KR20020061870A - 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 박막 전지와 박막 태양 전지를 조합하여 별도의 충전 시스템 없이도 박막 전지의 충방전이 가능하도록 한 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지를 제조하는 방법에 있어서, 기판의 일면을 식각하여 적어도 하나 이상의 그루브를 형성하는 단계와; 상기 그루브 중에서 적어도 하나 이상의 그루브에 박막 전지를 형성하는 단계와; 상기 단계에서 형성된 박막 전지와 인접한 다른 그루브 중에서 적어도 어느 한 그루브에 박막 태양 전지를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지 제조 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 박막 전지와 박막 태양 전지를 조합하여 별도의 충전 시스템 없이도 박막 전지의 충방전이 가능하도록 한 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 산업의 고도화로 인하여 극소형 마이크로 전기 전자 소자가 스마트 카드, MEMS(MicroEletroMechanical System), MAV(Micro Air Vehicle) 등의 여러 분야에서 등장함에 따라서, 이들 소자가 요구하는 소비 전력 또한 점점 극소화하고 있으며, 이에 따라 전력 공급원으로써의 박막 전지의 필요성이 절실해지고 있다.
종래 대부분의 소자는 각각의 소자가 제작된 이 후에 외부의 전력 공급원으로부터 전력을 공급받는 형태를 취하고 있지만, 박막 전지의 도입으로 소자 자체에 전력 공급원을 갖는 것이 가능해졌다.
하지만, 박막 전지도 전지의 일종이므로 외부의 전력 공급원으로부터 충전받아야 반복적으로 사용할 수 있기 때문에, 그에 적당한 별도의 충전 시스템이 필요하다.
한편, 박막형 전지의 일반적인 구조는 기판 위에 다양한 반도체 공정을 이용하여 구성 물질들을 증착시켜 제조된 형태로써, 그 특성상 형태나 크기의 제약이 거의 없어 자유롭게 제조될 수 있다는 특징이 있다.
이러한 박막 전지의 전형적인 구조를 도 1에 나타내었다. 도 1에서 보면, 단위 박막전지는 Si 기판(10)과, 상기 Si 기판(10) 위에 형성된 Ti계 물질로 이루어진 양극 전류 집전체(11)와, 상기 양극 전류 집전체(11) 위에 형성되며 예를 들어,LiCoO2로 이루어진 양극(13)과, 상기 양극(13)의 노출된 상부면과 측면 및 일측 Si 기판(10)의 일부를 덮고(overlaying) 있으며 예를 들어, LiPON로 이루어진 전해질(14)과, 상기 전해질(14) 위에 형성되며 예를 들어, SnO2로 이루어진 음극(15)과, 상기 음극(15)이 공기와의 반응을 차단하기 위하여 음극(15)과 전해질(14)의 일측면 및 일측 Si 기판(10)의 일부를 덮고 있는 Ti 또는 W계 물질로 이루어진 음극 전류 집전체(12)와, 상기 음극(15), 전해질(14)의 노출된 일부, 양극 전류 집전체(11)의 일부, 음극 전류 집전체(12)를 보호하기 위한 보호층(16)으로 구성되어 있다.
상기 기판(10)은 Si 외에도 글래스, 알루미나, 사파이어 각종 반도체 또는 폴리머 물질로 이루어질 수 있고, 음극(15)은 SnO2이외에 Li으로 이루어질 수 있다.
그런데, 상기와 같이 이루어진 단위 박막 전지는 기판 위에 증착되는 형태이기 때문에 다층으로 적층할 때에 기판 위로 상당히 노출되어 물리적인 작용으로 인하여 전지의 안정성에 심각한 영향을 받을 수 있는 문제점을 안고 있다.
한편, 박막 전지의 충전을 위하여 박막 태양 전지를 도입하여, 자체 충방전이 가능한 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지가 개발되어 있다.
이러한 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지의 전형적인 일례를 도 2에 나타내었다.
도 2에서 보면, 종래의 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지는 Si기판(19)위에 형성된 박막 태양 전지(18)와, 상기 박막 태양 전지(18)에 의하여 생성되는 전류를 공급받아 충전하는 박막 전지(17)로 구성되어 있는데, 이들의 세부 구조는 다음과 같다.
박막 태양 전지(18)는 Si 기판(19)과, 상기 Si 기판(19) 위에 형성된 투명 전도층(20)과, 상기 투명 전도층(20) 위에 형성되는 p형 반도체(21)와, 상기 p형 반도체(21) 위에 형성되는 반도체(22)와, 상기 반도체(22) 위에 형성되는 n형 반도체(23)와, 상기 n형 반도체(23) 위에 형성되는 정류층(24)으로 이루어진다.
그리고, 상기 박막 태양 전지(18) 위에 형성되는 박막 전지(17)는 상기 정류층(24) 위에 형성되는 음극(25)과, 상기 음극(25) 위에 형성되는 전해질(26)과, 상기 전해질(26) 위에 형성되는 양극(27)과, 상기 양극(27) 위에 형성되는 양극 전류 집전체(28), 상기 양극 전류 집전체(28) 위에 형성되는 보호층(29)으로 이루어진다.
그런데, 상기와 같이 이루어진 종래의 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지는 그 구조상 박막 태양 전지가 차지하는 면적은 박막 전지의 구성 면적에 국한되어 형성된다.
따라서, 면적에 비례하여 용량이 결정되는 태양 전지의 특성상 태양 전지에 의한 출력 전류량이 제한되는 문제점을 안고 있다.
따라서, 본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 박막 태양 전지와 박막 전지를 조합하여 별도의 충전 시스템 없이 사용가능하면서 안정성과 외부 환경에 따른 열화를 감소시켜 주는 구조를 갖는 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 일반적인 박막 전지 구조를 나타낸 구조도.
도 2는 종래의 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지의 구조를 나타낸 구조도.
도 3은 본 발명에 따른 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지의 제 1실시예를 설명하기 위한 구조도.
도 4는 본 발명의 제 2실시예를 설명하기 위한 구조도.
도 5는 본 발명에 따른 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지의 제조 공정을 설명하기 위한 공정도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
30 : 기판31a∼31c : 벽
31,31' : 그루브60 : 박막 전지
70 ; 박막 태양 전지
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지를 제조하는 방법에 있어서, 기판의 일면을 식각하여 적어도 하나 이상의 그루브를 형성하는 단계와; 상기 그루브 중에서 적어도 하나 이상의 그루브에 박막 전지를 형성하는 단계와; 상기 단계에서 형성된 박막 전지와 인접한 다른 그루브 중에서 적어도 어느 한 그루브에 박막 태양 전지를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지 제조 방법과, 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지를 제조하는 방법에 있어서, 기판의 일면을 식각하여 박막 태양 전지를 수용하기 위한 제 1그루브를 형성하는 단계와; 상기 제 1그루브에 형성되는 박막 태양 전지의 하부에 적어도 하나 이상의 박막 전지를 수용할 수 있는 깊이를 갖는 적어도 하나 이상의 제 2그루브를 형성하는 단계와; 상기 제 2그루브에 박막 전지를 형성하는 단계와; 상기 제 1그루브에 박막 태양 전지를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지 제조 방법을 제공한다.
그리고, 본 발명은 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지에 있어서, 전기적 절연체로 이루어져, 그 일면에 다수의 그루브가 형성된 기판과; 상기 기판에 형성된 다수의 그루브 중에서 적어도 어느 한 그루브에 형성되어 태양 에너지를 이용하여 전기를 생성하는 박막 구조의 박막 태양 전지와; 상기 기판에 형성된 다수의 그루브 중에서 상기 박막 태양 전지가 형성된 그루브에 인접한 그루브에 형성되어, 상기 박막 태양 전지에 의하여 생성된 전기를 이용하여 충전되는 박막 구조의 박막 전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지와, 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지에 있어서, 전기적 절연체로 이루어져, 그 일면에 2단계의 깊이를 갖는 적어도 하나 이상의 그루브가 형성된 기판과; 상기 기판에 형성된 2단계의 깊이를 갖는 다수의 그루브 중에서 하부의 그루브에 형성되는 박막 전지와; 상기 박막 전지 상부인 상부 그루브에 형성되어 태양 에너지를 이용하여 전기를 생성하여 상기박막 전지에 충전 전원을 공급해 주는 박막 태양 전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지를 아울러 제공한다.
상기 기판에 형성되는 그루브는 전기적 절연체에 의하여 분리 형성되며, 상기 다수의 박막 전지를 병렬 연결과 직렬 연결 방법 중에서 어느 한 방법으로 연결함으로써, 출력 전압 및 전류를 조절한다.
상기한 바와 같이 본 발명에서는 반도체 기판으로 이루어진 기판에 다수의 그루브(groove)를 형성하고, 이에 박막 전지와 박막 태양 전지를 형성함으로써, 박막 태양 전지에 의한 자체 충전이 가능하게 하여 사용상의 편의성을 높여 주면서, 박막 전지와 박막 태양 전지가 외부 환경에 의하여 열화되는 것을 방지한다.
(실시예)
이하에 상기한 본 발명을 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다.
첨부한 도면, 도 3은 본 발명에 따른 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지의제 1실시예를 설명하기 위한 구조도, 도 4는 본 발명의 제 2실시예를 설명하기 위한 구조도, 도 5는 본 발명에 따른 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지의 제조 공정을 설명하기 위한 공정도이다.
본 발명에 따른 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지를 제조하기 위해서는 먼저, 박막 전지와 박막 태양 전지의 형상과 이들을 서로 연결해 주는 회로의 형태로 마스크를 제작하여 선택적 식각 방법을 이용하여 기판에 그루브(groove)를 형성한다.
본 발명에서 제안하는 그루브의 형태는 2가지인데, 하나는 도 3에 나타낸 바와 같은 박막 전지와 박막 태양 전지를 별도로 수용하는 2개의 그루브를 기본 단위로 하여 형성하는 방법(도 3 참조)과, 박막 태양 전지와 다수의 박막 전지를 수용하는 다수의 그루브와, 그 위에 한 개의 박막 태양전지를 수용하는 한 개의 그루브를 기본 단위로 하여 형성하는 방법(도 4 참조)이다.
본 발명의 제 1실시예에서는 두 개의 그루브를 이용하여 박막 태양 전지와 박막 전지를 각각 형성하는 경우를 도 3 및 도 5a∼도 5e를 참조하여 설명한다.
기판(30)은 실리콘 재질로 수백㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성되어 있으며, 이 기판(30) 위에 절연체 예를 들어, 산화실리콘(SiO2)을 형성하고, 도 5a와 같이 식각 방법으로 수십∼수백㎛ 정도의 깊이를 갖는 다수의 그루브(31, 31')를 형성한다. 따라서, 상기 각 그루브(31, 31')를 형성시켜 주는 제 1∼3벽(wall, 31a, 31b, 31c)이 형성된다.
상기한 바와 같이 다수 형성된 그루브(31, 31') 중에서 서로 인접한 위치의 제 1 및 제 2그루브(31, 31')에 각각 박막 전지(60)와 박막 태양 전지(70)를 아래와 같이 형성한다.
상기 박막 전지(60)는 제 1그루브(31) 내부에 형성되는데, 이 박막 전지(60)는 일반적인 박막 전지 제조 공정에 의하여 도 5b에 나타낸 바와 같이, 아래로부터 위로 양극 전류 집전체(33), 양극(34), 전해질(35), 음극(36), 음극 전류 집전체(37)가 순서대로 형성된다.
그리고, 상기 박막 태양 전지(70)는 상기 제 2그루브(31') 내부에 형성되는데, 이 박막 태양 전지(70)는 일반적인 박막 태양 전지 제조 공정에 의하여 도 5c에 나타낸 바와 같이, 아래로부터 위로 투명 전도층(40), p형 반도체(41), 진성(i형) 반도체(42), n형 반도체(43), 정류층(44)이 순서대로 형성된다.
한편, 상기 박막 전지(60)의 양극 전류 집전체(33)와 투명 전도층(40)을 서로 연결시켜 주는 제 1리드선(32a)과, 상기 음극 전류 집전체(37)와 정류층(44)을 서로 연결시켜 주는 제 2리드선(32b)은 상기 제 1그루브(31)와 제 2그루브(31')를 서로 분리시켜 주는 제 2벽(31b)에 형성되는데, 그 과정은 다음과 같이 이루어진다.
도 5a에 나타낸 바와 같이, 제 2벽(31b)의 하단에 형성되는 제 1리드선(32a)이 수용되는 제1리드선 수용부(32a')가 형성되는 위치까지 상기 제 1 및 제 2그루브(31, 31')를 형성할 때에 식각한다.
그리고, 제 1리드선(32a)을 형성하고, 다시 제 1리드선(32a)과 제 2리드선수용부(32b')가 형성되는 위치까지 제 2벽 부분을 형성하고, 다시 제 2리드선(32b)을 형성한 후에, 제 2벽(31b)의 나머지 부분을 형성한다.
그리고, 상기 박막 태양 전지(70)에 의하여 생성된 전력이 상기 박막 전지(60)에 과충전되는 것을 방지해 주는 과충전 방지 회로(도면에 미 도시함)를 부가 설치하여 완성한다.
상기와 같이 이루어지는 제 1실시예는 기판(30)에 다수의 패어 그루브 즉, 제 1그루브(31)와 제 2그루브(31')에 형성되는 박막 전지(60)와 박막 태양 전지(70)를 적어도 한 쌍 이상 형성하여, 전력 생산 및 충전을 가능하게 하는 것이다.
즉, 본 발명에 따른 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지를 사용하는 전자기기의 요구 전압 및 전류량에 따라 박막 전지 및 박막 태양 전지의 개수와 용량을 설정하여 형성하면 된다.
특히, 그루브 내에 형성된 전지의 종류에 따라 전압 조건이 다르면 전지의 충전 조건을 만족시키기 위한 하나 이상의 태양 전지를 형성하여 충전 전원을 공급해주어야 한다.
그리고, 도 4에 나타낸 바와 같은 본 발명의 제 2실시예는 기판(50) 위에 1차적으로 다수(본 실시예에서는 3개)의 박막 전지(52a∼52e)를 수용하는 4개의 벽 즉, 제 1벽(51a) 및 제 2벽(51b)과 제 1벽(51a)과 제 2벽(51b) 사이에 형성되는 제 3벽(51c)과 제 4벽(51d)에 의하여 형성되는 3개의 그루브를 형성한 후에, 3개의 박막 전지를 형성하기 위하여 순차적으로, 양극 전류 집전체(52a), 양극(52b), 전해질(52c), 음극(52d), 음극 전류 집전체(52e)를 형성한다.
그리고, 상기 3개의 양극 전류 집전체(52a)를 서로 연결시켜 주는 양극 리드선(53a, 54a)과 상기 3개의 음극 전류 집전체(52e)를 서로 연결시켜 주는 음극 리드선(53b, 54b)을 상기 제 3 및 제 4벽(51c, 51d)에 형성한다.
상기 양극 및 음극 리드선(53a, 54a, 53b, 54b)의 형성 방법은 상기 제 1실시예의 제 1 및 제 2리드선(32a, 32b)의 형성 방법과 동일한 방법으로 형성된다.
그리고, 제 1 및 제 2벽(51a, 51b)에 의하여 형성되면서 상기 박막 전지(52a∼52e) 위에 형성되는 2단계 그루브에 박막 태양 전지를 형성하기 위하여, 먼저 완충층(55)을 형성한 후에, 투명 전도층(56), p형 반도체(57), 진성(i형) 반도체(58), n형 반도체(59), 정류층(60)을 순서대로 형성한다.
그리고, 상기 제 1실시예와 마찬가지로 상기 박막 태양 전지(56∼60)에 의하여 생성된 전력이 상기 3개의 박막 전지(52a∼52e)에 과충전되는 것을 방지하기 위한 과충전 방지 회로(도면에 미 도시함)를 설치하여 완성한다.
또한, 상기 제 2실시예서는 한 개의 태양박막전지를 이용하여 세 개의 박막전지를 충전하기 위한 경우를 예로 들어 설명하였으나, 경우에 따라서는 박막 태양 전지의 수와 박막 전지의 수를 다양한 조합 즉, 전압 조절은 전지의 직렬 연결 수로 조절하고, 전류량 조절은 병렬 연결 수를 변경하여 박막 태양 전지에 의한 충전 전압과 박막 전지에 의한 출력 전압을 조절할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명은 반도체 기판으로 이루어진 기판에 다수의 그루브(groove)를 형성하고, 이에 박막 전지와 박막 태양 전지를 형성함으로써, 박막 태양 전지에 의한 자체 충전이 가능하게 하여 사용상의 편의성을 높여 주면서, 박막 전지와 박막 태양 전지가 외부 환경에 의하여 열화되어 성능이 저하되는 것을 방지한다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예로 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
Claims (7)
- 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지를 제조하는 방법에 있어서,기판의 일면을 식각하여 적어도 하나 이상의 그루브를 형성하는 단계와;상기 그루브 중에서 적어도 하나 이상의 그루브에 박막 전지를 형성하는 단계와;상기 단계에서 형성된 박막 전지와 인접한 다른 그루브 중에서 적어도 어느 한 그루브에 박막 태양 전지를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지 제조 방법.
- 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지를 제조하는 방법에 있어서,기판의 일면을 식각하여 박막 태양 전지를 수용하기 위한 제 1그루브를 형성하는 단계와;상기 제 1그루브에 형성되는 박막 태양 전지의 하부에 적어도 하나 이상의 박막 전지를 수용할 수 있는 깊이를 갖는 적어도 하나 이상의 제 2그루브를 형성하는 단계와;상기 제 2그루브에 박막 전지를 형성하는 단계와;상기 제 1그루브에 박막 태양 전지를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지 제조 방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 다수의 박막 전지를 병렬 연결과 직렬 연결 방법 중에서 어느 한 방법으로 연결함으로써, 출력 전압 및 전류를 조절하는 것을 특징으로 하는 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지 제조 방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 기판에 형성되는 그루브는 전기적 절연체에 의하여 분리 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지 제조 방법.
- 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지에 있어서,전기적 절연체로 이루어져, 그 일면에 다수의 그루브가 형성된 기판과;상기 기판에 형성된 다수의 그루브 중에서 적어도 어느 한 그루브에 형성되어 태양 에너지를 이용하여 전기를 생성하는 박막 구조의 박막 태양 전지와;상기 기판에 형성된 다수의 그루브 중에서 상기 박막 태양 전지가 형성된 그루브에 인접한 그루브에 형성되어, 상기 박막 태양 전지에 의하여 생성된 전기를 이용하여 충전되는 박막 구조의 박막 전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지.
- 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지에 있어서,전기적 절연체로 이루어져, 그 일면에 2단계의 깊이를 갖는 적어도 하나 이상의 그루브가 형성된 기판과;상기 기판에 형성된 2단계의 깊이를 갖는 다수의 그루브 중에서 하부의 그루브에 형성되는 박막 전지와;상기 박막 전지 상부인 상부 그루브에 형성되어 태양 에너지를 이용하여 전기를 생성하여 상기박막 전지에 충전 전원을 공급해 주는 박막 태양 전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지.
- 제 5항 또는 제 6항에 있어서, 상기 박막 태양 전지에 의한 박막 전지의 충전 중에 과충전을 방지하기 위한 과충전 방지 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 태양 전지를 구비한 박막 전지.
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