2024년은 태양광(PV) 산업에 있어 중요한 전환점이 될 것입니다. 치열한 경쟁으로 인해 셀 기술과 산업 응용 분야에서 급속한 발전이 이루어지고 있으며, 그 속도는 10년 전을 훨씬 뛰어넘습니다. 이러한 혁신에도 불구하고, 유리-유리, 유리-백시트, 그리고 연성 모듈 모두에서 캡슐화 필름의 선택(POE(폴리올레핀 엘라스토머), EVA(에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체), 또는 EPE)은 여전히 중요하고 광범위한 논쟁거리입니다.
옥외용 태양광 모듈은 열, 산소, 수분, 자외선(UV)이라는 네 가지 주요 환경 요인으로 인해 성능 저하를 겪습니다. 이러한 환경에서 생물학적 활동은 무시할 수 있지만, 다른 요인들은 재료 선택에 결정적인 역할을 합니다. 본 논문은 이러한 조건에서 EVA와 POE의 성능을 비교하여 재료 선택에 대한 새로운 통찰력과 방법론을 제시합니다.
1. 열
가교 결합된 EVA와 POE는 모두 약 150°C 정도의 온도에 단기간 노출되어도 견딜 수 있습니다. 그러나 EVA는 200°C 이상의 온도에서 분해되어 상당량의 아세트산을 방출하는 반면, POE는 300°C를 초과하는 온도에서도 안정적으로 유지됩니다.
2. 산소
상온에서 두 물질 모두 산화에 대한 저항성이 우수합니다. 그러나 EVA에는 미량의 유리 아세트산 단량체가 함유되어 있는데, 이는 고온에서 산화되기 쉽습니다. 반면, 화학적으로 안정한 탄소-수소 결합으로만 구성된 POE는 산소와 반응하는 데 훨씬 더 높은 온도가 필요합니다.
3. 물
EVA의 에스테르기는 가수분해에 취약하여 카르복실기를 생성하고, 이는 추가적인 가수분해 및 재료 열화를 가속화합니다. 반면, 완전한 탄소-수소 사슬을 가진 POE는 화학적으로 안정적이며 가수분해의 영향을 받지 않습니다. 또한, POE는 EVA의 수증기 투과율(WVTR)인 25 g/m²·24h에 비해 38°C 및 상대 습도 90%에서 약 3 g/m²·24h의 WVTR을 보여 우수한 내수성을 나타냅니다. 이러한 낮은 투과성은 POE가 모듈 내부 부품을 습기 손상으로부터 보호하는 능력을 향상시킵니다.
4. 자외선
POE는 탄소-수소 사슬 구조로 이루어져 있으며, 414 kJ/mol의 CH 결합과 332 kJ/mol의 CC 결합과 같은 강력한 화학 결합을 가지고 있어 자외선에 의한 분해에 강합니다. 반면, EVA의 에스테르기는 330 kJ/mol 미만의 결합 에너지를 가진 CO 결합을 포함하고 있어 자외선에 의한 분해에 더 취약합니다.
결론
옥외 환경에서의 신뢰성에 영향을 미치는 네 가지 핵심 요소(열, 산소, 물, 자외선) 중 PoE는 EVA보다 consistently 우수한 성능을 보입니다. 태양광 전지의 효율이 점점 높아지고 신뢰성에 대한 요구가 더욱 엄격해짐에 따라, PoE는 옥외 환경에서 장기간 안정적인 전력 출력을 보장하는 최적의 선택으로 남아 있습니다.
