KR102070099B1 - 방사선 차폐 기능을 갖는 플렉서블 우주용 태양 전지 어레이 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
태양 전지 어레이의 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 우주 태양 전지 어레이 제조 방법은, PI 필름, 복수의 태양 전지, 감광제 및 메탈 연결체를 포함하는 태양 전지 어레이를 준비하는 단계, 상기 태양 전지 어레이의 태양 전지 사이에 가이드를 형성하는 단계, 가이드가 형성된 태양 전지 어레이의 상단에 접착제를 코팅하는 단계, 탄성 고분자 스탬프에 의해 픽업된 커버 글라스를 태양 전지 어레이에 접촉시키는 단계 및 상기 탄성 고분자 스탬프를 회수하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 플렉서블 우주용 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 커버 글라스의 가이드 프린팅 방법을 포함하는 플렉서블 우주용 태양 전지의 제조 방법 및 제조 방법을 이용하여 제조된 플렉서블 우주용 태양 전지에 관한 것이다.
우주선의 주요 전력원으로서, 태양 전지는 우주 공간에의 임무를 위한 충분한 전력을 공급하고 발사 비용을 낮추기 위해 높은 전기 성능과 경량을 필요로 한다. 다중 접합 화합물 반도체 태양 전지는 상대적으로 높은 전력을 생산하나, 다중 접합 화합물 반도체 태양 전지의 기판은 태양 전지보다 수십 배 또는 수백 배 더 두껍고 뻣뻣하다.
본 발명에서는 두껍고 뻣뻣한 기판에서 박막 태양전지를 분리하여 플렉서블 기판으로 옮기고 커버 글라스와 결합함으로써, 비평면 표면에 부착될 수 있는 플렉서블 우주 태양 전지 어레이를 제조하는 방법을 설명한다. 커버 글라스는 가이드 프린팅 방법을 통해 플렉서블 기판상의 태양 전지 위에 결합되어 유연성 및 방사선 차폐를 제공할 수 있다.
우주 공간에서, 인공위성, 우주 정거장 및 로버는 태양 전지를 메인 전력원으로 사용한다. 이러한 애플리케이션에서, 다중 접합 화합물 반도체 태양 전지는 높은 전기적 성능과 내방사성 때문에 흔하게 우주용 태양 전지로 사용된다. 최근에는, ELO(Epitaxial Lift-Off) 또는 전사(transfer-printing)라 불리는 전기적 성능을 저하시키지 않고 박막 다중 접합 화합물 반도체 태양전지를 기판에서 분리하는 공정이 생산 비용 절감, 기판의 재활용 그리고 향상된 기계적 유연성 또는 신축성을 제공할 수 있다. 이러한 기술은 우주 분야에서 특히 유용할 수 있다.
박막 반도체 태양 전지를 두껍고 뻣뻣한 기판에서 분리하는 것은 발사 비용을 절감할 수 있는 무게 감축을 제공할 뿐 아니라, 기계적 유연성을 제공할 수 있다. 따라서, 발사하는 동안 태양 전지를 작은 부피로 보관하거나, 태양 전지의 면적 범위를 최대화하기 위해 비평면에 부착할 수 있다.
그러나, 우주 환경에서는 전기 성능의 저하를 피하기 위해 태양 전지를 자외선 및 입자 방사선으로부터 차폐해야한다. 이는 일반적으로 광학적으로 투명한 커버 글라스(일반적으로 단단하고 평평한)를 사용하여 수행된다.
이하에서는 가이드 프린팅 방법과 이 방법을 이용하여 플렉서블 우주용 태양 전지 어레이를 제작하는 방법을 설명한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 태양 전지 어레이 제조 방법은, 커버 글라스를 태양 전지 어레이에 접착시킬 때 발생할 수 있는 커버 글라스의 슬라이딩을 가이드 프린팅 방법을 통해 방지하여 불량률을 줄이고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 우주용 태양 전지 어레이 제조 방법은, PI 필름, 복수의 태양 전지, 감광제 및 메탈 연결체를 포함하는 태양 전지 어레이를 준비하는 단계, 상기 태양 전지 어레이의 태양 전지 사이에 가이드를 형성하는 단계, 가이드가 형성된 태양 전지 어레이의 상단에 접착제를 코팅하는 단계, 탄성 고분자 스탬프에 의해 픽업된 커버 글라스를 태양 전지 어레이에 접촉시키는 단계 및 상기 탄성 고분자 스탬프를 회수하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 태양 전지 어레이 제조 방법은, 커버 글라스를 태양 전지 어레이에 접착시킬 때 발생할 수 있는 커버 글라스의 슬라이딩을 가이드 프린팅 방법을 통해 을 통해 방지하여 불량률을 줄일 수 있다.
도 1은 커버 글라스가 결합 되기 전, 준비된 태양 전지 어레이의 광학 이미지이다.
도 2는 커버 글라스가 결합 되기 전, 준비된 태양 전지 어레이를 구성하는 각 층의 분해도를 나타낸다.
도 3은 커버 글라스 어레이를 탄성 고분자 스탬프를 이용하여 플렉서블 태양 전지 어레이 상에 접착시키는 공정을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가이드 프린팅 방법을 이용한 커버 글라스와 태양 전지의 결합 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 도 4에서 설명한 제조 공정에 따라 제조된 커버 글라스를 포함하는 플렉서블 우주용 태양 전지를 나타낸다.
도 2는 커버 글라스가 결합 되기 전, 준비된 태양 전지 어레이를 구성하는 각 층의 분해도를 나타낸다.
도 3은 커버 글라스 어레이를 탄성 고분자 스탬프를 이용하여 플렉서블 태양 전지 어레이 상에 접착시키는 공정을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가이드 프린팅 방법을 이용한 커버 글라스와 태양 전지의 결합 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 도 4에서 설명한 제조 공정에 따라 제조된 커버 글라스를 포함하는 플렉서블 우주용 태양 전지를 나타낸다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위해 생략될 수 있다.
도 1은 커버 글라스가 결합 되기 전, 준비된 태양 전지 어레이의 광학 이미지이다.
구체적으로 플렉서블 태양 전지 어레이의 제조 공정은 다중 접합 화합물 반도체 태양 전지를 전사하여 태양 전지 어레이를 (a)에 도시된 바와 같이 PI 필름(polyimide) 위에 올려놓는다. 태양 전지 주변에는 커버 글라스를 정렬하고 결합하기 위한 가이드들이 형성된다.
도 2는 커버 글라스가 결합 되기 전, 준비된 태양 전지 어레이를 구성하는 각 층의 분해도를 나타낸다.
구체적으로 PI 필름(레이어 1)에 옮겨진 태양 전지(레이어 2)는 투명한 감광제(SU-8, 레이어 3)로 코팅 되고, 레이어 3의 구멍을 통해 얇은 메탈(Cr/Au, 레이어 4)이 연결되고, 마지막으로 태양 전지들 사이에 가이드(레이어 5)가 형성된다. 여기에서 가이드의 두께는 메탈 연결체가 구부릴 때 변형을 최소화하기 위해 기계적으로 중립 평면에 위치하도록 결정된다. 또한, 가이드는 커버 글라스의 결합 후 접착제의 탈기 및 경화단계 중에 커버 글라스가 미끄러지는 것을 방지한다. 인쇄 후 접착제의 탈기 및 경화단계 중에 발생할 수 있는 슬라이딩은 커버 글라스와 태양 전지 사이의 오정렬을 유발한다.
도 3은 커버 글라스 어레이를 탄성 고분자 스탬프를 이용하여 플렉서블 태양 전지 어레이 상에 위치시키는 공정을 나타낸다.
도 3(a)에 도시된 바와 같이, 복수의 가이드(4)가 태양 전지의 사면에 배치된다. 여기에서 가이드(4)는 접착제를 이용하여 커버 글라스 어레이(2)를 결합하는 동안 커버 글라스 어레이(2) 및 태양 전지 어레이(3)간의 정렬을 유지하는데 이용된다. 또한, 가이드(4)는 인쇄 후 접착제의 탈기 및 경화시 커버 글라스(2) 및 태양 전지 어레이(3)간 정렬을 유지하는데 이용된다. 이러한 과정을 통해, 탄성 고분자 스탬프(1)에 의해 픽업된 커버 글라스(2)가 태양 전지(3)에 접착된다.
도 3(b)에 도시된 바와 같이, 경화 후 탄성 고분자 스탬프 (1)를 회수하면 커버 글라스 어레이(2)가 태양 전지에 남는다. 이때 커버 글라스의 면적은 태양 전지의 면적보다 일반적으로 약간 크다. 왜냐하면, 커버 글라스의 면적이 더 커야 태양 전지를 방서선으로부터 더 잘 차폐할 수 있기 때문이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가이드 프린팅 방법을 이용한 커버 글라스와 태양 전지의 결합 과정을 나타내는 흐름도이다.
태양 전지 어레이를 준비한다(S11). 여기에서 태양 전지 어레이는 복수의 태양 전지가 플렉서블 기판상에 마련된 것일 수 있다. 그리고 복수의 태양 전지는 플렉서블 기판상에 일정 간격으로 마련된 것일 수 있다. 태양 전지 어레이의 상세한 구조는 이하 도 5에서 자세하게 설명한다.
태양 전지 사이에 가이드를 형성한다(S13). 가이드는 도 3에 도시된 바와 같이 태양 전지의 사면에 각각 형성될 수 있다.
가이드는 커버 글라스 어레이를 태양 전지 상에 접착시키는 동안 커버 글라스 어레이와 태양 전지 어레이간의 정렬을 유지하는데 이용될 수 있다. 구체적으로, 커버 글라스가 탄성 고분자 스탬프에 픽업되어 태양 전지 어레이에 접착될 때, 커버 글라스가 정위치에 있어야 태양전지를 방사선으로부터 보호할 수 있다. 만약 커버 글라스가 정위치, 다시 말해서 태양전지를 방사선으로부터 완전히 보호할 수 있는 위치에 있지 않은 경우 태양 전지가 방사선에 노출되어 성능 저하가 발생할 수 있다.
그런데, 기존의 제조 방법에서는 커버 글라스를 태양 전지 어레이에 접착할 때 가이드가 없는바, 슬라이딩이 발생할 수 있는 가능성이 많았다. 그리고 슬라이딩이 발생하는 경우, 커버 글라스가 정위치에 있지 않은 상태로 태양 전지 어레이가 제조되어 결과적으로 불량이 발생하는 문제가 있었다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에서는 태양 전지보다 높게 형성된 가이드가 태양 전지의 사면에 위치하여 커버 글라스의 접착시 발생할 수 있는 슬라이딩을 방지한다. 다시 말해서 커버 글라스의 접착시 슬라이딩이 발생하더라도, 태양 전지보다 높게 형성된 가이드가 일정 범위 이상(방사선을 차단할 수 있는 커버 글라스의 위치)으로 커버 글라스가 슬라이딩되는 것을 방지한다.
태양 전지에 접착제를 코팅한다(S15). 여기에서 접착제는 태양 전지에 커버 글라스를 접착시키기 위한 용도이다.
탄성 고분자 스탬프에 의해 픽업된 커버 글라스를 태양 전지 어레이 상에 접촉 시킨다(S17). 이때, 탄성 고분자 스탬프는 PDMS일 수 있다. 다시 말해서, 복수의 커버 글라스가 탄성 고분자 스탬프에 의해 고정된 상태로 복수의 태양 전지에 1 대 1로 매칭되도록 접촉된다. 이때, 커버 글라스는 태양 전지보다 약간 클 수 있다. 그리고 복수의 커버 글라스간에는 가이드의 크기를 고려한 간격이 있을 수 있다.
탄성 고분자 스탬프를 태양 전지로부터 회수한다(S19). 구체적으로 실온에서 접착제를 경화시키고 탄성 고분자 스탬프를 태양 전지로부터 회수한다. 이때, 탄성 고분자 스탬프와 커버 글라스간의 접착 정도는 접착제에 의한 태양 전지와 커버 글라스와의 그것과는 상대적으로 매우 작은바, 태양 전지상에 커버 글라스는 접착되고 탄성 고분자 스탬프만 이탈된다.
도 5는 도 4에서 설명한 제조 공정에 따라 제조된 커버 글라스를 포함하는 플렉서블 우주용 태양 전지를 나타낸다.
구체적으로 도 5(a)는 플렉서블 우주 태양 전지 어레이(10)의 단면을 나타낸다. 도 5(b)는 태양 전지를 포함하는 커버 글라스 아래 영역을 나타낸다. 도 5(c)는 커버 글라스간 메탈 연결체를 포함하는 영역을 나타낸다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 우주 태양 전지 어레이(10)는 커버 글라스(11), 접착제(12), 가이드(13), 메탈 연결체(14), 감광제(15), PI 필름(16), 및 다중 접합 태양 전지(17)을 포함한다.
도 5(a)에 도시된 바와 같이, PI 필름(16)상단에 감광제(15)가 코팅되고, 감광제 상단에 다중 접합 화합물 반도체 태양 전지(17)가 배치될 수 있다. 그리고 각각의 태양 전지(17)는 매탈 연결체(14)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
그리고, 가이드(13)가 태양 전지(17) 사이에 배치된다. 가이드(13)는 커버 글라스(11)의 결합 시에 발생할 수 있는 슬라이딩을 방지하기 위해 태양 전지(17)보다 높게 배치될 수 있다.
그리고 감광제(15), 메틸 연결체(14) 및 가이드의 상단에 접착제(12)가 코팅될 수 있다. 접착제(12)는 태양 전지 어레이에 커버 글라스(11)를 접착시키기 위한 용도이다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (7)
- 플렉서블 우주 태양 전지 어레이 제조 방법에 있어서,
PI 필름, 복수의 태양 전지, 감광제 및 메탈 연결체를 포함하는 태양 전지 어레이를 준비하는 단계;
상기 태양 전지 어레이의 태양 전지 사이에 가이드를 형성하는 단계;
가이드가 형성된 태양 전지 어레이의 상단에 접착제를 코팅하는 단계;
탄성 고분자 스탬프에 의해 픽업된 커버 글라스를 태양 전지 어레이에 접착시키는 단계; 및
상기 커버 글라스가 태양 전지 어레이에 접착된 상태에서 탄성 고분자 스탬프만을 회수하는 단계를 포함하고,
상기 태양 전지는 상기 태양 전지 어레이에 복수개가 마련되며,
상기 가이드는 상기 복수의 태양 전지 어레이를 각각 구분하도록 마련되며,
상기 가이드는 상기 커버 글라스가 태양 전지와 결합 할 때 및 상기 탄성 고분자 스탬프만을 회수 할 때 발생할 수 있는 커버 글라스의 슬라이딩을 방지하기 위해 태양 전지의 높이보다 상대적으로 높은 높이를 갖는
제조 방법. - 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 탄성 고분자 스탬프를 회수하는 단계는
실온에서 접착제를 경화시키고 탄성 고분자 스탬프 만을 태양 전지로부터 회수하는 단계를 포함하는
제조 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 탄성 고분자 스탬프에 의해 픽업된 커버 글라스는 태양 전지를 자외선 및 입자 방사선으로부터 완전히 차폐할 수 있도록 태양 전지보다 큰 면적을 갖는
제조 방법. - 태양 전지 어레이가 유연성을 갖기 위한 플렉서블한 PI 필름;
상기 PI 필름의 상단에 배치되는 복수의 태양 전지;
상기 복수의 태양 전지를 전기적으로 연결하는 메탈 연결체;
상기 복수의 태양 전지들 사이에 배치되는 복수의 가이드;
상기 태양 전지 상단에 접착되어 태양 전지를 자외선 및 입자 방사선으로부터 차폐하는 커버 글라스를 포함하고,
상기 커버 글라스는 탄성 고분자 스탬프에 의해 픽업되어 태양 전지에 접착되고,
상기 가이드는 상기 커버 글라스가 태양 전지와 결합 할 때 및 상기 탄성 고분자 스탬프만을 회수할 때 발생할 수 있는 커버 글라스의 슬라이딩을 방지하기 위해 태양 전지의 높이보다 상대적으로 높은 높이를 갖는
태양 전지 어레이. - 삭제
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| KR1020170036999A KR102070099B1 (ko) | 2017-03-23 | 2017-03-23 | 방사선 차폐 기능을 갖는 플렉서블 우주용 태양 전지 어레이 및 그 제조 방법 |
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2017
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