KR101485490B1 - 색채 패턴이 형성된 박막태양전지 및 이의 제조방법 - Google Patents

색채 패턴이 형성된 박막태양전지 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

색채 패턴이 형성된 박막 태양전지 및 이의 제조방법이 개시된다. 색채 패턴이 형성된 박막태양전지는 첫번째기판, 두번째기판, 상기 광전변환필름과 두번째 기판사이에 배치되는 봉지저착필름 및 색채 패턴을 포함한다.
레이저빔은 패턴이 형성된 포토마스크를 지나 광전변환필름의 표면을 용해하여 광전변환필름의 표면에 조각된 부분을 형성한다.
색채 패턴은 조각된 부분에 대응되게 형성되며 색소로 채색된다. 단지 단색의 낮은 선명도의 패턴만을 제공하는 기존 기술과 비교하여 색채 패턴이 형성된 박막태양전지는 높은 선명도의 색채 패턴을 제공할 수 있으며 따라서 박막태양전지의 부가적인 가치를 높일 수 있다.

Description

색채 패턴이 형성된 박막태양전지 및 이의 제조방법{CHROMATICALLY-PATTERNED THIN-FILM SOLAR CELL AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
본 발명은 박막 필름 태양 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 색채 패턴이 형성된 박막 태양전지 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
동력 발전에서 에너지소비 감소와 환경오염을 줄이기 위하여 그린 에너지들은 의욕적으로 개발되어왔으며 널리 사용되어 왔다.
이들 중, 태양 에너지는 쉽게 이용 가능하며 그리고 태양 에너지 시스템을 위한 장소들은 일반적으로 이용 가능하다.
따라서 태양 에너지의 발전은 특히 활발하다.
박막 태양전지는 대량생산 능력과 저렴한 비용 때문에 시장에서 급속히 성장해 왔다.
박막 태양전지들은 유리, 플라스틱, 흑연, 세라믹 및 메탈 재료들로 만들어 지는 값싼 기판을 쓴다.
박막 태양전지는 단지 수 나노미터의 두께를 가지며 유연 기판으로 만들어지기도 한다.
따라서 박막 태양전지는 다양한 분야에 이용된다.
몇몇 박막 태양전지는 기판으로 유리를 쓰며 이는 캐노피, 차양막, 지붕, 및 창문으로 적용되어 전기요금을 절약하며 탄소배출을 절감한다.
창문에 사용되는 태양전지의 추가적인 유용성을 증가시키며 인테리어 조명을 향상시키기 위해서, 레이저 빔이 박막 태양전지의 일부 표면을 용해시켜 패턴이 형성된 부분을 형성하여 창문을 아름답게 하고 빛이 보다 많이 투시되도록 사용된다.
일반적으로, 상기 박막태양전지의 표면을 용해시키는 레이저 빔은 컴퓨터에 의해 온/오프된다.
이러한 경우, 패턴의 선명도는 열악하다.
또한, 반복적인 온/오프는 레이저장치에 쉽게 손상을 주며 레이저장치의 사용기간을 짧게 한다.
한편, 레이저빔의 온/오프 동작으로는 칼라색깔은 말할것도 없고 단지 회색레벨들 없이 검정색과 흰색 패턴만 얻을 수 있어 창문에 박막 태양전지 적용에 어려움을 준다.
따라서, 박막태양전지에 칼라 패턴을 제공하고 이의 선명도를 향상시키는 것은 박막태양전지 발전의 목적이었다.
본 발명의 우선적인 목적은 박막태양전지에 색채 패턴을 형성할 수 없었던 종래의 문제점을 해결하는 것이다.
그리고 종래의 기술 가졌던 단지 박막태양전지에 낮은 선명도의 패턴만 형성할 수 있었으며, 또한 박막태양전지의 표면을 용해시키기 위해 반복적으로 레이저 장치를 온/오프 시킴으로써 결과적으로 레이저 장치의 수명을 단축시켰던 문제점을 해결하고자 하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 색채 패턴이 형성된 박막 태양 전지는 첫번째 기판, 상기 첫번째 기판에 형성되며, 레이저빔이 패턴이 형성된 포토마스크와 연동하여 표면을 용해시켜 표면 위에 조각된 부분들을 형성하는 광전 변환 필름, 상기 광전 변환 필름의 일측에 상기 첫번째 기판으로부터 이격되도록 배치되는 두번째 기판, 상기 광전 변환 필름과 두번째 기판 사이에 배치되어 상기 두번째 기판과 광전변환 필름을 가지는 첫번째 기판을 서로 접합하는 봉지 접착 필름, 상기 첫번째 기판과 두번째 기판 사이에 위치하고 상기 조각된 부분들이 형성된 부분에 대응하는 영역에 형성되며, 상기 조각된 부분들의 형상에 대응되는 형상을 가지는 색채패턴층을 포함한다.
여기서 상기 색채 패턴층은 프린팅, 잉크 분사, 레이저 또는 수공색채를 통해 상기 봉지 접착 필름의 표면에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 봉지 접착 필름은 탄성 수지 또는 열 가소성 플라스틱 재료로 만들어 지는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 광전 변환 필름은 상기 첫번째 기판에 결합되는 투명 전도성 층, 금속 층, 및 상기 투명 전도성 층과 금속층 사이에 형성되는 반도체 층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명의 기술적 사상에 의한 색채 패턴이 형성된 박막 태양 전지는
1단계: 첫번째 기판에 광전변환필름을 형성하는 단계; 2단계: 상기 광전변환필름 위에 패턴이 형성된 포토마스크를 배치하는 단계; 3단계: 라이트 빔이 상기 포토마스크를 통하여 지나 상기 광전변환필름을 용해시켜 상기 광전변환필름에 조각된 부분을 형성하는 단계; 4단계: 두번째 기판을 제공하고 상기 첫번째 기판과 상기 두번째 기판 사이에 봉지접착필름을 배치시키는 단계; 5단계: 상기 첫번째 기판과 두번째 기판 사이에 놓이며 상기 조각된 부분에 대응되는 부분을 색채패턴층을 형성하기 위해 색소로 채색하는 단계; 6단계: 상기 봉지접착필름을 통하여 상기 첫번째 기판과 두번째 기판을 서로 결합시키되 상기 광전변환필름을 가지는 첫번째 기판의 한면은 상기 봉지접착필름을 통해 상기 두번째 기판과 결합하여 태양전지를 형성하는 단계;를 포함하는 방법으로 제작된다.
여기서 상기 단계 5는 상기 봉지 접착 필름이 색채 패턴 층들을 형성하기 위해 색소로 채색되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 단계4에서 상기 봉지 접착 필름은 탄성 수지 또는 열 가소성 플라스틱 재료로 만들어 지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단계 5에서 상기 색소는 색채 패턴을 형성하기 위해 프린팅, 잉크 인젝션, 레이저 또는 수공색채를 통해 칠해지는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 1단계는, 거친 표면을 형성하기 위해 첫번째 기판의 표면을 거칠게 하는 1A 단계; 상기 거친 표면위에 투명 전도성층을 형성하는 1B 단계; 상기 첫번째 기판으로부터 이격된 상기 투명 전도성층 일측에 빛을 흡수하고 빛을 전기에너지로 변환하는데 사용되는 반도체층을 형성하는 1C 단계; 상기 투명 전도성 측으로부터 이격된 상기 반도체층의 일측에 상기 반도체층에 의해 발생된 전기 에너지를 흡수하고 전도하는 금속층을 형성하는 1D 단계;를 더 포함한다.
본 발명에 의한 색채 패턴이 형성된 박막태양전지 및 의의 제조방법은 광전변환 필름의 표면을 용해하기 위해 레이저빔과 포토마스크를 사용한다. 따라서 레이저 장치의 반복적인 온/오프 변환으로 레이저 장치의 서비스 생명이 짧아지는 것으로 방지할 수 있다.
그리고 레이저빔과 포토마스크에 의해 수행되는 용해 공정은 높은 선명도의 회색 레벨 패턴들을 얻을 수 있게 해준다.
또한, 본 발명에 따른 색채 패턴 층들과 조각된 부분들은 창문을 아름답게 하고 박막태양전지의 부가적인 가치를 높일 수 있는 색채 이미지들을 제공할 수 있다.
그리고 본 발명은 색채 패턴을 형성하기 위해 간단한 프린팅 또는 잉크분사 프로세스를 사용한다. 따라서 저렴하며 쉽게 대량 생산을 할 수 있게 한다.
도1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 색채 패턴이 형성된 박막 태양전지의 제조공정 플로어차트이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 색채 패턴이 형성된 박막태양전지의 반 공정이 끝난 개략 구조도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 광전변환필름의 레이저빔 용해 모습을 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 첫번째 실시예에 따른 색채 패턴이 형성된 박막태양전지의 개략 분해도이다.
도 5는 본 발명의 두번째 실시예에 따른 색채 패턴이 형성된 박막태양전지의 개략 분해도이다.
도 6은 본 발명의 세번째 실시예에 따른 색채 패턴이 형성된 박막태양전지의 개략 분해도이다.
본 발명의 기술적 특징들은 도면과 함께 아래 기술된다.
도 1과 도 2를 참조하여 설명한다.
본 발명은 아래와 같은 색채 패턴이 형성된 박막 태양전지의 제작방법을 제안한다.
1단계 : 광전변환필름(20)을 첫번째 기판(10)위에 형성한다. 상기 광전변환필름(20)은 아래와 같은 방법으로 제작된다.
1A 단계: 표면을 거칠게 한다. 첫번째 기판(10)의 표면을 첫번째 기판(10)에서 반사되는 빛을 줄이며 첫번째 기판(10)을 통하여 지나는 빛을 증가시키기 위한 거친 표면을 형성하기 위해 거칠게한다.
1B 단계: 투과 전도성층(21)을 형성한다. 상기 거친 표면위에 투과 전도성층(21)이 형성된다. 상기 투과 전도성 층(21)은 산화 인듐 주석(ITO: indium tin oxide) 또는 산화 아연 갈륨(zinc gallium oxide)로 만들어 진다.
1C 단계: 반도체 층(22)을 형성한다. 반도체 층(22)은 상기 투과 전도성 층(21)의 상기 첫번째 기판(10)으로부터 멀리 떨어진 일면에 형성된다. 상기 반도체 층(22)은 빛을 흡수하고 빛을 전기에너지로 변환한다. 상기 반도체 층(22)은 PIN 반도체로 형성될 수 있다.
1D 단계: 금속층(23)을 형성한다. 금속층(23)은 상기 투과 전도성 층(21)으로부터 멀리 떨어진 상기 반도체 층(22)의 일면에 형성된다. 상기 금속층(23)은 은이나 알루미늄으로 형성될 수 있다. 상기 금속층(23)과 투과 전도성 층(21)은 상기 반도체층(22)에 의해 발생된 전기 에너지를 흡수하고 전도한다.
도 3을 참조하여 설명한다. 1단계 이후에 포토 마스크(30)을 상기 광전 변환 필름(20)위에 정렬하는 2단계 프로세스로 진행된다.
도 4를 참조하여 설명한다. 다음에 조각된 부분(24)을 형성하는 3단계로 프로세스를 진행한다.
레이저 빔(40) 또는 파과빔은 상기 포토마스크(30)을 통하여 지나 상기 광전 변환 필름(20)의 일부 부분을 용해하고 몇몇 조각된 부분(24)을 형성한다.
상기 레이저빔(40)은 연속적으로 상기 포토마스크(30)을 스캔한다.
상기 포토마스크(30)의 회색 레벨 패턴들은 상기 포토마스크를 통하여 지나는 상기 레이저빔(40)의 강도를 제어한다.
다른 패턴들은 다른게 용해된 부분들을 만든다.
실험 결과에 따르면, 광전 변환 필름(20)의 단지 약 10%부분을 용해하는 것으로 광 투과성과 인테리어 조명을 효과적으로 증가시키기 충분하다.
기존의 용해시키지 않은 광전 변환 필름과 비교하여 본 발명은 인테리어 조명이 효과적으로 증대되면서도 에너지 변환 효율을 90% 보존할 수 있다.
다음으로, 두번째 기판(50)과 봉지 접착 필름(60)을 배치하는 4단계 프로세스로 진행한다.
상기 봉지 접착 필름(60)은 상기 첫번째 기판(10)과 상기 두번째 기판(50) 사이에 배치된다.
상기 봉지 접착 필름(60)은 탄성 수지 또는 열가소성 플라스틱 재료로 만들어진다.
상기 탄성 수지는 EVA수지(ethylene-vinyl acetate copolymers), 폴리우레탄(polyurethane cast resins), 폴리아크릴(polyacrylate cast resins) 및 실리콘으로 구성된 그룹에서 선택된다.
상기 열가소성 플라스틱 재료는 TPU(thermoplastic polyurethane), PVC (Polyvinyl Chloride), 개질된 폴리올레핀(modified polyolefines)으로 구성된 그룹에서 선택된다.
다음으로, 색채 단계인 5단계로 프로세스가 진행된다.
상기 첫번째 기판(10)과 두번째 기판(50) 사이이며 상기 조각된 부분(24)과 대응되는 부분은 색채 패턴 층(70)을 형성하기 위하여 색소로 채색된다.
일실시예에서는, 상기 조각된 부분(24)에 대등되는 상기 봉지 접착 필름(60)의 부분은 색채패턴층(70)을 형성하기 위하여 색소로 채색된다.
도 5를 참조하여 다른 실시예에 대하여 설명한다. 이 실시예에서 상기 색소는 상기 봉지접착필름(60)의 표면에는 책색되지 않으며 상기 광전 변환 필름 표면의 조각된 부분(24)에 직접 채색된다.
도 6를 참조하여 또 다른 실시예에 대하여 설명한다. 또 다른 실시예에서는, 상기 색소는 두번째 기판(50)를 채색하기 위해 사용된다.
상기 색소는 채색 패턴 층들(70)을 형성하기 위해 프린팅, 잉크분사, 레이저 또는 수공착색 등을 통하여 상기 광전변환 필름(20) 또는 상기 봉지 접착 필름(60)에 칠해진다.
다음으로 결합단계인 6단계 프로세스로 진행된다.
상기 봉지 접착 필름(60)은 상기 첫번째 기판(10)과 두번째 기판(50)을 결합하는데 상기 광전변환 필름(20)을 가지는 상기 첫번째 기판(10)의 일측은 상기 두번째 기판(50)과 태양전지를 형성하기 위해 상기 봉지 접착 필름(60)을 통해 결합된다.
본 발명은 또한 첫번째 기판(10), 상기 첫번째 기판에 형성되는 광전 변환 필름(20), 두번째 기판(50), 상기 두번째 기판과 상기 광전 변환 필름 사이에 배치되는 봉지 접착 필름(60), 및 색채 패턴층(70)을 포함하는 채색된 패턴을 가지는 박막 태양전지를 제안한다.
상기 광전 변환 필름(20)은 상기 첫번째 기판(10)에 형성되는 투명 전도성 층(21)과 금속 층(23), 상기 전도성 층(21)과 상기 금속 층(23)사이에 형성되는 반도체 층(22)을 포함한다.
상기 봉지 접착 필름(60)은 탄성 수지 또는 열가소성 플라스틱 재료로 만들어진다.
상기 탄성 레진은 EVA수지(ethylene-vinyl acetate copolymers), 폴리우레탄(polyurethane cast resins), 폴리아크릴(polyacrylate cast resins) 및 실리콘으로 구성된 그룹에서 선택된다.
상기 열가소성 플라스틱 재료는 TPU(thermoplastic polyurethane), PVC (Polyvinyl Chloride), 개질된 폴리올레핀(modified polyolefines)으로 구성된 그룹에서 선택된다.
레이저 빔(40)은 패턴이 형성된 포토마스크(30)를 통하여 지나 상기 광전 변환 필름(20)의 표면을 용해시키고 상기 광전 변환 필름(20)의 표면에 조각된 부분(24)를 형성한다.
상기 색채패턴층(70)이 색소로 채색되며 상기 첫번째기판(10)과 두번째 기판(50)사이에 위치하며 상기 조각된 부분(24)에 대응하는 부분을 형성하는 것은 특별히 설명되어야 한다.
도 4를 참조하여 설명한다.
일 실시예에서 상기 색채 패턴 층(70)은 프린팅, 잉크 분사, 레이저 및 수공 채색을 통하여 상기 봉지 접착 필름(60)에 형성된다.
도 5를 참조하여 설명한다.
다른 실시예에서, 상기 색소는 상기 광전 변환 필름(20)에 패턴이 형성된 층(70)을 형성하기 위해 상기 광전변환필름(20)을 채색하는데 사용된다.
도 6을 참조하여 설명한다.
또 다른 실시예에서, 상기 색소는 상기 두번째 기판(50)에 채색 패턴층(70)을 형성하기 상기 두번째 기판(50)을 채색하는데 사용된다.
상기 두번째 기판(50)은 상기 봉지 접착 필름(60)을 통해 상기 첫번재 기판(10)에 결합된다.
도 4를 참조하여 설명하면, 빛(80)은 색채 패턴을 상기 봉지 접착 필름(60)위의 채색 패턴층(70)을 투과한 다음 상기 조각된 부분(24)을 통하여 지나 색채패턴을 나타낸다.
종래의 기술과 비교하여, 본 발명은 아래와 같은 특징을 가진다.
본 발명은 광전변환 필름(20)의 표면을 용해하기 위해 레이저빔(40)과 포토마스크(30)를 사용한다.
따라서 본 발명은 레이저 장치의 반복적인 온/오프 변환으로 레이저 장치의 서비스 생명이 짧아지는 것으로 방지할 수 있다.
상기 레이저빔(40)과 포토마스크(30)에 의해 수행되는 상기 용해 공정은 높은 선명도의 회색 레벨 패턴들을 얻을 수 있게 해준다.
상기 색채 패턴 층들(70)과 조각된 부분들(24)은 창문을 아름답게 하고 박막태양전지의 부가적인 가치를 높일 수 있는 색채 이미지들을 제공할 수 있다.
본 발명은 색채 패턴을 형성하기 위해 간단한 프린팅 또는 잉크분사 프로세스를 사용한다. 따라서 본 발명에 따르면 저렴하며 쉽게 대량 생산을 할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
첫번째 기판:10 광전변환필름:20 투과 전도성 층:21
반도체층:22 금속층:23 포토마스크:30
레이저빔:40 두번째기판:50 봉지접착필름:60
색채패턴층:70

Claims (9)

  1. 첫번째 기판;
    상기 첫번째 기판에 형성되며, 레이저빔의 투과 강도를 제어하는 회색 레벨 패턴이 형성된 포토마스크를 레이저빔이 연속적으로 스캔하면서 통과하여 강도가 제어된 레이저빔에 의해 표면이 용해되면서 표면에 조각된 부분들이 형성된 광전 변환 필름;
    상기 광전 변환 필름의 일측에 상기 첫번째 기판으로부터 이격되도록 배치되는 두번째 기판;
    상기 광전 변환 필름과 두번째 기판 사이에 배치되어 상기 두번째 기판과 광전변환 필름을 가지는 첫번째 기판을 서로 접합하는 봉지 접착 필름; 그리고,
    상기 첫번째 기판과 두번째 기판 사이에 위치하고 상기 조각된 부분들이 형성된 부분에 대응하는 영역에 형성되며, 상기 조각된 부분들의 형상에 대응되는 형상을 가지는 색채패턴층을 포함하는 색채 패턴이 형성된 박막 태양 전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 색채 패턴층은 프린팅, 잉크 분사, 레이저 또는 수공색채를 통해 상기 봉지 접착 필름의 표면에 형성되는 것을 특징으로 하는 색채 패턴이 형성된 박막 태양 전지.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 봉지 접착 필름은 탄성 수지 또는 열 가소성 플라스틱 재료로 만들어 지는 것을 특징으로 하는 색채 패턴이 형성된 박막 태양 전지.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 광전 변환 필름은 상기 첫번째 기판에 결합되는 투명 전도성 층, 금속 층, 및 상기 투명 전도성 층과 금속층 사이에 형성되는 반도체 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 색채 패턴이 형성된 박막 태양 전지.
  5. 1단계: 첫번째 기판에 광전변환필름을 형성하는 단계;
    2단계: 상기 광전변환필름 위에 레이저빔의 투과 강도를 제어하는 회색 레벨 패턴이 형성된 포토마스크를 배치하는 단계;
    3단계: 레이저빔이 상기 포토마스크를 연속적으로 스캔하면서 통과하여 상기 회색 레벨 패턴에 의해 강도가 제어된 레이저빔에 의해 상기 광전변환필름의 표면이 용해되면서 상기 광전변환필름에 조각된 부분을 형성하는 단계;
    4단계: 두번째 기판을 제공하고 상기 첫번째 기판과 상기 두번째 기판 사이에 봉지접착필름을 배치시키는 단계;
    5단계: 상기 첫번째 기판과 두번째 기판 사이에 놓이며 상기 조각된 부분에 대응되는 부분을 색채패턴층을 형성하기 위해 색소로 채색하는 단계;
    6단계: 상기 봉지접착필름을 통하여 상기 첫번째 기판과 두번째 기판을 서로 결합시키되 상기 광전변환필름을 가지는 첫번째 기판의 한면은 상기 봉지접착필름을 통해 상기 두번째 기판과 결합하여 태양전지를 형성하는 단계;를 포함하는 색채 패턴이 형성된 박막 태양전지 제조 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 단계 5는 상기 봉지 접착 필름이 색채 패턴 층들을 형성하기 위해 색소로 채색되는 것을 특징으로 하는 색채 패턴이 형성된 박막 태양전지 제조 방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 단계4에서 상기 봉지 접착 필름은 탄성 수지 또는 열 가소성 플라스틱 재료로 만들어 지는 것을 특징으로 하는 색채 패턴이 형성된 박막 태양전지 제조 방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 단계 5에서 상기 색소는 색채 패턴을 형성하기 위해 프린팅, 잉크 인젝션, 레이저 또는 수공색채를 통해 칠해지는 것을 특징으로 하는 색채 패턴이 형성된 박막 태양 전지 제조방법.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 1단계는,
    거친 표면을 형성하기 위해 첫번째 기판의 표면을 거칠게 하는 1A 단계;
    상기 거친 표면위에 투명 전도성층을 형성하는 1B 단계;
    상기 첫번째 기판으로부터 이격된 상기 투명 전도성층 일측에 빛을 흡수하고 빛을 전기에너지로 변환하는데 사용되는 반도체층을 형성하는 1C 단계;
    상기 투명 전도성 측으로부터 이격된 상기 반도체층의 일측에 상기 반도체층에 의해 발생된 전기 에너지를 흡수하고 전도하는 금속층을 형성하는 1D 단계;를 더 포함하는 색채 패턴이 형성된 박막 태양 전지 제조방법.
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