KR102388771B1 - Transparent electrode for photovoltaic textiles, manufacturing method thereof and photovoltaic textiles comprising the transparent electrode - Google Patents

Transparent electrode for photovoltaic textiles, manufacturing method thereof and photovoltaic textiles comprising the transparent electrode Download PDF

Info

Publication number
KR102388771B1
KR102388771B1 KR1020200111503A KR20200111503A KR102388771B1 KR 102388771 B1 KR102388771 B1 KR 102388771B1 KR 1020200111503 A KR1020200111503 A KR 1020200111503A KR 20200111503 A KR20200111503 A KR 20200111503A KR 102388771 B1 KR102388771 B1 KR 102388771B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
transparent electrode
solar cell
pedot
pss
crystal peak
Prior art date
Application number
KR1020200111503A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20220029934A (en
Inventor
조길수
이유진
차수진
Original Assignee
연세대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 연세대학교 산학협력단 filed Critical 연세대학교 산학협력단
Priority to KR1020200111503A priority Critical patent/KR102388771B1/en
Publication of KR20220029934A publication Critical patent/KR20220029934A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102388771B1 publication Critical patent/KR102388771B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20Light-sensitive devices
    • H01G9/2068Panels or arrays of photoelectrochemical cells, e.g. photovoltaic modules based on photoelectrochemical cells
    • H01G9/2086Photoelectrochemical cells in the form of a fiber
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20Light-sensitive devices
    • H01G9/2022Light-sensitive devices characterized by he counter electrode
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542Dye sensitized solar cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing Of Electric Cables (AREA)

Abstract

본 발명은 태양전지 섬유용 투명전극, 이의 제조방법 및 상기 투명전극을 포함하는 태양전지 섬유에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리비닐리덴 클로라이드계 고분자 나노섬유 웹 상에 전도성 고분자를 결합시켜 태양전지 섬유용 투명전극을 제조함으로써 광투과성 및 전기전도성을 현저히 향상시킬 수 있으며, 기존의 유리 기반 투명전극에 비해 무게가 가볍고 부피가 작으며, 유연성 및 내구성이 우수한 이점이 있다.The present invention relates to a transparent electrode for a solar cell fiber, a method for manufacturing the same, and a solar cell fiber including the transparent electrode, and more particularly, to a solar cell fiber by bonding a conductive polymer on a polyvinylidene chloride-based polymer nanofiber web. By manufacturing a transparent electrode for use, light transmittance and electrical conductivity can be significantly improved, and compared to the existing glass-based transparent electrode, it is light in weight, small in volume, and has excellent flexibility and durability.

Description

태양전지 섬유용 투명전극, 이의 제조방법 및 상기 투명전극을 포함하는 태양전지 섬유{Transparent electrode for photovoltaic textiles, manufacturing method thereof and photovoltaic textiles comprising the transparent electrode}Transparent electrode for solar cell fiber, manufacturing method thereof, and solar cell fiber including the transparent electrode

본 발명은 광투과성 및 전기전도성이 우수한 태양전지 섬유용 투명전극, 이의 제조방법 및 상기 투명전극을 포함하는 태양전지 섬유에 관한 것이다.The present invention relates to a transparent electrode for a solar cell fiber excellent in light transmittance and electrical conductivity, a manufacturing method thereof, and a solar cell fiber comprising the transparent electrode.

제 4차 산업혁명에 따른 IoTs(Internet of Things) 기술 발달로 모든 사물이 하나의 네트워크로 연결되는 초연결사회가 도래하였다. 이로 인해 가까운 미래에는 스마트폰이 수행하고 있는 기능들이 의류 형태로 작동될 것이다. 스마트 의류(Smart Clothing)란, ICT(Information & Communication Technology)와 섬유 기술이 결합된 의류를 지칭하며, 이는 입력, 처리, 출력, 전원 기술 등으로 구성된다. 현재 스마트 의류의 전원 공급 장치는 스냅 버튼(Snap-button)을 이용하여 리튬 배터리 등과 연결하는 방식으로 적용되고 있다. 따라서 무게가 무겁고 부피가 크다는 한계점을 비롯하여 짧은 배터리 수명, 안전성, 환경오염 등 많은 문제를 가지고 있다. With the development of IoTs (Internet of Things) technology following the 4th industrial revolution, a hyper-connected society has arrived in which all things are connected through a single network. Due to this, in the near future, functions performed by smartphones will be operated in the form of clothing. Smart Clothing refers to clothing that combines ICT (Information & Communication Technology) and textile technology, and is composed of input, processing, output, and power technology. Currently, the power supply of smart clothing is applied by using a snap-button to connect to a lithium battery or the like. Therefore, it has many problems, such as a limitation in that it is heavy and bulky, a short battery life, safety, and environmental pollution.

이러한 문제를 해결하기 위해서는 텍스타일 기반의 전원공급 장치 개발이 필요하다. 전원 기술에서 에너지는 필수 요소이며, 특히 와이어리스(Wireless) 환경에서의 스마트 의류 구동을 위해 전원 공급과 저장 관리의 중요성은 더욱 증가하고 있다. 태양에너지는 청정에너지로, 높은 효율, 영속적인 에너지 공급, 장소의 제약 없이 전기에너지로 변환할 수 있는 장점을 가지고 있다. 태양전지는 태양에너지를 전기에너지로 변환시켜주는 전지로, 광원만 있다면 실내외에서 사용 가능하다는 장점을 가지고 있어 스마트 의류의 전원 공급 장치로 적합하다. 그러나 현재 상용화된 태양전지는 딱딱한 유리기판을 사용하고 있어 유연성 및 휴대성이 좋지 않으며, 굽힘에 대한 내구성이 낮아 의복으로의 적용에는 한계가 있다. In order to solve this problem, it is necessary to develop a textile-based power supply device. Energy is an essential element in power technology, and in particular, the importance of power supply and storage management for smart clothing operation in a wireless environment is increasing. Solar energy is a clean energy and has the advantages of high efficiency, permanent energy supply, and the ability to be converted into electric energy without any restrictions on location. A solar cell is a battery that converts solar energy into electrical energy, and as long as there is a light source, it can be used indoors and outdoors, so it is suitable as a power supply device for smart clothing. However, currently commercialized solar cells use a hard glass substrate, so flexibility and portability are not good, and their application to clothing is limited due to low durability against bending.

태양전지 섬유(Photovoltaic Textiles)는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시킬 수 있는 섬유나 실, 직물과 같은 의류 소재로, 얇고 가벼우며 유연성이 좋아 스마트 의류의 전원 기술로 적용하기에 적합하다. 현재 태양전지 섬유는 주로 유기계 종류인 염료감응형과 유기박막형 태양전지로 제작되고 있다. 염료감응형 태양전지는 식물의 광합성 원리를 이용한 것으로 식물성 염료를 사용하며, 유기박막 태양전지는 주로 P3HT:PCBM 고분자 복합체를 사용한다. 이들은 경량성, 휴대성, 간단한 공정의 장점을 가지고 있는 반면 에너지 변환 효율이 낮다는 단점을 가지고 있다. 또한 이를 섬유형태와 결합한 태양전지는 아직까지 개발 초기 단계로 기존의 태양전지가 갖는 경량성, 휴대성, 간단한 공정 등의 장점은 유지하고, 에너지 변환 효율과 유연성이 개선된 태양전지 섬유의 지속적인 개발이 요구되고 있다.Photovoltaic Textiles are clothing materials such as fibers, threads, and fabrics that can convert light energy into electrical energy. Currently, solar cell fibers are mainly produced as organic-based dye-sensitized and organic thin-film solar cells. Dye-sensitized solar cells use the principle of photosynthesis of plants and use vegetable dyes, and organic thin-film solar cells mainly use P3HT:PCBM polymer composite. While they have the advantages of light weight, portability, and simple process, they have the disadvantage of low energy conversion efficiency. In addition, the solar cell combining this with the fiber form is still in the early stages of development, and the advantages of lightness, portability, and simple process of the existing solar cell are maintained, and the energy conversion efficiency and flexibility of the solar cell fiber are improved continuously. this is being requested

한편, 광학에서의 투명성(Transparency)이란, 빛이 산란되지 않고 물질을 통과하는 특성이다. 투명 물질 중 가장 대표적인 유리는 그 자체가 비결정질 물질이므로 분자 사이의 거리가 멀어 투명성을 가지고 있다. 투명전극(Transparent Conducting Electrodes, TCEs)이란, 가시광 영역에서 높은 광투과성을 가짐과 동시에 전기전도성을 갖는 전극이다. 투명전극의 면저항 값에 따라 터치스크린 패널, 디스플레이, 태양전지 섬유 등 다양한 산업에 적용 가능하여 투명전극의 수요는 점차적으로 증가하고 있는 추세이다. On the other hand, in optics, transparency is a characteristic in which light passes through a material without being scattered. Glass, the most representative of transparent materials, is an amorphous material itself, and thus has transparency because the distance between its molecules is long. Transparent electrodes (Transparent Conducting Electrodes, TCEs) are electrodes having high light transmittance in a visible light region and electrical conductivity at the same time. Depending on the sheet resistance of the transparent electrode, it can be applied to various industries such as touch screen panels, displays, and solar cell textiles, and thus the demand for transparent electrodes is gradually increasing.

현재 가장 널리 사용되고 있는 투명전극 물질에는 ITO(Indium Tin Oxide)가 있다. ITO는 10 Ω/sq 이하의 면저항과 가시광 영역에서 90%의 광 투과율을 보여 태양전지에 적합한 투명전극 재료이다. 그러나 그 수요가 증가함에 따라 희소 금속인 인듐(Indium)의 고갈 염려와 이에 따른 지속적인 가격 상승이 야기되고 있다. 또한 유리 기반의 ITO 투명전극은 기계적인 강도가 매우 약하고, 유연성이 없다는 한계가 있다. Currently, the most widely used transparent electrode material is ITO (Indium Tin Oxide). ITO shows a sheet resistance of 10 Ω/sq or less and a light transmittance of 90% in the visible region, making it a suitable transparent electrode material for solar cells. However, as the demand increases, concerns about the depletion of indium, a rare metal, and a continuous price increase are caused. In addition, the glass-based ITO transparent electrode has limitations in that it has very weak mechanical strength and no flexibility.

이에 따라 ITO 투명전극을 대체하기 위한 물질로 금속, 탄소동소체 등이 제안되고 있다. 다양한 전도성 물질 중 금속인 은나노와이어(AgNWs)는 밀도가 증가할수록 광투과도가 저하되는 단점이 있으며, 탄소나노튜브(CNTs)는 용액 공정을 위한 분산이 까다롭고, 그래핀은 균일한 두께로 형성하기 위한 공정이 어렵다는 한계점을 가지고 있다. 이 밖에도 투명전극 재료가 유리인 경우 투명성은 우수하나 유연성이 좋지 않아 태양전지 섬유로 적용 시 무게가 무겁고 부피가 크며 불쾌한 착용감을 야기하는 문제가 있다.Accordingly, metals, carbon allotropes, etc. have been proposed as materials to replace the ITO transparent electrode. Among various conductive materials, silver nanowires (AgNWs), a metal, have a disadvantage in that the light transmittance decreases as the density increases, carbon nanotubes (CNTs) are difficult to disperse for a solution process, and graphene is difficult to form with a uniform thickness. There is a limitation in that the process for In addition, when the transparent electrode material is glass, transparency is excellent, but flexibility is not good.

한국등록특허 제10-1706125호Korean Patent Registration No. 10-1706125

상기와 같은 문제 해결을 위하여, 본 발명은 광투과성 및 전기전도성이 현저히 향상된 태양전지 섬유용 투명전극을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a transparent electrode for solar cell fibers with significantly improved light transmittance and electrical conductivity.

또한 본 발명은 상기 투명전극을 포함하는 태양전지 섬유를 제공하는 것으로 그 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a solar cell fiber including the transparent electrode.

또한 본 발명은 상기 태양전지 섬유를 포함하는 제품을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a product including the solar cell fiber.

또한 본 발명은 태양전지 섬유용 투명전극의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a transparent electrode for a solar cell fiber.

본 발명은 폴리비닐리덴 플루오라이드계 고분자 나노섬유 웹; 및 상기 폴리비닐리덴 플루오라이드계 고분자 나노섬유 웹의 표면 및 웹 내부의 섬유 표면 상에 결합된 전도성 고분자;를 포함하는 태양전지 섬유용 투명전극으로서, 상기 투명전극은 FT-IR 분석 결과 ① 872 내지 874 cm-1, ② 1179 내지 1181 cm-1 및 ③ 1291 내지 1293 cm-1 파장수 범위에서 각각 제1 α형 결정 피크, 제2 α형 결정 피크 및 β형 결정 피크를 보이고, 상기 (제1 α형 결정 피크)/(제2 α형 결정 피크)의 흡수 세기 비율은 0.9 내지 1.2이고, 상기 (제2 α형 결정 피크)/(β형 결정 피크)의 흡수 세기 비율은 1.4 내지 1.8이고, 상기 (β형 결정 피크)/(제1 α형 결정 피크)의 흡수 세기 비율은 0.5 내지 0.7인 것인 태양전지 섬유용 투명전극을 제공한다.The present invention is a polyvinylidene fluoride-based polymer nanofiber web; and a conductive polymer bonded to the surface of the polyvinylidene fluoride-based polymer nanofiber web and the fiber surface inside the web; as a transparent electrode for solar cell fibers, the transparent electrode is FT-IR analysis result ① 872 to 874 cm -1 , ② 1179 to 1181 cm -1 , and ③ 1291 to 1293 cm -1 The first α-form crystal peak, the second α-form crystal peak, and the β-form crystal peak are respectively shown in the wavelength range, and the (first The absorption intensity ratio of α-form crystal peak)/(second α-form crystal peak) is 0.9 to 1.2, and the absorption intensity ratio of (second α-form crystal peak)/(β-form crystal peak) is 1.4 to 1.8, The (β-form crystal peak)/(first α-form crystal peak) absorption intensity ratio is 0.5 to 0.7 to provide a transparent electrode for solar cell fibers.

또한 본 발명은 상기 투명전극을 포함하는 태양전지 섬유를 제공한다.In addition, the present invention provides a solar cell fiber including the transparent electrode.

또한 본 발명은 상기 태양전지 섬유를 포함하는 제품을 제공한다.The present invention also provides a product including the solar cell fiber.

또한 본 발명은 전도성 고분자 수분산액 및 유기용매를 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계; 폴리비닐리덴 플루오라이드계 고분자 나노섬유 웹 상에 상기 혼합용액을 코팅하는 단계; 및 상기 혼합용액이 코팅된 매트릭스 고분자 나노섬유 웹을 건조하여 투명전극을 제조하는 단계;를 포함하는 태양전지 섬유용 투명전극의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention includes the steps of preparing a mixed solution by mixing an aqueous dispersion of a conductive polymer and an organic solvent; coating the mixed solution on the polyvinylidene fluoride-based polymer nanofiber web; and manufacturing a transparent electrode by drying the matrix polymer nanofiber web coated with the mixed solution;

본 발명에 따른 태양전지 섬유용 투명전극은 폴리비닐리덴 클로라이드계 고분자 나노섬유 웹 상에 전도성 고분자를 결합시킴으로써 광투과성 및 전기전도성을 현저히 향상시킬 수 있다. The transparent electrode for solar cell fibers according to the present invention can significantly improve light transmittance and electrical conductivity by bonding a conductive polymer on a polyvinylidene chloride-based polymer nanofiber web.

또한 본 발명에 따른 태양전지 섬유용 투명전극은 기존의 유리 기반 투명전극에 비해 무게가 가볍고 부피가 작으며, 유연성 및 내구성이 우수한 이점이 있다.In addition, the transparent electrode for solar cell fiber according to the present invention has advantages in that it is light in weight and small in volume, and has excellent flexibility and durability compared to the conventional glass-based transparent electrode.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects. It should be understood that the effects of the present invention include all effects that can be inferred from the following description.

도 1은 PEDOT:PSS/DMSO 혼합용액의 제조방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 9가지의 부피비(10:0, 9:1, 8:2, 7:3, 6:4, 5:5, 4:6, 3:7, 2:8)로 혼합된 PEDOT:PSS/DMSO 혼합용액을 사용하여 투명전극 시료의 제조방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 광전지 섬유의 제조방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 투명전극(P10D0, P9D1, P8D2, P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, P2D8)에 대하여 PEDOT:PSS/DMSO 혼합용액의 부피비에 따른 면저항 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 미처리 PVDF 나노섬유 웹 시료와 본 발명의 실시예 1에서 제조된 투명전극(P10D0, P9D1, P8D2, P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, P2D8)에 대하여 PEDOT:PSS/DMSO 혼합용액의 부피비에 따른 광투과율 스펙트럼 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 미처리 PVDF 나노섬유 웹의 FE-SEM 이미지이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 투명전극(P10D0, P9D1, P8D2, P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, P2D8)에 대하여 PEDOT:PSS/DMSO 혼합용액의 부피비에 따른 PVDF 나노섬유 웹의 표면 미세구조를 측정한 FE-SEM 이미지이다.
도 8은 미처리 PVDF 나노섬유 웹 시료와 본 발명의 실시예 1의 P10D0 시료, P9D1 시료, P2D8 시료 및 P3D7 시료의 두께를 측정한 그래프이다.
도 9는 미처리 PVDF 나노섬유 웹 시료와 본 발명의 실시예 1의 PEDOT:PSS만 처리된 P10D0 시료, 가장 우수한 전기전도성을 가지는 P9D1 시료, 가장 낮은 전기전도성을 가지는 P2D8 시료, 투명전극으로서 가장 우수한 성능지수를 가지는 P3D7 시료에 대하여 표면 입자형태 및 표면 거칠기를 측정한 AFM 이미지이다.
도 10은 미처리 PVDF 나노섬유 웹의 FT-IR 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 11은 PEDOT:PSS 수분산액의 FT-IR 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 투명전극(P10D0, P9D1, P8D2, P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, P2D8)에 대하여 PEDOT:PSS/DMSO 혼합용액의 부피비에 따른 각 시료의 화학적 구조 변화를 나타낸 FT-IR 분석 결과이다.
도 13은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 투명전극(P10D0, P9D1, P8D2, P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, P2D8)에 대하여 PEDOT:PSS/DMSO 혼합용액의 부피비에 따른 각 시료의 평균 면저항 값(Rsh)과 평균 광투과도(Tav)를 이용하여 성능지수(φTC)를 계산한 결과를 나타낸 것이다.
도 14는 기존 FTO 투명전극 기반 염료감응형 태양전지와 본 발명의 실시예 1에서 제조된 투명전극(P3D7)을 이용한 태양전지 섬유의 전류-전압 특성을 측정한 결과이다.
1 is a diagram schematically showing a method for preparing a PEDOT:PSS/DMSO mixed solution.
2 shows PEDOT:PSS mixed in 9 volume ratios (10:0, 9:1, 8:2, 7:3, 6:4, 5:5, 4:6, 3:7, 2:8) A method for preparing a transparent electrode sample using a /DMSO mixed solution is schematically shown.
3 is a view schematically showing a method of manufacturing a photovoltaic fiber.
4 shows the measurement results of sheet resistance according to the volume ratio of the PEDOT:PSS/DMSO mixed solution for the transparent electrodes (P10D0, P9D1, P8D2, P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, P2D8) prepared in Example 1 of the present invention; This is the graph shown.
5 is an untreated PVDF nanofiber web sample and a transparent electrode (P10D0, P9D1, P8D2, P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, P2D8) prepared in Example 1 of the present invention PEDOT: PSS / DMSO mixed solution It is a graph showing the measurement result of the light transmittance spectrum according to the volume ratio.
6 is an FE-SEM image of an untreated PVDF nanofiber web.
7 is a PVDF nanofiber web according to the volume ratio of PEDOT: PSS/DMSO mixed solution for the transparent electrodes (P10D0, P9D1, P8D2, P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, P2D8) prepared in Example 1 of the present invention; FE-SEM image of the surface microstructure of
8 is a graph showing the measurement of the thickness of the untreated PVDF nanofiber web sample and the P10D0 sample, P9D1 sample, P2D8 sample, and P3D7 sample of Example 1 of the present invention.
9 is an untreated PVDF nanofiber web sample, a P10D0 sample treated with only PEDOT:PSS of Example 1 of the present invention, a P9D1 sample having the best electrical conductivity, a P2D8 sample having the lowest electrical conductivity, and the best performance as a transparent electrode It is an AFM image of the surface particle shape and surface roughness of the P3D7 sample having the index.
10 shows the results of FT-IR analysis of the untreated PVDF nanofiber web.
11 shows the results of FT-IR analysis of PEDOT:PSS aqueous dispersion.
12 shows the chemical composition of each sample according to the volume ratio of the PEDOT:PSS/DMSO mixed solution for the transparent electrodes (P10D0, P9D1, P8D2, P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, P2D8) prepared in Example 1 of the present invention; It is the result of FT-IR analysis showing the structural change.
13 shows the average of each sample according to the volume ratio of PEDOT:PSS/DMSO mixed solution for the transparent electrodes (P10D0, P9D1, P8D2, P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, P2D8) prepared in Example 1 of the present invention; The result of calculating the figure of merit (φ TC ) using the sheet resistance value (R sh ) and the average light transmittance (T av ) is shown.
14 is a result of measuring the current-voltage characteristics of the conventional FTO transparent electrode-based dye-sensitized solar cell and the solar cell fiber using the transparent electrode (P3D7) prepared in Example 1 of the present invention.

이하에서는 본 발명을 하나의 실시예로 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of one embodiment.

본 발명에서 나노섬유(nanofiber)는 평균 섬유직경이 1,000 nm 이하의 섬유를 의미한다.In the present invention, nanofiber means a fiber having an average fiber diameter of 1,000 nm or less.

본 발명은 태양전지 섬유용 투명전극, 이의 제조방법 및 상기 투명전극을 포함하는 태양전지 섬유에 관한 것이다.The present invention relates to a transparent electrode for a solar cell fiber, a manufacturing method thereof, and a solar cell fiber including the transparent electrode.

구체적으로 본 발명은 폴리비닐리덴 플루오라이드계 고분자 나노섬유 웹; 및 상기 폴리비닐리덴 플루오라이드계 고분자 나노섬유 웹의 표면 및 웹 내부의 섬유 표면 상에 결합된 전도성 고분자;를 포함하는 태양전지 섬유용 투명전극으로서, 상기 투명전극은 FT-IR 분석 결과 ① 872 내지 874 cm-1, ② 1179 내지 1181 cm-1 및 ③ 1291 내지 1293 cm-1 파장수 범위에서 각각 제1 α형 결정 피크, 제2 α형 결정 피크 및 β형 결정 피크를 보이고, 상기 (제1 α형 결정 피크)/(제2 α형 결정 피크)의 흡수 세기 비율은 0.9 내지 1.2이고, 상기 (제2 α형 결정 피크)/(β형 결정 피크)의 흡수 세기 비율은 1.4 내지 1.8이고, 상기 (β형 결정 피크)/(제1 α형 결정 피크)의 흡수 세기 비율은 0.5 내지 0.7인 것인 태양전지 섬유용 투명전극을 제공한다.Specifically, the present invention is a polyvinylidene fluoride-based polymer nanofiber web; and a conductive polymer bonded to the surface of the polyvinylidene fluoride-based polymer nanofiber web and the fiber surface inside the web; as a transparent electrode for solar cell fibers, the transparent electrode is FT-IR analysis result ① 872 to 874 cm -1 , ② 1179 to 1181 cm -1 , and ③ 1291 to 1293 cm -1 The first α-form crystal peak, the second α-form crystal peak, and the β-form crystal peak are respectively shown in the wavelength range, and the (first The absorption intensity ratio of α-form crystal peak)/(second α-form crystal peak) is 0.9 to 1.2, and the absorption intensity ratio of (second α-form crystal peak)/(β-form crystal peak) is 1.4 to 1.8, The (β-form crystal peak)/(first α-form crystal peak) absorption intensity ratio is 0.5 to 0.7 to provide a transparent electrode for solar cell fibers.

상기 폴리비닐리덴 플루오라이드계 고분자 나노섬유 웹(nanofiber web)은 부직포(nonwoven)로 나노섬유들이 3차원 네트워크처럼 수많은 작은 기공들을 형성하면서 무작위로 집적된 나노미터 직경의 섬유 집합체이다. 상기 폴리비닐리덴 플루오라이드계 고분자 나노섬유 웹은 부피 대비 넓은 표면적을 가지며 초박막, 초경량, 유연성 등의 특성이 우수하여 전기전도성과 투명도가 동시에 요구되는 투명전극으로 적용 가능한 이점이 있다. 바람직하게는 상기 폴리비닐리덴 플루오라이드계 고분자 나노섬유 웹은 평균 섬유직경이 100 내지 800 nm이고, 면중량이 1 내지 30 g/m2일 수 있다. 더욱 바람직하게는 평균 섬유직경이 200 내지 500 nm이고, 면중량이 3 내지 5 g/m2일 수 있다. 이때, 상기 평균 섬유직경 및 면중량 범위 중 어느 하나라도 만족하지 않으면 비표면적 및 유연성이 저하되거나 투명성이 좋지 않을 수 있다.The polyvinylidene fluoride-based polymer nanofiber web is a nonwoven, nanofiber aggregate of nanometer diameter fibers in which nanofibers are randomly integrated while forming numerous small pores like a three-dimensional network. The polyvinylidene fluoride-based polymer nanofiber web has a large surface area compared to its volume and has excellent properties such as ultra-thin film, ultra-light weight, and flexibility, so that it can be applied as a transparent electrode requiring both electrical conductivity and transparency. Preferably, the polyvinylidene fluoride-based polymer nanofiber web may have an average fiber diameter of 100 to 800 nm, and a cotton weight of 1 to 30 g/m 2 . More preferably, the average fiber diameter is 200 to 500 nm, and the cotton weight may be 3 to 5 g/m 2 . At this time, if any one of the average fiber diameter and the cotton weight range is not satisfied, the specific surface area and flexibility may be reduced or the transparency may be poor.

상기 폴리비닐리덴 플루오라이드계 고분자는 호모폴리머(homopolymer) 또는 코폴리머(copolymer) 폴리비닐리덴 플루오라이드계 고분자일 수 있다. 구체적으로 상기 폴리비닐리덴 플루오라이드계 고분자는 폴리비닐리덴 플루오라이드(poly(vinylidene fluoride)), 폴리(비닐리덴플루오라이드-코-헥사플루오로프로필렌)(poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)), 폴리(비닐리덴플루오라이드-코-테트라플루오로에틸렌)(poly(vinylidene fluoride-co- tetrafluoroethylene)) 및 폴리(비닐리덴플루오라이드-코-트리플루오로에틸렌)(poly(vinylidenefluoride-co-trifluoroethylene))로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF)일 수 있다.The polyvinylidene fluoride-based polymer may be a homopolymer or copolymer polyvinylidene fluoride-based polymer. Specifically, the polyvinylidene fluoride-based polymer is polyvinylidene fluoride (poly(vinylidene fluoride)), poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) (poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)), Poly(vinylidene fluoride-co-tetrafluoroethylene) and poly(vinylidenefluoride-co-trifluoroethylene) (poly(vinylidenefluoride-co-trifluoroethylene)) It may be at least one selected from the group consisting of, preferably polyvinylidene fluoride (PVdF).

특히, 상기 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF) 고분자는 기존 투명전극의 매트릭스 고분자들에 비해 (CH2-CF2)n의 반복 단위를 가지며, 결정 영역(Crystal Area)과 비결정 영역(Amorphous Area)이 혼재된 반결정형(Semicrystalline) 고분자이다. 상기 폴리비닐리덴 플루오라이드는 화학 구조적으로 높은 불소 함량과 불소 원자의 대칭 구조 및 강한 C-F 결합으로 인해 우수한 내화학성, 내열성, 내일광성의 특성을 가지며, 내구성과 내후성, 내습성, 유연성 등의 장점을 가지고 있다. In particular, the polyvinylidene fluoride (PVdF) polymer has a repeating unit of (CH 2 -CF 2 ) n compared to matrix polymers of conventional transparent electrodes, and has a crystal area and an amorphous area. It is a mixed semi-crystalline polymer. The polyvinylidene fluoride has excellent chemical resistance, heat resistance, and light resistance characteristics due to its high chemical and structural fluorine content, symmetric structure of fluorine atoms and strong CF bond, and has advantages such as durability, weather resistance, moisture resistance, and flexibility. Have.

다만, 기존의 일반적인 폴리비닐리덴 플루오라이드는 결정 영역과 비결정 영역 경계에서의 난반사 발생으로 인해 불투명하게 보이기 때문에 본 발명에서는 상기 폴리비닐리덴 플루오라이드를 특정 용매에 혼합하여 투명성을 가질 수 있도록 할 수 있다. 바람직하게는 상기 폴리비닐리덴 플루오라이드는 후술하는 DMSO 용매와 혼합하여 C-F 쌍극자의 구조를 뒤틀리게 함으로써 α형 결정 및 β형 결정을 변환시켜 결정성을 조절할 수 있다. 결정성이 조절된 상기 폴리비닐리덴 플루오라이드는 난반사를 감소시켜 투명하게 변할 수 있다. 이에 따라 우수한 내일광성, 유연성과 투명성의 장점을 가진 상기 폴리비닐리덴 플루오라이드계 나노섬유 웹은 태양전지 섬유용 투명전극에 적용 가능한 이점이 있다. However, since conventional polyvinylidene fluoride appears opaque due to the occurrence of diffuse reflection at the boundary between the crystalline region and the amorphous region, in the present invention, the polyvinylidene fluoride is mixed with a specific solvent to have transparency. . Preferably, the polyvinylidene fluoride is mixed with a DMSO solvent to be described later to twist the structure of the C-F dipole, thereby converting the α-form crystal and the β-form crystal to control crystallinity. The polyvinylidene fluoride whose crystallinity is controlled can be changed to be transparent by reducing diffuse reflection. Accordingly, the polyvinylidene fluoride-based nanofiber web having the advantages of excellent light resistance, flexibility and transparency has advantages applicable to transparent electrodes for solar cell fibers.

상기 전도성 고분자는 높은 광투과성, 전기전도성, 유연성의 물성을 가질 뿐만 아니라 용액공정으로 적용 가능한 이점이 있다. 상기 전도성 고분자의 구체적인 예로는 폴리티오펜(polythioephene), 폴리아닐린(polyaniline, PANI), 폴리피롤(polypyrrole, PPy), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리디아세틸렌(polydiacetylene), 폴리티오펜비닐렌(poly(thiophenevinylene)), 폴리플러렌(polyfluorene) 및 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT):폴리스티렌술포네이트(PSS)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 바람직하게는 상기 전도성 고분자는 PEDOT 또는 PEDOT:PSS일 수 있고, 가장 바람직하게는 PEDOT:PSS일 수 있다.The conductive polymer not only has high light transmittance, electrical conductivity, and flexibility, but also has the advantage of being applicable to a solution process. Specific examples of the conductive polymer include polythiophene, polyaniline, PANI, polypyrrole, PPy, polyacetylene, polydiacetylene, and polythiophenevinylene. )), polyfluorene, and poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT): may be at least one selected from the group consisting of polystyrene sulfonate (PSS). Preferably, the conductive polymer may be PEDOT or PEDOT:PSS, and most preferably PEDOT:PSS.

상기 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT)은 전도성 고분자로 EDOT 단량체를 중합한 고분자이다. 상기 PEDOT은 전기전도성이 높고, 안정성 및 유연성이 뛰어나며 용액 공정의 가능성이 있어 다양한 분야에 적용 가능하다. 전도성 고분자인 상기 PEDOT은 본래 소수성의 성질을 가지고 있어 이를 용액화하기 위해서는 1차 도핑 과정이 필요하다. 1차 도펀트로 친수성 성질을 가지고 있는 PSS(Poly(Styrenesulfonate))를 사용하여 PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene):Poly(Styrenesulfonate))로 합성할 수 있다. 이때, 상기 PEDOT을 완전히 물에 분산시키기 위해 PEDOT과 PSS를 1:2.5 내지 1:20의 중량비로 혼합하여 합성하는 것이 일반적이다. 이 경우 상기 PEDOT과 결합하지 못한 PSS가 수소 결합(Hydrogen Bonds)을 형성하고, PEDOT:PSS는 특이한 코어-쉘(Core-shell)의 구조를 보이게 된다. 코어에서는 주로 PEDOT 입자가 PSS와 결합되어 PEDOT-rich Core를 형성하고 있으며, 쉘에서는 PSS 입자들이 무작위로 결합되어 있다. 이러한 구조로 결합되어 있는 것은 PEDOT:PSS의 전기 전도성에 영향을 미치게 된다. PEDOT:PSS의 전기적 특성은 PEDOT 내의 티오펜 링(Thiophene Ring)을 통해 자유 전하들이 이동하면서 발생하게 된다. 그러나 친수성의 PSS 고분자는 절연의 성질을 가지며, 구조적으로 PEDOT-rich Core를 PSS Shell이 감싸고 있어 전자의 흐름을 방해하게 된다. 이에 따라, 순수한 PEDOT:PSS는 매우 낮은 전기적 특성을 보인다.The poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) is a polymer obtained by polymerizing EDOT monomer as a conductive polymer. The PEDOT has high electrical conductivity, excellent stability and flexibility, and is applicable to various fields due to the possibility of a solution process. The conductive polymer, PEDOT, has inherently hydrophobic properties, so a first doping process is required to make it a solution. It can be synthesized as PEDOT:PSS (Poly(3,4-ethylenedioxythiophene):Poly(Styrenesulfonate)) using PSS (Poly(Styrenesulfonate)) having hydrophilic properties as a primary dopant. At this time, in order to completely disperse the PEDOT in water, it is common to mix and synthesize PEDOT and PSS in a weight ratio of 1:2.5 to 1:20. In this case, the PSS that does not bind to the PEDOT forms hydrogen bonds, and the PEDOT:PSS shows a unique core-shell structure. In the core, mainly PEDOT particles are combined with PSS to form a PEDOT-rich core, and in the shell, PSS particles are randomly combined. Bonding in this structure affects the electrical conductivity of PEDOT:PSS. The electrical properties of PEDOT:PSS are generated as free charges move through the thiophene ring in PEDOT. However, the hydrophilic PSS polymer has insulating properties and, structurally, the PEDOT-rich core is surrounded by the PSS shell, which prevents the flow of electrons. Accordingly, pure PEDOT:PSS exhibits very low electrical properties.

이러한 순수한 PEDOT:PSS의 낮은 전기전도성 특성을 해결하기 위해 본 발명에서는 PSS을 최소한으로 혼합하였는데, 바람직하게는 상기 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT):폴리스티렌술포네이트(PSS)는 PEDOT 및 PSS가 1:1 내지 1:1.8 중량비, 더욱 바람직하게는 1:1.5 내지 1:1.7 중량비, 가장 바람직하게는 1:1.6 중량비로 혼합된 것일 수 있다. 특히, 상기 PSS의 혼합비율이 1 중량비 미만이면 친수성도가 저하되어 물에 잘 분산되지 않을 수 있고, 반대로 1.8 중량비 초과이면 친수성을 갖는 PPS의 절연 성질로 인해 전기전도도가 저하될 수 있다.In order to solve the low electrical conductivity properties of pure PEDOT:PSS, in the present invention, PSS is minimally mixed. Preferably, the poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT):polystyrenesulfonate (PSS) is PEDOT and PSS may be mixed in a weight ratio of 1:1 to 1:1.8, more preferably 1:1.5 to 1:1.7 by weight, and most preferably 1:1.6 by weight. In particular, if the mixing ratio of the PSS is less than 1 weight ratio, the hydrophilicity may be lowered and it may not be well dispersed in water.

상기 투명전극은 폴리비닐리덴 플루오라이드계 고분자 나노섬유 웹과 전도성 고분자가 1:0.01 내지 1:1 중량비, 바람직하게는 1:0.01 내지 1:0.05 중량비, 더욱 바람직하게는 1:0.01 내지 1:0.02 중량비로 혼합된 것일 수 있다. 이때, 상기 전도성 고분자의 함량이 0.01 중량비 미만이면 투명전극의 우수한 전기전도성 효과를 기대할 수 없으며, 반대로 1 중량비 초과이면 투명전극의 유연성이 저하되어 의류 제품으로는 적용이 어려울 수 있다.The transparent electrode includes a polyvinylidene fluoride-based polymer nanofiber web and a conductive polymer in a weight ratio of 1:0.01 to 1:1, preferably 1:0.01 to 1:0.05, more preferably 1:0.01 to 1:0.02 It may be a mixture by weight. At this time, if the content of the conductive polymer is less than 0.01 weight ratio, the excellent electrical conductivity effect of the transparent electrode cannot be expected. Conversely, if the content exceeds 1 weight ratio, the flexibility of the transparent electrode is lowered, so that it may be difficult to apply as a clothing product.

상기 투명전극은 400 내지 700 nm의 가시광선 영역에서 광투과율이 70 내지 84%일 수 있고, 바람직하게는 81 내지 84%일 수 있다.The transparent electrode may have a light transmittance of 70 to 84% in a visible light region of 400 to 700 nm, preferably 81 to 84%.

한편, 본 발명은 상기 투명전극을 포함하는 태양전지 섬유를 제공한다.Meanwhile, the present invention provides a solar cell fiber including the transparent electrode.

상기 태양전지 섬유(Photovoltaic Textiles)에 포함된 투명전극은 태양 빛을 모아 내부로 전달하고, 전극과 광활성층의 접촉 면적을 넓혀 전기가 잘 흐르도록 하는 역할을 할 수 있다.The transparent electrode included in the solar cell fiber (Photovoltaic Textiles) may serve to collect solar light and transmit it to the inside, and expand the contact area between the electrode and the photoactive layer to allow electricity to flow well.

또한, 본 발명은 상기 태양전지 섬유를 포함하는 제품을 제공한다.In addition, the present invention provides a product including the solar cell fiber.

상기 제품은 상기 태양전지 섬유를 포함하여 의류, 자동차, 선박, 항공기의 몸체 또는 전자제품의 케이스로 제작될 수 있다. 또한 필요에 따라 최종제품이 구부림이 가능한 형태로 제작될 수 있어 다양한 범위에 적용 가능한 이점이 있다. The product may be manufactured as a body of clothes, automobiles, ships, aircraft, or cases of electronic products including the solar cell fibers. In addition, as the final product can be manufactured in a bendable form as needed, it has the advantage of being applicable to a variety of ranges.

또한, 본 발명은 전도성 고분자 수분산액 및 유기용매를 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계; 폴리비닐리덴 플루오라이드계 고분자 나노섬유 웹 상에 상기 혼합용액을 코팅하는 단계; 및 상기 혼합용액이 코팅된 매트릭스 고분자 나노섬유 웹을 건조하여 투명전극을 제조하는 단계;를 포함하는 태양전지 섬유용 투명전극의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of preparing a mixed solution by mixing an aqueous dispersion of a conductive polymer and an organic solvent; coating the mixed solution on the polyvinylidene fluoride-based polymer nanofiber web; and manufacturing a transparent electrode by drying the matrix polymer nanofiber web coated with the mixed solution;

상기 전도성 고분자 수분산액은 폴리티오펜(polythioephene), 폴리아닐린(polyaniline, PANI), 폴리피롤(polypyrrole, PPy), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리디아세틸렌(polydiacetylene), 폴리티오펜비닐렌(poly(thiophenevinylene)), 폴리플러렌(polyfluorene) 및 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT):폴리스티렌술포네이트(PSS)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 PEDOT:PSS를 포함할 수 있다.The conductive polymer aqueous dispersion includes polythiophene, polyaniline, PANI, polypyrrole, PPy, polyacetylene, polydiacetylene, and polythiophenevinylene. ), polyfluorene and poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT): may include at least one selected from the group consisting of polystyrene sulfonate (PSS), preferably PEDOT: PSS may include

상기 유기용매는 디메틸설폭사이드(Dimethyl Sulfoxide, DMSO)일 수 있다. 상기 디메틸설폭사이드 용매는 상기 전도성 고분자 수분산액의 전기전도성을 더욱 향상시키고, 투명도를 향상시킬 수 있다. The organic solvent may be dimethyl sulfoxide (DMSO). The dimethyl sulfoxide solvent may further improve the electrical conductivity of the aqueous dispersion of the conductive polymer and improve transparency.

특히, 상기 전도성 고분자 수분산액으로 상기 PEDOT:PSS을 포함할 경우, 기존의 순수 PEDOT:PSS가 가진 낮은 전기전도성 특성을 해결하기 위해 2차 도펀트로서 상기 DMSO 용매를 혼합할 수 있다. 이 경우 상기 DMSO 용매가 양전하의 상기 PEDOT와 음전하의 PSS 결합 사이에 침투하여 전하 스크리닝(Charge Screening)을 할 수 있다. 이로 인해 상기 PEDOT과 PSS 사이의 정전기적 인력이 감소하여 서로 분리되고, 상기 PEDOT 입자 간의 접촉이 증가하여 전하의 이동이 용이해질 수 있다. 또한 상기 PEDOT:PSS 수분산액과 DMSO 용매의 혼합 시 상기 PEDOT:PSS의 구조 재배열 및 형태 변화가 발생하여 전기전도성이 증가할 수 있다. 또한 이러한 혼합과정에서 상기 PEDOT:PSS의 표면에서 PSS가 일부 추출되고, 이로 인해 상기 PEDOT 입자들끼리의 접촉이 증가하여 전하가 잘 흐를 수 있다. 이때, 상기 PSS가 일부가 추출됨에 따라 투명전극의 투명도를 향상시킬 수 있다.In particular, when the PEDOT:PSS is included as the aqueous dispersion of the conductive polymer, the DMSO solvent may be mixed as a secondary dopant in order to solve the low electrical conductivity characteristics of the existing pure PEDOT:PSS. In this case, the DMSO solvent may penetrate between the positively charged PEDOT and negatively charged PSS bonds to perform charge screening. Due to this, the electrostatic attraction between the PEDOT and the PSS is reduced to separate from each other, and the contact between the PEDOT particles is increased to facilitate the movement of charges. In addition, when the PEDOT:PSS aqueous dispersion and the DMSO solvent are mixed, the structure rearrangement and shape change of the PEDOT:PSS may occur, thereby increasing electrical conductivity. In addition, in this mixing process, PSS is partially extracted from the surface of the PEDOT:PSS, and as a result, the contact between the PEDOT particles is increased, so that an electric charge can flow well. In this case, as a part of the PSS is extracted, the transparency of the transparent electrode may be improved.

상기 혼합용액은 전도성 고분자 수분산액 및 유기용매가 6:4 내지 3:7 부피비, 바람직하게는 5:5 내지 3:7 부피비, 더욱 바람직하게는 4:6 내지 3:7 부피비, 가장 바람직하게는 3:7 부피비로 혼합된 것일 수 있다. 특히, 상기 유기용매의 함량이 4 부피비 미만이면 투명전극의 광투과율이 현저하게 낮을 수 있고, 반대로 7 부피비 초과이면 과량의 유기용매를 사용함에 따라 전도성 고분자 입자가 탈락되어 투명전극의 전기전도성이 급격하게 저하될 수 있고, 이로 인해 광투과율도 낮아질 수 있다.The mixed solution contains the aqueous dispersion of the conductive polymer and the organic solvent in a volume ratio of 6:4 to 3:7, preferably 5:5 to 3:7 by volume, more preferably 4:6 to 3:7 by volume, most preferably It may be mixed in a 3:7 volume ratio. In particular, if the content of the organic solvent is less than 4 volume ratio, the light transmittance of the transparent electrode may be remarkably low. On the contrary, if it exceeds 7 volume ratio, the conductive polymer particles are dropped due to the use of an excessive amount of the organic solvent, so that the electrical conductivity of the transparent electrode is sharp. may be significantly lowered, and thus the light transmittance may also be lowered.

상기 혼합용액을 코팅하는 단계는 브러쉬 페인팅법(brush painting), 스핀코팅법(spin coating), 딥코팅법(dip coating), 낙하법(dropping), 스프레이 분사법(spray coating), 잉크젯 프린팅법(inkjet printing), 스크린 프린팅(screen printing) 및 스포팅법(spotting)으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 방법으로 수행할 수 있고, 바람직하게는 브러쉬 페인팅법으로 수행할 수 있다. 상기 브러쉬 페인팅법은 수십에서 수백 나노미터까지 얇은 두께를 조절할 수 있고, 기반 재료에 상관없이 처리가 용이한 장점이 있다. The step of coating the mixed solution is a brush painting method, a spin coating method, a dip coating method, a dropping method, a spray coating method, an inkjet printing method ( inkjet printing), screen printing, and spotting may be performed by one selected from the group consisting of, preferably, brush painting. The brush painting method has the advantage that the thickness can be adjusted from several tens to several hundreds of nanometers, and the process is easy regardless of the base material.

상기 투명전극을 제조하는 단계에서 건조는 50 내지 100 ℃에서 1분 내지 2시간 동안 수행할 수 있다. 바람직하게는 68 내지 72 ℃에서 5분 내지 15분 동안 수행할 수 있고, 가장 바람직하게는 70 ℃에서 10분 동안 수행할 수 있다.In the step of manufacturing the transparent electrode, drying may be performed at 50 to 100° C. for 1 minute to 2 hours. Preferably, it may be carried out at 68 to 72° C. for 5 minutes to 15 minutes, and most preferably at 70° C. for 10 minutes.

특히, 상기 투명전극은 상기 PEDOT:PSS 수분산액을 디메틸설폭사이드(DMSO) 용매에 혼합하되, 특정 부피비율을 만족하여야만 상기 PEDOT:PSS 수분산액과 DMSO 용매 간의 강한 상호작용에 의해 결정성이 조절되어 광투과율을 향상시킬 수 있는데, 이때 FT-IR 분석 결과 ① 872 내지 874 cm-1, ② 1179 내지 1181 cm-1 및 ③ 1291 내지 1293 cm-1 파장수 범위에서 각각 제1 α형 결정 피크, 제2 α형 결정 피크 및 β형 결정 피크를 보일 수 있다.In particular, in the transparent electrode, the PEDOT:PSS aqueous dispersion is mixed with a dimethyl sulfoxide (DMSO) solvent, and crystallinity is controlled by strong interaction between the PEDOT:PSS aqueous dispersion and the DMSO solvent only when a specific volume ratio is satisfied. The light transmittance can be improved, and at this time, as a result of FT - IR analysis, the first α - form crystal peak, the second 2 An α-form crystal peak and a β-form crystal peak can be seen.

이러한 결정 피크들에 대하여 바람직하게는 상기 (제1 α형 결정 피크)/(제2 α형 결정 피크)의 흡수 세기 비율은 0.9 내지 1.2이고, 상기 (제2 α형 결정 피크)/(β형 결정 피크)의 흡수 세기 비율은 1.4 내지 1.8이고, 상기 (β형 결정 피크)/(제1 α형 결정 피크)의 흡수 세기 비율은 0.5 내지 0.7일 수 있다.For these crystal peaks, preferably, the absorption intensity ratio of (first α-form crystal peak)/(second α-form crystal peak) is 0.9 to 1.2, and the (second α-form crystal peak)/(β-form) The absorption intensity ratio of the crystal peak) may be 1.4 to 1.8, and the absorption intensity ratio of the (β-form crystal peak)/(the first α-form crystal peak) may be 0.5 to 0.7.

상기 투명전극이 FT-IR 분석 결과에서 이러한 결정 피크들과 흡수 세기비율들을 보이는 경우, 상기 실시예 또는 비교예 등에는 명시적으로 기재하지 않았지만 투명성, 유연성, 내일광성의 물성이 우수한 이점이 있다. When the transparent electrode shows these crystal peaks and absorption intensity ratios in the FT-IR analysis result, although not explicitly described in the Examples or Comparative Examples, there is an advantage in that the transparent electrode has excellent properties of transparency, flexibility, and light resistance.

특히, 하기 실시예 또는 비교예 등에는 명시적으로 기재하지는 않았지만, 본 발명에 따른 태양전지 섬유용 투명전극의 제조방법에 있어서, 하기 7가지 조건들을 달리하여 제조된 투명전극을 태양전지 섬유에 적용한 후 통상의 방법에 의해 내일광성, 내구성, 열안정성 및 유연성의 물성을 평가하였다.In particular, although not explicitly described in the following Examples or Comparative Examples, in the method for manufacturing the transparent electrode for solar cell fiber according to the present invention, the transparent electrode prepared under the following 7 conditions was applied to the solar cell fiber. Then, the physical properties of light resistance, durability, thermal stability and flexibility were evaluated by a conventional method.

그 결과, 다른 조건 및 다른 수치 범위에서와는 달리, 아래 조건을 모두 만족하였을 때 우수한 광투과율을 가질 뿐만 아니라 내일광성, 내구성, 열안정성 및 유연성의 물성이 모두 고르게 우수한 수치를 보이는 것을 확인하였다. As a result, it was confirmed that, unlike in other conditions and in other numerical ranges, when all of the following conditions were satisfied, not only had excellent light transmittance, but also the physical properties of light tomorrow, durability, thermal stability and flexibility all showed uniformly excellent values.

① 상기 폴리비닐리덴 플루오라이드계 고분자 나노섬유 웹은 평균 섬유직경이 200 내지 500 nm이고, 면중량이 3 내지 5 g/m2이고, ② 상기 폴리비닐리덴 플루오라이드계 고분자는 폴리비닐리덴 플루오라이드이고, ③ 상기 전도성 고분자 수분산액은 PEDOT 및 PSS가 1:1.5 내지 1:1.7 중량비로 혼합된 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT):폴리스티렌술포네이트(PSS)이고, ④ 상기 유기용매는 디메틸설폭사이드(Dimethyl Sulfoxide, DMSO)이고, ⑤ 상기 혼합용액은 전도성 고분자 수분산액 및 유기용매가 4:6 내지 3:7 부피비로 혼합된 것이고, ⑥ 상기 혼합용액을 코팅하는 단계는 브러쉬 페인팅법(brush painting)으로 수행하고, ⑦ 상기 투명전극을 제조하는 단계에서 건조는 68 내지 72 ℃에서 5분 내지 15분 동안 수행할 수 있다.① The polyvinylidene fluoride-based polymer nanofiber web has an average fiber diameter of 200 to 500 nm, and a cotton weight of 3 to 5 g/m 2 , ② The polyvinylidene fluoride-based polymer is polyvinylidene fluoride and ③ the conductive polymer aqueous dispersion is poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT):polystyrenesulfonate (PSS) in which PEDOT and PSS are mixed in a weight ratio of 1:1.5 to 1:1.7, ④ the organic The solvent is dimethyl sulfoxide (DMSO), ⑤ the mixed solution is a mixture of a conductive polymer aqueous dispersion and an organic solvent in a volume ratio of 4:6 to 3:7, ⑥ coating the mixed solution is brush painting It is carried out by brush painting, and ⑦ drying in the step of manufacturing the transparent electrode may be performed at 68 to 72° C. for 5 to 15 minutes.

다만, 상기 7가지 조건 중 어느 하나라도 충족되지 않는 경우에는 유연성이 현저하게 저하되거나, 내구성, 열안정성 및 내일광성이 고르게 우수한 물성을 나타내지 못하였다.However, when any one of the above seven conditions is not satisfied, flexibility is remarkably reduced, or excellent physical properties in durability, thermal stability, and light resistance are not uniformly exhibited.

이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 다음 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited by the following examples.

실시예 1: 투명전극 제조Example 1: Preparation of transparent electrode

(1) 재료(1) material

본 발명에서 사용된 기반 텍스타일은 Pardam, s.r.o. Ltd.(Czech Republic)에서 구매한 PVDF 나노섬유 웹(Poly(Vinylidene) Fluoride Nanofiber Web)으로 별도의 처리 없이 사용하였다. 사용된 PVDF 나노섬유 웹의 물성 특성은 하기 표 1과 같다.The base textile used in the present invention is described in Pardam, s.r.o. Ltd. (Czech Republic) purchased PVDF nanofiber web (Poly (Vinylidene) Fluoride Nanofiber Web) was used without additional treatment. The physical properties of the PVDF nanofiber web used are shown in Table 1 below.

또한 PVDF 나노섬유 웹에 전기전도성을 부여하기 위해 1.3 중량%로 수분산된 PEDOT:PSS 수분산액을 사용하였으며, Sigma-Aldrich(United States of America)에서 구매하였다. PEDOT:PSS 수분산액의 물성 특성은 하기 표 2와 같다. 또한 시료의 전기전도성과 광투과성을 향상시키기 위해 Duksan Pure Chemicals(Republic of Korea)에서 구매한 99.9 %의 DMSO(Dimethyl Sulfoxide) 용액을 증류수에 80 부피%로 희석하여 사용하였다.In addition, in order to impart electrical conductivity to the PVDF nanofiber web, an aqueous dispersion of PEDOT:PSS dispersed in water at 1.3% by weight was used, and was purchased from Sigma-Aldrich (United States of America). The physical properties of the PEDOT:PSS aqueous dispersion are shown in Table 2 below. In addition, in order to improve the electrical conductivity and light transmittance of the sample, a 99.9% DMSO (Dimethyl Sulfoxide) solution purchased from Duksan Pure Chemicals (Republic of Korea) was diluted to 80% by volume in distilled water and used.

Figure 112020092717822-pat00001
Figure 112020092717822-pat00001

Figure 112020092717822-pat00002
Figure 112020092717822-pat00002

(2) PEDOT:PSS/DMSO 혼합용액 제조(2) PEDOT: PSS/DMSO mixed solution preparation

도 1은 PEDOT:PSS/DMSO 혼합용액의 제조방법을 개략적으로 나타낸 도면이다. 먼저 1.3 중량%로 수분산된 PEDOT:PSS 수분산액과 80 부피%로 희석된 DMSO 용액을 9가지의 부피비(10:0, 9:1, 8:2, 7:3, 6:4, 5:5, 4:6, 3:7, 2:8)로 바이알(Vial)에 혼합하였다. 이때, 사전 테스트(Pre-test)를 통해 1:9 부피비의 PEDOT:PSS/DMSO 용액으로 처리된 시료는 일부 손상되어 본 실험에서 제외되었다. 이후 PEDOT:PSS와 DMSO 용액이 섞인 바이알을 상온에서 150 rpm 속도에서 30분 동안 마그네틱 교반(Magnetic Stirring)을 진행하여 균일하게 혼합된 9가지의 PEDOT:PSS/DMSO 혼합용액을 제조하였다.1 is a diagram schematically showing a method for preparing a PEDOT:PSS/DMSO mixed solution. First, a PEDOT:PSS aqueous dispersion dispersed in water at 1.3% by weight and a DMSO solution diluted to 80% by volume were mixed in nine volume ratios (10:0, 9:1, 8:2, 7:3, 6:4, 5: 5, 4:6, 3:7, 2:8) in a vial. At this time, the sample treated with the PEDOT:PSS/DMSO solution of 1:9 volume ratio through the pre-test was partially damaged and was excluded from this experiment. After that, the vial in which the PEDOT:PSS and DMSO solutions were mixed was subjected to magnetic stirring at room temperature at 150 rpm for 30 minutes to prepare nine uniformly mixed PEDOT:PSS/DMSO mixed solutions.

(3) 투명전극 제작(3) Transparent electrode fabrication

도 2는 9가지의 부피비(10:0, 9:1, 8:2, 7:3, 6:4, 5:5, 4:6, 3:7, 2:8)로 혼합된 PEDOT:PSS/DMSO 혼합용액을 사용하여 투명전극 시료의 제조방법을 개략적으로 나타낸 것이다. 먼저 PVDF 나노섬유 웹을 (2 x 2) cm2 크기의 준비하고, 그 위에 브러쉬 페인팅(Brush-painting) 기법을 이용하여 PEDOT:PSS/DMSO 혼합용액 0.05 ml를 각각 처리하였다. 이후 70 ℃의 온도로 설정된 진공 건조기(OV-11 Vacuum Oven, JEIO Tech. co., LTD, Republic of Korea)에서 대기 상태로 10분 동안 건조하였다. 최종적으로 총 9개의 P10D0, P9D1, P8D2, P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, P2D8 투명전극 시료를 제조하였다. 제작된 시료의 시료명과 처리 조건은 하기 표 3과 같다. 제조된 투명전극은 PVDF 나노섬유 웹과 전도성 고분자가 1: 0.01 내지 0.02 중량비로 혼합되었다. 2 shows PEDOT:PSS mixed in 9 volume ratios (10:0, 9:1, 8:2, 7:3, 6:4, 5:5, 4:6, 3:7, 2:8) A method for preparing a transparent electrode sample using a /DMSO mixed solution is schematically shown. First, a PVDF nanofiber web was prepared with a size of (2 x 2) cm 2 , and 0.05 ml of a PEDOT:PSS/DMSO mixed solution was treated thereon using a brush-painting technique, respectively. Thereafter, it was dried for 10 minutes in an atmospheric condition in a vacuum dryer (OV-11 Vacuum Oven, JEIO Tech. co., LTD, Republic of Korea) set at a temperature of 70 °C. Finally, a total of nine P10D0, P9D1, P8D2, P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, and P2D8 transparent electrode samples were prepared. The sample names and treatment conditions of the prepared samples are shown in Table 3 below. The prepared transparent electrode was mixed with a PVDF nanofiber web and a conductive polymer in a weight ratio of 1: 0.01 to 0.02.

Figure 112020092717822-pat00003
Figure 112020092717822-pat00003

실시예 2: 태양전지 섬유(photovoltaic textile) 제조Example 2: Manufacturing of photovoltaic textile

도 3은 광전지 섬유의 제조방법을 개략적으로 나타낸 도면이다. 제조를 위해, Arbor Scientific(United States of America)에서 구매한 염료감응형 태양전지 키트(Dye Sensitized Solar Cell Kit)를 사용하였다. 준비된 재료로는 2개의 나노섬유 웹 기반 투명전극(2 x 2) cm2, 연필, 식물성 염료인 블루베리, TiO2 paste, 요오드-요오드화 전해질(Iodide/Triiodide Electrolyte) 용액을 준비하였다. 이때, 본 발명에서 가장 우수한 성능지수를 보인 P3D7 투명전극 시료를 광전지 섬유에 사용하였다. 3 is a view schematically showing a method of manufacturing a photovoltaic fiber. For manufacturing, a dye-sensitized solar cell kit purchased from Arbor Scientific (United States of America) was used. As the prepared materials, two nanofiber web-based transparent electrodes (2 x 2) cm 2 , pencil, blueberry, a vegetable dye, TiO 2 paste, and iodine-iodide electrolyte (Iodide/Triiodide Electrolyte) solution were prepared. At this time, the P3D7 transparent electrode sample showing the best performance index in the present invention was used for the photovoltaic fiber.

먼저 2개의 P3D7 시료 중, 하나의 시료에는 TiO2 Paste를 0.05 g 처리하고, 70 ℃의 온도로 설정된 핫 플레이트(Hot Plate)에서 5분 동안 건조하였다. 그런 다음, TiO2 Paste가 처리된 시료를 으깬 블루베리에 10분 동안 담가 제1 전극을 제조하였다.First, 0.05 g of TiO 2 Paste was treated on one of the two P3D7 samples, and dried for 5 minutes on a hot plate set at a temperature of 70 ℃. Then, the TiO 2 Paste-treated sample was immersed in mashed blueberries for 10 minutes to prepare a first electrode.

그 다음 나머지 P3D7 시료에는 연필을 사용하여 탄소 처리를 하였다. 이후 탄소 처리가 된 시료에 전해질인 요오드-요오드화칼륨 용액을 0.05 g 처리하여 제2 전극을 제조하였다. 마지막으로 TiO2/염료가 처리된 제1 전극과 탄소/전해질이 처리된 제2 전극을 엇갈리게 맞대고 압착하여 태양전지 섬유를 완성하였다.Then, the remaining P3D7 samples were carbon-treated using a pencil. Then, 0.05 g of an electrolyte, iodine-potassium iodide solution, was treated on the carbon-treated sample to prepare a second electrode. Finally, the TiO 2 /dye-treated first electrode and the carbon/electrolyte-treated second electrode were alternately pressed against each other to complete the solar cell fiber.

비교예 1Comparative Example 1

비교를 위해 기존의 투명전극인 FTO를 사용하여 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 염료감응형 태양전지를 제조하였다.For comparison, a dye-sensitized solar cell was prepared in the same manner as in Example 2 using FTO, which is a conventional transparent electrode.

실험예 1-1: 투명전극의 면저항 평가Experimental Example 1-1: Evaluation of sheet resistance of transparent electrode

상기 실시예 1에서 제조된 투명전극에 대하여 PEDOT:PSS와 DMSO의 혼합 비율에 따른 전기적 특성을 비교하기 위해, 면저항(Ω/sq, Sheet Resistance)을 측정하였다. 시료는 (2 x 2)cm2 크기로 준비하여 접촉면에서 측정하였고, 4 Point Probe 면저항 측정기 CMT-SR1000N (AIT, Republic of Korea)를 사용하였다. 이때, 데이터의 신뢰도를 위해 7회 반복 측정한 후 평균값을 계산하였다. 그 결과는 도 4 및 표 4에 나타내었다.In order to compare the electrical properties according to the mixing ratio of PEDOT:PSS and DMSO for the transparent electrode prepared in Example 1, sheet resistance (Ω/sq, Sheet Resistance) was measured. The sample was prepared in the size of (2 x 2) cm 2 and measured at the contact surface, and a 4 Point Probe sheet resistance measuring instrument CMT-SR1000N (AIT, Republic of Korea) was used. At this time, for reliability of the data, the average value was calculated after repeated measurement 7 times. The results are shown in Figure 4 and Table 4.

도 4는 상기 실시예 1에서 제조된 투명전극(P10D0, P9D1, P8D2, P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, P2D8)에 대하여 PEDOT:PSS/DMSO 혼합용액의 부피비에 따른 면저항 측정 결과를 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing the sheet resistance measurement results according to the volume ratio of PEDOT: PSS/DMSO mixed solution for the transparent electrodes (P10D0, P9D1, P8D2, P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, P2D8) prepared in Example 1; am.

Figure 112020092717822-pat00004
Figure 112020092717822-pat00004

상기 도 4 및 표 4의 결과에 의하면, PEDOT:PSS와 DMSO의 혼합비율이 다른 9가지 시료인 P10D0, P9D1, P8D2, P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, P2D8의 면저항 값을 측정한 결과이다. DMSO가 처리되지 않고 PEDOT:PSS만 처리된 P10D0 시료는 980,114 Ω/sq의 면저항 값을 가졌고, DMSO를 혼합하여 처리한 시료(P9D1, P8D2, P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, P2D8)는 348 ~ 4,278 Ω/sq 범위의 면저항 값을 가졌다. 이를 통해, DMSO 처리 유무에 따라 면저항 값이 최소 229배에서 최대 2,816배의 차이를 보이는 것을 확인하였다. 또한 PEDOT:PSS 수분산액과 DMSO 용매를 혼합하여 처리할 경우 전기적 특성이 향상되는 것으로 나타났다. 이는 PEDOT:PSS 수분산액에 DMSO 용매가 첨가됨에 따라 절연체인 PSS가 일부 추출되고, 전도성 고분자인 PEDOT 입자 사이에 접촉이 증가하였기 때문이다.According to the results of FIGS. 4 and 4, the sheet resistance values of P10D0, P9D1, P8D2, P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, and P2D8, which are nine samples having different mixing ratios of PEDOT:PSS and DMSO, were measured. . The P10D0 sample treated with only PEDOT:PSS without DMSO had a sheet resistance value of 980,114 Ω/sq, and the samples treated with DMSO (P9D1, P8D2, P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, P2D8) had a sheet resistance of 348. It had a sheet resistance value in the range of ~ 4,278 Ω/sq. Through this, it was confirmed that the sheet resistance value showed a difference between a minimum of 229 times and a maximum of 2,816 times depending on the presence or absence of DMSO treatment. In addition, it was found that the electrical properties were improved when the PEDOT:PSS aqueous dispersion and DMSO solvent were mixed and treated. This is because, as the DMSO solvent was added to the PEDOT:PSS aqueous dispersion, some of the insulator PSS was extracted, and the contact between the conductive polymer PEDOT particles increased.

PEDOT:PSS/DMSO 혼합용액을 처리한 시료들(P9D1, P8D2, P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, P2D8)의 면저항 값을 비교해보면, P9D1 시료가 348 Ω/sq로 가장 낮은 면저항 값을 보였고, P2D8 시료가 4,278 Ω/sq로 가장 높은 면저항 값을 보였다. 즉, DMSO 비율이 증가할수록 면저항 값이 점차 증가하였다. 이를 통해, PEDOT:PSS 수분산액에 DMSO 용매를 첨가하면 전기전도성이 향상되지만, DMSO의 비율이 너무 높은 경우에는 PEDOT 입자 간의 거리가 멀어지게 되어 전기전도성이 오히려 저하되는 것을 알 수 있었다. 한편, P3D7과 P2D8 시료 사이에서 면저항 값이 급격히 증가하였으며, PEDOT:PSS와 DMSO의 비율이 2:8인 시료가 가장 낮은 전기전도성을 보였다. 이에 따라 PEDOT:PSS와 DMSO의 혼합비율이 9:1로 DMSO의 비율이 가장 적은 P9D1 시료가 가장 우수한 전기전도성을 가지는 것을 알 수 있었다.Comparing the sheet resistance values of the samples treated with the PEDOT:PSS/DMSO mixture (P9D1, P8D2, P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, P2D8), the P9D1 sample showed the lowest sheet resistance value of 348 Ω/sq. , P2D8 sample showed the highest sheet resistance value of 4,278 Ω/sq. That is, the sheet resistance value gradually increased as the DMSO ratio increased. Through this, it can be seen that the electrical conductivity is improved when the DMSO solvent is added to the PEDOT:PSS aqueous dispersion, but when the ratio of DMSO is too high, the distance between the PEDOT particles increases and the electrical conductivity is rather reduced. On the other hand, the sheet resistance value increased rapidly between the P3D7 and P2D8 samples, and the sample in which the ratio of PEDOT:PSS to DMSO was 2:8 showed the lowest electrical conductivity. Accordingly, it was found that the P9D1 sample having the lowest DMSO ratio with a mixing ratio of PEDOT:PSS and DMSO of 9:1 has the best electrical conductivity.

실험예 1-2: 투명전극의 광투과율 평가Experimental Example 1-2: Evaluation of light transmittance of transparent electrode

상기 실시예 1에서 제조된 투명전극에 대하여 PEDOT:PSS와 DMSO의 혼합 비율에 따른 광투과율 변화를 살펴보기 위해, 가시광선(400~700 nm) 영역에서의 광투과율을 측정하고, 최대 광투과율과 평균 광투과율을 도출하였다. 측정을 위해 미처리 PVDF 나노섬유 웹 시료와 PEDOT:PSS/DMSO가 처리된 시료를 2 x 2 cm2 크기로 준비하고, Base Line은 공기로 설정하여 측정을 진행하였다. 측정에 사용된 기기는 Cary 5000 UV-Vis-NIR Spectrophotometer(Agilent, United States of America)이다. 광투과율은 가시광 영역(400 ~ 700 nm)에서 측정하였다. 그 결과는 도 5 및 표 5에 나타내었다.In order to examine the change in light transmittance according to the mixing ratio of PEDOT:PSS and DMSO for the transparent electrode prepared in Example 1, the light transmittance in the visible light (400-700 nm) region was measured, and the maximum light transmittance and The average light transmittance was derived. For the measurement, an untreated PVDF nanofiber web sample and a sample treated with PEDOT:PSS/DMSO were prepared in a size of 2 x 2 cm 2 , and the base line was set to air, and measurement was performed. The instrument used for the measurements was a Cary 5000 UV-Vis-NIR Spectrophotometer (Agilent, United States of America). The light transmittance was measured in the visible region (400 ~ 700 nm). The results are shown in Figure 5 and Table 5.

도 5는 미처리 PVDF 나노섬유 웹 시료와 상기 실시예 1에서 제조된 투명전극(P10D0, P9D1, P8D2, P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, P2D8)에 대하여 PEDOT:PSS/DMSO 혼합용액의 부피비에 따른 광투과율 스펙트럼 측정 결과를 나타낸 그래프이다.Figure 5 shows the untreated PVDF nanofiber web sample and the transparent electrode (P10D0, P9D1, P8D2, P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, P2D8) prepared in Example 1 in the volume ratio of PEDOT:PSS/DMSO mixed solution It is a graph showing the light transmittance spectrum measurement result.

Figure 112020092717822-pat00005
Figure 112020092717822-pat00005

상기 도 5 및 표 5의 결과에 의하면, 미처리 PVDF 나노섬유 웹 시료는 6.22 %의 최대 광투과율을 보였고, PEDOT:PSS만 처리된 P10D0 시료는 5.70 %의 최대 광투과율을 보여, 미처리 PVDF 나노섬유 웹과 유사한 광투과율을 가지는 것을 확인하였다.According to the results of Figures 5 and 5, the untreated PVDF nanofiber web sample showed a maximum light transmittance of 6.22%, and the P10D0 sample treated with PEDOT:PSS only showed a maximum light transmittance of 5.70%, the untreated PVDF nanofiber web It was confirmed to have a light transmittance similar to that of

반면에 PEDOT:PSS/DMSO 혼합용액이 처리된 시료(P9D1, P8D2, P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, P2D8)는 최대 광투과율이 15.01 ~ 85.21% 범위를 보였다. 이를 통해, PEDOT:PSS만 처리된 시료보다 PEDOT:PSS/DMSO 혼합용액이 처리된 시료가 더욱 우수한 광학 특성을 보이는 것을 알 수 있었다. 이는 DMSO 용매 처리에 의해 PVDF 나노섬유 내 결정구조가 변형되어 결정영역과 비결정영역의 경계가 감소하였고, 그로 인해 난반사가 감소하여 광투과율이 증가한 것이다.On the other hand, the samples treated with PEDOT:PSS/DMSO solution (P9D1, P8D2, P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, P2D8) showed a maximum light transmittance in the range of 15.01 ~ 85.21%. Through this, it was found that the sample treated with the PEDOT:PSS/DMSO mixed solution showed better optical properties than the sample treated with only PEDOT:PSS. This is because the crystal structure in the PVDF nanofiber was deformed by the DMSO solvent treatment, and the boundary between the crystalline region and the amorphous region was reduced.

특히 PEDOT:PSS와 DMSO의 비율이 9:1로 DMSO가 가장 적게 혼합된 P9D1 시료는 15.01%의 최대 광투과율을 보였고, 2:8 비율로 DMSO가 가장 많이 혼합된 P2D8 시료는 85.21%의 최대 광투과율을 보였다. 이를 통해, DMSO 혼합 비율이 증가할수록 시료의 광투과율 또한 증가하는 것을 확인할 수 있다. 따라서 DMSO 혼합 비율이 가장 높은 P2D8 시료가 가장 우수한 광투과율을 보이는 것으로 나타났다.In particular, the ratio of PEDOT:PSS to DMSO was 9:1, and the P9D1 sample containing the least DMSO showed a maximum light transmittance of 15.01%, and the P2D8 sample containing the most DMSO at a 2:8 ratio showed a maximum light transmittance of 85.21%. showed transmittance. Through this, it can be confirmed that as the DMSO mixing ratio increases, the light transmittance of the sample also increases. Therefore, the P2D8 sample with the highest DMSO mixing ratio showed the best light transmittance.

실험예 1-3: 투명전극의 표면 미세구조 분석 및 두께 측정Experimental Example 1-3: Surface microstructure analysis and thickness measurement of transparent electrodes

상기 실시예 1에서 제조된 투명전극에 대하여 PEDOT:PSS와 DMSO의 혼합 비율에 따른 PVDF 나노섬유 웹의 표면 미세 구조를 관찰하기 위해, 주사전자 현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope, FE-SEM) 촬영을 실시하였다. FE-SEM 촬영을 통해, PVDF 나노섬유 웹 시료에 PEDOT:PSS와 DMSO가 처리되기 전과 후의 표면 미세구조 변화, PEDOT:PSS와 DMSO 혼합비율에 따른 표면 미세구조 변화를 분석하였다. 분석을 위해(1 x 1)cm2 크기로 시료를 준비하고, JSM-7610F Plus(Jeol Ltd, United States of America) 기기를 사용하여 2,000 배율에서 촬영하였다. In order to observe the surface microstructure of the PVDF nanofiber web according to the mixing ratio of PEDOT:PSS and DMSO for the transparent electrode prepared in Example 1, a scanning electron microscope (Field Emission Scanning Electron Microscope, FE-SEM) photographing was performed. carried out. Through FE-SEM imaging, the surface microstructure change before and after PEDOT:PSS and DMSO treatment on PVDF nanofiber web samples, and the surface microstructure change according to the PEDOT:PSS and DMSO mixing ratio were analyzed. For analysis (1 x 1) cm 2 A sample was prepared and photographed at 2,000 magnification using a JSM-7610F Plus (Jeol Ltd, United States of America) instrument.

PVDF 나노섬유 웹 시료에 PEDOT:PSS 및 DMSO가 처리되기 전과 후의 시료의 두께 변화를 비교하기 위해, Surface Profiler 분석을 진행하였다. 분석을 위해 시료를(1 x 1)cm2 크기로 준비하였고, DektakXT Stylus Profiler(Bruker, United States of America) 기기를 사용하였다. 이때, 3회 반복 측정하여 평균값을 도출하였다. 또한, PEDOT:PSS 및 DMSO 처리 전과 후의 PVDF 나노섬유 웹 시료의 표면 입자 형태 및 표면 거칠기를 관찰하기 위해, 원자 현미경(Atomic Force Microscope, AFM) 분석을 실시하였다. 분석을 위해 시료를 (1 x 1) cm2 크기로 준비하고, NX-10(Park Systems, Republic of Korea) 기기를 이용하였으며, 측정 기기의 XY 스캐너의 해상도는 0.05 nm, Z 스캐너의 스캔 범위는 15 μm, 해상도는 0.015 nm이다. 시료의 AFM 촬영은 2 x 2 μm2 범위에서 진행되었고, 촬영된 영역의 표면 거칠기(Ra)를 측정하였다. 그 결과는 도 6 내지 8에 나타내었다.In order to compare the thickness change of the sample before and after PEDOT:PSS and DMSO treatment on the PVDF nanofiber web sample, a Surface Profiler analysis was performed. For analysis, a sample was prepared in a size of (1 x 1) cm 2 , and a DektakXT Stylus Profiler (Bruker, United States of America) instrument was used. At this time, the measurement was repeated three times to derive the average value. In addition, in order to observe the surface particle shape and surface roughness of the PVDF nanofiber web sample before and after PEDOT:PSS and DMSO treatment, an atomic force microscope (AFM) analysis was performed. For analysis, a sample was prepared in the size of (1 x 1) cm 2 and an NX-10 (Park Systems, Republic of Korea) instrument was used. The resolution of the XY scanner of the measuring instrument was 0.05 nm, and the scan range of the Z scanner was 15 μm, resolution is 0.015 nm. AFM imaging of the sample was performed in the range of 2 x 2 μm 2 , and the surface roughness (R a ) of the photographed area was measured. The results are shown in FIGS. 6 to 8 .

도 6은 미처리 PVDF 나노섬유 웹의 FE-SEM 이미지이다. 상기 도 6의 결과에 의하면, 미처리 PVDF 나노섬유 웹의 표면 미세구조의 경우 수많은 나노섬유들이 작은 기공들을 형성하면서 불규칙하게 얽혀 있는 것을 확인할 수 있었다. 6 is an FE-SEM image of an untreated PVDF nanofiber web. According to the result of FIG. 6, in the case of the surface microstructure of the untreated PVDF nanofiber web, it was confirmed that numerous nanofibers were irregularly entangled while forming small pores.

도 7은 상기 실시예 1에서 제조된 투명전극(P10D0, P9D1, P8D2, P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, P2D8)에 대하여 PEDOT:PSS/DMSO 혼합용액의 부피비에 따른 PVDF 나노섬유 웹의 표면 미세구조를 측정한 FE-SEM 이미지이다.7 is a PEDOT for the transparent electrodes (P10D0, P9D1, P8D2, P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, P2D8) prepared in Example 1: PEDOT: PSS / DMSO surface of the PVDF nanofiber web according to the volume ratio of the mixed solution This is an FE-SEM image of the microstructure.

상기 도 7의 결과에 의하면, DMSO가 처리되지 않은 P10D0 시료의 표면을 살펴보면, PVDF 나노섬유 표면에 PEDOT:PSS가 흡착되어 나노섬유의 굵기가 굵어졌고, 기공을 메우고 있는 것으로 나타났다. 이를 통해, PVDF 나노섬유 웹에 PEDOT:PSS가 코팅된 것을 확인할 수 있었으며, 이로 인해 PVDF 나노섬유 웹 시료에 전기전도성이 성공적으로 부여된 것으로 보여진다. According to the result of FIG. 7, looking at the surface of the P10D0 sample not treated with DMSO, PEDOT:PSS was adsorbed on the surface of the PVDF nanofiber, and the thickness of the nanofiber became thick, and it was found that the pores were filled. Through this, it was confirmed that PEDOT:PSS was coated on the PVDF nanofiber web, which shows that electrical conductivity was successfully imparted to the PVDF nanofiber web sample.

반면에 PEDOT:PSS/DMSO 혼합용액이 처리된 P9D1, P8D2, P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, P2D8 시료의 경우, PVDF 나노섬유 웹에 전도성 용액이 고르게 처리된 것을 관찰할 수 있었다. 또한 DMSO 비율이 증가할수록 시료의 표면이 점차 평활해지는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 시료 P10D0, P9D1, P8D2의 표면에서는 나노섬유 가닥과 기공이 관찰되었으나, 시료 P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, P2D8에서는 나노섬유 가닥과 기공이 전혀 관찰되지 않았고 모두 평평한 표면을 보이고 있었다. 특히 섬유 사이사이에 형성되는 기공과 표면의 울퉁불퉁한 구조는 난반사를 야기하는데, 이러한 이유 때문에 P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, P2D8 시료의 광투과율이 증가하게 된 것으로 판단된다. 이는 앞선 상기 도 6과 같이 P10D0, P9D1, P8D2 시료는 최대 광투과율이 5.70~25.59 %로 낮은 광투과율을 보인 반면, P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, P2D8 시료는 최대 광투과율이 66.20~85.21 %로 급격히 증가한 결과에 뒷받침된다.On the other hand, in the case of P9D1, P8D2, P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, and P2D8 samples treated with PEDOT:PSS/DMSO mixed solution, it was observed that the conductive solution was evenly treated on the PVDF nanofiber web. In addition, it was confirmed that the surface of the sample gradually became smoother as the DMSO ratio increased. In particular, nanofiber strands and pores were observed on the surfaces of samples P10D0, P9D1, and P8D2, but in samples P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, and P2D8, nanofiber strands and pores were not observed at all, and all had a flat surface. In particular, the pores formed between the fibers and the uneven structure of the surface cause diffuse reflection. For this reason, it is considered that the light transmittance of the P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, and P2D8 samples increased. 6, the P10D0, P9D1, and P8D2 samples showed a low light transmittance with a maximum light transmittance of 5.70 to 25.59%, whereas the P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, and P2D8 samples had a maximum light transmittance of 66.20 to 85.21. %, which is supported by the sharp increase in results.

도 8은 미처리 PVDF 나노섬유 웹 시료와 본 발명의 실시예 1의 P10D0 시료, P9D1 시료, P2D8 시료 및 P3D7 시료의 두께를 측정한 그래프이다. 상기 도 8을 참조하면, 상기 미처리 PVDF 나노섬유 웹 시료의 경우 두께가 31.37 ㎛로 가장 두꺼웠으며, P10D0 시료 > P9D1 시료 > P2D8 시료 > P3D7 시료의 순으로 두께가 각각 11.4, 9.49, 2.93 및 2.12 ㎛인 것을 확인하였다.8 is a graph showing the measurement of the thickness of the untreated PVDF nanofiber web sample and the P10D0 sample, P9D1 sample, P2D8 sample, and P3D7 sample of Example 1 of the present invention. 8, in the case of the untreated PVDF nanofiber web sample, the thickness was the thickest at 31.37 μm, and the thickness was 11.4, 9.49, 2.93 and 2.12, respectively, in the order of P10D0 sample > P9D1 sample > P2D8 sample > P3D7 sample. It was confirmed that it was μm.

PVDF 나노섬유 웹 시료에 PEDOT:PSS 및 DMSO의 혼합용액이 처리되기 전과 후의 두께 변화를 살펴보기 위해 표면 프로파일러(Surface Profiler) 분석을 실시하였다. 또한 PVDF 나노섬유 웹 시료에 PEDOT:PSS 및 DMSO가 처리되기 전과 후의 표면 입자 형태와 표면 거칠기(Roughness, Ra)의 변화를 살펴보기 위해 AFM 분석을 실시하였다. 이때, 미처리 PVDF 나노섬유 웹 시료, PEDOT:PSS만 처리된 P10D0 시료, 가장 우수한 전기전도성을 가지는 P9D1 시료, 가장 낮은 전기전도성을 가지는 P2D8 시료, 투명전극으로서 가장 우수한 성능지수를 가지는 P3D7 시료를 분석하였다. A Surface Profiler analysis was performed to examine the thickness change before and after the PVDF nanofiber web sample was treated with a mixed solution of PEDOT:PSS and DMSO. In addition, AFM analysis was performed to examine the changes in the surface particle shape and surface roughness (Roughness, Ra) before and after PEDOT : PSS and DMSO were treated on the PVDF nanofiber web sample. At this time, an untreated PVDF nanofiber web sample, a P10D0 sample treated with PEDOT:PSS only, a P9D1 sample having the best electrical conductivity, a P2D8 sample having the lowest electrical conductivity, and a P3D7 sample having the best performance index as a transparent electrode were analyzed. .

도 9는 미처리 PVDF 나노섬유 웹 시료와 상기 실시예 1의 PEDOT:PSS만 처리된 P10D0 시료, 가장 우수한 전기전도성을 가지는 P9D1 시료, 가장 낮은 전기전도성을 가지는 P2D8 시료, 투명전극으로서 가장 우수한 성능지수를 가지는 P3D7 시료에 대하여 각 두께와 표면 입자형태 및 표면 거칠기를 측정한 AFM 이미지이다.9 is an untreated PVDF nanofiber web sample and the PEDOT:PSS-treated P10D0 sample of Example 1, the P9D1 sample having the best electrical conductivity, the P2D8 sample having the lowest electrical conductivity, and the best performance index as a transparent electrode Eggplant is an AFM image of each thickness, surface particle shape, and surface roughness of the P3D7 sample.

상기 도 9의 결과에 의하면, 시료의 두께는 광투과율에 영향을 미치며, 두께가 얇을수록 광투과율은 증가하게 되는데, 최대 광투과율은 5.70 %인 P10D0 시료는 가장 두꺼운 두께를 가지는 것을 확인하였고, 각각 15.01 %, 85.21 %의 최대 광투과율을 보이는 DMSO가 혼합된 P9D1 시료와 P2D8 시료는 두께가 상대적으로 얇았으며, 두께가 얇을수록 광투과율이 향상되는 것을 알 수 있었다.According to the result of FIG. 9, the thickness of the sample affects the light transmittance, and as the thickness decreases, the light transmittance increases. The P9D1 sample and the P2D8 sample mixed with DMSO showing the maximum light transmittance of 15.01% and 85.21% had relatively thin thicknesses, and it was found that the thinner the thickness, the better the light transmittance.

또한 미처리 PVDF 나노섬유 웹 시료를 보면, PVDF 나노섬유 가닥을 뚜렷하게 확인할 수 있었다. AFM 이미지에서 밝은 색의 영역은 PEDOT 입자, 검은 색의 영역은 PSS 입자를 의미한다. PEDOT:PSS만 처리된 P10D0 시료에서는 PEDOT과 PSS 입자가 관찰되어, PVDF 나노섬유 웹에 PEDOT:PSS가 제대로 처리되었음을 확인할 수 있었다. 반면에, PEDOT:PSS/DMSO 혼합용액이 처리된 P9D1, P2D8 시료의 경우, PSS 영역이 점차 감소하였고, PEDOT 입자는 코일 구조(Coiled Structure)에서 서로 연결되는 선상 구조(Linear Structure)로 변화하였다. 이는 DMSO에 의해 부도체인 PSS가 일부 추출되었고, PEDOT의 접촉 특성이 향상되면서 상이 변화한 것이다. 또한 DMSO가 가장 많은 비율로 혼합된 P2D8 시료를 살펴보면, PEDOT 영역의 크기가 감소한 것을 확인할 수 있었다. 이는 너무 많은 양의 DMSO가 처리되어 전도성 고분자인 PEDOT 입자도 함께 탈락된 것임을 알 수 있었다.In addition, when looking at the untreated PVDF nanofiber web sample, PVDF nanofiber strands could be clearly identified. In the AFM image, the light colored area means PEDOT particles, and the black area means PSS particles. In the P10D0 sample treated with only PEDOT:PSS, PEDOT and PSS particles were observed, confirming that PEDOT:PSS was properly treated on the PVDF nanofiber web. On the other hand, in the case of the P9D1 and P2D8 samples treated with the PEDOT:PSS/DMSO mixed solution, the PSS area gradually decreased, and the PEDOT particles changed from a coiled structure to a linear structure connected to each other. This is because PSS, which is an insulator, was partially extracted by DMSO, and the phase changed as the contact characteristics of PEDOT improved. Also, looking at the P2D8 sample in which DMSO was mixed in the highest ratio, it was confirmed that the size of the PEDOT region was reduced. It was found that too much DMSO was treated and the conductive polymer PEDOT particles were also removed.

한편, 각 시료의 전기 전도성을 측정한 결과 PEDOT:PSS 수분산액만 처리된 P10D0 시료는 980,114 Ω/sq로 가장 낮은 전기전도성을 보였고, DMSO가 가장 적은 비율로 혼합된 P9D1 시료는 348 Ω/sq로 전기전도성이 향상되었다. 이는 DMSO에 의해 부도체인 PSS가 일부 추출되면서, PEDOT 입자의 상이 변화하여 접촉 특성이 향상되었기 때문이다. 또한 DMSO가 가장 높은 비율로 혼합된 P2D8 시료는 4,278 Ω/sq로 오히려 전기전도성이 저하되었는데, 이는 너무 많은 양의 DMSO가 처리되어 전도성 고분자인 PEDOT 입자까지 탈락되었기 때문이다. 표면이 울퉁불퉁한 시료는 난반사가 많이 발생하기 때문에, 표면 거칠기는 광투과율과 밀접한 관련이 있음을 알 수 있었다.Meanwhile, as a result of measuring the electrical conductivity of each sample, the P10D0 sample treated with only the PEDOT:PSS aqueous dispersion showed the lowest electrical conductivity at 980,114 Ω/sq, and the P9D1 sample mixed with DMSO at the lowest ratio was 348 Ω/sq. Electrical conductivity is improved. This is because the phase of PEDOT particles was changed and contact properties were improved as PSS, which is a non-conductor, was partially extracted by DMSO. In addition, the P2D8 sample mixed with DMSO at the highest ratio showed a rather decreased electrical conductivity to 4,278 Ω/sq, because too much DMSO was treated and even the conductive polymer PEDOT particles were dropped. It can be seen that the surface roughness is closely related to the light transmittance, since a lot of diffuse reflection occurs in the sample with an uneven surface.

상기 도 9의 결과에서 표면거칠기를 살펴보면, PVDF 나노섬유 웹 시료는 110.614 nm의 표면 거칠기를 보였다. 또한 PEDOT:PSS 및 DMSO가 처리된 P10D0, P9D1, P2D8 시료의 경우, 5.924 ~ 8.870 nm의 표면 거칠기를 보였다. 이를 통해, PVDF 나노섬유 웹 시료가 PEDOT:PSS/DMSO의 혼합용액이 처리된 시료보다 10배 이상의 표면 거칠기를 갖는 것을 확인하였다. 이는 PVDF 나노섬유 웹에 용액이 처리되는 과정에서, 나노섬유 표면의 잔털이 압착되었기 때문에 표면 거칠기가 감소된 것임을 알 수 있었다. Looking at the surface roughness in the result of FIG. 9, the PVDF nanofiber web sample showed a surface roughness of 110.614 nm. Also, in the case of P10D0, P9D1, and P2D8 samples treated with PEDOT:PSS and DMSO, surface roughness of 5.924 ~ 8.870 nm was shown. Through this, it was confirmed that the PVDF nanofiber web sample had a surface roughness of 10 times or more than that of the sample treated with a mixed solution of PEDOT:PSS/DMSO. It was found that the surface roughness was reduced because the fine hairs on the nanofiber surface were compressed during the process of solution treatment on the PVDF nanofiber web.

구체적으로 PEDOT:PSS만 처리된 P10D0 시료는 6.924 nm, DMSO가 가장 낮은 비율로 처리된 P9D1 시료는 6.485 nm, DMSO가 가장 높은 비율로 처리된 P2D8 시료는 5.924 nm의 표면 거칠기를 보였다. 이를 통해, DMSO를 높은 비율로 처리할 때, 더욱 낮은 표면 거칠기를 보이는 것을 알 수 있었다. 여기서, 가장 높은 표면 거칠기를 보인 P10D0 시료는 5.70 %의 최대 광투과율을 보였고, 가장 낮은 표면 거칠기를 보인 P2D8 시료는 85.21 %의 최대 광투과율을 보여, 표면 거칠기가 감소할수록 광투과율이 증가한 것으로 나타났다.Specifically, the P10D0 sample treated with PEDOT:PSS only showed a surface roughness of 6.924 nm, the P9D1 sample treated with the lowest DMSO ratio was 6.485 nm, and the P2D8 sample treated with the highest DMSO ratio showed a surface roughness of 5.924 nm. Through this, it was found that when DMSO was treated at a high ratio, it showed a lower surface roughness. Here, the P10D0 sample with the highest surface roughness showed a maximum light transmittance of 5.70%, and the P2D8 sample with the lowest surface roughness showed a maximum light transmittance of 85.21%, indicating that the light transmittance increased as the surface roughness decreased.

실험예 1-4: 투명전극의 FT-IR 분석Experimental Example 1-4: FT-IR analysis of transparent electrode

상기 실시예 1에서 제조된 투명전극에 대하여 PEDOT:PSS와 DMSO의 혼합 비율에 따른 시료의 화학구조 변화를 분석하기 위해, 푸리에 변환 적외선 분광법(Fourier Transform Infrared Spectrometer, FT-IR) 분석을 진행하였다. 분석에 사용된 기기는 Vertex 70(Bruker, United States of America)이고, 기기의 분석 범위는 8,000 ~ 350 cm-1, 분해능은 0.4 cm-1, 감광도는 11,871 ~ 2,200 cm-1이다. 측정을 위해 시료를 (1 x 1) cm2 크기로 준비하였고, 감쇠 전반사(Attenuated Total Reflection, ATR) 방법으로 분석을 진행하였다. 이때, PEDOT:PSS 수분산액은 상온에서 24시간 건조하여 분석을 진행하였다. FT-IR 분석을 통해 시료 내의 PVDF와 PEDOT:PSS의 작용기(Functional Group) 존재를 확인함으로써 PVDF 나노섬유 웹에 PEDOT:PSS/DMSO 용액이 제대로 처리되었는지 확인하였다. 또한, PEDOT:PSS와 DMSO 비율에 따른 화학 구조 변화를 분석하였다. 그 결과는 도 10 내지 12에 나타내었다.In order to analyze the chemical structure change of the sample according to the mixing ratio of PEDOT:PSS and DMSO for the transparent electrode prepared in Example 1, Fourier Transform Infrared Spectrometer (FT-IR) analysis was performed. The instrument used for the analysis was Vertex 70 (Bruker, United States of America), the analysis range of the instrument was 8,000 to 350 cm -1 , the resolution was 0.4 cm -1 , and the photosensitivity was 11,871 to 2,200 cm -1 . For measurement, a sample was prepared in the size of (1 x 1) cm 2 , and analysis was performed by the attenuated total reflection (ATR) method. At this time, the PEDOT:PSS aqueous dispersion was dried at room temperature for 24 hours and analyzed. By confirming the presence of functional groups of PVDF and PEDOT:PSS in the sample through FT-IR analysis, it was confirmed whether the PEDOT:PSS/DMSO solution was properly treated on the PVDF nanofiber web. In addition, the chemical structure change according to the ratio of PEDOT:PSS and DMSO was analyzed. The results are shown in FIGS. 10 to 12 .

도 10은 미처리 PVDF 나노섬유 웹의 FT-IR 분석 결과를 나타낸 것이다. 10 shows the results of FT-IR analysis of the untreated PVDF nanofiber web.

상기 도 10의 결과에 의하면, 상기 미처리 PVDF 나노섬유 웹 시료는 α형 결정 피크가 876 cm-1, 1180 cm-1 부근에서 관찰되었고, β형 결정 피크가 840 cm-1, 1072 cm-1, 1400 cm-1 부근에서 관찰되어 PVDF 나노섬유 웹의 화학구조를 확인할 수 있었다. According to the results of FIG. 10, in the untreated PVDF nanofiber web sample, α-type crystal peaks were observed in the vicinity of 876 cm -1 , 1180 cm -1 , and β-type crystal peaks were 840 cm -1 , 1072 cm -1 , It was observed in the vicinity of 1400 cm -1 to confirm the chemical structure of the PVDF nanofiber web.

도 11은 PEDOT:PSS 수분산액의 FT-IR 분석 결과를 나타낸 것이다.11 shows the results of FT-IR analysis of PEDOT:PSS aqueous dispersion.

상기 도 11의 결과에 의하면, 상기 PEDOT:PSS 수분산액의 경우 1515 cm-1와 1640 cm-1 부근에서 C=C Stretching, 1292 cm-1와 1340 cm-1 부근에서 C-C Stretching, 704 cm-1, 845 cm-1 부근에서 C-S Stretching, 1144 cm-1 부근에서 C-O Stretching 피크가 관찰되었다. 관찰된 C=C Stretching과 C-C Stretching, C-S Stretching은 PEDOT의 Thiophene Ring에 해당하는 작용기이며, C-O Stretching도 마찬가지로 PEDOT과 관련된 작용기이다. 또한, PSS에 해당되는 S=O Stretching과 S-O Stretching 피크가 각각 1055 cm-1와 1121 cm-1 부근에서 관찰되었다.According to the result of FIG. 11, in the case of the PEDOT:PSS aqueous dispersion, C=C Stretching at 1515 cm -1 and 1640 cm -1 , CC Stretching at 1292 cm -1 and 1340 cm -1 , 704 cm -1 , CS stretching at around 845 cm -1 and CO stretching peaks at around 1144 cm -1 were observed. The observed C=C stretching, CC stretching, and CS stretching are functional groups corresponding to the thiophene ring of PEDOT, and CO stretching is also a functional group related to PEDOT. In addition, S=O Stretching and SO Stretching peaks corresponding to PSS were observed near 1055 cm -1 and 1121 cm -1 , respectively.

도 12는 상기 실시예 1에서 제조된 투명전극(P10D0, P9D1, P8D2, P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, P2D8)에 대하여 PEDOT:PSS/DMSO 혼합용액의 부피비에 따른 각 시료의 화학적 구조 변화를 나타낸 FT-IR 분석 결과이다. 12 shows the chemical structure changes of each sample according to the volume ratio of PEDOT:PSS/DMSO mixed solution for the transparent electrodes (P10D0, P9D1, P8D2, P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, P2D8) prepared in Example 1; is the FT-IR analysis result showing .

상기 도 12의 결과에 의하면, PEDOT:PSS만 처리된 P10D0 시료의 경우, 873 cm-1, 1121 cm-1, 1180 cm-1, 1292 cm-1, 1515 cm-1 부근에서 PVDF 나노섬유 웹과 PEDOT:PSS에서 나타난 피크를 보였으며, 이는 PVDF 나노섬유 웹 표면에 PEDOT:PSS가 제대로 처리되었음을 의미한다. 또한 PEDOT:PSS 비율이 감소하고, DMSO 비율이 증가할수록 PSS의 S-O Stretching에 해당하는 1121 cm-1 부근의 피크가 점차 사라지는 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해 절연체인 PSS 층이 DMSO에 의해 추출된 것임을 알 수 있었다. 또한, DMSO의 비율 증가함에 따라 PEDOT의 작용기인 C-C Stretching과 C=C Stretching에 해당하는 1292 cm-1, 1515 cm-1 부근의 피크 역시 사라지는 것을 확인하였다. 이는 지나치게 많은 양의 DMSO가 처리되어 전도성 고분자인 PEDOT까지 추출되었음을 의미하며, DMSO 비율이 증가할수록 시료의 전기전도성이 감소하게 되는 결과를 야기하였다. According to the results of FIG. 12 , in the case of the P10D0 sample treated only with PEDOT : PSS , the PVDF nanofiber web and A peak appeared in PEDOT:PSS, which means that PEDOT:PSS was properly treated on the surface of the PVDF nanofiber web. In addition, it was confirmed that the peak in the vicinity of 1121 cm -1 corresponding to SO stretching of PSS gradually disappeared as the PEDOT:PSS ratio decreased and the DMSO ratio increased. Through this, it was found that the PSS layer, which is an insulator, was extracted by DMSO. In addition, it was confirmed that the peaks near 1292 cm -1 and 1515 cm -1 corresponding to CC Stretching and C=C Stretching, which are functional groups of PEDOT, also disappeared as the proportion of DMSO increased. This means that an excessively large amount of DMSO was treated and even PEDOT, a conductive polymer, was extracted, and as the DMSO ratio increased, the electrical conductivity of the sample decreased.

이는 앞선 전기 전도성 측정 결과에 나타낸 바와 같이, DMSO가 가장 많은 비율로 처리된 P2D8 시료는 4,278 Ω/sq의 낮은 전기전도성을 보였고, DMSO가 가장 적은 비율로 처리된 P9D1 시료는 348 Ω/sq로 가장 높은 전기전도성을 보이는 결과와 동일하였다. PEDOT:PSS 비율이 감소하고, DMSO의 비율이 증가할수록 PVDF 나노섬유 웹에 해당하는 α형 결정 피크의 세기가 873 cm-1, 1180 cm-1 부근에서 점차 증가하는 경향을 보였다. 이는 DMSO 처리에 의해 PVDF 나노섬유 내의 구조가 변형되었음을 의미한다. 특히 비결정질의 α형 결정이 증가함에 따라 결정영역과 비결정영역 경계가 감소되어 난반사가 감소하게 되며, 결과적으로 DMSO 혼합 비율이 증가할수록 광투과율이 증가하는 결과를 보이게 된다. 이는 앞선 광투과율 측정 결과에 나타낸 바와 같이, DMSO가 가장 적은 비율로 처리된 P9D1 시료는 14.78 %의 최대 광투과율을 보였고, DMSO가 가장 높은 비율로 처리된 P2D8 시료는 85.21 %의 최대 광투과율을 보이는 결과와 동일하다.As shown in the previous electrical conductivity measurement results, the P2D8 sample treated with the highest DMSO ratio showed low electrical conductivity of 4,278 Ω/sq, and the P9D1 sample treated with the lowest DMSO ratio was 348 Ω/sq. It was the same as the result showing high electrical conductivity. As the ratio of PEDOT:PSS decreased and the ratio of DMSO increased, the intensity of the α-type crystal peak corresponding to the PVDF nanofiber web gradually increased around 873 cm -1 and 1180 cm -1 . This means that the structure in the PVDF nanofibers was modified by DMSO treatment. In particular, as the amorphous α-type crystal increases, the boundary between the crystalline region and the amorphous region decreases and diffuse reflection decreases. As a result, the light transmittance increases as the DMSO mixing ratio increases. As shown in the previous light transmittance measurement results, the P9D1 sample treated with the lowest DMSO ratio showed a maximum light transmittance of 14.78%, and the P2D8 sample treated with the highest DMSO ratio showed a maximum light transmittance of 85.21%. Same as result.

실험예 1-5: 투명전극의 성능지수 분석Experimental Example 1-5: Analysis of figure of merit of transparent electrode

상기 실시예 1에서 제조된 투명전극에 대하여 PEDOT:PSS와 DMSO의 혼합 비율 중, 투명전극으로서 가장 우수한 성능을 보이는 혼합 비율 조건을 도출하기 위해, Haacke(1976)가 정의한 성능지수(FOM: Figure of Merit, φTC)를 계산하였다. 성능지수 계산식은 아래와 같으며, 이때 Tav는 400 ~ 700 nm 파장에서의 평균 광투과도, Rsh은 평균 면저항 값을 의미한다. 그 결과는 도 13 및 표 6에 나타내었다.Among the mixing ratios of PEDOT:PSS and DMSO for the transparent electrode prepared in Example 1, in order to derive the mixing ratio condition showing the best performance as a transparent electrode, the figure of merit (FOM: Figure of) defined by Haacke (1976) Merit, ϕ TC ) was calculated. The figure of merit calculation formula is as follows, where T av is the average light transmittance at a wavelength of 400 to 700 nm, and R sh is the average sheet resistance value. The results are shown in FIG. 13 and Table 6.

[성능지수 계산식][Performance Index Calculation Formula]

φTC = Tav 1D / Rsh φ TC = T av 1D / R sh

도 13은 상기 실시예 1에서 제조된 투명전극(P10D0, P9D1, P8D2, P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, P2D8)에 대하여 PEDOT:PSS/DMSO 혼합용액의 부피비에 따른 각 시료의 평균 면저항 값(Rsh)과 평균 광투과도(Tav)를 이용하여 성능지수(φTC)를 계산한 결과를 나타낸 것이다.13 shows the average sheet resistance value of each sample according to the volume ratio of the PEDOT:PSS/DMSO mixed solution for the transparent electrodes (P10D0, P9D1, P8D2, P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, P2D8) prepared in Example 1; (R sh ) and average light transmittance (T av ) are used to show the result of calculating the figure of merit (φ TC ).

Figure 112020092717822-pat00006
Figure 112020092717822-pat00006

상기 도 13 및 표 6의 결과에 의하면, 약 25 % 이하의 낮은 평균 광투과율을 보이는 P10D0, P9D1, P8D2 시료는 0에 가까운 성능지수를 보였다. 반면, 약 65% 이상의 높은 평균 광투과율을 보이는 시료(P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, P2D8)는 0.027 ~ 0.104 x 10-3-1 범위의 우수한 성능지수를 보였다. 이를 통해, 평균 광투과율은 성능지수에 큰 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다. According to the results of FIG. 13 and Table 6, the P10D0, P9D1, and P8D2 samples showing a low average light transmittance of about 25% or less showed a figure of merit close to zero. On the other hand, samples (P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, P2D8) exhibiting a high average light transmittance of about 65% or more showed an excellent figure of merit in the range of 0.027 ~ 0.104 x 10 -3 Ω -1 . Through this, it was confirmed that the average light transmittance had a large effect on the figure of merit.

시료별로 자세히 살펴보면, 약 65% 이상의 우수한 평균 광투과율을 보인 P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, P2D8 시료의 성능지수는 각각 0.027 x 10-3-1, 0.053 x 10-3-1, 0.050 x 10-3-1, 0.095 x 10-3-1, 0.104 x 10-3-1, 0.046 x 10-3-1 이며, 평균 광투과율이 증가할수록 성능지수도 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 다만, P5D5 시료의 경우 P6D4 시료에 비해 근소하게 낮은 성능지수를 보였는데, 이는 평균 광투과도가 미세하게 증가한 반면 면저항 값은 크게 증가하였기 때문에 성능지수가 오히려 소폭 감소한 것임을 알 수 있었다. P3D7 시료보다 P2D8 시료가 더 낮은 성능지수를 보인 것도 같은 이유임을 알 수 있었다. 최종적으로, 시료의 전기적 특성과 광학 특성을 모두 고려하였을 때, P3D7 시료가 0.104 x 10-3-1으로 가장 높은 성능지수를 보였다. 따라서 투명전극으로서 가장 우수한 성능을 갖는 PEDOT:PSS와 DMSO 혼합 비율 조건은 3:7임을 확인하였다.Looking at each sample in detail, the figures of merit of the P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, and P2D8 samples, which showed excellent average light transmittance of about 65% or more, were 0.027 x 10 -3 Ω -1 , 0.053 x 10 -3 Ω -1 , respectively. It is 0.050 x 10 -3 Ω -1 , 0.095 x 10 -3 Ω -1 , 0.104 x 10 -3 Ω -1 , 0.046 x 10 -3 Ω -1 , and it can be seen that the figure of merit increases as the average light transmittance increases. could However, the P5D5 sample showed a slightly lower figure of merit compared to the P6D4 sample, which slightly increased the average light transmittance while the sheet resistance value was greatly increased. It was found that the P2D8 sample showed a lower figure of merit than the P3D7 sample for the same reason. Finally, considering both the electrical and optical properties of the sample, the P3D7 sample showed the highest figure of merit (0.104 x 10 -3 Ω -1 ). Therefore, it was confirmed that the mixing ratio of PEDOT:PSS and DMSO, which had the best performance as a transparent electrode, was 3:7.

실험예 2: 태양전지 섬유의 에너지 변환 효율 평가Experimental Example 2: Evaluation of Energy Conversion Efficiency of Solar Cell Fibers

PEDOT:PSS/DMSO가 처리된 PVDF 나노섬유 웹 기반의 상기 실시예 1에서 제조된 투명전극(P3D7)에 대하여 태양전지 섬유로 적용 가능한지 확인하고자, 태양전지 섬유를 제조하고 에너지 변환 효율(Power Conversion Efficiency, η)을 평가하여 기존의 투명전극(FTO)이 적용된 염료감응형 태양전지와 비교하였다. 제조된 태양전지의 전류-전압(I-V) 특성을 확인하기 위해 인공 태양광 조사 장치인 450W Solar Simulator(Newport, United States of America) 기기를 사용하였다. 이때, 지구 입사광 조건과 동일한 AM(Air Mass) 1.5 환경에서 측정하였고, 100 mW/cm2의 광원이 사용되었다. 전류-전압 특성은 Keithley SMU 2400 장비를 사용하여 분석하였다. 그 결과는 도 14 및 표 7에 나타내었다.In order to confirm whether it is applicable as a solar cell fiber to the transparent electrode (P3D7) prepared in Example 1 based on PEDOT: PSS/DMSO-treated PVDF nanofiber web, a solar cell fiber was prepared and energy conversion efficiency (Power Conversion Efficiency) , η) were evaluated and compared with a dye-sensitized solar cell to which a conventional transparent electrode (FTO) was applied. In order to confirm the current-voltage (IV) characteristics of the manufactured solar cell, a 450W Solar Simulator (Newport, United States of America) device, which is an artificial sunlight irradiation device, was used. At this time, measurements were made in the same AM (Air Mass) 1.5 environment as the Earth incident light conditions, and a light source of 100 mW/cm 2 was used. Current-voltage characteristics were analyzed using a Keithley SMU 2400 instrument. The results are shown in FIG. 14 and Table 7.

도 14는 기존 FTO 투명전극 기반 염료감응형 태양전지와 상기 실시예 1에서 제조된 투명전극(P3D7)을 이용한 태양전지 섬유의 전류-전압 특성을 측정한 결과이다. 14 is a result of measuring the current-voltage characteristics of the conventional FTO transparent electrode-based dye-sensitized solar cell and the solar cell fiber using the transparent electrode (P3D7) prepared in Example 1.

Figure 112020092717822-pat00007
Figure 112020092717822-pat00007

상기 도 14 및 표 7은 전류-전압 특성을 통해 에너지 변환 효율(PCE, η)을 계산한 결과로, FTO 기반의 태양전지는 1.4 x 10-3 %의 효율을 보였고, 상기 실시예 1의 투명전극(P3D7 시료)을 사용한 태양전지 섬유는 0.1 x 10-3 %의 효율을 보였다. 이를 통해, 상기 실시예 1의 투명전극(P3D7 시료)을 사용한 태양전지 섬유가 광전 효과를 가지고 있음을 확인하였다. 14 and Table 7 are the results of calculating the energy conversion efficiency (PCE, η) through the current-voltage characteristics, and the FTO-based solar cell showed an efficiency of 1.4 x 10 -3 %, and the transparency of Example 1 The solar cell fiber using the electrode (P3D7 sample) showed an efficiency of 0.1 x 10 -3 %. Through this, it was confirmed that the solar cell fiber using the transparent electrode (P3D7 sample) of Example 1 had a photoelectric effect.

또한, 태양전지에서 최대출력을 결정하는 요소인 충진율을 살펴보면, FTO 기반 태양전지는 27.448 %, 상기 실시예 1의 투명전극(P3D7 시료)을 사용한 태양전지 섬유는 36.552 %로 더욱 높은 결과 값을 보였다. 이는 상기 실시예 1의 투명전극(P3D7 시료)의 전기적 특성을 개선하여 단락 전류와 개방 전압을 향상시킬 경우, 태양전지 섬유가 기존의 FTO 기반 태양전지보다 더욱 높은 에너지 변환 효율을 가질 수 있음을 의미한다. In addition, looking at the filling factor, which is a factor determining the maximum output in the solar cell, the FTO-based solar cell was 27.448%, and the solar cell fiber using the transparent electrode (P3D7 sample) of Example 1 showed a higher result value of 36.552%. . This means that when the short-circuit current and open-circuit voltage are improved by improving the electrical characteristics of the transparent electrode (P3D7 sample) of Example 1, the solar cell fiber can have higher energy conversion efficiency than the conventional FTO-based solar cell. do.

이를 통해 상기 실시예 1의 투명전극(P3D7 시료)이 태양전지 섬유용 투명전극으로 사용 가능함을 확인하였다. 뿐만 아니라 상기 실시예 1의 투명전극(P3D7 시료)의 전기적 특성을 개선할 경우 FTO 기반의 태양전지보다 더욱 우수한 에너지 변환 효율을 가질 수 있음을 확인하였다.Through this, it was confirmed that the transparent electrode (P3D7 sample) of Example 1 can be used as a transparent electrode for solar cell fibers. In addition, it was confirmed that when the electrical characteristics of the transparent electrode (P3D7 sample) of Example 1 were improved, it could have better energy conversion efficiency than the FTO-based solar cell.

Claims (18)

폴리비닐리덴 플루오라이드계 고분자 나노섬유 웹; 및
상기 폴리비닐리덴 플루오라이드계 고분자 나노섬유 웹의 표면 및 웹 내부의 섬유 표면 상에 결합된 전도성 고분자;를 포함하는 태양전지 섬유용 투명전극으로서,
상기 투명전극은 FT-IR 분석 결과 ① 872 내지 874 cm-1, ② 1179 내지 1181 cm-1 및 ③ 1291 내지 1293 cm-1 파장수 범위에서 각각 제1 α형 결정 피크, 제2 α형 결정 피크 및 β형 결정 피크를 보이고,
상기 (제1 α형 결정 피크)/(제2 α형 결정 피크)의 흡수 세기 비율은 0.9 내지 1.2이고, 상기 (제2 α형 결정 피크)/(β형 결정 피크)의 흡수 세기 비율은 1.4 내지 1.8이고, 상기 (β형 결정 피크)/(제1 α형 결정 피크)의 흡수 세기 비율은 0.5 내지 0.7인 것인 태양전지 섬유용 투명전극.
polyvinylidene fluoride-based polymer nanofiber web; and
A transparent electrode for solar cell fibers comprising; a conductive polymer bonded to the surface of the polyvinylidene fluoride-based polymer nanofiber web and the surface of the fibers inside the web,
As a result of FT-IR analysis, the transparent electrode showed a first α-form crystal peak and a second α-form crystal peak in the wavelength range of ① 872 to 874 cm -1 , ② 1179 to 1181 cm -1 and ③ 1291 to 1293 cm -1 , respectively. and a β-form crystal peak,
The absorption intensity ratio of (first α-form crystal peak)/(second α-form crystal peak) is 0.9 to 1.2, and the absorption intensity ratio of (second α-form crystal peak)/(β-form crystal peak) is 1.4 to 1.8, and the absorption intensity ratio of (β-type crystal peak)/(first α-type crystal peak) is 0.5 to 0.7 for a transparent electrode for solar cell fibers.
제1항에 있어서,
상기 폴리비닐리덴 플루오라이드계 고분자 나노섬유 웹은 평균 섬유직경이 100 내지 800 nm이고, 면중량이 1 내지 30 g/m2인 것인 태양전지 섬유용 투명전극.
According to claim 1,
The polyvinylidene fluoride-based polymer nanofiber web has an average fiber diameter of 100 to 800 nm, and a surface weight of 1 to 30 g/m 2 A transparent electrode for solar cell fibers.
제1항에 있어서,
상기 폴리비닐리덴 플루오라이드계 고분자는 폴리비닐리덴 플루오라이드(poly(vinylidene fluoride)), 폴리(비닐리덴플루오라이드-코-헥사플루오로프로필렌)(poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)), 폴리(비닐리덴플루오라이드-코-테트라플루오로에틸렌)(poly(vinylidene fluoride-co- tetrafluoroethylene)) 및 폴리(비닐리덴플루오라이드-코-트리플루오로에틸렌)(poly(vinylidenefluoride-co-trifluoroethylene))로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 태양전지 섬유용 투명전극.
According to claim 1,
The polyvinylidene fluoride-based polymer is polyvinylidene fluoride (poly(vinylidene fluoride)), poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) (poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)), poly( consisting of poly(vinylidene fluoride-co-tetrafluoroethylene) and poly(vinylidenefluoride-co-trifluoroethylene) A transparent electrode for a solar cell fiber that is at least one selected from the group.
제1항에 있어서,
상기 전도성 고분자는 폴리티오펜(polythioephene), 폴리아닐린(polyaniline, PANI), 폴리피롤(polypyrrole, PPy), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리디아세틸렌(polydiacetylene), 폴리티오펜비닐렌(poly(thiophenevinylene)), 폴리플러렌(polyfluorene) 및 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT):폴리스티렌술포네이트(PSS)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 태양전지 섬유용 투명전극.
According to claim 1,
The conductive polymer includes polythiophene, polyaniline (PANI), polypyrrole (PPy), polyacetylene, polydiacetylene, polythiophenevinylene), A transparent electrode for a solar cell fiber that is at least one selected from the group consisting of polyfluorene and poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT):polystyrenesulfonate (PSS).
제4항에 있어서,
상기 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT):폴리스티렌술포네이트(PSS)는 PEDOT 및 PSS가 1:1 내지 1:1.8 중량비로 혼합된 것인 태양전지 섬유용 투명전극.
5. The method of claim 4,
The poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT):polystyrenesulfonate (PSS) is a transparent electrode for solar cell fibers in which PEDOT and PSS are mixed in a weight ratio of 1:1 to 1:1.8.
제1항에 있어서,
상기 투명전극은 폴리비닐리덴 플루오라이드계 고분자 나노섬유 웹과 전도성 고분자가 1:0.01 내지 1:1 중량비로 혼합된 것인 태양전지 섬유용 투명전극.
According to claim 1,
The transparent electrode is a transparent electrode for solar cell fibers in which a polyvinylidene fluoride-based polymer nanofiber web and a conductive polymer are mixed in a weight ratio of 1:0.01 to 1:1.
제1항에 있어서,
상기 투명전극은 400 내지 700 nm의 가시광선 영역에서 광투과율이 70 내지 84%인 것인 태양전지 섬유용 투명전극.
According to claim 1,
The transparent electrode is a transparent electrode for a solar cell fiber having a light transmittance of 70 to 84% in a visible light region of 400 to 700 nm.
제1항 내지 제7항 중에서 선택된 어느 한 항의 투명전극을 포함하는 태양전지 섬유.
A solar cell fiber comprising the transparent electrode of any one of claims 1 to 7.
제8항의 태양전지 섬유를 포함하는 제품.
A product comprising the solar cell fiber of claim 8 .
제9항에 있어서,
상기 제품은 의류, 자동차, 선박, 항공기의 몸체 또는 전자제품의 케이스인 것인 제품.
10. The method of claim 9,
The product is a product that is a case of clothing, automobiles, ships, aircraft bodies, or electronic products.
전도성 고분자 수분산액 및 유기용매를 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계;
폴리비닐리덴 플루오라이드계 고분자 나노섬유 웹의 표면 및 웹 내부의 섬유 표면 상에 상기 혼합용액을 코팅하는 단계; 및
상기 혼합용액이 코팅된 고분자 나노섬유 웹을 건조하여 투명전극을 제조하는 단계;
를 포함하고,
상기 혼합용액은 전도성 고분자 수분산액 및 유기용매가 6:4 내지 3:7 부피비로 혼합된 것인 태양전지 섬유용 투명전극의 제조방법.
preparing a mixed solution by mixing a conductive polymer aqueous dispersion and an organic solvent;
coating the mixed solution on the surface of the polyvinylidene fluoride-based polymer nanofiber web and the surface of the fibers inside the web; and
manufacturing a transparent electrode by drying the polymer nanofiber web coated with the mixed solution;
including,
The method for producing a transparent electrode for a solar cell fiber is that the mixed solution is a mixture of an aqueous dispersion of a conductive polymer and an organic solvent in a volume ratio of 6:4 to 3:7.
제11항에 있어서,
상기 전도성 고분자 수분산액은 폴리티오펜(polythioephene), 폴리아닐린(polyaniline, PANI), 폴리피롤(polypyrrole, PPy), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리디아세틸렌(polydiacetylene), 폴리티오펜비닐렌(poly(thiophenevinylene)), 폴리플러렌(polyfluorene) 및 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT):폴리스티렌술포네이트(PSS)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인 태양전지 섬유용 투명전극의 제조방법.
12. The method of claim 11,
The conductive polymer aqueous dispersion includes polythiophene, polyaniline, PANI, polypyrrole, PPy, polyacetylene, polydiacetylene, and polythiophenevinylene. ), polyfluorene, and poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT): polystyrene sulfonate (PSS) manufacturing a transparent electrode for solar cell fibers comprising at least one selected from the group consisting of Way.
제11항에 있어서,
상기 유기용매는 디메틸설폭사이드(Dimethyl Sulfoxide, DMSO)인 것인 태양전지 섬유용 투명전극의 제조방법.
12. The method of claim 11,
The organic solvent is dimethyl sulfoxide (Dimethyl Sulfoxide, DMSO) is a method of manufacturing a transparent electrode for a solar cell fiber.
삭제delete 제11항에 있어서,
상기 혼합용액을 코팅하는 단계는 브러쉬 페인팅법(brush painting), 스핀코팅법(spin coating), 딥코팅법(dip coating), 낙하법(dropping), 스프레이 분사법(spray coating), 잉크젯 프린팅법(inkjet printing), 스크린 프린팅(screen printing) 및 스포팅법(spotting)으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 방법으로 수행하는 것인 태양전지 섬유용 투명전극의 제조방법.
12. The method of claim 11,
The step of coating the mixed solution is a brush painting method, a spin coating method, a dip coating method, a dropping method, a spray coating method, an inkjet printing method ( Inkjet printing), screen printing (screen printing), and a method of manufacturing a transparent electrode for a solar cell fiber to be carried out by one method selected from the group consisting of spotting (spotting).
제11항에 있어서,
상기 투명전극을 제조하는 단계에서 건조는 50 내지 100 ℃에서 1분 내지 2시간 동안 수행하는 것인 태양전지 섬유용 투명전극의 제조방법.
12. The method of claim 11,
In the step of manufacturing the transparent electrode, drying is performed at 50 to 100° C. for 1 minute to 2 hours. A method for manufacturing a transparent electrode for a solar cell fiber.
제11항에 있어서,
상기 투명전극은 FT-IR 분석 결과 ① 872 내지 874 cm-1, ② 1179 내지 1181 cm-1 및 ③ 1291 내지 1293 cm-1 파장수 범위에서 각각 제1 α형 결정 피크, 제2 α형 결정 피크 및 β형 결정 피크를 보이고,
상기 (제1 α형 결정 피크)/(제2 α형 결정 피크)의 흡수 세기 비율은 0.9 내지 1.2이고, 상기 (제2 α형 결정 피크)/(β형 결정 피크)의 흡수 세기 비율은 1.4 내지 1.8이고, 상기 (β형 결정 피크)/(제1 α형 결정 피크)의 흡수 세기 비율은 0.5 내지 0.7인 것인 태양전지 섬유용 투명전극의 제조방법.
12. The method of claim 11,
As a result of FT-IR analysis, the transparent electrode showed a first α-form crystal peak and a second α-form crystal peak in the wavelength range of ① 872 to 874 cm -1 , ② 1179 to 1181 cm -1 and ③ 1291 to 1293 cm -1 , respectively. and a β-form crystal peak,
The absorption intensity ratio of (first α-form crystal peak)/(second α-form crystal peak) is 0.9 to 1.2, and the absorption intensity ratio of (second α-form crystal peak)/(β-form crystal peak) is 1.4 to 1.8, and the absorption intensity ratio of (β-form crystal peak)/(first α-form crystal peak) is 0.5 to 0.7.
제11항에 있어서,
상기 폴리비닐리덴 플루오라이드계 고분자 나노섬유 웹은 평균 섬유직경이 200 내지 500 nm이고, 면중량이 3 내지 5 g/m2이고,
상기 폴리비닐리덴 플루오라이드계 고분자는 폴리비닐리덴 플루오라이드이고,
상기 전도성 고분자 수분산액은 PEDOT 및 PSS가 1:1.5 내지 1:1.7 중량비로 혼합된 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT):폴리스티렌술포네이트(PSS)이고,
상기 유기용매는 디메틸설폭사이드(Dimethyl Sulfoxide, DMSO)이고,
상기 혼합용액은 전도성 고분자 수분산액 및 유기용매가 4:6 내지 3:7 부피비로 혼합된 것이고,
상기 혼합용액을 코팅하는 단계는 브러쉬 페인팅법(brush painting)으로 수행하고,
상기 투명전극을 제조하는 단계에서 건조는 68 내지 72 ℃에서 5분 내지 15분 동안 수행하는 것인 태양전지 섬유용 투명전극의 제조방법.
12. The method of claim 11,
The polyvinylidene fluoride-based polymer nanofiber web has an average fiber diameter of 200 to 500 nm, and a cotton weight of 3 to 5 g/m 2 ,
The polyvinylidene fluoride-based polymer is polyvinylidene fluoride,
The conductive polymer aqueous dispersion is poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT):polystyrenesulfonate (PSS) in which PEDOT and PSS are mixed in a weight ratio of 1:1.5 to 1:1.7,
The organic solvent is dimethyl sulfoxide (Dimethyl Sulfoxide, DMSO),
The mixed solution is a mixture of a conductive polymer aqueous dispersion and an organic solvent in a volume ratio of 4:6 to 3:7,
The step of coating the mixed solution is performed by brush painting,
In the step of manufacturing the transparent electrode, drying is performed at 68 to 72° C. for 5 to 15 minutes.
KR1020200111503A 2020-09-02 2020-09-02 Transparent electrode for photovoltaic textiles, manufacturing method thereof and photovoltaic textiles comprising the transparent electrode KR102388771B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200111503A KR102388771B1 (en) 2020-09-02 2020-09-02 Transparent electrode for photovoltaic textiles, manufacturing method thereof and photovoltaic textiles comprising the transparent electrode

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200111503A KR102388771B1 (en) 2020-09-02 2020-09-02 Transparent electrode for photovoltaic textiles, manufacturing method thereof and photovoltaic textiles comprising the transparent electrode

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220029934A KR20220029934A (en) 2022-03-10
KR102388771B1 true KR102388771B1 (en) 2022-04-20

Family

ID=80816360

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200111503A KR102388771B1 (en) 2020-09-02 2020-09-02 Transparent electrode for photovoltaic textiles, manufacturing method thereof and photovoltaic textiles comprising the transparent electrode

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102388771B1 (en)

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101706125B1 (en) 2013-11-14 2017-02-14 서울대학교산학협력단 Dye-sensitized solar cell and method for preparing the same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C.S. Lee et al., 'An approach to durable PVDF cantilevers with highly conducting PEDOT/PSS (DMSO) electrodes', Sensors and Actuators A 121 (2005) 373-381 (2005.03.28.) 1부.*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220029934A (en) 2022-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Recent advances and challenges of electrode materials for flexible supercapacitors
Wu et al. Wearable ultra-lightweight solar textiles based on transparent electronic fabrics
Rajesh et al. A high performance PEDOT/PEDOT symmetric supercapacitor by facile in-situ hydrothermal polymerization of PEDOT nanostructures on flexible carbon fibre cloth electrodes
Wan Conducting polymers with micro or nanometer structure
D’Arcy et al. Vapor-phase polymerization of nanofibrillar poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) for supercapacitors
Mengistie et al. Effect of molecular weight of additives on the conductivity of PEDOT: PSS and efficiency for ITO-free organic solar cells
Ge et al. Transparent and flexible electrodes and supercapacitors using polyaniline/single-walled carbon nanotube composite thin films
Wang et al. Fabrication of architectural structured polydopamine-functionalized reduced graphene oxide/carbon nanotube/PEDOT: PSS nanocomposites as flexible transparent electrodes for OLEDs
Kymakis et al. Carbon nanotube/PEDOT: PSS electrodes for organic photovoltaics
Wang et al. Transparent conductive thin films based on polyaniline nanofibers
Zhang et al. Polyaniline nanoparticle coated graphene oxide composite nanoflakes for bifunctional multicolor electrochromic and supercapacitor applications
EP2304806A2 (en) Fiber photovoltaic devices and methods for production thereof
CN109950401A (en) A kind of flexible composite transparent electrode as well as preparation method and application thereof based on metal nanometer line and titanium carbide nanometer sheet
Liu et al. A flexible and knittable fiber supercapacitor for wearable energy storage with high energy density and mechanical robustness
Zhang et al. All-solid-state electrochromic device based on nanocellulose/PANI/PEDOT ternary hybrid system for high optical contrast and excellent cycling stability
Na et al. Material nanoarchitectonics of functional polymers and inorganic nanomaterials for smart supercapacitors
CN101704958A (en) Method for preparing flexible poly(3,4-ethylenedioxythiophene) composite conductive thin film
Weng et al. Multi-functional and integrated actuators made with bio-inspired cobweb carbon nanotube–Polymer composites
US10266990B2 (en) Pedot coated flexible cellulose paper by interfacial polymerization
CN103280337A (en) Fibrous supercapacitor and preparation method thereof
Zhou et al. Manipulation of the Buried Interface for Robust Formamidinium‐based Sn− Pb Perovskite Solar Cells with NiOx Hole‐Transport Layers
Liu et al. Ultraviolet-protecting, flexible and stable photovoltaic-assisted piezoelectric hybrid unit nanogenerator for simultaneously harvesting ultraviolet light and mechanical energies
CN113611437A (en) Fully flexible transparent film electrode and preparation method and application thereof
Rhee et al. Stretchable hole extraction layer for improved stability in perovskite solar cells
Cha et al. Fabrication of poly (3, 4-ethylenedioxythiophene): Poly (styrenesulfonate)/poly (vinylidene fluoride) nanofiber-web-based transparent conducting electrodes for dye-sensitized photovoltaic textiles

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right