KR101456751B1 - 염료감응 태양전지용 기판 결합장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 염료감응 태양전지용 기판 결합장치는 광전극 기판 및/또는 상대전극 기판에 접착제가 형성된 염료감응 태양전지 기판이 로딩될 수 있는 기판 지지부와, 상기 기판 지지부에서 소정의 간격으로 이격되어 설치되고, 상기 접착제를 광경화시키기 위한 광원이 포함된 광원부와, 상기 기판 지지부 또는 광원부의 높이를 조절하여 광원부에 의하여 기판에 소정의 압력이 가해지도록 하는 가압부를 포함하고, 상기 가압부에 의하여 가압된 상태로 접촉된 염료감응 태양전지 기판에 형성된 접착제가 광에 의하여 경화되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 염료감응 태양전지용 기판 결합장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 염료감응 태양전지의 광전극 기판과 상대전극 기판을 결합하여 전해질을 밀봉할 수 있는 염료감응 태양전지용 기판 결합장치에 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 변환효율이 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, 알킬암모니움 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 태양전지가 작동하기 위해서는 광전극과 상대전극을 정렬(align)하여 결합하여야 하며, 그 사이의 공간에 충진된 전해질이 외부로 누출되지 않도록 기판 사이의 공간이 실링되어야 한다. 염료감응 태양전지의 광전극과 상대전극을 결합하는 기술에 관해서는 한국등록특허 제1016163호가 있다. 선행문헌에 개시된 염료감응형 태양전지의 합착기는 염료감응형 태양전지의 제1글래스와 제2글래스 중 어느 하나가 안착되며 수평이송하는 제1스테이지와, 상기 제1글래스와 제2글래스 중 다른 하나가 안착되며 안착된 글래스가 상기 제1스테이지의 글래스와 닿도록 수직 이송하는 제2스테이지와, 상기 제1스테이지 및 제2스테이지에 안착된 제1글래스 및 제2글래스가 정확히 겹치도록 수평위치를 정렬하는 정렬장치와, 상기 제1글래스 또는 제2글래스에 도포된 설린을 가열하는 히팅장치를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 선행기술은 제1글래스와 제2글래스를 합착하기 위하여 고분자 수지로 이루어진 설린을 이용하고 있다. 그러나, 설린은 염료감응 태양전지 내부에 형성된 패턴의 실링부를 따라 정렬하기 어려운 문제점을 가지고 있고, 열압착 과정에서 용융되어야 하므로 실링 부위에 따라 설린의 형성 높이가 균일하게 형성되지 않을 수 있어서 대면적에 적용하기 어려운 문제점을 가지고 있다. 따라서, 디스펜싱과 같은 방법에 의하여 복잡한 패턴의 실링부를 효율적으로 형성할 수 있고, 대면적에 적용되어서 균일한 결합 두께를 유지할 수 있는 염료감응 태양전지용 기판 결합장치의 개발 필요성이 크다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 정렬된 광전극 기판과 상대전극 기판의 밀봉 부위에 광경화성 수지를 형성하고 균일한 압력으로 기판을 가압한 상태에서 광경화를 진행하여 밀봉이 효율적으로 이루어질 수 있고, 밀봉 부위를 제외한 다른 부위에 광이 조사되는 것을 방지하여 광 조사 효율을 향상시키며, 과도한 자외선의 노출에 의하여 밀봉 부위를 제외한 염료와 같은 재료에서 열화가 발생하는 것을 방지할 수 있는 염료감응 태양전지용 기판 결합장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 과제를 달성하기 위하여, 광전극 기판 및/또는 상대전극 기판에 접착제가 형성된 염료감응 태양전지 기판이 로딩될 수 있는 기판 지지부와, 상기 기판 지지부에서 소정의 간격으로 이격되어 설치되고 상기 접착제를 광경화시키기 위한 광원이 포함된 광원부와, 상기 기판 지지부 또는 광원부의 높이를 조절하여 광원부에 의하여 기판에 소정의 압력이 가해지도록 하는 가압부를 포함하고, 상기 가압부에 의하여 가압된 상태로 접촉된 염료감응 태양전지 기판에 형성된 접착제가 광에 의하여 경화되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지용 기판 결합장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판 지지부는 수직 방향으로 탄성을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 기판 지지부의 표면에 적어도 일부가 돌출된 탄성체가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광원부의 하부에 패턴 마스크가 형성되어서, 상기 광전극 기판에 형성된 반도체 산화물층의 적어도 일부를 블로킹할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 패턴 마스크의 블로킹 패턴은 광원에서 발생된 광을 반사시키는 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 염료감응 태양전지용 기판 실링장치는 아래의 효과를 가진다.
1. 광전극 기판과 상대전극 기판이 가압된 상태에서 광이 조사되므로, 밀봉 또는 결합 부위의 광경화성 수지가 균일한 두께로 경화되어서 기판의 결합 후에 결합 부위 또는 밀봉 부위에 가해지는 스트레스를 감소시킬 수 있다.
2. 기판 지지부가 탄성을 가지도록 형성하여 기판에 가해지는 압력을 넓은 면적으로 균일하게 분산시킬 수 있다.
3. 광원부와 기판 사이에 가해지는 압력을 확인하고 조절하기 위한 수단으로 로드 셀, 스타퍼, 완충부가 구비되어서 공정의 안정성을 유지할 수 있다.
4. 광원부와 기판 사이에 패턴 마스크가 형성되어 있으므로 밀봉 또는 결합 부위를 제외한 다른 부분에 광이 조사되는 것을 방지하여 광에 의한 염료 등의 열화가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
5. 광전극 기판과 상대전극 기판이 결합되는 과정에서 접착제의 용융이 일어나지 않으므로 기판의 오정렬이 발생할 가능성을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 기판 결합장치를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 기판 결합장치의 수직방향 구성을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 기판 결합장치에 적용되는 광원부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 기판 결합장치에서 기판이 결합되는 과정을 순차적으로 도시한 것이다.
도 5는 염료감응 태양전지의 단면을 도식화하여 표시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 패턴 마스크가 적용되지 않은 경우에 광이 조사되는 형상을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 기판 결합장치에 적용되는 패턴 마스크를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 기판 결합장치에서 패턴 마스크를 통하여 광이 조사되는 과정을 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 기판 정렬장치가 결합된 염료감응 태양전지용 기판 결합장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 기판 결합장치의 단면을 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 기판 결합장치에 적용되는 압력 감지부를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 기판 결합장치에 적용되는 기판 지지부를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 기판 결합장치의 수직방향 구성을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 기판 결합장치에 적용되는 광원부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 기판 결합장치에서 기판이 결합되는 과정을 순차적으로 도시한 것이다.
도 5는 염료감응 태양전지의 단면을 도식화하여 표시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 패턴 마스크가 적용되지 않은 경우에 광이 조사되는 형상을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 기판 결합장치에 적용되는 패턴 마스크를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 기판 결합장치에서 패턴 마스크를 통하여 광이 조사되는 과정을 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 기판 정렬장치가 결합된 염료감응 태양전지용 기판 결합장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 기판 결합장치의 단면을 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 기판 결합장치에 적용되는 압력 감지부를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 기판 결합장치에 적용되는 기판 지지부를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 염료감응 태양전지용 기판 결합장치는 광전극 기판 및/또는 상대전극 기판에 접착제가 형성된 염료감응 태양전지 기판이 로딩될 수 있는 기판 지지부와, 상기 기판 지지부에서 소정의 간격으로 이격되어 설치되고 상기 접착제를 광경화시키기 위한 광원이 포함된 광원부와, 상기 기판 지지부 또는 광원부의 높이를 조절하여 광원부에 의하여 기판에 소정의 압력이 가해지도록 하는 가압부를 포함하고, 상기 가압부에 의하여 가압된 상태로 접촉된 염료감응 태양전지 기판에 형성된 접착제가 광에 의하여 경화되는 것을 특징으로 한다.
도 1 내지 도 8을 이용하여 본 발명의 첫 번째 실시예에 해당하는 염료감응 태양전지용 기판 결합장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 기판 결합장치를 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 기판 결합장치(100)는 기판 지지부(101), 광원부(102), 기판 승강부(103) 및 기판 이동부(104)를 포함한다. 기판 지지부(101)는 광전극 기판과 상대전극 기판이 정렬된 상태로 염료감응 태양전지 기판이 로딩되는 부분이고, 기판 지지부(101)의 표면에는 진공홀(101a)이 형성되어 진공압에 의하여 기판이 고정될 수 있다. 광원부(102)는 염료감응 태양전지 기판에 형성된 광경화성 수지인 접착제를 경화시키기 위한 부분으로서, 기판 지지부(101)와 소정의 간격으로 이격되어 평행하게 설치될 수 있다. 기판 승강부(103)는 기판 지지부 또는 광원부의 높이를 조절하여 광원부에 의하여 기판에 소정의 압력이 가해지도록 하는 가압부의 일 형태로서, 기판 지지부(101)의 높이를 조절하고, 실린더와 피스톤, 랙기어와 피니언 기어와 같이 다양한 수단으로 구성될 수 있다. 기판 승강부(103)는 기판 지지부(101)의 상면에 놓인 기판(미도시)의 높이를 조절하면서 광원부(102)와의 거리를 조절할 수 있으며, 광원부의 하부면에 기판의 상부면이 일정 압력을 가지고 접촉하도록 가압하는 힘을 조절할 수 있다. 가압하는 힘을 조절하는 수단은 기판 승강부(103)가 실린더와 피스톤으로 이루어진 경우를 가정하면, 예를 들어 공기압을 조절하는 레귤레이터 등이 될 수 있다. 기판 이동부(104)는 기판 지지대(101)의 수평방향 위치를 조절하는 기능을 하는데, 도면에 도시된 바와 같이 평행하게 설치된 바를 따라 이동하는 방식으로 X 방향의 위치를 조절하고, 도면에 도시되지는 않았지만 추가적인 모터와 기어를 이용하여 Y 방향으로 기판 지지대(101)를 이동시키는 수단이 이용될 수 있다. 도면에 도시되거나 설명된 기판 이동부(104)에 대한 구성은 일 예일 뿐이고, 기판 지지대를 X, Y 방향으로 이동시킬 수 있다면 어떠한 공지된 기술이라도 이용될 수 있다. 광원 고정부(105)는 광원의 위치를 고정하는데 이용되는 수단이고, 필요한 경우라면 광원이 수직방향으로 이동가능하도록 결합되기 위한 추가적인 구성을 가질 수 있다. 기판 이동 제어부(106)는 기판 이동부(104)를 제어하기 위한 수단으로서, 기판 지지대(101)에 로딩된 기판의 위치를 조절하여 광원부(102)와의 상대적 위치를 조절하는데 이용되며, 마이크로 콘트롤러를 포함한 전자적 제어 수단을 구비할 수 있다. 광원 제어부(107)는 광원의 온오프, 세기 등을 제어하기 위한 수단이고, 진공 제어부(108)는 기판 지지대(101) 상의 진공홀(101a)의 진공도를 조절하여 기판의 위치를 고정하기 위한 수단이다. 설치부(110)은 상기 구성요소들을 일정한 공간적 구성으로 고정하기 위한 수단이다.
도 2를 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 기판 결합장치의 주요한 구성의 공간적 배치를 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 기판 결합장치에서 기판 지지부, 광원부 및 기판의 위치가 드러나도록 수직방향 구성을 도시한 것이다. 도 2를 참조하면, 광원 고정부(105)에 고정된 광원부(102)가 상부에 위치하고, 상기 광원부(102)와 소정의 간격으로 이격된 위치에 기판 지지부(101)가 위치한다. 염료감응 태양전지 기판(200)은 기판 지지부(101) 위에 놓여서 광원부(102)와 기판 지지부(101) 사이의 공간에 위치하게 된다. 기판 지지부(101)의 하부에는 기판 승강부(103)가 설치된다. 다만, 설치부(110)를 포함하여 도면에 표시된 구성요소들은 본 발명의 염료감응 태양전지용 기판 결합장치의 구성을 설명하기 위한 것일 뿐이고, 광원부와 기판 지지부 사이의 공간에 염료감응 태양전지 기판이 위치할 수 있다면 구체적인 구성은 다양하게 변형이 가능하다.
도 3을 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 기판 결합장치에 적용되는 광원부의 구성을 설명한다.
도 3은 본 발명의 염료감응 태양전지용 기판 결합장치에 적용되는 광원부를 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 광원부(102)는 반사판(102a), 정렬 카메라(102b), 램프(102c) 및 패턴 마스크(102d)를 포함할 수 있다. 램프(102c)는 자외선 또는 가시광을 방출하는 구성요소로서, 다양한 기체가 봉입된 플라즈마 타입의 연속광 발광램프이거나 펄스광 발광램프가 이용될 수 있다. 패턴 마스크(102d)는 램프에서 발광된 광이 염료감응 태양전지 기판의 광경화성 수지 도포 영역에만 도달하도록 나머지 영역을 블로킹하는 기능을 하고, 반사판(102a)은 램프에서 기판의 반대 방향으로 방출된 광이나, 패턴 마스크(102d)의 블로킹 영역에서 반사된 광을 다시 기판 방향으로 재반사시키는 기능을 한다. 도면에는 도시하지 않았지만, 패턴 마스크의 상부에는 패턴 마스크의 휨을 방지하기 위한 지지부가 형성될 수 있는데, 예를 들어 패턴 마스크의 블로킹 영역에 강성을 가지는 바(bar) 형태의 구조물을 설치하여 염료감응 태양전지 기판이 패턴 마스크의 하부면에 압력을 가하는 과정에서 패턴 마스크가 기판에 균일한 압력을 가할 수 있도록 할 수 있다. 정렬 카메라는 염료감응 태양전지의 광경화성 수지 도포 영역과 패턴 마스크의 오픈된 영역을 일치시키기 위한 정렬(align) 기능을 하는데, 기판 이동부를 이용하여 기판을 X, Y 방향으로 이동시키면서 패턴 마스크와 광경화성 수지 도포 영역을 일치시키게 된다. 도면에서는 광원부(102)가 반사판(102a), 정렬 카메라(102b), 램프(102c) 및 패턴 마스크(102d)가 일체로 외부 박스에 고정된 것으로 도시하였으나, 이들의 공간적 구성은 다양하게 변형할 수 있고, 이들을 결합하기 위한 추가의 구성요소를 포함할 수 있다. 또한, 도면에서는 패턴 마스크가 광원부의 일부 구성요소인 것으로 설명하였지만, 광원부에 패턴 마스크가 포함되지 않고, 패턴 마스크는 별도로 광원부와 기판 사이에 설치될 수도 있다.
도 4를 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 기판 결합장치의 작동을 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 기판 결합장치에서 기판이 결합되는 과정을 순차적으로 도시한 것이다. 도 4의 (가)를 참조하면, 기판 승강부(103)가 하강하여 기판 지지부(101)와 광원부(102)가 일정 간격으로 이격되어 있다. 이어서 (나)를 참조하면, 기판 지지부(101) 위에 염료감응 태양전지 기판(200)이 로딩된다. 이때, 광원부(102)와 염료감응 태양전지 기판(200)은 d1의 간격만큼 이격된다. 이어서 (다)를 참조하면, 기판 승강부(103)가 일정 높이까지 기판 지지부(101)를 올려서 광원부(102)와 염료감응 태양전지 기판(200) 사이의 간격을 d2로 줄인 상태에서 기판 이동부를 이용하여 기판의 위치를 이동시키면서 광원부의 정렬 카메라로 광원부의 패턴 마스크와 기판을 정렬시킨다. 다만, 광원부에 패턴 마스크가 적용되지 않은 경우이거나, d1의 간격이 정렬 카메라를 작동시키기에 충분한 간격이 되면 이 단계의 전부 또는 일부가 생략될 수 있다. 이어서 (라)를 참조하면, 기판 승강부(103)가 기판 지지부(101)를 상승시켜서 염료감응 태양전지 기판의 상부면과 광원부의 하부면이 일정 압력으로 접촉하고, 광원부에서 광이 조사되어(광원부의 화살표) 염료감응 태양전지에 형성된 광경화성 수지를 경화시킨다. 이때, 염료감응 태양전지의 광전극 기판과 상대전극 기판 사이의 공간에는 스페이서가 설치되어서 양 기판이 마주보는 방향으로 힘을 받는 동안에 기판 사이의 공간이 균일한 간격을 유지되도록 할 수 있다. 이어서 (마)를 참조하면, 일정 시간 동안 (라) 단계가 진행되어 광경화성 수지의 경화가 완료된 후에 기판 승강부(103)가 기판 지지부(101)를 하강시켜서 기판에 가해지던 힘을 해제한다.
도 5를 이용하여 광전극 기판과 상대전극 기판이 결합되는 염료감응 태양전지의 일반적인 구조를 설명하기로 한다.
도 5는 염료감응 태양전지의 단면을 도식화하여 표시한 것이다. 도 5의 (가)를 참조하면, 염료감응 태양전지는 상대전극 기판(201)과 광전극 기판(202)으로 이루어지는데, 상대전극 기판(201)과 광전극 기판(202)을 결합시키기 위하여 상대전극 기판(201)과 광전극 기판(202)에 각각 제1접착제(203a)와 제2접착제(203b)가 형성된다. 도면에서는 광전극 기판(202) 위에 형성된 반도체 산화물층(204)를 제외한 부분에 제1접착제(203a)와 제2접착제(203b)가 도포된 것으로 도시하였지만, 제1접착제(203a)와 제2접착제(203b)는 염료감응 태양전지의 크기, 단위전지의 구성, 모듈의 구조에 따라 다양한 형상으로 도포될 수 있고, 제1접착제(203a)와 제2접착제(203b) 중 어느 하나는 생략될 수도 있다. 도 5의 (나)를 참조하면, 제1접착제(203a)와 제2접착제(203b)가 서로 마주 본 상태로 결합되면 광전극 기판(201)과 상대전극 기판(202)이 일정 간격으로 이격되어 결합된다. 도면에서는 염료감응 태양전지의 구성요소인 투명전극층, 촉매층, 염료층, 스페이서, 전해질 등의 도시를 생략하였다.
도 6 내지 도 8을 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 기판 결합장치에 적용되는 패턴 마스크의 기능을 설명하기로 한다.
도 6은 패턴 마스크가 적용되지 않은 경우에 광이 조사되는 형상을 나타낸 것이다. 도 6을 참조하면, 패턴 마스크가 적용되지 않은 경우에는 광원부의 램프(102c)에서 발광된 광이 염료감응 태양전지 기판으로 조사되면 투명한 상대전극 기판(201)을 통하여 제1접착제(203a)와 제2접착제(203b) 뿐 아니라 반도체 산화물층(204)과 염료(미도시)에도 광이 도달한다. 이와 같은 현상은 광경화를 위해 광조사가 필요한 접착제에만 광을 조사하는 것이 아니므로 광 조사 효율이 저하된다는 문제점과, 광 조사에 의하여 염료, 반도체 산화물의 열화가 일어나서 결과적으로 염료감응 태양전지의 발전 효율이 저하되는 문제점을 가지고 있다. 도면에서는 상대전극 기판을 위쪽으로 도시하였지만, 상대전극 기판과 광전극 기판의 위치는 뒤바뀔 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 기판 결합장치에 적용되는 패턴 마스크를 도시한 것이다. 도 7의 (가)를 참조하면, 패턴 마스크(102d)는 일부 영역은 블로킹되고 일부 영역은 오픈된 패턴을 가지고 있다. 오픈된 영역은 염료감응 태양전지 기판에 광경화성 수지가 도포된 영역이고, 블로킹된 영역은 그 외의 영역이 된다. 도면에서는 오픈된 영역의 패턴을 평행한 선으로 도시하였지만, 패턴은 광경화성 수지의 도포 형상에 따라 다양하게 변형될 수 있다. 도 7의 (나)는 (가)의 X-X' 절단면을 도시한 것인데, 패턴 마스크(102d)의 하부에 블로킹 패턴(102d')이 형성되어 있고, 그 사이 사이의 공간에 오픈 영역이 표시되어 있다. 도면에서는 블로킹 패턴(102d')이 하부에 형성된 것으로 도시하였지만, 상부에 형성될 수도 있다. 블로킹 패턴(102d')은 광원에서 조사된 광을 반사시킬 수 있는 재질로 이루어질 수 있는데, 예를 들어 크롬, 알루미늄과 같은 금속막으로 이루어질 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 기판 결합장치에서 패턴 마스크를 통하여 광이 조사되는 과정을 도시한 것이다. 도 8을 참조하면, 램프(102c)에서 발광된 광은 램프의 주변으로 방출되는데, 염료감응 태양전지 기판 방향으로 방출된 광만을 도시하면 화살표와 같다. 일부 화살표로 표시되는 광은 상대전극 기판(102d)과 패턴 마스크(102d)의 오픈된 영역을 통과하여 제1접착제(203a)와 제2접착제(203b)에 도달하여 광경화를 유도한다. 그러나 다른 화살표로 표시되는 광은 패턴 마스크(102d)의 블로킹 패턴(102d')에서 반사되고, 램프의 상부에 형성된 반사판(102a)에서 재반사되어 염료감응 태양전지 기판 방향으로 조사된다. 따라서, 반사판(102a)과 패턴 마스크(102d)의 조합에 의하여 램프(102c)에 발광된 광이 보다 효율적으로 제1접착제(203a)와 제2접착제(203b)의 광경화성 수지에 도달할 수 있게 된다. 또한, 패턴 마스크(102d)의 블로킹 패턴(102d')에 의하여 제1접착제(203a)와 제2접착제(203b)를 제외한 영역에는 광이 조사되는 것을 방지할 수 있는데, 반도체 산화물층(204)에 흡착된 염료가 과도한 자외선에 노출되어서 열화되는 것이 방지될 수 있다.
도 9 내지 도 12를 이용하여 본 발명의 두 번째 실시예에 해당하는 염료감응 태양전지용 기판 결합장치에 대하여 설명한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 기판 정렬장치가 결합된 염료감응 태양전지용 기판 결합장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 9의 (가)를 참조하면, 기판 결합장치(400)의 전단에 기판 정렬장치(300)가 결합되어 있다. 기판 정렬장치(300)에서는 정렬 마크(align mark)와 카메라를 이용하여 광전극 기판과 상대전극 기판의 정렬이 이루어지므로, 기판 결합장치(400)에서는 별도의 정렬 과정이 불필요하게 된다. 이러한 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 기판 결합장치에서 기판의 정렬 및 결합이 일어나는 과정은 도 9의 (나)와 같다. 먼저, 기판 정렬장치에 광전극 기판과 상대전극 기판을 로딩한다. 이어서 기판 정렬장치에서 광전극 기판과 상대전극 기판을 정렬하고, 이어서 정렬 상태가 유지된 채로 기판들이 기판 결합장치로 이송된다. 이어서, 기판 결합장치에서는 정렬된 기판을 가압한 상태에서 자외선을 조사하여 광전극 기판과 상대전극 기판을 결합한다. 마지막으로 결합된 기판을 언로딩한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 기판 결합장치의 단면을 도시한 것이다. 도 10을 참조하면, 기판 결합장치(400)는 기판 지지부(401). 광원(402) 및 광원부 승강장치(403)를 포함한다. 기판 지지부(401)는 정렬된 염료감응 태양전지 기판이 놓이는 부분이다. 광원(402)은 광원부 하우징(405)에 수납되는데, 광원부 하우징(405)은 기판 지지부(401)에서 소정의 간격으로 이격되어 설치된다. 광원부 승강장치(403)는 광원부와 기판 사이에 압력을 가하는 가압부의 일 형태로서, 광원부 하우징(405)의 하측부에 설치된다. 기판 지지부(401) 위에는 정렬된 광전극 기판(202)과 상대전극 기판(201)이 놓이고, 기판 지지부(401)의 하부에는 기판 이송부(404)가 설치된다. 기판 이송부(404)는 기판 정렬장치에서 정렬된 기판을 기판 결합장치로 이송시키는 기능을 한다. 광원부 승강장치(403)는 실린더 방식이나 기어 방식으로 구성될 수 있으며, 실린더 방식인 경우에는 피스톤으로 이루어진 높이 조절부(403a)를 포함한다. 광원부 하우징(405)에는 자외선 투과부(406)가 형성되어 있는데, 광원(402)에서 발생된 자외선을 투과시켜서 기판에 도달시키는 기능을 하고, 기판의 상부에 소정의 압력을 가하는 접촉면이 된다. 즉, 기판 지지부에 놓인 기판이 기판 이송부에 의하여 광원 하우징의 하부에 도달하면, 광원부 승강장치에 의하여 광원부가 하강하면서 기판의 상부면이 자외선 투과부에 접촉하면서 소정의 압력이 가해진다. 이 상태에서 광원에서 자외선이 자외선 투과부를 통하여 기판에 조사되어 접착제를 경화시키게 된다. 자외선 투과부는 자외선을 투과시키는 재질로 이루어질 수 있는데, 석영 재질로 이루어질 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 기판 결합장치에 적용되는 압력 감지부를 설명하기 위한 도면이다. 도 11을 참조하면, 광원 하우징(405)의 하부에는 압력 감지부(410)가 설치된다. 압력 감지부(410)는 기판의 결합 과정에서 기판에 가해지는 압력의 크기를 측정하여 확인하고, 일정 크기 이상의 압력이 가해지는 것을 방지하는 기능을 한다. 압력 감지부(410)에는 스타퍼(411), 로드 셀(412) 및 완충부(413)가 형성되어 있다. 광원부가 하강하면 광원 하우징(405) 또는 자외선 투과부(406)가 로드 셀(412)과 먼저 접촉되고, 로드 셀(412)은 압력을 표시하여 기판에 가해지는 압력을 모니터링한다. 이어서 광원부가 더 하강하면 광원 하우징(405) 또는 자외선 투과부(406)가 완충부(413)와 접촉하게 되고, 완충부(413)는 탄성을 가지고 기판에 가해지는 압력을 완충시키는 기능을 한다. 이어서 광원부가 더 하강하여 기판에 가해지는 압력이 위험한 수준에 이르면 스타퍼(411)가 더 이상 광원부가 하강하는 것을 방지한다. 스타퍼(411)는 설정된 높이에 의하여 물리적으로 광원부의 하강을 막을 수 있으며, 필요한 경우에는 인터락(interlock) 장치를 추가하여 광원부 승강장치의 작동을 중단시킬 수도 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 기판 결합장치에 적용되는 기판 지지부를 설명하기 위한 도면이다. 도 12의 (가)를 참조하면, 기판 지지부(401)는 기판 이송부(404)에 이동 가능하도록 결합된다. 기판 이송부(404)에는 결합 홈이 형성될 수 있으며, 기판 지지부와 기판 이송부는 랙기어와 피니언 기어 등으로 구성될 수 있다. 도 12의 (나)를 참조하면, 기판 지지부(401)의 상부면에는 오-링(O-ring)이 결합될 수 있다. 도 12의 (다)는 (나)의 A-A' 방향 단면의 일부를 표시한 것인데, 기판 지지부의 상부면에 오-링의 형상을 따라 홈이 형성되고, 오-링의 일부가 상부로 돌출된 채로 삽입된다. 오-링은 기판에 가해지는 압력을 균일하게 분산시키는 기능을 한다. 즉, 광원부가 하강하면 자외선 투과부가 기판의 상부면과 접촉하면서 기판에 압력이 가해지는데, 자외선 투과부가 탄성변형되면서 기판의 중앙부에 가해지는 압력이 상대적으로 낮아질 수 있다. 이때, 기판 지지부에 오-링을 형성하면 오-링의 탄성변형에 의하여 압력을 기판 전체에 고르게 분산시킬 수 있다. 필요한 경우 오-링의 형성 위치나 개수를 조절할 수 있고, 오-링의 두께나 삽입 홀의 깊이를 조절할 수도 있다. 예를 들면, 기판의 중앙부에 오-링을 상대적으로 많이 설치하거나, 직경이 두꺼운 오링을 삽입할 수도 있다. 도면에서는 압력을 분산시키기 위한 수단으로 오-링만을 도시하였지만, 탄성에 의하여 압력을 분산시킬 수 있다면, 다른 형태의 탄성 수단이 이용될 수 있다.
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: 기판 결합장치 101: 기판 지지부
101a: 진공홀 102: 광원부
102a: 반사판 102b: 정렬 카메라
102c: 램프 102d: 패턴 마스크
102d': 블로킹 패턴 103: 기판 승강부
104: 기판 이동부 105: 광원 고정부
106: 기판 이동 제어부 107: 광원 제어부
108: 진공 제어부 110: 설치부
200: 염료감응 태양전지 기판 201: 상대전극 기판
202: 광전극 기판 203a: 제1접착제
203b: 제2접착제 204: 반도체 산화물층
300: 기판 정렬장치 400: 기판 결합장치
401: 기판 지지부 401a: 오-링
402: 광원 403: 광원부 승강장치
403a: 높이 감지부 404: 기판 이송부
405: 광원 하우징 406: 자외선 투과부
410: 압력 조절부 411: 스타퍼
412: 로드 셀 413: 완충부
101a: 진공홀 102: 광원부
102a: 반사판 102b: 정렬 카메라
102c: 램프 102d: 패턴 마스크
102d': 블로킹 패턴 103: 기판 승강부
104: 기판 이동부 105: 광원 고정부
106: 기판 이동 제어부 107: 광원 제어부
108: 진공 제어부 110: 설치부
200: 염료감응 태양전지 기판 201: 상대전극 기판
202: 광전극 기판 203a: 제1접착제
203b: 제2접착제 204: 반도체 산화물층
300: 기판 정렬장치 400: 기판 결합장치
401: 기판 지지부 401a: 오-링
402: 광원 403: 광원부 승강장치
403a: 높이 감지부 404: 기판 이송부
405: 광원 하우징 406: 자외선 투과부
410: 압력 조절부 411: 스타퍼
412: 로드 셀 413: 완충부
Claims (5)
- 기판 사이에 접착제가 개재된 광전극 기판과 상대전극 기판으로 이루어진 태양전지 기판이 로딩될 수 있는 기판 지지부;
상기 기판 지지부에서 소정의 간격으로 이격되어 설치되고, 상기 접착제를 광경화시키기 위한 광원이 포함된 광원부; 및
상기 기판 지지부 또는 광원부의 높이를 조절하여 광원부에 의하여 상기 광전극 기판과 상대전극 기판 사이에 소정의 압력이 가해지도록 하는 가압부;를 포함하고,
상기 가압부에 의하여 가압된 상태로 접촉된 염료감응 태양전지 기판에 형성된 접착제가 광에 의하여 경화되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지용 기판 결합장치. - 청구항 1에 있어서,
기판 지지부는 수직 방향으로 탄성을 가지는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지용 기판 결합장치. - 청구항 1에 있어서,
기판 지지부의 표면에 적어도 일부가 돌출된 탄성체가 형성된 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지용 기판 결합장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 광원부의 하부에 패턴 마스크가 형성되어서, 상기 광전극 기판에 형성된 반도체 산화물층의 적어도 일부를 블로킹하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지용 기판 결합장치. - 청구항 4에 있어서,
상기 패턴 마스크의 블로킹 패턴은 광원에서 발생된 광을 반사시키는 재질로 이루어지고, 상기 광원부에는 염료감응 태양전지 기판 방향으로 광을 반사시키기 위한 반사판이 구비된 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지용 기판 결합장치.
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|---|---|---|---|
| KR1020120122822A KR101456751B1 (ko) | 2012-11-01 | 2012-11-01 | 염료감응 태양전지용 기판 결합장치 |
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| KR1020120122822A KR101456751B1 (ko) | 2012-11-01 | 2012-11-01 | 염료감응 태양전지용 기판 결합장치 |
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| KR102071676B1 (ko) * | 2018-10-23 | 2020-01-30 | (주)예스바이오 | 치과용 구조물의 가공 장치 및 그 가공 방법 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR20100115039A (ko) * | 2009-04-17 | 2010-10-27 | 주식회사 이건창호 | 염료감응형 태양전지의 제조방법 |
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2012
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