PET 계열 백시트의 새로운 성능기준 정립
태양광 모듈의 4대 주요 핵심소재는 셀, 글라스, EVA 봉지재, 보호필름 등이다. 그중 태양광 모듈용 보호필름(Back Sheet)은 외부환경으로부터 태양전지, EVA 시트를 보호해주는 필름소재로서 내후성(환경 내구성) 및 전기절연성이 뛰어난 고분자 원료를 사용해 생산된다. PVF, PVDF 등을 대표로 하는 불소소재를 적용한 백시트는 지난 20년 이상 장기 신뢰성 및 필드 시험을 통해 그 신뢰성이 확보됐다. 하지만 불소소재는 가격이 고가로서 불소필름을 적용해 제조한 보호필름은 단위평방미터당 8달러 전후의 가격대(양면 불소제품기준)를 형성했으며, 현재는 단면 불소제품의 경우 4~5달러대의 가격구조를 가지고 있다.

이 경우, 불소필름이 전체 재료비의 30~40%를 차지하고 있어 대부분의 백시트 제조업체에서는 이를 대체할 새로운 내후성 필름을 적용 검토해 PA(Polyamide), PO(Polyolefin), 폴리에스터필름(PET) 등 다양한 대체 제품으로 시장을 확대하고 있다. 특히, PET를 백시트의 외면에 적용한 폴리에스터 계열 백시트는 일본의 T사를 시발점으로 지난 5년간 불소필름을 대체해 왔고, 상대적으로 저렴하면서 일정수준 이상의 신뢰성 있는 제품으로 한국, 일본, 인도 등에서 시장 점유율을 확대하고 있다. 하지만 20년 이상의 장기 품질신뢰성 기준을 확보한 불소형 백시트와는 달리 PET 계열 백시트는 필드에 적용된 이래 충분한 검증이 다소 부족한 상태이다. 일반적으로 PET 계열 소재는 불소필름과 비교해 상대적으로 수분에 대한 가수분해 저항성능이 취약하고 자외선에 대한 열화가 단점으로 지적되고 있다.


PET 계열 백시트의 새로운 품질기준 마련
에스에프씨 개발진은 이와 같이 장기보존 신뢰성 기준을 확보한 고내후성 폴리에스터 계열 백시트를 개발했으며, 그 신뢰성 기준을 확보해 국내외의 관심을 모으고 있다. 에스에프씨는 대표적인 장기내후성 가속 평가법 중 하나인 항온항습시험(Damp Heat Test)에서 5,000시간 성능확보를 달성했다. 일반적으로 모듈의 장기 신뢰성 가속화성능 확보기준에서 DHT 3,000시간 성능확보는 대략 25년의 장기보존 신뢰성 기준으로 삼는데 에스에프씨는 상대적으로 내후성에 단점이 있는 폴리에스터 계열 백시트의 DHT 5,000시간 성능확보라는 획기적인 쾌거를 이뤘다.

이로써 차기 주력제품으로 부상 중인 PET 계열 백시트의 새로운 품질기준 성능검사에 새로운 지평을 마련했으며 많은 모듈제조사에서 보호필름에 대한 평가기준 수립에 상당한 영향을 미치게 될 것으로 기대된다. 태양광 보호필름의 가수분해를 발생시키는 주요 인자는 고분자 주쇄의 작용기, 고분자의 유리 전이온도, 분자량 분포 및 PET 결정도 등에 따라 가수분해 저항성능의 특성 변화가 물성에 영향을 미치게 된다.

이에 에스에프씨 기술진은 그림 1의 분해 매커니즘에 근거해 결정화도가 높고 분자량의 분포가 일정한 범위에 존재하는 PET 선정 기준을 마련했다. 그림 1은 PET 필름의 알코올에 대한 가수분해 거동 매커니즘을 도식화한 개념도이다. 고수명 저가형 백시트를 제조해 고내후성 PET 소재의 물과 알코올에 대한 가수분해 거동 메커니즘을 규명해 내후성 PET 소재의 선정 및 구조설계를 이뤘다.

또한, 내가수 분해성 접착제는 폴리우레탄 접착제에 기능성 무기필러를 나노분산해 수분 투과를 감소시키는 방어막기능을 수행하도록 함으로써 내화학성을 향상시켜 고수명화를 달성하게 됐다. 그림 2의 백시트 층간 구조에서 보듯이 가수분해 방향이 외부공기층에서 내부 셀 방향으로 진행하기 때문에 이를 접착제에 수분 차단성을 부여하고 이에 따라 가수분해 보호막을 형성함으로써 저항 성능을 향상시켰다.

성능 및 가격경쟁력 확보로 세계시장 노려
이 두 가지 개발인자에 의해 개발된 PET와 접착제를 적용해 개발한 에스에프씨의 PET 계열 백시트(SS-5000) 제품을 300W 모듈에 적용해 평가를 진행했다. 5,000시간 DHT 경과 후 P max 감소율은 7% 감소를 보였고 절연저항 및 내전압 특성이 양호한 결과를 얻었다. 그림 3은 300W급 태양광 모듈에 적용한 백시트의 DHT 5,000시간 후의 EL 결과와 백시트의 외관 표면사진이다. 결론적으로 이번에 에스에프씨에서 개발해 출시하게 되는 폴리에스터 계열 백시트는 장기 신뢰성 평가기준(IEC61215)에 의거한 환경내후성을 확보하면서 가격 경쟁력을 갖춘 제품으로 평가받고 있다. 현재 에스에프씨는 국내는 물론이고 인도와 터키 등에서의 적극적이고 공격적인 활동을 바탕으로 국내외 태양광 모듈시장에 경쟁력을 갖춘 보호필름을 공급하고자 최선을 다하고 있다.

SOLAR TODAY 이 서 윤 기자(st@infothe.com)

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