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태양전지모듈용 고내구성 저가형 백시트
Low-costBacksheet Materials with Excellent Resistance to Chemical Degradation for Photovoltaic Modules 원문보기

멤브레인 = Membrane Journal, v.25 no.3, 2015년, pp.287 - 294  

표세연 (단국대학교 에너지공학과) ,  이창현 (단국대학교 에너지공학과)

초록
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태양전지는 태양복사에너지를 반도체의 광전효과를 통해 전기에너지로 변환시키는 친환경 에너지변환장치를 의미한다. 수분을 포함하는 다양한 화학물질들에 대한 높은 차단성을 갖는 다층형 필름인 백시트는 태양전지의 중요한 요소이다. 대표적인 백시트는 polyvinyl fluoride (PVF)와 poly(ethylene terephthalate) (PET)의 다층필름으로 구성된다. PVF는 높은 내후성을 가지는 반면, 가격이 상대적으로 비싼 단점을 보인다. 따라서, 백시트의 제조가격을 낮출 수 있으면서, 동시에 실제 태양전지모듈에 적용할만한 수명특성을 만족시킬 수 있는 대체소재의 개발이 필수적이다. 본 연구에서는 일정수준의 결정성을 갖는 PET 필름을 PVF 필름 대신 사용하였다. 그러나, PET 소재는 다양한 pH 조건에서 trans-esterification 및 가수분해에 의해 분해될 수 있기 때문에, 태양전지의 구동조건에서 PET의 분해거동을 이해할 필요가 있다. 단시간 내 화학적 분해거동을 평가하기 위해서, 가속화된 PET 분해실험 프로토콜이 개발되었다. 마지막으로, 제안 개념의 효용성은 태양전지모듈의 장기운전성능 평가를 통해 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Photovoltaic (PV) modules are environmentally friendly energy-conversion devices to generate electricity via the photovoltaic effect of semiconductors on solar energy. One of key elements in PV modules is "Backsheet," a multi-layered film to protect the devices from a variety of chemicals including ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구의 목적은 저가 비불소계 백시트 필름소재의 단시간 내후성 평가를 위한 가속화 분해실험 프로토콜을 개발코자 하는 것이다. 또한, 이를 통해 선정된 PET 필름 기반의 백시트와 비교를 위해 도입된 PVF계 다층형 백시트의 태양전지 모듈조건에서의 화학적 내구성 평가를 통해, 제안한 개념의 효용성을 검증하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 PET의 결정화도 부여를 통해, 저가 소재를 기반으로 고내후성 백시트를 제조할 수 있음이 증명하였다. 하지만, PET 소재의 본질적인 가수분해성으로 인해, PET 기반의 고내후성 백시트 개발을 위해서는 추가적인 내후성 향상방안이 고려되어야 한다.
  • 본 연구에서는 앞서 연구/개발된 비불소계 다층형 백시트에서 사용되는 무정형 PET 필름 대신에 일정수준의 결정화도를 갖는 PET 필름을 도입시켜 PET계 다층형 백시트의 내구성을 향상코자 하였다. 본 연구의 목적은 저가 비불소계 백시트 필름소재의 단시간 내후성 평가를 위한 가속화 분해실험 프로토콜을 개발코자 하는 것이다.
  • 본 연구에서는 태양전지 모듈용 백시트 제조를 위해서 범용 PVF필름에 대한 고내구성, 저가 대체소재로써의 비불소계 PET필름의 가능성을 다루고 있으며, 이를 통해 얻어진 결과는 다음과 같다.
  • 본 연구에서는 앞서 연구/개발된 비불소계 다층형 백시트에서 사용되는 무정형 PET 필름 대신에 일정수준의 결정화도를 갖는 PET 필름을 도입시켜 PET계 다층형 백시트의 내구성을 향상코자 하였다. 본 연구의 목적은 저가 비불소계 백시트 필름소재의 단시간 내후성 평가를 위한 가속화 분해실험 프로토콜을 개발코자 하는 것이다. 또한, 이를 통해 선정된 PET 필름 기반의 백시트와 비교를 위해 도입된 PVF계 다층형 백시트의 태양전지 모듈조건에서의 화학적 내구성 평가를 통해, 제안한 개념의 효용성을 검증하고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
대표적인 백시트 소재인 PVF의 단점은? PVF는 낮은 수분투과도, 열적 안정성, 그리고 우수한 내후성을 가지고 있다[5]. 하지만, 단일층으로 제조되었을 경우, 일정두께 이상에서 기계적 깨짐성이 나타나며, 가격(1와트당 $0.13[6])이 매우 높다는 단점이 있다.
백시트란? 태양전지는 태양복사에너지를 반도체의 광전효과를 통해 전기에너지로 변환시키는 친환경 에너지변환장치를 의미한다. 수분을 포함하는 다양한 화학물질들에 대한 높은 차단성을 갖는 다층형 필름인 백시트는 태양전지의 중요한 요소이다. 대표적인 백시트는 polyvinyl fluoride (PVF)와 poly(ethylene terephthalate) (PET)의 다층필름으로 구성된다.
PET 필름만으로 백시트를 제조할 경우의 문제점은? 일반적으로는 중합반응의 결과, 무정형으로 제조되어 물이나 알코올과 같은 가수분해조건에서 자발적으로 분해되어진다[10]. 따라서, PET 필름만으로 백시트를 제조할 경우, 일정온도의 가습 조건에서 부분적으로 분해되어 깨짐현상이 발생하고, 그 결함을 통해 투과된 습도에 의해 태양전지 성능이 저하되는 문제점이 발생하게 된다. 이러한 이유로 인해 PET 필름만으로 이루어진 백시트는 주로 저가, 저수명특성을 요구하는 태양전지에 국한적으로 사용되어져 왔다.
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참고문헌 (19)

  1. D. H. Cho, M. H. Yun, S. Y. Kwon, and J. K. Koo, "Effect of plasticizer on electrolyte membranes for dye sensitized solar cells", Membr. J., 20, 13 (2010). 

  2. M. J. Choi, C. H. Shin, T. U. Kang., J. K. Koo, and N. J. Cho, "A study on the organic/inorganic composite electrolyte membranes for dye sensitized solar cell", Membr. J., 18, 345 (2008). 

  3. T. U. Kang, C. H. Shin, M. J. Choi, J. K. Koo, and N. J. Cho, "A study on the ionic conducting characteristics of electrolyte membranes containing KI and I2 for dye sensitized solar cell", Membr. J., 20, 21 (2010). 

  4. M. Quintana, D. King, T. McMahon, and C. Osterwald, "Commonly observed degradation in field-aged photovoltaic modules", Conf. Record, 29th IEEE PVSC., IEEE, pp. 1436, New Orleans (2002). 

  5. http://en.wikipedia.org/wiki/Polyvinyl_fluoride 

  6. http://www.dupont.co.kr/products-and-services/solarphotovoltaic-materials/articles/protect-modules-withtedlar- backsheet-film.html 

  7. G. Oreski and G. Wallner, "Delamination behaviour of multi-layer films for PV encapsulation", Sol. Energ. Mater. Sol. Cells., 89, 139 (2005). 

  8. B. M. Kim, K. S. Lee, M. K. Kim, G. H. Kang, H. K. Lee, and M. J. Park, "A Study on manufacturing process of PV Module according to Back sheet type", J. Korean. Sol. Energ. Soc., 30, 389 (2010). 

  9. N. Kim, H. Kang, K.-J. Hwang, C. Han, W. S. Hong, D. Kim, E. Lyu, and H. Kim, "Study on the degradation of different types of backsheets used in PV module under accelerated conditions", Sol. Energ. Mater. Sol. Cells., 120, 543 (2014). 

  10. http://en.wikipedia.org/wiki/Polyethylene_terephthalate 

  11. V. Sinha, M. R. Patel, and J. V. Patel, "PET waste management by chemical recycling: a review", J. Polym. Environ., 18, 8 (2010). 

  12. E. Ageev, N. Strusovskaya, and N. Matushkina, "Sorption of solutions complicated by the crystallization of a polymer sorbent", Petrol Chem., 53, 546 (2013). 

  13. http://www.polymerprocessing.com/polymers/PET.html 

  14. H. Tabekh, Y. Koudsi, and Z. Ajji, "Chemical recycling of poly (ethylene terephthalate) using sulfuric acid", Rev. Roum. Chim., 57, 1031 (2012). 

  15. Y. Abdelaal, T. R. Sobahi, and M. S. Makki, "Chemical degradation of poly (ethylene terephthalate)", Int. J. Polymer. Mater., 57, 73 (2008). 

  16. T. Yoshioka, T. Sato, and A. Okuwaki, "Hydrolysis of waste PET by sulfuric acid at $150^{\circ}C$ for a chemical recycling", J. Appl. Polym. Sci., 52, 1353 (1994). 

  17. W. Gambogi, Y. Heta, K. Hashimoto, J. Kopchick, T. Felder, S. MacMaster, A. Bradley, B. Hamzavytehrany, L. Garreau-Iles, T. Aoki, K. Stika, T. J. Trout, and T. Sample, "A Comparison of key PV backsheet and module performance from fielded module exposures and accelerated tests", IEEE. J. photovolt., 4, 935 (2014). 

  18. R. Khatri, S. Agarwal, I. Saha, S. K. Singh, and B. Kumar, "Study on long term reliability of photo- voltaic modules and analysis of power degradation using accelerated aging tests and electroluminescence technique", Energy Procedia, 8, 396 (2011). 

  19. C. I. Calcagno, C. M. Mariani, S. Teixeira, and R. Mauler, "The effect of organic modifier of the clay on morphology and crystallization properties of PET nanocomposites", Appl. Surf. Sci., 48, 966 (2007). 

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