초록 ▼

3. 개발결과 요약

최종목표
광투과도 90%, 면적 1m2 이상의 태양전지용 폴리머기반 접착식 집광필름 개발을 목표로 함.
1) 광투과도 : 90% 이상
2) 필름면적 : 1m2 이상
3) 발전량 증가율 : 10% 이상
4) 물표면 접촉각 : 150° 이상

개발내용 및 결과
(1) 마스터 몰드 복제 소재 및 대면적 복제 공정 개발
나노 임프린트 기술을 통해 기능성 필름을 제작하기 위해서는, 포토리소그래피를 통해 제작된 마스터 몰드가 필요하며, 제작된 마스터 몰드로부터 복

3. 개발결과 요약

최종목표
광투과도 90%, 면적 1m2 이상의 태양전지용 폴리머기반 접착식 집광필름 개발을 목표로 함.
1) 광투과도 : 90% 이상
2) 필름면적 : 1m2 이상
3) 발전량 증가율 : 10% 이상
4) 물표면 접촉각 : 150° 이상

개발내용 및 결과
(1) 마스터 몰드 복제 소재 및 대면적 복제 공정 개발
나노 임프린트 기술을 통해 기능성 필름을 제작하기 위해서는, 포토리소그래피를 통해 제작된 마스터 몰드가 필요하며, 제작된 마스터 몰드로부터 복제공정을 통한 안정적인 패턴전사가 이루어 져야함. 반복적인 임프린팅에 적합하도록 PUA(Polyurethane Acrylate)기반의 몰드 복제 소재를 개발하였고, 저반사 패턴의 성공적인 복제가 가능함을 확인하였음. 반복적인 타일링(Tiling)공정을 통해 1m2 면적의 필름에 저반사 패턴을 높은 복제율로 패터닝 하였음.
(2) 자외선 경화 타입의 고강도, 고투명 패터닝 소재 개발
미세패턴의 형성을 위해, 저점도의 특성을 갖으면서도, 필름 소재와의 반응성 및 공정 안정성을 고려하여, solvent를 포함하지 않는 타입으로 제조하기 위한 연구를 지속하여, 소재기준 95% 이상의 투과도를 갖는 소재를 개발하였으며, 60℃, 80%, 72h 동안의 신뢰성 테스트를 실시후에도 투과도, 접촉각 등의 변화 없이 안정함을 확인 하였으며, 장기간의 옥외폭로시험 에서도 박리, 황변 없이 안정한 상태를 확인 하였음.
(3) 대면적 나노 임프린팅 공정 및 장비 개발
30cm 이하의 단위 면적의 마스터 몰드로부터 대면적 집광필름의 제작을 위해 마스터 몰드로부터 타일링 공정을 통해 대면적 복제몰드를 제작하고자 하였으며, 이를 위해 UV 복제방식과 엠보싱(열) 방식의 직접 패터닝 공정기술의 두가지 방법을 통한 연구를 수행하였음. 정렬 등의 복잡한 광학계를 배제하고, 열전사 방식의 직접 패터닝을 통해 타일링 공정이 가능한 장비를 제작하였고, 균일 가압을 위한 완충부를 포함한 가압부를 적용하여, 균일한 압력이 전달되도록 제작하였음.
(4) 저반사 미세패턴 및 고산란투과 미세패턴 설계 및 특성평가
나노 임프린트 공정을 적용하여 저반사-고산란 특성을 갖는 마이크로 나노 구조체 마스터 스탬프를 제작 하였으며, 하부 400nm높이 1.5um 지름을 갖는 마이크로 패턴 상부에 약 200nm 크기의 나노 패턴이 형성된 복합구조를 형성 하였음. 복합구조를 갖는 패턴이 형성된 필름은 94.8%의 전광선 투과도와 75.9%의 확산 투과도를 갖는 광학적으로 우수한 특성을 가지고 있음을 확인 하였음.
(5) 고강도, 고투명 패터닝 소재를 이용한 미세패턴 형성 기술 개발
1차로 저반사 구조(motheye)를 갖는 마스터 몰드로부터 복제된 스탬프를 이용하여, 단위 면적의 필름에 높은 복제율을 갖는 저반사 필름을 제조하기 위한 패턴 형성 기술을 개발완료 하였고, 2차로 복합 구조를 갖는 마스터 스탬프를 제조하여, 직접 프린팅 공정을 통한 패턴 형성 기술을 개발하였음. 개발된 공정은 유연한 몰드를 복제하여 대면적의 패턴의 형성이 가능 하며, 다른 종류의 기능성 레진을 사용하여 패터닝이 가능하므로, 나노구조와 소재가 갖는 복합적인 특성을 이용할 수 있음.
(6) 초소수성 표면 개질 기술 개발
나노 임프린팅 몰드의 재료와의 이형성 향상을 위해 주로 사용되는 기존 액상공정은 공정 과정이 복잡하고, 대면적 및 양산에 어려움이 많은 문제가 있음. 특히, 대량 생산을 위해서는 액체에 일정시간 이상 담그는 방식으로는 어려움이 존재하여, 기상증착 방식의 표면개질 기술을 개발하였음. 개발된 방식으로 개질된 필름의 접촉각은 저반사 패턴의 평우, 신뢰성 평가전 145.5° 였으며, 신뢰성 평가후 143.7°로 거의 변화가 없는 높은 내구성을 가지고 있음을 확인하였고, 마이크로-나노 복합 구조의 경우 152.0°의 초발수 특성을 가지고 있음을 확인하였음.
(7) 저반사 필름의 라미네이션 공정 개발
저반사 필름을 저철분 강화유리와의 라미네이션을 하기 위해, 직접 필름에 녹아 붙는지 여부를 1차로 실험하였고, EVA Sheet를 사용하여야 글라스 표면에 붙는 것을 확인 하였음. 필름의 라미네이션 공정에서 발생하는 추가의 비용을 절감하기 위해 별도의 코팅 공정을 배제하고, 종전에 사용되는 EVA sheet를 사용 하여, 필름이 기포 없이 흡착되는 라미네이션 공정을 하는 방법을 개발하였음.
(8) 일반모듈과 저반사 필름 부착 모듈의 효율 평가
Solar Simulator를 사용하여, 일반 모듈과 저반사 필름이 부착된 모듈의 효율 평가를 실시하였으며, 다양한 라미네이션 방법에 따라 효율이 증가하는 정도가 다르게 나타남을 확인 하였음. 가장 높은 효율을 나타내는 라미네이션 방법으로 모듈을 재제작하여, 실제 외부에서의 효율향상을 확인하는 테스트를 진행중에 있음. Solar Simulator는 단순히 빛의 세기를 조정하여 태양전지 모듈의 발전량을 측정하기 위한 장비로, 장비의 특성상 모듈과 수직한 방향으로 빛이 들어가게 되어 있어, 일출 시간 동안 계속해서 변화하는 점이 고려되지 않은 부분이 있고, 태양전지는 지역별로 다른 남중고도 각도인 약 35~39°로 설치되고 있음.
(9) 저반사 필름 부착모듈의 내구성 평가
제작된 저반사 필름은 외부기관의 장기간 옥외폭로 시험이나 신뢰성 테스트 장비를 사용한 시험에서 패턴의 손상이나 갈라짐 등의 변형 없이 안정한 상태를 유지하는 것을 확인 하였고, 최종 제작된 저반사 필름이 부착된 모듈의 내구성 평가는 KS C IEC61215 방법을 통해 공인인증 기관에서 내구성 평가를 진행하고 있음.

기술개발 배경
태양전지는 실외에 설치하는 장치이므로 외부의 오염이나 충격으로부터 보호할 수 있는 보호층이 필요하며, 표면의 반사를 방지하고 태양전지 내부로 최대한 많은 빛이 들어갈 수 있도록 하는 것이 효율 향상을 위한 중요한 부분임. 또한 태양전지는 표면에 발생하는 오염에 의해 입사광량 감소 및 이에 따른 발전효율이 감소하는 문제가 있음. 위와 같은 입사광량 증가와 자정작용의 발현을 위해, 필름 위에 저반사 기능을 가진 나노 구조를 대면적 나노임프린팅 기술을 이용하여 형성하고, 이의 표면에 자정작용을 위한 표면개질을 더해 태양전지의 효율을 크게 향상 시키기 위한 연구를 진행하였음.

핵심개발 기술의 의의
기존의 나노 임프린팅 기술은 웨이퍼 기반의 기술로, 패턴의 형성 가능 면적 및 사이즈에 한계가 존재하며, 패턴 자체의 기능성을 확보하는데 그치는 수준이나, 대면적 임프린팅 기술 기반의 패터닝 공정과 기상방식의 표면 개질 기술을 통해 제조된 대면적 저반사 필름은 태양전지 이외에도 건물이나 자동차 등의 유리에 부착하여 에너지 절약, 오염방지의 효과를 나타낼 수 있으며, 향후, 대면적 디스플레이의 광학 필름 분야에도 적용될 수 있는 파급력이 높은 기술임.

적용분야
Flexible & Foldable display, OLED등의 유연디스플레이용 광학필름, 건축, 자동차용 필름, 농업용 필름

(출처 : 초록 4p)