KR102441625B1 - 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

태양광을 이용한 자가 충전 복합전지 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102441625B1
KR102441625B1 KR1020200005636A KR20200005636A KR102441625B1 KR 102441625 B1 KR102441625 B1 KR 102441625B1 KR 1020200005636 A KR1020200005636 A KR 1020200005636A KR 20200005636 A KR20200005636 A KR 20200005636A KR 102441625 B1 KR102441625 B1 KR 102441625B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
circuit board
pad
via hole
secondary battery
anode
Prior art date
Application number
KR1020200005636A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210092092A (ko
Inventor
김제하
임두현
Original Assignee
청주대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 청주대학교 산학협력단 filed Critical 청주대학교 산학협력단
Priority to KR1020200005636A priority Critical patent/KR102441625B1/ko
Priority to PCT/KR2021/000563 priority patent/WO2021145707A1/ko
Publication of KR20210092092A publication Critical patent/KR20210092092A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102441625B1 publication Critical patent/KR102441625B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S10/00—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power
    • H02S10/10—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power including a supplementary source of electric power, e.g. hybrid diesel-PV energy systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/02002—Arrangements for conducting electric current to or from the device in operations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H01L31/0392—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H01L31/0392—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate
    • H01L31/03926—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate comprising a flexible substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/048—Encapsulation of modules
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/048—Encapsulation of modules
    • H01L31/0481—Encapsulation of modules characterised by the composition of the encapsulation material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지는 플렉서블한 회로기판과, 상기 회로기판을 공유층으로 공유하는 태양전지부 및 이차전지부를 포함하고, 상기 태양전지부와 상기 이차전지부는 상기 회로기판에 관통 형성되는 전도성의 비아홀을 통해 전기적으로 상호 연결된다.

Description

태양광을 이용한 자가 충전 복합전지 및 그 제조 방법{HYBRID CELL OF SELF-CHARGING USING SOLAR ENERGY AND METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양전지 및 이차전지의 모듈을 단일 공용 회로기판의 양면에 각각의 소자로 집적하는 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
현재 태양전지의 활용은 기존의 대규모 발전뿐만 아니라 건축물에 활용하거나 집적하는 건물일체형태양전지(Building Integrated Photo-Voltaics, BIPV), 에너지 하베스팅에 의한 사물인터넷(IOT) 소자의 무선 독립 에너지원 등으로 확장되고 있다.
최근의 웨어러블 전자기기의 발전에 있어서, 전자소자가 전력 그리드와 떨어진 원격지에서도 기능을 할 수 있어야 하기 때문에 독립적인 전원 기능에 대한 집적화 기능이 중요해 지고 있다.
이와 함께, 태양광 전력생산 소자인 태양전지 셀은 일반적인 딱딱한 평판형에서 굴곡 또는 꺾인 대상체에 적용 가능한 구부러질 수 있는 유연성을 확보하는 것이 필요하며, 에너지 저장소자인 이차전지 또한 플렉서블 기능이 강조되고 있는 추세이다.
이에 따라, 에너지 제공을 수행하는 태양전지 및 에너지 저장을 수행하는 이차전지의 집적화 공간을 최소화하면서 플렉서블한 기능을 수행할 수 있는 복합전지의 개발이 필요한 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2016-0062616호(2016.06.02)
본 발명의 실시예에서는 플렉서블한 회로기판의 양면에 태양전지 모듈 및 이차전지 모듈을 집적화하되, 회로기판을 관통하는 비아홀을 통해 각 전지의 전극을 직접 연결함으로써 소자 면적을 최소화할 수 있는 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지는 플렉서블한 회로기판과, 상기 회로기판을 공유층으로 공유하는 태양전지부 및 이차전지부를 포함하고, 상기 태양전지부와 상기 이차전지부는 상기 회로기판에 관통 형성되는 전도성의 비아홀을 통해 전기적으로 상호 연결된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 회로기판은 플렉서블한 폴리이미드(polyimide) 시트일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 태양전지부는 상기 회로기판의 일면에 형성되는 금속층으로서 서로 이격되게 배치되는 양극패드와 음극패드를 포함하는 패드부, 상기 패드부 상에 형성되는 태양전지셀, 상기 양극패드에 구비되며 상기 회로기판을 향하여 관통 형성되는 제1 비아홀 및 상기 음극패드에 구비되며 상기 회로기판을 향하여 관통 형성되는 제2 비아홀을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 양극패드 및 상기 음극패드는 각각
상기 회로기판의 내측부에 배치되는 제1 패드부와 상기 제1 패드부로부터 연장되어 상기 회로기판의 외측부에 배치되는 제2 패드부를 포함하며, 상기 제1 비아홀은 상기 양극패드에 구비되는 상기 제2 패드부에 관통 형성되고, 제2 비아홀은 상기 음극패드에 구비되는 상기 제1 패드부에 관통 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 이차전지부는 상기 회로기판의 타면에 애노드층, 전해질층 및 캐소드층이 순차적으로 형성되는 이차전지 유닛, 상기 회로기판의 타면에 형성되며 상기 이차전지 유닛과 이격되게 배치되는 양극패드, 상기 양극패드에 구비되며 상기 회로기판을 향하여 관통 형성되는 제1 비아홀 및 상기 애노드층에 구비되며 상기 회로기판을 향하여 관통 형성되는 제2 비아홀을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 양극패드는 상기 회로기판의 내측부에 배치되는 제1 패드부와 상기 제1 패드부로부터 연장되어 상기 회로기판의 외측부에 배치되는 제2 패드부를 포함하며, 상기 제1 비아홀은 상기 양극패드에 구비되는 상기 제2 패드부에 관통 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제1 비아홀은 상기 태양전지부 및 상기 이차전지부의 양극패드를 연통하고, 상기 제2 비아홀은 상기 태양전지부의 음극패드 및 상기 이차전지부의 애노드층을 연통할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 캐소드층은 상기 이차전지 유닛이 전기적으로 연결 가능하도록 상기 양극패드의 일면과 접촉되는 솔더부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 태양전지부는 상기 패드부 및 상기 태양전지셀을 둘러싸도록 형성되며 EVA, POE 또는 PVB로 구성되는 투명한 재질의 제1 보호층 및 상기 제1 보호층에 적층되며 PEN, PET로 구성되는 투명한 재질의 제2 보호층을 포함하는 제1 밀봉부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 이차전지부는 상기 이차전지 유닛을 둘러싸도록 형성되는 진공 캐비티, 상기 진공 캐비티의 둘레를 따라 형성되며 EVA, POE 또는 PVB로 구성되는 투명한 재질의 제3 보호층 및 상기 제3 보호층에 적층되며 폴리머 또는 알루미늄 호일로 구성되는 제4 보호층을 포함하는 제2 밀봉부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지의 제조 방법은 플렉서블한 회로기판과, 상기 회로기판을 공유층으로 공유하는 태양전지부 및 이차전지부를 포함하는 자가 충전 복합전지의 제조 방법에 있어서, 양면에 금속층이 형성된 회로기판을 준비하는 단계, 상기 회로기판의 일면에 형성된 금속층을 에칭하여 서로 이격되게 배치되도록 양극패드 및 음극패드를 포함하는 패드부를 형성하는 단계, 상기 양극패드에 상기 회로기판을 향하여 관통하도록 제1 비아홀을 형성하고 상기 음극패드에 상기 회로기판을 향하여 관통하도록 제2 비아홀을 형성하는 단계, 상기 회로기판의 타면에 형성된 금속층을 에칭하여 서로 이격되게 배치되도록 애노드층 및 양극패드를 형성하는 단계, 상기 양극패드에 상기 회로기판을 향하여 관통하도록 제1 비아홀을 형성하고, 상기 애노드층에 상기 회로기판을 향하여 관통하도록 제2 비아홀을 형성하는 단계 및 상기 애노드층 상에 전해질층과 캐소드층을 순차적으로 적층하여 이차전지 유닛을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제1 비아홀은 상기 회로기판의 일면에 형성된 양극패드 및 상기 회로기판의 타면에 형성된 양극패드를 연통하고, 상기 제2 비아홀은 상기 회로기판의 일면에 형성된 음극패드 및 상기 애노드층을 연통할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 이차전지 유닛을 형성하는 단계는
상기 캐소드층을 적층 시, 상기 회로기판의 타면에 형성된 양극패드의 일면과 솔더링하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지의 제조 방법은 상기 회로기판의 일면에 형성된 패드부, 상기 제1 비아홀 및 상기 제2 비아홀을 둘러싸도록 EVA, POE 또는 PVB로 구성되는 투명한 재질의 제1 보호층을 형성하는 단계 및 상기 제1 보호층 상에 PEN, PET로 구성되는 투명한 재질의 제2 보호층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지의 제조 방법은 상기 애노드층의 둘레 일부를 식각하여 진공 캐비티를 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 이차전지 유닛을 형성하는 단계 이후에, 상기 진공 캐비티의 둘레를 따라 EVA, POE 또는 PVB로 구성되는 투명한 재질의 제3 보호층을 형성하는 단계 및 상기 제3 보호층 상에 폴리머 또는 알루미늄 호일로 구성되는 제4 보호층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 태양전지 모듈 및 이차전지 모듈이 플렉서블한 회로기판을 공유하여 제작되기 때문에 소자 면적을 최소화할 수 있으며, 외부의 부하회로가 함께 제작될 수 있어 소자 면적에 자가 전원이 실장된 전자회로를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 태양전지에 의한 독립충전과 이차전지에 의한 전력저장이 동시에 이루어질 수 있어 외부 전원과의 연결에 의한 전력손실을 최소화할 수 있으며, 상시 또는 비상시 운영이 필요한 무선 센서 모듈에 용이하게 적용 가능할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지를 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 3a 내지 도 3j는 도 3의 제조 방법을 순차적으로 설명하기 위해 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지의 동작 특성을 나타내는 그래프이다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
본 발명의 복합전지는 태양전지 모듈과 이차전지 모듈을 단일 몸체의 소자로서 집적하는 자가 충전 복합전지에 해당한다. 구체적으로, 플렉서블(flexible)한 공통의 회로기판을 평면 플랫폼으로 이용하여 회로기판을 관통하는 비아홀을 통해 양면에 태양전지 모듈과 이차전지 모듈을 집적한 융합모듈을 제작함에 따라, 각 모듈의 소자 면적(foot print)을 대폭적으로 최소화할 수 있다.
이를 통해, 태양전지 모듈에서 생산된 광전류를 비아홀을 통해 반대편에 위치한 이차전지 모듈로 전기적 전달하여 충전되도록 할 수 있다. 이로써, 외부의 전원을 필요로 하지 않는 자가 충전 집적회로(energy-integrated circuit)를 구현할 수 있게 되는 것이다. 특히, 이차전지의 외부 전력 연결 수단인 전극 리드탭을 사용하지 않고도 임의의 집적형 전자회로와 융합 가능하도록 할 수 있어, 전기적 상호연결에 의한 전력손실을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
상기와 같은 특징을 가지는 본 발명의 복합전지에 관한 구체적인 설명은 아래에서 후술한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지를 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지(1)는 플렉서블한 회로기판(100)과, 상기 회로기판(100)을 공유층으로 공유하는 태양전지부(200) 및 이차전지부(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 태양전지부(200)와 이차전지부(300)는 회로기판(100)에 관통 형성되는 전도성의 비아홀을 통해 전기적으로 상호 연결될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 복합전지(1)는 단일의 회로기판(100)을 공통된 몸체로 활용하여 기판(100)의 양면에 태양전지부(200) 및 이차전지부(300)를 각각 집적한 융합모듈로서 구현될 수 있다.
회로기판(100)의 양면에는 구리와 같은 전도성의 금속막(P1,P2)이 형성될 수 있다. 금속막(P1,P2)은 후술하는 태양전지부(200)의 패드부(212,214) 및 이차전지부(300)의 애노드층(312)과 양극패드(320)를 형성하도록 전기회로를 식각하기 위한 대상체로서 부도체로 구현되는 것이 바람직하다. 일 실시예로, 회로기판(100)은 플렉서블한 폴리이미드(polyimide) 시트일 수 있다.
참고로, 금속막(P1,P2)은 후술하는 태양전지부(200)의 봉지공정과 이차전지부(300)의 실장공정에서 수행되는 열처리 작업에 견딜 수 있도록 내열성 소재를 사용하는 것이 바람직하다.
그러나, 이에 제한되지 않고 회로기판(100)은 내열성을 가지며 플렉서블한 부도체 성격의 다양한 소재로 구현될 수 있다.
태양전지부(200)는 회로기판(100)의 일면에 집적되는 모듈로서 태양전지셀(220)에서의 전력 생산을 위해 햇빛을 향하는 위치에 형성될 수 있다. 여기서, 태양전지셀(220)은 회로기판(100)의 반대편에 형성되는 이차전지부(300)의 특성(애노드층, 전해질층, 캐소드층 등)에 의한 입력 조건(전압, 전류 등)에 따라 직렬 또는 병렬 연결될 수 있으며, 후술하는 태양전지부(200)의 패드부(212,214) 상에 다이본딩을 통해 적층될 수 있다.
구체적으로, 태양전지부(200)는 패드부(212,214), 태양전지셀(220), 제1 비아홀(230) 및 제2 비아홀(230)을 포함하여 구성될 수 있다.
패드부(212,214)는 회로기판(100)의 일면에 형성되는 금속층(P1)으로서 서로 이격되게 배치되는 양극패드(212)와 음극패드(214)를 포함할 수 있다. 양극패드(212) 및 음극패드(214)는 회로기판(100)의 일면에 형성되는 금속막(P1)을 에칭함에 따라 형성될 수 있으며, 본 실시예에서는 양극패드(212) 상에 태양전지셀(220)이 형성될 수 있다.
구체적으로, 회로기판(100)의 일면에 형성되는 양극패드(212) 및 음극패드(214)는 각각 회로기판(100)의 내측부에 배치되는 제1 패드부(도 3b 및 도 3d의 "212a, 214a" 참조)와 제1 패드부(212a, 214a)로부터 연장되어 회로기판(100)의 외측부에 배치되는 제2 패드부(도 3b 및 도 3d의 "212b, 214b" 참조)를 포함할 수 있다.
일 실시예로, 양극패드(212) 및 음극패드(214)는 회로기판(100)의 중앙 부분에 배치되는 제1 패드부(212a, 214a)와 제1 패드부(212a, 214a)로부터 마이크로스트립 도선과 같이 가느다랗게 에칭된 연결 부분을 통해 회로기판(100)의 바깥 부분에 배치되는 제2 패드부(도 3b 내지 도 3d의 "212b', 214b'" 참조)를 포함할 수 있다.
다른 실시예로, 제2 패드부(도 3b 내지 도 3d의 "212b'', 214b''" 참조)는 제1 패드부(212a, 214a)와 연결되지 않고, 회로기판(100)의 외측부에 별도로 배치될 수 있다. 이때, 양극패드(212)의 제2 패드부(212b'')에는 후술하는 이차전지부(300)의 양극패드(320)와 연결되기 위한 비아홀이 구비될 수 있다.
참고로, 제2 패드부(212b, 214b) 중 일부는 외부의 전자회로에 전원을 공급하는 회로 컨텍용으로서 터미널 역할을 수행할 수 있다.
제1 비아홀(230)은 회로기판(100)의 일면에 형성되는 양극패드(212)에 구비되되 회로기판(100)을 향하여 관통 형성될 수 있으며 구체적으로, 양극패드(212)의 제2 패드부(212a)에 구비될 수 있다. 이때, 제1 비아홀(230)은 후술하는 회로기판(100)의 타면에 형성되는 양극패드(320)에 구비된 비아홀(330)과 연통될 수 있다.
제2 비아홀(240)은 회로기판(100)의 일면에 형성되는 음극패드(214)에 구비되되 회로기판(100)을 향하여 관통 형성될 수 있으며 구체적으로, 음극패드(214)의 제1 패드부(214a)에 구비될 수 있다. 이때, 제2 비아홀(240)은 회로기판(100)의 타면에 형성되는 애노드층(312)에 구비된 비아홀(340)과 연통될 수 있다.
제1 비아홀(230) 및 제2 비아홀(240)은 내부가 밀봉될 수 있다. 이에 따라, 각 비아홀(230,240)이 개방되는 경우, 회로기판(100)의 타면에 형성되는 이차전지부(300)에 구비된 전해질이 유실되는 것을 예방하고 진공 캐비티(311) 내로 수분 또는 산소 등이 침투되는 것을 방지하도록 할 수 있다.
이차전지부(300)는 회로기판(100)의 타면에 집적되는 모듈로서 회로기판(100)의 일면에 집적되는 태양전지부(200)와 대향되는 위치에 형성될 수 있다. 이때, 이차전지부(300)는 회로기판(100)을 관통하는 비아홀을 통해 태양전지부(200)의 태양전지셀(220)에서 생산된 전력을 전달받아 충전될 수 있으며, 상세하게는, 태양전지부(200)의 음극패드(214)와 이차전지부(300)의 애노드층(312)이 제2 비아홀(240)을 통해 태양광 전력을 주고받을 수 있다.
구체적으로, 이차전지부(300)는 이차전지 유닛(312,314,316), 양극패드(320), 제1 비아홀(330) 및 제2 비아홀(340)을 포함하여 구성될 수 있다.
이차전지 유닛(312,314,316)은 회로기판(100)의 타면에 애노드층(312), 전해질층(314) 및 캐소드층(316)이 순차적으로 형성됨에 따라 구현될 수 있다.
애노드층(312)은 애노드 집전체(312a)와 애노드 전극(312b)을 포함할 수 있다. 애노드 집전체(312a)는 회로기판(100)의 타면에 형성되는 금속막(P2)을 에칭함에 따라 형성될 수 있으며, 애노드 전극(312b)은 애노드 집전체(312a)의 일면에 그래파이트(Graphite)와 같은 음극 소재를 도포함에 따라 형성될 수 있다.
전해질층(314)은 애노드층(312) 및 캐소드층(316) 사이의 공간을 채우는 전해질 시트로서, 겔 폴리머의 분리막과 함께 애노드층(312)과 캐소드층(316)을 전기적으로 분리시킬 수 있다.
캐소드층(316)은 캐소드 집전체(316a)와 캐노드 전극(316b)을 포함할 수 있다. 캐소드 집전체(316a)의 일면에는 양극 활물질을 도포함에 따라 캐소드 전극(316b)이 형성될 수 있으며, 캐소드 전극(316b)이 형성된 캐소드 집전체(316a)가 분리막 및 전해질층(314)의 일면 즉, 하부에 형성될 수 있다.
이에 따라, 분리막 및 전해질층(314)을 기준으로 애노드층(312)과 캐소드층(316)은 전기적으로 분리되어 구현될 수 있다.
양극패드(320)는 회로기판(100)의 타면에 형성되는 금속막(P2)을 에칭함에 따라 형성되는 금속층으로서 이차전지 유닛의 애노드층(312)과 서로 이격되게 배치될 수 있다.
양극패드(320)는 회로기판(100)의 내측부에 배치되는 제1 패드부(도 3e 내지 도 3h의 "320a" 참조)와 제1 패드부(320a)로부터 연장되어 회로기판(100)의 외측부에 배치되는 제2 패드부(도 3e 내지 도 3h의 "320b" 참조)를 포함할 수 있다.
일 실시예로, 양극패드(320)는 회로기판(100)의 중앙 부분에 배치되는 제1 패드부(320a)와 제1 패드부(320a)로부터 마이크로스트립 도선과 같이 가느다랗게 에칭된 연결 부분을 통해 회로기판(100)의 바깥 부분에 배치되는 제2 패드부(320b)를 포함할 수 있다
제1 비아홀(330)은 회로기판(100)의 타면에 형성되는 양극패드(320)에 구비되되 회로기판(100)을 향하여 관통 형성될 수 있으며 구체적으로, 양극패드(320)의 제2 패드부(320b)에 구비될 수 있다. 이때, 제1 비아홀(330)은 회로기판(100)의 일면에 형성되는 양극패드(212)에 구비된 비아홀(230)과 연통될 수 있다.
제2 비아홀(340)은 회로기판(100)의 타면에 형성되는 애노드층(312)에 구비되되 회로기판(100)을 향하여 관통 형성될 수 있다. 이때, 제2 비아홀(340)은 회로기판(100)의 일면에 형성되는 음극패드(214)에 구비된 비아홀(240)과 연통될 수 있다.
이러한 구조에 의해, 제1 비아홀(230,330)은 태양전지부(200)의 양극패드(212) 및 이차전지부(300)의 양극패드(320)를 연통하고, 제2 비아홀(330,340)은 태양전지부(200)의 음극패드(214) 및 이차전지부(300)의 애노드층(312)을 연통할 수 있다. 이로써, 본 발명에서는 회로기판(100)을 관통하는 각 비아홀을 통해 회로기판(100)의 양면에 형성되는 전지의 전극을 직접 연결함으로써 소자 면적을 최소화할 수 있다.
한편, 캐소드층(316)은 이차전지 유닛이 전기적으로 연결 가능하도록 회로기판(100)의 타면에 형성된 양극패드(320)의 일면과 접촉되는 솔더부(360)를 포함할 수 있다. 즉, 캐소드층(316)은 솔더부(360)를 통해 양극패드(320)와 연결되며, 양극패드(320)에 구비된 제1 비아홀(330)을 통해 태양전지부(200)의 양극패드(320)와 연결됨으로써 전기적 연결이 가능해질 수 있는 것이다.
본 발명에서는, 외부로부터 각 전지를 보호하기 위한 밀봉부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
일 실시예로, 태양전지부(200)는 패드부(212,214) 및 태양전지셀(220)을 둘러싸도록 형성되며 EVA, POE 또는 PVB로 구성되는 투명한 재질의 제1 보호층(252) 및 제1 보호층(252)에 적층되며 PEN, PET로 구성되는 투명한 재질의 제2 보호층(254)을 포함하는 제1 밀봉부를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제2 보호층(254)은 투명한 폴리머 보호막(254a)과 수분차단 산화막(254b)이 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있다.
일 실시예로, 이차전지부(300)는 이차전지 유닛을 둘러싸도록 형성되는 진공 캐비티(311), 진공 캐비티(311)의 둘레를 따라 형성되며 EVA, POE 또는 PVB로 구성되는 투명한 재질의 제3 보호층(352) 및 제3 보호층(352)에 적층되며 폴리머 또는 알루미늄 호일로 구성되는 제4 보호층(354)을 포함하는 제2 밀봉부를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제4 보호층(354)은 알루미늄 호일의 보호층(354a)과 수분차단 산화막(354b)이 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있다.
이로써, 본 발명의 실시예들에 따르면, 태양전지 모듈 및 이차전지 모듈이 플렉서블한 회로기판을 공유하여 제작되기 때문에 소자 면적을 최소화할 수 있으며, 외부의 부하회로가 함께 제작될 수 있어 소자 면적에 자가 전원이 실장된 전자회로를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 태양전지에 의한 독립충전과 이차전지에 의한 전력저장이 동시에 이루어질 수 있어 외부 전원과의 연결에 의한 전력손실을 최소화할 수 있으며, 상시 또는 비상시 운영이 필요한 무선 센서 모듈에 용이하게 적용 가능할 수 있다.
이하에서는, 도 2와 도 3a 내지 도 3j를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지의 제조 방법을 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이고, 도 3a 내지 도 3j는 도 3의 제조 방법을 순차적으로 설명하기 위해 도시한 평면도이다.
먼저, 도 2 및 도 3a를 참조하면, 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지의 제조 장치는 양면에 금속층(P1,P2)이 형성된 회로기판을 준비한다(S10).
구체적으로, 회로기판의 상하부에는 전도성의 구리막(P1,P2)이 부착될 수 있으며, 후술하는 태양전지부(200)와 이차전지부(300)의 밀봉공정 시 수행되는 열화공정에 견딜 수 있도록 내열성을 가지는 폴리이미드(polyimide) 시트를 사용하는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 2 및 도 3b를 참조하면, 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지의 제조 장치는 회로기판(100)의 일면에 형성된 금속층(P1)을 에칭하여 서로 이격되게 배치되도록 양극패드(212) 및 음극패드(214)를 포함하는 패드부(212,214)를 형성한다(S20).
구체적으로, 폴리이미드 시트(100)의 상부에 형성된 구리막(P1)을 에칭함으로써 양극패드(212) 및 음극패드(214)를 구현할 수 있다. 이때, 양극패드(212) 및 음극패드(214)를 구현하는데 있어서, 각 회로기판(100)의 내측부에 형성된 구리막(P1)을 에칭하여 제1 패드부(212a,214a)를 형성하고 회로기판(100)의 외측부에 형성된 구리막(P1)을 에칭하여 제2 패드부(212b',214b')를 형성할 수 있으며, 제1 패드부(212a,214a)와 제2 패드부(212b',214b') 사이에 형성된 구리막을 마이크로스트립 형태로 에칭하여 제1 패드부(212a,214a)와 제2 패드부(212b',214b')가 연결되도록 할 수 있다. 아울러, 회로기판(100)의 외측부에 형성된 구리막(P1)을 별도로 에칭하여 제2 패드부(212b'', 214b'')를 추가로 형성할 수 있다.
다음으로, 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지의 제조 장치는 양극패드(212)의 제2 패드부(212b'')에 회로기판을 향하여 관통하도록 제1 비아홀(230)을 형성하고, 음극패드(214)의 제1 패드부(214a)에 회로기판(100)을 향하여 관통하도록 제2 비아홀(240)을 형성한다(S30).
다음으로, 도 2 및 도 3d를 참조하면, 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지의 제조 장치는 양극패드(212) 상에 태양전지셀(220)을 다이본딩(die-bonding)하여 부착하고, 별도의 전극도선(215)을 이용하여 태양전지셀(220)의 일측에 구비된 음극 버스바(222)와 양극패드(212) 주변에 배치된 음극패드(214)를 전기적으로 연결시킬 수 있다. 구체적으로, 태양전지셀(220)과 음극패드(214)의 제1 패드부(214a)를 전기적으로 연결시킬 수 있다. 아울러, 본 실시예에서는 2X2 구조의 태양전지셀(220)을 구현한 것으로 두 셀을 각각 병렬연결 한 다음 다시 직렬연결 하였으나, 이에 한정되지 않고 다양한 배열의 셀 구조를 구현할 수 있다.
다음으로, 도 2 및 도 3e를 참조하면, 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지의 제조 장치는 태양전지부를 밀봉하기 위한 제1 밀봉부(250)를 형성할 수 있다.
구체적으로, 회로기판(100)의 일면에 형성된 패드부(212,214)와 제1 비아홀(230) 및 제2 비아홀(240)을 둘러싸도록 EVA, POE 또는 PVB로 구성되는 투명한 재질의 제1 보호층(252)을 증착하고, 제1 보호층(252) 상에 PEN, PET로 구성되는 투명한 재질의 제2 보호층(254)을 증착한 후, 약 140도 내지 160도의 온도에서 약 10분 내지 20분 동안 열처리하여 라미네이션(lamination)을 수행함으로써 제1 밀봉부(250)를 형성할 수 있다.
다음으로, 도 2, 도 3f 및 도 3g를 참조하면, 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지의 제조 장치는 회로기판(100)의 타면에 형성된 금속층(P2)을 에칭하여 서로 이격되게 배치되도록 애노드층(312) 및 양극패드(320)를 형성한다(S40).
구체적으로, 도 3f에 도시된 바와 같이, 폴리이미드 시트(100)의 하부에 형성된 구리막(P2)을 에칭함으로써 애노드층(312) 및 양극패드(320)를 구현할 수 있다.
애노드층(312)은 애노드 집전체(312a)와 애노드 전극(312b)을 포함하는 것으로 애노드 집전체(312a)를 먼저 형성하게 되며 구체적으로는, 회로기판(100)의 하부에 형성된 구리막(P2)을 에칭하여 애노드 집전체(312a)를 형성할 수 있다.
이때, 양극패드(320)를 구현하는데 있어서, 회로기판(100)의 내측부에 형성된 구리막(P2)을 에칭하여 제1 패드부(320a)를 형성하고, 회로기판(100)의 외측부에 형성된 구리막(P2)을 에칭하여 제2 패드부(320b)를 형성할 수 있으며, 제1 패드부(320a)와 제2 패드부(320b) 사이에 형성된 구리막을 마이크로스트립 형태로 에칭하여 제1 패드부(320a)와 제2 패드부(320b)가 연결되도록 할 수 있다. 여기서, 애노드층(312)은 양극패드(320)와 이격되게 배치되는 것으로 회로기판(100)의 내측부 중 양극패드(320)가 형성된 주변의 구리막(P2)을 에칭하여 구현될 수 있다.
다음으로, 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지의 제조 장치는 양극패드(320)의 제2 패드부(320b)에 회로기판을 향하여 관통하도록 제1 비아홀(330)을 형성하고, 애노드층(312)에 회로기판(100)을 향하여 관통하도록 제2 비아홀(340)을 형성한다(S50).
이때, 제1 비아홀(330)은 태양전지부(200)의 양극패드(212) 및 이차전지부(300)의 양극패드(320)를 연통하고, 제2 비아홀(340)은 태양전지부(200)의 음극패드(214) 및 이차전지부(300)의 애노드층(312)을 연통하도록 회로기판(100)을 관통할 수 있다. 참고로, 제1 비아홀(230,330) 및 제2 비아홀(240,340)은 내부가 밀봉되도록 제작되는 것이 바람직하다.
제1 비아홀(230,330) 및 제2 비아홀(240,340)을 형성한 이후, 도 3g에 도시된 바와 같이, 애노드 집전체(312a) 상에 그래파이트(Graphite)와 같은 음극 소재를 도포함에 따라 애노드 전극(312b)을 형성할 수 있다.
이후, 애노드층(312)의 둘레에 구비된 구리막 일부를 식각하여 진공 캐비티(311)를 형성할 수 있으며, 이와 같이 형성된 진공 캐비티(311)의 내부는 이차전지 유닛을 형성하기 위한 공간으로 지정될 수 있다.
다음으로, 도 2, 도 3h 및 3i를 참조하면, 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지의 제조 장치는 애노드층(312) 상에 전해질층(314)과 캐소드층(316)을 순차적으로 적층하여 이차전지 유닛을 형성한다(S60).
구체적으로, 도 3h에 도시된 바와 같이, 애노드층(312) 상에 겔 폴리머의 분리막과 함께 전해질 시트(314)를 적층한 이후, 도 3i에 도시된 바와 같이, 분리막과 함께 적층된 전해질 시트(314) 상에 캐소드층(316)을 적층할 수 있다.
캐소드층(316)은 캐소드 집전체(316a)와 캐소드 전극(316b)을 포함하는 것으로 분리막과 함께 적층된 전해질 시트(314) 상에 양극 활물질을 도포한 후 알루미늄 호일의 캐소드 집전체(316a)를 적층함으로써 캐소드층(316)을 형성할 수 있다.
여기서, 캐소드층(316)을 적층 시, 회로기판(100)의 타면에 형성된 양극패드(320)의 일면과 솔더링하는 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 3i에 도시된 바와 같이, 캐소드층(316)의 캐소드 집전체(316a)를 태양전지부(200)에 구비된 양극패드(212)와 전기적으로 연결시키기 위해, 캐소드 전극(316b)뿐만 아니라 이차전지 유닛과 이격 배치된 양극패드(320) 상에 캐소드 집전체(316a)가 적층되도록 AuSn와 같은 접착 솔더를 이용하여 저온에서의 솔더링을 수행할 수 있다. 이로써, 이차전지부(300)의 양극패드(320) 상에는 양극 접착점(360)이 형성됨에 따라, 이차전지 유닛과 양극패드(320) 간의 전기적 연결이 완성될 수 있는 것이다.
다음으로, 도 2 및 도 3j를 참조하면, 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지의 제조 장치는 이차전지부(300)를 밀봉하기 위한 제2 밀봉부(350)를 형성할 수 있다.
구체적으로, 애노드층(312) 주변에 구비된 진공 캐비티(311)의 둘레를 따라 EVA, POE 또는 PVB로 구성되는 투명한 재질의 제3 보호층(352)을 증착하고, 제3 보호층(352) 상에 폴리머 또는 알루미늄 호일로 구성되는 제4 보호층(354)을 증착한 후, 약 140도 내지 160도의 온도에서 약 10분 내지 20분 동안 열처리하여 제2 밀봉부(350)를 형성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지의 동작 특성을 나타내는 그래프이다.
태양전지의 전류-전압(I-V) 특성에 의하여 생성되는 광전류가 이차전지에 충전되며, 이차전지는 전하의 충전이 진행됨에 따라 전압값이 상승되고 허용 최대 전압값에 충전이 중단하게 된다. 이때, 최대 충전전압은 이차전지 전극의 선택에 따라 변할 수가 있으며, 과도한 충전은 소자 모듈의 화재와 폭발에 이르게 할 수 있다. 이러한 충·방전 사용에 있어서 태양전지의 I-V 특성곡선이 이차전지의 동작에서 이점을 제공할 수 있다.
방전된 이차전지가 태양전지와 연결되면, 이차전지의 음극을 통하여 태양전지로부터 광전류를 전달받아 충전이 이루어진다. 이러한 광전류 충전이 진행됨에 따라 이차전지의 전압은 도 4의 전압 축을 따라 증가하게 된다. 즉, 광전류 충전이 시작되는 시간 ti 에서 이차전지의 소자 전압은 Vi(예컨대, 2.8V) 에서 시작하여 최대 충전이 예상되는 Vf(예컨대, 4.0V)까지 바람직한 충전이 이루어지게 된다. 이차전지의 전력 충전량이 설계에 의하여 고정됨을 고려하면 태양전지의 효율이 높아지는 것은 I-V 특성 중 평탄한 전류가 증가하는 것을 의미하게 된다. 즉, I-V 곡선이 전류축을 따라 상승한다. 이 경우 늘어난 광전류에 의하여 총 충전시간 △t(=tf-ti)이 짧아지는 효과로 나타난다.
태양전지의 광전류는 일사량의 변화에 의하여 그리고 충전전압 축을 따라서 증감하기 때문에 본 발명의 복합소자를 실제 활용하는데 있어서 균등한 광전류(If ~ Ii)를 생성하는 전압영역 △V(= Vf-Vi)을 설정하는 것이 매우 중요하다. 결론적으로 도 4에 도시된 바와 같이, 이차전지의 최대 충전전압(Vf)은 태양전지의 최대 전력 전압점(Vm) 보다는 작은 값에서 설정되어야 한다. 이와 같이, 태양전지-이차전지 복합소자는 두 소자의 고유 특성에 맞는 최적의 동작점을 설정할 수 있다.
이차전지의 실제활용에서 주의해야 하는 점은 과충전에 의한 폭발 및 화재의 위험성이다. 이 태양전지-이차전지 복합소자의 경우 추가적인 소자나 기구의 도움이 없이 최적의 동작점 설정으로 이와 같은 위험성을 원천적으로 배제할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 태양전지 전류-전압(I-V) 특성 곡선에서 이차전지의 충전전압이 태양전지의 최대 전력점(maximum power point, Vm~4.2 V)을 지나 증가할 경우(과충전; Vf > Vm), 동일한 전압상승에 대하여 급격한 광전류 감소가 발생한다. 또한, 태양전지에 의한 이차전지의 충전 전압은 태양전지의 개방전압 Voc(약 4.85 V)을 초과할 수 없다. 이러한 태양전지의 동작특성 때문에 충전전압이 최대 전압점(Vm)을 초과하여 과충전에 이르더라도 급격한 광전류의 감소 때문에 장시간 태양에 노출이 되더라도 더 이상의 이차전지 충전이 이루어지지 않게 된다.
이와 같은 태양전지-이차전지 복합소자의 자체 충전 제한 기능은 집적 전원 소자와 함께 실장하게 되는 전자회로의 구성을 간단하게 할 뿐만 아니라 충전기의 불안정성에 의한 위험요소를 근본적으로 차단하는 이점을 제공한다. 이와 같은 자가 충전 집적 전원 모듈은 원격지 이동성이 큰 사물인터넷 센서 모듈 또는 상시 전원이 필요한 소자 모듈에 최적의 에너지원을 제공할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1 : 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지
100 : 회로기판
200 : 태양전지부
212 : 태양전지부의 양극패드
212a : 양극패드(태양전지부)의 제1 패드부
212b(212b', 212b'') : 양극패드(태양전지부)의 제2 패드부
214a : 음극패드의 제1 패드부
214b(214b', 214b'') : 음극패드의 제2 패드부
220 : 태양전지셀
230,330 : 제1 비아홀
240,340 : 제2 비아홀
250 : 제1 밀봉부
252 : 제1 보호층
254 : 제2 보호층
254a : 폴리머 보호막
254b : 수분차단 산화막
300 : 이차전지부
311 : 진공 캐비티
312 : 애노드층
312a : 애노드 집전체
312b : 애노드 전극
314 : 전해질층
316 : 캐소드층
316a : 캐소드 집전체
316b : 캐소드 전극
320 : 이차전지부의 양극패드
320a : 양극패드(이차전지부)의 제1 패드부
320b : 양극패드(이차전지부)의 제2 패드부
350 : 제1 밀봉부
352 : 제3 보호층
354 : 제4 보호층
354a : 수분차단 산화막
354b : 알루미늄 보호막
360 : 솔더부
P1, P2 : 금속막

Claims (15)

  1. 양면에 전도성의 금속층이 형성되는 플렉서블한 회로기판과, 상기 회로기판을 공유층으로 공유하는 태양전지부 및 이차전지부를 포함하고,
    상기 태양전지부와 상기 이차전지부는 상기 회로기판에 관통 형성되는 전도성의 비아홀을 통해 전기적으로 상호 연결되고,
    상기 태양전지부는
    상기 회로기판의 일면에 형성되는 금속층으로서 서로 이격되게 배치되는 양극패드와 음극패드를 포함하는 패드부; 및 상기 패드부 상에 형성되는 태양전지셀을 포함하고,
    상기 이차전지부는
    상기 회로기판의 타면에 애노드층, 전해질층 및 캐소드층이 순차적으로 형성되는 이차전지 유닛; 및 상기 회로기판의 타면에 형성되며 상기 이차전지 유닛과 이격되게 배치되는 양극패드를 포함하고,
    상기 패드부는 상기 회로기판의 일면에 형성된 금속층이 에칭됨에 따라 형성되며, 상기 애노드층 및 상기 양극패드는 상기 회로기판의 타면에 형성된 금속층이 에칭됨에 따라 형성되고,
    상기 캐소드층은 상기 이차전지 유닛이 전기적으로 연결 가능하도록 상기 양극패드의 일면과 접촉되는 솔더부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지.
  2. 제1항에 있어서,
    제1항에 있어서,
    상기 회로기판은 플렉서블한 폴리이미드(polyimide) 시트인 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 태양전지부는
    상기 양극패드에 구비되며 상기 회로기판을 향하여 관통 형성되는 제1 비아홀; 및
    상기 음극패드에 구비되며 상기 회로기판을 향하여 관통 형성되는 제2 비아홀
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 양극패드 및 상기 음극패드는 각각
    상기 회로기판의 내측부에 배치되는 제1 패드부와 상기 제1 패드부로부터 연장되어 상기 회로기판의 외측부에 배치되는 제2 패드부를 포함하며,
    상기 제1 비아홀은 상기 양극패드에 구비되는 상기 제2 패드부에 관통 형성되고, 제2 비아홀은 상기 음극패드에 구비되는 상기 제1 패드부에 관통 형성되는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 이차전지부는
    상기 양극패드에 구비되며 상기 회로기판을 향하여 관통 형성되는 제1 비아홀; 및
    상기 애노드층에 구비되며 상기 회로기판을 향하여 관통 형성되는 제2 비아홀
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 양극패드는
    상기 회로기판의 내측부에 배치되는 제1 패드부와 상기 제1 패드부로부터 연장되어 상기 회로기판의 외측부에 배치되는 제2 패드부를 포함하며,
    상기 제1 비아홀은 상기 양극패드에 구비되는 상기 제2 패드부에 관통 형성되는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 비아홀은 상기 태양전지부 및 상기 이차전지부의 양극패드를 연통하고, 상기 제2 비아홀은 상기 태양전지부의 음극패드 및 상기 이차전지부의 애노드층을 연통하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지.
  8. 삭제
  9. 제3항에 있어서,
    상기 태양전지부는
    상기 패드부 및 상기 태양전지셀을 둘러싸도록 형성되며 EVA, POE 또는 PVB로 구성되는 투명한 재질의 제1 보호층; 및
    상기 제1 보호층에 적층되며 PEN, PET로 구성되는 투명한 재질의 제2 보호층을 포함하는 제1 밀봉부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 이차전지부는
    상기 이차전지 유닛을 둘러싸도록 형성되는 진공 캐비티;
    상기 진공 캐비티의 둘레를 따라 형성되며 EVA, POE 또는 PVB로 구성되는 투명한 재질의 제3 보호층; 및
    상기 제3 보호층에 적층되며 폴리머 또는 알루미늄 호일로 구성되는 제4 보호층을 포함하는 제2 밀봉부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지.
  11. 플렉서블한 회로기판과, 상기 회로기판을 공유층으로 공유하는 태양전지부 및 이차전지부를 포함하는 자가 충전 복합전지의 제조 방법에 있어서,
    양면에 금속층이 형성된 회로기판을 준비하는 단계;
    상기 회로기판의 일면에 형성된 금속층을 에칭하여 서로 이격되게 배치되도록 양극패드 및 음극패드를 포함하는 패드부를 형성하는 단계;
    상기 양극패드에 상기 회로기판을 향하여 관통하도록 제1 비아홀을 형성하고 상기 음극패드에 상기 회로기판을 향하여 관통하도록 제2 비아홀을 형성하는 단계;
    상기 회로기판의 타면에 형성된 금속층을 에칭하여 서로 이격되게 배치되도록 애노드층 및 양극패드를 형성하는 단계;
    상기 양극패드에 상기 회로기판을 향하여 관통하도록 제1 비아홀을 형성하고, 상기 애노드층에 상기 회로기판을 향하여 관통하도록 제2 비아홀을 형성하는 단계; 및
    상기 애노드층 상에 전해질층과 캐소드층을 순차적으로 적층하여 이차전지 유닛을 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 이차전지 유닛을 형성하는 단계는
    상기 캐소드층을 적층 시, 상기 회로기판의 타면에 형성된 양극패드의 일면과 솔더링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 비아홀은 상기 회로기판의 일면에 형성된 양극패드 및 상기 회로기판의 타면에 형성된 양극패드를 연통하고, 상기 제2 비아홀은 상기 회로기판의 일면에 형성된 음극패드 및 상기 애노드층을 연통하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지의 제조 방법.
  13. 삭제
  14. 제11항에 있어서,
    상기 회로기판의 일면에 형성된 패드부, 상기 제1 비아홀 및 상기 제2 비아홀을 둘러싸도록 EVA, POE 또는 PVB로 구성되는 투명한 재질의 제1 보호층을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 보호층 상에 PEN, PET로 구성되는 투명한 재질의 제2 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지의 제조 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 애노드층의 둘레 일부를 식각하여 진공 캐비티를 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 이차전지 유닛을 형성하는 단계 이후에,
    상기 진공 캐비티의 둘레를 따라 EVA, POE 또는 PVB로 구성되는 투명한 재질의 제3 보호층을 형성하는 단계; 및
    상기 제3 보호층 상에 폴리머 또는 알루미늄 호일로 구성되는 제4 보호층을 형성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지의 제조 방법.
KR1020200005636A 2020-01-15 2020-01-15 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지 및 그 제조 방법 KR102441625B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200005636A KR102441625B1 (ko) 2020-01-15 2020-01-15 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지 및 그 제조 방법
PCT/KR2021/000563 WO2021145707A1 (ko) 2020-01-15 2021-01-14 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지 및 그 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200005636A KR102441625B1 (ko) 2020-01-15 2020-01-15 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지 및 그 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210092092A KR20210092092A (ko) 2021-07-23
KR102441625B1 true KR102441625B1 (ko) 2022-09-07

Family

ID=76864529

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200005636A KR102441625B1 (ko) 2020-01-15 2020-01-15 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지 및 그 제조 방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102441625B1 (ko)
WO (1) WO2021145707A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102513781B1 (ko) * 2020-11-03 2023-03-27 주식회사 지피 태양전지 및 배터리간 전기적 연결 구조를 갖는 고 신뢰성 플렉시블 모듈
CN115332734A (zh) * 2022-09-13 2022-11-11 四川启睿克科技有限公司 一种芯片与电池一体化集成方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090014049A1 (en) * 2007-07-13 2009-01-15 Miasole Photovoltaic module with integrated energy storage

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100767386B1 (ko) * 2006-01-27 2007-10-17 경상대학교산학협력단 2차 전지 일체형 태양전지
KR20090061300A (ko) * 2007-12-11 2009-06-16 삼성전자주식회사 복합형 리튬 2차 전지 및 이를 채용한 전자 장치
KR20120037261A (ko) * 2010-10-11 2012-04-19 삼성전자주식회사 태양 전지 모듈 및 그 제조 방법
KR20160062616A (ko) 2014-11-25 2016-06-02 울산과학기술원 하이브리드 자가 충전 전지 및 이의 제조방법
KR102245618B1 (ko) * 2016-07-20 2021-04-27 삼성에스디아이 주식회사 가요성 이차 전지
KR101912297B1 (ko) * 2016-12-23 2018-10-26 울산과학기술원 하이브리드 자가 충전 전지 및 이의 제조 방법
US20190252564A1 (en) * 2018-02-12 2019-08-15 Beijing Apollo Ding Rong Solar Technology Co., Ltd. Photovoltaic power generation and storage device, and method of manufacturing same

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090014049A1 (en) * 2007-07-13 2009-01-15 Miasole Photovoltaic module with integrated energy storage

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210092092A (ko) 2021-07-23
WO2021145707A1 (ko) 2021-07-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102155904B1 (ko) 복합 배터리 셀
US9401525B2 (en) Power storage device and manufacturing method thereof
KR102351994B1 (ko) 수평 복합 전기 공급 요소 그룹
US9793573B2 (en) Lithium ion secondary battery containing a non-polar active material
KR102441625B1 (ko) 태양광을 이용한 자가 충전 복합전지 및 그 제조 방법
US8906558B2 (en) Collection structure in batteries
CN102394321A (zh) 积层式可储能太阳能电池及其制备方法
US10991990B2 (en) Low profile sensor and electrochemical cell including same
KR20190016353A (ko) 배터리 셀 프레임 및 이를 포함하는 배터리 모듈
KR100322098B1 (ko) 2차 전지
JP2001015152A (ja) 全固体積層電池
KR20150114277A (ko) 개선된 전극 리드 구조를 갖는 이차전지 및 그 제조방법
KR100911004B1 (ko) 전지부와 이를 채용한 리튬이차전지
KR100673616B1 (ko) 웨이퍼 뒷면에 전원공급장치가 내장된 반도체용 실리콘웨이퍼
KR20020012397A (ko) 리튬 이차전지 및 리튬 이차전지 모듈
KR20000066876A (ko) 리튬이차전지
JP7098189B2 (ja) 二次電池及び電池モジュール
US11721839B2 (en) Electrode assembly with improved connection between electrode tabs
KR102205826B1 (ko) 이차전지 일체형 무기 박막 태양전지 팩 및 이의 제조방법
KR101266810B1 (ko) 태양전지 결합형 박막전지 패키지
KR100528902B1 (ko) 이차 전지와 그의 제조 방법
KR100818196B1 (ko) 2차 전지의 그리드와 전극 탭의 연결 방법 및 구조체
CN108550774A (zh) 一种组合层状固态薄膜电池组的孔连接结构
WO2023061442A1 (en) Method of embedding a multi-layer lithium ion battery on a flexible printed circuit board
JPH0240967A (ja) 光電変換型電池及びこれを組み合わせてなるハイブリッド型二次電池

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant