KR102489246B1 - Indoor solar cell with photofunctional film and internet of thing device using same - Google Patents
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Abstract
광기능성 필름을 갖는 실내용 태양전지 및 이를 이용한 사물인터넷 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 실내용 태양전지는 태양전지; 및 상기 태양전지 상부에 형성되고, 입사 광에 대한 저반사(Anti-reflection)효과와 산란(scattering)효과를 가지며, 랜덤 피라미드 구조를 갖는 광기능성 필름을 포함하며, 상기 광기능성 필름은 상기 랜덤 피라미드 구조의 크기를 조절함으로써, 반사율과 투과율이 조절되는 것을 특징으로 하며, 상기 광기능성 필름은 상기 랜덤 피라미드 구조를 음각과 양각으로 갖는 고분자 층을 이용하여 형성함으로써, 상기 태양전지의 광 흡수를 개선시킬 수 있다.An indoor solar cell having an optical functional film and an IoT device using the same are disclosed. An indoor solar cell according to an embodiment of the present invention includes a solar cell; and an optical functional film formed on the solar cell, having an anti-reflection effect and a scattering effect for incident light, and having a random pyramid structure, wherein the optical functional film comprises the random pyramid structure. It is characterized in that the reflectance and transmittance are controlled by adjusting the size of the structure, and the photofunctional film is formed using a polymer layer having the random pyramid structure in intaglio and embossed portions, thereby improving light absorption of the solar cell. can
Description
본 발명은 광기능성 필름을 갖는 실내용 태양전지 및 이를 이용한 IoT 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 입사 광에 대한 저반사(Anti-reflection) 효과와 산란(scattering) 효과를 갖는 광기능성 필름을 이용하여 태양전지의 광 흡수(Light-Absorption)를 개선함으로써, 상대적으로 광량이 적은 실내에서 사용할 수 있는 실내용 태양전지 및 이를 이용한 IoT 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an indoor solar cell having a photofunctional film and an IoT device using the same, and more specifically, to an indoor solar cell having an anti-reflection effect and a scattering effect for incident light. It relates to an indoor solar cell that can be used indoors with relatively low light by improving light-absorption of the solar cell and an IoT device using the same.
태양 전지는 지난 몇년 동안 큰 성공을 거두었으며, 2020년에는 전 세계의 연간 그리드 연결 설비 규모가 120GW를 능가할 것이며 그들 중 대다수는 유틸리티 규모(utility scale)로 설치될 것이다. 모든 태양 전지의 기본 기능은 동일하다: 즉, 광활성 재료는 광을 흡수하여 여기된 전자-정공 쌍을 생성한다. 이러한 전자-정공 쌍은 전자 및 정공에 대해 상이한 이동성을 가진 영역(소위 p-n 접합)에 의해 태양 전지 내에서 분리된다. 다양한 종류의 광 흡수성 재료가 사용될 수 있기 때문에, 태양광 산업에는 아래와 같은 여러 가지 상이한 종류의 태양 전지 기술이 알려져 있다:Solar cells have been a huge success over the past few years, and by 2020, global annual grid-connected installations will exceed 120 GW, the majority of which will be installed at utility scale. The basic function of all solar cells is the same: photoactive materials absorb light to create excited electron-hole pairs. These electron-hole pairs are separated within the solar cell by regions with different mobilities for electrons and holes (so-called p-n junctions). Since a wide variety of light absorbing materials can be used, several different types of solar cell technologies are known in the photovoltaic industry:
1) 결정질 실리콘 태양 전지(단결정질 [0003] c-Si 및 다결정질 mc-Si)1) Crystalline silicon solar cells (monocrystalline [0003] c-Si and polycrystalline mc-Si)
2) 카드뮴-텔루라이드 태양 전지(CdTe)2) Cadmium-Telluride Solar Cell (CdTe)
3) 구리-인듐-갈륨-디셀레나이드(CIGS/CIS)3) Copper-indium-gallium-diselenide (CIGS/CIS)
4) 비정질 실리콘 태양 전지(a-Si)4) Amorphous silicon solar cells (a-Si)
5) 갈륨-비소(GaAs) 태양 전지와 같은 III/V 족 태양 전지, 또는 게르마늄/인듐-(알루미늄)-갈륨-비소 또는 인(In(Al)GaAs/P)과 같은 III 족 및 V 족 원소의 스택으로 이루어진 다중 접합 태양 전지5) Group III/V solar cells such as gallium-arsenic (GaAs) solar cells, or group III and V elements such as germanium/indium-(aluminum)-gallium-arsenic or phosphorus (In(Al)GaAs/P) A multi-junction solar cell consisting of a stack of
6) 염료 감응형 태양 전지(DSSC)6) Dye Sensitized Solar Cell (DSSC)
7) 유기 태양 전지(OSC)7) Organic Solar Cell (OSC)
8) 페로브스카이트 태양 전지(PSC)8) Perovskite Solar Cell (PSC)
9) 양자점 태양 전지(QSC)9) Quantum Dot Solar Cell (QSC)
10) 아연 셀레나이드(ZnSe) 황화철(FeS)과 같은 II 족 및 VI 족 원소로 이루어진 기타 II/VI 족 태양 전지10) Other II/VI solar cells made of Group II and Group VI elements such as Zinc Selenide (ZnSe) Iron Sulfide (FeS)
11) 탠덤 태양 전지11) Tandem solar cells
하지만, 기존 태양전지의 경우, 상대적으로 광량이 적은 실내에서 사용하기에는 효율성이 낮다.However, in the case of conventional solar cells, efficiency is low for use indoors with relatively low light.
따라서, 광량이 적은 실내에서 사용할 수 있는 태양전지의 필요성이 대두된다.Therefore, there is a need for a solar cell that can be used indoors with low light intensity.
본 발명의 실시예들은, 입사 광에 대한 저반사(Anti-reflection) 효과와 산란(scattering) 효과를 갖는 광기능성 필름을 이용하여 태양전지의 광 흡수(Light-Absorption)를 개선함으로써, 상대적으로 광량이 적은 실내에서 사용할 수 있는 실내용 태양전지 및 이를 이용한 IoT 장치를 제공한다.Embodiments of the present invention improve the light-absorption of a solar cell using a photofunctional film having an anti-reflection effect and a scattering effect for incident light, thereby relatively increasing the amount of light. This enemy provides indoor solar cells that can be used indoors and IoT devices using them.
본 발명의 일 실시예에 따른 실내용 태양전지는 태양전지; 및 상기 태양전지 상부에 형성되고, 입사 광에 대한 저반사(Anti-reflection)효과와 산란(scattering)효과를 가지며, 랜덤 피라미드 구조를 갖는 광기능성 필름을 포함하며, 상기 광기능성 필름은 상기 랜덤 피라미드 구조의 크기를 조절함으로써, 반사율과 투과율이 조절되는 것을 특징으로 한다.An indoor solar cell according to an embodiment of the present invention includes a solar cell; and an optical functional film formed on the solar cell, having an anti-reflection effect and a scattering effect for incident light, and having a random pyramid structure, wherein the optical functional film comprises the random pyramid structure. By controlling the size of the structure, it is characterized in that the reflectance and transmittance are controlled.
상기 광기능성 필름은 상기 랜덤 피라미드 구조를 음각과 양각으로 갖는 고분자 층을 이용하여 형성함으로써, 상기 태양전지의 광 흡수를 개선시킬 수 있다.The photofunctional film may improve light absorption of the solar cell by forming the random pyramid structure using a polymer layer having negative and embossed sides.
상기 광기능성 필름은 폴리우레탄 아크릴레이트(PUA) 또는 NOA를 포함하는 자외선 경화형 폴리머와 PMMA(polymethyl methacrylate)를 포함하는 열가소성(Thermoplastic) 소재 중 적어도 하나에 의해 형성될 수 있다.The photofunctional film may be formed of at least one of an ultraviolet curable polymer including polyurethane acrylate (PUA) or NOA and a thermoplastic material including polymethyl methacrylate (PMMA).
상기 광기능성 필름은 습식 식각에 의해 랜덤 피라미드 구조가 형성된 실리콘 기판 상에 자외선 경화형 폴리머를 형성한 후 상기 형성된 자외선 경화형 폴리머를 분리함으로써, 상기 랜덤 피라미드 구조가 형성될 수 있다.In the photofunctional film, the random pyramid structure may be formed by forming an ultraviolet curable polymer on a silicon substrate on which a random pyramid structure is formed by wet etching and then separating the formed ultraviolet curable polymer.
본 발명의 일 실시예에 따른 사물인터넷 장치는 상기 실내용 태양전지를 포함하는 것을 특징으로 한다.An IoT device according to an embodiment of the present invention is characterized in that it includes the indoor solar cell.
본 발명의 실시예들에 따르면, 입사 광에 대한 저반사(Anti-reflection) 효과와 산란(scattering) 효과를 갖는 광기능성 필름을 이용하여 태양전지의 광 흡수(Light-Absorption)를 개선함으로써, 상대적으로 광량이 적은 실내에서 사용할 수 있다.According to embodiments of the present invention, light-absorption of a solar cell is improved by using a photofunctional film having an anti-reflection effect and a scattering effect for incident light, thereby reducing relative It can be used indoors with low light.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상대적으로 광량이 적은 실내에서 사용할 수 있는 태양전지를 제공함으로써, 기존의 실내용·소형 IoT 기기의 2차전지를 장기간 그리고 설치장소에 제한없이 효과적으로 충전할 수 있고, 이를 통해 IoT 기기 전원공급의 무선화를 구현할 수 있다.According to the embodiments of the present invention, by providing a solar cell that can be used indoors with relatively low light, it is possible to effectively charge the secondary battery of an existing indoor/small IoT device for a long period of time and without restrictions on the installation location, Through this, it is possible to realize wireless power supply of IoT devices.
도 1은 본 발명의 광기능성 필름을 제작하는 과정을 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 2는 랜덤 피라미드 구조의 크기 변화를 설명하기 위한 주사 전자 현미경(SEM) 사진에 대한 예시도를 나타낸 것이다.
도 3은 랜덤 피라미드 구조의 크기에 따른 광기능성 필름의 투과율 스펙트럼에 대한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 4는 랜덤 피라미드 구조의 크기에 따른 광기능성 필름의 반사율 스펙트럼에 대한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 5는 광기능성 필름 종류에 따른 투과율 스펙트럼에 대한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 6은 광기능성 필름 적용에 따른 실리콘 태양전지의 전류-전압 특성에 대한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 7은 실내용 태양전지가 적용된 IoT 장치를 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것이다.1 shows an exemplary diagram for explaining a process of manufacturing an optical functional film of the present invention.
2 shows an exemplary view of a scanning electron microscope (SEM) picture for explaining the size change of the random pyramid structure.
FIG. 3 shows an example of a transmittance spectrum of an optical functional film according to the size of a random pyramid structure.
4 shows an exemplary view of a reflectance spectrum of an optical functional film according to the size of a random pyramid structure.
5 shows an example of a transmittance spectrum according to the type of photofunctional film.
6 shows an example of current-voltage characteristics of a silicon solar cell according to application of a photofunctional film.
7 illustrates an exemplary diagram for explaining an IoT device to which an indoor solar cell is applied.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Advantages and features of the present invention, and methods of achieving them, will become clear with reference to the detailed description of the following embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and will be implemented in various forms different from each other, only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains. It is provided to completely inform the person who has the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.Terms used in this specification are for describing the embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, singular forms also include plural forms unless specifically stated otherwise in a phrase. As used herein, "comprises" and/or "comprising" means that a stated component, step, operation, and/or element is present in the presence of one or more other components, steps, operations, and/or elements. or do not rule out additions.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification may be used in a meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in commonly used dictionaries are not interpreted ideally or excessively unless explicitly specifically defined.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail. The same reference numerals are used for the same components in the drawings, and redundant descriptions of the same components are omitted.
본 발명의 실시예들은, 입사 광에 대한 저반사(Anti-reflection)효과와 산란(scattering)효과를 갖는 광기능성 필름을 이용하여 태양전지의 광 흡수 (Light-Absorption)를 개선함으로써, 상대적으로 광량이 적은 실내에서 사용할 수 있는 태양전지를 제공하는 것을 그 요지로 한다.Embodiments of the present invention improve the light-absorption of a solar cell using a photofunctional film having an anti-reflection effect and a scattering effect for incident light, thereby relatively increasing the amount of light. The point of this enemy is to provide a solar cell that can be used indoors.
이 때, 본 발명의 실내용 태양전지는 태양전지 상부에 형성되고, 입사 광에 대한 저반사(Anti-reflection)효과와 산란(scattering)효과를 가지며, 랜덤 피라미드 구조를 갖는 광기능성 필름을 포함할 수 있으며, 이러한 광기능성 필름은 랜덤 피라미드 구조의 크기를 조절함으로써, 반사율과 투과율이 조절될 수 있다.At this time, the indoor solar cell of the present invention may include a photofunctional film formed on the solar cell, having an anti-reflection effect and a scattering effect for incident light, and having a random pyramid structure. In addition, reflectance and transmittance of the photofunctional film may be adjusted by adjusting the size of the random pyramid structure.
나아가, 광기능성 필름은 랜덤 피라미드 구조를 음각과 양각으로 갖는 고분자 층을 이용하여 형성함으로써, 태양전지의 광 흡수를 개선시킬 수 있으며, 예를 들어, 광기능성 필름은 폴리우레탄 아크릴레이트(PUA) 또는 NOA를 포함하는 자외선 경화형 폴리머와 PMMA(polymethyl methacrylate)를 포함하는 열가소성(Thermoplastic) 소재 중 적어도 하나에 의해 형성될 수 있다.Furthermore, the photofunctional film can improve light absorption of a solar cell by forming a polymer layer having a random pyramid structure on both negative and embossed sides. For example, the photofunctional film can be made of polyurethane acrylate (PUA) or It may be formed by at least one of a UV curable polymer including NOA and a thermoplastic material including polymethyl methacrylate (PMMA).
이러한 광기능성 필름은 습식 식각(wet-etching)에 의해 랜덤 피라미드 구조를 갖는 실리콘 기판을 제작하고, 랜덤 피라미드 구조를 갖는 실리콘 기판 상에 자외선 경화형 폴리머를 형성한 후 자외선 경화형 폴리머를 실리콘 기판에서 분리함으로써, 랜덤 피라미드 구조가 형성될 수 있다.This photofunctional film is obtained by preparing a silicon substrate having a random pyramid structure by wet-etching, forming an ultraviolet curable polymer on the silicon substrate having a random pyramid structure, and then separating the ultraviolet curable polymer from the silicon substrate. , a random pyramid structure can be formed.
이러한 본 발명에 대해 설명하면 다음과 같다.The present invention is described as follows.
도 1은 본 발명의 광기능성 필름을 제작하는 과정을 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것이다.1 shows an exemplary diagram for explaining a process of manufacturing an optical functional film of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 광기능성 필름은 습식 식각에 의해 랜덤하게 분포된 피라미드 구조 즉, 랜덤 피라미드 구조를 갖는 실리콘 기판을 제작하고, 이렇게 제작된 실리콘 기판 상에 PUA와 PET를 순차적으로 형성한 후 실리콘 기판에서 분리함으로써, 랜덤 피라미드 구조를 가지는 PET/PUA 필름을 형성할 수 있다. 즉, 랜덤 피라미드 구조를 가지는 실리콘 기판을 이용한 복제를 통해 랜덤 피라미드 구조를 가지는 PET/PUA 필름을 형성할 수 있다.As shown in FIG. 1, the photofunctional film is obtained by fabricating a silicon substrate having a randomly distributed pyramid structure, that is, a random pyramid structure, by wet etching, and sequentially forming PUA and PET on the silicon substrate thus produced. After separating from the silicon substrate, a PET/PUA film having a random pyramid structure can be formed. That is, a PET/PUA film having a random pyramid structure may be formed through replication using a silicon substrate having a random pyramid structure.
그리고, 랜덤 피라미드 구조를 가지는 PET/PUA 필름을 이용하여 랜덤 피라미드 구조를 가지는 PC/NOA 필름을 제작할 수 있다. 즉, 랜덤 피라미드 구조를 가지는 PET/PUA 필름을 이용한 재복제를 통해 랜덤 피라미드 구조를 가지는 PC/NOA 필름을 제작할 수 있다.In addition, a PC/NOA film having a random pyramid structure can be manufactured by using a PET/PUA film having a random pyramid structure. That is, a PC/NOA film having a random pyramid structure can be produced through re-replication using a PET/PUA film having a random pyramid structure.
실리콘 기판의 랜덤 피라미드 구조, PET/PUA 필름의 랜덤 피라미드 구조 및 PC/NOA 필름의 랜덤 피라미드 구조에 대한 주사 전자 현미경(SEM) 사진을 통해 알 수 있듯이, 랜덤 피라미드 구조가 복제되고 재복제된 것을 알 수 있다.As can be seen from the scanning electron microscope (SEM) images of the random pyramid structure of the silicon substrate, the random pyramid structure of the PET/PUA film, and the random pyramid structure of the PC/NOA film, it can be seen that the random pyramid structure is replicated and re-replicated. can
본 발명은 이러한 랜덤 피라미드 구조의 크기를 조절함으로써, 광기능성 필름의 반사율과 투과율이 조절할 수 있다는 것이다.The present invention is that the reflectance and transmittance of the photofunctional film can be adjusted by adjusting the size of the random pyramid structure.
즉, 도 2의 랜덤 피라미드 구조의 크기 변화를 설명하기 위한 주사 전자 현미경(SEM) 사진에 대한 예시도에 도시된 바와 같이, 광기능성 필름에 형성되는 랜덤 피라미드 구조의 크기를 큰 사이즈(a), 중간 사이즈(b)와 작은 사이즈(c)로 조절할 수 있음으로써, 광기능성 필름의 반사율과 투과율을 조절할 수 있다.That is, as shown in the exemplary view of the scanning electron microscope (SEM) picture for explaining the size change of the random pyramid structure of FIG. 2, the size of the random pyramid structure formed on the photofunctional film is a large size (a), By adjusting the medium size (b) and the small size (c), the reflectance and transmittance of the photofunctional film can be adjusted.
예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 랜덤 피라미드 구조의 크기에 따라 광기능성 필름의 투과율이 달라지는 것을 알 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이, 랜덤 피라미드 구조의 크기에 따라 광기능성 필름의 반사율이 달라지는 것을 알 수 있다. 즉, 광기능성 필름의 랜덤 피라미드 구조의 크기가 커질수록 투과율은 높아지고, 반사율은 낮아지는 것을 알 수 있다. 본 발명은 광기능성 필름의 랜덤 피라미드 구조의 크기의 조절을 통해 광기능성 필름의 투과율과 반사율을 조절하고, 이러한 투과율과 반사율의 조절을 이용하여 실내용 태양전지에 적용할 수 있는 광기능성 필름을 제작할 수 있다.For example, as shown in FIG. 3, it can be seen that the transmittance of the photofunctional film varies depending on the size of the random pyramid structure, and as shown in FIG. 4, the reflectance of the photofunctional film depends on the size of the random pyramid structure. You can see that it changes. That is, it can be seen that as the size of the random pyramid structure of the photofunctional film increases, the transmittance increases and the reflectance decreases. The present invention controls the transmittance and reflectance of the photofunctional film by adjusting the size of the random pyramid structure of the photofunctional film, and manufactures a photofunctional film that can be applied to an indoor solar cell by using the control of the transmittance and reflectance. can
그리고, 광기능성 필름은 자외선 경화형 폴리머 또는 열가소성(Thermoplastic) 소재 중 적어도 하나를 이용하여 형성할 수 있으며, 자외선 경화형 폴리머는 폴리우레탄 아크릴레이트(PUA)와 NOA를 포함할 수 있고, 열가소성 소재는 PMMA(polymethyl methacrylate)를 포함할 수 있다. 물론, 자외선 경화형 폴리머가 PUA와 NOA로 제한되거나 한정되지 않으며, 열가소성 소재가 PMMA로 제한되거나 한정되지 않는다.In addition, the photofunctional film may be formed using at least one of an ultraviolet curable polymer or a thermoplastic material, the ultraviolet curable polymer may include polyurethane acrylate (PUA) and NOA, and the thermoplastic material may include PMMA ( polymethyl methacrylate). Of course, the ultraviolet curable polymer is not limited or limited to PUA and NOA, and the thermoplastic material is not limited or limited to PMMA.
도 5는 광기능성 필름 종류에 따른 투과율 스펙트럼에 대한 일 예시도를 나타낸 것으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 랜덤 피라미드 구조를 가지는 광기능성 필름이 상부에 형성된 PC 필름 즉, PUA 피라미드/PC 필름, PMMA 피라미드/PC 필름과 NOA 피라미드/PC 필름의 투과율이 베어 PC 필름의 투과율보다 높은 것을 알 수 있다. 도 5를 통해 알 수 있듯이, 랜덤 피라미드 구조를 가지는 광기능성 필름이 적용된 실리콘 태양전지의 효율이 향상될 수 있다는 것을 알 수 있다.FIG. 5 shows an exemplary view of transmittance spectra according to types of photofunctional films. As shown in FIG. 5, a PC film having a photofunctional film having a random pyramid structure formed thereon, that is, a PUA pyramid/PC film, It can be seen that the transmittance of the PMMA pyramid/PC film and the NOA pyramid/PC film is higher than that of the bare PC film. As can be seen from FIG. 5 , it can be seen that the efficiency of the silicon solar cell to which the photofunctional film having a random pyramid structure is applied can be improved.
도 6은 광기능성 필름 적용에 따른 실리콘 태양전지의 전류-전압 특성에 대한 일 예시도를 나타낸 것으로, 광기능성 필름의 효과를 측정한 것이다. 여기서, Ref는 랜덤 피라미드 구조의 광기능성 필름이 적용되지 않은 태양전지를 의미하고, 피라미드 PUA를 랜덤 피라미드 구조의 광기능성 필름이 적용된 태양전지를 의미한다.6 shows an example of current-voltage characteristics of a silicon solar cell according to application of a photofunctional film, and measures the effect of the photofunctional film. Here, Ref means a solar cell to which the photofunctional film of a random pyramid structure is not applied, and the pyramid PUA means a solar cell to which a photofunctional film of a random pyramid structure is applied.
도 6과 아래 <표 1>을 통해 알 수 있듯이, 랜덤 피라미드 구조를 갖는 PUA 필름을 결정질 실리콘 태양전지 전면에 적용하였을 때 태양전지 효율이 증가하는 것을 알 수 있으며, 이는 랜덤 피라미드 구조에 의한 저반사 및 산란 효과에 의해 태양전지에 더 많은 빛이 흡수되면서 단락전류밀도의 증가를 유도하는 것이다.6 and <Table 1> below, it can be seen that the solar cell efficiency increases when the PUA film having a random pyramid structure is applied to the entire surface of the crystalline silicon solar cell, which is due to the low reflection caused by the random pyramid structure. And as more light is absorbed by the solar cell by the scattering effect, an increase in short-circuit current density is induced.
도 7은 실내용 태양전지가 적용된 IoT 장치를 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광기능성 필름이 적용된 태양전지를 적용함으로써, 약한 빛의 실내 광원으로도 태양전지의 상시 발전이 가능하고, 이를 통해 2차 전지를 충전함으로써, IoT 장치 예를 들어, 센서와 액츄에이터 등을 구동시킬 수 있다. 이와 같이, 빛이 약한 실내에서도 본 발명의 실내용 태양전지를 적용함으로써, IoT 장치에 전원을 용이하게 공급할 수 있고, 따라서 IoT 장치의 전원공급의 무선화를 구현할 수 있으며, 이를 통해 설치 공간 제약이 없어지고, 휴대화가 가능하다.7 shows an exemplary diagram for explaining an IoT device to which an indoor solar cell is applied, and as shown in FIG. 7, by applying a solar cell to which the photofunctional film of the present invention is applied, it can be used as an indoor light source of weak light. Also, constant power generation of solar cells is possible, and by charging secondary batteries through this, it is possible to drive IoT devices, such as sensors and actuators. In this way, by applying the indoor solar cell of the present invention even in a room where light is weak, power can be easily supplied to IoT devices, and thus wireless power supply of IoT devices can be implemented, and there is no installation space restriction through this. and can be mobile.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 실내용 태양전지는입사 광에 대한 저반사(Anti-reflection) 효과와 산란(scattering) 효과를 갖는 광기능성 필름을 이용하여 태양전지의 광 흡수(Light-Absorption)를 개선함으로써, 상대적으로 광량이 적은 실내에서 사용할 수 있다.As such, the indoor solar cell according to an embodiment of the present invention uses a photofunctional film having an anti-reflection effect and a scattering effect for incident light to absorb light of the solar cell. ), it can be used indoors with relatively low light.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 실내용 태양전지는 상대적으로 광량이 적은 실내에서 사용할 수 있기 때문에 기존의 실내용·소형 IoT 기기의 2차전지를 장기간 그리고 설치장소에 제한없이 효과적으로 충전할 수 있고, 이를 통해 IoT 기기 전원공급의 무선화를 구현할 수 있다.In addition, since the indoor solar cell according to the embodiment of the present invention can be used indoors with relatively little light, it can effectively charge the secondary battery of an existing indoor/small IoT device for a long period of time and without restrictions on the installation location, Through this, it is possible to realize wireless power supply of IoT devices.
나아가, 본 발명의 실시예에 따른 실내용 태양전지는 광기능성 필름을 제작할 때, 추가적인 금속 나노입자 등을 첨가하여 광산란 효과를 극대화할 수 있으며, IoT 장치의 구동 뿐만 아니라, 금속 나노입자 첨가된 광기능성 필름의 표면 증강 라만 분광(SERS; Surface enhanced Raman spectroscopy) 효과를 극대화 하여 광기능성 필름 자체만으로도 화학 센서(Chemical sensor)와 바이오 센서(Bio sensor)로 활용할 수도 있다.Furthermore, the indoor solar cell according to the embodiment of the present invention can maximize the light scattering effect by adding additional metal nanoparticles when manufacturing the photofunctional film, and not only drives the IoT device, but also adds light to the metal nanoparticles. By maximizing the surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) effect of the functional film, the photofunctional film itself can be used as a chemical sensor and a bio sensor.
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.As described above, although the embodiments have been described with limited examples and drawings, those skilled in the art can make various modifications and variations from the above description. For example, the described techniques may be performed in an order different from the method described, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. may be combined or combined in a different form than the method described, or other components may be used. Or even if it is replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims are within the scope of the following claims.
Claims (5)
상기 태양전지 상부에 형성되고, 입사 광에 대한 저반사(Anti-reflection)효과와 산란(scattering)효과를 가지며, 랜덤 피라미드 구조를 갖는 광기능성 필름
을 포함하며,
상기 광기능성 필름은
습식 식각에 의해 랜덤 피라미드 구조가 형성된 실리콘 기판을 형성하고, 상기 실리콘 기판 상에 PUA와 PET를 순차적으로 형성한 후 상기 실리콘 기판에서 분리하여 상기 랜덤 피라미드 구조를 가지는 PET/PUA 필름을 형성함에 따라, 상기 랜덤 피라미드 구조를 가지는 실리콘 기판을 이용한 복제를 통해 랜덤 피라미드 구조를 가지는 PET/PUA 필름을 형성하며,
형성된 상기 랜덤 피라미드 구조를 가지는 PET/PUA 필름을 이용하여 랜덤 피라미드 구조를 가지는 PC/NOA 필름을 형성함에 따라, 상기 랜덤 피라미드 구조를 가지는 PET/PUA 필름을 이용한 재복제를 통해 랜덤 피라미드 구조를 가지는 PC/NOA 필름을 형성하고,
상기 광기능성 필름의 상기 랜덤 피라미드 구조의 크기를 조절함으로써, 반사율과 투과율이 조절하여 실내용 태양전지에 적용 가능하도록 하되, 상기 랜덤 피라미드 구조의 크기가 커질수록 투과율은 높아지고, 반사율은 낮아지도록 하는 것을 특징으로 하는 실내용 태양전지.
solar cell; and
An optical functional film formed on the solar cell, having an anti-reflection effect and a scattering effect for incident light, and having a random pyramid structure.
Including,
The photofunctional film is
A silicon substrate having a random pyramid structure is formed by wet etching, PUA and PET are sequentially formed on the silicon substrate, and then separated from the silicon substrate to form a PET/PUA film having the random pyramid structure, Forming a PET / PUA film having a random pyramid structure through replication using the silicon substrate having the random pyramid structure,
As the PC/NOA film having the random pyramid structure is formed using the PET/PUA film having the random pyramid structure, PC having the random pyramid structure is reproduced using the PET/PUA film having the random pyramid structure. / NOA film is formed,
By adjusting the size of the random pyramid structure of the photofunctional film, the reflectance and transmittance are adjusted so that it can be applied to an indoor solar cell, but as the size of the random pyramid structure increases, the transmittance increases and the reflectance decreases Characterized by indoor solar cells.
상기 광기능성 필름은
상기 랜덤 피라미드 구조를 음각과 양각으로 갖는 고분자 층을 이용하여 형성함으로써, 상기 태양전지의 광 흡수를 개선시키는 것을 특징으로 하는 실내용 태양전지.
According to claim 1,
The photofunctional film is
An indoor solar cell characterized in that light absorption of the solar cell is improved by forming the random pyramid structure using a polymer layer having negative and embossed sides.
상기 광기능성 필름은
폴리우레탄 아크릴레이트(PUA) 또는 NOA를 포함하는 자외선 경화형 폴리머와 PMMA(polymethyl methacrylate)를 포함하는 열가소성(Thermoplastic) 소재 중 적어도 하나에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 실내용 태양전지.
According to claim 1,
The photofunctional film is
An indoor solar cell characterized in that it is formed by at least one of an ultraviolet curable polymer including polyurethane acrylate (PUA) or NOA and a thermoplastic material including polymethyl methacrylate (PMMA).
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