KR101976926B1 - System and method for near infra red wireless charging based on colloidal quantumdots - Google Patents
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Abstract
콜로이달 양자점 기반 근적외선 무선 충전 시스템 및 방법이 개시된다. 근적외선 무선 충전 시스템은, 플랙서블 기판(flexible substrate), 상기 플랙서블 기판 위에 형성되는 리튬-이온 배터리, 상기 리튬-이온 배터리 위에 형성되는 콜로이달 퀀텀닷(colloidal quantumdots) 기반의 광전변환소자, 및 상기 광전변환소자 위에 형성되는 근적외선 투과막을 포함할 수 있다.A colloidal quantum dot-based near-IR wireless charging system and method are disclosed. A near-infrared wireless charging system includes a flexible substrate, a lithium-ion battery formed on the flexible substrate, a photoelectric conversion element based on colloidal quantum dots formed on the lithium-ion battery, And a near-infrared ray transmissive film formed on the photoelectric conversion element.
Description
본 발명은 웨어러블 전자기기(wearable electronics)를 위한 근적외선 무선 충전 기술에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 근적외선 영역의 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 콜로이달 퀀텀닷(colloidal quantumdots) 기반의 광전변환소자를 이용하여 무선 충전을 수행하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a near-infrared wireless charging technique for wearable electronics. More particularly, the present invention relates to a technique for performing wireless charging using a photoelectric conversion element based on colloidal quantum dots that converts light energy in a near-infrared region into electric energy.
웨어러블 전자기기 시장은 (wearable electronics market) 모바일 전자기기의 차세대 시장으로 빠르게 성장하고 있다. 웨어러블 분야가 발전하면서, 기기들이 고집적도화 되고 다양한 기능을 가진 웨어러블 전자기기들이 신체 기능을 보조하거나 생활의 편리함을 제공하고 있다. 웨어러블 전자기기가 증가할수록 더 많은 전기에너지 공급을 요구할 것이 예상되므로, 웨어러블 전자기기에 적절한 전기 에너지 충전 및 저장 시스템의 개발이 절실한 상황이다. The wearable electronics market is rapidly growing into the next generation of mobile electronic devices. As the wearable field develops, devices are highly integrated and wearable electronic devices with various functions assisting body functions and providing convenience of life. As wearable electronic equipment increases, it is expected that more electric energy is required to be supplied. Therefore, development of an electric energy charging and storage system suitable for wearable electronic equipment is urgently required.
웨어러블 전자기기에 이용되기 위한 충전 시스템은 반드시 가볍고, 유연하며 인체에 밀접해있고 사용자의 생활에 방해되는 요소가 없어야 하는 제약 조건이 존재한다. 특히, 충전을 위한 잦은 탈 부착과 사용 중 급작스러운 방전은 기기를 사용하는데 있어서 불편함을 초래한다.The charging system to be used in wearable electronic devices is necessarily light, flexible, close to the human body, and has a constraint that it should not interfere with the user's life. In particular, frequent unattachment for charging and sudden discharge during use cause inconvenience in using the device.
무선충전(wireless charging)은 웨어러블 전자기기의 충전을 위한 별도의 탈부착없이 편리하게 사용자 친화적으로 에너지를 전달하는 방식이다. 최근 모바일 스마트 폰(smartphone)의 경우 자기유도방식의 무선충전을 상용화한 바 있으나, 매우 가까운 거리에서만 충전이 가능하다는 한계가 있다. 한편, 자기공명 식 무선송신도 이용가능하나 다른 전자기기와의 간섭효과나, 인체 유해 가능성에 관련된 논란이 존재한다.Wireless charging is a convenient and user-friendly method of transferring energy without additional attachment or detachment for charging a wearable electronic device. Recently, mobile smart phones have been commercialized by magnetic induction wireless charging, but there is a limitation that they can be charged only at a very short distance. On the other hand, although magnetic resonance type wireless transmission is available, there is a controversy related to the interference effect with other electronic devices and the possibility of human harm.
이처럼, 자기공명식 또는 자기유도방식의 무선충전을 웨어러블 전자기기에 적용하는데 어려움이 존재하여 대안으로서 빛(즉, 광)을 이용한 무선 에너지 송신 기술이 존재한다. 빛을 이용한 무선 에너지 송신 기술은 태양에너지를 전기에너지로 전환하기 위한 전자소자로서 광전변환소자를 이용한다. 예컨대, 태양전지를 이용한다. 그러나, 태양 에너지를 이용한 무선 충전의 경우, 광전변환효율이 매우 낮은 문제가 존재한다.As described above, there is a difficulty in applying the magnetic resonance type or the magnetic induction type wireless charging to wearable electronic devices, and there is a wireless energy transmission technique using light (i.e., light) as an alternative. A wireless energy transmission technology using light uses a photoelectric conversion element as an electronic element for converting solar energy into electric energy. For example, a solar cell is used. However, in the case of wireless charging using solar energy, there is a problem that photoelectric conversion efficiency is very low.
이에 따라, 광전변환효율을 높이면서 웨어러블 전자기기를 착용한 사용자의 실제 생활을 방해하지 않으면서 에너지를 공급할 수 있는 무선충전기술이 요구된다.Accordingly, there is a need for a wireless charging technology capable of supplying energy without hindering the actual life of the wearer wearing the wearable electronic device while enhancing the photoelectric conversion efficiency.
한국등록특허 제10-0964268호는 에너지 수집형 전력원을 구비한 웨어러블 장치에 관한 것으로, 유기태양전지 및 연료감응형 태양전지를 이용한 디스플레이 광에너지를 재활용하는 기술을 기재하고 있다.Korean Patent No. 10-0964268 relates to a wearable device having an energy collecting power source, and describes a technique for recycling display light energy using an organic solar cell and a fuel-responsive solar cell.
본 발명은 양자점 광전변환소자와 고유연성 에너지 저장 소자를 결합하여 무선 충전을 제공함으로써, 웨어러블 전자기기의 무선 충전에 적합한 형태로 무선 충전을 제공하는 기술에 관한 것이다. 즉, 웨어러블 전자기기에 삽입되어 일체형으로 제작이 용이하도록 가볍고 유연한(flexible) 무선 충전을 제공하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for providing wireless charging in a form suitable for wireless charging of a wearable electronic device by providing a wireless charging by combining a quantum dot photoelectric conversion element and a high-flexibility energy storage element. That is, the present invention relates to a technique for providing a flexible and flexible wireless charging so that it can be inserted into a wearable electronic device and integrated into a single body.
또한, 무선 충전 시스템을 웨어러블 전자기기에 삽입된 일체형으로 제공함으로써, 충전을 위해 사용자가 웨어러블 전자기기를 탈부착하는 번거로움 없이 착용한 상태에서 지속적으로 에너지 공급 및 충전을 제공하는 기술에 관한 것이다. In addition, the present invention relates to a technology for continuously supplying energy and charging while wearing the wireless charging system in a state where the wireless charging system is inserted into the wearable electronic device without the hassle of the user detaching and attaching the wearable electronic device for charging.
또한, 광전변환소자 및 근적외선 투과막을 이용하여 근적외선 영역의 광 에너지를 기반으로 무선 충전을 제공함으로써 가시광 대역보다 상대적으로 높은 광전변환효율 및 안정성을 제공하는 기술에 관한 것이다.The present invention also relates to a technique for providing photoelectric conversion efficiency and stability that are relatively higher than the visible light band by providing wireless charging based on light energy in a near infrared region using a photoelectric conversion element and a near-infrared ray transmitting film.
근적외선 무선 충전 시스템은, 플랙서블 기판(flexible substrate), 상기 플랙서블 기판 위에 형성되는 리튬-이온 배터리, 상기 리튬-이온 배터리 위에 형성되는 콜로이달 퀀텀닷(colloidal quantumdots) 기반의 광전변환소자, 및 상기 광전변환소자 위에 형성되는 근적외선 투과막을 포함할 수 있다.A near-infrared wireless charging system includes a flexible substrate, a lithium-ion battery formed on the flexible substrate, a photoelectric conversion element based on colloidal quantum dots formed on the lithium-ion battery, And a near-infrared ray transmissive film formed on the photoelectric conversion element.
일측면에 따르면, 상기 광전변환소자는, 태양광 에너지 중 상기 근적외선 투과막을 통해 입사되는 근적외선(near infrared ray) 영역에 해당하는 광 에너지를 전기 에너지로 변환하고, 변환된 전기 에너지를 상기 리튬-이온 배터리에 축적할 수 있다.According to an aspect of the present invention, the photoelectric conversion element converts light energy corresponding to a near infrared ray region incident through the near-infrared ray transmissive film among solar energy into electrical energy, converts the converted electrical energy into the lithium ion It can accumulate in the battery.
다른 측면에 따르면, 상기 광전변환소자는, ITO(Indium Tin Oxide) 기판, 상기 ITO 기판 위에 형성되는 산화아연(ZnO) 나노입자 층, 상기 산화아연 나노입자 층 위에 용액 공정을 통해 증착되는 퀀텀닷 층, 상기 퀀텀닷 층 상에 증착되는 전극, 및 상기 퀀텀닷 층과 전극 사이에 위치하는 유기박막을 포함할 수 있다.According to another aspect, the photoelectric conversion element includes an indium tin oxide (ITO) substrate, a zinc oxide (ZnO) nanoparticle layer formed on the ITO substrate, a quantum dot layer deposited on the zinc oxide nanoparticle layer through a solution process An electrode deposited on the quantum dot layer, and an organic thin film positioned between the quantum dot layer and the electrode.
또 다른 측면에 따르면, 상기 퀀텀닷 층은, 황화납(PbS)을 이용하여 상기 근적외선 투과막을 통해 입사되는 태양광 에너지 중 근적외선 영역에 해당하는 에너지를 선택적으로 흡수할 수 있다.According to another aspect, the quantum dot layer can selectively absorb energy corresponding to a near-infrared region of solar energy incident through the near-infrared ray transmissive film using lead sulfide (PbS).
또 다른 측면에 따르면, 상기 퀀텀닷 층은, 상기 나노입자 층 상에 EMII(1-ethyl-3-methylimidazolium) 리간드 처리한 황화납(PbS)을 도포하여 형성되는 PbS-EMII 층, 및 상기 PbS-EMII 층 상에 EDT(1,2-ethandithiol) 리간드 처리한 황화납(PbS)을 도포하여 형성되는 PbS-EDT 층을 포함할 수 있다.According to another aspect, the quantum dot layer comprises a PbS-EMI layer formed by applying a 1-ethyl-3-methylimidazolium (PbS) ligand treated on the nanoparticle layer, and a PbS- And a PbS-EDT layer formed by applying an EDT (1,2-ethanedithiol) ligand-treated lead sulfide (PbS) on the EMII layer.
또 다른 측면에 따르면, 상기 유기박막은, 상기 퀀텀닷 층 상에 MeO-TPD와 F6-TCNNQ를 증착함으로써 형성될 수 있다.According to another aspect, the organic thin film may be formed by depositing MeO-TPD and F6-TCNNQ on the quantum dot layer.
또 다른 측면에 따르면, 상기 유기박막은, 옵티컬 스페이서(optical spacer)로 동작할 수 있다.According to another aspect, the organic thin film may operate as an optical spacer.
또 다른 측면에 따르면, 상기 근적외선 무선 충전 시스템은, 웨어러블 워치(wearable watch)의 손목 밴드에 내장될 수 있다.According to another aspect, the near-infrared wireless charging system may be embedded in a wristband of a wearable watch.
또 다른 측면에 따르면, 상기 근적외선 투과막은, 상기 웨어러블 워치의 손목 밴드의 외피에 해당할 수 있다.According to another aspect, the near-infrared ray transmissive film may correspond to a skin of a wristband of the wearable watch.
또 다른 측면에 따르면, 상기 웨어러블 워치를 착용한 사용자의 피부와 맞닿는 영역에 상기 플랙서블 기판 및 리튬-이온 배터리가 위치할 수 있다.According to another aspect, the flexible substrate and the lithium-ion battery may be positioned in an area of the wearer's wearer's wearer's skin.
또 다른 측면에 따르면, 상기 광전변환소자는, 근적외선 레이저를 통해 입사되는 평행광 에너지를 전기적 에너지로 변환하여 기정의된 기준 시간 이내에 고속으로 상기 리튬-이온 배터리에 축적할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the photoelectric conversion element converts parallel light energy incident through a near-infrared laser into electrical energy, and accumulates the electrical energy in the lithium-ion battery at a high speed within a predetermined reference time.
본 발명의 실시예들에 따르면, 양자점 광전변환소자와 고유연성 에너지 저장 소자를 결합하여 무선 충전을 제공함으로써, 웨어러블 전자기기의 무선 충전에 적합한 형태로 무선 충전을 제공할 수 있다. 즉, 무선 충전 시스템이 가볍고 유연한(flexible) 특성을 가짐에 따라 웨어러블 전자기기에 삽입된 일체형으로 제작이 용이할 수 있다. According to embodiments of the present invention, wireless charging can be provided in a form suitable for wireless charging of a wearable electronic device by combining a quantum dot photoelectric conversion element and a high-flexibility energy storage element to provide wireless charging. That is, since the wireless charging system has a light and flexible characteristic, the wireless charging system can be easily integrated into a wearable electronic device.
또한, 무선 충전 시스템을 웨어러블 전자기기에 삽입된 일체형으로 제공함으로써, 충전을 위해 사용자가 웨어러블 전자기기를 탈부착하는 번거로움 없이 착용한 상태에서 지속적으로 에너지 공급 및 충전을 제공할 수 있다.In addition, by providing the wireless charging system as an integrated type inserted into the wearable electronic device, it is possible to continuously supply energy and charge the wearable electronic device in a worn state without the user having to detach and attach the wearable electronic device for charging.
또한, 광전변환소자 및 근적외선 투과막을 이용하여 근적외선 영역의 광 에너지를 기반으로 무선 충전을 제공함으로써 가시광 대역보다 상대적으로 높은 광전변환효율 및 안정성을 제공할 수 있다.Further, by providing a wireless charging based on the light energy in the near-infrared region using the photoelectric conversion element and the near-infrared ray transmissive film, photoelectric conversion efficiency and stability higher than visible light band can be provided.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 웨어러블 전자기기에 삽입된 근적외선 무선 충전 시스템의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 근적외선 무선 충전 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 양자점 광전변환소자의 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 고유연성의 리튬-이온 배터리의 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 검은색 폴리에틸렌 필름의 광투과도 특성을 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 다양한 색상의 염료를 이용한 직물 광 투과도 특성을 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 있어서, 광전변환소자의 광스펙트럼 응답 특성을 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 있어서, 광전변환소자의 전압-전류 특성을 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 있어서, 광원으로부터의 거리에 따른 양자점 광전변환소자의 발전 특성을 도시한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 있어서, 고유연성의 리튬-이온 배터리의 밴딩 횟수에 따른 개방전압 특성 곡성을 도시한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 있어서, 무선 충전 시스템의 근적외선 충방전 특성 곡선을 도시한 그래프이다.1 is a diagram showing a structure of a near-infrared wireless charging system inserted in a wearable electronic device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a near-infrared wireless charging method according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing a structure of a quantum dot photoelectric conversion element according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing the structure of a highly flexible lithium-ion battery in an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing light transmittance characteristics of a black polyethylene film according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing the fabric light transmittance characteristics using dyes of various colors in an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing the optical spectrum response characteristic of the photoelectric conversion element in one embodiment of the present invention.
8 is a graph showing voltage-current characteristics of a photoelectric conversion element in an embodiment of the present invention.
9 is a graph showing power generation characteristics of a quantum dot photoelectric conversion device according to a distance from a light source in an embodiment of the present invention.
10 is a graph showing an open-circuit voltage characteristic curvature according to the number of bending cycles of a highly flexible lithium-ion battery in an embodiment of the present invention.
11 is a graph showing a near-infrared charging / discharging characteristic curve of the wireless charging system in an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 웨어러블 전자기기(즉, 웨어러블 디바이스)로 에너지를 공급하기 위한 근적외선 무선 충전 기술에 관한 것으로서, 특히, 콜로이달 퀀텀닷(colloidal quantumdots)을 광흡수 재료로 사용한 양자점 광전변환소자와 신체 밀착도가 높은 고유연성 에너지 저장 소자 그리고 근적외선 투과막을 결합하여 무선 충전을 제공하는 기술에 관한 것이다.Field of the Invention [0002] The present invention relates to a near-infrared wireless charging technique for supplying energy to a wearable electronic device (i.e., a wearable device), and more particularly to a quantum dot photoelectric conversion device using colloidal quantum dots as a light absorbing material, A high-flexibility energy storage device, and a technique for providing wireless charging by combining a near-infrared ray transmissive film.
본 실시예들에서, 양자점 광전변환소자는 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 전자로서, 특히, 태양광 에너지 중 가시광 영역이 아닌 근적외선 영역에 해당하는 광 에너지를 전기 에너지로 변환하여 고유연성 에너지 저장 소자에 축적, 즉, 충전할 수 있다.In the present embodiments, the quantum dot photoelectric conversion element is an electron that converts solar energy into electric energy. In particular, the quantum dot photoelectric conversion device converts light energy corresponding to a near infrared region, not a visible light region, It can be stored in the device, i.e., charged.
본 실시예들에서, 고유연성 에너지 저장 소자는 유연한(flexible) 리튬-이온 배터리를 나타내는 것으로서, 자유자재로 휘어지는 특성을 가질 수 있다.In these embodiments, the highly flexible energy storage element represents a flexible lithium-ion battery and can have a flexing characteristic freely.
본 실시예들에서, 무선 충전 시스템은 웨어러블 전자기기 중 웨어러블 워치(wearable watch)의 손목 밴드에 삽입되는 일체형으로 제작되는 것을 예로 들어 설명하나, 이는 실시예에 해당되며, 웨어러블 워치 이외에 다양한 종류의 웨어러블 전자기기에 에너지 공급을 위해 적용될 수 있으며, 웨어러블 전자기기 이외에 사물인터넷(IoT) 기반 전자기기들에 에너지 공급을 위해 적용될 수 있다.In the present embodiments, the wireless charging system is described as an example in which the wireless charging system is manufactured as an integrated type which is inserted into a wristband of a wearable watch among wearable electronic devices. However, the wireless charging system corresponds to the embodiment, It can be applied for supplying energy to electronic devices, and it can be applied for supplying energy to object Internet (IoT) based electronic devices in addition to wearable electronic devices.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 웨어러블 전자기기에 삽입된 근적외선 무선 충전 시스템의 구조를 도시한 도면이다.1 is a diagram showing a structure of a near-infrared wireless charging system inserted in a wearable electronic device according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참고하면, 웨어러블 워치(101)의 손목 밴드 부분에 근적외선 무선 충전 시스템(100)이 삽입되어 일체형으로 제작될 수 있다. 이때, 손목 밴드의 외피는 무선 충전 시스템(100)의 근적외선 투과막에 해당할 수 있다. Referring to FIG. 1, the near-infrared
무선 충전 시스템(100)은 플랙서블 기판(110), 고유연성 리튬-이온 배터리(120), 양자점 광전변환소자(130), 및 근적외선 투과막(140)을 포함할 수 있다. 여기서, 플랙서블 기판(110)은 스트랩(strap)을 나타내며, 웨어러블 워치(101)를 착용한 사용자의 피부에 맞닿는 손목 밴드의 하부에 해당할 수 있다.The
플랙서블 기판(110), 즉, 스트랩 위에 에너지를 저장하는 고유연성 리튬-이온 배터리(120)가 배치될 수 있다. 예컨대, 가죽끈 등의 스트랩(strap)인 플랙서블 기판(110)은 웨어러블 워치를 착용한 사용자의 피부(예컨대, 손목)에 맞닿는 영역에 위치하는 것으로서, 예컨대, 손목 밴드의 내피에 해당할 수 있다.
고유연성 리튬-이온 배터리(120) 상부에 고유연성 리튬-이온 배터리(120)의 크기에 해당하는 양자점 광전변환소자(130)가 배치될 수 있다. 여기서, 양자점 광전변환소자(130)는 넓은 영역의 흡광이 가능한 콜로이달 양자점(colloidal quantumdots)을 광흡수 재료로 사용한 콜로이달 양자점 광전변환소자를 나타낼 수 있다. 이때, 양자점 광전변환소자(130)는 플라스틱의 플랙서블(flexible) 기판(예컨대, ITO 기판) 위에 형성됨에 따라, 고유연성의 리튬-이온 배터리(120)와 함께 손목 밴드 내부에서 잘 휘어지는(즉, 유연한) 특성을 가질 수 있다.The quantum dot photoelectric conversion element 130 corresponding to the size of the highly flexible lithium-ion battery 120 may be disposed on the high-flexibility lithium-ion battery 120. Here, the quantum dot photoelectric conversion element 130 may represent a colloidal quantum dot photoelectric conversion element using colloidal quantum dots capable of absorbing a wide region as a light absorbing material. At this time, since the quantum dot photoelectric conversion element 130 is formed on a plastic flexible substrate (for example, an ITO substrate), the quantum dot photoelectric conversion element 130 can be easily bent in the wristband together with the highly flexible lithium- Flexible) characteristics.
근적외선 투과막(140)은 양자점 광전변환소자(130)의 상부에 배치될 수 있으며, 근적외선이 투과되는 직물과 염료를 이용하여 제작될 수 있다. 예컨대, 근적외선 투과막(140)은 태양광 에너지 중 근적외선 영역에 해당하는 에너지를 선택적으로 투과시킬 수 있는 소재로 구성될 수 있으며, 웨어러블 워치의 손목 밴드의 외피에 해당할 수 있다. 다시 말해, 스트랩(110)은 손목 밴드의 하부에 해당하고, 근적외선 투과막(140)은 상기 손목 밴드의 상부에 해당할 수 있으며, 상기 스트랩(110)과 근적외선 투과막(140) 사이에 고유연성 리튬-이온 배터리(120)와 양자점 광전변환소자(130)가 위치할 수 있다. 즉, 근적외선 무선 충전 시스템(100)이 웨어러블 워치의 손목 밴드 자체에 해당할 수 있다.The near-infrared ray transmissive film 140 may be disposed on the upper portion of the quantum dot photoelectric conversion element 130, and may be fabricated using a fabric and a dye through which near infrared rays are transmitted. For example, the near-infrared ray transmissive film 140 may be made of a material capable of selectively transmitting energy corresponding to the near-infrared ray region of the solar energy, and may correspond to the outer surface of the wristband of the wearable watch. In other words, the
일례로, 웨어러블 워치로 입사되는 태양광 에너지 중 근적외선 투과막(140)을 통해 근적외선 영역에 해당하는 광 에너지가 선택적으로 양자점 광전변환소자(130)로 전달될 수 있다. 즉, 근적외선 투과막(140)은 근적외선 영역에 해당하는 광 에너지를 선택적으로 투과시킬 수 있다. 그러면, 양자점 광전변환소자(130)는 투과된 상기 광 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있으며, 고유연성 리튬-이온 배터리(120)는 변환된 상기 전기 에너지를 저장할 수 있다. 이처럼, 리튬-이온 배터리(120)에 저장된 전기 에너지는 웨어러블 워치의 구동을 위해 이용될 수 있다.For example, light energy corresponding to the near-infrared region can be selectively transmitted to the quantum dot photoelectric conversion element 130 through the near-infrared ray transmissive film 140 among the solar energy incident on the wearable watch. That is, the near-infrared ray transmissive film 140 can selectively transmit light energy corresponding to the near-infrared region. Then, the quantum dot photoelectric conversion element 130 can convert the transmitted light energy into electric energy, and the highly flexible lithium-ion battery 120 can store the converted electric energy. As such, the electric energy stored in the lithium-ion battery 120 can be used for driving the wearable watch.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 근적외선 무선 충전 방법을 도시한 흐름도이다.FIG. 2 is a flowchart showing a near-infrared wireless charging method according to an embodiment of the present invention.
도 2에서 각 단계들(210 내지 )은 도 1에서 설명한 근적외선 무선 충전 시스템(100)의 구성요소인 고유연성 리튬-이온 배터리(120), 양자점 광전변환소자(130) 및 근적외선 투과막(140)에 의해 수행될 수 있다.2, each of
210 단계에서, 스트랩(strap)인 플랙서블 기판(110) 상부에 리튬-이온 배터리(120)가 형성될 수 있다.In
220 단계에서, 리튬-이온 배터리(120) 상부에 콜로이달 퀀텀닷(colloidal quantumdots) 기반의 광전변환소자, 즉, 양자점 광전변환소자(130)가 형성될 수 있다.In
221 단계에서, 리튬-이온 배터리(120) 상부에 ITO 기판이 형성될 수 있으며, ITO 기판 위에 산화아연(ZnO) 나노입자 층이 형성될 수 있다.In
222 단계에서, 산화아연 나노입자 층 상부에 용액 공정을 통해 퀀텀닷 층이 형성될 수 있다. 이때, 근적외선 영역의 광 에너지를 흡수하는 황화납(Pbs)을 이용하여 퀀텀닷 층이 형성될 수 있으며, 퀀텀닷 층은 이중 층 구조로 형성될 수 있다.In
223 단계에서, 퀀텀닷 층 상부에 옵티컬 스페이서(optical spacer)로 동작하는 유기박막이 형성될 수 있다.In
234 단계에서, 유기박막 상부에 전극을 증착함으로써, 양자점 광전변환소자(130)가 형성될 수 있다.In step 234, by depositing an electrode on the organic thin film, the quantum dot photoelectric conversion element 130 can be formed.
230 단계에서, 양자점 광전변환소자(130) 상부에 근적외선 투과막이 형성될 수 있다.In
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 양자점 광전변환소자의 구조를 도시한 도면이다.3 is a diagram showing a structure of a quantum dot photoelectric conversion element according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참고하면, 플라스틱의 플랙서블 기판인 ITO 기판(310)을 기반으로 양자점 광전변환소자(130)가 형성될 수 있다.Referring to FIG. 3, the quantum dot photoelectric conversion element 130 may be formed on the
먼저, ITO 기판(310) 위에 산화아연(ZnO) 나노입자가 도포됨에 따라, 산화아연 나노입자 층(320)이 형성될 수 있다. 그리고, 산화아연 나노입자 층(320) 상부에 용액 공정을 통해 퀀텀닷 층(330)을 증착시키고, 퀀텀닷 층 상부에 유기전도층(즉, 유기박막, 340)과 전극(350)을 증착시킴으로써 광전변환소자(130)가 형성될 수 있다. 이때, 근적외선 투과막(140)을 통해 입사된 광 에너지를 대상으로, 근적외선 영역의 에너지를 흡수할 수 있도록 황화납(PbS)을 이용하여 퀀텀닷 층(330)이 형성될 수 있다.First, zinc oxide (ZnO) nanoparticles are coated on the
일례로, 상기 산화아연 나노입자 층(320) 상부에 아이오딘 기반의 EMII(1-ethyl-3-methylimidazolium) 리간드 처리된 황화납(PbS)을 도포함으로써 PbS-EMII 층(331)이 형성될 수 있다. 이때, LBL(Layer-by-Layer) 공정을 통해 PbS-EMII 층(331)에 박막이 형성될 수 있다. PbS-EMII 층(331) 상부에 EDT(1,2-ethandithiol) 리간드 처리된 황화납(PbS)을 기정의된 기준 두께 이하로 얇게 추가 도포함으로써 PbS-EDT 층(332)이 형성될 수 있다. 예컨대, PbS-EMII 층(331) 대비 상대적으로 5/1의 두께로 얇게 PbS-EDT 층(332)이 형성될 수 있다. 이처럼, 퀀텀닷 층(330)은 PbS-EMII 층(331) 및 PbS-EDT 층(332)을 포함하는 이중 층 구조로 형성될 수 있으며, PbS-EDT 층(332)이 형성됨에 따라 광전변환효율이 증가할 수 있다.For example, the PbS-
이중 층(즉, PbS-EMII 층(331) 및 PbS-EDT 층(332))인 퀀텀닷 층(330) 상부에 금 전극(350)을 증착함으로써 태양전지인 양자점 광전변환소자(130)가 형성될 수 있다. 이때, 퀀텀닷 층(330)과 전극(350) 사이에 유기전도층인 유기박막이 형성되어 옵티컬 스페이서(optical spacer)로 동작할 수 있다.A
예를 들어, 퀀텀닷 층(330) 상부에 MeO-TPD(N,N,N,N-tetrakis(4-methoxyphenyl)-benzidine)와 F6-TCNNQ(2,2-(perfluoronaphthalene-2,6-diylidene) dimalononitrile)를 함께 증착함으써, 유기박막(340)이 형성될 수 있다. F6-TCNNQ는 효율적으로 정공이동이 가능하도록 하기 위해 증착될 수 있으며, 유기박막(340)은 p타입으로 도핑되어 p-MeO-TPD 층이 형성될 수 있다. 즉, 퀀텀닷 층(330) 상부에 p타입 유기박막(340)이 형성될 수 있다. 이처럼, p타입 도핑을 통해 유기박막(340)에서 다수의 자유정공들이 형성될 수 있으며, 자유정공들을 통해 퀀텀닷 층(330)으로 정공을 제공해줌으로써 광전변환소자(130)가 높은 전기적 특성이 유지되도록 할 수 있다. 그리고, 퀀텀닷 층(330)과 전극(350) 사이에 유기박막(340)이 형성됨에 따라, 유기박막(340)은 옵티컬 스페이서(optical spacer)로 동작하여 근적외선 영역의 광흡수 및 양자효율을 증가시킬 수 있다. 유기박막(340)은 공기 중에 존재하는 다양한 오염물질들이 퀀텀닷 층(330)으로 침투하는 것을 지연시켜줌으로써, 무선 충전 시스템(100)의 안정성을 증가시킬 수 있다.For example, MeO-TPD (N, N-tetrakis (4-methoxyphenyl) -benzidine) and F6-TCNNQ (2,2- (perfluoronaphthalene-2,6-diylidene ) dimalononitrile may be deposited together to form the organic
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 고유연성의 리튬-이온 배터리의 구조를 도시한 도면이다.4 is a diagram showing the structure of a highly flexible lithium-ion battery in an embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 무선 충전 시스템(100)에서 이용되는 고유연성의 리튬-이온 배터리(120)는 양전극 및 깍지형(interdigitated) 배터리 구조를 가질 수 있다.As shown in FIG. 4, the highly flexible lithium-ion battery 120 used in the
도 4를 참고하면, 양자점 광전변환소자(130)에서 변환된 전기 에너지는 리튬-이온 배터리(120)에 저장 및 축적될 수 있다. 고유연성의 리튬-이온 배터리(120)를 형성하기 위해 먼저 양극 제작이 수행될 수 있다. 양극을 형성하기 위해 분산된 흑연(Graphite), 덴카블랙(denka black), 폴리비닐라덴(polyvinylidene)으로 구성된 슬러리(slurry)가 이용될 수 있다. 예컨대, 상기 슬러리(slurry)는 흑연(Graphite), 덴카블랙(denka black), 폴리비닐라덴(polyvinylidene)이 90:3:7 무게비율로 구성될 수 있다. 그리고, 상기 슬러리는 닥터 블레이드(doctor blade) 기법에 기초하여 구리 호일 위에 도포될 수 있다. 그러면, 구리 호일 위에 도포된 슬러리가 완전히 진공 건조 후에 양극이 형성될 수 있다. 예컨대, 약 12mg/cm2의 전극이 형성될 수 있다. 양극과 동일한 방법으로 음극이 형성될 수 있으며, 양극과는 달리 음극 형성을 위한 슬러리(slurry)가 상이할 수 있다.Referring to FIG. 4, the electric energy converted in the quantum dot photoelectric conversion device 130 can be stored and accumulated in the lithium-ion battery 120. The positive electrode fabrication can be performed first to form a highly flexible lithium-ion battery 120. [ A slurry composed of graphite, denka black, and polyvinylidene dispersed to form an anode may be used. For example, the slurry may be composed of graphite, denka black, and polyvinylidene in a weight ratio of 90: 3: 7. And, the slurry can be applied on a copper foil based on a doctor blade technique. Then, the anode may be formed after the slurry applied on the copper foil is completely vacuum-dried. For example, an electrode of about 12 mg / cm < 2 > can be formed. The cathode may be formed in the same manner as the anode, and the slurry for forming the cathode may be different from the anode.
예를 들어, 음극 형성을 위해 이용되는 슬러리는 리튬코발트옥사이드(LiCoO2), 덴카블랙(denka black), PVDF가 94:3:3 무게비율로 구성될 수 있다. 그러면, 알루미늄 포일 상부에 리튬코발트옥사이드(LiCoO2), 덴카블랙(denka black), PVDF로 구성된 슬러리가 도포될 수 있으며, 해당 슬러리가 완전히 진공 건조된 이후에 음극이 형성될 수 있다. 예컨대, 약 28mg/cm2의 전극이 형성될 수 있다. 전체 양극 용량/ 전체 음극 용량으로 정의되는 n/p 비율은 약 1.05이며, 전체 배터리의 용량은 0.2C에서 10mAh일 수 있다.For example, the slurry used for cathode formation may be composed of lithium cobalt oxide (LiCoO2), denka black, PVDF in a weight ratio of 94: 3: 3. Then, a slurry composed of lithium cobalt oxide (LiCoO2), denka black, and PVDF may be applied on the aluminum foil, and the cathode may be formed after the slurry is completely vacuum dried. For example, an electrode of about 28 mg / cm 2 can be formed. The n / p ratio, defined as total anode capacity / total anode capacity, is about 1.05, and the total battery capacity can be from 0.2C to 10 mAh.
이처럼, 양극 및 음극이 형성되면, 두 전극은 나이프 몰드를 사용하여 빗 모양 패턴(예컨대, 내부 전극 폭 = 2 mm, 외부 전극 폭 = 1.5 mm)으로 펀칭(punching)될 수 있다. Thus, when the anode and the cathode are formed, the two electrodes can be punched using a knife mold in a comb pattern (e.g., internal electrode width = 2 mm, external electrode width = 1.5 mm).
이어, 전극의 뒷면에 SBR 본드가 스프레이될 수 있으며, 두 전극은 배리어 패턴을 따라 바닥 파우치에 부착될 수 있다. 그리고, 상부 주머니가 좌측에서 우측으로 부착될 수 있으며, 겔 전해질(예컨대, 25 wt%, polyvinylidene fluoride-co hexafluoropropylene 안에 1.15 M lithium hexaflurophoshate(LiPF6)와 5 wt% fluoroethylene carbonate(FEC)를 포함한 ethylenecarbonate(EC)/diethylenecarbonate(DEC) 1:1 v/v)이 전극에 도포될 수 있다. 이처럼, 겔 전해질이 도포된 이후 전체적인 파우치를 진공 밀봉하면, 얇고 깍지형(interdigitated) 구조로 인해 유연한(flexible) 특성을 갖는 고유연성의 리튬-이온 배터리(120)가 형성될 수 있다. 예컨대, 제작된 리튬-이온 배터리(120)의 전체 전극 면적은 약 5.6 cm2에 해당할 수 있다.The SBR bond may then be sprayed on the back side of the electrode and the two electrodes may be attached to the bottom pouch along the barrier pattern. The upper pouch may be attached from left to right, and a gel electrolyte (for example, 25 wt%, ethylenecarbonate containing 1.15 M lithium hexaflurophoshate (LiPF 6) and 5 wt% fluoroethylene carbonate (FEC) in a polyvinylidene fluoride-co hexafluoropropylene ) / diethylenecarbonate (DEC) 1: 1 v / v) can be applied to the electrode. As such, when the gel electrolyte is applied and the entire pouch is vacuum-sealed, a highly flexible lithium-ion battery 120 having a flexible characteristic due to a thin and interdigitated structure can be formed. For example, the total electrode area of the fabricated lithium-ion battery 120 may correspond to about 5.6 cm < 2 >.
이처럼, 고유연성의 리튬-이온 배터리(120)와 양자점 광전변환소자(130)는 얇고 휘어짐이 가능한 구조로 형성됨에 따라, 웨어러블 전자기기의 손목 밴드에 일체형으로 제작될 수 있다. 이때, 고유연성의 리튬-이온 배터리(120)와 양자점 광전변환소자(130)를 외부에 바로 노출되는 경우, 시각적으로 사용자들의 호감을 사기 어려운 디자인적 측면에서의 한계가 존재한다. 이에 따라, 디자인적 한계를 극복하기 위해 고유연성의 리튬-이온 배터리(120)와 양자점 광전변환소자(130)을 감싸는 외피를 도포하는 과정이 필요하며, 외피로서 근적외선 투과막(140)이 이용될 수 있다.As described above, since the highly flexible lithium ion battery 120 and the quantum dot photoelectric conversion element 130 are formed in a thin and flexible structure, they can be integrally formed in the wristband of the wearable electronic device. At this time, there is a limitation in terms of a design that is difficult to visually appeal to users when the highly flexible lithium-ion battery 120 and the quantum dot photoelectric conversion element 130 are directly exposed to the outside. Accordingly, in order to overcome the design limitation, it is necessary to apply a coating that covers the highly flexible lithium-ion battery 120 and the quantum dot photoelectric conversion element 130, and a near infrared ray transmitting film 140 is used as an outer skin .
이때, 근적외선 투과막(140)은 태양광 에너지 중 근적외선 영역에 해당하는 광 에너지를 기정의된 기준값 이상 투과시키는 다양한 소재와 염료가 이용될 수 있다. 예를 들어, 검은색 폴리에틸렌(polyethylene) 필름이 근적외선 투과막(140)으로 이용될 수 있으며, 검은색 폴리에틸렌 필름의 광투과도는 아래의 도 5를 참고하여 설명하기로 한다.At this time, the near-infrared ray transmissive film 140 can use various materials and dyes that transmit light energy corresponding to the near-infrared region of the solar energy more than a predetermined reference value. For example, a black polyethylene film may be used as the near-infrared ray transmitting film 140, and a light transmittance of the black polyethylene film will be described with reference to FIG. 5 below.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 검은색 폴리에틸렌 필름의 광투과도 특성을 도시한 그래프이다.5 is a graph showing light transmittance characteristics of a black polyethylene film according to an embodiment of the present invention.
도 5에서는 약 16㎛ 수준의 검은색 폴리에틸렌(polyethylene) 필름의 광투과도 특성을 나타낼 수 있다.In FIG. 5, a light transmittance characteristic of a black polyethylene film having a thickness of about 16 μm can be shown.
도 5를 참고하면, 검은색은 빛의 전 가시광 영역을 흡수하기 대문에 가시광 영역의 투과도는 거의 없는 것(예컨대, 가시광 영역의 광투과도는 10% 이하임)을 확인할 수 있다. 반면, 근적외선 영역(NIR region)에서의 광투과도는 가시광 영역 대비 상대적으로 상당히 높은 것을 확인할 수 있다. 예컨대, 근적외선 영역(NIR region)에서의 광투과도는 70 내지 80%에 해당함을 확인할 수 있다. 근적외선 영역의 광투과특성은 필름의 두께가 얇아질수록 상대적으로 증가하는 특성을 가지므로, 광 투과막(즉, 폴리에틸렌 필름)에 의한 손실이 거의 없이 광에너지가 광전변환소자(130)로 전달됨을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5, the black color absorbs the entire visible light region of light, so that it is possible to confirm that the transmittance of the visible light region is not substantially (for example, the light transmittance of the visible light region is 10% or less). On the other hand, the light transmittance in the near infrared region (NIR region) is relatively higher than that in the visible region. For example, it can be confirmed that the light transmittance in the near infrared region (NIR region) corresponds to 70 to 80%. Since light transmittance in the near-infrared region is relatively increased as the thickness of the film becomes thinner, light energy is transmitted to the photoelectric conversion element 130 with little loss due to the light transmitting film (i.e., polyethylene film) Can be confirmed.
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 다양한 색상의 염료를 이용한 직물 광 투과도 특성을 도시한 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing the fabric light transmittance characteristics using dyes of various colors in an embodiment of the present invention.
도 6은 색상에 따른 광투과도 특성을 확인하기 위해, 울(wool) 기반의 직물에 다양한 색상(예컨대, 흰색, 빨간색, 검정색 등)을 염색하여 광투과도를 분석한 결과를 도시한 그래프이다. FIG. 6 is a graph showing the result of analyzing light transmittance by dying wool-based fabrics with various colors (for example, white, red, black, and the like) in order to confirm light transmittance characteristics according to colors.
도 6에 따르면, 염료에 의한 색상 변화는 가시광 영역(610)에서의 광 투과특성에 크게 영향을 주지만, 근적외선 영역(620)의 광투과 특성에는 크게 영향을 주지 않음을 확인할 수 있다. 예컨대, 흰색염료의 경우, 근적외선뿐만 아니라 가시광 전 영역에서 높은 투과 특성을 가지며, 검은색 염료의 경우, 가시광 영역의 광투과도는 근적외선 영역의 광투과도 대비 상대적으로 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 이처럼, 도 6에 따르면, 흰색, 빨간색, 검정색 모두 근적외선 영역에서는 높은 투과효율을 가지는 것을 확인할 수 있다. 즉, 어떤 색상으로 염색된 직물을 광투과막으로 사용하더라도, 색상에 관계없이 근적외선 영역에 해당하는 에너지를 기정의된 기준값 이상의 높은 투과율로 투과시킴을 확인할 수 있다. 이에 따라, 웨어러블 워치의 손목 밴드의 외피에 해당하는 광투과막의 색상에 제한이 없으므로 시각적으로 다양한 디자인을 제공 가능할 수 있다.6, it can be confirmed that the color change due to the dye largely affects the light transmission characteristics in the visible
도 7은 본 발명의 일실시예에 있어서, 광전변환소자의 광스펙트럼 응답 특성을 도시한 그래프이고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 있어서, 광전변환소자의 전압-전류 특성을 도시한 그래프이다.FIG. 7 is a graph showing the optical spectrum response characteristic of the photoelectric conversion element in one embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a graph showing voltage-current characteristics of the photoelectric conversion element in one embodiment of the present invention to be.
도 7 및 도 8에서, 근적외선 환경에서 양자점 광전변환소자의 광전변환 효율을 정확하게 측정하기 위해, 입사광으로 911.5nm 파장의 근적외선 레이저가 이용될 수 있다. 레이저 출력 조절을 통해서 입사광의 에너지 밀도가 조절될 수 있으며, 입사되는 에너지 밀도는 빔(beam) 프로파일러와 파워미터를 통해 정확하게 측정될 수 있다. In Fig. 7 and Fig. 8, in order to accurately measure the photoelectric conversion efficiency of the quantum dot photoelectric conversion element in the near-infrared environment, a near-infrared laser having a wavelength of 911.5 nm may be used as the incident light. The energy density of the incident light can be controlled through the adjustment of the laser power, and the incident energy density can be accurately measured through the beam profiler and the power meter.
먼저, 양자점 광전변환소자(130)의 근적외선 영역 광전기적 특성 및 양자효율 특성이 분석될 수 있으며, 도 7은 최적화한 양자점 광전변환소자의 파장의존적 광전특성을 나타낼 수 있다. 도 7에서, 그래프 710은 외부양자효율을 나타내고, 그래프 720은 광흡수율을 나타내고, 그래프 730은 내부양자효율을 나타낼 수 있다.First, the near-infrared region photoelectric characteristic and quantum efficiency characteristic of the quantum dot photoelectric conversion element 130 can be analyzed, and FIG. 7 can show the wavelength-dependent photoelectric property of the optimized quantum dot photoelectric conversion element. 7,
도 7을 참고하면, 양자점 광전변환소자(130)의 엑시토닉 피크의 위치는 약 910nm로 이론적인 계산을 통해 얻어지는 최적의 파장영역과 거의 일치함을 알 수 있다. 외부양자효율의 경우 약 50 % 수준이며, 입사광의 레이저 스펙트럼의 위치와 잘 맞는 것을 확인할 수 있다. 양자점 광전변환소자(130)의 약 60% 수준의 근적외선 흡광도를 보였으며 내부양자효율은 약 80% 수준임을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 7, it can be seen that the position of the excitonic peak of the quantum dot photoelectric conversion element 130 is approximately 910 nm, which almost coincides with the optimum wavelength range obtained through theoretical calculation. The external quantum efficiency is about 50% and it can be confirmed that it matches the position of the laser spectrum of incident light. The near infrared absorbance of about 60% of the quantum dot photoelectric conversion element 130 is shown and the internal quantum efficiency is about 80%.
도 8은 광전변환소자의 광전변환 특성 분석을 위해 여러가지 방식의 입사광에 따른 양자점 광전변환소자의 대표적인 전압-전류밀도 곡선을 나타낼 수 있다. 도 8에서, 그래프 810은 1sun 환경에서의 기준소자 특성을 나타내고, 그래프 820은 1sun의 입사광 중 700nm 이하는 필터링된 특성을 나타내고, 그래프 830은 912nm를 1sun과 유사한 에너지 밀도로 입사했을 때 특성을 나타내고, 그래프 840은 912nm를 입사했을 때 가장 높은 효율이 달성된 조건을 나타낼 수 있다.FIG. 8 shows a typical voltage-current density curve of a quantum dot photoelectric conversion device according to various types of incident light for analyzing photoelectric conversion characteristics of the photoelectric conversion element. 8, the
이때, 비교를 위한 기준소자로서 1sun 환경에서의 광전변환소자 변환효율이 이용될 수 있다. 예를 들어, 아래의 표 1에 도시된 바와 같이 약 10.2 % 수준의 광전변환효율을 얻을 수 있음을 확인할 수 있다. At this time, photoelectric conversion element conversion efficiency in a 1 sun environment can be used as a reference element for comparison. For example, as shown in Table 1 below, it can be confirmed that the photoelectric conversion efficiency of about 10.2% can be obtained.
표 1을 참고하면, 개방전압, 단락전류, 그리고 FF는 각각 약 0.67V, 22 mA/cm2 그리고 70 수준임을 확인할 수 있다. 표 1에 도시된 결과는 이전의 아이오딘 리간드 기반의 PbS 퀀텀닷 소자의 효율과 비교할만한 결과라고 할 수 있다. 그리고, 1sun(100mW/cm2) 환경에서 근적외선 영역이 실제 단락전류에 어느 정도 비율로 기여하는지 알아보기 위해, 그래프 820과 같이 700 nm이하 가시광을 차단해주는 필터를 이용해 전압-전류밀도 특성이 확인될 수 있다. 그래프 820에 따르면, 전체의 약 40 % 수준의 광여기 캐리어들이 근적외선 영역에서 얻어지는 것을 확인할 수 있다. Referring to Table 1, it can be seen that the open-circuit voltage, the short-circuit current, and the FF are about 0.67 V, 22 mA / cm 2 and 70, respectively. The results shown in Table 1 are comparable to those of the prior art iodine ligand based PbS quantum dot devices. In order to see how the near-infrared region contributes to the actual short-circuit current in a 1 sun (100 mW / cm 2 ) environment, the voltage-current density characteristic is confirmed using a filter blocking visible light of 700 nm or less as shown in the graph 820 . According to the graph 820, it can be seen that approximately 40% of the total photoexcited carriers are obtained in the near infrared region.
또한, 그래프 830 및 840과 같이, 근적외선 레이저(911.5nm)를 입사광원으로 이용해 같은 방식으로 전압-전류밀도 특성을 확인할 수 있다. 이때, 측정은 암실환경에서 실행될 수 있으며, 1sun과 비슷한 수준의 약 94mW/cm2의 빛을 조사했을 때, 양자점 광전변환소자는 약 15.2%의 광전변환효율을 달성함을 확인할 수 있다. 즉, 15.2%의 광전변환효율은 1sun일 때보다 상대적으로 매우 높은 광전변환효율인데, 그 이유는 94mW/cm2(@912nm)일 때 100(@1sun)일 때보다 상대적으로 높은 단락전류(33.4mA/cm2)를 얻을 수 있었기 때문이다. 상기 단락전류 값(33.4mA/cm2)은 이론적인 계산 결과와 상당히 유사함을 알 수 있다. 이처럼, 도 7 및 도 8, 그리고, 표 1을 통해 다양한 입사광의 에너지 밀도에서 측정된 양자점 광전변환소자의 변환효율을 확인할 수 있으며, 그 중에 가장 높은 효율은 약 45mW/cm2에서 16.7% 에 해당함을 확인할 수 있다.Also, as in the graphs 830 and 840, the voltage-current density characteristics can be confirmed in the same manner using a near-infrared laser (911.5 nm) as an incident light source. At this time, the measurement can be performed in a dark room environment, and it can be confirmed that the quantum dot photoelectric conversion device achieves a photoelectric conversion efficiency of about 15.2% when light of about 94 mW / cm 2 similar to 1 sun is irradiated. That is, the photoelectric conversion efficiency of 15.2% is relatively higher than the photoelectric conversion efficiency of 1sun because the relatively high short circuit current (33.4) at 94 mW / cm 2 (@ 912 nm) mA / cm < 2 >). It can be seen that the short-circuit current value (33.4 mA / cm 2 ) is considerably similar to the theoretical calculation result. 7, 8, and Table 1, the conversion efficiency of the quantum dot photoelectric conversion device measured at various energy densities of incident light can be confirmed. The highest efficiency is 16.7% at about 45 mW / cm 2 . can confirm.
도 9는 본 발명의 일실시예에 있어서, 광원으로부터의 거리에 따른 양자점 광전변환소자의 발전 특성을 도시한 그래프이다.9 is a graph showing power generation characteristics of a quantum dot photoelectric conversion device according to a distance from a light source in an embodiment of the present invention.
레이저와 같이 집중된 평행광을 입사광으로 이용하는 경우, 상기 레이저를 통해 방사된 평행광을 이용하여 일정거리 이격된 무선 충전 시스템과 일체형으로 제작된 웨어러블 전자기기로 에너지 송신 시, 거리에 따라 에너지 손실이 거의 발생하지 않을 수 있다. 이처럼, 거리가 일정거리 이상 떨어지더라도 거의 에너지 손실없이 에너지(즉, 광 에너지)를 무선 충전 시스템(100)으로 무선 전송하는 특성은 자기유도방식 혹은 자기공명방식의 무선충전과 대조되는 큰 장점에 해당할 수 있다. 그리고, 근적외선 영역의 광(즉, 빛)은 실제로 사용자의 눈에 보이지 않기 때문에 사용자들의 생활에 불편함을 주지 않는다는 점에서 이점이 존재한다. 이에 따라, 도 9를 참고하여, 실제로 보이지 않는 근적외선 에너지 송신 효율이 수신기로 떨어진 거리에 의존하는지 여부를 확인할 수 있다. 그리고, 근적외선 레이저를 이용하는 경우, 양자점 광전변환소자는 근적외선 레이저에서 방사되어 입사되는 평행광 에너지를 전기적 에너지로 변환하여 기정의된 기준 시간 이내에 고속으로 리튬-이온 배터리에 축적할 수 있다.In the case of using parallel light concentrated as a laser as an incident light, a wearable electronic device fabricated as a unit with a wireless charging system spaced a certain distance using parallel light emitted through the laser, It may not occur. As described above, the characteristic of wirelessly transmitting energy (i.e., light energy) to the
도 9는 실제로 입사광과 양자점 광전변환소자 사이의 거리를 단계적으로 증가시켜가면서 광전변환효율을 측정한 결과를 도시한 그래프이다.9 is a graph showing a result of measuring the photoelectric conversion efficiency while actually increasing the distance between the incident light and the quantum dot photoelectric conversion element step by step.
도 9에 따르면, 레이저와 광전변환소자(즉, 무선 충전 시스템이 내장된 웨어러블 전자기기) 간의 거리가 증가할수록 광전변환효율이 크게 변하지 않음을 확인할 수 있다. 즉, 비교적 장거리에서도 손실 없이 광에너지를 광전변환소자로 송신시킬 수 있으며, 광전변환소자에서 광에너지를 전기 에너지로 변환하여 리튬-이온 배터리에 저장 및 축적시킬 수 있음을 확인할 수 있다.According to FIG. 9, it can be seen that the photoelectric conversion efficiency does not change significantly as the distance between the laser and the photoelectric conversion element (that is, the wearable electronic device with the wireless charging system incorporated therein) increases. That is, it can be seen that light energy can be transmitted to the photoelectric conversion element without loss even at a relatively long distance, and light energy can be converted into electric energy in the photoelectric conversion element and stored and accumulated in the lithium-ion battery.
도 10은 본 발명의 일실시예에 있어서, 고유연성의 리튬-이온 배터리의 밴딩 횟수에 따른 개방전압 특성 곡성을 도시한 그래프이다.10 is a graph showing an open-circuit voltage characteristic curvature according to the number of bending cycles of a highly-flexible lithium-ion battery in an embodiment of the present invention.
도 10과 같이, 고유연성의 리튬-이온 배터리의 기계적 특성은 밴딩사이클 테스트(bending cycle test)를 통해 확인할 수 있다. 리윰-이온 배터리와 양자점 광전변환소자가 결합된 무선 충전 시스템은 웨어러블 전자기기의 손목 밴드 내부에 삽입되기 때문에 구부려도 높은 전기화학적 특성이 유지되는 것이 반드시 필요하다. 이에 따라, 도 10에서는 매 50회 마다 리튬-이온 배터리의 개방전압 특성을 나타낼 수 있다. As shown in FIG. 10, the mechanical properties of a highly flexible lithium-ion battery can be confirmed through a bending cycle test. Since the wireless charging system in which the Li-ion battery and the QD photoelectric conversion element are combined is inserted into the wristband of the wearable electronic device, it is essential that the high electrochemical characteristics are maintained even when bent. Accordingly, in Fig. 10, the open-circuit voltage characteristic of the lithium-ion battery can be shown every 50 times.
도 10에 따르면, 밴딩테스트를 5000회까지 실시한 결과 전압특성이 별다른 차이 없이 잘 유지되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 고유연성의 리튬-이온 배터리의 구조가 기계적 특성이 매우 우수하다는 것을 알 수 있다. 다시 말해, 상기 리튬-이온 배터리는 손목 밴드 내부에서 견고하게 충분히 잘 작동할 수 있음을 알 수 있다.According to FIG. 10, the banding test is performed up to 5,000 times, and it can be confirmed that the voltage characteristics are well maintained without any difference. That is, it can be seen that the structure of the highly flexible lithium-ion battery is very excellent in mechanical characteristics. In other words, it can be seen that the lithium-ion battery can work well and firmly inside the wristband.
도 11은 본 발명의 일실시예에 있어서, 무선 충전 시스템의 근적외선 충방전 특성 곡선을 도시한 그래프이다.11 is a graph showing a near-infrared charging / discharging characteristic curve of the wireless charging system in an embodiment of the present invention.
도 11에서, 그래프 1110은 근적외선 에너지를 이용한 충전 곡선을 나타내고, 그래프 1120은 배터리 테스터를 이용한 방전 곡선을 나타낼 수 있다.11, a
도 11은 암실환경에서 근적외선 무선 충전 시스템(100)에 실제로 근적외선 레이저(입사파장: 911.5nm)를 입사하여, 양자점 광전변환소자와 고유연성의 리튬-이온 배터리가 결합된 근적외선 무선 충전 시스템에서 실제로 무선 충전이 가능한지 여부를 실험한 결과에 해당할 수 있다.11 is a schematic diagram of a near infrared ray wireless charging system in which a near infrared ray laser (incident wavelength: 911.5 nm) is actually incident on a near-infrared ray
이때, 암실 환경에서 911.5nm 영역의 근적외선은 육안으로 확인하기 어렵기 때문에, 근적외선 딕텍팅(detecting) 장치를 통해 입사광의 위치를 확인하며 측정이 진행될 수 있다. 근적외선 영역에 해당하는 광 에너지가 양자점 광전변환소자(130)에 입사되는 순간에 배터리가 충전을 시작할 수 있다. 시간에 따라 지속적으로 근적외선 영역에 해당하는 광 에너지(즉, 근적외선 에너지)가 광전변환소자(130)에 공급이 되면서, 광전변환소자(130)에서 변환된 전기에너지가 리튬-이온 배터리(120)에 축적되어 안정적으로 배터리가 완충되는 것을 확인할 수 있다. 뿐만 아니라 근적외선 무선 충전을 이용한 충전 및 방전 특성(1110, 1120)은 일반적인 배터리의 충전 및 방전의 곡선과 유사하게 잘 따라가는 것을 확인할 수 있다. 즉, 실제로 근적외선 에너지를 이용해 웨어러블 전자기기를 효과적으로 충전시킬 수 있음을 알 수 있다.At this time, in the dark room environment, since the near infrared ray in the 911.5 nm region is hard to be visually confirmed, the position of the incident light can be confirmed through the near infrared dyptic detecting apparatus and the measurement can proceed. The battery can start charging at the moment when the light energy corresponding to the near-infrared region is incident on the quantum dot photoelectric conversion element 130. (I.e., near-infrared energy) corresponding to the near-infrared region is continuously supplied to the photoelectric conversion element 130 and the electric energy converted from the photoelectric conversion element 130 is supplied to the lithium-ion battery 120 It can be confirmed that the battery is fully charged and stored stably. In addition, it can be seen that the charging and discharging
이상에서 설명한 바와 같이, 근적외선 무선충전 시스템은 근적외선 투과막으로서 근적외선 투과직물을 사용하여 실제 웨어러블 스마트 워치의 손목 밴드로서 장착될 수 있다. 예컨대, 근적외선 무선 충전 시스템은 길고 얇기 때문에 실제 웨어러블 스마트 워치의 손목 밴드 안에 들어가기 매우 적합한 구조임을 알 수 있다. 뿐만 아니라 근적외선 무선충전 시스템은 실제 손목 밴드와 같이 구부러지는 특성이 우수함을 알 수 있다. 이처럼, 근적외선 무선 충전 시스템 자체가 웨어러블 스마트 워치의 손목 밴드 역할을 함에 따라, 기존의 웨어러블 스마트 워치의 시계 중심부(예컨대, 시각이 표시되는 디스플레이)에서 배터리가 제거되어 시계 중심부의 부피가 상당히 감소할 수 있다. 예컨대, 웨어러블 스마트 워치의 두께가 슬림하게 디자인되어 신체 밀착도를 증가시킬 수 있다.As described above, the near-infrared wireless charging system can be mounted as a wrist band of an actual wearable smart watch using a near-infrared ray transmitting fabric as a near-infrared ray transmitting film. For example, since the NIR wireless charging system is long and thin, it can be seen that it is very suitable structure to enter into the wrist band of the actual wearable smart watch. In addition, it can be seen that the near-infrared wireless charging system has excellent bending characteristics like a real wrist band. As such, since the near-infrared wireless charging system itself serves as a wristband of the wearable smart watch, the battery is removed from the center of the watch (for example, the display whose time is displayed) of the existing wearable smart watch, have. For example, the thickness of the wearable smart watch can be slimly designed to increase the body adhesion.
또한, 근적외선 에너지는 태양광을 통해 언제든지 충전이 가능하며, 근적외선 레이저와 같이 보이지 않는 평행광을 통해 고속 충전 및 중거리 에너지 전달(즉, 중거리 무선 충전)이 가능할 수 있다. 이에 따라, 근적외선 무선 충전 시스템은 웨어러블 전자기기 이외에 다양한 무선 충전을 요구하는 전자 기기에 적용될 수 있다. 예컨대, 사물인터넷(IoT) 기반의 전자기기, 항공기의 공중 급유, 드론(drone)의 비행중 충전, 우주의 지구궤도 뒤편 어두온 곳에서 근적외선 발전을 통한 지구로의 원거리 송전 등에 적용될 수 있다.In addition, near-infrared energy can be charged at any time through the sun, and high-speed charging and medium-range energy transfer (i.e., medium-range wireless charging) may be possible through invisible parallel light, such as near-infrared lasers. Accordingly, the near-infrared wireless charging system can be applied to electronic devices requiring various wireless charging in addition to wearable electronic devices. For example, it can be applied to electronic devices based on the Internet (IoT), aerial refueling of aircraft, charging during drone flight, remote transmission to the earth through near-infrared power generation from the back of the earth orbit of space.
또한, 눈에 보이지 않는 근적외선 에너지를 이용하여 무선 충전을 수행하므로, 웨어러블 전자기기를 착용한 사용자의 실제 생활을 방해하지 않고 기기로의 에너지 공급이 가능하고, 가시광보다 높은 광전변환효율을 제공할 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 직물이나 색상이 있는 필름에서도 근적외선은 높은 광투과도를 보이므로, 무선 충전 시스템을 웨어러블 전자기기의 외부에 노출할 필요없이 내장 가능할 수 있다. 예컨대, 웨어러블 워치의 손목 밴드에 일체형으로 무선 충전 시스템이 제작될 수 있다. 뿐만 아니라, 고유연성, 웨어러블 전자기기에 내장 가능, 및 색상 제약이 없음으로 인해, 충전 기능으로 인해 제한된 웨어러블 전자기기의 디자인을 자유롭게 변경 및 다양화할 수 있으며, 결국 소비자의 심미적 욕구 또한 충족시킬 수 있다.In addition, since wireless charging is performed using invisible near-infrared energy, it is possible to supply energy to a device without hindering the actual life of the user wearing the wearable electronic device and to provide photoelectric conversion efficiency higher than visible light have. As described above, near infrared rays show high light transmittance even in a fabric or a color film, so that the wireless charging system can be embedded without having to be exposed to the outside of the wearable electronic device. For example, a wireless charging system can be manufactured integrally with a wristband of a wearable watch. In addition, due to the flexibility, the ability to be embedded in a wearable electronic device, and the absence of color restrictions, the design of the limited wearable electronic device can be freely changed and diversified due to the charging function, and thus the consumer's aesthetic desire can be satisfied .
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. The method according to an embodiment may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions to be recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.
Claims (20)
상기 플랙서블 기판 위에 형성되는 리튬-이온 배터리;
상기 리튬-이온 배터리 위에 형성되는 콜로이달 퀀텀닷(colloidal quantumdots) 기반의 광전변환소자; 및
상기 광전변환소자 위에 형성되는 근적외선 투과막
을 포함하고,
상기 리튬-이온 배터리는,
양극 및 음극을 대상으로 나이프 몰드를 이용하여 빗 모양 패턴으로 펀칭하고, 펀칭된 양극 및 음극을 배리어 패턴을 따라 바닥 파우치에 부착시키고, 겔 전해질을 상기 양극 및 음극에 도포한 후 상기 바닥 파우치를 진공 밀봉함으로써, 플랙서블 특성을 갖는 깍지형(interdigitated) 구조로 상기 플랙서블 기판 위에 형성되고,
상기 광전변환소자는, 상기 리튬-이온 배터리의 크기에 해당하는 크기로 상기 리튬-이온 배터리 위에 형성되어, 태양광 에너지 중 상기 근적외선 투과막을 통해 입사되는 근적외선(near infrared ray) 영역에 해당하는 광 에너지를 전기 에너지로 변환하고, 변환된 전기 에너지를 상기 리튬-이온 배터리에 축적하는 것
을 특징으로 하는 근적외선 무선 충전 시스템.A flexible substrate;
A lithium-ion battery formed on the flexible substrate;
A photoelectric conversion element based on colloidal quantum dots formed on the lithium-ion battery; And
The near infrared ray transmitting film formed on the photoelectric conversion element
/ RTI >
The lithium-ion battery includes:
A negative electrode and a negative electrode are punched in a comb pattern using a knife mold, and the punched positive electrode and negative electrode are attached to the bottom pouch along a barrier pattern, and the gel electrolyte is applied to the positive electrode and the negative electrode, By sealing, an interdigitated structure having flexible characteristics is formed on the flexible substrate,
Wherein the photoelectric conversion element is formed on the lithium-ion battery to a size corresponding to the size of the lithium-ion battery, and the photoelectric conversion element has a light energy corresponding to a near infrared ray region incident through the near- To electric energy, and accumulating the converted electric energy in the lithium-ion battery
Wherein the near-infrared wireless charging system comprises:
상기 광전변환소자는,
ITO(Indium Tin Oxide) 기판;
상기 ITO 기판 위에 형성되는 산화아연(ZnO) 나노입자 층;
상기 산화아연 나노입자층 위에 용액 공정을 통해 증착되는 퀀텀닷 층;
상기 퀀텀닷 층 상에 증착되는 전극; 및
상기 퀀텀닷 층과 전극 사이에 위치하는 유기박막
을 포함하는 근적외선 무선 충전 시스템.The method according to claim 1,
The photoelectric conversion element includes:
ITO (Indium Tin Oxide) substrate;
A zinc oxide (ZnO) nanoparticle layer formed on the ITO substrate;
A quantum dot layer deposited on the zinc oxide nanoparticle layer through a solution process;
An electrode deposited on the quantum dot layer; And
The organic thin film positioned between the quantum dot layer and the electrode
/ RTI >
상기 퀀텀닷 층은,
황화납(PbS)을 이용하여 상기 근적외선 투과막을 통해 입사되는 태양광 에너지 중 근적외선 영역에 해당하는 에너지를 선택적으로 흡수하는 것
을 특징으로 하는 근적외선 무선 충전 시스템.The method of claim 3,
Wherein the quantum dot layer
And selectively absorbing energy corresponding to the near-infrared region among the solar energy incident through the near-infrared ray transmitting film by using lead sulfide (PbS)
Wherein the near-infrared wireless charging system comprises:
상기 퀀텀닷 층은,
상기 나노입자 층 상에 EMII(1-ethyl-3-methylimidazolium) 리간드 처리한 황화납(PbS)을 도포하여 형성되는 PbS-EMII 층; 및
상기 PbS-EMII 층 상에 EDT(1,2-ethandithiol) 리간드 처리한 황화납(PbS)을 도포하여 형성되는 PbS-EDT 층
을 포함하는 근적외선 무선 충전 시스템.The method of claim 3,
Wherein the quantum dot layer
A PbS-EMI layer formed by coating a lead sulfide (PbS) treated with 1-ethyl-3-methylimidazolium (EMII) ligand on the nanoparticle layer; And
A PbS-EDT layer formed by applying an EDT (1,2-ethanthiol) ligand-treated lead sulfide (PbS) on the PbS-
/ RTI >
상기 유기박막은,
상기 퀀텀닷 층 상에 MeO-TPD와 F6-TCNNQ를 증착함으로써 형성되는 것
을 특징으로 하는 근적외선 무선 충전 시스템.The method of claim 3,
The organic thin film may include,
Formed by depositing MeO-TPD and F6-TCNNQ on the quantum dot layer
Wherein the near-infrared wireless charging system comprises:
상기 유기박막은,
옵티컬 스페이서(optical spacer)로 동작하는 것
을 특징으로 하는 근적외선 무선 충전 시스템.The method of claim 3,
The organic thin film may include,
Operating with optical spacers
Wherein the near-infrared wireless charging system comprises:
상기 근적외선 무선 충전 시스템은, 웨어러블 워치(wearable watch)의 손목 밴드에 내장되는 것을 특징으로 하는 근적외선 무선 충전 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the near-infrared wireless charging system is embedded in a wristband of a wearable watch.
상기 근적외선 투과막은, 상기 웨어러블 워치의 손목 밴드의 외피에 해당하는 것을 특징으로 하는 근적외선 무선 충전 시스템.9. The method of claim 8,
Wherein the near-infrared ray transmitting film corresponds to an outer surface of a wrist band of the wearable watch.
상기 웨어러블 워치를 착용한 사용자의 피부와 맞닿는 영역에 상기 플랙서블 기판 및 리튬-이온 배터리가 위치하는 것을 특징으로 하는 근적외선 무선 충전 시스템.9. The method of claim 8,
Wherein the flexible substrate and the lithium-ion battery are positioned in an area where the user wears the wearable watch.
상기 광전변환소자는,
근적외선 레이저를 통해 입사되는 평행광 에너지를 전기적 에너지로 변환하여 기정의된 기준 시간 이내에 고속으로 상기 리튬-이온 배터리에 축적하는 것
을 특징으로 하는 근적외선 무선 충전 시스템.The method according to claim 1,
The photoelectric conversion element includes:
A parallel light energy incident through a near-infrared laser is converted into electrical energy and stored in the lithium-ion battery at a high speed within a predetermined reference time
Wherein the near-infrared wireless charging system comprises:
상기 리튬-이온 배터리 위에 콜로이달 퀀텀닷(colloidal quantumdots) 기반의 광전변환소자를 형성하는 단계; 및
상기 광전변환소자 위에 근적외선 투과막을 형성하는 단계
를 포함하고,
상기 플랙서블 기판 위에 형성된 리튬-이온 배터리는,
양극 및 음극을 대상으로 나이프 몰드를 이용하여 빗 모양 패턴으로 펀칭하고, 펀칭된 양극 및 음극을 배리어 패턴을 따라 바닥 파우치에 부착시키고, 겔 전해질을 상기 양극 및 음극에 도포한 후 상기 바닥 파우치를 진공 밀봉함으로써, 플랙서블 특성을 갖는 깍지형(interdigitated) 구조로 형성되고,
상기 광전변환소자는, 상기 리튬-이온 배터리의 크기에 해당하는 크기로 상기 리튬-이온 배터리 위에 형성되어, 태양광 에너지 중 상기 근적외선 투과막을 통해 입사되는 근적외선(near infrared ray) 영역에 해당하는 광 에너지를 전기 에너지로 변환하고, 변환된 전기 에너지를 상기 리튬-이온 배터리에 축적하는 것
을 특징으로 하는 근적외선 무선 충전 방법.Forming a lithium-ion battery on the flexible substrate;
Forming a photoelectric conversion element based on colloidal quantum dots on the lithium-ion battery; And
Forming a near infrared ray transmitting film on the photoelectric conversion element
Lt; / RTI >
The lithium-ion battery formed on the flexible substrate includes:
A negative electrode and a negative electrode are punched in a comb pattern using a knife mold, and the punched positive electrode and negative electrode are attached to the bottom pouch along a barrier pattern, and the gel electrolyte is applied to the positive electrode and the negative electrode, By sealing, it is formed into an interdigitated structure having flexible characteristics,
Wherein the photoelectric conversion element is formed on the lithium-ion battery to a size corresponding to the size of the lithium-ion battery, and the photoelectric conversion element has a light energy corresponding to a near infrared ray region incident through the near- To electric energy, and accumulating the converted electric energy in the lithium-ion battery
Wherein the near-infrared wireless charging method comprises the steps of:
상기 광전변환소자를 형성하는 단계는,
ITO(Indium Tin Oxide) 기판 위에 산화아연(ZnO) 나노입자를 도포하여 산화아연(ZnO) 나노입자 층을 형성하는 단계;
상기 산화아연 나노입자층 위에 용액 공정을 통해 퀀텀닷 층을 형성하는 단계;
상기 퀀텀닷 층 상에 전극을 증착시키는 단계; 및
상기 퀀텀닷 층과 전극 사이에 위치하는 유기박막을 형성하는 단계
를 포함하는 근적외선 무선 충전 방법.13. The method of claim 12,
Wherein forming the photoelectric conversion element comprises:
Forming zinc oxide (ZnO) nanoparticle layers by applying zinc oxide (ZnO) nanoparticles on an ITO (Indium Tin Oxide) substrate;
Forming a quantum dot layer on the zinc oxide nanoparticle layer through a solution process;
Depositing an electrode on the quantum dot layer; And
Forming an organic thin film between the quantum dot layer and the electrode;
Wherein the near-infrared wireless charging method comprises:
상기 퀀텀닷 층은,
황화납(PbS)을 이용하여 상기 근적외선 투과막을 통해 입사되는 태양광 에너지 중 근적외선 영역에 해당하는 에너지를 선택적으로 흡수하는 것
을 특징으로 하는 근적외선 무선 충전 방법.15. The method of claim 14,
Wherein the quantum dot layer
And selectively absorbing energy corresponding to the near-infrared region among the solar energy incident through the near-infrared ray transmitting film by using lead sulfide (PbS)
Wherein the near-infrared wireless charging method comprises the steps of:
상기 퀀텀닷 층을 형성하는 단계는,
상기 나노입자 층 상에 EMII(1-ethyl-3-methylimidazolium) 리간드 처리한 황화납(PbS)을 도포하여 PbS-EMII 층을 형성하는 단계; 및
상기 PbS-EMII 층 상에 EDT(1,2-ethandithiol) 리간드 처리한 황화납(PbS)을 도포하여 PbS-EDT 층을 형성하는 단계
를 포함하는 근적외선 무선 충전 방법.15. The method of claim 14,
Wherein forming the quantum dot layer comprises:
Forming a PbS-EMI layer on the nanoparticle layer by applying PbS (1-ethyl-3-methylimidazolium) ligand-treated to the nanoparticle layer; And
Forming a PbS-EDT layer on the PbS-EMII layer by applying an EDT (1,2-ethanthiol) ligand-treated lead sulfide (PbS)
Wherein the near-infrared wireless charging method comprises:
상기 유기박막은,
상기 퀀텀닷 층 상에 MeO-TPD와 F6-TCNNQ를 증착함으로써 형성되는 것
을 특징으로 하는 근적외선 무선 충전 방법.15. The method of claim 14,
The organic thin film may include,
Formed by depositing MeO-TPD and F6-TCNNQ on the quantum dot layer
Wherein the near-infrared wireless charging method comprises the steps of:
상기 유기박막은,
옵티컬 스페이서(optical spacer)로 동작하는 것
을 특징으로 하는 근적외선 무선 충전 방법.15. The method of claim 14,
The organic thin film may include,
Operating with optical spacers
Wherein the near-infrared wireless charging method comprises the steps of:
상기 플랙서블 기판 및 리튬-이온 배터리는, 웨어러블 워치를 착용한 사용자의 피부와 맞닿는 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 근적외선 무선 충전 방법.13. The method of claim 12,
Wherein the flexible substrate and the lithium-ion battery are positioned in a region where the flexible substrate and the lithium-ion battery are in contact with the skin of a user wearing the wearable watch.
상기 광전변환소자는,
근적외선 레이저를 통해 입사되는 평행광 에너지를 전기적 에너지로 변환하여 기정의된 기준 시간 이내에 고속으로 상기 리튬-이온 배터리에 축적하는 것
을 특징으로 하는 근적외선 무선 충전 방법.
13. The method of claim 12,
The photoelectric conversion element includes:
A parallel light energy incident through a near-infrared laser is converted into electrical energy and stored in the lithium-ion battery at a high speed within a predetermined reference time
Wherein the near-infrared wireless charging method comprises the steps of:
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2017
- 2017-05-24 KR KR1020170064113A patent/KR101976926B1/en active IP Right Grant
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