KR101447781B1 - 염료감응 태양전지 제조를 위한 자외선 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 염료감응 태양전지 제조를 위한 자외선 처리 장치는 상부에 유기물 바인더를 포함하는 페이스트층이 도포된 염료감응 태양전지의 기판을 지지하는 기판 서포터와, 상기 기판의 상부면에서 소정의 간격으로 이격되어 설치된 자외선 램프를 포함한다.

Description

염료감응 태양전지 제조를 위한 자외선 처리 장치{UV-treating equipment for manufacturing of dye sensitized solar cell}
본 발명은 자외선 처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 염료감응 태양전지의 제조과정에 필요한 막 형성을 위하여 페이스트 형태로 도포된 막을 소성하기 위한 자외선 처리 장치에 관한 것이다.
염료감응 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell, DSSC)는 스위스 연방 기술원의 마이클 그라첼(Michael Gratzel)이 개발한 태양전지로써, 기존의 실리콘 태양전지에 비해 제조단가가 낮고, 단가 대비 에너지 변화효율이 높으며, 투명성과 구부림이 가능한 셀을 제조할 수 있어 다양한 응용분야에 이용될 수 있는 장점을 가진다.
염료감응 태양전지는 전자-홀 쌍을 생성하는 염료분자와 생성된 전자를 전달하는 반도체 산화물층이 포함된 광전극과, 염료분자로 전자를 보충해주는 전해질과, 전해질 용액의 산화환원반응의 촉매 역할을 하는 백금층이 코팅된 상대전극으로 이루어진다. 염료감응 태양전지에 빛이 입사되면 빛을 흡수한 염료가 여기상태(excited state)로 되어 전자를 반도체 산화물층의 전도대로 보내고, 전도된 전자는 전극을 따라 외부 회로로 흘러가서 전기에너지를 전달하고, 전기에너지를 전달한 만큼 낮은 에너지 상태가 되어 상대전극으로 이동한다. 염료는 반도체 산화물층에 전달한 전자 개수만큼 전해질 용액으로부터 전자를 공급받아 원래의 상태로 돌아가게 되는데, 이때 사용되는 전해질은 산화-환원 반응에 의해 상대전극으로부터 전자를 받아 염료에 전달하는 역할을 한다. 전지의 음전극 역할을 하는 광전극은 이산화티타늄(TiO2)과 같은 반도체 반도체층을 포함하고, 이 표면에 가시광선 영역의 빛을 흡수하여 전자-홀 쌍을 생성하는 염료가 흡착되어 있다. 염료에 전자를 공급하는 전해질은 I-/I3 - 와 같이 산화-환원 종으로 구성되어 있으며, I- 이온의 공급원으로 LiI, NaI, 알칼암모니움 요오드, 이미다졸리움 요오드 등이 사용되고, I3 - 이온은 I2를 용매에 녹여 생성시킨다. 상대전극은 백금 등으로 이루어지고, 이온 산화환원 반응의 촉매로 작용하여 표면에서의 산화 환원 반응을 통하여 전해질 속의 이온에 전자를 제공하는 역할을 한다.
염료감응 태양전지는 기판에 전극층, 반도체 산화물층, 촉매층 등이 적층되어 있는 구조이므로 각 층을 형성하는 기술이 필요하다. 반도체 산화물층을 형성하는데 널리 이용되는 기술은 페이스트화된 재료를 스크린 프링팅법 등으로 도포하고 이를 고온에서 소성하는 방법이다. 예를 들면, 반도체산화물 입자, 바인더, 용매 등이 포함된 페이스트를 스크린 프링팅 법으로 기판의 일부 영역에 도포하고, 약 500℃의 고온에서 소성하여 반도체산화물 입자로 이루어진 층을 형성하는 것이다. 고온 소성방법에는 주로 소성로가 이용되는데 페이스트층이 형성된 기판을 오븐에서 건조시킨 후에 소성로에서 일정 온도의 고온 조건에서 열처리하여 바인더를 제거하게 된다. 그러나 소성로를 이용한 열처리 과정은 온도를 증가시키고 감소시키는 구간 및 고온을 유지하는 구간에서 시간이 많이 소요되는 문제점을 가지고 있다. 선행기술인 한국등록특허 제1031640호는 플렉서블 기판 상에 금속산화물층을 형성하기 위한 콜로이드 용액을 이용한 저온 열처리 공정에 대한 기술을 개시하고 있다. 그러나 이러한 저온 열처리 공정은 금속산화물 입자간의 접착력이 낮아질 수 있는 문제점을 가지고 있다. 따라서, 페이스트층의 열처리 공정 시간을 단축시킬 수 있으면서도 페이스트층 형성 입자간의 접착력을 유지할 수 있는 새로운 페이스트층 열처리 기술에 대한 필요성이 매우 크다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 유기물 바인더를 포함하는 페이스트층이 도포된 염료감응 태양전지 기판을 자외선으로 처리하여 페이스트층을 소성함으로써 기존의 소성로를 이용한 방법에 비하여 페이스트층 소성 시간을 단축시킨 염료감응 태양전지 제조를 위한 자외선 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 연속식으로 기판을 이송하면서 자외선 처리할 수 있는 염료감응 태양전지 제조를 위한 자외선 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 첫 번째 과제를 달성하기 위하여, 상부에 유기물 바인더를 포함하는 페이스트층이 도포된 염료감응 태양전지의 기판을 지지하는 기판 서포터와, 상기 기판의 상부면에서 소정의 간격으로 이격되어 설치된 자외선 램프를 포함하는 염료감응 태양전지 제조를 위한 자외선 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유기물 바인더는 자외선에 의하여 분해되는 분자식을 가지는 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 자외선 처리 장치는 상기 기판 서포터와 자외선 램프를 감싸는 하우징을 더 포함하고, 상기 하우징은 기체 주입부와 기체 배출부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 기판의 상부 또는 하부에 소정의 간격으로 이격되어 설치된 적외선 램프를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 염료감응 태양전지의 기판의 상부에 도포된 페이스트층이 자외선 처리되는 동안에 기판의 온도가 300 내지 400℃ 중 어느 하나의 온도로 유지되는 구간 및 400 내지 600℃ 중 어느 하나의 온도로 유지되는 구간을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 기판의 온도가 300 내지 400℃ 중 어느 하나의 온도로 유지되는 구간 및 400 내지 600℃ 중 어느 하나의 온도로 유지되는 구간은 자외선 램프에서 조사되는 자외선의 세기에 의하여 조절될 수 있다.
본 발명은 상기 두 번째 과제를 달성하기 위하여, 상부에 유기물 바인더를 포함하는 페이스트층이 도포된 염료감응 태양전지의 기판을 이송시키는 기판 이송부와, 상기 기판 이송부의 상부에 소정의 간격으로 이격되어 설치된 복수개의 자외선 램프를 포함하는 염료감응 태양전지 제조를 위한 자외선 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 염료감응 태양전지 제조를 위한 자외선 처리 장치는 아래의 효과를 가진다.
1. 본 발명의 자외선 처리 장치는 자외선 램프 및/또는 적외선 램프의 광을 페이스트층에 조사하는 방식을 이용하여 페이스트층의 온도를 제어하므로 기판의 온도를 조절하는 시간을 단축시킬 수 있다.
2. 본 발명의 자외선 처리 장치는 자외선을 이용하여 페이스트층의 바인더를 분해하면서 소성을 진행하므로 기존의 소성로 방식에 비하여 바인더를 제거하는 시간을 단축시킬 수 있다.
3. 본 발명의 자외선 처리 장치는 기체 주입부와 기체 배출부를 포함하는 하우징을 포함하고 있으므로 산화 분해 또는 자외선 분해된 바인더를 외부로 효과적으로 배출할 수 있다.
4. 본 발명의 자외선 처리 장치는 자외선 램프 및/또는 적외선 램프의 파워 또는 점등 개수를 조절하여 기판의 온도 구간을 제어할 수 있으므로 기존의 소성로 전체의 온도를 제어하는 방법에 비하여 기판의 온도 조절이 용이하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지 제조를 위한 자외선 처리 장치를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따라 기판에 도포된 페이스트층을 형성하고 소성하는 과정을 순차적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 하우징을 포함하는 염료감응 태양전지 제조를 위한 자외선 처리 장치를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 기판의 하부에 적외선 램프가 구비된 염료감응 태양전지 제조를 위한 자외선 처리 장치를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 기판의 상부에 적외선 램프가 구비된 염료감응 태양전지 제조를 위한 자외선 처리 장치를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따fms 연속식 자외선 처리 장치를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 자외선 처리 장치에서 자외선 램프의 파워를 조절하여 기판의 온도를 제어하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 자외선 처리 장치에서 자외선 램프의 점등 개수를 조절하여 기판의 온도를 제어하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 연속식 자외선 처리 장치에서 자외선 램프의 조사 강도를 조절하여 기판의 온도를 제어하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 염료감응 태양전지 제조를 위한 자외선 처리 장치는 상부에 유기물 바인더를 포함하는 페이스트층이 도포된 염료감응 태양전지의 기판을 지지하는 기판 서포터와, 상기 기판의 상부면에서 소정의 간격으로 이격되어 설치된 자외선 램프를 포함한다.
아래에서 도 1 내지 도 6을 이용하여 본 발명의 염료감응 태양전지 제조를 위한 자외선 처리 장치에 관한 구성과 공정을 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지 제조를 위한 자외선 처리 장치를 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 자외선 처리 장치(100)는 기판 서포터(101) 및 자외선 램프(102)를 포함한다. 기판 서포터(101)는 페이스트층(121)이 도포된 기판(120)을 지지하는 기능을 한다. 기판 서포터(101)의 형태는 도면에 도시된 것에 한정되지 않고, 기판(120)의 일면 또는 양면의 적어도 일부와 접촉하여 기판을 지지할 수 있다면 다양한 형태로 변형될 수 있다. 자외선 램프(102)는 기판(120)의 상부면에서 소정의 간격으로 이격되어 설치될 수 있는데, 자외선을 기판(101)의 페이스트층(121)에 조사하여 기판 또는 페이스트층을 가열하는 기능과, 페이스트층에 포함된 바인더를 자외선에 의하여 분해시키는 기능을 한다. 자외선 램프(102)는 한 개 또는 복수개로 설치될 수 있고, 기판과의 거리도 다양하게 조절할 수 있다. 자외선 램프(102)는 자외선을 발생시킬 수 있다면 특별히 제한되지 않으며, 수은 램프, 메탈할라이드 램프, 갈륨 램프와 같은 다양한 종류가 이용될 수 있다. 자외선 처리 장치(100)는 반사판(103)을 더 구비할 수 있는데, 반사판(103)은 자외선 램프(102)에서 발생된 광을 페이스트층(121)으로 반사시키는 기능을 하고, 반사판(103)의 형태와 개수는 다양하게 변형될 수 있다. 자외선 처리 장치는 자외선 램프의 점멸 또는 자외선 강도의 제어부, 기판 또는 페이스트층의 온도 측정부를 추가로 포함할 수 있지만, 이는 도면에서 생략하였다.
도 2는 본 발명에 따라 기판에 도포된 페이스트층을 형성하고 소성하는 과정을 순차적으로 나타낸 것이다. 도 2를 참조하면, 먼저 염료감응 태양전지의 광전극 기판 또는 상대전극 기판 상(또는 기판에 형성된 특정 층 상)에 페이스층을 도포한다(S1). 페이스트층은 염료감응 태양전지의 전극 형성을 위한 금속 페이스트층, 반도체 산화물층 형성을 위한 금속산화물 입자가 포함된 산화물 페이스트층일 수 있다. 페이스트층의 도포는 스크린 프린팅법, 닥터블레이드법과 같은 다양한 방법에 의하여 수행될 수 있다. 페이스트층 도포를 위한 페이스트는 다양한 성분을 포함할 수 있는데, 반도체 산화물층 형성을 위한 페이스트를 예를 들어 설명하면, 이산화티타늄 입자, 바인더, 용매 등을 포함할 수 있다. 바인더 또는 용매는 자외선에 의하여 분해될 수 있는 화학식을 가지는 화합물을 포함할 수 있는데, 상기 화합물은 탄소-산소 일중결합, 탄소-산소 이중결합, 탄소-질소 일중결합과 같이 자외선에 의하여 결합이 끊어질 수 있는 원소가 결합을 가질 수 있다. 이러한 화학식의 용매는 예를 들어 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate)일 수 있고, 바인더는 예를 들어 터피놀(terpineol) 일 수 있다. 이어서 페이스트층이 도포된 기판을 자외선 처리 장치에 로딩한다(S2). 페이스트층이 도포된 기판은 자외선 처리장치로 로딩되기 전에 오븐에서 일정시간 동안 열처리하여 용매 등이 증발될 상태로 로딩될 수 있다. 이어서, 자외선 처리 장치에서 일정 조건으로 자외선을 페이스트층에 조사한다(S3). 자외선 조사 과정은 페이스트층을 가열하는 기능과 페이스트층에 포함된 바인더 및 용매 성분을 광분해하는 기능을 포함하고 있다. 자외선 조사 과정에서 페이스트층(또는 기판)의 온도가 일정한 프로파일로 변화될 수 있는데, 예를 들면 상온에서 300 내지 400℃ 중 어느 하나의 온도로 승온되는 구간, 300 내지 400℃ 중 어느 하나의 온도로 유지되는 구간, 400 내지 600℃ 중 어느 하나의 온도로 승온되는 구간, 400 내지 600℃ 중 어느 하나의 온도로 유지되는 구간 및 냉각시키는 구간으로 온도 구간을 시간적으로 구분할 수 있다. 상기의 온도 프로파일은 도 6과 같은 연속식 자외선 처리 장치를 이용하는 경우에는 기판 이송부의 공간적 구분에 의하여 온도 구간이 형성될 수도 있다. 마지막으로, 자외선 처리가 완료된 기판을 자외선 처리 장치에서 언로딩한다(S4). 언로딩된 기판은 페이스트층이 소성되어서 바인더의 전부 또는 일부가 제거되고, 금속 입자 또는 반도체 산화물 입자가 일정 정도의 결합력을 가지고 서로 간에 그리고 기판에 부착된 상태의 금속 전극층 또는 반도체 산화물층을 포함할 수 있다. 또한, 기판은 자외선 처리 장치에서 일정 온도까지 식혀진 상태로 언로딩될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 하우징을 포함하는 염료감응 태양전지 제조를 위한 자외선 처리 장치를 도시한 것이다. 도 3을 참조하면, 자외선 처리 장치는 기판 서포터(101), 자외선 램프(102) 및 반사판(103)을 포함하고, 상기 기판 서포터(101), 자외선 램프(102) 및 반사판(103)을 외부와 단절시켜 감싸는 하우징(104)을 포함한다. 하우징(104)은 자외선 램프(102)에서 발생된 광이 외부로 유출되는 것을 방지하는 기능을 할 수 있고, 기판(120) 상에 도포된 페이스트층(121)에서 바인더가 제거되면서 발생한 기체가 외부로 유출되는 것을 방지하는 기능을 할 수 있다. 하우징(104)에는 기체 주입부(105)와 기체 배출부(106)가 형성될 수 있는데, 기체 주입부(105)는 페이스트층의 열처리 과정이 산소 분위기, 질소 분위기 또는 공기 분위기 등에서 진행될 수 있도록 외부에서 산소, 질소, 공기 등과 같은 기체가 주입되는 부분이고, 기체 배출부(106)는 자외선에 의하여 분해되거나, 열에 의하여 분해 또는 산화된 기체가 외부로 배출되는 부분이다. 도면에는 표시하지 않았지만 기체 주입부(105)에는 기체 주입관이 추가로 연결될 수 있고, 기체 배출부(106)에는 배출 덕트 등이 추가로 연결될 수 있다. 이와 같이 자외선 처리 장치에 하우징, 기체 주입부 및 기체 배출부가 설치되면 자외선 처리에 의한 페이스트층의 처리 시간을 단축시키는 효과를 가질 수 있다. 왜냐하면, 기체 주입부로 주입된 기체는 페이스트층에 포함된 바인더 또는 자외선에 의하여 일부 분해된 바인더 등의 물질이 고온에서 산소와 결합하여 산화되는 화학반응을 가속화시킬 수 있고, 기체 배출부로 주입된 기체와 산화기체 등이 빠르게 배출되면 이러한 과정은 보다 효율적으로 이루어질 수 있기 때문이다. 기체 주입부과 기체 배출부는 하우징의 적절한 위치에 형성될 수 있고, 자외선 처리 과정에서 페이스트층의 온도가 주변보다 높아지는 것을 고려하면 기체 주입부의 위치를 기체 배출부의 위치보다 상대적으로 낮은 부분에 형성하는 것이 보다 유리할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 기판의 하부에 적외선 램프가 구비된 염료감응 태양전지 제조를 위한 자외선 처리 장치를 도시한 것이다. 도 4를 참조하면, 자외선 처리 장치는 기판 서포터(101) 및 자외선 램프(102)를 구비하고, 기판(120)의 하부에 적외선 램프(108)를 추가로 구비할 수 있다. 이 경우, 자외선 램프(102)가 기판(102) 또는 기판 상의 페이스트층(121)을 자외선 조사에 의하여 가열하는 것을 적외선 램프(108)가 도와주게 된다. 이때, 기판 서포터(101)는 하부의 적외선 램프(108)에서 조사된 광이 기판(120)의 하부에 직접 조사될 수 있도록 기판(101)의 적어도 일부가 하부로 노출되도록 패터닝될 수 있다. 기판 하부에 적외선 램프를 추가로 설치한 것은 한정된 공간에서 기판의 가열 수단을 효과적으로 설치할 수 있는 장점을 가질 수 있고, 이때는 기판에 자외선 조사 수단과 가열 수단의 일부가 분리되어서 기판의 온도를 용이하게 제어할 수 있는 효과를 가진다. 또한, 도면에서는 도시하지 않았지만, 이와 같이 기판의 하부에 적외선 램프가 설치되는 경우에도 자외선 처리 장치는 반사판, 하우징, 기체 주입부, 기체 배출부 중 적어도 하나를 추가로 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 기판의 상부에 적외선 램프가 구비된 염료감응 태양전지 제조를 위한 자외선 처리 장치를 도시한 것이다. 도 5를 참조하면, 자외선 처리 장치는 기판 서포터(101)와, 기판 서포터(101)의 상부로 소정의 간격으로 이격되어 설치된 자외선 램프(102) 및 적외선 램프(108)를 포함한다. 자외선 램프(102) 및 적외선 램프(108)의 설치 개수와 위치는 기판의 크기와 형태를 고려하여 다양하게 변형될 수 있다. 이와 같이 자외선 램프(102)와 적외선 램프(108)가 모두 기판(120)의 상부로 설치되면 페이스트층(121)이 적외선에 의하여 가열되는 효율을 보다 향상시킬 수 있다. 즉, 도 4와 같이 적외선 램프가 기판의 하부로 설치되는 경우에는 적외선이 기판을 통과하면서 페이스트층에 열을 포톤을 전달하게 되지만, 적외선 램프가 기판의 상부에 설치되면 적외선이 페이스트층에 먼저 도달하면서 포톤이 전달되는 효과를 가지므로 적외선에 의한 기판의 가열 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따fms 연속식 자외선 처리 장치를 도시한 것이다. 도 6을 참조하면, 연속식 자외선 처리 장치(200)는 이송 벨트(201), 자외선 램프(202) 및 적외선 램프(208)를 포함한다. 이송 벨트(201)는 복수개의 로울러(201a)에 의하여 일 방향으로 기판(220)을 이송하는 기능을 한다. 이송 벨트(201)의 상부에는 복수개의 자외선 램프(202)가 소정의 간격으로 이격되어 설치된다. 이송 벨트(201)의 상부에는 복수개의 적외선 램프(208)가 설치될 수 있다. 도면에서는 자외선 램프(202)와 적외선 램프(208)가 일정한 간격으로 교번하여 설치된 것으로 도시하였지만, 자외선 램프와 적외선 램프의 설치 개수와 위치 등은 다양하게 변형이 가능하다. 예를 들면, 이송 벨트(201)가 기판(220)을 이송시키는 방향으로 기판이 가열되는 구간을 구분하고, 자외선 램프 및/또는 적외선 램프의 설치 간격을 조절하여 기판의 온도를 조절할 수 있다. 연속식 자외선 처리 장치는 하우징을 포함할 수 있는데, 하우징은 도면에서와 같이 상부 하부징(204a)과 하부 하우징(204b)로 이루어질 수 있다. 상부 하우징과 하부 하우징은 자외선 램프 및/또는 적외선 램프에서 발생된 광이 외부로 유출되지 않는 기능과, 기판의 페이스트층에서 바인더 등이 반응된 기체가 외부로 유출되지 않는 기능을 할 수 있다. 도면에는 표시하지 않았지만, 상부 하우징 및/또는 하우 하우징에는 기체 주입부와 기체 배출부를 형성할 수 있는데, 상기 기체 주입부와 기체 배출부는 기판의 이송방향을 따라 복수개로 형성할 수도 있다. 또한, 도면에는 자외선 처리된 기판이 외부로 직접 배출되는 것으로 도시하였지만, 기판의 급격한 냉각을 방지하기 위하여 일정 거리만큼 자연 냉각 구간을 이송 벨트에 형성할 수도 있다.
아래에서 도 7 내지 도 9를 이용하여 본 발명의 자외선 처리 장치에서 기판의 온도를 제어하는 방법을 설명하기로 한다.
기존의 염료감응 태양전지의 제조과정에서 기판 상(또는 기판에 형성된 특정 층 상)에 도포된 페이스트는 소성로를 이용하여 저온 가열 구간 및 고온 가열 구간에서 소성된다. 예를 들면, 이산화티티늄 페이스트층의 소성은 분당 5℃로 승온시켜 약 350℃에서 15분간 유지시키고, 다시 분당 5℃로 다시 승온시켜 약 500℃에서 30분간 유지시킨 후에 상온으로 냉각되는 과정을 겪을 수 있다.
도 7은 본 발명의 염료감응 태양전지 제조를 위한 자외선 처리 장치에서 자외선 램프의 파워를 조절하여 기판의 온도를 제어하는 방식을 설명하기 위한 도면이다. 도 7의 아래쪽 그래프를 참조하면, 기판의 표면 온도를 높여 상대적 저온 가열 구간에서 자외선 처리하고, 다시 기판을 추가로 가열하여 상대적 고온 가열 구간에서 자외선 처리를 하게 된다. 이러한 기판의 가열을 위하여 도 7의 위쪽 그래프와 같이 자외선 램프의 파워를 조절하게 된다. 자외선 램프가 상대적으로 저 파워로 점등되면 자외선 램프에서 광이 기판의 표면으로 조사되면서 기판의 표면 온도가 상대적 저온 구간까지 상승하면서 일정 시간 후에는 기판에 공급되는 열과 외부로 빠져나가는 열이 평형을 이루면서 상대적 저온 구간에서 일정 시간 동안 유지된다. 이어서, 자외선 램프의 파워가 고 파워로 조절되면 기판의 표면 온도가 상승하면서 기판에 조사되는 광의 세기가 커지면서 기판의 표면 온도가 상대적 고온 구간까지 상승하면서 일정 시간 후에는 열적 평형을 이루게 된다. 이어서, 자외선 램프가 꺼지면 기판의 표면 온도는 감소하게 된다. 이와 같이 자외선 램프의 파워를 제어하여 기판의 표면 온도를 조절하는 방법은 복사에 의하여 기판에 열을 전달하게 되므로, 대류에 의하여 기판을 가열하는 소성로 이용 방식에 비하여 전력의 소모가 적고, 기판의 표면 온도 상승 속도를 높일 수 있는 장점을 가진다. 도면에서는 자외선 램프의 파워를 조절하는 것만으로 기판 표면 온도를 제어하는 것으로 설명하였지만, 자외선 램프와 적외선 램프를 병용하는 경우에는 자외선 램프 및 적외선 램프의 파워를 함께 변화시키면서 기판 표면 온도를 제어할 수도 있다. 자외선 램프의 파워를 조절하여 기판 표면 온도를 조절하는 방법을 도 3과 같은 배치 타입의 자외선 처리 장치에 적용하는 경우에는 자외선 램프의 파워를 시간적 흐름에 의존하게 변화시킴으로써 수행할 수 있다.
도 8은 본 발명의 자외선 처리 장치에서 자외선 램프의 점등 개수를 조절하여 기판의 온도를 제어하는 방식을 설명하기 위한 도면이다. 도 8을 참조하면, 기판 표면 온도를 상대적 저온 가열 구간 및 상대적 고온 가열 구간으로 조절하기 위하여 자외선 램프의 점등 개수를 조절할 수 있다. 자외선 램프 점등 개수의 조절은, 기판 표면 온도를 상대적 저온 가열 구간에 도달시키고 일정 시간동안 유지시키기 위하여 자외선 램프의 점등 개수를 상대적으로 낮게 유지시키는 구간 및 상대적으로 높게 유지시키는 구간으로 나누어 자외선 램프의 점등을 조절할 수 있다. 이 경우에도 자외선 램프와 적외선 램프가 병용된 경우에는 자외선 램프의 점등 개수뿐 아니라 적외선 램프의 점등 개수를 함께 조절할 수 있다. 이와 같이 자외선 램프의 점등 개수를 조절하여 기판의 온도를 조절하는 방법에서는 하나의 자외선 램프에 일정한 파워가 변화없이 인가되면서 자외선 램프가 점멸되므로 공정의 안정성이 높고 램프의 수명이 연장되는 효과를 가질 수 있다.
도 9는 본 발명의 염료감응 태양전지 제조를 위한 연속식 자외선 처리 장치에서 자외선 램프의 조사 강도를 조절하여 기판의 온도를 제어하는 방식을 설명하기 위한 도면이다. 도 9를 참조하면, 연속식 자외선 처리 장치에서는 기판 표면 온도를 조절하기 위하여 자외선 조사 강도를 제어할 수 있다. 자외선 조사 강도는 상대적 저온 가열 구간에서는 상대적으로 낮은 강도를 가지게 되고, 상대적 고온 가열 구간에서는 상대적으로 높은 강도를 가지게 된다. 도면에서는 자외선 조사 강도와 기판 표면 온도의 매칭을 개념적으로 도시한 것이고, 실제 자외선 조사 강도와 기판 표면 온도의 매칭 사이에는 시간적 오차가 존재할 수 있다. 연속식 자외선 처리 장치에서 자외선 조사 강도를 조절하는 방법은 몇 가지가 가능하다. 첫 번째로, 기판 투입구부터의 거리에 따라 자외선 램프의 설치 밀도를 조절하는 것이다. 즉, 자외선 조사 강도가 상대적으로 낮은 구간에서는 자외선 램프의 설치 밀도를 낮게, 자외선 조사 강도가 상대적으로 높은 구간에서는 자외선 램프의 설치 밀도를 높게 설정하는 것이다. 두 번째로, 자외선 램프와 기판이 이격된 간격을 조절하여 기판 표면 온도가 높아지는 구간에서는 자외선 램프를 기판에 가깝게 설치하는 것이다. 세 번째로는, 자외선 램프에 인가되는 파워를 공간적으로 서로 다르게 설정하는 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 일 구현 예를 이용하여 설명한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에서 설명된 구현예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 구현예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 자외선 처리 장치 101: 기판 서포터
102: 자외선 램프 103: 반사판
104: 하우징 105: 기체 주입부
106: 기체 배출부 108: 적외선 램프
120: 기판 121: 페이스트층
200: 연속식 자외선 처리 장치 201: 이송 벨트
201a: 로울러 202: 자외선 램프
208: 적외선 램프 204a: 상부 하우징
204b: 하부 하우징 220: 기판

Claims (7)

  1. 상부에 자외선에 의하여 분해되는 분자식을 가지는 화합물을 포함하는 유기물 바인더를 포함하는 페이스트층이 도포된 염료감응 태양전지의 기판을 지지하는 기판 서포터;
    상기 기판의 상부면에서 소정의 간격으로 이격되어 설치된 자외선 램프; 및
    상기 기판 서포터와 자외선 램프를 감싸고, 기체 주입부와 기체 배출부를 포함하는 하우징;을 포함하고,
    상기 기체 주입부로는 산소, 질소 또는 공기가 주입되고, 상기 기체 배출부로는 자외선에 의하여 분해된 유기물 바인더가 배출되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 제조를 위한 자외선 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판의 상부 또는 하부에 소정의 간격으로 이격되어 설치된 적외선 램프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 제조를 위한 자외선 처리 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    염료감응 태양전지의 기판의 상부에 도포된 페이스트층이 자외선 처리되는 동안에 기판의 온도가 300 내지 400℃ 중 어느 하나의 온도로 유지되는 구간 및 400 내지 600℃ 중 어느 하나의 온도로 유지되는 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 제조를 위한 자외선 처리 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 기판의 온도가 300 내지 400℃ 중 어느 하나의 온도로 유지되는 구간 및 400 내지 600℃ 중 어느 하나의 온도로 유지되는 구간은 자외선 램프에서 조사되는 자외선의 세기에 의하여 조절되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 제조를 위한 자외선 처리 장치.
  7. 삭제
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KR101173084B1 (ko) * 2011-03-15 2012-08-10 연세대학교 산학협력단 금속산화물 나노 입자층의 나노 구조 제어를 통해 효율을 개선한 염료감응형 태양전지 및 그 제조 방법

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