KR101564969B1 - 유기태양전지 모듈 구조 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기태양전지 모듈 구조 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 모듈 전체를 전면 코팅하여 공정을 간소화 되도록 하면서도 모듈의 전극을 사용이 용이하게 배치할 수 있는 유기태양전지 모듈 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 유기태양전지 모듈 구조는, 전도체로 이루어지고 시트형태로 롤에 감기거나 풀리도록 형성되는 기판(100); 상기 기판(100)의 폭 방향으로 상기 기판(100)의 상면에 다수 개가 나란하게 이격 배치되고 전도성 물질로 이루어진 음극(200); 상기 음극(200)의 상부 전면에 상기 음극(200)의 폭 보다 좁은 폭으로 배치되되 상기 기판(100)의 길이방향으로 형성되는 광활성층(300); 및 상기 광활성층(300)의 상부에 상기 광활성층(300)의 폭방향으로 배치되되 상기 음극(200)과 대응 되게 이격 배치되며 상기 광활성층(300)과 상기 음극(200)을 동시에 연결하는 양극(400)을 포함한다.

Description

유기태양전지 모듈 구조 및 그 제조방법{STRUCTURE OF POLYMER SOLAR CELL MODULE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 유기태양전지 모듈 구조 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 모듈 전체를 전면 코팅하여 공정을 간소화 되도록 하면서도 모듈의 전극을 사용이 용이하게 배치할 수 있는 유기태양전지 모듈 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.
유기 태양 전지는 이중 결합이 교대로 되어 있는 폴리파라페닐렌비닐렌(PPV) 등의 공액 고분자(conjugated polymer)와 CuPc, 페릴렌, 펜타센 등의 감광성 저분자, (6,6)-페닐-C61-부티릭에시드 메틸에스테르(PCBM) 등의 유기 반도체 재료를 활용하는 구조의 태양 전지이다. 상기 유기 반도체 재료는 디자인이 가능하고, 다양하게 합성하는 것이 가능하여 상기 유기 태양 전지는 무한한 발전의 가능성을 갖는다.
이러한 유기 태양 전지는 기본적으로 박막형 구조를 가지고 있으며, 주로 투명 전극인 산화인듐주석(ITO)을 양극으로, 낮은 일함수를 갖는 알루미늄(Al) 등의 금속 전극을 음극으로 사용하며, 광활성층은 100nm 정도의 두께로 정공수용체(hole acceptor)와 전자수용체(electron acceptor)가 혼재되어 있는 벌크 이종 접합 구조를 가지고 있다.
정공수용체로는 상기 PPV와 같은 도전성을 갖는 공액 고분자가 사용되고, 상기 전자수용체로는 풀러렌(fullerene)을 사용한다. 이때, 빛에 의해 생성된 전자를 풀러렌을 통해 알루미늄 전극으로 손실 없이 수집하기 위해서는 공액 고분자 내에 풀러렌이 충분히 혼합되어 있어야 하므로, 풀러렌이 공액 고분자와 잘 혼합되도록 하기 위해 상기 PCBM과 같은 풀러렌 유도체를 사용할 수 있다.
여기서, 공액 고분자가 빛을 흡수하면 전자-정공쌍(exciton)을 생성하고, 상기 생성된 전자와 정공은 각각 풀러렌과 공액 고분자를 경유하여 양극 및 음극에 수집된다.
이러한 유기 태양 전지는 손쉬운 가공성 및 저렴한 가격으로 대량생산이 가능하며, 롤투롤(roll-to-roll) 방식에 의한 박막 제작이 가능하므로 유연성을 가지는 대면적 전자소자의 제작이 가능하다는 장점이 있다.
그러나, 유기 태양 전지의 기술적, 경제적 유리함에도 불구하고, 유기 태양 전지의 라인패턴 공정의 어려움으로 인해 생산성이 저감 되는 문제점이 있었다.
일반적으로, 유기 태양 전지의 제작에 사용되는 라인 패턴으로는 다양한 형태의 시트(sheet)의 구현이 어려운 문제점이 있었다.
공개특허 10-2012-0133494
상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 유기태양전지 모듈 구조 및 그 제조방법은, 라인 패턴의 변형을 통해 공정의 간소화를 도모할 수 있는 유기태양전지 모듈 구조 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명에 따른 유기태양전지 모듈 구조 및 그 제조방법은, 태양전지 모듈의 라인 패턴의 변형을 통해 다양한 형태의 시트를 구현할 수 있도록 하는 유기태양전지 모듈 구조 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명에 따른 유기태양전지 모듈 구조 및 그 제조방법은, 태양 전지 모듈의 라인 패턴 특성을 재료적인 측면이 아닌 회로적인 측면으로 접근하여 그 사용을 용이하게 하는 유기태양전지 모듈 구조 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명에 따른 유기태양전지 모듈 구조 및 그 제조방법은, 비전도체로 이루어지고 시트형태로 롤에 감기거나 풀리도록 형성되는 기판(100); 상기 기판(100)의 폭 방향으로 상기 기판(100)의 상면에 다수 개가 나란하게 이격 배치되고 전도성 물질로 이루어진 음극(200); 상기 음극(200)의 상부 전면에 상기 음극(200)의 폭 보다 좁은 폭으로 배치되되 상기 기판(100)의 길이방향으로 형성되는 광활성층(300); 및 상기 광활성층(300)의 상부에 상기 광활성층(300)의 폭방향으로 배치되되 상기 음극(200)과 대응 되게 이격 배치되며 상기 광활성층(300)과 상기 음극(200)을 동시에 연결하는 양극(400)을 포함한다.
상기 음극(200)은, 평 단면이 'ㄴ' 형태로 형성되고, 상기 양극(400)은, 측 단면이 'ㄱ' 형태를 이루며 상기 광활성층(300)과 상기 음극(200)에 동시에 연결된다.
상기 음극(200)과 상기 광활성층(300)의 사이에는, 상기 기판(100)을 통해 전달된 빛에 의해 상기 광활성층(300)에서 발생 되는 전자를 상기 음극(200)에 전달하는 전자전달층(250)이 포함된다.
상기 양극(400)과 상기 광활성층(300)의 사이에는, 상기 기판(100)을 통해 전달된 빛에 의해 상기 광활성층(300)에서 발생 되는 정공을 상기 양극(400)에 전달하는 정공전달층(350)이 포함된다.
상기 음극(200)과 양극(400)은, 상기 광활성층(300)을 공유하면서 상기 기판(100)의 폭 방향으로 나란하게 배치되고, 상기 양극(400)은 상기 음극(200)에 직접 연결되도록 배치된다.
비전도체로 이루어지고 시트형태로 롤에 감기거나 풀리도록 형성되는 기판(100)을 펼치는 준비공정(S100); 상기 준비공정(S100)에 이어서 상기 기판(100)의 폭 방향으로 전도성 물질로 이루어진 음극(200)을 상기 기판(100)의 상면에 다수 개를 나란하게 이격 배치하고 에칭하는 음극에칭공정(S200); 상기 음극에칭공정(S200)을 통해 배치된 상기 음극(200)의 상부 전면에 상기 음극(200)의 폭 보다 좁은 폭으로 배치되되 상기 기판(100)의 길이방향으로 형성되는 광활성층(300)을 전면으로 코팅하는 광활성층코팅공정(S300); 및 상기 광활성층코팅공정(S300을 통해 배치된 상기 광활성층(300)의 상부에 상기 광활성층(300)의 폭방향으로 배치되되 상기 음극(200)과 대응 되게 이격 배치되며 상기 광활성층(300)과 상기 음극(200)을 동시에 연결하는 양극(400)을 스크린프린팅을 통해 배치하는 양극프린팅공정(S400);을 포함한다.
상기 음극에칭공정(S200)은, 상기 기판(100)의 상면에 배치되는 상기 음극(200)의 평 단면이 'ㄴ' 형태로 형성되도록 에칭하고, 상기 양극프린팅공정(S400)은, 상기 양극(400)의 측 단면이 'ㄱ' 형태를 이루며 상기 광활성층(300)과 상기 음극(200)에 동시에 연결된다.
상기 음극에칭공정(S200)과 상기 광활성층코팅공정(S300)의 사이에는, 상기 기판(100)을 통해 전달된 빛에 의해 상기 광활성층(300)에서 발생 되는 전자를 상기 음극(200)에 전달하는 전자전달층(250)이 배열되는 전자전달층배치공정(S250)이 포함된다.
상기 광활성층코팅공정(S300)과 상기 양극프린팅공정(S400)의 사이에는, 상기 기판(100)을 통해 전달된 빛에 의해 상기 광활성층(300)에서 발생 되는 정공을 상기 양극(400)에 전달하는 정공전달층(350)이 배열되는 정공전달층배치공정(S350)이 포함된다.
상기 양극프린팅공정(S400)은, 상기 음극(200)과 양극(400)이 상기 광활성층(300)을 공유하면서 상기 기판(100)의 폭 방향으로 나란하게 배치되고, 상기 양극(400)은 상기 음극(200)에 직접 연결되도록 배치된다.
본 발명에 따른 유기태양전지 모듈 구조 및 그 제조방법은, 공정의 간소화를 통해 생산성을 향상시키는 기술적 효과가 있다.
본 발명에 따른 유기태양전지 모듈 구조 및 그 제조방법은, 다양한 형태의 시트를 구현하여 그 사용성을 향상시키는 기술적 효과가 있다.
본 발명에 따른 유기태양전지 모듈 구조 및 그 제조방법은, 모듈의 특성을 재료적인 측면이 아닌 회로적인 측면으로 접근하여 제작됨으로 인해 그 사용을 용이하게 하는 사용상의 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유기태양전지 모듈 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 단면을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 유기태양전지 모듈의 제조방법을 개략적으로 나타내는 순서도 이다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 유기태양전지 모듈의 제조방법의 각 단계를 나타내는 개념도 이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
이하의 상세한 설명에서는, 일 예로 모듈 전체를 전면 코팅하여 공정을 간소화 되도록 하면서도 모듈의 전극을 사용이 용이하게 배치할 수 있는 유기태양전지 모듈 구조 및 그 제조방법 [특히, 양극, 음극 ]의 기술적 구성을 동일하게 적용할 수 있음은 물론이라 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 유기태양전지 모듈 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 단면을 나타내는 도면이다. 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 유기태양전지 모듈 구조를 살펴보면, 전도체로 이루어지고 시트형태로 롤에 감기거나 풀리도록 형성되는 기판(100)이 배치된다.
그리고, 상기 기판(100)의 폭 방향으로 상기 기판(100)의 상면에 다수 개가 나란하게 이격 배치되고 전도성 물질로 이루어진 음극(200)이 배치된다.
이어서, 상기 음극(200)의 상부 전면에 상기 음극(200)의 폭 보다 좁은 폭으로 배치되되 상기 기판(100)의 길이방향으로 형성되는 광활성층(300)이 형성된다.
더불어, 상기 광활성층(300)의 상부에 상기 광활성층(300)의 폭방향으로 배치되되 상기 음극(200)과 대응 되게 이격 배치되며 상기 광활성층(300)과 상기 음극(200)을 동시에 연결하는 양극(400)이 형성된다.
상세하게는, 상기 기판(100)은 투명성을 갖는 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 석영 또는 유리와 같은 투명 무기 기판이거나, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌설포네이트(PES), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르설폰(PES) 및 폴리에테르이미드(PEI)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 투명 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
특히, 상기 투명 플라스틱기판은 플렉서블(flexible)하면서도 높은 화학적 안정성, 기계적 강도 및 투명도를 가지는 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
여기서, 상기 음극(200)은, 평 단면이 'ㄴ' 형의 띠 형태로 서로 반대방향으로 지그재그형으로 연속되게 연결 형성된다.
즉, 상기 음극(200)은, 상기 기판(100)의 폭 방향으로 평 단면이 'ㄴ' 형의 띠 형태로 서로 반대방향으로 형성되고 지그재그형으로 전기적으로 연속되게 연결되고, 다수 개가 나란하게 상기 기판(100)의 상면에 상호 이격 배치되어, 내부에는 기판(100)의 상면이 드러나는 공간이 형성된다.
이러한 상기 음극(200)은, 상기 기판(100)을 통과한 빛이 광활성층(300)에 도달할 수 있도록 하는 경로가 되므로 높은 투명도를 갖는 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 음극(200)은, 일함수가 낮은 물질로 이루어지는 것이 바람직하며, 음극 형성 물질은 구체적으로 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 알루미늄, 은, 주석, 납, 스테인레스 스틸, 구리, 텅스텐 및 실리콘으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다.
한편, 상기 광활성층(300)은, 상기 음극(200)의 상부 전면에 상기 음극(200)의 폭 보다 좁은 폭으로 배치되되 상기 기판(100)의 길이방향으로 형성된다.
이러한 상기 광활성층(300)은, 정공수용체와 전자수용체가 혼합된 벌크 이종접합 구조를 가진다.
여기서, 정공수용체는 전기 전도성 고분자 또는 유기 저분자 반도체 물질 등과 같은 유기 반도체로서, 상기 전기 전도성 고분자는폴리티오펜(polythiphene), 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylenevinylene), 폴리플루오렌(polyfulorene), 폴리피롤(polypyrrole), 이들의 공중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 상기 유기 저분자 반도체 물질은펜타센(pentacene), 안트라센(anthracene), 테트라센(tetracene), 퍼릴렌(perylene), 올리고티오펜(oligothiphene), 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
또한, 정공수용체는 바람직하게 폴리-3-헥실티오펜[poly-3-hexylthiophene, P3HT], 폴리-3-옥틸티오펜[poly-3-octylthiophene, P3OT], 폴리파라페닐렌비닐렌[poly-p-phenylenevinylene, PPV], 폴리(디옥틸플루오렌)[poly(9,9'-dioctylfluorene)], 폴리(2-메톡시,5-(2-에틸-헥실옥시)-1,4-페닐렌비닐렌)[poly(2-methoxy,5-(2-ethyle-hexyloxy)-1,4-phenylenevinylene, MEH-PPV], 폴리(2-메틸,5-(3',7'-디메틸옥틸옥시))-1,4-페닐렌비닐렌[poly(2-methyl,5-(3',7'-dimethyloctyloxy))-1,4-phenylene vinylene, MDMOPPV] 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
그리고, 전자수용체는 풀러렌(fullerene, C60) 또는 풀러렌 유도체, CdS, CdSe, CdTe 및 ZnSe 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 나노 입자일 수 있다. 상기 전자수용체는 바람직하게 (6,6)-페닐-C61-부티릭에시드 메틸에스테르[(6,6)-phenyl-C61-butyric acid methyl ester; PCBM], (6,6)-페닐-C71-부티릭에시드 메틸에스테르[(6,6)-phenyl-C71-butyric acid methyl ester; C70-PCBM], (6,6)-티에닐-C61-부티릭에시드 메틸에스테르[(6,6)-thienyl-C61-butyricacid methyl ester; ThCBM], 탄소나노튜브 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
한편, 상기 양극(400)은, 측 단면이 'ㄱ' 형의 띠 형태로 상기 음극(200)에 세워지고 상기 광활성층(300)과 상기 음극(200)에 동시에 연결된다.
즉, 상기 양극(400)은, 상기 광활성층(300)의 폭 방향으로 배치되되 측 단면이 'ㄱ' 형의 띠 형태로 상기 음극(200)에서 세워지고 상기 광활성층(300)과 상기 음극(200)에 동시에 연결되어, 상기 광활성층(300)을 상기 음극(200)과 함께 공유하게 된다.
그렇기 때문에, 상기 기판(100)에서 상기 음극(200)과 상기 광활성층(300) 및 상기 양극(400)에서, 다수 개가 상기 기판(100)과 광활성층(300)의 폭 방향으로 형성되는 상기 음극(200)과 양극(400)이 하나의 셀을 형성하게 되는 것이다.
이는, 다수 개의 셀이 직접 연결됨으로 인해 유기태양전지의 전원생성 효율을 향상시키고, 구조적으로 그 사용을 용이하게 할 수 있도록 한다.
이를 위해, 상기 양극(400)은, 약 4.5eV 이상의 높은 일함수, 낮은 저항을 갖는 전도성 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 양극(400)을 형성하는 양극 형성 물질의 구체적인 예로는 주석도핑 산화인듐(ITO: tin-doped indium oxide), 불소도핑 산화주석(FTO:fluorine-doped tin oxide), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 투명산화물, 또는 전도성 고분자, 그라펜(graphene) 박막, 그라펜 산화물(graphene oxide) 박막, 탄소나노튜브 박막과 같은 유기 투명전극, 금속이 결합된 탄소나노튜브 박막과 같은 유-무기 결합 투명전극 등을 사용할 수 있다.
특히, 상기 음극(200)과 상기 광활성층(300)의 사이에는, 상기 기판(100)을 통해 전달된 빛에 의해 상기 광활성층(300)에서 발생 되는 전자를 상기 음극(200)에 전달하는 전자전달층(250)이 포함된다.
이때, 상기 전자전달층(250)은, 상기 광활성층(300)로부터 상기 음극(200)으로 전자를 활발하게 전달할 수 있도록 보조하는 기능을 수행하게 된다.
이러한 상기 전자전달층(250)으로는, 리튬플로라이드, 칼슘, 리튬 및 티타늄산화물(titanium oxide) 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 전자전달물질을 포함할 수 있다.
한편, 상기 양극(400)과 상기 광활성층(300)의 사이에는, 상기 기판(100)을 통해 전달된 빛에 의해 상기 광활성층(300)에서 발생 되는 정공을 상기 양극(400)에 전달하는 정공전달층(350)이 포함된다.
이러한, 상기 정공전달층(350)은, 상기 광활성층(300)으로부터 상기 양극(400)으로 정공을 활발하게 전달할 수 있도록 보조하는 기능을 수행하게 된다.
상기 정공전달층(350)으로는, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT), 폴리(스티렌설포네이트)(PSS), 폴리아닐린, 프탈로시아닌, 펜타센, 폴리디페닐 아세틸렌, 폴리(t-부틸)디페닐아세틸렌, 폴리(트리플루오로메틸)디페닐아세틸렌, 구리 프탈로시아닌(Cu-PC) 폴리(비스트리플루오로메틸)아세틸렌, 폴리비스(T-부틸디페닐)아세틸렌, 폴리(트리메틸실릴) 디페닐아세틸렌,폴리(카르바졸)디페닐아세틸렌, 폴리디아세틸렌, 폴리페닐아세틸렌, 폴리피리딘아세틸렌, 폴리메톡시페닐아세틸렌, 폴리메틸페닐아세틸렌, 폴리(t-부틸)페닐아세틸렌, 폴리니트로페닐아세틸렌, 폴리(트리플루오로메틸)페닐아세틸렌, 폴리(트리메틸실릴)페닐아세틸렌, 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는어느 하나의 정공전달물질을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 상기 PEDOT와 PSS의혼합물을 사용할 수 있다.
결과적으로, 상기 음극(200)과 양극(400)은, 상기 광활성층(300)을 공유하면서 상기 기판(100)의 폭 방향으로 나란하게 배치되고, 상기 양극(400)은 상기 음극(200)에 직접 연결되도록 배치된다.
이로써, 공정의 간소화를 통해 생산성을 향상시킬 수 있는 장점을 얻을 수 있게 된다.
그리고, 다양한 형태의 시트를 구현하여 그 사용성을 향상시키는 기술적 효과를 얻을 수 있게 된다.
더불어, 모듈의 특성을 재료적인 측면이 아닌 회로적인 측면으로 접근하여 제작됨으로 인해 그 사용을 용이하게 하는 사용상의 효과를 얻을 수 있게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 유기태양전지 모듈의 제조방법을 개략적으로 나타내는 순서도 이다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 유기태양전지 모듈의 제조방법의 각 단계를 나타내는 개념도 이다.
본 발명에 따른 유기태양전지 모듈의 제조방법은, 도 3 및 도4를 살펴보면, 전도체로 이루어지고 시트형태로 롤에 감기거나 풀리도록 형성되는 기판(100)을 펼치는 준비공정(S100)을 수행하게 된다.
이어서, 상기 준비공정(S100)에 이어서 상기 기판(100)의 폭 방향으로 전도성 물질로 이루어진 음극(200)을 상기 기판(100)의 상면에 다수 개를 나란하게 이격 배치하고 에칭하는 음극에칭공정(S200)을 수행하게 된다.
그리고, 상기 음극에칭공정(S200)을 통해 배치된 상기 음극(200)의 상부 전면에 상기 음극(200)의 폭 보다 좁은 폭으로 배치되되 상기 기판(100)의 길이방향으로 형성되는 광활성층(300)을 전면으로 코팅하는 광활성층코팅공정(S300)을 수행하게 된다.
더불어, 상기 광활성층코팅공정(S300을 통해 배치된 상기 광활성층(300)의 상부에 상기 광활성층(300)의 폭방향으로 배치되되 상기 음극(200)과 대응 되게 이격 배치되며 상기 광활성층(300)과 상기 음극(200)을 동시에 연결하는 양극(400)을 스크린프린팅을 통해 배치하는 양극프린팅공정(S400)을 수행하게 된다.
준비공정( S100 )
상기 준비공정(S100)은, 일 예로 원통형 드럼(10)에 감기거나 펼쳐질 수 있도록 상기 기판(100)이 준비되어, 작업을 수행할 수 있는 작업대(30) 등에 상기 기판(100)이 길게 펼쳐지면서 향후 공정을 준비하게 된다.
여기서 상기 기판(100)은, 투명성을 갖는 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 석영 또는 유리와 같은 투명 무기 기판이 사용될 수 있다.
특히, 상기 기판(100)은 플렉서블(flexible)하면서도 높은 화학적 안정성, 기계적 강도 및 투명도를 가지는 것을 바람직하게 사용할 수 있다
음극에칭공정( S200 )
상기 음극에칭공정(S200)은, 상기 기판(100)의 폭 방향으로 전도성 물질로 이루어진 음극(200)을 상기 기판(100)의 상면에 다수 개를 나란하게 이격 배치하고 에칭하는 작업이 수행되는 공정이다.
상기 음극에칭공정(S200)을 위해, 상기 음극(200)을 상기 기판(100)의 상면에 배치하되, 상기 음극(200)을 상기 기판(100)의 폭 방향으로 배치하게 된다.
이때, 상기 음극(200)은, 상기 기판(100)의 폭 외 측으로 노출될 수 있도록 상기 음극(200)의 길이방향 양측 끝단은 상기 기판(100)의 양측 폭 테두리 부위를 넘어서 돌출되도록 배치된다.
이러한 상기 음극에칭공정(S200)에서는, 상기 기판(100)의 상면에 배치되는 상기 음극(200)의 평 단면이 'ㄴ' 형태로 형성되도록 에칭하게 된다.
즉, 상기 음극에칭공정(S200)에서는, 상기 음극(200)의 에칭은 종래에 일반적으로 사용되는 에칭 방법이 사용될 수 있으며, 다만 평 단면이 'ㄴ' 형태를 형성하도록 에칭되되, 상기 기판(100)의 폭 방향으로 배치되면서 상기 기판(100)의 폭 테두리 외 측으로 노출되게 배치되도록 한다.
이때, 상기 음극(200)은, 상기 기판(100)의 상면에 음극 형성 물질을 열 기상 증착, 전자 빔 증착, RF 또는 마그네트론 스퍼터링, 화학적 증착 또는 이와 유사한 방법을 통하여 일정한 패턴을 가지도록 형성할 수 있다.
더불어, 상기 음극(200)은, 선택적으로 상기 음극(200)을 형성 후 UV/O3를 이용하여 상기 기판(100)의 표면을 처리할 수 있다.
광활성층코팅공정( S300 )
상기 광활성층코팅공정(S300)은, 상기 음극(200)의 상부 전면에 상기 음극(200)의 폭 보다 좁은 폭으로 배치되되 상기 기판(100)의 길이방향으로 형성되는 광활성층(300)을 전면으로 코팅하는 공정이다.
그리고, 상기 광활성층(300)은, 상기 기판(100)과 대응되는 폭과 길이를 유지하도록 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 음극(200)은, 상기 기판(100)과 상기 광활성층(300)의 사이에 배치되어 상기 기판(100)과 상기 광활성층(300)의 폭 양측 테두리 외부로 돌출되도록 배치되는 것이다.
여기서, 상기 광활성층(300)은, 상기 전자수용체와 상기 정공수용체를 용매로 용해시켜 제조된 혼합물을 스프레잉, 스핀 코팅, 딥핑, 프린팅, 닥터블레이딩 또는 스퍼터링 등의 방법으로 코팅하거나, 또는 전기영동법으로 형성할 수 있다.
상기 광활성층(300)의 두께는 5 내지 2000㎚를 이루는 것이 바람직하다.
이때, 상기 광활성층(300)은, 25 내지 150℃에서 5 내지 145분 동안 건조공정 및 열처리 공정 통하여 제조할 수 있다.
상기 건조 공정과 열처리 공정의 적절한 조절에 의하여 상기 전자수용체와 상기 정공수용체 사이에 적절한 상 분리를 유도할 수 있고, 상기 전자수용체의 배향을 유도할 수 있다.
상기 열처리 공정의 경우, 온도가 25℃ 미만인 경우 상기 전자수용체 및 상기 정공수용체의 이동도가낮아서 열처리 효과가 미미할 수 있고, 상기 열처리 온도가 150℃를 초과하는 경우 상기 전자수용체의 열화로 인하여 성능이 저하될 수 있다.
또한, 상기 열처리 시간이 5분 미만인 경우 상기 전자수용체 및 상기 정공수용체의 이동도가 낮아서 열처리 효과가 미미할 수 있고, 상기 열처리 시간이 145분을 초과하는 경우 상기 전자수용체의 열화로 인하여 성능이 저하될 수 있다.
특히, 상기 음극에칭공정(S200)과 상기 광활성층코팅공정(S300)의 사이에는, 상기 기판(100)을 통해 전달된 빛에 의해 상기 광활성층(300)에서 발생 되는 전자를 상기 음극(200)에 전달하는 전자전달층(250)이 배열되는 전자전달층배치공정(S250)이 선택적으로 수행될 수 있다.
이때, 상기 전자전달층(250)은, 상기 정공전달물질을 스프레잉, 스핀 코팅, 딥핑, 프린팅, 닥터블레이딩 또는 스퍼터링 등의 방법으로 코팅하거나, 또는 전기영동법으로 형성할 수 있다.
상기 전자전달층(250)의 두께는 바람직하게 5 내지 2000nm일 수 있다.
여기서, 상기 전자전달층(250)은, 상기 음극(200)과 상기 광활성층(300) 사이에 배치되게 된다.
이러한 상기 전자전달층배치공정(S250)을 통해 상기 음극(200)과 상기 광활성층(300) 사이에 상기 전자전달층(250)이 배치됨으로 인해, 상기 광활성층(300)에서 발생 되는 전자가 상기 음극(200)에 더욱 효과적으로 전달될 수 있게 된다.
양극프린팅공정( S400 )
상기 양극프린팅공정(S400), 상기 광활성층코팅공정(S300)을 통해 배치된 상기 광활성층(300)의 상부에 상기 광활성층(300)의 폭방향으로 배치되되 상기 음극(200)과 대응 되게 이격 배치되며 상기 광활성층(300)과 상기 음극(200)을 동시에 연결하는 양극(400)을 스크린 프린팅을 통해 배치하는 공정이다.
이러한 상기 양극프린팅공정(S400)은, 상기 양극(400)의 측 단면이 'ㄱ' 형태를 이루며 상기 광활성층(300)과 상기 음극(200)에 동시에 연결되도록 하는 공정이다.
즉, 상기 양극프린팅공정(S400)은, 상기 양극(400)의 하면 일부가 상기 광활성층(300)의 상면에 밀착 연결되면서, 상기 양극(400)의 하면 다른 일부가 상기 기판(100)과 상기 광활성층(300)의 폭 방향으로 돌출 형성되는 상기 음극(200)의 상면에 연결될 수 있도록 상기 양극(400)을 프린팅하는 공정이다.
결과적으로, 상기 양극프린팅공정(S400)은, 상기 음극(200)과 양극(400)이 상기 광활성층(300)을 공유하면서 상기 기판(100)의 폭 방향으로 나란하게 배치되고, 상기 양극(400)은 상기 음극(200)에 직접 연결되도록 배치됨으로 인해, 상기 음극(200)과 양극(400) 하나가 상호 연결되면서 하나의 셀을 이룰 수 있게 된다.
그리고, 다수 개의 상기 음극(200)과 양극(400)이 다수 개의 셀을 이루며 연결됨으로 인해 직렬로 연결되어 전원의 효율이 최적화된 하나의 모듈(50)을 이룰 수 있게 되는 것이다.
특히, 상기 음극(200)과 양극(400)은 상기 광활성층(300)과 상기 기판(100)의 폭 양측 테두리 외 측으로 노출 되게 배치되면서 상호 연결되도록 배치되기 때문에 사용자의 편의에 따라 어느 한쪽에 전선을 연결하여 전원을 사용할 수 있게 된다.
상기 양극프린팅공정(S400)에서는, 우선 상기 양극(400)이 상기 광활성층(300)의 상면에 상기 광활성층(300)의 폭 양측 테두리 외 측으로 노출되게 배치되게 된다.
이때, 상기 양극(400)은, 상기 음극(200)과 연결될 수 있도록 상기 음극(200)과 대응된 위치에 배치되는 것이 바람직하다.
특히, 상기 양극(400)은, 상기 광활성층(300) 상면에 양극 형성 물질을 열 기상 증착, 전자 빔 증착, RF 또는 마그네트론 스퍼터링, 화학적 증착 또는 이와 유사한 방법을 통하여 형성할 수 있다.
상기 광활성층코팅공정(S300)과 상기 양극프린팅공정(S400)의 사이에는, 상기 기판(100)을 통해 전달된 빛에 의해 상기 광활성층(300)에서 발생 되는 정공을 상기 양극(400)에 전달하는 정공전달층(350)이 배열되는 정공전달층배치공정(S350)이 선택적으로 수행될 수 있다.
여기서, 상기 정공전달층(350)은, 상기 전자전달물질을 스프레잉, 스핀코팅, 딥핑, 프린팅, 닥터블레이딩 또는 스퍼터링 등의 방법으로 코팅하거나, 또는 전기영동법으로 형성할 수 있다.
상기 정공전달층(350)의 두께는 바람직하게 5 내지 2000nm일 수 있다.
여기서, 상기 정공전달층(350)은, 상기 광활성층(300)과 상기 양극(400)의 사이에 배치되게 된다.
이러한 상기 정공전달층배치공정(S350)을 통해 상기 광활성층(300)과 상기 양극(400)의 사이에 상기 정공전달층(350)이 배치됨으로 인해, 상기 광활성층(300)에서 발생 되는 정공이 상기 양극(400)에 더욱 효과적으로 전달될 수 있게 된다.
실시예
상기의 공정에 따른 실시 예를 살펴보면, 원통형 드럼(10)에 감기거나 펼쳐질 수 있도록 상기 기판(100)이 준비되어, 작업을 수행할 수 있는 작업대(30) 등에 상기 기판(100)이 길게 펼쳐지면서 향후 공정을 준비하는 준비공정(S100)을 진행하게 된다.
일 예로, 상기 기판(100)은, 투명성을 갖는 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 석영 또는 유리와 같은 투명 무기 기판이 사용되고, 플렉서블(flexible)하면서도 높은 화학적 안정성, 기계적 강도 및 투명도를 가지는 것이 사용될 수 있다.
이어서, 음극(200)의 에칭이 종래에 일반적으로 사용되는 에칭 방법이 사용될 수 있으며, 다만 평 단면이 'ㄴ' 형태를 형성하도록 에칭되되, 상기 기판(100)의 폭 방향으로 배치되면서 상기 기판(100)의 폭 테두리 외 측으로 노출되게 배치되도록 하는 음극에칭공정(S200)이 진행되게 된다.
일 예로, 상기 음극(200)은, 상기 기판(100)의 상면에 양극 형성 물질을 열 기상 증착, 전자 빔 증착, RF 또는 마그네트론 스퍼터링, 화학적 증착 또는 이와 유사한 방법을 통하여 일정한 패턴을 가지도록 형성할 수 있다.
더불어, 상기 음극(200)은, 선택적으로 상기 음극(200)을 형성 후 UV/O3를 이용하여 상기 기판(100)의 표면을 처리할 수 있다.
이어서, 상기 음극(200)의 상부 전면에 상기 음극(200)의 폭 보다 좁은 폭으로 배치되되 상기 기판(100)의 길이방향으로 형성되는 광활성층(300)을 전면으로 코팅하는 광활성층코팅공정(S300)이 진행되게 된다.
상기 광활성층(300)은, 상기 기판(100)과 대응되는 폭과 길이를 유지하도록 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 음극(200)은, 상기 기판(100)과 상기 광활성층(300)의 사이에 배치되어 상기 기판(100)과 상기 광활성층(300)의 폭 양측 테두리 외부로 돌출되도록 배치되는 것이다.
일 예로, 상기 광활성층(300)은, 상기 전자수용체와 상기 정공수용체를 용매로 용해시켜 제조된 혼합물을 스프레잉, 스핀 코팅, 딥핑, 프린팅, 닥터블레이딩 또는 스퍼터링 등의 방법으로 코팅하거나, 또는 전기영동법으로 형성할 수 있다.
상기 광활성층(300)의 두께는 5 내지 2000㎚를 이루는 것이 바람직하다.
이때, 상기 광활성층(300)은, 25 내지 150℃에서 5 내지 145분 동안 건조공정 및 열처리 공정 통하여 제조할 수 있다.
이어서, 상기 음극에칭공정(S200)과 상기 광활성층코팅공정(S300)의 사이에는, 상기 기판(100)을 통해 전달된 빛에 의해 상기 광활성층(300)에서 발생 되는 전자를 상기 음극(200)에 전달하는 전자전달층(250)이 배열되는 전자전달층배치공정(S250)이 선택적으로 수행될 수 있다.
일 예로, 상기 전자전달층(250)은, 상기 정공전달물질을 스프레잉, 스핀 코팅, 딥핑, 프린팅, 닥터블레이딩 또는 스퍼터링 등의 방법으로 코팅하거나, 또는 전기영동법으로 형성할 수 있다.
상기 전자전달층(250)의 두께는 바람직하게 5 내지 2000nm일 수 있다.
여기서, 상기 전자전달층(250)은, 상기 음극(200)과 상기 광활성층(300) 사이에 배치되게 된다.
이어서, 상기 양극(400)의 하면 일부가 상기 광활성층(300)의 상면에 밀착 연결되면서, 상기 양극(400)의 하면 다른 일부가 상기 기판(100)과 상기 광활성층(300)의 폭 방향으로 돌출 형성되는 상기 음극(200)의 상면에 연결될 수 있도록 상기 양극(400)을 프린팅하는 양극프린팅공정(S400)이 수행되게 된다.
일 예로, 상기 양극(400)은, 상기 광활성층(300) 상면에 음극 형성 물질을 열 기상 증착, 전자 빔 증착, RF 또는 마그네트론 스퍼터링, 화학적 증착 또는 이와 유사한 방법을 통하여 형성할 수 있다.
그리고, 상기 광활성층코팅공정(S300)과 상기 양극프린팅공정(S400)의 사이에는, 상기 기판(100)을 통해 전달된 빛에 의해 상기 광활성층(300)에서 발생 되는 정공을 상기 양극(400)에 전달하는 정공전달층(350)이 배열되는 정공전달층배치공정(S350)이 선택적으로 수행될 수 있다.
여기서, 상기 정공전달층(350)은, 상기 전자전달물질을 스프레잉, 스핀코팅, 딥핑, 프린팅, 닥터블레이딩 또는 스퍼터링 등의 방법으로 코팅하거나, 또는 전기영동법으로 형성할 수 있다. 상기 정공전달층(350)의 두께는 바람직하게 5 내지 2000nm일 수 있다.
여기서, 상기 정공전달층(350)은, 상기 광활성층(300)과 상기 양극(400)의 사이에 배치되게 된다.
이렇게, 상기 음극(200)과 상기 양극(400)이 상기 광활성층(300)을 공유하면서 상호 연결되어 하나의 셀로 형성되고, 이러한 셀 다수 개가 직렬로 연결되어 전원의 효율이 최적화된 하나의 모듈(50)을 이룰 수 있게 되는 것이다.
이렇게 다수 개의 셀이 직렬로 연결되어 된 모듈(50)의 동작을 살펴보면, 외부 광원으로부터 상기 기판(100)과 음극(200), 전자전달층(250)을 통과하여 상기 광활성층(300)으로 입사되게 된다.
상기 광활성층(300)으로 입사된 빛을 이루는 광자는 상기 광활성층(300)의 전자수용체에 존재하는 가전자대의 전자와 충돌하게 된다.
이어서, 상기 가전자대의 전자는 충돌한 광자로부터 광자의 파장에 해당하는 에너지를 받아 전도대로 도약하게 된다.
가전자대의 전자가 전도대로 도약함에 따라 가전자대에는 정공이 남게 된다.
그리고, 전자수용체에 남겨진 전자는 상기 전자전달층(250)을 지나 상기 음극(200)으로 이동하게 되고, 전도대의 정공은 상기 정공전달층(350)을 지나 상기 양극(400)으로 이동하게 된다.
그리고, 상기 음극(200)과 양극(400)으로 이동된 전공과 전자에 의해 상기 모듈(50)은 기전력을 갖게 되어 전원으로 사용될 수 있게 된다.
이러한 공정을 통하여, 공정의 간소화를 통해 생산성을 향상시킬 수 있는 장점을 얻을 수 있게 된다.
그리고, 다양한 형태의 시트를 구현하여 그 사용성을 향상시키는 기술적 효과를 얻을 수 있게 된다.
더불어, 모듈의 특성을 재료적인 측면이 아닌 회로적인 측면으로 접근하여 제작됨으로 인해 그 사용을 용이하게 하는 사용상의 효과를 얻을 수 있게 된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10 : 드럼 30 : 작업대
50 : 모듈
100 : 기판 200 : 음극
250 : 전자전달층
300 : 광활성층 350 : 정공전달층
400 : 양극
S100 : 준비공정 S200 : 음극에칭공정
S250 : 전자전달층배치공정 S300 : 광활성층코팅공정
S350 : 정공전달층배치공정 S400 : 양극프린팅공정

Claims (10)

  1. 비전도체로 이루어지고 시트형태로 롤에 감기거나 풀리도록 형성되는 기판(100);
    상기 기판(100)의 폭 방향으로 상기 기판(100)의 상면에 평 단면이 'ㄴ'형의 띠 형태로 서로 반대방향으로 형성되고 지그재그형으로 전기적으로 연속되게 연결되어, 내부에는 기판(100)의 상면이 드러나는 공간이 형성된 전도성 물질로 이루어진 음극(200);
    상기 음극(200)의 상부 전면에 상기 음극(200)의 폭 보다 좁은 폭으로 배치되되 상기 기판(100)의 길이방향으로 형성되는 광활성층(300); 및
    상기 광활성층(300)의 상부에 상기 광활성층(300)의 폭방향으로 배치되되 측단면이 'ㄱ'형의 띠 형태로 상기 음극(200)에서 세워지고 상기 광활성층(300)과 상기 음극(200)에 동시에 연결되어 상기 광활성층(300)을 상기 음극(200)과 함께 공유하는 양극(400)을 포함하는 유기태양전지 모듈 구조.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 음극(200)과 상기 광활성층(300)의 사이에는,
    상기 기판(100)을 통해 전달된 빛에 의해 상기 광활성층(300)에서 발생 되는 전자를 상기 음극(200)에 전달하는 전자전달층(250)이 포함되는 유기태양전지 모듈 구조.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 양극(400)과 상기 광활성층(300)의 사이에는,
    상기 기판(100)을 통해 전달된 빛에 의해 상기 광활성층(300)에서 발생 되는 정공을 상기 양극(400)에 전달하는 정공전달층(350)이 포함되는 유기태양전지 모듈 구조.
  5. 삭제
  6. 비전도체로 이루어지고 시트형태로 롤에 감기거나 풀리도록 형성되는 기판(100)을 펼치는 준비공정(S100);
    상기 준비공정(S100)에 이어서 상기 기판(100)의 폭 방향으로 상기 기판(100)의 상면에 평 단면이 'ㄴ'형의 띠 형태로 서로 반대방향으로 형성되고 지그재그형으로 전기적으로 연속되게 연결되어, 내부에는 기판(100)의 상면이 드러나는 공간이 형성되게 전도성 물질로 이루어진 음극(200)을 에칭하는 음극에칭공정(S200);
    상기 음극에칭공정(S200)을 통해 배치된 상기 음극(200)의 상부 전면에 상기 음극(200)의 폭 보다 좁은 폭으로 배치되되 상기 기판(100)의 길이방향으로 형성되는 광활성층(300)을 전면으로 코팅하는 광활성층코팅공정(S300); 및
    상기 광활성층코팅공정(S300을 통해 배치된 상기 광활성층(300)의 상부에 상기 광활성층(300)의 폭방향으로 배치되되 측 단면이 'ㄱ'형의 띠 형태로 상기 음극(200)에서 세워지고 상기 광활성층(300)과 상기 음극(200)에 동시에 연결되어 상기 광활성층(300)을 상기 음극(200)과 함께 공유하는 양극(400)을 스크린프린팅을 통해 배치하는 양극프린팅공정(S400);을 포함하는 유기태양전지 모듈의 제조방법.
  7. 삭제
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 음극에칭공정(S200)과 상기 광활성층코팅공정(S300)의 사이에는,
    상기 기판(100)을 통해 전달된 빛에 의해 상기 광활성층(300)에서 발생 되는 전자를 상기 음극(200)에 전달하는 전자전달층(250)이 배열되는 전자전달층배치공정(S250)이 포함되는 유기태양전지 모듈의 제조방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 광활성층코팅공정(S300)과 상기 양극프린팅공정(S400)의 사이에는,
    상기 기판(100)을 통해 전달된 빛에 의해 상기 광활성층(300)에서 발생 되는 정공을 상기 양극(400)에 전달하는 정공전달층(350)이 배열되는 정공전달층배치공정(S350)이 포함되는 유기태양전지 모듈의 제조방법.
  10. 삭제
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