KR20130039357A - 태양전지 모듈을 구비하는 발광모듈 어셈블리 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지 모듈을 구비하는 발광모듈 어셈블리에 관한 것으로서, 상세하게는 봉지용 기판을 절약하고 태양전지 모듈의 발열로 인한 발광모듈의 열손상을 방지하며, 태양전지 모듈로부터 발광모듈로의 전기공급이 용이하게 전달될 수 있는 어셈블리에 관한 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 태양전지 모듈과; 상기 태양전지부와 인접하게 마련되는 발광모듈과;상기 태앙전지모듈과 상기 발광모듈 사이에 마련되어 상기 태양전지 모듈과 상기 발광모듈을 상호 부착시키며, 상기 태양전지에서 발생하는 열을 외부로 방출하는 중간층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광모듈 어셈블리를 제공한다.
본 발명에서 태양전지 모듈과 발광모듈 사이에 중간층을 배치하는데, 이 중간층이 태양전지 모듈과 발광모듈을 접착시키면서도, 태양전지로부터 발생하는 열이 발광모듈로 전달되는 것을 방지할 수 있다.
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본 발명에서 태양전지 모듈과 발광모듈 사이에 중간층을 배치하는데, 이 중간층이 태양전지 모듈과 발광모듈을 접착시키면서도, 태양전지로부터 발생하는 열이 발광모듈로 전달되는 것을 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 태양전지 모듈을 구비하는 발광모듈 어셈블리에 관한 것으로서, 상세하게는 봉지용 기판을 절약하고 태양전지 모듈의 발열로 인한 발광모듈의 열손상을 방지하며, 태양전지 모듈로부터 발광모듈로의 전기공급이 용이하게 전달될 수 있는 어셈블리에 관한 것이다.
일반적으로 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode; 이하, OLED)모듈은 제1전극(애노드), 상기 제1전극 상에 위치하는 유기발광부 및 상기 유기발광부 상에 위치하는 제2전극(캐소드)를 포함한다.
종래의 유기발광 다이오드 장치는 한국 특허 공개번호 10-2009-0050950에서 개시한 구조와 같다.
제1전극와 제2전극 간에 전압을 인가하면 정공은 제1전극로부터 유기발광부 내로 주입되고, 전자는 제2전극로부터 유기발광부내로 주입된다.
유기발광부 내로 주입된 정공과 전자는 유기발광부에서 재결합하여 엑시톤(exiton)을 생성하고, 이러한 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 전이하면서 빛을 방출하게 된다.
상기 제1전극, 제2전극, 유기발광부이 공기 중의 수분이나 산소, NOx 등과 접촉하게 되면 성능 및 수명이 현저히 저하되므로, 그 위에는 보호층이 형성된다.
OLED 광원은 그 자체를 박막으로 제조 가능하여 광원의 두께를 획기적으로 줄일 수 있고, 온도 상승 경향이 적을 뿐 아니라 저전력 구동이 가능하다.
또한, OLED는 각종 컬러 광을 구현할 수 있는 다양한 이종의 유기 발광 물질들을 사용함으로써, 표시 장치의 패널로서도 기능할 수 있어, 액정표시장치의 백라이트, 각종 조명 기기, 표시 장치 등에 널리 사용되고 있다.
한편, 태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기에너지로 변환시키는 장치이다.
태양전지의 구조 및 원리에 대해서 간단히 설명하면, 태양전지는 P(Positive)형 반도체와 N(Negative)형 반도체를 접합시킨 PN접합 구조를 하고 있으며, 이러한 구조의 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해서 상기 반도체 내에서 정공(hole) 및 전자(electron)이 발생한다.
이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공(+)은 P형 반도체로 이동하고, 상기 전자(-)는 N형 반도체로 이동하게 되고, 이에 의하여 전위가 발생하여 전력을 생산할 수 있게 되는 원리이다.
이와 같은 태양전지는 기판형 태양전지와 박막형 태양전지로 구분할 수 있다. 상기 기판형 태양전지는 실리콘과 같은 반도체 물질 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조하는 것이다.
한편, 상기 박막형 태양전지는 유리와 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양전지를 제조한 것이다.
상기 기판형 태양전지는 상기 박막형 태양전지에 비하여 효율이 다소 우수하기는 하지만, 공정상 두께를 최소화하는데 한계가 있고, 고가의 반도체 기판을 이용하기 때문에 제조비용이 상승하는 단점이 있다.
상기 박막형 태양전지는 상기 기판형 태양전지에 비해서 효율이 다소 떨어지기는 하지만, 얇은 두께로 제조가 가능하여 휘는 태양전지로도 제조가 가능하고, 저가의 재료를 이용할 수 있어 제조비용이 감소되는 장점이 있어 대량 생산에 적합하다.
상기 박막형 태양전지는 기판상에 전면전극을 형성하고, 상기 전면전극 위에 실리콘과 같은 반도체 층을 형성하고, 상기 반도체층 위에 후면전극을 형성하여 제조된다.
OLED모듈와 태양전지는 모두 그 양면에 유리와 같은 기판이 배치되고, 그 부분으로 빛이 입사되고나 출광될 수 있다. 또한, 상기 OLED와 태양전지는 외부로부터의 습기 또는 이물질의 침입을 방지하기 위한 봉지층을 구비하고 있다.
종래의 OLED모듈는 조명이 필요한 실내에 설치되는 경우가 대부분이고, 태양전지의 경우, 태양광의 입사가 필수적이므로 실외에 설치되었다.
다만, 최근의 에너지 정책에 따라서 건물에서의 건물의 외부나 창에 태양전지를 설치하는 경우가 많아지면서, 이러한 태양전지를 OLED 장치와 같은 발광장치와 하나의 어셈블리로 제작하여 이러한 어셈블리를 이용하여 발전과 조명을 동시에 구현하는 것에 대한 필요성이 제기되었다.
본 발명은 이러한 필요성을 충족하기 위한 것으로서, 조명과 발전을 같이 수행할 수 있는 태양전지 모듈을 구비하는 발광장치 모듈 어셈블리를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 태양전지 모듈 및 발광장치 모듈의 봉지에 소요되는 기판의 수량을 줄임으로써 원가 절감에도 기여할 수 있는 제품을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 태양전지 모듈과; 상기 태양전지부와 인접하게 마련되는 발광모듈과; 상기 태앙전지모듈과 상기 발광모듈 사이에 마련되어 상기 태양전지 모듈과 상기 발광모듈을 상호 부착시키며, 상기 태양전지에서 발생하는 열을 외부로 방출하는 중간층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광모듈 어셈블리를 제공한다.
상기 발광모듈의 출광부에 마련되는 제1기판과; 상기 태양전지 모듈의 입광부에 마련되는 제2기판을 포함하며, 상기 중간층은 상기 제1기판과 상기 제2기판 사이에 마련되어 봉지부로 기능하는 것을 특징으로 한다.
상기 발광모듈은 상기 제1기판에 마련되는 발광모듈 제1전극과; 상기 제1전극에 마련되는 발광부와; 상기 발광부에 마련되는 발광모듈 제2전극을 포함하며, 상기 중간층은 상기 발광모듈 제2전극에 배치되거나, 상기 발광모듈 제1,2전극 및 상기 발광부를 둘러싸도록 배치되어 외부 이물질 침투방지를 수행하는 보호막층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 중간층은 상기 보호막층을 둘러싸거나, 상기 보호막층 외부에 배치되는 열전도층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 열전도층의 일측에 배치되는 방열부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 중간층은 상기 열전도층에 배치되는 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 접착층은 투습방지 기능과, 절연 기능 중 적어도 어느 하나의 기능을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 태양전지 모듈은 제2기판에 마련되는 태양전지 모듈 제1전극과; 상기 제3전극에 배치되는 광전변환부와; 상기 광전변환부에 배치되는 태양전지 모듈 제2전극을 포함하되, 상기 중간층은 상기 태양전지 모듈 제1전극과 상기 제2전극 사이에 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 중간층은 상기 발광모듈 제1,2전극 및 상기 발광부와, 상기 태양전지 모듈 제1,2전극 및 상기 광전변환부의 외부 노출을 방지하도록 이들을 둘러싸도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 태양전지 모듈은 상호 이격되는 두 개의 기판과; 상기 기판 사이에 배치되는 태양전지 모듈 제1전극과, 광전변환부와, 태양전지 모듈 제2전극을 포함하고, 상기 발광모듈은 상호 이격되는 두 개의 기판과; 상기 기판 사이에 배치되는 발광모듈 제1전극과, 발광부와, 발광모듈 제2전극을 포함하되, 상기 중간층은 상기 태양전지 모듈의 기판과, 상기 발광모듈의 기판 사이에 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 태양전지 모듈 및 상기 발광모듈에 각각 마련되는 봉지층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 중간층의 일측에 마련되는 방열부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 중간층은 상기 태양전지 모듈의 기판과, 상기 발광모듈의 기판을 부착시키는 것을 특징으로 한다.
상기 중간층은 열전달 물질과 접착 물질로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 태양전지 모듈과 상기 발광모듈을 연결하며, 상기 태양전지 모듈에서 생산된 전기를 축전하고, 축전된 전기를 상기 발광모듈에 공급하는 전력부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한, 발광모듈을 제작하는 단계; 태양전지 모듈을 제작하는 단계; 상기 발광모듈 또는 상기 태양전지 모듈 사이에 접착용 중간층을 배치하는 단계; 상기 중간층을 매개로 상기 발광모듈과 상기 태양전지 모듈을 합착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광모듈 어셈블리의 제조방법을 제공한다.
상기 발광모듈은 제1기판과, 발광모듈 제1전극과, 발광부와, 발광모듈 제2전극으로 구성되고, 상기 태양전지 모듈은 제2기판과, 태양전지 모듈 제1전극과, 광전변환부와, 태양전지 모듈 제2전극으로 구성되되, 상기 중간층을 배치하는 단계는 상기 중간층을 상기 발광모듈 제2전극과 상기 태양전지 모듈 제2전극 사이에 배치하는 것을 특징으로 한다.
상기 중간층을 배치하는 단계는 상기 중간층을 상기 발광모듈 제2전극 또는 상기 태양전지 모듈 제2전극에 증착 또는 도포하는 것을 특징으로 한다.
상기 중간층이 상기 발광모듈 제1,2전극 및 상기 발광부와, 상기 태양전지 모듈 제1,2전극과, 광전변환부를 둘러싸도록 성형하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
중간층을 배치하는 단계는; 상기 발광모듈 제2전극 일측에 보호막층을 마련하는 단계와; 상기 보호막층 일측에 열전달층을 마련하는 단계와; 상기 열전달층 일측에 접착층을 마련하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 열전달층에 방열부재를 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 태양전지 모듈과 발광모듈이 연결됨으로써 발광모듈에 태양전지 모듈에서 생산한 전기를 공급할 수 있다.
한편, 태양전지 모듈과 발광모듈 사이에 중간층을 배치하는데, 이 중간층이 태양전지 모듈과 발광모듈을 접착시키면서도, 태양전지로부터 발생하는 열이 발광모듈로 전달되는 것을 방지할 수 있다.
특히, 중간층을 구성하는 열전도층이 마련되고, 열전도층 일측에 방열부재가 마련됨으로써, 태양전지 모듈에서 발생하는 열이 본 발명에 의한 어셈블리 외부로 용이하게 방출될 수 있다.
한편, 2개의 기판으로도 태양전지 모듈을 구비하는 발광모듈 어셈블리를 구성할 수 있으므로 기판에 소요되는 비용이 절감될 수 있다. 2개의 기판과 중간층을 이용하여 봉지를 할 수 있기 때문에, 종전과 비교하여 봉지 성능이 훼손될 염려가 없다.
도1은 본 발명의 제1실시예에 의한 발광모듈 어셈블리의 단면도이다.
도2내지 도9는 본 발명의 제1실시예에 의한 발광모듈 어셈블리의 제작과정을 도시한 도면이다.
도10은 본 발명의 제1실시예에 의한 발광모듈 어셈블리의 동작을 나타내는 단면도이다.
도11은 본 발명의 제2실시예에 의한 발광모듈 어셈블리의 단면도이다.
도12내지 도15는 본 발명의 제2실시예에 의한 발광모듈 어셈블리의 제작과정을 도시한 도면이다.
도16은 본 발명의 제1실시예에 의한 발광모듈 어셈블리의 동작을 나타내는 단면도이다.
도2내지 도9는 본 발명의 제1실시예에 의한 발광모듈 어셈블리의 제작과정을 도시한 도면이다.
도10은 본 발명의 제1실시예에 의한 발광모듈 어셈블리의 동작을 나타내는 단면도이다.
도11은 본 발명의 제2실시예에 의한 발광모듈 어셈블리의 단면도이다.
도12내지 도15는 본 발명의 제2실시예에 의한 발광모듈 어셈블리의 제작과정을 도시한 도면이다.
도16은 본 발명의 제1실시예에 의한 발광모듈 어셈블리의 동작을 나타내는 단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 알아보도록 하겠다.
도1에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 어셈블리(1)는 태양전지 모듈(200)과 발광모듈(100)로 구성된다. 여기서 상기 발광모듈(100)은 OLED모듈로 구성되는 것이 바람직하나 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 발광모듈(100)과 상기 태양전지 모듈(200)은 그 내부가 여러가지 층으로 적층되어 형성되어 있으며, 최외곽에는 빛을 받아들이거나, 외부로 출광시키기 위한 기판(110,210)들이 마련된다.
여기서 상기 기판(110, 210)들은 유리기판과 같이 외부의 충격에 어느정도 견딜수 있는 소정의 강도를 구비한 것으로 마련되는 것이 바람직하다. 그리고, 빛이 투과할 수 있는 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 태양전지 모듈(200)이 배치되는 곳은 태양광이 비춰지는 실외공간이고, 상기 발광모듈(100)이 배치되는 곳은 조명이 필요한 실내공간이다.
따라서, 본 발명에 의한 어셈블리(1)는 건물의 창이 배치되어야 하는 벽면에 설치되는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명에 의한 어셈블리(1)의 구성에 대하여 알아보도록 하겠다.
상기 어셈블리(1)를 구성하는 발광모듈(100)은 제1기판(110), 발광모듈 제1전극(120), 발광부(140), 발광모듈 제2전극(150)을 포함한다.
상기 발광부(140)는 유기 발광부로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 제1기판(110)은 투명한 기판 또는 불투명한 기판일 수 있다. 또한, 상기 제1기판(110)은 유연성을 갖는 플랙시블(flexible)한 재질로 이루어질 수도 있다.
상기 제1기판(110)은 유리, 석영, 세라믹, 플라스틱 등으로 이루어진 절연상 기판으로 형성될 수 있다.
상기 제1기판(110)은 다각형, 원형, 타원형, 별 모양, 임의의 곡면 등의 형상을 가질 수 있다. 제1기판(110) 상에는 상기 발광모듈 제1전극(120)이 형성된다.
상기 발광모듈 제1전극(120)은 도전성 물질을 제1기판(110) 상에 증착 또는 도포하여 형성될 수 있다.
상기 발광모듈 제1전극(120)은 불투명한 금속 물질, 예를 들어, 칼슘(Ca), 바륨(Ba), 마그네슘(Mg), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 발광모듈 제1전극(120)은 투명성 도전체, 예를 들어 ITO(Indium tin oxide; 인듐 틴 옥사이드)나 IZO(Indium zinc oxide; 인듐 징크 옥사이드), ZnO(산화 아연) 또는 In2O3(Indium Oxide) 등으로 형성될 수 있다.
일 예로, 상기 제1전극(120)은 ITO로 이루어진다.
상기 발광모듈 제1전극(120)은 정공 주입 전극인 (+)극이 된다. 한편, 후술하겠지만, 상기 발광모듈 제2전극(150)은 전자 주입 전극인 (-)극이 된다.
유기발광부로 구성되는 상기 발광부(140)는 전자-정공 쌍의 재조합의 결과로서 발광을 수행하는 발광층(emissive layer)을 구비한다.
또한, 상기 발광부(140)는 정공주입층(hole injecting layer), 전자 주입층(electron injecting layer), 정공수송층(hole transporting layer) 및 전자수송층(electron transporting layer) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 다중 막으로 구성될 수 있다.
이들 모두를 포함할 경우, 정공 주입층이 양극인 상기 발광모듈 제1전극(120)의 상에 배치되고, 그 위에 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층이 차례로 적층된다.
한편, 상기 발광부(140) 위에는 발광모듈 제2전극(150)이 형성된다.
상기 발광모듈 제2전극(150)은 불투명한 금속 물질, 예를 들어, 칼슘(Ca), 바륨(Ba), 마그네슘(Mg), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 발광모듈 제2전극(150)은 투명성 도전체, 예를 들어 ITO(Indium tin oxide; 인듐 틴 옥사이드)나 IZO(Indium zinc oxide; 인듐 징크 옥사이드)로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 발광모듈 제2전극(150)은 알루미늄으로 이루어진다.
상기 발광모듈(100)이 일면 발광을 할 경우에는, 상기 발광모듈 제1전극(120)과 상기 발광모듈 제2전극(150) 중 어느 하나가 투명성 전극으로 구성된다.
상기 발광모듈(100)이 양면 발광을 할 경우에는, 상기 발광모듈 제1전극(120)과 상기 발광모듈 제2전극(150)은 모두 투명성 전극으로 형성된다.
본 발명의 경우, 일면발광을 하는 경우를 상정하였기 때문에, 상기 발광모듈 제1전극(120)은 투명성 전극으로 구성되고, 상기 발광모듈 제2전극(150)은 불투명전극으로 구성될 수 있다.
따라서, 상기 기판(110, 210)과 상기 발광모듈 제1전극(120)을 투과한 빛이 실내공간으로 조사될 수 있도록, 상기 기판(110, 210) 및 상기 제1전극(120)은 실내공간을 향하도록 배치되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 의한 어셈블리의 일 구성요소가 되는 태양전지 모듈(200)은 상기 발광모듈(100)의 상부 측 또는 일측에 배치된다.
상기 태양전지 모듈(200)과 상기 발광모듈(100) 사이에는 후술할 중간층(160)이 마련되어 있어서, 상기 태양전지 모듈(200)과 상기 발광모듈(100)을 연결 또는 결착시키는 역할을 한다.
또한, 상기 중간층(160)은 상기 태양전지 모듈(200)에서 발생하는 열이 상기 발광모듈(100)로 향하지 않도록 방열기능을 수행하며, 외부 이물질이 상기 어셈블리 내부로 침투하지 않도록 봉지재 역할도 수행한다.
상기 중간층(160)에 대한 구체적인 구성과 기능, 재질에 대해서는 후술하도록 하겠다.
상기 태양전지 모듈(200)의 구성은 아래와 같다.
본 발명에 의한 태양전지 모듈(200)은 상기 제2기판(210)을 포함하며, 상기 태양전지 모듈(200)은 상기 제2기판(210)에 마련되는 태양전지 모듈 제1전극(210)과, 상기 태양전지 모듈 제1전극(220) 일측에 배치되는 광전변환부(240)를 포함한다.
그리고, 상기 광전변환부(240)의 일측에는 태양전지 모듈 제2전극(250)이 마련된다.
여기서 상기 제2기판(210) 및 상기 태양전지 모듈 제1전극(220)방향으로 빛이 입사되어야 하는 경우, 상기 제2기판(210) 및 상기 태양전지 모듈 제1전극(220)은 실외공간에서 태양이 위치한 곳을 향하도록 배치되는 것이 바람직하다.
이하에서는 상기 태양전지 모듈의 각 층을 구성하는 요소에 대한 구체적인 특징에 대해서 알아보기로 하겠다.
상기 태양전지 모듈(200)의 최외부, 즉, 태양광에 직접 노출이 되는 곳에는 태양전지 모듈 제1전극(220)이 형성된다.
상기 태양전지 모듈 제1전극(220)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al,SnO2, SnO2:F, ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있다.
상기 태양전지 모듈 제1전극(220)은 스퍼터링(sputtering)법, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법, APCVE(Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 적층할 수 있다.
상기 태양전지 모듈 제1전극(220)은 태양광이 입사되는 면이기 때문에 입사되는 태양광이 태양전지 내부로 최대한 흡수될 수 있도록 안내하는 것이 중요하다.
이를 위해서 텍스쳐링(texturing) 가공 공정을 이용하여 상기 태양전지 모듈 제1전극(220)의 표면을 요철구조로 형성할 수 있다.
상기 텍스쳐링 가공공정이란 물질 표면을 울퉁불퉁한 요철구조로 형성하여 마치 직물의 표면과 같은 형상으로 가공하는 공정이다.
이는 화학증기 압착방법을 이용한 텍스쳐 성장법, 포토리소그래피법(photolithography)을 이용한 식각공정, 화학 용액을 이용한 이방성 식각공정(antiotropic ething), 또는 기계적 스크라이빙(mechanical)을 이용한 홈 형성공정 등을 통해 수행할 수 있다.
이와 같이 상기 태양전지 모듈 제1전극(220)이 요철구조로 형성되는 경우, 입사되는 태양광이 태양전지 외부로 반사되는 비율은 감소하게 되며, 그와 더불이 입사되는 태양광의 산란에 의하여 태양전지 내부로 태양광이 흡수하는 비율은 증가하게 되어, 태양전지의 효율이 증대할 수 있는 효과가 있다.
상기 광전변환부(240)는 P형 반도체층(241)과, I형 반도체층(242)과 N형 반도체층(243)으로 구성될 수 있다.
I형 반도체층(242)은 진성반도체(Intrinsic Si layer)로서, 광흡수 및 내부 전기장 발생을 동시에 수행할 있도록 P형 반도체층(241)과 N형 반도체층(243) 사이에 배치된다.
상기 태양전지 모듈(200)의 광전변환부(240)의 P형 반도체층(241)은 붕소가 도핑된 비정질 실리콘(Boron doped a-Si:H), 비정질 실리콘 카바이드(a-SiC:H) 및 미세결정질 실리콘(mc-Si:H) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
한편, I형 반도체층(242)과 N형 반도체층(243)은 비정질 실리콘(a-Si:H)로 형성될 수 있다.
도시하지는 않았지만, 상기 광전변환부(240)는 장파장 영역대의 태양광과, 단파장 영역대의 태양광을 각각 포집하여 광전변환 기능을 할 수도 있다.
이러한 경우에, 상기 광전변환부(240)는 장파장 영역의 광을 흡수하는 광전변환부와, 단파장 영역의 광을 흡수하는 광전변환부라는 두 개의 영역으로 나뉠 수 있다.
장파장 영역대(대략 500~1200nm)의 태양광을 흡수하기 위하기 위하여 상기 광전변환부(240)는 전자공여체(electron donor)와 전자수용체(electron acceptor)를 이용한 저분자 또는 고분자 유기계 물질로 이루어질 수 있다.
상기 장파장 영역의 빛을 흡수하기 위한 광전변환부를 구성하는 유기계 물질로선 전도성 또는 광전성 유기계 물질 등이 이용될 수 있다.
상기 전자공여체로서는 히드라존 화합물, 피라졸린 화합물, 트리페닐케탄 화합물, 트리페닐아민 화합물, 테트라티오플루바렌, 테트라페닐테트라티오플라바렌, 폴리(3-알킬티오펜), 폴리파라페닐렌비닐렌 유도체, 폴리플루오렌 유도체 등을 들수 있다.
한편, 전자 수용체로서는 InP, InAs, GaP, GaAs 등의 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 결정, CdSe, Cds, CdTe, ZnS 등의 Ⅱ-Ⅵ족의 화합물 반도체 결정, ZnO, SiO2, TiO2, Al2O3 , 등의 산화물 결정, CuInSe2(CIS) 또는 CuInGaSe2(CIGS) 등의 저분자 재료나 도전성 고분자 등을 들 수 있다.
CIS는 밴드갭이 작아 다른 종류의 태양전지보다 단락 전류(Jsc)가 크고, 개방전압(Voc)가 낮다. 그래서 개방전압(Voc)를 증가시키기 위하여 Ga등의 원소를 첨가한 것이 CIGS이다.
상기 장파장 영역을 흡수하기 위한 광전변환부는 대기 중에서 스크린 인쇄법(screen printing), 잉크젯인쇄법(inkjet printing), 그라비아 인쇄법(gravure printing) 또는 미세접촉 인쇄법(microcontact printing) 등과 같은 안쇄법이나 코팅방법을 이용하여 형성될 수 있다.
한편, 진공 중에서 저분자 유기계 물질을 증착하여 형성할 수 도 있다.
한편, 상기 장파장 영역의 빛을 흡수하기 위한 광전변환부의 상부에는 단파장 영역의 빛을 흡수하기 위한 광전변환부가 마련될 수 있다.
단파장 영역의 빛을 흡수하기 위한 광전변환부(240)는 단파장 영역대( 대략 300~600nm)의 광을 흡수하기 위한 반도체층으로 구성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 장파장 영역대의 광을 흡수하기 위한 광전변환부와, 단파장 영역대의 광을 흡수하기 위한 광전변환부 경계면 일부에는 절연층이 배치될 수 있다.
상기 절연층은 그 경계면의 전체에 걸쳐 배치되는 것이 아니라, 일부에만 형성된다.
이는 상기 각 광전변환부 사이에서 이동하는 전자 또는 정공의 흐름을 특정한 부분으로 집중시킴으로써 각 광전변환부 사이의 직렬연결이 가능하게 하는 역할을 한다.
여기서, 절연층은 투명한 비도전성 물질로 구성되는 것이 바람직하다. 이는 절연 기능을 하는 동시에 광이 투과되게 함으로써 태양광이 절연층에 가려진 광전변환부에도 도달하도록 하기 위함이다.
한편, 상기 광전변환부(240)의 일면, 즉, 제1전극(220)이 배치된 곳의 반대면에는 상기 태양전지 모듈 제2전극(250)이 형성된다.
상기 태양전지 모듈 제2전극(250)은 투명 전극층의 이중구조로 이루어지거나, 단일구조로 이루어질 수 있다. 또는 불투명 전극층의 이중구조 또는 단일구조로 이루어질 수도 있다.
투명전극층의 경우에는 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명한 도전물질을 스퍼터링(sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 형성할 수 있다.
불투명 전극층의 경우에는 투명 전극층 상에 형성되거나 또는 상기 제1기판(220)의 상면에 형성될 수 있는데, Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, Ag+Al+Zn 등과 같은 금속물질을 스퍼터링(Sputtering) 법 등을 이용하여 형성할 수 있다.
또는 상기 금속물질의 페이스트(paste)를 스크린 인쇄법(screen printing), 잉크젯 인쇄법(inkjet printing), 그라비아 인쇄법(gravure printing) 또는 미세접촉 인쇄법(microcontact printing) 등과 같은 인쇄법을 이용하여 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 태양전지 모듈(200)과 상기 발광모듈(100) 사이에는 중간층(160)이 마련되어 상기 태양전지 모듈(200)과 상기 발광모듈(100)을 접착시키는 접착제 역할 및 외부의 이물질이나 습기가 상기 태양전지 모듈(200)과 상기 발광모듈(100) 내부로 침투되지 아니하도록 방어벽이 되는 봉지재의 역할을 할 수 있도록 한다.
또한, 상기 중간층(160)은 상기 발광모듈(100)에서 발생하는 진행성 쇼트 현상을 억제할 수 있는 기능도 수행한다.
상기 중간층(160)은 상기 발광모듈 제2전극(150) 상에 배치되는 보호막층(161)과, 상기 보호막층(161) 상에 배치되는 열전도층(162)과, 상기 열전도층(162) 상에 배치되고, 상기 태양전지 모듈(200)에 접촉하게 마련되는 접착층(163)을 포함한다.
상기 보호막층(161)은 상기 발광모듈 제2전극(150) 뿐만 아니라, 상기 유기발광부(140) 및 상기 제1전극(120)을 둘러싸도록 배치되어, 외부의 산소나 습기가 침투하는 것을 방지할 수 있다.
상기 보호막층(161)은 무기물질 또는 절연성 유기물질로 구성되는 것이 바람직하다. 특히, 상기 보호막층(161)은 상술한 진행성 쇼트 현상이 상기 발광모듈(100)에서 발생하는 것도 억제한다.
상기와 같이 서로 다른 물질에 의해 상기 발광모듈 제1전극(120), 발광부(140) 및 상기 발광모듈 제2전극(150)을 증착하여 형성하게 되면 미세한 결함들이 이들 각 층들에 형성되게 된다.
따라서, 이렇게 형성된 다층 구조의 발광모듈(100)은 잠재적인 결함을 각 층마다 가지고 있기 때문에 상기 발광모듈(100)에 전압을 인가하여 구동시킬 경우 상기 발광모듈 제1전극(120)과 상기 발광모듈 제2전극(150)에 걸리는 전기장에 의하여 결함 부분이 파괴되어 쇼트 현상이 발생된다.
온도가 낮은 경우보다 높은 경우에 이러한 파괴, 즉 진행성 쇼트 현상이 심하게 발생되는데, 그 이유는 발광부(140)을 이루는 단분자들이 온도가 증가함에 따라 더욱더 진동을 많이 하게 되고, 이로 인해 결함 부분이 파괴의 원인으로 작용하기 때문이다.
또한, 상기 발광모듈(100)의 상기 발광부(140)와 상기 제1,2전극(120,150)들은 산소와 수분에 의하여 쉽게 산화되기 때문에 산소와 수분이 침투하게 되면 상기 발광모듈(100)의 수명이 단축되는데, 상기 보호막층(161)은 외부의 산소와 수분이 상기 발광부와 상기 제1,2전극내로 침투하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 열전도층(162)은 상기 태양전지 모듈(200)에서 발생되는 열이 상기 발광모듈(100)로 전달되지 않도록 이 열을 외부로 이동시키는 역할을 하는데, 이러한 방열을 위하여 상기 열전도층(162)의 일측에는 방열핀과 같은 방열부재(170)가 마련되는 것이 바람직하다.
상기 태양전지 모듈(200)에서 발전작용이 일어나면, 상기 태양전지 모듈(200)에서 발생하는 열의 온도는 대략 70~80?에 이르며, 이러한 열이 발광모듈(100)에 도달하면, 발광모듈(100)을 열화시키거나 손상을 시켜 고장을 유발한다.
따라서, 이러한 열의 전달을 방지하기 위하여 상기 열전도층(162)을 두고, 상기 열전도층(162) 일측에 방열부재(170)를 장착함으로써, 상기 태양전지 모듈(200)의 열이 상기 열전도층(162)을 타고 상기 방열부재(170)를 통해서 외부로 방출되도록 하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 열전도층(162)은 접착력과 열전도력이 좋은 실란트나 그래핀으로 구성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 열전도층(162)은 상기 보호막층(161)에 배치되되, 상기 보호막층(161)을 둘러싸도록 마련되는 것이 바람직하다. 이는 외부 물질이나 습기의 침투를 방지한다는 차원에서도 바람직하다.
상기 열전도층(162)의 상부에는 접착층(163)이 마련되며, 상기 접착층(163)은 상술한 바와 같이, 상기 열전도층(162)과 상기 태양전지 모듈(200)을 접착시킨다. 상기 접착층(163)은 투습방지 기능과 절연기능을 구비하는 것이 바람직하다.
상기 접착층(163)은 양면테이프와 같이 양면에 접착물질이 도포된 필름이나 접착물질을 포함하는 sol이나 gel 또는 액상 재료의 도포에 의해서 구성된 층으로 구성되는 것이 바람직하며, 열전도성도 구비하는 것이 바람직하다.
상기 접착층(163), 상기 열전도층(162), 상기 보호막층(161)으로 구성되는 상기 중간층(160)은 상기 발광모듈 제1,2전극(120,150)과, 상기 발광부(140)와, 상기 태양전지 모듈 제1,2전극(220,250)과, 상기 광전변환부(240)를 둘러싸도록 배치되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 중간층(160)의 테두리는 상기 제1,2기판(110,210) 사이에 배치됨으로써, 상기 제1,2기판(110,210)과 함께 봉지재로서의 기능을 수행한다.
한편 상기 발광모듈(100)과 상기 태양전지 모듈(200)은 전력부(300)에 의하여 연결되는 바, 상기 전력부(300)는 상기 태앙전지 모듈(200)에서 공급된 전력을 축전하고, 축전된 전력을 상기 발광모듈(100)로 공급하는 역할을 수행한다.
이하에서는 본 발명의 제1실시예에 의한 어셈블리의 제작방법에 대하여 알아보도록 하겠다.
도2서 도시한 바와 같이, 본 발명의 어셈블리를 구성하는 상기 발광모듈(100)을 제조하는 경우, 우선, 상기 제1기판(110)에 상기 발광모듈 제1전극(120)을 형성한다.
상술한 바와 같이, 발광모듈 제1전극(120)은 불투명한 금속 물질, 예를 들어, 칼슘(Ca), 바륨(Ba), 마그네슘(Mg), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
또한, 발광모듈 제1전극(120)은 투명성 도전체, 예를 들어 ITO(Indium tin oxide; 인듐 틴 옥사이드)나 IZO(Indium zinc oxide; 인듐 징크 옥사이드), ZnO(산화 아연) 또는 In2O3(Indium Oxide) 등으로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 제1전극(120)은 ITO로 구성될 수 있다.
그리고, 도3에서 도시한 바와 같이, 상기 발광모듈 제1전극(120) 일측 또는 상부에 상기 발광부(140)를 형성한다.
상술한 바와 같이, 상기 발광부(140)는 전자-정공 쌍의 재조합의 결과로서 발광을 수행하는 발광층(emissive layer)을 구비한다.
상기 발광부(140)는 정공주입층(hole injecting layer), 전자 주입층(electron injecting layer), 정공수송층(hole transporting layer) 및 전자수송층(electron transporting layer) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 다중 막으로 구성될 수 있다.
이들 모두를 포함할 경우, 정공 주입층이 양극인 제1전극(120)의 상에 배치되고, 그 위에 정공 수송층, 발광부, 전자 수송층, 전자 주입층이 차례로 적층된다.
상기 발광부(140)의 형성이 완료되면, 도4에서 도시한 바와 같이, 상기 발광부(140) 위에 상기 발광모듈 제2전극(150)이 형성된다.
상기 발광모듈 제2전극(150)은 불투명한 금속 물질, 예를 들어, 칼슘(Ca), 바륨(Ba), 마그네슘(Mg), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 발광모듈 제2전극(150)은 투명성 도전체, 예를 들어 ITO(Indium tin oxide; 인듐 틴 옥사이드)나 IZO(Indium zinc oxide; 인듐 징크 옥사이드)로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 발광모듈 제2전극(150)은 알루미늄으로 이루어진다.
본 실시예에서 상기 발광모듈(100)은 상기 제1기판(110)방향으로 일면 발광을 하는 것이 바람직하므로, 상기 발광모듈 제1전극(120)이 투명성 전극으로 이루어지고, 상기 발광모듈 제2전극(150)은 불투명 전극으로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 발광모듈 제2전극(150)의 배치가 완료되면, 도5에서 도시한 바와 같이, 상기 발광모듈 제2전극(150)의 상부와, 상기 발광부(140), 상기 발광모듈 제1전극(120)을 둘러싸는 보호막층(161)이 마련된다.
상기 보호막층(161)은 상술한 바와 같이, 외부 이물질이나 습기가 상기 발광모듈 제1,2전극(120, 150) 및 상기 발광부(140)로 침투하는 것을 방지하기 위하여 마련된다.
상기 보호막층(161)은 SiO2, SiNx, Al2O3,AION, AIN, MgO, Si3N4, SiON 등의 무기물의 층으로 구성될 수 있으며, 이 중 적어도 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 보호막층(161)은 절연성 유기물로도 구현될 수 있다. 상기 보호막층(161)은 증착방법에 의하여 형성되는 것이 바람직하다.
상기 보호막층(161)은 하나의 층으로 구성될 수도 있고, 복수의 층으로 구성될 수 도 있다. 이와 같은 보호막층(161)에 의하여 상기 발광모듈(100)의 각 층에 형성된 미세한 결함들이 제거된다. 따라서, 진행성 쇼트에 의한 수명의 단축을 방지할 수 있다.
상기 보호막층(161)을 형성할 수 있는 증착방법은 원자층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD), 화학기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 또는 이온 빔 증착, 스퍼터링을 포함하는 물리 기상 증착(Physicla Vapor Deposition; PVD), 플라즈마를 이용한 증착방법등을 생각할 수 있다.
도6에서 도시한 바와 같이, 상기 보호막층(161)의 일측에는 상기 열전도층(162)이 배치된다. 상기 열전도층(162)은 그래핀이나 실란트와 같이 접착력 및 열전도력이 좋은 물질로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 열전도층(162)은 상기 보호막층(161)을 둘러싸는 형태로 마련되는 것이 바람직하다. 상기 열전도층(162)은 상술한 바와 같이, 상기 태양전지 모듈(200)에서 발생하는 열을 상기 발광모듈(100) 쪽으로 이동하는 것을 억제하고, 외부로 방출하기 위하여 마련된다.
따라서, 상기 열전도층(162)의 배치가 완료되면, 도7에서 도시한 바와 같이, 상기 열전도층(162)의 일측에 상기 방열부재(170)를 배치한다. 상기 방열부재(170)는 금속성의 방열판이나 방열핀과 같이 방열성능이 우수한 재질과 형상으로 구현되는 것이 바람직하다.
그리고, 도8에서 도시한 바와 같이, 상기 열전도층(162) 및 상기 방열부재(170)의 일측에는 상기 접착층(163)을 배치한다.
상기 접착층(163)은 그 상면과 하면에 접착물질이 도포된 양면테이프와 같은 접착필름 형태로 마련되거나, 접착물질 자체가 상기 열전도층(162) 및 상기 방열부재(170)의 일측에 도포됨으로써 마련될 수 있다.
상기 접착층(163)의 배치가 완료되면, 상기 접착층(163)의 일측에 상기 태양전지 모듈(200)을 배치하여, 상기 태양전지 모듈(200)과 상기 발광모듈(100)을 접착시킨다.
여기서 상기 태양전지 모듈(200)은 제2기판(210)과, 상기 제2기판(210)에 마련되는 태양전지 모듈 제1전극(220), 상기 광전변환부(240)와, 상기 태양전지 모듈 제2전극(250)이 적층되어 있는 형태로 구성된다.
이와 같은 제작방법을 통하여 상기 태양전지 모듈(200)과 상기 발광모듈(100)이 접착되면, 상기 도10에서 도시한 바와 같이, 상기 태양전지 모듈(200)과 상기 발광모듈(100)은 상기 중간층을 경계로 하여 합착될 수 있다.
특히, 상기 접착층(163)은 상기 제1기판(110)과 상기 제2기판(210)사이에 배치됨으로써, 상기 제1기판(110) 및 상기 제2기판(210) 사이의 공간을 폐쇄할 수 있다.
이와 같이 상기 접착층(163), 열전도층(162)과, 상기 보호막층(161)이 상기 제1,2기판(110,210)과 함께 봉지재의 역할을 할 수 있다.
특히, 본 실시예에서 상기 발광모듈(100)의 제1기판(110)과, 상기 태양전지 모듈(200)의 제2기판(210), 그리고 중간층(160)으로 봉지재를 구성함으로써, 기판의 소요수량을 줄일 수 있게 되었다.
한편, 상기 태양전지 모듈(200)과 상기 발광모듈(100)은 전력부(300)와 연결되는데, 상기 전력부(300)는 상기 태양전지 모듈(200)에서 생산된 전기를 축전하여, 축전된 전기를 상기 발광모듈(100)에 공급할 수 있는 기능을 할 수 있다.
물론, 상기 전력부(300)는 상기 발광모듈(100) 이외에 다른 전기제품에도 축전된 전력을 공급할 수 있다.
상기 전력부(300)는 상기 태양전지 모듈(200)의 제1,2전극(220,250)와 연결되어 전력을 공급받고, 상기 발광모듈(100)의 제1,2전극(120,150)와 연결되어 상기 발광모듈(100)로 전력을 공급할 수 있다.
즉, 도10에서 나타난 본 발명의 제1실시예의 동작에 대해서 알아보면, 다음과 같다. 우선 태양광(S)이 상기 태양전지 모듈(200)로 입사되면, 상기 태양전지 모듈(200)의 상기 제2기판(210)과, 상기 태양전지 모듈 제1전극(220)을 통과하여, 상기 광전변환부(240)에 흡수된다.
상기 광전변환부(240)는 PIN구조의 반도체층으로 형성되는데, 상기 광전변환부(240)가 PIN구조의 반도체층으로 형성되면, I형 반도체층(242)이 P형 반도체층(241)과 N형 반도체층(243)에 의해 공핍(depletion)되어 내부에 전기장이 발생한다.
그리고 태양광(S)에 의해 생성되는 정공 및 전자가 상기 전기장에 의해 드리프트(drift)되어 각각 P형 반도체층(241) 및 N형 반도체층(243)에서 수집되게 된다.
본 실시예에서 상기 광전변환부(240)이 PIN구조로 형성되는 것은 일반적으로 정공의 드리프트 이동도(Drift Mobility)가 전자의 드리프트 이동도에 비해 낮기 때문에 입사광에 의한 수집 효율을 극대화 하기 위해서 P형 반도체층(241)을 태양광이 입사되는 면에 가깝게 형성하기 위함이다.
이로 인하여, 상기 P형 반도체층(241)에 인접한 상기 제1전극(220)에는 정공이, 상기 N형 반도체층(243)에 인접한 상기 제2전극(250)에는 전자가 이동하여 상기 제1,2전극(220,250)과 연결된 상기 전력부(300)로 각각 이동하고, 이로 인하여 상기 전력부(300)에서 축전이 된다.
한편, 상기 태양전지 모듈(100)에서 태양광을 이용한 발전기능을 수행하면, 상기 열이 발생하고, 이러한 열은 대략 70~80?까지 이른다.
고온의 열은 상기 태양전지 모듈(200)로부터 상기 접착층(163)과 상기 열전도층(162)에 이르게 된다. 상기 열전도층(162)에 모인 열은 상기 열전도층(162)의 안내에 의하여 상기 방열부재(170)로 이동되고, 상기 방열부재(170)에 모인 열은 외부로 방출된다.
이로 인하여 상기 태양전지 모듈(200)에서 발생된 열에 의하여 상기 발광모듈(100)이 열손상이 억제될 수 있다.
특히, 상기 발광모듈(100)에 고온의 열이 지속적으로 가해지는 경우, 열화현상으로 인한 발광부(140)의 수명저하 또는 상기 진행성 쇼트를 유발할 수 있는데, 그러한 문제점을 최대한 예방할 수 있다.
한편, 상기 전력부(300)와 연결되는 발광모듈(100)의 제1,2전극(120,150)은 상기 전력부(300)로부터 전력을 공급받을 수 있다.
상기 발광모듈 제1전극(120)을 정공 주입 전극인 (+)극을 설정하고, 상기 발광모듈 제2전극(150)을 전자 주입 전극인 (-)극으로 설정한다.
이 상태에서 상기 전력부(300)로부터 전력이 공급되면, 상기 발광모듈 제1,2전극(1110,1210)을 통하여 유입된 정공과 전자는 상기 발광부(140)로 안내된다.
상기 발광부(140)는 정공주입층(hole injecting layer), 전자 주입층(electron injecting layer), 정공수송층(hole transporting layer) 및 전자수송층(electron transporting layer) 및 전자-정공 쌍의 재조합의 결과로서 발광을 수행하는 발광층(emissive layer)을 구비한다.
따라서, 전자-정공 쌍의 재조합으로 상기 발광부(140)의 발광층에서 빛(L)이 발생하고, 발생된 빛은 상기 발광모듈 제1전극(120)과 상기 제1기판(110)을 통과하여 외부로 출광된다.
도11은 본 발명의 제2실시예를 도시한 단면도이다.
상기 제2실시예는 2개의 기판을 구비하는 태양전지 모듈(1200)과, 2개의 기판을 구비하는 발광모듈(1000)을 포함하는 어셈블리에 관한 것이다.
그리고, 상기 발광모듈(1000)과 상기 태양전지 모듈(2000) 사이에는 접착 및 열전도 역할을 하는 중간층(1160)과, 상기 중간층(1160)과 연결되는 방열부재(1170)를 포함한다.
그리고, 상기 발광모듈(1000)과 상기 태양전지 모듈(2000)은 전력부(300)에 의하여 연결되는 바, 상기 전력부(300)는 상기 태양전지 모듈(2000)에서 공급된 전력을 축전하고, 축전된 전력을 상기 발광모듈(1000)로 공급하는 역할을 수행한다.
제2실시예에서도 상기 태양전지 모듈(1200)이 배치되는 곳은 태양광이 비춰지는 실외공간이고, 상기 발광모듈(1000)이 배치되는 곳은 조명이 필요한 실내공간이다.
따라서, 제2실시예에 의한 어셈블리(1)는 건물의 창이 배치되어야 하는 벽면에 설치되는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 실시예에 의한 어셈블리(1)의 구성에 대하여 알아보도록 하겠다.
상기 어셈블리(1)를 구성하는 발광모듈(1000)은 발광모듈 제1기판(1110), 발광모듈 제1전극(1120), 발광부(1140), 발광모듈 제2전극(1150), 상기 발광부(1140) 및 상기 발광모듈 제1,2전극(1120,1150)을 둘러싸는 보호막층(1161)과, 발광모듈 제2기판(1210)을 포함한다.
상기 발광부(1140)는 유기 발광부로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 발광모듈 제1기판(1110)은 투명한 기판 또는 불투명한 기판일 수 있다. 또한, 상기 발광모듈 제1기판(1110)은 유연성을 갖는 플랙시블(flexible)한 재질로 이루어질 수도 있다.
상기 발광모듈 제1기판(1110)은 유리, 석영, 세라믹, 플라스틱 등으로 이루어진 절연상 기판으로 형성될 수 있다.
상기 발광모듈 제1기판(1110)은 다각형, 원형, 타원형, 별 모양, 임의의 곡면 등의 형상을 가질 수 있다.
상기 발광모듈 제1기판(1110) 상에는 상기 발광모듈 제1전극(1120)이 형성된다. 상기 발광모듈 제1전극(1120)은 도전성 물질을 상기 발광모듈 제1기판(1110) 상에 증착 또는 도포하여 형성될 수 있다.
상기 발광모듈 제1전극(1120)은 불투명한 금속 물질, 예를 들어, 칼슘(Ca), 바륨(Ba), 마그네슘(Mg), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 발광모듈 제1전극(1120)은 투명성 도전체, 예를 들어 ITO(Indium tin oxide; 인듐 틴 옥사이드)나 IZO(Indium zinc oxide; 인듐 징크 옥사이드), ZnO(산화 아연) 또는 In2O3(Indium Oxide) 등으로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 발광모듈 제1전극(1120)은 ITO로 이루어진다.
상기 발광모듈 제1전극(1120)은 정공 주입 전극인 (+)극이 된다. 한편, 후술하겠지만, 상기 발광모듈 제2전극(1150)은 전자 주입 전극인 (-)극이 된다.
유기발광부로 구성되는 상기 발광부(1140)는 전자-정공 쌍의 재조합의 결과로서 발광을 수행하는 발광층(emissive layer)을 구비한다.
또한, 상기 발광부(1140)는 정공주입층(hole injecting layer), 전자 주입층(electron injecting layer), 정공수송층(hole transporting layer) 및 전자수송층(electron transporting layer) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 다중 막으로 구성될 수 있다.
이들 모두를 포함할 경우, 정공 주입층이 양극인 상기 발광모듈 제1전극(1120) 상에 배치되고, 그 위에 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층이 차례로 적층된다.
한편, 상기 발광부(1140) 위에는 상기 발광모듈 제2전극(1150)이 형성된다.
상기 발광모듈 제2전극(1150)은 불투명한 금속 물질, 예를 들어, 칼슘(Ca), 바륨(Ba), 마그네슘(Mg), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 발광모듈 제2전극(1150)은 투명성 도전체, 예를 들어 ITO(Indium tin oxide; 인듐 틴 옥사이드)나 IZO(Indium zinc oxide; 인듐 징크 옥사이드)로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 발광모듈 제2전극(1150)은 알루미늄으로 이루어진다.
상기 발광모듈(1000)이 일면 발광을 할 경우에는, 상기 발광모듈 제1전극(1120)과 상기 발광모듈 제2전극(1150) 중 어느 하나가 투명성 전극으로 구성된다.
상기 발광모듈(1000)이 양면 발광을 할 경우에는, 상기 발광모듈 제1전극(1120)과 상기 발광모듈 제2전극(1150)은 모두 투명성 전극으로 형성된다.
본 발명의 경우, 일면발광을 하는 경우를 상정하였기 때문에, 상기 발광모듈 제1전극(1120)은 투명성 전극으로 구성되고, 상기 발광모듈 제2전극(1150)은 불투명전극으로 구성될 수 있다.
따라서, 상기 발광모듈 제1기판(1110)과 상기 발광모듈 제1전극(1120)을 투과한 빛이 실내공간으로 조사될 수 있도록, 상기 발광모듈 제1기판(1110) 및 상기 발광모듈 제1전극(1120)은 실내공간을 향하도록 배치되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 발광모듈 제2전극(1150)의 일면에는 보호막층(1161)이 형성된다.
상기 보호막층(1161)은 상기 발광모듈 제1,2전극(1120,1150) 및 상기 발광부(140)를 둘러싸도록 배치된다.
상기 보호막층(1161)은 외부의 습기나 산소가 상기 발광모듈(1000)의 각 층 내부로 침투하는 것을 방지하는 동시에, 상기 발광모듈(1000)에서 발생하는 진행성 쇼트 현상을 억제할 수 있는 기능도 수행한다.
이러한 보호막층(1161)은 무기물질 또는 절연성 유기물질로 구성되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 보호막층(1161)은 SiO2, SiNx, Al2O3,AION, AIN, MgO, Si3N4, SiON 등의 무기물의 층으로 구성될 수 있으며, 이 중 적어도 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 서로 다른 물질에 의해 상기 발광모듈 제1전극(1120), 발광부(1140) 및 상기 발광모듈 제2전극(1150)을 증착하여 형성하게 되면 미세한 결함들이 이들 각 층들에 형성되게 된다.
따라서, 이렇게 형성된 다층 구조의 발광모듈(1000)은 잠재적인 결함을 각 층마다 가지고 있기 때문에 상기 발광모듈(1000)에 전압을 인가하여 구동시킬 경우 상기 발광모듈 제1전극(120)과 상기 발광모듈 제2전극(150)에 걸리는 전기장에 의하여 결함 부분이 파괴되어 쇼트 현상이 발생된다.
온도가 낮은 경우보다 높은 경우에 이러한 파괴, 즉 진행성 쇼트 현상이 심하게 발생되는데, 그 이유는 발광부(1140)을 이루는 단분자들이 온도가 증가함에 따라 더욱더 진동을 많이 하게 되고, 이로 인해 결함 부분이 파괴의 원인으로 작용하기 때문이다.
또한, 상기 발광모듈(1000)의 상기 발광부(1140)와 상기 제1,2전극(1120,1150)들은 산소와 수분에 의하여 쉽게 산화되기 때문에 상기 산소와 수분이 침투하게 되면 상기 발광모듈의 수명이 단축되는데, 상기 보호막층(1161)은 외부의 산소와 수분이 상기 발광부(1140)와 상기 제1,2전극(1120,1150)내로 침투하는 것을 방지할 수 있다.
상기 보호막층(1161) 양측에는 상기 발광모듈 제1,2기판(1110,1210)의 테두리 사이를 폐쇄할 수 있는 스페이서(1157)가 마련될 수 있다.
한편, 보호막층(1161) 상부에는 상기 발광모듈 제2기판(1210)이 배치된다. 따라서, 상기 발광모듈(1000)은 상기 발광모듈 제1,2기판(1110,1210) 및 상기 보호막층(1161)에 의하여 봉지된다. 따라서, 외부 습기, 산소, 이물질이 침투되는 것이 방지된다.
한편, 상기 발광모듈 제2기판(210)의 상부에는 중간층(1160)이 마련되는데, 상기 중간층(1160)은 상기 발광모듈(1000)과 상기 태양전지 모듈(2000)을 접착시키면서도, 상기 태양전지 모듈(2000)에서 발생하는 고온의 열이 상기 발광모듈(1000)로 전달되는 것을 방지한다. 또한, 상기 중간층(1160)은 태양에서 발생되는 자외선이 발광모듈(1000)에 전달이 되게 되면 유기물의 입자가 파괴되어 발광기능이 떨어지거나 발광기능을 못할 수 있기 때문에 상기 중간층(1160)에는 자외선 차단 물질을 포함할 수 있다.
상기 중간층(1160)은 접착기능과, 절연기능, 열 전도 기능, 그리고 자외선 차단기능이 우수한 재질로 구성되는 것이 바람직하며, 여기서는 그래핀 또는 금속입자 등이 포함되는 페이스트나 실란트로 구성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 중간층(1160)의 일측에는 전도된 열을 외부로 방출할 수 있는 방열부재(1170)가 구비되는 것이 바람직하다. 상기 방열부재(1170)는 방열기능이 우수한 금속성의 재질 및 방열핀 형태의 구성을 갖는 것이 바람직하다.
상기 중간층(1160)의 일측에는 상기 태양전지 모듈(2000)이 마련된다.
상기 태양전지 모듈(2000)의 구성은 아래와 같다.
본 실시예에 의한 태양전지 모듈(2000)은 상기 태양전지 모듈 제1,2기판(2210,2260)을 포함하며, 상기 태양전지 모듈(200)은 상기 태양전지 모듈 제1기판(2210)일측에 마련되는 태양전지 모듈 제1전극(2220)과, 상기 태양전지 모듈 제1전극(2220) 일측에 배치되는 광전변환부(2240)와, 상기 광전변환부(2240)의 일측에는 태양전지 모듈 제2전극(2250)과, 외부의 수분 및 기타 이물질의 침투를 방지하기 위한 봉지층(2255)이 마련된다.
상기 봉지층(2255)은 상기 태양전지 모듈 제2전극(2250)과, 상기 태양전지 모듈 제2기판(2260) 사이에 마련된다.
여기서 상기 태양전지 모듈 제1기판(2210) 및 상기 태양전지 모듈 제1전극(2220)방향으로 빛이 입사되어야 하는 경우, 상기 태양전지 모듈 제1기판(2210) 및 상기 태양전지 모듈 제1전극(2220)은 실외공간에서 태양이 위치한 곳을 향하도록 배치되는 것이 바람직하다.
이하에서는 상기 태양전지 모듈(2000)의 각 층을 구성하는 요소에 대한 구체적인 특징에 대해서 알아보기로 하겠다.
상기 태양전지 모듈(200)의 최외부, 즉, 태양광에 직접 노출이 되는 곳에는 태양전지 모듈 제1기판(2210) 및 태양전지 모듈 제1전극(2220)이 형성된다.
상기 태양전지 모듈 제1전극(2220)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al,SnO2, SnO2:F, ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있다.
상기 태양전지 모듈 제1전극(2220)은 태양광이 입사되는 면이기 때문에 입사되는 태양광이 태양전지 내부로 최대한 흡수될 수 있도록 안내하는 것이 중요하다.
이를 위해서 텍스쳐링(texturing) 가공 공정을 이용하여 상기 태양전지 모듈 제1전극(220)의 표면을 요철구조로 형성할 수 있다.
이와 같이 상기 태양전지 모듈 제1전극(220)이 요철구조로 형성되는 경우, 입사되는 태양광이 태양전지 모듈 외부로 반사되는 비율은 감소하게 되며, 그와 더불이 입사되는 태양광의 산란에 의하여 태양전지 모듈 내부로 태양광이 흡수하는 비율은 증가하게 되어, 태양전지 모듈의 효율이 증대할 수 있는 효과가 있다.
상기 광전변환부(2240)는 P형 반도체층(2241)과, I형 반도체층(2242)과 N형 반도체층(2243)으로 구성될 수 있다.
I형 반도체층(2242)은 진성반도체(Intrinsic Si layer)로서, 광흡수 및 내부 전기장 발생을 동시에 수행할 있도록 P형 반도체층(2241)과 N형 반도체층(2243) 사이에 배치된다.
상기 태양전지 모듈(2000)의 광전변환부(2240)의 P형 반도체층(2241)은 붕소가 도핑된 비정질 실리콘(Boron doped a-Si:H), 비정질 실리콘 카바이드(a-SiC:H) 및 미세결정질 실리콘(mc-Si:H) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
한편, I형 반도체층(2242)과 N형 반도체층(2243)은 비정질 실리콘(a-Si:H)로 형성될 수 있다.
도시하지는 않았지만, 상기 광전변환부(2240)는 장파장 영역대의 태양광과, 단파장 영역대의 태양광을 각각 포집하여 광전변환 기능을 할 수도 있다.
이러한 경우에, 상기 광전변환부(2240)는 장파장 영역의 광을 흡수하는 광전변환부와, 단파장 영역의 광을 흡수하는 광전변환부라는 두 개의 영역으로 나뉠 수 있다.
장파장 영역대(대략 500~1200nm)의 태양광을 흡수하기 위하기 위하여 상기 광전변환부는 전자공여체(electron donor)와 전자수용체(electron acceptor)를 이용한 저분자 또는 고분자 유기계 물질로 이루어질 수 있다.
상기 장파장 영역의 빛을 흡수하기 위한 광전변환부를 구성하는 유기계 물질로선 전도성 또는 광전성 유기계 물질 등이 이용될 수 있다.
상기 전자공여체로서는 히드라존 화합물, 피라졸린 화합물, 트리페닐케탄 화합물, 트리페닐아민 화합물, 테트라티오플루바렌, 테트라페닐테트라티오플라바렌, 폴리(3-알킬티오펜), 폴리파라페닐렌비닐렌 유도체, 폴리플루오렌 유도체 등을 들수 있다.
한편, 전자 수용체로서는 InP, InAs, GaP, GaAs 등의 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 결정, CdSe, Cds, CdTe, ZnS 등의 Ⅱ-Ⅵ족의 화합물 반도체 결정, ZnO, SiO2, TiO2, Al2O3 , 등의 산화물 결정, CuInSe2(CIS) 또는 CuInGaSe2(CIGS) 등의 저분자 재료나 도전성 고분자 등을 들 수 있다.
CIS는 밴드갭이 작아 다른 종류의 태양전지보다 단락 전류(Jsc)가 크고, 개방전압(Voc)가 낮다. 그래서 개방전압(Voc)를 증가시키기 위하여 Ga등의 원소를 첨가한 것이 CIGS이다.
상기 장파장 영역을 흡수하기 위한 광전변환부는 대기 중에서 스크린 인쇄법(screen printing), 잉크젯인쇄법(inkjet printing), 그라비아 인쇄법(gravure printing) 또는 미세접촉 인쇄법(microcontact printing) 등과 같은 안쇄법이나 코팅방법을 이용하여 형성될 수 있다.
한편, 진공 중에서 저분자 유기계 물질을 증착하여 형성할 수 도 있다.
한편, 상기 장파장 영역의 빛을 흡수하기 위한 광전변환부의 상부에는 단파장 영역의 빛을 흡수하기 위한 광전변환부가 마련될 수 있다.
단파장 영역의 빛을 흡수하기 위한 광전변환부는 단파장 영역대( 대략 300~600nm)의 광을 흡수하기 위한 반도체층으로 구성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 장파장 영역대의 광을 흡수하기 위한 광전변환부와, 단파장 영역대의 광을 흡수하기 위한 광전변환부 경계면 일부에는 절연층이 배치될 수 있다.
상기 절연층은 그 경계면의 전체에 걸쳐 배치되는 것이 아니라, 일부에만 형성된다.
이는 상기 각 광전변환부 사이에서 이동하는 전자 또는 정공의 흐름을 특정한 부분으로 집중시킴으로써 각 광전변환부 사이의 직렬연결이 가능하게 하는 역할을 한다.
여기서, 절연층은 투명한 비도전성 물질로 구성되는 것이 바람직하다. 이는 절연 기능을 하는 동시에 광이 투과되게 함으로써 태양광이 절연층에 가려진 광전변환부에도 도달하도록 하기 위함이다.
한편, 상기 광전변환부(2240)의 일면, 즉, 상기 태양전지 모듈 제1전극(2220)이 배치된 곳의 반대면에는 상기 태양전지 모듈 제2전극(2250)이 형성된다.
상기 태양전지 모듈 제2전극(2250)은 투명 전극층의 이중구조로 이루어지거나, 단일구조로 이루어질 수 있다. 또는 불투명 전극층의 이중구조 또는 단일구조로 이루어질 수도 있다.
한편, 상기 태양전지 모듈 제2전극(2250)과 상기 태양전지 모듈 제2기판(2260) 사이에는 상기 봉지층(2245)이 마련되는데, 상술한 바와 같이 상기 봉지층(2245)은 EVA(Ethylenvinlyacetate) 시트, 또는 다른 코팅물질로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 봉지층(2245)은 외부 수분으로부터 상기 태양전지 모듈(200) 내부의 각 층을 보호하는 역할을 한다.
상기 봉지층(2245)이 코팅물질로 구성되는 경우, 상기 태양전지 모듈 제2기판(2260)상에 소정의 코팅공정을 통해서 형성될 수 있다.
이때, 코팅 물질은 절연 특성 및 접착 특성, 수분침투방지 특성을 가지는 물질로써, 상술한 폴리우레탄 (PolyUrethane), 아크릴레이트(Acrylate), 또는 에폭시(Epoxy) 등의 고분자 물질로 이루어질 수 있다.
한편 선택적으로 상기 태양전지 모듈 제1기판(2210)의 단부와, 상기 태양전지 모듈 제2기판(2260)의 단부 사이에는 소정의 스페이서(2157)가 마련되어 상기 태양전지 모듈(2000)의 강도를 보강하면서 외부 이물질의 침투를 방지할 수 있다.
상기 스페이서(2157)는 상기 태양전지 모듈 제1,2기판(2210,2260)에 접착될 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 실시예에 의한 태양전지 모듈(2000)을 구비하는 발광모듈 어셈블리(1)를 제작하는 과정에 관하여 알아보도록 하겠다.
도12에서 도시한 바와 같이, 제2실시예에 의한 어셈블리(1)를 구성하는 상기 발광모듈(1000)을 제조하는 경우, 우선, 상기 발광모듈 제1기판(1110)에 상기 발광모듈 제1전극(120)을 형성한다.
상술한 바와 같이, 발광모듈 제1전극(1120)은 불투명한 금속 물질, 예를 들어, 칼슘(Ca), 바륨(Ba), 마그네슘(Mg), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
또한, 발광모듈 제1전극(1120)은 투명성 도전체, 예를 들어 ITO(Indium tin oxide; 인듐 틴 옥사이드)나 IZO(Indium zinc oxide; 인듐 징크 옥사이드), ZnO(산화 아연) 또는 In2O3(Indium Oxide) 등으로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 제1전극(120)은 ITO로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 발광모듈 제1전극(1120) 일측 또는 상부에 상기 발광부(1140)를 형성한다.
상술한 바와 같이, 상기 발광부(1140)는 전자-정공 쌍의 재조합의 결과로서 발광을 수행하는 발광층(emissive layer)을 구비한다.
상기 발광부(1140)는 정공주입층(hole injecting layer), 전자 주입층(electron injecting layer), 정공수송층(hole transporting layer) 및 전자수송층(electron transporting layer) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 다중 막으로 구성될 수 있다.
이들 모두를 포함할 경우, 정공 주입층이 양극인 상기 발광모듈 제1전극(120)의 상에 배치되고, 그 위에 정공 수송층, 발광부, 전자 수송층, 전자 주입층이 차례로 적층된다.
상기 발광부(1140)의 형성이 완료되면, 상기 발광부(1140) 위에 상기 발광모듈 제2전극(1150)이 형성된다.
상기 발광모듈 제2전극(1150)은 불투명한 금속 물질, 예를 들어, 칼슘(Ca), 바륨(Ba), 마그네슘(Mg), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 발광모듈 제2전극(1150)은 투명성 도전체, 예를 들어 ITO(Indium tin oxide; 인듐 틴 옥사이드)나 IZO(Indium zinc oxide; 인듐 징크 옥사이드)로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 발광모듈 제2전극(1150)은 알루미늄으로 이루어진다.
본 실시예에서 상기 발광모듈(1000)은 상기 발광모듈 제1기판(1110)방향으로 일면 발광을 하는 것이 바람직하므로, 상기 발광모듈 제1전극(1120)이 투명성 전극으로 이루어지고, 상기 발광모듈 제2전극(1150)은 불투명 전극으로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 발광모듈 제2전극(1150)의 배치가 완료되면, 상기 발광모듈 제2전극(1150) 상에 상기 보호막층(1161)을 배치한다.
상기 보호막층(1161)은 상기 발광모듈 제1,2전극(1120,1150) 및 상기 발광부(1140)를 둘러싸도록 배치되는 것이 바람직하다.
상기 보호막층(1161)은 상술한 바와 같이, 무기물질층 또는 절연성 유기물질층으로 구성되는 것이 바람직하다.
구체적으로, 상기 보호막층(161)은 SiO2, SiNx, Al2O3,AION, AIN, MgO, Si3N4, SiON 등의 무기물의 층으로 구성될 수 있으며, 이 중 적어도 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 보호막층(1161)을 형성할 수 있는 증착방법은 원자층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD), 화학기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 또는 이온 빔 증착, 스퍼터링을 포함하는 물리 기상 증착(Physicla Vapor Deposition; PVD), 플라즈마를 이용한 증착방법등을 생각할 수 있다.
상기 보호막층(1161)의 형성이 완료되면, 그 일면에 상기 발광모듈 모듈 제2기판(1210) 및 스페이서(1157)를 배치하여 상기 발광모듈의 제작을 완료한다. 상기 스페이서(1157)는 상기 발광모듈 제1,2기판(1110,1210) 단부사이에 배치되며, 소정의 접착제에 의하여 접착되어 고정되는 것이 바람직하다.
상기 발광모듈(1000)의 제작이 완료되면, 상기 발광모듈(1000)의 일측에 상기 중간층(1160)을 형성한다. 상기 중간층(1160)은 상술한 바와 같이, 접착성능과 전도성능이 우수한 실란트 또는 페이스트로 구성되는 것이 바람직하며, 상기 발광모듈 제2기판(1210) 상에 배치되는 것이 바람직하다.
여기서 상기 중간층(1160)에는 열 전도성을 높이기 위한 금속물질 또는 그래핀 성분이 포함되어 있는 것이 바람직하다.
그리고, 도13에서 도시한 바와 같이, 상기 중간층(1160)의 일측에 상기 방열부재(1170)를 부착하여, 상기 중간층(1160)을 통하여 전도된 열이 상기 방열부재(1170)에 의하여 외부로 방출될 수 있도록 한다.
도14에서는 제2실시예에 근거한 어셈블리에 포함되는 태양전지 모듈(2000)이 도시되는데, 상기 태양전지 모듈(2000)의 제작방법에 대하여 알아보면 다음과 같다.
우선, 상기 태양전지 모듈 제1기판(2210)을 마련하고, 상기 태양전지 모듈 제1기판(2210) 상에 상기 태양전지 모듈 제1전극(2220)을 형성한다.
상기 태양전지 모듈 제1전극(2220)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al,SnO2, SnO2:F, ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있다.
상기 태양전지 모듈 제1전극(2220)은 스퍼터링(sputtering)법, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법, APCVE(Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 상기 태양전지 모듈 제1전극(220) 상에 적층할 수 있다.
한편, 선택적으로 상기 태양전지 모듈 제1전극(2220)의 표면을 요철구조로 형성할 수 있다.
이를 위해서 텍스쳐링(texturing) 가공 공정을 이용하여 상기 태양전지 모듈 제1전극(2220)의 표면을 요철구조로 형성할 수 있다.
상기 텍스쳐링 가공공정이란 물질 표면을 울퉁불퉁한 요철구조로 형성하여 마치 직물의 표면과 같은 형상으로 가공하는 공정이다.
이는 화학증기 압착방법을 이용한 텍스쳐 성장법, 포토리소그래피법(photolithography)을 이용한 식각공정, 화학 용액을 이용한 이방성 식각공정(antiotropic ething), 또는 기계적 스크라이빙(mechanical)을 이용한 홈 형성공정 등을 통해 수행할 수 있다.
상기 태양전지 모듈 제1전극(2220)의 형성이 완료되면, 상기 제1태양전지 모듈 제1전극(2220)의 일측에 상기 광전변환부(2240)를 형성한다.
상기 광전변환부(2240)는 P형 반도체층(2241)과, I형 반도체층(2242)과 N형 반도체층(2243)으로 구성될 수 있다.
I형 반도체층(2242)은 진성반도체(Intrinsic Si layer)로서, 광흡수 및 내부 전기장 발생을 동시에 수행할 있도록 P형 반도체층(2241)과 N형 반도체층(2243) 사이에 배치된다.
구체적으로는 상기 태양전지 모듈 제1전극(2220) 상에 SiH4, H2 및 B2H6을 원료가스로 하여 P형 반도체층(2241)을 형성하고, 상기 P형 반도체층(2241) 상에 SiH4, H2 를 원료가스로 하여 PECVD법으로 I형 반도체층(2242)을 형성한다
그리고, I형 반도체층(2242) 상에 SiH4, H2 및 PH3를 원료가스로 하여 PECVD법으로 P형 반도체층(2241)을 형성한다.
한편, 상기 광전변환부(2240)의 일면, 즉, 상기 태양전지 모듈 제1전극(2220)이 배치된 곳의 반대면에는 상기 태양전지 모듈 제2전극(2250)이 형성된다.
상기 태양전지 모듈 제2전극(2250)은 투명 전극층의 이중구조로 이루어지거나, 단일구조로 이루어질 수 있다. 또는 불투명 전극층의 이중구조 또는 단일구조로 이루어질 수도 있다.
투명전극층의 경우에는 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명한 도전물질을 스퍼터링(sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 형성할 수 있다.
불투명 전극층의 경우에는 투명 전극층 상에 형성되거나 또는 상기 태양전지 모듈 제1기판의 상면에 형성될 수 있는데, Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, Ag+Al+Zn 등과 같은 금속물질을 스퍼터링(Sputtering) 법 등을 이용하여 형성할 수 있다.
또는 상기 금속물질의 페이스트(paste)를 스크린 인쇄법(screen printing), 잉크젯 인쇄법(inkjet printing), 그라비아 인쇄법(gravure printing) 또는 미세접촉 인쇄법(microcontact printing) 등과 같은 인쇄법을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 태양전지 모듈 제2전극(2250)이 완성되면, 상기 태양전지 모듈 제2전극(2250)에 상기 봉지층(2245)을 마련한다.
상술한 바와 같이, 상기 봉지층(2245)이 EVA(Ethylenvinlyacetate) 시트로 구성되는 경우에는 상기 봉지층(2245)에 상기 태양전지 모듈 제2기판을 배치한 후, 라미네이션(Lamination) 공정을 이용하여 상기 봉지층(2245)에 상기 태양전지 모듈 제2기판(2260)을 부착함으로써, 상기 태양전지 모듈(2000)을 완성한다
한편, 상기 봉지층(2245)이 코팅물질로 구성되는 경우, 스프레이 코팅(Spray Coating) 공정, 슬릿 코팅(Slit Coating) 공정, 또는 스크린 프린팅(Screen Printing) 공정에 의해 형성될 수 있다.
이때, 코팅 물질은 절연 특성 및 접착 특성, 수분침투방지 특성을 가지는 물질로써, 상술한 폴리우레탄 (PolyUrethane), 아크릴레이트(Acrylate), 또는 에폭시(Epoxy) 등의 고분자 물질로 이루어질 수 있다.
상기 봉지층(2245)의 일면에 상기 태양전지 모듈 제2기판(2260)을 설치한 이후에, 상기 스페이서(2157)를 상기 상기 태양전지 모듈 제1,2기판(2210,2260) 및 상기 봉지층(2245)의 옆에 접착시켜서 장착한다.
그리고, 도15에서 도시한 바와 같이, 상기 태양전지 모듈 제2기판(2260)과 상기 발광모듈 제2기판(1210)을 중간층(1160)을 이용하여 부착을 시킴으로써, 상기 태양전지 모듈(2000)과 상기 발광모듈(1000)을 접착시킨다.
이로써 상기 태양전지 모듈(2000)을 구비하는 발광모듈 어셈블리(1)의 제작이 완료된다.
이하에서는 도16을 참조하여 본 발명의 동작에 대하여 알아보도록 하겠다.
우선 태양광(S)이 상기 태양전지 모듈(2000)로 입사되면, 상기 태양전지 모듈 제2기판과, 상기 태양전지 모듈 제1전극(2220)을 통과하여, 상기 광전변환부(2240)에 흡수된다.
상기 광전변환부(2240)에서 태양광에 의해 생성되는 정공 및 전자가 상기 광전변환부(2240)의 전기장에 의해 드리프트(drift)되어 상기 광전변환부(2240)를 구성하는 P형 반도체층(2241) 및 N형 반도체층(2243)에서 수집되게 된다.
본 실시예에서 상기 광전변환부(2240)이 PIN구조로 형성되는 것은 일반적으로 정공의 드리프트 이동도(Drift Mobility)가 전자의 드리프트 이동도에 비해 낮기 때문에 입사광에 의한 수집 효율을 극대화 하기 위해서 P형 반도체층(2241)을 태양광이 입사되는 면에 가깝게 형성하기 위함이다.
이로 인하여, 상기 P형 반도체층(2241)에 인접한 상기 태양전지 모듈 제1전극(2220)에는 정공이, 상기 N형 반도체층에 인접한 상기 태양전지 모듈 제2전극(2250)에는 전자가 이동하여 상기 태양전지 모듈 제1,2전극(2220,2250)과 연결된 상기 전력부(300)로 각각 이동하고, 이로 인하여 상기 전력부(300)에서 축전이 된다.
한편, 상기 태양전지 모듈(2000)에서 태양광을 이용한 발전기능을 수행하면, 상기 열이 발생하고, 이러한 열은 대략 70~80℃까지 이른다.
고온의 열은 상기 태양전지 모듈(2000)로부터 상기 중간층(1160)에 이르게 된다. 상기 중간층(1160)에 모인 열은 상기 중간층(1160)의 안내에 의하여 상기 방열부재(1170)로 이동되고, 상기 방열부재(1170)에 모인 열은 외부로 방출된다.
이로 인하여 상기 태양전지 모듈(2000)에서 발생된 열에 의하여 상기 발광모듈(1000)이 열손상이 억제될 수 있다.
특히, 상기 발광모듈(1000)에 고온의 열이 지속적으로 가해지는 경우, 열화현상으로 인한 발광부(1140)의 수명저하 또는 상기 진행성 쇼트를 유발할 수 있는데, 그러한 문제점을 최대한 예방할 수 있다.
한편, 상기 전력부(300)와 연결되는 발광모듈 제1,2전극(1110,1150)은 상기 전력부(300)로부터 전력을 공급받을 수 있다.
상기 발광모듈 제1전극(1120)을 정공 주입 전극인 (+)극을 설정하고, 상기 발광모듈 제2전극(1150)을 전자 주입 전극인 (-)극으로 설정한다.
이 상태에서 상기 전력부(300)로부터 전력이 공급되면, 상기 발광모듈 제1,2전극(1120,1150)을 통하여 유입된 정공과 전자는 상기 발광부(1140)로 안내된다.
상기 발광부(1140)는 정공주입층(hole injecting layer), 전자 주입층(electron injecting layer), 정공수송층(hole transporting layer) 및 전자수송층(electron transporting layer) 및 전자-정공 쌍의 재조합의 결과로서 발광을 수행하는 발광층(emissive layer)을 구비한다.
따라서, 전자-정공 쌍의 재조합으로 상기 발광부(1140)의 발광층에서 빛(L)이 발생하고, 발생된 빛은 상기 발광모듈 제1전극(1120)과 상기 상기 발광모듈 제1기판(1110)을 통과하여 외부로 출광된다.
1: 발광모듈 어셈블리 100: 발광모듈
110: 제 1 기판 120: 발광모듈 제1전극
140: 발광부 150: 발광모듈 제2전극
160: 중간층 161: 보호막층
162: 열전도층 163: 접착층
170:방열부재 200: 태양전지 모듈
210: 제2기판 220: 태양전지 모듈 제1전극
240: 광전변환부 250: 태양전지 모듈 제2전극
1000: 발광모듈 1110: 발광모듈 제1기판
1120: 발광모듈 제1전극 1140: 발광부
1150: 발광모듈 제2전극 1210: 발광모듈 제2기판
1161: 보호막층 1157: 스페이서
1160: 중간층 1170: 방열부재
300: 전력부 2000: 태양전지 모듈
2210: 태양전지 모듈 제1기판 2220:태양전지 모듈 제1전극
2240: 광전변환부(2240) 2245: 봉지층
2250: 태양전지 모듈 제2전극 2157: 스페이서
2260: 태양전지 모듈 제2기판
110: 제 1 기판 120: 발광모듈 제1전극
140: 발광부 150: 발광모듈 제2전극
160: 중간층 161: 보호막층
162: 열전도층 163: 접착층
170:방열부재 200: 태양전지 모듈
210: 제2기판 220: 태양전지 모듈 제1전극
240: 광전변환부 250: 태양전지 모듈 제2전극
1000: 발광모듈 1110: 발광모듈 제1기판
1120: 발광모듈 제1전극 1140: 발광부
1150: 발광모듈 제2전극 1210: 발광모듈 제2기판
1161: 보호막층 1157: 스페이서
1160: 중간층 1170: 방열부재
300: 전력부 2000: 태양전지 모듈
2210: 태양전지 모듈 제1기판 2220:태양전지 모듈 제1전극
2240: 광전변환부(2240) 2245: 봉지층
2250: 태양전지 모듈 제2전극 2157: 스페이서
2260: 태양전지 모듈 제2기판
Claims (21)
- 태양전지 모듈과;
상기 태양전지부와 인접하게 마련되는 발광모듈과;
상기 태앙전지모듈과 상기 발광모듈 사이에 마련되어 상기 태양전지 모듈과 상기 발광모듈을 상호 부착시키며, 상기 태양전지에서 발생하는 열을 외부로 방출하는 중간층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광모듈 어셈블리. - 제1항에 있어서,
상기 발광모듈의 출광부에 마련되는 제1기판과;
상기 태양전지 모듈의 입광부에 마련되는 제2기판을 포함하며,
상기 중간층은 상기 제1기판과 상기 제2기판 사이에 마련되어 봉지부로 기능하는 것을 특징으로 하는 발광모듈 어셈블리. - 제2항에 있어서,
상기 발광모듈은
상기 제1기판에 마련되는 발광모듈 제1전극과;
상기 제1전극에 마련되는 발광부와;
상기 발광부에 마련되는 발광모듈 제2전극을 포함하며,
상기 중간층은 상기 발광모듈 제2전극에 배치되거나, 상기 발광모듈 제1,2전극 및 상기 발광부를 둘러싸도록 배치되어 외부 이물질 침투방지를 수행하는 보호막층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광모듈 어셈블리. - 제3항에 있어서,
상기 중간층은 상기 보호막층을 둘러싸거나, 상기 보호막층 외부에 배치되는 열전도층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광모듈 어셈블리. - 제4항에 있어서,
상기 열전도층의 일측에 배치되는 방열부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광모듈 어셈블리. - 제4항에 있어서,
상기 중간층은 상기 열전도층에 배치되는 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광모듈 어셈블리. - 제6항에 있어서,
상기 접착층은 투습방지 기능과, 절연 기능 중 적어도 어느 하나의 기능을 구비하는 것을 특징으로 하는 발광모듈 어셈블리. - 제3항에 있어서,
상기 태양전지 모듈은
제2기판에 마련되는 태양전지 모듈 제1전극과;
상기 제3전극에 배치되는 광전변환부와;
상기 광전변환부에 배치되는 태양전지 모듈 제2전극을 포함하되,
상기 중간층은 상기 태양전지 모듈 제1전극과 상기 제2전극 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 발광모듈 어셈블리. - 제8항에 있어서,
상기 중간층은 상기 발광모듈 제1,2전극 및 상기 발광부와, 상기 태양전지 모듈 제1,2전극 및 상기 광전변환부의 외부 노출을 방지하도록 이들을 둘러싸도록 배치되는 것을 특징으로 하는 발광모듈 어셈블리. - 제1항에 있어서,
상기 태양전지 모듈은 상호 이격되는 두 개의 기판과;
상기 기판 사이에 배치되는 태양전지 모듈 제1전극과, 광전변환부와, 태양전지 모듈 제2전극을 포함하고,
상기 발광모듈은 상호 이격되는 두 개의 기판과;
상기 기판 사이에 배치되는 발광모듈 제1전극과, 발광부와, 발광모듈 제2전극을 포함하되,
상기 중간층은 상기 태양전지 모듈의 기판과, 상기 발광모듈의 기판 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 발광모듈 어셈블리. - 제10항에 있어서,
상기 태양전지 모듈 및 상기 발광모듈에 각각 마련되는 봉지층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광모듈 어셈블리. - 제10항에 있어서,
상기 중간층의 일측에 마련되는 방열부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광모듈 어셈블리. - 제9항에 있어서,
상기 중간층은 상기 태양전지 모듈의 기판과, 상기 발광모듈의 기판을 부착시키는 것을 특징으로 하는 발광모듈 어셈블리. - 제13항에 있어서,
상기 중간층은 열전달 물질과 접착 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 발광모듈 어셈블리. - 제1항에 있어서,
상기 태양전지 모듈과 상기 발광모듈을 연결하며, 상기 태양전지 모듈에서 생산된 전기를 축전하고, 축전된 전기를 상기 발광모듈에 공급하는 전력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광모듈 어셈블리. - 발광모듈을 제작하는 단계;
태양전지 모듈을 제작하는 단계;
상기 발광모듈 또는 상기 태양전지 모듈 사이에 접착용 중간층을 배치하는 단계;
상기 중간층을 매개로 상기 발광모듈과 상기 태양전지 모듈을 합착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광모듈 어셈블리의 제조방법. - 제16항에 있어서,
상기 발광모듈은 제1기판과, 발광모듈 제1전극과, 발광부와, 발광모듈 제2전극으로 구성되고,
상기 태양전지 모듈은 제2기판과, 태양전지 모듈 제1전극과, 광전변환부와, 태양전지 모듈 제2전극으로 구성되되,
상기 중간층을 배치하는 단계는 상기 중간층을 상기 발광모듈 제2전극과 상기 태양전지 모듈 제2전극 사이에 배치하는 것을 특징으로 하는 발광모듈 어셈블리의 제조방법. - 제17항에 있어서,
상기 중간층을 배치하는 단계는 상기 중간층을 상기 발광모듈 제2전극 또는 상기 태양전지 모듈 제2전극에 증착 또는 도포하는 것을 특징으로 하는 발광모듈 어셈블리의 제조방법. - 제17항에 있어서,
상기 중간층이 상기 발광모듈 제1,2전극 및 상기 발광부와,
상기 태양전지 모듈 제1,2전극과, 광전변환부를 둘러싸도록 성형하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광모듈 어셈블리의 제조방법. - 제17항에 있어서,
중간층을 배치하는 단계는;
상기 발광모듈 제2전극 일측에 보호막층을 마련하는 단계와;
상기 보호막층 일측에 열전달층을 마련하는 단계와;
상기 열전달층 일측에 접착층을 마련하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로하는 발광모듈 어셈블리의 제조방법. - 제20항에 있어서,
상기 열전달층에 방열부재를 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광모듈 어셈블리의 제조방법.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020110103214A KR101827805B1 (ko) | 2011-10-10 | 2011-10-10 | 태양전지 모듈을 구비하는 발광모듈 어셈블리 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130039357A true KR20130039357A (ko) | 2013-04-22 |
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| KR1020110103214A KR101827805B1 (ko) | 2011-10-10 | 2011-10-10 | 태양전지 모듈을 구비하는 발광모듈 어셈블리 |
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| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101827805B1 (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106711339A (zh) * | 2015-07-24 | 2017-05-24 | 上海和辉光电有限公司 | 一种超薄自发光的amoled器件及其制造方法 |
| KR20170139728A (ko) * | 2016-06-09 | 2017-12-20 | 삼성디스플레이 주식회사 | 박막태양전지를 구비한 유기발광 표시장치 및 그 제조방법 |
| CN109659447A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-04-19 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 纤维状自供能发光器件及其制备方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4761325B2 (ja) * | 2009-12-21 | 2011-08-31 | シャープ株式会社 | 照明装置 |
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2011
- 2011-10-10 KR KR1020110103214A patent/KR101827805B1/ko active IP Right Grant
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