KR20120097248A - 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치 및 이를 사용한 에어로졸 증착 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 염료감응형 태양전지 기판이 배치되는 기판 스테이지가 장착되는 진공 챔버를 구비하는 진공 챔버부; 광전극 블록 파우더를 상기 기판 측으로 전송시키기 위한 운송 가스를 제공하는 운송 가스부 및 상기 운송 가스부를 통하여 전달되는 상기 광전극 블록 파우더 및 상기 운송 가스를 포함하는 광전극 블록 에어로졸을 상기 염료감응형 태양전지 기판으로 분사시키는 노즐을 구비하는 에어로졸 증착부;를 구비하는 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치 및 이의 증착 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 염료감응형 태양전지 제조 장치 및 이를 이용한 제조 방법에 관한 것으로, 염료감응형 태양전지의 효율을 증진시키기 위한 제조 과정에 있어 보다 간편하고 우수한 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것이다.
염료감응형 태양전지는 광전환 효율이 좋은 태양전지로서, 종래의 실리콘 태양전지에 비하여 제조 공정이 단순함으로써 공정 원가를 20 내지 30% 정도 저감시킬 수 있다는 장점이 있는 차세대 태양전지이다.
염료감응형 태양전지는 기판으로서의 투명 전극(1)의 일면 상에 광전극(4)이 배치된다. 광전극(4)에 배치되는 염료층(5)과, 투명 전극(1)의 대응되는 위치에 배치되는 상대 전극(2)과, 투명 전극(1) 및 상대 전극(2) 사이에 배치되는 전해질층(7)을 구비하고, 상대 전극(2)과 투명 전극(1)의 사이의 전해질층(7)을 밀봉하기 위한 실런트(9)가 구비된다. 여기서, 염료층(5)은 광전극(4)의 표면에 흡착되는 구조를 취하는데, 보다 자세하게는 광전극(4)을 이루는 입자의 표면에 흡착되는 구조를 취한다.
염료감응형 태양전지는 염료층(5) 내 염료에 빛이 조사되는 경우 전자가 여기되고, 여기된 전자는 광전극(4)에 주입된 후 투명 전극(1)으로 확산된다. 투명 전극(1)과 상대 전극(2) 사이에 부하가 연결되는 경우, 전자는 투명 전극(1)으로부터 부하(미도시)를 지나 상대 전극(2)에 도달한다. 상대 전극(2)의 일면에 배치되는 백금 촉매를 거쳐 전해질층(7)으로 전해지며 전해질층(7)과 염료층(5)의 계면에 도달한 염료분자에 생성된 홀은 전해질에 의해 전자를 받아 다시 환원된다.
한편, 태양전지의 활용도를 증대시키기 위한 일환으로 기판의 가요성(flexibility)이 요구되고 이를 위하여 TCO(Transparent Conductive Oxide)가 배치되는 플라스틱 기판이 사용된다.
이때, 플라스틱 기판의 특성상 고온 소성이 불가하여 염료감응형 태양전지의 효율 저하를 방지하기 위하여 이와 같은 단점을 극복하고자, 도 1의 도면 부호 A로 지시되는 부분에 대한 부분 확대된 도 2에 도시된 바와 같이 TiO2입자로 구성된 광전극(4)과 TCO인 투명 전극(1)의 사이 접촉을 원활하게 하여 전자 유동성을 증진시킬수 있도록 투명 전극(1)과 광전극(4) 사이에 블록킹레이어로서의 광전극 블록층(4a)이 배치된다.
종래 기술에 따른, 이와 같은 블록킹레이어로서의 광전극 블록층(4a)은 스핀 코팅 방식을 이용하여 저온에서 형성되었으나, 이러한 스핀 코팅 방식은 블록킹레이어로서의 광전극 블록층(4a)의 결정성이 좋지 않다는 문제점이 수반되었다.
본 발명은 광전환 효율을 증대시킬 수 있는 구조의 염료감응형 태양전지를 제조할 수 있는 태양전지 에어로졸 증착 장치 및 태양전지 에어로졸 증착 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 염료감응형 태양전지 기판이 배치되는 기판 스테이지가 장착되는 진공 챔버를 구비하는 진공 챔버부; 광전극 블록 파우더를 상기 기판 측으로 전송시키기 위한 운송 가스를 제공하는 운송 가스부 및 상기 운송 가스부를 통하여 전달되는 상기 광전극 블록 파우더 및 상기 운송 가스를 포함하는 광전극 블록 에어로졸을 상기 염료감응형 태양전지 기판으로 분사시키는 노즐을 구비하는 에어로졸 증착부;를 구비하는 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치를 제공한다.
상기 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치에 있어서, 상기 에어로졸 증착부는 상기 운송 가스와 상기 광전극 블록 파우더가 혼합되는 혼합 챔버를 구비하고, 상기 운송 가스부는: 상기 운송 가스가 제공되는 운송 가스 제공원과, 상기 운송 가스 제공원 및 상기 혼합 챔버 사이에 배치되어 상기 운송 가스 제공원의 유동 상태를 제어하는 운송 가스 레귤레이터를 구비할 수도 있다.
상기 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치에 있어서, 상기 진공 챔버부에 배치되고 상기 광전극 블록 에어로졸의 유동 상태를 감지하는 에어로졸 감지부가 더 구비되고, 상기 에어로졸 감지부의 감지 결과에 기초하여 상기 운송 가스 레귤레이터의 상기 유동 상태를 제어할 수도 있다.
상기 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치에 있어서, 상기 에어로졸 증착부는 상기 광전극 블록 파우더를 제공하는 광전극 블록 파우더 제공부를 더 구비할 수도 있다.
상기 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치에 있어서, 상기 광전극 블록 파우더 제공부는: 입력되는 광전극 블록 재료를 분쇄하는 광전극 블록 파우더 분쇄기와, 상기 광전극 블록 파우더 분쇄기로부터 분쇄된 광전극 블록 파우더를 사전 설정된 환경 하에서 건조시키는 광전극 블록 파우더 건조부를 구비할 수도 있다.
상기 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치에 있어서, 상기 광전극 블록 파우더는 TiO2를 포함할 수도 있다.
본 발명의 다른 일면에 따르면, 본 발명은 염료감응형 태양전지 기판이 배치되는 기판 스테이지가 장착되는 진공 챔버를 구비하는 진공 챔버부; 광전극 블록 파우더를 상기 기판 측으로 전송시키기 위한 운송 가스를 제공하는 운송 가스부 및 상기 운송 가스부를 통하여 전달되는 상기 광전극 블록 파우더 및 상기 운송 가스를 포함하는 광전극 블록 에어로졸을 상기 염료감응형 태양전지 기판으로 분사시키는 노즐을 구비하는 에어로졸 증착부; 상기 에어로졸 증착부에 증착 제어 신호를 인가하는 제어부를 구비하는 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치를 제공하는 제공 단계와, 상기 광전극 블록 파우더를 준비 제공하는 광전극 블록 파우더 제공 단계와, 상기 광전극 블록 에어로졸을 상기 염료감응형 태양전지 기판으로 분사시키는 분사 단계와, 상기 광전극 블록 에어로졸을 상기 염료감응형 태양전지 기판에 증착시키는 증착 단계를 포함하는 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 방법을 제공한다.
상기 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 방법에 있어서, 상기 에어로졸 증착부에는, 입력되는 광전극 블록 재료를 분쇄하는 광전극 블록 파우더 분쇄기와, 상기 광전극 블록 파우더 분쇄기로부터 분쇄된 광전극 블록 파우더를 사전 설정된 환경 하에서 건조시키는 광전극 블록 파우더 건조부를 포함하고 상기 광전극 블록 파우더를 제공하는 광전극 블록 파우더 제공부가 구비되고, 상기 광전극 블록 파우더 제공 단계는: 상기 광전극 블록 파우더 분쇄기에 광전극 블록 재료가 입력되는 광전극 블록 재료 투입 단계와, 상기 광전극 블록 파우더 분쇄기에서 상기 광전극 블록 재료를 분쇄하는 분쇄 단계와, 상기 분쇄 단계에서 분쇄된 광전극 블록 파우더를 사전 설정된 환경 하에서 건조시키는 건조 단계를 구비할 수도 있다.
상기 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 방법에 있어서, 상기 에어로졸 증착부에는 상기 운송 가스와 상기 광전극 블록 파우더가 혼합되는 혼합 챔버가 구비되고, 상기 운송 가스부에는: 상기 운송 가스가 제공되는 운송 가스 제공원과, 상기 운송 가스 제공원 및 상기 혼합 챔버 사이에 배치되어 상기 운송 가스 제공원의 유동 상태를 제어하는 운송 가스 레귤레이터가 구비되고, 상기 진공 챔버부에 배치되고 상기 광전극 블록 에어로졸의 유동 상태를 감지하는 에어로졸 감지부가 더 구비되고, 상기 분사 단계는: 상기 제어부가 상기 운송 가스 레귤레이터에 유동 인가 신호를 제공하는 분사 인가 단계와, 상기 제어부가 상기 에어로졸 감지부에 감지 제어 신호를 인가하여 상기 광전극 블록 에어로졸의 유동 상태를 검출하는 검출 단계와, 상기 검출 단계에서 검촐된 상기 광전극 블록 에어로졸의 유동 상태 및 상기 제어부와 연결되는 저장부에 사전 설정되어 저장된 유동 코팅막 데이터에 기초하여 상기 제어부가 상기 운송 가스 레귤레이터에 유동 제어 신호를 제공하는 분사 제어 단계를 포함할 수도 있다.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치 및 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치 및 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 방법은, 에어로졸 증착 방식을 통하여 기공이 없는 치밀한 광전극 블록층을 형성함으로써 광전극과, 투명 기판으로서의 태양전지 기판 사이의 전자 유동성을 증진시켜 광전환 효율을 증진시킬 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치 및 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 방법은, 두께 조절이 원활하고 별도의 고온 소성 공정을 배제함으로써 태양전지 기판의 열변화 가능성을 저감시켜 ITO와 같은 투과율 및 전도성이 우수한 TCO를 사용하여 추가적인 효율 증대를 이룰 수도 있다.
셋째, 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치 및 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 방법은, 별도의 고온 소성 공정을 배제함으로써 태양전지 기판의 열변화 가능성을 저감시켜 ITO와 같은 투과율 및 전도성이 우수한 TCO를 사용 가능하게 함과 동시에, 플라스틱 기판의 사용을 가능하게 하여 제조 원가를 현저하게 저감시키고, 가요성의 확보를 통한 활용도 증진을 이룰 수도 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 염료감응형 태양전지의 개략적인 단면도가 도시된다.
도 2는 도 1의 도면 부호 A에 대한 부분 확대도이다.
도 3은 블록킹레이어의 유무에 따른 전류 밀도-전압 선도가 도시된다.
도 4는 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치의 개략적인 블록 선도이다.
도 5는 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치의 에어로졸 감지부의 개략적인 상태도이다.
도 6은 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치의 저장부에 저장된 유동 코팅막 데이터의 개략적인 선도이다.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 방법을 사용하여 얻어진 다양한 두께의 광전극 블록 층의 상태도이다.
도 11은 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 방법의 개략적인 흐름도이다.
도 12는 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 방법의 광전극 블록 파우더 제공 단계의 흐름도이다.
도 13은 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 방법의 분사 단계의 흐름도이다.
도 2는 도 1의 도면 부호 A에 대한 부분 확대도이다.
도 3은 블록킹레이어의 유무에 따른 전류 밀도-전압 선도가 도시된다.
도 4는 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치의 개략적인 블록 선도이다.
도 5는 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치의 에어로졸 감지부의 개략적인 상태도이다.
도 6은 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치의 저장부에 저장된 유동 코팅막 데이터의 개략적인 선도이다.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 방법을 사용하여 얻어진 다양한 두께의 광전극 블록 층의 상태도이다.
도 11은 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 방법의 개략적인 흐름도이다.
도 12는 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 방법의 광전극 블록 파우더 제공 단계의 흐름도이다.
도 13은 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 방법의 분사 단계의 흐름도이다.
이하에서는 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치 및 이의 증착 방법에 대하여 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 4에는 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치의 개략적인 블록 선도가 도시되고, 도 5에는 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치의 에어로졸 감지부의 개략적인 상태도가 도시되고, 도 6에는 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치의 저장부에 저장된 유동 코팅막 데이터의 개략적인 선도가 도시되고, 도 7 내지 도 10에는 본 발명의 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 방법을 사용하여 얻어진 다양한 두께의 광전극 블록 층의 상태도가 도시되고, 도 11에는 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 방법의 개략적인 흐름도가 도시되고, 도 12에는 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 방법의 광전극 블록 파우더 제공 단계의 흐름도가 도시되고, 도 13에는 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 방법의 분사 단계의 흐름도가 도시된다.
본 발명의 일실시예에 따른 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치(10)는 진공 챔버부(11)와 에어로졸 증착부(20)를 포함하는데, 진공 챔버(11) 내 배치되는 염료감응형 태양전지 기판(13)으로 하기되는 광전극 블록 에어로졸을 분사함으로써 소정의 에어로졸 증착 공정을 실행한다. 기판(13)은 플라스틱 기판과 같이 소정의 내열성과 가요성(flexibility, 유연성)을 구비하는 재료로 형성될 수 있다.
진공 챔버(11)는 진공 펌프(15)에 의하여 상온 진공 상태를 형성하는데, 진공 챔버(11)와 진공 펌프(15)는 진공 펌프 라인(14)을 통하여 연결된다. 진공 펌프(15)는 하기되는 제어부(50)와 연결되는데, 제어부(50)로부터의 진공 제어 신호에 따라 작동하여 진공 챔버(11) 내의 진공 상태를 일정하게 유지시킬 수 있다. 여기서 도시되지는 않았으나, 진공 챔버(11) 내 진공도를 감지하는 별도의 진공 센서(미도시)가 배치되고 진공 센서로부터의 진공 감시 신호는 제어부(50)로 전달되어 사전 설정된 진공 형성 모드에 따라 진공 펌프(15)에 소정의 진공 제어 신호를 인가함으로써 진공 챔버(11) 내의 진공도에 따른 원활한 진공 펌프(15) 가동을 이룰 수 있다.
진공 챔버(11)에는 기판 스테이지(12)가 장착되는데, 기판 스테이지(12)에는 염료감응형 태양전지 기판(13)이 배치된다. 태양전지 기판(13)은 TCO(transparent conductive oxide)로서 본 실시예에 다른 태양전지 기판(13)은 ITO(indium tin oxide)가 사용될 수 있는데 본 발명의 장치를 통하여 고온 소성 가공에 의한 필요성이 배제할 수 있다.
기판 스테이지(12)는 본 실시예에서 X-Y-Z축으로 가동을 이루는 스테이지로 구성되는데, 기판 스테이지(12)는 도 1의 화살표 방향으로 X-Y 축 이동을 이룰 수 있고 하기되는 노즐(27)과 이루는 수직 방향인 Z축으로의 이동을 이룰 수도 있다. 기판 스테이지(12)도 제어부(50)와 연결되어 제어부(50)의 스테이지 제어 신호에 따라 가동될 수 있다.
에어로졸 증착부(20)는 운송 가스부(40)와 노즐(27)을 포함한다. 운송 가스부(40)를 통하여 전달되는 광전극 블록 에어로졸을 노즐(27)을 통하여 염료감응형 태양전지 기판(13)을 향하여 분사하는데, 운송 가스부(40)와 노즐(27) 사이에는 운송 가스부(40)를 통하여 운송되는 운송 가스와, 입력 제공되는 광전극 블록 파우더를 혼합하는 혼합 챔버(21)가 배치된다. 운송 가스부(40)는 운송 가스 제공원(41)과 운송 가스 레귤레이터(45)를 포함하는데, 운송 가스 제공원(41)은 운송 가스 탱크로 구현되어 질소(N2)와 같은 불활성 가스가 사용된다. 운송 가스 제공원(41)은 운송 가스 레귤레이터(45)와 연결되는데, 운송 가스 레귤레이터(45)는 운송 가스 제공원(41)으로부터 혼합 챔버(21)를 거쳐 노즐(27)로 전달되는 운송 가스의 유동 상태를 제어하여 궁극적으로 광전극 블록 파우더와 함께 이루는 광전극 블록 에어로졸의 유동 상태인 유동량 및/또는 유동압을 제어한다. 여기서, 광전극 블록 파우더는 TiO2를 포함한다.
운송 가스 레귤레이터(45)는 유량 제어기(Mass flow controller)로 구현되는데, 운송 가스 레귤레이터(45)는 제어부(50)와 연결되어, 제어부(50)로부터의 조절 제어 신호에 의하여 가동됨으로써 광전극 블록 에어로졸의 유동량 및/또는 유동압을 조정할 수 있다. 운송 가스 레귤레이터(45)에는 운송 가스 압력 센서(43)가 배치되는데, 운송 가스 압력 센서(43)를 통하여 운송 가스의 입력압을 감지할 수 있고 감지된 입력압은 제어부(50)로 전달되어 소정의 운송 가스 레귤레이터(45)의 유동량 조절을 위한 데이터로 활용할 수 있다.
혼합 챔버(21)는 레귤레이터 연결 라인(21a), 노즐 연결 라인(21b) 및 광전극 블록 파우더 유입 라인(21c)을 포함한다. 레귤레이터 연결 라인(21a)은 운송 가스 레귤레이터(45)와 혼합 챔버(21)의 사이에, 노즐 연결 라인(21b)은 노즐(27) 측과 혼합 챔버(25) 사이에 배치된다. 또한, 본 실시예에 따른 에어로졸 증착부(20)는 광전극 블록 파우더 제공부(30)를 더 구비하는 구성을 취하는데, 광전극 블록 파우더 유입 라인(21c)은 광전극 블록 파우더 제공부(30)와 혼합 챔버(25)의 사이에 배치된다. 이와 같은 구성을 통하여 혼합 챔버(21)는 레귤레이터 연결 라인(21a)을 통하여 운송 가스를 유입받고 광전극 블록 파우더 유입 라인(21c)을 통하여 광전극 블록 파우더를 입력받으며, 노즐 연결 라인(21b)을 통하여 광전극 블록 에어로졸을 노즐(27) 측으로 출력한다.
즉, 운송 가스는 상당한 압력을 구비하는데, 운송 가스 레귤레이터(45)를 통하여 유입이 허용되는 운송 가스는 혼합 챔버(21)로 유입되고 운송 가스(21)의 고압으로 인하여 혼합 챔버(21)를 거쳐 노즐 연결 라인(21b)을 통하여 노즐(27) 측으로 유출되는데, 이 과정에서 광전극 블록 파우더 유입 라인(21c)을 통하여 유입된 광전극 블록 파우도도 함께 노즐 연결 라인(21b)을 통하여 노즐(27) 측으로 유출된다.
노즐 연결 라인(21b) 상에는 노즐 연결 라인 필터(23)와 노즐 연결 라인 분류기(classificator, 25)가 배치되어 노즐(27)로 입력되는 광전극 블록 에어로졸 내 불순물 등을 제거하여 노즐(27)의 폐색을 방지할 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치(10)는 에어로졸 감지부(3)를 더 구비할 수 있다. 에어로졸 감지부(3)는 진공 챔버(11)에 배치되고 광전극 블록 에어로졸의 유동 상태를 감지하는데, 에어로졸 감지부(3)의 감지 결과에 기초하여 운송 가스 레귤레이터(45)의 유동량 내지 유동압을 제어부(50)가 레귤레이터 제어 신호를 인가함으로써 노즐(27)을 통하여 분사되는 광전극 블록 에어로졸의 분사량을 조정할 수 있고 이를 통하여 분사량의 조절에 따른 염료감응형 태양전지 기판(13)에의 코팅막의 두께를 조정할 수 있다.
도 5에는 본 발명의 일실시예에 따른 에어로졸 감지부(3)의 개략적인 상태도가 도시된다. 에어로졸 감지부(3)는 본 실시예에서 광센서로 구현되는데, 에어로졸 감지부(3)는 감지 발신부(3a)와 감지 수신부(3b)를 포함한다. 감지 발신부(3a)와 감지 수신부(3b)는 노즐(27)로부터 염료감응형 태양전지 기판(13)의 사이로 광전극 블록 에어로졸이 유동하는 경로 사이에 배치된다. 도 5에 도시된 바와 같이 광전극 블록 에어로졸은 감지 발신부(3a)와 감지 수신부(3b) 사이에서 유동하여 광전극 블록 에어로졸의 유동 상태를 감지하는데, 감지 발신부(3a)로부터 출사된 빛이 감지 수신부(3b)에서 감지되는 과정에서 광전극 블록 에어로졸에 의하여 분산되어 발생하는 수신 신호의 단속을 통하여 감지 발신부(3a)와 감지 수신부(3b) 간의 유동하는 광전극 블록 에어로졸의 크기, 개수 내지 속도를 감지하는 감지 기능을 실행할 수 있다.
감지된 신호는 제어부(50)로 전달되어 제어부(50)가 저장부(60)에 사전 설정되어 저장된 사전 설정 데이터에 기초하여 운송 가스 레귤레이터(45)를 조정하여 운송 가스의 유동 상태인 유동량 내지 유동압을 제어하는 조절 제어 신호를 인가하여 궁극적으로 염료감응형 태양전지 기판(13) 상에 분사되어 코팅되는 광전극 블록의 두께를 조정할 수 있다.
또 한편, 본 발명의 일실시예에 따른 에어로졸 증착부는 광전극 블록 파우더를 제공하는 광전극 블록 파우더 제공부(30)를 더 구비한다. 광전극 블록 파우더 제공부(30)는 광전극 블록 파우더 분쇄기(31)와 광전극 블록 파우더 건조부(33)를 구비한다. 광전극 블록 파우더 분쇄기(31)는 볼밀(ball mill) 형태로 구성되면 입력 제공되는 광전극 블록 재료를 분쇄하여 사전 설정된 크기, 본 실시예에서는 마이크로 사이즈의 광전극 블록 파우더로 분쇄한다. 광전극 블록 파우더 건조부(33)는 광전극 블록 파우더 분쇄기(31)에서 분쇄된 광전극 블록 파우더를 입력받아 이를 사전 설정된 조건 하에서 건조 과정을 실시한다. 광전극 블록 파우더 건조부(33)에서 수분이 제거된 광전극 블록 파우더는 광전극 블록 파우더 유입 라인(21c)을 통하여 혼합 챔버(21)로 제공되고, 운송 가스의 유동에 의하여 파우더 형태의 광전극 블록 파우더는 운송 가스와 함께 노즐(27)로 전달된다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치(10)를 사용한 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 방법을 설명한다.
본 발명에 따른 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 방법은 제공 단계(S10)와 광전극 블록 파우더 제공 단계(S20)와 분사 단계(S30)와 증착 단계(S40)를 포함한다. 제공 단계(S10)는 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치(10)를 제공하는데, 제공 단계(S10)에서 제공되는 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치(10)는 상기한 바로 대체한다.
광전극 블록 파우더 제공 단계(S20)에서 제어부(30)는 광전극 블록 파우더를 입력받는데, 광전극 블록 파우더는 작업자에 의하여 분쇄된 파우더가 제공될 수도 있으나 본 실시예에서는 에어로졸 증착부가 광전극 블록 파우더 제공부를 더 구비하는 구성을 취하는 경우를 기준으로 설명한다.
광전극 블록 파우더 제공 단계(S20)에서 마이크로 크기 사이즈의 광전극 블록 파우더가 준비 제공되는데, 광전극 블록 파우더 제공 단계(S20)는 광전극 블록 재료 투입 단계(S21)와 분쇄 단계(S23)를 포함한다. 광전극 블록 재료 투입 단계(S21)에서 광전극 블록 파우더 분쇄기(31)로 광전극 블록 재료가 입력 제공되고, 분쇄 단계(S23)에서 제어부(50)의 분쇄 제어 신호에 따라 광전극 블록 파우더 분쇄기(31)가 가동되어 광전극 블록 재료를 분쇄한다.
그런 후, 제어부(50)는 건조 단계(S25)를 실행하는데, 광전극 블록 파우더 분쇄기(31)에서 분쇄된 광전극 블록 파우더는 건조기(33)로 전달되어 소정의 사전 설정 환경에서의 건조 과정이 실행된다. 제어부(50)는 저장부(60)에 사전 설정된 환경 데이터에 기초하여 광전극 블록 파우더를 건조시키는 건조 과정을 실행한다.
건조 단계(S25)가 완료된 후 제어부(50)는 건조부(33)에서 건조된 광전극 블록 파우더를 혼합 챔버(21)로 전달한다. 광전극 블록 파우더 분쇄기(31)로부터 분쇄되고 건조부(33)에서 건조된 광전극 블록 파우더는 광전극 블록 파우더 유입 라인(21c)을 통하여 혼합 챔버(21)로 전달되는데 혼합 챔버로의 전달은 별도의 투입 장치를 거쳐 전달될 수도 있고, 광전극 블록 파우더 분쇄기(31)와 건조부(33) 간의 연결을 차단하되 건조부(33)와 혼합 챔버(21) 간의 연결을 허용함으로써 챔버(11) 내의 부압으로 인하여 흡입되는 구조를 형성할 수도 있다.
건조 단계(S25) 및 혼합 챔버(21)로의 광전극 블록 파우더 투입이 완료된 후 제어부(50)는 분사 단계(S30)를 실행한다. 분사 단계(S30)에서 제어부(50)는 운송 가스부(40)의 운송 가스 레귤레이터(45)를 통하여 운송 가스의 유동 상태, 즉 유동량 내지 유동압(압력 조정을 통한 노즐 분사 속도 제어를 이룸)을 제어하여 염료감응형 태양전지 기판(13)에의 코팅 두께를 조절할 수 있다. 분사 단계(S30)는 분사 인가 단계(S31)와 검출 단계(S33)와 분사 제어 단계(S35)를 실행하는데, 분사 인가 단계(S31)에서 제어부(50)는 노즐(27)을 통한 광전극 블록 에어로졸의 분사를 시작하도록 운송 가스 레귤레이터(45)에 유동 인가 신호를 전달한다. 입력되는 분사 인가 신호에 따라 운송 가스 레귤레이터(45)는 유동 인가 신호에 따라 가동되어 운송 가스 제공원으로부터의 소정의 압력의 운송 가스를 제공받아 혼합 챔버(21)를 거쳐 광전극 블록 파우더와 혼합되어 광전극 블록 에어로졸을 형성하고 형성된 광전극 블록 에어로졸은 노즐(27)을 통하여 분사되어 염료감응형 태양전지 기판(13)에 분사 코팅된다. 이때, 염료감응형 태양전지 기판(13)과 노즐(27) 사이에 배치되는 에어로졸 감지부(3)는 제어부(50)로부터의 감지 제어 신호에 따라 염료감응형 태양전지 기판(13)으로 분사되는 광전극 블록 에어로졸의 유동량 내지 크기 내지 유동압에 의한 유동 속도와 같은 에어로졸의 유동 상태를 감지한다.
그런 후, 제어부(50)는 분사 제어 단계(S35)를 실행하는데, 분사 제어 단계(S35)를 통하여 염료감응형 태양전지 기판(13)에 분사되는 광전극 블록 에어로졸의 유동 분사량이 조절된다. 제어부(50)는 검출 단계(S33)에서 검출된 광전극 블록 에어로졸의 유동 상태 및 저장부(60)에 사전 설정되어 저장된 유동 코팅막 데이터에 기초하여 운송 가스 레귤레이터(45)에 유동 제어 신호를 제공한다. 유동 코팅막 데이터는 작업자에 의하여 별도의 입력부(미도시)를 통하여 입력 조절될 수도 있는데, 작업자에 의하여 선택된 운전 조건에 따른 유동 코팅막을 설정하기 위한 유동 코팅막 데이터에 따른 두께의 블록킹 레이어인 광전극 블록 층을 형성하기 어려운 광전극 블록 에어로졸이 에어로졸 감지부(3)에서 감지되는 경우 제어부(50)는 운송 가스 레귤레이터(45)에 유동 제어 신호를 인가하여 운송 가스 유동량을 조정함으로써 궁극적으로 노즐(27)을 통하여 분사되는 광전극 블록 에어로졸의 분사량을 조정하여 염료감응형 태양전지 기판(13)으로의 분사량을 제어할 수도 있다.
또한, 본 실시예에서와 같이 에어로졸 감지부(3)에서 광전극 블록 에어로졸 내 광전극 블록 파우더의 크기를 감지하는 경우 염료감응형 태양전지 기판(13)으로의 코팅되는 광전극 블록층의 균일한 형성을 위하여 운송 가스의 유동량 및/또는 유동압(압력) 제어를 통한 염료감응형 태양전지 기판(13)과 광전극 블록 파우더 간의 충격량을 조정하여 블록킹 레이어로서의 광전극 블록층의 손상없이 안정적이며 균일한 제조 과정을 수행하도록 할 수도 있다.
즉, 제어부(50)는 운송 가스부의 운송 가스 제공원(41)으로부터 전달되는 운송 가스의 유동량을 운송 가스 레귤레이터(45)를 사용하여 조정함으로써 운송 가스의 유동량 및/또는 유동압(압력) 제어를 통한 챔버(11) 내에서의 노즐(27)을 통한 노즐 분사 속도를 조정하여 궁극적으로 광전극 블록층의 균일한 형성을 이루도록 할 수 있다. 도 6에는 광전극 블록 파우더의 입자 크기와 유동 속도에 따른 안정적인 증착 상태 형성을 위한 유동 코팅막 데이터의 일예가 도시된다. 즉, 광전극 블록 파우더의 입자 크기(R)가 RA이하인 경우를 구간 SC, RA 내지 RB인 경우를 구간 SA, 그리고 RB 이상인 경우를 구간 SB라고 할 때, 각각의 구간 SC,SA,SB에서의 광전극 블록 파우더인 입자의 속도는 해당 곡선 구간의 SA의 최적 구간 범위 내에 존재하도록 조정하는 것이 바람직하다. 즉, 해당 속도보다 빠른 경우 해당 입자의 크기에 따른 질량과 해당 속도의 곱으로 이루어지는 충격량이 과도하여 염료감응형 태양전지 기판(13)에의 안정적인 증착 코팅보다는 충돌후 반발력으로 인한 염료감응형 태양전지 기판(13)에의 광전극 블록층에 손상을 입힐 수도 있고 반대로 해당 속도보다 느린 경우 해당 입자의 크기에 따른 질량과 해당 속도의 곱으로 이루어지는 충격량이 과소하여 염료감응형 태양전지 기판(13)에의 안정적인 증착이 이루어지지 못하고 쉽게 박리되거나 분리 이탈될 수 있다. 따라서, 제어부(50)는 에어로졸 감지부(3)에서 감지한 광전극 블록 파우더의 크기를 통하여 전체적인 사전 설정 시간 당 입자 크기의 통계를 산출하여 산출된 광전극 블록 파우더의 입자 크기에 대한 통계치 및 상기한 유동 코팅막 데이터에 기초하여 운송 가스부(40)의 운송 가스 레귤레이터(45)로 분사 제어 신호를 인가하여 소정의 운송 가스 유동량 조절을 통한 노즐(27)의 분사 속도 조절을 이룰 수 있다. 운송 가스의 조절에 따라 챔버(11) 내의 진공 상태가 변화되므로 이와 동시에 제어부(50)는 챔버(11) 내의 진공 상태를 일정하게 유지할 수 있도록 진공 펌프(15)의 가동 부하를 조절하는 진공 펌프 제어 신호를 인가할 수도 있다 .
또한, 경우에 따라 진공 펌프(15)를 조절하여 진공도를 변화시킴으로써 노즐(27)의 분사 속도를 조정하여 염료감응형 태양전지 기판(13) 상의 광전극 블록층 형성 상태를 조정하는 제어 과정을 실행할 수도 있으나, 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치의 안정적인 가동 상태를 유지하고 제조되는 광전극 블록층이 형성되는 염료감응형 태양전지 기판의 제조 균일도를 유지시키기 위하여 제어 대상을 운송 가스 레귤레이터로 선택하는 것이 바람직하다.
도 7 내지 도 10에는 본 발명의 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 방법을 사용하여 얻어진 다양한 두께의 광전극 블록 층이 도시된다. 도 7 내지 도 10에는 각각 60nm, 600nm, 2㎛(t1), 9㎛(t2) 두께의 광전극 블록 층이 증착된 염료감응형 태양전지 기판의 단면 사진이 도시되는데, 본 발명의 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 방법을 통하여 기밀한 구조의 광전극 블록층을 형성할 수 있다.
상기 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 일예들로, 본 발명이 이에 국한되는 것은 아니다. 염료감응형 태양전지의 광전극 블록층을 형성하는 저온 스프레이 방식의 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 방법 및 이를 실행하기 위한 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치를 제공하는 범위에서 다양한 변형이 가능하다.
10...염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치 11...챔버
12...기판 스테이지 13...염료감응형 태양전지 기판
20...에어로졸 증착부 21...혼합 챔버
30...광전극 블록 파우더 제공부 40...운송 가스부
50...제어부 60...저장부
70...연산부
12...기판 스테이지 13...염료감응형 태양전지 기판
20...에어로졸 증착부 21...혼합 챔버
30...광전극 블록 파우더 제공부 40...운송 가스부
50...제어부 60...저장부
70...연산부
Claims (9)
- 염료감응형 태양전지 기판이 배치되는 기판 스테이지가 장착되는 진공 챔버를 구비하는 진공 챔버부;
광전극 블록 파우더를 상기 기판 측으로 전송시키기 위한 운송 가스를 제공하는 운송 가스부 및 상기 운송 가스부를 통하여 전달되는 상기 광전극 블록 파우더 및 상기 운송 가스를 포함하는 광전극 블록 에어로졸을 상기 염료감응형 태양전지 기판으로 분사시키는 노즐을 구비하는 에어로졸 증착부;를 구비하는 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 에어로졸 증착부는 상기 운송 가스와 상기 광전극 블록 파우더가 혼합되는 혼합 챔버를 구비하고,
상기 운송 가스부는:
상기 운송 가스가 제공되는 운송 가스 제공원과,
상기 운송 가스 제공원 및 상기 혼합 챔버 사이에 배치되어 상기 운송 가스 제공원의 유동 상태를 제어하는 운송 가스 레귤레이터를 구비하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치. - 제 2항에 있어서,
상기 진공 챔버부에 배치되고 상기 광전극 블록 에어로졸의 유동 상태를 감지하는 에어로졸 감지부가 더 구비되고,
상기 에어로졸 감지부의 감지 결과에 기초하여 상기 운송 가스 레귤레이터의 상기 유동 상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 에어로졸 증착부는 상기 광전극 블록 파우더를 제공하는 광전극 블록 파우더 제공부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치. - 제 4항에 있어서,
상기 광전극 블록 파우더 제공부는:
입력되는 광전극 블록 재료를 분쇄하는 광전극 블록 파우더 분쇄기와,
상기 광전극 블록 파우더 분쇄기로부터 분쇄된 광전극 블록 파우더를 사전 설정된 환경 하에서 건조시키는 광전극 블록 파우더 건조부를 구비하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 광전극 블록 파우더는 TiO2를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치. - 염료감응형 태양전지 기판이 배치되는 기판 스테이지가 장착되는 진공 챔버를 구비하는 진공 챔버부; 광전극 블록 파우더를 상기 기판 측으로 전송시키기 위한 운송 가스를 제공하는 운송 가스부 및 상기 운송 가스부를 통하여 전달되는 상기 광전극 블록 파우더 및 상기 운송 가스를 포함하는 광전극 블록 에어로졸을 상기 염료감응형 태양전지 기판으로 분사시키는 노즐을 구비하는 에어로졸 증착부; 상기 에어로졸 증착부에 증착 제어 신호를 인가하는 제어부를 구비하는 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치를 제공하는 제공 단계와,
상기 광전극 블록 파우더를 준비 제공하는 광전극 블록 파우더 제공 단계와,
상기 광전극 블록 에어로졸을 상기 염료감응형 태양전지 기판으로 분사시키는 분사 단계와,
상기 광전극 블록 에어로졸을 상기 염료감응형 태양전지 기판에 증착시키는 증착 단계를 포함하는 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 방법. - 제 7항에 있어서,
상기 에어로졸 증착부에는, 입력되는 광전극 블록 재료를 분쇄하는 광전극 블록 파우더 분쇄기와, 상기 광전극 블록 파우더 분쇄기로부터 분쇄된 광전극 블록 파우더를 사전 설정된 환경 하에서 건조시키는 광전극 블록 파우더 건조부를 포함하고 상기 광전극 블록 파우더를 제공하는 광전극 블록 파우더 제공부가 구비되고,
상기 광전극 블록 파우더 제공 단계는:
상기 광전극 블록 파우더 분쇄기에 광전극 블록 재료가 입력되는 광전극 블록 재료 투입 단계와,
상기 광전극 블록 파우더 분쇄기에서 상기 광전극 블록 재료를 분쇄하는 분쇄 단계와,
상기 분쇄 단계에서 분쇄된 광전극 블록 파우더를 사전 설정된 환경 하에서 건조시키는 건조 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 방법. - 제 7항에 있어서,
상기 에어로졸 증착부에는 상기 운송 가스와 상기 광전극 블록 파우더가 혼합되는 혼합 챔버가 구비되고, 상기 운송 가스부에는: 상기 운송 가스가 제공되는 운송 가스 제공원과, 상기 운송 가스 제공원 및 상기 혼합 챔버 사이에 배치되어 상기 운송 가스 제공원의 유동 상태를 제어하는 운송 가스 레귤레이터가 구비되고, 상기 진공 챔버부에 배치되고 상기 광전극 블록 에어로졸의 유동 상태를 감지하는 에어로졸 감지부가 더 구비되고,
상기 분사 단계는:
상기 제어부가 상기 운송 가스 레귤레이터에 유동 인가 신호를 제공하는 분사 인가 단계와,
상기 제어부가 상기 에어로졸 감지부에 감지 제어 신호를 인가하여 상기 광전극 블록 에어로졸의 유동 상태를 검출하는 검출 단계와,
상기 검출 단계에서 검촐된 상기 광전극 블록 에어로졸의 유동 상태 및 상기 제어부와 연결되는 저장부에 사전 설정되어 저장된 유동 코팅막 데이터에 기초하여 상기 제어부가 상기 운송 가스 레귤레이터에 유동 제어 신호를 제공하는 분사 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 방법.
Priority Applications (1)
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| KR1020110016726A KR101202827B1 (ko) | 2011-02-24 | 2011-02-24 | 염료감응형 태양전지 에어로졸 증착 장치 및 이를 사용한 에어로졸 증착 방법 |
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ID=47108635
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190052392A (ko) * | 2017-11-08 | 2019-05-16 | 부산대학교 산학협력단 | 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치 및 이를 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법 |
| CN111889280A (zh) * | 2020-05-26 | 2020-11-06 | 深圳第三代半导体研究院 | 一种表面涂覆方法及设备 |
| CN116698811A (zh) * | 2023-08-09 | 2023-09-05 | 北京大学 | Ho2自由基非均相摄取系数无干扰测量的实现方法及装置 |
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2011
- 2011-02-24 KR KR1020110016726A patent/KR101202827B1/ko active IP Right Grant
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