KR102085484B1 - Method for manufacturing stretchable device with 3D structure - Google Patents

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KR102085484B1
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Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing a stretchable device having a 3D structure. The method for manufacturing a stretchable device having a 3D structure includes the steps of: coating polymethyl methacrylate (PMMA) on a glass substrate and then coating a prepared echoplex on a surface of the PMMA; attaching a plurality of solar cells to come in close contact with each other on a surface of the echoplex; shrinking the echoplex after connecting, in series and parallel, a 2D structured stretchable electrode manufactured to be formed of a wave-type or loop-type metal wire to an electrode hole formed in the solar cell in a state in which the echoplex attached to the solar cells is held and stretched by a hand; and covering the solar cell and the 2D structured stretchable electrode with the echoplex to protect the solar cell and the 2D structured stretchable electrode. When the method is implemented, the 3D structured stretchable solar cell device is provided, and excellent performance is maintained without short-circuit and breaking of wire even after repeated stretching cycles due to elasticity of the electrode.

Description

3D 구조를 갖는 스트레처블 디바이스 제조 방법{Method for manufacturing stretchable device with 3D structure}Method for manufacturing stretchable device with 3D structure

본 발명은 스트레처블 디바이스 제조 방법에 관한 것으로, 특히 제조된 2D 구조의 스트레처블 전극(Stretchable Electrode)을 태양전지(Solar Cell) 다수 개와 직ㆍ병렬로 연결시켜 Eco-flex로 도포함으로써, 신축성을 갖도록 한 3D 구조를 갖는 스트레처블 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a stretchable device, in particular, a stretchable electrode (Stretchable Electrode) of a 2D structure manufactured by directly and in parallel with a plurality of solar cells (Solar Cell) connected in parallel and applied by Eco-flex, stretchable It relates to a method for manufacturing a stretchable device having a 3D structure to have a.

최근, 디스플레이(Display) 분야에서 차세대 기술로 주목 받고 있는 플렉시블 전자소자(Flexible Electronic Device)와 더불어 유기태양전지(Organic Photovoltaic, OPV) 등의 다양한 반도체 기술에 접목이 가능한 스트레처블 전자소자(Stretchable Electronic Device)에 대한 필요성과 함께 이 분야의 연구가 활발히 진행되고 있다.In recent years, stretchable electronic devices that can be applied to various semiconductor technologies such as organic photovoltaic (OPV) as well as flexible electronic devices, which are attracting attention as a next-generation technology in the display field, are stretchable electronic devices. Device) has been actively researched in this field.

플렉시블 전자소자는 전체 길이는 그대로 유지하면서 플라스틱과 같이 휘어지는 기판에 전자소자를 실장하여 구부리거나 접을 수 있는 전자회로나 디바이스를 구현하는 기술인 반면, 스트레처블 전자소자는 반도체 소자를 지지하기 위한 기판으로서 휘어질 뿐 아니라 길이가 늘어나는 신축성을 갖기 때문에 전자기기의 새로운 적용분야를 가능하게 하는 기술이다.A flexible electronic device is a technology that implements an electronic circuit or device that can bend or fold by mounting an electronic device on a curved substrate such as plastic while maintaining the overall length, while a stretchable electronic device is a substrate for supporting a semiconductor device. It is a technology that enables new application fields of electronic devices because it not only bends, but also has an elasticity that increases in length.

일예로, 유기태양전지(Organic Photovoltaic, OPV)는 스트레처블 전자소자를 응용한 친환경 유기물을 사용하는 태양전지이다. OPV는 광전 변환 물질을 나노 입자로 만들어 플라스틱이나 금속 기판 따위에 프린팅이 가능하여, 종래의 실리콘계 태양전지나 박막 태양전지에 비해 가공이 쉽고 재료가 다양하여 경제성이 좋다. 또한 유연한 신축성으로 전통적인 반도체부품인 평면으로서 단단하고 취성이 있는 반도체 웨이퍼를 사용하는 플랫폼에 기인하는 디자인적인 구속을 극복할 수 있는 장점이 있다.As an example, an organic solar cell (Organic Photovoltaic, OPV) is a solar cell using an environmentally friendly organic material applied to a stretchable electronic device. OPV is made of nano-particles of photoelectric conversion material and can be printed on plastic or metal substrates, so it is easy to process and has various materials and economical efficiency compared to conventional silicon-based solar cells or thin-film solar cells. In addition, it has the advantage of being able to overcome design constraints due to a platform using a rigid and brittle semiconductor wafer as a flat surface that is a traditional semiconductor component with flexible elasticity.

이와 같은 스트레처블 전자소자는 스트레처블 기판(Stretchable Substrate) 부문의 기술은 상당히 발전한 반면, 스트레처블 기판을 연결 접속시키는 전극 부문의 기술은 아직도 미흡한 단계이다.In the stretchable electronic device, the technology of the stretchable substrate section has been significantly developed, while the technology of the electrode section for connecting and connecting the stretchable substrate is still insufficient.

한편, 대한민국 공개특허공보(A) 제10-2015-0112288호(2015.10.07)의 스트레처블 소자와 그 제조방법 및 스트레처블 소자를 포함하는 전자장치에 의하면, “제1 및 제2 전극(E10, E20)은, CNT(Carbon Nanotube), 금속 나노와이어(Metal Nanowire) 및 그래핀(Graphene) 중 적어도 하나를 포함할 수 있는 네트워크 구조(Network Structure)로 구성되고, 게이트전극(G10)은 EGaIn(Eutectic Gallium-indium) 등의 늘어날 수 있는 도전성 물질인 액체 금속(liquid metal) 등으로 형성함으로써, 소자(100A)가 소정 방향으로 늘어나더라도 제1 및 제2 전극 및 게이트 전극은 인장 변형에 대해 유연하게 대처할 수 있고, 본래의 기능을 유지할 수 있다.” 라고 개시되어 있다(도 1의 (가)항 참조).On the other hand, according to the Republic of Korea Patent Publication (A) No. 10-2015-0112288 (2015.10.07) stretchable element and its manufacturing method and an electronic device including the stretchable element, "First and second electrodes (E10, E20), CNT (Carbon Nanotube), a metal nanowire (Metal Nanowire) and a graphene (Graphene) may include at least one of a network structure (Network Structure) that may include, the gate electrode (G10) is The first and second electrodes and the gate electrode are subjected to tensile strain even when the device 100A is stretched in a predetermined direction by forming a liquid metal, which is a stretchable conductive material such as EGaIn (Eutectic Gallium-indium). You can respond flexibly and maintain your original function. ” Is disclosed (refer to (a) of FIG. 1).

그러나 위 특허기술의 네트워크 구조의 전극은, 소정 방향으로 늘어날 경우 인장 변형에 따른 유연성은 갖으나, 디바이스를 소정의 방향으로 늘리거나 접었다가 펴는 반복적인 스트레칭 사이클(Stretching Cycle)에 의해 전극간의 단락(Short-circuit)될 우려가 있으므로 고도의 절연 기술이 요구된다.However, the electrode of the network structure of the above patented technology has flexibility according to tensile deformation when stretched in a predetermined direction, but a short circuit between electrodes is caused by repeated stretching cycles of stretching or folding and stretching the device in a predetermined direction ( Since it may be short-circuited, a high level of insulation technology is required.

또한, 대한민국 공개특허공보(A) 제10-2018-0127124호(2018.11.28)의 스트레처블 전자소자 및 그의 제조 방법에 의하면, “전극(350)은 게이트 도전막을 증착하고, 게이트 도전막 상에 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 게이트 도전막을 선택적으로 식각(패터닝)함으로써 형성될 수 있고, 패시베이션(Passivation, 390)층을 형성시켜 전극을 보호한다.” 라고 개시되어 있다(도 1의 (나)항 참조).In addition, according to the stretchable electronic device of the Republic of Korea Patent Publication (A) No. 10-2018-0127124 (2018.11.28) and its manufacturing method, “The electrode 350 deposits a gate conductive film, and After forming a photoresist pattern on it, it can be formed by selectively etching (patterning) the gate conductive film using the photoresist pattern as a mask, and a passivation layer 390 is formed to protect the electrode. ” It is disclosed (see (B) of FIG. 1).

그러나 위 특허기술은 포토레지스트 패턴을 갖는 전극 상에 패시베이션(Passivation, 390)층을 형성시킴으로써, 전극의 부식을 방지하고 보호할 수는 있지만, 디바이스를 소정의 방향으로 늘리거나 접었다가 펴는 반복적인 스트레칭 사이클(Stretching Cycle)에 의해 패턴 전극이 단선(Breaking of Wire)될 수 있는 문제점이 여전히 남아 있다.However, the above patented technology can prevent and protect the corrosion of the electrode by forming a passivation (390) layer on the electrode having the photoresist pattern, but repeat stretching to stretch or fold the device in a predetermined direction. There is still a problem that the pattern electrode may be broken by a stretching cycle.

본 발명의 목적은 종래 기술의 문제점을 해소하며, 웨이브 타입(Wave Type) 혹은 루프 타입(Loop Type)의 금속 와이어로 성형 가능하도록 제조된 2D 구조의 스트레처블 전극(Stretchable Electrode)을 태양전지(Solar Cell) 다수 개와 직ㆍ병렬로 연결시켜 Eco-flex로 도포함으로써, 3D 구조의 스트레처블 디바이스 제공은 물론, 전극의 신축성으로 반복적인 스트레칭 사이클(Stretching Cycle) 이후에도 단락(Short-circuit) 및 단선(Breaking of Wire) 없이 우수한 성능을 유지할 수 있도록 한 3D 구조를 갖는 스트레처블 디바이스 제조 방법을 제공한다.The object of the present invention is to solve the problems of the prior art, a wave type (Wave Type) or a loop type (Loop Type) of the 2D structured stretchable electrode (Stretchable Electrode) manufactured to be formed of a metal wire (solar cell Solar Cell) By connecting with multiple dogs directly and in parallel and applying with Eco-flex, the 3D structure of the stretchable device is provided, and the elasticity of the electrode short-circuits and disconnects even after repeated stretching cycles. It provides a method for manufacturing a stretchable device having a 3D structure so that it can maintain excellent performance without (Breaking of Wire).

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 유리 기판(Glass Substrate,100) 위에 폴리디메틸실록산(PDMS) 용액과 경화제를 10:1 비율로 혼합시켜 발생되는 버블(Bubble)은 진공펌프(Vacuum Pump)로 제거한 후, 스핀코터(Spin Coater)로 1000rpm ~ 3000rpm, 30sec 동안 스핀 코팅시켜 180℃의 핫플레이트에서 90sec 동안 양성시킨 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate,PMMA,700)의 표면에 에코플렉스(Eco-flex,800)를 코팅하는 단계와; 상기 에코플렉스의 표면에 태양전지(Solar Cell,900) 다수 개를 나란하게 밀착 배치하여 부착시키는 단계와; 상기 태양전지가 부착된 상기 에코플렉스(Eco-flex,800)를 외력을 가해 늘린 상태에서 웨이브 타입(Wave Type) 혹은 루프 타입(Loop Type)의 금속 와이어로 성형 가능하도록 제조된 2D 구조의 스트레처블 전극(600)을 상기 태양전지에 형성된 전극 홀과 직ㆍ병렬로 연결시킨 후 상기 에코플렉스를 수축시키는 단계와; 상기 태양전지와 2D 구조의 스트레처블 전극을 보호하기 위해 상기 에코플렉스(Eco-flex,800)로 덮어주는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 3D 구조를 갖는 스트레처블 디바이스 제조 방법을 제공한다.According to a feature of the present invention for achieving the above object, a bubble generated by mixing a polydimethylsiloxane (PDMS) solution and a curing agent in a ratio of 10: 1 on a glass substrate (Glass Substrate, 100) is a vacuum pump ( Vacuum Pump), then spin coated with a spin coater for 1000 sec to 3000 rpm for 30 sec, and then echo-coated on the surface of polymethylmethacrylate (PMMA, 700), which was nurtured for 90 sec on a hot plate at 180 ° C. Coating (Eco-flex, 800); Attaching a plurality of solar cells (Solar Cell, 900) in close contact with each other on the surface of the eco-flex; The 2D structured strain manufactured to be formed into a wave-type or loop-type metal wire while the eco-flex 800 attached to the solar cell is increased by applying an external force. Contracting the echoplex after connecting the chubble electrode 600 to the electrode hole formed in the solar cell in series or parallel; Provided is a method for manufacturing a stretchable device having a 3D structure, comprising the step of covering the solar cell and a 2D structured stretchable electrode with the Eco-flex (800).

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 2D 구조의 스트레처블 전극(600)은, 루프 타입(Loop Type)으로도 성형 가공될 수 있으며, 상기 전극은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu) 중에서 적어도 어느 하나가 선택되는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the stretchable electrode 600 of the 2D structure can be molded into a loop type, and the electrode is molybdenum (Mo), aluminum (Al), It is characterized in that at least one of chromium (Cr), gold (Au), titanium (Ti), nickel (Ni), neodymium (Nd), and copper (Cu) is selected.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 2D 구조의 스트레처블 전극(600)은, 유리 기판(100) 위에 폴리디메틸실록산(PDMS, 200)을 스핀 코팅(Spin Coating)하는 제1 단계와, 상기 폴리디메틸실록산 위에 폴리이미드(PI,300)를 스핀 코팅하는 제2 단계와, 상기 폴리이미드(PI) 위에 도전성을 감안하여 금(Gold,400)을 300nm로 도포하는 제3 단계와, 상기 폴리이미드(PI) 위에 도포된 금 표면에 감광제(AZ4620,500)를 스핀 코팅 및 패터닝(Pattening) 공정을 실시하는 제4 단계와, 상기 감광제가 스핀 코팅 및 패터닝 된 금 층에는 금 부식액(Gold Etchant)을 이용한 에칭(Etching) 및 패터닝 공정을 실시하는 제5 단계와, 상기 에칭 및 패터닝 공정 후, 아세톤(Acetone)을 이용하여 상기 감광제를 제거하는 제6 단계와, 상기 제2 단계의 폴리이미드(PI) 층에 패터닝된 금을 보호하기 위하여 상기 금 층에 폴리이미드(PI)를 추가로 스핀 코팅하는 제7 단계와, 상기 제7 단계 후, Chromemask의 UV 차단 기능을 이용한 상기 감광제의 패터닝 공정을 실시하는 제8 단계와, 상기 제8 단계 후, 금의 옆면 부분에 O2 플라즈마(Plasma)를 이용한 추가 폴리이미드 에칭 작업을 수행하는 제9 단계와, 상기 제9 단계 작업에 따른 상기 감광제를 아세톤을 이용하여 제거하는 제10 단계와, 상기 제10 단계 후, O2 플라즈마와 패터닝 공정을 이용하여 상기 폴리이미드 층에 전극 연결을 위한 공간을 형성하는 제11 단계와, 상기 제2 단계와 제3 단계 및 제7 단계의 폴리이미드(PI)-금(Gold)-폴리이미드(PI) 박막 층으로 형성된 상기 2D 구조의 스트레처블 전극(600)을 수용성 테이프(Water Soluble Tape)나 열박리형 테이프(Thermal Release Tape)를 이용하여 상기 PDMS와 상기 PI-Gold-PI 박막 층을 분리시키는 제12 단계를 통해 2D 구조의 스트레처블 전극(600)이 제조되는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the stretchable electrode 600 of the 2D structure includes a first step of spin coating polydimethylsiloxane (PDMS, 200) on the glass substrate 100, A second step of spin-coating polyimide (PI, 300) on the polydimethylsiloxane, a third step of applying gold (Gold, 400) at 300 nm in consideration of conductivity on the polyimide (PI), and the polyyi A fourth step of spin coating and patterning the photoresist (AZ4620,500) on the gold surface coated on the mid (PI), and the gold etchant on the gold layer on which the photoresist is spin coated and patterned A fifth step of performing an etching and patterning process, and a sixth step of removing the photoresist using acetone after the etching and patterning process, and the polyimide of the second step (PI ) In order to protect the gold patterned on the layer, a seventh step of spin-coating a polyimide (PI) on the gold layer and a patterning process of the photoresist using the UV blocking function of Chromemask after the seventh step After the eighth step, the eighth step, the ninth step of performing an additional polyimide etching operation using O 2 plasma (Plasma) on the side of the gold, and acetone the photosensitive agent according to the ninth step operation 10th step of removing by using, 11th step of forming a space for electrode connection to the polyimide layer by using an O 2 plasma and a patterning process, and the second and third steps And the 2D structured stretchable electrode 600 formed of the polyimide (PI) -gold-polyimide (PI) thin film layer of the seventh step is a water-soluble tape or a heat-peelable tape ( Thermal Release Tape) is used to separate the PDMS and the PI-Gold-PI thin film layer through a 12th step. The retractable electrode 600 is manufactured.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 제2 단계의 상기 폴리디메틸실록산 위에 폴리이미드를 스핀 코팅하는 방법은, 핫플레이트(Hotplat)를 통해 Cure Process가 실시되되, 1차 110˚C/ 5min, 2차 150˚C/ 10min 동안 실시하며, 3차는 진공상태에서 250˚C/ 90min 동안 실시되는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, in the method of spin-coating a polyimide on the polydimethylsiloxane in the second step, a cure process is performed through a hot plate, first 110 ° C / 5min, The second phase is performed for 150˚C / 10min, and the third phase is performed for 250˚C / 90min under vacuum.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 제4 단계의 패터닝공정은, 2D 구조의 스트레처블 전극(600) 제조에 따른 웨이브 타입(Wave Type) 또는 루프 타입(Loop Type)의 금속 와이어로 성형 가능하도록 패터닝이 실시되는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the patterning process of the fourth step is formed of a metal wire of a wave type or a loop type according to the production of a stretchable electrode 600 having a 2D structure. It is characterized in that the patterning is carried out to be possible.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 제5 단계의 금 부식액(Gold Etchant)을 이용하여 에칭(Etching) 및 패터닝(Pattening) 공정 실시는, 상기 제2 단계의 폴리이미드 층을 유지시키기 위해 패터닝 마스크(Pattening Mask)가 사용되는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the etching and patterning process performed using the gold etchant of the fifth step is patterned to maintain the polyimide layer of the second step It is characterized in that a mask (Pattening Mask) is used.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 제8 단계의 감광제 패터닝 공정 실시는, 스핀코터를 사용하여 1000rpm ~ 3000rpm, 30sec 동안 코팅을 실시한 후, 핫플레이트(Hotplate)에서 110˚C / 90sec, UV Process에서는 10mJ/㎤ 60sec 동안 Cure Process가 실시되는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the photosensitive agent patterning process in the eighth step is performed by coating for 1000 rpm to 3000 rpm, 30 sec using a spin coater, and then 110 ° C / 90 sec, UV on a hot plate In the process, the cure process is performed for 10 mJ / cm 3 60 sec.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 제9 단계의 PI 에칭 작업 추가 수행은, O2 플라즈마를 이용하여 Gold의 옆면 부분의 폴리이미드 스핀 코팅을 실시하되, 상기 O2 플라즈마는 Power 200 W, Pressure 200 mtorr, O2 10 sccm, Time 1200sec 조건으로 수행되는 것을 특징으로 한다.According to a further embodiment of the present invention, PI etching additional tasks in the ninth step, by using the O 2 plasma was carried polyimide spin-coated on the side portion of the Gold, the O 2 plasma Power 200 W, Pressure 200 mtorr, O 2 10 sccm, Time is characterized in that it is performed under 1200sec conditions.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 제11 단계의 O2 플라즈마와 패터닝 공정은, 상기 PI-Gold-PI 박막 층으로 형성된 2D 구조의 스트레처블 전극(600)과 태양전지(900)를 서로 연결시키기 위해서는 상기 태양전지에 상기 2D 구조의 스트레처블 전극을 접속하여 연결시키는 홀(Hole)을 확보하기 위해 O2 플라즈마와 패터닝 공정이 실시되는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the O 2 plasma and the patterning process of the eleventh step include a stretchable electrode 600 and a solar cell 900 having a 2D structure formed of the PI-Gold-PI thin film layer. In order to connect with each other, it is characterized in that the O 2 plasma and the patterning process are performed to secure a hole connecting the 2D structured stretchable electrode to the solar cell.

본 발명의 3D 구조를 갖는 스트레처블 디바이스 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.The method of manufacturing a stretchable device having a 3D structure of the present invention has the following effects.

본 발명은 2D 구조의 스트레처블(Stretchable) 전극을 웨이브 타입(Wave Type) 또는 루프 타입(Loop Type)으로 제조한 후, 다수개의 태양전지(Solar Cell)와 직ㆍ병렬로 연결시켜 Eco-flex로 도포함으로써,The present invention is a 2D structured stretchable (Stretchable) electrode is made of a wave type (Wave Type) or a loop type (Loop Type), and then connected directly and in parallel with a plurality of solar cells (Solar Cell) Eco-flex By applying

(1)본 발명은 종래의 2D 구조의 스트레처블 디바이스와 달리 3D 구조의 스트레처블 디바이스를 제공할 수 있다.(1) The present invention can provide a stretchable device having a 3D structure, unlike a conventional stretchable device having a 2D structure.

(2)본 발명은 웨이브 타입(Wave Type) 혹은 루프 타입(Loop Type)으로 제조된 금속 전극의 신축성으로 인해 디바이스를 소정의 방향으로 늘리거나 접었다가 펼치는 반복적인 스트레칭 사이클(Stretching Cycle) 이후에도 단락(Short-circuit)이나 단선(Breaking of Wire) 없이 우수한 성능을 그대로 유지할 수 있는 효과가 있다.(2) According to the present invention, the device is stretched or folded in a predetermined direction due to the elasticity of a metal electrode made of a wave type or a loop type, and is shorted even after a repetitive stretching cycle. It has the effect of maintaining excellent performance without short-circuit or breaking of wire.

(3)본 발명은 3D 구조를 갖는 스트레처블 디바이스 제조 방법을 제공함으로써, 유기태양전지(OPV)를 비롯한 움직이는 로보틱(Robotic) 장치를 위한 전자 스킨(Electronic Skins) 및 스킨 센서(Skin Sensors), 입을 수 있는(Wearable) 전자장치, 이동통신기기, 생체융합(Bio-integrated) 소자, 롤러블(Rollable) 기기, 디포머블(Deformable) 기기 등의 다양한 반도체 기술에 접목이 가능한 스트레처블 전자소자(Stretchable Electronic Device)를 제작할 수 있는 효과가 있다.(3) The present invention provides a method for manufacturing a stretchable device having a 3D structure, and electronic skins and skin sensors for moving robotic devices including organic solar cells (OPV). Stretchable electronics that can be integrated into various semiconductor technologies such as wearable electronic devices, mobile communication devices, bio-integrated devices, rollable devices, and deformable devices. It has an effect of manufacturing a stretchable electronic device.

도 1의 (가) 및 (나)는 종래기술을 나타낸 도면
도 2 내지 도 10은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 3D 구조를 갖는 스트레처블 디바이스 제조 방법에 대한 2D 구조의 스트레처블 전극 제조 방법을 나타낸 도면
도 11은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 3D 구조를 갖는 스트레처블 디바이스 제조 방법에 대한 제조된 2D 구조의 스트레처블 전극과 태양전지를 Eco-flex에 밀착 배치시키는 모습을 나타낸 도면
도 12는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 3D 구조를 갖는 스트레처블 디바이스 제조 방법에 대한 Eco-flex를 사방으로 팽창된 상태에서 웨이브 혹은 루프 타입의 전극이 연결되는 모습을 나타낸 도면
도 13은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 3D 구조를 갖는 스트레처블 디바이스 제조 방법에 대한 Eco-flex를 수축시킨 모습을 나타낸 도면
도 14는 도 13의 태양전지와 웨이브 혹은 루프 타입의 전극 보호를 위해 Eco-flex로 도포된 3D 구조를 갖는 스트레처블 디바이스가 완성된 모습을 나타낸 도면(A) and (B) of Figure 1 is a view showing a prior art
2 to 10 are views showing a 2D structured stretchable electrode manufacturing method for a 3D structured stretchable device manufacturing method according to a preferred embodiment of the present invention
FIG. 11 is a view showing a state in which a stretched electrode and a solar cell of a 2D structure fabricated for a method for manufacturing a stretchable device having a 3D structure according to a preferred embodiment of the present invention are closely placed on Eco-flex
12 is a view showing a state in which a wave or loop type electrode is connected in a state in which Eco-flex is expanded in all directions for a method for manufacturing a stretchable device having a 3D structure according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a view showing a state in which Eco-flex is contracted for a method for manufacturing a stretchable device having a 3D structure according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a view showing a state in which a stretchable device having a 3D structure coated with Eco-flex is completed to protect the solar cell of FIG. 13 and a wave or loop type electrode.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 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 하며 비록 종래기술과 동일한 부호가 표시되더라도 종래기술은 그 자체로 해석하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, when adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components have the same reference numerals as possible even though they are displayed on different drawings. The prior art should be interpreted by itself. In addition, in describing the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related well-known structures or functions may obscure the subject matter of the present invention, detailed descriptions thereof will be omitted.

도 2 내지 도 14를 참조한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 3D 구조를 갖는 스트레처블 디바이스 제조 방법에 대한 핵심 기술적 구성수단은, 유리 기판(100), 폴리디메틸실록산(PDMS,200), 폴리이미드(PI-2545,300), 금(Gold,400), 감광제(AZ4620,500), 2D 구조의 스트레처블 전극(600),폴리메틸메타크릴레이트(PMMA,700), 에코플렉스(Eco-flex,800), 태양전지(Solar Cell,900)로 구성된다.Referring to Figures 2 to 14, the core technical configuration means for a stretchable device manufacturing method having a 3D structure according to a preferred embodiment of the present invention, glass substrate 100, polydimethylsiloxane (PDMS, 200), poly Mid (PI-2545,300), gold (Gold, 400), photosensitizer (AZ4620,500), 2D structured stretchable electrode (600), polymethyl methacrylate (PMMA, 700), eco-flex (Eco- flex, 800), solar cell (Solar Cell, 900).

[제1 실시 예][First Embodiment]

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 3D 구조를 갖는 스트레처블 디바이스 제조 방법에 앞서서, 2D 구조의 스트레처블 전극(Stretchable Electrode,600)을 제조하는 방법에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.Prior to the method for manufacturing a stretchable device having a 3D structure according to a preferred embodiment of the present invention, a method for manufacturing a stretchable electrode (Stretchable Electrode, 600) having a 2D structure will be described in more detail.

먼저, 도 2를 참조하면, 상기 유리 기판(Glass Substrate,100) 위에 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS, 200)을 스핀 코팅(Spin Coating)하는 제1 단계를 갖는다.First, referring to FIG. 2, a first step of spin coating polydimethylsiloxane (PDMS, 200) on the glass substrate (Glass Substrate, 100) is provided.

여기서, 상기 PDMS 용액과 경화제를 10 : 1 비율로 혼합되며, 혼합 시 발생되는 버블(Bubble) 제거를 위해서는 진공 펌프(Vacuum Pump)를 사용하여 제거한다. 또한, 상기 Glass 위에 PDMS 용액을 스핀 코팅 처리하기 위해서는 스핀코터(Spin Coater)를 사용하여 1,000rpm ~ 3,000rpm으로 30sec 동안 코팅을 실시한다. 또한, 상기 스핀 코팅한 후 상기 유리 기판(Glass Substrate,100) 위에 PDMS(200)가 잘 접합되도록 하기 위해서는 상온에서는 하루 동안 유지하여 양생시키며, UV(Ultraviolet) 자외선을 사용할 경우에는 10[mJ/㎤]에서 10분 동안 조사하여 양생시키고, 핫플레이트(Hotplat)를 사용할 경우에는 80˚C / 30min, 110˚C / 20min, 150˚C / 10min 동안 유지하여 양생시킨다. 이러한 양생공정을 추가로 실시하는 이유는 후술되는 폴리이미드(PI-2545,300)를 상기 폴리디메틸실록산(PDMS,200)상에 용이하게 스핀 코팅이 이루어지도록 하는 특징이 있다.Here, the PDMS solution and the curing agent are mixed in a ratio of 10: 1, and to remove bubbles generated during mixing, a vacuum pump is used to remove them. In addition, in order to spin coat the PDMS solution on the glass, the coating is performed for 30 sec at 1,000 rpm to 3,000 rpm using a spin coater. In addition, after the spin coating, in order to well bond the PDMS 200 on the glass substrate (Glass Substrate, 100), it is maintained and cured at room temperature for one day, and when using UV (Ultraviolet) UV, 10 [mJ / cm 3 ] To cure for 10 minutes, and when using a hot plate, keep it for 80˚C / 30min, 110˚C / 20min, 150˚C / 10min. The reason for further performing this curing process is that the polyimide (PI-2545,300) to be described later is easily spin-coated on the polydimethylsiloxane (PDMS, 200).

한편, 본 발명의 시실 예에 따른 상기 폴리디메틸실록산(PDMS)은, 유기태양전지와 같은 스트레처블 디바이스/기판(Stretchable Device/Substrate) 제조 시에 사용되며, 상기 폴리디메틸실록산(PDMS) 이외에도 폴리에스테르(Polyester), 폴리우레탄(Polyurethane,PU), 폴리우레탄 아크릴레이트(Polyurethane Acrylate,PUA), 폴리페닐메틸실록산(Polyphenylmethylsiloxane),헥사메틸디실록산(Hexamethyldisiloxane), 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol), PVA 에폭시 수지(Epoxy Resine) 및 에코플렉스(Eeco-flex)가 사용될 수 있다.On the other hand, the polydimethylsiloxane (PDMS) according to the embodiment of the present invention is used in the manufacture of a stretchable device / substrate such as an organic solar cell, and in addition to the polydimethylsiloxane (PDMS), poly Ester (Polyester), Polyurethane (PU), Polyurethane Acrylate (PUA), Polyphenylmethylsiloxane, Hexamethyldisiloxane, Polyvinyl alcohol, PVA epoxy Resin (Epoxy Resine) and Eco-flex (Eeco-flex) can be used.

다음은, 도 2를 참조하면, 상기 폴리디메틸실록산(PDMS,200) 위에 폴리이미드(PI-2545,300)를 스핀 코팅(Spin Coating)하는 제2 단계를 갖는다.Next, referring to Figure 2, the polydimethylsiloxane (PDMS, 200) on the polyimide (PI-2545,300) has a second step of spin coating (Spin Coating).

여기서, 상기 폴리이미드(PI-2545)의 2545 숫자는 폴리이미드(PI)의 모델명이며, 상기 폴리디메틸실록산(PDMS,200) 위에 PI-2545(300)를 스핀 코팅하기 위해서는 스핀코터(Spin Coater)를 사용하여 1000rpm ~ 3000rpm, 30sec 동안 코팅을 실시한다. 또한, 상기 스핀 코팅(Spin Coating) 후 상기 폴리디메틸실록산(PDMS,200)와 폴리이미드(PI-2545,300)가 잘 접합되도록 하기 위해서는 핫플레이트(Hotplat)를 통해 양생공정(Cure Process)을 실시한다. 즉, 1차 110˚C/ 5min, 2차 150˚C/ 10min 동안 실시하며, 3차는 진공상태에서 250˚C/ 90min 동안 양생공정을 실시한다.Here, the 2545 number of the polyimide (PI-2545) is a model name of the polyimide (PI), and a spin coater is used to spin coat the PI-2545 (300) on the polydimethylsiloxane (PDMS, 200). The coating is carried out using 1000rpm to 3000rpm for 30sec. In addition, after the spin coating, in order to well bond the polydimethylsiloxane (PDMS, 200) and polyimide (PI-2545, 300), a curing process is performed through a hot plate. do. That is, the first is performed for 110˚C / 5min, the second is 150˚C / 10min, and the third is the curing process for 250˚C / 90min under vacuum.

또한, 도 2를 참조하면, 상기 폴리이미드(PI-2545,300) 위에 금(Gold,400)을 300nm로 도포하는 제3 단계를 갖는다.In addition, referring to FIG. 2, a third step of coating gold (Gold, 400) on the polyimide (PI-2545,300) at 300 nm is provided.

여기서, 상기 폴리이미드(PI-2545,300) 위에 도포되는 금속은 도전성을 감안하여 금(Gold,400)이며 상기 금(Au)은 300nm로 도포될 수 있다. 이때 도포용으로 사용되는 장비는 E-Beam Evaporator 또는 Sputter가 사용된다.Here, the metal applied on the polyimide (PI-2545,300) is gold (Gold, 400) in consideration of conductivity, and the gold (Au) may be applied at 300 nm. At this time, E-Beam Evaporator or Sputter is used as the equipment used for application.

또한, 도 2를 참조하면, 상기 폴리이미드(PI-2545,300) 위에 도포된 금(Gold,400) 표면에 감광제(AZ4620,500)를 스핀 코팅(Spin Coating) 및 패터닝(Fattening) 공정을 실시하는 제4 단계를 갖는다.Also, referring to FIG. 2, a spin coating and patterning process is performed on the gold (Gold, 400) surface coated on the polyimide (PI-2545,300) with a photoresist (AZ4620,500). Has a fourth step.

여기서, 상기 감광제(AZ4620)의 AZ4620 영문과 숫자는 감광제(Photoresist)의 모델명이며, 스핀 코팅을 위해서는 스핀코터(Spin Coater)를 사용하여 1000rpm ~ 3000rpm, 30sec 동안 코팅을 실시한다. 코팅이 끝나면 핫플레이트(Hotplate)에서 110˚C / 90sec 동안 양생공정(Cure Process)이 이루어진다. 또한, Chromemask의 UV(Ultraviolet) 차단 기능을 이용한 상기 감광제(AZ4620,500)의 패터닝 공정 실시를 UV Process에서는 10mJ/㎤ 60sec 이루어진다. 이때 디벨로퍼(Developer)를 위해서는 상기 감광제(AZ4620,500) 대신에 AZ400K 모델명을 갖는 감광제가 사용될 수 있으며, 상기 AZ400K는 물과 2:1 또는 3:1 비율로 혼합하여 사용한다. 그리고 상기 금(Gold,400) 표면에 감광제(AZ4620,500)를 스핀 코팅(Spin Coating)한 후 패터닝(Pattening) 공정을 실시하는데, 이때 패터닝 공정은 본 발명의 실시 예에 따른 2D 구조의 스트레처블 전극(Stretchable Electrode,600) 제조에 따른 웨이브 타입(Wave Type) 또는 루프 타입(Loop Type)의 금속 와이어로 성형 가능하도록 패터닝을 실시한다.Here, AZ4620 alphanumeric characters of the photoresist (AZ4620) is the model name of the photoresist, and for spin coating, a coating is performed for 1000 rpm to 3000 rpm, 30 sec using a spin coater. After coating, the curing process is performed for 110˚C / 90sec on a hotplate. In addition, the patterning process of the photosensitive agent (AZ4620,500) using the UV (Ultraviolet) blocking function of the Chromemask is performed at 10 mJ / cm 3 60 sec in the UV Process. At this time, for the developer (Developer), instead of the photoresist (AZ4620,500), a photoresist having an AZ400K model name can be used, and the AZ400K is used in a 2: 1 or 3: 1 ratio with water. In addition, after the spin coating of the photoresist (AZ4620,500) on the surface of the gold (400), a patterning process is performed, wherein the patterning process is a 2D structure strain according to an embodiment of the present invention. Patterning is performed so that it can be formed of a metal wire of a wave type or a loop type according to manufacture of a stretchable electrode (Stretchable Electrode, 600).

또한, 도 3을 참조하면, 상기 감광제(AZ4620,500)가 스핀 코팅(Spin Coating) 및 패터닝(Pattening)된 금(Gold,400) 층에는 금 부식액(Gold Etchant)을 이용한 에칭(Etching) 및 패터닝 공정을 실시하는 제5 단계를 갖는다.In addition, referring to FIG. 3, the gold (Gold, 400) layer on which the photoresist (AZ4620,500) is spin coated and patterned is etched and patterned using a gold etchant. It has a fifth step of carrying out the process.

여기서, 상기 금 부식액(Gold Etchant)을 이용하여 에칭(Etching) 및 패터닝(Pattening) 공정을 실시하는 것은, 상기 제4 단계에서 감광제(AZ4620,500)로 덮여 있는 이외의 부분의 막을 선택적으로 제거하고 기판(Substrate)에 원하는 회로나 모양을 식각하는 것을 말하는데, 본 발명의 실시 예에서는 상기 제2 단계의 폴리이미드(PI-2545,300) 층은 제거되지 않고 유지할 수 있도록 하기 위해서는 패터닝 마스크(Pattening Mask)를 사용하여 금 애칭 공정을 실시한다.Here, performing an etching and patterning process using the gold etchant selectively removes a film of a portion other than the photosensitive agent (AZ4620,500) covered in the fourth step, It refers to etching a desired circuit or shape on a substrate. In an embodiment of the present invention, a patterning mask (Pattening Mask) is used to maintain the polyimide (PI-2545,300) layer of the second step without being removed. ) To perform a gold nicking process.

또한, 도 4를 참조하면, 상기 에칭(Etching) 및 패터닝(Fattening) 공정 후, 아세톤(Acetone)을 이용하여 상기 감광제(AZ4620,500)를 제거하는 제6 단계를 갖는다.In addition, referring to Figure 4, after the etching (Etching) and patterning (Fattening) process, it has a sixth step of removing the photosensitive agent (AZ4620,500) using acetone (Acetone).

여기서, 상기 금 패터닝(Gold Pattening)을 위해 사용한 상기 감광제(AZ4620,500)를 아세톤(Acetone)을 이용하여 모두 제거할 경우, 상기 제2 단계의 폴리이미드(PI-2545,300) 층에는 패터닝(Pattening)된 회로나 모양의 금(Gold,400)만 남아 있게 된다.Here, when all of the photoresist (AZ4620,500) used for gold patterning is removed using acetone, patterning is performed on the polyimide (PI-2545,300) layer of the second step ( Only gold (400) of the circuit or shape that has been pattened will remain.

또한, 도 5를 참조하면, 상기 제2 단계의 폴리이미드(PI-2545,300) 층에 패터닝(Pattening)된 금(Gold,400)을 보호하기 위하여 상기 금(Gold) 층에 폴리이미드(PI-2545,300)를 추가로 스핀 코팅(Spin Coating)하는 제7 단계를 갖는다.In addition, referring to FIG. 5, in order to protect the patterned gold (Gold, 400) on the polyimide (PI-2545,300) layer of the second step, the polyimide (PI) is applied to the gold layer. -2545,300) further has a seventh step of spin coating.

여기서, 상기 제7 단계의 스핀 코팅(Spin Coating)은 스핀코터(Spin Coater)를 사용하여 1000rpm ~ 3000rpm, 30sec 동안 코팅을 실시한다.Here, the spin coating of the seventh step is performed by using a spin coater for 1000 rpm to 3000 rpm for 30 sec.

또한, 도 6을 참조하면, 상기 제7 단계 후, Chromemask의 UV 차단 기능을 이용한 상기 감광제(AZ4620,500)의 패터닝 공정을 실시하는 제8 단계를 갖는다.In addition, referring to FIG. 6, after the seventh step, there is an eighth step of performing a patterning process of the photoresist (AZ4620,500) using the UV blocking function of Chromemask.

다시 말해서, 상기 제4 단계 공정에서 보는 바와 같이, Chromemask의 UV(Ultraviolet) 차단 기능을 이용한 상기 감광제(AZ4620,500)의 패터닝 공정 실시를 UV Process에서 10mJ/㎤ 60sec 실시하듯이, 패터닝 공정을 실시한다. 이때 패터닝 공정 실시에 따른 마스크(Mask)의 크기가 변동될 수 있으나, Chromemask의 UV 차단 기능을 이용하기 때문에 상기 PDMS(200)와 금(Gold,400) 층은 그대로 유지될 수 있는 특징이 있다.In other words, as shown in the fourth step process, the patterning process is carried out, as in the UV process, the patterning process of the photosensitive agent (AZ4620,500) using the UV (Ultraviolet) blocking function of Chromemask is performed for 10 mJ / cm 3 60 sec in the UV process. do. At this time, the size of the mask according to the patterning process may be changed, but since the UV blocking function of Chromemask is used, the PDMS 200 and the gold (400) layer can be retained.

또한, 도 7을 참조하면, 상기 제8 단계 후, 금(Gold,400)의 옆면 부분에 O2 플라즈마(Plasma)를 이용한 추가 폴리이미드(PI-2545,300) 에칭(Etching) 작업을 수행하는 제9 단계를 갖는다.In addition, referring to FIG. 7, after the eighth step, an additional polyimide (PI-2545,300) etching operation using O 2 plasma is performed on a side surface of gold (400). It has a ninth step.

여기서, 상기 PI 에칭 작업을 추가로 수행하는 것은, Gold의 옆면 부분에는 폴리이미드(PI-2545,300)가 스핀 코팅(Spin Coating)이 되어 있지 않기 때문에 O2 플라즈마를 이용한 추가 PI 에칭 공정을 실시한다. 이때 O2 플라즈마의 조건은 Power 200W, Pressure 200mtorr, O2 는 10 sccm, Time은 1200sec이다.Here, to perform the PI etching operation additionally, since the polyimide (PI-2545,300) is not spin coated on the side of the gold, an additional PI etching process using O 2 plasma is performed. do. At this time, the conditions of the O 2 plasma are Power 200W, Pressure 200 mtorr, O 2 is 10 sccm, and Time is 1200 sec.

또한, 도 8을 참조하면, 상기 제9 단계 작업에 따른 상기 감광제(AZ4620,500)를 아세톤(Aceton)을 이용하여 제거하는 제10 단계(S1000)를 갖는다.In addition, referring to FIG. 8, there is a tenth step (S1000) of removing the photoresist (AZ4620,500) according to the ninth step operation using acetone.

또한, 도 9를 참조하면, 상기 제10 단계 후, O2 플라즈마와 패터닝 공정을 이용하여 상기 폴리이미드(PI-2545,300) 층에 전극 연결을 위한 공간을 형성하는 제11 단계를 갖는다.In addition, referring to FIG. 9, after the tenth step, an eleventh step of forming a space for electrode connection to the polyimide (PI-2545,300) layer using an O 2 plasma and a patterning process is provided.

여기서, 후술되는 PI-Gold-PI 박막 층으로 형성된 2D 구조의 스트레처블 전극(600)과 태양전지 혹은 솔라 셀(Solar Cell,900)을 서로 연결시키기 위해서는 상기 태양전지(900)에 상기 2D 구조의 스트레처블 전극(600)을 접속하여 연결시키는 홀(Hole)을 확보하기 위해 O2 플라즈마와 패터닝 공정을 실시한다. 즉, 상기 제4 단계의 폴리이미드(PI-2545,300) 위에 도포된 금(Gold,400) 표면에는 감광제(AZ4620,500)를 스핀 코팅 및 패터닝 공정을 실시하는 단계 및 상기 제9 단계의 O2 플라즈마를 이용한 추가 폴리이미드(PI-2545,300) 에칭(Etching) 작업 공정과 동일하게 진행될 수 있다. 이때 상기 폴리이미드(PI-2545,300) 층에 공간을 형성시킬 때는 사용되는 마스크만 교체하면 된다.Here, in order to connect the stretchable electrode 600 of the 2D structure formed of a PI-Gold-PI thin film layer to be described later and a solar cell or a solar cell (900) to each other, the 2D structure is connected to the solar cell (900). The patterning process is performed with the O 2 plasma to secure a hole connecting and connecting the stretchable electrode 600. That is, the step of performing a spin coating and patterning process of a photosensitive agent (AZ4620,500) on the surface of gold (400) applied on the polyimide (PI-2545,300) of the fourth step and O of the ninth step 2 Additional polyimide using plasma (PI-2545,300) Etching (etching) may be performed in the same process. At this time, when forming a space in the polyimide (PI-2545,300) layer, only the mask used must be replaced.

마지막으로, 도 10을 참조하면, 상기 PI-Gold-PI 박막 층으로 형성된 2D 구조의 스트레처블 전극(600)을 수용성 테이프(Water Soluble Tape)나 열박리이형 테이프(Thermal Release Tape)를 이용하여 상기 PDMS(200) 및 상기 PI-Gold-PI 박막 층의 [A] [B]를 분리시키는 제12 단계를 포함한다.Finally, referring to FIG. 10, the 2D structured stretchable electrode 600 formed of the PI-Gold-PI thin film layer is formed using a water soluble tape or a thermal release tape. And a twelfth step of separating [A] [B] of the PDMS 200 and the PI-Gold-PI thin film layer.

여기서 상기 [제1 실시 예]의 제1 단계 내지 제12 단계를 통해 제조된 웨이브 타입(Wave Type) 또는 루프 타입(Loop Type)의 금속 와이어로 성형된 2D 구조의 스트레처블 전극(Stretchable Electrode,600)은, 후술되는 [제2 실시 예]를 통해 3D 구조를 갖는 스트레처블 디바이스를 제조하게 된다.Here, a stretchable electrode having a 2D structure formed of a metal wire of a wave type or a loop type manufactured through steps 1 to 12 of the above-described [first embodiment] 600) is to produce a stretchable device having a 3D structure through the [second embodiment] described later.

이와 같이, 종래의 무기태양전지는 광기전력 효과(Photovoltaic Effect)를 내는 PN접합의 결정질 실리콘(Si)이나 갈륨아세나이드(GaAs) 등을 사용한 대중화된 태양전지인 반면, 유기태양전지의 유기물은 무기물에 비해 분해되기 쉬운 만큼 수명 문제가 따르지만, 전도성 고분자를 이용하며 값이 저렴하고 대면적화가 비교적 용이하다. 또한 폴리머의 휘어지는 특성을 유지하기 때문에 플렉시블 태양전지(Flexible Solar Cell)) 또는 스트레처블 태양전지(Stretchable Solar Cell)를 용이하게 제조할 수 있는 특징이 있다.As described above, the conventional inorganic solar cell is a popular solar cell using crystalline silicon (Si) or gallium arsenide (GaAs) of a PN junction that produces a photovoltaic effect, while the organic material of an organic solar cell is an inorganic material. Compared to the above, the lifespan problem follows as it is easy to decompose, but it uses a conductive polymer, is inexpensive, and has a relatively large area. In addition, since it maintains the bending properties of the polymer, there is a feature that can be easily produced a flexible solar cell (Flexible Solar Cell) or a stretchable solar cell (Stretchable Solar Cell).

따라서 본 발명의 실시 예에 따른 상기 PI-Gold-PI 박막 층으로 제조된 2D 구조의 스트레처블 전극(600)은, 신축성이 뛰어나기 때문에 스트레처블 태양전지(Stretchable Solar Cell) 디바이스를 제조하는데 있어 유용하게 적용 가능한 특징이 있다.Therefore, the stretchable electrode 600 of the 2D structure made of the PI-Gold-PI thin film layer according to an embodiment of the present invention is excellent in elasticity, thereby producing a stretchable solar cell device. There is a feature that can be usefully applied.

[제2 실시 예][Second embodiment]

상기 [제1 실시 예]에서 웨이브 타입(Wave Type) 또는 루프 타입(Loop Type)으로 제조된 2D 구조의 스트레처블 전극(600)과 태양전지(Solar Cell,900) 다수 개를 직ㆍ병렬로 연결시킨 후, Eco-flex로 도포시키는 공정을 통해, 3D 구조의 스트레처블 디바이스를 제조하는 방법에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.In the above-described first embodiment, a plurality of stretchable electrodes 600 of 2D structure and a solar cell (Solar Cell, 900) manufactured in a wave type or a loop type in parallel and in parallel After connecting, through the process of applying with Eco-flex, a method for manufacturing a stretchable device having a 3D structure will be described in more detail.

먼저, 도 11을 참조하면, 유리 기판(Glass Substrate,100) 위에 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate,PMMA,700)를 코팅한 후, 준비된 에코플렉스(Eco-flex,800)를 상기 PMMA의 표면에 코팅하는 단계를 갖는다.First, referring to FIG. 11, after coating polymethylmethacrylate (PMMA, 700) on a glass substrate (Glass Substrate, 100), the prepared eco-flex (Eco-flex, 800) is applied to the surface of the PMMA. It has a step of coating.

여기서, 상기 유리 기판(Glass Substrate,100) 위에 열가소성 합성수지의 한 종류인 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate,PMMA,700)를 스핀코터(Spin Coater)를 사용하여 1000 rpm ~ 3000 rpm, 30sec 동안 스핀 코팅시킨 후, 180℃의 핫플레이트에서 90sec 동안 양성시킨다. 또한 준비된 에코플렉스(Eco-flex,800) 상기 PMMA(700)의 표면에 코팅한다. 이때 RㆍT(Room Temperature : 실온 15~25℃) 24 hour 동안 양생되며, 상기 양생 후에는 UV(Ultraviolet) 자외선으로 10mJ/㎤ 조사하고, 열처리(Baking)를 110˚C/10min 150˚C/10min 동안 실시한다.Here, polymethylmethacrylate (PMMA, 700), a type of thermoplastic synthetic resin, is coated on the glass substrate (Glass Substrate, 100) using a spin coater and spin coated for 1000 rpm to 3000 rpm for 30 sec. After the preparation, it was allowed to cultivate on a hot plate at 180 ° C for 90 seconds. In addition, the prepared Eco-flex (800) is coated on the surface of the PMMA (700). At this time, R ㆍ T (Room Temperature: room temperature 15 ~ 25 ℃) is cured for 24 hours, after curing, irradiated with UV (Ultraviolet) ultraviolet rays at 10mJ / cm 3, and heat treatment (Baking) is 110˚C / 10min 150˚C / Run for 10 min.

다음은, 도 12를 참조하면, 상기 에코플렉스(Eco-flex,800)의 표면에 2D 구조의 태양전지(Solar Cell,900) 다수 개를 나란하게 밀착 배치하여 부착시키는 단계를 갖는다.Next, referring to FIG. 12, a plurality of 2D solar cells (Solar Cells, 900) having a 2D structure are closely placed side by side and attached to the surface of the Eco-flex (800).

여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 태양전지(Solar Cell,900)는 일반적으로 상업화된 실리콘 태양전지가 사용될 수 있다.Here, the solar cell (Solar Cell, 900) according to an embodiment of the present invention may be a commercially available silicon solar cell.

또한, 도 13을 참조하면, 상기 태양전지(Solar Cell,900)가 부착된 상기 에코플렉스(Eco-flex,800)를 외력을 가해 늘린 상태(혹은 팽창 상태)에서 웨이브 타입(Wave Type) 혹은 루프 타입(Loop Type)의 금속 와이어로 성형 가능하도록 제조된 2D 구조의 스트레처블 전극(600)을 상기 태양전지(Solar Cell,900)에 형성된 전극 홀과 직ㆍ병렬로 연결시킨 후 상기 에코플렉스를 수축시키는 단계를 갖는다.In addition, referring to Figure 13, the solar cell (Solar Cell, 900) is attached to the echo-flex (Eco-flex, 800) by applying an external force in the extended state (or expansion state) wave type (Wave Type) or loop The 2D structured stretchable electrode 600 manufactured to be moldable with a metal wire of a loop type is connected in series / parallel to an electrode hole formed in the solar cell 900, and then the echoplex is connected. It has a step of shrinking.

여기서, 상기 배치된 태양전지(Solar Cell,900)간에 상기 2D 구조의 스트레처블 전극(600)을 직ㆍ병렬로 연결할 경우, 한 번에 연결 가능하도록 Silver Paste를 이용하여 전극을 연결시킨다. 그리고 본 발명의 실시 예에 따른 전극은 특별히 고안된 웨이브 타입(Wave Type) 혹은 루프 타입(Loop Type)의 금속 와이어로 성형 가능하도록 제조된 상기 2D 구조의 스트레처블 전극(600)을 사용함으로써, 전극의 신축성으로 반복적인 스트레칭 사이클(Stretching Cycle) 이후에도 우수한 성능을 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 전극의 단락(Short-circuit)이나 단선(Breaking of Wire)될 우려가 없는 특징이 있다.Here, when the stretchable electrode 600 of the 2D structure is connected in series / parallel between the arranged solar cells (Solar Cell, 900), the electrodes are connected using silver paste so that they can be connected at once. And the electrode according to the embodiment of the present invention, by using a specially designed wave type (Wave Type) or loop type (Loop Type) of the 2D structured stretchable electrode 600 manufactured to be moldable with a metal wire, the electrode Its elasticity not only maintains excellent performance even after a repetitive stretching cycle, but also has a feature that there is no fear of short-circuiting or breaking of the electrode.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 웨이브 타입(Wave Type) 혹은 루프 타입(Loop Type)의 금속 와이어로 성형 가능하도록 제조된 상기 2D 구조의 스트레처블 전극(600)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu) 중에서 적어도 어느 하나가 선택될 수 있다.On the other hand, the stretchable electrode 600 of the 2D structure manufactured to be moldable from the wave type (Wave Type) or loop type (Loop Type) metal wire according to an embodiment of the present invention is molybdenum (Mo), aluminum At least one of (Al), chromium (Cr), gold (Au), titanium (Ti), nickel (Ni), neodymium (Nd), and copper (Cu) may be selected.

마지막으로, 도 14를 참조하면, 상기 태양전지(Solar Cell,900)와 웨이브 타입(Wave Type) 혹은 루프 타입(Loop Type)의 금속 와이어로 성형 가능하도록 제조된 상기 2D 구조의 스트레처블 전극(600)을 보호하기 위해 상기 에코플렉스(Eco-flex,800)로 덮어주는 단계를 포함한다.Finally, referring to Figure 14, the solar cell (Solar Cell, 900) and the wave type (Wave Type) or loop type (Loop Type) of the metal wire of the 2D structure manufactured to be moldable to be formed ( 600) to cover the Eco-flex (800) to protect.

여기서, 상기 에코플렉스(Eco-flex,800)를 덮어주는 것은, 상기 2D 구조의 스트레처블 전극(600)과 태양전지(Solar Cell,900)를 보호하기 위한 것이다.Here, covering the eco-flex (Eco-flex, 800) is to protect the stretchable electrode 600 and the solar cell (Solar Cell 900) of the 2D structure.

이와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 3D 구조를 갖는 스트레처블 디바이스 제조 방법은, 태양전지(Solar Cell,900)를 웨이브 타입(Wave Type) 혹은 루프 타입(Loop Type)의 금속 와이어로 성형 가능하도록 제조된 상기 2D 구조의 스트레처블 전극(600)을 직ㆍ병렬로 연결시킨 후, 상기 태양전지와 금속 와이어 전극을 에코플렉스(Eco-flex)로 도포하는 방법을 구현함으로써, 3D 구조의 스트레처블 태양전지 디바이스 제공은 물론, 전극의 신축성으로 반복적인 스트레칭 사이클(Stretching Cycle) 이후에도 단락(Short-circuit) 및 단선(Breaking of Wire) 없이 우수한 성능을 그대로 유지할 수 있다. 또한, 유기태양전지(OPV)를 비롯한 움직이는 로보틱(Robotic) 장치를 위한 전자 스킨(Electronic Skins) 및 스킨 센서(Skin Sensors), 입을 수 있는(Wearable) 전자장치, 이동통신기기, 생체융합(Bio-integrated) 소자, 롤러블(Rollable) 기기, 디포머블(Deformable) 기기 등의 다양한 반도체 기술에 접목이 가능한 스트레처블 전자소자(Stretchable Electronic Device)를 제작할 수 있는 독특한 특징이 있다.As described above, the method for manufacturing a stretchable device having a 3D structure according to a preferred embodiment of the present invention, forming a solar cell (Solar Cell, 900) into a metal wire of a wave type (Wave Type) or a loop type (Loop Type) By connecting the stretchable electrode 600 of the 2D structure manufactured to be possible in series and parallel, and implementing a method of applying the solar cell and the metal wire electrode with Eco-flex, the 3D structure In addition to providing a stretchable solar cell device, it is possible to maintain excellent performance without short-circuit and breaking of wire after repeated stretching cycle due to the elasticity of the electrode. In addition, electronic skins and skin sensors for mobile robotic devices including organic solar cells (OPV), wearable electronic devices, mobile communication devices, and bio-fusion (Bio) -It has a unique feature that can produce a stretchable electronic device that can be grafted to various semiconductor technologies such as an integrated device, a rollable device, and a deformable device.

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 실시 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the claims below, and all technical spirits within the scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

100 : 유리 기판 200 : 폴리디메틸실록산(PDMS)
300 : 폴리이미드(PI-2545) 400 : 금(Gold)
500 : 감광제(AZ4620)
600 : 2D 구조의 스트레처블 전극
700 : 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)
800 : 에코플렉스 900 : 태양전지100: glass substrate 200: polydimethylsiloxane (PDMS)
300: polyimide (PI-2545) 400: gold
500: photosensitizer (AZ4620)
600: 2D structured stretchable electrode
700: polymethyl methacrylate (PMMA)
800: Ecoplex 900: Solar cell

Claims (11)

유리 기판(Glass Substrate,100) 위에 폴리디메틸실록산(PDMS) 용액과 경화제를 10:1 비율로 혼합시켜 발생되는 버블(Bubble)은 진공펌프(Vacuum Pump)로 제거한 후, 스핀코터(Spin Coater)로 1000rpm ~ 3000rpm, 30sec 동안 스핀 코팅시켜 180℃의 핫플레이트에서 90sec 동안 양성시킨 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate,PMMA,700)의 표면에 에코플렉스(Eco-flex,800)를 코팅하는 단계와;
상기 에코플렉스의 표면에 태양전지(Solar Cell,900) 다수 개를 나란하게 밀착 배치하여 부착시키는 단계와;
상기 태양전지가 부착된 상기 에코플렉스(Eco-flex,800)를 외력을 가해 늘린 상태에서 웨이브 타입(Wave Type) 혹은 루프 타입(Loop Type)의 금속 와이어로 성형 가능하도록 제조된 2D 구조의 스트레처블 전극(600)을 상기 태양전지에 형성된 전극 홀과 직ㆍ병렬로 연결시킨 후 상기 에코플렉스를 수축시키는 단계와;
상기 태양전지와 2D 구조의 스트레처블 전극을 보호하기 위해 상기 에코플렉스(Eco-flex,800)로 덮어주는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 3D 구조를 갖는 스트레처블 디바이스 제조 방법.
Bubbles generated by mixing a polydimethylsiloxane (PDMS) solution and a curing agent in a 10: 1 ratio on a glass substrate (Glass Substrate, 100) are removed with a vacuum pump, and then used as a spin coater. Coating the surface of polymethylmethacrylate (PMMA, 700), which was spin-coated for 1000 sec to 3000 rpm for 30 sec, and positive for 90 sec on a hot plate at 180 ° C, coating Eco-flex, 800;
Attaching a plurality of solar cells (Solar Cell, 900) in close contact with each other on the surface of the eco-flex;
The 2D structured strain manufactured to be formed into a wave-type or loop-type metal wire while the eco-flex 800 attached to the solar cell is increased by applying an external force. Contracting the echoplex after connecting the chubble electrode 600 to the electrode hole formed in the solar cell in series or parallel;
A method of manufacturing a stretchable device having a 3D structure, comprising the step of covering the solar cell and a 2D structured stretchable electrode with the Eco-flex (800).
제1 항에 있어서,
상기 2D 구조의 스트레처블 전극(600)은, 루프 타입(Loop Type)으로도 성형 가공될 수 있으며, 상기 전극은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu) 중에서 적어도 어느 하나가 선택되는 것을 특징으로 하는 3D 구조를 갖는 스트레처블 디바이스 제조 방법.
According to claim 1,
The stretchable electrode 600 of the 2D structure can be molded into a loop type, and the electrode is molybdenum (Mo), aluminum (Al), chromium (Cr), gold (Au), Method for manufacturing a stretchable device having a 3D structure, characterized in that at least one selected from titanium (Ti), nickel (Ni), neodymium (Nd), and copper (Cu) is selected.
제1 항에 있어서,
상기 2D 구조의 스트레처블 전극(600)은, 유리 기판(100) 위에 폴리디메틸실록산(PDMS, 200)을 스핀 코팅(Spin Coating)하는 제1 단계와,
상기 폴리디메틸실록산 위에 폴리이미드(PI,300)를 스핀 코팅하는 제2 단계와,
상기 폴리이미드(PI) 위에 도전성을 감안하여 금(Gold,400)을 300nm로 도포하는 제3 단계와,
상기 폴리이미드(PI) 위에 도포된 금 표면에 감광제(AZ4620,500)를 스핀 코팅 및 패터닝(Pattening) 공정을 실시하는 제4 단계와,
상기 감광제가 스핀 코팅 및 패터닝 된 금 층에는 금 부식액(Gold Etchant)을 이용한 에칭(Etching) 및 패터닝 공정을 실시하는 제5 단계와,
상기 에칭 및 패터닝 공정 후, 아세톤(Acetone)을 이용하여 상기 감광제를 제거하는 제6 단계와,
상기 제2 단계의 폴리이미드(PI) 층에 패터닝된 금을 보호하기 위하여 상기 금 층에 폴리이미드(PI)를 추가로 스핀 코팅하는 제7 단계와,
상기 제7 단계 후, Chromemask의 UV 차단 기능을 이용한 상기 감광제의 패터닝 공정을 실시하는 제8 단계와,
상기 제8 단계 후, 금의 옆면 부분에 O2 플라즈마(Plasma)를 이용한 추가 폴리이미드 에칭 작업을 수행하는 제9 단계와,
상기 제9 단계 작업에 따른 상기 감광제를 아세톤을 이용하여 제거하는 제10 단계와,
상기 제10 단계 후, O2 플라즈마와 패터닝 공정을 이용하여 상기 폴리이미드 층에 전극 연결을 위한 공간을 형성하는 제11 단계와,
상기 제2 단계와 제3 단계 및 제7 단계의 폴리이미드(PI)-금(Gold)-폴리이미드(PI) 박막 층으로 형성된 상기 2D 구조의 스트레처블 전극(600)을 수용성 테이프(Water Soluble Tape)나 열박리형 테이프(Thermal Release Tape)를 이용하여 상기 PDMS와 상기 PI-Gold-PI 박막 층을 분리시키는 제12 단계를 통해 2D 구조의 스트레처블 전극(600)이 제조되는 것을 특징으로 하는 3D 구조를 갖는 스트레처블 디바이스 제조 방법.
According to claim 1,
The 2D stretchable electrode 600 includes a first step of spin coating polydimethylsiloxane (PDMS, 200) on the glass substrate 100,
A second step of spin coating a polyimide (PI, 300) on the polydimethylsiloxane,
A third step of coating gold (Gold, 400) at 300 nm in consideration of conductivity on the polyimide (PI),
A fourth step of spin coating and patterning a photosensitive agent (AZ4620,500) on the gold surface coated on the polyimide (PI);
A fifth step of performing an etching and patterning process using a gold etchant on the gold layer on which the photoresist is spin coated and patterned;
After the etching and patterning process, a sixth step of removing the photosensitive agent using acetone (Acetone),
A seventh step of additionally spin coating polyimide (PI) on the gold layer to protect the patterned gold on the polyimide (PI) layer of the second step,
After the seventh step, the eighth step of performing the patterning process of the photosensitive agent using the UV blocking function of Chromemask,
After the eighth step, a ninth step of performing an additional polyimide etching operation using O 2 plasma on the side surface of the gold,
A tenth step of removing the photosensitizer according to the ninth step operation using acetone;
After the tenth step, an eleventh step of forming a space for electrode connection to the polyimide layer by using an O 2 plasma and a patterning process,
The 2D structured stretchable electrode 600 formed of the polyimide (PI) -gold-polyimide (PI) thin film layers of the second and third and seventh steps is water-soluble tape (Water Soluble). Tape) or a thermal release type tape (Thermal Release Tape) using a 12D step of separating the PDMS and the PI-Gold-PI thin film layer, characterized in that the 2D structure of the stretchable electrode 600 is manufactured Stretched device manufacturing method having a 3D structure.
삭제delete 제3 항에 있어서,
상기 제2 단계의 상기 폴리디메틸실록산 위에 폴리이미드를 스핀 코팅하는 방법은, 핫플레이트(Hotplat)를 통해 Cure Process가 실시되되, 1차 110˚C/ 5min, 2차 150˚C/ 10min 동안 실시하며, 3차는 진공상태에서 250˚C/ 90min 동안 실시되는 것을 특징으로 하는 3D 구조를 갖는 스트레처블 디바이스 제조 방법.
According to claim 3,
The method of spin-coating a polyimide on the polydimethylsiloxane in the second step is performed through a hot plate (Cure Process) through a first hot plate (Hotplat), the first 110˚C / 5min, the second 150˚C / 10min, , The third is a stretchable device manufacturing method having a 3D structure, characterized in that is carried out for 250˚C / 90min in a vacuum.
삭제delete 제3 항에 있어서,
상기 제4 단계의 패터닝(Pattening) 공정은, 2D 구조의 스트레처블 전극(Stretchable Electrode,600) 제조에 따른 웨이브 타입(Wave Type) 또는 루프 타입(Loop Type)의 금속 와이어로 성형 가능하도록 패터닝이 실시되는 것을 특징으로 하는 3D 구조를 갖는 스트레처블 디바이스 제조 방법.
According to claim 3,
In the fourth step of the patterning (Pattening) process, the patterning is performed so that it can be formed of a metal wire of a wave type or a loop type according to the production of a stretchable electrode of a 2D structure (Stretchable Electrode, 600). Method of manufacturing a stretchable device having a 3D structure, characterized in that carried out.
제3 항에 있어서,
상기 제5 단계의 금 부식액(Gold Etchant)을 이용하여 에칭(Etching) 및 패터닝(Pattening) 공정 실시는, 상기 제2 단계의 폴리이미드 층을 유지시키기 위해 패터닝 마스크(Pattening Mask)가 사용되는 것을 특징으로 하는 3D 구조를 갖는 스트레처블 디바이스 제조 방법.
According to claim 3,
The etching and patterning process performed using the gold etchant of the fifth step is characterized in that a patterning mask is used to maintain the polyimide layer of the second step. Stretchable device manufacturing method having a 3D structure.
제3 항에 있어서,
상기 제8 단계의 감광제 패터닝 공정 실시는, 스핀코터를 사용하여 1000rpm ~ 3000rpm, 30sec 동안 코팅을 실시한 후, 핫플레이트(Hotplate)에서 110˚C / 90sec, UV Process에서는 10mJ/㎤ 60sec 동안 Cure Process가 실시되는 것을 특징으로 하는 3D 구조를 갖는 스트레처블 디바이스 제조 방법.
According to claim 3,
In the 8th step, the photoresist patterning process is carried out by using a spin coater for 1000 rpm to 3000 rpm for 30 sec, followed by 110 ° C / 90 sec on a hot plate and 10 mJ / cm 3 for 60 sec in a UV process. Method of manufacturing a stretchable device having a 3D structure, characterized in that carried out.
제3 항에 있어서,
상기 제9 단계의 PI 에칭 작업 추가 수행은, O2 플라즈마를 이용하여 Gold의 옆면 부분의 폴리이미드 스핀 코팅을 실시하되, 상기 O2 플라즈마는 Power 200 W, Pressure 200 mtorr, O2 10 sccm, Time 1200sec 조건으로 수행되는 것을 특징으로 하는 3D 구조를 갖는 스트레처블 디바이스 제조 방법.
According to claim 3,
In the ninth step, the PI etching operation is additionally performed, and polyimide spin coating is performed on the side surface of gold using O 2 plasma, but the O 2 plasma is Power 200 W, Pressure 200 mtorr, O 2 10 sccm, Time A method of manufacturing a stretchable device having a 3D structure, characterized in that it is performed under 1200 sec conditions.
제3 항에 있어서,
상기 제11 단계의 O2 플라즈마와 패터닝 공정은, 상기 PI-Gold-PI 박막 층으로 형성된 2D 구조의 스트레처블 전극(600)과 태양전지(900)를 서로 연결시키기 위해서는 상기 태양전지에 상기 2D 구조의 스트레처블 전극을 접속하여 연결시키는 홀(Hole)을 확보하기 위해 O2 플라즈마와 패터닝 공정이 실시되는 것을 특징으로 하는 3D 구조를 갖는 스트레처블 디바이스 제조 방법.According to claim 3,
The O 2 plasma and the patterning process of the eleventh step, in order to connect the stretchable electrode 600 of the 2D structure formed of the PI-Gold-PI thin film layer and the solar cell 900 to each other, the 2D to the solar cell A method for manufacturing a stretchable device having a 3D structure, characterized in that a patterning process is performed with O 2 plasma to secure a hole connecting and connecting the stretchable electrodes of the structure.
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