KR102098324B1 - 홀로그램 태양전지 및 이의 형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 홀로그램을 구현하기 위한 나노마이크로 구조체를 가지는 기판 상에 태양전지를 제작함으로써 태양전지 자체가 홀로그램 이미지를 재생하는 홀로그램 렌즈 기능과 태양전지 기능을 동시에 구현할 수 있는 홀로그램 태양전지 및 이의 형성방법에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 형성하고자 하는 홀로그램 패턴에 대응되는 나노마이크로 구조체가 형성된 기판과, 상기 기판의 상부에 형성되는 태양전지층을 포함하되, 상기 태양전지층은, 상기 나노마이크로 구조체의 상부에 증착되며, 상기 나노마이크로 구조체와 대응되는 제1 패턴이 형성되는 애노드 전극과, 상기 애노드 전극 상부에 증착되며, 상기 나노마이크로 구조체와 대응되는 제2 패턴이 형성되는 광흡수층과, 상기 광흡수층 상부에 증착되며, 상기 홀로그램 패턴과 대응되는 제3 패턴이 형성되는 캐소드 전극을 포함하는 홀로그램 태양전지를 제공한다.
이를 위하여, 본 발명은 형성하고자 하는 홀로그램 패턴에 대응되는 나노마이크로 구조체가 형성된 기판과, 상기 기판의 상부에 형성되는 태양전지층을 포함하되, 상기 태양전지층은, 상기 나노마이크로 구조체의 상부에 증착되며, 상기 나노마이크로 구조체와 대응되는 제1 패턴이 형성되는 애노드 전극과, 상기 애노드 전극 상부에 증착되며, 상기 나노마이크로 구조체와 대응되는 제2 패턴이 형성되는 광흡수층과, 상기 광흡수층 상부에 증착되며, 상기 홀로그램 패턴과 대응되는 제3 패턴이 형성되는 캐소드 전극을 포함하는 홀로그램 태양전지를 제공한다.
Description
본 발명은 홀로그램 태양전지 및 이의 형성방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 홀로그램을 구현하기 위한 나노마이크로 구조체를 가지는 기판상에 태양전지를 제작함으로써 태양전지 자체가 홀로그램 이미지를 재생하는 홀로그램 렌즈 기능과 태양전지 기능을 동시에 구현할 수 있는 홀로그램 태양전지 및 이의 형성방법에 관한 것이다.
홀로그램은 공간상에 영상을 구현하는 3차원 디스플레이 기술이며, 여러가지 홀로그램 구현 방법 중 엠보스드 홀로그램(Embossed hologram, rainbow hologram)과 컴퓨터 생성 홀로그램(Computer generated hologram, CGH)은 마이크로-나노스케일의 구조체의 배열을 이용하여 홀로그램 이미지를 생성한다.
엠보스드 홀로그램과 CGH 홀로그램 필름은 물체와 빛의 상호작용을 재현할 수 있는 패턴을 평판 상에 기록하여 입사광이 홀로그램이 기록된 평면을 투과하거나 반사된 빛이 일으킨 광변조 현상이 평면 상(엠보스드 홀로그램)이나 공간 상(CGH 홀로그램)에 3차원의 시각적인 효과를 구현 한다.
전통적인 광학 홀로그래픽 기록 기술과 비교하여 마이크로 나노패터닝을 이용한 홀로그램은 회절 이론을 통한 간섭무늬를 계산하여 임의의 가상 물체를 사실적으로 렌더링할 수 있으며 디지털 형식의 정보로 저장되기 때문에 다양한 저장 매체 및 디스플레이 장치에 쉽게 저장, 복사, 전송이 가능하다.
특히 CGH 홀로그램은 마이크로-나노스케일 구조체의 적절한 배열을 이용할 경우 실제 3차원 물체의 회절 및 색 정보를 모두 재현하는 풀컬러 홀로그램을 생성할 수 있다.
또한, 홀로그램의 단위 픽셀 길이에 따라 시야각이 정해지게 되고 픽셀이 작을수록 더 큰 시야각을 가지게 되는데, 이는 동일 면적의 평면에서 더 많은 3차원 시각 정보를 가지기 위해서는 더 작은 픽셀로 구성되어야 하기 때문이다.
홀로그램 픽셀은 금속, 유전체, 유기물 등 다양한 물질로 구성될 수 있으며, 또한, 이들의 조합으로도 구성될 수 있다. 홀로그램 필름을 통과한 빛의 파면은 각 픽셀에 의해 투과, 차단 및 진행 속도 조절을 통해 변조를 일으켜 지정된 위치에 가상의 이미지를 재구성하도록 설계된다.
가상의 이미지는 마이크로-나노구조체의 배열에 의해 결정되며 픽셀을 구성하는 물질에 의한 빛의 투과, 차단 및 지연 정도가 다르므로 픽셀 구성 물질 및 조합에 따라 홀로그램 이미지의 효율, 해상도 등 변조 효과가 달라질 수 있고 이방성 물질을 사용하게 되면 한 화면에 다중이미지를 기록하는 것도 가능하다.
한편 태양전지는 빛에너지를 전기에너지로 전환하는 장치로 기판 상에 전극, 태양광 흡수체, 전극 순으로 적층되며 빛을 흡수하는 소재에 따라 Si계, 화합물반도체계, 유기계 등으로 분류할 수 있다.
최근에는 양자점, 페로브스카이트 등이 실리콘계 태양전지 보다 높은 효율을 보이며 나노파티클 소재들을 이용한 박막 태양전지도 주목을 받고 있다.
이와 같이, 태양전지의 기능 및 효율이 개선됨에 따라, 현재는 태양광 발전 모듈을 구비한 태양광 발전 시스템이 주거 용도뿐만 아니라, 상업 건물의 외부에 설치되고 있다.
이때, 상업 건물의 외부에 설치되는 태양전지의 미적인 기능을 향상시키기 위하여, 태양전지의 외관 및 표시 기능이 중요하게 대두되고 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 홀로그램을 구현하기 위한 나노마이크로 구조체를 가지는 기판상에 태양전지를 제작함으로써 태양전지 자체가 홀로그램 이미지를 재생하는 홀로그램 렌즈 기능과 태양전지 기능을 동시에 구현할 수 있는 홀로그램 태양전지 및 이의 형성방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 형성하고자 하는 홀로그램 패턴에 대응되는 나노마이크로 구조체가 형성된 기판과, 상기 기판의 상부에 형성되는 태양전지층을 포함하되, 상기 태양전지층은, 상기 나노마이크로 구조체의 상부에 증착되며, 상기 나노마이크로 구조체와 대응되는 제1 패턴이 형성되는 애노드 전극과, 상기 애노드 전극 상부에 증착되며, 상기 나노마이크로 구조체와 대응되는 제2 패턴이 형성되는 광흡수층과, 상기 광흡수층 상부에 증착되며, 상기 홀로그램 패턴과 대응되는 제3 패턴이 형성되는 캐소드 전극을 포함하는 홀로그램 태양전지를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 홀로그램 태양전지의 다른 실시예에 따르면, 기판과, 상기 기판의 상부에 증착되며, 형성하고자 하는 홀로그램 패턴에 대응되는 나노마이크로 구조체가 형성된 홀로그램 패턴층과, 상기 홀로그램 패턴층의 상부에 형성되는 태양전지층을 포함하되, 상기 태양전지층은, 상기 홀로그램 패턴층 상부에 증착되며, 상기 나노마이크로 구조체와 대응되는 제1 패턴이 형성되는 애노드 전극과, 상기 애노드 전극 상부에 증착되며, 상기 나노마이크로 구조체와 대응되는 제2 패턴이 형성되는 광흡수층과, 상기 광흡수층 상부에 증착되며, 상기 홀로그램 패턴과 대응되는 제3 패턴이 형성되는 캐소드 전극을 포함하는 홀로그램 태양전지를 제공한다.
여기서, 상기 나노마이크로 구조체의 주기는 100nm 내지 1000μm로 형성될 수 있다.
또한, 상기 기판은 실리콘, 유리, 쿼츠, 사파이어 및 고분자 필름 중 어느 하나의 물질로 구성될 수 있다.
또한, 상기 홀로그램 패턴층은 질화규소, 폴리실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 화합물, 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 아연 산화물, 알루미늄, 구리, 은, 티타늄, 티타늄-텅스텐, 갈륨질소, 갈륨비소, 인듐인, 인듐갈륨질소, 금속산화물, 무기화합물 및 유기물 중 어느 하나의 물질로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 홀로그램 태양전지 형성방법의 일 실시예에 따르면, 형성하고자 하는 홀로그램 패턴에 대응되는 나노마이크로 구조체가 형성된 기판을 준비하는 기판 준비단계 및 상기 나노마이크로 구조체의 상부에 태양전지층을 형성하는 태양전지층 형성단계를 포함하되, 상기 태양전지층 형성단계는, 상기 기판의 상부에 상기 나노마이크로 구조체와 대응되는 제1 패턴을 가지는 애노드 전극을 형성하는 애노드 전극 형성단계와, 상기 애노드 전극 상부에 상기 나노마이크로 구조체와 대응되는 제2 패턴을 가지는 광흡수층을 형성하는 광흡수층 형성단계와, 상기 광흡수층 상부에 상기 나노마이크로 구조체와 대응되는 제3 패턴을 가지는 캐소드 전극을 형성하는 캐소드 전극 형성단계;를 포함하는 홀로그램 태양전지 형성방법을 제공한다.
여기서, 상기 기판 준비단계에서 형성된 상기 나노마이크로 구조체의 주기는 100nm 내지 1000μm로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 홀로그램 태양전지 형성방법의 다른 실시예에 따르면, 기판 준비단계와, 상기 기판 상부에 형성하고자 하는 홀로그램 패턴에 대응되는 나노마이크로 구조체가 형성된 홀로그램 패턴층을 형성하는 홀로그램 패턴층 형성단계와, 상기 나노마이크로 구조체의 상부에 태양전지층을 형성하는 태양전지층 형성단계를 포함하되, 상기 태양전지층 형성단계는, 상기 홀로그램 패턴층 상부에 상기 나노마이크로 구조체와 대응되는 제1 패턴을 가지는 애노드 전극을 형성하는 애노드 전극 형성단계와, 상기 애노드 전극 상부에 상기 나노마이크로 구조체와 대응되는 제2 패턴을 가지는 광흡수층을 형성하는 광흡수층 형성단계와, 상기 광흡수층 상부에 상기 나노마이크로 구조체와 대응되는 제3 패턴을 가지는 캐소드 전극을 형성하는 캐소드 전극 형성단계;를 포함하는 홀로그램 태양전지 형성방법을 제공한다.
여기서, 상기 홀로그램 패턴층 형성단계에서 형성된 상기 나노마이크로 구조체의 주기는 100nm 내지 1000μm로 형성될 수 있다.
또한, 상기 홀로그램 패턴층은 질화규소, 폴리실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 화합물, 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 아연 산화물, 알루미늄, 구리, 은, 티타늄, 티타늄-텅스텐, 갈륨질소, 갈륨비소, 인듐인, 인듐갈륨질소, 금속산화물, 무기화합물 및 유기물 중 어느 하나의 물질로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 홀로그램 태양전지 및 이의 형성방법은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 홀로그램을 구현하기 위한 나노마이크로 구조체를 가지는 기판상에 태양전지를 제작함으로써 태양전지 자체가 홀로그램 이미지를 재생하는 홀로그램 렌즈 기능과 태양전지 기능을 동시에 구현할 수 있는 이점이 있다.
둘째, 태양전지의 심미감 및 장식성을 제공할 수 있으며, 글자, 로고, 상표 등의 정보 전달 기능을 부여할 수 있게 되므로, 건물의 외벽에 설치되는 태양전지의 미적인 기능이 향상되고, 정보 전달 기능을 가질 수 있는 이점이 있다.
셋째, 나노마이크로 구조체에 의하여 태양전지가 요철을 가지며 형성됨으로써 태양광 및 태양열을 유효 면적 내로 집적하거나 분산시키도록 하는 렌즈의 기능적인 목적을 수행할 수 있는 이점이 있다.
넷째, 광학 렌즈 기능을 통해 태양전지 자체에서 반사방지, 집광, 냉각 등이 수행될 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 홀로그램 태양전지의 제1 실시예의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 홀로그램 태양전지의 제1 실시예의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 홀로그램 태양전지의 제2 실시예의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 홀로그램 태양전지의 제2 실시예의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 홀로그램 태양전지 형성방법의 제1 실시예를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 홀로그램 태양전지 형성방법의 제 실시예를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 홀로그램 태양전지의 제1 실시예의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 홀로그램 태양전지의 제2 실시예의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 홀로그램 태양전지의 제2 실시예의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 홀로그램 태양전지 형성방법의 제1 실시예를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 홀로그램 태양전지 형성방법의 제 실시예를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
이하, 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시 예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 홀로그램 태양전지의 제1 실시예를 설명하면 다음과 같다.
본 실시예에 따른 홀로그램 태양전지는 기판(1100) 및 태양전지층(1200)을 포함하며, 도 1을 기준으로 상기 기판(1100)과 상기 태양전지층(1200)을 설명하면 다음과 같다.
상기 기판(1100)은 상부에 형성하고자 하는 홀로그램 패턴에 대응되는 나노마이크로 구조체(1110)가 형성되어 있으며, 상기 기판(1100)은 실리콘, 유리, 쿼츠, 사파이어 및 고분자 필름 중 어느 하나의 물질로 구성될 수 있다.
상기 기판(1100)에 형성된 상기 나노마이크로 구조체(1110)의 주기는 100nm 내지 1000μm로 형성되며, 이에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.
상기 태양전지층(1200)은 상기 기판(1100)의 상부에 형성되며, 구체적으로 상기 태양전지층(1200)은 애노드 전극(1210), 광흡수층(1220), 캐소드 전극(1230)을 포함한다.
상기 애노드 전극(1210)은 상기 나노마이크로 구조체(1110)의 상부에 증착되며, 상기 애노드 전극(1210)에는 상기 나노마이크로 구조체(1110)와 대응되는 제1 패턴이 형성된다.
즉, 상기 애노드 전극(1210)이 상기 기판(1100)에 증착됨에 따라 상기 애노드 전극(1210)의 상부면 및 하부면에는 상기 나노마이크로 구조체(1110)에 의하여 상기 나노마이크로 구조체(1110)의 주기와 동일하게 요철면이 형성됨으로써 상기 애노드 전극(1210)이 제1 패턴의 구조를 가지며 형성된다.
상기 광흡수층(1220)은 상기 애노드 전극(1210) 상부에 증착되며, 상기 광흡수층(1220)에는 상기 나노마이크로 구조체(1110)와 대응되는 제2 패턴이 형성된다.
즉, 상기 광흡수층(1220)이 상기 애노드 전극(1210) 상부에 증착됨에 따라 상기 광흡수층(1220)의 상부면 및 하부면에는 상기 애노드 전극(1210)에 형성된 제1 패턴에 의하여 상기 나노마이크로 구조체(1110)의 주기와 동일하게 요철면이 형성됨으로써 상기 광흡수층(1220)이 제2 패턴의 구조를 가지며 형성된다.
상기 캐소드 전극(1230)은 상기 광흡수층(1220)의 상부에 증착되며, 상기 캐소드 전극(1230)에는 상기 나노마이크로 구조체(1110)와 대응되는 제3 패턴이 형성된다.
결과적으로, 상기 캐소드 전극(1230)이 상기 광흡수층(1220) 상부에 증착됨에 따라 상기 캐소드 전극(1230)의 상부면 및 하부면에는 상기 광흡수층(1220)에 형성된 제2 패턴에 의하여 상기 나노마이크로 구조체(1110)의 주기와 동일하게 요철면이 형성됨으로써 상기 캐소드 전극(1230)이 제3 패턴의 구조를 가지면 형성된다.
즉, 상기 제1 패턴, 상기 제2 패턴 및 상기 제3 패턴은 상기 나노마이크로 구조체(1110)와 대응되므로 상기 제1 패턴, 상기 제2 패턴 및 상기 제3 패턴의 주기는 상기 나노마이크로 구조체(1110)의 주기와 동일하다.
예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 홀로그램 태양전지가 레인보우 홀로그램을 구현하기 위하여, 상기 기판(1100)에 형성된 상기 나노마이크로 구조체(1110)의 주기가 1000nm 내지 50μm의 범위를 가지며 형성되는 경우, 상기 제1 패턴, 상기 제2 패턴 및 상기 제3 패턴의 주기 또한 1000nm 내지 50μm의 범위를 가지며 형성된다.
또는, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 홀로그램 태양전지가 CGH(Computer Generated Hologram)를 구현하기 위하여, 상기 기판(1100')에 형성된 상기 나노마이크로 구조체(1110')의 주기가 100nm 내지 1000μm의 범위를 가지며 형성되는 경우, 상기 제1 패턴, 상기 제2 패턴 및 상기 제3 패턴의 주기 또한 1000nm 내지 50μm의 범위를 가지며 형성된다.
이와 같이, 상기 나노마이크로 구조체(1110, 1110')에 대응되는 패턴을 가지면서 상기 태양전지층(1200, 1200')이 형성됨으로써 본 발명에 따른 홀로그램 태양전지의 태양전지층(1200, 1200') 자체가 홀로그램 이미지를 재생하는 홀로그램 렌즈 기능과 태양전지의 기능을 동시에 구현할 수 있게 된다.
즉, 본 발명에 따른 홀로그램 태양전지는 심미감 및 장식성을 제공할 수 있으며, 글자, 로고, 상표 등의 정보 전달 기능을 부여할 수 있게 되므로, 태양전지의 기능을 수행할 뿐만 아니라, 정보 전달의 기능 또한 수행할 수 있게 된다.
뿐만 아니라 상기 나노마이크로 구조체(1110, 1110')에 의하여 상기 태양전지층(1200, 1200')의 전체 형상이 요철을 가지며 형성됨으로써 태양광 및 태양열을 유효 면적 내로 집적하거나 분산시키도록 하는 렌즈의 기능적인 목적을 수행할 수 있게 되고, 이를 통해 상기 태양전지층(1200, 1200') 자체에서 반사방지, 집광, 냉각의 과정을 수행할 수 있게 된다.
도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 홀로그램 태양전지의 제2 실시예를 설명하면 다음과 같다.
본 실시예에 따른 홀로그램 태양전지는 기판(2100), 홀로그램 패턴층(2300) 및 태양전지층(2200)을 포함하며, 도 3을 기준으로 상기 기판(2100), 상기 홀로그램 패턴층(2300) 및 상기 태양전지층(2200)을 설명하면 다음과 같다.
상기 기판(2100)은 실리콘, 유리, 쿼츠, 사파이어 및 고분자 필름 중 어느 하나의 물질로 구성될 수 있다.
상기 홀로그램 패턴층(2300)은 상기 기판(2100) 상부에 증착되며, 형성하고자 하는 홀로그램 패턴에 대응되는 나노마이크로 구조체(2310)가 형성되어 있으며, 상기 홀로그램 패턴층(2300)은 질화규소, 폴리실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 화합물, 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 아연 산화물, 알루미늄, 구리, 은, 티타늄, 티타늄-텅스텐, 갈륨질소, 갈륨비소, 인듐인, 인듐갈륨질소, 금속산화물, 무기화합물 및 유기물 중 어느 하나의 물질로 구성될 수 있다.
또한, 상기 홀로그램 패턴층(2300)에 형성된 상기 나노마이크로 구조체(2310)의 주기는 100nm 내지 1000μm로 형성되며, 이에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.
상기 태양전지층(2200)은 상기 홀로그램 패턴층(2300)의 상부에 형성되며, 구체적으로 상기 태양전지층(2200)은 애노드 전극(2210), 광흡수층(2220), 캐소드 전극(2230)을 포함한다.
상기 애노드 전극(2210)은 상기 나노마이크로 구조체(2310)의 상부에 증착되며, 상기 애노드 전극(2210)에는 상기 나노마이크로 구조체(2310)와 대응되는 제1 패턴이 형성된다.
즉, 상기 애노드 전극(2210)이 상기 홀로그램 패턴층(2300)에 증착됨에 따라 상기 애노드 전극(2210)의 상부면 및 하부면에는 상기 나노마이크로 구조체(2310)에 의하여 상기 나노마이크로 구조체(2310)의 주기와 동일하게 요철면이 형성됨으로써 상기 애노드 전극(2210)이 제1 패턴의 구조를 가지며 형성된다.
상기 광흡수층(2220)은 상기 애노드 전극(2210) 상부에 증착되며, 상기 광흡수층(2220)에는 상기 나노마이크로 구조체(2310)와 대응되는 제2 패턴이 형성된다.
즉, 상기 광흡수층(2220)이 상기 애노드 전극(2210) 상부에 증착됨에 따라 상기 광흡수층(2220)의 상부면 및 하부면에는 상기 애노드 전극(2210)에 형성된 제1 패턴에 의하여 상기 나노마이크로 구조체(2310)의 주기와 동일하게 요철면이 형성됨으로써 상기 광흡수층(2220)이 제2 패턴의 구조를 가지며 형성된다.
상기 캐소드 전극(2230)은 상기 광흡수층(2220)의 상부에 증착되며, 상기 캐소드 전극(2230)에는 상기 나노마이크로 구조체(2310)와 대응되는 제3 패턴이 형성된다.
즉, 상기 캐소드 전극(2230)이 상기 광흡수층(2220) 상부에 증착됨에 따라 상기 캐소드 전극(2230)의 상부면 및 하부면에는 상기 광흡수층(2220)에 형성된 제2 패턴에 의하여 상기 나노마이크로 구조체(2310)의 주기와 동일하게 요철면이 형성됨으로써 상기 캐소드 전극(2230)이 제3 패턴의 구조를 가지면 형성된다.
결과적으로, 상기 제1 패턴, 상기 제2 패턴 및 상기 제3 패턴은 상기 나노마이크로 구조체(2310)와 대응되므로 상기 제1 패턴, 상기 제2 패턴 및 상기 제3 패턴의 주기는 상기 나노마이크로 구조체(2310)의 주기와 동일하다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 홀로그램 태양전지가 레인보우 홀로그램을 구현하기 위하여, 상기 홀로그램 패턴층(2300)에 형성된 상기 나노마이크로 구조체(2310)의 주기가 1000nm 내지 50μm의 범위를 가지며 형성되는 경우, 상기 제1 패턴, 상기 제2 패턴 및 상기 제3 패턴의 주기 또한 1000nm 내지 50μm의 범위를 가지며 형성된다.
또는, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 홀로그램 태양전지가 CGH(Computer Generated Hologram)를 구현하기 위하여, 상기 홀로그램 패턴층(2300')에 형성된 상기 나노마이크로 구조체(2310')의 주기가 100nm 내지 1000μm의 범위를 가지며 형성되는 경우, 상기 제1 패턴, 상기 제2 패턴 및 상기 제3 패턴의 주기 또한 1000nm 내지 50μm의 범위를 가지며 형성된다.
즉, 상기 나노마이크로 구조체(2310, 2310')에 대응되는 패턴을 가지면서 상기 태양전지층(2200, 2200')이 형성됨으로써 본 발명에 따른 홀로그램 태양전지의 태양전지층(2200, 2200') 자체가 홀로그램 이미지를 재생하는 홀로그램 렌즈 기능과 태양전지의 기능을 동시에 구현할 수 있게 된다.
즉, 본 발명에 따른 홀로그램 태양전지는 심미감 및 장식성을 제공할 수 있으며, 글자, 로고, 상표 등의 정보 전달 기능을 부여할 수 있게 되므로, 태양전지의 기능을 수행할 뿐만 아니라, 정보 전달의 기능 또한 수행할 수 있게 된다.
뿐만 아니라 상기 나노마이크로 구조체(2310, 2310')에 의하여 상기 태양전지층(2200, 2200')의 전체 형상이 요철을 가지며 형성됨으로써 태양광 및 태양열을 유효 면적 내로 집적하거나 분산시키도록 하는 렌즈의 기능적인 목적을 수행할 수 있게 되고, 이를 통해 상기 태양전지층(2200, 2200') 자체에서 반사방지, 집광, 냉각의 과정을 수행할 수 있게 된다.
물론, 본 실시예에 따른 태양전지층은 상술한 바와 같이, 애노드 전극, 광흡수층 및 애노드 전극을 포함하여 구성될 수 있지만, 상기 홀로그램 패턴층을 구성하는 재질에 따라 단결정 실리콘(Single crystalline Si) 기판형 태양전지층, 다결정 실리콘(Poly-crystalline Si) 기판형 태양전지층, 박막형 다결정 실리콘 (Poly-crystalline Si Thin film) 태양전지층, 비정질 Si 박막 태양전지층, 화합물 반도체 태양전지층( II-IV족(CdTe, CIS, CuInGaSe, CdS, ZnS 등), III-V족(GaAs, InP, InGaAs 등)), 나노소재 태양전지층(Quantum dot solar cell, Perovskite solar cell 등), 유기태양전지층(Organic solar cell), 연료감응형 태양전지층(Dye-sensitized solar cell) 등으로 구성될 수도 있다.
도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 홀로그램 태양전지 형성방법의 제1 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명에 따른 홀로그램 태양전지 형성방법의 제1 실시예를 설명하기 위해 도시한 도면이며, 도 1을 기준으로 홀로그램 태양전지 형성방법의 제1 실시예를 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명은 기판 준비단계(S110) 및 태양전지층 형성단계(S120)를 포함한다.
상기 기판 준비단계(S110)에서는 형성하고자 하는 홀로그램 패턴에 대응되는 나노마이크로 구조체(1110)가 형성된 기판(1100)을 준비한다.
구체적으로, 상기 기판 준비단계(S110)는 스탬프 준비단계 및 기판 몰딩단계를 포함할 수 있다.
상기 스탬프 준비단계에서는 상기 홀로그램 패턴에 대응되는 나노마이크로 구조가 가공된 스탬프를 준비하며, 상기 기판 몰딩단계에서는 상기 스탬프의 상기 나노마이크로 구조가 기판(1100)의 상부에 압입 및 분리됨에 따라 상기 기판(1100)에 상기 나노마이크로 구조체(1110)가 형성되어, 상기 기판(1100)에 상기 나노마이크로 구조체(1110)를 형성한다.
물론, 상기 기판 준비단계(S110)는 이에 한정되지 아니하며, 상기 기판(1100)을 식각하거나 또는 상기 기판(1100)에 증착하는 과정을 통해 상기 기판(1100)에 형성하고자 하는 홀로그램 패턴에 대응되는 상기 나노마이크로 구조체(1110)를 형성할 수 있다.
이때, 상기 나노마이크로 구조체(1110)의 주기의 범위는 100nm 내지 1000μm로 형성된다.
상기 태양전지층 형성단계(S120)에서는 상기 기판(1100) 중 상기 나노마이크로 구조체(1110)가 형성된 면에 태양전지층(1200)을 형성하며, 구체적으로 상기 태양전지층 형성단계(S120)는 애노드 전극 형성단계(S121), 광흡수층 형성단계(S122) 및 캐소드 전극 형성단계(S123)를 포함한다.
상기 애노드 전극 형성단계(S121)는 상기 기판(1100) 상부에 애노드 전극(1210)을 증착함으로써 상기 기판(1100)의 상부에 상기 나노마이크로 구조체(1110)와 대응되는 제1 패턴을 가지는 애노드 전극(1210)을 형성한다.
상기 광흡수층 형성단계(S122)는 상기 애노드 전극(1210) 상부에 광흡수층(1220)을 증착함으로써 상기 애노드 전극(1210) 상부에 상기 나노마이크로 구조체(1110)와 대응되는 제2 패턴을 가지는 광흡수층(1220)을 형성한다.
상기 캐소드 전극 형성단계(S123)는 상기 광흡수층(1220) 상부에 캐소드 전극(1230)을 증착함으로써 상기 광흡수층(1220) 상부에 상기 나노마이크로 구조체(1110)와 대응되는 제3 패턴을 가지는 캐소드 전극(1230)을 형성한다.
상술한 바와 같이, 상기 나노마이크로 구조체(1110)가 형성된 기판(1100) 상부에 상기 나노마이크로 구조체(1110)와 대응되는 패턴을 가지는 상기 태양전지층(1200)이 형성됨으로써 본 발명에 따른 홀로그램 태양전지의 태양전지층(1200) 자체가 홀로그램 이미지를 재생하는 홀로그램 렌즈 기능과 태양전지의 기능을 동시에 구현할 수 있게 된다.
즉, 본 발명에 따른 홀로그램 태양전지는 심미감 및 장식성을 제공할 수 있으며, 글자, 로고, 상표 등의 정보 전달 기능을 부여할 수 있게 되므로, 태양전지의 기능을 수행할 뿐만 아니라, 정보 전달의 기능 또한 수행할 수 있게 된다.
뿐만 아니라 상기 나노마이크로 구조체에 의하여 상기 태양전지층의 전체 형상이 요철을 가지며 형성됨으로써 태양광 및 태양열을 유효 면적 내로 집적하거나 분산시키도록 하는 렌즈의 기능적인 목적을 수행할 수 있게 되고, 이를 통해 상기태양전지층 자체에서 반사방지, 집광, 냉각의 과정을 수행할 수 있게 된다.
이 외의 본 실시예에 따른 홀로그램 태양전지 형성방법에 의하여 제작된 홀로그램 태양전지는 상술한 본 실시예에 따른 홀로그램 태양전지의 제1 실시예와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
도 6을 참조하여 본 발명에 따른 홀로그램 태양전지 형성방법의 제2 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 6은 본 발명에 따른 홀로그램 태양전지 형성방법의 제2 실시예를 설명하기 위해 도시한 도면이며, 도 3을 기준으로 홀로그램 태양전지 형성방법의 제2 실시예를 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에 따른 홀로그램 태양전지 형성방법은 기판 준비단계(S210), 홀로그램 패턴층 형성단계(S220) 및 태양전지층 형성단계(S230)를 포함한다.
상기 홀로그램 패턴층 형성단계(S220)는 상기 기판 준비단계(S210)에서 준비된 기판(2100)의 상부에 형성하고자 하는 홀로그램 패턴에 대응되는 나노마이크로 구조체(2310)가 형성된 홀로그램 패턴층(2300)을 형성한다.
구체적으로, 상기 홀로그램 패턴층 형성단계(S220)는 스탬프 준비단계, 홀로그램 패턴층 도포단계 및 홀로그램 패턴층 몰딩단계를 포함할 수 있다.
상기 스탬프 준비단계에서는 상기 홀로그램 패턴에 대응되는 나노마이크로 구조가 가공된 스탬프를 준비한다.
상기 홀로그램 패턴층 도포단계에서는 상기 기판(2100)의 상부에 상기 홀로그램 패턴층(2300)을 도포한다.
상기 홀로그램 패턴층 몰딩단계에서는 상기 스탬프의 상기 나노마이크로 구조가 상기 홀로그램 패턴층(2300)의 상부에 압입 및 분리됨에 따라 상기 홀로그램 패턴층(2300)에 상기 나노마이크로 구조체(2310)를 형성한다.
물론, 상기 홀로그램 패턴층 형성단계는 이에 한정되지 아니하며, 상기 홀로그램 패턴층(2300)을 식각하거나 또는 상기 홀로그램 패턴층(2300)에 증착하는 과정을 통해 상기 홀로그램 패턴층(2300)에 형성하고자 하는 홀로그램 패턴에 대응되는 상기 나노마이크로 구조체(2310)를 형성할 수 있다.
이때, 상기 나노마이크로 구조체(2310)의 주기의 범위는 100nm 내지 1000μm로 형성된다.
상기 태양전지층 형성단계(S230)에서는 상기 홀로그램 패턴층(2300) 상부에 태양전지층(2200)을 형성하며, 구체적으로 상기 태양전지층 형성단계(S230)는 애노드 전극 형성단계(S231), 광흡수층 형성단계(S232) 및 캐소드 전극 형성단계(S233)를 포함한다.
상기 애노드 전극 형성단계(S231)는 상기 홀로그램 패턴층(2300)의 상부에 애노드 전극(2210)을 증착함으로써 상기 홀로그램 패턴층(2300)의 상부에 상기 나노마이크로 구조체(2310)와 대응되는 제1 패턴을 가지는 애노드 전극(2210)을 형성한다.
상기 광흡수층 형성단계(S232)는 상기 애노드 전극(2210) 상부에 광흡수층(2220)을 증착함으로써 상기 애노드 전극(2210) 상부에 상기 나노마이크로 구조체(2310)와 대응되는 제2 패턴을 가지는 광흡수층(2220)을 형성한다.
상기 캐소드 전극 형성단계(S233)는 상기 광흡수층(2220) 상부에 캐소드 전극(2230)을 증착함으로써 상기 광흡수층(2220) 상부에 상기 나노마이크로 구조체(2310)와 대응되는 제3 패턴을 가지는 캐소드 전극(2230)을 형성한다.
상술한 바와 같이, 상기 나노마이크로 구조체(2310)가 형성된 홀로그램 패턴층(2300)의 상부에 상기 나노마이크로 구조체(2310)와 대응되는 패턴을 가지는 상기 태양전지층(2200)이 형성됨으로써 본 발명에 따른 홀로그램 태양전지의 태양전지층(2200) 자체가 홀로그램 이미지를 재생하는 홀로그램 렌즈 기능과 태양전지의 기능을 동시에 구현할 수 있게 된다.
즉, 본 발명에 따른 홀로그램 태양전지는 심미감 및 장식성을 제공할 수 있으며, 글자, 로고, 상표 등의 정보 전달 기능을 부여할 수 있게 되므로, 태양전지의 기능을 수행할 뿐만 아니라, 정보 전달의 기능 또한 수행할 수 있게 된다.
뿐만 아니라 상기 나노마이크로 구조체에 의하여 상기 태양전지층의 전체 형상이 요철을 가지며 형성됨으로써 태양광 및 태양열을 유효 면적 내로 집적하거나 분산시키도록 하는 렌즈의 기능적인 목적을 수행할 수 있게 되고, 이를 통해 상기태양전지층 자체에서 반사방지, 집광, 냉각의 과정을 수행할 수 있게 된다.
이 외의 본 실시예에 따른 홀로그램 태양전지 형성방법에 의하여 제작된 홀로그램 태양전지는 상술한 본 실시예에 따른 홀로그램 태양전지의 제1 실시예와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정한 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형의 실시가 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.
1100, 1100', 2100, 2100': 기판
1110, 1110', 2310, 2310': 나노마이크로 구조
1200, 1200', 2200, 2200': 태양전지층
1210, 1210', 2210, 2210': 애노드 전극
1220, 1220', 2220, 2220': 광흡수층
1230, 1230', 2230, 2230': 캐소드 전극
2300, 2300': 홀로그램 패턴층
1110, 1110', 2310, 2310': 나노마이크로 구조
1200, 1200', 2200, 2200': 태양전지층
1210, 1210', 2210, 2210': 애노드 전극
1220, 1220', 2220, 2220': 광흡수층
1230, 1230', 2230, 2230': 캐소드 전극
2300, 2300': 홀로그램 패턴층
Claims (10)
- 형성하고자 하는 홀로그램 패턴에 대응되는 나노마이크로 구조체가 형성된 기판; 및
상기 기판의 상부에 형성되는 태양전지층;을 포함하되,
상기 태양전지층은,
상기 나노마이크로 구조체의 상부에 증착되며, 상기 나노마이크로 구조체와 대응되는 제1 패턴이 형성되는 애노드 전극;
상기 애노드 전극 상부에 증착되며, 상기 나노마이크로 구조체와 대응되는 제2 패턴이 형성되는 광흡수층;
상기 광흡수층 상부에 증착되며, 상기 홀로그램 패턴과 대응되는 제3 패턴이 형성되는 캐소드 전극;을 포함하며,
상기 제1 패턴 내지 제3 패턴은 상기 나노마이크로 구조체의 주기와 동일한 요철면으로 형성되며,
상기 제1 패턴 내지 제3 패턴에 형성된 각각의 요철면은 동일한 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 홀로그램 태양전지. - 기판;
상기 기판의 상부에 증착되며, 형성하고자 하는 홀로그램 패턴에 대응되는 나노마이크로 구조체가 형성된 홀로그램 패턴층; 및
상기 홀로그램 패턴층의 상부에 형성되는 태양전지층;을 포함하되,
상기 태양전지층은,
상기 홀로그램 패턴층 상부에 증착되며, 상기 나노마이크로 구조체와 대응되는 제1 패턴이 형성되는 애노드 전극;
상기 애노드 전극 상부에 증착되며, 상기 나노마이크로 구조체와 대응되는 제2 패턴이 형성되는 광흡수층;
상기 광흡수층 상부에 증착되며, 상기 홀로그램 패턴과 대응되는 제3 패턴이 형성되는 캐소드 전극;을 포함하며
상기 제1 패턴 내지 제3 패턴은 상기 나노마이크로 구조체의 주기와 동일한 요철면으로 형성되며,
상기 제1 패턴 내지 제3 패턴에 형성된 각각의 요철면은 동일한 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 홀로그램 태양전지. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 나노마이크로 구조체의 주기는 100nm 내지 1000μm로 형성되는 것을 특징으로 하는 홀로그램 태양전지. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 기판은 실리콘, 유리, 쿼츠, 사파이어 및 고분자 필름 중 어느 하나의 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 홀로그램 태양전지. - 제2항에 있어서,
상기 홀로그램 패턴층은 질화규소, 폴리실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 화합물, 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 아연 산화물, 알루미늄, 구리, 은, 티타늄, 티타늄-텅스텐, 갈륨질소, 갈륨비소, 인듐인, 인듐갈륨질소, 금속산화물, 무기화합물 및 유기물 중 어느 하나의 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 홀로그램 태양전지. - 형성하고자 하는 홀로그램 패턴에 대응되는 나노마이크로 구조체가 형성된 기판을 준비하는 기판 준비단계; 및
상기 나노마이크로 구조체의 상부에 태양전지층을 형성하는 태양전지층 형성단계;를 포함하되,
상기 태양전지층 형성단계는,
상기 기판의 상부에 상기 나노마이크로 구조체와 대응되는 제1 패턴을 가지는 애노드 전극을 형성하는 애노드 전극 형성단계;
상기 애노드 전극 상부에 상기 나노마이크로 구조체와 대응되는 제2 패턴을 가지는 광흡수층을 형성하는 광흡수층 형성단계;
상기 광흡수층 상부에 상기 나노마이크로 구조체와 대응되는 제3 패턴을 가지는 캐소드 전극을 형성하는 캐소드 전극 형성단계;를 포함하며,
상기 태양전지층 형성단계에서 형성된 상기 제1 패턴 내지 제3 패턴은 상기 나노마이크로 구조체의 주기와 동일한 요철면으로 형성되며,
상기 제1 패턴 내지 제3 패턴에 형성된 각각의 요철면은 동일한 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 홀로그램 태양전지 형성방법. - 제6항에 있어서,
상기 기판 준비단계에서 형성된 상기 나노마이크로 구조체의 주기는 100nm 내지 1000μm로 형성되는 것을 특징으로 하는 홀로그램 태양전지 형성방법. - 기판 준비단계;
상기 기판 상부에 형성하고자 하는 홀로그램 패턴에 대응되는 나노마이크로 구조체가 형성된 홀로그램 패턴층을 형성하는 홀로그램 패턴층 형성단계; 및
상기 나노마이크로 구조체의 상부에 태양전지층을 형성하는 태양전지층 형성단계;를 포함하되,
상기 태양전지층 형성단계는,
상기 홀로그램 패턴층 상부에 상기 나노마이크로 구조체와 대응되는 제1 패턴을 가지는 애노드 전극을 형성하는 애노드 전극 형성단계;
상기 애노드 전극 상부에 상기 나노마이크로 구조체와 대응되는 제2 패턴을 가지는 광흡수층을 형성하는 광흡수층 형성단계;
상기 광흡수층 상부에 상기 나노마이크로 구조체와 대응되는 제3 패턴을 가지는 캐소드 전극을 형성하는 캐소드 전극 형성단계;를 포함하며,
상기 태양전지층 형성단계에서 형성된 상기 제1 패턴 내지 제3 패턴은 상기 나노마이크로 구조체의 주기와 동일한 요철면으로 형성되며,
상기 제1 패턴 내지 제3 패턴에 형성된 각각의 요철면은 동일한 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 홀로그램 태양전지 형성방법. - 제8항에 있어서,
상기 홀로그램 패턴층 형성단계에서 형성된 상기 나노마이크로 구조체의 주기는 100nm 내지 1000μm로 형성되는 것을 특징으로 하는 홀로그램 태양전지 형성방법. - 제8항에 있어서,
상기 홀로그램 패턴층은 질화규소, 폴리실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 화합물, 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 아연 산화물, 알루미늄, 구리, 은, 티타늄, 티타늄-텅스텐, 갈륨질소, 갈륨비소, 인듐인, 인듐갈륨질소, 금속산화물, 무기화합물 및 유기물 중 어느 하나의 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 홀로그램 태양전지 형성방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020180088491A KR102098324B1 (ko) | 2018-07-30 | 2018-07-30 | 홀로그램 태양전지 및 이의 형성방법 |
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|---|---|---|---|
| KR1020180088491A KR102098324B1 (ko) | 2018-07-30 | 2018-07-30 | 홀로그램 태양전지 및 이의 형성방법 |
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|---|---|
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| KR101416723B1 (ko) | 2011-12-22 | 2014-07-14 | 한국생산기술연구원 | 나노구조층을 포함하는 고 헤이즈율 투명전극, 상기 투명전극 제조방법 및 상기 투명전극을 포함하는 박막 태양전지 |
| KR101353242B1 (ko) * | 2012-02-27 | 2014-01-21 | 호서대학교 산학협력단 | 박막형 태양 전지를 제조하는 방법 |
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