[논문]Bath-type 초음파(超音波) 세척기(洗滌器)를 이용(利用)한 태양전지모듈 접착제(接着劑) EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 분해특성(分解特性)

김영진; 이재영

doi:10.7844/kirr.2011.20.6.050

Bath-type 초음파(超音波) 세척기(洗滌器)를 이용(利用)한 태양전지모듈 접착제(接着劑) EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 분해특성(分解特性)
Decomposition of EVA(Ethylene vinyl acetate) used as an adhesion of photovoltaic(PV) module by ultrasonic irradiation in bath-type cleaner 원문보기

資源리싸이클링 = Journal of the Korean Institute of Resources Recycling, v.20 no.6, 2011년, pp.50 - 55

김영진 (강원대학교 에너지.자원공학과) , 이재영 (강원대학교 에너지.자원공학과)

초록
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태양전지(Photovoltaic, PV) 모듈의 층간 접착제로 사용된 EVA(Ethylene Vinyl Acetate)를 초음파 조사(irradiation)를 이용하여, 선택적으로 분해함으로써 모듈 내 실리콘웨이퍼(Si-wafer)로 제조된 셀(cell)을 분리, 회수하는 연구를 진행하였다. 본 실험에 사용한 초음파 발생장치는 bath-type의 초음파 세척기 (Output: 130 W, Frequency: 40 kHz)로, PV모듈과의 거리는 2 cm로 고정하고 유기용매 종류, 농도, 온도를 조절하면서 EVA 분해 및 셀의 분리 최적 조건을 도출하였다. $55^{\circ}C$, 5M인 조건에서는 용매 종류에 상관없이 160 min 이내에 EVA층의 완전 분해는 가능하였으나, 분해과정 중 발현되는 팽창현상(swelling)에 의해 셀의 일부분이 파손된 상태로 회수되었다. 반면에 $65^{\circ}C$, 5M조건에서는 셀의 파손이 억제된 상태로 회수 가능하였으며, 이는 온도 상승에 의해 EVA 성분의 분해속도가 상승되고, 이로 인해 EVA층의 팽창현상이 발현되기 전에 분해가 일어난 결과라고 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Using ultrasonic irradiation, the separation and recovery of PV cell, made of silicon wafer, from PV module was carried out through selective decomposition of EVA used as an interlaminated binder. The ultrasonic cleaner of bath-type (Output: 130 W, Frequency: 40 kHz) was used as an ultrasonic apparatus in this research. With the fixed distance of 2 cm, from ultrasonic generator to PV cell, the experiment of EVA decomposition was performed in various organic solvents such as Toluene, Trichloroethylene, O-dichlorobenzene, Benzene. And also their concentrations and temperature was changed to survey the optimum conditions. However EVA can be decomposed perfectly at $55^{\circ}C$ within 160 min in 5 M of all kinds of solvent, PV cell may be recovered with being damaged or broken severely. This damage may be resulted from the swelling of EVA in the process of decomposition. Whereas, at the condition of 5 M at $65^{\circ}C$, PV cell can be recovered with the state of minor damage or crack. This implies that the decomposition rate of EVA increases with an increase of temperature, thereby EVA can be decomposed before the swelling of EVA layer. Conclusively, it is possible for PV cell to be recovered within 40 min, at $65^{\circ}C$ in 5 M, with less damage.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

저자는 유기용매 내에서 EVA 필름의 분해가 초음파 조사에 의해 향상되는 결과를 확인하였고⁸⁾, 이러한 결과를 바탕으로 본 연구에서는 실제 태양전지모듈을 대상으로 초음파에 의한 접착제 EVA의 분해 및 결정질 실리콘인 셀의 회수에 관한 실험을 실시하였다.

제안 방법

5%)의 농도를 1~5 M까지 변화시키고, 온도 (55, 65℃)와 반응시간 (10~160 min)을 조절하면서 EVA 분해 및 셀 회수상태를 조사하였다. EVA 분해율은 분해된 EVA 양이 용매에 비해 너무 소량이기 때문에 직접적인 정량분석이 곤란하여 셀과 투광성 필름사이에 분해된 면적을 통해 다음과 같은 식을 이용하여 계산하였다.
실험에 사용한 태양전지모듈은 55 × 25 × 1 mm 크기의 (주)애니솔라 제품으로, 이 모듈은 강화유리 대신 투광성 유기필름을 이용하고 있었다. 실험은 네 종류의 유기용매, Toluene(Daejung, 99.5%), Trichloroethylene(TCE, Daejung, 98.5%), O-dichlorobenzene(O-DCE, Daejung, 99.0%), Benzene(Daejung, 99.5%)의 농도를 1~5 M까지 변화시키고, 온도 (55, 65℃)와 반응시간 (10~160 min)을 조절하면서 EVA 분해 및 셀 회수상태를 조사하였다. EVA 분해율은 분해된 EVA 양이 용매에 비해 너무 소량이기 때문에 직접적인 정량분석이 곤란하여 셀과 투광성 필름사이에 분해된 면적을 통해 다음과 같은 식을 이용하여 계산하였다.
네 가지 용매 모두 EVA 분해속도는 다소 차이를 나타내었으나 완전 분해가 가능함은 확인할 수 있었고, 이 때 셀의 파손은 모든 용매에서 확인되었다. 앞서 언급한 바와 같이 셀 파손을 제어하기 위해서는 EVA 분해속도를 향상시켜야 한다고 판단되며, 이에 반응온도를 65℃로 증가시켜 완전한 분해가 확인된 5 M 조건에서 동일한 방법으로 실험을 진행하였다.
태양전지 모듈에 포함된 강화유리 및 결정질 실리콘으로 제조된 셀을 회수, 재활용하기 위해서 모듈 층간 접착제로 사용된 EVA 분해실험에 초음파를 이용하고, 초음파 조사시간, 용매종류 및 농도를 변화시켜 분해속도 및 회수 최적조건을 도출하고자 하였다. 용매온도 55℃조건에서는, EVA 분해속도에서 용매별 약간의 차이는 있으나 용매농도 5M에서 160 min 이내에 완전한 분해가 가능하였다.

대상 데이터

실험에 사용한 태양전지모듈은 55 × 25 × 1 mm 크기의 (주)애니솔라 제품으로, 이 모듈은 강화유리 대신 투광성 유기필름을 이용하고 있었다.
초음파 장치는 일반적으로 실험실에서 세척용으로 사용하는 초음파 세척기(2510E-DHT, Branson, USA)를 사용하였다(Fig. 2). Bath type의 이 장치는 밑면에 Output 130 W, Frequency 40 kHz인 2조의 초음파 발생장치가 장착되어 액 중 초음파를 발생시킨다(Fig.

성능/효과

4(b)는 용매를 O-dichlorobenzene로 사용하여 실험한 결과이다. 1 M 조건에서도 29% 정도의 분해가 가능하였고, 3 M 이상의 농도에서는 거의 비슷한 분해 경향을 나타내며 최종적으로는 5 M, 160 min에서 완전한 EVA 분해가 가능하였다. 용매 TCE의 경우(Fig.
5(d))는 초음파 조사 10 min으로 완전 분해가 이루어졌다. EVA 분해가 완료된 후, 모듈에 남아있는 셀의 상태를 보면, 용매온도 55℃ 조건과 비교하여 파손이 거의 발생되지 않은 상태로 회수가 가능함이 확인되 었다. 특히, benzene을 사용한 경우(Fig.
Fig. 5에서 보이는 바와 같이 용매의 온도를 65℃로 증가시킴에 따라 용매별 약간의 차이는 있으나 모든 용매에서 분해속도가 향상됨을 확인할 수 있었다. 특히 O-DCB의 경우(Fig.
4(d))의 경우 20 min 이내의 반응초기 분해율은 3 M 이상에서는 거의 비슷하였으나 반응 40 min 영역에서 큰 차이를 나타내어 5M의 경우 40 min 이내 EVA가 완전히 분해됨을 확인할 수있었다. 네 가지 용매 모두 EVA 분해속도는 다소 차이를 나타내었으나 완전 분해가 가능함은 확인할 수 있었고, 이 때 셀의 파손은 모든 용매에서 확인되었다. 앞서 언급한 바와 같이 셀 파손을 제어하기 위해서는 EVA 분해속도를 향상시켜야 한다고 판단되며, 이에 반응온도를 65℃로 증가시켜 완전한 분해가 확인된 5 M 조건에서 동일한 방법으로 실험을 진행하였다.
태양전지 모듈에 포함된 강화유리 및 결정질 실리콘으로 제조된 셀을 회수, 재활용하기 위해서 모듈 층간 접착제로 사용된 EVA 분해실험에 초음파를 이용하고, 초음파 조사시간, 용매종류 및 농도를 변화시켜 분해속도 및 회수 최적조건을 도출하고자 하였다. 용매온도 55℃조건에서는, EVA 분해속도에서 용매별 약간의 차이는 있으나 용매농도 5M에서 160 min 이내에 완전한 분해가 가능하였다. 하지만 EVA 완전 분해 후, 회수된 셀에서 상당한 파손이 진행됨이 확인되었다.
5(a))에는 셀의 파손이 없는 완전한 상태로 회수 가능하였다. 이러한 용매온도 증가에 따른 셀의 파손이 억제된 결과는 EVA의 분해과정에서 발현되는 팽창현상이 분해속도 상승에 따라 억제된 결과라고 사료되며, 용매별 셀 파손정도의 차이는 용매종류에 따라 EVA 분해과정과 분해과정 중의 팽창정도가 달라서 나타난 결과라고 판단된다.
하지만 EVA 완전 분해 후, 회수된 셀에서 상당한 파손이 진행됨이 확인되었다. 이에 반해 용매온도 65℃, 농도 5 M 조건에서는, EVA의 완전분해가 모든 용매에서 40 min 이내에 완료되었으며, benzene 의 경우 파손이 전혀 없는 셀이 회수되는 등 EVA 완전 분해 후 회수된 셀의 파손도 상당히 억제됨을 알 수 있었다. 이러한 결과로부터 EVA 분해속도가 향상됨에 따라 팽창현상이 진행되기 전에 분해가 이루어져 셀의 파손이 억제된 결과라고 해석된다.
용매온도 55℃조건에서는, EVA 분해속도에서 용매별 약간의 차이는 있으나 용매농도 5M에서 160 min 이내에 완전한 분해가 가능하였다. 하지만 EVA 완전 분해 후, 회수된 셀에서 상당한 파손이 진행됨이 확인되었다. 이에 반해 용매온도 65℃, 농도 5 M 조건에서는, EVA의 완전분해가 모든 용매에서 40 min 이내에 완료되었으며, benzene 의 경우 파손이 전혀 없는 셀이 회수되는 등 EVA 완전 분해 후 회수된 셀의 파손도 상당히 억제됨을 알 수 있었다.
이러한 결과로부터 EVA 분해속도가 향상됨에 따라 팽창현상이 진행되기 전에 분해가 이루어져 셀의 파손이 억제된 결과라고 해석된다. 한편 용매별 EVA 성분의 분해과정과 팽창정도가 다소 차이가 있으며, 분해속도 제한요소 또한 다르게 나타남을 알 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	최근 전 세계적으로 신재생에너지에 대한 관심이 높아지고 이에 대한 산업화가 급속히 진행되는 원인은?	최근 화석연료의 유한성으로 인한 가격상승, 수급 불안정의 산업적인 요소와 지구 온난화, 원자력 폐기물 처리, 일본의 원전사태와 같은 방사능 물질의 유출과 같은 환경적인 요소에 의해 전 세계적으로 신재생에너지에 대한 관심이 높아지고 이에 대한 산업화가 급속히 진행되고 있다. 그 중에서도 태양광발전은 가장 대표적인 무공해, 비고갈성 에너지원으로 최근 10년간 43%의 높은 성장률을 보이는 등 가장 효율적인 신재생에너지원으로 활용하기 위해 태양전지에 대한 연구와 발전설비 생산이 활발하게 진행되고 있는 실정이다.
	태양전지의 모듈은 어떤 구조로 이루어져 있는가?	태양전지는 다수의 모듈로 구성되며, 대부분의 모듈은 강화유리/접착제/태양전지셀/접착제/백시트의 샌드위치 구조로 이루어져 있다. 모듈의 강도, 광투과도 향상을 위해 강화유리를, 후면 보호 및 열적 안정성을 위해불소함유 플라스틱필름으로 백시트를 사용하고 있다.
	태양전지의 모듈강도, 광투과도 향상을 위해 사용하는 것은 무엇인가?	태양전지는 다수의 모듈로 구성되며, 대부분의 모듈은 강화유리/접착제/태양전지셀/접착제/백시트의 샌드위치 구조로 이루어져 있다. 모듈의 강도, 광투과도 향상을 위해 강화유리를, 후면 보호 및 열적 안정성을 위해불소함유 플라스틱필름으로 백시트를 사용하고 있다. 또한 층간 접착재로는 빛 투과율 저하가 적은 polyvinylbutyral(PVB) 혹은 내습성이 우수한 ethylenevinylacetate(EVA)가 주로 사용되고 있다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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