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연성 플라스틱 기판위에 스프레이 코팅방법으로 제조한 유·무기 보호막의 특성
Properties of Organic-Inorganic Protective Films on Flexible Plastic Substrates by Spray Coating Method 원문보기

마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, v.24 no.4, 2017년, pp.79 - 84  

이상희 (단국대학교 전자전기공학과) ,  장호정 (단국대학교 전자전기공학과)

초록
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태양전지와 같은 광전소자의 특성 및 신뢰성 유지하기 위해서는 수분과 산소 등으로 부터 소자 내부가 보호되어야 한다. 본 연구는 여러 연성(flexible) 플라스틱 기판위에 유 무기 복합 보호막을 스프레이코팅 방법으로 형성하여 공정조건(노즐 위치, 박막 두께, 기판 구성)에 따른 소자의 보호특성을 연구하였다. 사용된 복합 보호막 재료로서 PVA (polyvinyl alcohol)와 SA(sodium alginate) 혼합 유기 물질(P.S)에 $Al_2O_3$($P.S+Al_2O_3$)과 $SiO_2$($P.S+SiO_2$) 나노 분말을 혼합하여 유 무기 복합 보호막 용액을 합성하였다. 플라스틱 기판 위에 코팅한 보호막의 두께가 $5{\mu}m$에서 91%의 투과율을 나타내었으며 $78{\mu}m$에서 $178{\mu}m$로 두께가 증가할 경우 광 투과율은 81.6%에서 73.6%으로 감소하였다. 또한 합성한 $P.S+Al_2O_3$ 복합재료를 사용하여 PEN(polyethylene naphthalate), PC(polycarbonate) 단일 플라스틱 기판과 Acrylate film과 PC 이중막(Acrylate film/PC double layer) 구조와 $Al_2O_3$ 무기박막과 PEN 이중막($Al_2O_3$ film/PEN double layer) 구조의 기판 위에 $P.S+Al_2O_3$ 용액을 사용하여 수분투과도(water vapor transmission rate, WVTR)와 표면형상 등을 측정하여 최적의 보호막 구조를 확인하였다. 즉, $Al_2O_3$ film/PEN 이중막 기판위에 형성한 보호막의 수분투과 값은 $0.004gm/m^2-day$로 가장 우수한 내 투습 특성을 나타내었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The solar cells should be protected from the moisture and oxygen in order to sustain the properties and reliability of the devices. In this research, we prepared the protection films on the flexible plastic substrates by spray coating method using organic-inorganic hybrid solutions. The protection c...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 보호막의 기계적 특성 개선을 위하여 유기 물질에 무기 나노 분말을 분산하여 유·무기 복합용액을 합성하였다.
  • 태양전지의 우수한 성능을 유지하기 위하여 소자 보호막으로서 갖추어야 할 중요 특성은 높은 광 투과율과 우수한 습기 및 산소 차단 능력을 동시에 보유하여야 한다. 본 연구에서는 이러한 관점에서 공정조건에 따른 보호박막의 광 투과율과 수분 투과도(water vapor transmission rate, WVTR) 특성을 주요 평가 항목으로 설정하여 연구하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
기술의 발전에 따라 연성(flexible) 태양전지를 활용 할 수 있는 분야는 무엇이 있나? 최근 CIGS (Cu, In, Ga, Se)로 대표되는 연성(flexible) 태양전지는 다양한 형태와 크기로 제작되고 있으며 일반 전기기기는 물론 고속도로 표시등, 자동차, 건물 등의 전력원으로서 광범위한 적용을 위해 노력하고 있다. 특히 최근에는 IoT(internet of things) 시스템과 광전자 응용 기술이 결합하여 무인 자동차, 무인 비행기 등의 스마트 교통수단과 스마트 온실, 스마트 시티 등에 적용 가능한 주 전력 원으로서 응용 분야를 확장해가고 있는 추세이다. 1-3) 또한 연성을 갖는 태양전지의 경우 유리 기판 모듈에 비해 기계적 특성이 우수한 장점을 갖고 있다.
휨성태양전지에 소자를 보호하기 위한 보호막이 반드시 필요한 이유는 무엇인가? 1-3) 또한 연성을 갖는 태양전지의 경우 유리 기판 모듈에 비해 기계적 특성이 우수한 장점을 갖고 있다. 그러나 휨성태양전지는 강한 태양광에 노출되어야 하며 때로는 열악한 환경의 실외에서 사용됨에 따라 태양전지 소자를 보호하기 위한 보호막(protective film)이 반드시 필요하다. 결국 이러한 보호막을 통해 외부의 수분과 산소의 침투를 방지하는 소자 보호성능이 매우 우수하여야 한다.
연성 CIGS 태양전지의 보호막의 라미네이션(lamination) 열 압착 공정의 한계는 무엇인가? 지금까지 연성 CIGS 태양전지의 보호막은 일반적으로 상부 층에 EVA(ethylene-vinyl acetate) 필름을 라미네이션(lamination) 열 압착 공정을 통하여 보호박막을 형성하여 수분과 산소의 침투를 방지하여 왔다. 10) 그러나, 이러한 라미네이션 열 압착은 공정이 복잡하고 시간이 길어서 광범위한 응용에 장애요인이 되고 있다. 또한 태양전지와 EVA 필름 사이에 기포 없이 접착하는 기술 또한 어려운 것으로 알려지고 있으며, EVA 필름의 비교적 낮은 광 투과율 등 여러 문제점들이 제기되고 있다. 11) 본 연구에서는 이러한 EVA 보호 필름을 대체하기 위해 공정이 단순하고 광 투과율을 개선할 수 있는 새로운 유·무기 복합 보호 용액을 합성하여 스프레이 코팅 (spray coating) 방법으로 PEN (polyethylene naphthalate), PC (polycarbonate) 연성 플라스 틱기판 위에 유·무기 보호막을 형성하였다.
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참고문헌 (17)

  1. K. H. Kim, and J. H. Yun, "Research Trends and Mid-&Long-term Development Directions of Cu(In,Ga)Se2 Solar Cells", Korean Industrial Chemistry News, 20(2), 1 (2017). 

  2. J. H. Yoo, and H. J. Chang, "Preparation of Polymer Light Emitting Diodes with PFO-poss Organic Emission Layer on ITO/Glass Substrates", J. Microelectron. Packag. Soc., 13(4), 51 (2006). 

  3. B. M. Park, and H. J. Chang, "Preparation of Characterization of White Phosphorescence Polymer Light Emitting Diodes Using PFO:Ir(ppy)3:MDMO-PPV Emission Layer", J. Microelectron. Packag. Soc., 18(4), 79 (2011). 

  4. J. S. Lewi, and M. S. Weaver, "Thin-Film Permeation Barrier Technology for Flexible Organic Light-Emitting Devices", IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 10(1), 45 (2004). 

  5. M. A. McCarthy, B. Liu, E. P. Donoghue, I. Kravchenko, D. Y. Kim, F. So, and A. G. Rinzler, "Low-Voltage, Low-Power, Organic Light Emitting Transistors for Active matrix Displays", Science, 332, 570 (2011). 

  6. S. Kim, H. J. Kwon, S. Lee, H. Shim, Y. Chun, W. Choi, J. Kwack. D. Han, M. S. Song, S. Kim, S. Mohammadi, I. S. Kee, and S. Y. Lee, "Low-Power Flexible Organic Light-Emitting Diode Display Device", Adv. Mater., 23, 3511 (2011). 

  7. Y. W. Park, H. J. Choi, J. H. Choi, T. H. Park, J. W. Jeong, E. H. Song, and B. K. Ju, "Enhanced Power Efficiency of Organic Light-Emitting Diodes using Pentacene on CF4-Plasma-Treated Indium Tin Oxide Anodes", IEEE. Electr. Device. L., 33, 1156 (2012). 

  8. G. H. Kim, J. Oh, Y. S. Yang, M. Do, and K. S. Suh, "Encapsulation of organic light-emitting devices by mean of photo polymerized polyacrylate films", Polymer, 45, 1879 (2004). 

  9. J. Jin, J. J. Lee, B. S. Bae, S. J. Park, S. Yoo, and K. H. Jung, "Silica nanoparticle-embedded sol-gel organic/inorganic hybrid nanocomposite for transparent OLED encapsulation", Org. Electron., 13, 53 (2012). 

  10. K. S. Kim, G. H. Kang, and G. J. Yu, "Analysis of Optical Characteristics of Transparent Glasses for PV and Glass-Glass Module Application", Journal of the Korean Solar Energy Society, 28(5), 8 (2008). 

  11. K. H. Shin, T. Y. Kwak, and S. H. Rhim, "Laminator Manufacturing and Process Optimization for Solar Cell Module Manufacturing", Journal of Mechanical Science and Technology, 157 (2011). 

  12. S. C. Mun, S. H. Lee, B. M. Park, J. H. Pyee, and H. J. Chang, "Effects of Passivation Thin Films on the Optical Properties of the Green Organic Light Emitting Diodes", J. Microelectron. Packag. Soc., 23(1), 11 (2016) 

  13. S. H. Lee, B. M. Park, Y. G. Jo, J. H. Pyee, and H. J. Chang, "Effects of Organic Passivation Films on Properties of Polymer Solar Cells with P3HT:PC61BM Active Layers", J. Microelectron. Packag. Soc., 21(4), 105 (2014). 

  14. S. H. Lee, B. M. Park, K. H. Kim, Y. C. Chang, J. H. Pyee, and H. J. Chang, "Effects of Passivation Thin Films by Spray Coatings on Properties of Flexible CIGS Solar Cells", J. Microelectron. Packag. Soc., 23(3), 1 (2016). 

  15. A. I. Khan, and D. O'Hare, "Intercalation chemistry of layered double hydroxides: recent developments and applications", J. Mater. Chem., 12(11), 3191 (2002). 

  16. H. Kopka, K. Beneke, and G. Lagaly, "Anionic surfactants between double metal hydroxide layers", J. Colloid Interface Sci., 123(2), 427 (1988). 

  17. V. Laget, C. Hornick, P. Rabu, and M. Drillon, "Hybrid organic-inorganic layered compounds prepared by anion exchange reaction: correlation between structure and magnetic properties", J. Mater. Chem., 9(1), 169 (1999). 

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