KR102152035B1 - 유기태양전지 모듈의 제조방법 및 제조장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전극 배선을 용이하게 하고 연속공정으로 생산성을 향상하는 유기태양전지 모듈의 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.
본 발명의 유기태양전지 모듈의 제조방법 및 제조장치는 이송되는 기판의 가장자리에 길이방향을 따라 소정의 간격으로 복수의 배선용 구멍을 형성하는 기판 준비단계 및 기판 준비부와, 이송되는 기판의 상면에 제1전극층와 제2전극층을 포함하는 복수 줄의 패턴층을 단위모듈로 배열 형성하는 패턴층 형성단계 및 패턴층 형성부와, 기판의 저면에 배선용 구멍을 따라 길이방향으로 코팅되어 제1전극층 또는 제2전극층에 연결되어 단위모듈이 전기적으로 연결되게 하는 전극연결띠를 형성하는 전극연결띠 형성단계 및 전극연결띠 형성부를 포함한다.
본 발명의 유기태양전지 모듈의 제조방법 및 제조장치에 의하면, 모듈에 별도의 수작업으로 구멍을 형성하지 않고 별도의 배선기판을 결합하지 않으며, 별도의 공정으로 모듈의 상부에 전극 연결층을 코팅하지 않고도 모듈의 전극 배선을 용이하게 하여, 2차 전지 혹은 어플리케이션에 용이하게 연결하게 하고, 연속공정으로 생산성을 향상하는 효과가 있다.
본 발명의 유기태양전지 모듈의 제조방법 및 제조장치는 이송되는 기판의 가장자리에 길이방향을 따라 소정의 간격으로 복수의 배선용 구멍을 형성하는 기판 준비단계 및 기판 준비부와, 이송되는 기판의 상면에 제1전극층와 제2전극층을 포함하는 복수 줄의 패턴층을 단위모듈로 배열 형성하는 패턴층 형성단계 및 패턴층 형성부와, 기판의 저면에 배선용 구멍을 따라 길이방향으로 코팅되어 제1전극층 또는 제2전극층에 연결되어 단위모듈이 전기적으로 연결되게 하는 전극연결띠를 형성하는 전극연결띠 형성단계 및 전극연결띠 형성부를 포함한다.
본 발명의 유기태양전지 모듈의 제조방법 및 제조장치에 의하면, 모듈에 별도의 수작업으로 구멍을 형성하지 않고 별도의 배선기판을 결합하지 않으며, 별도의 공정으로 모듈의 상부에 전극 연결층을 코팅하지 않고도 모듈의 전극 배선을 용이하게 하여, 2차 전지 혹은 어플리케이션에 용이하게 연결하게 하고, 연속공정으로 생산성을 향상하는 효과가 있다.
Description
본 발명은 유기태양전지 모듈의 제조방법 및 제조장치에 관한 것으로서, 전극 배선을 용이하게 하고 연속공정으로 생산성을 향상하는 유기태양전지 모듈에 관한 것이다.
최근 전세계적으로 화석연료의 소비가 급격히 늘어나면서 유가가 급격히 상승하고 있으며 지구 온난화 등의 환경문제로 청정 대체 에너지의 필요성이 높아지고 있다. 이에 세계 각국은 신재생 에너지원에 총력을 기울이고 있으며, 특히 최근에는 교토의정서 발효와 맞물려 친환경적인 무공해 에너지원 개발이 국가의 당면과제로 제기되고 있다.
무한한 에너지원인 태양광으로부터 전기를 생산하는 태양전지 기술은 다양한 신재생에너지 기술 중에서도 가장 관심을 받는 분야이다. 태양전지는 광기전력 효과(photovoltaic effect)를 이용하여 빛 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 장치이다. 최근 들어 정보 전자산업의 급속한 발전과 함께 차세대 전기전자 소자로서 다양한 유연성(flexible) 소자가 주목받고 있으며, 유기박막 태양전지(이하, "유기태양전지"라고 한다)는 이와 같은 소자의 유연성을 충족시키며, 무기계 태양전지에 비해 소재 비용의 대폭적인 절감이 가능한 장점 또는 갖는다. 또한 유기태양전지는 그 재료가 되는 유기물의 손쉬운 가공성으로 인하여 스핀 코팅, 스크린 프린팅, 잉크젯, 미세접촉 프린팅법 등을 통하여 저가의 대면적 소자 제작이 가능한 장점을 갖는다.
한편, 태양전지는 빛을 흡수하여 전기에너지를 발생시키는 각각의 셀(cell)이 줄무늬(stripe) 패턴으로 여러 개 배열되어 하나의 단위를 이루게 되며, 이와 같이 여러 개의 셀이 모여서 이루어진 하나의 단위를 모듈(module)이라고 부른다. 즉, 일반적인 태양전지에서 하나의 모듈은 그 자체로 분리될 수 있으며, 이러한 모듈은 각각 하나의 태양전지를 구성할 수 있는 것이다. 그러나 하나의 모듈에서 발생되는 전력은 매우 미약하므로 대부분 다수의 모듈을 연결하여 태양전지를 구성하게 되며, 이와 같이 다수의 모듈이 배열된 구조를 어레이(array)라고 한다.
태양전지를 어플리케이션의 전원 또는 보조 배터리로 연결하기 위해서는 각 기기마다 적정 전압 및 전류를 맞추어 연결해 주어야 하고, 줄무늬 패턴으로 구성된 태양전지 모듈은 반도체 소재에 따라 전압과 전류가 결정되며 이를 직렬 및 병렬로 연결하여 전압 또는 전류를 조정한다. 따라서, 다수의 모듈이 배열된 구조의 어레이에 전극단자를 용이하게 형성하는 것이 중요하다.
도 1은 종래 슬롯 다이를 이용하여 유기태양전지 모듈을 제조하는 장치 및 방법을 나타내는 공정도로서(한국공개특허 제2013-0121561호 참조), 슬롯 다이에서 소재가 배출되어 기판에 패턴층이 형성되는 상태를 나타낸다. 도시한 바와 같이, 슬롯 다이(S)는 필름형태의 기판(P)이 롤투롤(roll-to-roll) 인라인 방식으로 연속 공급되는 기판 이동 경로 상에 설치되어 기판(P)에 소재를 도포하여 소정의 패턴을 형성한다.
슬롯 다이(S)는 연속 공급되는 기판(P)의 이동 경로 상에 간격을 두고 설치되어 있다. 간격을 두고 설치된 슬롯 다이(S)에서는 소재가 배출되어 기판에 도포된다. 각 슬롯 다이(S)에서 배출되는 소재는 순차적으로 적층되어 하나의 기판(P) 위에 여러 패턴층(T)이 순차적으로 적층된다.
도 2는 종래 슬롯 다이를 이용하여 유기태양전지 모듈을 제조하는 장치 및 방법에 따라 제조되는 유기태양전지 모듈의 연속체를 나타내는 단면도(상단) 및 그에 대응하는 배면도(하단)를 나타낸다. 도 2에 도시한 바와 같이, 유기태양전지 모듈(M)의 연속체는 투명 기판(1) 상에 여러 줄의 제1전극층(2)이 형성되고, 제1전극층(2) 상에 광활성층(4)이 도포된다. 이와 같이 준비된 광활성층(4) 상에 제1전극층(2)과 상반된 전극의 기능을 수행하는 별도의 전극인 제2전극층(3)이 형성된다. 이때 모듈 연속체에는 일 말단에 제1전극층(2)이 형성되고 타 말단에는 제2전극층(3)이 형성된다. 한편, 하나의 제2전극층(3)은 광활성층(4)을 사이에 두고 이웃하는 제1전극층(2)과 전기적으로 연결된 구조를 이루게 된다.
한국등록특허 제10-1364461호의 종래기술에 개시된 바와 같이, 제1전극층(2)과 광활성층(4) 사이, 및 광활성층(4)과 제2전극층(3) 사이에는 기능층(Hole transport layer)이 형성되며, 각 셀의 반대전극을 연속적으로 연결하기 위해 약간씩 층을 이동시켜 박막이 형성될 수도 있다. 단위 소자(셀 Cell)들의 연결로 형성된 태양전지 모듈은 직렬 또는 병렬의 형태로 연결될 수 있으며, 이러한 모듈은 목표로 하는 전압(직렬의 경우) 또는 전류(병렬의 경우)를 얻기 위함이며, 전극(예를 들면, Indium Tin Oxide, ITO)의 면저항이 크므로 전자와 정공을 수집할 때 드는 손실(소위 Ohmic loss)를 최소화하기 위한 것으로, 줄무늬(Stripe) 형태로 전극을 패턴하는 것이 가장 일반적이다.
이와 같이 제조된 유기태양전지 모듈(M) 연속체는 도 3에 도시한 바와 같이 일정한 길이로 절단되어, 일 말단에 형성된 제1전극층(2)에 제1전극단자(-극)가 배치되고, 타 말단에 형성된 제2전극층(3)에 제2전극단자(+극)가 배치되며, 복수개의 모듈을 직렬 또는 병렬로 연결하여 장기간의 자연환경 및 외부충격에 견딜 수 있는 구조로 밀봉하여 사용된다.
그런데, 이와 같은 제조방법으로 제조된 유기태양전지 모듈(M)에서는 모듈이 완성된 후, 수작업으로 제1전극층(2) 및 제2전극층(3)에 구멍을 형성하고 복수개의 모듈을 직렬 또는 병렬로 연결하거나, 수작업으로 복수개의 모듈을 연결하는 별도의 배선기판을 결합하거나, 별도의 공정으로 모듈의 상부에 전극 연결층을 코팅하여 전극 배선을 형성하므로, 전극 배선 작업이 용이하지 못하고 생산성이 저하된다는 문제점이 있었다.
본 발명은 종래 유기태양전지 모듈의 제조방법의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 모듈의 전극 배선을 용이하게 하고 연속공정으로 생산성을 향상하는 유기태양전지 모듈의 제조방법 및 제조장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 의한 유기태양전지 모듈의 제조방법은 이송되는 기판의 가장자리에 길이방향을 따라 소정의 간격으로 복수의 배선용 구멍을 형성하는 기판 준비단계와, 이송되는 기판의 상면에 제1전극층와 제2전극층을 포함하는 복수 줄의 패턴층을 단위모듈로 배열 형성하는 패턴층 형성단계와, 기판의 저면에 배선용 구멍을 따라 길이방향으로 코팅되어 제1전극층 또는 제2전극층에 연결되어 단위모듈이 전기적으로 연결되게 하는 전극연결띠를 형성하는 전극연결띠 형성단계를 포함한다.
권출롤에서 권출되어 이송되는 기판이 정지 중에 복수 개의 펀치로 복수의 배선용 구멍을 동시에 펀칭하고, 펀칭하는 중에 기판을 권출롤에서 중단없이 권출시키며, 펀칭하는 중에 권출된 기판의 길이에 해당하는 양만큼 당겨 일정한 장력을 유지시키며, 패턴층과 전극연결띠를 형성하는 중에는 펀칭하는 중에 권출된 기판의 길이에 해당하는 양과 권출롤에서 중단없이 권출시키는 양을 합쳐서 이송시키는 속도로 패턴층과 전극연결띠를 형성한다.
패턴층은 슬롯다이 코팅법으로 형성하거나, 페이스트(paste)를 이용하여 프린팅하여 형성한다. 전극연결띠는 슬롯다이 코팅법으로 형성하거나, 페이스트(paste)를 이용하여 프린팅하여 형성한다.
전극연결띠 형성단계 이후에는 기판과 패턴층과 전극연결띠를 산소 및 수분을 포함하는 외부 환경으로부터 차단시켜 밀봉하는 모듈 밀봉단계를 추가로 포함한다. 모듈 밀봉 단계는 베리어 필름으로 라미네이팅 공정으로 밀봉층을 형성한다.
모듈 밀봉단계 이후에는 복수의 단위 모듈(M1, M2, M3)씩 하나의 모듈로 절단하는 모듈 절단단계를 추가로 포함할 수 있다.
패턴층 형성단계에서 기판의 상면 가장자리에는 제1전극층 또는 제2전극층이 배선용 구멍을 통해 전극연결띠에 전기적으로 연결되게 매개하는 매개띠를 추가로 코팅할 수 있다. 매개띠는 각 단위모듈별로 분리 형성한다. 매개띠는 복수 개의 단위모듈을 하나로 연결하여 형성할 수 있다. 매개띠는 슬롯다이 코팅법으로 형성하거나, 페이스트(paste)를 이용하여 프린팅하여 형성한다.
기판 준비단계와 패턴층 형성단계와 전극연결띠 형성단계를 포함하는 유기태양전지 모듈의 제조방법에 따라 유기태양전지를 제조하기 위한 제조장치로서, 기판 준비단계를 행하는 기판 준비부와, 패턴층 형성단계를 행하는 패턴층 형성부와, 전극연결띠 형성단계를 행하는 전극연결띠 형성부를 포함하며, 기판 준비부는 이송되는 기판이 정지 중에 복수 개의 펀치로 복수의 배선용 구멍을 동시에 펀칭하는 펀칭부와, 펀칭하는 중에 권출된 기판의 길이에 해당하는 양만큼 당겨 일정한 장력을 유지시키는 기판 장력유지부를 구비한다.
기판 장력유지부는 기판이 걸리어 안내되는 한편 위치가 변경되는 조정롤체와, 조정롤체를 이송시켜 소정의 속도로 위치를 변경시키는 이송기구를 포함한다. 조정롤체는 두 개의 조정롤이 이동부재에 연결되어 이송기구에 의해 이송되는 구조로 되어 있다. 이송기구는 조정롤체를 이송시키는 이송축과, 조정롤체를 안내하는 안내봉과, 이송축을 구동하는 구동기를 포함한다.
본 발명에 의한 유기태양전지 모듈의 제조방법 및 제조장치에 의하면, 모듈에 별도의 수작업으로 구멍을 형성하지 않고 별도의 배선기판을 결합하지 않으며, 별도의 공정으로 모듈의 상부에 전극 연결층을 코팅하지 않고도 모듈의 전극 배선을 용이하게 하여, 2차 전지 혹은 어플리케이션에 용이하게 연결하게 하고, 연속공정으로 생산성을 향상하는 효과가 있다.
도 1은 종래 슬롯 다이를 이용하여 유기태양전지 모듈을 제조하는 장치 및 방법을 나타내는 공정도이다.
도 2는 도 1의 장치 및 방법에 따라 제조되는 유기태양전지 모듈의 연속체를 나타내는 단면도(상단) 및 그에 대응하는 배면도(하단)이다.
도 3는 도 2의 유기태양전지 모듈의 연속체에서 일정한 길이로 절단한 유기태양전지 모듈의 전극단자의 배치를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 4은 본 발명의 실시예에 의한 유기태양전지 모듈의 제조방법 및 제조장치에 따라 제조되는 유기태양전지 모듈의 연속체를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 4에서 화살표 A-A 선에 따른 단면도이다.
도 6는 본 발명의 실시예에 의한 유기태양전지 모듈의 제조방법 및 제조장치에 따라 제조되는 유기태양전지 모듈의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 유기태양전지 모듈의 제조방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 유기태양전지 모듈의 제조장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 9는 도 8에서 기판 준비부를 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는 도 1의 장치 및 방법에 따라 제조되는 유기태양전지 모듈의 연속체를 나타내는 단면도(상단) 및 그에 대응하는 배면도(하단)이다.
도 3는 도 2의 유기태양전지 모듈의 연속체에서 일정한 길이로 절단한 유기태양전지 모듈의 전극단자의 배치를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 4은 본 발명의 실시예에 의한 유기태양전지 모듈의 제조방법 및 제조장치에 따라 제조되는 유기태양전지 모듈의 연속체를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 4에서 화살표 A-A 선에 따른 단면도이다.
도 6는 본 발명의 실시예에 의한 유기태양전지 모듈의 제조방법 및 제조장치에 따라 제조되는 유기태양전지 모듈의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 유기태양전지 모듈의 제조방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 유기태양전지 모듈의 제조장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 9는 도 8에서 기판 준비부를 나타내는 개략 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
도 4은 본 발명의 실시예에 의한 유기태양전지 모듈의 제조방법 및 제조장치에 따라 제조되는 유기태양전지 모듈의 연속체를 개략적으로 나타낸 평면도이다. 도 5는 도 4에서 화살표 A-A 선에 따른 단면도이다. 도시한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 유기태양전지의 모듈의 제조방법 및 제조장치에 의해 제조되는 유기태양전지 모듈의 연속체(100)는 복수 개의 단위모듈(M1, M2, M3 등)로 나누어지며 배선용 구멍과 전극연결띠를 포함한다.
하나의 단위모듈에 대해 설명하면, 기판(111) 상에 여러 줄의 제1전극층(112)이 형성되고, 제1전극층(112) 상에 광활성층(114)이 도포되며, 이와 같이 준비된 광활성층(114) 상에 제1전극층(112)과 상반된 전극의 기능을 수행하는 별도의 전극인 제2전극층(113)이 형성된다.
하나의 제2전극층(113)은 이웃하는 제1전극층(112)과 전기적으로 연결된 구조를 이루게 되며, 이에 따라 하나의 단위모듈에 형성된 다수의 셀은 서로 전기적으로 직렬연결되는 구조를 취한다. 태양전지에서 광에너지가 전기적 에너지로 전화되기 위해서는 p-n접합이 요구된다. 유기태양전지의 경우 도너(donor)와 억셉터(acceptor)가 섞여서 p-n접합을 이루게 되며, p층과 n층은 명확히 구분되지 않는다.
기판(111)은 석영 또는 유리와 같은 무기 기재 필름을 사용할 수 있고, 또한 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌설포네이트(PES), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르설폰(PES) 및 폴리에테르이미드(PEI) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 플라스틱 기재 필름을 사용할 수도 있다. 특히, 상기 플라스틱 기재 필름은 플렉서블(flexible)하면서도 높은 화학적 안정성, 기계적 강도 및 투명도를 가지는 것을 사용할 수 있다.
제1전극층(112)은 양극(anode)층을 이루고, ITO(INdium Tin Oxide), SnO2, IZO(In2O3-ZnO), AZO(aluminum doped ZnO), GZO(gallium doped ZnO), Graphene, CNT, Nanowire, Ag grid, Conducting polymer (PEDOT:PSS) 등이 사용될 수 있고, 바람직하게는 ITO(INdium Tin Oxide)로 코팅하면 좋다.
제2전극층(113)은 음극(cathode)층을 이루고, Au, Al, Ag, Ca, Mg, Ba, Mo, Al-Mg 또는 LiF-Al 층일 수 있고, 바람직하게는 Ag로 코팅하면 좋다.
광활성층(114)은 공지된 것을 제한없이 사용할 수 있다. 일예로, 광활성층(114)은 전자수용체와 전자공여체가 혼합되어 존재하는 BHJ(bulk hetero-junction)구조이다. 또한 bilayer 타입을 사용할 수 있다. 전자공여체는 반도체 고분자, 공액고분자, 저분자반도체 등의 공지된 물질을 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들면, PPV(poly(para-phenylene vinylene)계열의 물질, 폴리티오핀(polythiophene)유도체, 프탈로시아닌(pthalocyanine)계 물질 등을 사용할 수 있다. 전자수용체로는 공지된 물질을 제한없이 사용할 수 있으며, 일예로, 전자 친화도가 큰 플러렌(C60, C70, C76, C78, C82, C90, C94, C96, C720, C860 등); 1-(3-메톡시-카르보닐)프로필-1-페닐(6,6)C61(1-(3-methoxycarbonyl) propyl-1-phenyl(6,6)C61: PCBM), C71-PCBM, C84-PCBM, bis-PCBM, ThCBM 등과 같은 플러렌 유도체들을 사용할 수 있다.
제1전극층(112)과 광활성층(114) 사이, 및 광활성층(114)과 제2전극층(113) 사이에는 기능층(Hole transport layer)이 형성될 수 있으며, 기능층은 정공 수송층 또는 전자수송층이 될 수 있다. 정공수송층으로 이미 공지된 물질을 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들면, MTDATA, TDATA, NPB, PEDOT:PSS, TPD 또는 p-형 금속 산화물 등과 같은 재료를 사용하여 형성할 수 있다. p-형 금속 산화물은 일 예로, MoO3 또는 V2O5일 수 있다. 또한, 정공수송층으로 금속층의 자기조립 박막을 사용할 수 있다. Ni 같은 물질을 증착하여 열처리 하여 형성된 자기조립박막을 기능층으로 사용할 수 있다. 전자수송층(electron transfer layer, ETL)은 광활성층에서 생성된 전자가 인접한 전극으로 용이하게 전달되도록 한다. 전자수송층은 공지된 재료를 제한없이 사용할 수 있으며, 일예로서, 알루미늄 트리스(8-하이드록시퀴놀린)(aluminium tris( 8-hydroxyquinoline), Alq3), 리튬플로라이드(LiF), 리튬착체(8-hydroxy-quinolinato lithium, Liq), 비공액고분자, 비공액 고분자 전해질, 공액 고분자 전해질, 또는 n-형 금속 산화물 등과 같은 재료를 사용하여 형성할 수 있다. 상기 n-형 금속 산화물은 일예로, TiOx, ZnO 또는 Cs2CO3 일 수 있다. 또한, 상기 전자수송층으로 금속층의 자기조립 박막을 사용할 수 있다.
배선용 구멍은 기판(111)의 가장자리에 길이방향을 따라 배열 형성되며, 기판(111)의 일측 가장자리에 길이방향을 따라 배열 형성된 복수의 제1배선용 구멍(111a)과, 기판(111)의 타측 가장자리에 길이방향으로 따라 배열 형성된 복수의 제2배선용 구멍(111b)을 포함한다. 배선용 구멍(111a, 111b)은 배선에 따라 다양한 크기로 형성될 수 있다.
전극연결띠는 기판(111)의 저면에 배선용 구멍(111a, 111b)을 따라 길이방향으로 코팅되어 배선용 구멍(111a, 111b)을 통해 제1전극층(112) 또는 제2전극층(113)에 연결되어 복수개의 단위모듈(M1, M2, M3 등)이 전기적으로 연결되게 하며, 기판(111)의 저면에 복수의 제1배선용 구멍(111a)을 따라 길이방향으로 코팅되어 제1배선용 구멍(111a)을 통해 제1전극층(112)에 연결되어 복수개의 단위모듈(M1, M2, M3 등)이 전기적으로 연결되게 하는 제1전극연결띠(116a)와, 기판(111)의 저면에 복수의 제2배선용 구멍(111b)을 따라 길이방향으로 코팅되어 제2배선용 구멍(111b)을 통해 제2전극층(113)에 연결되는 제2전극연결띠(116b)를 포함한다. 전극연결띠(116a, 116b)는 은 페이스트(Ag paste)를 이용하여 은(Ag) 전극으로 프린팅되어 형성된다. 전극연결띠(116a, 116b)는 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등의 금속 물질로 형성될 수도 있다.
도 6는 본 발명의 실시예에 의한 유기태양전지 모듈의 제조방법 및 제조장치에 따라 제조되는 유기태양전지 모듈의 다른 예를 나타내는 단면도이다. 도 6의 실시예에서는 기판(211)의 상면 가장자리에는 제1전극층(212) 또는 제2전극층(213)이 배선용 구멍(211a, 211b)을 통해 전극연결띠(216a, 216b)에 전기적으로 연결되게 매개하는 매개띠(215a, 215b)가 추가로 코팅된 구성이다.
도 6의 실시예에서 기판(211)과 제1전극층(212)와 제2전극층(213) 및 광활성층(214)은 도 4 및 도 5의 기판(111)과 제1전극층(112)와 제2전극층(113) 및 광활성층(114)과 유사하므로 자세한 설명은 생략한다.
배선용 구멍은 기판(211)의 가장자리에 길이방향을 따라 배열 형성되며, 기판(211)의 일측 가장자리에 길이방향을 따라 배열 형성된 복수의 제1배선용 구멍(211a)과, 기판(211)의 타측 가장자리에 길이방향으로 따라 배열 형성된 복수의 제2배선용 구멍(211b)을 포함한다.
전극연결띠는 기판(211)의 저면에 배선용 구멍(211a, 211b)을 따라 길이방향으로 코팅되어 배선용 구멍(211a, 211b) 및 매개띠(215a, 215b)을 통해 제1전극층(212) 또는 제2전극층(213)에 연결되어 복수개의 단위모듈(M1, M2, M3 등, 도 5에 도시)이 전기적으로 연결되게 하며, 기판(211)의 저면에 복수의 제1배선용 구멍(211a)을 따라 길이방향으로 코팅되어 제1배선용 구멍(211a) 및 제1매개띠(215a)을 통해 제1전극층(212)에 연결되어 복수개의 단위모듈(M1, M2, M3 등, 도 5에 도시)이 전기적으로 연결되게 하는 제1전극연결띠(216a)와, 기판(211)의 저면에 복수의 제2배선용 구멍(211b)을 따라 길이방향으로 코팅되어 제2배선용 구멍(211b) 및 제2매개띠(215b)를 통해 제2전극층(213)에 연결되는 제2전극연결띠(216b)를 포함한다. 전극연결띠(216a, 216b)는 은 페이스트(Ag paste)를 이용하여 은(Ag) 전극으로 프린팅되어 형성된다. 전극연결띠(216a, 216b)는 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등의 금속 물질로 형성될 수도 있다.
매개띠는 기판(211)의 상면에 제1전극층(212)이 복수의 제1배선용 구멍(211a)을 통해 제1전극연결띠(216a)에 전기적으로 연결되게 매개하는 제1매개띠(215a)와, 기판(211)의 상면에 제2전극층(212)이 복수의 제2배선용 구멍(211b)을 통해 제2전극연결띠(216b)에 전기적으로 연결되게 매개하는 제2매개띠(215b)를 포함한다. 매개띠(215a, 215b)는 은 페이스트(Ag paste)를 이용하여 은(Ag) 전극으로 프린팅되어 형성된다. 매개띠(215a, 215b)는 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등의 금속 물질로 형성될 수도 있다.
매개띠(215a, 215b)는 복수 개의 각 단위모듈별로 분리 형성되거나, 복수 개의 단위모듈(M1, M2, M3 등, 도 3에 도시)을 하나로 연결하여 형성된다.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 유기태양전지 모듈의 제조방법을 나타내는 플로우 차트이다. 도시한 바와 같이 유기태양전지 모듈의 제조는 기판 준비단계(S110)와, 기판의 상면에 패턴층(전극층 등)을 코팅하여 형성하는 패턴층 형성단계(S120)와, 기판의 저면에 전극연결띠를 코팅하여 형성하는 전극연결띠 형성단계(S130)와, 모듈을 밀봉하는 모듈 밀봉단계(S140)와, 모듈을 절단하는 모듈 절단단계(S150)로 이루어진다. 패턴층 형성단계와 전극연결띠 형성단계는 순서가 바뀌어 제조될 수도 있다.
기판 준비단계(S110)는 이송되는 기판(111)의 양측 가장자리에 길이방향을 따라 소정의 간격으로 복수의 배선용 구멍(111a, 111b)을 형성하는 단계이다. 배선용 구멍(111a, 111b)은 기판(111)의 이동경로 상에서 펀치로 타공하여 형성한다.
패턴층 형성단계(S120)는 도 5에 도시한 바와 같이 이송되는 기판(111)의 상면에 복수 줄의 제1전극층(112)과 광활성층(114) 및 제2전극층(113)을 포함하는 패턴층을 단위모듈(M1, M2, M3 등, 도 4에 도시)로 배열 형성하는 단계로서, 복수 줄의 패턴층을 슬롯다이 코팅법으로 형성하거나 페이스트(paste)를 이용하여 프린팅하여 형성한다.
패턴층 형성단계(S120)에서는 도 6에 도시한 바와 같이 기판(211)의 상면 가장자리에는 제1전극층(212) 또는 제2전극층(213)이 배선용 구멍(211a, 211b)을 통해 전극연결띠(215a, 216b)에 전기적으로 연결되게 매개하는 매개띠(215a, 215b)를 추가로 코팅할 수 있다. 매개띠(215a, 215b)는 각 단위모듈별(M1, M2, M3 등)로 분리 형성하거나, 복수 개의 단위모듈(M1, M2, M3)을 하나로 연결하여 형성할 수 있다. 매개띠(215a, 215b)는 슬롯다이 코팅법으로 형성하거나, 페이스트(paste)를 이용하여 프린팅하여 형성한다.
전극연결띠 형성단계(S130)는 도 5에 도시한 바와 같이 기판(111)의 저면에 배선용 구멍(111a, 111b)을 따라 길이방향으로 코팅되어 제1전극층(112) 또는 제2전극층(113)에 연결되어 단위모듈(M1, M2, M3 등, 도 4에 도시)이 전기적으로 연결되게 하는 전극연결띠(116a, 116b)를 형성하는 단계로서, 은(Ag) 페이스트를 코팅하는 단계다. 전극연결띠(116a, 116b)는 슬롯다이 코팅법으로 형성하거나 페이스트(paste)를 이용하여 프린팅하여 형성한다.
모듈 밀봉단계(S140)는 전극연결띠 형성단계(S130) 이후에 행해지며, 모듈을 산소 및 수분으로 포함하는 외부 환경으로부터 차단시키는 공정으로서, 모듈 전체를 PET 등의 소재로 된 투명 베리어 필름으로 라미네이팅 공정을 거쳐 밀봉하여 유기태양전지 모듈을 완성하는 단계이다. 모듈 밀봉단계(S140)에서는 장시간 보관하지 않고 전지 제조에 사용할 경우에는 배선단자를 연결하도록 제1, 제2전극층(112, 113) 또는 전극연결띠(116a, 116b)의 일부를 노출시킨다. 모듈 밀봉단계(S140)는 실리콘계 물질, 부틸계 물질, 아크릴계 물질 등으로 슬롯 다이등의 비접촉식 코팅방법으로 코팅할 수도 있다.
모듈 절단단계(S150)는 모듈 밀봉단계(S140) 후에 행해지며, 롤투롤 방식의 슬롯 다이 코팅법에 의한 연속생산 공정에서 복수의 단위모듈(M1, M2, M3)씩 하나의 모듈로 절단하는 단계이다. 절단된 모듈은 전지 생산설비로 이동되어 태양전지를 제조하게 된다. 모듈 절단단계(S150)는 모듈 밀봉단계(S140) 전에 행해질 수도 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 유기태양전지 모듈의 제조장치를 나타내는 개략 구성도이고, 도 9는 도 8에서 기판 준비부를 나타내는 개략 구성도이다. 본 실시예에서는 도 4 및 도 5의 유기태양전지 모듈을 제조하고 밀봉하는 장치를 나타낸 것으로, 모듈패턴층 형성단계(S120)와 전극연결띠 형성단계(S130)에서는 슬롯다이 코팅법으로 코팅하고, 모듈 밀봉단계(S140)에서는 베리어 필름으로 라미네이팅 공정으로 밀봉하는 장치를 예로 들어 설명한다. 본 실시예에서는 모듈 절단단계(S150)의 절단부는 생략되어 있다.
도시한 바와 같이 유기태양전지 모듈의 제조장치는 기판 준비부(510)와, 패턴층 형성부(520)와, 전극연결띠 형성부(530)와, 모듈 밀봉부(540)를 포함한다.
기판 준비부(510)는 기판 준비단계(S110)을 행하는 부분으로서, 권출롤(R)에서 권출되는 기판(111)에 배선용 구멍을 형성하는 장치다. 기판 준비부(510)는 이송되는 기판이 정지 중에 복수 개의 펀치(511a)로 복수의 배선용 구멍을 동시에 펀칭하는 펀칭부(511)와, 펀칭하는 중에 권출된 기판의 길이에 해당하는 양만큼 당겨 일정한 장력을 유지시키는 기판 장력유지부(512)를 구비한다.
펀칭부(511)는 복수 개의 펀치(511a)를 구비하는 하나의 펀칭기나, 하나의 펀치(511a)을 구비하는 복수의 펀칭기로 형성될 수 있다. 펀칭부(511)는 공지의 펀치와 유사하므로 자세한 설명은 생략한다.
기판 장력유지부(512)는 기판이 걸리어 안내되는 한편 위치가 변경되는 조정롤체와, 조정롤체를 이송시켜 소정의 속도로 위치를 변경시키는 이송기구를 포함한다. 조정롤체는 두 개의 조정롤(512a)이 커넥터(512b)에 의해 이동부재(512c)에 연결되어 이송기구에 의해 이송되는 구조로 되어 있다. 이송기구는 조정롤체를 이송시키는 이송축(512d)과, 조정롤체를 안내하는 안내봉(512e)과, 이송축(512d)을 구동하는 모터 등의 구동기(512f)를 포함한다.
펀칭부(511)는 권출롤(R)에서 권출되어 이송되는 기판(111)이 정지 중에 복수 개의 펀치(511a)로 복수의 배선용 구멍을 동시에 펀칭한다. 이때, 권출롤(R)에서는 펀칭하는 중에 기판(111)을 중단없이 권출시킨다. 기판 장력유지부(512)는 조정롤(512a)이 거리 D만큼 이동하면서 펀칭하는 중에 권출된 기판의 길이에 해당하는 양만큼 당겨 일정한 장력을 유지시킨다(도 9에서는 펀칭중에서 여분의 기판이 권출된 상태를 나타낸다). 펀칭이 완료된 후 패턴층 형성부(510)와 전극연결띠 형성부(530)에서 패턴층과 전극연결띠를 형성하는 중에는, 펀칭하는 중에 권출된 기판의 길이에 해당하는 양과, 권출롤에서 중단없이 권출시키는 양을 합쳐서 이송시키는 속도로 패턴층과 전극연결띠를 형성한다. 즉, 패턴층과 전극연결띠를 형성하는 중에는 기판 장력유지부(512)에서 조정롤(512a)를 좌측으로 거리 D 만큼 이동시키면서 코팅한다.
패턴층 형성부(520)는 제1전극층과 광활성층과 제2전극층을 포함하는 패턴층을 형성하는 패턴층 형성단계(S120)를 행하는 부분으로서, 코팅하는 복수의 슬롯다이(521)와, 코팅후 건조하는 복수의 건조기(522)를 포함한다.
전극연결띠 형성부(530)는 전극연결띠를 형성하는 전극연결띠 형성단계(S130)를 행하는 부분으로서, 기판의 저면에 전극연결띠를 형성하며, 전극연결띠를 코팅하는 슬롯다이(531)와, 코팅후 건조하는 건조기(532)를 포함한다.
모듈 밀봉부(540)는 모듈 밀봉단계(S140)를 행하는 부분으로서, 베리어 필름이 감긴 필름롤(541)에서 공급된 소재를 라미네이팅 롤(542)을 통과시키면서 코팅하는 장치이다.
패턴층 형성부(520)와 전극연결띠 형성부(530)와 모듈 밀봉부(540)의 장치는 공지의 장치와 유사하므로 자세한 설명을 생략한다. 밀봉된 모듈은 권취롤에 감아 보관하거나, 태양전지 제조설비(U)에서 복수개의 단위모듈씩 적당한 길이로 절단하여 사용한다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100: 유기태양전지 모듈의 연속체 111 : 기판
111a, 111b : 배선용 구멍 112, 212 : 제1전극층
113, 213 : 제2전극층 114, 214 : 광활성층
116a, 116b : 전극연결띠 211a, 211b : 배선용 구멍
215a, 215b : 매개띠 216a, 216b : 전극연결띠
M1, M2, M3 : 단위모듈
510 : 기판 준비부 511 : 펀칭부
512 : 기판 장력유지부 520 : 패턴층 형성부
521, 531 : 슬롯다이 522, 532 : 건조기
530 : 전극연결띠 형성부 540 : 모듈 밀봉부
541 : 필름롤 542 : 라미네이팅 롤
111a, 111b : 배선용 구멍 112, 212 : 제1전극층
113, 213 : 제2전극층 114, 214 : 광활성층
116a, 116b : 전극연결띠 211a, 211b : 배선용 구멍
215a, 215b : 매개띠 216a, 216b : 전극연결띠
M1, M2, M3 : 단위모듈
510 : 기판 준비부 511 : 펀칭부
512 : 기판 장력유지부 520 : 패턴층 형성부
521, 531 : 슬롯다이 522, 532 : 건조기
530 : 전극연결띠 형성부 540 : 모듈 밀봉부
541 : 필름롤 542 : 라미네이팅 롤
Claims (15)
- 기판의 가장자리에 길이방향을 따라 소정의 간격으로 복수의 배선용 구멍을 형성하는 기판 준비단계와,
상기 기판의 상면에 제1전극층와 제2전극층을 포함하는 복수 줄의 패턴층을 단위모듈로 배열 형성하는 패턴층 형성단계와,
상기 기판의 저면에 상기 배선용 구멍을 따라 길이방향으로 코팅되어 상기 제1전극층 또는 상기 제2전극층에 연결되어 상기 단위모듈이 전기적으로 연결되게 하는 전극연결띠를 형성하는 전극연결띠 형성단계를 포함하고,
상기 전극연결띠 형성단계 이후에는 상기 기판과 상기 패턴층과 상기 전극연결띠를 산소 및 수분을 포함하는 외부 환경으로부터 차단시켜 밀봉하는 모듈 밀봉단계를 추가로 포함하고,
상기 모듈 밀봉단계 이후에는 복수의 단위 모듈(M1, M2, M3)씩 하나의 모듈로 절단하는 모듈 절단단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유기태양전지 모듈의 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
권출롤에서 권출되어 이송되는 기판이 정지 중에 복수 개의 펀치로 상기 복수의 배선용 구멍을 동시에 펀칭하고,
펀칭하는 중에 상기 기판을 상기 권출롤에서 중단없이 권출시키며,
펀칭하는 중에 권출된 기판의 길이에 해당하는 양만큼 당겨 일정한 장력을 유지시키며,
상기 패턴층과 상기 전극연결띠를 형성하는 중에는, 펀칭하는 중에 권출된 기판의 길이에 해당하는 양과, 상기 권출롤에서 중단없이 권출시키는 양을 합쳐서 이송시키는 속도로 상기 패턴층과 상기 전극연결띠를 형성하는 것을 특징으로 하는 유기태양전지 모듈의 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 패턴층은 슬롯다이 코팅법으로 형성하거나, 페이스트(paste)를 이용하여 프린팅하여 형성하는 것을 특징으로 하는 유기태양전지 모듈의 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 전극연결띠는 슬롯다이 코팅법으로 형성하거나, 페이스트(paste)를 이용하여 프린팅하여 형성하는 것을 특징으로 하는 유기태양전지 모듈의 제조방법. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 모듈 밀봉단계는 베리어 필름으로 라미네이팅 공정으로 밀봉층을 형성하는 것을 특징으로 하는 유기태양전지 모듈의 제조방법. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 패턴층 형성단계에서 상기 기판의 상면 가장자리에는 상기 제1전극층 또는 상기 제2전극층이 상기 배선용 구멍을 통해 상기 전극연결띠에 전기적으로 연결되게 매개하는 매개띠를 추가로 코팅하는 것을 특징으로 하는 유기태양전지 모듈의 제조방법. - 청구항 8에 있어서,
상기 매개띠는 각 단위모듈별로 분리 형성하는 것을 특징으로 하는 유기태양전지 모듈의 제조방법. - 청구항 8에 있어서,
상기 매개띠는 복수 개의 단위모듈을 하나로 연결하여 형성하는 것을 특징으로 하는 유기태양전지 모듈의 제조방법. - 청구항 8에 있어서,
상기 매개띠는 슬롯다이 코팅법으로 형성하거나, 페이스트(paste)를 이용하여 프린팅하여 형성하는 것을 특징으로 하는 유기태양전지 모듈의 제조방법. - 청구항 1의 기판 준비단계와 패턴층 형성단계와 전극연결띠 형성단계를 포함하는 유기태양전지 모듈의 제조방법에 따라 유기태양전지를 제조하기 위한 제조장치로서,
상기 기판 준비단계를 행하는 기판 준비부와, 상기 패턴층 형성단계를 행하는 패턴층 형성부와, 상기 전극연결띠 형성단계를 행하는 전극연결띠 형성부를 포함하며,
상기 기판 준비부는
이송되는 기판이 정지 중에 복수 개의 펀치로 복수의 배선용 구멍을 동시에 펀칭하는 펀칭부와,
펀칭하는 중에 권출된 기판의 길이에 해당하는 양만큼 당겨 일정한 장력을 유지시키는 기판 장력유지부를 구비하는 것을 특징으로 하는 유기태양전지 모듈의 제조장치. - 청구항 12에 있어서,
상기 기판 장력유지부는
상기 기판이 걸리어 안내되는 한편 위치가 변경되는 조정롤체와,
상기 조정롤체를 이송시켜 소정의 속도로 위치를 변경시키는 이송기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기태양전지 모듈의 제조장치. - 청구항 13에 있어서,
상기 조정롤체는 두 개의 조정롤이 이동부재에 연결되어 이송기구에 의해 이송되는 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 유기태양전지 모듈의 제조장치. - 청구항 13에 있어서,
상기 이송기구는
상기 조정롤체를 이송시키는 이송축과,
상기 조정롤체를 안내하는 안내봉과,
상기 이송축을 구동하는 구동기를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기태양전지 모듈의 제조장치.
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| KR1020150045407A KR102152035B1 (ko) | 2015-03-31 | 2015-03-31 | 유기태양전지 모듈의 제조방법 및 제조장치 |
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- 2015-03-31 KR KR1020150045407A patent/KR102152035B1/ko active IP Right Grant
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| KR101241718B1 (ko) * | 2011-10-13 | 2013-03-11 | 엘지이노텍 주식회사 | 태양전지 모듈 및 이의 제조방법 |
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