KR20130081501A - Preparation method of fibrous solar cells, and the fibrous solar cells thereby - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A manufacturing method of fibrous solar cell and a fibrous solar cell manufactured thereby are provided to reduce additional equipment installation fee by cutting manufactured solar cell currently used in solar cell manufacturing device. CONSTITUTION: A transparent electrode is deposited on a compliant substrate. The deposited transparent electrode is coated with P-type conductive film. The coated P-type conductive film is manufactured with a photoactive layer. The manufactured photoactive layer manufactures a solar cell by evaporating the metal electrode. The manufactured solar cell is cut into fibrous form. [Reference numerals] (AA) Cross section view; (BB,II) Metal electrode; (CC) N-type conductive film; (DD) Photoactive layer; (EE) P-type conductive film; (FF,JJ) Transparent electrode; (GG) Flexible substrate; (HH) Top view

Description

섬유형 태양전지의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 섬유형 태양전지{Preparation method of fibrous solar cells, and the fibrous solar cells thereby}Manufacturing method of a fibrous solar cell and a fibrous solar cell manufactured according to this invention {Preparation method of fibrous solar cells, and the fibrous solar cells thereby}

본 발명은 섬유형 태양전지의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 섬유형 태양전지에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for manufacturing a fibrous solar cell and a fibrous solar cell produced accordingly.

최근 에너지 문제는 전 세계적인 관심사가 되고 있다. 지금까지 주요 에너지원으로 사용해 온 값싼 화석연료들은 더 이상 값싼 에너지가 될 수 없을 것이라는 전망이 나오고 있다. 일예로 원유의 가격은 매년 상승하고 있으며, 석유 매장량의 한계로 인하여 원유의 가격은 점차 상승할 수 밖에 없다는 것이 전문가들의 의견이다. 세계에서 가장 큰 에너지 기업 중 하나인 BP의 통계에 따르면 현재 인류가 사용하고 있는 주 에너지원들의 가채년수(매장량/1년 생산량)는 석유가 약 40년, 길게는 80년으로 평가되고 있다. 또한, 천연가스, 석탄의 경우 각각 60 내지 176년, 200년으로 추정된다. 이와 같이, 가장 많이 소비하고 있는 에너지인 석유의 고갈이 예상되는 향후 40년 후에는 타 에너지의 고갈 속도가 더욱 가속화 될 것이다. Recent energy issues are becoming a global concern. There are prospects that cheap fossil fuels that have been used as major energy sources can no longer be cheap energy. For example, the price of crude oil is rising every year, and experts believe that the price of crude oil will gradually increase due to the limited oil reserves. According to BP statistics, one of the largest energy companies in the world, the years of use (reserves / annual production) of main energy sources currently used by humankind are estimated to be about 40 years for oil and 80 years for oil. For natural gas and coal, it is estimated to be 60 to 176 years and 200 years, respectively. Thus, the depletion rate of other energies will accelerate in the next 40 years, when the depletion of oil, the most consumed energy, is anticipated.

또한, 화석연료는 연소할 때 이산화탄소나 아황산가스 같은 대기오염 물질을 배출하여 환경오염을 유발시킨다. 특히, 이산화탄소는 대기 중에서 온실효과를 일으켜 지구의 온난화를 초래하여 평균온도의 상승, 해수면 상승, 이상기후 등 자연 재앙을 일으키는 원인이 된다. 지구온난화의 주범인 이산화탄소 배출을 규제하기 위하여 1997년 12월 교토의정서를 채택하게 되었고, 2005년 2월 16일 교토의정서가 정식으로 발효되어 이산화탄소 감소 프로그램이 시행되고 있다. 우리나라는 2013년부터 이산화탄소 규제 대상국에 포함되어 이에 대한 대비가 시급한 실정이다.In addition, fossil fuels cause environmental pollution by discharging air pollutants such as carbon dioxide and sulfur dioxide when burning. In particular, carbon dioxide causes greenhouse effect in the atmosphere, causing global warming, which causes natural disasters such as rising average temperature, sea level rise, and abnormal climate. The Kyoto Protocol was adopted in December 1997 to regulate carbon dioxide emissions, the main cause of global warming. On February 16, 2005, the Kyoto Protocol was officially inaugurated and a carbon dioxide reduction program was implemented. Korea is included in the target countries for carbon dioxide regulation from 2013, and it is urgent to prepare for it.

이 같은 상황하에서 인류의 생존을 위해 청정 대체에너지에 대한 개발은 필수적이다. 이를 해결하기 위한 대표적인 대체에너지로 태양에너지, 수력에너지, 풍력에너지, 조력에너지 등이 있으며, 이 중 태양에너지는 공해가 발생하지 않으며, 자원의 무한함 등의 장점이 있어 화석연료로 인한 환경오염과 에너지 문제를 효율적으로 해결할 수 있는 에너지원으로 손꼽히고 있다.
Under these circumstances, the development of clean alternative energy is essential for the survival of mankind. Solar energy, hydro energy, wind energy, and tidal energy are examples of alternative energy to solve this problem. Among them, solar energy does not cause pollution and has advantages such as infinite resource, It is regarded as an energy source that can solve problems efficiently.

태양전지는 태양 에너지를 직접 전기 에너지로 전환시키는 장치를 의미하며,통상적으로 p형과 n형의 반도체를 접합시킨 pn접합형 반도체 구조인 태양 전지를 광노출킴으로써 (+)전기를 가진 전자와 (-)전기를 가진 정공(hole)을 생성시킨 후, 전자와 정공을 각각의 전극으로 이동시켜 기전력을 발생시키는 원리로 작동된다. 현재 태양 전지는 실리콘 태양전지가 발전용으로 가장 많이 사용되고 있지만, 실리콘 태양전지는 제작 비용이 상당히 고가이기 때문에 실용화에 어려움을 겪고 있고, 전지효율을 개선하는데도 많은 어려움이 있다. 이를 해결하기 위하여 제작비용이 현저히 저렴한 염료감응형 태양전지(Dye Sensitized Solar Cell), 유기태양전지, CIGS(Cu(In,Ga)Se2) 박막형 태양전지, Si 박막형 태양전지, CdTe 박막형 태양전지 등의 다양한 태양전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
The term "solar cell" refers to a device that converts solar energy directly into electric energy. Typically, a pn junction type semiconductor structure of a p-type and an n-type semiconductor is exposed to a solar cell, And electrons and holes are transferred to the respective electrodes to generate an electromotive force. Currently, silicon solar cells are the most used for power generation, but silicon solar cells are difficult to commercialize because they are expensive to produce, and there are many difficulties in improving battery efficiency. (Dye Sensitized Solar Cell), organic solar cell, CIGS (Cu (In, Ga) Se 2 ) thin film type solar cell, Si thin film type solar cell, CdTe thin film type solar cell etc. And various researches on various solar cells have been actively conducted.

일예로 상기 염료 감응형 태양전지는 광합성원리를 이용한 고효율의 광전기 화학적 태양전지로 표면에 감광성 염료가 부착된 n형 나노입자 반도체 산화물 전극에 가시광선이 흡수되면 염료분자는 전자-홀 쌍을 생성하며 전자는 반도체 산화물의 전도띠로 주입되고, 반도체 산화물의 전극으로 주입된 전자는 나노입자간 계면을 통하여 투명 전도성 막으로 전달되어 전류를 발생시키는 원리로 에너지 변환효율이 실리콘 태양전지에 버금가는 높은 에너지 변환 효율과 함께 매우 저렴한 제조단가로 인하여 세계적으로 많은 연구와 개발이 되고 있다.For example, the dye-sensitized solar cell is a high-efficiency optoelectrochemical solar cell using photosynthesis principle. When visible light is absorbed into an n-type nanoparticle semiconductor oxide electrode having a photosensitive dye attached on its surface, dye molecules generate electron-hole pairs The electrons are injected into the conduction band of the semiconductor oxide and the electrons injected into the electrode of the semiconductor oxide are transferred to the transparent conductive film through the interface between the nanoparticles to generate electric current. The energy conversion efficiency is higher than that of the silicon solar cell Due to its efficiency and very low manufacturing cost, it has become a world-wide research and development.

그러나, 염료감응형 태양전지의 투명 전도성 막으로는 대체로 유리기판이 주로 사용되는데 이러한 유리기판은 특성상 제조된 태양전지를 구부리는 것이 불가능하므로 유연성이 요구되는 응용분야에서는 그 사용이 어려운 문제가 있다.However, as a transparent conductive film of a dye-sensitized solar cell, a glass substrate is generally used. Such a glass substrate can not bend a manufactured solar cell due to its characteristics. Therefore, it is difficult to use the solar cell in applications where flexibility is required.

또한, 최근에는 염료감응형 태양전지에 적용할 수 있는 다양한 재료들이 개발되어 연구가 진행되고 있으나, 현재까지 개발된 염료감응형 태양전지는 단순한 원통형 형상의 염료감응형 태양전지이거나 연질의 소재를 사용하여 구부릴 수 있는 정도의 염료감응형 태양전지 등으로 종래의 염료감응형 태양전기의 형태를 크게 벗어 나지 못하는 실정이다.
Recently, a variety of materials applicable to dye-sensitized solar cells have been developed and studied. However, the dye-sensitized solar cell developed up to now is a simple cylindrical dye-sensitized solar cell or a soft material Sensitive dye-sensitized solar cell to such an extent that the dye-sensitized solar cell can not be largely deviated from the conventional dye-sensitized solar cell.

한편, 대한민국 등록특허 제10-1001547호 (등록일 2010년 12월 09일), 대한민국 공개특허 제10-2008-0085328호 (공개일 2008년 09월 24일), 대한민국 공개특허 제10-2011-0077446 (공개일 2011년 07월 07일) 등에는 섬유형(또는 와이어형) 태양전지 또는 이의 제조방법이 개시된 바 있다. 이러한 섬유형 태양전지는 의류형태로 제조될 수 있는 효과가 있으며, 이외에도 다양한 분야에 적용될 수 있을 것으로 예측되고 있다.
Korean Patent Registration No. 10-1001547 (December 09, 2010), Korean Patent Publication No. 10-2008-0085328 (Published September 24, 2008), Korean Patent Publication No. 10-2011-0077446 (Or a wire type) solar cell or a manufacturing method thereof has been disclosed. Such a fiber type solar cell can be manufactured in the form of clothes, and it is expected that it can be applied to various fields other than the above.

그러나, 상기 선행특허들은 섬유형 기판에 태양전지를 형성시킨 것들로써, 섬유 상에 태양전지를 구성하는 각각의 적층물을 코팅하는 데 어려움이 있으며, 코팅된 적층물의 두께 또한 고르게 형성시키기 어려운 문제점이 있다.
However, the above-mentioned prior arts have a problem that it is difficult to coat each laminate constituting a solar cell on a fiber, in which a solar cell is formed on a fibrous substrate, and a problem that it is difficult to form the thickness of the laminated coating evenly have.

이에, 본 발명자들은 섬유형 태양전지를 제조하는 방법을 연구하던 중, 고분자 기판 등의 유연기판으로 태양전지를 형성시킨 후, 형성된 태양전지를 얇은 섬유형태로 절단하여 섬유형 태양전지를 제조하는 방법을 개발하고, 본 발명을 완성하였다.
Thus, the inventors of the present invention while studying a method for manufacturing a fibrous solar cell, after forming a solar cell with a flexible substrate such as a polymer substrate, a method of manufacturing a fibrous solar cell by cutting the formed solar cell into a thin fiber form And developed the present invention.

본 발명의 목적은 섬유형 태양전지의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 섬유형 태양전지를 제공하는 데 있다.
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a fibrous solar cell and a fibrous solar cell produced accordingly.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 In order to achieve the above object,

유연기판 상에 대면적 태양전지를 제조하는 단계(단계 1); 및Manufacturing a large area solar cell on the flexible substrate (step 1); And

상기 단계 1에서 제조된 대면적 태양전지를 섬유형태로 절단하는 단계(단계 2)를 포함하는 섬유형 태양전지의 제조방법을 제공한다.
And a step (step 2) of cutting the large area solar cell produced in the step 1 into a fiber form.

본 발명에 따른 섬유형 태양전지의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 섬유형 태양전지는 현재 이용되고 있는 태양전지 제조장치를 이용하여 태양전지를 제조한 후, 이를 절단함으로써 손쉽게 섬유형 태양전지를 제조할 수 있어 추가적인 장비설치비용 등의 비용이 들지않아 상대적으로 적은 비용으로 섬유형 태양전지를 제조할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 섬유형 태양전지를 직조함으로써 의류, 커튼, 텐트, 가방 등의 다양한 물품에 적용할 수 있는 효과가 있다.
The method for manufacturing a fibrous solar cell according to the present invention and the fibrous solar cell manufactured according to the present invention can easily manufacture a fibrous solar cell by cutting the solar cell using a solar cell manufacturing apparatus currently used and cutting the same. It is possible to manufacture a fiber type solar cell at a relatively low cost because it does not cost additional equipment installation cost. Further, the fibrous type solar cell according to the present invention can be applied to various articles such as clothes, curtains, tents, and bags by weaving.

도 1은 본 발명에 따른 섬유형 태양전지의 일예를 개략적으로 나타낸 도면이고;
도 2는 본 발명에 따른 섬유형 태양전지의 또 다른 예를 개략적으로 나타낸 도면이고;
도 3은 본 발명에 따른 섬유형 태양전지를 직조한 직물을 개략적으로 나타낸 도면이고;
도 4는 본 발명에 따라 제조된 섬유형 유기태양전지의 사진이다. 1 is a view schematically showing an example of a fibrous solar cell according to the present invention;
2 is a view schematically showing another example of a fibrous solar cell according to the present invention;
3 is a view schematically showing a woven fabric of a fibrous solar cell according to the present invention;
4 is a photograph of a fibrous organic solar cell manufactured according to the present invention.

본 발명은 The present invention

유연기판 상에 대면적 태양전지를 제조하는 단계(단계 1); 및Manufacturing a large area solar cell on the flexible substrate (step 1); And

상기 단계 1에서 제조된 대면적 태양전지를 섬유형태로 절단하는 단계(단계 2)를 포함하는 섬유형 태양전지의 제조방법을 제공한다.
And a step (step 2) of cutting the large area solar cell produced in the step 1 into a fiber form.

이하, 본 발명에 따른 섬유형 태양전지의 제조방법을 단계별로 상세히 설명한다.
Hereinafter, a method of fabricating a fibrous solar cell according to the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 섬유형 태양전지의 제조방법에 있어서, 단계 1은 유연기판 상에 대면적 태양전지를 제조하는 단계이다. In the method of manufacturing a fibrous solar cell according to the present invention, step 1 is a step of manufacturing a large area solar cell on a flexible substrate.

단계 1의 상기 유연기판은 고분자 유연기판 또는 금속 유연기판인 것이 바람직하며, 상기 고분자 유연기판으로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리에틸렌 설폰(PES), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리이미드 (PI), 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 아몰포스폴리에틸렌테레프탈레이트(APET), 폴리프로필렌테레프탈레이트(PPT), 폴리에틸렌테레프탈레이트글리세롤(PETG), 폴리사이클로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트(PCTG), 변성트리아세틸셀룰로스(TAC), 사이클로올레핀폴리머(COP), 사이클로올레핀코폴리머(COC), 디시클로펜타디엔폴리머(DCPD), 시클로펜타디엔폴리머(CPD), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리다이메틸실론세인(PDMS), 실리콘수지, 불소수지 및 변성에폭시수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상 고분자를 사용할 수 있다. Preferably, the flexible substrate in step 1 is a polymer flexible substrate or a metal flexible substrate. Examples of the flexible polymer substrate include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene sulfone (PES), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate , Polymethyl methacrylate (PMMA), polyimide (PI), ethylene vinyl acetate (EVA), amorphous polyethylene terephthalate (APET), polypropylene terephthalate (PPT), polyethylene terephthalate glycerol (PETG) (COD), cyclopentadiene polymer (DCPD), cyclopentadiene polymer (CPD), cyclopentadiene polymer (CPD), cyclohexadiene polymer A group consisting of polyarylate (PAR), polyetherimide (PEI), polydimethylsilonane (PDMS), silicone resin, fluororesin and modified epoxy resin More selected one kinds may be used a polymer.

또한, 상기 금속 유연기판은 구리, 니켈, 알루미늄, 철, 크롬, 스테인레스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 재질인 것이 바람직하나, 상기 금속 유연기판의 재질이 상기 금속들로 제한되는 것은 아니다.
The metal flexible substrate may be at least one metal selected from the group consisting of copper, nickel, aluminum, iron, chromium, and stainless steel. However, the material of the metal flexible substrate is not limited to the metals.

상기 단계 1에서는 유연기판 상에 대면적 태양전지를 제조하며, 이때 대면적이라는 것은 연구목적으로 제조되는 소면적 태양전지 외의 다양한 크기로 제조되는 태양전지를 의미하는 것으로 상기 대면적이라는 표현이 제조되는 태양전지의 크기를 제한함은 아니다.
In the step 1, a large-area solar cell is manufactured on a flexible substrate. The large area means a solar cell manufactured in various sizes other than a small-area solar cell manufactured for research purpose, It does not limit the size of solar cells.

한편, 상기 단계 1의 태양전지로는 유기태양전지 (Organic solar cell), 염료감응형 태양전지 (Dye sensitized solar cell), 박막실리콘 태양전지 (Silicon solar cell), CIGS(Cu(In,Ga)Se2) 박막형 태양전지, 카드뮴텔룰라이드(CdTe) 박막태양전지, 양자점(Quantum dot) 태양전지, 하이브리드 태양전지 (Hybrid solar cell) 등이 있다. Meanwhile, the solar cell of step 1 includes an organic solar cell, a dye-sensitized solar cell, a thin film silicon solar cell, and CIGS (Cu (In, Ga) Se 2 ) Thin film solar cell, CdTe thin film solar cell, quantum dot solar cell, hybrid solar cell.

일예로 CIGS(Cu(In,Ga)Se2), 카드뮴텔룰라이드(CdTe) 등의 박막형 태양전지의 경우, 후면전극, 광흡수층, 버퍼층 투명전극 등을 단계 1의 유연기판 상에 형성시킴으로써 제조되며, 상기 광흡수층으로 사용되는 물질에 따라 CIGS(Cu(In,Ga)Se2) 박막형 태양전지, 카드뮴텔룰라이드(CdTe) 박막태양전지로 구분할 수 있다. 이때, 상기 박막형 태양전지의 제조는 열증착, 스퍼터링 증착, 전기화학증착, 스프레이 코팅, 스핀 코팅, 롤투롤 코팅, 딥코팅, 스크린 프린팅 등의 장치를 이용하여 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, in the case of thin film solar cells such as CIGS (Cu (In, Ga) Se 2 ) and cadmium telluride (CdTe), a back electrode, a light absorbing layer, a buffer layer transparent electrode, , And CIGS (Cu (In, Ga) Se 2 ) thin film solar cells and cadmium telluride (CdTe) thin film solar cells according to the material used as the light absorption layer. At this time, the thin-film solar cell can be manufactured by using a device such as thermal deposition, sputtering deposition, electrochemical deposition, spray coating, spin coating, roll-to-roll coating, dip coating and screen printing, but is not limited thereto .

또한, 염료감응형 태양전지의 경우 투명전극, TiO2 광전극, 상대전극 등을 포함하여 구성될 수 있으며, 이때 전해질로 일반적으로 사용되는 액체전해질의 경우, 누액 등의 문제가 있어 고체 전해질을 사용하는 것이 바람직하며, 고분자 전해질을 사용하는 것이 더욱 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 염료감응형 태양전지는 전기화학증착, 스프레이 코팅, 스크린 프린팅 등의 장치를 통해 제조될 수 있으며, 염료감응 태양전지를 제조하는 공지된 기술을 이용하여 제조될 수 있다.
In addition, the dye-sensitized solar cell may include a transparent electrode, a TiO 2 optical electrode, a counter electrode, and the like. In the case of a liquid electrolyte generally used as an electrolyte, there is a problem such as leakage, And it is more preferable to use a polymer electrolyte, but the present invention is not limited thereto. The dye-sensitized solar cell may be manufactured through a device such as electrochemical deposition, spray coating, screen printing, or the like, and may be manufactured using a known technique for manufacturing a dye-sensitized solar cell.

상기한 박막형 태양전지, 염료감응형 태양전지 외에도 양자점(Quantum dot) 태양전지, 하이브리드 태양전지 (Hybrid solar cell) 등을 상기 유연기판 상에 형성시킬 수 있다. 이때, 이러한 태양전지들의 제조공정은 유연기판 상에 태양전지를 형성시킬 수 있는 공지된 방법들을 이용하여 수행될 수 있다.
A quantum dot solar cell, a hybrid solar cell, and the like may be formed on the flexible substrate in addition to the thin film solar cell, the dye sensitized solar cell, and the like. At this time, the manufacturing process of these solar cells can be performed using known methods capable of forming a solar cell on a flexible substrate.

본 발명에 따른 섬유형 태양전지의 제조방법에 있어서, 단계 2는 상기 단계 1에서 제조된 대면적 태양전지를 섬유형태로 절단하는 단계이다. In the method of manufacturing a fibrous solar cell according to the present invention, step 2 is a step of cutting the large area solar cell manufactured in step 1 into a fiber form.

상기 단계 2의 절단은 슬리팅 (slitting) 공정 또는 레이져를 이용하여 수행될 수 있으며, 이때 절단되는 태양전지의 폭은 10 내지 50000 μm인 것이 바람직하며, 100 내지 20000 μm인 것이 더욱 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 절단되는 태양전지의 폭이 10 μm 미만인 경우에는 태양전지의 구조를 유지하기 어렵고, 절단공정을 수행하는 데 어려움이 있는 문제가 있으며, 절단되는 태양전지의 폭이 50000 μm를 초과하는 경우에는 직조에 적합한 섬유형 태양전지를 제조할 수 없는 문제가 있다. The cutting of step 2 may be performed using a slitting process or a laser, wherein the width of the solar cell to be cut is preferably 10 to 50000 μm, more preferably 100 to 20000 μm, It is not limited. When the width of the solar cell to be cut is less than 10 μm, it is difficult to maintain the structure of the solar cell and it is difficult to carry out the cutting process. If the width of the solar cell to be cut exceeds 50000 μm, There is a problem that a suitable fiber type solar cell can not be manufactured.

상기 단계 2에서 대면적 태양전지를 섬유형태로 절단함으로써 섬유형 태양전지를 제조할 수 있으며, 이는 종래의 섬유형 기판에 태양전지를 코팅(적층)시켜 제조되었던 종래의 제조방법보다 더욱 간단하게 섬유형 태양전지를 제조할 수 있다.
In the step 2, a large-area solar cell is cut into a fiber shape to produce a fiber-type solar cell. This is because the fiber is more easily fabricated than a conventional manufacturing method in which a solar cell is coated (laminated) Type solar cell can be manufactured.

본 발명은 The present invention

유연기판 상에 투명전극을 증착시키는 단계(단계 1);Depositing a transparent electrode on the flexible substrate (step 1);

상기 단계 1에서 증착된 투명전극 상부로 N형 전도막을 코팅하는 단계(단계 2); Coating an N-type conductive film on the transparent electrode deposited in step 1 (step 2);

상기 단계 2에서 코팅된 N형 전도막 상부로 광활성층을 제조하는 단계(단계 3);Preparing a photoactive layer on top of the N-type conductive film coated in step 2 (step 3);

상기 단계 3에서 제조된 광활성층 상부로 P형 전도막을 코팅하는 단계(단계 4);Coating a P-type conductive film on the photoactive layer prepared in step 3 (step 4);

상기 단계 4에서 코팅된 P형 전도막 상부로 금속전극을 증착시켜 태양전지를 제조하는 단계(단계 5); 및Preparing a solar cell by depositing a metal electrode on the P-type conductive film coated in step 4 (step 5); And

상기 단계 5에서 제조된 태양전지를 섬유형태로 절단하는 단계(단계 6)를 포함하는 섬유형 태양전지의 제조방법을 제공하며,
It provides a method of manufacturing a fibrous solar cell comprising the step (step 6) of cutting the solar cell prepared in step 5 into a fiber form,

또한, 본 발명은In addition,

유연기판 상에 투명전극을 증착시키는 단계(단계 1); Depositing a transparent electrode on the flexible substrate (step 1);

상기 단계 1에서 증착된 투명전극 상부로 P형 전도막을 코팅하는 단계(단계 2); Coating a P-type conductive film on the transparent electrode deposited in step 1 (step 2);

상기 단계 2에서 코팅된 P형 전도막 상부로 광활성층을 제조하는 단계(단계 3);Preparing a photoactive layer over the P-type conductive film coated in step 2 (step 3);

상기 단계 3에서 제조된 광활성층 상부로 N형 전도막을 코팅하는 단계(단계 4);Coating an N-type conductive film on the photoactive layer prepared in step 3 (step 4);

상기 단계 4에서 코팅된 N형 전도막 상부로 금속전극을 증착시켜 태양전지를 제조하는 단계(단계 5); 및Preparing a solar cell by depositing a metal electrode on the N-type conductive film coated in step 4 (step 5); And

상기 단계 5에서 제조된 태양전지를 섬유형태로 절단하는 단계(단계 6)를 포함하는 섬유형 태양전지의 제조방법을 제공하고,
It provides a method of manufacturing a fibrous solar cell comprising the step (step 6) of cutting the solar cell prepared in step 5 into a fiber form,

나아가, 본 발명은 Further,

유연기판 상에 투명전극을 증착시키는 단계(단계 1); Depositing a transparent electrode on the flexible substrate (step 1);

상기 단계 1에서 증착된 투명전극 상부로 P형 전도막을 코팅하는 단계(단계 2);Coating a P-type conductive film on the transparent electrode deposited in step 1 (step 2);

상기 단계 2에서 코팅된 P형 전도막 상부로 광활성층을 제조하는 단계(단계 3);Preparing a photoactive layer over the P-type conductive film coated in step 2 (step 3);

상기 단계 3에서 제조된 광활성층 상부로 금속전극을 증착시켜 태양전지를 제조하는 단계(단계 4); 및Preparing a solar cell by depositing a metal electrode on the photoactive layer prepared in step 3 (step 4); And

상기 단계 4에서 제조된 태양전지를 섬유형태로 절단하는 단계(단계 5)를 포함하는 섬유형 태양전지의 제조방법을 제공한다.
It provides a method of manufacturing a fibrous solar cell comprising the step (step 5) of cutting the solar cell prepared in step 4 into a fiber form.

이하, 본 발명에 따른 상기 섬유형 태양전지의 제조방법들을 상세히 설명한다.
Hereinafter, methods of manufacturing the fiber type solar cell according to the present invention will be described in detail.

유기태양전지는 광활성층이 빛을 흡수하여 전자와 정공이 짝을 이룬 엑시톤(exciton)이 형성되고, 형성된 엑시톤이 확산되어 전자수용체(electron acceptor)와 만나 전자와 정공이 분리됨으로써 전자는 음극(cathode)으로 이동하고 정공은 양극(anode)으로 이동하여 전기를 생산한다. In the organic solar cell, the photoactive layer absorbs light to form an exciton in which electrons and holes are paired, and the formed exciton is diffused to meet an electron acceptor to separate the electrons and holes, so that the electron is a cathode. ) And holes move to the anode to produce electricity.

이때, 유기태양전지는 상기 전자 및 정공을 수송하는 버퍼층 즉, N형 전도막 및 P형 전도막의 형성에 따라 기판/투명전극/P형 전도막/광활성층/N형 전도막/금속전극; 기판/투명전극/N형 전도막/광활성층/P형 전도막/금속전극; 또는 기판/투명전극/P형 전도막/광활성층/금속전극으로 구성될 수 있다. In this case, the organic solar cell includes a substrate / transparent electrode / P-type conductive film / photoactive layer / N-type conductive film / metal electrode according to the formation of the buffer layer that transports the electrons and holes, that is, the N-type conductive film and the P-type conductive film; Substrate / transparent electrode / N type conductive film / photoactive layer / P type conductive film / metal electrode; Or a substrate / transparent electrode / P type conductive film / photoactive layer / metal electrode.

이에, 본 발명에 따른 상기 섬유형 태양전지의 제조방법들은 상기한 바와 같이 기판/투명전극/P형 전도막/광활성층/N형 전도막/금속전극; 기판/투명전극/N형 전도막/광활성층/P형 전도막/금속전극; 또는 기판/투명전극/P형 전도막/광활성층/금속전극으로 구성될 수 있는 유기태양전지를 유연기판 상에 제조한다. Thus, the method of manufacturing the fibrous solar cell according to the present invention includes a substrate / transparent electrode / P type conductive film / photoactive layer / N type conductive film / metal electrode as described above; Substrate / transparent electrode / N type conductive film / photoactive layer / P type conductive film / metal electrode; Alternatively, an organic solar cell, which may be composed of a substrate, a transparent electrode, a P-type conductive film, a photoactive layer, and a metal electrode, is manufactured on a flexible substrate.

이때, 상기 유연기판은 고분자 유연기판 또는 금속 유연기판인 것이 바람직하며, 상기 고분자 유연기판으로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리에틸렌 설폰(PES), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리이미드 (PI), 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 아몰포스폴리에틸렌테레프탈레이트(APET), 폴리프로필렌테레프탈레이트(PPT), 폴리에틸렌테레프탈레이트글리세롤(PETG),폴리사이클로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트(PCTG), 변성트리아세틸셀룰로스(TAC), 사이클로올레핀폴리머(COP), 사이클로올레핀코폴리머(COC), 디시클로펜타디엔폴리머(DCPD), 시클로펜타디엔폴리머(CPD), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리다이메틸실론세인(PDMS), 실리콘수지, 불소수지 및 변성에폭시수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상 고분자를 사용할 수 있다. At this time, the flexible substrate is preferably a polymer flexible substrate or a metal flexible substrate, the polymer flexible substrate is polyethylene terephthalate (PET), polyethylene sulfone (PES), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), Polymethylmethacrylate (PMMA), Polyimide (PI), Ethylene Vinyl Acetate (EVA), Amorphous Polyethylene Terephthalate (APET), Polypropylene Terephthalate (PPT), Polyethylene Terephthalate Glycerol (PETG), Polycyclohex Silylenedimethylene terephthalate (PCTG), modified triacetylcellulose (TAC), cycloolefin polymer (COP), cycloolefin copolymer (COC), dicyclopentadiene polymer (DCPD), cyclopentadiene polymer (CPD), polya Wire from the group consisting of rel (PAR), polyetherimide (PEI), polydimethylsiloncein (PDMS), silicone resin, fluororesin and modified epoxy resin One or more kinds of polymers selected may be used.

또한, 상기 금속 유연기판은 구리, 니켈, 알루미늄, 철, 크롬, 스테인레스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 재질인 것이 바람직하나, 상기 금속 유연기판의 재질이 상기 금속들로 제한되는 것은 아니다.
The metal flexible substrate may be at least one metal selected from the group consisting of copper, nickel, aluminum, iron, chromium, and stainless steel. However, the material of the metal flexible substrate is not limited to the metals.

한편, 상기 투명전극은 금속산화전도막, 전도성 폴리머, 나노금속와이어, 카본계 박막 등을 사용할 수 있고, 상기 물질이 둘 이상 포함된 혼합물질 등을 사용할 수 있다.The transparent electrode may be a metal oxide conductive film, a conductive polymer, a nano metal wire, a carbon-based thin film, or the like, and a mixture containing two or more of the above materials may be used.

이때, 금속산화전도막으로는 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO), 인듐징크틴옥사이드(IZTO), 알루미늄징크옥사이드(AZO), 인듐틴옥사이드-은-인듐틴옥사이드(ITO-Ag-ITO), 인듐징크옥사이드-은-인듐징크옥사이드(IZO-Ag-IZO), 인듐징크틴옥사이드-은-인듐징크틴옥사이드(IZTO-Ag-IZTO) 및 알루미늄징크옥사이드-은-알루미늄징크옥사이드(AZO-Ag-AZO) 등을 사용할 수 있고, 상기 물질이 둘 이상 포함된 혼합물도 사용할 수 있다.At this time, as the metal oxide conductive film, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium zinc tin oxide (IZTO), aluminum zinc oxide (AZO), indium tin oxide- IZTO-Ag-IZTO), indium zinc oxide-silver-indium zinc oxide (IZO-Ag-IZO), indium zinc tin oxide-silver indium zinc tin oxide AZO-Ag-AZO), and mixtures containing two or more of the above materials may be used.

또한, 전도성 폴리머로는 PEDOT:PSS, 폴리아닐린(PANI) 등을 사용할 수 있으며,As the conductive polymer, PEDOT: PSS, polyaniline (PANI) and the like can be used.

나노금속 와이어로는 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al) 등의 나노와이어를 사용할 수 있고, 상기금속들이 둘 이상 포함된 혼합물도 사용할 수 있고,As the nano metal wire, there may be used a nanowire such as silver (Ag), gold (Au), copper (Cu), titanium (Ti), aluminum (Al) or the like, ,

카본계 박막으로는 그래핀(graphene), 카본나노튜브(carbon nanotube) 등을 사용할 수 있다.
As the carbon-based thin film, graphene, carbon nanotube, or the like can be used.

상기 N형 전도막은 산화아연(ZnO), 산화티타늄(TiO2) 및 탄산세슘(Cs2CO3) 등을 사용할 수 있으며, 일예로 상기 산화아연 전도막은 스퍼터링법으로 박막을 증착하여 형성시킬 수 있으며, 또한 아연 아세테이트(Zinc acetate), 2-메톡시에탄올(2-Methoxyethanol) 및 에탄올아민(ethanolamine)으로 이루어진 혼합용액을 코팅한 후, 열처리하여 제조할 수 있다. 또한, 상기 산화티타늄 전도막은 스퍼터링법으로 박막을 증착하여 형성시킬 수 있으며, 또한 티타늄 이소프로프옥사이드(Ti[OCH(CH3)2]4), 2-메톡시에탄올(2-Methoxyethanol) 및 에탄올아민(ethanolamine)으로 이루어진 혼합용액을 코팅한 후, 열처리하여 제조될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
The N-type conductive film may be formed of zinc oxide (ZnO), titanium oxide (TiO 2 ), cesium carbonate (Cs 2 CO 3 ), or the like. For example, the zinc oxide conductive film may be formed by depositing a thin film by a sputtering method And a mixed solution of zinc acetate, 2-methoxyethanol, and ethanolamine, followed by heat treatment. The titanium oxide conductive film may be formed by depositing a thin film by a sputtering method, and titanium isopropoxide (Ti [OCH (CH 3 ) 2 ] 4 ), 2-methoxyethanol, (ethanolamine), followed by heat treatment, but the present invention is not limited thereto.

상기 광활성층은 전자주게 물질(electron donor)과 전자받게 물질(electron acceptor)을 적절하게 혼합하고 스핀코팅한 후 열처리함으로써 제조할 수 있으며, 전하 이동이 효율적으로 이루어지는 이중연속상 상호침투 망상형 고분자 복합막으로 제조되는 것이 바람직하다. The photoactive layer may be prepared by appropriately mixing an electron donor and an electron acceptor, spin-coating the mixture, and then heat-treating the mixture. The photoactive layer may include a double-shear interpenetrating network polymer composite membrane .

이때, 상기 전자주게 물질로는 폴리티오팬 유도체, 폴리(파라-페닐렌) 유도체, 폴리 플로렌 유도체, 폴리아세틸렌 유도체, 폴리피롤 유도체, 폴리비닐카바졸 유도체, 폴리아닐린 유도체, 폴리페닐렌비닐렌 유도체 등을 사용할 수 있고, Examples of the electron donor material include polythiophene derivatives, poly (para-phenylene) derivatives, polyfluorene derivatives, polyacetylene derivatives, polypyrrole derivatives, polyvinylcarbazole derivatives, polyaniline derivatives, polyphenylene vinylene derivatives , ≪ / RTI >

전자받게 물질로는 플러렌(C60 플러렌 및 C70 플러렌) 및 3,4,9,10-페릴렌테트라카복실 비스벤즈이미다졸(3,4,9,10-perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole, PTCBI)과 같은 유기계 전자친화성 재료 및 이의 유도체 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
Examples of electron accepting materials include organic electron affinity compounds such as fullerene (C60 fullerene and C70 fullerene) and 3,4,9,10-perylene tetracarboxylic bisbenzimidazole (PTCBI) Materials and derivatives thereof, but are not limited thereto.

상기 금속전극은 리튬플로라이드와 알루미늄 적층(LiF/Al), 칼슘과 알루미늄 적층(Ca/Al), 칼슘과 은 적층(Ca/Ag), 마그네슘과 은 적층(Mg/Ag), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 구리 (Cu) 등을 사용할 수 있고, 상기 물질이 둘 이상 포함된 혼합물도 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
The metal electrode may be formed of a material selected from the group consisting of lithium fluoride and aluminum laminate (LiF / Al), calcium and aluminum laminate (Ca / Al), calcium and silver laminate (Ca / Ag), magnesium and silver laminate (Mg / Ag) Silver (Ag), gold (Au), copper (Cu) or the like may be used, and mixtures containing two or more of the above materials may be used.

본 발명에 따른 섬유형 태양전지 제조방법은 유연기판/투명전극/P형 전도막/광활성층/N형 전도막/금속전극; 유연기판/투명전극/N형 전도막/광활성층/P형 전도막/금속전극; 또는 유연기판/투명전극/P형 전도막/광활성층/금속전극으로 구성된 유기태양전지를 섬유형태로 절단하여 섬유형 태양전지를 제조한다. The method for manufacturing a fibrous solar cell according to the present invention includes a flexible substrate / transparent electrode / P type conductive film / photoactive layer / N type conductive film / metal electrode; Flexible substrate / transparent electrode / N type conductive film / photoactive layer / P type conductive film / metal electrode; Alternatively, a fibrous solar cell is manufactured by cutting an organic solar cell composed of a flexible substrate / transparent electrode / P type conductive film / photoactive layer / metal electrode into a fiber shape.

이때, 상기 절단은 슬리팅 (slitting) 공정 또는 레이져를 이용하여 수행될 수 있으며, 이때 절단되는 태양전지의 폭은 10 내지 50000 μm인 것이 바람직하고, 100 내지 20000 μm인 것이 더욱 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 절단되는 태양전지의 폭이 10 μm 미만인 경우에는 유기태양전지의 구조를 유지하기 어렵고, 절단공정을 수행하는 데 어려움이 있는 문제가 있으며, 절단되는 유기태양전지의 폭이 50000 μm를 초과하는 경우에는 섬유형 태양전지로 제조할 수 없는 문제가 있다.
In this case, the cutting may be performed using a slitting process or a laser, wherein the width of the solar cell to be cut is preferably 10 to 50000 μm, more preferably 100 to 20000 μm, but is not limited thereto. It doesn't happen. When the width of the solar cell to be cut is less than 10 μm, it is difficult to maintain the structure of the organic solar cell, and there is a problem in that the cutting process is difficult, and when the width of the organic solar cell to be cut exceeds 50000 μm, There is a problem that cannot be manufactured with a fiber type solar cell.

또한, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조되는 섬유형 태양전지를 제공한다.
In addition, the present invention provides a fibrous solar cell manufactured by the manufacturing method.

본 발명에 따른 섬유형 태양전지는 유연기판 상에 일반적인 태양전지 제조공정을 통해 제조된 후, 제조된 태양전지를 섬유형태로 절단함으로써 제조되며, 절단장비 외에 별도의 장비설치 비용이 요구되지 않아 종래의 섬유형 태양전지보다 더욱 낮은 공정비용으로 제조될 수 있다. 이때, 상기 섬유형 태양전지는 유기태양전지(organic solar cell), 염료감응형 태양전지 (Dye sensitized solar cell), 박막실리콘 태양전지 (Silicon solar cell), CIGS(Cu(In,Ga)Se2) 박막형 태양전지, 카드뮴텔룰라이드(CdTe) 박막태양전지, 양자점(Quantum dot) 태양전지, 하이브리드 태양전지 (Hybrid solar cell) 등이 적용될 수 있으며, 유연기판 상에 적용할 수 있는 모든 태양전지를 적용할 수 있다. The fibrous solar cell according to the present invention is manufactured by manufacturing a general solar cell manufacturing process on a flexible substrate, and then is manufactured by cutting the manufactured solar cell into a fiber form, and additional equipment installation cost is not required other than cutting equipment. It can be manufactured at a lower process cost than the fibrous solar cell. The fiber type solar cell may be an organic solar cell, a dye sensitized solar cell, a silicon solar cell, CIGS (Cu (In, Ga) Se 2 ) Thin film solar cells, cadmium telluride (CdTe) thin film solar cells, quantum dot solar cells, hybrid solar cells, etc., and all solar cells applicable to flexible substrates .

이때, 상기 섬유형 태양전지의 폭은 10 내지 50000 μm인 것이 바람직하며, 100 내지 20000 μm인 것이 더욱 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. At this time, the width of the fibrous solar cell is preferably 10 to 50000 μm, more preferably 100 to 20000 μm, but is not limited thereto.

또한 상기 섬유형 태양전지의 두께는 10 내지 5000 μm인 것이 바람직하며, 50 내지 2000 μm인 것이 더욱 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, the thickness of the fibrous solar cell is preferably 10 to 5000 μm, more preferably 50 to 2000 μm, but is not limited thereto.

본 발명에 따른 섬유형 태양전지 중 일예로 유기태양전지를 제조하는 경우 도 1 및 도 2의 도면에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 유연기판/투명전극/N형 전도막/광활성층/P형 전도막/금속전극 또는 금속전극/N형/광활성층/P형/투명전극/유연기판 순으로 적층되어 제조될 수 있다. 이러한 유기태양전지를 섬유형태로 절단함으로써 섬유형 태양전지를 제조할 수 있으며, 절단된 유기태양전지의 폭이 10 μm 미만인 경우에는 유기태양전지의 구조를 유지하기 어렵고, 절단공정을 수행하는 데 어려움이 있는 문제가 있으며, 절단되는 유기태양전지의 폭이 50000 μm를 초과하는 경우에는 절단된 태양전지를 섬유형태라고 표현할 수 없는 문제가 있다. When manufacturing an organic solar cell as an example of the fibrous solar cell according to the present invention as shown in Figures 1 and 2, the flexible substrate / transparent electrode / N type conductive film / photoactive layer / P type conductive film / Metal electrode or metal electrode / N-type / photoactive layer / P-type / transparent electrode / flexible substrate may be laminated in order. By cutting such organic solar cells into a fiber form, a fiber type solar cell can be manufactured. When the width of the cut organic solar cell is less than 10 μm, it is difficult to maintain the structure of the organic solar cell, and it is difficult to perform the cutting process. There is a problem, and when the width of the organic solar cell to be cut exceeds 50000 μm there is a problem that the cut solar cell can not be expressed as a fiber form.

또한, 상기 태양전지의 두께가 10 μm 미만인 경우에는 두께가 얇은 유연기판을 이용하여 태양전지를 제조하기가 어려우며 그 결과 태양전지의 두께가 5000 μm를 초과하는 경우에는 과도하게 두께운 후막으로 태양전지가 제조됨에 따라 섬유형 태양전지로 제조될 수 없는 문제가 있다. Also, when the thickness of the solar cell is less than 10 μm, it is difficult to manufacture the solar cell using a thin flexible substrate. As a result, when the thickness of the solar cell exceeds 5000 μm, the solar cell is excessively thick. There is a problem that can not be produced as a fiber-type solar cell is manufactured.

이때, 상기 섬유형 태양전지의 폭 및 두께는 유기태양전지뿐만 아니라 본 발명에 따른 섬유형 태양전지로 적용될 수 있는 모든 태양전지들에도 적용되는 부분이다.
In this case, the width and thickness of the fibrous solar cell is a part that is applied not only to the organic solar cell but also to all the solar cells that can be applied to the fibrous solar cell according to the present invention.

나아가, 본 발명은 상기 섬유형 태양전지를 직조하여 제조되는 직물을 제공한다.
Furthermore, the present invention provides a fabric manufactured by weaving the fibrous solar cell.

상기 섬유형 태양전지는 섬유형태로 존재하여 일반적인 섬유들과 마찬가지로 직조하는 것이 가능하며, 도 3에 개략적으로 나타낸 바와 같이 광발전이 가능한 직물로 제조될 수 있다. The fibrous solar cell is present in the form of a fiber can be woven like normal fibers, and can be made of a fabric capable of photovoltaic power as shown in FIG.

이때, 상기 섬유형 태양전지를 직조하여 제조되는 직물은 다양한 형태로 응용될 수 있으며, 특히 의류, 커튼, 텐트, 가방 등을 제조하는 데 이용될 수 있다.
At this time, the fabrics fabricated by weaving the fibrous solar cells can be applied in various forms, and in particular, can be used for manufacturing clothes, curtains, tents, bags, and the like.

이하, 본 발명을 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 하기 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention, but the scope of the present invention is not limited by the following examples.

<실시예 1> 섬유형 태양전지의 제조 1Example 1 Fabrication of Fibrous Solar Cell 1

단계 1 : 폴리에틸렌 설폰(PES) 유연기판에 진공스퍼터링 공정을 통해 ITO(indium thin oxide) 투명전극을 성막시켰다. Step 1: an indium thin oxide (ITO) transparent electrode was formed on a polyethylene sulfone (PES) flexible substrate through a vacuum sputtering process.

이때, RF 스퍼터링 공정을 이용하여 ITO 투명전극을 증착시켰으며, 50 W의 RF파워, 0.5 A DC 파워를 인가하며 산소(O2) 및 아르곤(Ar)을 각각 0.3 sccm 및 30 sccm 공급하였고, 1 Ｘ 10-3 Torr의 공정압력에서 50 nm 두께의 ITO 투명전극을 증착시켰다.
At this time, the ITO transparent electrode was deposited using an RF sputtering process, and an oxygen (O 2 ) and argon (Ar) of 0.3 sccm and 30 sccm were respectively supplied by applying RF power of 50 W and 0.5 A DC power. 50 nm thick ITO transparent electrode was deposited at a process pressure of 10 −3 Torr.

단계 2 : 세척된 상기 ITO 막 상부로 ZnO을 타겟 물질로 사용하여 RF 파워를 100 W로 인가하며 아르곤(Ar)를 30 sccm으로 공급하였고, 1 Ｘ 10-3 Torr의 공정압력에서 60 초간 진공 스퍼터링 공정을 수행하여 5 nm 두께의 N형 ZnO 전도막을 증착시켰다.
Step 2: Applying RF power at 100 W using ZnO as a target material on the cleaned ITO membrane and supplying argon (Ar) at 30 sccm, vacuum sputtering for 60 seconds at a process pressure of 1 Ｘ 10 -3 Torr A 5 nm thick N-type ZnO conductive film was deposited by the process.

단계 3 : 광활성층 물질로 P3HT(poly(3-hexylthiophene)) 10 mg 및 PCBM(Phenyl-C61-butyric acid methyl ester) 10 mg을 다이클로로벤젠 용액 1 ml와 혼합하여 광활성층 용액을 제조한 후, 스프레이 코팅 공정을 통해 상기 ZnO 전도막 위에 250 nm 두께의 광활성층을 제조하였다.
Step 3: A photoactive layer solution was prepared by mixing 10 mg of P3HT (poly (3-hexylthiophene)) and 10 mg of PCBM (Phenyl-C61-butyric acid methyl ester) with 1 ml of dichlorobenzene as a photoactive layer material. A 250 nm thick photoactive layer was prepared on the ZnO conductive layer through a spray coating process.

단계 4 : 상기 광활성층을 80 ℃의 온도로 3 분간 열처리한 후, 스프레이 코팅 공정을 통해 상기 광활성층 박막 상부로 PEDOT:PSS 전도막을 코팅하여 40 nm 두께인 P형 전도막을 제조하였다.
Step 4: The photoactive layer was heat-treated at a temperature of 80 ° C. for 3 minutes, and then a PEDOT: PSS conductive film was coated on the photoactive layer thin film through a spray coating process to prepare a P-type conductive film having a thickness of 40 nm.

단계 5 : 상기 PEDOT:PSS 전도막을 150 ℃의 온도로 1 분간 열처리한 후, PEDOT:PSS 전도막 상부로 진공 열증착기를 이용하여 은(Ag)을 5 - 10 Å/초 속도로 150 - 200 nm 두께로 증착하여 금속전극을 형성시켰고, 이를 통해 최종적으로 유기태양전지를 제조하였다. 이때, 제조된 유기태양전지의 면적은 0.36 cm2이었다.
Step 5: After heat-treating the PEDOT: PSS conductive film at a temperature of 150 ° C. for 1 minute, silver (Ag) was 150-200 nm at a rate of 5-10 μs / sec using a vacuum thermal evaporator on the PEDOT: PSS conductive film. Deposition to a thickness to form a metal electrode, through which finally an organic solar cell was prepared. At this time, the area of the manufactured organic solar cell was 0.36 cm 2 .

단계 6 : 상기 단계 5에서 제조된 유기태양전지를 1000 μm의 폭으로 절단하여 섬유형 태양전지를 제조하였으며, 이때 상기 절단은 슬리팅(slitting) 공정을 사용하여 절단하였다. 단계 6을 통해 절단된 섬유형 유기태양전지의 면적은 0.08 cm2이었다.
Step 6: The organic solar cell prepared in step 5 was cut to a width of 1000 μm to prepare a fibrous solar cell, wherein the cutting was cut using a slitting process. The area of the fibrous organic solar cell cut through step 6 was 0.08 cm 2 .

<비교예 1> 유기태양전지의 제조 Comparative Example 1 Fabrication of Organic Solar Cell

상기 실시예 1의 단계 5까지만 수행하여 유기태양전지를 제조하였다.
An organic solar cell was prepared by performing only step 5 of Example 1.

상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 태양전지의 사진을 도 4에 나타내었다.
Photographs of the solar cells manufactured in Example 1 and Comparative Example 1 are shown in FIG. 4.

<실험예 1> 에너지 변환효율 측정<Experimental Example 1> Measurement of energy conversion efficiency

본 발명에 따른 실시예 1에서 제조된 섬유형 유기태양전지와 비교예 1를 통해 제조된 유기태양전지의 개방전압(V), 광전류밀도(mA/cm2) 및 에너지 변환효율을 측정하기 위하여 Keithley SMU2410 및 AM1.5 100 mW/cm2의 솔라 시뮬레이터(Pecell Technologies Inc., PEC-L11 model)를 이용하여 상기 유기태양전지들을 분석하였으며, 상기 분석의 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
Keithley to measure the open-circuit voltage (V), photocurrent density (mA / cm 2 ) and energy conversion efficiency of the fibrous organic solar cell manufactured in Example 1 and the organic solar cell manufactured in Comparative Example 1 according to the present invention The organic solar cells were analyzed using SMU2410 and AM1.5 100 mW / cm 2 solar simulator (Pecell Technologies Inc., PEC-L11 model), and the results of the analysis are shown in Table 1 below.

단락전류밀도
(mA/cm2)Short circuit current density
(mA / cm 2 ) 개방전압
(V)Open-circuit voltage
(V) 곡선인자
(%)Curve factor
(%) 변환효율
(%)Conversion efficiency
(%) 비교예 1Comparative Example 1 8.678.67 0.540.54 3939 1.851.85 실시예 1Example 1 7.407.40 0.550.55 4141 1.711.71

표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1를 통해 제조된 섬유형 유기태양전지는 7.40 mA/cm2 의 단락전류밀도를 나타내었으며, 0.55 V의 개방전압을 나타내었고, 곡선인자(fill factor)는 44 %를 나타내었다. 이에 따라 실시예 1을 통해 제조된 유기태양전지의 에너지 변환효율은 1.71 %로 나타났다. 이는 비교예 1에서 절단과정을 수행하지 않고 제조된 유기태양전지의 92%의 성능을 나타내는 것으로, 이를 통해 섬유형 태양전지를 제조하기 위한 절단 공정을 수행하더라도, 소자의 성능 저하가 매우 작음을 알 수 있다.
As shown in Table 1, the fibrous organic solar cell prepared in Example 1 according to the present invention exhibited a short circuit current density of 7.40 mA / cm 2 , an open voltage of 0.55 V, and a curved factor (fill). factor) was 44%. Accordingly, the energy conversion efficiency of the organic solar cell manufactured in Example 1 was found to be 1.71%. This shows the performance of 92% of the organic solar cell manufactured without performing the cutting process in Comparative Example 1, and even though the cutting process for manufacturing a fiber-type solar cell through this, the performance degradation of the device is very small. Can be.

Claims (27)

유연기판 상에 대면적 태양전지를 제조하는 단계(단계 1); 및
상기 단계 1에서 제조된 대면적 태양전지를 섬유형태로 절단하는 단계(단계 2)를 포함하는 섬유형 태양전지의 제조방법.
Manufacturing a large area solar cell on the flexible substrate (step 1); And
Method for producing a fibrous solar cell comprising the step (step 2) of cutting the large-area solar cell prepared in step 1 in the form of fibers.
제1항에 있어서, 상기 단계 1의 유연기판은 고분자 유연기판 또는 금속 유연기판인 것을 특징으로 하는 섬유형 태양전지의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the flexible substrate of step 1 is a polymer flexible substrate or a metal flexible substrate.
제2항에 있어서, 상기 고분자는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리에틸렌 설폰(PES), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리이미드 (PI), 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 아몰포스폴리에틸렌테레프탈레이트(APET), 폴리프로필렌테레프탈레이트(PPT), 폴리에틸렌테레프탈레이트글리세롤(PETG),폴리사이클로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트(PCTG), 변성트리아세틸셀룰로스(TAC), 사이클로올레핀폴리머(COP), 사이클로올레핀코폴리머(COC), 디시클로펜타디엔폴리머(DCPD), 시클로펜타디엔폴리머(CPD), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리다이메틸실론세인(PDMS),실리콘수지, 불소수지 및 변성에폭시수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 고분자인 것을 특징으로 하는 섬유형 태양전지의 제조방법.
The method of claim 2, wherein the polymer is polyethylene terephthalate (PET), polyethylene sulfone (PES), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polymethyl methacrylate (PMMA), polyimide (PI), Ethylene Vinyl Acetate (EVA), Amorphous Polyethylene Terephthalate (APET), Polypropylene Terephthalate (PPT), Polyethylene Terephthalate Glycerol (PETG), Polycyclohexylenedimethylene Terephthalate (PCTG), Modified Triacetyl Cellulose (TAC) ), Cycloolefin polymer (COP), cycloolefin copolymer (COC), dicyclopentadiene polymer (DCPD), cyclopentadiene polymer (CPD), polyarylate (PAR), polyetherimide (PEI), polydie A method for producing a fibrous solar cell, characterized in that it is at least one polymer selected from the group consisting of methylsiloncene (PDMS), silicone resins, fluorine resins and modified epoxy resins.
제2항에 있어서, 상기 금속 유연기판은 구리, 니켈, 알루미늄, 철, 크롬, 스테인레스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속으로 제조된 금속 유연기판인 것을 특징으로 하는 섬유형 태양전지의 제조방법.
The method of claim 2, wherein the metal flexible substrate is a metal flexible substrate made of at least one metal selected from the group consisting of copper, nickel, aluminum, iron, chromium, and stainless steel. .
제1항에 있어서, 상기 단계 1의 태양전지는 유기태양전지 (Organic solar cell), 염료감응형 태양전지 (Dye sensitized solar cell), 박막실리콘 태양전지 (Silicon solar cell), CIGS(Cu(In,Ga)Se2) 박막형 태양전지, 카드뮴텔룰라이드(CdTe) 박막태양전지, 양자점(Quantum dot) 태양전지 및 하이브리드 태양전지 (Hybrid solar cell)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 섬유형 태양전지의 제조방법.
The solar cell of claim 1, wherein the solar cell of step 1 is an organic solar cell, a dye-sensitized solar cell, a thin-film silicon solar cell, CIGS (Cu (In, Ga) Se 2 ) thin film solar cell, cadmium telluride (CdTe) thin film solar cell, quantum dot (Quantum dot) solar cell and a hybrid solar cell (Hybrid solar cell) is characterized in that the fiber solar Method for producing a battery.
제1항에 있어서, 태양전지를 섬유형태로 절단하는 상기 단계 2는 슬리팅 (slitting) 공정 또는 레이져를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 섬유형 태양전지의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the step 2 of cutting the solar cell into a fiber form is performed using a slitting process or a laser.
제1항에 있어서, 태양전지를 섬유형태로 절단하는 상기 단계 2는 대면적 태양전지를 10 내지 50000 μm의 폭으로 절단하여 수행되는 것을 특징으로 하는 섬유형 태양전지의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the step 2 of cutting the solar cell into a fiber form is performed by cutting the large-area solar cell into a width of 10 to 50000 μm.
유연기판 상에 투명전극을 증착시키는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 증착된 투명전극 상부로 N형 전도막을 코팅하는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 코팅된 N형 전도막 상부로 광활성층을 제조하는 단계(단계 3);
상기 단계 3에서 제조된 광활성층 상부로 P형 전도막을 코팅하는 단계(단계 4);
상기 단계 4에서 코팅된 P형 전도막 상부로 금속전극을 증착시켜 태양전지를 제조하는 단계(단계 5); 및
상기 단계 5에서 제조된 태양전지를 섬유형태로 절단하는 단계(단계 6)를 포함하는 섬유형 태양전지의 제조방법.
Depositing a transparent electrode on the flexible substrate (step 1);
Coating an N-type conductive film on the transparent electrode deposited in step 1 (step 2);
Preparing a photoactive layer on top of the N-type conductive film coated in step 2 (step 3);
Coating a P-type conductive film on the photoactive layer prepared in step 3 (step 4);
Preparing a solar cell by depositing a metal electrode on the P-type conductive film coated in step 4 (step 5); And
Method for producing a fibrous solar cell comprising the step (step 6) of cutting the solar cell prepared in step 5 in the form of fibers.
유연기판 상에 투명전극을 증착시키는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 증착된 투명전극 상부로 P형 전도막을 코팅하는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 코팅된 P형 전도막 상부로 광활성층을 제조하는 단계(단계 3);
상기 단계 3에서 제조된 광활성층 상부로 N형 전도막을 코팅하는 단계(단계 4);
상기 단계 4에서 코팅된 N형 전도막 상부로 금속전극을 증착시켜 태양전지를 제조하는 단계(단계 5); 및
상기 단계 5에서 제조된 태양전지를 섬유형태로 절단하는 단계(단계 6)를 포함하는 섬유형 태양전지의 제조방법.
Depositing a transparent electrode on the flexible substrate (step 1);
Coating a P-type conductive film on the transparent electrode deposited in step 1 (step 2);
Preparing a photoactive layer over the P-type conductive film coated in step 2 (step 3);
Coating an N-type conductive film on the photoactive layer prepared in step 3 (step 4);
Preparing a solar cell by depositing a metal electrode on the N-type conductive film coated in step 4 (step 5); And
Method for producing a fibrous solar cell comprising the step (step 6) of cutting the solar cell prepared in step 5 in the form of fibers.
유연기판 상에 투명전극을 증착시키는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 증착된 투명전극 상부로 P형 전도막을 코팅하는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 코팅된 P형 전도막 상부로 광활성층을 제조하는 단계(단계 3);
상기 단계 3에서 제조된 광활성층 상부로 금속전극을 증착시켜 태양전지를 제조하는 단계(단계 4); 및
상기 단계 4에서 제조된 태양전지를 섬유형태로 절단하는 단계(단계 5)를 포함하는 섬유형 태양전지의 제조방법.
Depositing a transparent electrode on the flexible substrate (step 1);
Coating a P-type conductive film on the transparent electrode deposited in step 1 (step 2);
Preparing a photoactive layer over the P-type conductive film coated in step 2 (step 3);
Preparing a solar cell by depositing a metal electrode on the photoactive layer prepared in step 3 (step 4); And
Method of manufacturing a fibrous solar cell comprising the step (step 5) of cutting the solar cell prepared in step 4 in the form of fibers.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계 1의 유연기판은 고분자 유연기판 또는 금속 유연기판인 것을 특징으로 하는 섬유형 태양전지의 제조방법.
The method of manufacturing a fibrous solar cell according to any one of claims 8 to 10, wherein the flexible substrate of step 1 is a polymer flexible substrate or a metal flexible substrate.
제11항에 있어서, 상기 고분자는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리에틸렌 설폰(PES), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리이미드 (PI), 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 아몰포스폴리에틸렌테레프탈레이트(APET), 폴리프로필렌테레프탈레이트(PPT), 폴리에틸렌테레프탈레이트글리세롤(PETG),폴리사이클로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트(PCTG), 변성트리아세틸셀룰로스(TAC), 사이클로올레핀폴리머(COP), 사이클로올레핀코폴리머(COC), 디시클로펜타디엔폴리머(DCPD), 시클로펜타디엔폴리머(CPD), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리다이메틸실론세인(PDMS),실리콘수지, 불소수지 및 변성에폭시수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 고분자인 것을 특징으로 하는 섬유형 태양전지의 제조방법.
The method of claim 11, wherein the polymer is polyethylene terephthalate (PET), polyethylene sulfone (PES), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polymethyl methacrylate (PMMA), polyimide (PI), Ethylene Vinyl Acetate (EVA), Amorphous Polyethylene Terephthalate (APET), Polypropylene Terephthalate (PPT), Polyethylene Terephthalate Glycerol (PETG), Polycyclohexylenedimethylene Terephthalate (PCTG), Modified Triacetyl Cellulose (TAC) ), Cycloolefin polymer (COP), cycloolefin copolymer (COC), dicyclopentadiene polymer (DCPD), cyclopentadiene polymer (CPD), polyarylate (PAR), polyetherimide (PEI), polydie A method for producing a fibrous solar cell, characterized in that it is at least one polymer selected from the group consisting of methylsilone sane (PDMS), silicone resins, fluorine resins and modified epoxy resins.
제11항에 있어서, 상기 금속 유연기판은 구리, 니켈, 알루미늄, 철, 크롬, 스테인레스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속으로 제조된 금속 유연기판인 것을 특징으로 하는 섬유형 태양전지의 제조방법.
12. The method of claim 11, wherein the metal flexible substrate is a metal flexible substrate made of at least one metal selected from the group consisting of copper, nickel, aluminum, iron, chromium, and stainless steel. .
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 유기태양전지의 절단은 슬리팅 (slitting) 공정 또는 레이져를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 섬유형 태양전지의 제조방법.
The method for manufacturing a fibrous solar cell according to any one of claims 8 to 10, wherein the cutting of the organic solar cell is performed using a slitting process or a laser.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 P형 전도막은 PEDOT:PSS[폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 폴리(스티렌설포네이트)], 산화니켈 (NiO), 산화구리 (CuO)을 코팅함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 섬유형 태양전지의 제조방법.
The P-type conductive film according to any one of claims 8 to 10, wherein the P-type conductive film is PEDOT: PSS [poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonate)], nickel oxide (NiO), copper oxide Method for producing a fibrous solar cell, characterized in that formed by coating (CuO).
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광활성층은 전자주게 물질(electron donor) 및 전자받게 물질(electron acceptor)의 혼합물을 코팅함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 섬유형 태양전지의 제조방법.
The method of claim 8, wherein the photoactive layer is formed by coating a mixture of an electron donor and an electron acceptor. Way.
제16항에 있어서, 상기 전자주게 물질은 폴리티오팬 유도체, 폴리(파라-페닐렌) 유도체, 폴리 플로렌 유도체, 폴리아세틸렌 유도체, 폴리피롤 유도체, 폴리비닐카바졸 유도체, 폴리아닐린 유도체 및 폴리페닐렌비닐렌 유도체, 포르피린(porphyrin)화합물, 프탈로시아닌 (phthalocyanine) 화합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 섬유형 태양전지의 제조방법.
The method of claim 16, wherein the electron donor material is a polythiofan derivative, poly (para-phenylene) derivative, poly florene derivative, polyacetylene derivative, polypyrrole derivative, polyvinylcarbazole derivative, polyaniline derivative and polyphenylene vinyl A method for producing a fibrous solar cell, characterized in that it is selected from the group consisting of lene derivatives, porphyrin compounds, and phthalocyanine compounds.
제16항에 있어서, 상기 전자받게 물질은 C60 플러렌 및 C70 플러렌을 포함하는 플러렌, 3,4,9,10-페릴렌테트라카복실 비스벤즈이미다졸(3,4,9,10-perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole, PTCBI)을 포함하는 유기계 전자친화성 재료 및 이의 유도체로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 섬유형 태양전지의 제조방법.
17. The method of claim 16, wherein the electron acceptor is a fullerene comprising C60 fullerene and C70 fullerene, 3,4,9,10-perylenetetracarboxyl bisbenzimidazole (3,4,9,10-perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole, PTCBI A method of manufacturing a fibrous solar cell, characterized in that it is selected from the group consisting of an organic electron affinity material and a derivative thereof.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광활성층은 저분자 전자주게 물질(electron donor)및 전자받게 물질(electron acceptor)을 진공증착하여 형성되는 것을 특징으로 하는 섬유형 태양전지의 제조방법.
The method of claim 8, wherein the photoactive layer is formed by vacuum-depositing a low molecular electron donor and an electron acceptor. Way.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 N형 전도막은 산화아연, 산화티타늄 및 탄산세슘으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유형 태양전지의 제조방법.
The method of manufacturing a fibrous solar cell according to any one of claims 8 to 10, wherein the N-type conductive film includes a compound selected from the group consisting of zinc oxide, titanium oxide and cesium carbonate.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 유기태양전지의 절단은 제조된 유기태양전지를 10 내지 50000 μm의 폭으로 절단하여 수행되는 것을 특징으로 하는 섬유형 태양전지의 제조방법.
The method for manufacturing a fibrous solar cell according to any one of claims 8 to 10, wherein the cutting of the organic solar cell is performed by cutting the manufactured organic solar cell to a width of 10 to 50000 μm.
제1항 내지 21항 중 어느 한 항에 따른 제조방법으로 제조된 섬유형 태양전지.
A fibrous solar cell manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 21.
제22항에 있어서, 상기 태양전지는 유기태양전지(organic solar cell), 염료감응형 태양전지 (Dye sensitized solar cell), 박막실리콘 태양전지 (Silicon solar cell), CIGS(Cu(In,Ga)Se2) 박막형 태양전지, 카드뮴텔룰라이드(CdTe) 박막태양전지, 양자점(Quantum dot) 태양전지 및 하이브리드 태양전지 (Hybrid solar cell)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 섬유형 태양전지.
The method of claim 22, wherein the solar cell is an organic solar cell (organic solar cell), dye-sensitized solar cell (Dye sensitized solar cell), thin-film silicon solar cell (Silicon solar cell), CIGS (Cu (In, Ga) Se 2 ) A thin-film solar cell, a cadmium telluride (CdTe) thin-film solar cell, a quantum dot (Quantum dot) solar cell and a hybrid solar cell (Hybrid solar cell) is a fibrous solar cell, characterized in that one selected from the group consisting of.
제22항에 있어서, 상기 섬유형 태양전지의 폭은 10 내지 50000 μm인 것을 특징으로 하는 섬유형 태양전지.
23. The fibrous solar cell of claim 22, wherein the fibrous solar cell has a width of 10 to 50000 μm.
제22항에 있어서, 상기 섬유형 태양전지의 두께는 10 내지 5000 μm인 것을 특징으로 하는 섬유형 태양전지.
23. The fibrous solar cell of claim 22, wherein the fibrous solar cell has a thickness of 10 to 5000 μm.
제22항의 섬유형 태양전지를 직조하여 제조되는 직물.
A fabric produced by weaving the fibrous solar cell of claim 22.
제26항에 있어서, 상기 직물은 의류, 커튼, 텐트 및 가방을 포함하는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 직물.27. The fabric of claim 26, wherein the fabric is selected from the group comprising clothing, curtains, tents and bags.
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