KR101276586B1 - 전자소자 및 전자소자를 포함하는 전자 릴레이 인핸서 - Google Patents

전자소자 및 전자소자를 포함하는 전자 릴레이 인핸서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자소자 및 그 전자소자를 포함하는 전자 릴레이 인핸서에 관한 것으로, 특히 태양전지 등의 전원장치에서 입력되는 전자를 충전지 등의 부하에 전달하는데 사용되는 전자소자 및 그 전자소자를 포함하는 전자 릴레이 인핸서에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전자소자는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고, 제1 전극과 제2 전극은 절연체로 분리되어 형성된 커패시터층 및 P형 산화물 및 N형 산화물이 접합되어 제1 전극의 상면에 형성된 PN접합다이오드층을 포함한다. 본 발명에 따른 전자소자는 전자 릴레이 인핸서의 고집적화가 가능하도록 하여 전자 릴레이 인핸서가 사용되는 장치의 부피를 최소화할 수 있으며, 커패시터와 다이오드들 간의 연결에 따른 저항을 최소화하였으므로 당해 전자소자를 포함하는 전자 릴레이 인핸서는 전자가 태양전지 등의 전원장치에서 부하로 최대한 손실 없이 전달되도록 할 수 있다.

Description

전자소자 및 전자소자를 포함하는 전자 릴레이 인핸서{Electronic device and electrical charge relay enhancer including electronic device}
본 발명은 전자소자 및 그 전자소자를 포함하는 전자 릴레이 인핸서에 관한 것으로, 특히 태양전지 등의 전원장치에서 입력되는 전자를 충전지 등의 부하에 전달하는데 사용되는 전자소자 및 그 전자소자를 포함하는 전자 릴레이 인핸서에 관한 것이다.
최근, 화석연료의 사용에 따른 지구 기후의 변동을 최소한으로 하기 위하여, 자연 에너지 즉 태양 및 바람에 포함된 에너지의 사용에 대하여 관심이 집중되고 있다. 그 중심에 있는 것이 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양 전지의 사용이다.
태양 전지(Solar Cell)는 광전효과를 이용하는 장치로, 태양의 빛 에너지를 전기에너지로 변환한다. 광전효과는 빛에 노출된 금속판으로부터 전자가 발생하는 원인을 규명하는 과정에서 도출된 것으로 빛이 입자의 성질을 가진다는 것을 증명한 것이다. 빛 입자는 광자(Photon)라고 하는데, 운동하던 광자가 태양전지의 금속판에 충돌하여 그 운동에너지에 해당하는 양의 전자를 금속판으로부터 생성시키며, 태양전지는 생성된 전자를 저장한다.
태양전지의 효율에 영향을 주는 인자로는, 태양전지의 표면에서 태양 빛이 반사되는 양 및 태양전지의 내부 저항에 의한 손실 등이 있다. 상용화된 태양전지의 표면은 보통 저 철분 강화유리나 에폭시 수지로 되어 있다. 비반사 코팅(AR coating) 처리가 되어 있지 않은 유리나 에폭시 수지 표면에서는 약 10% 정도의 반사가 일어난다.
태양전지에서 발생된 전기에너지가 태양전지 자체의 전기저항에 의해 열에너지로 손실되는 양도 상당하다. 또한 태양전지는 모든 파장의 빛을 전기로 변환하지는 않는데, 이는 파장에 따라 변환 율이 서로 다르기 때문이다.
상기와 같은 이유로 입사되는 빛 에너지가 전부 전기에너지로 변환되지 못하기는 하지만, 이 부분에 대한 연구는 논외로 하고, 일단 생성된 전기에너지를 누설과 같은 손실 없이 충전자는 것이 요구된다. 종래의 경우 태양전지에 축적된 전기에너지 즉 전자들이 충전지에 전달되지 못하여 생성된 전자의 개수와 충전에 사용된 전자의 개수의 비율이 상당히 낮아 변환효율을 더욱 더 감소시키는 원인이 되었다.
이와 관련하여 태양전지에서 생성된 전자가 전자충전장치로 전달되는 효율을 최대한으로 크게 하는 선행기술로서 한국특허등록번호 10-1025795가 있다. 이는 태양전지에서 전도 대역(conduction band)으로 여기(Excitation, 勵起)된 전자를 고안된 인핸서를 이용하여 유도하고, 유도된 전자를 충전용배터리로 펌핑(Pumping)하는 기술이다. 당해 선행기술에 따르면, 태양전지에서 광전효과에 의하여 전도대역으로 여기된 전자는 전자 릴레이 인핸서에 의하여 유도되어 가전자 대역(Valence Band)으로 다시 떨어지지 않으므로 충전의 효율이 상승된다. 즉, 당해 선행기술에 의한 전자 릴레이 인핸서는 태양전지에서 생성된 전자들을 양극으로 도전된 커패시터로 유도하여 생성된 전자들이 가전자 대역으로 다시 떨어지지 않도록 함으로써 태양전지 시스템의 충전효율을 상승시키는 것이다.
그런데, 당해 선행기술에 따른 전하 릴레이 인핸서는 2개의 커패시터 및 4개의 다이오드가 포함되어 구성되므로 고집적화가 어려운 문제점이 있다. 이로 인하여 태양전지 시스템의 전체적인 부피를 증가시킬 뿐 아니라 커패시터와 다이오드 상호간의 연결에 따라 저항이 발생되어 태양전지 시스템의 효율을 떨어뜨릴 수 있는 문제점이 있다.
특허등록번호 10-1025795
상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 전자 릴레이 인핸서의 고집적화가 가능하도록 하여 전자 릴레이 인핸서가 사용되는 장치의 부피를 최소화할 수 있는 전자소자를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 전자가 태양전지 등의 전원장치에서 부하로 최대한 손실 없이 전달되도록 하는 전자소자를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 고집적화를 통하여 부피를 최소화하고, 연결된 전원장치에서 입력된 전자를 최대한의 손실 없이 부하로 전달할 수 있는 전자 릴레이 인핸서를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극과 제2 전극은 절연체로 분리되어 형성된 커패시터층; 및 P형 산화물 및 N형 산화물이 접합되어 상기 제1 전극의 상면에 형성된 PN접합다이오드층;을 포함하는 전자소자가 제공된다.
여기서, 상기 PN접합다이오드층은, 상기 P형 산화물과 상기 N형 산화물이 모두 상기 제1 전극의 상면에 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 커패시터층의 상기 제2 전극이 서로 다른 극성을 가진 2개의 전압전원 중 양의 극성을 가지는 전원전압과 연결되면 상기 커패시터층에 전자가 유도될 수 있다.
또한, 전원장치의 음극과 전기적으로 연결된 상기 P형 산화물을 통하여 상기 전자가 상기 전원장치에서 상기 커패시터층으로 유도될 수 있다.
또한, 상기 커패시터층의 상기 제2 전극이 서로 다른 극성을 가진 2개의 전압전원 중 음의 극성을 가지는 전원전압과 연결되면 상기 커패시터층에 유도된 전자가 상기 N형 산화물로 펌핑될 수 있다.
또한, 상기 커패시터층에 유도된 상기 전자가 상기 N형 산화물과 전기적으로 연결된 부하로 펌핑될 수 있다.
또한, 상기 전원장치는 태양전지이고, 상기 태양전지의 N형 반도체가 상기 P형 산화물과 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 서로 다른 극성을 가진 2개의 전원전압; 및 상기 2개의 전원전압 중 양의 극성을 가지는 전원전압과 연결되면 전원장치와 연결된 P형 산화물을 통하여 커패시터층에 전자가 유도되고, 음의 극성을 가지는 전원전압과 연결되면 상기 커패시터층에 유도된 전자를 N형 산화물을 통하여 부하로 펌핑하는 전자소자;를 포함하되, 상기 P형 산화물 및 상기 N형 산화물은 접합되어 상기 커패시터층의 일 전극 상면에 형성된 것을 특징으로 하는 전자 릴레이 인핸서가 제공된다.
여기서, 상기 전원장치는 태양전지이고, 상기 태양전지의 N형 반도체가 상기 P형 산화물과 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 전자소자는 전자 릴레이 인핸서의 고집적화가 가능하도록 하여 전자 릴레이 인핸서가 사용되는 장치의 부피를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전자소자는 커패시터와 다이오드들 간의 연결에 따른 저항을 최소화하였으므로 당해 전자소자를 포함하는 전자 릴레이 인핸서는 전자가 태양전지 등의 전원장치에서 부하로 최대한 손실 없이 전달되도록 할 수 있다.
도 1은 종래의 발명에 따른 전자 릴레이 인핸서를 구비하는 태양전지 시스템의 블록도.
도 2는 종래의 발명에 따른 전자 릴레이 인핸서를 구비하는 태양전지 시스템의 일 실시예.
도 3은 종래의 발명에 따른 전자 릴레이 인핸서의 제1전자유도 및 펌핑장치에 전자가 유도되고 제2전자유도 및 펌핑장치가 유도된 전자를 펌핑하는 전자의 흐름을 나타낸 도시도.
도 4는 종래의 발명에 따른 전자 릴레이 인핸서의 제2전자유도 및 펌핑장치에 전자가 유도되고 제1전자유도 및 펌핑장치가 유도된 전자를 펌핑하는 전자의 흐름을 나타낸 도시도.
도 5는 종래의 발명에 따른 전자 릴레이 인핸서의 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 전자소자의 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 전자소자가 포함된 전자 릴레이 인핸서를 구비하는 태양전지 시스템의 구성도.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 발명에 따른 전자 릴레이 인핸서를 구비하는 태양전지 시스템의 블록도이다.
이하, 본 발명에 따른 전자소자 및 전자소자를 포함하는 전자 릴레이 인핸서에 대하여 설명하기 전에 이해와 설명의 편의를 위하여 종래의 발명(한국특허등록번호 10-1025795)의 동작에 대하여 다시 한 번 설명한다.
도 1을 참조하면, 종래의 전자 릴레이 인핸서(Electron Relay Enhancer, 100)는 태양전지(150)로부터 생성된 전자를 충전용 배터리(160)에 전달하는 기능을 수행하며, 2개의 전자유도 및 펌핑장치(120, 130) 및 전자경로 선택장치(110)를 구비한다.
제1전자유도 및 펌핑장치(120)는 제어신호(CON)에 응답하여 선택된 서로 다른 극성을 가진 2개의 전압전원(V+, V-) 중 하나의 전원전압을 이용하여 전자를 유도하고, 유도된 전자를 펌핑(pumping)하는 기능을 수행한다.
제2전자유도 및 펌핑장치(130)는 제어신호(CON)에 응답하여 선택된 서로 다른 극성을 가지는 2개의 전원전압(V+, V-) 중 하나의 전원전압을 이용하여 전자를 유도하고 유도된 전자를 펌핑하는 기능을 수행한다.
전자경로 선택장치(110)는 입력단자로 수신한 전자를 2개의 입출력단자를 통해 제1전자유도 및 펌핑장치(120) 및 제2전자유도 및 펌핑장치(130)에 각각 전달하고, 제1전자유도 및 펌핑장치(120) 및 제2전자유도 및 펌핑장치(130)에서 펌핑된 전자를 2개의 입출력단자를 통해 각각 수신한 후 출력단자로 출력하는 기능을 수행한다.
도 1에는 자세하게 도시되지 않았지만, 서로 다른 극성을 가지는 2개의 전원전압(V+, V-)은 전압발생기(미도시)와 같은 외부장치로부터 종래의 전자 릴레이 인핸서(100)로 공급될 수도 있고, 충전용 배터리(160)로부터 공급받을 수도 있다. 또한 도 1에는 태양전지(150)의 일단자로부터 종래의 전자 릴레이 인핸서(100)에 전자가 전달되는 것만 도시되어 있지만, 태양전지(150)의 다른 일 단자가 충전용 배터리(160)의 다른 일 단자와 연결되는 것은 당연하므로 도 1에 도시된 회로는 전체적으로 폐회로를 구성한다.
도 2는 도 1에 도시된 종래의 발명에 따른 전자 릴레이 인핸서를 구비하는 태양전지 시스템의 실시 예이다.
도 2를 참조하면, 전자경로 선택장치(110)는, 4개의 다이오드(D1~D4)를 구비한다. 제1다이오드(D1)는 일 단자가 입력단자(In)에 연결되고 다른 일 단자는 제1입출력단자(I/O1)에 연결된다. 제2다이오드(D2)는 일 단자가 입력단자(In)에 연결되고 다른 일 단자는 제2입출력단자(I/O2)에 연결된다. 제3다이오드(D3)는 일 단자가 제1입출력단자(I/O1)에 연결되고 다른 일 단자는 출력단자(Out)에 연결된다. 제4다이오드(D4)는 일 단자가 제2입출력단자(I/O2)에 연결되고 다른 일 단자는 출력단자(Out)에 연결된다. 여기서는 전자를 일 방향으로만 전달하는 전자전달장치로 다이오드를 예를 들었다. 그러나 트랜지스터로 전자전달장치를 구현하는 것이 가능하다. 전자를 일 방향으로만 전달하는 전자전달장치를 전자경로 선택장치(110)에 사용하는 이유는 도 3 및 도 4의 설명으로부터 분명하게 이해할 수 있다.
제1전자유도 및 펌핑장치(120)는 제1커패시터(C1) 및 제1스위치(SW1)를 구비한다. 제1커패시터(C1)는 일 단자가 제1입출력단자(I/O1)에 연결된다. 제1스위치(SW1)는 제어신호(CON)에 응답하여 선택된 제1전원전압(V+) 및 제2 전원전압(V-) 중 하나의 전원전압을 제1커패시터(C1)의 다른 일 단자로 스위칭 한다.
제2전자유도 및 펌핑장치(130)는 제2커패시터(C2) 및 제2스위치(SW2)를 구비한다. 제2커패시터(C2)는 일 단자가 제2입출력단자(I/O2)에 연결된다. 제2스위치(SW2)는 제어신호(CON)에 응답하여 선택된 제1전원전압(V+) 및 제2 전원전압(V-) 중 하나의 전원전압을 제2커패시터(C2)의 다른 일 단자로 스위칭 한다. 여기서 스위치는 단일 트랜지스터, 2개의 트랜지스터로 구현되는 트랜스미션 게이트 또는 릴레이 등이 사용될 수 있다.
이하에서는 도 2에 도시된 종래의 전자 릴레이 인핸서(Electron Relay Enhancer)의 동작에 대하여 설명한다. 이하의 설명에서는 다이오드들의 2개의 단자를 P형 단자 및 N형 단자라고 가정한다. 여기서 P형 단자는 PN 다이오드의 P형 불순물이 포함된 활성영역(Active Area)을 의미하고, N형 단자는 N형 불순물이 포함된 활성영역을 의미한다. 전자는 N형 단자로부터 P형 단자로 이동이 용이하며, 정공은 P형 단자로부터 N형 단자로 이동이 용이하지만, 반대의 경우는 PN 전합에 형성된 전위장벽 때문에 이루어질 수 없다.
태양전지(150)로부터 전달된 전자는 제1다이오드(D1) 및 제2다이오드(D2)의 N형 단자로 입력된다. 제1다이오드(D1)를 통과한 전자는 제1입출력단자(I/O1)에서 제1전자유도 및 펌핑장치(120) 및 제3다이오드(D3)로 이동이 가능하다. 마찬가지로 제2다이오드(D1)를 통과한 전자는 제2입출력단자(I/O2)에서 제2전자유도 및 펌핑장치(130) 및 제4다이오드(D4)로 이동이 가능하다. 제3다이오들(D3) 및 제4다이오드(D4)를 통과한 전자들은 충전용 (160)에 전달되어 축적된다.
제1전자유도 및 펌핑장치(120)에 포함된 제1커패시터(C1)의 다른 일 단자에는 제어신호(CON)의 값에 따라 제1전원전압(V+) 및 제2전원전압(V-) 중 하나의 전원전압이 연결된다. 여기서 제1전원전압(V+)은 양의 전압준위를 가지고 제2전원전압(V-)은 음의 전압준위를 가진다.
태양전지로부터 생성된 전자들은 제1다이오드(D1)를 거쳐 제1입출력단자(I/O1)에 전달되며, 이 곳에 전달된 전자들은 제3다이오드(D3)를 거쳐 충전용 배터리(160)로 이동하거나 제1전자유도 및 펌핑장치(120)로 이동할 수 있다. 이 때 제1커패시터(C1)의 다른 일 단자에 양의 전압준위를 가지는 제1전원전압(V+)이 인가되면, 제1입출력단자(I/O1)에 전달에 전자들은, 제3다이오드(D3)를 거쳐 충전용 배터리(160)로 이동하지 않고, 제1커패시터(C1)의 일 단자로 유도될 것이다.
반대로 제1커패시터(C1)의 다른 일 단자에 음의 전압준위를 가지는 제2전원전압(V-)이 인가되면, 제1커패시터(C1)의 일 단자에는 정공이 유도된다. 여기서 정공이 유도된다는 말의 의미는 이전에 유도된 전자들이 먼 쪽으로 밀려난다는 것과 동일하며, 밀려난 전자들은 제3다이오드(D3)를 거쳐 충전용 배터리(160)로 모두 이동하게 될 것이다. 여기서는 전자들이 밀려나는 것을 펌핑된다는 용어로 대신 사용한다.
이 경우 제1전원전압(V+) 및 제2전원전압(V-)의 전압준위를 적절하게 선택하면, 제1입출력단자(I/O1)에 전달에 전자들 전부를 제1커패시터(C1)에 유도할 수 있고, 유도된 모든 전자들은 제3다이오드(D3)를 거쳐 충전용 배터리(160)로 펌핑 시킬 수 있다.
제2전자유도 및 펌핑장치(130)에 포함된 제2커패시터(C2)의 다른 일 단자에는 제어신호(CON)의 값에 따라 제1전원전압(V+) 및 제2전원전압(V-) 중 하나의 전원전압이 연결된다.
태양전지로부터 생성된 전자들은 제2다이오드(D2)를 거쳐 제2입출력단자(I/O2)에 전달되며, 이 곳에 전달된 전자들은 제4다이오드(D4)를 거쳐 충전용 배터리(160)로 이동하거나 제2전자유도 및 펌핑장치(130)로 이동할 수 있다. 이 때 제2커패시터(C2)의 다른 일 단자에 양의 전압준위를 가지는 제1전원전압(V+)이 인가되면, 제2입출력단자(I/O2)에 전달에 전자들은, 제4다이오드(D4)를 거쳐 충전용 배터리(160)로 이동하지 않고, 제2커패시터(C2)의 일 단자로 유도될 것이다.
반대로 제2커패시터(C2)의 다른 일 단자에 음의 전압준위를 가지는 제2전원전압(V-)이 인가되면, 제2커패시터(C2)의 일 단자에 유도된 전자들이 제4다이오드(D4)를 거쳐 충전용 배터리(160)로 모두 펌핑 될 것이다.
상술한 바와 같이, 제1전자유도 및 펌핑장치(120) 및 제2전자유도 및 펌핑장치(130)는 동일한 기능을 수행할 수 있는데, 상기 2개의 기능블록(120, 130)을 시간 구간을 나누어 사용한다는 것이다. 즉, 하나의 기능블록에 전자가 유도되고 있을 때에는 다른 기능블록이 유도된 전자들을 충전용 배터리(160)로 펌핑하도록 한다. 이러한 과정은 제어신호(CON)에 의해 이루어진다.
도 2를 참조하면, 제1스위치(SW1)가 제1전원전압(V+)을 스위칭하고 있을 때, 제2스위치(SW2)는 제2전원전압(V- )을 스위칭하고 있다.
도 3은 종래의 발명에 따른 전자 릴레이 인핸서의 제1전자유도 및 펌핑장치에 전자가 유도되고 제2전자유도 및 펌핑장치가 유도된 전자를 펌핑하는 전자의 흐름을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 제1전자유도 및 펌핑장치(120)의 제1커패시터(C1)의 오른 쪽 단자에 양의 전압준위를 가지는 제1전원전압(V+)이 인가되었으므로, 태양전지(150)로부터 전달되어 제1입출력단자(I/O1)에 전달된 전자(e-)들이 제1커패시터(C1)의 일 단자에 유도된다. 이 때 제2전자유도 및 펌핑장치(130)의 제2커패시터(C2)의 오른 쪽 단자에 음의 전압준위를 가지는 제2전원전압(V-)이 인가되었으므로, 이전에 제2커패시터(C2)의 일 단자에 유도된 전자(e-)들이 충전용 배터리(160)로 펌핑된다.
도 4는 종래의 발명에 따른 전자 릴레이 인핸서의 제2전자유도 및 펌핑장치에 전자가 유도되고 제1전자유도 및 펌핑장치가 유도된 전자를 펌핑하는 전자의 흐름을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 제1전자유도 및 펌핑장치(120)의 제1커패시터(C1)의 오른 쪽 단자에 음의 전압준위를 가지는 제2전원전압(V-)이 인가되었으므로, 이전에 제1커패시터(C1)의 일 단자로 유도되었던 전자(e-)들이 충전용 배터리(160)로 펌핑된다. 이 때 제2전자유도 및 펌핑장치(130)의 제2커패시터(C2)의 오른 쪽 단자에 양의 전압준위를 가지는 제1전원전압(V+)이 인가되었으므로, 태양전지(150)로부터 전달되어 제2입출력단자(I/O2)에 전달된 전자(e-)들이 제2커패시터(C2)의 일 단자에 유도된다.
2개의 전원전압을 생성하는 방법은 다양한데, AC 전원을 AC-DC 변환기로 변환하여 생성하거나, 설정전압 보다 더 높은 전압준위를 가지는 DC 전압전원의 전압준위를 강하(Voltage drop)시켜서 생성시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 종래의 전자 릴레이 인핸서(100)의 경우, 서로 다른 극성을 가지는 2개의 전압전원(V+, V-) 중 양의 극성을 가지는 전압전원(V+)가 제1커패시터(C1) 또는 제2커패시터(C2)에 인가되면 태양전지(150)에서 생성된 자유전자가 제1커패시터(C1) 또는 제2커패시터(C2)에 유도된다. 또한, 음의 극성을 가지는 전압전원(V-)가 제1커패시터(C1) 또는 제2커패시터(C2)에 인가되면 유도된 전자가 출력단자(Out)를 통하여 부하인 충전용 배터리(160)로 펌핑된다. 이는 한쪽 방향으로만 전자가 이동될 수 있는 다이오드의 특성 때문에 가능함은 자명하다.
그런데, 종래의 전자 릴레이 인핸서(100)의 경우 2개의 커패시터(C1, C2) 및 4개의 다이오드(D1 내지 D4)를 포함하기 때문에 고집적화가 어렵고, 이로 인하여 태양전지 시스템의 전체적인 부피를 증가시킬 뿐 아니라 캐패시터들(C1, C2)과 다이오드들(D1 내지 D4) 상호간의 연결에 따라 저항이 발생되어 태양전지 시스템의 효율을 떨어뜨릴 수 있는 문제점이 있다. 따라서, 종래의 전자 릴레이 인핸서(100)의 구성을 대체할 수 있는 전자소자를 제안하고자 한다.
도 5는 종래의 발명에 따른 전자 릴레이 인핸서의 구성도이다.
도 5를 참조하면, 종래의 발명에 따른 종래의 전자 릴레이 인핸서(100)의 구성은 상술한 도 2 내지 도 4를 참조한 바와 같다. 그 중 제1 다이오드(D1), 제3 다이오드(D3) 및 제1 커패시터(C1)를 하나의 간단한 전자소자로서 구현할 수 있으며, 이는 도 6과 같을 수 있다. 이하, 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 전자소자 및 전자소자를 포함하는 전자 릴레이 인핸서의 구성에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 전자소자의 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 전자소자(600)는 커패시터층 및 PN접합다이오드층(610)을 포함한다. 여기서, 커패시터층은 제1 전극(640) 및 제2 전극(650)을 포함하고, 제1 전극(640)과 제2 전극(650)은 균일한 두께의 절연체(Dielectric)(660)로 분리되어 형성된다. 즉, 커패시터층은 일반적인 커패시터와 동일 또는 유사하게 형성될 수 있고, 커패시터의 종류 및/또는 구조는 본 발명의 권리범위를 제한하지 않는다.
또한, PN접합다이오드층(610)은 P형 산화물(620) 및 N형 산화물(630)이 접합되어 제1 전극(640)의 상면에 형성된다. 이때, P형 산화물(620)과 N형 산화물(630)이 모두 제1 전극(640)의 상면에 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 제1 전극(640)의 상면에는 P형 산화물(620)도 전기적으로 연결될 뿐만 아니라 N형 산화물(630) 또한 전기적으로 연결될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전자소자(600)에는 3개의 노드(node)가 형성될 수 있고, 도 6에 예시되어 있는 노드 a'는 도 5의 노드 a에 대응되고, 노드 b'는 도 5의 노드 b에 대응되며, 노드 c'는 도 5의 노드 c에 각각 대응될 수 있다. 이하, 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 전자소자(600)의 동작에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명에 따른 전자소자가 포함된 전자 릴레이 인핸서를 구비하는 태양전지 시스템의 구성도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 태양전지 시스템(700)은 본 발명에 따른 전자 릴레이 인핸서(710), 태양전지(150) 및 충전용 배터리(160)를 포함하고, 본 발명에 따른 전자 릴레이 인핸서(710)가 태양전지와 충전용 배터리(160) 사이에 전기적으로 연결됨은 종래의 태양전지 시스템과 유사하다. 다만, 본 발명에 따른 전자 릴레이 인핸서(710)는 2개의 커패시터(C1, C2) 및 4개의 다이오드(D1 내지 D2) 대신에 2개의 전자소자(610-1, 610-2)를 포함한다.
그리고, 각 전자소자(610-1, 610-2)의 노드 a'(즉, 제2 전극(650))는 서로 다른 극성을 가진 2개의 전압전원과 스위치(SW1 또는 SW2)를 통하여 전기적으로 연결되고, 노드b'(즉, P형 산화물(620))는 태양전지(150)(특히, 태양전지(150)의 N형 반도체)와 전기적으로 연결되며, 노드 c'(즉, N형 산화물(630))는 부하(Load)인 충전용 배터리(160)와 전기적으로 연결된다.
그리고, 도 7에 도시된 바와 같이 제1 전자소자(610-1)의 제2 전극에 양의 극성을 가지는 전원전압(V+)가 연결되면 제1 전자소자(610-1)의 커패시터층에는 전자가 유인된다. 즉, 제1 전자소자(610-1)의 제2 전극에 제1전원전압(V+)이 인가되면, 태양전지(150)에서 발생된 자유전자는 전기적으로 연결된 제1 전자소자(610-1)의 P형 산화물로 유입되며, 유입된 자유전자들은 제1전원접압(V+)에 의하여 유인되어 제1 전자소자(610-1)의 커패시터층에 채워진다.
한편, 제1 전자소자(610-1)의 제2 전극에 제1전원전압(V+)이 연결된 경우 제2 전자소자(610-2)의 제2 전극에는 제2전원전압(V-)이 연결되도록 제어되므로 태양전지(150)에서 발생된 자유전자들은 제2 전자소자(610-2)로 유인되지 못하게 됨은 자명하다. 자유전자(e-)와 제2 전자소자(610-2)의 제1 전극의 극성(음극)이 동일하기 때문이다.
이후, 제1 전자소자(610-1)의 제2 전극에 음의 극성을 가지는 전원전압(V-)이 연결되면 제1 전자소자(610-1)의 커패시터층에 유도되었던 전자들이 부하인 충전용 배터리(160)로 펌핑된다. 즉, 제1 전자소자(610-1)의 제2 전극에 제2전원전압(V-)이 인가되면, 제1 전자소자(610-1)의 커패시터층에 채워져 있던 전자들은 제1 전자소자(610-1)의 N형 산화물로 펌핑(pumping)되어 전기적으로 연결된 부하인 충전용 배터리(160)로 이동된다. 전자들은 P형 산화물(720)에서 N형 산화물(730) 방향으로만 이동될 수 있는 다이오드의 특성 때문이다.
이상에서는 제1 전자소자(610-1)의 동작에 대해서만 설명하였으나, 제2 전자소자(610-2)의 동작은 연결되는 전원전압의 극성에 따라 다르게 동작되는 제1 전자소자(610-1)의 동작과 동일 또는 유사하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
여기서, 본 발명의 실시예에 사용된 태양전지(150)는 연료전지로 대체될 수 있으며, 이 경우 연료전지의 효율을 향상시킬 수 있다. 이는 연료전지에서 전도 대역(conduction band)으로 여기(Excitation, 勵起)된 자유전자들이 다시 가전자 대역(Valence band)으로 떨어지는 것을 방지할 수 있기 때문이다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 전원장치(즉, 전자가 공급되는 장치)로서 태양전지(150)가 예시되었으나, 전원장치는 연료전지 등 전자를 공급할 수 있는 모든 장치로 대체될 수 있음은 자명하다.
또한, 본 발명의 전자 릴레이 인핸서는 LED(Light Emitting Diodes) 및/또는 OLED(Organic Light Emitting Diodes)에 적용되어, LED 및 OLED의 효율을 향상시킬 수 있으며, 나아가 2차 전지 및 기타 전자기기 등에 적용되어 이들의 효율을 향상시킬 수도 있음은 자명하다.
이상과 같이 본 발명은 양호한 실시 예에 근거하여 설명하였지만, 이러한 실시 예는 본 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이므로, 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련자라면 본 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시 예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능할 것이다. 그러므로, 본 발명의 보호 범위는 본 발명의 기술적 사상의 요지에 속하는 변화 예나 변경 예 또는 조절 예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
610: 전자 소자
620: P형 산화물
630 : N형 산화물
640 : 제1 전극
650 : 제2 전극
660 : 절연체

Claims (9)

  1. 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 절연체로 분리되어 형성된 커패시터층; 및
    P형 산화물 및 N형 산화물이 접합되어 상기 제1 전극의 상면에 적층되어 형성된 PN접합다이오드층;
    을 포함하는 전자소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 PN접합다이오드층은,
    상기 P형 산화물과 상기 N형 산화물이 모두 상기 제1 전극의 상면에 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 전자소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극이 서로 다른 극성을 가진 2개의 전압전원 중 양의 극성을 가지는 전원전압과 연결되면 상기 커패시터층에 전자가 유도되는 것을 특징으로 하는 전자소자.
  4. 제3항에 있어서,
    전원장치의 음극과 전기적으로 연결된 상기 P형 산화물을 통하여 상기 전자가 상기 전원장치에서 상기 커패시터층으로 유도되는 것을 특징으로 하는 전자소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극이 서로 다른 극성을 가진 2개의 전압전원 중 음의 극성을 가지는 전원전압과 연결되면 상기 커패시터층에 유도된 전자가 상기 N형 산화물로 펌핑되는 것을 특징으로 하는 전자소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 커패시터층에 유도된 상기 전자가 상기 N형 산화물과 전기적으로 연결된 부하로 펌핑되는 것을 특징으로 하는 전자소자.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 전원장치는 태양전지이고, 상기 태양전지의 N형 반도체가 상기 P형 산화물과 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 전자소자.
  8. 서로 다른 극성을 가진 2개의 전원전압; 및
    상기 2개의 전원전압 중 양의 극성을 가지는 전원전압과 연결되면 전원장치와 연결된 P형 산화물을 통하여 커패시터층에 전자가 유도되고, 음의 극성을 가지는 전원전압과 연결되면 상기 커패시터층에 유도된 전자를 N형 산화물을 통하여 부하로 펌핑하는 전자소자;
    를 포함하되,
    상기 P형 산화물 및 상기 N형 산화물은 접합되어 상기 커패시터층의 일 전극 상면에 적층되어 형성된 것을 특징으로 하는 전자 릴레이 인핸서.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전원장치는 태양전지이고, 상기 태양전지의 N형 반도체가 상기 P형 산화물과 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 전자 릴레이 인핸서.
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