KR20140115515A - 다층 투명 전극 및 이를 사용한 유기 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다층 투명 전극에 관한 것으로, 보다 구체적으로 제1 버퍼층, 제1 버퍼층의 상면에 형성되는 금속 나노와이어 층 및 금속 나노와이어 층의 상면에 형성되는 제2 버퍼층으로 구성되어 제1 버퍼층을 통해 기판과 금속 나노와이어 층의 접착성을 향상시키며 제2 버퍼층을 통해 금속 나노와이어 층의 균일도를 향상시킨 다층 투명 전극에 관한 것이다. 본 발명에 따른 다층 투명 전극은 유기 태양전지뿐만 아니라 유연성과 낮은 면저항을 요구하는 다양한 전자 소자에 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 다층 투명 전극에 관한 것으로, 보다 구체적으로 제1 버퍼층, 제1 버퍼층의 상면에 형성되는 금속 나노와이어 층 및 금속 나노와이어 층의 상면에 형성되는 제2 버퍼층으로 구성되어 제1 버퍼층을 통해 기판과 금속 나노와이어 층의 접착성을 향상시키며 제2 버퍼층을 통해 금속 나노와이어 층의 균일도를 향상시킨 다층 투명 전극에 관한 것이다. 본 발명에 따른 다층 투명 전극은 유기 태양전지뿐만 아니라 유연성과 낮은 면저항을 요구하는 다양한 전자 소자에 사용될 수 있다.
최근 지구온난화 등의 환경문제로 청정 대체에너지의 필요성이 높아지고 있다. 이러한 이유로 수소/연료전지, 태양전지, 풍력 등의 대체에너지원 개발에 많은 연구가 이루어지고 있으며, 에너지 자원량이 가장 많은 태양전지에 대한 연구가 활발하다.
태양전지는 빛에너지를 전기에너지로 직접 변환시켜 주는 소자이다. 상용화 초기에는 결정질 실리콘 태양전지가 대부분이었으나, 결정질 실리콘의 높은 생산 단가 때문에, 무기박막 태양전지, 염료감응형 태양전지, 유기박막 태양전지 등의 상대적으로 저렴한 신규 태양전지로의 연구가 집중되고 있다. 실리콘을 중심으로 한 무기 태양전지는 높은 변환효율을 갖지만, 제작공정 과정에 높은 비용이 들며, 무게 및 유연성에 한계를 지닌다. 이러한 이유로 무기태양전지가 사용될 수 없는 시장을 중심으로 유기 태양전지의 수요가 예상된다.
유기 태양전지는 값싼 유기물을 사용하기 때문에 높은 생산성을 기대할 수 있다. 또한, 전체 소자의 두께가 수백 nm에 불과하여 무게와 두께, 형태에 제약이 적어 초소형 혹은 이동통신용 기기 등의 새로운 용도의 전원으로 응용 가능성이 기대되고 있다.
도 1은 일반적인 유기 태양전지의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
유기 태양전지는 도 1에 도시된 바와 같이 투명기판(1) 위에 형성된 양극 전극(2)-버퍼층(3)-활성층(4)-음극 전극(5) 구조로 간단히 나타낼 수 있는데, 높은 일함수를 갖는 투명 전극인 ITO를 양극 전극(2)으로 하고, 낮은 일함수를 갖는 Al이나 Ca 등을 음극 전극(5) 물질로 사용한다. 활성층(4)은 100nm 정도의 두께를 가진 전자주게 물질(Electron donor)과 전자받게 물질(Electron acceptor)의 2층 구조(D/A bi-layer structure) 혹은 bulk-heterojunction((D+A) blend) 구조를 이용하는데, 경우에 따라서는 전자의 두 donor-acceptor 층 사이에 후자의 bulk-heterojunction 구조가 끼어있는 혼합구조(D/(D+A)/A)를 이용하기도 한다. 활성층으로 사용되는 유기 반도체에는 유기 단분자와 고분자가 있다.
유기 태양전지에 광을 쬐어주면, 전자주게 물질에서 광을 흡수하여 여기 상태의 전자-정공 쌍(Exciton)이 형성된다. 여기 상태의 전자-정공 쌍은 임의 방향으로 확산하다가 전자받게 물질과의 계면을 만나면 전자와 정공으로 분리된다. 즉, 계면에서 전자는 전자 친화도가 큰 전자받게 물질 쪽으로 이동하고 정공은 전자주게 물질 쪽에 남아 각각의 전하 상태로 분리된다. 이들은 양쪽 전극의 일함수 차이로 형성된 내부 전기장과 쌓여진 전하의 농도 차에 의해 각각의 전극으로 이동하여 수집되며, 최종적으로 외부 회로를 통해 전류의 형태로 흐르게 된다.
위에서 버퍼층(3)과 활성층(4)은 용액 공정을 통해 코팅 방식으로 형성되는데 반해, 양극 전극(2)은 스퍼터링 장치를 이용하여 투명기판(1)의 상면에 투명 전극(TCO, Transparent conductive oxide)을 증착하여 형성된다. 투명 전극 중 대표적인 ITO 투명 전극은 가시광선 영역에서 매우 높은 투과도(> 85%)와 매우 낮은 비저항(2~5×10-4 ohm-cm)등 매우 우수한 특성으로 평판 디스플레이 (LCD/AMOLED/E-ink/PDP, FED), 태양전지(DSSC/OSC/CIGS), 터치패널, 투명 TFT, 센서 뿐만 아니라 차세대 광전 소자로 각광받고 있는 디스플레이/태양전지 등에 널리 적용되고 있다. 그러나 ITO 투명 전극은 고가이며 양극 전극(2)을 형성하기 위하여 진공상태에서 스퍼터링 장비를 이용하여야 하기 때문에 공정이 복잡하고 오랜 시간이 소요된다는 문제점을 가졌다.
또한, ITO와 같은 투명 전극의 경우, 투과율 및 전기적 특성을 향상시키기 위해 200도 이상의 고온에서 투명 전극을 열처리하는 공정이 필수적으로 요구되는데, 일반적인 투명 전극의 경우 유리 기판에 성막되기 때문에 공정 온도의 제한을 받지 않지만, 플렉서블 기판에 형성되는 유연 투명 전극의 경우에는 플렉서블 기판이 200도 이상의 공정 온도에서 쉽게 열화가 되기 때문에, 고품위의 유연 투명 전극 제작이 불가능하다.
즉, 유연 투명 전극은 일반적인 투명 전극의 공정 방식에 의해서는 면저항이 높게 형성되어 전기적 특성이 저하된다. 이를 방지하기 위해 양극 전극(2)을 100nm 이상으로 두껍게 형성하거나 고온의 열처리 과정을 거쳐야 하지만, 양극 전극(2)을 두껍게 형성하는 경우 유연성이 부족하게 되며, 고온 열처리를 하는 경우 열처리 과정에서 플렉서블 기판이 열화되어 고품위의 투명 전극을 제작할 수 없다는 문제가 있었다.
이러한 ITO 투명 전극의 단점을 극복하기 위해 최근 은(Ag)를 포함한 금속 나노와이어를 이용한 투명 전극 제조에 관한 연구가 전세계적으로 활발하게 진행되고 있는 추세이다. 은 나노와이어는 박막과 달리 입자가 나노와이어 형태를 갖기 때문에 밀도가 낮아 투명하며 은 나노와이어끼리 서로 연결되어 전도성이 뛰어나고 유연성이 우수하다는 장점을 가진다. 그러나 현재 연구되고 있는 대부분의 금속 나노와이어 전극은 투명 플렉서블 기판에 금속 나노와이어를 코팅 제작하는 것으로, 투명 플렉서블 기판에 형성된 금속 나노와이어층의 표면 거칠기기 매우 높아 균일도(uniformity)을 가지는 소자에 적용하기 곤란하였으며, 투명 플렉서블 기판과의 접착성도 좋지 않아 투명 플렉서블 기판에 형성된 전극이 쉽게 벗겨지거나 전극 패터닝의 과정에서 식각액과 함께 금속 나노와이어층이 제거되어 전기적 특성이 우수하지 못하다는 문제점을 가졌다.
본 발명은 위에서 언급한 종래 투명전극을 사용하는 유기 태양전지가 가지는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 목적은 전체 제조 공정을 용액 공정으로 일체화시켜 제조 공정이 간단하고 제조 비용이 낮은 유기 태양전지를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 목적은 높은 유연성과 낮은 면저항을 가지며 별도의 열처리 공정이 필요하지 않아 다양한 투명 플렉서블 기판에서 제조할 수 있는 유기 태양 전지를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 목적은 투명 플렉서블 기판과의 접착성이 좋으며 표면 균일도가 우수하여 높은 효율을 가지는 은 나노와이어 양극 전극을 구비하는 유기 태양 전지를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 목적은 제1 버퍼층, 금속 나노와이어층 및 제2 버퍼층으로 이루어진 양극 전극을 이용하여 종래 유기 태양전기에서 요구되는 버퍼층을 양극 전극의 제2 버퍼층으로 대체함으로써, 별도의 버퍼층을 구비하지 않는 유기 태양 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 유기 태양 전지는 투명 플렉서블 기판과, 투명 플렉서블 기판의 상면에 형성된 제1 버퍼층과 제1 버퍼층의 상면에 형성되는 금속 나노와이어층과 금속 나노와이어층의 상면에 형성되는 제2 버퍼층을 구비하는 양극 전극과, 양극 전극의 상면에 형성되는 활성층과, 활성층의 상면에 형성되는 음극 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서 제1 버퍼층, 금속 나노와이어층, 제2 버퍼층, 활성층은 제1 버퍼층 코팅액, 금속 나노와이어 코팅액, 제2 버퍼층 코팅액 및 활성층 코팅액을 칠하는 방식으로 코팅 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서 금속 나노와이어층은 Ag, Cr, Ti, Cu, Au, Ni, Al, Mo 중 어느 하나의 금속으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서 제1 버퍼층 또는 제2 버퍼층은 PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate))인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기 태양전지의 제조 장치는 플렉서블 기판이 롤 형태로 권취되는 릴리스 롤러와, 상기 릴리스 롤러에 권취된 플렉서블 기판을 권취 해제하며 견인 이동시키는 견인 롤러를 통해 플렉서블 기판을 연속적으로 이동 공급하는 공급 유닛과, 플렉서블 기판의 표면에 제1 버퍼층, 금속 나노와이어층, 제2 버퍼층, 활성층을 브러쉬 모듈을 이용하여 순차적으로 칠하는 방식으로 코팅하는 브러쉬 코팅 유닛과, 브러쉬 코팅 유닛에 의해 플렉서블 기판의 표면에 형성되는 제1 버퍼층, 금속 나노와이어층, 제2 버퍼층, 활성층 코팅층을 순차적으로 건조시키는 건조 유닛과, 공급 유닛, 브러쉬 코팅 유닛 및 건조 유닛의 동작 상태를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서 브러쉬 모듈은 플렉서블 기판의 이동 방향에 대한 직각 방향으로 길게 배치되어 코팅액을 공급받을 수 있도록 별도의 코팅액 저장조와, 코팅액 공급 호스를 통해 연결되며 내부에는 코팅액이 유동할 수 있도록 코팅액 공급 유로가 형성되는 브러쉬 블록과, 코팅액 공급 유로로부터 코팅액이 흡수 전달되도록 브러쉬 블록의 하단에 장착되어 플렉서블 기판의 표면에 접촉하는 브러쉬 솔을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서 코팅액 공급 호스에는 코팅액의 공급량을 조절할 수 있도록 유량 조절 밸브가 장착되고, 유량 조절 밸브는 제어부에 의해 동작 제어되는 것을 특징으로 한다.
여기서 브러쉬 코팅 유닛은 브러쉬 모듈을 플렉서블 기판의 이동 방향과 평행한 방향으로 왕복 직선 이동시키는 이송 모듈을 더 포함하고, 이송 모듈은 브러쉬 모듈의 이동 방향 및 이동 속도를 조절할 수 있도록 제어부에 의해 동작 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기 태양전지는 종래 유기 태양전지와 비교하여 다음과 같은 다양한 효과를 가진다.
첫째, 본 발명에 따른 유기 태양전지는 양극 전극을 투명 전극 대신 버퍼층과 금속 나노와이어층으로 제조함으로써, 전체 제조 공정을 용액 공정으로 일체화시켜 간단하고 낮은 비용으로 유기 태양전지를 제조할 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 유기 태양전지는 양극 전극을 투명 전극 대신 버퍼층과 금속 나노와이어층으로 제조함으로써, 높은 유연성과 낮은 면저항을 가지며 별도의 열처리 공정이 필요하지 않아 다양한 투명 플렉서블 기판에서 제조할 수 있다.
셋째, 본 발명에 따른 유기 태양전지는 유연 투명기판의 상면에 순차적으로 제1 버퍼층, 금속 나노와이어층 및 제2 버퍼층으로 양극 전극을 형성함으로써, 투명 플렉서블 기판과 금속 나노와이어층의 접착성을 좋게 하며 표면 균일도가 우수하여 높은 효율을 가질 수 있다.
도 1은 일반적인 유기 태양전지의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 유기 태양전지의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 태양전지의 제조 장치의 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 브러쉬 코팅 유닛의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 브러쉬 모듈에 대한 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 7는 본 발명에 따른 다층 투명 전극의 표면 거칠기를 설명하는 사진이다.
도 8은 본 발명에 따른 다층 투명 전극의 구부림 전기 저항 특성을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 유기 태양전지의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 태양전지의 제조 장치의 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 브러쉬 코팅 유닛의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 브러쉬 모듈에 대한 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 7는 본 발명에 따른 다층 투명 전극의 표면 거칠기를 설명하는 사진이다.
도 8은 본 발명에 따른 다층 투명 전극의 구부림 전기 저항 특성을 설명하는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명에 따른 유기 태양전지의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참고로 보다 구체적으로 살펴보면, 투명 플렉서블 기판(10)의 상면에 양극으로 동작하는 다층 투명 전극(20)을 형성한다. 투명 플렉서블 기판(10)은 유동성을 가지는 기판으로서, 유연 기판 소재인 PET(polyethylene terephthalate), PEN(Polyethylene Naphthalate), PES(polyether sulfone), PC(Polycarbonate), PI(Polyimide) 등이 적용될 수 있다.
다층 투명 전극(20)의 상면에는 활성층(30)이 형성되며, 활성층(30)의 상면에는 낮은 일함수를 갖는 Al이나 Ca의 음극 전극(40)이 형성된다.
원 안에 확대되어 도시된 다층 투명 전극(20)을 참고로 살펴보면, 다층 투명 전극(20)은 투명 플렉서블 기판(10)의 상면에 형성되는 제1 버퍼층(21), 제1 버퍼층(21)의 상면에 형성되는 금속 나노와이어 층(23) 및 금속 나노와이어층(23)의 상면에 형성되는 제2 버퍼층(23)으로 구성된다. 여기서 제2 버퍼층(25)은 활성층(30)에서 여기된 정공이 금속 나노와이어 층(23)으로 용이하게 전달되도록 하는 전도성 고분자 물질로 이루어진다. 바람직하게, 제1 버퍼층(21) 또는 제2 버퍼층(25)은 PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(stylensulfoonate))가 사용될 수 있다.
금속 나노와이어 층(23)의 두께는 소자의 요구 저항을 기준으로 30nm~100nm정도이며, 이에 따른 저항은 10~200 Ohm/square이다. 본 특허에서 제1 버퍼층(21)의 역할은 금속 나노와이어의 표면 거칠기 완화 및 투명 플렉서블 기판(10)과의 접착성 증가이나, 이와 더불어 3층 구조의 하이브리드 투명 전극의 투과도와 면저항 특성 역시 만족시켜야 한다. 제1 버퍼층(21) 또는 제2 버퍼층(25)은 PEDOT:PSS는 전도성 고분자으로 제작되어 유연성 특성을 만족하므로, 제1 버퍼층(21) 또는 제2 버퍼층(25)은 유연성 특성보다 면저항과 투과도에 중점을 두고 두께를 설정하여야 한다.
여기서 제1 버퍼층(21)의 두께는 30~100nm 정도로 형성되며, 금속 나노와이어 층(23)은 Ag, Cr, Ti, Cu, Au, Ni, Al, Mo 중 어느 하나의 금속으로 형성되는데 요구되는 저항값에 따라 30-100nm 두께로 형성되며, 제2 버퍼층(25)는 50~100nm의 두께로 형성된다. 금속 나노와이어와 투명 플렉서블 기판(10) 사이의 접착성을 증가시키기 위해 제1 버퍼층(21)의 두께는 최소 30nm 이상이어야 하며, 제1 버퍼층(21)의 두께가 증가할수록 투과도가 떨어지므로 100nm 이하로 한정하여 제조되어야 한다. 한편, 금속 나노와이어의 표면 거칠기를 극복하기 위하여 제2 버퍼층(25)의 두께는 최소 50nm 이상이어야 하며, 제2 버퍼층(25)의 두께가 증가할수록 투과도가 떨어지므로 100nm 이하로 한정하여 제조되어야 한다.
바람직하게, 제1 버퍼층(21)과 제2 버퍼층(25)의 두께는 가장 투과도가 높은 50nm-70nm로 설정하며, 다층 투명 전극(20) 두께를 고려하여 제1 버퍼층(21)과 제2 버퍼층(25)의 두께는 100nm를 넘지 않아야 한다.
더욱 바람직하게, 금속 나노와이어 층(23)의 두께를 기준으로 제1 버퍼층(21)와 제2 버퍼층(25)의 두께 비율은 80%~110% 정도이다.
본 발명의 유기 태양전지에서 금속 나노와이어 층(23)은 ITO 투명 전극을 대신하여 사용되는데, 투명 플렉서블 기판(10)의 상면에 먼저 제1 버퍼층(21)을 형성한 후, 제1 버퍼층(21)의 상면에 금속 나노와이어 층(23)을 형성하여 제1 버퍼층(21)이 투명 플렉서블 기판(10)에 금속 나노와이어 층(23)을 견고하게 고정 지지하는 역활을 수행한다. 따라서 제1 버퍼층(21)은 투명 플렉서블 기판(20)과 금속 나노와이어 층(23)의 접착력을 강화시킨다.
한편, 금속 나노와이어 층(23)을 형성한 후, 금속 나노와이어 층(23)의 상면에 다시 제2 버퍼층(25)을 형성함으로써, 제2 버퍼층(25)은 투명 플렉서블 기판(10)에 형성된 금속 나노와이어 층(23)의 표면 거칠기기를 낮추며, 따라서 높은 균일도를 가진다.
본 발명에 따른 다층 투명 전극(20)은 종래 ITO 투명 전극 대신 은 나노와이어를 사용하여 구부림이 발생하는 경우에도 우수한 전기적 특성을 가지며 크랙이 발생하지 않아 유연성을 요구하는 유기 태양전지뿐만 아니라 다양한 전자 소자의 전극으로 사용될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 다층 투명 전극(20)은 종래 ITO 투명 전극이 우수한 전기적 특성을 확보하기 위하여 요구되는 열처리 공정이 필요하지 않아 저렴하고 다양한 플렉서블 기판에 적용 가능하며, 다층 투명 전극(20) 및 활성층(30)을 모두 용액 공정(solution process)을 통해 수행 가능하여 간소한 공정으로 제조 가능하다. 이하에서는 본 발명에 따른 유기 태양전지 제조 장치와 이를 이용한 유기 태양전지의 제조 공정에 대해 보다 구체적으로 살펴보도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 태양전지의 제조 장치의 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 태양전지 장치는 금속 나노와이어가 포함된 코팅액을 플렉서블 기판의 표면에 브러쉬를 이용해 칠하는 방식으로 투명 전극을 형성하는 장치로서, 공급 유닛(100), 전처리 유닛(300), 브러쉬 코팅 유닛(200), 건조 유닛(400), 전극 인쇄 유닛(500) 및 제어부(600)를 포함하여 구성된다.
공급 유닛(100)은 롤투롤(roll-to-roll) 시스템으로 플렉서블 기판(10)을 연속적으로 이동 공급시키는 구성으로, 플렉서블 기판(10)이 롤 형태로 권취되는 릴리스 롤러(110)와, 릴리스 롤러(110)에 권취된 플렉서블 기판(10)을 권취 해제하며 견인 이동시키는 견인 롤러(120)를 포함하여 구성된다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이 견인 롤러(120)가 회전하게 되면, 플렉서블 기판(10)이 릴리스 롤러(110)로부터 권취 해제되며 수평 방향으로 견인 이동된다.
이러한 공급 유닛(100)은 플렉서블 기판(10)의 이동 속도를 조절하며 공급할 수 있도록 구성되는데, 이를 위해 견인 롤러(120)를 회전 구동하는 롤러 구동 모터(130)를 더 포함하여 구성될 수 있고, 롤러 구동 모터(130)는 견인 롤러(120)의 회전 속도를 조절하도록 제어부(600)에 의해 동작 제어되는 방식으로 구성될 수 있다. 롤러 구동 모터(130)가 제어부(600)에 의해 견인 롤러(120)의 회전 속도를 조절하게 되면, 이에 따라 견인 롤러(120)에 의한 플렉서블 기판(10)의 견인 이동 속도가 조절되어 플렉서블 기판(10)의 공급 이동 속도가 조절된다.
전처리 유닛(300)은 공급 유닛(100)의 릴리스 롤러(110)와 견인 롤러(120) 사이에 배치되어 공급 유닛(100)에 의해 이동하는 플렉서블 기판(10)의 표면을 친수성 상태로 전처리하는 구성으로, 플렉서블 기판(10)의 표면에 버퍼층 코팅액(21)을 코팅하는 공정 전에 코팅 작업이 원활하게 진행될 수 있도록 플렉서블 기판(10)의 표면을 전처리하도록 구성된다. 이러한 전처리 유닛(300)은 본 발명의 일 실시예에 따라 상압 플라즈마 처리 방식으로 플렉서블 기판(10)의 표면을 매끄럽게 하도록 구성될 수 있으며, 이를 통해 플렉서블 기판(10)의 표면이 친수성 상태로 변화되어 제1 버퍼층(21) 코팅 작업이 더욱 원활하게 이루어질 수 있다.
브러쉬 코팅 유닛(200)은 전처리 유닛(300)에 의해 친수성 상태로 전처리된 플렉서블 기판(10)의 표면에 버퍼층, 금속 나노와이어층 또는 활성층이 형성되도록 버퍼층 코팅액, 금속 나노와이어 코팅액, 활성층 코팅액을 브러쉬 모듈(210)을 이용해 칠하는 방식으로 코팅하는 구성으로, 공급 유닛(100)의 릴리스 롤러(110)와 견인 롤러(120) 사이에 배치되며, 플렉서블 기판(10)의 이동 방향을 따라 전처리 유닛(300)의 후방에 위치하도록 배치된다.
이러한 브러쉬 코팅 유닛(200)은 별도의 코팅액 저장조(240)(도 4 참조)로부터 버퍼층 코팅액, 금속 나노와이어 코팅액, 활성층 코팅액을 공급받아 브러쉬 모듈(210)을 통해 플렉서블 기판(10)의 표면에 버퍼층 코팅액, 금속 나노와이어 코팅액 및 활성층 코팅액을 순차적으로 코팅하도록 구성되며, 이때, 버퍼층 코팅액, 금속 나노와이어 코팅액 또는 활성층 코팅액의 공급량을 조절하도록 구성될 수도 있고, 브러쉬 모듈(210)을 이송시킬 수 있도록 구성될 수도 있는데, 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.
건조 유닛(400)은 브러쉬 코팅 유닛(200)에 의해 플렉서블 기판(10)의 표면에 형성된 버퍼층 코팅액, 금속 나노와이어 코팅액 또는 활성층 코팅액을 건조시키기 위한 구성으로, 공급 유닛(100)의 릴리스 롤러(110)와 견인 롤러(120) 사이에 배치되며, 플렉서블 기판(10)의 이동 방향을 따라 브러쉬 코팅 유닛(200)의 후방에 위치하도록 배치된다. 이러한 건조 유닛(400)에 의해 버퍼층 코팅액, 금속 나노와이어 코팅액 및 활성층 코팅액이 건조됨에 따라 플렉서블 기판(10)의 표면에 제1 버퍼층, 금속 나노 와이어층, 제2 버퍼층으로 이루어진 다층 투명 전극과 활성층이 모두 용액 공정(solution process)으로 형성 완료된다.
전극 인쇄 유닛(500)은 건조 유닛(400)에 의해 건조된 활성층의 상면에 음극 전극을 인쇄 형성시키기 위한 구성으로, 플렉서블 기판(10)의 이동 방향을 따라 건조 유닛(400)의 후방에 위치하도록 배치된다. 이러한 전극 인쇄 유닛(500)은 활성층의 상면에 음극 전극을 인쇄하여 유기 태양전지를 제조 완료한다. 바람직하게, 전극 인쇄 유닛(500)은 오목 인쇄 방식(gravure)으로 활성층의 상면에 음극 전극을 인쇄한다.
이러한 건조 유닛(400)은 도 3에 도시된 바와 같이 버퍼층 코팅액, 금속 나노와이어 코팅액 또는 활성층 코팅액이 신속하게 건조될 수 있도록 플렉서블 기판(10)의 표면에 건조 바람을 송풍하는 건조 송풍기(410)와, 플렉서블 기판(10)에 열을 전달하는 가열 히터(420)를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 건조 송풍기(410)와 플렉서블 기판(10)은 제어부(600)에 의해 동작 제어되도록 구성되며, 이를 통해 코팅층(11)의 건조 상태에 따라 건조 송풍기(410)의 풍량을 조절하거나 가열 히터(420)의 열 공급량을 조절할 수 있다.
제어부(600)는 공급 유닛(100), 전처리 유닛(300), 브러쉬 코팅 유닛(200), 건조 유닛(400) 및 전극 인쇄 유닛(500)의 동작 상태를 각각 동작 제어하도록 구성되며, 이러한 동작 제어를 통해 플렉서블 기판(10) 표면에 형성되는 다층 투명 전극, 활성층 및 음극 전극의 특성을 조절할 수 있다.
한편, 릴리스 롤러(110)와 견인 롤러(120) 사이에는 도 1에 도시된 바와 같이 플렉서블 기판(10)을 지지하도록 베이스 스테이지(700)가 구비되고, 전처리 유닛(300), 브러쉬 코팅 유닛(200), 건조 유닛(400) 및 전극 인쇄 유닛(500)은 플렉서블 기판(10)의 이동 방향을 따라 순차적으로 위치하도록 베이스 스테이지(700)의 상부에 배치될 수 있다. 즉, 견인 롤러(120)에 의해 견인 이동되는 플렉서블 기판(10)이 릴리스 롤러(110)와의 사이 구간에서 느슨해져 플렉서블 기판(10) 표면에 대한 코팅 작업이 부정확해질 수 있으므로, 이를 보완하여 해당 구간에 베이스 스테이지(700)가 구비되고, 플렉서블 기판(10)이 이러한 베이스 스테이지(700)의 상면을 따라 이동하도록 구성될 수 있다.
이때, 건조 유닛(400)의 건조 송풍기(410)는 베이스 스테이지(700)의 상부에 이격되게 배치되고, 가열 히터(420)는 건조 송풍기(410)의 하부에 위치하도록 베이스 스테이지(700)의 내부에 배치되는 형태로 장착될 수 있다. 건조 송풍기(410)는 건조 바람을 송풍하도록 구성되는데, 이에 더하여 고온 건조 바람을 송풍하는 방식으로 구성될 수도 있으며, 이를 위해 별도의 히터 등이 내부에 장착될 수 있을 것이다.
플렉서블 기판(10)의 상면에 다층 투명 전극과 활성층을 형성하기 위한 브러쉬 코팅 유닛(200)의 일 실시예를 도 4를 참고로 보다 구체적으로 살펴보면, 브러쉬 코팅 유닛(200)은 1개의 브러쉬 모듈(210), 버퍼층 코팅액, 금속 나노와이어 코팅액 및 활성층 코팅액을 저장하는 저장조(240) 및 버퍼층 코팅액, 금속 나노와이어 코팅액 및 활성층 코팅액 중 1개를 선택하여 코팅액을 공급 제어하는 코팅액 공급 제어부(250)을 구비하여 구성된다. 본 발명이 적용되는 분야에 따라 저장조(240)는 버퍼층 코팅액, 금속 나노와이어 코팅액 및 활성층 코팅액을 각각 개별적으로 저장하는 저장조로 구성될 수 있다.
코팅액 공급 제어부(250)는 제어부(600)의 제어에 따라 버퍼층 코팅액, 금속 나노와이어 코팅액 및 활성층 코팅액 중 1개를 브러쉬 모듈(210)로 공급하는데, 가장 먼저 브러쉬 모듈(210)은 버퍼층 코팅액을 공급받아 플렉서블 기판(10)의 상면에 버퍼층 코팅액을 코팅하여 제1 버퍼층을 형성한다. 제1 버퍼층이 형성된 플렉서블 기판(10)은 건조 유닛(400)으로 이송되며, 전조 유닛(400)은 제1 버퍼층을 건조시킨다. 다음으로 플렉서블 기판(10)은 브러쉬 모듈(210)이 배치되어 있는 위치로 이송되며 브러쉬 모듈(210)은 금속 나노와이어 코팅액을 공급받아 제1 버퍼층의 상면에 금속 나노와이어 코팅액을 코팅하여 금속 나노와이어 층을 형성한다. 금속 나노와이어 층이 형성된 플렉서블 기판(10)은 건조 유닛(400)으로 이송되어 건조된다. 다음으로 플렉서블 기판(10)은 브러쉬 모듈(210)이 배치되어 있는 위치로 이송되며 브러쉬 모듈(210)은 버퍼층 코팅액을 공급받아 금속 나노와이어 층의 상면에 버퍼층을 코팅하여 제2 버퍼층을 형성한다. 제2 버퍼층이 형성된 플렉서블 기판(10)은 건조 유닛(400)으로 이송되어 건조된다. 이로써 제1 버퍼층, 금속 나노와이어 층 및 제2 버퍼층으로 구성되는 다층 투명 전극이 용액 공정으로 완성된다.
한편, 플렉서블 기판(10)은 브러쉬 모듈(210)이 배치되어 있는 위치로 이송되며, 브러쉬 모듈(210)은 활성층 코팅액을 공급받아 다층 투명 전극의 상면에 활성층 코팅액을 코팅하여 활성층을 형성한다. 활성층이 형성된 플렉서블 기판(10)은 건조 유닛(400)으로 이송되어 건조된다.
본 발명이 적용되는 분야에 따라 브러쉬 모듈(210)은 버퍼층 코팅액을 공급받아 코팅하는 버퍼층 브러쉬 모듈, 금속 나노와이어 코팅액을 공급받아 코팅하는 금속 나노와이어 브러쉬 모듈 및 활성층 코팅액을 공급받아 코팅하는 활성층 브러쉬 모듈을 개별적으로 구비하여 구성될 수 있다. 코팅액 공급 제어부(250)는 제어부(600)의 제어에 따라 버퍼층 코팅액, 금속 나노와이어 코팅액 및 활성층 코팅액을 각각 버퍼층 브러쉬 모듈, 금속 나노와이어 브러쉬 모듈 및 활성층 브러쉬 모듈로 공급 제어한다.
본 발명에 따른 브러쉬 코팅 유닛(200)은 전술한 바와 같이 브러쉬 모듈(210)을 이용하여 칠하는 방식으로 플렉서블 기판(10)의 표면에 버퍼층 코팅액, 금속 나노와이어 코팅액 또는 활성층 코팅액을 코팅하도록 구성되는데, 브러쉬 모듈(210)은 브러쉬 블록(211)과 브러쉬 솔(213)을 포함하여 구성될 수 있다.
브러쉬 블록(211)은 플렉서블 기판(10)의 이동 방향에 대한 직각 방향으로 길게 배치되어 버퍼층 코팅액, 금속 나노와이어 코팅액 또는 활성층 코팅액을 공급받을 수 있도록 별도의 코팅액 저장조(240)와 코팅액 공급 호스(230)를 통해 연결되며, 내부에는 코팅액 저장조(240)로부터 공급된 버퍼층 코팅액, 금속 나노와이어 코팅액 또는 활성층 코팅액이 유동할 수 있도록 코팅액 공급 유로(212)가 형성된다.
브러쉬 솔(213)은 코팅액 공급 유로(212)로부터 코팅액이 흡수 전달되도록 브러쉬 블록(211)의 하단에 장착되며, 그 하단부가 플렉서블 기판(10)의 표면에 접촉하도록 형성된다.
도 5(a)는 금속 나노와이어 층에 제2 버퍼층이 코팅되지 않은 상태의 표면 거칠기 상태도를 촬영한 FE-SEM(Field Emission Scanning Electron Microscope) 사진이며, 도 5(b)는 금속 나노와이어 층에 제2 버퍼층이 코팅된 상태의 표면 거칠기 상태도를 촬영한 FE-SEM 사진이다. 제2 버퍼층이 코팅되지 않은 상태의 표면 거칠기는 최저 RMS(Root mean Square) 값이 13.331nm인 반면 제2 버퍼층이 코팅된 상태의 표면 거칠기는 최저(Root mean Square)값이 6.491 nm로 표면 균일도가 향상되었음을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 다층 투명 전극의 유연성을 버퍼층의 유연성과 비교 실험한 결과를 도시하고 있다.
도 6(a)는 본 발명에 다층 투명 전극과 버퍼층을 외부로 구부릴 경우 발생하는 전기 저항의 특성을 도시하고 있는데, 도 8(a)에 도시되어 있는 바와 같이 다층 투명 전극과 버퍼층은 거의 동일한 전기 저항 특성을 가짐을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 다층 투명 전극은 외부 구부림에 대해 우수한 전기적 특징으로 가진다.
한편, 도 6(b)는 본 발명에 따른 다층 투명 전극과 버퍼층을 내부로 구부릴 경우 발생하는 전기 저항의 특성을 도시하고 있는데, 도 6(b)에 도시되어 있는 바와 같이 다층 투명 전극과 버퍼층은 거의 동일한 전기 저항 특성을 가짐을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 다층 투명 전극은 내부 구부림에 대해 우수한 전기적 특징으로 가진다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 투명 플렉서블 기판 20: 다층 투명 전극
30: 활성층 40: 음극 전극
100: 공급 유닛 200: 브러쉬 코팅 유닛
300: 전처리 유닛 400: 건조 유닛
500: 전극 인쇄 유닛 600: 제어부
700: 베이스 스테이지
30: 활성층 40: 음극 전극
100: 공급 유닛 200: 브러쉬 코팅 유닛
300: 전처리 유닛 400: 건조 유닛
500: 전극 인쇄 유닛 600: 제어부
700: 베이스 스테이지
Claims (14)
- 제1 버퍼층;
상기 제1 버퍼층의 상면에 형성되는 금속 나노와이어층; 및
상기 금속 나노와이어층의 상면에 형성되는 제2 버퍼층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지용 다층 투명 전극. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 버퍼층, 상기 금속 나노와이어층, 상기 제2 버퍼층은 칠하는 방식으로 코팅 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지용 다층 투명 전극. - 제 2 항에 있어서,
상기 금속 나노와이어층은 Ag, Cr, Ti, Cu, Au, Ni, Al, Mo 중 어느 하나의 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지용 다층 투명 전극. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 버퍼층 또는 제2 버퍼층은 PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate))인 것을 특징으로 하는 유기 태양전지용 다층 투명 전극. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 버퍼층의 두께는 30~100nm 정도로 형성되며,
상기 금속 나노와이어 층은 30-100nm 두께로 형성되며,
상기 제2 버퍼층(25)은 50~100nm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지용 다층 투명 전극. - 투명 플렉서블 기판;
상기 투명 플렉서블 기판의 상면에 형성된 제1 버퍼층과, 상기 제1 버퍼층의 상면에 형성되는 금속 나노와이어층과, 상기 금속 나노와이어층의 상면에 형성되는 제2 버퍼층을 구비하는 다층 양극 전극;
상기 다층 양극 전극의 상면에 형성되는 활성층; 및
상기 활성층의 상면에 형성되는 음극 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지. - 제 6 항에 있어서,
상기 제1 버퍼층, 상기 금속 나노와이어층, 상기 제2 버퍼층, 상기 활성층은 칠하는 방식으로 코팅 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지. - 제 7 항에 있어서,
상기 금속 나노와이어층은 Ag, Cr, Ti, Cu, Au, Ni, Al, Mo 중 어느 하나의 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지. - 제 6 항에 있어서,
상기 제1 버퍼층 또는 제2 버퍼층은 PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate))인 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지. - 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 버퍼층의 두께는 30~100nm 정도로 형성되며,
상기 금속 나노와이어 층은 30-100nm 두께로 형성되며,
상기 제2 버퍼층(25)은 50~100nm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지. - 플렉서블 기판이 롤 형태로 권취되는 릴리스 롤러와, 상기 릴리스 롤러에 권취된 플렉서블 기판을 권취 해제하며 견인 이동시키는 견인 롤러를 통해 상기 플렉서블 기판을 연속적으로 이동 공급하는 공급 유닛;
상기 플렉서블 기판의 표면에 제1 버퍼층, 금속 나노와이어층, 제2 버퍼층, 활성층을 브러쉬 모듈을 이용하여 순차적으로 칠하는 방식으로 코팅하는 브러쉬 코팅 유닛;
상기 브러쉬 코팅 유닛에 의해 상기 플렉서블 기판의 표면에 형성되는 상기 제1 버퍼층, 상기 금속 나노와이어층, 상기 제2 버퍼층, 상기 활성층 코팅층을 순차적으로 건조시키는 건조 유닛;
상기 활성층 코팅층의 상면에 음극 전극을 형성하는 전극 인쇄 유닛; 및
상기 공급 유닛, 브러쉬 코팅 유닛, 건조 유닛 및 전극 인쇄 유닛의 동작 상태를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지의 제조 장치. - 제 11 항에 있어서, 상기 브러쉬 모듈은
상기 플렉서블 기판의 이동 방향에 대한 직각 방향으로 길게 배치되어 코팅액을 공급받을 수 있도록 별도의 코팅액 저장조;
코팅액 공급 호스를 통해 연결되며, 내부에는 상기 코팅액이 유동할 수 있도록 코팅액 공급 유로가 형성되는 브러쉬 블록; 및
상기 코팅액 공급 유로로부터 상기 코팅액이 흡수 전달되도록 상기 브러쉬 블록의 하단에 장착되어 상기 플렉서블 기판의 표면에 접촉하는 브러쉬 솔을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지의 제조 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 코팅액 공급 호스에는 상기 코팅액의 공급량을 조절할 수 있도록 유량 조절 밸브가 장착되고, 상기 유량 조절 밸브는 상기 제어부에 의해 동작 제어되는 것을 특징으로 하는 유기 태양전지의 제조 장치. - 제 12 항에 있어서, 상기 브러쉬 코팅 유닛은
상기 브러쉬 모듈을 상기 플렉서블 기판의 이동 방향과 평행한 방향으로 왕복 직선 이동시키는 이송 모듈을 더 포함하고, 상기 이송 모듈은 상기 브러쉬 모듈의 이동 방향 및 이동 속도를 조절할 수 있도록 상기 제어부에 의해 동작 제어되는 것을 특징으로 하는 유기 태양 전지의 제조 장치.
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Cited By (5)
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---|---|---|---|---|
CN104576803A (zh) * | 2015-01-21 | 2015-04-29 | 中电投西安太阳能电力有限公司 | 基于GaN纳米线三维结构的太阳能电池及其制备方法 |
WO2017217727A1 (ko) * | 2016-06-15 | 2017-12-21 | 코오롱인더스트리 주식회사 | 유기 태양전지 및 이의 제조 방법 |
KR20180134671A (ko) * | 2017-06-09 | 2018-12-19 | 건국대학교 산학협력단 | 투명전도성 필름 제조장치 및 제조방법 |
KR20190020978A (ko) | 2017-08-22 | 2019-03-05 | 코오롱인더스트리 주식회사 | 유기 태양전지 |
KR20200054635A (ko) * | 2018-11-12 | 2020-05-20 | 주식회사 에스나노텍 | 은나노와이어 투명 전극의 제조 방법 및 이에 의한 은나노와이어 투명 전극 |
-
2013
- 2013-03-20 KR KR1020130030000A patent/KR20140115515A/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104576803A (zh) * | 2015-01-21 | 2015-04-29 | 中电投西安太阳能电力有限公司 | 基于GaN纳米线三维结构的太阳能电池及其制备方法 |
WO2017217727A1 (ko) * | 2016-06-15 | 2017-12-21 | 코오롱인더스트리 주식회사 | 유기 태양전지 및 이의 제조 방법 |
CN108140738A (zh) * | 2016-06-15 | 2018-06-08 | 可隆工业株式会社 | 有机太阳能电池及其制造方法 |
KR20180134671A (ko) * | 2017-06-09 | 2018-12-19 | 건국대학교 산학협력단 | 투명전도성 필름 제조장치 및 제조방법 |
KR20190020978A (ko) | 2017-08-22 | 2019-03-05 | 코오롱인더스트리 주식회사 | 유기 태양전지 |
KR20200054635A (ko) * | 2018-11-12 | 2020-05-20 | 주식회사 에스나노텍 | 은나노와이어 투명 전극의 제조 방법 및 이에 의한 은나노와이어 투명 전극 |
WO2020101289A1 (ko) * | 2018-11-12 | 2020-05-22 | 주식회사 에스나노텍 | 은나노와이어 투명 전극의 제조 방법 및 이에 의한 은나노와이어 투명 전극 |
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