연성 플라스틱 기판위에 스프레이 코팅방법으로 제조한 유·무기 보호막의 특성
Properties of Organic-Inorganic Protective Films on Flexible Plastic Substrates by Spray Coating Method
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초록
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 Al2O3(P.S+Al2O3)과 SiO2(P.S+SiO2) 나노 분말을 혼합하여 유·무기복합 보호막 용액을 합성하였다. 플라스틱 기판 위에 코팅한 보호막의 두께가 5 μm에서 91%의 투과율을 나타내었으며78 μm에서 178 μm로 두께가 증가할 경우 광 투과율은 81.6%에서 73.6%으로 감소하였다. 또한 합성한 P.S+Al2O3 복합재료를 사용하여 PEN(polyethylene naphthalate), PC(polycarbonate) 단일 플라스틱 기판과 Acrylate film과 PC 이중막(Acrylate film/PC double layer) 구조와 Al2O3 무기박막과 PEN 이중막(Al2O3 film/PEN double layer) 구조의 기판 위에P.S+Al2O3 용액을 사용하여 수분투과도(water vapor transmission rate, WVTR)와 표면형상 등을 측정하여 최적의 보호막구조를 확인하였다. 즉, Al2O3 film/PEN 이중막 기판위에 형성한 보호막의 수분투과 값은 0.004 gm/m2-day로 가장 우수한내 투습 특성을 나타내었다.
Abstract
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 characteristics were studied depending on the various process conditions (nozzle distance, thicknesses of the coatings, film structures). The organic-inorganic solutions for the protection film layer were synthesized by addition of Al2O3 (P.S+Al2O3) and SiO2 (P.S+SiO2) nano-powders into PVA (polyvinyl alcohol) and SA (sodium alginate) (P.S) organic solution. The optical transmittances of the protection film with the thicknesses of 5 μm showed 91%. The optical transmittance decreased from 81.6% to 73.6% with the film thickness increased from 78 μm to 178 μm. In addition, the protective films were prepared on the PEN (polyethylene naphthalate), PC (polycarbonate) single plastic substrates as well as the Acrylate film coated on PC substrate (Acrylate film/PC double layer), and Al2O3 film coated on PEN substrate (Al2O3 film/PEN double layer) using the P.S+Al2O3 organic-inorganic hybrid solutions. The optimum protection film structure was studied by means of the measurements of water vapor transmittance rate (WVTR) and surface morphology. The protective film on PEN/Al2O3 double layer substrate showed the best water protective property, indicating the WVTR value of 0.004 gm/m2-day.
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