KR102058255B1 - 박막 광전지 상에 적외선(ｉｒ) 광전지를 통합하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

박막 광전지 상에 적외선(ｉｒ) 광전지를 통합하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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프랭키 소
도영 김
바벤드라 케이. 프라드한
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나노홀딩스,엘엘씨
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Abstract

본 발명의 실시형태는 태양광 패널, 태양광 패널의 제조 방법, 및 태양광 에너지를 포획 및 저장하기 위해 태양광 패널을 이용하는 방법에 관한 것이다. 태양광 패널의 실시형태는 가시광을 감지하는 광전지 및 0.70 ㎛보다 큰 파장을 갖는 광을 감지하는 적외선 광전지를 포함할 수 있다.

Description

박막 광전지 상에 적외선(ＩＲ) 광전지를 통합하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR INTEGRATING AN INFRARED (IR) PHOTOVOLTAIC CELL ON A THIN FILM PHOTOVOLTAIC CELL}
[관련 출원에 대한 상호 참조]
본 출원은 임의의 수치, 표 또는 도면을 포함하여 개시 내용 전체가 본 명세서에 참조로 포함된, 2011년 4월 5일에 출원된 미국 가출원 제61/472,071호의 우선권을 주장한다.
광전지(photovoltaic cell)는 오늘날 세계의 에너지 부족을 해결하는 것을 돕기 위한 중요한 재생 에너지원으로 간주된다. 다양한 광전지 기술이 개발되었으며, 구리 인듐 갈륨 셀레나이드(CIGS:copper indium gallium selenide) 및 CdTe와 같은 박막 광전지가 대면적 제조와의 양립성 때문에 주목받고 있다. 박막 광전지 기술은 가시 파장에서 90% 초과의 외부 양자 효율로부터 초래된 약 20%의 전력 변환 효율이 보고된 한편, 상기 박막 광전지는 1 ㎛ 초과 파장에서의 조사를 감지하지 않는다.
본 발명의 실시형태는 신규하고 유리한 태양광 패널(solar panel), 뿐만 아니라 태양광 패널의 제조 방법 및 태양광 패널의 이용 방법에 관한 것이다. 태양광 패널 및 그의 이용 방법은 유리하게는, 종래의 광전지보다 더 넓은 스펙트럼의 광자로부터 태양광 에너지를 포획 및 저장할 수 있다.
실시형태에서, 태양광 패널은: 제1 광전지로서, 제1 광전지는 하나 이상의 제1 파장을 갖는 광자를 감지하고, 하나 이상의 제1 파장은 제1 파장 범위인 제1 광전지; 및 제2 광전지로서, 제2 광전지는 하나 이상의 제2 파장을 갖는 광자를 감지하고, 하나 이상의 제2 파장은 제2 파장 범위인 제2 광전지를 포함할 수 있으며, 상기에서 하나 이상의 제2 파장 중 적어도 하나는 제1 파장 범위가 아니며, 하나 이상의 제1 파장 중 적어도 하나는 제2 파장 범위가 아니다. 하나 이상의 제2 파장 중 적어도 하나는 1 ㎛보다 클 수 있다. 추가 실시형태에서, 하나 이상의 제2 파장 중 적어도 하나는 적어도 700 nm일 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 태양광 패널을 제조하는 방법은: 제1 광전지를 형성하는 단계로서, 제1 광전지는 하나 이상의 제1 파장을 갖는 광자를 감지하고, 하나 이상의 제1 파장은 제1 파장 범위인 단계; 제2 광전지를 형성하는 단계로서, 제2 광전지는 하나 이상의 제2 파장을 갖는 광자를 감지하고, 하나 이상의 제2 파장은 제2 파장 범위인 단계를 포함할 수 있으며, 상기에서 하나 이상의 제2 파장 중 적어도 하나는 제1 파장 범위가 아니며, 하나 이상의 제1 파장 중 적어도 하나는 제2 파장 범위가 아니다. 하나 이상의 제2 파장 중 적어도 하나는 1 ㎛보다 클 수 있다. 방법은 제1 광전지 및 제2 광전지를 결합하는 단계를 더 포함할 수 있다. 추가 실시형태에서, 하나 이상의 제2 파장 중 적어도 하나는 적어도 700 nm일 수 있다.
추가 실시형태에서, 태양광 에너지를 포획 및 저장하는 방법은 태양광이 태양광 패널 상에 입사하도록 태양광 패널을 배치하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기에서 태양광 패널은: 제1 광전지로서, 제1 광전지는 하나 이상의 제1 파장을 갖는 광자를 감지하고, 하나 이상의 제1 파장은 제1 파장 범위인 제1 광전지; 및 제2 광전지로서, 제2 광전지는 하나 이상의 제2 파장을 갖는 광자를 감지하고, 하나 이상의 제2 파장은 제2 파장 범위인 제2 광전지를 포함하며, 상기에서 하나 이상의 제2 파장 중 적어도 하나는 제1 파장 범위가 아니며, 하나 이상의 제1 파장 중 적어도 하나는 제2 파장 범위가 아니다. 하나 이상의 제2 파장 중 적어도 하나는 1 ㎛보다 클 수 있다. 추가 실시형태에서, 하나 이상의 제2 파장 중 적어도 하나는 적어도 700 nm일 수 있다.
도 1a는 본 발명의 실시형태의 단락 전류 밀도(Jsc) 및 전력 변환 효율(PCE)의 이론 최대치를 도시한다.
도 1b는 다양한 크기를 갖는 PbS 나노결정의 흡광 스펙트럼을 도시하며, 삽도는 1.3 ㎛ 피크 파장을 갖는 50 nm 두께 PbSe 양자 점(quantum dot) 필름의 흡광 계수 스펙트럼 및 TEM 이미지를 도시한다.
도 2a는 본 발명의 실시형태에 따른 태양광 패널의 단면을 도시한다.
도 2b는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 태양광 패널의 단면을 도시한다.
본 명세서에서 용어 "상 또는 위(on 또는 over)"가 사용될 때, 층들, 영역들, 패턴들 또는 구조물들을 지칭할 경우, 층, 영역, 패턴 또는 구조물이 다른 층 또는 구조물 바로 위에 존재할 수 있거나, 개재된 층들, 영역들, 패턴들 또는 구조물들이 또한 존재할 수 있는 것으로 이해된다. 본 명세서에서 용어 "하 또는 아래(under 또는 below)"가 사용될 때, 층들, 영역들, 패턴들 또는 구조물들을 지칭할 경우, 층, 영역, 패턴 또는 구조물이 다른 층 또는 구조물 바로 아래에 존재할 수 있거나, 개재된 층들, 영역들, 패턴들 또는 구조물들이 또한 존재할 수 있는 것으로 이해된다. 본 명세서에서 용어 "바로 위(directly on)"가 사용될 때, 층들, 영역들, 패턴들 또는 구조물들을 지칭할 경우, 개재된 층들, 영역들, 패턴들 또는 구조물들이 존재하지 않도록 층, 영역, 패턴 또는 구조물이 다른 층 또는 구조물 바로 위에 존재하는 것으로 이해된다.
본 명세서에서 수치와 함께 용어 "약(about)"이 사용된 경우, 수치는 수치의 95% 내지 수치의 105%의 범위, 즉 언급된 수치의 +/- 5% 일수 있는 것으로 이해된다. 예를 들어, "약 1 kg"은 0.95 kg 내지 1.05 kg을 의미한다.
본 명세서에서, 특정 종류의 광, 또는 소정 수치의 또는 소정 범위 내의 파장을 갖는 광자를 감지하는 광전지의 설명과 함께 용어 "감지하는(sensitive)"이 사용될 경우, 광전지는, 감지하는 광을 흡수하여 캐리어를 발생시킬 수 있는 것으로 이해된다. 본 명세서에서 특정 종류의 광, 또는 소정 수치의 또는 소정 범위 내의 파장을 갖는 광자를 감지하지 않거나 이에 비감지성인 광전지의 설명과 함께 용어 "감지하지 않는(not sensitive)" 또는 "비감지성(insensitive)"이 사용될 경우, 광전지는, 감지하지 않는 광을 흡수할 수 없으며 광의 흡수로부터 캐리어를 발생시킬 수 없는 것으로 이해된다.
"투명한"은 대상물이 그에 대해 투명한 것으로 지칭되는 광의 적어도 일부가 흡수 또는 반사되지 않고 대상물을 통과할 수 있음을 의미하는 것으로 이해된다.
본 발명의 실시형태는 신규하고 유리한 태양광 패널뿐만 아니라 태양광 패널의 제조 방법 및 태양광 패널 이용 방법에 관한 것이다. 태양광 패널 및 그의 이용 방법은 유리하게는 종래의 광전지보다 더 넓은 스펙트럼의 광자로부터 태양광 에너지를 포획 및 저장할 수 있다.
실시형태에서, 태양광 패널은: 제1 광전지로서, 제1 광전지는 하나 이상의 제1 파장을 갖는 광자를 감지하고, 하나 이상의 제1 파장은 제1 파장 범위인 제1 광전지; 및 제2 광전지로서, 제2 광전지는 하나 이상의 제2 파장을 갖는 광자를 감지하고, 하나 이상의 제2 파장은 제2 파장 범위인 제2 광전지를 포함할 수 있으며, 상기에서 하나 이상의 제2 파장 중 적어도 하나는 제1 파장 범위가 아니고 하나 이상의 제1 파장 중 적어도 하나는 제2 파장 범위가 아니다. 하나 이상의 제2 파장 중 적어도 하나는 1 ㎛보다 클 수 있다. 추가 실시형태에서, 하나 이상의 제2 파장 중 적어도 하나는 적어도 700 nm일 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 태양광 패널의 제조 방법은: 제1 광전지를 형성하는 단계로서, 상기에서 제1 광전지는 하나 이상의 제1 파장을 갖는 광자를 감지하고, 하나 이상의 제1 파장은 제1 파장 범위인 단계; 제2 광전지를 형성하는 단계로서, 상기에서 제2 광전지는 하나 이상의 제2 파장을 갖는 광자를 감지하고, 하나 이상의 제2 파장은 제2 파장 범위인 단계를 포함할 수 있으며, 상기에서 하나 이상의 제2 파장 중 적어도 하나는 제1 파장 범위가 아니고, 하나 이상의 제1 파장 중 적어도 하나는 제2 파장 범위가 아니다. 하나 이상의 제2 파장 중 적어도 하나는 1 ㎛보다 클 수 있다. 방법은 제1 광전지 및 제2 광전지를 결합하는 단계를 더 포함할 수 있다. 추가 실시형태에서, 하나 이상의 제2 파장 중 적어도 하나는 적어도 700 nm일 수 있다.
추가 실시형태에서, 태양광 에너지를 포획 및 저장하는 방법은 태양광이 태양광 패널 상에 입사하도록 태양광 패널을 배치하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기에서 태양광 패널은: 제1 광전지로서, 제1 광전지는 하나 이상의 제1 파장을 갖는 광자를 감지하고, 하나 이상의 제1 파장은 제1 파장 범위인 제1 광전지; 및 제2 광전지로서, 제2 광전지는 하나 이상의 제2 파장을 갖는 광자를 감지하고, 하나 이상의 제2 파장은 제2 파장 범위인 제2 광전지를 포함하며, 상기에서 하나 이상의 제2 파장 중 적어도 하나는 제1 파장 범위가 아니고 하나 이상의 제1 파장 중 적어도 하나는 제2 파장 범위가 아니다. 하나 이상의 제2 파장 중 적어도 하나는 1 ㎛보다 클 수 있다. 추가 실시형태에서, 하나 이상의 제2 파장 중 적어도 하나는 적어도 700 nm일 수 있다.
본 발명의 실시형태는, 종래의 박막 광전지와 같은 광전지 상에 적외선(IR) 광전지를 통합함으로써, 태양광 스펙트럼의 가시 범위 내지 적외선 범위까지 광자를 포집하는 신규한 태양광 패널 구조를 제공하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 태양광 스펙트럼은 350 nm 내지 2500 nm의 범위이지만, 종래의 박막 광전지는 1 ㎛ 초과의 적외선을 감지하지 않는다. 즉, 종래 기술의 광전지는 1 ㎛보다 큰 파장을 갖는 광자를 감지하지 않으며 상기 광자로부터 에너지를 포획 및/또는 저장할 수 없다. 당해 분야에 공지된 바와 같이, 스펙트럼의 가시 범위는 380 nm 내지 750 nm까지이다.
도 1a에 있어서, 본 발명의 실시형태에 따른 태양광 패널은 전력 변환 효율(PCE)이 증가하는 결과를 초래할 수 있다. 도 1a는 입사광의 스펙트럼 조도(spectral irradiance)(W/m2nm) 대 파장(nm)을 도시한다. 약 400 nm 내지 약 850 nm 범위의 파장을 갖는 광을 감지하는 무기 광전지(예를 들어, CdTe 포함)에 있어서, 약 400 nm 내지 약 850 nm 범위의 모든 광자가 캐리어로 변환될 경우, Jsc는 29.1 mA/cm2이고, Voc가 0.85 V이고 충진율(fill factor, FF)이 80%일 경우, PCE는 20%이다. PbS 양자 점을 포함하고 약 700 nm 내지 약 2000 nm 범위의 파장을 갖는 광을 감지하는 IR 광전지에 있어서, 약 700 nm 내지 약 2000 nm 범위의 모든 광자가 캐리어로 변환될 경우, Jsc는 44.0 mA/cm2이고, Voc가 0.5 V이고 FF가 80%일 경우, PCE는 17.6%이다. PbS 양자 점을 포함하고 약 850 nm 내지 약 2000 nm 범위의 파장을 갖는 광을 감지하는 IR 광전지에 있어서, 약 850 nm 내지 약 2000 nm 범위의 모든 광자가 캐리어로 변환될 경우, Jsc는 33.4 mA/cm2이고, Voc가 0.5 V이고 FF가 80%일 경우, PCE는 13.4%이다.
용액-처리가능(solution-processable) 나노결정(예를 들어, PbS 또는 PbSe 나노결정)을 이용한 적외선 광검출기(photodetectors)가, 미국 가출원 제61/416,630호(2010년 11월 23일 출원)의 우선권을 주장하는 미국 특허출원 제13/272,995호(2011년 10월 13일 출원)에 설명되었으며, 두 특허출원 모두의 개시내용은 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다. 상기 IR 광검출기는 대면적 제조와 양립가능한 것으로 나타났다. 본 발명의 실시형태에서, IR 광전지는 미국 가출원 제61/416,630호의 우선권을 주장하는 미국 특허출원 제13/272,995호에 설명된 적외선 광검출기의 구조 및/또는 미국 가출원 제61/416,630호에 설명된 적외선 광검출기의 구조와 유사한 구조를 가질 수 있다. 또한, PbSe 양자 점의 흡광도를 도시하는 도 1b에 있어서, PbSe 양자 점은 적외선 감도를 갖는다.
IR 광전지가 광전지(예를 들어, 종래의 박막 광전지) 상에 통합될 경우, 고효율 광전지 패널(photovoltaic panel)을 실현할 수 있다. 본 발명의 실시형태는 IR 광전지를 광전지(예를 들어, 종래의 박막 광전지) 상에 통합함으로써 태양광 스펙트럼의 많은 부분을 포집하기 위한 신규 광전지 패널에 관한 것이다. 일부 실시형태에서, 광전지 패널은 전체 태양광 스펙트럼을 포집할 수 있다.
도 2a에 있어서, 본 발명의 실시형태에서, 태양광 패널(10)은 광전지(40) 및 IR 광전지(50)를 포함할 수 있다. 광전지(40)는, 예를 들어 박막 광전지일 수 있으며, 비록 실시형태가 이에 제한되지는 않지만, 카드뮴 텔루라이드(CdTe:cadmium telluride), 구리 인듐 갈륨 셀레나이드(CIGS:copper indium gallium selenide), 비정질 실리콘(a-Si) 및/또는 폴리실리콘(poly-Si)을 포함할 수 있다. 다수의 실시형태에서, 광전지(40)는 1 ㎛보다 큰 파장을 갖는 광자를 감지하지 않는다. 예를 들어, 광전지(40)는 가시 범위의 광자를 감지할 수 있다. 한 실시형태에서, 광전지(40)는 약 400 nm 내지 약 850 nm의 파장을 갖는 광자를 감지할 수 있다.
IR 광전지(50)는 1 ㎛보다 큰 파장을 갖는 광자를 감지한다. 실시형태에서, IR 광전지(50)는 2500 nm까지의 파장을 갖는 광자를 감지한다. 다른 실시형태에서, IR 광전지(50)는 약 2000 nm까지의 파장을 갖는 광자를 감지한다. 추가 실시형태에서, IR 광전지(50)는 2000 nm까지의 파장을 갖는 광자를 감지한다. 또 다른 추가 실시형태에서, IR 광전지(50)는 약 850 nm 내지 약 2000 nm의 범위의 파장을 갖는 광자를 감지한다.
본 상세설명 및 첨부 청구항에서, 광전지(40) 또는 IR 광전지(50)가 소정 수치, 소정 범위 또는 적어도 특정 수치의 파장을 갖는 광자를 감지하는 것으로 설명될 경우, 명백히 언급되지 않으면, 이는 광전지(40) 또는 IR 광전지(50)가, 상기 소정 수치와 상이하거나, 소정 범위 밖이거나, 특정 수치 미만인 파장을 갖는 광자를 감지하는 것을 배제하지 않음이 이해될 것이다. 즉, 본 상세설명 및 첨부 청구항에서, 광전지(40) 또는 IR 광전지(50)가 소정 수치, 소정 범위 또는 적어도 특정 수치의 파장을 갖는 광자를 감지하는 것으로 설명될 경우, 광전지(40) 또는 IR 광전지(50)는 적어도 상기 광자들을 감지하며, 광전지(40) 또는 IR 광전지(50)가 언급된 수치 또는 언급된 범위를 갖는 광자만 감지하거나 광전지(40) 또는 IR 광전지(50)가 소정 수치를 갖거나, 소정 범위 이내이거나, 특정 수치보다 큰 광자를 감지하지 않는다고 명백히 언급되지 않으면, 광전지(40) 또는 IR 광전지(50)는 상기 소정 수치와 상이하거나, 소정 범위 밖이거나, 특정 수치 미만인 파장을 갖는 광자를 감지할 수 있거나 또한 감지하지 않을 수도 있다.
각종 실시형태에서, IR 광전지(50)는 적어도 하기 임의의 수치(모든 수치는 ㎛임)의 파장을 갖는 광자를 감지할 수 있다: 0.20, 0.21, 0.22, 0.23, 0.24, 0.25, 0.26, 0.27, 0.28, 0.29, 0.30, 0.31, 0.32, 0.33, 0.34, 0.35, 0.36, 0.37, 0.38, 0.39, 0.40, 0.41, 0.42, 0.43, 0.44, 0.45, 0.46, 0.47, 0.48, 0.49, 0.50, 0.51, 0.52, 0.53, 0.54, 0.55, 0.56, 0.57, 0.58, 0.59, 0.60, 0.61, 0.62, 0.63, 0.64, 0.65, 0.66, 0.67, 0.68, 0.69, 0.70, 0.71, 0.72, 0.73, 0.74, 0.75, 0.76, 0.77, 0.78, 0.79, 0.80, 0.81, 0.82, 0.83, 0.84, 0.85, 0.86, 0.87, 0.88, 0.89, 0.90, 0.91, 0.92, 0.93, 0.94, 0.95, 0.96, 0.97, 0.98, 0.99, 1.00, 1.01, 1.02, 1.03, 1.04, 1.05, 1.06, 1.07, 1.08, 1.09, 1.10, 1.11, 1.12, 1.13, 1.14, 1.15, 1.16, 1.17, 1.18, 1.19, 1.20, 1.21, 1.22, 1.23, 1.24, 1.25, 1.26, 1.27, 1.28, 1.29, 1.30, 1.31, 1.32, 1.33, 1.34, 1.35, 1.36, 1.37, 1.38, 1.39, 1.40, 1.41, 1.42, 1.43, 1.44, 1.45, 1.46, 1.47, 1.48, 1.49, 1.50, 1.51, 1.52, 1.53, 1.54, 1.55, 1.56, 1.57, 1.58, 1.59, 1.60, 1.61, 1.62, 1.63, 1.64, 1.65, 1.66, 1.67, 1.68, 1.69, 1.70, 1.71, 1.72, 1.73, 1.74, 1.75, 1.76, 1.77, 1.78, 1.79, 1.80, 1.81, 1.82, 1.83, 1.84, 1.85, 1.86, 1.87, 1.88, 1.89, 1.90, 1.91, 1.92, 1.93, 1.94, 1.95, 1.96, 1.97, 1.98, 또는 1.99(즉, IR 광전지(50)는: 적어도 0.20 ㎛, 적어도 0.21 ㎛,..., 적어도 1.99 ㎛의 파장을 갖는 광자를 감지할 수 있다). 추가 실시형태에서, IR 광전지(50)는 적어도 하기 임의의 수치(모든 수치는 ㎛임)의 파장을 갖는 광자만 감지할 수 있는 반면, 그 수치 미만의 파장을 갖는 임의의 광자는 감지하지 않을 수 있다: 0.20, 0.21, 0.22, 0.23, 0.24, 0.25, 0.26, 0.27, 0.28, 0.29, 0.30, 0.31, 0.32, 0.33, 0.34, 0.35, 0.36, 0.37, 0.38, 0.39, 0.40, 0.41, 0.42, 0.43, 0.44, 0.45, 0.46, 0.47, 0.48, 0.49, 0.50, 0.51, 0.52, 0.53, 0.54, 0.55, 0.56, 0.57, 0.58, 0.59, 0.60, 0.61, 0.62, 0.63, 0.64, 0.65, 0.66, 0.67, 0.68, 0.69, 0.70, 0.71, 0.72, 0.73, 0.74, 0.75, 0.76, 0.77, 0.78, 0.79, 0.80, 0.81, 0.82, 0.83, 0.84, 0.85, 0.86, 0.87, 0.88, 0.89, 0.90, 0.91, 0.92, 0.93, 0.94, 0.95, 0.96, 0.97, 0.98, 0.99, 1.00, 1.01, 1.02, 1.03, 1.04, 1.05, 1.06, 1.07, 1.08, 1.09, 1.10, 1.11, 1.12, 1.13, 1.14, 1.15, 1.16, 1.17, 1.18, 1.19, 1.20, 1.21, 1.22, 1.23, 1.24, 1.25, 1.26, 1.27, 1.28, 1.29, 1.30, 1.31, 1.32, 1.33, 1.34, 1.35, 1.36, 1.37, 1.38, 1.39, 1.40, 1.41, 1.42, 1.43, 1.44, 1.45, 1.46, 1.47, 1.48, 1.49, 1.50, 1.51, 1.52, 1.53, 1.54, 1.55, 1.56, 1.57, 1.58, 1.59, 1.60, 1.61, 1.62, 1.63, 1.64, 1.65, 1.66, 1.67, 1.68, 1.69, 1.70, 1.71, 1.72, 1.73, 1.74, 1.75, 1.76, 1.77, 1.78, 1.79, 1.80, 1.81, 1.82, 1.83, 1.84, 1.85, 1.86, 1.87, 1.88, 1.89, 1.90, 1.91, 1.92, 1.93, 1.94, 1.95, 1.96, 1.97, 1.98, 또는 1.99(즉, IR 광전지(50)는: 적어도 0.20 ㎛, 적어도 0.21 ㎛,..., 적어도 1.99 ㎛의 파장을 갖는 광자만 감지할 수 있는 반면; 각각 0.20 ㎛, 0.21 ㎛,..., 1.99 ㎛ 미만의 파장을 갖는 임의의 광자를 감지하지 않을 수 있다). 바람직한 실시형태에서, IR 광전지(50)는 1 ㎛보다 큰 파장을 갖는 광자를 감지한다. 다른 바람직한 실시형태에서, IR 광전지(50)는 적어도 0.70 ㎛의 파장을 갖는 광자를 감지한다. 또 다른 바람직한 실시형태에서, IR 광전지(50)는 적어도 0.85 ㎛의 파장을 갖는 광자를 감지한다.
특정 실시형태에서, IR 광전지(50)는 양자 점을 포함하는 IR 감광층(IR sensitizing layer)을 포함할 수 있다. 양자 점은, 비록 실시형태가 이에 제한되지는 않지만, 예를 들어 PbS 또는 PbSe 양자 점일 수 있다.
다수의 실시형태에서, 태양광 패널(10)은 광전지(40) 및/또는 IR 광전지(50)의 한 측 또는 양측 상에 전극(30)을 포함할 수 있다. 한 실시형태에서, 광전지(40) 및 IR 광전지(50) 모두 투명 애노드 및 투명 캐소드를 포함한다. 각 전극 층(30)은 당해 기술 분야에 공지된 임의의 투명 전극일 수 있으며, 예를 들어, 산화 인듐 주석(ITO:indium tin oxide), 탄소 나노튜브(CNTs:carbon nanotubes), 산화 인듐 아연(IZO:indium zinc oxide), 은 나노와이어, 및/또는 마그네슘:은/Alq3(Mg:Ag/Alq3) 스택 층을 포함하는 층일 수 있다. 각 전극 층(30)은 본 명세서에 명백하게 제시된 것 이외의 투명 도전성 산화물(TCO:transparent conductive oxide)을 포함하여, TCO를 포함할 수 있다. 구체적인 실시형태에서, 투명 전극 층 중 하나 이상은 Mg:Ag 층이 10:1(Mg:Ag)의 비를 갖는 Mg:Ag/Alq3 스택 층일 수 있다. Mg:Ag 층의 두께는 30 nm 미만일 수 있으며, Alq3 층의 두께는 0 nm 내지 200 nm일 수 있다. 각 전극 층(30)은 스펙트럼의 가시 영역의 적어도 일부의 광에 대해 투명할 수 있다. 각 전극 층(30)은 스펙트럼의 적외선 영역의 적어도 일부의 광 및 바람직하게는 모든 광에 대해 투명할 수 있다. 특정 실시형태에서, 각 전극 층(30)은 스펙트럼의 가시 영역의 적어도 일부의 광 및 바람직하게는 모든 광, 및 스펙트럼의 적외선 영역의 적어도 일부의 광 및 바람직하게는 모든 광에 대해 투명할 수 있다. 실시형태에서, 태양광 패널(10)은 광전지(40)와 IR 광전지(50) 사이에 유리 기판(60)을 포함할 수 있다. 예를 들어, IR 광전지(50)를 유리 기판(60) 상에 제조한 다음, 유리 기판(60)을 또한 포함할 수 있는 광전지(40) 상에 상기 유리 기판(60)을 결합시킬 수 있다.
도 2b에 있어서, 다른 실시형태에서, 태양광 패널(10)은, 광전지(40)를 나온 광이 IR 광전지(50)에 들어가기 전에 아르곤 가스를 통과하도록, 광전지(40)와 IR 광전지(50) 사이에 아르곤 가스를 배치한 구조를 사용할 수 있다. 구체적인 실시형태는 아르곤 가스를 수용하는 챔버(70)를 이용한다. 광전지(40) 및 IR 광전지(50)는 모두 챔버(70) 내에 부분적으로 또는 전체가 배치될 수 있고/있거나 챔버(70)의 일부를 형성할 수 있다. 예를 들어, 광전지(40) 및 IR 광전지(50)는 각각 선택적으로 유리 기판(60)을 포함할 수 있으며, 광전지(40)의 유리 기판(60)이 챔버(70)의 상단 또는 하단으로서 기능할 수 있고 IR 광전지(50)의 유리 기판(60)도 또한 챔버(70)의 상단 또는 하단으로서 기능할 수 있다. 본 발명의 구체적인 실시형태에 따른 태양광 패널(10)은, 입사 태양광(20)이 광전지(40) 및 IR 광전지(50) 모두에 입사하여 태양광(20)의 적어도 일부는 광전지(40)에 의해 흡수되고 태양광(20)의 적어도 일부는 IR 광전지(50)에 의해 흡수되도록 구성될 수 있다. 상기 구성은 도 2a 및 2b에 도시되며, 상기에서 태양광(20)은 광전지(40)에 입사하고, (선택적) 유리 기판(들)(60)(도 2a) 또는 아르곤 가스(도 2b)를 통과한 후에 IR 광전지(50)에 입사한다.
비록 전극 층(30)은 도 2a 및 2b에서 투명한 것으로 나타내지만, 실시형태는 이에 제한되지 않는다. 즉, 각 전극 층(30)은 가시광의 적어도 일부 및/또는 IR 광의 적어도 일부에 대해 투명할 수 있지만 가시광의 적어도 일부 및/또는 IR 광의 적어도 일부에 대해 투명하지 않을 수 있다.
실시형태에서, 광전지(40)의 상부 전극(30)은 애노드 또는 캐소드일 수 있으며 가시광의 적어도 일부 및 IR 광의 적어도 일부에 대해 투명하다. 광전지(40)의 하부 전극(30)은 애노드 또는 캐소드일 수 있으며 IR 광의 적어도 일부에 대해 투명하며 가시광의 적어도 일부에 대해 투명할 수 있다. IR 광전지(50)의 상부 전극(30)은 애노드 또는 캐소드일 수 있으며 IR 광의 적어도 일부에 대해 투명하고 가시광의 적어도 일부에 대해 투명할 수 있다. IR 광전지(50)의 하부 전극(30)은 애노드 또는 캐소드일 수 있으며 IR 광의 적어도 일부에 대해 투명할 수 있으며 가시광의 적어도 일부에 대해 투명할 수 있다.
특정 실시형태에서, 태양광 패널(10)은 광이 IR 광전지(50)의 하부 전극(30) 상에 입사하도록 "전도된(upside down)" 모드로 작동될 수 있다. 특정 실시형태에서, IR 광전지(50)의 하부 전극(30)은 애노드 또는 캐소드일 수 있으며, 가시광의 적어도 일부 및 IR 광의 적어도 일부에 대해 투명하다. IR 광전지(50)의 상부 전극(30)은 애노드 또는 캐소드일 수 있으며, 가시광의 적어도 일부에 대해 투명하며 IR 광의 적어도 일부에 대해 투명할 수 있다. 광전지(40)의 하부 전극(30)은 애노드 또는 캐소드일 수 있으며, 가시광의 적어도 일부에 대해 투명하고 IR 광의 적어도 일부에 대해 투명할 수 있다. 광전지(40)의 상부 전극(30)은 애노드 또는 캐소드일 수 있으며, IR 광의 적어도 일부에 대해 투명할 수 있으며 가시광의 적어도 일부에 대해 투명할 수 있다.
다수의 실시형태에서, 태양광 패널(10)은, 광전지(40)의 입력 면 상에 입사하고 광전지(40)를 통과하여 제1 광전지(40)의 출력 면을 나가는 광이 IR 광전지(50)의 입력 면 상에 입사하여 IR 광전지(50)에 들어가도록 구성될 수 있다. 다른 실시형태에서, 태양광 패널(10)은, IR 광전지(50)의 입력 면 상에 입사하고 IR 광전지(50)를 통과하여 IR 광전지(50)의 출력 면을 나가는 광이 광전지(40)의 입력 면 상에 입사하여 광전지(40)에 들어가도록 구성될 수 있다.
본 발명의 한 실시형태에서, 태양광 에너지를 포획 및 저장하는 방법은, 태양광이 태양광 패널 상에 입사하도록 태양광 패널을 배치하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기에서 태양광 패널은: 가시 범위의 파장을 갖는 광자를 감지하는 광전지; 및 1 ㎛보다 큰 파장을 갖는 광자를 감지하는 적외선 광전지를 포함한다. 태양광 패널은 도 2a 및 2b를 참조로 본 명세서에 설명된 것일 수 있다. 다수의 실시형태에서, 광전지는 1 ㎛보다 큰 파장을 갖는 광자를 감지하지 않는다. 예를 들어, 광전지는 가시 범위의 광자를 감지할 수 있다. 한 실시형태에서, 광전지는 약 400 nm 내지 약 850 nm의 파장을 갖는 광자를 감지할 수 있다.
다수의 실시형태에서, 광전지(40)의 입력 면 상에 입사하는 광은 광전지(40)를 통과하여 제1 광전지(40)의 출력 면을 나간 다음, IR 광전지(50)의 입력 면 상에 입사하여 IR 광전지(50)에 들어갈 수 있다. 다른 실시형태에서, IR 광전지(50)의 입력 면 상에 입사하는 광은 IR 광전지(50)를 통과하여 IR 광전지(50)의 출력 면을 나간 다음, 광전지(40)의 입력 면 상에 입사하여 광전지(40)에 들어갈 수 있다.
태양광 패널의 IR 광전지는 적어도, 예를 들어 1 ㎛보다 큰 파장을 갖는 광자를 감지할 수 있다. 실시형태에서, IR 광전지는 2500 nm까지의 파장을 갖는 광자를 감지한다. 다른 실시형태에서, IR 광전지는 약 2000 nm까지의 파장을 갖는 광자를 감지한다. 추가 실시형태에서, IR 광전지는 2000 nm까지의 파장을 갖는 광자를 감지한다. 또 다른 추가 실시형태에서, IR 광전지는 약 850 nm 내지 약 2000 nm 범위의 파장을 갖는 광자를 감지한다.
특정 실시형태에서, IR 광전지는 양자 점을 포함하는 IR 감광층을 포함할 수 있다. 양자 점은, 비록 실시형태가 이에 제한되지는 않지만, 예를 들어 PbS 또는 PbSe 양자 점일 수 있다.
본 발명의 태양광 패널은, 입사 태양광이 광전지 및 IR 광전지 모두에 입사하여, 태양광의 적어도 일부는 광전지에 의해 흡수되고 태양광의 적어도 일부는 IR 광전지에 의해 흡수되도록 구성될 수 있다.
본 발명은 또한 태양광 패널을 형성하는 방법에 관한 것이다. 실시형태에서, 태양광 패널의 제조 방법은: 가시 범위의 파장을 갖는 광자를 감지하는 광전지를 형성하는 단계; 1 ㎛보다 큰 파장을 갖는 광자를 감지하는 적외선 광전지를 형성하는 단계; 및 광전지 및 적외선 광전지를 결합하는 단계를 포함할 수 있다.
광전지 및 IR 광전지는 도 2a 및 2b를 참조로 본 명세서에 설명된 것일 수 있다. 다수의 실시형태에서, 광전지는 1 ㎛보다 큰 파장을 갖는 광자를 감지하지 않는다. 예를 들어, 광전지는 가시 범위의 광자를 감지할 수 있지만 1 ㎛보다 큰 파장을 갖는 광자를 감지하지 않는다. 한 실시형태에서, 광전지는 약 400 nm 내지 약 850 nm의 파장을 갖는 광자를 감지할 수 있지만 약 400 nm 미만 또는 약 850 nm 초과의 파장을 갖는 광자를 감지하지 않을 수 있다.
태양광 패널의 IR 광전지는 적어도, 예를 들어 1 ㎛보다 큰 파장을 갖는 광자를 감지할 수 있다. 실시형태에서, IR 광전지는 2500 nm까지의 파장을 갖는 광자를 감지한다. 다른 실시형태에서, IR 광전지는 약 2000 nm까지의 파장을 갖는 광자를 감지한다. 추가 실시형태에서, IR 광전지는 2000 nm까지의 파장을 갖는 광자를 감지한다. 또 다른 추가 실시형태에서, IR 광전지는 약 850 nm 내지 약 2000 nm의 범위의 파장을 갖는 광자를 감지한다.
특정 실시형태에서, IR 광전지는 양자 점을 포함하는 IR 감광층을 포함할 수 있다. 양자 점은, 비록 실시형태가 이에 제한되지는 않지만, 예를 들어 PbS 또는 PbSe 양자 점일 수 있다.
본 발명에 따라 태양광 패널을 형성하는 방법은, 입사 태양광이 광전지 및 IR 광전지 모두에 입사하도록(즉, 태양광의 적어도 일부는 광전지에 의해 흡수되고 태양광의 적어도 일부는 IR 광전지에 의해 흡수되도록) 태양광 패널이 구성되도록 수행될 수 있다.
다수의 실시형태에서, 태양광 패널의 형성 방법은, 광전지(40)의 입력 면 상에 입사한 광이 광전지(40)를 통과하여 제1 광전지(40)의 출력 면을 나간 다음, IR 광전지(50)의 입력 면 상에 입사하여 IR 광전지(50)에 들어갈 수 있도록 수행될 수 있다. 다른 실시형태에서, 태양광 패널의 형성 방법은, IR 광전지(50)의 입력 면 상에 입사한 광이 IR 광전지(50)를 통과하여 IR 광전지(50)의 출력 면을 나간 다음, 광전지(40)의 입력 면 상에 입사하여 광전지(40)에 들어갈 수 있도록 수행될 수 있다.
실시형태에서, 태양광 패널의 형성 방법은 유리 기판상에 IR 광전지를 제조한 다음 유리 기판을 광전지에 결합하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한 IR 광전지의 유리 기판이 광전지의 유리 기판에 결합되도록 유리 기판상에 광전지를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
추가 실시형태에서, IR 광전지가 광학적으로 투명한 플라스틱 필름상에 코팅된 다음, 광학적으로 투명한 플라스틱 필름이 광전지 상에 라미네이팅될 수 있다.
또 다른 추가 실시형태에서, 태양광 패널의 형성 방법은, 광전지를 나가는 광이 IR 광전지에 들어가기 전에 가스를 통과하도록, 광전지와 IR 광전지 사이에 아르곤 가스와 같은 가스를 배치한 구조를 이용하여 태양광 패널을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 가스는, 비록 실시형태가 이에 제한되지는 않지만, 예를 들어 아르곤 가스일 수 있다. 구체적인 실시형태는 가스(예를 들어, 아르곤 가스)를 수용하는 챔버를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 광전지(40) 및 IR 광전지(50)는 모두 챔버(70) 내에 부분적으로 또는 전체가 배치될 수 있으며/있거나 챔버(70)의 일부를 형성할 수 있다. 특정 실시형태에서, IR 광전지가 유리 기판상에 제조될 수 있고, 광전지가 별도의 유리 기판상에 제조될 수 있고, 챔버 벽이 형성될 수 있고, 이어서 도 2b에 묘사된 바와 같이, 유리 기판이 챔버의 상단 및 하단을 형성하도록, IR 광전지 및 광전지를 챔버 벽과 접촉시킬 수 있다.
IR 광검출기의 제조는, 기 참조한, 미국 가출원 제61/416,630호(2010년 11월 23일 출원)의 우선권을 주장하는 미국 특허출원 제13/272,995호(2011년 10월 13일 출원), 및/또는 미국 가출원 제61/416,630호(2010년 11월 23일 출원)에 설명되었으며, 이제 다시 상세히 설명하고자 한다.
미국 가출원 제61/416,630호(2010년 11월 23일 출원)의 우선권을 주장하는 미국 특허출원 제13/272,995호(2011년 10월 13일 출원), 및/또는 미국 가출원 제61/416,630호(2010년 11월 23일 출원)는 센서로서 사용하고 상향 변환(up-conversion) 디바이스에 사용하기 위한, 검출능이 높은 적외선 광검출기를 설명한다. 암전류가 우세한 노이즈 인자일 경우, 검출능은 하기 수학식 1로 표현될 수 있다.
Figure 112013099305183-pct00001
상기에서, R은 반응도이고, J d 는 암전류 밀도이며, q는 기본 전하(1.6x10-19 C)이다. 최적의 검출능을 갖는 광검출기를 달성하기 위해서는, 암전류 밀도가 매우 낮을 것이 요구된다. 본 발명의 실시형태에 따른 광검출기는 깊은 HOMO(highest occupied molecule orbital) 준위를 갖는 정공 차단 층(HBL) 및 높은 LUMO(lowest unoccupied molecule orbital) 준위를 갖는 전자 차단 층(EBL)을 포함하며, 상기에서 EBL은 IR 감광층의 애노드 대향면 상에 위치하고 HBL은 IR 감광층의 캐소드 대향면 상에 위치한다. 이들 층들은 두께가 약 20 nm 내지 약 500 nm의 범위일 수 있으며, 전극들 간의 전체 간격은 5 ㎛ 미만이다. 본 발명의 실시형태에 따른 IR 광검출기에 의해 5 V 미만의 인가 전압에서 높은 검출능이 가능하다.
IR 감광층은 유기 또는 유기금속 포함 재료 또는 무기 재료일 수 있다. 재료는 근 IR 영역(700 nm 내지 1400 nm) 너머까지 미치는 IR의 많은 부분, 예를 들어 1800 nm, 2000 nm, 2500 nm 또는 그 이상까지의 파장에 걸쳐 흡수할 수 있다. 예시적인 유기 또는 유기금속 포함 재료들은: 퍼릴렌-3,4,9,10-테트라카르복실릭-3,4,9,10-디안하이드라이드(perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic-3,4,9,10-dianhydride)(PCTDA), 주석(II) 프탈로시아닌(tin (II) phthalocyanine)(SnPc), SnPc:C60, 알루미늄 프탈로시아닌 클로라이드(aluminum phthalocyanine chloride)(AlPcCl), AlPcCl:C60, 티타닐 프탈로시아닌(titanyl phthalocyanine)(TiOPc) 및 TiOPc:C60을 포함한다. 감광층으로 사용하는 무기 재료들은: PbSe 양자 점(quantum dots)(QDs), PbS QDs, PbSe 박막, PbS 박막, InAs, InGaAs, Si, Ge 및 GaAs를 포함한다.
HBL은, 하기를 포함하지만 이에 제한되지 않는 유기 또는 유기금속 포함 재료일 수 있다: 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline)(BCP), p-비스(트리페닐실릴)벤젠(p-bis(triphenylsilyl)benzene)(UGH2), 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline)(BPhen), 트리스-(8-히드록시 퀴놀린)알루미늄(tris-(8-hydroxy quinoline) aluminum)(Alq3), 3,5'-N,N'-디카르바졸-벤젠(3,5'-N, N' -dicarbazole-benzene)(mCP), C60 및 트리스[3-(3-피리딜)-메시틸]보란(tris[3-(3-pyridyl)-mesityl]borane)(3TPYMB). 이와 달리, HBL은, 이에 제한되지는 않지만 ZnO 또는 TiO2의 박막 또는 나노입자를 포함하는 무기 재료일 수 있다.
EBL은, 이에 제한되지는 않지만, 예를 들어 폴리(9,9-디옥틸-플루오렌-co-N-(4-부틸페닐)디페닐아민)(poly(9,9-dioctyl-fluorene-co-N-(4-butylphenyl)diphenylamine))(TFB), 1,1-비스[(디-4-톨릴아미노)페닐]시클로헥산(1,1-bis[(di-4-tolylamino)phenyl]cyclohexane)(TAPC), N, N'-디페닐-N,N'(2-나프틸)-(1,1'-페닐)-4,4'-디아민(N, N'-diphenyl-N, N' (2-naphthyl)-(1,1'-phenyl)-4,4'-diamine)(NPB), N, N'-디페닐-N, N'-디(m-톨릴)벤지딘(N, N'-diphenyl-N, N'-di(m-tolyl) benzidine)(TPD), 폴리-N, N'-비스-4-부틸페닐-N, N' - 비스-페닐벤지딘(poly-N, N' - bis-4-butylphenyl-N, N' - bis-phenylbenzidine)(poly-TPD), 또는 폴리스티렌-N,N-디페닐-N,N-비스(4-n-부틸페닐)-(1,10-비페닐)-4,4-디아민-퍼플루오로시클로부탄(polystyrene-N,N-diphenyl-N,N-bis(4-n-butylphenyl)-(1,10-biphenyl)-4,4-diamine-perfluorocyclobutane)(PS-TPD-PFCB)와 같은 유기 재료일 수 있다.
EBL로서 poly-TPD, HBL로서 ZnO 나노입자와 같은 차단 층을 포함하지 않는 광검출기, 및 EBL 및 HBL로서 poly-TPD 및 ZnO 나노입자를 포함하는 광검출기를 각각 제조하였으며, 상기에서 IR 감광층은 PbSe 나노결정을 포함하였다. 광검출기들에 대한 암전류-전압(J-V) 곡선은 차단 층이 없는 광검출기에 비해 EBL 및 HBL을 갖는 광검출기가 약 103배를 초과하여 감소하였다. 두 차단 층을 갖는 광검출기는 950 nm 미만의 IR 및 가시 파장에 대해 1011 Jones보다 큰 검출능을 나타낸다.
차단 층을 포함하지 않는 무기 나노입자 광검출기 및 EBL 및 HBL 층을 갖는 무기 나노입자 광검출기도 또한 제조하였다. 광검출기는 각종 HBL(BCP, C60 또는 ZnO), EBL(TFB 또는 poly-TPD)를 포함하였으며, IR 감광층은 PbSe 양자 점을 포함하였다. 비록 감소 정도는 상이하지만, PbSe 포함 광검출기상에 EBL 및 HBL을 위치시킴으로써 낮은 인가 전압에서 암전류가 상당히 감소하는 결과가 초래된다.
본 명세서에 지칭되거나 인용된 모든 특허, 특허 출원, 가출원 및 공개 문헌은 본 명세서의 명백한 교시와 상반되지 않는 범위 내에서, 모든 수치 및 표를 포함하여, 그의 전체가 참조로 포함된다.
본 명세서에 설명된 실시예 및 실시형태는 오직 예시적인 목적이며, 그 맥락에서 다양한 변형 또는 변경이 당업자에게 시사될 것이며 본 출원의 사상 및 이해 범위 내에 포함됨이 이해되어야 한다.

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  37. 태양광 패널의 제조 방법으로서,
    투명 기판 상에 제1 광전지를 형성하는 단계 - 상기 제1 광전지는 하나 이상의 제1 파장을 갖는 광자들을 감지하고, 상기 하나 이상의 제1 파장은 제1 파장 범위에 있음 -; 및
    상기 투명 기판 상에 제2 광전지를 형성하는 단계 - 상기 제1 광전지와 상기 제2 광전지 사이에 배치된 상기 투명 기판에 상기 제1 광전지와 상기 제2 광전지가 결합되고, 상기 제2 광전지는 하나 이상의 제2 파장을 갖는 광자들을 감지하고, 상기 하나 이상의 제2 파장은 제2 파장 범위에 있음 -
    를 포함하고,
    상기 하나 이상의 제2 파장 중 적어도 하나는 상기 제1 파장 범위에 있지 않고,
    상기 하나 이상의 제1 파장 중 적어도 하나는 상기 제2 파장 범위에 있지 않으며,
    상기 하나 이상의 제2 파장 중 적어도 하나는 적어도 0.7 ㎛인 방법.
  38. 제37항에 있어서, 상기 제1 광전지의 입력 면 상에 입사하고 상기 제1 광전지를 통과하여 상기 제1 광전지의 출력 면을 나가는 광은 상기 제2 광전지의 입력 면 상에 입사하여 상기 제2 광전지에 들어가는 방법.
  39. 제37항에 있어서,
    광학적으로 투명한(clear) 플라스틱 필름 상에 상기 제2 광전지를 코팅하는 단계; 및
    상기 제1 광전지 상에 상기 광학적으로 투명한 플라스틱 필름을 라미네이팅하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
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  41. 제37항에 있어서, 상기 제1 광전지는 박막 광전지이고, 상기 제2 광전지를 형성하는 단계는 상기 제1 광전지 바로 위에 상기 제2 광전지를 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  42. 제37항에 있어서, 상기 제2 광전지를 형성하는 단계는 양자 점들을 포함하는 적외선 감광 재료 층을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  43. 제42항에 있어서, 상기 양자 점들은 PbS 양자 점 또는 PbSe 양자 점인 방법.
  44. 제38항에 있어서, 상기 제2 광전지를 형성하는 단계는 양자 점들을 포함하는 적외선 감광 재료 층을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  45. 제44항에 있어서, 상기 양자 점들은 PbS 양자 점 또는 PbSe 양자 점인 방법.
  46. 제41항에 있어서, 상기 제2 광전지를 형성하는 단계는 양자 점들을 포함하는 적외선 감광 재료 층을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  47. 제46항에 있어서, 상기 양자 점들은 PbS 양자 점 또는 PbSe 양자 점인 방법.
  48. 제37항에 있어서, 상기 제2 광전지는 850 nm 내지 2000 nm의 파장을 갖는 광자들을 감지하는 방법.
  49. 제37항에 있어서, 상기 제1 광전지는 1 ㎛보다 큰 파장을 갖는 광자들을 감지하지 않는 방법.
  50. 삭제
  51. 제38항에 있어서, 상기 제1 광전지는 1 ㎛보다 큰 파장을 갖는 광자들을 감지하지 않는 방법.
  52. 제41항에 있어서, 상기 제1 광전지는 1 ㎛보다 큰 파장을 갖는 광자들을 감지하지 않는 방법.
  53. 제37항에 있어서, 상기 제2 광전지의 입력 면 상에 입사하고 상기 제2 광전지를 통과하여 상기 제2 광전지의 출력 면을 나가는 광은 상기 제1 광전지의 입력 면 상에 입사하여 상기 제1 광전지에 들어가는 방법.
  54. 제41항에 있어서, 상기 제1 광전지는 CIGS, CdTe, a-Si 및 poly-Si로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 재료를 포함하는 방법.
  55. 제37항에 있어서, 상기 제1 광전지는 CIGS, CdTe, a-Si 및 poly-Si로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 재료를 포함하는 방법.
  56. 제37항에 있어서, 상기 제2 광전지를 형성하는 단계는 투명 애노드 및 투명 캐소드를 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  57. 제56항에 있어서, 상기 투명 애노드는, 산화 인듐 주석(ITO), 탄소 나노튜브(CNTs), 산화 인듐 아연(IZO), 은 나노와이어 및 마그네슘:은/Alq3 스택 층으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 재료를 포함하며, 상기 투명 캐소드는, ITO, CNTs, IZO, 은 나노와이어 및 마그네슘:은/Alq3 스택 층으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 재료를 포함하는 방법.
  58. 제57항에 있어서, 상기 투명 애노드 또는 상기 투명 캐소드 중 적어도 하나는 마그네슘:은/Alq3 스택 층을 포함하고, 상기 마그네슘:은/Alq3 스택 층의 마그네슘:은 층은 30 nm 미만의 두께를 갖고, 상기 마그네슘:은 층은 10:1(마그네슘:은)의 조성비를 갖는 방법.
  59. 제57항에 있어서, 상기 투명 애노드 또는 상기 투명 캐소드 중 적어도 하나는 마그네슘:은/Alq3 스택 층을 포함하며, 상기 마그네슘:은/Alq3 스택 층의 Alq3 층은 0 nm 내지 200 nm의 두께를 갖는 방법.
  60. 제56항에 있어서, 상기 투명 애노드는 가시광의 적어도 일부 및 적외선의 적어도 일부에 대해 투과성이며, 상기 투명 캐소드는 가시광의 적어도 일부 및 적외선의 적어도 일부에 대해 투과성인 방법.
  61. 제37항에 있어서, 상기 제1 광전지를 형성하는 단계는 투명 애노드 및 투명 캐소드를 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  62. 제61항에 있어서, 상기 투명 애노드는, 산화 인듐 주석(ITO), 탄소 나노튜브(CNTs), 산화 인듐 아연(IZO), 은 나노와이어 및 마그네슘:은/Alq3 스택 층으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 재료를 포함하며, 상기 투명 캐소드는, ITO, CNTs, IZO, 은 나노와이어 및 마그네슘:은/Alq3 스택 층으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 재료를 포함하는 방법.
  63. 제62항에 있어서, 상기 투명 애노드 또는 상기 투명 캐소드 중 적어도 하나는 마그네슘:은/Alq3 스택 층을 포함하고, 상기 마그네슘:은/Alq3 스택 층의 마그네슘:은 층은 30 nm 미만의 두께를 갖고, 상기 마그네슘:은 층은 10:1(마그네슘:은)의 조성비를 갖는 방법.
  64. 제62항에 있어서, 상기 투명 애노드 또는 상기 투명 캐소드 중 적어도 하나는 마그네슘:은/Alq3 스택 층을 포함하며, 상기 마그네슘:은/Alq3 스택 층의 Alq3 층은 0 nm 내지 200 nm의 두께를 갖는 방법.
  65. 제61항에 있어서, 상기 투명 애노드는 가시광의 적어도 일부 및 적외선의 적어도 일부에 대해 투과성이며, 상기 투명 캐소드는 가시광의 적어도 일부 및 적외선의 적어도 일부에 대해 투과성인 방법.
  66. 태양광 에너지의 포획 및 저장 방법으로서,
    태양광이 태양광 패널 상에 입사하도록 상기 태양광 패널을 배치하는 단계
    를 포함하고,
    상기 태양광 패널은,
    투명 기판 상에 형성된 제1 광전지 - 상기 제1 광전지는 하나 이상의 제1 파장을 갖는 광자들을 감지하고, 상기 하나 이상의 제1 파장은 제1 파장 범위에 있음 -; 및
    상기 투명 기판 상에 형성된 제2 광전지 - 상기 제1 광전지와 상기 제2 광전지 사이에 상기 투명 기판이 배치되고, 상기 제2 광전지는 하나 이상의 제2 파장을 갖는 광자들을 감지하고, 상기 하나 이상의 제2 파장은 제2 파장 범위에 있음 -
    를 포함하고,
    상기 하나 이상의 제2 파장 중 적어도 하나는 상기 제1 파장 범위에 있지 않고,
    상기 하나 이상의 제1 파장 중 적어도 하나는 상기 제2 파장 범위에 있지 않으며,
    상기 하나 이상의 제2 파장 중 적어도 하나는 적어도 0.7 ㎛인 방법.
  67. 제66항에 있어서, 상기 제1 광전지의 입력 면 상에 입사하고 상기 제1 광전지를 통과하여 상기 제1 광전지의 출력 면을 나가는 광은 상기 제2 광전지의 입력 면 상에 입사하여 상기 제2 광전지에 들어가는 방법.
  68. 제66항에 있어서, 상기 제2 광전지는 양자 점들을 포함하는 적외선 감광 재료 층을 포함하는 방법.
  69. 제68항에 있어서, 상기 양자 점들은 PbS 양자 점 또는 PbSe 양자 점인 방법.
  70. 제67항에 있어서, 상기 제2 광전지는 양자 점들을 포함하는 적외선 감광 재료 층을 포함하는 방법.
  71. 제70항에 있어서, 상기 양자 점들은 PbS 양자 점 또는 PbSe 양자 점인 방법.
  72. 제66항에 있어서, 상기 제2 광전지는 850 nm 내지 2000 nm의 파장을 갖는 광자들을 감지하는 방법.
  73. 제66항에 있어서, 상기 제2 광전지의 입력 면 상에 입사하고 상기 제2 광전지를 통과하여 상기 제2 광전지의 출력 면을 나가는 광은 상기 제1 광전지의 입력 면 상에 입사하여 상기 제1 광전지에 들어가는 방법.
  74. 제66항에 있어서, 상기 제1 광전지는 박막 광전지인 방법.
  75. 제66항에 있어서, 상기 제1 광전지는 1 ㎛보다 큰 파장을 갖는 광자들을 감지하지 않는 방법.
  76. 제67항에 있어서, 상기 제1 광전지는 1 ㎛보다 큰 파장을 갖는 광자들을 감지하지 않는 방법.
  77. 제74항에 있어서, 상기 제1 광전지는 1 ㎛보다 큰 파장을 갖는 광자들을 감지하지 않는 방법.
  78. 제74항에 있어서, 상기 제1 광전지는 CIGS, CdTe, a-Si 및 poly-Si로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 재료를 포함하는 방법.
  79. 제66항에 있어서, 상기 제1 광전지는 CIGS, CdTe, a-Si 및 poly-Si로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 재료를 포함하는 방법.
  80. 제66항에 있어서, 상기 제2 광전지는 투명 애노드 및 투명 캐소드를 포함하는 방법.
  81. 제80항에 있어서, 상기 투명 애노드는, 산화 인듐 주석(ITO), 탄소 나노튜브(CNTs), 산화 인듐 아연(IZO), 은 나노와이어 및 마그네슘:은/Alq3 스택 층으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 재료를 포함하며, 상기 투명 캐소드는, ITO, CNTs, IZO, 은 나노와이어 및 마그네슘:은/Alq3 스택 층으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 재료를 포함하는 방법.
  82. 제81항에 있어서, 상기 투명 애노드 또는 상기 투명 캐소드 중 적어도 하나는 마그네슘:은/Alq3 스택 층을 포함하고, 상기 마그네슘:은/Alq3 스택 층의 마그네슘:은 층은 30 nm 미만의 두께를 갖고, 상기 마그네슘:은 층은 10:1(마그네슘:은)의 조성비를 갖는 방법.
  83. 제81항에 있어서, 상기 투명 애노드 또는 상기 투명 캐소드 중 적어도 하나는 마그네슘:은/Alq3 스택 층을 포함하며, 상기 마그네슘:은/Alq3 스택 층의 Alq3 층은 0 nm 내지 200 nm의 두께를 갖는 방법.
  84. 제80항에 있어서, 상기 투명 애노드는 가시광의 적어도 일부 및 적외선의 적어도 일부에 대해 투과성이며, 상기 투명 캐소드는 가시광의 적어도 일부 및 적외선의 적어도 일부에 대해 투과성인 방법.
  85. 제66항에 있어서, 상기 제1 광전지는 투명 애노드 및 투명 캐소드를 포함하는 방법.
  86. 제85항에 있어서, 상기 투명 애노드는, 산화 인듐 주석(ITO), 탄소 나노튜브(CNTs), 산화 인듐 아연(IZO), 은 나노와이어 및 마그네슘:은/Alq3 스택 층으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 재료를 포함하며, 상기 투명 캐소드는, ITO, CNTs, IZO, 은 나노와이어 및 마그네슘:은/Alq3 스택 층으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 재료를 포함하는 방법.
  87. 제86항에 있어서, 상기 투명 애노드 또는 상기 투명 캐소드 중 적어도 하나는 마그네슘:은/Alq3 스택 층을 포함하고, 상기 마그네슘:은/Alq3 스택 층의 마그네슘:은 층은 30 nm 미만의 두께를 갖고, 상기 마그네슘:은 층은 10:1(마그네슘:은)의 조성비를 갖는 방법.
  88. 제86항에 있어서, 상기 투명 애노드 또는 상기 투명 캐소드 중 적어도 하나는 마그네슘:은/Alq3 스택 층을 포함하며, 상기 마그네슘:은/Alq3 스택 층의 Alq3 층은 0 nm 내지 200 nm의 두께를 갖는 방법.
  89. 제85항에 있어서, 상기 투명 애노드는 가시광의 적어도 일부 및 적외선의 적어도 일부에 대해 투과성이며, 상기 투명 캐소드는 가시광의 적어도 일부 및 적외선의 적어도 일부에 대해 투과성인 방법.
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  91. 삭제
  92. 제37항에 있어서, 상기 하나 이상의 제2 파장 중 적어도 하나는 1 ㎛보다 큰 방법.
  93. 제92항에 있어서, 상기 하나 이상의 제2 파장 중 적어도 하나는 0.7 ㎛ 내지 1 ㎛의 범위에 있는 방법.
  94. 제66항에 있어서, 상기 하나 이상의 제2 파장 중 적어도 하나는 1 ㎛보다 큰 방법.
  95. 제94항에 있어서, 상기 하나 이상의 제2 파장 중 적어도 하나는 0.7 ㎛ 내지 1 ㎛의 범위에 있는 방법.
  96. 삭제
  97. 삭제
  98. 제37항에 있어서, 상기 하나 이상의 제2 파장 중 적어도 하나는 0.85 ㎛보다 큰 방법.
  99. 제92항에 있어서, 상기 하나 이상의 제2 파장 중 적어도 하나는 0.7 ㎛ 내지 0.85 ㎛의 범위에 있는 방법.
  100. 제66항에 있어서, 상기 하나 이상의 제2 파장 중 적어도 하나는 0.85 ㎛보다 큰 방법.
  101. 제94항에 있어서, 상기 하나 이상의 제2 파장 중 적어도 하나는 0.7 ㎛ 내지 0.85 ㎛의 범위에 있는 방법.
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