KR101915891B1 - Choatic nanowire - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 효율적 광 흡수를 위한 혼돈 나노와이어 또는 마이크로와이어에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 나노와이어 또는 마이크로와이어의 광 흡수율을 향상시키기 위해서 와이어의 단면 공간에 중첩되는 다양한 공명모드들이 형성되도록 와이어의 단면을 2차원 혼돈 공진기의 형태로 제조하는 혼돈 나노와이어 또는 혼돈 마이크로와이어에 관한 것이다. The present invention relates to chaotic nanowires or microwires for efficient light absorption and, more particularly, to a nanowire or microwire for efficient light absorption, and more particularly, To a chaotic nanowire or a chaotic microwire fabricated in the form of a two-dimensional chaotic resonator.
최근 석유, 석탄과 같은 화석 에너지의 소비로 인한 환경 오염이 점차 증대되고, 이산화탄소의 증가로 인한 지구 온난화로 전세계의 기후 변화로 인한 피해가 커짐에 따라, 친환경 대체 에너지에 대한 관심이 증대되고 있다. 그 중에서도 태양 전지는 무한한 에너지인 태양으로부터의 빛, 태양광을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 전지로서, 환경 오염이 없는 친환경 대체 에너지라는 점에서 많은 관심을 받고 있다. Recently, environmental pollution due to the consumption of fossil energy such as petroleum and coal is gradually increasing, and global warming caused by the increase of carbon dioxide has increased the damage caused by global climate change, so that interest in environmentally friendly alternative energy is increasing. Among them, solar cells are the ones that generate electric energy by using light from the sun, which is infinite energy, and sunlight, and it is attracting much attention because it is environmentally friendly alternative energy without environmental pollution.
또한, 최근 태양전지 중에서는 유리창이나 자동차의 유리면으로 사용하기 위해서, 태양광의 일부는 흡수하여 전기 에너지를 생산하면서도, 나머지 일부의 태양광은 그대로 투과시켜서 투명하게 보이도록 하는 투명 태양전지에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이러한 투명 태양전지의 효율을 극대화하기 위하여, 주로 태양전지의 재료에 대한 연구와 태양전지의 제작 방법 및 태양전지의 전체 구조에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다. In recent years, research on transparent solar cells has been carried out in order to use solar cells as a glass window or a glass surface of automobiles, while absorbing a part of sunlight to produce electric energy, In order to maximize the efficiency of such a transparent solar cell, studies on the material of the solar cell, the manufacturing method of the solar cell, and the entire structure of the solar cell have been conducted.
즉, 최근에는 투명 태양전지에서 나노와이어 또는 마이크로와이어를 이용하여, 태양광이 투과하는 부분에 산란 입자들을 분포시켜 광 흡수율을 높이는 방법이 활발히 연구되고 있다. 그러나, 투명 태양전지의 광 효율을 상승시키기 위해서 제조 방법에 대한 연구가 활발히 진행되면서도, 태양전지의 구성요소인 나노와이어 또는 마이크로와이어의 단면의 특성에 따른 광 흡수율에 대한 연구는 미흡하다는 문제점이 존재하였다.That is, recently, a method of increasing the light absorptance by distributing scattering particles at a portion through which sunlight is transmitted by using nanowires or microwires in a transparent solar cell has been actively studied. However, in order to increase the light efficiency of the transparent solar cell, studies on the manufacturing method have been actively conducted, and there has been a problem that research on the light absorption rate depending on the cross-sectional characteristics of the nanowire or microwire, which is a component of the solar cell, Respectively.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 광 흡수율을 향상시키기 위해서, 와이어의 단면 공간에 중첩되는 다양한 공명모드들이 형성되도록 와이어의 단면을 2차원 혼돈 공진기의 형태로 제조하는 혼돈 나노와이어 또는 혼돈 마이크로와이어를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a chaotic nano-resonator having a plurality of resonance modes, Wire or a chaotic micro-wire.
본 발명의 일 실시예에 따른 혼돈 나노와이어 또는 혼돈 마이크로와이어에 있어서, 와이어의 단면은 와이어의 단면 공간에 복수개의 공명모드들이 중첩되어 형성되도록 하는 2차원 혼돈 공진기 형태를 가질 수 있다.In a chaotic nanowire or a chaotic microwire according to an embodiment of the present invention, the cross section of the wire may have a two-dimensional chaotic resonator shape in which a plurality of resonance modes are formed by overlapping in a cross-sectional space of the wire.
또한, 상기 2차원 혼돈 공진기 형태는 공진기 내부의 궤적이 위상 공간에서 불규칙하게 혼돈으로 나타나는 도형이다. In addition, the two-dimensional chaotic resonator type is a figure in which the locus in the resonator appears irregularly chaotic in the phase space.
또한, 혼돈 궤적이 형성되도록 하는 도형 형태는 원의 수식에 사인 혹은 코사인과 같은 다른 수식이 더해진 형태로 결정되는 도형 형태일 수 있다.In addition, the shape of the figure in which the chaotic locus is formed may be a figure shape determined by adding another expression such as a sine or cosine to the original formula.
또한, 혼돈 궤적이 형성되도록 하는 도형 형태는 타원의 수식에 사인 혹은 코사인과 같은 다른 수식이 더해진 형태로 결정되는 도형 형태일 수 있다.In addition, the figure shape in which the chaotic locus is formed may be a figure shape determined by adding another expression such as a sign or a cosine to the expression of the ellipse.
또한, 혼돈 궤적이 형성되도록 하는 도형 형태는 반지름이 다른 원호들이 결합된 도형 형태 또는 반지름이 다른 원호들과 이심률이 다른 타원의 호들이 결합된 도형 형태 또는 이심률이 다른 타원의 호들이 결합된 도형 형태일 수 있으며, 이중 하나의 호의 반지름이 무한대이거나 이심률이 1인 타원을 포함할 수 있다.Also, a figure shape for forming a chaotic locus may be a figure shape in which circular arcs having different radii are combined, or a figure shape in which arcs having different radii are combined with oval arcs having different eccentricities, or a figure shape in which arcs having different eccentricities are combined Which may include an ellipse with a radius of one arc infinity or an eccentricity of one.
또한, 혼돈 궤적이 형성되도록 하는 도형 형태는 쿼드러폴(Quadrupole) 형태일 수 있다. In addition, the shape of the figure in which the chaotic locus is formed may be in the form of a quadrupole.
또한, 혼돈 궤적이 형성되도록 하는 도형 형태는 나선형(Spiral) 형태일 수 있다.Also, the shape of the figure in which the chaotic locus is formed may be a spiral shape.
또한, 혼돈 궤적이 형성되도록 하는 도형 형태는 스타디움 형태일 수 있다. Also, the shape of the figure for forming the chaotic locus may be a stadium shape.
또한, 스타디움 형태에서 경계면은 원호와 직선 또는 타원의 호와 직선일 수 있다.Also, in the form of a stadium, the interface may be an arc, a straight line, or an arc of an ellipse.
또한, 와이어의 길이는 1 나노미터에서 10밀리미터 일 수 있고, 와이어 단면의 장축에 대한 단축의 비는 1.0에서 0.001 사이이며, 와이어 단면의 단축의 길이는 1 나노미터에서 10밀리미터 일 수 있다. In addition, the length of the wire can be from 1 nanometer to 10 millimeters, the ratio of the minor axis to the major axis of the wire cross section is between 1.0 and 0.001, and the minor axis length of the wire cross section can be from 1 nanometer to 10 millimeters.
혼돈 나노와이어 또는 혼돈 마이크로와이어는 기판, 충전물 및 전극을 더 포함하여 태양전지를 형성할 수 있다. The chaotic nanowire or chaotic microwire can further comprise a substrate, a filler, and an electrode to form a solar cell.
태양전지에서 와이어들은 삼각형 구조, 정사각형 구조, 직사각형 구조 또는 육각형 구조의 격자 구조로 배열될 수 있다.In solar cells, wires can be arranged in a lattice structure of triangular, square, rectangular or hexagonal structure.
또한, 태양전지에서 와이어들은 랜덤 미디어의 특성을 보유하도록 불규칙한 구조로 배열될 수 있다.In addition, the wires in a solar cell can be arranged in an irregular structure to retain the characteristics of random media.
혼돈 나노와이어 또는 혼돈 마이크로와이어에서 단면은, 혼돈 궤적이 형성되도록 하는 도형 형태는 궤적이 위상 공간의 전체 영역에서 혼돈 궤적을 가지는 카디오이드(Caedioid), 전구(bulb)형, 나선형, 반달형 등의 도형 형태 및 궤적의 위상 공간의 일부 영역에서 혼돈 궤적을 가지는 쿼드러폴(Quadrupole) 머쉬룸(mushroom), 아령형, 리마손, 륄로 삼각형, 오발(oval)형 등의 도형 형태 중의 하나일 수 있다.The cross-sectional shape of a chaotic nanowire or chaotic microwire is such that a chaotic locus is formed in the form of a cardioid, a bulb, a spiral, a half-moon, etc. having a chaotic locus in the entire region of the phase space A quadrupole mushroom having a chaotic locus in a part of the phase space of the locus, a dumbbell shape, a limasson, a triangle shape, and an oval shape.
본 발명의 일 실시예에 따른 혼돈 나노와이어 또는 혼돈 마이크로와이어에 따르면, 와이어의 단면 공간에 다양한 공명모드들이 중첩되어 형성되도록 와이어의 단면을 2차원 혼돈 공진기의 형태로 제조함으로써 혼돈 나노와이어 또는 마이크로와이어의 광 흡수율을 증가시킬 수 있다. According to the chaotic nanowire or the chaotic microwire according to an embodiment of the present invention, the cross-section of the wire is formed in the form of a two-dimensional chaotic resonator so that various resonance modes are superimposed on the cross- It is possible to increase the light absorption rate of the light emitting device.
도 1은 일반적인 나노와이어 또는 마이크로와이어에서 원형의 단면을 가진 와이어가 격자 구조로 배열된 모양을 나타낸 평면도이다.
도 2는 혼돈 나노와이어 또는 마이크로와이어에서 와이어의 단면이 쿼드러폴(Quadrupole) 형태의 공진기에서 변형율이 0.1일 때 Birkhoff 좌표계에서의 위치와 모멘텀의 위상 좌표를 나타낸 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 혼돈 나노와이어 또는 마이크로와이어로서 와이어의 단면이 쿼드러폴(Quadrupole) 형태인 경우에, 안정 궤도 주기-4와 불안정 궤도 주기-4에 속박된 각각의 공명 모드들을 나타낸 도면이다.
도 4a는 마이크로와이어에서 와이어의 단면이 원형인 경우의 흡수 스펙트럼을 나타낸 도면이고, 도 4b는 혼돈 마이크로와이어에서 와이어의 단면이 쿼드러폴(Quadrupole) 형태인 경우의 흡수 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 5는 혼돈 마이크로와이어에서 와이어 단면이 나선형(Spiral)인 경우를 나타낸 도면이다.
도 6a는 마이크로와이어에서 와이어의 단면이 원형인 경우의 흡수 스펙트럼을 나타낸 도면이고, 도 6b는 혼돈 마이크로와이어에서 와이어의 단면이 나선형(Spiral)인 경우의 흡수 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 7은 혼돈 마이크로와이어에서 와이어 단면이 스타디움 형태인 경우를 나타낸 도면이다.
도 8a는 계산을 위해 설계한 마이크로와이어의 단면이 원형인 와이어의 격자구조를 나타낸 도면이고, 도 8b는 계산을 위해 설계한 혼돈 마이크로와이어의 단면이 스타디움형인 와이어의 격자구조를 나타낸 도면이고, 도 8c는 와이어의 단면이 스타디움형인 와이어의 격자구조를 나타낸 도면이다.
도 9a는 마이크로와이어에서 와이어의 단면이 원형인 경우의 흡수 스펙트럼을 나타낸 도면이고, 도 9b는 혼돈 마이크로와이어에서 와이어의 단면이 스타디움형인 경우의 흡수 스펙트럼을 나타낸 도면이다. FIG. 1 is a plan view showing a wire having a circular cross section in a general nanowire or a micro wire arranged in a lattice structure.
FIG. 2 is a diagram showing the position and phase coordinates of a moment in a Birkhoff coordinate system when a cross section of a wire in a chaotic nanowire or a micro wire is a quadrupole type resonator with a strain of 0.1.
FIGS. 3A and 3B are diagrams showing resonance modes confined to the stable orbital period -4 and the unstable orbital period -4, respectively, when the cross section of the wire is a quadrupole shape as a chaotic nanowire or a micro-wire.
FIG. 4A is a view showing an absorption spectrum when a section of a wire in a micro-wire is circular, and FIG. 4B is a diagram showing an absorption spectrum when a section of a wire in a chaotic micro-wire is a quadrupole type.
Fig. 5 is a view showing a case where the cross-section of the wire in the chaotic micro-wire is spiral.
FIG. 6A is a diagram showing an absorption spectrum when a section of a wire in a micro-wire is circular, and FIG. 6B is a diagram showing an absorption spectrum when a section of a wire is spiral in a chaotic micro-wire.
Fig. 7 is a view showing a case where the cross-section of the wire in the chaotic micro-wire is stadium type.
Fig. 8A is a diagram showing a lattice structure of a wire having a circular cross section of a micro-wire designed for calculation, Fig. 8B is a diagram showing a lattice structure of a wire of a stadium-type cross section of a chaotic microwire designed for calculation, 8c is a diagram showing a lattice structure of a wire whose cross section is a stadium type.
FIG. 9A is a view showing an absorption spectrum when a section of a wire in a micro-wire is circular, and FIG. 9B is a diagram showing an absorption spectrum when a section of a wire is a stadium type in a chaotic micro-wire.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. The terms used in this specification will be briefly described and the present invention will be described in detail.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다. While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. Also, in certain cases, there may be a term selected arbitrarily by the applicant, in which case the meaning thereof will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the term used in the present invention should be defined based on the meaning of the term, not on the name of a simple term, but on the entire contents of the present invention.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, "그 중간에 다른 소자를 사이에 두고" 연결되어 있는 경우도 포함한다. When an element is referred to as " including " an element throughout the specification, it is to be understood that the element may include other elements as well, without departing from the spirit or scope of the present invention. Also, the terms " part, " " module, " and the like described in the specification mean units for processing at least one function or operation, which may be implemented in hardware or software or a combination of hardware and software . In addition, when a part is referred to as being "connected" to another part throughout the specification, it includes not only "directly connected" but also "connected with other part in between".
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 일반적인 나노와이어 또는 마이크로와이어에서 원형의 단면을 가진 와이어(10)가 격자 구조로 배열된 모양을 나타낸 평면도이다. FIG. 1 is a plan view showing a wire 10 having a circular cross section in a general nanowire or a micro wire arranged in a lattice structure.
도 1을 참조하면, 일반적인 나노와이어 또는 마이크로와이어는 광 흡수를 위해서 원형의 단면을 가진 와이어(10)의 형태로 기판상에 격자 구조로 배열되어 형성될 수 있다. 즉, 도 1을 참조하면, 단면이 원형인 원형 와이어(10)들이 기판 상에 격자 구조로 배열되고, 원형 와이어(10) 사이 간격에는 충전물(20)이 충전될 수 있다. 즉, 충전물(20)은 원형 와이어(10)들 사이에 충전되어, 와이어들을 격자구조로 고정시키는 역할을 수행할 수 있다.Referring to FIG. 1, a general nanowire or microwire may be arranged in a lattice structure on a substrate in the form of a wire 10 having a circular cross section for light absorption. That is, referring to FIG. 1, circular wires 10 having a circular cross section are arranged in a lattice structure on a substrate, and the spacing between the circular wires 10 can be filled with a filler 20. That is, the filling material 20 is filled between the circular wires 10, and can play a role of fixing the wires in a lattice structure.
일반적으로, 빛이 나노와이어 또는 마이크로와이어에 입사할 때 파장에 따른 광 흡수도를 계산하면 일정한 간격으로 흡수 피크들이 나타나는 것을 확인할 수 있다. 즉, 흡수 피크들은 와이어 내부에 형성되는 공명모드로 인한 것으로, 일반적으로 원형의 단면을 가진 와이어인 경우에는 Bessel 함수 혹은 Hankel 함수 및 각운동량으로 알려진 식에 의해서 내부에 공명모드가 형성되고, 내부에 형성된 공명모드에 의해서 빛의 흡수도가 결정되게 된다. 또한 와이어 단면의 형태에 따라서 와이어 내부에 형성되는 공명 모드의 개수가 결정되게 된다. 즉, 와이어의 단면이 원형의 경우에는 Bessel 함수 혹은 Handel 함수 및 각운동량에 의한 일정한 규칙에 의하여 공명모드가 형성되게 되므로, 와이어 내부에 형성되는 공명모드의 개수는 한정되게 된다. Generally, when light is incident on a nanowire or a micro-wire, absorption peaks corresponding to wavelengths are calculated, and absorption peaks appear at regular intervals. That is, the absorption peaks are due to the resonance mode formed inside the wire. Generally, in the case of a wire having a circular cross section, a resonance mode is formed inside by a formula known as Bessel function or Hankel function and angular momentum, The absorption of light is determined by the resonance mode. In addition, the number of resonance modes formed inside the wire is determined according to the shape of the wire cross section. That is, when the cross section of the wire is circular, the resonance mode is formed according to a Bessel function or a Handel function and a certain rule based on the angular momentum, so that the number of resonance modes formed inside the wire is limited.
본 발명의 일 실시예에 따른 와이어의 단면이 혼돈 공진기 형태인 경우에는 와이어 내부에 복잡한 불안정 주기궤도와 안정 주기궤도들이 존재하게 되고 이러한 불안정 주기궤도와 안정 주기궤도에 의해서 다양한 복수개의 공명모드들이 중첩되어 형성될 수 있다. 불안정 주기궤도와 안정 주기궤도에 의한 다양한 복수개의 공명모드들은 Weyl's law라 부르는 규칙에 의해 형성되는데, 원형의 와이어에서 생성되는 공명모드들과 달리 혼돈 공진기 형태의 와이어에서 생성되는 공명모드들은 그 간격이 불규칙적으로 형성되게 된다. 즉, 빛이 혼돈 공진기 형태를 가지는 와이어에 입사할 때 파장에 따른 광 흡수도를 계산하면 더 많은 공명모드들이 불규칙한 간격으로 흡수 피크들이 나타나는 것을 확인할 수 있다. 즉, 혼돈 공진기 형태에 의해서 형성되는 공명모드들은 원형이나 사각형보다 훨씬 복잡한 구조로 형성되어 와이어 내부에 존재하게 된다. When the cross section of the wire according to an embodiment of the present invention is in the form of a chaotic resonator, a complex unstable periodic orbit and a stable periodic orbit exist in the wire, and a plurality of various resonance modes overlap by the unstable periodic orbit and the stable periodic orbit . The various resonance modes due to the unstable periodic orbit and the stable periodic orbit are formed according to the rule called Weyl's law. Unlike the resonance modes generated in the circular wire, the resonance modes generated in the chaotic resonator type wire Irregularly. That is, when light is incident on a wire having a chaotic resonator shape, it can be seen that more resonance modes exhibit absorption peaks at irregular intervals when light absorption according to wavelength is calculated. That is, the resonance modes formed by the shape of the chaotic resonator are formed in a structure that is much more complicated than the circular or square shape and exist inside the wire.
즉, 와이어의 단면이 2차원 혼돈 공진기 형태를 가지도록 제작되면, 와이어 내부에 다양한 복수개의 공명모드들이 형성되므로, 광 흡수율이 더욱 향상될 수 있다. 즉, 광효율은 와이어의 단면 형태(단면 구조) 또는 단면 특성에 의해서 극대화 될 수 있으므로, 와이어의 단면 공간에 공명모드들이 더 많이 중첩되어 형성되도록 와이어의 단면 형태를 2차원 혼돈 공진기 형태로 결정하면 광효율을 더욱 증대시킬 수 있다. That is, if the cross section of the wire is made to have a two-dimensional chaotic resonator shape, various various resonance modes are formed inside the wire, so that the light absorption rate can be further improved. That is, since the light efficiency can be maximized by the cross-sectional shape (sectional structure) or the cross-sectional characteristic of the wire, if the cross-sectional shape of the wire is determined in the form of a two-dimensional chaotic resonator so that more resonance modes are formed in the cross- Can be further increased.
다시 말하면, 광 흡수율은 와이어의 단면 형태 및 와이어 외부의 배열에 따라서 결정될 수 있는데, 와이어의 단면 형태는 광 흡수율에 주로 영향을 미치게 된다. In other words, the light absorption rate can be determined according to the cross-sectional shape of the wire and the arrangement of the outside of the wire, and the cross-sectional shape of the wire mainly affects the light absorption rate.
와이어에서 빛이 와이어 내부에 속박될 때, 2차원 단면 구조에서 공명 모드들이 생성되고, 생성된 공명모드들이 결국 광 흡수율에 영향을 미치게 된다.When light in the wire is confined inside the wire, resonance modes are generated in the two-dimensional cross-sectional structure, and the resonance modes produced ultimately affect the light absorption rate.
즉, 와이어의 단면이 원형일 때는 내부에 속박되는 공명 모드들에 의한 흡수가 주기적인데 비하여, 와이어의 단면이 원형이 아닌 혼돈 공진기 형태를 가지고 있으면 와이어의 단면 공간에 다양한 복수개의 공명모드들이 중첩되어 생성될 수 있다. 따라서, 와이어의 단면 공간에 중첩되는 다양한 복수개의 공명모드들로 인하여 광 흡수율에 영향을 미치게 되므로, 와이어의 단면이 혼돈 공진기 형태일 때가 원형일 때보다 광효율을 더 증가시킬 수 있다. That is, when the cross section of the wire is circular, the absorption by the resonance modes confined inside is periodic, whereas when the cross section of the wire has a shape of a chaotic resonator other than a circular shape, a plurality of resonance modes are superimposed on the cross- Lt; / RTI > Therefore, since the light absorption rate is influenced by various resonance modes superimposed on the cross-sectional space of the wire, the light efficiency can be further increased when the cross-section of the wire is a chaotic resonator.
즉, 혼돈 나노와이어 또는 혼돈 마이크로와이어에서, 와이어 단면이 2 차원 혼돈 공진기 형태를 가지면, 공진기 내부의 궤적이 위상 공간에서 불규칙하게 나타나는 혼돈 궤적이 형성되며, 혼돈 궤적에 의해 생성되는 더 많은 공명모드들로 인하여 광효율이 증가될 수 있다.That is, in a chaotic nanowire or a chaotic microwire, if the wire cross section has a two-dimensional chaotic resonator shape, a chaotic locus in which the locus inside the resonator appears irregularly in the phase space is formed, and more resonance modes generated by the chaotic locus The light efficiency can be increased.
혼돈 나노와이어 또는 혼돈 마이크로와이어에서 광효율을 더 증가시키기 위해서, 와이어의 단면이 혼돈 공진기 형태를 가지도록 쿼드러폴(Quadrupole) 형태로 제작될 수 있다.In order to further increase the light efficiency in the chaotic nanowire or chaotic microwire, the cross section of the wire may be fabricated in a quadrupole fashion to have a chaotic resonator shape.
즉, 와이어의 단면을 쿼드러폴(Quadrupole) 형태로 하는 것은 와이어 단면이 2차원의 혼돈 공진기 형태를 가지는 일 실시예로서, 혼돈 궤적에서 생성되는 공명모드들로 인하여 광 흡수율 또는 광효율이 증가하는 특성을 가질 수 있다. 쿼드러폴(Quadrupole) 형태를 나타낸 수식은 다음 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다.That is, the quadrupole shape of the wire is one example in which the wire cross section has a two-dimensional chaotic resonator shape, and the characteristics of increasing the light absorptance or light efficiency due to the resonance modes generated in the chaotic locus Lt; / RTI > The equation representing the quadrupole form can be expressed as Equation (1).
[수학식 1]에서 R(θ)은 각 θ에 따른 원점으로부터의 거리를 나타내고, r0 은 θ=0 일 때의 원점으로부터의 거리이고, ε는 변형인자를 나타낸다. 즉, [수학식 1]은 원형의 수식에 삼각함수 코사인(cosine)의 수식이 더해진 형태를 나타낸다. In Equation (1), R (θ) represents the distance from the origin according to angle θ, r 0 is the distance from the origin when θ = 0, and ε represents the strain factor. That is, [Equation 1] represents a form obtained by adding a formula of a trigonometric function cosine to a circular equation.
도 2는 혼돈 나노와이어 또는 혼돈 마이크로와이어의 쿼드러폴(Quadrupole) 형태의 공진기에서, 변형율이 0.1일 때 Birkhoff 좌표계에서의 위치와 모멘텀의 위상 좌표를 나타낸 도면이다. FIG. 2 is a diagram showing the position and phase coordinates of a momentum in a Birkhoff coordinate system when a strain rate is 0.1 in a quadrupole type resonator of a chaotic nanowire or a chaotic microwire. FIG.
쿼드러폴(Quadrupole) 형태의 공진기의 경우에는 원형에서 변형되어 있기 때문에 와이어 내부의 궤적이 혼돈을 보이게 되는데, 그 혼돈 궤적은 위상 공간에서 확인할 수 있다. 일반적으로 위상 공간을 표현하기 위해서, 빛이 내부에서 반사되는 위치 S와 모멘텀 P로 빛의 궤적을 표시할 수 있다. In the case of a quadrupole type resonator, the trajectory inside the wire becomes chaotic because it is deformed in a circle, and the chaotic locus can be confirmed in the phase space. In general, to represent the phase space, we can display the locus of light with the position S and the momentum P where the light is reflected from the inside.
예를 들어, 위치의 경우 θ=0 일 때 R의 위치에서 빛이 반사되는 점까지의 경계면의 길이를 S로 나타낼 수 있다. 또한, 빛이 한 경계면 점에서 부딪칠 때 빛의 입사각을 ξ로 정의하면, 빛이 경계면의 접선을 따라가는 벡터 성분을 모멘텀 P=sinξ로 나타낼 수 있다. 따라서, 경계면의 길이 S와 모멘텀 P의 위상 좌표에서 빛의 궤적을 나타낼 수 있다. For example, when the position is θ = 0, the length of the interface from the position of R to the point where the light is reflected can be represented by S. In addition, when the incident angle of light is defined as ξ when the light strikes the boundary point, the vector component of the light along the tangent to the interface can be expressed as momentum P = sinξ. Therefore, the trajectory of light can be expressed in the phase coordinates of the length S of the interface and the momentum P.
도 2의 위상공간을 참조하면, 쿼드러폴(Quadrupole) 공진기의 경우, 내부에 불안정 궤도와 안정 궤도가 존재하게 된다. 여기에서 궤적이 불규칙하게 나타나는 것은 혼돈 궤도를 나타내고, 타원인 궤적은 안정 궤도를 나타낸다. 즉, 이러한 특성으로 쿼드러폴(Quadrupole) 공진기의 경우 혼돈 궤적 내부에 존재하는 불안정 궤도와 안정 궤도에 속박된 다양한 공명모드들이 존재할 수 있다. Referring to the phase space of FIG. 2, in the case of a quadrupole resonator, an unstable orbit and a stable orbit exist inside. Here, irregular trajectory shows chaotic orbit, and elliptical trajectory shows stable orbit. That is, in the case of a quadrupole resonator, various resonance modes bound to the unstable orbit within the chaotic locus and the stable orbit may exist.
도 3a 및 도 3b는 혼돈 나노와이어에서 와이어의 단면이 쿼드러폴(Quadrupole) 형태인 경우에, 안정 궤도 주기-4와 불안정 궤도 주기-4에 속박된 각각의 공명 모드를 나타낸 도면이다. FIGS. 3A and 3B are diagrams showing resonance modes confined to the stable orbital period -4 and the unstable orbital period -4, respectively, when the cross section of the wire in the chaotic nanowire is quadrupole type.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 불안정 주기궤도에 속박된 공명모드들을 "스카"라고 표현하는데, 이런 불안정 주기궤도에 속박된 공명모드들인 스카가 수없이 많이 나타나게 되는 것을 도 3a 및 도 3b에서 확인할 수 있다. 이렇게 형성된 스카들은 와이어의 혼돈 정도에 따라 원형의 와이어에서 생성되는 공명모드보다 더 많은 공명모드들이 존재할 수 있고, 이에 따라 광 흡수율도 증가하게 된다. 즉, 더 많은 공명모드들의 간격이 불규칙하고 궤적이 서로 혼재되어 나타나게 되므로 태양광처럼 넓은 범위의 파장을 갖는 빛이 입사하게 되면 흡수율이 증가할 수 있다.3A and 3B, the resonance modes bound to the unstable periodic orbit are referred to as " ska ", and the fact that many resonance modes bound to the unstable periodic orbit are displayed many times are shown in Figs. 3A and 3B . The scars thus formed may have more resonance modes than the resonance mode generated in the circular wire, depending on the degree of chaos of the wire, thereby increasing the light absorption rate. That is, since the intervals of more resonance modes are irregular and the loci are mixed together, the absorption rate may increase when light having a wide range of wavelengths such as sunlight is incident.
도 4a는 마이크로와이어에서 와이어의 단면이 원형인 경우의 흡수 스펙트럼을 나타낸 도면이고, 도 4b는 혼돈 마이크로와이어에서 와이어의 단면이 쿼드러폴(Quadrupole) 형태인 경우의 흡수 스펙트럼을 나타낸 도면이다. FIG. 4A is a view showing an absorption spectrum when a section of a wire in a micro-wire is circular, and FIG. 4B is a diagram showing an absorption spectrum when a section of a wire in a chaotic micro-wire is a quadrupole type.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 혼돈 공진기 형태를 갖는 와이어의 광 흡수율의 증가 효과를 보기 위해서, 와이어의 단면이 원형인 와이어에서의 광 흡수율과 와이어의 단면이 쿼드러폴(Quadrupole) 형태인 와이어에서의 광 흡수율을 비교할 수 있다. 도 4a 및 도 4b에서 광 흡수율은 원형과 쿼드러폴(Quadrupole) 형태의 단면의 면적을 서로 동일하게 설계하여 유한 차분 시간영역법 (FDTD: finite difference time-domain)을 이용하여 계산한 결과이다. 4A and 4B, in order to see the effect of increasing the light absorptivity of a wire having a chaotic resonator shape, in a wire having a quadrupole shape in cross section of a wire and a light absorption rate in a wire having a circular cross section, Can be compared with each other. 4A and 4B, the light absorptance is calculated by using a finite difference time-domain (FDTD) method in which the areas of the circular and quadrupole-shaped cross sections are designed to be equal to each other.
여기에서, 원형의 반지름은 0.5 마이크로 미터로, 와이어가 전체 면적에서 차지하는 비율인 충진율(Filling factor)은 0.19635로 두어 계산하였다. 충진율을 정하여 계산 한 것은 충진율을 혼돈 나노와이어와 같도록 하여야 흡수율 차이의 비교 분석이 정확하기 때문이다.Here, the radius of the circle is 0.5 micrometers, and the filling factor, which is the ratio of the wire to the total area, is calculated as 0.19635. The reason for the calculation of the filling rate is that the filling rate should be the same as that of the chaotic nanowire so that the comparative analysis of the difference of the absorption rate is accurate.
또한, 변형인자 ε은 0.1로 가정하였고, 쿼드러폴은 단면이 찌그러진 구조이기 때문에 그에 따르는 면적만큼 격자 구조를 직사각형으로 두었고, 전체 면적에 대한 원형이 차지하는 비와 전체 면적에 대해서 쿼드러폴(Quadrupole)형이 차지하는 비를 동일하게 설계하여 계산하였다. 또한, 와이어의 길이는 20 마이크로미터로 두었고, 와이어는 실리콘으로 가정하여 계산하였으며, 와이어 이외에는 굴절률 1.4의 PDMS(polydimethylsiloxane) 물질을 이용하여 채워진 구조를 가정하여 계산하였다. 즉, PDMS는 충전물로서 실리콘 와이어들이 격자 구조로 채워져 있을 때, 와이어들을 고정시켜주는 역할을 할 수 있다. The strain factor ε is assumed to be 0.1, and since the quadrupole has a distorted cross section, the grid structure is set to be rectangular by the area corresponding thereto, and the ratio of the circle to the total area and the total area of the quadrupole are assumed to be quadrupole The same ratio is calculated. The length of the wire was assumed to be 20 micrometers, the wire was assumed to be silicon, and the wire was calculated assuming a structure filled with PDMS (polydimethylsiloxane) having a refractive index of 1.4 in addition to the wire. That is, the PDMS can serve as a filler to fix the wires when the silicon wires are filled with a lattice structure.
흡수율은 다음 [수학식 2]로 나타낼 수 있다.The absorption rate can be expressed by the following equation (2).
[수학식 2]에서 R은 반사율, T는 투과율을 나타낸다. 예를 들어, 흡수되는 빛은 1-R이 입사되고 난 후에 T 만큼 투과되므로, 와이어에서 흡수되는 빛은 1-R-T로 나타낼 수 있다. 따라서, 흡수율은 상기 [수학식 2]로 나타낼 수 있다. In Equation (2), R represents reflectance and T represents transmittance. For example, since the absorbed light is transmitted by T after 1-R is incident, the light absorbed by the wire can be represented by 1-R-T. Therefore, the absorption rate can be expressed by the above-mentioned equation (2).
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 쿼드러폴(Quadrupole) 형태에서의 흡수 스펙트럼은 원형일 때 보다 더 많은 흡수 피크들이 나타나는 것을 확인할 수 있다. 즉, 쿼드러폴(Quadrupole) 형태의 와이어에서는 원형일 때보다 다양한 공명모드들이 존재하기 때문에 더 많은 흡수 피크들이 나타나는 것으로 확인할 수 있다. 이러한 흡수 스펙트럼의 차이로 전체 흡수율이 달라지게 되는데 원형의 경우는 흡수율이 53.2 퍼센트인데 비해 쿼드러폴(Quadrupole) 형태의 경우는 흡수율이 67.0 퍼센트이다. 와이어의 단면이 원형인 경우와 쿼드러폴(Quadrupole) 형태인 경우를 비교해보면, 쿼드러폴(Quadrupole) 형태인 경우 원형에 비해 광 흡수율이 26.0 퍼센트 증가된 것으로 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 4A and 4B, it can be seen that the absorption spectrum in the quadrupole form exhibits more absorption peaks than in the circular form. In other words, in the case of the quadrupole type wire, since there are various resonance modes than the case of the circular type, it can be confirmed that more absorption peaks appear. This difference in absorption spectrum results in a difference in the overall absorption rate. In the case of the quadrupole type, the absorption rate is 67.0%, whereas the absorption rate is 53.2% in the case of the circular type. Comparing the case where the cross section of the wire is circular and the case of the quadrupole type, the light absorption rate is increased by 26.0% as compared with the case of the quadrupole type.
혼돈 나노와이어 또는 혼돈 마이크로와이어는 광효율을 더 증가시키기 위해서, 와이어의 단면을 나선형(Spiral) 형태로 제작할 수 있다.The chaotic nanowire or the chaotic microwire can be made in a spiral shape in cross section of the wire to further increase the light efficiency.
즉, 와이어 단면을 나선형(Spiral) 형태로 하는 것은 와이어 단면이 2차원의 혼돈 공진기 형태를 가지는 일 실시예로서, 혼돈 나노와이어 또는 혼돈 마이크로 와이어에서 기대되는 향상된 광 흡수율 또는 광효율의 특성이 나타날 수 있다. 나선형(Spiral) 형태를 나타낸 수식은 다음 [수학식 3]과 같이 나타낼 수 있다.That is, making the wire section into a spiral shape is an embodiment in which the wire section has a two-dimensional chaotic resonator shape, and may exhibit improved light absorption or light efficiency characteristics expected from the chaotic nanowire or the chaotic microwire . The formula representing the spiral shape can be expressed as the following formula (3).
여기에서, r0은 θ가 0일 때의 원점으로부터의 거리이고, ε는 변형인자를, θ는 각(radian)을 나타낸다. 이 때 θ의 값이 360도이면, θ가 0도 일 때와 θ가 360도 일 때의 위치를 직선으로 연결하게 되는 구조이다. Where r 0 is the distance from the origin when θ is 0, ε is the strain factor, and θ is the angle (radian). At this time, if the value of θ is 360 degrees, the positions when θ is 0 degrees and when θ is 360 degrees are connected by a straight line.
도 5는 혼돈 마이크로와이어에서 와이어 단면이 나선형(Spiral)인 경우를 나타낸 도면이다. 도 5에서는 변형율 ε을 0.484313로 가정하여 나선형 와이어 단면을 나타낸 도면이다. Fig. 5 is a view showing a case where the cross-section of the wire in the chaotic micro-wire is spiral. 5 is a view showing a spiral wire cross section assuming a strain rate? Of 0.484313.
도 5와 같이, 와이어 단면이 나선형인 경우에는 위상 공간에서 내부에 안정 궤도가 존재하지 않고 불안정 궤도만 존재하게 된다. 따라서, 와이어 단면을 나선형 공진기 형태로 한 나노와이어 또는 마이크로와이어는 완전 혼돈 구조를 이용한 혼돈 나노와이어 또는 혼돈 마이크로와이어가 될 수 있다. As shown in FIG. 5, when the wire cross section is helical, there is no stable orbit in the phase space and only an unstable orbit exists. Thus, a nanowire or microwire with a wire section in the form of a helical resonator can be a chaotic nanowire or a chaotic microwire using a fully chaotic structure.
나선형 공진기에서는 독특한 공명모드들이 존재하는데 주기궤도에 속박되지 않는 준스카 모드들과 휘스퍼링 갤러리를 닮은 독특한 공명모드들이 존재하게 된다. 닫힌 공진기일 경우에는 내부에 복잡한 도형의 공명모드들도 존재할 수 있다. 이렇게 형성된 준스카들과 휘스퍼링 갤러리 형태의 공명모드들은 와이어의 혼돈 정도에 따라 원형의 와이어에서 생성되는 공명모드보다 더 많은 공명모드들이 존재할 수 있고, 이에 따라 광 흡수율도 증가하게 된다. 즉, 더 많은 복잡한 공명모드들이 생성되어 존재하게 되는데 혼돈 공진기의 특성상 모드들의 간격이 일정치 않고 궤적이 서로 혼재되어 나타나므로 태양광처럼 넓은 범위의 파장을 갖는 빛이 입사하면 쿼드러폴(Quadrupole) 공진기 형태처럼 광 흡수율이 증가할 수 있다.Spiral resonators have unique resonance modes, such as quasi-squared modes that are not tied to a periodic orbit, and unique resonance modes that resemble a whispering gallery. In the case of a closed resonator, resonance modes of complex shapes may also be present. The resonance modes of the thus formed quasars and whispering galleries may have more resonance modes than the resonance modes generated in the circular wire depending on the degree of chaos of the wire, and thus the light absorption rate is also increased. That is, more complex resonance modes are generated and exist. Because the characteristics of the chaotic resonator are such that the intervals of the modes are not constant but the loci are mixed with each other, when a light having a wide range of wavelengths such as sunlight is incident, a quadrupole resonator The light absorptivity can be increased like a shape.
도 6a는 마이크로와이어에서 와이어의 단면이 원형인 경우의 흡수 스펙트럼을 나타낸 도면이고, 도 6b는 혼돈 마이크로와이어에서 와이어의 단면이 나선형(Spiral)인 경우의 흡수 스펙트럼을 나타낸 도면이다. FIG. 6A is a diagram showing an absorption spectrum when a section of a wire in a micro-wire is circular, and FIG. 6B is a diagram showing an absorption spectrum when a section of a wire is spiral in a chaotic micro-wire.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 혼돈 공진기 형태를 갖는 와이어에서 광 흡수율의 증가 효과를 보기 위해서, 와이어의 단면이 원형인 와이어에서의 광 흡수율과 와이어의 단면이 나선형(Spiral)인 와이어에서의 광 흡수율을 비교할 수 있다.6A and 6B, in order to see the effect of increasing the light absorptivity in a wire having a chaotic resonator shape, the light absorptivity in a wire having a circular cross section of the wire and the light absorption coefficient in a wire in which the cross- The absorption rate can be compared.
나선형 공진기의 경우에도 상기 [수학식 2]를 이용하여 흡수율을 계산하였다. 또한, 전술한 와이어의 단면이 원형인 경우 및 쿼드러폴(Quadrupole) 공진기 형태인 경우에서 계산한 방법을 동일하게 사용하였고, 충진율도 같이 두었으며 나선형의 경우에 ε는 0.484313으로 두어 계산하였다. In the case of the helical resonator, the absorptivity was calculated using the above-mentioned equation (2). In the case of the above-described wire having a circular section and a quadrupole resonator, the same method was used, and the packing ratio was also set to 0.904313 in the case of the helical type.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 나선형(Spiral) 형태에서의 흡수 스펙트럼은 원형일 때 보다 더 많은 흡수 피크들이 나타나는 것을 확인할 수 있다. 즉, 나선형(Spiral) 형태의 와이어 내부에서는 원형일 때보다 다양한 공명모드들이 존재하기 때문에 더 많은 흡수 피크들이 나타나는 것으로 확인할 수 있다. 이러한 흡수 스펙트럼의 차이로 전체 광 흡수율이 달라지게 되는데 원형의 경우는 광 흡수율이 53.2 퍼센트인데 비해 나선형의 경우는 71.5 퍼센트이다. 즉, 나선형의 경우에는 원형에 비해 광 흡수율이 34.4 퍼센트 증가된 것으로 확인할 수 있다. 와이어의 단면이 나선형인 경우에는 34.4 퍼센트 이상의 광 흡수율을 가지고 있으므로, 와이어의 단면이 혼돈 공진기 구조를 가지는 경우에는 광 흡수율이 크게 증가된 것으로 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 6A and 6B, it can be seen that the absorption spectrum in the spiral form exhibits more absorption peaks than when it is circular. In other words, it can be confirmed that more absorption peaks appear in the spiral type wire because there are various resonance modes in the inside of the wire. The difference in absorption spectrum results in a difference in the total light absorption rate. In the case of the circular shape, the light absorption rate is 53.2%, whereas the spiral is 71.5%. That is, in the case of the helical shape, the light absorption rate is increased by 34.4% as compared with the circular shape. When the cross section of the wire is helical, it has a light absorptivity of 34.4 percent or more. Therefore, when the cross section of the wire has a chaotic resonator structure, it can be confirmed that the light absorption rate is greatly increased.
혼돈 나노와이어 또는 혼돈 마이크로와이어에 있어서 광효율을 증가시키기 위해서, 와이어의 단면을 스타디움 형태로 제작할 수 있다.In order to increase the light efficiency in the chaotic nanowire or the chaotic microwire, the cross section of the wire can be made into a stadium form.
즉, 나노와이어 또는 마이크로와이어에서 와이어의 단면을 스타디움 형태로 하는 것은 와이어 단면이 2차원의 혼돈 공진기 형태를 가지는 혼돈 나노와이어 또는 혼돈 마이크로와이어어의 일 실시예가 될 수 있다.That is, making the cross section of the wire in a stadium shape in the nanowire or microwire can be an embodiment of a chaotic nanowire or a chaotic microwire whose wire cross section has a two-dimensional chaotic resonator shape.
도 7은 혼돈 마이크로와이어에서 와이어 단면이 스타디움 형태인 경우를 나타낸 도면이다.Fig. 7 is a view showing a case where the cross-section of the wire in the chaotic micro-wire is stadium type.
도 7을 참조하면, 와이어 단면이 스타디움 형태인 공진기는 원형이나 쿼드러폴(Quadrupole)과 달리 동일한 반지름을 갖는 2개의 반원과 하나의 직사각형이 합쳐진 형태이다. 즉, 스타디움 형태에서 경계면은 원호와 직선 또는 타원의 호와 직선으로 결정될 수 있다.Referring to FIG. 7, a resonator having a stator-type wire section is formed by combining two semicircles and a rectangle having the same radius, different from a circle or a quadrupole. That is, in the form of a stadium, the interface can be determined by arcs and straight lines or elliptical arcs and straight lines.
스타디움 형태의 공진기 구조에서는 쿼드러폴(Quadrupole) 형태와 달리 내부에 안정 궤도가 없이 불안정 궤도만 형성되어, 내부에 속박된 모든 공명모드는 불안정 주기 궤도에 속박된 공명모드로서, 즉 "스카"가 존재할 수 있다. In the stadium type resonator structure, unstable orbits are formed without a stable orbit, unlike the quadrupole type, and all the resonance modes bound in the inside are resonance modes confined to the unstable periodic orbit, that is, " .
와이어의 단면이 스타디움 형태인 경우, 반원의 반지름을 R로 정의하고, 반원을 연결하는 직선 길이를 L로 정의하면 L/2R을 변형 인자로 정의할 수 있다. 여기에서, 스타디움 형태에서 스카들은 주기적이지 않을 뿐만 아니라 공명모드들이 만드는 궤적은 서로 중첩되어 형성될 수 있다. 이렇게 형성된 스카들은 와이어의 혼돈 정도에 따라 원형의 와이어에서 생성되는 공명모드보다 더 많은 공명모드들이 존재하고, 이에 따라 광 흡수율도 증가하게 된다. 즉, 공명모드들이 더욱 더 많이 형성될수록 광 흡수율에 더 큰 영향을 줄 수 있기 때문에 와이어의 단면이 스타디움 형태인 경우가 단면이 원형인 경우보다 더 광 흡수율을 증가시킬 수 있다. If the section of the wire is stadium, define the radius of the semicircle as R and define the straight line connecting the semicircle as L, then L / 2R can be defined as the strain factor. Here, in the form of a stadium, the scars are not only periodic but also the loci of resonance modes can be formed overlapping each other. The scars thus formed have more resonance modes than the resonance modes generated in the circular wire, depending on the degree of chaos of the wire, thereby increasing the light absorption rate. That is, the more the resonance modes are formed, the more the light absorption rate can be influenced. Therefore, the stiffness of the wire cross section can be increased more than that of the circular cross section.
도 8a는 계산을 위해 설계한 마이크로와이어의 단면이 원형인 와이어의 격자구조를 나타낸 도면이고, 도 8b는 계산을 위해 설계한 혼돈 마이크로와이어의 단면이 스타디움형인 와이어의 격자구조를 나타낸 도면이고, 도 8c는 와이어의 단면이 스타디움형인 혼돈 나노와이어 또는 혼돈 마이크로와이어의 격자구조를 나타낸 도면이다. 도 9a는 마이크로와이어에서 와이어의 단면이 원형인 경우의 흡수 스펙트럼을 나타낸 도면이고, 도 9b는 혼돈 마이크로와이어에서 와이어의 단면이 스타디움형인 경우의 흡수 스펙트럼을 나타낸 도면이다. 스타디움형인 경우 와이어의 단면이 원형인 경우의 충전율과 똑같이 0.19635로 두고 계산하였다.Fig. 8A is a diagram showing a lattice structure of a wire having a circular cross section of a micro-wire designed for calculation, Fig. 8B is a diagram showing a lattice structure of a wire of a stadium-type cross section of a chaotic microwire designed for calculation, 8c is a diagram showing a lattice structure of a chaotic nanowire or a chaotic microwire in which the cross section of the wire is stadium type. FIG. 9A is a view showing an absorption spectrum when a section of a wire in a micro-wire is circular, and FIG. 9B is a diagram showing an absorption spectrum when a section of a wire is a stadium type in a chaotic micro-wire. For the stadium type, the charging rate was 0.19635, which is the same as the charging rate for the circular cross section of the wire.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 혼돈 공진기 형태를 갖는 와이어에서 광 흡수율의 증가 효과를 보기 위해서, 와이어의 단면이 원형인 와이어에서의 광 흡수율과 와이어의 단면이 스타디움형인 와이어에서의 광 흡수율을 비교할 수 있다. 도 9a 및 도 9b에서 광 흡수율은 원형과 스타디움 형태의 단면의 면적을 동일하게 두었고, 유한 차분 시간영역법 (FDTD: finite difference time-domain)을 이용하여 계산한 결과이다. 9A and 9B, in order to see the effect of increasing the light absorptivity in a wire having a chaotic resonator form, the light absorptivity in a wire having a circular cross section is compared with the light absorptivity in a stiffening wire . In FIGS. 9A and 9B, the light absorptance is calculated by using finite difference time-domain (FDTD) in which the areas of the circular and stadium-shaped cross-sections are the same.
여기에서, 원형의 반지름은 0.5 마이크로 미터로 가정하였으며, 와이어가 배치되는 격자 구조로서 와이어의 단면이 원형인 경우에는 도 8a처럼 격자 구조를 가정하였고, 와이어의 단면이 스타디움 형인 경우에는 도 8b처럼 격자구조를 가정하였고, 변형인자 L/2R = 0.3으로 두어 계산하였다. Here, the radius of the circle is assumed to be 0.5 micrometer, and a lattice structure in which wires are arranged is assumed to be a lattice structure as shown in Fig. 8A when the cross-section of the wire is circular. In the case where the cross- Structure is assumed and the strain factor L / 2R = 0.3 is calculated.
또한, 와이어의 단면이 스타디움형인 경우에는 단면이 찌그러진 구조이기 때문에 그에 따르는 면적만큼 직사각형으로 설계하였고, 전체 면적에 대한 원형이 차지하는 비와 전체 면적에 대해서 스타디움이 차지하는 비를 동일하게 두어 계산하였다. 즉, 원과 스타디움의 면적을 서로 동일하게 설계하여 면적에 따른 흡수율의 차이를 제거하였으며, 원형의 격자와 스타디움의 격자에서 서로의 충진율 (filling factor)도 동일하게 설계하여 계산하였다. In addition, when the cross section of the wire is a stadium type, since the cross section is a distorted structure, it is designed as a rectangle by the area corresponding thereto, and the stadium occupies the same ratio with respect to the total area and the area occupied by the circle. In other words, the area of the stadium and the area of the stadium were designed to be equal to each other, and the difference of the absorption rate according to the area was eliminated, and the filling factor of each of the stadium and the lattice of the stadium was also designed.
또한, 와이어는 실리콘으로 가정하였고, 와이어 이외에는 굴절율 1.4의 PDMS물질을 이용하여 채워진 구조를 가정하여 계산하였다. 즉, PDMS는 충전물로서 실리콘 와이어들이 격자 구조로 채워져 있을 때, 와이어들을 고정시켜주는 역할을 할 수 있다. 즉, 도 8c를 참조하면, PDMS물질이 충전물(20)로서 사용되어, 스타디움형 와이어들을 격자구조로 고정시킬 수 있다.The wire is assumed to be silicon, and the wire is assumed to have a structure filled with a PDMS material having a refractive index of 1.4 other than the wire. That is, the PDMS can serve as a filler to fix the wires when the silicon wires are filled with a lattice structure. That is, referring to FIG. 8C, the PDMS material may be used as the filler 20 to secure the stadium-like wires in a lattice structure.
또한, 와이어의 격자 구조는 광 흡수율을 증가시키기 위해서 필요에 따라 삼각형 구조, 정사각형 구조, 직사각형 구조 또는 육각형 구조를 포함할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 와이어들이 랜덤 미디어의 특성을 보유하도록 불규칙한 구조로도 배열될 수 있다. In addition, the grid structure of the wire may include a triangular structure, a square structure, a rectangular structure, or a hexagonal structure as necessary to increase the light absorption rate, but the scope of the present invention is not limited thereto. That is, the wires can be arranged in an irregular structure to hold the characteristics of random media.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 도 9a와 b는 와이어의 단면이 원형과 스타디움 형태일 때의 각각의 흡수 스펙트럼으로, 이 흡수 스펙트럼으로부터 광 흡수율을 계산할 수 있다. 9A and 9B, Figs. 9A and 9B are absorption spectra of each wire when the cross section is circular and stadium, respectively, and the light absorption rate can be calculated from this absorption spectrum.
도 9a를 참조하면, 와이어의 단면이 원형인 경우의 흡수 스펙트럼에서는, 흡수 피크들이 일정한 주기를 가지고 나타나는 것을 확인할 수 있다. 즉, 와이어 내부에서 형성되는 원형의 공명모드들이 일정한 규칙성을 가지고 있기 때문이다. 이에 비해, 도 9b를 참조하면, 와이어의 단면이 스타디움형인 경우의 흡수 스펙트럼에서는, 단면이 원형인 경우보다 피크가 더 많이 존재하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 스타디움 형태에 생성되는 공명 모드들이 원형인 경우보다도 훨씬 더 많기 때문임을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 9A, it can be confirmed that the absorption peaks appear with a constant period in the absorption spectrum when the wire has a circular section. That is, the circular resonance modes formed inside the wire have a certain regularity. On the other hand, referring to FIG. 9B, it can be seen that there is more peak in the absorption spectrum when the cross section of the wire is of the stadium type than that of the round section. That is, it can be confirmed that the resonance modes generated in the stadium type are much more than those in the case of the circular type.
따라서, 이러한 흡수 스펙트럼의 차이에 따라서 전체 광 흡수율에도 커다란 차이가 생기게 된다. 와이어의 단면이 원형인 경우의 광 흡수율은 53.2 퍼센트인데 비해 스타디움형의 광 흡수율은 66.5 퍼센트이다. 즉, 두 흡수율을 비교하면 와이어의 단면이 스타디움 형태인 경우가 단면이 원형인 경우에 비해 광 흡수율이 1.25 배 더 증가했음을 확인할 수 있다. Therefore, there is a large difference in the total light absorption rate depending on the difference of the absorption spectrum. When the cross section of the wire is circular, the light absorption rate is 53.2%, whereas the stadium type light absorption rate is 66.5%. In other words, when the two absorptivities are compared, it can be seen that the light absorption rate is increased by 1.25 times as compared with the case where the cross section of the wire is of the stadium type.
즉, 와이어의 단면이 혼돈 공진기 형태인 경우에는 획기적으로 광 흡수율이 증가하는 것을 확인할 수 있다. That is, when the cross section of the wire is a chaotic resonator, it can be confirmed that the light absorption rate is remarkably increased.
또한, 광 흡수율 계산에서 실리콘 와이어를 사용하여 계산하였으나, 만약 에너지 변환효율이 높은 다른 물질로 혼돈 공진기 형태의 나노와이어 또는 마이크로와이어를 제조한다면 훨씬 더 높은 광 효율을 가지는 혼돈 나노와이어 또는 혼돈 마이크로와이어를 기대할 수 있다.In addition, if the nanowire or microwire is produced in the form of a chaotic resonator with another material having a high energy conversion efficiency, it is possible to use chaotic nanowires or chaotic microwires having much higher light efficiency You can expect.
즉, 혼돈 나노와이어 또는 혼돈 마이크로와이어에서 와이어의 단면을 혼돈 공진기 형태로 구현하면 와이어 단면 공간에 중첩되는 복수개의 공명모드들이 형성되어 광 흡수율을 현저하게 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 혼돈 공진기 형태는 공진기 내부의 궤적의 위상 공간에서 궤적이 불규칙하게 나타나는 혼돈 궤적이 형성되도록 도형 형태를 결정할 수 있다. That is, when a cross section of a wire in a chaotic nanowire or a chaotic microwave is formed in a chaotic resonator form, a plurality of resonance modes overlapping the wire cross-sectional space are formed, and the light absorption rate can be remarkably increased. For example, the shape of the chaotic resonator can be determined so that a chaotic locus in which the locus appears irregularly in the phase space of the locus inside the resonator is formed.
혼돈 궤적이 형성되도록 하는 혼돈 도형의 형태는 원의 수식에 다른 수식이 더해진 형태로 결정되는 도형 형태일 수 있으며, 타원의 수식에 다른 수식이 더해진 형태로 결정되는 도형 형태일 수 있다. 예를 들면 다른 수식은 사인 함수 혹은 코사인 함수일 수 있다.The shape of the chaotic figure for forming the chaotic locus may be a figure shape determined by adding another expression to the original expression, or a figure shape determined by adding another expression to the expression of the ellipse. For example, another expression can be a sine function or a cosine function.
또한, 혼돈 궤적이 형성되도록 하는 혼돈 도형의 형태는 반지름이 다른 원호들이 결합된 도형 형태 또는 반지름이 다른 원호들과 이심률이 다른 타원의 호들이 결합된 도형 형태 또는 이심률이 다른 타원의 호들이 결합된 도형 형태일 수 있다. 이때 하나의 호의 반지름이 무한대 일 수 있다. 또한, 타원이 결합된 도형 형태에서 이심률이 1 인 타원을 포함한 도형 형태일 수 있다. In addition, the shape of the chaotic shape for forming the chaotic locus is a figure shape in which the arcs having different radii are combined, or a figure shape in which the arcs having different radii are combined with the arcs of the ellipses having different eccentricities, It may be in the shape of a figure. At this time, the radius of one arc can be infinite. In addition, it may be a graphic form including an ellipse having an eccentricity of 1 in an elliptic graphic form.
즉, 혼돈 공진기는 와이어의 단면에서 혼돈 궤적이 형성되도록 하는 도형 형태로 결정될 수 있으며, 위상 공간의 전체 영역에서 혼돈 궤적을 가지는 나선형, 스타디움, 카디오이드(Caedioid), 전구(bulb)형, 나선형, 반달형 등의 도형 형태 및 위상 공간의 일부 영역에서 혼돈 궤적을 가지는 쿼드러폴(Quadrupole), 머쉬룸(mushroom), 아령형, 리마손, 륄로 삼각형, 오발(oval)형 등의 도형 형태 중의 하나로 결정할 수 있다. That is, the chaotic resonator can be determined as a figure shape that forms a chaotic locus in the cross section of the wire, and it is possible to use a spiral, a stadium, a cardioid, a bulb, a spiral, A mushroom, a dumbbell, a limasson, a triangle, an oval, or the like having a chaotic locus in a region of a figure shape and a phase space.
예를 들어, 2차원 혼돈 공진기 형태로서 스타디움 형 또는 버섯 모양처럼 원호와 직선들로 구성된 형태를 혼돈 공진기 형태로 결정할 수 있다. 또한, 쿼드러폴(Quadrupole), 나선형처럼 원의 수식에서 각도에 따라 경계면과 중심점과의 거리가 달라지는 형태를 갖도록 혼돈 공진기 형태를 결정할 수도 있고, 타원의 수식에 다른 수식이 더해진 형태로 혼돈 공진기 형태를 결정할 수 있다. For example, a two-dimensional chaotic resonator can be determined as a chaotic resonator in the form of stadium or mushroom-like arcs and straight lines. In addition, it is possible to determine the shape of the chaotic resonator so that the distance between the interface and the center point varies according to the angle in the formula of the circle, such as a quadrupole, a spiral, or a form of a chaotic resonator You can decide.
또한, 2차원 혼돈 공진기 형태로서 반지름이 다른 원호들이 결합된 도형 형태 또는 반지름이 다른 원호들과 이심률이 다른 타원의 호들이 결합된 도형 형태 또는 상기 이심률이 다른 타원의 호들이 결합된 도형 형태를 혼돈 공진기 형태로 결정할 수 있다. 이 때 하나의 호의 반지름이 무한대 일 수 있다.Also, as a form of a two-dimensional chaotic resonator, a geometric shape in which arcs having different radii are combined or a geometric shape in which arcs having different radii are combined with oval arcs having different eccentricities or a geometric shape in which arcs having different eccentricities are combined It can be determined in the form of a resonator. At this time, the radius of one arc can be infinity.
예를 들어, 2차원 혼돈 공진기 형태로서, 륄로 삼각형처럼 반지름이 다른 원호들의 집합으로 만들어지는 도형 형태도 혼돈 공진기의 역할이 가능할 수 있다. 또한, 원호와 직선으로 이루어진 스타디움 형태에서도 원형을 여러 직선들로 나누어 다각형 구조로 바꾸어도 혼돈 공진기 구조의 효과가 거의 유사하게 나올 것으로 기대되므로, 혼돈 공진기 구조를 가질 수 있도록 하는 단순한 형태의 변환으로도 높은 광효율의 혼돈 나노와이어 또는 혼돈 마이크로와이어를 기대할 수 있다. For example, in the form of a two-dimensional chaotic resonator, a figure shape formed by a set of arcs having different radii, such as a triangle, may play a role of a chaotic resonator. In addition, even if the stamper is formed of a circular arc and a straight line, the effect of the chaotic resonator structure is expected to be almost similar even if the circular shape is divided into a plurality of straight lines and converted into a polygonal structure. Therefore, You can expect chaotic nanowires or chaotic microwires of light efficiency.
또한, 혼돈 나노와이어 또는 혼돈 마이크로와이어의 직경의 크기, 길이는 와이어 내에서 공명 모드가 형성될 수 있는 직경의 크기, 길이로 결정 될 수 있다. 예를 들어, 와이어는 와이어의 길이는 1 나노미터에서 10 밀리미터 일 수 있고, 와이어 단면의 장축에 대한 단축의 비는 1.0에서 0.001 사이이며, 와이어 단면의 단축의 길이는 1 나노 미터에서 10 밀리미터 크기를 가지도록 제작될 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the size and length of the diameter of the chaotic nanowire or the chaotic microwire can be determined by the size and length of the diameter in which the resonance mode can be formed in the wire. For example, the wire may be from 1 nanometer to 10 millimeters in length, the short axis ratio to the major axis of the wire cross section is between 1.0 and 0.001, the minor axis length of the wire cross section is from 1 nanometer to 10 millimeters However, the scope of the present invention is not limited thereto.
또한, 혼돈 나노와이어 또는 혼돈 마이크로와이어를 이용하여, 고효율의 태양전지를 제조할 수 있다. 즉, 기판상에 혼돈 나노와이어 또는 혼돈 마이크로와이어를 충전물과 함께 배열하고, 전극을 증착함으로써, 광 흡수율이 향상된 태양전지를 제작할 수 있다. 이때, 혼돈 나노와이어 또는 혼돈 마이크로와이어는 삼각형 구조, 정사각형 구조, 직사각형 구조 또는 육각형 구조의 격자 구조로 배열될 수 있다. 또한, 혼돈 나노와이어 또는 혼돈 마이크로와이어는 랜덤 미디어의 특성을 보유하도록 불규칙한 구조로 배열될 수도 있다.In addition, high-efficiency solar cells can be manufactured using chaotic nanowires or chaotic microwires. That is, a chaotic nanowire or a chaotic microwire may be arranged on a substrate together with a filling material, and an electrode may be deposited to manufacture a solar cell having an improved light absorptivity. At this time, the chaotic nanowire or the chaotic microwire can be arranged in a lattice structure of a triangular structure, a square structure, a rectangular structure, or a hexagonal structure. In addition, the chaotic nanowires or the chaotic microwires may be arranged in an irregular structure to retain the characteristics of random media.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.
10: 원형 와이어
20: 충전물
30: 나선형 와이어
40: 스타디움형 와이어10: Circular wire
20: packing
30: Spiral wire
40: stadium wire
Claims (17)
상기 와이어의 횡단면은 상기 와이어의 횡단면 공간에 복수개의 공명모드들이 중첩되어 형성되도록 하는 2차원 혼돈 공진기 형태를 가지며,
상기 2차원 혼돈 공진기 형태는 공진기 내부의 궤적이 위상 공간에서 불규칙하게 혼돈 궤적이 형성되도록 하는 도형 형태이며,
상기 혼돈 궤적이 형성되도록 하는 도형 형태는, 상기 궤적이 위상 공간의 전체 영역에서 혼돈 궤적을 가지는 나선형(Spiral), 스타디움, 카디오이드(Caedioid), 전구(bulb)형, 반달형의 도형 형태 및 상기 궤적의 위상 공간의 일부 영역에서 혼돈 궤적을 가지는 쿼드러폴(Quadrupole), 머쉬룸(mushroom), 아령형, 리마손, 륄로 삼각형, 타원(oval)형의 도형 형태 중의 하나인 혼돈 나노와이어.
For the chaotic nanowire,
The cross-sectional surface of the wire has a two-dimensional chaotic resonator shape in which a plurality of resonance modes are formed by overlapping in a cross-sectional space of the wire,
The two-dimensional chaotic resonator type is a figure shape in which the locus of the resonator is randomly formed in the phase space,
The graphic form for forming the chaotic locus may be a shape of a spiral, a stadium, a cardioid, a bulb, a semicircle, and a trapezoid having a chaotic locus in the entire region of the phase space. A chaotic nanowire that is one of the geometric shapes of quadrupole, mushroom, dumbbell, limasson, triangle, and oval shapes with chaotic locus in some area of the phase space.
상기 와이어의 길이는 1 나노미터에서 10 밀리미터 이고, 상기 와이어의 횡단면의 장축에 대한 단축의 비는 1.0에서 0.001 이며, 상기 와이어의 횡단면의 단축의 길이는 1 나노 미터에서 10 밀리미터인 혼돈 나노와이어.
The method according to claim 1,
Wherein the length of the wire is from 1 nanometer to 10 millimeters and the minor axis ratio of the wire to the major axis of the wire is from 1.0 to 0.001 and the minor axis length of the wire is from 1 nanometer to 10 millimeters in length.
상기 혼돈 궤적이 형성되도록 하는 도형 형태는 원의 수식에 다른 수식이 더해진 형태로 결정되는 도형 형태인 혼돈 나노와이어.
The method according to claim 1,
The chaotic shape for forming the chaotic locus is a figure shape that is determined by adding another expression to the original formula of the chaotic nanowire.
상기 혼돈 궤적이 형성되도록 하는 도형 형태는 타원의 수식에 다른 수식이 더해진 형태로 결정되는 도형 형태인 혼돈 나노와이어.
The method according to claim 1,
The chaotic shape for forming the chaotic locus is a figure shape which is determined by adding another expression to the elliptic equation.
상기 혼돈 궤적이 형성되도록 하는 도형 형태는 반지름이 다른 원호들이 결합된 도형 형태 또는 반지름이 다른 원호들과 이심률이 다른 타원의 호들이 결합된 도형 형태 또는 상기 이심률이 다른 타원의 호들이 결합된 도형 형태인 혼돈 나노와이어.
The method according to claim 1,
The geometric shape in which the chaotic locus is formed may be a geometric shape in which arcs having different radii are combined or a geometric shape in which arcs having different radii are combined with oval arcs having different eccentric ratios or a geometric shape in which arcs of different elliptic ratios are combined Inner chaotic nanowires.
상기 혼돈 궤적이 형성되도록 하는 도형 형태에서의 반지름이 다른 원호들 중 하나의 원호의 반지름이 나머지 원호들의 반지름보다 긴 것을 포함하는 혼돈 나노와이어.
9. The method of claim 8,
Wherein the radius of one of the arcs having different radii in the geometry that causes the chaotic locus to form is greater than the radius of the remaining arcs.
상기 혼돈 궤적이 형성되도록 하는 도형 형태에서의 이심률이 1인 타원을 포함하는 혼돈 나노와이어.
9. The method of claim 8,
Wherein the chaotic nanowire comprises an ellipse having an eccentricity of 1 in the shape of the figure so that the chaotic locus is formed.
상기 스타디움 형태에서 경계면은 원호와 직선 또는 타원의 호와 직선인 혼돈 나노와이어.
The method according to claim 1,
In the stadium form, the interface is an arc and a straight or elliptical arc and a straight chaotic nanowire.
기판;
충전물; 및
전극;을 더 포함하여 태양전지를 형성하는 혼돈 나노와이어.
The method according to claim 1,
Board;
Packing; And
A chaotic nanowire forming a solar cell further comprising an electrode;
상기 와이어들은 삼각형 구조, 정사각형 구조, 직사각형 구조 또는 육각형 구조의 격자 구조로 배열되는 혼돈 나노와이어.
16. The method of claim 15,
Wherein the wires are arranged in a lattice structure of a triangular structure, a square structure, a rectangular structure, or a hexagonal structure.
상기 와이어들은 랜덤 미디어의 특성을 보유하도록 불규칙한 구조로 배열되는 혼돈 나노와이어.
16. The method of claim 15,
Wherein the wires are arranged in an irregular configuration to retain the characteristics of random media.
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Citations (2)
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|---|---|
| WO2018208019A1 (en) | 2018-11-15 |
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