KR20150140184A - 태양전지 모듈, 및 이를 구비한 전자디바이스 - Google Patents

Abstract

인체 착용 전자 디바이스에 접속되는 태양전지 모듈에 있어서, 상기 태양전지 모듈은 적어도 2개의 영역으로 구분되며, 인체에 인접하여 배치되는 인체인접 태양전지 모듈과, 외부에 노출되는 외부 태양전지 모듈과, 상기 인체 착용 전자 디바이스과 상기 인체인접 태양전지 모듈과 외부 태양전지 모듈은 서로 연결되며, 상기 인체인접 태양전지 모듈은 상기 외부 태양전지 모듈 보다 투명도가 낮은 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈을 제공한다.

Description

태양전지 모듈, 및 이를 구비한 전자디바이스 {Electronic Device Having Solar cell Module}

본 발명은 태양전지 모듈을 구비한 전자디바이스에 관한 것이다.

태양 전지는 외부에서 들어온 빛에 의해 태양 전지의 반도체 내부에서 전자와 정공의 쌍이 생성되고, pn 접합에서 발생한 전기장에 의해 전자는 n형 반도체로 이동하고 정공은 p형 반도체로 이동함으로써 전력을 생산한다.

최근들어 휴대 전화기나 PDA(Personal Digital Assistance)와 같은 휴대용 전자디바이스의 보조 전원으로 사용할 수 있는 작고, 얇고, 가벼운 고출력 태양 전지 모듈이 연구되고 있다.

그러나, 색깔 등 미관상 문제점이 많은 이유로 여전히 개선해야할 필요성이 제기되고 있는 실정이다.

이러한 문제점으로 인해 투명태양전지를 제작하기 위한 노력이 있었다. 그 일예로 ZnO 이중구조를 이용한 태양전지(한국특허 등록번호 27377), 나노소재 투명반도체를 이용한 투명태양전지(한국특허, 등록번호 1010038070000) 등이 있다.

그러나, 실제 휴대 전자디바이스에 널리 쓰이기 위한 수준에는 매우 미흡한 실정이다.

한편, 최근에 인간의 신체에 착용할 수 있는 태양전지 모듈에 대한 관심이 무척 높다. 예를 들어 FitBit(등록상표), 나이키, 소니, 삼성기어 등의 제품 등이 그 예에 해당한다.

이와 같은 웨어러블 전자디바이스의 경우에는 종래의 휴대폰과 같이 충전에 의해서 전력을 공급하는 것이 일반적이지만 사용자들이 불편함을 느끼고 있으므로 무엇보다도 전략공급수단의 채용이 가장 중요한 승패를 좌우한다.

따라서, 웨어러블 전자디바이스의 전력공급수단은 매우 중요하게 고려되어 지고 있는 실정이다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일측면은 인체 착용 전자 디바이스에 접속되는 태양전지 모듈에 있어서, 상기 태양전지 모듈은 적어도 2개의 영역으로 구분되며, 인체에 인접하여 배치되는 인체인접 태양전지 모듈과, 외부에 노출되는 외부 태양전지 모듈과, 상기 인체 착용 전자 디바이스과 상기 인체인접 태양전지 모듈과 외부 태양전지 모듈은 서로 연결되며, 상기 인체인접 태양전지 모듈은 상기 외부 태양전지 모듈 보다 투명도가 낮은 태양전지 모듈을 제공한다.

"인체 착용 전자 디바이스"는 인간의 손목, 발목, 머리 등 속칭 웨어러블 디바이스의 총칭을 의미한다.

바람직하게는, 인체착용 전자 디바이스는 손목착용 전자디바이스이다. 이 경우, 디스플레이 등의 전자회로부를 포함하는 본체부와 손목에 착용하기 위한 밴드부로 구성될 수 있는데 밴드가 인체에 인접하게 접촉하는 부위에 인체인접 태양전지 모듈과, 외부에 노출되는 부위에 외부 태양전지 모듈을 구비하도록 구성한다. 이러한 구성은 인체착용 전자 디바이스가 착용시와 미착용시에 모두 충전이 효과적으로 이루어질 수 있도록 하기 위함이다.

본 발명의 다른 측면은 태양전지 모듈을 구비하는 인체 착용 전자 디바이스에 있어서, 상기 태양전지 모듈은 적어도 2개의 영역으로 구분되며, 인체에 인접하여 배치되는 인체인접 태양전지 모듈과, 외부에 노출되는 외부 태양전지 모듈과, 상기 인체 착용 전자 디바이스과 상기 인체인접 태양전지 모듈과 외부 태양전지 모듈은 서로 연결되며, 상기 인체인접 태양전지 모듈은 상기 외부 태양전지 모듈 보다 투명도가 낮은 것을 특징으로 하는 인체 착용 전자 디바이스를 제공한다.

바람직하게는, 상기 인체인접 태양전지 모듈은 상기 외부 태양전지 모듈 보다 플렉서블리티가 더 높다.

본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 본 발명은 투명한 태양전지모듈을 제작할 수 있으므로 미관상 사용자에게 호감을 줄 수 있다. 일반적인 태양전지는 모두 검은색으로 전자기기에 적용하는 경우 미감을 주기 힘든 실정이었다. 그러나, 본 발명은 투명하므로 원래 전자기기의 느낌을 그대로 살리면서도 충전의 기능을 수행할 수 있다.

(2) 본 발명은 플렉시블한 소재들로 구성함으로서 사용자의 요구에 부응할 수 있는 친근감과 편리성을 확보할 수 있다.

(3) 또한, 인체착용 전자 디바이스가 착용시와 미착용시에 모두 충전이 효과적으로 이루어질 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1 내지 도 13은 은 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지 모듈과 그 구성을 도시한 도면들이다.
도 14 내지 도 18은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지모듈에 내부 구성품의 추가 도면들이다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 인체착용 전자디바이스이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.

(태양전지)

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지 모듈을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 태양전지 모듈(100)은 플렉서블하고 투명한 기판(110), 태양전지 바디부(112), 그리고 노출단자부(120)를 포함하여 구성된다.

기판(100)은 플렉시블하고 투명한 기판으로 제작하는 것이 특징이다. 이는 전체적인 태양전지 모듈이 플렉시블하고 투명한 모듈이 가능하도록 제작되는 것이므로 필수적이라 할 수 있다. 기판으로는 필름 형태가 바람직하고, 사용되는 필름으로 투명성을 가지는 소재로서 Polyester (PET), Polyethylenenapthalate (PEN), polycarbonate (PC) 등의 필름이 있지만, 이에 한정되지 않고 이러한 필름 종류와 유사한 성질을 가지는 기판은 모두 본 발명의 기판으로 사용할 수 있다.

"투명하다"는 의미는 본 명세서에서는 가시광선에서 투과율이 50%이상인 경우를 의미하는 것으로 정의한다.

태양전지 바디부(112)는 태양전지 유닛(제1 전극층, 제2 전극층, 및 활성층을 포함)을 구비한다. 제1전극층, 제2 전극층과 활성층은 필수적인 태양전지 유닛의 구성을 제시한 것이고 추가적인 구성이 추가가능함은 자명하다.

한편, 필수적인 구성은 아니지만, 바람직하게는 태양전지 바디부(112) 상부에는 보호층(114)이 형성된다.

보호층은 에폭시등으로 제작하는 것이 가능하다. 예를 들어 UV 경화형 에폭시를 도포하고 UV로 경화함으로서 보호층을 형성하는 것이 가능하다.

태양전지 셀(A)은 전체가 사각형 형상의 하나의 전극들, 활성층으로 이루어지는 것도 가능하고 부분적인 셀들로 제작되어 서로 직렬, 병렬, 또는 이들의 조합으로 형성되는 것도 가능하다.

태양전지 유닛은 염료감응형 태양전지가 가능하다. 염료감응 태양전지는 전극들 사이에 특정염료를 흡착한 나노입자와 전해질을 채운 구조로 되어있다. 기판을 통과한 광은 염료와 만나고, 이 때 염료는 전자를 배출한다. 배출된 전자는 나노입자 정공을 따라 전극으로 흐르게 되는데 이것이 전기를 형성한다. 나노입자로는 이산화티타늄이 사용가능하다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 유닛의 예를 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 2개의 전극들(112a, 112b) 사이에 활성층(112c)이 형성되어 있다. 활성층에는 전해질이 채워져 있고 나노입자와 염료가 있다. 이러한 태양전지 유닛은 투명하고 플렉서블한 특성을 나타낼 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 유닛의 다른예를 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 두전극들(112D, 112G) 사이에 활성층으로 PN접합층을 형성하고, PN접합 반도체층은 반도체성을 갖는 나노 와이어(nano wire), 나노 튜브(nano tube), 나노파티클(nano particle), 또는 양자점을 포함하는 나노파티클로 제조할 수 있다. PN접합 반도체층은 P형 반도체층(112F)과 N형 반도체층(112E)을 포함하는데, P형 반도체층(132)은 보론 갈륨 등의 3족 물질로 이루어진 나노 튜브, 나노 와이어, 양자점을 포함하는 나노 파티클을 포함하는 나노 소재로 이루어질 수 있다. P형 반도체층은 3족 물질이 도핑 등의 방법으로 부착되어 페르미 준위가 변화된 4족 진성 반도체 물질로 이루어질 수도 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 유닛의 또 다른 예를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 두전극들(112H, 112K) 사이에 도너층(112J)과 액셉터층(112I)을 순차적으로 형성된다. 예를 들어, 도너층(112J)으로는 chloroaluminum phthalocyanine (ClAlPc) 또는 SnPc로 층을 형성할 수 있고, C₆₀ 분자 활성층을 이용하는 것도 가능하다. 이 경우는 미국특허공개 US2012/0186623호에 개시된 방법을 이용하는 것도 가능하다.

2개의 전극들은 투명한 전극으로 ITO, ZTO등으로부터 그래핀(Graphene), 탄소나노튜브(CNT), 은 나노와이어(Ag nano wire) 등으로 제조하는 것이 가능하고, 복수개를 서로 혼합하여 사용하는 것도 가능함은 물론이다.

도 2 내지 도 4에서는 플렉서블한 투명태양전지의 일 예들을 도시하였으나 본 발명에는 다른 종류의 태양전지도 적용가능한 것으로 해석되어야 한다.

다음으로, 노출단자부(120)는 제1 전극층과 제2 전극층이 외부단자와 연결될 수 있도록 형성되어 있다.

도 5에는 도 1의 II-II' 단면을 도시하고 있다. 도 5를 참조하면, 두전극(112A, 112B)가 노출되어 있다. 두 전극(112A, 112B)은 외부 기기들(예를 들어, 휴대폰, 블루투스 이어폰, 손목에 차는 형태의 와치들, 밴드들, 그리고 각종 웨어러블 디바이스 등)에 연결하기 위한 구성이다.

노출단자부는 바로 외부기기들과 연결될 수도 있고 다른 부가접속수단을 추가로 구비하여 외부기기들과 연결되는 것도 가능하다.

먼저, 바로 외부기기들과 접속되는 경우를 설명한다. 이 경우는 외부 기기에도 도 1의 태양전지모듈의 노출단자부와 유사한 형태의 단자가 존재할 때 서로 전기적으로 접속할 수 있다. 이 경우, 바람직하게는 본 발명의 노출단자부의 전극들 인근에 접착제(도 6의 150)를 부가할 수 있다. 도 6은 도 1의 노출단자부에 접착제가 부가된 상황을 도시하고 있다. 도 6에서는 전극들에는 접착제가 도포되지 않았지만 전극들에도 접착제가 부가될 수 있다. 접착제는 태양전지 모듈의 전극이 노출된 단자노출부 인근 일부에 도포되는 것도 가능하다 전체에 도포되는 것도 가능하다. 전체에 도포되는 경우는 스티커 형태로 제조하는 것도 가능하다. 이에 대해서는 후술한다. 한편, 접착제의 성분은 한번 붙고 재활용 불가능한 강력한 접착제 보다는 여러번 붙였다 뗄수 있는 접착제를 이용하는 것이 좋을 수 있다.

도 7은 도 1의 노출단자부를 구성하는 다른 예이다. 도면부호 114, 전극들은 과장되게 크게 그려져 있음을 감안해야 한다. 도면부호 160은 노출단자부가 외부기기와의 접촉을 원활하게 하기 위한 보조물이다. 보조물(160)은 기판(110)과 접촉하는 부위에는 접착제(160A)가 있어서 접착된다. 그리고 외부기기와의 접착부분은 태양전지모듈이 소비자에게 판매된 경우 구매자가 벗길 수 있도록 구성한 포장재(160B)를 포함한다. 포장재(160B)가 벗겨지면 그 아래에는 접착성분이 있어 외부기기와의 접촉이 원활하게 될 수 있다. 도 7에서는 포장재(160B)가 전극들에는 없는 것으로 도시되어 있지만 실제 적용에 있어서는 전극의 오염 방지 등을 위해 전극들 위에도 포장재(160B)가 형성되는 것이 가능하다.

도 8은 도 1의 노출단자부를 구성하는 다른 예이다. 도 7과의 차이점을 위주로 설명하면, 외부기기의 전극과의 접촉을 원활하게 하기 위해 보조물(160)에 전극부(160c)가 추가되는 형태이다. 160C는 112A, 112B 전극과 크기를 달리하는 것도 가능하므로 보다 디자인면에서 많은 편의성을 제공할 수 있다. 즉, 보조물(160)의 전극부(160C)를 112A, 112B 전극 보다 크게 또는 작게 제작하거나, 다양한 모양으로 변형하여 제작함으로서 사용자가 보다 편리하게 외부기기와 접촉할 수 있도록 하는 것이 가능하다. 그리고, 외부기기의 다양한 종류의 단자에 맞춤형으로 보조물(160)만 변경하여 대응할 수 있다.

한편, 노출단자부(120)는 태양전지모듈의 한곳에만 형성하지 않고 복수 군데에 제작하는 것이 가능하다. 이 경우는 도 7 및 8 형태의 포장재가 노출단자부(120)를 포장하고 있는 것이 바람직하다. 복수군데에 제조하는 이유는 양측 모두에 외부기기를 연결하는 것도 가능하지만, 태양전지모듈 끼리 노출단자부(120)를 이용하여 접속하기 위함이다. 이 경우는 2개 이상 태양전지모듈을 연결하여 사용하는 것도 가능하다. 이렇게 되면, 태양전지 모듈 하나당 생산할 수 있는 전기량을 감안할 때, 보다 많은 전기를 생산할 수 있게 되는 장점이 있다. 도 9는 도 1의 변형으로 태양전지 모듈의 노출단자부(120)가 양측에 형성된 경우를 예로 들어 도시하고 있다. 도 9에서는 서로 반대 모서리에 형성되는 것을 예시하고 있으나 서로 인접한 모서리 등 필요에 따라 다양한 변형이 가능하다.

한편, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈의 구성도이다.

도 10을 참조하면, 보호막(114)이 형성되어 있는 태양전지 모듈에 추가하여 제2 기판(118)을 부착하는 것이다. 제2 기판(118)으로는 기판으로는 필름 형태가 바람직하고, 사용되는 필름으로 투명성을 가지는 소재로서 Polyester (PET), Polyethylenenapthalate (PEN), polycarbonate (PC) 등의 필름이 있지만, 이에 한정되지 않고 이러한 필름 종류와 유사한 성질을 가지는 기판은 모두 본 발명의 기판으로 사용할 수 있다.

제2 기판(118)은 보호층(114)을 접착성분이 있도록 하거나, 그 상부에 접착성분이 있는 에폭시를 도포하여 서로 붙이는 것이 가능하다. UV 경화형 에폭시를 보호층으로 활용하는 경우 에폭시를 도포하고 제2 기판(118)을 얹은 상태에서 투명한 기판을 관통하여 UV를 조사함으로써 경화 및 접착이 가능할 수 있다. 방식은 이에 한정되지 않는다.

또한, 태양전지 유닛은 제1 기판(110)의 일면에 복수개 태양전지 유닛이 형성되거나, 제1 기판(110)의 양면에 각각 적어도 1개의 태양전지 유닛이 형성되는 것도 가능하다.

도 11은 도 1의 제1 기판(110)의 일면에 2개 태양전지 유닛이 형성된 구조를 도시한 도면이고, 도 12는 제1 기판(110)의 양면에 각각 1개의 태양전지 유닛이 형성된 도면이다.

도 11을 참조하면, 활성층(112O, 112N)이 2개 있고, 전극은 3개가 있다. 중간 전극(112P)는 공통으로 사용하고 전극(112L)과 전극(112N)은 서로 접속되도록 구성한다. 전극(112L)과 전극(112N)은 서로 접속하는 방식은 노출단자부에서 평면적으로 서로 연속하여 적층함으로써 접속되도록 할 수 있고(예를 들어, 도 1의 112A의 위치), 중간 전극(112P)은 노출단자부에서 평면적으로 전극(112L, 112N)과 다른 위치 (예를 들어, 도 1의 112B의 위치)에 형성할 수 있다. 본 방식은 예를 들어, 설명한 것이고, 별도의 비어홀 등을 이용하여 전극(112L)과 전극(112N)을 서로 연결하도록 구성하는 것도 가능하다.

도 12를 참조하면, 제1 기판(110)의 양면에 각각 1개의 태양전지 유닛이 형성되어 있다. 이 경우도 제1 기판(110)을 관통하여 비어홀을 형성하여 각 전극들을 연결하면 제1 기판(110)의 일면에 노출단자부(120)를 형성하는 것이 가능해 진다.

한편, 태양전지 바디부의 일측 또는 양측에는 DBR이 더 형성될 수 있다. 도 13은 본 발명의 실시예에 따라서 태양전지 바디부의 양측에 DBR(122A, 122B)가 형성된 상황을 도시하고 있다.

DBR(122A, 122B)은 한번 태양전지로 들어온 빛이 가능한 여러번 활성층을 통과할 수 있도록 반사시키는 역할을 수행하는데, 바람직하게는 적외선 영역의 광은 반사시키고 가시광선의 영역은 통과시키는 기능을 수행하도록 DBR 구조를 만드는 것이 효과적일 수 있다. 이렇게 되면 투명도를 어느 정도 유지하면서 광의 효율도 향상시킬 수 있는 방법이 될 것이다. DBR은 서로 굴절율이 다른 2개의 물질을 교대로 복수회 적층해 나가는 것으로 예를 들어 SiO2, SiN, 실리콘 등의 굴절율이 서로 다른 물질을 선택하여 교대로 적층한다. 이 때 적외선을 반사시키고, 가시광선을 통과시키는 구조는 물질의 선택과 층의 두께를 최적화하여 이용할 수 있다.

또한, 태양전지 모듈이 태양 등으로부터 노출되는 면에는 반사율을 낮출 수 있는 Anti reflection 구조를 형성하는 것이 바람직하다. Anti reflection 구조는 표면에 각종 미세구조물 형성 또는 표면 처리 등을 통해 외부에서 태양전지 모듈에 입사할 때 입사면에 의해 반사되는 빛을 최소한으로 막아주는 역할을 수행하게 된다.

(태양전지 충전회로부)

도 14 내지 도 16은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지모듈에 있어서, 충전회로부(170)가 추가된 도면이다.

충전회로부(170)는 태양전지셀(도 1의 A)에서 발생된 전기에너지를 외부 전자기기의 배터리에 저장하기 위한 일체의 회로도 구성을 의미하는 것으로, 예를 들어 전압 컨버터(210A), 컨트롤러(210D), 축전지(210B), 및 센싱회로(210C)를 구비한다. 다만, 필요에 따라 일부 회로는 필요에 따라 추가하거나 제거하는 것도 가능하다. 예를 들어, 외부기기의 배터리가 축전기(210B)를 대신할 수 있는 경우는 충전회로부에서 축전지(210B)를 제외가능하다. 축전기는 이차전지 등을 사용하는 것이 가능하다.

한편, 도 16의 회로 구성에서는 외부 전자기기(800)의 배터리(820)로 충전 역할을 수행하기 위해서는 인터페이스회로(810)가 추가될 수 있다.

또한, 센싱회로(210C)는 전류를 감지하는 기능을 수행하는 것으로 저항 등을 이용하여 전류를 감지하여 컨트롤러(210D)에 전달하고 컨트롤러(210D)는 이에 응답하여 제어신호를 송출하는데, 바람직하게는 전류가 일정 정도 충전이 이루어지는 것이 확인되는 경우 이를 외부에 알리는 기능을 포함할 수 있다. 즉, 태양전지 모듈이 외부기기에 연결되어 충전이 이루어지기 시작하는 경우 소자의 발광(예컨대, LED 발광)이 이루어질 수 있다. 이러한 기능도 센싱회로(210C)에 구현하는 것이 가능하다.

한편, 도 14에는 충전회로부(170)가 태양전지 모듈에 장착된 상황을 도시하고 있다. 충전회로부(170)는 플렉시블 PCB에 제조되는 것이 바람직할 수 있고 가능한 작은 사이즈로 노출단자부(170) 인근에 장착할 수 있다. 이는 불투명하게 제작될 수 있는 부분이므로 가능한 전체 디자인에 나쁜 영향을 주지 않기 위함이다.

충전회로부(170)는 태양전지셀로부터의 단자(INP)와 노출단자부로의 단자(OUT)가 형성되어 있는 상태에서 플렉시블 PCB 상에 마이크로 프로세서, 저항, 컨덕터 등을 집적하여 제작한다. 제작된 충전회로부의 단자들은 태양전지셀의 단자들과 얼라인된다. 한편, 충전회로부(170)를 태양전지 모듈에 장착할 때에는 바람직하게는 에폭시 등의 보호층을 마이크로프로세스, 저항, 컨덕터 등의 상부에 적층하여 충격을 방지하는 역할을 한다.

또한, 충전회로부(170)가 내장된 태양전지 모듈의 경우는 플렉시블 필름을 태양전지 바디 양측에 배치하는 구조를 취하면 충전회로부(170)의 보호에도 효과적일 수 있다.

한편, 충전회로부(170)는 비교적 투명도가 떨어질 가능성이 높으므로 태양전지 모듈(100)의 한 면의 중앙측에 배치하는 것이 미관상 좋을 수 있다. 이 경우는 노출단자부(120)는 약간 모서리 쪽으로 이동하게 디자인할 수 있다.

한편, 충전회로부에는 노출단자부(120)를 통해 외부단자와 연결된 경우, 연결여부를 확인할 수 있는 발광수단을 더 구비하는 것이 효과적일 수 있다. 전술한 바와 같이, 발광수단은 도 16의 센싱회로(210C) 내에 부가할 수 있다. 또한, 충전회로부(170)가 없는 태양전지 모듈의 경우는 다른 충전회로부(170)와는 별도로 분리하여 태양전지 모듈(100)에 내장하는 것도 가능하다. 또한, 외부전자기기가 태양전지모듈과 접속되는 단자 주위에 충전상황을 알리는 발광수단을 구비하도록 구성하는 것도 가능하다.

한편, 도 17은 본 발명의 태양전지 모듈에서 충전회로부(170)가 태양전지 모듈에 존재하지 않고 외부전자기기에 존재하는 상황을 도시하고 있다. 이 경우, 태양전지 모듈은 태양전지셀을 구비하여 노출단자부(120)를 통해 외부로 전기에너지를 공급하게 된다. 이 전기에너지는 외부전자기기(800) 내의 충전회로부(170)를 통해서 배터리(800)에 충전된다.

한편, 노출단자부(120)는 바로 외부기기들과 연결될 수도 있고 다른 보조접속수단을 추가로 구비하여 외부기기들과 연결되는 것도 가능함은 전술한 바와 같다. 도 18은 본 발명의 실시예에 따른 보조접속수단(250)의 예를 도시한 도면이다.

보조접속수단(250)은 태양전지 모듈(250)과 접속하기 위한 접속단자(250A)를 구비하고 외부 전자기기(예를 들어, 휴대폰, 각종 와치, 손목 밴드 전자디바이스, 블루투스 이어폰 등)에 형성된 외부연결단자에 맞도록 제작된 입력단자(250B)를 포함한다.

보조접속수단(250)은 투명하고 플렉시블한 재질의 재료를 사용하여 제작하는 경우 태양전지 모듈과 조화를 얻을 수 있다. 보조접속수단(250)의 접속단자부(250C) 부분은 플렉시블한 FPC 등으로 제작하여 태양전지 모듈(250)의 노출단자부(120)에 각종 접착제를 활용하여 단락시킨다.

한편, 태양전지 모듈(100)의 노출단자부(120)에 의해 노출된 부위와 보조접속수단(250)의 접속단자부(250C)의 형상을 서로 일치시키고 보조접속수단(250)의 전체를 가능한 투명한 스타일로 제작하면 전체적으로 미감을 향상시킬 수 있다.

입력단자(250B)는 5핀 구조, 10핀 구조, USB 구조 등에 적합하도록 필요에 따라 변형하여 제작할 수 있다. 이 경우, 5핀 구조용 입력단자, USB용 입력단자를 복수로 사용자에게 제공하여 사용자가 필요에 따라 선택해서 사용하도록 하는 것도 가능하다.

한편, 보조접속수단(250)의 내부에는 충전회로부(170)를 구비하도록 구성하는 것도 가능하다. 즉, 보조접속수단(250)이 부가되는 경우는 충전회로부(170)를 보조접속수단(250)에 부가하는 것도 가능하다. 이 경우는 태양전지 모듈에는 충전회로부(170)가 구비될 필요가 없다.

(태양전지 모듈을 이용한 전자디바이스)

본 발명의 태양전지 모듈을 이용하여 전자디바이스를 충전하는 경우는 몇가지의 케이스가 존재할 수 있다. 첫번째로, 일반적인 전자 디바이스인 경우다. 이는 전혀 태양전지 모듈을 고려하고 있지 않은 경우이고, 일반적인 전기를 이용한 충전과 태양전지 모듈에 의한 충전을 구별하지 않는다. 이 경우는 본 발명의 태양전지 모듈을 적용하기 위해서 일정한 태양전지 충전회로부가 태양전지 모듈 또는 부가접속장치에 부가되어야 한다. 또한, 전자디바이스의 종류와 사용전압, 배터리 종류 등에 따른 튜닝 작업도 필요할 수 있다.

둘째로, 태양전지 모듈의 장착을 예상하고 일부 또는 전체 충전회로부 구성을 구비하는 경우이다. 이 경우는 본 발명의 태양전지 모듈이 적용될 수 있도록 내부에 충전회로부를 구비한다거나, 외부로 단자를 노출시켜두는 경우도 포함될 수 있다. 각각의 경우 모두 본 발명의 태양전지 모듈은 적용가능하다.

세째로, 태양전지 모듈 자체가 전자 디바이스에 내장되어 제조되는 경우이다. 예를 들어, 본 발명의 태양전지 모듈이 전자디바이스와 일체로 형성되어 판매되는 형태이다. 이 경우는 전자디바이스가 태양전지 모듈을 포함하는 형태로 제작되므로 충전회로부, 노출단자부 등의 구성이 다양한 형태로 변형되어 제조되는 것이 가능하다.

본 발명이 적용되는 다양한 위의 형태는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. 이하에서 언급하는 전자 디바이스는 모두 위에서 언급한 3가지 경우가 모두 적용가능하게 변형가능하다는 점을 밝혀둔다.

손목 착용 전자기기

도 19는 본 발명이 적용된 손목착용 전자기기(300)의 도면이다.

도 19을 참조하면, 본 발명의 태양전지 모듈(100)은 투명하고 플렉시블하며 얇게 제조가능하므로 손목 와치 또는 손목 밴드 등 손목에 착용할 수 있는 손목착용 전자기기에 적용하는 것이 가능하다. 손목착용 전자기기는 손목밴드 (예를 들어, FitBit(등록상표)), 손목와치(예를 들어, 갤럭시 기어 등)과 같이 자체 기기내에 구비된 센서 등을 이용하여 착용자의 각종 정보를 센싱하고 이를 무선으로 외부 전자기기(예컨대, 사용자의 휴대폰)로 전달하는 기능을 수행하는 일체의 기기 들을 총칭한다.

손목착용 전자기기(300)에는 외부로 부터 충전을 받기 위한 충전용 연결 단자(310)가 형성되어 있는데 본 발명의 태양전지 모듈(100)의 보조접속수단(도 18의 250, 도 19의 100C)을 통해 양자가 서로 연결되도록 할 수 있다. 이 경우, 보조접속수단(도 19의 100C)의 내부에 충전회로부를 구비하도록 구성할 수 있다. 물론 충전회로부는 태양전지 모듈에 삽입되거나 손목착용 전자기기의 내부에 삽입되는 것도 가능함은 이미 전술한 바와 같다.

손목착용 전자기기(300)는 디스플레이, 전자회로부 등을 포함하는 본체부(330), 전자기기의 밴드(320), 그리고 충전용 연결 단자(310)를 포함하여 구성된다. 충전용 연결단자(310)를 통해 본체부(330)와 태양전지 모듈(100)을 연결하는 기능을 수행한다.

태양전지 모듈(100)을 좀 더 상세히 설명하면, 태양전지 모듈(100)은 인체에 밀착되는 착용시 외부에 노출되는 노출부(100A), 착용시 노출부(100A) 보다 인체에 인접하게 배치되는 인체인접부(100B), 보조접속수단(100C), 그리고 노출부(100A)와 인체인접부(100B)를 서로 접속하는 연결부(100D)를 포함하여 구성된다.

노출부(100A)와 보조접속수단(100C)는 이미 전술한 구성들과 유사한 구성이므로 설명의 편의를 위해 상세한 설명은 생략하고 인체인접부(100B)와 연결부(100D)를 주로 설명한다.

본 발명의 실시예에 따르면 인체인접부(100B)가 노출부(100A)와 다른 태양전지모듈로 구성되는 점을 주된 특징으로 한다.

먼저, 노출부(100A)는 투명하게 구성하는 경우, 인체인접부(100B)는 노출부(100A) 대비 불투명하게 구성하는 것이 가능하다. 본 전자디바이스를 인간이 착용하는 경우를 생각하면, 노출부(100A)는 일반적으로 인간이 착용한 경우 외부에 노출되는 환경이다. 따라서, 일반적인 와치, 밴드 등의 재질의 미감을 잘 나타낼 수 있도록 노출부(100A)는 투명하게 구성하는 것이 효과적일 수 있다. 그러나, 태양전지 모듈은 투명하게 구성하는 경우 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 효율은 떨어질 수 있는 문제점이 있다. 따라서, 인체인접부(100B)는 노출부(100A) 와는 달리 직접 외부로 노출되지 않으므로 투명도를 다소 약화시켜 구현할 수 있다. 투명도를 약화시킨다 함은 가시광선 영역에서 빛의 투과가 줄어드는 것을 의미하므로 역으로 광전효율이 우수할 수 있게 된다. 이러한 점은 인간이 와치, 밴드 등을 풀어서 보관하게 되므로 인체인접부(100B)도 외부에 노출될 여지가 존재하고 이 경우는 광전효율이 증대하게 된다. 즉, 착용하는 경우는 미감 증진을 증진하고 미착용하는 경우는 광전효율이 증대할 수 있게 되는 것이다.

인체인접부(100B)의 제조 예를 보면, 도 2내지 도 4의 활성층에서 가시광선의 흡수를 높이는 물질이 추가되거나 대체될 수 있다. 예를 들어, 도 3의 실시예를 인체인접부(100b)의 활성층 제조의 경우로 보면, 두전극들(112D, 112G) 사이에 활성층으로 PN접합층을 형성하고, PN접합 반도체층을 반도체성을 갖는 나노 와이어(nano wire), 나노 튜브(nano tube), 나노파티클(nano particle), 또는 양자점을 포함하는 나노파티클로 제조할 수 있다. 이 경우, 인체인접부(100b)의 활성층은 노출부(100A)의 활성층 물질과 다른 물질을 채용한다. 즉, 한 예로 양자점은 통상 반경과 제조물질을 이용하여 흡수되는 광의 파장을 조절할 수 있는데 인체인접부(100b)의 활성층이 양자점을 포함하는 경우, 노출부(100A)의 양자점보다 가시광선의 흡수율이 높도록 구성하는 것이 하나의 방법일 수 있다.

한편, 도 4의 경우를 예로 들면, 두전극들(112H, 112K) 사이에 도너층(112J)과 액셉터층(112I)을 순차적으로 형성된다. 예를 들어, 노출부(100A)의 도너층(112J)으로는 chloroaluminum phthalocyanine (ClAlPc) 또는 SnPc로 층을 형성할 수 있고, C₆₀ 분자 활성층을 이용하는 것도 가능하다. 반면, 인체인접부(100b)의 도너층(112J)으로는 가시광선의 흡수율이 더 높은 물질을 채용하는 것이 가능하다.

본 발명의 실시예에 따르면 먼저, 인체인접부(100B)의 가시광선의 흡수율이 노출부(100A)의 가시광선 흡수율 보다 높게 구성하는 것이 주된 특징일 수 있다. 이 경우 노출부(100A)는 인체인접부(100B) 보다 더 투명하게 구성하는 것이다.

또한, 플렉시블한 정도도 노출부(100A)와 인체인접부(100B)는 서로 다르게 구성하는 것이 가능하다. 이는 태양전지 모듈(100)이 손목전자디바이스에 적용되는 경우 구부러지는 정도와 관계된다. 예를 들어, 인체인접부(100B)는 인체에 더 인접하게 되므로 노출부(100A) 보다 더 많이 구부러질 것이 요구될 수 있다. 따라서, 사용자가 편리함을 느끼게 되기 위해서는 인체인접부(100B)의 플렉서블리티가 노출부(100A)의 플렉서블리티 보다 더 큰 것이 효과적일 수 있다.

또한, 더욱 효과적인 형태에 의하면, 인체인접부(100B)가 노출부(100A) 보다 투명도는 낮고 플렉서블리티는 높게 구성할 수 있다. 플렉서블리티를 다르게 구성하는 방식은 한 예로 인체인접부(100B)와 노출부(100A)가 각각 사용하는 기저 기판(도 1의 100 등)의 플렉서블리티가 다른 것을 채용하는 것이 가능하다.

인체인접부(100B)와 노출부(100A)를 접속하는 연결부(100D)는 선택적인 구성요소로 이해될 수 있다.

인체인접부(100B)와 노출부(100A)는 일체형으로 제작되어 각각의 활성층만 서로 다르게 구성되는 것이 가능하다. 또한, 인체인접부(100B)와 노출부(100A)는개별적으로 제작되어 서로 부착하는 형태로 제작하는 것도 가능하다. 일체형으로 제작하는 경우는 별도의 연결부(100d)가 외부에 형성될 필요없이 내부적으로 연결되는 것이 가능하다. 또한, 인체인접부(100B)와 노출부(100A)는 개별적으로 제작되어 부착하는 경우에도 연결부(100D)가 외부에 별도로 형성하는 것도 가능하고, 내부에 함께 형성하는 것도 가능하다.

한편, 전자기기의 밴드(320)를 에워싸는 구조로 형성되는 인체인접부(100B)와 노출부(100A) 각각은 밴드(320)의 재질에 따라 제조되는 구조를 달리할 필요가 있다. 밴드(320)의 재질은 플라스틱, 가죽 등의 재질이 가능하다.

바람직하게는, 밴드(320)는 가죽의 재질을 사용하는 것이 효과적일 수 있다. 가죽은 인간에게 가장 친근하고 오래 사용되어져 온 재질이기 때문이다.

이 경우, 인체인접부(100B)와 노출부(100A) 각각은 가죽 위에 각각 제조되어 서로 합착되어 제조되는 것이 효과적일 수 있다. 즉, 인체인접부(100B)가 제1 가죽 상에 형성되고 노출부(100A)는 제2 가죽 상에 형성된 후 제1 가죽과 제2 가죽이 서로 합착되는 형태이다.

또한, 바람직하게는, 제1 가죽과 인체인접부(100B), 그리고, 제2 가죽과 노출부(100A)는 서로 별도로 제작되어 부착되는 것도 가능하고 가죽 상에 인체인접부(100B)와 노출부(100A)를 증착하는 형태로 제작하는 것도 가능하다. 후자의 경우에는 가죽 상에 절연물질을 증착하여 이를 기저 기판(도 1의 100 등)으로 사용하는 것이다. 이 절연물질은 유기물질, 무기물질 등 특별히 한정되지 않는다.

본 명세서에는 동출원인의 한국출원번호 2014-14510, 2014-15781, 2014-40156, 2014-20862호의 내용이 병합된다.

Claims (4)

1. 인체 착용 전자 디바이스에 접속되는 태양전지 모듈에 있어서,
   상기 태양전지 모듈은 적어도 2개의 영역으로 구분되며,
   인체에 인접하여 배치되는 인체인접 태양전지 모듈과,
   외부에 노출되는 외부 태양전지 모듈과,
   상기 인체 착용 전자 디바이스과 상기 인체인접 태양전지 모듈과 외부 태양전지 모듈은 서로 연결되며,
   상기 인체인접 태양전지 모듈은 상기 외부 태양전지 모듈 보다 투명도가 낮은 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 인체인접 태양전지 모듈은 상기 외부 태양전지 모듈 보다 플렉서블리티가 더 높은 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
   
3. 태양전지 모듈을 구비하는 인체 착용 전자 디바이스에 있어서,
   상기 태양전지 모듈은 적어도 2개의 영역으로 구분되며,
   인체에 인접하여 배치되는 인체인접 태양전지 모듈과,
   외부에 노출되는 외부 태양전지 모듈과,
   상기 인체 착용 전자 디바이스과 상기 인체인접 태양전지 모듈과 외부 태양전지 모듈은 서로 연결되며,
   상기 인체인접 태양전지 모듈은 상기 외부 태양전지 모듈 보다 투명도가 낮은 것을 특징으로 하는 인체 착용 전자 디바이스.
   
4. 제3 항에 있어서,
   상기 인체인접 태양전지 모듈은 상기 외부 태양전지 모듈 보다 플렉서블리티가 더 높은 것을 특징으로 하는 인체 착용 전자 디바이스.

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