KR20170038473A - 유기 태양전지 모듈의 제조장치, 제조방법 및 이에 의해 제조된 유기 태양전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기 태양전지 모듈의 제조장치, 제조방법 및 이에 의해 제조된 유기 태양전지 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수분 침투를 방지하는 재질의 배리어 필름을 유기소자를 포함한 유기 태양전지 모듈의 상하부에 접착시켜 봉지하는 유기 태양전지 모듈, 유기 태양전지 모듈의 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 웹이 연속적으로 일방향으로 공급되는 유기 태양전지 모듈 제조장치로서, 웹의 공급방향을 따라 웹을 이동시키는 웹이송롤러; 웹의 상면과 하면에 각각 적층되는 배리어필름을 공급하는 배리어필름 공급부; 및 웹에 배치된 전지층의 주변부와 대응되는 배리어필름 구역을 압착 및 가열하여 전지층을 밀봉하는 가압판;을 포함하는 유기 태양전지 모듈의 제조장치를 제공한다.
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Description
본 발명은 유기 태양전지 모듈의 제조장치, 제조방법 및 이에 의해 제조된 유기 태양전지 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수분 침투를 방지하는 재질의 배리어 필름을 유기소자를 포함한 유기 태양전지 모듈의 상하부에 접착시켜 봉지하는 유기 태양전지 모듈, 유기 태양전지 모듈의 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.
국내외 학계 및 연구소, 기업을 통해 유기반도체 소재를 기반으로 한 유기 전자소자의 공정 및 기술개발이 활발히 진행되고 있다.
특히 상술한 유기반도체 소자가 사용되는 유기 태양전지는 플라스틱 소재를 기반으로 하는 유연소자로의 활용 가능성을 장점으로 하며, 다양한 공정으로 제작되고 있으며, 특히 롤투롤(Roll to roll) 공정에 의한 인쇄 공정이 주를 이루고 있다.
유기 태양전지는 투명 전극을 포함하여 정공 및 전자 수송층, 유기물 기반의 공액계 반도체 소재 및 금속성분의 전극 소재로 구성되며, 연속 생산을 위해서는 대부분 슬롯다이코팅(Slot die coating) 방식을 적용하고 있다.
그러나 유기 전자소자는 산소나 수분에 의해 쉽게 소자가 열화되는 단점이 있으며, 이를 위해 밀봉 또는 배리어의 형성을 통해 외부 환경으로부터 보호하는 것이 필수이다.
자세하게는 유기 전자소자 유기물 광전소자와 태양전지에 사용되는 대부분의 유기물 박막은 공기 중의 수분이나 산소에 취약하여 수분이나 산소 침투 시 유기물 박막의 열화가 급속하게 일어나 광학적, 전기적, 기계적 특성의 변화가 일어나는 문제점이 있었다.
또한 수분이나 산소가 전극층의 핀홀이나 표면결함을 통해 유기물 층으로 침투할 경우 부식이나 산화 반응이 금속전극과 유기물 박막 사이의 계면에서 일어나 전극 들뜸 현상과 접촉저항의 증가가 일어나 유기 광전소자와 태양전지의 수명이 급속하게 감소하게 된다.
이러한 산소나 수분의 침투에 의한 광전소자 및 태양전지의 열화를 막고 수명을 증가시키기 위해 단일층 혹은 다층 박막을 이용하여 광전소자 및 태양전지를 보호하는 투명 박막봉지(Transparent thin film passivation) 공정은 고품위 플렉시블 광전소자 및 태양전지 제작을 위한 핵심 재료이며 기술이며 이러한 봉지 공정은 소자의 내구성 향상을 위해 최근 유기 소자에서 반드시 필요한 과정이 되었다.
그러나 종래의 유기전자소자의 봉지(encapsulation) 공정에서는 딱딱한 커버 글라스가 사용되는데 딱딱한 커버 글라스와 다량의 흡습제(desiccants)를 사용하는 종래의 봉지 기술은 비-유연성, 흡습제의 필요성, 및 롤투롤(roll-toroll) 공정과의 비양립성과 같은 치명적인 단점을 가지고 있다.
또한 종래에는 봉지소재로 OCA가 부착된 형태의 무기막을 형성한 배리어 필름이 유기전자소자의 상하부 양면에 합치되어 압력을 가해 밀착되는 방식을 사용하였으나, 이는 유기전자소자에 가해지는 온도가 상당히 높아 특성 저하가 발생할 문제점이 있었고, 라미네이팅 시 가해지는 압력과 유기전자소자의 종류 및 두께에 따라 봉지 공정의 완성도가 결정되어 일관된 성능을 갖는 제품을 제조하기 힘든 문제점이 있었다.
특히 유기소자의 광활성층(Active layer)과 정공수송층(Hole transport layer)간 계면 접착력(adhesion)이 약할 경우에는 라미네이팅 압착 과정 중 압력에 의하여 계면 박리(detach) 현상이 발생할 수 있고, 이는 최종 유기전자소자 제품의 효율특성의 저하를 야기시키는 문제점이 있었다.
이에 따라 롤투롤 공정을 사용하되 상술한 단점을 보완할 수 있는 개선책이 시급하며, 특히 유기전자소자 분야에서는 소자의 밀봉기술이 수명과 수율을 결정짓는 핵심 기술로, 최근 이에 롤투롤 공정에 관련된 특허 출원이 급증하는 추세이다.
따라서 유연한 기술을 향해 변화해 가고 있는 IT 업계의 경향을 반영하면서, 간단하고 용이하면서도 단시간이 소요되는 신규한 봉지 방법을 개발할 필요성이 있다.
따라서 이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 수분 침투를 방지하는 재질의 라미네이트 필름, 즉 배리어 필름을 전지층이 형성된 기판의 상하부에 적층시키고, 전지층의 주변부에 대응하는 배리어 필름 구역에 압력 및 온도를 가함으로써 배리어 필름을 주변부에 접착시켜 봉지하여 유기 태양전지 모듈이 산소나 수분에 의해 쉽게 소자가 열화되는 것을 방지할 수 있는 유기 태양전지 모듈, 유기 태양전지 모듈 제조장치 및 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 웹이 연속적으로 일방향으로 공급되는 유기 태양전지 모듈 제조장치로서, 웹의 공급방향을 따라 웹을 이동시키는 웹이송롤러; 웹의 상면과 하면에 각각 적층되는 배리어필름을 공급하는 배리어필름 공급부; 및 웹에 배치된 전지층의 주변부와 대응되는 배리어필름 구역을 압착 및 가열하여 전지층을 밀봉하는 가압판;을 포함하는 유기 태양전지 모듈의 제조장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 유기 태양전지 모듈의 제조방법은, 웹(170)의 공급방향을 따라 웹을 이동시키는 단계; 웹의 상면과 하면에 각각 적층되는 배리어필름을 공급하는 단계; 및 웹 상에 배치된 전지층의 주변부와 대응되는 배리어필름 구역을 압착 및 가열하여 전지층을 밀봉하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 태양전지 모듈은 기판; 기판 상에 형성되는 전지층; 및 기판의 상면 및 하면에 각각 적층되며, 전지층의 주변부를 둘러싸 전지층을 밀봉하는 배리어필름;을 포함한다.
상기에서 설명한 본 발명의 유기 태양전지 모듈의 제조장치와 제조방법에 의하면, 종래 봉지공정에서 발생하는 광활성층/정공수송층의 계면 박리현상 없이 봉지 가능한 효과가 있다.
또한 종래에 롤투롤(roll to roll) 방식으로 제조되던 유기 태양전지 모듈의 제조방법을 그대로 사용하고, 이에 상기 배리어 필름을 접착시키는 공정을 연장하는 방법으로 기존의 설비를 그대로 이용할 수 있고, 이에 따라 제조비 절감 및 우수한 봉지성능을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한 유기 태양전지 모듈의 주변부을 가압할 때, 유기 태양전지 모듈의 전지층이 비가열부의 공간 내로 삽입됨으로써 가압판으로부터 과도한 압력 또는 열을 받아 손상되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한 유기 태양전지 모듈의 상하단에 가교형 봉지재인 배리어필름을 사용하여 경화시켜 외부로부터 침투되는 수분 및 산소로부터 유기소자를 보호할 수 있고, 배리어필름을 사용하여 롤투롤(Roll to roll) 기반 연속 인쇄공정으로 고속으로 대량 생산을 가능하게 하여 생산 단가를 낮출 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 유기 태양전지 모듈의 사시도이다.
도 2는 도 1의 유기 태양전지 모듈의 구조를 나타내는 단면도 및 그에 대응하는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 유기 태양전지 모듈의 제조장치를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 가압판과 웹에 위치된 유기 태양전지 모듈을 도시한 사시도이다.
도 5는 도 3의 유기 태양전지 모듈이 상부 배리어필름과 하부 배리어필름에 의하여 상하부로 봉지된 모습을 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 유기 태양전지 모듈이 상부 배리어필름과 하부 배리어필름에 의하여 상하부로 봉지된 모습을 도시한 평면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 가압판과 웹에 위치된 유기 태양전지 모듈을 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 유기 태양전지 모듈의 제조방법의 구성도이다.
도 2는 도 1의 유기 태양전지 모듈의 구조를 나타내는 단면도 및 그에 대응하는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 유기 태양전지 모듈의 제조장치를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 가압판과 웹에 위치된 유기 태양전지 모듈을 도시한 사시도이다.
도 5는 도 3의 유기 태양전지 모듈이 상부 배리어필름과 하부 배리어필름에 의하여 상하부로 봉지된 모습을 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 유기 태양전지 모듈이 상부 배리어필름과 하부 배리어필름에 의하여 상하부로 봉지된 모습을 도시한 평면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 가압판과 웹에 위치된 유기 태양전지 모듈을 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 유기 태양전지 모듈의 제조방법의 구성도이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공 되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
우선 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 유기 태양전지 모듈의 제조장치 및 제조방법이 적용되는 유기 태양전지 모듈(OPV, 100)에 관하여 도면과 같이 설명하기로 한다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 유기 태양전지 모듈(100)은 태양광이 수용되는 기판(10) 및 기판(10) 상에 적층되어 태양광이 전기적 에너지로 변환되는 전지층(20)으로 구성되어 있다. 기판(10)은 유연하고 형상의 변형이 가능하여 통상 유연소자에 적용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 구체적으로는 상기 기판은 알루미늄 등 금속 박막(Metal Foil); 석영 또는 유리 등을 포함하는 무기 박막; 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌설포네이트(PES), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르설폰(PES) 또는 폴리에테르이미드(PEI), AS 수지(acrylonitrile styrene copolymer), ABS 수지(acrylonitrile butadiene styrene copolymer), TAC(Triacetyl cellulose) 및 PAR(polyarylate) 등의 고분자필름; 섬유 기재; 및 유리섬유와 고분자의 복합재 등을 포함할 수 있으며, 이중에서도 유연하고 높은 화학적 안정성, 기계적 강도 및 투명도를 가지며, 다양한 형태로의 변형이 용이한 고분자 필름, 혹은 PET 필름을 포함하는 것이 보다 바람직할 수 있다.
도 2는 도 1의 유기 태양전지 모듈의 구조를 나타내는 단면도(상단) 및 그에 대응하는 평면도를 나타내고 있다. 도 2를 참고하면, 일반적인 태양전지 모듈에서 관찰되는 줄무늬(stripe) 패턴을 나타내고 있는데, 하나의 유기 태양전지 모듈에는 다수의 줄무늬가 형성되며, 각각의 줄무늬부분은 태양에너지를 전기에너지로 변환시키는 독립된 전지(cell)의 기능을 갖는다.
자세하게는 하나의 유기 태양전지 모듈(100)의 전지층(20)은 기판(10) 상에 여러 줄의 제1전극층(30)이 구비되고, 상기 제1전극층(30)상에 도포되는 광활성층(Active layer)(60)이 구비된다. 또한, 이와 같이 준비된 광활성층(60)상에 상기 제1전극층(30)과 상반된 전극의 기능을 수행하는 별도의 전극인 제2전극층(40)이 형성된다. 이에 따라 하나의 유기 태양전지 모듈(100)에는 일 말단(도면의 최좌단)에 제1전극층(30)이 구비되고 타 말단(도면의 최우단)에는 상기 제1전극층(30)과 전기적으로 상반된 전극 기능을 수행하는 제2전극층(40)이 구비된다.
따라서 하나의 제2전극층(40)은 이웃하는 제1전극층(30)과 광활성층(60)을 통하여 전기적으로 연결된 구조를 이루게 되며, 하나의 모듈에 형성된 다수의 셀은 서로 전기적으로 직렬연결되는 구조를 취한다.
또한 상기 제1전극층(30)은 주로 ITO(Indium-Tin-Oxide)로 구성되어 음극(cathode)층을 이루고, 제2 전극층(40)은 주로 은(Ag)으로 구성되어 양극(anode)층을 이루게 된다. 그러나, 본 발명에 따른 유기 태양전지 모듈의 제조장치와 제조방법의 체결구조가 반드시 이러한 전극의 극성 및 소재에 한정되는 것은 아니다.
상술한 유기 태양전지 모듈(100)은 다양한 방법으로 제조될 수 있으며, 본 발명에서는 제조장치 및 그 방법에 특징이 있는 것으로 모듈의 특정 제조방법으로 한정되는 것이 아니다.
이 경우 상기 유기 태양전지 모듈(100)은 광활성층(60)이 유기물을 포함하므로, 산소나 수분에 의해 쉽게 소자가 열화되는 단점이 있으며, 이를 위해 밀봉 또는 배리어의 형성을 통해 외부 환경으로부터 보호하는 것이 필요하다.
이하 본 발명의 유기 태양전지 모듈의 제조장치의 구성을 도면과 함께 살펴보기로 한다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 유기 태양전지 모듈의 제조장치는 웹이송롤러(190), 배리어필름 공급부(125, 135) 및 가압판(200)을 포함한다.
웹이송롤러(190)는 웹(170)을 연속적으로 일방향으로 공급한다. 배리어필름(120, 130)은 웹이송롤러(190)의 회전에 따라 이송되는 웹(170)의 속도와 동일한 속도로 웹(170)의 상하면에 적층되도록 배리어필름 공급부(125, 135)에 의해 이송될 수 있다. 배리어필름 공급부(125, 135)는 도 3에 도시된 바와 같이, 롤러 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 필름을 연속적으로 공급할 수 있는 다양한 구성 중에서 선택될 수 있다.
배리어필름은 전지층(20)이 형성된 웹(170)의 상면에 적층되는 상부 배리어필름(120)과, 웹(170)의 하면에 적층되는 하부 배리어 필름(130)으로 구성된다. 배리어필름 공급부(125, 135)에 의해 1차로 상부 배리어필름(120)과 하부 배리어필름(130)의 상면과 하면에 각각 적층되고, 이 후 2차로 가압판(200)이 소정 온도로 가열된 후 상측과 하측에서 상부 배리어필름(120)과 하부 배리어필름(130)을 가압하게 된다. 이 때, 웹(170) 상에 배치된 전지층(20)을 둘러싼 주변부(110)와 대응되는 배리어필름(120, 130) 구역을 압착 및 가열하여 전지층을 밀봉한다.
상기 상부 배리어필름(120)과 하부 배리어필름(130)은 고온에서 열에 의해 연화되며, 연화된 상태에서 상온으로 돌아가면 경화되면서 주변물질과 접착되는 핫멜트 타입의 배리어 필름이 사용되는 것이 바람직하다.
상기 가압판(200)은 가열부(210)와 비가열부(220)로 구성된다. 상기 가열부(210)는 주변부(110)에 대응되도록 가압판(200)에서 소정 높이로 돌출형성되며, 상기 비가열부(220)는 전지층(20)과 접촉하지 않는 공간으로서 가열부(210)에 의해 둘러싸인 영역이다.
상기 가열부(210)는 가열 장치(미도시)에 의해 일정한 온도로 가열된다. 일 예로 가열부(210)내에 고온을 발생하는 필라멘트(미도시)가 내장될 수 있고, 또는 열선이 삽입될 수 있다. 이러한 온도는 상기 배리어필름(120, 130)의 재질에 따라 변경될 수 있으며, 배리어필름(120, 130)을 녹여 접착시킬 수 있는 온도로 설정된다.
따라서 소정 높이로 돌출된 가열부(210)로 말미암아 상기 가압판(200)이 배리어필름(120, 130)을 사이에 두고 전지층(20)의 주변부(110)을 가압할 때, 상기 전지층(20)이 비가열부(220)의 공간 내로 삽입됨으로써 가압판(200)으로부터 과도한 압력을 받아 손상되는 것을 방지할 수 있다.
자세하게는 통상의 전지층(20)은 100~150um 정도의 두께를 갖는데 이 때 가열부(210)에 발생하는 열은 상기 배리어필름(120, 130)을 완전히 연화시킬 수 있는 온도여야 하며, 빠른 공정을 위해 통상적으로 100 ℃이상의 고온의 열을 필요로 한다. 이러한 고온의 열을 가하여도 본 발명은 기존의 방식과 달리 전지층(20)에 직접적으로 열이 전달되지 않고 주변부(110)에만 전달되므로, 전지층(20)은 열에 의한 영향을 받지 않게 되는 것이다.
이에 따라 배리어필름(120, 130)은 가압판(200)에 의해 가해지는 온도 및 압력에 의해 주변부(110)에만 접착되어 봉지된다.
또한 본 발명의 일 실시예로서 상기 배리어필름(120, 130)은 그 재질이 핫멜트 타입의 배리어 필름인 EVA 필름으로 사용될 수 있다. EVA(ethylene-vinyl acetate copolymer)는 나사(NASA)와 듀폰이 인공위성에 사용되는 태양전지용 재료로 공동 개발한 소재로서, 현재 태양전지용 봉지재(封止材, Sealing)의 표준으로 사용된다. 따라서 봉지재로써 배리어필름(120, 130)을 EVA 필름으로 사용하여 롤투롤(Roll to roll) 기반 연속 인쇄공정으로 고속으로 대량 생산을 가능하게 하여 생산 단가를 낮출 수 있는 이점이 있다.
또한 배리어필름(120, 130)은 EVA 외에 TPU(Thermoplastic Poly Urethane), PVB(Polyvinyl butyral), silicon/PU(Polyurethane) 등의 재질이 사용될 수 있으며, 이들에 한정되는 것이 아니라 수분 및 산소차단 가능하며 가열 및 가압에 의해 접착될 수 있는 다양한 소재의 필름 중에서 선택될 수 있다.
따라서 상기 배리어필름(120, 130)이 유기 태양전지 모듈(100)의 주변부(110)에 봉지되면, 계면 접착력(adhesion)이 약한 경우 물리적 손상에 의한 효율 특성이 저하되는 것이 감소하며, 계면 박리(detach) 현상 또한 최소화 할 수 있게 된다.
도 5는 유기 태양전지 모듈(100)이 상부 배리어필름(120)과 하부 배리어필름(130)에 의하여 상하부로 봉지된 모습을 도시한 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 태양전지 모듈은 기판(10); 기판(10) 상에 형성되는 전지층(20); 및 기판(10)의 상면 및 하면에 각각 적층되며, 전지층(20)의 주변부를 둘러싸 전지층(20)을 밀봉하는 배리어필름;을 포함한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 전지층(20)의 주변부(110)에 상부 배리어필름(120)과 하부 배리어필름(130)이 상하면에 각각 핫멜팅 방식으로 접착되어 외부로부터 침투되는 수분 및 산소로부터 유기 태양전지 모듈(100)을 보호할 수 있다.
배리어필름(120, 130)은 기판(10)의 상면에 적층되는 상부 배리어필름(120)과 하면에 적층되는 하부 배리어필름(130)이 각각 기판(10)의 상면 및 하면 일부에 각각 접하여 접착될 수 있다. 여기서 배리어필름(120, 130)은 핫멜트 타입을 형성되어, 기판 양면에서 주변부를 가열 및 압착하여 부착될 수 있다.
또는 상부 배리어필름(120)과 하부 배리어필름(130)이 기판(10) 및 전지층(20)을 사이에 두고 서로 직접 맞닿아 접착될 수도 있다. 이 경우 배리어필름(120, 130)은 기판(10)과 접하여 접착될 수도 있고, 기판(10)에 접하지 않고 배리어필름(120, 130)끼리만 접하여 접착될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 유기 태양전지 모듈이 상부 배리어필름(120)과 하부 배리어필름(130)에 의하여 상하부로 봉지된 모습을 도시한 사시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 주변부(110a, 110b)는 전지층(20)을 다중으로 둘러싸도록 형성되어 전지층(20)을 봉지할 수 있다. 이러한 구성으로 산소에 의해 유기물로 구성된 전지층이 손상되는 것을 더욱 방지할 수 있다. 이를 구현하기 위해 상기 가압판(200)의 가열부(210)도 마찬가지로 한쌍으로 돌출되도록 형성될 수 있다. 또한 본 실시예에서는 주변부(110a, 110b)를 이중으로 예시하였으나 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 가열부(210)로 주변부(110)에 삼중 또는 그 이상으로 열을 가할 수 있으며, 이에 의해 외부 요인이 침투하는 경로를 차단할 수 있다.
한편 상기 롤러(180)으로부터 이송되는 웹(170)은 웹이송롤러(190)에 의해 상기 가압판(200)의 위치로 유기 태양전지 모듈(100)을 이송하는데, 상기 가압판(200)이 가압되도록 중앙측으로 이동되는 시간동안 상기 웹(170)이 잠시 멈출 수 있다.
따라서 도 3을 다시 참조하면, 상기 가압판(200)의 위치에 대응하는 웹(170)의 전 단계에서 상기 웹(170)을 잡아주는 이송차단클립(140, 150)이 구비될 수 있다.
자세하게는 상기 이송차단클립(140, 150)은 가압판(200)이 유기 태양전지 모듈(100)의 주변부(110)를 가압하는 동안 웹(170)의 이송을 잡아 멈추게 하는 기능을 갖는다. 이와 함께 상기 웹이송롤러(190)로 가압판(200)의 가압시간동안 회전을 중지하게 된다.
상기 롤러(180)는 지속적인 회전을 통하여 웹(170)을 이송하는데, 상기 이송차단클립(140)이 상기 웹(170)을 잡아주는 동안 웹(170)의 이송은 멈추게 되어 하향 처짐되는 굴곡(B)이 발생할 수 있다. 따라서 상기 웹이송롤러(190)는 회전과 멈춤을 반복하되, 전체적인 이송거리는 동일하게 설정된다. 즉, 상기 롤러(180)과 웹이송롤러(190)에 의해 이송되는 웹(170)의 평균적인 이송속도는 동일하게 설정된다.
이 경우 상기 웹(170)에 부착되는 배리어필름(120, 130)은 필름이송롤러(125, 135)에 의하여 회전과 멈춤을 반복할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로서 상기 가압판(200)을 대신하여 롤러가압판(300)이 사용될 수 있다.
상기 롤러가압판(300)은 가압판(200)과 동일을 갖지만, 이송차단클립(140, 150)을 구비할 필요가 없다는 점에서 제조비용적인 측면에 유리한 효과가 있다.
자세하게는 상기 롤러가압판(300)은 원기둥형의 롤러로, 가압판(200)과 마찬가지로 가열부(310)와 비가열부(320)로 구성되며, 상기 가열부(310)는 외주면이 주변부(110)에 대응되도록 롤러가압판(300)에서 소정 높이로 돌출형성될 수 있다. 또는 상기 비가열부(320)가 전지층(20)과 접촉하지 않는 공간을 구비하도록 형성되며, 유기 태양전지 모듈(100)의 크기에 대응하여 함몰형성 될 수 있다. 이에 따라 비가열부(320)는 가열부(310)에 의해 둘러싸인 형상이 될 수 있다.
이 경우 소정 높이로 돌출된 가열부(310) 또는 함몰형성된 비가열부(320)로 말미암아 상기 롤러가압판(300)이 배리어필름(120, 130)을 사이에 두고 회전에 의하여 유기 태양전지 모듈(100)의 주변부(110)을 가압할 때, 상기 유기 태양전지 모듈(100)이 비가열부(320)의 공간 내로 삽입됨으로써 롤러가압판(300)으로부터 과도한 압력을 받아 손상되는 것을 방지할 수 있는 것이다.
한편, 상부 배리어필름(120)과 하부 배리어필름(130)은 웹에 접촉하는 면에 흡습제(미도시)가 부착될 수 있다. 초기 필름에 의해 밀폐된 유기 태양전지 모듈(100)의 밀폐 공간에는 봉지 전 존재하는 수분이 잔류할 수 있으며, 이러한 수분은 봉지 후에도 밀폐공간 내에 존재하게 된다. 따라서 이러한 잔류 수분을 제거하기 위하여 상기 배리어필름(120, 130)의 안측에 부착한 후 가압판(200) 또는 롤러가압판(300)에 의해 봉지될 수 있다.
이하, 본 발명의 의한 유기 태양전지 모듈의 제조방법에 대하여 도 8을 참조하여 설명하기로 한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 유기 태양전지 모듈의 제조방법은, 웹(170)의 공급방향을 따라 웹(170)을 이동시키는 단계(S100); 웹(170)의 상면과 하면에 각각 적층되는 배리어필름(120, 130)을 공급하는 단계(S200); 및 웹(170) 상에 배치된 전지층(20)의 주변부와 대응되는 배리어필름 구역을 압착 및 가열하여 전지층(20)을 밀봉하는 단계(S400);를 포함한다.
이 경우 상기 배리어필름 공급단계에서 상부 배리어필름(120)과 하부 배리어필름(130)은 핫멜트 타입의 EVA, TPU(Thermoplastic Poly Urethane), PVB(Polyvinyl butyral), silicon/PU(Polyurethane) 등의 재질을 포함할 수 있다.
웹(170)을 연속적으로 공급하되, 배리어필름(120, 130)과 접하는 웹(170)의 영역에서 웹(170)을 고정하고(S300), 전지층(20)을 밀봉한 후, 배리어필름(120, 130)과 접하는 웹(170)의 영역에서 웹(170)의 고정을 해제할 수 있다.
전지층(20)을 밀봉하는 단계(S400)에서, 가압판은 전지층(20)을 둘러싼 주변부를 압착 및 가열하도록 주변부(110)에 대응하여 가압판에서 돌출 형성되고 열을 발하는 가열부 및 상기 전지층(20)이 삽입되는 공간이 구비된 비가열부를 포함할 수 있다.
또한 웹을 고정하는 단계(S300)는, 롤러(180)는 지속적인 회전을 통하여 웹(170)을 이송하고, 웹이송롤러(190)는 롤러(180)의 웹(170)에 평균적인 이송속도는 동일하게 설정될 수 있다.
이와 같이 본 발명은 종래에 롤투롤(roll to roll) 방식으로 제조되던 유기 태양전지 모듈의 제조장치 및 제조방법을 그대로 사용하고, 이에 배리어 필름을 접착시키는 공정을 연장하는 방법으로 기존의 설비를 그대로 이용할 수 있고, 이에 따라 제조비 절감 및 우수한 봉지성능을 확보할 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 유기 태양전지 모듈의 제조장치와 제조방법의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10 : 기판
20 : 전지층
100 : 유기 태양전지 모듈 110 : 주변부
120 : 상부 배리어필름 130 : 하부 배리어필름
140 : 이송차단클립 150 : 필름이송차단클립
170 : 웹 180 : 롤러
190 : 웹이송롤러 200 : 가압판
210 : 가열부 220 : 비가열부
300 : 롤러가압판 310 : 가열부
320 : 비가열부
100 : 유기 태양전지 모듈 110 : 주변부
120 : 상부 배리어필름 130 : 하부 배리어필름
140 : 이송차단클립 150 : 필름이송차단클립
170 : 웹 180 : 롤러
190 : 웹이송롤러 200 : 가압판
210 : 가열부 220 : 비가열부
300 : 롤러가압판 310 : 가열부
320 : 비가열부
Claims (15)
- 웹이 연속적으로 일방향으로 공급되는 유기 태양전지 모듈의 제조장치에 있어서,
상기 웹의 공급방향을 따라 상기 웹을 이동시키는 웹이송롤러;
상기 웹의 상면과 하면에 각각 적층되는 배리어필름을 공급하는 배리어필름 공급부; 및
상기 웹 상에 배치된 전지층의 주변부와 대응되는 배리어필름 구역을 압착 및 가열하여 전지층을 밀봉하는 가압판;을 포함하는 유기 태양전지 모듈의 제조장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 가압판은,
상기 주변부에 대응하여 가압판에서 돌출 형성되고 열을 발하는 가열부; 및
상기 전지층과 접촉하지 않는 공간을 구비하는 비가열부;를 포함하는 유기 태양전지 모듈의 제조장치. - 청구항 2에 있어서,
상기 가압판의 가열부는,
상기 주변부를 다중으로 둘러싸도록 형성되는 유기 태양전지 모듈의 제조장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 배리어필름은 EVA, TPU(Thermoplastic Poly Urethane), PVB(Polyvinyl butyral), silicon/PU(Polyurethane) 중 선택된 어느 하나의 재질을 포함하는 유기 태양전지 모듈의 제조장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 가압판이 전지층의 주변부를 가압하는 동안 웹의 이송을 멈추도록, 상기 가압판의 위치에 대응하는 웹의 전 단계에서 웹을 잡아주는 이송차단클립;을 더 포함하는 유기 태양전지 모듈의 제조장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 가압판은, 원기둥형의 롤러로,
상기 롤러의 외주면에 상기 주변부에 대응하여 돌출 형성되고 열을 발하는 가열부; 및
상기 롤러의 외주면에 상기 전지층과 접촉하지 않는 공간을 구비하는 비가열부;를 포함하는 유기 태양전지 모듈의 제조장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 배리어필름은 웹에 접촉하는 면에 흡습제가 부착되는 유기 태양전지 모듈의 제조장치. - 웹이 연속적으로 일방향으로 공급되는 유기 태양전지 모듈 제조방법에 있어서,
웹의 공급방향을 따라 상기 웹을 이동시키는 단계;
상기 웹의 상면과 하면에 각각 적층되는 배리어필름을 공급하는 단계; 및
상기 웹 상에 배치된 전지층의 주변부와 대응되는 배리어필름 구역을 압착 및 가열하여 전지층을 밀봉하는 단계;
를 포함하는 유기 태양전지 모듈의 제조방법. - 청구항 8에 있어서,
상기 웹을 연속적으로 공급하되, 상기 배리어필름과 접하는 웹의 영역에서 웹을 고정하는 단계; 및
전지층을 밀봉한 후, 상기 배리어필름과 접하는 웹의 영역에서 상기 웹의 고정을 해제하는 단계;
를 포함하는 유기 태양전지 모듈의 제조방법. - 청구항 8에 있어서,
상기 배리어필름은 EVA, TPU(Thermoplastic Poly Urethane), PVB(Polyvinyl butyral), silicon/PU(Polyurethane) 중 선택된 어느 하나의 재질을 포함하는 유기 태양전지 모듈의 제조방법. - 기판;
상기 기판 상에 형성되는 전지층; 및
상기 기판의 상면 및 하면에 각각 적층되며, 상기 전지층의 주변부를 둘러싸 상기 전지층을 밀봉하는 배리어필름;을 포함하는 유기 태양전지 모듈. - 청구항 11에 있어서,
상기 배리어필름은 핫멜트 타입을 형성되어, 상기 기판 양면에서 상기 주변부를 가열 및 압착하여 부착되는 유기 태양전지 모듈. - 청구항 11에 있어서,
상기 배리어필름은
상기 기판의 상면에 적층되는 상부 배리어필름과 하면에 적층되는 하부 배리어필름이 각각 기판의 상면 및 하면 일부에 각각 접하여 접착되는 유기 태양전지 모듈. - 청구항 11에 있어서,
상기 배리어필름은
상기 기판 및 상기 전지층을 사이에 두고, 상기 기판의 상면에 적층되는 상부 배리어필름과 하면에 적층되는 하부 배리어필름이 서로 맞닿아 접착되는 유기 태양전지 모듈. - 청구항 11에 있어서,
상기 주변부는 상기 전지층을 다중으로 둘러싸도록 형성되는 유기 태양전지 모듈.
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2015
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