몬트리올 대학 스마트 랩: 태양전지 연구 자동화로 혁신

오늘날의 화학 실험실은 더 열심히 일하는 것이 아니라 더 똑똑하게 일하는 것입니다. 더 높은 재현성과 속도가 처리량과 연구 품질을 높이고 있습니다. 더 이상 지루하고 반복적인 작업에 얽매이지 않고, 과학자들은 마침내 업무의 더 창의적인 측면에 집중할 수 있게 되었습니다.

이 기사는 다니엘 샤트랑(Daniel Chartrand) 박사와 그가 몬트리올 대학(U of M)에 구축한 자동화 플랫폼을 다룹니다. 이 플랫폼은 더 친환경적이고 깨끗한 에너지를 위해 대학의 태양전지 연구를 가속화하기 위한 것입니다.

 

샤트랑 박사는 불활성 분위기 인클로저 내에서 소형 테스트 태양전지의 제작과 특성 분석을 자동화해야 했습니다.

 
태양전지

태양전지는 빛 또는 광자가 반도체 물질에 흡수되어 전기로 변환될 때 에너지를 생성합니다. 태양전지 장치는 태양광 패널의 전기적 빌딩 블록입니다. 일반적으로 청정 에너지 생산에 사용되며, 빛을 감지하고 강도를 측정하는 데도 사용될 수 있습니다.

태양전지 생산은 소비되는 재료와 에너지 때문에 항상 환경 친화적이지는 않습니다. 그래서 전 세계 연구자들은 더 나은 생산 방법을 모색하고 있습니다.

샤트랑 박사의 시스템은 몬트리올 대학 화학 실험실 연구자들에게 새로운 태양전지 소재와 생산 방법을 탐구할 수 있는 빠른 자동화 플랫폼을 제공합니다.

 

자동화 과제

이 연구에 필요한 유리 기판은 섬세합니다. 각 기판은 정확히 동일한 조건 하에서 불활성 분위기 챔버 내부에서 신중하게 다뤄져야 합니다. 이 과제는 비좁은 공간에서 기동할 수 있는 작고 컴팩트하지만 매우 정밀한 로봇을 필요로 했습니다. 또한 플랫폼의 구성 요소는 저렴하면서도 높은 신뢰성, 사용 편의성을 갖춰야 했습니다.

솔루션

로봇 구성 요소로, 샤트랑 박사는 세계에서 가장 작은 6축 로봇 팔인 메카500을 선택했습니다. 로봇을 리니어 축에 장착하면 더 큰 로봇을 사용하는 것보다 도달 범위가 크게 확장되었습니다. 로봇의 미세하고 재현 가능한 포지셔닝은 비전이나 다른 수단을 사용한 정렬 시스템의 필요성을 제거했습니다.

수동에서 로봇화된 움직임으로

 먼저 로봇이 랙을 베이스에 놓습니다. 그런 다음 유리 기판을 베이스에서 스핀 코터로 옮깁니다. 다음으로 액체 핸들러가 유리 기판에 액체를 준비하고 증착하며, 이어서 어닐링(열처리)을 위한 히팅 플레이트가 작동합니다. 설정 시간이 도달하면 로봇이 유리 기판을 플레이트에서 꺼내 뒤집고 트레이에 놓습니다. 트레이가 가득 차면 로봇이 진공 챔버에 적재하여 금속 증착을 수행합니다.     

혜택

이 플랫폼 덕분에: 처리량이 10배 증가했습니다. 미세하고 재현 가능한 움직임이 가능해져 가변 용액 준비와 어닐링 시간이 가능해졌습니다. 이는 더 높은 연구 품질로 이어집니다. 무엇보다 샤트랑 박사의 자동화는 연구자들을 지루하고 반복적인 업무에서 해방시켜 환경에 기여하는 혁신에 집중할 수 있게 합니다.

 

샤트랑 박사 소개

다니엘 샤트랑 박사는 몬트리올 대학에서 배위 화학 박사 학위를 받았으며, 지난 14년간 그곳에서 일해 왔습니다. 현재 재료 및 분자 광활성 분석 실험실(LAMP)의 연구 고문으로 재직 중입니다. 샤트랑 박사는 이 로봇화된 태양전지 특성 분석과 같은 분석 기술의 처리량을 향상시키기 위한 자동화 설계 및 구현에 열정을 가지고 있습니다.

몬트리올 대학 소개

몬트리올 대학교(Université de Montréal)는 세계 최고의 연구 대학 중 하나입니다. 1878년 퀘벡 주 몬트리올에 설립되었으며, 지식을 최전선에 둠으로써 사회적 웰니스에 기여하는 것을 목표로 합니다. 이 목표로 2019년 최첨단 연구를 위한 새로운 최첨단 과학 단지인 MIL 캠퍼스를 개설했습니다. 더 알아보기 >

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