KR20150078556A

KR20150078556A - 차량용 글라스에 태양전지를 프린팅하는 방법

Info

Publication number: KR20150078556A
Application number: KR1020130168022A
Authority: KR
Inventors: 박성근; 김상학; 송미연
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2013-12-31
Filing date: 2013-12-31
Publication date: 2015-07-08

Abstract

본 발명은 기존의 자동차 글라스에 태양전지 전극을 직접적으로 프린팅 하는 구조 및 공정방법에 관한 것으로, 자동차 글라스에 태양전지를 일체화 시켜 추가적인 구조의 부착 없이 태양전지 발전을 가능하게 하는 것이다.

Description

차량용 글라스에 태양전지를 프린팅하는 방법 {A method for printing a solar cell onto motor glass}

본 발명은 차량용 글라스에 태양전지를 대면적으로 적용하기 위하여 패널 어레이가 아닌, 차량용 글라스에 태양전지를 직접 프린팅하는 방법에 관한 것이다.

기존에 자동차에 장착된 태양전지의 경우 강화유리 위에 추가적으로 태양전지 모듈을 부착하는 방식으로 구성되어 있다. 이러한 경우 차량의 강화유리와 태양전지 자체의 유리 부분이 중복되어 두께와 중량이 증가하는 단점을 가지고 있다. 또한 이로 인하여 전체 공정 작업이 복잡해지고 단가가 상승하는 문제점을 가지고 있다.

본 기술은 강화 유리 제작 공정에 태양전지 제작 공정을 직업 적용하여, 차량용 강화유리에 일체화되어 태양전지 제조시 추가 글라스를 사용하지 않음으로써, 원가 절감 및 경량화, 공정 시간 단축, 태양전지 글라스의 약한 내충격 강도 문제를 해결할 수 있는 장점이 있다. 또한 기존에 적용되던 세라믹 라인으로 인해 태양전지 발전을 사용할 수 없었던 부분 역시 발전 영역으로 확보할 수 있어 고출력 태양전지 루프 패널의 제작이 가능하다.

차량에 태양전지를 적용하는 종래의 기술문헌으로는, WO2011046198 A1(도 1 내지 3)가 트럭에 실리콘 태양전지 적용, 태양전지 모듈을 어레이 구조로 형성해서 트럭 지붕에 장착한 것을 개시하고 있다.

DE102007052554 A1 에서도, 태양전지를 자동차에 적용 시 photovoltaic cell 을 series 로 연결해서 적용하는 것을 개시하고 있다.

일반적으로 대면적에 태양전지를 적용할 경우 모듈을 직렬/병렬 구조(예를 들면 패널 어레이)로 구성한다. 본 발명에서는 이러한 구조 대신 자동차 루프 등 차량 유리에 적용 시 직접 루프 유리에 일체형으로 태양전지를 제작 하는 공정을 제공하고자 한다.

본 발명은,

유리를 적용되는 차량의 디자인을 따라 절단하는 단계, 절단 모서리를 연마하는 단계, 절단된 유리를 세척하는 단계, 세척된 유리에 적외선을 조사하고 600-1000℃에서 가열하여 유리를 강화하고 곡면 성형하는 단계, 성형 및 강화된 유리 상에ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, ZnO:H, SnO, SnO₂, SnO₂:F, In₂O₃-SnO(ITO) 또는 fluorinated SnO(FTO) 로 구성된 군에서 선택되는 투명전극 과 Si를 증착하는 단계, 레이저 스크리빙(scribbing)을 수행하는 단계, 그 위에 투명전극을 추가 증착하는 단계 및 투명 전극을 스크리빙하여 패터닝하는 단계 및 보호유리와 기판을 결합하고 실링하는 단계를 포함하는 차량 유리 일체형 비정질 실리콘 태양전지 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명은,

유리를 적용되는 차량의 디자인을 따라 절단하는 단계, 절단 모서리를 연마하는 단계, 절단된 유리를 세척하는 단계, 세척된 유리에 적외선을 조사하고 600-1000℃에서 가열하여 유리를 강화하고 곡면 성형하는 단계, 성형 및 강화된 유리 상에 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, ZnO:H, SnO, SnO₂, SnO₂:F, In₂O₃-SnO(ITO) 또는 fluorinated SnO(FTO) 로 구성된 군에서 선택되는 투명전극을 프린팅하고 이를 소결하여 광전극을 제작하는 단계, 및 광전극과 상대전극의 기판을 결합하고 태양전지 염료를 주입한 후 실링하는 단계를 포함하는 차량 유리 일체형 염료감응 태양전지 제조방법을 제공한다.

본 발명의 제조방법으로 제작된 차량용 유리 일체형 태양전지는 차량에 별도의 패널 어레이나 전극 연결부 없이 대면적으로 태양전지를 적용할 수 있고, 이로 인해 발전 면적이 늘어나며, 심미감 또한 매우 상승한다.

추가 글라스를 사용하지 않음으로써, 원가 절감 및 경량화, 공정 시간 단축, 태양전지 글라스의 약한 내충격 강도 문제를 해결 할 수 있는 장점이 있다. 또한 기존에 적용되던 세라믹 라인으로 인해 태양전지 발전을 사용할 수 없었던 부분 역시 발전 영역으로 확보할 수 있어 고출력 태양전지 루프 패널의 제작이 가능하다.

도 1내지 도 3은 종래의 기술로서 차량 루프에 태양전지 패널 어레이를 적용한 것을 도시화한 것이다.
도 4는 본 발명의 프린팅 법을 이용하여 제조되는 차량용 강화유리 일체형 반투명 염료감응 태양전지 구조를 도시화한 것이다.
도 5는 본 발명의 프린팅 법을 이용하여 제조되는 차량용 강화유리 일체형 비정질 실리콘 태양전지 구조를 도시화한 것이다.
도 6은 차량 글라스에 태양전지를 적용할 수 있는 면적을 모식화한 것이다.

본 발명은,

유리를 적용되는 차량의 디자인을 따라 절단하는 단계, 절단 모서리를 연마하는 단계, 절단된 유리를 세척하는 단계, 세척된 유리에 적외선을 조사하고 600-1000℃에서 가열하여 유리를 강화하고 곡면 성형하는 단계, 성형 및 강화된 유리 상에 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, ZnO:H, SnO, SnO₂, SnO₂:F, In₂O₃-SnO(ITO) 또는 fluorinated SnO(FTO) 로 구성된 군에서 선택되는 투명전극 과 Si를 증착하는 단계, 레이저 스크리빙(scribbing)을 수행하는 단계, 그 위에 투명전극을 추가 증착하는 단계 및 투명 전극을 스크리빙하여 패터닝하는 단계 및 보호유리와 기판을 결합하고 실링하는 단계를 포함하는 차량 유리 일체형 비정질 실리콘 태양전지 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명은,

유리를 적용되는 차량의 디자인을 따라 절단하는 단계, 절단 모서리를 연마하는 단계, 절단된 유리를 세척하는 단계, 세척된 유리에 적외선을 조사하고 600-1000℃에서 가열하여 유리를 강화하고 곡면 성형하는 단계, 성형 및 강화된 유리 상에 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, ZnO:H, SnO, SnO₂, SnO₂:F, In₂O₃-SnO(ITO) 또는 fluorinated SnO(FTO) 로 구성된 군에서 선택되는 투명전극을 프린팅하고 이를 소결하여 광전극을 제작하는 단계, 및 광전극과 상대전극의 기판을 결합하고 태양전지 염료를 주입한 후 실링하는 단계를 포함하는 차량 유리 일체형 염료감응 태양전지 제조방법을 제공하며,

나아가, 상기 상대전극은 기판 상에 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, ZnO:H, SnO, SnO₂, SnO₂:F, In₂O₃-SnO(ITO) 또는 fluorinated SnO(FTO) 로 구성된 군에서 선택되는 투명전극을 프린팅하는 단계, 상대 전극을 보호하기 위한 집전극 보호층을 프린팅하는 단계 및 상대전극과 집전극 보호층을 소결하는 단계를 수행하여 제조될 수 있다.

상대전극은 집전극 보호층으로 코팅하는 단계를 더욱 포함할 수 있다.

상기 투명전극은 레이저로 에칭되어 단락을 통해 전류와 전압을 조절될 수 있고, 차량 내부면을 향하는 전극을 보호하기 위한 보호막을 적용하는 단계를 더욱 포함될 수 있다. 여기에서 상기 보호막은 상대전극일 수 있다.

본 발명은 차량에 적용되는 유리 면적의 70~99%를 태양전지로 프린팅할 수 있다.

선행 특허 조사와 같이 대부분 태양전지를 자동차, 주택 용 등 대면적에 적용하기 위해서는 모듈을 어레이 구조로 연결하여서 적용을 하는 경우가 대부분이다. 가장 큰 문제 중 하나는 자동차 미관상 좋지 못하다는 것이다. 특히 승용차의 경우 태양전지를 루프에 적용할 수 있는 면적이 제한되어 있기 때문에 본 발명에서는 태양전지 원판 구조를 적용함으로써 손실 부분을 최소화 하고, 공정을 간단히 하는 장점이 있다. 또한 나아가 기존의 파노라마 루프/선루프의 개방감을 유지하면서 태양전지 발전 특성을 확보하기 위해 본 발명에서는 반투명 태양전지가 가능한 염료 감응형 태양전지와 a-Si 태양전지에 대한 구조 및 제조 방법에 대하여 구성하였다.

본 발명에 있어 강화유리 일체형 반투명 염료감응 태양전지 구조는 다음과 같다(도 4 참조).

1. 차량용 강화유리(10) 위에 염료 감응형 태양전지를 구성하는 투명전극(11), 광전극(12), 집전극(13), 집전극보호층(14)이 스크린 프린팅 방식으로 인쇄된다.

2. 반대편 강화유리(20) 위에 염료 감응형 태양전지의 상대전극을 구성하는 투명전극(21), 집전극(22), 집전극보호층(23)이 스크린 공정으로 인쇄된다.

3. 상대전극은 강화유리보다 두께가 적은 유리 혹은 스크레치에 강한 필름 (20) 을 기반으로 집전극 (22), 집전극 보호층(23) 을 스크린 공정으로 전극을 형성한다.

4. 두 강화유리(10,20)를 마주보도록 결합한 후 기 제작된 주입구(24)를 통해 전해질을 주입하여 태양전지를 구성한다.

5. 전류/전압 특성에 따라 투명전극 (11) 부분에 레이져 패터닝 공정을 적용하여 단락을 할 수도 있다.

본 발명에 있어 강화유리 일체형 비정질 실리콘 태양전지 구조는 다음과 같다(도 5 참조).

1. 차량용 강화유리(10) 위에 투명전극(11) 을 형성한다.

2. 전류/전압 특성에 따라 투명전극 (11) 부분을 레이져 패터닝 한다.

3. a-Si 태양전지를 증착한다. a-Si 태양전지는 P-layer (a-SiC:H), I-layer (a-Si:H), n-layer (a-SiC:H) 순차적으로 구성한다.

4. 투명전극이 현성된 글라스 혹은 필름 (20) 을 접합함으로써 태양전지 일체형 루프를 구성한다.

앞에서 글라스 일체형 태양전지 구성하는 방법에 대한 방법과 구조에 대해 나타내었다. 자동차용 루프는 뒷면에 프레임, 전선 등과 같은 부분을 외부에서 보이지 않도록 하기 위해 세라믹 라인이 글라스 전체 면적의 약 30~50% 정도 적용되어 있어서, 태양전지가 적용되어 발전할 수 있는 면적은 50~70%로 제한되어 있다(도 6 참조). 본 발명을 적용시 파노라마/선루프 글라스 전면적(90% 이상)에 태양전지를 적용하고, 상대전극으로 사용되는 유리/플라스틱 기판 뒷면에 세라믹 라인을 적용할 경우 차량 외부에서 루프 프레임ㅡ 전선등을 안보이게 하는 효과는 유지하면서 태양전지 발전 면적을 최대로 활용할 수 있는 장점이 있다.

Claims

유리를 적용되는 차량의 디자인을 따라 절단하는 단계, 절단 모서리를 연마하는 단계, 절단된 유리를 세척하는 단계, 세척된 유리에 적외선을 조사하고 600-1000℃에서 가열하여 유리를 강화하고 곡면 성형하는 단계, 성형 및 강화된 유리 상에 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, ZnO:H, SnO, SnO₂, SnO₂:F, In₂O₃-SnO(ITO) 또는 fluorinated SnO(FTO) 로 구성된 군에서 선택되는 투명전극 과 Si를 증착하는 단계, 레이저 스크리빙(scribbing)을 수행하는 단계, 그 위에 투명전극을 추가 증착하는 단계 및 투명 전극을 스크리빙하여 패터닝하는 단계 및 보호유리와 기판을 결합하고 실링하는 단계를 포함하는 차량 유리 일체형 비정질 실리콘 태양전지 제조방법.
유리를 적용되는 차량의 디자인을 따라 절단하는 단계, 절단 모서리를 연마하는 단계, 절단된 유리를 세척하는 단계, 세척된 유리에 적외선을 조사하고 600-1000℃에서 가열하여 유리를 강화하고 곡면 성형하는 단계, 성형 및 강화된 유리 상에 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, ZnO:H, SnO, SnO₂, SnO₂:F, In₂O₃-SnO(ITO) 또는 fluorinated SnO(FTO) 로 구성된 군에서 선택되는 투명전극을 프린팅하고 이를 소결하여 광전극을 제작하는 단계, 및 광전극과 상대전극의 기판을 결합하고 태양전지 염료를 주입한 후 실링하는 단계를 포함하는 차량 유리 일체형 염료감응 태양전지 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 상대전극은 기판 상에 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, ZnO:H, SnO, SnO₂, SnO₂:F, In₂O₃-SnO(ITO) 또는 fluorinated SnO(FTO) 로 구성된 군에서 선택되는 투명전극을 프린팅하는 단계, 상대 전극을 보호하기 위한 집전극 보호층을 프린팅하는 단계 및 상대전극과 집전극 보호층을 소결하는 단계를 수행하여 제조되는 것인 방법.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 상대전극은 집전극 보호층으로 코팅하는 단계를 더욱 포함하는 것인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 투명전극은 레이저로 에칭되어 단락을 통해 전류와 전압을 조절하는 것인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 전체 유리 면적의 70~99%가 태양전지로 프린팅되는 것인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 차량 내부면을 향하는 전극을 보호하기 위한 보호막을 적용하는 단계를 더욱 포함하는 것인 방법.
제7항에 있어서 상기 보호막은 상대전극인 것인 방법.