스위스의 연구원들은 PV 모듈에 사용되는 금속 리본용 검정색 잉크 코팅 세 가지를 조사했습니다. 그들은 시각적 안정성과 전기적 성능에 미치는 영향을 비교했습니다.

스위스의 연구자 그룹은 PV 모듈에 사용되는 검정색 상호 연결 코팅의 시각적 안정성과 전기적 성능을 조사했습니다. 이러한 코팅은 검정색 후면 시트의 외관을 최소화하므로 건물 일체형 광전지(BIPV) 모듈의 미적 매력을 향상시키는 데 사용됩니다.

연구원들은 “인터커넥트 숨기기는 수동 위치 지정으로 컬러 스트립이나 밴드를 적용하는 등 비용이 많이 들고 비효율적인 제조 단계를 통해 달성되는 경우가 많습니다.”라고 설명했습니다. “금속 리본의 모양을 수정하는 가능한 해결책은 리본을 잉크로 코팅하는 것입니다. 잉크젯은 밝은 금속 리본을 코팅하기 위한 정확성, 해상도 및 유연성 요구 사항을 충족할 수 있는 최고의 기술 중 하나입니다.”

pv 매거진과의 대화에서 교신 저자인 Alejandro Borja Block 박사는 “수동 프로세스의 비용은 모듈당 약 3CHF(3.32달러)인 반면, 자동화된 프로세스의 비용은 모듈당 대략 0.15CHF가 될 수 있습니다”라고 덧붙였습니다. 이러한 추정을 할 때 장비의 자동화 정도, 장비의 수명, 소모품 비용, 사용된 에너지 비용, 프로세스 속도 등 많은 가정이 이루어진다는 점을 고려하는 것이 중요합니다.”

Solar Energy Materials and Solar Cells에 게재된 "태양광 발전 모듈 애플리케이션을 위한 검정색 상호 연결 코팅의 안정성"이라는 논문에서 연구팀은 세 가지 유형의 금속 리본을 비교했습니다. 하나는 사용된 코팅에 대한 정보가 없는 상업적으로 이용 가능한 검정색 리본이었습니다. 나머지 두 개는 실험실에서 UV 경화형 잉크젯 상업용 잉크로 코팅되었습니다.

과학자들은 산업 표준 IEC 62788-7-2를 기반으로 3개의 리본을 순서대로 테스트했습니다. 모든 코팅된 리본을 3cm 길이의 스트립으로 절단한 다음 기존 G/BS(유리 뒷면 시트) 모듈에 적층했습니다.

그런 다음 UV 차단제 유무에 관계없이 세 가지 다른 캡슐화제를 사용하여 패널을 캡슐화했습니다. 3개의 샘플을 총 2,000시간 동안 챔버에 방치했는데, 이는 대략 120kWh/m2의 UVA 및 UVB 조사량(UVA+UVB)에 해당하며, 이는 중부 유럽에서 약 2년간의 실외 노출에 해당합니다.

“데이터 비교에서 나타난 가장 눈에 띄는 관찰은 색상 변화가 UV 경화 잉크젯 잉크에서만 나타났고 상업용 블랙 리본에서는 나타나지 않았다는 것입니다.”라고 학계는 말했습니다. “잉크 1은 가장 큰 색상 변화를 나타냈고, 코팅된 금속 인터커넥트 주변에 노란색 후광이 나타났습니다. 이는 잉크 구성 요소가 봉합재로 확산되어 품질이 저하되었음을 나타낼 수 있습니다. 잉크 2는 더 온화하지만 여전히 눈에 띄는 색상 변화를 나타냈습니다.”

이 테스트 후 연구원들은 잉크 1을 더 깊이 파고들었는데, 잉크 1이 가장 중요한 색상 변화를 보여줬기 때문입니다. 그들은 두 가지 방법으로 이를 수행했습니다. 첫째, 잉크와 순수 분자 2-PEA를 분리하여 관찰된 분해에 중요한 역할을 하는지 조사했습니다. 둘째, 미니 태양광 모듈을 만든 후 리본에 관련 잉크를 코팅하는 방법입니다.

순수 성분 샘플을 24시간 및 10일 동안 숙성시키거나 UVA + UVB 용량을 각각 1.5 및 15kWh/m2로 숙성시켰습니다. 이어 “잉크와 플러시의 순수 성분인 2-PEA는 1.5kWh/m2 이후에 중합되고, 15kWh/m2 이후에는 노란색으로 변했다”고 강조했다. “이것은 물질 내 카르보닐 결합의 생성으로 인한 것이며, 이는 자외선 하에서 분자의 산화와 관련이 있습니다. 15kWh/m2의 UV 노출 이후 카르보닐 지수는 22% 상승했습니다.”

샘플 코팅 모듈은 6,000시간 또는 UVA + UVB 조사량 360kWh/m2 동안 숙성시켰다. “조사된 불안정한 잉크의 사용은 장기적으로 색상의 미학적 변형을 나타내며 잠재적인 장기적 불안정성을 입증하지만 전기적 성능은 코팅된 리본이 없는 모듈과 유사합니다(3% 미만의 전력 손실). "라고 팀은 지적했다.

연구를 마무리하면서 과학자들은 "PV 미적 응용 분야에서 2-PEA 단량체의 사용을 권장하지 않으며 UV 차단 봉지재와 함께 황변 현상이 없는 특성이 더 우수한 지방족 단량체가 포함된 UV 경화성 잉크를 사용할 것을 제안합니다"라고 말했습니다. 그들은 또한 "UV 차단제 봉지재는 G/BS 라미네이트에서 2-PEA의 광분해를 완화하는 데 도움이 되지만 잉크 자체의 분해를 완전히 완화하지는 못합니다."라고 덧붙였습니다.

이 팀은 스위스 로잔 연방 기술 연구소, 스위스 CSEM, 지속 가능한 에너지 센터, 오스트리아 고분자 역량 센터 Leoben 및 체코 과학 아카데미의 학자들로 구성되어 있습니다.