KR20140142797A - 태양전지를 갖는 자동차 루프 패널 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양전지를 갖는 자동차 루프 패널에 관한 것으로서, 외부 충격으로부터 태양전지 패널을 보호할 수 있는 충분한 내충격 강도를 가지는 자동차 루프 패널을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 태양전지 모듈 또는 복수개의 태양전지 모듈을 전기적으로 연결하여 구성한 태양전지 패널을 차체 상면의 내측면에 배치함에 있어서, 상기 차체 상면의 내측면과 태양전지 모듈 또는 태양전지 패널 사이에, 점착 특성을 가지면서 충격으로부터 상기 태양전지 모듈 또는 태양전지 패널을 보호할 수 있는 점착부재를 삽입하여 적층 구성한 태양전지를 갖는 자동차 루프 패널을 제공한다.

Description

태양전지를 갖는 자동차 루프 패널{Roof panel having solar cells}
본 발명은 자동차 루프 패널에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양전지 패널을 포함하여 구성되되, 태양전지 패널을 충격으로부터 보호할 수 있는 충분한 내충격 강도를 가지는 자동차 루프 패널에 관한 것이다.
최근 하이브리드 자동차(HEV:Hybrid Electric Vehicle), 전기자동차(EV:Electric Vehicle)와 같은 친환경 자동차나 그 밖의 고급차량에서 차체 상면(예, 선루프 또는 파노라마루프의 강화유리)에 실리콘 태양전지 패널을 장착하여 태양전지로 발전한 전력을 차량에서 이용할 수 있는 기술이 개발되고 있다.
예컨대, 하절기에 주차 중 실내 온도 상승시 태양전지로 발전한 전력을 이용하여 팬(FAN)을 구동시킴으로써 차량 내부 온도를 낮추어 승객에게 쾌적감을 제공하고 이를 통해 에어컨 사용량을 줄여 연비 향상의 효과를 제공하는 등 태양전지가 차량에서도 친환경 에너지원으로 다양하게 개발되고 있다.
그러나, 종래의 실리콘 태양전지는 고가이면서 불투명한 특성을 가지므로 선루프 차량에서 차체 상면을 형성하는 선루프의 강화유리에 설치할 경우 고유의 개방감을 살리지 못하는 단점이 있었다.
이에 개방감과 에어로다이나믹 곡면 설계가 함께 고려된 차세대 태양전지 및 이를 채용한 자동차용 선루프에 대한 개발 기대가 높아지고 있다.
또한 실리콘 태양전지가 장착된 자동차용 선루프는 고가이면서 패널의 높은 중량으로 인해 차량 중량을 증가시키는 문제점을 가지므로 비교적 저가이면서 가벼운 차량용 태양전지의 개발이 중요한 실정이다.
차세대 태양전지 중 염료감응 태양전지, 박막 실리콘 태양전지, 유기 태양전지 등은 실리콘 태양전지에 비해 저렴한 제조 비용으로 제조가 가능하고, 염료감응 태양전지의 경우 다양한 색상의 적용이 가능한 이유 등으로 인해 많은 관심이 쏠리고 있다.
특히, 상기와 같은 태양전지는 반투명 특성, 즉 외부와 내부를 반투명하게 볼 수 있는 시각적인 장점을 가지므로 기존의 실리콘 태양전지나 기타 태양전지에 비해 투명성을 요구하는 분야의 적용에 있어 유리한 이점이 있다.
또한 염료감응 태양전지 및 박막실리콘 태양전지의 기판은 일반적으로 유리를 사용하므로 차량의 선루프나 파노라마루프와 같은 차체 상면에 배치할 경우 우수한 상품성을 제공할 것으로 예상된다.
그러나, 태양전지 패널을 자동차 루프 패널에 장착함에 있어서 충격으로부터 태양전지 패널을 보호할 수 있는 충분한 내충격 강도를 확보하는 것이 요구되고 있으며, 아직까지 태양전지를 차량에 적용함에 있어서 패널의 내충격 강도 확보를 위한 기술 개발은 미비한 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 창출한 것으로서, 충격으로부터 태양전지 패널을 보호할 수 있는 충분한 내충격 강도를 가지는 자동차 루프 패널을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 태양전지 모듈 또는 복수개의 태양전지 모듈을 전기적으로 연결하여 구성한 태양전지 패널을 차체 상면의 내측면에 배치함에 있어서, 상기 차체 상면의 내측면과 태양전지 모듈 또는 태양전지 패널 사이에, 점착 특성을 가지면서 충격으로부터 상기 태양전지 모듈 또는 태양전지 패널을 보호할 수 있는 점착부재를 삽입하여 적층 구성한 것을 특징으로 하는 태양전지를 갖는 자동차 루프 패널을 제공한다.
또한 바람직한 실시예로서, 상기 태양전지 모듈 또는 태양전지 패널의 내측면에 마감재가 부착되되, 상기 태양전지 모듈 또는 태양전지 패널과 상기 마감재 사이에 점착 특성을 가지면서 충격으로부터 태양전지 모듈 또는 태양전지 패널을 보호할 수 있는 별도의 점착부재가 삽입되어 적층되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 점착부재의 일면 또는 양면에 접착층이 추가로 적층 개재되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 자동차 루프 패널은 태양전지 모듈 또는 태양전지 패널을 차체 상면의 내측면에 배치함에 있어서 차체 상면과 태양전지 모듈 또는 패널 사이에 점착부재를 삽입하여 구성함으로써 충격으로부터 태양전지를 충분히 보호할 수 있는 우수한 내충격 강도를 가지게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차 루프 패널에 적용될 수 있는 염료감응 태양전지의 기본 모듈 구성과 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 자동차 루프 패널의 여러 실시예를 도시한 단면 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 자동차 루프 패널의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자동차 루프 패널을 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 자동차 선루프에서 태양전지 모듈의 적용 예를 나타내는 평면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따라 태양전지 모듈을 장착하여 구현한 자동차 선루프의 평면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예를 설명함에 있어서 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 이것이 실제로 본 발명에 적용되는 크기를 나타내는 것은 아니다.
또한 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서 염료감응 태양전지를 기본으로 설명하고자 하나, 이는 예시일 뿐 차체 상면을 이루는 통상의 루프 패널, 또는 선루프/파노라마루프의 유리와 같이 루프 패널을 형성하는 지지체에 장착 가능한 태양전지라면 모두 적용 가능하다.
이 외에도 유기 태양전지를 비롯하여 EC(Electrochromic), PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal)와 같은 스마트 윈도우나 투명전극 기판을 사용하거나 차량에 장착 가능한 디바이스라면 모두 적용 가능하다.
또한 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서 셀들이 병렬로 연결된 그리드 타입의 병렬형 태양전지 모듈 구조를 도식화한 도면을 참조하여 설명하나, 이 외에도 각 셀의 광전극과 촉매전극이 한 기판에 형성된 모노리틱 구조, 각 셀이 직렬로 연결된 Z-타입 구조, 광전극과 촉매전극이 한 기판에 교대로 형성된 W-타입 구조의 경우도 적용 가능하다.
또한 이하의 설명에서 금속 집전극이 삽입된 경우는 모듈이라 명명하고, 이러한 모듈이 직렬 또는 병렬로 서로 연결되어 배치된 태양전지를 패널이라 명명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차 루프 패널에 적용될 수 있는 염료감응 태양전지를 나타내는 단면도로, 셀들이 병렬로 연결되는 병렬형 태양전지 모듈의 기본 구성과 구조를 보여주고 있다.
도시된 바와 같이, 염료감응 태양전지 모듈(단위 셀)은 염료가 흡착된 광전극(13)이 적층 형성되어 있는 작동전극(10), 촉매전극(23)이 적층 형성되어 있는 상대전극(20), 그리고 작동전극(10)과 상대전극(20) 사이의 밀봉된 공간에 채워지는 전해질(17)을 포함하여 구성되며, 전해질(17)을 사이에 두고 작동전극(10)과 상대전극(20)이 접합된 구조를 가진다.
각 구성에 대해 좀더 상세히 설명하면, 작동전극(10)과 상대전극(20)은 발생된 광전자가 이동할 수 있도록 각각 FTO(Fluorine doped Tin Oxide)와 같은 투명 전도층(TCO:Transparent Conductive Oxide)(12,22)이 코팅된 투명기판(11,21)을 포함한 형태로 구성된다.
또한 태양전지 모듈의 내부, 즉 작동전극(10)과 상대전극(20) 사이의 안쪽으로는 빛을 흡수하여 전자를 방출하는 염료(미도시)와, 작동전극(10)에서 투명기판(11)의 투명전도층(12) 위에 적층 형성된 TiO2와 같은 광전극(13)(혹은 반도체 산화물 후막)과, 전자가 방출된 염료에 전자를 채워주는 전해질(17)이 구비된다.
상기 광전극(13)은 그 표면에 빛을 흡수할 수 있는 염료(예, Ru계 염료)가 흡착되어 있고, 방출된 전자를 외부 전극으로 이동시키는 역할을 하는 다공질 나노입자로 구성될 수 있다.
또한 상대전극(20)에서 투명기판(21)의 투명전도층(22) 위에는 촉매전극(23)이 적층 형성되며, 촉매전극(23)을 구비한 상대전극(20)은 산화된 전해질(17)을 환원시키는 역할을 한다.
상기 촉매전극(23)은 촉매 역할을 하는 백금(Pt) 소재의 전극으로, 금속전극 보호층(25) 사이에 위치된다.
또한 작동전극(10)과 상대전극(20)을 접합한 상태로 실링재(16)에 의해 밀봉되는 전극 사이의 공간에 전해질(17)(예, I-/I3 -계 전해질)을 채워 염료감응 태양전지 모듈을 구성하게 된다.
그리고, 태양전지의 크기가 커질 경우 투명전도층(12,22)의 저항으로 인해 집전 효율이 떨어지므로, 이를 보완하기 위해 금속 집전극(14,24)을 추가로 삽입하며, 더불어 전해질에 의한 금속 집전극(14,24)의 부식을 막기 위해 집전극 보호층(15,25)을 형성할 수 있다.
상기와 같이 금속 집전극(14,24)을 내부에 삽입하여 태양전지 모듈을 구성하고, 태양전지 모듈을 전기적으로 직렬 또는 병렬로 서로 연결하여 배치함으로써 태양전지 패널을 구성하게 된다.
본 발명은 이러한 구성의 태양전지 패널을 차체 상면에 장착하기 위한 방법 및 구조를 제시하고자 하는 것으로, 차체 상면을 이루는 선루프 또는 파노라마루프의 강화유리에 태양전지 패널을 부착하여 자동차 루프 패널을 구성하게 된다.
또한 본 발명은 차량용 태양전지 루프 패널의 내충격 강도를 향상시킬 수 있는 구조를 제시하고자 하는 것으로, 차량 실내측, 즉 선루프 또는 파노라마루프의 강화유리 내측면에 태양전지 패널(또는 태양전지 모듈)을 배치함에 있어서 강화유리와 태양전지 패널 사이에 일정한 점착 특성을 가지면서 외부 충격으로부터 태양전지 패널을 보호할 수 있는 점착부재를 삽입, 적층하여 자동차 루프 패널을 구성하게 된다.
태양전지 패널을 자동차 루프 패널에 적용함에 있어서 태양전지의 작동전극(10)과 상대전극(20)에 사용되는 투명기판(11,21)의 종류로는 본 발명에서 특정하게 한정하지는 않으며, 소다라임 유리, 저철분 유리, 무알칼리 유리 등 공지의 태양전지용 유리 소재가 사용될 수 있고, 그 밖에 특성에 따라 공지의 화학강화유리나 배강도유리, 강화유리, 일반유리 등이 사용될 수 있다.
또한 본 발명에서 투명기판(11,21)으로 사용되는 유리의 두께는 특정하게 제한하지 않으며, 0.1mm 내외의 초박막 유리(ultra-thin glass)에서 수 mm 두께의 유리까지 특성에 맞게 활용하는 것이 가능하다.
다만, 본 발명에서 태양전지 패널이 차량 실내측에 부착됨을 감안할 때 기판(11,21)이 유리인 경우 가급적 얇은 유리를 사용하는 것이 실내 공간 확보 측면에서 바람직하며, 일반적인 두께의 투명기판 대신 박막형 투명기판을 사용하여 태양전지 패널의 두께를 슬림화하는 것이 무게 증가를 최소화할 수 있으므로 바람직하다.
통상의 염료감응 태양전지에서 투명기판으로는 가장 일반적인 소다라임 유리를 사용하거나, 또는 광 투과율을 높이기 위해 저철분 유리와 같은 특수 유리를 사용하기도 한다.
이러한 유리 소재의 투명기판들은 외부 충격을 견디기 위해 일반적으로 두께가 2㎜ 이상인 것이 대부분이고, 이에 태양전지 패널의 제조시 최소 4㎜를 넘는 두께를 형성하게 된다.
또한 차량의 선루프나 파노라마루프에 사용되는 유리 소재로는 승객의 안전을 확보하기 위하여 강화유리를 사용하고, 일반적인 두께는 약 4㎜ 내외인 것으로 알려져 있다.
따라서, 통상의 태양전지 패널을 장착할 경우 자동차 루프 패널은 최소 8㎜의 두께를 형성하게 되는데, 이는 차량 중량을 증가시키는 문제를 초래하여 오히려 연비를 저하시키는 요인이 될 수 있는바, 자동차 루프 패널에 사용되는 태양전지 패널의 투명기판은 두께가 얇고 경량인 것이 유리하다.
이에 본 발명의 태양전지 루프 패널에는 얇은 두께의 경량화된 박막형 투명기판을 사용한 염료감응 태양전지가 장착될 수 있고, 이때 가시광선 투과율이 적어도 80% 이상인 박막형 투명기판을 사용하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 본 발명의 자동차 루프 패널에서 염료감응 태양전지 패널의 박막형 투명기판은 그 두께가 1㎜ 이하인 것으로, 이를 이용한 태양전지 패널은 기존 대비 훨씬 얇은 두께와 낮은 중량을 가지게 되고, 곡면 구조를 갖는 자동차 루프 패널의 강화유리 표면에 부착되기에 적합한 가벼운 중량과 유연한(flexible) 특성을 가지게 된다.
더욱 바람직하게는 박막형 투명기판으로 자동차 선루프나 파노라마루프와 같은 일정 곡률의 곡면 부위와 자연스럽게 조화를 이룰 수 있도록 유연한 특성의 초박막 유리를 사용한 것이 바람직하다.
초박막 유리로 이루어진 초박막형 투명기판은 일반 투명기판 및 박막형 투명기판보다 더욱 얇은 기판으로, 0.7㎜ 이하의 두께를 갖는 것이 바람직하고, 더욱 얇게는 0.1 ~ 0.5㎜ 이하의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
이렇게 얇은 두께의 초박막형 투명기판은 유연한 기판 중 저렴하면서도 투명하고 표면 평탄도가 양호하며 수분 및 산소에 대한 패키징 박막을 별도로 도입할 필요성이 없다는 장점과 더불어 원가 절감 및 공정성 확보가 용이한 정점을 갖는다.
얇은 두께의 초박막형 투명기판을 작동전극과 상대전극에 사용하여 태양전지 패널을 구성하면, 4㎜ 이상의 두께를 형성하게 되는 기존의 투명기판 대비, 2㎜ 이하의 두께를 형성하게 되어 태양전지 패널의 전체 두께를 줄이는 것이 가능하고, 차량의 설계변경 없이 태양전지 패널을 자동차 루프 패널에 적용할 수 있게 되며, 원가 절감에도 유리해진다.
이하, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서 초박막형 투명기판도 박막형 투명기판의 범주에 포함되므로 초박막형 및 박막형 투명기판을 모두 박막형 투명기판으로 명시하도록 한다.
또한 태양전지 패널의 박막형 투명기판으로 상기한 유리 기판 외에 고분자 소재의 박막형 플라스틱 기판의 적용이 가능한데, 이 역시 바람직하게는 가시광선 투과율이 적어도 80% 이상인 플라스틱 기판이 사용될 수 있다.
이러한 플라스틱 기판의 경우에도 0.1 ~ 1 mm의 두께를 가지는 투명기판 형태로 제조된 것을 사용함이 바람직하다.
이러한 플라스틱 기판은 폴리에틸렌계, 폴리프로필렌계, 폴리에스터계, 폴리아크릴계, 폴리이미드계, 폴리아미드계, 폴리스티렌계 고분자 중 선택된 어느 하나의 고분자 소재를 사용하여 제조된 것이거나, 또는 이들 각 고분자 소재들을 혼합한 블렌드나 공중합물로 만든 기판 혹은 각 고분자 소재를 적층시켜 만든 기판이 될 수 있다.
구체적인 예를 들면, PC(Polycarbonate), PES(Polyethersulfone), COC(Cyclic Olefin Copolymer), PE(Polyethylene), PET(Polyethyleneterephthalate), PEN(Polyehtylenenaphthalate), TAC(Triacetylcellulose), PI(Polyimide), PMMA(Polymethylmethacrylate), PEEK(Polyetheretherketone), PA(Polyamide), PEI(Ppolyetherimide), PP(Polypropylene), OPP(Polypropylene, oriented) 등을 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 상기한 박막형 투명기판을 적용할 경우 외부 충격에 의해 쉽게 파손될 수 있으므로 이를 보호할 수 있는 구조가 반드시 필요하다.
이를 위해, 본 발명에 따른 자동차 루프 패널에서는 차체 상면을 형성하는 선루프나 파노라마루프 강화유리의 차량 실내측 표면에 태양전지 모듈 또는 복수개의 태양전지 모듈을 전기적으로 연결하여 구성한 태양전지 패널을 배치하되, 선루프 또는 파노라마루프의 강화유리와 태양전지 모듈 또는 태양전지 패널 사이에 일정한 점착 특성을 가지면서 외부 충격으로부터 태양전지 패널을 보호할 수 있는 점착부재가 적층 개재된다.
도 2는 본 발명에 따른 자동차 루프 패널의 여러 실시예를 도시한 단면 구성도로서, 차체 상면(강화유리)(300)의 실내측 표면에 점착부재(210)를 개재한 상태로 태양전지 패널(200)이 배치된 본 발명의 실시예를 나타내고 있다.
도 2에서 태양전지 패널(200)은 편의상 도 1의 전체 구성요소를 도식화하지 않고 간략하게 도시하였으며, 태양전지 패널(200)을 구성하는 각 모듈에서 도 1에서와 같이 상대전극(도 1에서 도면부호 20임)이 작동전극(도 1에서 도면부호 10임)의 하측에 위치되도록 하여, 차체 상면(300)의 실내측 표면에 점착부재(210)를 개재한 상태로 태양전지 패널(200)이 부착될 수 있다.
또한 도 2에서는 차체 상면(300)의 곡률을 고려하여 태양전지 패널(200)의 형상을 곡면화하여 도시하였으나, 차체 상면(300)이 곡면이 아닌 평면 구조인 경우 평면의 태양전지 패널을 적용하는 것이 가능하다.
도 2의 (a)는 차체 상면(선루프 또는 파노라마루프의 유리)(300)과 태양전지 패널(200) 사이에 점착부재(210)를 적층 개재하고 태양전지 패널(200)의 내측면에 마감재(220)를 부착한 실시예로서, 여기서 마감재(220)는 태양전지 패널(200)의 상대전극(상대전극의 투명기판)(도 1에서 도면부호 20임) 외부 표면에 부착된다.
상기 점착부재(210)는 유연성 및 쿠션감이 있는 재질을 사용하는 것이 바람직하며, 이는 적절한 충격흡수작용을 통해 외부로부터 충격이 가해질 경우 태양전지 패널(200)을 보호하는 역할을 하는바, 외부 충격에 견딜 수 있는 수준으로 태양전지 패널(200) 및 루프 패널의 내충격 강도를 전체적으로 증대시키게 된다.
상기 점착부재(210)로는 특별히 제한적이지 않으나, PDMS(Polydimethylsiloxane), 폴리실라잔(Polysilazane), PSSQ(polysilsesquioxane), 폴리실리콘계 고분자, 폴리우레탄계 고분자, 에폭시계 고분자, 합성고무, 천연고무, 변성엘라스토머, PMMA(Polymethlymethacrylate) 등의 폴리아크릴계 고분자, 그리고 PS(Polystyrene), SBS(Styrene-Butadiene-Styrene Block Copolymer), SIS(Styrene-Isoprene-Styrene Triblock Copolymer), SEBS(Styrene-Etylene-Butylene-Styrene Block Copolymer), ABS(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene Copolymer) 등의 스티렌계 및 스티렌계 열가소성 공중합체, 그리고 메틸셀룰로오즈, 에틸셀룰로오즈, 부틸셀룰로오즈 등의 셀룰로오즈계 화합물 중에 1종 또는 2종 이상의 복합체를 사용한 점착부재나 상기 물질로 이루어진 부재를 적층시킨 점착부재를 사용하는 것이 바람직하다.
도 2의 (a)에 나타낸 실시예에서 태양전지 패널(200)의 상대전극 부분과 만나는 일면에 접착필름(마감재)(220)을 형성하여 태양전지 패널(200)을 지지시킬 수 있고, 점착부재(210)의 양면에 접착층을 코팅하는 것도 가능하다.
상기 접착필름(220)은 고분자 기재의 일면에 접착층이 형성된 것으로, 여기서 기재는 예를 들어 폴리에틸렌계, 폴리프로필렌계, 폴리에스터계, 폴리아크릴계, 폴리이미드계, 폴리아미드계, 폴리스티렌계 고분자 등의 고분자 소재를 사용하여 제조된 필름이 될 수 있고, 또는 이들 각 고분자 소재들을 혼합한 블렌드나 공중합물로 만든 필름, 또는 상기한 복수의 고분자 소재를 적층하여 만든 필름이 될 수도 있다.
상기 접착필름의 접착층은 에폭시계, 아크릴계, 우레탄계 및 변성아크릴계, 변성우레탄계, 변성엘라스토머계 등의 재료를 사용하여 형성할 수 있다.
또한 이와 같은 접착층을 태양전지의 작동전극 부분과 상대전극 부분에 형성한 뒤 접착층을 상기의 고분자 기재와 접착시키는 것도 가능하다.
또한 상기 접착필름 대신 PC(Polycarbonate) 또는 유리섬유가 혼합된 복합재, EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 시트 등으로 제조된 지지대가 사용될 수 있고, 그 밖에 태양전지 또는 점착부재를 지지할 수 있는 재질의 지지대라면 사용될 수 있다.
본 발명에서 상기한 접착필름이나 지지대를 마감재라 명명하기로 한다.
도 2의 (b)는 (a)와 비교하여 태양전지 패널(200)과 마감재(220) 사이에도 점착부재(210)를 추가로 적층 개재한 실시예로서, 도시된 바와 같이 점착부재(210)를 태양전지 패널(200) 양면에 적층하여 샌드위치 타입으로 태양전지 패널(200)을 감싸는 구조가 되도록 한 것이며, 이는 차량 내부 및 외부 충격에도 태양전지 패널(200)의 파손을 방지할 수 있는 이점을 제공한다.
또한 도 2의 (c)는 (a) 및 (b)의 실시예와 비교하여 실내측으로 노출되는 마감재(220)의 표면에 내스크래치성을 증대시키기 위해 표면 강도를 부여한 열경화 또는 자외선 경화 타입의 보호코팅층(230)을 코팅하여 형성한 실시예를 나타낸다.
하기 표 1은 PDMS를 사용한 점착부재를 적용하였을 때 외부 충격으로부터 태양전지 기판이 받는 최대 응력(MPa)을 계산한 시뮬레이션 결과로서, 이때 태양전지 기판으로는 소다라임 박막 유리를 사용하였다.
Figure pat00001
소다라임 박막 유리는 최대 응력이 50MPa 이상일 경우 파손되는 것으로 알려져 있으며, 표 1에 나타낸 바와 같이 일정 두께의 PDMS 점착부재를 적용한 경우에서 태양전지 패널이 파손되지 않음을 알 수 있었다(50 MPa 미만의 최대 응력 발생).
한편, 점착부재의 일면 또는 양면에 접착층을 더 적층 형성하여 자동차 루프 패널을 구성할 수 있으며, 도 3은 본 발명에 따른 자동차 루프 패널의 다른 실시예를 나타내는 단면도로서, 점착부재(210)의 양면에 투명 접착층(211)을 적용한 실시예를 나타내고 있다.
도 3에서 (a)는 접착층(211)이 형성된 점착부재(210)의 단면도이고, (b)는 (a)에 나타낸 점착부재(210)를 사용한 루프 패널의 단면도이다.
도 3의 (b)에 나타낸 실시예를 도 2의 (b)에 나타낸 실시예와 비교하여 보면 점착부재(210)의 양면에 접착층(211)을 추가로 적용한 점에 차이가 있다.
이와 같이 도 2의 (a) 및 (b), (c)에 나타낸 각 실시예의 구성에 더하여 점착부재(210)의 일면 또는 양면에 접착층(211)을 추가로 적층 개재하여 루프 패널을 구성할 수가 있다.
점착부재(210)에 투명 접착층(211)을 형성하여 접착할 경우에는 차체 상면(300)과 태양전지 패널(200)(또는 태양전지 모듈), 태양전지 패널(200)과 마감재(220) 사이에서 점착부재(210)가 투명 접착층(211)에 의해 안정적으로 접착, 고정될 수 있고, 점착부재(210)와 이에 접합되는 각 구성요소 간의 접착력이 향상되는 유리한 점이 있게 된다.
이때, 투명 접착층(211)이 형성된 점착부재(210)는 용이한 취급 및 공정을 위해 도 3의 (a)에 나타낸 바와 같이 접착층(211) 위에 이형필름(212)이 부착된 상태로 준비될 수 있는데, 예시된 바와 같이 점착부재(210)가 차체 상면(300)이나 태양전지 패널(200), 마감재(220)와 같은 다른 구성요소에 접합될 때에는 접착층(211)에서 이형필름(212)을 제거한 뒤 사용한다.
상기 이형필름(212)으로는 통상의 투명 필름용 고분자 소재로 제조된 것이 사용될 수 있고, 이형필름의 표면에는 실리콘계나 불소계 물질과 같이 이형성이 우수한 물질로 코팅하여 접착층에 부착 후 사용시에 쉽게 박리될 수 있도록 한다.
그리고, 접착층(211)을 형성하기 위해 사용될 수 있는 접착제로는 에폭시계, 아크릴계, 우레탄계 및 변성아크릴계, 변성우레탄계, 변성엘라스토머계 등의 재료를 들 수 있다.
다만, 이형필름(212)의 경우 단순히 투명 접착층(211)의 표면을 보호하기 위해 사용되는 1회용 필름이므로 폴리에스터계와 같은 저가 소재의 필름이 사용될 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 루프 패널을 도시한 단면도로서, 도시된 바와 같이 투명 접착필름 등으로 이루어진 태양전지 패널 보호용 마감재(220)의 일면에 산란층(221)을 추가로 도입하여 형성할 수 있다.
산란층(221)을 형성할 경우 태양전지 패널(200)에 입사된 빛이 태양전지 패널의 내부에서 산란되도록 할 수 있고, 태양전지 패널의 외부로 바로 빠져나가는 빛의 손실을 줄일 수 있으므로 태양전지의 효율을 증대시키는 것이 가능하다.
즉, 마감재(220)가 되는 투명 접착필름에서, 상대전극의 기판(태양전지 모듈 또는 태양전지 패널의 내측면)에 접착되는 투명 접착필름의 일면에, 태양전지 패널(200)에 입사된 빛을 산란시켜 빛의 손실을 줄이고 태양전지의 효율을 증대시킬 수 있는 산란층(221)이 구비되는 것이다.
상기 필름의 산란층(221)은 기재의 일 표면(상대전극용 기판의 외표면에 부착되는 면)에 도 4에 예시된 바와 같이 톱니 형상과 같은 삼각뿔 모양의 요철 구조를 형성하거나, 투명 접착층에 표면 높낮이가 고르지 않은 비균일한 구조를 형성하도록 크기가 서로 다른 다양한 비드를 형성하여 구성될 수 있다.
또한 도면으로 예시하지는 않았으나, 알루미늄 호일이나 거울 등에서와 같이 빛을 반사시킬 수 있는 빛 반사층을 투명 접착필름의 일면(상대전극용 기판의 외표면에 부착되는 면)에 형성하는 것도 가능하며, 이는 산란층을 형성한 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
다만, 빛 반사층을 갖는 투명 접착필름은 차량 선루프 등에 적용할 경우 채광성을 저하시키게 되므로 채광성을 중시하는 차량 부분에는 사용하지 않는 것이 좋다.
도 5는 상기의 실시예에서 설명된 태양전지 모듈의 일 예를 나타내는 평면도로서, 병렬형 구조의 태양전지 모듈의 표면을 보여주는 도면이다.
즉, 도 5는 태양전지 모듈(100)을 작동전극(10) 위에서 바라본 도면으로, 도면에서 보이는 부분은 차체 상면에 접촉되는 작동전극 부분으로서, 이때 상대전극(20)은 작동전극(10)의 아래에 위치한다.
도시된 바의 태양전지 모듈(100)을 이용하여 본 발명에 따른 자동차의 루프 패널(선루프)를 구성할 경우에 차량 외부에서는 도 6a의 (b)와 같은 형태로 보여지게 된다.
선루프(S)의 크기 및 선루프(S)에 부착하는 태양전지 모듈(100)의 크기에 따라 선루프(S)에 부착되는 태양전지 모듈(100)의 개수는 다양하게 변경될 수 있는바, 도 6a의 (b)와 같이 한 개의 태양전지 모듈(100)을 선루프(S)의 전면적에 적용하거나, 또는 도 6a의 (a)와 같이 다수개의 태양전지 모듈(100)을 연결한 태양전지 어레이(태양전지 패널)(110)를 선루프(S)의 전면적에 적용하는 것이 가능하다.
도 6a의 (a)와 같이 다수의 태양전지 모듈(100)을 연결하는 경우에서 세로방향으로 배열된 태양전지 모듈(100)들은 직렬로 연결되고, 가로방향으로 배열된 태양전지 모듈(100)들은 병렬로 연결될 수 있으나, 이러한 연결 형태는 태양전지 모듈의 출력, 전압, 전류 등의 사양을 고려하여 편의에 따라 변경 가능하다.
또한 도 6b의 (c) 및 (d)에 도시된 바와 같이 자동차의 선루프(S)에는 태양전지 모듈(100)의 실제 유효면적(광전극의 면적)을 제외한 부분을 마스킹 처리하여 제조된 태양전지 모듈(100)이 부착될 수도 있다.
태양전지 모듈(100)의 실제 유효면적을 제외한 부분의 마스킹(80)은 선루프(S)에 직접 코팅 처리하거나. 또는 태양전지 모듈(100)의 테두리에 코팅 처리하는 등 어떠한 방법도 적용 가능하다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는바, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
10 : 작동전극 11 : 투명기판
12 : 투명전도층 13 : 광전극
14 : 금속 집전극 15 : 보호층
16 : 실링재 17 : 전해질
20 : 상대전극 21 : 투명기판
22 : 투명전도층 23 : 촉매전극
24 : 금속 집전극 25 : 보호층
100 : 태양전지 모듈 110 : 태양전지 어레이(패널)
200 : 태양전지 패널 210 : 점착부재
211 : 접착층 212 : 이형필름
220 : 마감재 221 : 산란층
230 : 보호코팅층 300 : 차체 상면

Claims (8)

  1. 태양전지 모듈 또는 복수개의 태양전지 모듈을 전기적으로 연결하여 구성한 태양전지 패널을 차체 상면의 내측면에 배치함에 있어서, 상기 차체 상면의 내측면과 태양전지 모듈 또는 태양전지 패널 사이에, 점착 특성을 가지면서 충격으로부터 상기 태양전지 모듈 또는 태양전지 패널을 보호할 수 있는 점착부재를 삽입하여 적층 구성한 것을 특징으로 하는 태양전지를 갖는 자동차 루프 패널.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 태양전지 모듈 또는 태양전지 패널의 기판이 차체 상면의 곡면 형상에 따라 휘어질 수 있는 두께 0.01 ~ 1㎜의 유연한 유리 기판 또는 플라스틱 기판인 것을 특징으로 하는 태양전지를 갖는 자동차 루프 패널.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 플라스틱 기판은 폴리에틸렌계, 폴리프로필렌계, 폴리에스터계, 폴리아크릴계, 폴리이미드계, 폴리아미드계, 폴리스티렌계의 고분자 중에 선택된 하나의 고분자 소재로 이루어진 기판, 또는 이들 중 선택된 둘 이상의 고분자 소재들을 혼합한 블렌드 소재나 그 공중합물 소재로 이루어진 기판, 또는 선택된 둘 이상의 고분자 소재들을 적층시켜 제조한 기판인 것을 특징으로 하는 태양전지를 갖는 자동차 루프 패널.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 유리 기판 또는 플라스틱 기판은 가시광선 투과율이 80% 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지를 갖는 자동차 루프 패널.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 태양전지 모듈 또는 태양전지 패널의 내측면에 마감재가 부착되되, 상기 태양전지 모듈 또는 태양전지 패널과 상기 마감재 사이에 점착 특성을 가지면서 충격으로부터 태양전지 모듈 또는 태양전지 패널을 보호할 수 있는 별도의 점착부재가 삽입되어 적층되는 것을 특징으로 하는 태양전지를 갖는 자동차 루프 패널.
  6. 청구항 1 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 점착부재는 PDMS(Polydimethylsiloxane), 폴리실라잔(Polysilazane), PSSQ(polysilsesquioxane), 폴리실리콘계 고분자, 폴리우레탄계 고분자, 에폭시계 고분자, 합성고무, 천연고무, 변성엘라스토머, PMMA(Polymethlymethacrylate)를 포함하는 폴리아크릴계 고분자, 그리고 PS(Polystyrene), SBS(Styrene-Butadiene-Styrene Block Copolymer), SIS(Styrene-Isoprene-Styrene Triblock Copolymer), SEBS(Styrene-Etylene-Butylene-Styrene Block Copolymer), ABS(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene Copolymer)를 포함하는 스티렌계 및 스티렌계 열가소성 공중합체, 그리고 메틸셀룰로오즈, 에틸셀룰로오즈, 부틸셀룰로오즈를 포함하는 셀룰로오즈계 화합물 중에 선택된 1종 또는 2종 이상의 복합체로 이루어진 점착부재나, 상기 물질로 이루어진 부재를 적층시킨 점착부재인 것을 특징으로 하는 태양전지를 갖는 자동차 루프 패널.
  7. 청구항 1 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 점착부재의 일면 또는 양면에 접착층이 추가로 적층 개재되는 것을 특징으로 하는 태양전지를 갖는 자동차 루프 패널.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 태양전지 모듈 또는 태양전지 패널의 내측면에 마감재가 부착되되, 상기 마감재에서 태양전지 모듈 또는 태양전지 패널의 내측면에 접합되는 마감재 일면에 산란층이 형성되는 것을 특징으로 태양전지를 갖는 자동차 루프 패널.
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