및 반사율을 측정한 그래프를 각각 도 5 및 6에 도시하였다.
판유리(두께: 약 3mm), 두께 500㎛의 봉지재, 결정계 실리콘 웨이퍼 광전지 셀, 두께 500㎛의 봉지재 및 상기에서 제조된 백시트를 이 순서로 적층하고, 진공 라미네이터에서 150℃로 15분 30초 동안 압착하여 광전지 모듈을 제작하였다.
실시예 2.
코팅액 조성물(A)를 이용하여 PET 필름의 일면에 표면층을 형성하고, 나머지 일면에 코팅액 조성물(B)를 이용하여 표면층을 형성한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 의하여 백시트 및 광전지 모듈을 제조하였다. 제조된 상기 백시트 중 반사 영역을 포함하는 패턴층이 없는 부분의 투과율 및 반사율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었으며, 상기 백시트 중 반사 영역을 포함하는 패턴층이 있는 부분의 반사율을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다. 또한, 상기 백시트 중 반사 영역을 포함하는 패턴층이 없는 부분의 투과율 및 반사율을 측정한 그래프를 각각 도 5 및 6에 도시하였다.
실시예 3.
코팅액 조성물(B)를 이용하여 PET 필름의 일면에 표면층을 형성한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 의하여 백시트 및 광전지 모듈을 제조하였다. 제조된 상기 백시트 중 반사 영역을 포함하는 패턴층이 없는 부분의 투과율 및 반사율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었으며, 상기 백시트 중 반사 영역을 포함하는 패턴층이 있는 부분의 반사율을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다. 또한, 상기 백시트 중 반사 영역을 포함하는 패턴층이 없는 부분의 투과율 및 반사율을 측정한 그래프를 각각 도 5 및 6에 도시하였다.
실시예 4.
코팅액 조성물(B)를 이용하여 PET 필름의 양면에 표면층을 형성한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 의하여 백시트 및 광전지 모듈을 제조하였다. 제조된 상기 백시트 중 반사 영역을 포함하는 패턴층이 없는 부분의 투과율 및 반사율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었으며, 상기 백시트 중 반사 영역을 포함하는 패턴층이 있는 부분의 반사율을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다. 또한, 상기 백시트 중 반사 영역을 포함하는 패턴층이 없는 부분의 투과율 및 반사율을 측정한 그래프를 각각 도 5 및 6에 도시하였다.
비교예 1.
상기 제조예 3에서 제조된 코팅액 조성물(C)을 PET 필름(두께: 250㎛)의 일면에 코팅 및 건조하여, 두께가 10㎛인 균일한 표면층을 형성하여, 두께가 260㎛인 백시트를 제조하였다. 제조된 상기 백시트 중 반사 영역을 포함하는 패턴층이 없는 부분의 투과율 및 반사율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었으며, 상기 백시트 중 반사 영역을 포함하는 패턴층이 있는 부분의 반사율을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다. 또한, 상기 백시트 중 반사 영역을 포함하는 패턴층이 없는 부분의 투과율 및 반사율을 측정한 그래프를 각각 도 5 및 6에 도시하였다.
판유리(두께: 약 3 mm), 두께 500㎛의 봉지재, 결정계 실리콘 웨이퍼 광전지 셀, 두께 500㎛의 봉지재 및 상기에서 제조된 백시트를 이 순서로 적층하고, 진공 라미네이터에서 150℃로 15분 30초 동안 압착하여 광전지 모듈을 제작하였다.
구분 반사 영역을 포함하는 패턴층이 없는 부분의 투과율(%) 반사 영역을 포함하는 패턴층이 없는 부분의 반사율(%)
파장(nm) 500 700 900 1100 1300 500 700 900 1100 1300
실시예 1 86.16 88.20 89.16 89.47 90.21 8.52 8.14 8.05 7.94 7.81
실시예 2 2.10 9.44 50.70 61.56 68.17 5.95 8.86 20.23 15.45 13.03
실시예 3 2.09 9.50 49.71 60.29 66.83 4.08 7.96 21.22 16.69 14.27
실시예 4 0.06 1.12 30.79 43.24 52.32 4.01 7.72 31.10 23.79 19.58
비교예 1 4.46 6.30 8.10 9.07 10.79 81.13 73.24 65.29 59.16 54.34
구분 반사 영역을 포함하는 패턴층이 있는 부분의 반사율(%)
파장(nm) 500 700 900 1100 1300
실시예 1 84.44 77.72 69.64 62.86 57.49
실시예 2 80.26 71.73 67.28 60.66 55.51
실시예 3 80.65 71.85 67.35 60.61 55.45
실시예 4 80.22 78.43 74.20 67.60 62.18
비교예 1 81.13 73.24 65.29 59.16 54.34
100: 백시트
110: 적층체
111: 기재층
120: 패턴층
120A: 패턴층 표면 부분
300: 광전지 셀
400: 전면 기판

Claims (19)

  1. 기재층 및 상기 기재층의 적어도 일면에 형성되어 있는 표면층을 포함하며, 700 nm 이상의 파장의 광에 대한 투과율이 20% 이상인 적층체; 및 상기 적층체 표면에 존재하고, 400nm 내지 1300nm 파장 범위 내의 광에 대한 반사율이 40% 이상인 반사 영역을 포함하는 패턴층을 포함하는 백시트.
  2. 제 1 항에 있어서, 기재층은 아크릴계 필름, 폴리에테르계 필름, 폴리에스테르계 필름, 폴리올레핀계 필름, 폴리아미드계 필름, 폴리우레탄계 필름, 폴리카보네이트계 필름 및 폴리이미드계 필름으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 백시트.
  3. 제 1 항에 있어서, 기재층의 두께는 1㎛ 내지 500㎛의 범위 내인 백시트.
  4. 제 1 항에 있어서, 표면층은 불소 수지 및 자외선 차단제를 포함하는 백시트.
  5. 제 4 항에 있어서, 표면층은 불소 수지 100 중량부에 대하여 10 중량부 내지 30 중량부의 자외선 차단제를 포함하는 백시트.
  6. 제 1 항에 있어서, 표면층은 불소 수지 및 적외선 투과성 유색 안료를 포함하는 백시트.
  7. 제 6 항에 있어서, 적외선 투과성 유색 안료는 적외선 투과성 흑색 안료인 백시트.
  8. 제 7 항에 있어서, 적외선 투과성 흑색 안료는 아조 메틴계 화합물 또는 페릴렌계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 백시트.
  9. 제 7 항에 있어서, 표면층은 불소 수지 100 중량부에 대하여 5 내지 15 중량부의 적외선 투과성 흑색 안료를 포함하는 백시트.
  10. 제 1 항에 있어서, 표면층의 두께는 1㎛ 내지 30㎛인 백시트.
  11. 제 1 항에 있어서, 패턴층은 불소 수지 및 백색 안료를 포함하는 백시트.
  12. 제 11 항에 있어서, 백색 안료는 이산화 티탄, 황산 바륨, 바륨 티타네이트(BaTiO3), 스트론튬 티타네이트(SrTiO3), 칼슘 티타네이트(CaTiO3), 칼슘 카보네이트, 리드 티타네이트(PbTiO3), 산화아연, 황화아연, 산화마그네슘 또는 산화알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 포함하는 백시트.
  13. 제 11 항에 있어서, 패턴층은 불소 수지 100 중량부에 대하여 백색 안료 5 중량부 내지 100 중량부를 포함하는 백시트.
  14. 제 1 항에 있어서, 패턴층의 총 면적은 적층체 표면의 전체 면적의 10% 내지 95%인 백시트.
  15. 제 1 항에 있어서, 반사 영역의 간격은 0.5cm 내지 10cm인 백시트.
  16. 제 1 항에 있어서, 패턴층의 두께는 1㎛ 내지 20㎛인 백시트.
  17. 전면 기판; 제 1 항의 백시트 및 상기 전면 기판과 백시트의 사이에 존재하며, 이격 배치되어 있는 2개 이상의 광전지 셀을 포함하는 광전지 모듈.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 백시트의 반사 영역은 상기 이격 배치되어 있는 광전지 셀 사이의 간격에 존재하는 광전지 모듈.
  19. 제 17 항에 있어서, 백색 패턴층의 폭은 광전지 셀 사이의 격보다 넓거나 동일한 광전지 모듈.
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