KR101994077B1 - 플렉시블 태양전지를 이용한 정보 표시 장치 - Google Patents

플렉시블 태양전지를 이용한 정보 표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플렉시블 태양전지를 이용한 정보 표시 장치에 관한 것으로서, CIGS 박막형 태양전지를 발전소자로 채택함으로써 정보 표시장치의 플렉시블하면서도 대면적화를 용이하게 구현할 수 있을 뿐만 아니라, CIGS 태양전지에 펀칭 홈을 형성하여 펀칭 홈에 엘이디 발광소자를 배치하는 구조를 채택함으로써 태양전지모듈에 발광부인 엘이디 발광소자를 직접 삽입하는 구조를 채택하여 정보, 광고 등을 표현하는 정보 표시 장치 구현에 대한 디자인 룰의 제한을 해소할 수 있는 플렉시블 태양전지를 이용한 정보 표시 장치에 관한 것이다.

Description

플렉시블 태양전지를 이용한 정보 표시 장치{Information display device using flexible solar cell}
본 발명은 플렉시블 태양전지를 이용한 정보 표시 장치에 관한 것으로서, CIGS 박막형 태양전지를 발전소자로 채택함으로써 정보 표시장치의 플렉시블하면서도 대면적화를 용이하게 구현할 수 있을 뿐만 아니라, CIGS 태양전지에 펀칭 홈을 형성하여 펀칭 홈에 엘이디 발광소자를 배치하는 구조를 채택함으로써 태양전지모듈에 발광부인 엘이디 발광소자를 직접 삽입하는 구조를 채택하여 정보, 광고 등을 표현하는 정보 표시 장치 구현에 대한 디자인 룰의 제한을 해소할 수 있는 플렉시블 태양전지를 이용한 정보 표시 장치에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기에너지로 변환하는 장치로서 다른 신재생 에너지원에 비하여 그 에너지원을 장소에 구애받지 않고 사용할 수 있다는 장점이 있다.
일반적으로 태양전지는 태양이 방출하는 빛 에너지를 반도체 특성을 이용하여 전기 에너지로 변환시키는 장치로서, p-n접합으로 구성된 다이오드를 사용하며, 광흡수층으로 사용되는 물질에 따라 다양한 종류로 구분된다.
태양전지의 구조 및 원리에 대해서 간단히 설명하면, 태양전지는 P(Positive)형 반도체와 N(Negative)형 반도체를 접합시킨 PN 접합 구조를 하고 있으며, 이러한 구조의 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(Hole)과 전자(Electron)가 발생하고, 이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공(+)는 P형 반도체쪽으로 이동하고 상기 전자(-)는 N형 반도체쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생하게 됨으로써 전력을 생산할 수 있게 된다.
특히, 광흡수층으로 실리콘을 사용하는 태양전지는 결정질 기판형 태양전지와, 비정질의 박막형 태양전지로 구분된다.
근래에는 다양한 산업분야에서 엘이디를 응용한 다양한 제품이 개발되어 적용되고 있는데, 특히 고휘도의 엘이디 램프는 수명이 반영구적이면서도 소비전력이 매우 낮은 장점이 있으므로, 기존의 형광등이나 백열등, 나트륨등 및 수은등을 비롯한 다양한 전등을 대체할 수 있다.
즉, 엘이디 램프를 통해 각종 유해물질이 포함되고 수명이 짧은 기존의 전등을 대체함에 따라 환경오염을 줄일 수 있는 효과가 있음과 더불어, 엘이디 램프의 낮은 전력소모를 통해 에너지 절감 효과도 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 광소자의 종류에 따라 적색, 녹색, 청색의 광 출력을 얻을 수 있어, 광통신을 비롯하여 전자광고판 등에 문자나 숫자 등의 영상을 표시하는데 많이 이용되고 있다.
또한, 문자나 숫자 등의 영상을 여러 가지 색상으로 표시하기 위해서 서로 다른 색(빛의 3원색)의 엘이디 칩들을 근접 배치함으로써 색의 간섭을 통해 자연의 색을 표현하도록 하고 있다.
이러한 장점을 이용한 종래의 기술로서는 대한민국 등록특허 제10-1225980호의 "발광장치"가 제안되었다.
이를 도 1을 참조하여 설명하면, 태양광이 입사하는 전면기판(110)과 전면기판(110)과 대향하는 후면기판(120) 사이에 복수의 태양전지(150)가 배열되는 태양전지모듈(100), 후면기판(120)상에 위치하는 발광부(200) 및 태양전지모듈(100)과 발광부(200)를 체결하는 체결부(11)를 포함하고, 발광부(200)는 후면기판(120)상의 도광판(210)과 도광판(210)의 적어도 일 측면에 위치하는 발광소자모듈(220)을 포함한다.
태양전지(150)는 결정질 실리콘(crystalline silicon), 화합물 반도체(compound semiconductor), 적층형(tandem), 비정질 실리콘(a-Si), 미세결정 실리콘(c-Si), 구리인듐갈륨셀레늄(CIGS), 카드뮴 텔룰라이드(CdTe), 염료감응(dye-sensitized), 및 유기(organic) 등 다양한 형태로 구현되며, 태양전지모듈(100)은 복수의 태양전지(150), 복수의 태양전지를 전기적으로 연결하는 복수의 리본(143), 복수의 리본(143)을 연결하는 버스 리본(145), 복수의 태양전지(150)를 상면 및 하면에서 밀봉하는 제1 밀봉 필름(131)과 제2 밀봉 필름(132), 태양전지(150)의 수광면을 보호하는 전면 기판(110) 및 태양전지(150)의 이면을 보호하는 후면 기판(120)을 포함한다.
전면 기판(110)은 태양광을 투과하도록 제1 밀봉 필름(131) 상에 위치하며, 외부의 충격 등으로부터 태양전지(150)를 보호하기 위해 강화유리를 사용하며, 태양전지모듈(100)에서 생성된 전류는 후면기판(120) 상에 위치하는 발광부(200)로 전달되며, 발광부(200)는 이를 이용하여 광을 생성할 수 있다.
그러나, 이러한 종래의 기술은 태양광을 구동전원으로 사용할 수 있는 발광장치에 관한 것이나, 태양광이 입사하는 전면기판과 전면기판과 대항하는 후면기판 사이에 복수의 태양전지가 배열되는 태양전지 모듈, 후면기판상에 위치하는 발광부 및 태양전지 모듈과 발광부를 체결하는 체결부를 포함하며, 발광부는 후면기판상의 도광판과 도광판의 적어도 일 측면에 위치하는 발광소자모듈을 포함함으로써, 유연성 있는 정보 표시 장치의 대면적화 구현에 대한 어려움 및 발광부와 태양전지모듈의 일체화되지 않아 정보 표시 장치의 구현에 대한 디자인 룰에 제한이 존재한다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 CIGS 태양전지를 채택함으로써 정보 표시장치의 평판형, 원통형 등의 플렉시블하면서도 대면적화를 용이하게 구현하기 위한 목적이 있다.
또한, CIGS 태양전지에 펀칭 홈을 형성하여 펀칭 홈에 엘이디 발광소자를 배치하는 구조를 채택함으로써 태양전지모듈에 발광부인 엘이디 발광소자를 직접 삽입하는 구조를 채택함으로써 정보 표시 장치 구현에 대한 디자인 룰의 제한을 해소하기 위한 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 플렉시블 태양전지를 이용한 정보 표시 장치에 있어서, 광 수집 능력을 증대시키기 위한 광 수집층; 상기 광 수집층의 하부에 위치하는 제1 접착제층; 상기 제1 접착제층의 하부에 위치하며 엘이디 광원을 수용하기 위한 펀칭 홈이 형성된 태양광 발전을 위한 플렉시블 CIGS 태양전지층; 상기 플렉시블 CIGS 태양전지층 하부에 위치하는 제2 접착제층; 상기 제2 접착제층 하부에 위치하는 절연체층; 상기 플렉시블 CIGS 태양전지층, 제2 접착제층 및 절연체층을 관통하여 배치되는 엘이디 발광소자; 상기 엘이디 발광소자의 하부에 배치되며, 상기 엘이디 발광소자의 전기적인 접속을 위하여 배치되는 플렉시블 엘이디 기판층; 상기 플렉시블 엘이디 기판층 하부에 위치하는 제3 접착제층; 상기 제3 접착제층 하부에 배치되는 방열판; 상기 방열판의 하부에 배치되는 플렉시블 배터리로 구성되는 것을 특징으로 하는 플렉시블 태양전지를 이용한 정보 표시 장치에 의해 달성된다.
따라서, 본 발명의 플렉시블 태양전지를 이용한 정보 표시 장치는 CIGS 태양전지를 채택함으로써 정보 표시장치의 평판형, 원통형 등의 플렉시블하면서도 대면적화를 용이하게 구현하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 CIGS 태양전지에 펀칭 홈을 형성하여 펀칭 홈에 엘이디 발광소자를 배치하는 구조를 채택함으로써 태양전지모듈에 발광부인 엘이디 발광소자를 직접 삽입하는 구조를 채택함으로써 정보 표시 장치 구현에 대한 디자인 룰의 제한을 해소할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 발광장치의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 플렉시블 태양전지를 이용한 정보 표시 장치의 단면 개략도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 플렉시블 태양전지를 이용한 정보 표시 장치의 단면 개략도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 플렉시블 태양전지를 이용한 정보 표시 장치는 광 수집 능력인 집광 효율을 높이기 위하여 광 수집층(310)이 형성된다.
이러한 광 수집층(310)은 광 확산판 또는 렌즈중 어느 하나로 구성되며, 보다 바람직하기로는 벌집(honeycomb)형상이 반복적으로 형성되는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 광 수집층(310) 상부에는 다이아몬드 나노 파우더층 또는 실리콘 산화물층을 형성함으로써 옥외에서의 사용 가능성이 높은 플렉시블 태양전지를 이용한 정보 표시 장치의 강도를 보강하는 것이 가능하다.
이와 같은 강도를 보강하는 소재로서 다이아몬드 나노 파우더층 또는 실리콘 산화물층을 사용하는 것은 일반적으로 강화유리를 사용하는 것이 일반적이나 강화유리의 경우 충격에 약하여 깨짐 현상이 발생되기 쉬우므로 이를 개선하기 위한 것이다.
이중, 실리콘 산화물층은 상압 플라즈마 코팅에 의하여 형성하는 것이 더욱 바람직하다.
이러한 광 수집층(310)의 하부에는 광 수집층(310)과 플렉시블 CIGS(Copper Indium Gallium Selenide) 태양전지층(330)을 접착하기 위한 제1 접착제층(320)이 형성된다.
여기서, 플렉시블 CIGS 태양전지층(330)은 정보 또는 광고 등의 정보를 표시하기 위한 엘이디 광원(360)을 수용하기 위하여 펀칭 홈이 형성되며, CIGS 태양전지는 비 실리콘 계열 태양전지 가운데 광 흡수율이 높아 에너지 변환 효율이 가장 높으며 안정성이 뛰어날 뿐만 아니라 원자재 소비가 적으며 공정 비용과 재료 비용이 저렴한 장점을 보유하고 있는 소재이다.
이러한 플렉시블 CIGS 태양전지층(330)은 제1 접착제층의 하부에 위치하여 엘이디 광원(360)을 수용하기 위한 펀칭 홈이 형성되며, 펀칭 홈은 레이저 또는 기구적 홀 가공장치에 의하여 형성되며, 보다 바람직하기로는 레이저 가공장치에 의하여 홀을 가공하여 레이저 조사시 발생하는 션트(shunt)된 소자를 에지 아이솔레이션(edge isolation)하는 방식을 적용한다.
또한 플렉시블 CIGS 태양전지층(330) 하부에는 절연체층(350)과 접착하기 위한 제2 접착제층(340)이 구비된다.
본 발명의 정보 또는 광고 등을 표시하기 위한 엘이디 발광소자(360)는 플렉시블 CIGS 태양전지층(330), 제2 접착제층(340) 및 절연체층(350)을 관통하여 배치된다.
이중 엘이디 발광소자(360)의 정보 또는 광고 등의 표시를 위하여 엘이디 발광소자(360)에 전기적인 신호를 공급하기 위하여 구비되는 엘이디 기판층(370)은 플레시블한 소재에 의하여 형성되며, 플렉시블 소재는 일반적인 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)기술분야에서 사용되는 소재를 사용한다.
또한, 플렉시블 엘이디 기판층(370)의 하부에는 제3 접착제층(380)이 형성되며, 이러한 제3 접착제층(380)은 플렉시블 엘이디 기판층(370)과 방열판(400)을 접착한다.
이러한 제3 접착제층(380)에는 엘이디 발광소자(360)에 공급되는 전력이 불안정한 경우 엘이디 발광소자(360)의 안정적인 발광을 확보하기 위하여 캐패시터(390)을 접속함으로써 엘이디 발광소자(360)에 공급되는 전력이 불안정한 경우 캐패시터(390)가 이를 보완함으로써 엘이디 발광소자(360)의 안정적인 발광 성능을 확보하는 것이 가능하다.
또한, 제3 접착제층(380)의 하부에 배치되는 방열판(400)은 도면에서 별도로 도시하지 않았으나, 하부에 방열핀(미도시)을 구비하여 방열효율을 높이는 것이 가능하다.
또한, 방열판(400)의 하부에는 일반적인 충방전용 배터리를 구비하는 것도 가능하나, 보다 바람직하기로는 플렉시블한 충방전용 배터리(410)로 형성함으로써 본 발명인 플렉시블 태양전지를 이용한 정보 표시 장치의 형태적인 가변성을 더욱 확보하는 것이 가능하다.
또한, 광 수집층(310)의 하부에 강도 보강층(미도시)을 배치하며, 강도 보강층 상부에는 광 수집층(310)과의 접착을 위한 제4 접착제층(미도시)을 구비하는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에서 각각의 층을 접착하기 위한 제1 내지 제4 접착제층은 EVA(Ethylene-Vinyl Acetate), PO(Poly-Olefin) 또는 PVB(Poly-Vinyl Butyral) 소재중 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하나, 이들 접착제 층에 사용되는 소재를 혼용하여 사용하는 것도 가능하다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
310 : 광 수집층 320 : 제1 접착제층
330 : 플렉시블 CIGS 태양전지층 340 : 제2 접착제층
350 : 절연체층 360 : 엘이디 발광소자
370 : 플렉시블 엘이디 기판층 380 : 제3 접착제층
390 : 캐패시터 400 : 방열판
410 : 플렉시블 배터리

Claims (8)

  1. 플렉시블 태양전지를 이용한 정보 표시 장치에 있어서,
    광 수집 능력을 증대시키기 위한 광 수집층;
    상기 광 수집층의 하부에 위치하는 제1 접착제층;
    상기 제1 접착제층의 하부에 위치하며 엘이디 광원을 수용하기 위한 펀칭 홈이 형성된 태양광 발전을 위한 플렉시블 CIGS 태양전지층;
    상기 플렉시블 CIGS 태양전지층 하부에 위치하는 제2 접착제층;
    상기 제2 접착제층 하부에 위치하는 절연체층;
    상기 플렉시블 CIGS 태양전지층, 제2 접착제층 및 절연체층을 관통하여 배치되는 엘이디 발광소자;
    상기 엘이디 발광소자의 하부에 배치되며, 상기 엘이디 발광소자의 전기적인 접속을 위하여 배치되는 플렉시블 엘이디 기판층;
    상기 플렉시블 엘이디 기판층 하부에 위치하는 제3 접착제층;
    상기 제3 접착제층 하부에 배치되는 방열판;
    상기 방열판의 하부에 배치되는 플렉시블 배터리로 구성되며,
    상기 광 수집층 상부에는 다이아몬드 나노 파우더층 또는 실리콘 산화물층을 형성하며, 상기 실리콘 산화물층은 상압 플라즈마 코팅에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉시블 태양전지를 이용한 정보 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광 수집층은 광 확산판 또는 렌즈중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 플렉시블 태양전지를 이용한 정보 표시 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광 수집층은 벌집형상을 가지는 것을 특징으로 하는 플렉시블 태양전지를 이용한 정보 표시 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3 접착제층에는 상기 엘이디 발광소자의 안정화를 위하여 접속되는 캐패시터가 포함되는 것을 특징으로 하는 플렉시블 태양전지를 이용한 정보 표시 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광 수집층 하부에 강도 보강층을 배치하며, 상기 강도 보강층 상부에는 상기 광 수집층과의 접착을 위한 제4 접착제층을 구비하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 태양전지를 이용한 정보 표시 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 접착제층은 EVA, PO 또는 PVB 소재중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉시블 태양전지를 이용한 정보 표시 장치.
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