KR20190079898A - 태양전지 스마트 원단 제조 방법 및 태양전지 스마트원단 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양전지 조각을 부착하면서도 원단을 얇게 할 수 있고 유연성이 향상된 태양전지가 부착된 스마트 원단 제조 방법 및 스마트 원단에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 태양전지가 부착된 스마트 원단의 제조방법은, 복수의 태양전지 조각과, 상기 복수의 태양전지 조각이 부착될 원단을 준비하는 단계와, 상기 복수의 태양전지 조각이 배열될 패턴에 상응하는 패턴 및 크기로 레이저 커팅에 의해 상기 원단을 타공하는 단계와, 상기 원단의 상기 타공된 위치에 상기 복수의 태양전지 조각을 삽입하여 배치하고 도체 리본을 배열한 후 납땜하는 단계와, 상기 태양전지 조각이 배치된 상기 원단에 코팅재료를 도포하고 가열 가압하여 코팅하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 복수개의 태양전지 조각이 레이저 타공에 의해 상기 원단에 형성된 공간에 삽입되어 배치되므로 태양전지 모듈원단을 얇은 두께로 형성할 수 있을 뿐만 아니라 레이저 커팅에 의해 복잡하고 기하학적인 무늬를 정교하고 깔끔하게 커팅할 수 있고 비접촉 가공인 레이저 커팅에 의해 소재의 반력이 적고 공구의 마모를 줄일 수 있으며 저렴한 비용으로 가공이 가능하다.

Description

태양전지 스마트 원단 제조 방법 및 태양전지 스마트원단{MANUFACTURING METHOD FOR SMART SHEET HAVING PATTERNED SOLAR CELL AND SMART SHEET THEREOF}

본 발명은 산업통산자원부와 한국산업기술진흥원의 '지역특화산업육성사업'으로 수행된 연구결과물이다.

본 발명은 태양전지 조각이 부착된 스마트 원단의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 태양전지 스마트 원단에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양전지 조각을 부착하면서도 원단을 얇게 할 수 있고 유연성이 향상된 태양전지가 부착된 스마트 원단 제조 방법 및 스마트 원단에 관한 것이다.

최근, 사물인터넷(IoT) 기술 및 웨어러블 산업이 각광을 받으면서, 최근 패션산업에 이를 접목하는 사례들이 증가하고 있는 실정이며, NFC/블루투스 기술을 활용하여 스마트폰 전화가 오면 가방의 엠블럼의 불빛이 깜박거리는 상품, LED를 통한 빛의 디자인과 태양열을 이용한 보온(발열) 등에 의류와 패션아웃도어 산업에 반영되는 등 활발하게 연구 또는 상품들이 개발되어지고 있다.

또한, 이들 전력공급원으로 충전배터리를 내장하거나, 태양전지를 활용하는 등 다각적인 방법으로 에너지원을 공급받는 제품들이 출시되고 있다.

특히, 스마트폰 및 기타 전자기기의 보급화로 인하여 이들 기기들의 상시 에너지 공급 수요가 폭발적으로 늘어나고 있는 실정으로 청정 에너지원인 태양광을 이용한 전기에너지의 요구가 증가하고 있다.

종래기술로 대한민국 등록특허공보 제10-1226573호(2013.01.28.)에는 "휴대용 전자기기의 충전을 위한 태양전지패널이 구비된 가방"이 개시되어 있다.

하지만, 상기의 종래기술은 일체로 이루어진 태양전지패널의 유연성의 문제로 인하여 태양전지패널을 일정면적의 평면부가 존재하는 특정 부위에 부착해야 하는 문제점과, 특정 부위에만 부착되기 때문에 전력 생산 효율이 낮은 문제점이 있었다.

또한, 태양전지패널이 실리콘 재질로 이루어진 경우에는 구부러져 주름이 생기는 문제점이 있고, 유리 재질로 이루어진 경우는 파손가능성이 높은 문제점이 있었다.

또한, 종래의 태양전지패널은 가방이나 의류 등의 원단에 태양전지 패널을 부착하여 대양전지 원단을 제조하기 때문에 태양전지가 부착된 원단의 두께가 두꺼워질 수 밖에 없고 이로 인해 태양전지 원단 자체의 유연성이 떨어지게 되어 다양한 형태의 디자인이 어렵다고 하는 문제점이 있었다.

한국 등록특허 제10-1226573호(휴대용 전자기기의 충전을 위한 태양전지패널이 구비된 가방)

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 태양전지를 부착하면서도 얇게 제조할 수 있고 유연하게 접히거나 펼쳐지는 것이 가능하여 가방, 의류를 비롯한 다양한 분야에 적용할 수 있는 태양전지가 부착된 스마트 원단 제조 방법 및 스마트 원단을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 태양전지가 부착된 스마트 원단의 제조방법은, 복수의 태양전지 조각과, 상기 복수의 태양전지 조각이 부착될 원단을 준비하는 단계와, 상기 복수의 태양전지 조각이 배열될 패턴에 상응하는 패턴 및 크기로 레이저 커팅에 의해 상기 원단을 타공하는 단계와, 상기 원단의 상기 타공된 위치에 상기 복수의 태양전지 조각을 삽입하여 배치하고 도체 리본을 배열한 후 납땜하는 단계와, 상기 태양전지 조각이 배치된 상기 원단에 코팅재료를 도포하고 가열 가압하여 코팅하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 코팅재료는 폴리우레탄 수지와 상기 폴리우레탄 수지의 상부에 배치되는 망사원단인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 코팅은 진공상태에서 150℃의 온도에서 가압하여 밀봉하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 태양전지가 부착된 스마트 원단은 상술한 방법에 의해 제조되는 스마트원단인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 따른 태양전지가 부착된 스마트 원단 제조방법에 의하면, 복수개의 태양전지 조각이 레이저 타공에 의해 상기 원단에 형성된 공간에 삽입되어 배치되므로 태양전지 모듈원단을 얇은 두께로 형성할 수 있을 뿐만 아니라 레이저 커팅에 의해 복잡하고 기하학적인 무늬를 정교하고 깔끔하게 커팅할 수 있고 비접촉 가공인 레이저 커팅에 의해 소재의 반력이 적고 공구의 마모를 줄일 수 있으며 저렴한 비용으로 가공이 가능하다.

또한, 유연하게 제조되는 스마트 원단에 의해 가방, 의류를 비롯한 다양한 분야에 적용할 수 있는 장점이 있고, 조각 패턴이라는 최신 디자인 트렌드를 반영하여 심미감을 높일 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지가 부착된 스마트 원단의 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 다양한 형태의 패턴으로 타공된 원단을 나타내는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 코팅이 완료된 태양전지가 부착된 스마트 원단의 전면 및 후면을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 태양전지가 부착된 스마트 원단의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.

이하에서는 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 태양전지가 부착된 스마트 원단 제조 방법에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지가 부착된 스마트 원단의 단면도, 도 2a 및 도 2b는 다양한 형태의 패턴으로 타공된 원단을 나타내는 도면, 도 3a 및 도 3b는 코팅이 완료된 태양전지가 부착된 스마트 원단의 전면 및 후면을 나타내는 도면, 도 4는 본 발명에 의한 태양전지가 부착된 스마트 원단의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.

도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 태양전지 조각이 부착된 스마트 원단(1)은, 원단(10)과, 상기 원단(10)에 부착되는 태양전지 조각(20)과, 상기 원단 및 상기 태양전지 조각의 상부에 배치되어 코팅되는 코팅재료(30, 40)를 구비한다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 스마트 원단의 제조방법에 대하여 설명한다.

본 발명에 의한 스마트 원단의 제조방법은 우선, 복수의 태양전지 조각(20)과, 상기 복수의 태양전지 조각이 부착될 원단(10)을 준비한다.

상기 원단(10)은 가방이나 의류 등의 안감소재에 부착되는 외부소재로서, 본 실시예에 있어서 상기 원단으로는 천연가죽을 예로 하지만 반드시 이에 한정되지 않고 합성피혁, 네오플랜 등 레이저 커팅이 가능한 소재이면 좋다.

상기 원단(10)에는 상기 태양전지 조각(20)이 부착된다. 상기 태양전지 조각(20)은 상기 원단(10)을 레이저 커팅에 의해 타공된 타공홀(11)에 삽입되어 배치된다. 상기 태양전지 조각(20)은 일정 크기를 갖는 사각형태의 태양전지를 복수개의 태양전지 조각으로 절단하여 형성한다. 또한, 상기 태양전지 조각(20)은 삼각형, 오각형 또는 육각형(미도시) 중 어느 하나 모양이나, 퍼즐 형태 또는 자유형태의 조각으로 절단하는 것도 가능하다. 상기 태양전지 조각(20)은 복수의 태양전지 조각으로 절단된 상태로 이웃하는 태양전지 조각 상호간 일정 여유 간격을 갖고 상기 원단(10)에 일정 패턴으로 배열되며 결합된다.

그런 다음, 상기 복수의 태양전지 조각이 배열될 패턴에 상응하는 패턴 및 크기로 레이저 커팅에 의해 상기 원단을 타공한다.

여기서, 상기 타공되는 타공홀(11)은, 도 2a의 타공홀(11) 및 도 2b의 타공홀(11')에서 보는 바와 같이, 상기 스마트 원단(1)이 사용되는 제품에 따라 다양한 형태로 천공될 수 있다. 상기 타공홀의 배치, 즉 상기 태양전지 조각의 배열은 이웃하는 태양전지 조각 상호간 일정 여유 간격을 갖도록 배열한다.

상기와 같이 이웃하는 태양전지 조각 상호간 일정 여유 간격을 갖도록 배열됨으로써 상기 태양전지 조각(20)이 결합된 스마트 원단으로 제작된 가방 등은 전력의 생산이 가능하면서도 유연하게 접히거나 펼쳐지는 것이 가능하게 되고, 자유자재로 가방 본연의 외형을 유지할 수 있게 되는 것이다.

또한, 상기와 같이 일정 모양의 패턴 배치 구조의 결합관계에 의하여 가방이나 의류 등 디자인 제품 전체를 상기 태양전지 조각으로 커버하는 것이 가능하게 되고, 상기 태양전지 조각이 디자인적인 요소로 작용하여 심미감 또한 향상시킬 수 있는 장점을 갖게 된다.

여기서, 상기 레이저 커팅은 포커싱된 레이저 빔을 이용한다. 포커싱된 레이저 빔이 공작물에 조사되는 부위는 공작물이 용융 또는 증발할 정도로 가열된다. 공작물이 완전히 천공되면 절단 공정이 시작되며, 레이저 빔은 파트 컨투어를 따라 이동하고 지속적으로 재료를 용융시킨다. 가스 흐름이 용융물을 절단 홈에서 아래로 불어낸다. 커팅 갭은 거의 포커싱된 레이저 빔의 직경에 해당한다. 레이저 드릴링 시 높은 출력 밀도의 짧은 레이저 펄스가 재료를 용융 및 증발시킨다. 이 때 발생하는 높은 압력은 용융물을 구멍에서 밀어내어 커팅된다.

상술한 바와 같이, 원단에 칼집을 내는 대신 레이저로 커팅함으로써 복잡하고 기하학적인 패턴을 넣거나 독특한 무늬를 정교하게 커팅이 가능하고, 수작업이나 금형을 사용하지 않기 때문에 소량과 대량, 작업 수량에 구애되지 않으며, 비접촉가공이므로 가공 중 소재에 반력이 없고, 플라스틱, 천, 고무, 종이 등의 재질이나 극히 얇은 판 등을 변형없이 고정도로 가공이 가능하다. 또한, 비접촉가공이므로 가공소음 발생이 적고, 공구의 마모가 없다.

그런 다음, 상기 원단의 상기 타공된 위치에 상기 복수의 태양전지 조각을 삽입하여 배치하고 도체 리본(21)을 배열한 후 납땜한다.

상기 도체 리본의 배치는 상기 원단(10)에 일정 패턴으로 배열된 상기 복수의 태양전지 조각 상호간을 전기적으로 연결하는 단계이다.

상기 복수개의 태양전지 조각(20) 각각은 배면에 전극단자가 형성되고, 상기 도체 리본(21)의 배치는, 예를 들면 상기 전극단자에 접촉되는 접점을 갖고 휘어지는 것이 가능한 플렉서블 인쇄회로 기판(FPCB)을 이용하여 상기 복수개의 태양전지 조각 상호간을 전기적으로 연결하는 것이 가능하다.

그런 다음, 상기 태양전지 조각이 배치된 상기 원단에 코팅재료를 도포하고 가열 가압하여 코팅한다.

본 발명의 일실시예에서 상기 스마트 원단(1)은 안감을 형성하는 라이닝 원단의 전면에 망형태의 메쉬 원단이 적층된 2중 구조로 이루어진다.

상기 코팅재료로서 폴리우레탄 레진(30)을 이용하고 상기 폴리우레탄 재질로 이루어지는 층 위에는 망사원단(40)이 배치된다.

도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 태양전지 조각(11)의 전면에 폴리우레탄 레진을 코팅재료로써 도포하고, 히터 등을 이용한 열압착을 통해 상기 폴리우레탄 레진(30)이 상기 망사원단(40)에 침투되어 코팅층을 형성하며 상기 원단(10) 및 상기 태양전지 조각(20)의 상부에 코팅되도록 형성된다.

상기 폴리우레탄 레진(30)이 상기 태양전지 조각의 전면에 도포됨으로써 상기 태양전지 조각의 외부의 충격으로부터 보호하는 역할을 함과 동시에 상기 망사 원단(40)과의 유기적인 결합 관계를 통해 상기 태양전지 조각(20)이 상기 원단(10)에 결합되도록 하는 역할을 함과 동시에, 상기 원단과 접착성능이 향상되고, 상기 원단에 외부의 수분 등이 침투되지 않도록 방수하는 역할을 아울러 수행하게 되는 것이다.

또한, 상기 코팅은 진공상태에서 150℃의 온도에서 가압하여 밀봉하여 이루어지며, 상기 코팅에 의해, 얇은 태양전지 모듈 원단을 형성할 수 있을 뿐만 아니라 우수한 유연성을 확보할 수 있다.

상기와 같이 제조된 스마트 원단은 가방 또는 의류 등 유연성이 요구되면서도 전자기기 등의 작동을 위해 전력을 필요로 하는 다양한 분야에 적용될 수 있다.

앞에서 설명되고 도면에서 도시된 태양전지가 부착된 스마트 원단의 제조방법은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 이하의 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 정하여지며, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 개량 및 변경된 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.

1 : 스마트 원단
10 : 원단
20 : 태양전지 조각
30 : 폴리우레탄 레진
40 : 망사원단

Claims (4)

1. 복수의 태양전지 조각과, 상기 복수의 태양전지 조각이 부착될 원단을 준비하는 단계와,
   상기 복수의 태양전지 조각이 배열될 패턴에 상응하는 패턴 및 크기로 레이저 커팅에 의해 상기 원단을 타공하는 단계와,
   상기 원단의 상기 타공된 위치에 상기 복수의 태양전지 조각을 삽입하여 배치하고 도체 리본을 배열한 후 납땜하는 단계와,
   상기 태양전지 조각이 배치된 상기 원단에 코팅재료를 도포하고 가열 가압하여 코팅하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지가 부착된 스마트 원단의 제조방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 코팅재료는 폴리우레탄 수지와 상기 폴리우레탄 수지의 상부에 배치되는 망사원단인 것을 특징으로 하는 태양전지가 부착된 스마트 원단의 제조방법.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 코팅은 진공상태에서 150℃의 온도에서 가압하여 밀봉하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지가 부착된 스마트 원단의 제조방법.
   
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 의한 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 태양전지가 부착된 스마트원단.
   

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