KR101068206B1 - Color changeable solar cell - Google Patents
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Abstract
색 가변성 태양전지가 개시된다. 본 발명에 따른 색 가변성 태양전지는, 광을 이용하여 에너지를 발생시키는 태양전지부, 및 상기 태양전지부에 의하여 발생되는 에너지에 의하여 구동되어 임의의 파장의 광을 선택적으로 반사하는 반사형 디스플레이부를 포함하는 것을 특징으로 한다.A color variable solar cell is disclosed. The color variable solar cell according to the present invention includes a solar cell unit generating energy using light, and a reflective display unit driven by energy generated by the solar cell unit to selectively reflect light having an arbitrary wavelength. It is characterized by including.
태양전지, 반사형 디스플레이, 광결정, 전기장, 디스플레이 Solar cell, reflective display, photonic crystal, electric field, display
Description
본 발명은 색 가변성 태양전지에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 태양전지와 태양전지에 의하여 발생되는 에너지에 의하여 구동되어 임의의 파장의 광을 선택적으로 반사하는 반사형 디스플레이를 혼합적 또는 비혼합적으로 결합함으로써, 다양한 색상을 표현할 수 있는 색 가변성 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a color variable solar cell. More specifically, colors capable of expressing various colors by mixing or non-mixing a solar cell and a reflective display driven by energy generated by the solar cell and selectively reflecting light of arbitrary wavelengths. It relates to a variable solar cell.
염료감응형 태양전지(Dye-sensitized Solar Cell; DSSC)는 식물의 광합성 원리를 응용한 태양전지로서 엽록체에서 광 에너지를 흡수하는 기능을 하는 색소를 고분자와 결합시키는 것을 주요 구성으로 하는 태양전지이다. 염료감응형 태양전지는 태양광 흡수용 염료, n형 반도체 역할을 하는 넓은 밴드갭을 갖는 반도체 산화물, p형 반도체 역할을 하는 전해질, 태양광 투과용 투명전극 및 촉매용 상대전극을 포함할 수 있고, 광을 흡수한 염료가 여기 상태가 되어 전자를 발생시키고 이렇게 발생된 전자가 반도체 산화물 전도대로 이송되어 투명전극을 통해 외부 회로로 흘러나가 전기 에너지를 전달하게 된다.Dye-sensitized Solar Cell (DSSC) is a solar cell that applies the photosynthesis principle of plants. It is a solar cell whose main composition is to combine dyes, which function to absorb light energy in chloroplasts, with polymers. The dye-sensitized solar cell may include a dye for absorbing sunlight, a semiconductor oxide having a wide band gap serving as an n-type semiconductor, an electrolyte serving as a p-type semiconductor, a transparent electrode for solar transmission, and a counter electrode for a catalyst. In addition, the dye that absorbs the light is excited to generate electrons. The generated electrons are transferred to the semiconductor oxide conduction band and flow out to the external circuit through the transparent electrode to transfer electrical energy.
또한, 근래에는 염료감응형 태양전지를 전기변색(electrochromism) 소자와 결합함으로써 염료감응형 태양전지를 전기변색 소자를 동작시키기 위한 전압 소스 로서 활용하는 기술이 소개된 바 있다. 여기서, 전기변색이란, 외부 전압이 인가되었을 때 빛 투과율이나 색이 가역적으로 변화하는 현상을 의미하는 것으로서, 전기변색 소자로는 전기 화학적 산화 반응 또는 환원 반응에 의하여 재료의 광 특성이 가역적으로 변화할 수 있는 물질이 사용되는데, 구체적으로는, 환원 상태에서 소정의 색상이 발현되는 WO3, MoO3, TiO3 등의 환원 발색 재료 및 산화 상태에서 소정의 색상이 발현되는 V2O5, IrO2, Nb2O5, NiO 등의 산화 발색 재료가 있다. 전기변색 소자는 작동 전압이 낮고, 광 변색 효율이 크며, 전압이 가해지고 있지 않은 상태에서도 소정 시간 동안 변색 현상이 유지되는 유리한 특성을 갖고 있기 때문에, 스마트 윈도우, 거울, 디스플레이, 광 스위칭 소자 등의 다양한 분야에 널리 활용되고 있다. 특히, 기존의 pn 접합형 태양전지에 비해 높은 광 투과도를 확보할 수 있고, 전기변색 소자를 작동시킬 수 있는 수준의 전압(약 0.7 내지 0.9V)을 발생시킬 수 있는 염료감응형 태양전지는 전기변색 소자와 결합하여 뛰어난 디스플레이 성능을 발휘할 수 있게 된다.In addition, recently, a technique of using a dye-sensitized solar cell as a voltage source for operating the electrochromic device by introducing a dye-sensitized solar cell with an electrochromism device has been introduced. Here, the electrochromic color refers to a phenomenon in which light transmittance or color is reversibly changed when an external voltage is applied, and the electrochromic device may reversibly change the optical properties of a material by electrochemical oxidation or reduction. Substances that can be used are used, specifically, a reducing color material such as WO 3 , MoO 3 , TiO 3, etc., in which a predetermined color is expressed in a reduced state, and V 2 O 5 , IrO 2 in which a predetermined color is expressed in an oxidized state. And oxidic coloring materials such as Nb 2 O 5 and NiO. The electrochromic device has low operating voltage, high photochromic efficiency, and has a favorable characteristic that the color fading phenomenon is maintained for a predetermined time even when no voltage is applied, and thus, such as a smart window, a mirror, a display, an optical switching device, etc. It is widely used in various fields. In particular, the dye-sensitized solar cell that can secure a high light transmittance compared to the conventional pn junction solar cell, and can generate a voltage (about 0.7 to 0.9V) to operate the electrochromic device is an electric Combined with discoloration elements, it is possible to achieve excellent display performance.
하지만, 종래의 염료감응형 태양전지와 전기변색 소자를 결합하는 기술에 따르면, 다양한 색상을 구현하는 것이 용이하지 않고, 전기변색 소자가 염료감응형 태양전지 내에서 이루어지는 산화 환원 반응에 관여하기 때문에 염료감응형 태양전지의 성능이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. 예를 들면, 전기변색 소자는 염료감응형 태양전지의 환원전극에 연결되어야 하기 때문에 기존의 연료감응형 태양전지의 환원전극에 연결되어 있던 촉매층(Pt 등으로 이루어짐)이 제외되거나 정상 적으로 작용하지 못하게 될 수 있으며, 이에 따라 연료감응형 태양전지의 성능이 현저히 저하되어 전기변색 소자의 변색에 소요되는 시간이 증가하는 등의 문제점이 발생할 수 있다.However, according to the technique of combining the conventional dye-sensitized solar cell and the electrochromic device, it is not easy to implement a variety of colors, dyes because the electrochromic device is involved in the redox reaction that occurs in the dye-sensitized solar cell Degradation of the performance of the sensitive solar cell may occur. For example, since the electrochromic device should be connected to the cathode of a dye-sensitized solar cell, the catalyst layer (consisting of Pt, etc.) connected to the cathode of a conventional fuel-sensitized solar cell is excluded or does not function normally. As a result, the performance of the fuel-sensitized solar cell may be remarkably degraded, thereby increasing the time required for discoloration of the electrochromic device.
한편, 상기와 같이 소정의 색상을 발생시키는 과정에서 전시변색 소자의 한계 및 문제점을 해결하기 위하여 다양한 방법이 제안되어 왔으며, 그 중에서 광결정(photonic crystal)의 원리를 이용하는 방법을 생각해 볼 수 있다.On the other hand, various methods have been proposed to solve the limitations and problems of the display discoloration device in the process of generating a predetermined color as described above, a method of using the principle of the photonic crystal can be considered.
광결정이란 입사되는 광 중 특정한 파장의 광만을 반사하고 나머지 파장의 광은 통과시킴으로써 특정한 파장에 해당하는 색을 띠는 성질을 갖는 물질 혹은 결정을 의미하는데, 광결정의 대표적인 예로는 나비의 날개, 딱정벌레의 등껍질 등이 있다. 이들은 색소를 포함하고 있지는 않지만 특유의 광결정 구조를 포함하고 있기 때문에 특유의 색을 낼 수 있다.Photonic crystal refers to a material or crystal having a characteristic of having a color corresponding to a specific wavelength by reflecting only light of a specific wavelength of incident light and passing light of the remaining wavelength. Representative examples of the photonic crystal include a wing of a butterfly and a beetle. Shells; Although they do not contain a pigment, they contain a unique photonic crystal structure, and thus they can give a unique color.
최근 광결정에 관한 연구에 따르면, 자연계에 존재하는 기존의 광결정의 경우에 특정 파장의 광만을 반사하던 것에 비하여, 소정의 물질을 포함하여 인공적으로 합성된 광결정의 경우에는 다양한 외부 자극에 의하여 광결정의 결정 구조(예를 들면, 광결정을 구성하는 층간 두께)나 광결정이 분산되는 매체의 굴절률을 임의로 변화시킬 수 있고, 그 결과 가시광선 영역뿐만 아니라 자외선 또는 적외선 영역까지 반사되는 광의 파장을 자유롭게 조절할 수 있는 것으로 밝혀졌다.According to a recent study on photonic crystals, photonic crystals containing a certain material are crystallized by various external stimuli, in contrast to conventional photonic crystals in nature, which reflect only light of a specific wavelength. It is possible to arbitrarily change the structure (for example, the interlayer thickness constituting the photonic crystal) or the refractive index of the medium in which the photonic crystal is dispersed, and as a result, the wavelength of light reflected to the ultraviolet or infrared region as well as the visible region can be freely adjusted. Turned out.
이에 본 발명자는 전하를 갖는 입자에 전기장을 인가하여 광결정의 구조 나 굴절률을 제어함으로써 임의의 파장의 광을 반사하는 광결정성 디스플레이 수단을 이용하여 임의의 색상을 표현할 수 있는 염료감응형 태양전지를 구현할 수 있을 것 이라는 점을 착안하여 본 발명에 이르게 되었다.Accordingly, the present inventors can implement a dye-sensitized solar cell capable of expressing any color by using an crystalline display means that reflects light of an arbitrary wavelength by applying an electric field to particles having an electric charge to control the structure or refractive index of the photonic crystal. The present invention has been made with the idea that it will be possible.
본 발명은, 염료감응형 태양전지와 전하를 갖는 복수개의 광결정성 입자를 혼합적 또는 비혼합적으로 결합하고, 염료감응형 태양전지에 의하여 발생되는 에너지(즉, 전위차 또는 전압)을 직간접적으로 이용하여 상기 광결정성 입자에 대하여 전기장을 인가함으로써, 풀 컬러(full color)의 구조색을 표현할 수 있는 색 가변성 태양전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.According to the present invention, a dye-sensitized solar cell and a plurality of photocrystalline particles having charges are mixed or non-mixed, and energy (ie, potential difference or voltage) generated by the dye-sensitized solar cell is directly or indirectly. An object of the present invention is to provide a color variable solar cell capable of expressing a full color structural color by applying an electric field to the photonic crystal particles.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 색 가변성 태양전지는 광을 이용하여 에너지를 발생시키는 태양전지부, 및 상기 태양전지부에 의하여 발생되는 에너지에 의하여 구동되어 임의의 파장의 광을 선택적으로 반사하는 반사형 디스플레이부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the color-tunable solar cell according to the present invention is driven by the energy generated by the solar cell unit, and the energy generated by the solar cell unit using light to select light of an arbitrary wavelength It characterized in that it comprises a reflective display unit that reflects.
상기 반사형 디스플레이부는 임의의 매체 내에서 규칙적으로 배열되어 있는 복수개의 입자 또는 복수개의 공공(vacancy)을 포함하고, 상기 에너지에 의해 생성된 전기장을 인가하여 상기 입자 또는 공공 사이의 간격 및 상기 매체의 굴절률을 제어함으로써 광결정색을 조절할 수 있다.The reflective display unit includes a plurality of particles or a plurality of vacancies that are regularly arranged in any medium, and the spacing between the particles or the voids and the medium by applying an electric field generated by the energy. By controlling the refractive index, the photonic crystal color can be adjusted.
상기 반사형 디스플레이부는 전하를 갖는 복수개의 입자를 포함하고, 상기 입자가 분산된 상태에서 상기 전위차에 의하여 생성된 전기장을 인가하여 상기 입자 사이의 간격을 제어함으로써 광결정색을 조절할 수 있다.The reflective display unit may include a plurality of particles having a charge, and may control the photonic crystal color by controlling an interval between the particles by applying an electric field generated by the potential difference in the dispersed state.
상기 전기장의 세기 또는 방향 중 적어도 어느 하나의 변화에 따라 상기 입 자 사이의 간격이 변하고, 상기 간격의 변화에 따라 상기 입자로부터 반사되는 광의 파장이 변할 수 있다.An interval between the particles may be changed according to at least one of the intensity or direction of the electric field, and the wavelength of light reflected from the particles may be changed according to the change of the gap.
상기 태양전지부와 상기 반사형 디스플레이부는 광 투과성 부재에 의하여 층상으로 결합되고, 상기 태양전지부는 상기 반사형 디스플레이부를 통과한 광을 이용하여 에너지를 발생시킬 수 있다.The solar cell unit and the reflective display unit may be layered by a light transmitting member, and the solar cell unit may generate energy by using light passing through the reflective display unit.
상기 태양전지부와 상기 반사형 디스플레이부는 광 불투과성 부재에 의하여 층상으로 결합되고, 상기 태양전지부 및 상기 반사형 디스플레이부에 입사되는 광의 입사 방향은 서로 반대일 수 있다.The solar cell unit and the reflective display unit may be coupled in a layered manner by a light impermeable member, and incident directions of light incident on the solar cell unit and the reflective display unit may be opposite to each other.
상기 태양전지부의 상측으로는 제1 반사형 디스플레이부가 광 투과성 부재에 의하여 층상으로 결합되고, 상기 태양전지부의 하측으로는 제2 반사형 디스플레이부가 광 불투과성 부재에 의하여 층상으로 결합되며, 상기 태양전지부에 의하여 발생된 에너지에 의하여 상기 제1 및 제2 반사형 디스플레이부의 광결정색이 독립적으로 조절될 수 있다.On the upper side of the solar cell unit, a first reflective display unit is coupled in a layer by a light transmitting member, and on the lower side of the solar cell unit, a second reflective display unit is coupled in a layer by a light impermeable member. Photonic crystal colors of the first and second reflective display units may be independently controlled by energy generated by the solar cell unit.
상기 태양전지부와 상기 반사형 디스플레이부는 동일 평면 상에 배열될 수 있다.The solar cell unit and the reflective display unit may be arranged on the same plane.
상기 태양전지부에 의하여 발생되는 에너지를 이용하여 전하를 저장하고, 상기 저장된 전하를 이용하여 상기 입자에 전기장을 인가하게 하는 축전부를 더 포함할 수 있다.The battery may further include a storage unit configured to store charge using energy generated by the solar cell unit and to apply an electric field to the particles using the stored charge.
그리고, 상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 색 가변성 태양전지는 광을 흡수하여 전자를 발생시키는 복수개의 제1 입자, 상기 제1 입자를 구동 하는 제1 전극과 공통 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 공통 전극 사이의 공간에 채워지는 전해질층을 포함하는 염료감응형 태양전지부를 포함하고, 상기 전해질층 내에 분산되고 전하를 갖는 복수개의 제2 입자 및 상기 제2 입자를 구동하는 제2 전극을 더 포함하며, 상기 제2 입자가 상기 전해질층 내에 분산된 상태에서 상기 연료감응형 태양전지부에 의하여 발생되는 에너지에 의하여 생성된 전기장을 이용하여 상기 제2 입자 사이의 간격을 제어하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the color variable solar cell according to the present invention includes a plurality of first particles for absorbing light to generate electrons, a first electrode and a common electrode for driving the first particles, and the first agent. A dye-sensitized solar cell unit including an electrolyte layer filled in a space between the first electrode and the common electrode, the plurality of second particles having a charge dispersed in the electrolyte layer and a second driving the second particles The method further includes controlling an interval between the second particles by using an electric field generated by energy generated by the fuel-sensitized solar cell unit while the second particles are dispersed in the electrolyte layer. It features.
그리고, 상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 색 가변성 태양전지는 광을 흡수하여 전자를 발생시키는 복수개의 제1 입자, 상기 제1 입자를 구동하는 두 개의 전극, 및 상기 두 개의 전극 사이의 공간에 채워지는 전해질층을 포함하는 염료감응형 태양전지부를 포함하고, 상기 전해질층 내에 분산되고 전하를 갖는 복수개의 제2 입자를 더 포함하며, 상기 제2 입자가 상기 전해질층 내에 분산된 상태에서 상기 연료감응형 태양전지부에 의하여 발생되는 에너지에 의하여 생성된 전기장을 이용하여 상기 제2 입자 사이의 간격을 제어하는 것을 특징으로 한다.And, in order to achieve the above object, the color-tunable solar cell according to the present invention absorbs light to generate a plurality of first particles, two electrodes for driving the first particles, and between the two electrodes And a dye-sensitized solar cell unit including an electrolyte layer filled in a space of the battery, and further comprising a plurality of second particles dispersed in the electrolyte layer and having charges, wherein the second particles are dispersed in the electrolyte layer. At is characterized in that for controlling the interval between the second particles by using an electric field generated by the energy generated by the fuel-sensitized solar cell unit.
상기 제1 입자와 상기 제2 입자를 순차적으로 구동할 수 있는 구동 수단을 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include driving means for sequentially driving the first particles and the second particles.
상기 전해질층 내에서 상기 제1 입자와 상기 제2 입자가 구획될 수 있다.The first particles and the second particles may be partitioned in the electrolyte layer.
상기 전해질층 내에서 상기 제1 입자와 상기 제2 입자가 혼재할 수 있다.The first particles and the second particles may be mixed in the electrolyte layer.
상기 제1 입자와 상기 제2 입자는 동일한 재질로 제조될 수 있다.The first particles and the second particles may be made of the same material.
상기 전해질층 내에서 분산된 상기 제2 입자는 광 투과성 물질의 캡슐로 캡슐화될 수 있다.The second particles dispersed in the electrolyte layer may be encapsulated in a capsule of a light transmissive material.
상기 전해질층 내에서 분산된 상기 제2 입자는 복수개의 캡슐로 캡슐화되고, 상기 복수개의 캡슐마다 상기 두 개의 전극 중 어느 하나의 전극이 분리되어 대응할 수 있다.The second particles dispersed in the electrolyte layer may be encapsulated into a plurality of capsules, and one of the two electrodes may be separated and correspond to each of the plurality of capsules.
상기 전해질층이 소정의 임계치 이상의 점성을 가짐에 따라 상기 전기장에 의하여 설정된 상기 제2 입자의 간격이 상기 전기장을 차단하여도 유지될 수 있다.As the electrolyte layer has a viscosity of more than a predetermined threshold, the spacing of the second particles set by the electric field may be maintained even when the electric field is blocked.
상기 연료감응형 태양전지부에 의하여 발생되는 에너지를 이용하여 전하를 저장하고, 상기 저장된 전하를 이용하여 상기 제2 입자에 전기장을 인가하게 하는 축전부를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a storage unit configured to store charge by using energy generated by the fuel-sensitized solar cell unit and to apply an electric field to the second particles by using the stored charge.
상기와 같이 구성된 본 발명의 색 가변성 태양전지에 따르면, 염료감응형 태양전지의 본질적인 구성을 변경시키지 않으면서 염료감응형 태양전지와 반사형 디스플레이를 결합시켜서 염료감응형 태양전지에 의해 발생된 에너지를 이용하여 풀 컬러의 색상을 구현할 수 있게 되는 효과가 달성된다.According to the color-variable solar cell of the present invention configured as described above, the energy generated by the dye-sensitized solar cell is combined by combining the dye-sensitized solar cell and the reflective display without changing the essential configuration of the dye-sensitized solar cell. The effect of being able to implement full color colors is achieved.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시 된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.DETAILED DESCRIPTION The following detailed description of the invention refers to the accompanying drawings that show, by way of illustration, specific embodiments in which the invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different but need not be mutually exclusive. For example, certain features, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention in connection with an embodiment. In addition, it is to be understood that the location or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the invention. The following detailed description, therefore, is not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention, if properly described, is defined only by the appended claims, along with the full range of equivalents to which such claims are entitled. Like reference numerals in the drawings refer to the same or similar functions throughout the several aspects.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명하도록 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in order that those skilled in the art can easily carry out the present invention.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비혼합형 색 가변성 태양전지의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.1 to 3 are views exemplarily illustrating a configuration of a non-mixable color variable solar cell according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비혼합형 색 가변성 태양전지(100, 200, 300)는 광을 이용하여 소정의 전위차(electrical potential)을 발생시키는 태양전지부(110, 210, 310) 및 태양전지부(110, 210, 310)에 의하여 발생되는 전위차에 의하여 구동되어 임의의 파장의 광을 선택적으로 반사하는 반사형 디스플레이부(120, 220, 320)를 포함할 수 있다.1 to 3, the non-mixable color variable
본 발명의 일 실시예에 따르면, 태양전지부(110, 210, 310)는 외부로부터 입사되는 광을 이용하여 에너지(소정의 전위차 또는 전압)를 발생시킬 수 있는 모든 유형의 태양전지를 포함할 수 있으며, 예를 들면 실리콘 태양전지, 염료감응형 태 양전지(Dye-sensitized Solar Cell; DSSC), CIGS(CuInGaSe2) 태양전지 등을 포함할 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present invention, the
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 반사형 디스플레이부(120, 220, 320)는 임의의 파장의 광을 선택적으로 반사하여 소정의 디스플레이를 구현할 수 있는 모든 유형의 반사형 디스플레이를 포함할 수 있으며, 예를 들면 광결정성 디스플레이(Photonic Crystal Display), 전기영동 디스플레이(Electrophresis Display), 콜레스트릭 디스플레이(Cholesteric Display), 전기습윱 디스플레이(Electrowetting Display), 멤스 디스플레이(MEMS Display) 등을 포함할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 태양전지부(110, 210, 310)에 의하여 발생되어 태양전지부(110, 210, 310)의 전극(130, 230, 330)간에 유지되는 전위차(electric potential)는 반사형 디스플레이부(120, 220, 320)의 전극(140, 240, 340)에 직접적으로 인가되거나, 소정의 축전지에 축전된 후 간접적으로 인가될 수 있으며, 이에 따라 반사형 디스플레이부(120, 220, 320)는 임의의 파장의 광을 선택적으로 반사하여 소정의 디스플레이를 구현할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the electric potential generated by the
보다 구체적으로, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비혼합형 색 가변성 태양전지(100)는 광 투과성 부재(130)를 이용하여 태양전지부(110)과 반사형 디스플레이부(120)를 층상으로 결합함으로써 구성될 수 있다. 도 1의 비혼합형 색 가변성 태양전지(100)에 의하면, 반사형 디스플레이부(120)에 입사되는 광의 일부는 광 투과성 부재(130)를 통하여 태양전지부(110)에 입사될 수 있으며, 태양 전지부(110)에 입사된 광에 의하여 발생된 에너지에 의하여 반사형 디스플레이부(120)가 임의의 파장의 광을 선택적으로 반사하도록 조절하여 소정의 디스플레이를 구현할 수 있다. 또한, 비혼합형 색 가변성 태양전지(100)는 반사형 디스플레이부(120)에서 반사되는 파장의 광을 제외한 대부분의 파장의 광이 태양전지부(110)에 입사되기 때문에 태양전지부(110)의 광전 효율을 크게 저하시키지 않는 상태에서 반사형 디스플레이부(120)를 구동시킬 수 있다. 비혼합형 색 가변성 태양전지(100)는 태양전지부(110) 및 반사형 디스플레이부(120)를 광이 입사되는 방향으로 배치하여(예를 들어, 빌딩의 외벽에 설치하여) 광전 에너지를 발생하면서도 다양한 칼라를 표현할 수 있는 친환경 인테리어 기능을 갖는 태양전지로서의 구현이 가능하다. 한편, 도 1에서 광투과성 부재(130)를 별도로 사용하지 않고 태양전지부(110)의 전극(116)과 반사형 디스플레이부(120)의 전극(128)을 동일한 구성으로 하는 비혼합형 색 가변성 태양전지(100)를 제조할 수도 있다.More specifically, referring to FIG. 1, the non-mixable color variable
또한, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비혼합형 색 가변성 태양전지(200)는 광 불투과성 부재(230)를 이용하여 태양전지부(210)과 반사형 디스플레이부(220)를 층상으로 결합함으로써 구성될 수 있다. 도 2의 비혼합형 색 가변성 태양전지(200)에 의하면, 태양전지부(210)에 입사되는 광은 태양전지부(210)의 동작에만 관여할 뿐 광 불투과성 부재(230)의 반대편에 위치하는 반사형 디스플레이부(220)로 진행하지 않게 되고, 반사형 디스플레이부(220)에 입사되는 광은 반사형 디스플레이부(220)의 동작에만 관여할 뿐 광 불투과성 부재(230)의 반대편에 위치하는 태양전지부(210)로 진행하지 않게 된다. 따라서, 비혼합형 색 가변성 태 양전지(200)는 태양전지부(210)가 실외를 향하도록 하고 반사형 디스플레이부(220)는 실내를 향하도록 배치하여 사용하는 것이 바람직하다.In addition, referring to FIG. 2, the non-mixable color variable
또한, 도시되지는 않았지만, 도 1 및 도 2의 변형예로서, 태양전지부의 상측으로는 제1 반사형 디스플레이부가 광 투과성 부재에 의하여 층상으로 결합되고, 태양전지부의 하측으로는 제2 반사형 디스플레이부가 광 불투과성 부재에 의하여 층상으로 결합되며, 태양전지부에 의하여 발생된 에너지에 의하여 제1 및 제2 반사형 디스플레이부의 광결정색이 독립적으로 조절될 수 있는 비혼합형 색 가변성 태양전지(100)를 제조할 수도 있다.In addition, although not shown, as a modification of FIGS. 1 and 2, the first reflective display unit is coupled in a layered manner by a light transmitting member on the upper side of the solar cell unit, and the second reflection is below the solar cell unit. The non-mixed color variable
또한, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비혼합형 색 가변성 태양전지(300)는 태양전지부(310)와 반사형 디스플레이부(320)가 동일 평면 상에 배열되도록 결합될 수 있고, 소정의 전압 분배 회로에 의하여 태양전지부(310)에 의하여 발생된 에너지가 반사형 디스플레이부(320)에 공급될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 각각의 반사형 디스플레이부(320)를 단위 픽셀로 구성하고, 상기 단위 픽셀 사이에 태양전지부(310)를 배치함으로써 태양전지의 기능 및 디스플레이의 기능을 모두 수행하는 비혼합형 색 가변성 태양전지(300)를 구현할 수 있게 된다.In addition, referring to FIG. 3, the non-mixable color variable
도 1 내지 도 3의 실시예에 있어서, 태양전지부(110, 210, 310) 및 반사형 디스플레이부(120, 220, 320)의 전극(130, 140, 230) 중 적어도 일부는 광의 진행을 방해하지 않기 위하여 광 투과성 물질로 구성될 수 있다. 예를 들면, 광 투과 성 전극 재료인 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide; ITO), 산화티타늄(TiO2), 탄소나노튜브 및 기타 전도성 폴리머 등으로 구성될 수 있다.1 to 3, at least some of the
한편, 도 1 내지 도 3의 실시예에 있어서, 태양전지부(110, 210, 310)는 연료감응형 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell, DSSC)로서 구성될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지부(110, 210, 310)는 표면에 염료 고분자가 코팅된 입자, 예를 들어 표면에 염료가 코팅된 TiO2와 같은 염료감응형 입자(112, 212, 312), 염료감응형 입자(112, 212, 312)가 분산되는 전해질층(114, 214, 314) 및 전해질층(114, 214, 314)의 상하측에 배치되는 두 개의 전극(116, 118, 216, 218, 316, 318)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서 두 개의 전극(116, 118, 216, 218, 316, 318)은 투명 전극인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 연료감응형 태양전지의 구체적인 동작 원리는 공지의 기술이므로 이와 관련된 내용은 본 명세서에서 생략하기로 한다.Meanwhile, in the embodiments of FIGS. 1 to 3, the
한편, 도 1 내지 도 3실시예에 있어서, 반사형 디스플레이부(120, 220, 320)는 광결정성 디스플레이(Photonic Crystal Display)로 구성될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 디스플레이부(120, 220, 320)는 광결정성 입자(122, 222, 322), 광결정성 입자(122, 222, 322)가 분산되는 매체층(124, 224, 324) 및 매체층(124, 224, 324)의 상하측에 배치되는 두 개의 전극(126, 128, 226, 228, 326, 328)을 포함하여 구성될 수 있다. 광결정성 입자 및 매체층에 대해서는 후술하기로 한다. 두 개의 전극(126, 128, 226, 228, 326, 328)은 투명 전극인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.Meanwhile, in the embodiments of FIGS. 1 to 3, the
광결정성 디스플레이의 동작 원리는 다음과 같다. 먼저, 광결정성 입자(122, 222, 322)에 전기장이 인가되는 경우, 광결정성 입자(122, 222, 322)가 갖는 전하로 인하여 광결정성 입자(122, 222, 322)에는 소정의 방향의 전기력이 작용하게 되고 이에 따라 한 쪽으로 치우쳐진 광결정성 입자(122, 222, 322) 사이의 간격이 좁아지게 됨과 동시에, 동일한 전하를 갖는 광결정성 입자(510) 사이에는 척력이 작용하게 된다. 따라서, 전기장으로 인한 전기력과 광결정성 입자(122, 222, 322) 사이의 척력의 상대적인 세기에 따라 광결정성 입자(122, 222, 322)간의 간격이 결정될 수 있으며, 이에 따라 소정의 간격을 두고 배열된 광결정성 입자(122, 222, 322)는 광결정성을 나타내게 된다. 다시 말하면, Bragg 법칙에 의하면 광결정성 입자(122, 222, 322)로부터 반사되는 광의 파장은 광결정성 입자(122, 222, 322)간의 거리에 의해 결정되기 때문에, 광결정성 입자(122, 222, 322)에 인가되는 전기장의 세기 및/또는 방향에 따라 광결정성 입자(122, 222, 322)간의 거리를 제어할 수 있고 그 결과 광결정성 입자(122, 222, 322)로부터 반사되는 광의 파장이 변경될 수 있는(즉, 광결정색을 조절할 수 있는) 것이다.The operating principle of the photonic crystal display is as follows. First, when an electric field is applied to the
한편, 광결정성 디스플레이에서 광결정색을 조절하는 원리는 상술한 바로 한정되지 않는다. 즉, 본 발명에 적용될 수 있는 반사형 디스플레이부는 임의의 매체층 내에서 규칙적으로 복수개의 입자를 배열시킨 후 상기 입자를 제거하여 생성되는 복수개의 공공(vacancy)에 전기장을 인가하여 상기 매체층의 물성을 제어함으로써 광결정색을 조절하는 것도 가능하다. 또한, 상기 매체층 내에 소정의 다른 물질을 첨가하여 상기 매체층의 굴절률을 제어함으로써 광결정색을 조절하는 것도 가능하다.On the other hand, the principle of adjusting the photonic crystal color in the photonic crystal display is not limited to the above. That is, the reflective display unit which can be applied to the present invention arranges a plurality of particles regularly in an arbitrary media layer, and then applies an electric field to a plurality of vacancy generated by removing the particles, thereby physical properties of the media layer. It is also possible to adjust the photonic crystal color by controlling. It is also possible to adjust the photonic crystal color by adding a predetermined other material to the media layer to control the refractive index of the media layer.
한편, 도시되지는 않았지만, 도 1 내지 도 3의 비혼합형 색 가변성 태양전지(100, 200, 300)는 태양전지부(110, 210, 310)에 의하여 발생되는 전위차를 이용하여 전하를 저장하고, 상기 저장된 전하를 이용하여 광결정성 입자(122, 222, 322)에 전기장을 인가하게 하는 축전부를 더 포함할 수 있다.Although not shown, the non-mixed color variable
한편, 도 3의 비혼합형 색 가변성 태양전지(300)는 태양전지부(310)와 반사형 디스플레이부(320)가 격벽 부재(330)에 의하여 구획되는 것으로 도시되어 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라서는 태양전지부(310)의 염료감응형 입자(312)와 반사형 디스플레이부(320)의 광결정성 입자(322)가 캡슐(미도시)에 의하여 구획되는 것도 가능하다. 염료감응형 입자 및/또는 광결정성 입자의 캡슐화 과정에 대해서는 후술하기로 한다.Meanwhile, the non-mixable color variable
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광결정성 디스플레이에 포함되는 광결정성 입자 및 매체층의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다. 참고로 도 4 및 도 5에서는 도 1의 광결정성 디스플레이(120)에 포함되는 광결정성 입자(122) 및 매체층(124)을 예로 들어 도시하였다.4 and 5 are views exemplarily showing the configuration of the photonic crystal particles and the media layer included in the photonic crystal display according to an embodiment of the present invention. For reference, FIGS. 4 and 5 illustrate the
먼저, 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광결정성 입자(122)는 음전하 또는 양전하를 갖는 콜로이드 입자로서 매체층(124)인 콜로이드 용매(420)에 분산되어 존재할 수 있다. 이때, 광결정성 입자(122)는 상호간의 척력으로 인하여 서로간에 소정의 간격을 두고 배열되어 있을 수 있다. 광결정성 입자(122)의 직경은 수 nm 내지 수천 nm의 범위 내일 수 있으나, 반드시 상기 범위 내로 한정되는 것은 아니다.First, referring to FIG. 4, the
또한, 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광결정성 입자는 복수개의 단위 광결정성 입자(122a)로 이루어진 클러스터(122)일 수 있으며, 클러스터(122)의 외부는 양전하 또는 음전하를 갖는 전하층(122b)으로 코팅될 수 있다.In addition, referring to FIG. 5, the photonic crystal particle according to the exemplary embodiment of the present invention may be a
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 광결정성 입자는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni), 철(Fe), 은(Ag), 주석(Tin), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 코발트(Co) 등의 금속 산화물로 이루어질 수 있다. 그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 광결정성 입자는 PS(polystyrene), PE(polyethylene), PP(polypropylene), PVC(polyvinyl chloride), PET(polyethylen terephthalate) 등의 고분자 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광결정성 입자는 전하를 갖지 않는 입자 혹은 클러스터(cluster)에 전하를 갖는 물질이 코팅된 형태로서 구성될 수도 있는데, 예를 들면, 실리콘산화물(SiOx), 티타늄산화물(TiOx)등의 금속 무기 산화물로 코팅된 입자, PS(polystyrene), PE(polyethylene), PP(polypropylene), PVC(polyvinyl Chloride), PET(polyethylen terephthalate), 이온 교환 수지 등을 포함하는 고분자 물질로 코팅된 입자, 탄화수소기를 갖는 유기화합물에 의하여 표면이 가공(혹은 코팅)된 입자, 카르복실산(carboxylic acid)기, 에스테르(ester)기, 아실(acyl)기를 가지는 유기 화합물에 의하여 표면이 가공(혹은 코팅)되어 음전하를 갖는 입자, 할로겐(F, Cl, Br, I 등) 원소를 포함하는 착화합물에 의하여 표면이 가공(코팅)된 입자, 아민(amine), 티올(thiol), 포스핀(phosphine)을 포함하는 배위화합물에 의하여 표면이 가공(코팅)된 입자, 표면에 라디칼을 형성함으로써 전하를 갖는 입자가 이에 해당될 수 있다. 다만, 본 발명에 따른 광결정성 입자의 구성이 상기 열거한 것에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서, 즉, 전기장에 의하여 입자들간의 간격이 제어될 수 있는 범위 내에서 적절히 변경될 수 있음을 밝혀 둔다.More specifically, the photonic crystal particles according to the embodiment of the present invention are aluminum (Al), copper (Cu), nickel (Ni), iron (Fe), silver (Ag), tin (Tin), titanium (Ti) , Metal tungsten (W), cobalt (Co) and the like. In addition, the photonic crystal particles according to the embodiment of the present invention may be made of a polymer material such as polystyrene (PS), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyvinyl chloride (PVC), and polyethylen terephthalate (PET). In addition, the photonic crystal particles according to an embodiment of the present invention may be configured as a form in which a material having a charge on a particle or a cluster that does not have a charge, for example, silicon oxide (SiO x ), Particles coated with a metal inorganic oxide such as titanium oxide (TiO x ), PS (polystyrene), PE (polyethylene), PP (polypropylene), PVC (polyvinyl Chloride), PET (polyethylen terephthalate), ion exchange resin, etc. Particles coated with a polymer material, particles whose surface is processed (or coated) by organic compounds having hydrocarbon groups, surfaces by organic compounds having carboxylic acid groups, ester groups and acyl groups These processed (or coated) particles having negative charges, particles whose surfaces are processed (coated) by complex compounds containing halogen (F, Cl, Br, I, etc.) elements, amines, thiols, phos Coordination Compounds Containing Phosphorus By this, the surface is processed (coated), particles having a charge by forming a radical on the surface may correspond to this. However, the configuration of the photonic crystal particles according to the present invention is not limited to those listed above, but within the range in which the object of the present invention can be achieved, that is, within the range in which the distance between the particles can be controlled by an electric field. Note that changes can be made accordingly.
한편, 보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 매체층(콜로이드 용매)는 에탄올, EG(ethylene glycol)과 같은 유기 용매를 포함할 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.On the other hand, more specifically, the media layer (colloidal solvent) according to an embodiment of the present invention may include an organic solvent such as ethanol, EG (ethylene glycol), but is not necessarily limited thereto.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합형 색 가변성 태양전지의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.6 and 7 are views exemplarily illustrating a configuration of a mixed color variable solar cell according to an exemplary embodiment of the present invention.
먼저, 도 6을 참조하면, 혼합형 색 가변성 태양전지(600)는 광을 흡수하여 전자를 발생시키는 복수개의 염료감응형 입자(620), 염료감응형 입자(620)를 구동하는 태양전지 전극(650)과 공통 전극(670), 및 태양전지 전극(650)과 공통 전극(670) 사이의 공간에 채워지는 전해질층(640)을 포함하는 염료감응형 태양전지부(610)를 포함하고, 전해질층(640) 내에 분산되고 전하를 갖는 복수개의 광결정성 입자(630) 및 광결정성 입자(630)를 구동하는 디스플레이 전극(660)을 더 포함하며, 광결정성 입자(630)가 전해질층(640) 내에 분산된 상태에서 염료감응형 태양전지부(610)에 의하여 발생되는 전위차에 의하여 생성된 전기장을 이용하여 광결정성 입자(630) 사이의 간격을 제어한다.First, referring to FIG. 6, the mixed color variable
혼합형 색 가변성 태양전지(600)에 포함되는 전극은 태양전지의 기능을 수행하는 태양전지 전극(650), 디스플레이의 기능을 수행하는 디스플레이 전극(660) 및 태양전지 전극(650)과 디스플레이 전극(660)의 상대 전극으로서의 기능을 수행하는 공통 전극(670)으로 구분되어 구성될 수 있다. 즉, 상기와 같은 전극 구조를 이용하여 색 가변성 태양전지(600)의 기능을 공간적으로 구분시킴으로써 하나의 셀 내에서 태양전지의 기능 및 광결정성 디스플레이의 기능을 모두 수행될 수 있도록 한다.The electrode included in the mixed color variable
이때, 태양전지 전극(650)은 광을 흡수한 염료감응형 입자(620)로부터 생성된 전자를 전해질층(640)에 전달하여 혼합형 색 가변성 태양전지(600)가 태양전지로서의 기능을 수행하도록 한다. 또한, 디스플레이 전극(660)은 광결정성 입자(630)에 대하여 전기장을 인가하여 광결정성 입자(630)의 사이의 간격을 제어하고 그 결과 임의의 파장의 광이 반사되도록 하여 혼합형 색 가변성 태양전지(600)가 디스플레이로서의 기능을 수행하도록 한다.In this case, the
이와 같은 혼합형 색 가변성 태양전지(600)는 하측에 배치되는 광기전력을 발생시키는 공통 전극(670)의 면적을 크게 하여 태양전지의 기능이 증대될 수 있고, 상측에 배치되는 디스플레이 전극(660)의 면적은 상대적으로 크게 하고 태양전지 전극(650)의 면적은 상대적으로 작게 하여 디스플레이로서의 기능을 증대시킬 수 있다.The mixed color variable
다음으로, 도 8을 참조하면, 혼합형 색 가변성 태양전지(700)는 광을 흡수하여 전자를 발생시키는 복수개의 염료감응형 입자(720), 염료감응형 입자(720)를 구 동하는 두 개의 전극(750, 760), 및 두 개의 전극(750, 760) 사이의 공간에 채워지는 전해질층(740)을 포함하는 염료감응형 태양전지부(710)를 포함하고, 전해질층(740) 내에 분산되고 전하를 갖는 복수개의 광결정성 입자(730)를 더 포함하며, 광결정성 입자(730)가 전해질층(740) 내에 분산된 상태에서 염료감응형 태양전지부(710)에 의하여 발생되는 전위차에 의하여 생성된 전기장을 이용하여 광결정성 입자(730) 사이의 간격을 제어한다.Next, referring to FIG. 8, the mixed color variable
혼합형 색 가변성 태양전지(700)는 태양전지의 기능 및 디스플레이의 기능을 모두 수행할 수 있는 두 개의 공통 전극(750, 760)을 포함하되, 소정의 스위치 회로를 이용하여 상기 두 가지 기능을 동시에 중 어느 하나만이 선택적으로 수행되도록 제어할 수 있다. 즉, 상기와 같은 구성을 이용하여 혼합형 색 가변성 태양전지(700)의 기능을 시간적으로 구분시킴으로써 하나의 셀 내에서 태양전지의 기능 및 광결정성 디스플레이의 기능을 모두 수행될 수 있도록 한다.The mixed color variable
보다 구체적으로, 혼합형 색 가변성 태양전지(700)는 태양전지 스위치(770)가 닫히고 디스플레이 스위치(780)가 열리는 경우 색 가변성 태양전지(700)는 태양전지의 기능을 수행할 수 있고, 반대로 태양전지 스위치(770)가 열리고 디스플레이 스위치(780)가 닫히는 경우 색 가변성 태양전지(700)는 디스플레이의 기능을 수행할 수 있게 된다. 이때, 상기와 같은 스위치 상태의 전환 속도를 사람의 눈의 광 점멸 인지 속도보다 빠르게 설정함으로써, 색 가변성 태양전지(700)가 태양전지의 기능 및 디스플레이의 기능을 동시에 수행하는 것으로 보이는 것과 같은 효과를 달성할 수 있게 된다.More specifically, in the mixed color variable
혼합형 색 가변성 태양전지(600, 700)에 있어서 염료감응형 입자(620, 720)와 광결정성 입자(630, 730)의 재질은 비혼합형 색 가변성 태양전지(100, 200, 300)에서 설명한 바와 동일하다. 다만, 혼합형 색 가변성 태양전지(600, 700)의 제조 과정을 용이하게 하고 제조 단가를 저렴하게 하기 위해서는 염료감응형 입자(620, 720)와 광결정성 입자(630, 730)의 재질은 동일하게 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 염료감응형 입자(620, 720)와 광결정성 입자(630, 730)의 재질은 TiOx와 같은 금속 산화물 입자일 수 있다. 다만, 염료감응형 입자(620, 720)는 TiOx 입자는 표면에 염료 고분자층이 코팅되어 있어야 하며, 광결정성 입자(630, 730)는 TiOx 입자는 전하를 가지고 있어야 한다.In the mixed color variable
도 6과 도 7의 혼합형 색 가변성 태양전지(600, 700)의 전극(650, 660, 670, 750, 760)은 ITO와 같은 재질의 투명 전극을 사용하는 것이 바람직하다. 다만, 전극(670, 760)은 반드시 투명 전극에 한정되지 않으며 경우에 따라서는 백금과 같은 불투명 금속 전극이나 CNT(Carbon Nanotube) 전극이 사용될 수 있다. 특히, 검은 색깔의 CNT 전극을 사용하면 혼합형 색 가변성 태양전지(600, 700)의 반사광 특성을 배가시킬 수 있다.The
한편, 도시되지는 않았지만, 도 6과 도 7의 혼합형 색 가변성 태양전지(600, 700)는 염료감응형 태양전지부에 의하여 발생되는 전위차를 이용하여 전하를 저장하고, 상기 저장된 전하를 이용하여 광결정성 입자(630, 730)에 전기장을 인가하게 하는 축전부를 더 포함할 수 있다.On the other hand, although not shown, the mixed color variable
한편, 도시되지는 않았지만 도 6과 도 7의 혼합형 색 가변성 태양전지(600, 700)에서 전해질층(640, 740)이 소정의 임계치 이상의 점성(viscosity)을 가지거나 젤(gel) 형태가 되도록 할 수 있다. 그렇게 되면 전기장에 의하여 설정된 광결정성 입자(630, 730)의 간격이 상기 전기장을 차단하여도 그대로 유지됨에 따라 특정 파장의 광을 계속적으로 반사할 수 있다. 이는 혼합형 색 가변성 태양전지(600, 700)가 전원 공급이 없어도 이미지를 표시할 수 있는 쌍안정(bistable) 디스플레이 기능을 구현할 수 있도록 한다.Although not shown, the electrolyte layers 640 and 740 in the mixed color-variable
이하에서는 도 8 내지 도 12를 참조하여 도 7의 혼합형 색 가변성 태양전지(700)의 다양한 변형예를 설명하기로 한다.Hereinafter, various modifications of the mixed color variable
도 8은 본 발명의 제1 변형예에 따른 혼합형 색 가변성 태양전지(800)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 8을 참조하면, 혼합형 색 가변성 태양전지(800)는 광을 흡수하여 전자를 발생시키는 복수개의 염료감응형 입자(820), 염료감응형 입자(820)를 구동하는 두 개의 전극(850, 860), 두 개의 전극(850, 860) 사이의 공간에 채워지는 전해질층(840)을 포함하는 염료감응형 태양전지부(810), 및 전해질층(840) 내에 분산되고 전하를 갖는 복수개의 광결정성 입자(930)을 포함하여 구성된다. 혼합형 색 가변성 태양전지(800)는 염료감응형 입자(820)가 광결정성 입자(830) 사이에 배치된다는 점에서 혼합형 색 가변성 태양전지(700)와 차이가 있다. 본 변형예에 의하면 염료감응형 입자(820)를 광이 입사되는 측의 전극(850)에 접하도록 배치함으로써 태양전지의 광 변환 효율을 높일 수 있다.8 is a diagram illustrating a configuration of a mixed color variable
도 9는 본 발명의 제2 변형예에 따른 혼합형 색 가변성 태양전지(900)의 구 성을 나타내는 도면이다. 도 9를 참조하면, 혼합형 색 가변성 태양전지(900)는 광을 흡수하여 전자를 발생시키는 복수개의 염료감응형 입자(920), 염료감응형 입자(920)를 구동하는 두 개의 전극(950, 960), 두 개의 전극(950, 960) 사이의 공간에 채워지는 전해질층(940)를 포함하는 염료감응형 태양전지부(910), 및 전해질층(940) 내에 분산되고 전하를 갖는 복수개의 광결정성 입자(930)을 포함하여 구성된다. 혼합형 색 가변성 태양전지(900)는 염료감응형 입자(920)가 전극(950)에 접하도록 배치되고 이어서 광결정성 입자(930)가 배치된다는 점에서 혼합형 색 가변성 태양전지(700)와 차이가 있다. 본 변형예에 의하면 염료감응형 입자(920)를 광이 입사되는 전극(950) 측에 배치함으로써 태양전지의 광 변환 효율을 높일 수 있다.9 is a view showing the configuration of the hybrid color-tunable
도 10은 본 발명의 제3 변형예에 따른 혼합형 색 가변성 태양전지(1000)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 10을 참조하면, 혼합형 색 가변성 태양전지(1000)는 복수개의 입자(1020), 입자(1020)를 구동하는 두 개의 전극(1040, 1050), 및 두 개의 전극(1040, 1050) 사이의 공간에 채워지는 전해질층(1030)을 포함하는 염료감응형 태양전지부(1010)을 포함한다. 혼합형 색 가변성 태양전지(1000)는 입자(1020)가 광에 의하여 광전 현상을 유도하는 염료 및 외부 전기장에 의하여 광결정성을 유도하는 전하를 포함하여, 상술한 바 있는 염료감응형 입자와 광결정성 입자의 성질을 동시에 가지고 있다는 점에서 색 가변성 태양전지(700)와 차이가 있다. 본 변형예에 의하면 염료감응성 및 광결정성을 모두 갖는 단일 종류의 입자(1020)만 전해질층(1030) 내에 배치함으로써 태양전지의 제조 과정이 간단해지고 제조 단가가 저렴해질 수 있다.10 is a view showing the configuration of the hybrid color-tunable
도 11은 본 발명의 제4 변형예에 따른 혼합형 색 가변성 태양전지(1100)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 11을 참조하면, 혼합형 색 가변성 태양전지(1100)는 광을 흡수하여 전자를 발생시키는 복수개의 염료감응형 입자(1120), 염료감응형 입자(1120)를 구동하는 두 개의 전극(1150, 1160), 두 개의 전극(1150, 1160) 사이의 공간에 채워지는 전해질층(1140)을 포함하는 염료감응형 태양전지부(1110), 및 전해질층(1140) 내에 분산되고 전하를 갖는 복수개의 광결정성 입자(1130)을 포함하여 구성된다. 혼합형 색 가변성 태양전지(1100)는 광결정성 입자(1130)가 복수개의 캡슐(1170)로 캡슐화 되어 전해질층(1140) 내에 배치된다는 점에서 혼합형 색 가변성 태양전지(700)와 차이가 있다. 이때, 광결정성 입자(1130)는 캡슐(1170) 내에서 임의의 매체(1180), 예를 들어 광결정성 입자(1130)가 광결정성을 나타나는 데에 적합한 콜로이드 용매에 포함될 수 있다. 본 변형예에 의하면 광결정성 입자(1130)가 전해질층(1140)과 격리되어 광결정성 입자(1130)에 적합한 매체(1180) 내에 존재하게 함으로써 태양전지의 색 가변 효율을 향상시킬 수 있다.FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of a mixed color variable
한편, 도시되지는 않았지만, 혼합형 색 가변성 태양전지(1100)는 상술한 구성에 반드시 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라서는 염료감응형 입자(1120)와 광결정성 입자(1130)가 동시에 하나의 캡슐로 캡슐화되어 두 개의 전극(1150, 1160) 사이에 복수개 배치될 수도 있다. 이러한 경우에도 하나의 캡슐 내에서 염료감응형 입자(1120)와 광결정성 입자(1130)가 분리되어 있을 수도 있고 서로 혼재되어 있을 수도 있다. 또한, 염료감응형 입자(1120)와 광결정성 입자(1130)가 별도의 캡슐로 캡슐화되어 두 개의 전극(1150, 1160) 사이에 교대로 배치될 수도 있다.Although not shown, the mixed color variable
한편, 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 광결정성 입자(콜로이드 입자; 1130)는 매체(콜로이드 용매; 1180)와 같이 광 투과성 물질로 이루어진 캡슐(1170)에 의하여 캡슐화될 수 있다. 이와 같은 캡슐화 과정을 통하여 서로 다른 캡슐에 포함되는 광결정성 입자 사이에서 혼입 등의 직접적인 간섭이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 광결정성 입자의 동작에 더 유리한 전해질층과 다른 재질의 매체를 사용할 수 있다. 캡슐(1170)의 재질은 광 투과성을 갖는다면 특별하게 제한되지 않으나 광결정성 입자(1130)와 화학적으로 반응하지 않는 재질인 것이 바람직하다.Meanwhile, as described above, according to an embodiment of the present invention, the photonic crystal particles (colloid particles) 1130 may be encapsulated by a
도 12는 본 발명의 제5 변형예에 따른 혼합형 색 가변성 태양전지(1200)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 12를 참조하면, 혼합형 색 가변성 태양전지(1200)는 광을 흡수하여 전자를 발생시키는 복수개의 염료감응형 입자(1220), 염료감응형 입자(1220)를 구동하는 두 개의 전극(1250, 1260), 두 개의 전극(1250, 1260) 사이의 공간에 채워지는 전해질층(1240)를 포함하는 염료감응형 태양전지부(1210), 및 전해질층(1330) 내에 분산되고 전하를 갖는 복수개의 광결정성 입자(1320)을 포함하여 구성된다. 이때, 광결정성 입자(1230)는 임의의 매체(1280) 내에 포함되어 복수개의 캡슐(1270)로 캡슐화 된다. 혼합형 색 가변성 태양전지(1200)는 전극(1250)이 복수개의 캡슐(1270)마다 독립하여 대응되도록 복수개로 패터닝된다는 점에서 색 가변성 태양전지(700)와 차이가 있다. 본 변형예에 의하면 각 캡슐(1270)마다 상이한 전기장이 인가되게 하여 각 캡슐(1270)마다 광결정성 입 자(1230)간의 간격을 상이하게 하고 그 결과 각 캡슐(1270)마다 상이한 파장의 광을 반사하게 함으로써 태양전지의 색 가변 특성을 향상시킬 수 있다.12 is a diagram illustrating a configuration of a mixed color variable
도 13은 도 1의 비혼합형 색 가변성 태양전지(100)를 구현한 후 색 가변성을 평가하기 위하여 반사광의 파장을 측정한 색 좌표이다.FIG. 13 illustrates color coordinates of wavelengths of reflected light to evaluate color variability after implementing the non-mixed color tunable
이때, 태양전지부(110)는 염료감응형 색소가 코팅되어 있는 티타늄산화물(TiOx) 입자(112), 이온화된 요오드 용액의 전해질층(114), ITO 전극(116, 118)을 기본적인 구성으로 제작되었다. 또한, 반사형 디스플레이부(120)는 음전하를 갖는 산화철(Fe3O4) 클러스터 입자(122), 유기 용매인 매체층(124), 및 ITO 전극(126, 128)을 기본적인 구성으로 제작되었다.In this case, the
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 비혼합형 색 가변성 태양전지는 태양전지에 의해 발생하는 에너지[전위차(전압)]를 이용하여 광결정성 입자의 간격을 제어함으로써 표현되는 색상을 가변적으로 조절할 수 있음을 확인할 수 있다.As shown, the non-mixed color variable solar cell according to the present invention can variably control the color represented by controlling the spacing of the photonic crystal particles using the energy [potential difference (voltage)] generated by the solar cell. You can check it.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, the present invention has been described by specific embodiments such as specific components and the like. For those skilled in the art to which the present invention pertains, various modifications and variations are possible.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있 는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and all the things that are equivalent to or equivalent to the scope of the claims as well as the claims to be described later belong to the scope of the present invention. will be.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비혼합형 색 가변성 태양전지의 구성을 나타내는 도면.1 to 3 is a view showing the configuration of a non-mixable color variable solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광결정성 디스플레이에 포함되는 광결정성 입자 및 매체의 구성을 예시적으로 나타내는 도면.4 and 5 are views exemplarily showing the configuration of the photonic crystal particles and the media included in the photonic crystal display according to an embodiment of the present invention.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합형 색 가변성 태양전지의 구성을 나타내는 도면.6 and 7 are views showing the configuration of a mixed color variable solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 8 내지 도 12는 도 7의 혼합형 색 가변성 태양전지의 다양한 변형예를 나타내는 도면.8 to 12 are views showing various modifications of the mixed color variable solar cell of FIG.
도 13은 도 1의 비혼합형 색 가변성 태양전지의 색 가변성을 평가하기 위하여 반사광의 파장을 측정한 색 좌표.FIG. 13 is a color coordinate obtained by measuring a wavelength of reflected light in order to evaluate color variability of the non-mixed color tunable solar cell of FIG. 1.
<주요 도면부호에 관한 간단한 설명><Brief description of the major reference numerals>
100, 200, 300: 비혼합형 색 가변성 태양전지100, 200, 300: unmixed color variable solar cell
110, 210, 310: 태양전지부110, 210, 310: solar cell unit
112, 212, 312: 염료감응형 입자112, 212, 312: dye-sensitized particles
114, 214, 314: 전해질층114, 214, and 314: electrolyte layer
116, 118, 216, 218, 316, 318: 전극116, 118, 216, 218, 316, 318: electrode
120, 220, 320: 반사형 디스플레이부120, 220, 320: reflective display unit
122, 222, 322: 광결정성 입자122, 222, and 322: photocrystalline particles
122a: 광결정 단위 입자122a: photonic crystal unit particle
122b: 전하층122b: charge layer
124, 224, 324: 매체층124, 224, 324: media layer
126, 128, 226, 228, 326, 328: 전극126, 128, 226, 228, 326, 328: electrode
130: 광 투과성 부재130: light transmitting member
230: 광 불투과성 부재230: light impermeable member
330: 격벽 부재330: partition member
600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200: 혼합형 색 가변성 태양전지600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200: Mixed Color Variable Solar Cell
610, 710, 810, 910, 1010, 1110, 1210: 염료감응형 태양전지부610, 710, 810, 910, 1010, 1110, 1210: dye-sensitized solar cell unit
620, 720, 820, 920, 1020, 1120, 1220: 염료감응형 입자620, 720, 820, 920, 1020, 1120, 1220: dye-sensitized particles
630, 730, 830, 930, 1020, 1130, 1230: 광결정 입자630, 730, 830, 930, 1020, 1130, 1230: photonic crystal particles
640, 740, 840, 940, 1030, 1140, 1240: 전해질층640, 740, 840, 940, 1030, 1140, 1240: electrolyte layer
650, 750, 850, 950, 1040, 1150, 1250: 전극650, 750, 850, 950, 1040, 1150, 1250: electrode
660, 760, 860, 960, 1050, 1160, 1260: 전극660, 760, 860, 960, 1050, 1160, 1260: electrode
1160, 1260: 캡슐1160, 1260: Capsule
1170, 1270: 매체1170, 1270: Medium
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