KR102357206B1 - 태양전지의 색상 발현용 디바이스 - Google Patents

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Abstract

본원은 태양으로부터 입사하는 빛은 투과하고, 태양 이외의 광원으로부터 입사하는 빛은 반사 또는 산란시켜 색상을 발현하는 색상 발현 디바이스, 및 이를 포함하는 태양전지에 관한 것이다.

Description

태양전지의 색상 발현용 디바이스{DEVICE FOR COLOR DEVELOPMENT OF SOLAR CELL}
본원은, 태양으로부터 입사하는 빛은 투과하고, 태양 이외의 광원으로부터 입사하는 빛은 반사 또는 산란시켜 색상을 발현하는 색상 발현 디바이스, 및 이를 포함하는 태양전지에 관한 것이다.
건물일체형 태양광 발전 시스템은 태양광 발전을 위해 넓은 부지가 필요하거나 구조물을 설치해야 하는 기존의 태양광 발전 시스템과 달리 태양전지 모듈을 건물 외장재로 사용하는 시스템이다. 일반적인 태양전지는 청-흑색 또는 적-갈색 계통의 색상을 나타내므로 소비자의 기호에 적합하게 미적인 측면에서 다양한 색상이 구현된 태양전지가 요구되고 있다.
이를 해결하기 위해, 태양전지에 별도의 착색 물질(coloring material)이 착색된 박막층을 구비하여 소정의 색상을 구현할 수 있다. 그러나, 착색 물질을 이용할 경우, 착색 물질 자체의 특성에 따라 투명도가 저하되어 태양전지의 입사광 양을 감소시켜 광전 변환 효율이 저하되는 문제점이 있다. 그 결과, 색상의 선택폭이 제한될 수밖에 없고 태양전지의 발전 효율이 평균 11% 내지 12% 정도로 나타나 최대 27%까지 효율이 나오는 실리콘 기반 태양전지의 절반에도 미치지 못하고 있는 실정이다.
다른 해결 방법으로는, 태양전지의 전면에 라미네이션(lamination)으로 색상을 입히는 방법으로 필름(라미네이션용 필름) 표면에 컬러가 코팅(coating) 되어 있어 소정의 색상을 구현할 수 있다. 그러나, 라미네이션 방법을 이용할 경우, 라미네이션 필름에 색상을 부여하기 위한 코팅 공정과 태양전지에 부착시키는 라미네이션 공정이 필요하여 시간과 비용이 증가할 수 있다. 특히, 코팅된 필름을 태양전지에 라미네이팅 하면, 외부의 긁힘이나 태양광에 의해 변색될 수 있으며, 접착제의 접착성 저하에 따라 필름이 태양전지로부터 박리되는 문제점이 발생할 수 있다. 더욱이, 이러한 라미네이션 방법도 태양전지 입사광의 양을 감소시킬 수 있어 광전 변환 효율이 저하되는 문제점을 해결하기는 어렵다.
대한민국 등록특허공보 제10-1092922호
본원은, 태양으로부터 입사하는 빛은 투과하고, 태양 이외의 광원으로부터 입사하는 빛은 반사 또는 산란시켜 색상을 발현하는 색상 발현 디바이스에 관한 것이다.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본원의 제 1 측면은, 일 면이 바닥면에 대해 90°이하의 각도를 갖는 연속하는 패턴 구조체를 포함하는, 색상 발현 디바이스를 제공한다.
본원의 제 2 측면은, 제 1 측면에 따른 색상 발현 디바이스를 포함하는, 태양전지를 제공한다.
본원의 구현예들에 따른 색상 발현 디바이스는, 바닥면과 이루는 각도에 따라 다른 광투과성을 가지는 패턴 구조체를 통해 태양전지의 발전에 사용되는 광원과 색상 구현에 사용되는 광원을 분리함으로써, 임의의 색상을 표현하여 심미적 효과를 발휘함과 동시에 높은 발전 효율을 구현할 수 있는 이점이 있다.
본원의 구현예들에 따른 색상 발현 디바이스는, 단순한 구조의 패턴 구조체를 구현하는 것만으로 임의의 색상 구현 원리를 선택할 수 있으므로 목적에 따라 선택적으로 다른 반사도 및 색순도를 간단한 공정을 통해 구현할 수 있는 이점이 있다.
본원의 구현예들에 따른 색상 발현 디바이스는, 패턴 구조체를 형성하는 구성 물질의 선택이 자유롭기 때문에 실제 구현화가 용이하고, 상용화된 태양전지에 간단히 접목시킬 수 있으므로 시장성 또한 우수한 장점이 있다.
도 1a 내지 도 1 d는, 본원의 일 구현예에 따른 색상 발현 디바이스의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 2는, 본원의 일 구현예에 따른 색상 발현 디바이스에서, 태양으로부터 입사하는 빛과 태양 이외의 광원으로부터 입사하는 빛의 경로를 나타내는 개략도이다.
도 3a는, 본원의 일 구현예에 따른 색상 발현 디바이스에서, 태양으로부터 입사하는 빛의 경로를 나타내는 개략도이다.
도 3b는, 본원의 일 구현예에 따른 색상 발현 디바이스에서, 태양으로부터 입사하는 빛의 각도에 따른 흡광도를 나타내는 그래프이다.
도 4a는, 본원의 일 구현예에 따른 색상 발현 디바이스에서, 태양 이외의 광원으로부터 입사하는 빛의 경로를 나타내는 개략도이다.
도 4b는, 본원의 일 구현예에 따른 색상 발현 디바이스에서, 태양 이외의 광원으로부터 입사하는 빛의 각도에 따른 반사도를 나타내는 그래프이다.
도 5는, 본원의 일 구현예에 따른 색상 발현 디바이스에서, 바닥면에 대한 각도 θ1 크기에 따른 흡광도 및 반사도를 나타내는 그래프이다
도 6a는, 본원의 일 구현예에 따른 색상 발현 디바이스에서, 보호층을 포함하는 구조를 나타내는 개략도이다.
도 6b는, 본원의 일 구현예에 따른 색상 발현 디바이스에서, 패턴 구조체의 굴절률(n1) 및 바닥면에 대한 각도 θ1 크기에 따른 흡광도를 나타내는 그래프이다.
도 6c는, 본원의 일 구현예에 따른 색상 발현 디바이스에서, 패턴 구조체의 굴절률(n1)과 보호층의 굴절률(n2)의 비율, 및 바닥면에 대한 각도 θ1 크기에 따른 흡광도를 나타내는 그래프이다.
도 6d는, 본원의 일 구현예에 따른 색상 발현 디바이스에서, 패턴 구조체의 굴절률(n1) 및 바닥면에 대한 각도 θ1에 따른 반사도를 나타내는 그래프이다.
도 7a는, 본원의 일 구현예에 있어서, 삼각형의 패턴 구조체를 포함하는 색상 발현 디바이스에서, 바닥면에 대한 대각(θ3)의 크기 및 바닥면에 대한 각도 θ1 크기에 따른 흡광도를 나타내는 그래프이다.
도 7b는, 본원의 일 구현예에 있어서, 삼각형의 패턴 구조체를 포함하는 색상 발현 디바이스에서, 바닥면에 대한 대각(θ3)의 크기 및 바닥면에 대한 각도 θ1 크기에 따른 반사도를 나타내는 그래프이다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~ 를 위한 단계”를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합(들)”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, “A 및/또는 B”의 기재는 “A 또는 B, 또는 A 및 B”를 의미한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 제 1 측면은, 일 면이 바닥면에 대해 90°이하의 각도를 갖는 연속하는 패턴 구조체를 포함하는, 색상 발현 디바이스를 제공한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 패턴 구조체는 상기 일 면 이외의 하나 이상의 면에 반사막을 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 따른 색상 발현 디바이스는, 태양으로부터 입사하는 빛은 투과하고, 태양 이외의 광원으로부터 입사하는 빛은 상기 반사막을 통해 반사 또는 산란시키는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 태양으로부터 입사하는 빛은 태양으로부터 직접적으로 입사하는 직사광일 수 있으며, 상기 태양 이외의 광원으로부터 입사하는 빛은 태양광이 지면 또는 다른 물체 등으로부터 반사, 산란된 빛; 또는 다른 물체로부터 나오는 조명 등일 수 있다.
본원의 일 구현예에 따른 색상 발현 디바이스는, 상기 패턴 구조체의 상기 일 면과 상기 바닥면 사이의 각도의 조절에 따라 태양으로부터 입사하는 빛의 투과도와 태양 이외의 광원으로부터 입사하는 빛의 반사 및 산란을 조절하는 것일 수 있다. 구체적으로, 종래 기술에서는 태양전지 외면에 색상을 구현하기 위해서 태양으로부터 입사하는 빛의 일부를 사용하였기 때문에 발전 효율의 감소가 필연적으로 동반되지만, 본원의 일 구현예에 따른 색상 발현 디바이스는, 바닥면과의 각도에 따라 다른 광투과성을 가지는 패턴 구조체를 통해 태양전지의 발전에 사용되는 광원과 색상 구현에 사용되는 광원을 분리함으로써, 태양으로부터 입사하는 빛을 색상의 구현을 위해 사용하지 않으므로 태양광 발전 효율을 유지하여 종래 기술의 색상형 태양전지에 비해 2 배 이상의 발전 효율을 나타낼 수 있을 뿐 아니라, 임의의 색상을 표현하여 심미적 효과를 발휘할 수 있는 특징이 있다.
도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 본원에 따른 색상 발현 디바이스는, 태양전지 상에 설치될 수 있으며, 일 면이 바닥면에 대해 90°이하의 각도를 갖는 연속하는 패턴 구조체를 포함하고, 상기 패턴 구조체의 패턴은 직각 삼각형, 이등변 삼각형, 반타원형 등 다양한 형태일 수 있다. 또한, 상기 패턴 구조체의 상기 바닥면에 대한 각도에 따라 다른 광투과성을 가질 수 있다. 구체적으로, 도 2, 도 3a 및 도 4a를 참조하면, 실선은 태양광이며, 점선은 태양광 이외의 광으로서, 태양광의 입사각인 θ가 θ1보다 클 경우 상기 패턴 구조체로 입사하는 태양광의 양이 증가하여 태양전지가 태양광을 효과적으로 흡수할 수 있고, 상기 θ1이 커질수록 태양광을 효과적으로 흡수할 수 있는 태양광의 입사각 θ의 각도 범위가 작아진다. 반면 태양광 이외의 광은 θ가 음수인 방향에서 입사하므로 θ1이 커질수록 태양광 이외의 빛을 반사할 수 있는 각도 범위가 커진다. 또한, 상기 패턴 구조체는 태양으로부터 입사하는 빛은 반사 없이 모두 흡수하여 태양전지 전달하고, 태양 이외의 광원으로부터 입사하는 빛은 파장에 따라 반사 또는 산란시킴으로써 고효율의 발전과 선명한 색상 구현을 동시에 할 수 있다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 태양으로부터 입사하는 빛의 각인 θ는 하루 중 시간에 따라 달라질 수 있는 요소로서, 상기 패턴 구조체의 바닥면에 대한 각인 θ1에 따라 본원의 색상 발현 디바이스가 빛을 흡수하는 세기(흡광도)가 달라질 수 있다. 구체적으로, 하루 중 θ가 0 내지 90°(π/2)로 변화할 수 있고, θ가 θ1과 동일해지는 각도에서 디바이스가 흡수하는 흡광도는 최고치가 되며 이는 θ가 π/2가 될 때까지 유지된다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 태양 이외의 광원으로부터 입사하는 빛의 각인 θ는 하루 중 시간에 따라 달라질 수 있는 요소로서, 상기 패턴 구조체의 바닥면에 대한 각인 θ1에 따라 본원의 색상 발현 디바이스가 빛을 반사하는 세기(반사도)가 달라질 수 있다. 구체적으로, 하루 중 θ가 0 내지 90°(π/2)로 변화할 수 있고, θ가 π/2-θ1과 동일해지는 각도에서 디바이스가 반사하는 반사도는 최고치가 되며 이는 θ가 π/2가 될 때까지 유지된다.
도 5를 참조하면, 태양으로부터 입사하는 빛의 각인 θ는 하루 중 시간에 따라 달라질 수 있는 요소로서, 상기 패턴 구조체의 바닥면에 대한 각인 θ1에 따라 본원의 색상 발현 디바이스가 빛을 흡수하는 세기(흡광도) 및 빛을 반사하는 세기(반사도)가 달라질 수 있다. 구체적으로, 하루 중 θ가 0 내지 90°(π/2)로 변화함을 가정할 때, θ1이 0 내지 π/2로 변화할 경우, θ1이 π/4에서 흡광도 커브와 반사도 커브가 만나게 되며, π/4 미만에서는 흡광도가 우세하고, π/4 초과에서는 반사도가 우세하게 된다. 또한, θ1가 π/6에서 95%의 흡광도, 70%의 반사도; θ1가 π/5에서 90%의 흡광도, 75%의 반사도; θ1가 π/4에서 85%의 흡광도, 85%의 반사도; θ1가 π/3.5에서 75%의 흡광도, 90%의 반사도; 및 θ1가 π/3에서 70%의 흡광도, 95%의 반사도가 나타났다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 패턴 구조체는 삼각형, 사각형, 반원형 또는 반타원형일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 또한, 상기 패턴 구조체는 비대칭 패턴일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 패턴 구조체는 직각 삼각형이고, 상기 일면과 직각을 이루는 타면에 반사막을 포함하는 것일 수 있다. 상기 반사막은 태양 이외의 광원으로부터 입사하는 빛은 반사 또는 산란시키는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 반사막은 다층 박막, 페인트, 형광체, 광결정 및 플라즈모닉 기반의 금속 박막 구조체 중 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 구체적으로, 상기 다층 박막은 SiO2, TiO2, Al2O3, MgF2, NaF, ZnO 및 금속(알루미늄, 금, 은) 중에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 광결정은 폭 및/또는 두께가 수백 나노미터 내지 수 마이크론 크기의 유전체 구조의 배열로 이루어진 것일 수 있으며, 상기 플라즈모닉 기반의 금속 박막 구조체는 알루미늄, 금, 은과 같은 금속 물질을 기반하고 폭 및/또는 두께가 수십 나노미터 내지 수백 나노미터(광파장보다 작은) 사이즈의 구조의 배열로 이루어진 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 광결정의 유전체 구조의 폭 및/또는 두께의 크기는 100 nm 내지 10 μm일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 상기 플라즈모닉 기반의 금속 박막 구조체의 폭 및/또는 두께의 크기는 10 nm 내지 1000 nm일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 패턴 구조체를 형성하는 패턴의 기본 단위 구조체는, 높이가 1 μm 내지 150 μm이고, 가로 및 세로의 길이가 5 μm 내지 300 μm인 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 구체적으로, 종래 기술에서의 색상형 태양전지는 색상 구현 원리에 따라 구현 가능한 색상이 한정적이거나 색상을 구현하기 위한 설계 공정이 복잡한 문제 등이 있었으나, 본원의 일 구현예에 따른 색상 발현 디바이스는, 높이 1 μm 내지 150 μm이고, 가로 및 세로의 길이가 5 μm 내지 300 μm의 단순한 구조의 패턴 구조체를 구현하는 것만으로 임의의 색상 구현 원리를 선택할 수 있으므로 목적에 따라 선택적으로 다른 반사도 및 색순도를 간단한 공정을 통해 구현할 수 있는 이점이 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 패턴 구조체는 태양광 투과 물질을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 태양광 투과 물질은 태양으로부터 입사하는 빛의 반사 및 산란없이 흡수하는 물질로서, 패턴 구조체를 이루는 주성분일 수 있다. 상기 패턴 구조체를 형성하는 구성 물질은 그 선택이 자유롭기 때문에 실제 구현화가 용이하고, 상용화된 태양전지에 간단히 접목시킬 수 있으므로 시장성 또한 우수한 장점이 있다. 구체적으로, 상기 태양광 투과 물질은 산화 규소(SiO2), 산화 티타늄(TiO2), 산화 알루미늄(Al2O3) 및 산화 아연(ZnO)을 포함하는 무기 산화물; 및 에폭시 수지, 비닐에스테르 수지 및 폴리에스테르 등을 포함하는 고분자 물질 중에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 반사막을 포함하는 면 이외의 면에 반사방지막을 추가 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 반사방지막은 태양으로 입사하는 빛이 반사 및 산란되지 않고 패턴 구조체 내로 흡수될 수 있도록 하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 반사방지막은 다층 박막, 나노 패턴 또는 분산된 나노입자를 포함하는 고분자층의 형태일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 구체적으로, 상기 다층 박막은 무기 산화물, 무기 불화물, 무기화합물, 및 금속(알루미늄, 금 또는 은) 등 중에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으며, 상기 나노 패턴 및 분산된 나노입자 역시 동일한 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 반사방지막은 산화 규소(SiO2), 산화 티타늄(TiO2), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 아연(ZnO), 황화 아연(ZnS), 불화 바륨(BaF2), 징크 셀레나이드(ZnSe), 불화 칼슘(CaF2), 불화 나트륨(NaF), 염화 나트륨(NaCl), 브롬화 칼륨(KBr), 염화 칼륨(KCl), 염화 은(AgCl), 브롬화 은(AgBr), 요오드화 세슘(CsI), 염화 루비듐(RbCl), 불화 마그네슘(MgF2), 다이아몬드 및 탈륨 브로모아이오다이드(Thallium Bromoiodide, TlBrI; KRS-5)으로 구성된 군에서 선택되는 1 종 이상의 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
본원의 일 구현예에 따른 색상 발현 디바이스는, 상기 패턴 구조체 상에 보호층을 추가 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 보호층은 산화 규소(SiO2), 산화 티타늄(TiO2), 산화 알루미늄(Al2O3), 불화 마그네슘(MgF2), 불화 나트륨(NaF), 산화 아연(ZnO) 및 고분자 물질(에폭시 수지, 비닐에스테르 수지 또는 폴리에스테르) 중에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 상기 보호층은 상기 패턴 구조체의 내구성을 증가시키는 것이며, 보호층 물질의 굴절률에 따라 빛의 입사 각도에 따른 발전 효율을 증진시키는 기능을 할 수 있다.
도 6a 내지 도 6d를 참조하면, 본원의 일 구현예에 따른 색상 발현 디바이스는, 상기 패턴 구조체 상에 보호층을 추가 포함하는 것으로서, 상기 보호층은 상기 패턴 구조체에 외부 노출에 따른 마모로부터 보호할 수 있는 내구성을 부여할 수 있다. 상기 보호층의 굴절률은 n1 일 수 있으며, 상기 패턴 구조체의 물질의 굴절률은 n2, 바닥면과의 각도가 θ1일 수 있다. 이 때, n1과 n2의 관계와 n1의 굴절률에 따라 빛의 입사 각도에 따른 발전 효율을 증진시킬 수 있다. 구체적으로, 보호층의 굴절률 n1이 1.4 내지 2.0에서 각도 θ1가 증가할수록 태양광으로부터 오는 빛의 평균 흡광도가 감소하고, 태양광 이외의 광원으로부터 오는 빛의 평균 반사율이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 또한, n1이 증가할수록 보호층 아래의 패턴 구조체에서의 평균 흡수율과 평균 반사율이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 여기서, 상기 n1이 증가하면 보호층 자체의 반사도 역시 증가하므로, 태양광 발전 및 색상 구현을 위해 최적의 n1을 찾는 것이 중요하다. 본원에 따른 패턴 구조체는 보호층의 굴절률 n1이 1.4 내지 1.6에서 태양광 발전(평균 흡광도) 및 색상 구현(평균 반사도)에서 가장 우수한 효과를 내어 최적의 범위임을 확인할 수 있었다. 또한, 보호층의 굴절률 n1과 패턴 구조체의 물질의 굴절률 n2의 비율인 n2/n1에 따른 패턴 구조체의 평균 흡수율을 판단할 결과, n2/n1가 1 내지 2의 모든 값에서 모두 동일한 선으로 나타나 보호층의 굴절률과 패턴 구조체의 굴절률의 비에 관계없이 작용하는 것임을 확인하였다.
도 6a, 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 바닥면에 대한 각도인 θ1과 θ2의 합이 π/2가 아닌, 직각 삼각형의 패턴 구조체를 구현할 때, θ3의 각도에 따른 태양광으로부터 오는 빛의 평균 흡광도 및 태양광 이외의 광원으로부터 오는 빛의 평균 반사율을 확인할 수 있다. 구체적으로, 본원의 패턴 구조체에서 바닥면에 대한 대각인 θ3가 작을수록 도 1b의 형상을 가지고 되며, θ3가 클수록 도 1c의 형상을 가지게 된다. 따라서, 하루 중 태양으로부터 입사하는 빛의 각인 θ가 0 내지 π/2임을 가정할 때, 패턴 구조체의 θ3의 각도가 작을수록 본원의 색상 발현 디바이스의 흡광도가 증가하여 발전 효율이 증가하고, θ3의 각도가 클수록 본원의 색상 발현 디바이스의 흡광도가 감소하여 발전 효율이 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 아울러, 패턴 구조체의 θ3의 각도가 작을수록 본원의 색상 발현 디바이스의 반사도가 감소하여 색상 발현 정도가 떨어지고, θ3의 각도가 클수록 본원의 색상 발현 디바이스의 반사도가 증가하여 색상 발현 정도가 우수한 것을 확인할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 패턴 구조체의 바닥면에 기판을 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 구체적으로, 상기 패턴 구조체는 바닥면과 맞닿는 기판을 추가 포함할 수 있으며, 상기 기판은 상기 태양광 투과 물질을 포함하는 것일 수 있다.
본원의 제 2 측면은, 제 1 측면에 따른 색상 발현 디바이스를 포함하는, 태양전지를 제공한다.
제 1 측면 및 제 2 측면에 있어서, 서로 공통될 수 있는 내용은 그 기재가 생략되었더라도 제 1 측면 및 제 2 측면 모두에 적용될 수 있다.
본원의 일 구현예에 따른 태양전지는, 상기 색상 발현 디바이스는 태양전지 상에 형성되어, 태양으로부터 입사하는 빛의 입사를 최소한으로 차단하고 색상을 발현하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 패턴 구조체
20 : 반사막
30 : 태양전지
40 : 보호층

Claims (17)

  1. 일 면이 바닥면에 대해 90°이하의 각도를 갖는 연속하는 패턴 구조체
    를 포함하는, 색상 발현 디바이스로서,
    상기 패턴 구조체는 직각 삼각형이고, 상기 일면과 직각을 이루는 타면에 반사막을 포함하고,
    태양으로부터 입사하는 빛은 투과하고, 태양 이외의 광원으로부터 입사하는 빛은 상기 반사막을 통해 반사 또는 산란시키고,
    상기 패턴 구조체의 일 면과 상기 바닥면 사이의 각도(θ1)의 조절에 따라 태양으로부터 입사하는 빛의 투과도와 태양 이외의 광원으로부터 입사하는 빛의 반사 및 산란을 조절하는 것으로,
    태양으로부터 입사하는 빛의 각인 θ가 하루 중 0 내지 90°(π/2)로 변화할 때, θ가 θ1과 동일해지는 각도에서 디바이스의 흡광도는 최고치가 되며, 태양 이외의 광원으로부터 입사하는 빛의 각인 θ가 하루 중 0 내지 90°(π/2)로 변화할 때 θ가 π/2-θ1과 동일해지는 각도에서 디바이스가 반사하는 반사도가 최고치가 되는 것인,
    색상 발현 디바이스.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴 구조체를 형성하는 패턴의 기본 단위 구조체는,
    높이가 1 μm 내지 150 μm이고, 가로 및 세로의 길이가 5 μm 내지 300 μm인 것인, 색상 발현 디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴 구조체는 산화 규소(SiO2), 산화 티타늄(TiO2), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 아연(ZnO), 에폭시 수지, 비닐 에스테르 수지 및 폴리에스테르 중에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것인, 색상 발현 디바이스.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사막은 다층 박막, 페인트, 형광체, 광결정 및 플라즈모닉 기반의 금속 박막 구조체 중 선택되는 하나 이상을 포함하는 것인, 색상 발현 디바이스.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사막을 포함하는 면 이외의 면에 반사방지막을 추가 포함하는, 색상 발현 디바이스.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 반사방지막은 다층 박막, 나노 패턴 또는 분산된 나노입자를 포함하는 고분자층의 형태인 것인, 색상 발현 디바이스.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 반사방지막은 산화 규소(SiO2), 산화 티타늄(TiO2), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 아연(ZnO), 황화 아연(ZnS), 불화 바륨(BaF2), 징크 셀레나이드(ZnSe), 불화 칼슘(CaF2), 불화 나트륨(NaF), 염화 나트륨(NaCl), 브롬화 칼륨(KBr), 염화 칼륨(KCl), 염화은(AgCl), 브롬화 은(AgBr), 요오드화세슘(CsI), 염화루비듐(RbCl), 불화 마그네슘(MgF2), 다이아몬드 및 탈륨 브로모아이오다이드(Thallium Bromoiodide, TlBrI; KRS-5)으로 구성된 군에서 선택되는 1 종 이상의 화합물을 포함하는 것인, 색상 발현 디바이스.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴 구조체 상에 보호층을 추가 포함하는, 색상 발현 디바이스.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 보호층은 산화 규소(SiO2), 산화 티타늄(TiO2), 산화 알루미늄(Al2O3), 불화 마그네슘(MgF2), 불화 나트륨(NaF), 산화 아연(ZnO), 에폭시 수지, 비닐 에스테르 수지 및 폴리에스테르 중에서 선택되는 하나 이상을 을 포함하는 것인, 색상 발현 디바이스.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴 구조체의 바닥면에 기판을 추가 포함하는, 색상 발현 디바이스.
  16. 제 1 항에 따른 색상 발현 디바이스를 포함하는, 태양전지.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 색상 발현 디바이스는 태양전지 상에 형성되어, 태양으로부터 입사하는 빛의 입사를 최소한으로 차단하고 색상을 발현하는 것인, 태양전지.
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