KR101978550B1 - 유연 태양열 흡수체 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
유연 태양열 흡수체는 제1 흡수 패턴이 형성된 제1 유연 구조물, 상기 제1 흡수 패턴에 대응되는 제2 흡수 패턴이 형성된 제2 유연 구조물 및 상기 제1 및 제2 유연 구조물들 사이에 개재되어 상기 제1 및 제2 흡수 패턴들이 서로 마주보며, 내부에 나노 파티클이 분산되어 광흡수율을 조절할 수 있도록 구비된 본딩층을 포함한다. 이로써, 유연 태양열 흡수체의 광흡수율이 조절될 수 있다.
Description
본 발명은 유연 태양열 흡수체 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 넓은 스펙트럼을 갖는 태양열을 이용하여 열에너지로 축적하거나 또는 전기 에너지로 변환하는 유연 태양광 흡수체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 태양열 흡수체는 태양 에너지에 대한 흡수율이 높고 자체 온도에서 방사율은 낮은 경우 그 효율이 개선될 수 있다.
이를 만족시키기 위해 다양한 방법이 시도되고 있다. 일례로, 태양에너지의 흡수율을 높이고 방사율을 낮추기 위해 흡수체의 표면을 특정 소재로 선택 코팅하는 기술이 있으나, 아직까지는 코팅이 안정적이지 못하며 고온 상태에서는 코팅이 박리되면서 그 성질을 잃는 경우가 발생하고 있다. 한편, 다른 예로는 흡수체의 표면 거칠기를 조절하여 흡수율을 높이고 방사율을 낮추는 기술이 알려져 있다.
특히, 대한민국 특허등록번호 제10-1229772호는 상기 표면 거칠기를 조절하는 기술을 개시하고 있다. 하지만, 상기 표면 거칠기를 조절하는 기술에는 넓은 영역의 파장 대에서 높은 흡수율을 갖도록 상기 흡수체가 형성되는 데 여전히 그 어려움이 있다.
또한, 플렉서블한 물성을 갖는 태양열 흡수체 및 보다 넓은 스펙트럼의 광에 대한 우수한 광흡수율을 갖는 태양열 흡수체에 대한 연구가 필요하다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로써, 본 발명의 일 목적은 유연 기판 상에 광흡수율을 조절할 수 있는 유연 태양열 흡수체를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 목적은 상기 유연 태양열 흡수체를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 유연 태양열 흡수체는 제1 흡수 패턴이 형성된 제1 유연 구조물, 상기 제1 흡수 패턴에 대응되는 제2 흡수 패턴이 형성된 제2 유연 구조물 및 상기 제1 및 제2 유연 구조물들 사이에 개재되어 상기 제1 및 제2 흡수 패턴들이 서로 마주보며, 내부에 나노 파티클이 분산되어 광흡수율을 조절할 수 있도록 구비된 본딩층을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 본딩층은 UV 경화제를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 흡수 패턴은 필러 형상을 가지며, 상기 제2 흡수 패턴에는 상기 필러에 대응되는 홀이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 유연 태양열 흡수체의 제조 방법에 있어서, 제1 흡수 패턴이 형성된 제1 유연 구조물을 형성한다. 한편, 상기 제1 흡수 패턴에 대응되는 제2 흡수 패턴이 형성된 제2 유연 구조물을 형성한다. 이후, 상기 제1 및 제2 유연 구조물들 사이에 상기 제1 및 제2 흡수 패턴들이 서로 마주보도록, 내부에 나노 파티클이 분산되어 광흡수율을 조절할 수 있도록 구비된 본딩층을 형성한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 본딩층은, UV 경화성 수지를 이용하여 UV 광경화 공정을 통하여 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 유연 구조물은, 상기 제1 흡수 패턴에 대응되는 마스터 몰드를 준비한 후, 상기 마스터 몰드 상에 금속 패턴을 형성한다. 이후, 상기 금속 패턴을 유연 기판 상에 전사하여, 상기 금속 패턴으로부터 상기 유연 기판 상에 제1 흡수 패턴을 형성함으로써, 제조될 수 있다.
상술한 유연 태양열 흡수체 및 이의 제조방법에 따르면, 나노 파티클을 포함하는 본딩층이 서로 다른 유연 구조물을 본딩함으로써, 유연 태양열 흡수체가 상기 나노 파티클의 종류 또는 함량에 따라 조절 가능한 광흡수율을 가질 수 있다. 나아가, 유연 태양열 흡수체는 유연 기판을 포함함으로써, 플렉서블한 특성을 구비할 수 있다.
한편, 나노 임프린팅/전사 공정을 이용하여 유연 기판 위에 다양한 형상의 흡수 패턴이 형성됨에 따라 태양 복사 스펙트럼에서 흡수/투과율을 넓은 범위로 조절할 수 있음과 동시에 구부릴 수 있는 태양열 흡수체 제작이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유연 태양열 흡수체를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 제1 유연 구조물의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3은 제2 유연 구조물의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4는 제1 및 제2 유연 구조물들을 본딩하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 2는 제1 유연 구조물의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3은 제2 유연 구조물의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4는 제1 및 제2 유연 구조물들을 본딩하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 있어서, 대상물들의 크기와 양은 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대 또는 축소하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유연 태양열 흡수체를 설명하기 위한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유연 태양열 흡수체(100)는, 제1 유연 구조물(110), 제2 유연 구조물(120) 및 본딩층(130)을 포함한다. 상기 유연 태양열 흡수체(100)는 플렉서블 특성을 가짐에 따라, 전체적으로 유연 소자로서 응용될 수 있다.
상기 제1 유연 구조물(110)은 제1 유연 기판(111) 및 상기 제1 유연 기판 상에 형성된 제1 흡수 패턴(115)을 포함한다. 상기 제1 유연 기판(111)은 폴리이미드 물질과 같은 고분자 수지로 이루어 질 수 있다.
상기 제1 흡수 패턴(115)은 Ru, Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Au, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Ni, Mo, Pd, Ta, Co, Fe, Mn, Zn, Mg 및 W 중 하나로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제1 흡수 패턴(115)은 SUS, 니크롬, 두랄루민 등의 금속 합금을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 제1 흡수 패턴(115)은 예를 들면, 필러 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 상기 제1 흡수 패턴(115)에는 상기 제1 유연 기판의 하부 표면에 모스 아이 형상 등의 다양한 형상이 추가적으로 형성될 수 있다.
상기 제2 유연 구조물(120)은 제1 유연 기판(121) 및 상기 제2 유연 기판(121) 상에 형성된 제2 흡수 패턴(126)을 포함한다. 상기 제1 유연 기판(121)은 폴리이미드 물질과 같은 고분자 수지로 이루어 질 수 있다.
상기 제2 흡수 패턴(126)은 Ru, Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Au, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Ni, Mo, Pd, Ta, Co, Fe, Mn, Zn, Mg 및 W 중 하나로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제2 흡수 패턴(126)은 SUS, 니크롬, 두랄루민 등의 금속 합금을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 제2 흡수 패턴(126)에는 홀(hole)이 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1 흡수 패턴은 필러 형상을 가질 경우, 상기 제2 흡수 패턴(126)에는 상기 필러에 대응되는 홀이 형성될 수 있다.
이와 다르게, 상기 제2 흡수 패턴(126)에는 상기 제2 유연 기판(121)의 하면에 모스 아이 형상 등의 다양한 형상이 추가적으로 형성될 수도 있다.
상기 본딩층(130)은 상기 제1 및 제2 유연 구조물들(110, 120) 사이에 개재된다. 이때, 상기 제1 및 제2 흡수 패턴들(111, 126)이 서로 마주보도록 구비된다. 이로써, 상기 본딩층(130)을 이용하여 상기 제1 및 제2 유연 구조물들(110, 120)이 상호 본딩될 수 있다.
상기 본딩층(130)의 내부에는 나노 파티클이 분산되어 광흡수율을 조절할 수 있도록 구비된다.
예를 들면, 상기 본딩층(130)은 광경화성 수지 내에 분산된 나노 파티클을 포함한다. 상기 광경화성 수지는, UV 경화제를 포함하는 자외선(UV) 경화성 수지를 들 수 있다. 상기 나노 파티클은 TiO2, ZnO, ZrO2 및 SiO2 과 같은 금속 산화물로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 나노 파티클의 함량은 상기 본딩층(130) 내에 조절될 수 있다.
이로써, 상기 나노 파티클의 종류 또는 함량에 따라 상기 본딩층(130)이 변경 가능한 굴절율을 가진다. 이로써, 상기 본딩층(130)을 포함하는 유연 태양열 흡수체(100)는 조절 가능한 광흡수율을 가질 수 있다.
도 2는 제1 유연 구조물의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 도 3은 제2 유연 구조물의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 도 4는 제1 및 제2 유연 구조물들을 본딩하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 태양열 흡수체의 제조 방법에 따르면, 먼저 제1 유연 구조물(110)을 형성한다. 상기 제1 유연 구조물(110)을 형성하기 위하여, 제1 유연 기판(111)을 준비한 후 상기 제1 유연 기판(111)의 상부에 제1 흡수 패턴(115)을 형성한다.
상기 제1 흡수 패턴(115)은 제1 유연 기판(111) 상에 아래의 공정을 통하여 형성될 수 있다. 먼저, 상기 제1 흡수 패턴(115)에 대응되는 마스터 몰드(20)를 준비한다. 상기 마스터 몰드(20)는 마스터 스탬프(10)를 이용하는 스탬핑 공정을 통하여 형성될 수 있다. 상기 제1 흡수 패턴(115)이 필러일 경우, 상기 마스터 몰드(20)에는 상기 필러에 대응되는 요철이 형성될 수 있다.
이어서, 상기 마스터 몰드(20) 상에 제1 금속 패턴(50)을 형성한다. 즉, 상기 제1 금속 패턴(50)은 상기 요철 표면 상에 형성될 수 있다. 상기 제1 금속 패턴(50)은 금속 물질로 이루어질 수 있다.
상기 제1 금속 패턴(50)은 증발(evaporation) 공정 또는 스퍼터링(sputtering) 공정을 통하여 형성될 수 있다. 상기 제1 금속 패턴(50)은 구동 중 층열화를 방지하기 위해 상대적으로 큰 일함수를 갖는 금속으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 금속 패턴(50)은 Ru, Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Au, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Ni, Mo, Pd, Ta, Co, Fe, Mn, Zn, Mg 및 W 중 하나로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제1 금속 패턴(50)은 SUS, 니크롬, 두랄루민 등의 금속 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 제1 금속 패턴(50)의 폭, 길이 또는 간격은 조절될 수 있다.
이후, 상기 제1 금속 패턴(50)이 제1 유연 기판(111) 상에 전사 공정을 통하여 전사되어, 상기 제1 금속 패턴(50)으로부터 상기 제1 유연 기판(111) 상에 제1 흡수 패턴(115)이 형성된다. 상기 전사 공정은 열을 이용하는 열전사 공정을 포함할 수 있다. 이로써, 상기 제1 흡수 패턴(115)이 상기 제1 유연 기판(111) 상에 형성된 제1 유연 구조물(110)이 형성된다.
이어서, 제2 유연 구조물(120)을 형성한다. 상기 제2 유연 구조물(120)을 형성하기 위하여, 제2 유연 기판(121)을 준비한 후 상기 제2 유연 기판(121)의 상부에 제2 흡수 패턴(126)을 형성한다.
상기 제2 흡수 패턴(126)은 제2 유연 기판(121) 상에 아래의 공정을 통하여 형성될 수 있다. 먼저, 상기 제2 흡수 패턴(126)에 대응되는 형상을 갖는 마스터 몰드(20)를 준비한다. 상기 마스터 몰드(20)는 마스터 스탬프(10)를 이용하는 스탬핑 공정을 통하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 흡수 패턴(115)이 필러일 경우 상기 제2 흡수 패턴(126)에는 상기 필러에 대응되는 홀이 형성된다. 이 경우, 상기 마스터 몰드(20)에는 홀이 형성될 수 있다.
이어서, 상기 마스터 몰드(20) 상에 제2 금속 패턴(60)을 형성한다. 즉, 상기 제2 금속 패턴(60)은 상기 홀 내에 형성될 수 있다. 상기 제2 금속 패턴(60)은 금속 물질로 이루어질 수 있다.
상기 제2 금속 패턴(60)은 증발(evaporation) 공정 또는 스퍼터링(sputtering) 공정을 통하여 형성될 수 있다. 상기 제2 금속 패턴(60)은 구동 중 층열화를 방지하기 위해 상대적으로 큰 일함수를 갖는 금속으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 제2 금속 패턴(60)은 Ru, Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Au, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Ni, Mo, Pd, Ta, Co, Fe, Mn, Zn, Mg 및 W 중 하나로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제2 금속 패턴(60)은 SUS, 니크롬, 두랄루민 등의 금속 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 금속 패턴들(50, 60)은 동일한 물질로 이루어질 질 수 있다.
이후, 상기 제2 금속 패턴(60)이 제2 유연 기판(121) 상에 전사 공정을 통하여 전사되어, 상기 제2 금속 패턴(60)으로부터 상기 제2 유연 기판(121) 상에 제2 흡수 패턴(126)이 형성된다. 상기 전사 공정은 열을 이용하는 열전사 공정을 포함할 수 있다. 이로써, 상기 제2 흡수 패턴(126)이 상기 제2 유연 기판(121) 상에 형성된 제2 유연 구조물(120)이 형성된다.
이어서, 상기 제1 및 제2 흡수 패턴들(115, 126)이 상호 마주보도록 상기 제1 유연 구조물(110) 및 상기 제2 나노 구조물(120)이 본딩층(130)을 이용하여 상호 본딩된다. 이로써 상기 제1 흡수 패턴(115) 및 제2 흡수 패턴(126)이 수직 방향으로 적층된 유연 태양열 흡수체(100)가 제조된다.
상기 제1 및 상기 제2 유연 구조물(110, 120)을 상호 본딩하기 위하여, 상기 제1 유연 기판(111) 상에 광경화성 수지를 이용하여 예비 본딩층을 형성한다. 이후, 상기 제2 유연 구조물(120)을 상기 제1 유연 구조물(110) 상에 위치시킨 후 자외선을 이용한 광경화 공정을 통하여 상기 제1 및 제2 유연 구조물들(110, 120)을 상호 가압함으로써 상기 제1 유연 구조물(110) 및 상기 제2 나노 구조물(120)을 상호 본딩할 수 있다.
예를 들면, 상기 예비 본딩층은 나노 파티클이 분산된 광경성 수지를 이용하여 형성될 수 있다. 상기 예비 본딩층은 스핀 코팅 공정을 통하여 형성될 수 있다. 상기 예비 본딩층은 수백 nm 의 두께, 예를 들면 200 nm의 두께를 가질 수 있다.
상술한 유연 태양열 흡수체 및 이의 제조방법은, 유연 소자에 적용될 수 있음으로써, 보다 다양한 용도에 적용될 수 있다.예를 들면, 유연 태양열 흡수체 및 이의 제조방법은 열을 흡수하여 추적을 피할 수 있는 군수 기술, 태양 전지 기술, 열전소자 기술 등에 응용될 수 있을 것이다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (6)
- 제1 흡수 패턴이 형성된 제1 유연 구조물;
상기 제1 흡수 패턴에 대응되는 제2 흡수 패턴이 형성된 제2 유연 구조물; 및
상기 제1 및 제2 유연 구조물들 사이에 개재되어 상기 제1 및 제2 흡수 패턴들이 서로 마주보며, 내부에 나노 파티클이 분산되어 상기 나노 파티클의 종류 및 함량에 따라 광굴절율이 조절될 수 있는 본딩층을 포함하고,
상기 본딩층은 UV 경화제를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연 태양열 흡수체. - 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 제1 흡수 패턴은 필러 형상을 가지며, 상기 제2 흡수 패턴에는 상기 필러에 대응되는 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 유연 태양열 흡수체.
- 제1 흡수 패턴이 형성된 제1 유연 구조물을 형성하는 단계;
상기 제1 흡수 패턴에 대응되는 제2 흡수 패턴이 형성된 제2 유연 구조물을 형성하는 단계; 및
상기 제1 및 제2 유연 구조물들 사이에 상기 제1 및 제2 흡수 패턴들이 서로 마주보도록, 내부에 나노 파티클이 분산되어 상기 나노 파티클의 종류 및 함량에 따라 광굴절율이 조절될 수 있는 본딩층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 본딩층은 UV 경화제를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연 태양열 흡수체의 제조 방법. - 제4항에 있어서, 상기 본딩층을 형성하는 단계는, UV 광경화 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 유연 태양열 흡수체의 제조 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 제1 유연 구조물을 형성하는 단계는,
상기 제1 흡수 패턴에 대응되는 마스터 몰드를 준비하는 단계;
상기 마스터 몰드 상에 금속 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 금속 패턴을 유연 기판 상에 전사하여, 상기 금속 패턴으로부터 상기 유연 기판 상에 제1 흡수 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연 태양열 흡수체의 제조 방법.
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