KR102052358B1 - 유연소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 전도성 결착층을 포함하여, 단위 유연소자간 결착을 용이한 유연소자 및 상기 유연소자가 전도성 접착을 통해 둘 이상의 유연소자와 결착된 유연소자 모듈이 제공된다.

Description

유연소자{FLEXIBLE DEVICE}
본 발명은 단위 유연소자 간의 결착이 용이한 구조를 갖는 유연소자에 관한 것이다.
다양한 형태의 디바이스들이 개발되고, 다양한 분야에 적용되면서 유연소자에 대한 요구가 증가하고 있으며, 최근 스마트 글라스 등과 같은 웨어러블 디바이스(Wearable Device)가 대중들에게 알려지고 노출되기 시작하면서 그 중요성이 한층 증대되고 있다. 웨어러블 디바이스와 관련하여 정보통신기술(Information & Communication Technology ICT) 분야의 기술선도기업뿐만 아니라 스포츠용품 업체들에 이르기 까지 다양한 영역에서 혁신적인 제품들이 출시되고 있다. 스마트폰 시대 이후의 차세대 스마트 기기로 웨어러블 디바이스는 다양한 영역의 다양한 사업자들에게 새로운 사업 분야로 선택받고 있다.
웨어러블 디바이스란 말 그대로 신체에 대하여 착용하는 전자 기기를 뜻한다. 하지만 단순히 액세서리처럼 전자기기를 몸에 착용하는 것이 아니라, 사용자 신체의 가장 가까운 위치에서 사용자와 소통할 수 있는 전자기기이다. 웨어러블 디바이스의 장점은 주변 환경에 대한 상세 정보나 개인의 신체 변화를 실시간으로 끊이지 않고 지속적으로 수집할 수 있는 것이다. 그러나, 웨어러블 디바이스는 대체로 곡선의 인체나 또는 건물의 기둥과 같이 곡선부위에 착용 또는 장착되기 때문에, 유리와 같은 정형화된 형태의 디바이스로는 적용이 용이하지 않으며, 또, 유연소자의 형성 공정은 높은 온도에서 실시되기 때문에, 유연소자용 재료로서 유연성 및 고내열성의 재료가 사용되어야 한다. 구체적으로, 폴리이미드(Polyimide)와 같은 고내열성 필름, 형상의 변형이 용이한 금속 박막(Metal Foil), 또는 고내열성의 유리 섬유를 기반으로 외부에 수지를 처리한 형태까지 다양하게 검토와 적용이 이루어지고 있으며, 최근에는 박형의 유리(Thin Glass)를 적용하여 유연한 소자를 만들기 위한 노력이 지속적으로 이루어지고 있다.
이는 신재생 에너지 분야에서도 동일하게 적용되고 있다. 최근 태양전지는 CO2 저감 및 지구환경 보존을 위한 대체 신재생 에너지로서 각광받고 있다. 특히 신규 청정에너지로서 일본, 독일, 유럽 그리고 미국은 이미 많은 연구개발을 통해 상용화하여 적용하고 있다. 현재 상용화된 태양전지는 주로 무기계 반도체 기술을 바탕으로 한 Si계, CdTe계, CIGS계이다. 그러나, 이러한 무기태양전지는 15 내지 20%에 이르는 높은 에너지 전환 효율을 나타내는 장점을 지닌 반면에, 고온, 진공의 반도체 공정을 이용하는 고에너지, 고비용 생산 방식이라는 단점을 지니고 있다. 또한 반도체 공정에서 사용되는 물질의 자원 고갈문제, 희소성 무기물질 확보 문제, 공정 유해물질의 환경오염 문제 발생 가능성을 내포하고 있다.
한편, 폴리머 태양전지는 대기 중에서 플라스틱 필름 위에 150℃ 이하의 인쇄공정으로 모듈제작이 가능해 대면적의 가볍고 휘어지는 구조를 구현할 수 있다. 특히, 인쇄전자 기술의 핵심인 롤투롤 연속공정 장비를 활용하여 태양전지 생산에 소비되는 에너지를 낮출 수 있으며, 제작 시간이 짧아 대량 생산이 가능하여 제조 원가를 획기적으로 낮출 수 있다. 또, 맞춤형으로 양산할 수 있어 휴대용 전자기기, 의류, 레저용품 등에 자유롭게 적용하는 것이 가능하며, 개인을 에너지 소비와 생산의 주체가 되는 프로슈머(Production + Consumer)로 전환하여 신재생 에너지의 보급량을 높일 수 있다.
이와 같이 다양한 유연소자와 그 다양한 적용 방안에 대한 연구 개발이 이루어짐에 따라, 유연소자는 적용하는 형태와 위치, 적용부위의 면적에 따라 그 크기를 다양화할 필요가 있다. 이때, 적용 형태, 위치, 적용부위의 면적에 따라 각각 별도의 유연소자를 제조할 경우, 생산 효율성의 저하가 발생할 수 밖에 없다. 또, 유연소자는 그 효율성을 극대화 하기 위하여 대면적으로 광을 흡수할 수 있도록 해야 하며, 이에 따라 유연소자의 대면적화가 필요하다. 그러나, 이렇게 될 경우 다양한 사용 용도와 목적에 따라 다양한 형태의 맞춤 제작이 필요하고 이는 생산성 저하, 고비용 구조, 개보수의 어려움 등의 문제점이 발생할 수 밖에 없다.
최근 이러한 문제점을 개선하기 위하여 단위 유연소자를 제작한 후 이를 연결하여 대면적화 하는 방법이 개발되고 있다. 이는 단위 유연소자를 제작함으로써 생산성을 극대화 할 수 있고, 서로 결착되어 대면적화 또는 필요한 형태에 따라 그 합쳐진 형태를 다양하게 구현할 수 있으며, 대면적으로 만들어진 후 특정 단위 소자가 성능이 저하되거나 작동이 중지된 경우 특정 단위 유연소자만 교체하면 기존의 성능을 다시 확보할 수 있는 장점이 있다.
그러나, 단자 체결, 볼트 체결 등의 종래 단위 유연소자의 결착 방법은 외관상 결착 부위가 눈에 쉽게 나타나고, 결착 부위의 두께가 두꺼워져 원하는 형태로 결착의 형태를 확장해 갈 때 불편하며, 결착부 형성을 위해서는 필름에 구멍을 내어야 하기 때문에 필름에 손상이 발생하기 쉽고, 단위 유기 소자를 개별적으로 결착부를 결착해야 하는 단점이 있다.
한국특허공개 제2011-0037679호 (2011.04.13 공개)
본 발명의 목적은 유연소자들 간의 결착이 용이한 구조를 갖는 유연소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기한 유연소자가 전도성 부착을 통해 2개 이상 연결된 유연소자 모듈(module)을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 기판, 상기 기판 위에 위치하며, 전기에너지를 발생시키는 단위 셀, 그리고 상기 기판 위 단위 셀의 외측면에 위치하는 제1 및 제2 집전부를 포함하며, 상기 제1 및 제2 집전부 중 적어도 어느 하나의 집전부는 전도성 물질과, 접착제 및 점착제 중 어느 하나의 부착용 물질을 포함하는 전도성 결착층을 구비한 것인 유연소자가 제공된다.
상기 유연소자에 있어서, 상기 전도성 결착층은 제1 또는 제2 집전부의 위에 위치할 수 있다.
또, 상기 전도성 결착층은 필름, 스프라이트 및 아일랜드로 이루어진 군에서 선택되는 형태를 갖는 것일 수 있다.
또, 상기 전도성 물질은 금속분말, 탄소계 물질, 금속산화물, 전도성 고분자 및 그 유도체, 자성물질 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 것일 수 있다.
또, 상기 부착용 물질은 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 페놀계 수지, 비닐 수지, 폴리이미드, 폴리벤즈이미다졸, 실리콘계 수지, 우레탄계 수지, 멜라민 요소 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.
상기 유연소자에 있어서, 상기 집전부는 상기 제1 또는 제2전극의 외측면에 부착되어 연장된 가이드 전극을 더 포함할 수 있으며, 이때 상기 전도성 결착층은 가이드 전극 위에 형성될 수 있다.
또, 상기 유연소자는 단위 셀 위에 산소 및 수분 투과 방지층을 더 포함할 수 있으며, 상기 제1 및 제2집전부는 상기 산소 및 수분 투과 방지층으로부터 노출될 수 있다.
또 상기 유연소자에 있어서, 상기 기판은 금속 박막, 무기 박막, 고분자 필름, 섬유 기재, 및 유리섬유와 고분자의 복합재로 이루어진 군에서 선택되는 유연성 기판일 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 상기한 유연소자를 2개 이상 포함하며, 상기 유연소자들은 전도성 결착층을 통해 전기적으로 결착된 것인 유연소자 모듈이 제공된다.
상기 유연소자 모듈에 있어서, 상기 유연소자는 제1 및 제2 집전부 위에 각각 전도성 결착층을 포함하고, 상기 제1 및 제2 집전부 위에 형성된 전도성 결착층 중 어느 하나는 자성물질을 포함하고, 나머지 하나의 전도성 결착층은 금속분말 또는 금속박막의 전도성 물질을 포함할 수 있다.
상기 유연소자는 제1 및 제2 집전부 위에 각각 전도성 결착층을 포함하고, 상기 제1 및 제2 집전부 위에 형성된 전도성 결착층 중 어느 하나는 전도성 물질과 함께 접착제 또는 점착제를 포함하는 부착용 물질을 포함하고, 나머지 하나의 전도성 결착층은 전도성 물질 및 이형제를 포함하는 것일 수 있다.
또, 상기 유연소자 모듈에 있어서, 상기 유연소자들이 직렬 또는 병렬로 결착될 수 있다.
또, 상기 유연소자 간의 결착이 탈착가능한 임시 결착일 수 있다.
기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 유연소자는 소자내 집전부 위에 형성된 전도성 결착층에 의해 단위유연소자간 결착이 용이하다. 이에 따라, 단위유연소자의 표준화를 통한 생산 효율성을 증가시킬 수 있고, 유연소자가 이용되는 각종 전자기기의 스펙에 따라 전극 패턴, 슬롯다이 심, 또는 금속 전극용 스크린 제판을 다시 제작해야 하는 번거로움 없이, 적용되는 부위 또는 면적에 따라 다양한 전압 및 전류를 갖는 유연소자의 부착 또는 적용이 가능하다. 또, 탈착이 용이하여 특정 유연소자가 작동하지 않거나 성능이 저하된 경우 용이한 교체가 가능하며, 결착 부위가 유연소자의 다른 부분과 상대적으로 두께의 편차가 작다. 따라서, 어플리케이션에 따라 제작가능한 모듈의 형태나 디자인에 대한 제약이 낮아 다양한 분야에의 응용이 가능하다.
도 1은 집전부 위에 형성된 태양전지의 구조를 개략적으로 나타낸 단면 구조도(a) 및 그에 대응하는 평면도(b)이다.
도 2a 내지 도 2c는 각각 본 발명의 다른 일 구현예에 따른 유연소자에서의 다양한 형태로 형성된 전도성 결착층을 나타낸 구조도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일 구현예에 따른 유연소자 모듈을 개략적으로 나타낸 구조도이다.
도 4a은 참조예 1-3에서의 스냅 단추를 이용하여 결착부가 형성된 폴리머 태양전지를 관찰한 사진이고, 도 4b는 도 4a에서의 폴리머 태양전지 2개가 스냅 단추를 통해 결착된 구조를 관찰한 사진이다.
도 5a는 실시예 4-2에서 전기전도성 소재로서 카본블랙을 이용하여 형성된 전도성 결착층을 포함하는 폴리머 태양전지를 관찰한 사진이고, 도 5b는 도 5a에서의 폴리머 태양전지 2개가 카본블랙을 이용한 전도성 결착층을 통해 결착된 구조를 관찰한 사진이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 유연소자의 제조시 기판의 양측 말단에 위치하는 제1 및 제2 집전부 위에 전도성 결착층을 형성함으로써, 전기적 신호 또는 전류를 통해 연결되어야 서로 다른 두 개의 단위유연소자를 임시 또는 영구히 결착하는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명의 일 구현예에 따른 유연소자는 기판, 상기 기판 위에 위치하며, 전기에너지를 발생시키는 단위 셀(cell), 및 상기 기판 위 단위 셀의 외측면에 위치하는 제1 및 제2 집전부를 포함하며, 상기 제1 및 제2 집전부 중 적어도 어느 하나의 집전부는, 전도성 물질과, 접착제 및 점착제 중 어느 하나의 부착용 물질을 포함하는 전도성 결착층을 구비한 것이다.
구체적으로 상기 전도성 결착층은 제1 또는 제2 집전부 위에 위치할 수 있으며, 보다 구체적으로는 제1 또는 제2집전부 위의 전면에 또는 부분적으로 위치할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 유연소자의 일 례로서 전도성 결착층이 집전부 위에 형성된 태양전지의 구조를 개략적으로 나타낸 단면 구조도(a) 및 그에 대응하는 평면도(b)이다. 도 1은 본 발명을 설명하기 위한 일 예일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 유연소자는 기판(10), 상기 기판 위에 위치하는 단위 셀(20), 상기 기판 위 단위 셀의 외측면 위치하는 제1 및 제2집전부(30, 40), 그리고 상기 제1 및 제2 집전부 중 적어도 어느 하나의 집전부 위에 위치하는 전도성 결착층(50, 60)을 포함한다.
구체적으로, 상기 유연소자에 있어서, 상기 기판(10)은 빛 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 단위 셀과, 변환된 전기적 에너지를 외부로 전달시키기 위한 제1 및 제2집전부를 지지하는 역할을 하는 것으로, 유연하고 형상의 변형이 가능하여 통상 유연소자에 적용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다.
구체적으로는 상기 기판(10)은 알루미늄 등 금속 박막(Metal Foil); 석영 또는 유리 등을 포함하는 무기 박막; 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌설포네이트(PES), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르설폰(PES) 또는 폴리에테르이미드(PEI) 등의 고분자필름; 섬유 기재; 및 유리섬유와 고분자의 복합재 등을 포함할 수 있으며, 이중에서도 유연하고 높은 화학적 안정성, 기계적 강도 및 투명도를 가지며, 다양한 형태로의 변형이 용이한 고분자 필름, 혹은 PET 필름을 포함하는 것이 보다 바람직할 수 있다.
또, 상기 유연소자가 태양전지 등 기판을 통한 빛의 투과가 이루어질 경우 상기 기판(10)에 대해 투명성이 요구될 수도 있다. 이때 상기 기판(10)은 약 380 내지 780nm의 가시광 파장에서 적어도 70% 이상, 바람직하게는 80% 이상의 투과율을 갖는 것이 좋다.
상기 기판(10) 위에는 유연소자의 단위 셀(20)이 위치한다.
상기 단위 셀(20)은 유연소자에 있어서 전기에너지를 발생시키는 최소 단위체로서, 유연소자의 종류에 따라 다양한 구조를 가질 수 있다.
구체적으로는 상기 기판(10) 위에 서로 대향 배치되는 제1 및 제2 전극(21, 22), 그리고 상기 제1 및 제2전극 사이에 위치하는 활성층(23)을 포함한다. 상기 제1 및 제2전극, 활성층의 형성 물질은 통상 유연소자에서 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다.
일례로 상기 유연소자가 태양전지일 경우, 상기 제1전극은 기판을 통과한 빛이 광활성층에 도달할 수 있도록 하는 경로가 되는 것으로, 높은 투명성과 함께 약 4.5eV 이상의 높은 일함수 및 낮은 저항을 갖는 전도성 물질을 포함한다. 구체적인 예로는 주석도핑 산화인듐(ITO: tin-doped indium oxide), 불소도핑 산화주석(FTO: fluorine-doped tin oxide), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3 등의 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 투명전극일 수 있다.
또, 상기 제2전극은 일함수가 낮은 물질을 포함하며, 구체적으로는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 알루미늄, 은, 주석, 납, 스테인레스 스틸, 구리, 텅스텐 또는 실리콘 등일 수 있다.
또, 상기 활성층은 p-접합층 및 n-접합층이 서로 접합된 p-n접합구조(p-n junction)를 포함하는 광활성층일 수 있다.
상기 p-접합층에는 다수의 음이온(anion)과 전자(electron) 캐리어가 존재하며, 상기 n-접합층에는 다수의 양이온(cation)과 정공(hole) 캐리어가 존재한다. 따라서, 상기 p-n접합에 의하여 p-접합층에 있는 음이온과 n-접합층에 있는 양이온이 각각 상기 p-n접합의 경계면으로 이동하게 된다. 한편, 상기 광활성층은 자유전자(free electron)가 거의 존재하지 않아 부도체의 특성을 갖고 있으나, 외부로부터 빛에너지를 흡수하면 원자의 핵에 구속되어 있던 전자의 자유에너지가 증가하여 전자가 활성화된 (excited)되며, 이와 같이 활성화된 전자는 자유전자화된다. 이러한 현상을 광전효과라고 부른다. 따라서, 상기 광활성층에 외부로부터 빛에너지가 전달되면 자유전자가 발생하고 이와 같이 발생된 자유전자는 p-n접합의 경계를 지나 n-접합층 쪽으로 모이게 된다. 이와 같이 전자가 모여있는 상태에서 p-접합층 및 n-접합층에 도선을 연결하면 전기가 흐르게 되는 것이다.
따라서 무기태양전지의 경우 하나의 태양전지 모듈의 양쪽 말단에 구비된 제1전극층과 제2전극층의 극성은 각각 광활성층에 존재하는 p-접합층 및 n-접합층의 방향에 따라 결정된다.
이와 같이 제1 및 제2전극(21, 22)과 활성층(23)을 하나의 단위로 하는 단위 셀(20)은 기판(10) 위에 1개 이상 형성될 수 있다.
이 경우 하나의 단위 셀에서의 제2전극층은 이웃하는 단위 셀의 제1전극층과 전기적으로 연결된 구조를 이루며, 이에 따라 하나의 유연소자에 형성된 다수의 단위 셀은 서로 전기적으로 직렬연결된 구조를 갖는다. 또, 각각의 단위 셀에서 발생한 전기에너지는 각 단위 셀의 상,하 말단에 연결된 전기연결부재(미도시)를 통해 최외각 단위 셀의 외측 말단에 위치하는 제1 및 제2집전부(30, 40)로 이동한다.
한편, 상기 단위 셀(10)은 산소 또는 공기와 접촉시 성능 저하의 우려가 있으므로, 단위 셀과 산소 또는 공기와의 접촉을 차단하기 위한 산소 또는 공기 투과 방지층(미도시)이 상기 단위 셀을 덮도록 선택적으로 더 형성될 수도 있다.
상기 산소 또는 공기 투과 방지층 형성을 위한 물질은 통상 유연소자에서 단위 셀과 산소 또는 공기 접촉을 방지하기 위한 필름 형성에 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 이용될 수 있다. 구체적으로는 실리콘 옥사이드, 알루미늄 옥사이드 등과 같은 금속산화물; 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 고분자 등일 수 있다.
또, 상기 산소 또는 공기 투과 방지층(미도시)은 사용물질에 따른 통상의 필름 형성 방법에 따라 형성될 수 있으며, 구체적으로 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 고분자를 이용할 경우 롤투롤 공정(Roll to Roll Process)에 의해 형성될 수 있다.
또, 상기 유연소자에 있어서 기판(10) 위에는 최외각 단위 셀에서의 제1 및 제2 전극(21, 22")으로부터 각각 연장되고, 상기 산소 및 수분 투과 방지막(미도시)이 형성된 경우 상기 산소 및 수분 투과 방지막으로부터 노출된 제1 및 제2집전부(30, 40)가 존재한다. 이렇게 노출된 제1 및 제2집전부는 연장된 전극의 극성에 따라 (+) 또는 (-)의 서로 다른 전기적 극성을 가지며, 단위 셀에서 발생한 전기에너지를 모아 별도의 전기연결부재(미도시)를 통하여 외부로 전달하는 역할을 한다.
상기 제1 및 제2집전부(30, 40)는 단위 셀을 구성하는 제1 및 제2전극으로부터 각각 연장된 것이므로, 제1 또는 제2전극을 형성하는 물질과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 상기에서 제1 및 제2집전부(30, 40)는 제1 및 제2 전극으로부터 연장된 것이지만, 이 같은 제1 및 제2집전부와 동일한 역할을 하도록 제1 및 제2 전극의 외측면에 별도로 부착되어 형성될 수도 있다. 이와 같이 제1 및 제2집전부가 제1 및 제2전극에 부착되어 형성된 경우를 가이드 전극이라 한다. 상기 가이드 전극은 다양한 형태를 가질 수 있으며, 제1 및 제2 전극과의 연결성, 그리고 다른 단위 유연소자와의 결착시 결착성 등을 고려하여 ‘ㅗ’형태를 가질 수 도 있다.
상기와 같은 제1 및 제2 전극 중 적어도 어느 하나의 전극 위에는 전도성 결착층이 위치한다.
상기 전도성 결착층은 서로 다른 두개의 유연소자가 전기적으로 연결되는 층으로, 전기적 신호 또는 전류가 흐른다. 이에 따라 상기 전도성 결착층은 전기 전도를 위한 전도성 물질과 함께, 접착, 점착 또는 자력에 의해 결착을 형성할 수 있는 부착용 물질을 포함한다.
상기 전도성 물질은 금속 분말(Powder) 또는 박판(예를 들면, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 납 등); 탄소계 물질(예를 들면, 카본 블랙(Carbon Black), 그래파이트(Graphite), 그래핀(Graphene), 탄소나노튜브(CNT, Carbon Nano Tube) 등); 금속 산화물(예를 들면, 산화 인듐(In2O3), 인듐 주석 산화물(ITO, Indum Tin Oxide), 산화 티타늄(TiO2), 산화 아연(ZnO), 안티몬 주석 산화물(ATO, Antimony Tin Oxide) 등); 전도성 고분자 또는 그 유도체(예를 들면, 도핑된 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리피롤 (Polypyrole), 폴리티오펜(Polythiophene), 도프된 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜(poly(3,4-ethylenedioxythiophene, PEDOT) 등); 또는 자성 물질(예를 들면, 아철산염 (페라이트, Ferrite) 등)일 수 있다.
또, 상기 부착용 물질은 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 페놀계 수지, 비닐 수지, 폴리이미드, 폴리벤즈이미다졸, 실리콘계 수지, 우레탄계 수지, 멜라민 요소 수지 등의 접착제 또는 점착제 등일 수 있다.
상기 전도성 물질과 부착용 물질의 함량비는 유연소자의 용도에 따라 적절히 조절될 수 있으며, 구체적으로는 전도성 물질은 부착용 물질 100중량부에 대하여 20 내지 50중량부로 사용되는 것이 바람직할 수 있다.
상기 전도성 결착층의 형성시 전도성 물질로서 탄소계 물질은 전기 전도성은 우수하나, 일정수준 이상의 두께로 형성될 경우 검은색을 나타낸다. 따라서, 투명성이 요구되는 유연소자의 경우에는 탄소계 물질의 사용시 그 함량을 적절히 조절하는 것이 바람직할 수 있다.
또, 통상 폴리어 태양전지의 경우 도프된 PEDOT 등과 같은 전도성 고분자가 적용되기 때문에, 다른 전도성 물질에 비해 전도성 결착층을 형성하는데 공정상 유리하다.
또, 상기 전도성 결착층의 형성시 전도성 물질로서 아철산염과 같은 자성 물질을 사용하거나, 또는 부착용 재료로서 점착제를 사용할 경우 필요에 따라 다시 분리할 수 있는 임시 결착의 형성이 가능하다.
다만, 상기 점착제의 경우 단시간 내에 탈착이 이루어질 경우에는 용이한 탈착이 가능하나, 부착 후 오랜 시간이 지나거나, 강한 압력에 의하여 부착된 경우, 또는 결착 후 열 또는 빛을 받아 점착제의 경화가 진행된 경우에는 탈착이 용이하지 않을 수도 있다. 이 경우, 점착제가 적용된 유연소자와 결합될 또 다른 유연소자의 전도성 결착층에 실리콘 등의 이형제 성분(예를 들면, 부림화학 GR-828 등)에 전기전도성 물질을 혼합하여 제조한 이형층을 적용하는 것이 바람직할 수 있으며, 또 이때 이형제와 동일 함량비로 전도성 물질을 혼합하여 사용하는 것이 점착시 용이한 박리성을 얻을 수 있는 동시에 부착 부위에서의 전류 및 전압 강하를 감소시킬 수 있어 보다 바람직할 수 있다. 이러한 방법은 상대적으로 부착 후 재박리가 일어나지 않는 것을 기준으로 하는 접착제의 경우에도 부분적으로 적용될 수 있다.
한편, 자성물질을 이용하여 임시 결착을 형성하는 경우, 하나의 유연소자에는 자성 물질을 포함한 전기전도층을 구성하고, 또 다른 유연소자에는 금속분말 또는 금속박막을 포함하는 전기전도층을 적용함으로써 자성을 통하여 결착 및 탈착이 가능하도록 하는 것이 바람직할 수 있다.
또, 점착제 또는 접착제가 사용될 경우 연결이 필요한 두 단위 유연소자의 한쪽 집전부에만 전도성 결착층이 형성될 수 있지만, 자성 재료가 사용될 경우에는 결착의 대상이 되는 두 유연소자의 제1 및 제2 집전부 모두에 전도성 결착층이 형성되는 것이 바람직하다.
상기 전도성 결착층은 제1 또는 제2집전부를 덮는 시트 또는 필름의 형태일 수도 있고, 또는 일 부분을 덮는 스트라이프 또는 아일랜드 형태일 수 있으며, 상기 아일랜드 형태일 경우 다이아몬드, 원 등 다양한 형태를 가질 수 있다. 다만, 유연소자, 특히 폴리머 태양전지나 OLED의 경우 단위 셀이 산소 및 수분과 접촉할 경우 치명적인 손상을 받아 수명이 단축될 수 있으므로, 상기 전도성 결착층이 제1 및 제2 집전부가 외부로 노출되는 부분을 가능한 줄이고, 산소 및 수분 투과 방지막의 역할을 할 수 있도록 제1 또는 제2 집전부를 덮는 시트 또는 필름의 형태를 갖는 것이 보다 바람직할 수 있다.
도 2a 내지 도 2c는 각각 본 발명의 다른 일 구현예에 따른 유연소자에서의 다양한 형태로 형성된 전도성 결착층을 나타낸 구조도이다.
도 2a에서와 같은 필름 형태의 전도성 결착층이 제1 및 제2집전부 위에 각각 형성될 경우, 단위 유연소자 간의 직렬 및 병렬 연결이 모두 가능하다.
또, 도 2b에서와 같이 제1 및 제2집전부(30, 40) 위에 가로의 스프라이트 형태로 전도성 결착층이 형성될 수도 있으며, 이 경우, 단위 유연소자의 네 모서리 부분에 형성된 전도성 결착층(50a, 50c, 60a, 60c)를 통해서는 직렬 및 병렬 연결이 모두 가능하고, 제1 및 제2 집전부의 중심 부분에만 형성된 전도성 결착층(50b, 60b)를 통해서는 단위 유연소자간 직렬 연결이 가능하다.
도 2c는 전도성 결착층이 형성되는 가이드 전극을 포함하는 집전부가 'ㅗ'가 형태로 형성되고, 전도성 결착층이 집전부의 돌출부 위에만 형성된 경우이다. 이 경우 전도성 결착층의 위치에 따라 단위유연소자간 직렬 및 병렬 연결이 가능하다.
이와 같이 단위 유연소자간의 연결방법에 따라 전도성 결착층의 위치 및 형태를 적절히 조절하여 형성하는 것이 바람직할 수 있다.
또, 상기 전도성 결착층은 상기 전도성 물질과 부착용 물질을 혼합하여 제조한 전도성 결착층 형성용 조성물을 바 코팅, 롤 코팅, 아니록스 코팅, 스크린 인쇄 등의 방법으로 도포한 후, 경화 또는 건조시킴으로써 형성될 수 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 유연소자는, 기판 위에 단위 셀을 형성하는 단계; 그리고 상기 기판 위 단위 셀의 양측 말단에 위치하는 제1 및 제2집전부 중 적어도 어느 하나의 집전부 위에 전도성 결착층을 형성하는 단계를 포함하는 제조방법에 의해 제조될 수 있다.
구체적으로는, 단계 1은 기판 위에 유연소자의 단위 셀을 형성하는 단계이다.
상기 기판 및 유연소자의 단위 셀은 앞서 설명한 바와 동일하며, 기판 위 단위셀의 형성 방법 또한 통상의 단위 셀 형성 방법에 따라 실시될 수 있다. 또한 상기 단위 셀은 1개 이상 형성될 수 있다.
단계 2는 전도성 결착층을 형성하는 단계이다.
상세하게는 상기 기판 위에 형성된 최외각 단위 셀의 제1 및 제2 전극으로부터 각각 연장되어 노출된 제1 및 제2 집전부 위에 전도성 결착층을 형성한다.
이때 상기 유연소자가 단위 셀 위에 산소 및 수분 투과 방지막을 더 포함하는 구조를 가질 경우, 상기 전도성 결착층 형성에 앞서 단위 셀 위에 산소 및 수분 투과 방지막을 형성하는 공정을 더 실시할 수 있다.
상세하게는, 상기 기판 위에 형성된 최외각 단위 셀의 제1 및 제2 전극으로부터 각각 연장되어 노출된 제1 및 제2 집전부 위에 이형필름을 형성하고, 상기 단위 셀과 이형필름이 형성된 제1 및 제2집전부를 덮도록 산소 및 수분 투과 방지막을 형성한다.
이때 상기 이형필름은 제1 및 제2집전부에 대해 적절한 점착성 및 이형성을 나타내는 것이라면 특별한 제한없이 사용가능하다. 구체적으로는 실리콘 필름 또는 실리콘이 코팅된 고분자 필름 등이 사용될 수 있다. 이와 같이 제1 및 제2집전부에 이형필름을 형성할 경우, 유연 기판과 산소 및 수분 투과 방지막의 접합시 제1 및 제2집전부 부위에서는 접합이 이루어지지 않으며, 이후 단위 유연소자로 절단할 때 접합되지 않은 산소 및 수분 투과 방지막 부분은 제거하여 제1 및 제2 집전부가 외부로 노출될 수 있도록 한다.
또, 상기 산소 및 수분 투과 방지막은 통상 유연소자에 있어서 단위 셀에 대해 산소 및 수분 투과 방지를 위해 사용되는 것이라면 특별한 한정없이 사용될 수 있다. 그 형성방법은 앞서 설명한 바와 동일하다.
이어서, 상기 제1 및 제2 집전부 중 적어도 하나의 집전부만이 노출되도록 단위 셀을 산소 및 수분 투과 방지막 위를 마스킹 테이프 등으로 가린 후, 전도성 결착층 형성용 조성물을 도포하고 경화 또는 건조함으로써 전도성 결착층을 형성시킬 수 있다.
상기와 같은 방법에 의해 제조된 유연소자는 제1 및 제2 집전부 중 적어도 어느 하나의 집전부 위에 형성된 전도성 결착층을 통해 단위 유연소자간 결착을 용이하게 실시할 수 있다. 이에 따라, 단위 유연소자의 표준화를 통해 생산 효율성을 증가시킬 수 있고, 유연소자가 이용되는 각종 전자기기의 스펙에 따라 전극 패턴, 슬롯다이 심, 또는 금속 전극용 스크린 제판을 다시 제작해야 하는 번거로움 없이, 적용되는 부위 또는 면적에 따라 다양한 전압 및 전류를 갖는 유연소자 모듈의 부착 또는 적용이 가능하다. 또, 탈착이 용이하여 특정 유연소자가 작동하지 않거나 성능이 저하된 경우 용이한 교체가 가능하며, 결착 부위가 유연소자의 다른 부분과 상대적으로 두께의 편차가 작다. 따라서, 어플리케이션에 따라 제작가능한 모듈의 형태나 디자인에 대한 제약이 낮아 다양한 분야에의 응용이 가능하다.
또, 본 발명의 다른 일 구현예에 따르면 상기와 같은 유연소자가 전도성 결착층을 통해 2개 이상 연결된 유연소자 모듈을 제공한다.
상기 유연소자 간의 연결은 기준이 되는 유연소자에 대해 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
이때, 전기적 특성에 따라 단위 유기 소자를 직렬로 연결할 경우 전압이 증가하게 되며, 증가 정도는 연결한 단위 유기 소자의 개수에 따라 증가하며, 이 때 전류는 유지된다. 또, 단위 유기 소자를 병렬로 연결할 경우 전류가 증가하게 되며, 증가하는 정도는 연결하는 단위 유기 소자의 개수에 따라 증가되고, 이때 전압은 유지된다.
도 3은 유연소자 모듈의 일예로서 단위 태양전지가 다양한 방법으로 결착된 태양전지 모듈의 구조를 개략적으로 나타낸 구조도로서, a는 직렬연결구조, b는 병렬연결구조, c는 직병렬 혼합 연결구조이다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 전도성 결착층을 이용한 유연소자의 결착방법이 제공된다.
상기 유연소자 및 전도성 결착층은 앞서 설명한 바와 동일하다.
상기 유연소자의 결착방법은 영구 결착이거나, 또는 필요에 따라 탈착이 가능한 임시 결착이 가능하다.
상기와 같은 결착 방법에 의해 다양한 크기의 유연소자 모듈을 제작할 수 있고, 또 단위 유연소자의 결착을 위하여 코팅 방식이 적용된 전기전도층을 가지는 결착 부위를 제공함으로써 결착이 필요할 경우 압력을 주어 붙이는 간단한 공정 만으로 결착이 가능하며, 또, 점착제 또는 자성 재료를 이용할 경우 탈착 또한 용이하여 전체 유연소자 모듈에서 특정한 단위 유연소자가 정상적으로 작동하지 않을 경우 교체가 용이하다,
상기 유연소자의 결착방법은 로직 IC(Integrated Circuit), CPU(Central Processing Unit), 메모리, DSP(Digital Signal Processor), 센서, 엑츄에이터(actuator), 통신용 소자, 그리고 반도체 박막을 포함하는 적어도 하나의 반도체 소자 예를 들어, 유기 발광 다이오드, 유기 전계 트랜지스터, 무기 박막 트랜지스터, 유기 또는 무기 태양 전지에 적용될 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
[ 참조예 1-1 내지 1-3]
단위 유연소자는 코오롱 인더스트리(주)에서 제작한 폴리머 태양전지를 단위 유연소자로 하였다.
구체적으로는 상기 단위 유연소자는 가로와 세로가 각각 10cm이며, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름을 유연 기판(Flexible substrate)으로 사용하였다.
상기 단위 유연소자의 상면에 대해 롤투롤 공정(Roll to Roll Process)으로 산소와 수분을 차단하는 배리어 필름(Barrier Film)으로 PET 필름을 형성하였다. 이어서 상기 단위 유연소자의 제1 및 제2 가이드 전극에 펀칭을 통해 관통 구멍을 내고, 암 수 구조를 갖는 스냅 단추를 각각 제1 및 제2 가이드 전극의 관통 구멍에 형성한 후, 대응하는 결착구조를 갖는 단위 유연소자와 연결, 결착하였다. 이때 단위 유연소자간의 결착 방법, 결착 방향 및 결착 개수는 하기 표 1에 기재된 바와 같이 실시하였다.
결착된 유연소자 모듈에 대해 Solar Simulator (Newport사 Oriel Sol3A Class AAA Solar Simulator 사제)를 이용하여 전류 및 전압을 각각 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
참조예 결착 방법 결착 방향 단위 유연소자의 개수 측정 전류 측정 전압
참조예 1-1 - - 1 70mA 8.0V
참조예 1-2 스냅 단추 - 1 69mA 8.0V
참조예 1-3 스냅 단추 직렬 2 68mA 15.7V
참조예 1-4 스냅 단추 병렬 2 138mA 7.9V
도 4a는 상기 참조예 1-3에서의 스냅 단추를 이용하여 결착부가 형성된 폴리머 태양전지를 관찰한 사진이고, 도 4b는 도 4a에서의 폴리머 태양전지 2개를 스냅 단추를 통해 병렬 연결시킨 폴리머 태양전지 모듈을 관찰한 사진이다. 도 4a 및 도 4b에서, 검은색 부분이 각각 단위 셀에 해당한다.
[ 실시예 1-1 내지 1-15]
빛을 흡수하여 전기에너지를 발생시키는 유기 활성 물질들을 포함하며, 단위 유연소자의 배리어 특성이 필요한 각각의 셀(cell) 부분을 제외한, 제1 및 제2가이드 전극부에 대해 실리콘이 코팅된 이형 필름을 붙여 둔다. 상기 단위 유연소자의 상면에 대해 롤투롤 공정으로 산소와 수분을 차단하는 PET 배리어 필름을 형성하였다. 이어서 단위 유연소자로 절단하고, 접합되지 않은 배리어 필름 부분은 제거하여 제1 및 제2 가이드 전극이 외부로 노출되도록 한다.
이어서 가이드 전극 부분을 제외한 나머지 부분은 마스킹 테이프로 가린 후, 노출된 부분에 대해, UV경화형 접착제(부림 화학 BRP-UV-1000 시리즈, 고형분 함량 40중량%) 100중량부에 대하여, 은(Ag), 니켈(Ni), 구리(Cu), 납(Pb), 알루미늄(Al)의 금속 분말(이상 KLK 사제)를 각각 20중량부씩 혼합하여 제조한 전도층 접착층 형성용 조성물을 각각 바 코팅(Mayer Bar # 18이용)한 후, UV 경화기를 이용하여 건조하여 전도성 접착층을 형성하였다. 마스킹 테이프를 제거한 후, 전도성 접착층이 형성된 단위 유연소자를 하기 표 2에 제시된 결착 방법, 결착 방향 및 결착 개수대로 결착하였다.
결착을 통해 제조한 유연소자 모듈에 대해 상기 참조예에서와 동일한 방법으로 실시하여 전류 및 전압을 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
실시예 결착 방법 결착 방향 단위 유연소자의 개수 측정 전류 측정 전압
실시예 1-1 은, 접착제 - 1 68mA 7.9V
실시예 1-2 은, 접착제 직렬 2 67mA 15.8V
실시예 1-3 은, 접착제 병렬 2 135mA 7.9V
실시예 1-4 니켈, 접착제 - 1 67mA 7.8V
실시예 1-5 니켈, 접착제 직렬 2 67mA 15.5V
실시예 1-6 니켈, 접착제 병렬 2 132mA 7.8V
실시예 1-7 구리, 접착제 - 1 69mA 7.9V
실시예 1-8 구리, 접착제 직렬 2 69mA 15.6V
실시예 1-9 구리, 접착제 병렬 2 137mA 7.8V
실시예 1-10 납, 접착제 - 1 67mA 7.8V
실시예 1-11 납, 접착제 직렬 2 66mA 15.5V
실시예 1-12 납, 접착제 병렬 2 132mA 7.8V
실시예 1-13 알루미늄, 접착제 - 1 69mA 7.9V
실시예 1-14 알루미늄, 접착제 직렬 2 67mA 15.7V
실시예 1-15 알루미늄,접착제 병렬 2 133mA 7.9V
결착부로서 100%의 금속으로 이루어진 스냅 단추를 결착부로 사용한 참조예와 비교하여, 접착제를 사용한 실시예 1-1 내지 1-15가 더 낮은 전류 및 와 전압을 나타낼 것으로 예상되었으나, 또, 상기 표 2에 나타난 바와 같이 스냅 단추를 이용한 참조예와 동등 수준의 전류 및 전압 특성을 나타내었다. 또, 실시예 1-1 내지 1-15는 접착층간의 거리가 가까워 저항이 낮아짐으로써 스냅 단추와 스냅 단추간의 연결 부위에서의 고저항 발생이 없었다.
[ 실시예 2-1 내지 2-15]
빛을 흡수하여 전기에너지를 발생시키는 유기 활성 물질들을 포함하며, 단위 유연소자의 배리어 특성이 필요한 각각의 셀 부분을 제외한, 제1 및 제2가이드 전극부에 대해 실리콘이 코팅된 이형 필름을 붙였다. 상기 단위 유연소자의 상면에 대해 롤투롤 공정으로 산소와 수분을 차단하는 PET 배리어 필름을 형성하였다. 이어서 단위 유연소자로 절단하고, 접합되지 않은 배리어 필름 부분은 제거하여 제1 및 제2 가이드 전극이 외부로 노출되도록 한다.
이어서 가이드 전극 부분을 제외한 나머지 부분은 마스킹 테이프로 가린 후, 노출된 부분에 대해, 수용성 점착제(부림 화학 BAW-700 시리즈, 고형분 함량=50중량%) 100중량부에 대하여 은(Ag), 니켈(Ni), 구리(Cu), 납(Pb), 알루미늄(Al)의 금속 분말(이상 KLK 사제)를 각각 20중량부씩 혼합하여 제조한 전도층 접착층 형성용 조성물을 각각 바 코팅(Mayer Bar # 18이용)한 후, 85℃ 오븐에서 10분간 건조하여 전도성 접착층을 형성하였다. 마스킹 테이프를 제거한 후, 전도성 접착층이 형성된 단위 유연소자를 하기 표 3에 제시된 결착 방법, 결착 방향 및 결착 개수대로 결착하였다.
결착을 통해 제조한 유연소자 모듈에 대해 상기 참조예에서와 동일한 방법으로 실시하여 전류 및 전압을 측정하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
실시예 결착 방법 결착 방향 단위 유연소자의 개수 측정 전류 측정 전압
실시예 2-1 은, 점착제 - 1 68mA 8.0V
실시예 2-2 은, 점착제 직렬 2 68mA 15.8V
실시예 2-3 은, 점착제 병렬 2 135mA 7.9V
실시예 2-4 니켈, 점착제 - 1 68mA 7.8V
실시예 2-5 니켈, 점착제 직렬 2 67mA 15.6V
실시예 2-6 니켈, 점착제 병렬 2 133mA 7.8V
실시예 2-7 구리, 점착제 - 1 69mA 7.9V
실시예 2-8 구리, 점착제 직렬 2 69mA 15.6V
실시예 2-9 구리, 점착제 병렬 2 138mA 7.8V
실시예 2-10 납, 점착제 - 1 67mA 7.8V
실시예 2-11 납, 점착제 직렬 2 66mA 15.5V
실시예 2-12 납, 점착제 병렬 2 132mA 7.8V
실시예 2-13 알루미늄, 점착제 - 1 69mA 7.9V
실시예 2-14 알루미늄,
점착제		 직렬 2 68mA 15.8V
실시예 2-15 알루미늄,
점착제		 병렬 2 133mA 7.9V
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 점착제를 사용하여 결착을 형성한 경우 참조예 1과 동등한 수준의 전류 및 전압 특성을 나타내었다.
[ 실시예 3-1 내지 3-9]
상기 실시예 1-1에서 금속 분말 대신에 인듐 주석 산화물 (ITO, Indum Tin Oxide), 안티몬 주석 산화물 (ATO, Antimony Tin Oxide), 알루미늄 산화물 (Alumina, Al₂O₃)의 금속 산화물 (이상 KLK 제품)을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1에서와 동일한 방법으로 실시하여 전도성 접착층을 포함하는 단위 유연소자를 제조하고, 하기 표 4에 제시된 결착 방법, 결착 방향 및 결착 개수대로 결착하였다.
실시예 결착 방법 결착 방향 단위 유연소자의 개수 측정 전류 측정 전압
실시예 3-1 ITO, 접착제 - 1 67mA 7.7V
실시예 3-2 ITO, 접착제 직렬 2 66mA 15.3V
실시예 3-3 ITO, 접착제 병렬 2 131mA 7.6V
실시예 3-4 ATO, 접착제 - 1 66mA 7.6V
실시예 3-5 ATO, 접착제 직렬 2 66mA 15.1V
실시예 3-6 ATO, 접착제 병렬 2 130mA 7.5V
실시예 3-7 Al₂O₃, 접착제 - 1 64mA 7.5V
실시예 3-8 Al₂O₃, 접착제 직렬 2 64mA 15.0V
실시예 3-9 Al₂O₃, 접착제 병렬 2 127mA 7.4V
상기 표 4에 나타난 바와 같이 금속 산화물을 적용한 전기전도층을 사용한 결착 방법은, 금속에 비하여 상대적으로 낮은 전기전도성을 갖는 금속 산화물 특성으로 인하여 금속 분말을 이용한 실시예 1-1 내지 1-15에 비해서는 상대적으로 전류와 전압의 강하가 나타냈지만, 결착부로서 충분히 우수한 전류 및 전압 특성을 나타내었다.
[ 실시예 4-1 내지 4-9]
상기 실시예 1-1에서 금속 분말 대신에 카본 블랙 (Unipetrol사의 AC90), 카본나노튜브(KLK사제), 또는 그래핀(Graphene, KLK사제)을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1에서와 동일한 방법으로 실시하여 전도성 접착층을 포함하는 단위 유연소자를 제조하고, 하기 표 5에 제시된 결착 방법, 결착 방향 및 결착 개수대로 결착하였다.
실시예 결착 방법 결착 방향 단위 유연소자의 개수 측정 전류 측정 전압
실시예 4-1 카본블랙, 접착제 - 1 69mA 7.9V
실시예 4-2 카본블랙, 접착제 직렬 2 69mA 15.6V
실시예 4-3 카본블랙, 접착제 병렬 2 137mA 7.8V
실시예 4-4 CNT, 접착제 - 1 68mA 7.8V
실시예 4-5 CNT, 접착제 직렬 2 68mA 15.6V
실시예 4-6 CNT, 접착제 병렬 2 135mA 7.8V
실시예 4-7 그래핀, 접착제 - 1 68mA 8.0V
실시예 4-8 그래핀, 접착제 직렬 2 67mA 15.6V
실시예 4-9 그래핀, 접착제 병렬 2 133mA 7.8V
상기 표 5에 나타난 바와 같이, 전기전도성이 우수한 탄소 구조물을 적용할 경우에도 우수한 전류 및 전압특성을 나타내었다.
도 5a는 상기 실시예 4-2에서 전기전도성 소재로서 카본블랙을 이용하여 형성한 전도성 결착층을 포함하는 폴리머 태양전지 모듈을 관찰한 사진이고, 도 5b는 도 5a에서의 폴리머 태양전지 2개를 카본블랙을 포함하는 전도성 결착층을 이용하여 직렬 연결시킨 폴리머 태양전지 모듈을 관찰한 사진이다.
도 5a 및 도 5b에서, 상단 및 하단의 은색 줄무늬 부분이 제1 또는 제2 집전부에 해당하고, 검은색 부분이 각각 단위 셀에 해당한다.
[ 실시예 5-1 내지 5-3] 전도성 고분자 평가
상기 실시예 2-1에서 수용성 PEDOT:PSS용액 (디토테크놀로지사제) 100중량부에 대하여 수용성 점착제(부림 화학 BAW-700 시리즈) 40중량부를 혼합하여 제조한 전도성 접착층 형성용 조성물을 바 코팅(Mayer Bar # 12이용)하여 전도성 접착층을 형성하는 것을 제외하고는 상기 실시예 2-1에서와 동일한 방법으로 실시하여 단위 유기 소자를 제조하였다. 이어서, 제조한 단위 유기 소자를 하기 표 6에 제시된 결착 방법, 결착 방향 및 결착 개수대로 결착하였다.
실시예 결착 방법 결착 방향 단위 유연소자의 개수 측정 전류 측정 전압
실시예 5-1 PEDOT:PSS, 접착제 - 1 64mA 7.3V
실시예 5-2 PEDOT:PSS, 접착제 직렬 2 62mA 14.2V
실시예 5-3 PEDOT:PSS, 접착제 병렬 2 121mA 7.1V
상기 표 6에 나타난 바와 같이, 전도성 고분자를 적용한 전기전도층을 결착부로 사용한 실시예 5-1 내지 5-3은 접착제와의 혼합 과정에서 도프된 PEDOT의 분자 구조 형태가 변화 등의 이유로 인해, 결착부로 스냅단추를 이용한 참조예 및 금속분말을 사용한 실시예 1-1 내지 1~15에 비해 전류 및 전압 강하가 확인되었지만, 결착부 형성시 충분한 전류 및 전압 특성의 수준이었다.
[ 실시예 6-1 내지 6-3] 자석을 이용한 결착
상기 실시예 1-1에서 금속 분말 대신에 아철산염(페라이트(Ferrite), 씨에이디사제)을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1에서와 동일한 방법으로 실시하여 단위 유기소자를 제조하였다.
제조한 단위 유기 소자를 하기 표 7에 제시된 결착 방법, 결착 방향 및 결착 개수대로 결착하였다.
실시예 결착 방법 결착 방향 단위 유연소자의 개수 측정 전류 측정 전압
실시예 6-1 아철산염, 접착제 - 1 66mA 7.8V
실시예 6-2 아철산염, 접착제 직렬 2 66mA 15.5V
실시예 6-3 아철산염, 접착제 병렬 2 131mA 7.8V
아철산염을 이용한 전도성 접착층을 포함하는 실시예 6-1 내지 6-3은 참조예 및 실시예들과 동등 수준의 전압 및 전류 특성을 나타내었다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100: 태양전지
10: 기판
20: 단위 셀
21, 21', 21": 제1전극
22, 22', 22": 제2전극층
23, 23', 23": 활성층
30: 제1 집전부
40: 제2집전부
50, 60: 전도성 결착층
200, 300, 400: 태양전지 모듈

Claims (14)

  1. 기판,
    상기 기판 위에 위치하며, 전기에너지를 발생시키는 단위 셀, 그리고
    상기 기판 위 단위 셀의 외측면에 위치하는 제1 및 제2 집전부를 포함하되,
    상기 단위 셀은, 상기 기판 위에 서로 대향 배치되는 제1 및 제2 전극, 그리고 상기 제1 및 제2 전극 사이에 위치하는 활성층을 포함하고,
    상기 제1 집전부는, 상기 제1 전극의 외측면에 부착되어 연장된 가이드 전극이고, 상기 제2 집전부는 상기 제2 전극의 외측면에 부착되어 연장된 가이드 전극이며,
    상기 제1 및 제2 집전부 중 적어도 어느 하나의 집전부는, 상기 제1 및 제2 집전부 중 적어도 어느 하나의 집전부의 위에 위치하는 전도성 결착층을 구비하고, 상기 전도성 결착층은 전도성 물질과, 접착제 및 점착제 중 어느 하나의 부착용 물질을 포함하는 것인 유연소자.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 결착층이 필름, 스프라이트 및 아일랜드로 이루어진 군에서 선택되는 형태를 갖는 것인 유연소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 물질이 금속분말, 탄소계 물질, 금속산화물, 전도성 고분자 및 그 유도체, 자성물질 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 것인 유연소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 부착용 물질은 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 페놀계 수지, 비닐 수지, 폴리이미드, 폴리벤즈이미다졸, 실리콘계 수지, 우레탄계 수지, 멜라민 요소 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 유연소자.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유연소자는 단위 셀 위에 산소 및 수분 투과 방지층을 더 포함하며, 상기 제1 및 제2집전부는 상기 산소 및 수분 투과 방지층으로부터 노출된 것인 유연소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 금속 박막, 무기 박막, 고분자 필름, 섬유 기재, 및 유리섬유와 고분자의 복합재로 이루어진 군에서 선택되는 유연성 기판인 것인 유연소자.
  10. 제1항에 따른 유연소자를 2개 이상 포함하며,
    상기 유연소자들은 전도성 결착층을 통해 전기적으로 결착된 것인 유연소자 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 유연소자는 제1 및 제2 집전부 위에 각각 전도성 결착층을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 집전부 위에 형성된 전도성 결착층 중 어느 하나는 자성물질을 포함하고, 나머지 하나의 전도성 결착층은 금속분말 또는 금속박막의 전도성 물질을 포함하는 것인 유연소자 모듈.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 유연소자는 제1 및 제2 집전부 위에 각각 전도성 결착층을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 집전부 위에 형성된 전도성 결착층 중 어느 하나는 전도성 물질과 함께 접착제 또는 점착제를 포함하는 부착용 물질을 포함하고, 나머지 하나의 전도성 결착층은 전도성 물질 및 이형제를 포함하는 것인 유연소자 모듈.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 유연소자들이 직렬 또는 병렬로 결착된 것인 유연소자 모듈.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 유연소자 간의 결착이 탈착가능한 임시 결착인 것인 유연소자 모듈.
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