KR102498272B1 - Symmetrical sandwich-type piezoelectic energy harvesting device and method of making - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 하베스팅 소자는 제1 기판, 상기 제1 기판 상의 제1 전극층 및 상기 제1 전극층 상의 제1 압전층을 포함하는 제1 소자와, 제2 기판, 상기 제2 기판의 아래의 제2 전극층, 상기 제2 전극층 아래의 제2 압전층을 포함하는 제2 소자와, 상기 제1 소자 및 상기 제2 소자 사이에 배치된 접착층을 포함할 수 있다.
실시예는 본래의 단일 부품으로 만들어지던 에너지 하베스팅 소자를 똑같이 만들어 접착하는 방식으로, 소자는 두 개의 부품으로 늘지만 출력 성능은 수 배에서 최대 제곱 배까지의 출력을 얻을 수 있는 효과가 있다.A harvesting element according to an embodiment includes a first element including a first substrate, a first electrode layer on the first substrate, and a first piezoelectric layer on the first electrode layer, a second substrate, and a second substrate under the second substrate. It may include a second element including two electrode layers and a second piezoelectric layer under the second electrode layer, and an adhesive layer disposed between the first element and the second element.
The embodiment is a method of making and bonding the same energy harvesting element that was originally made of a single part. The element increases to two parts, but the output performance has the effect of obtaining an output of several times to a maximum of square times.

Description

대칭적 구조의 샌드위치형 압전 에너지 하베스팅 소자 및 그 제작방법{SYMMETRICAL SANDWICH-TYPE PIEZOELECTIC ENERGY HARVESTING DEVICE AND METHOD OF MAKING}Symmetrical sandwich type piezoelectric energy harvesting device and its manufacturing method

실시예는 대칭 구조를 가지는 에너지 하베스팅 소자에 관한 것이다.The embodiment relates to an energy harvesting device having a symmetrical structure.

일반적으로, 압전소자 (piezoelectric device)란, 산화아연, PZT와 같은 강유전체 등의 압전물질을 이용한 반도체 소자로서, 기계 에너지와 전기 에너지를 상호변환할 수 있으며, 그 구조가 간단하고 내구성이 좋으며 에너지 변환효율이 높다는 장점을 갖는다. 이러한 압전소자는 압력 및 진동과 같은 기계 에너지가 존재하는 곳이라면 어디에든 활용될 수 있다.In general, a piezoelectric device is a semiconductor device using a piezoelectric material such as a ferroelectric such as zinc oxide or PZT, and can mutually convert mechanical energy and electrical energy, and has a simple structure, good durability, and energy conversion. It has the advantage of high efficiency. These piezoelectric elements can be used wherever mechanical energy such as pressure and vibration exists.

최근, 힘, 압력, 진동 등과 같은 주위의 에너지를 사용 가능한 전기에너지로 변환해주는 에너지 하베스팅 (energy harvesting) 기술이 신재생 에너지 및 미래 지속가능한 청정 에너지로서 많은 연구가 진행 중에 있으며, 특히 이러한 에너지 하베스팅 기술 중에서도 압전체를 활용한 압전 발전은 에너지 변환 효율이 크고, 소형 및 경량화가 가능하며, 다양한 영역에 응용이 가능하다는 장점으로 인해서 각광을 받고 있다.Recently, energy harvesting technology that converts ambient energy such as force, pressure, vibration, etc. into usable electrical energy is being studied as a renewable energy and future sustainable clean energy. Among other technologies, piezoelectric power generation using piezoelectric materials is in the limelight due to its advantages of high energy conversion efficiency, small size and light weight, and application in various fields.

압전에너지 하베스팅은 자동차의 2차 발전장치, 가정용 발전장치, 의료용 장치의 보조 전원, 착용 가능한(wearable) 전자제품 등에 적용하기 위한 연구가 진행 중에 있으며, 또한 유비쿼터스 센서 네트워크 (USN)의 에너지원으로 검토되고 있다. 이외에도, 인공 심장, 심장 박동기 등 인체에 적용하는 응용이나, 건축 구조물 진단용 센서 전원 등의 소규모 전원, 로봇 등의 차세대 전자장치의 전원으로도 적용하기 위한 연구가 진행중이다.Piezoelectric energy harvesting is under research for application to secondary power generation devices for automobiles, household power generation devices, auxiliary power sources for medical devices, and wearable electronic products, and is also used as an energy source for ubiquitous sensor networks (USN). being reviewed In addition, research is underway for applications applied to the human body such as artificial hearts and pacemakers, small-scale power sources such as sensor power sources for diagnosing building structures, and power sources for next-generation electronic devices such as robots.

종래 하베스팅 소자는 단일 소자로 이루어져 출력되는 전압에 한계가 있어, 고출력을 사용하는 분야에는 적용이 어려운 문제가 있다.Conventional harvesting elements are composed of a single element and there is a limit to the output voltage, so there is a problem that it is difficult to apply to fields using high output.

상술한 문제점을 해결하기 위해, 실시예는 향상된 출력을 가지는 하베스팅 소자를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the embodiment aims to provide a harvesting element having an improved output.

실시예에 따른 하베스팅 소자는 제1 기판, 상기 제1 기판 상의 제1 전극층 및 상기 제1 전극층 상의 제1 압전층을 포함하는 제1 소자와, 제2 기판, 상기 제2 기판의 아래의 제2 전극층, 상기 제2 전극층 아래의 제2 압전층을 포함하는 제2 소자와, 상기 제1 소자 및 상기 제2 소자 사이에 배치된 접착층을 포함할 수 있다.A harvesting element according to an embodiment includes a first element including a first substrate, a first electrode layer on the first substrate, and a first piezoelectric layer on the first electrode layer, a second substrate, and a second substrate under the second substrate. It may include a second element including two electrode layers and a second piezoelectric layer under the second electrode layer, and an adhesive layer disposed between the first element and the second element.

상기 접착층은 전도성 카본 테이프를 포함할 수 있다. 상기 접착층은 은, 구리, 탄소, 구리탄소 및 알루미늄 중 어느 하나를 포함하는 전도성 물질을 포함할 수 있다.The adhesive layer may include a conductive carbon tape. The adhesive layer may include a conductive material including any one of silver, copper, carbon, copper carbon, and aluminum.

상기 제1 소자는 제1 전극층 상의 제1 영역에 배치되는 제1 전극을 더 포함하고, 상기 제1 압전층은 상기 제1 전극층 상의 제2 영역에 배치될 수 있다.The first element may further include a first electrode disposed in a first region on the first electrode layer, and the first piezoelectric layer may be disposed in a second region on the first electrode layer.

상기 제2 소자는 제2 전극층 아래의 제3 영역에 배치되는 제2 전극을 더 포함하고, 상기 제2 압전층은 상기 제2 전극층 아래의 제4 영역에 배치될 수 있다.The second element may further include a second electrode disposed in a third region under the second electrode layer, and the second piezoelectric layer may be disposed in a fourth region under the second electrode layer.

상기 제2 영역과 상기 제4 영역은 상하로 대향 배치되는 영역일 수 있고, 상기 제1 영역은 상기 제2 영역의 일측에 배치되며, 상기 제3 영역은 상기 제4 영역의 타측에 배치될 수 있다.The second region and the fourth region may be vertically opposite regions, the first region may be disposed on one side of the second region, and the third region may be disposed on the other side of the fourth region. there is.

상기 접착층의 일측면은 상기 제1 압전층의 일측면, 상기 제2 압전층의 일측면, 상기 제2 전극층의 일측면 및 상기 제2 기판의 일측면과 일직선 상에 배치되며, 상기 접착층의 타측면은 상기 제2 압전층의 타측면, 상기 제1 압전층의 타측면, 상기 제1 전극층의 타측면 및 상기 제1 기판의 타측면과 일직선 상에 배치될 수 있다.One side of the adhesive layer is disposed on a straight line with one side of the first piezoelectric layer, one side of the second piezoelectric layer, one side of the second electrode layer, and one side of the second substrate, and the other side of the adhesive layer The side surface may be disposed on a straight line with the other side surface of the second piezoelectric layer, the other side surface of the first piezoelectric layer, the other side surface of the first electrode layer, and the other side surface of the first substrate.

상기 기판은 글라스 (glass), 실리콘 (Si), 폴리에테르술폰 (PES), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 폴리카보네이트 (PC), 폴리이미드 (PI), 및 폴리에틸렌나프탈레이트 (PEN) 중 어느 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.The substrate is made of any one or more of glass, silicon (Si), polyethersulfone (PES), polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate (PC), polyimide (PI), and polyethylene naphthalate (PEN). may contain substances.

상기 압전층은 Zn-O, Al-N, Ga-N, Zn-Sn-O, Cd-S, In-N, Zn-In-O, Zn-Si-O, Zn-Al-O, Zn-Mg-O, Ga-Zn-In-O, Sr-V-O, Ca-V-O, Ba-Ti-O, Sr-Ti-0, Ca-Ti-O, Pb-Ti-O, Li-Nb-O, Pb-Zr,Ti-O(PZT), Pb-Mg,Nb-O(PMN), Pb-Mg,Ta-O(PMT), Pb-Zn,Nb-O(PZN), Pb-Sc,Ta-O(PST), Pb-La-Zr-Ti-V-O(PLZT), CH3NH3PbBr3, CH3NH3PbI3 중 어느 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.The piezoelectric layer is Zn-O, Al-N, Ga-N, Zn-Sn-O, Cd-S, In-N, Zn-In-O, Zn-Si-O, Zn-Al-O, Zn- Mg-O, Ga-Zn-In-O, Sr-VO, Ca-VO, Ba-Ti-O, Sr-Ti-O, Ca-Ti-O, Pb-Ti-O, Li-Nb-O, Pb-Zr,Ti-O(PZT), Pb-Mg,Nb-O(PMN), Pb-Mg,Ta-O(PMT), Pb-Zn,Nb-O(PZN), Pb-Sc,Ta- O(PST), Pb-La-Zr-Ti-VO(PLZT), CH 3 NH 3 PbBr 3 , and CH 3 NH 3 PbI 3 may include one or more materials.

실시예는 종래의 단일 부품으로 만들어지던 에너지 하베스팅 소자를 똑같이 만들어 접착하는 방식으로, 소자는 두 개의 부품으로 늘지만 출력 성능은 수 배에서 최대 제곱 배까지의 출력을 얻을 수 있는 효과가 있다.The embodiment is a method of making and bonding the energy harvesting element, which was made of a conventional single part, in the same way, and the element increases to two parts, but the output performance has the effect of obtaining an output of several times to a maximum of square times.

또한, 실시예는 접착에 쓰이는 재료는 따로 개발할 필요도 없이 현재 시장에 널리 쓰이고 있는 재료들이므로 개발에 필요한 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, since the materials used for adhesion are materials that are widely used in the current market without the need for separate development, the embodiment has an effect of reducing the cost required for development.

또한, 제1 전극과 제2 전극이 양쪽으로 배치되어 측정 및 사용 시에 별도의 외부 연결 와이어를 직접 본딩하지 않고도 용이하게 소자를 측정 프로브나 출력 단자에 연결할 수 있는 효과가 있다.In addition, since the first electrode and the second electrode are disposed on both sides, the device can be easily connected to the measurement probe or the output terminal without directly bonding a separate external connection wire during measurement and use.

도 1은 제1 실시예에 따른 하베스팅 소자를 나타낸 단면도이다.
도 2는 제2 실시예에 따른 하베스팅 소자를 나타낸 단면도이다.
도 3은 하베스팅 소자의 단면 구조를 나타낸 사진이다.
도 4 및 도 5는 실시예에 따른 하베스팅 소자의 출력 전압 측정 결과를 나타낸 그래프이다.1 is a cross-sectional view showing a harvesting element according to a first embodiment.
2 is a cross-sectional view showing a harvesting element according to a second embodiment.
Figure 3 is a photograph showing the cross-sectional structure of the harvesting element.
4 and 5 are graphs showing output voltage measurement results of the harvesting element according to the embodiment.

이하, 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 제1 실시예에 따른 하베스팅 소자를 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a harvesting element according to a first embodiment.

제1 실시예에 따른 하베스팅 소자는 2개의 단일 소자가 접착된 구조를 가질 수 있다. The harvesting element according to the first embodiment may have a structure in which two single elements are bonded.

도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 하베스팅 소자(1000)는 제1 하베스팅 소자(100)(이하 '제1 소자'라 칭함)와, 상기 제1 소자(100) 상에 배치된 제2 하베스팅 소자(200)(이하 '제2 소자'라 칭함)와, 상기 제1 소자(100)와 제2 소자(200) 사이에 배치된 접착층(300)을 포함할 수 있다.Referring to Figure 1, the harvesting element 1000 according to the first embodiment is disposed on the first harvesting element 100 (hereinafter referred to as 'first element') and the first element 100 It may include a second harvesting element 200 (hereinafter referred to as a 'second element') and an adhesive layer 300 disposed between the first element 100 and the second element 200.

제1 소자(100)는 제1 기판(110)과, 상기 제1 기판(110) 상에 배치된 제1 전극층(120)과, 상기 제1 전극층(120) 상에 배치된 제1 압전층(130)을 포함할 수 있다.The first element 100 includes a first substrate 110, a first electrode layer 120 disposed on the first substrate 110, and a first piezoelectric layer disposed on the first electrode layer 120 ( 130) may be included.

제1 기판(110)은 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)을 포함할 수 있다. 제1 기판(110)은 플렉시블 또는 리지드한 재질로 형성될 수 있다. 제1 기판(110)은 PEN 외에도 글라스(glass), 실리콘(Si), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC) 및 폴리이미드(PI)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The first substrate 110 may include polyethylene naphthalate (PEN). The first substrate 110 may be formed of a flexible or rigid material. In addition to PEN, the first substrate 110 is one selected from the group consisting of glass, silicon (Si), polyethersulfone (PES), polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate (PC), and polyimide (PI). It may be formed of the above materials, but is not limited thereto.

제1 전극층(120)은 제1 기판(110) 상에 증착되어 형성될 수 있다. 제1 전극층(120)은 ITO(Indium Tin Oxide)를 포함할 수 있으며, 이 외에도 일반적으로 사용되는 전극 재질을 포함할 수 있다.The first electrode layer 120 may be deposited and formed on the first substrate 110 . The first electrode layer 120 may include Indium Tin Oxide (ITO), and other generally used electrode materials.

제1 압전층(130)은 제1 전극층(120) 상에 증착되어 형성될 수 있다. 제1 압전층(130)은 ZnO(Zinc Oxide)를 포함할 수 있다. 제1 압전층(130)은 ZnO 외에도 Al-N, Ga-N, Zn-Sn-O, Cd-S, In-N, Zn-In-O, Zn-Si-O, Zn-Al-O, Zn-Mg-O, Ga-Zn-In-O, Sr-V-O, Ca-V-O, Ba-Ti-O, Sr-Ti-0, Ca-Ti-O, Pb-Ti-O, Li-Nb-O, Pb-Zr,Ti-O(PZT), Pb-Mg,Nb-O(PMN), Pb-Mg,Ta-O(PMT), Pb-Zn,Nb-O(PZN), Pb-Sc,Ta-O(PST), Pb-La-Zr-Ti-V-O(PLZT), CH3NH3PbBr3, CH3NH3PbI3 중 어느 하나 이상의 물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The first piezoelectric layer 130 may be deposited and formed on the first electrode layer 120 . The first piezoelectric layer 130 may include zinc oxide (ZnO). In addition to ZnO, the first piezoelectric layer 130 includes Al—N, Ga—N, Zn—Sn—O, Cd—S, In—N, Zn—In—O, Zn—Si—O, Zn—Al—O, Zn-Mg-O, Ga-Zn-In-O, Sr-VO, Ca-VO, Ba-Ti-O, Sr-Ti-O, Ca-Ti-O, Pb-Ti-O, Li-Nb- O, Pb-Zr,Ti-O(PZT), Pb-Mg,Nb-O(PMN), Pb-Mg,Ta-O(PMT), Pb-Zn,Nb-O(PZN), Pb-Sc, Ta-O(PST), Pb-La-Zr-Ti-VO(PLZT), CH 3 NH 3 PbBr 3 , CH 3 NH 3 PbI 3 may include one or more materials, but is not limited thereto.

제2 소자(200)는 제1 소자(100)의 상부에 배치될 수 있다. 제2 소자(200)는 제1 소자(100)를 뒤집어놓은 구조일 수 있다. 제2 소자(200)는 제1 소자(100)와 마주보는 구조일 수 있다.The second element 200 may be disposed above the first element 100 . The second element 200 may have a structure in which the first element 100 is turned upside down. The second element 200 may have a structure facing the first element 100 .

제2 소자(200)는 제2 기판(210)과, 상기 제2 기판(210) 아래에 배치된 제2 전극층(220)과, 상기 제2 전극층(220) 아래에 배치된 제2 압전층(230)을 포함할 수 있다.The second element 200 includes a second substrate 210, a second electrode layer 220 disposed under the second substrate 210, and a second piezoelectric layer disposed under the second electrode layer 220 ( 230) may be included.

제2 기판(210)은 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)를 포함할 수 있다. 제2 기판(210)은 플렉시블 또는 리지드한 재질로 형성될 수 있다. 제2 기판(210)은 PEN 외에도 글라스(glass), 실리콘(Si), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC) 및 폴리이미드(PI)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The second substrate 210 may include polyethylene naphthalate (PEN). The second substrate 210 may be formed of a flexible or rigid material. In addition to PEN, the second substrate 210 is one selected from the group consisting of glass, silicon (Si), polyethersulfone (PES), polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate (PC), and polyimide (PI). It may be formed of the above materials, but is not limited thereto.

제2 전극층(220)은 ITO(Indium Tin Oxide)를 포함할 수 있으며, 이 외에도 일반적으로 사용되는 전극층의 재질을 포함할 수 있다.The second electrode layer 220 may include Indium Tin Oxide (ITO), and other materials for electrode layers that are generally used.

제2 압전층(230)은 ZnO(Zinc Oxide)를 포함할 수 있다. 제2 압전층(230)은 ZnO 외에도 Al-N, Ga-N, Zn-Sn-O, Cd-S, In-N, Zn-In-O, Zn-Si-O, Zn-Al-O, Zn-Mg-O, Ga-Zn-In-O, Sr-V-O, Ca-V-O, Ba-Ti-O, Sr-Ti-0, Ca-Ti-O, Pb-Ti-O, Li-Nb-O, Pb-Zr,Ti-O(PZT), Pb-Mg,Nb-O(PMN), Pb-Mg,Ta-O(PMT), Pb-Zn,Nb-O(PZN), Pb-Sc,Ta-O(PST), Pb-La-Zr-Ti-V-O(PLZT), CH3NH3PbBr3, CH3NH3PbI3 중 어느 하나 이상의 물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The second piezoelectric layer 230 may include zinc oxide (ZnO). In addition to ZnO, the second piezoelectric layer 230 includes Al-N, Ga-N, Zn-Sn-O, Cd-S, In-N, Zn-In-O, Zn-Si-O, Zn-Al-O, Zn-Mg-O, Ga-Zn-In-O, Sr-VO, Ca-VO, Ba-Ti-O, Sr-Ti-O, Ca-Ti-O, Pb-Ti-O, Li-Nb- O, Pb-Zr,Ti-O(PZT), Pb-Mg,Nb-O(PMN), Pb-Mg,Ta-O(PMT), Pb-Zn,Nb-O(PZN), Pb-Sc, Ta-O(PST), Pb-La-Zr-Ti-VO(PLZT), CH 3 NH 3 PbBr 3 , CH 3 NH 3 PbI 3 may include one or more materials, but is not limited thereto.

접착층(300)은 제1 소자(100)와 제2 소자(200) 사이에 배치될 수 있다. 접착층(300)은 제1 소자(100)와 제2 소자(200)를 접착시킬 수 있다. The adhesive layer 300 may be disposed between the first element 100 and the second element 200 . The adhesive layer 300 may adhere the first element 100 and the second element 200 together.

접착층(300)은 양면 접착성이 있는 전도성 카본 테이프를 포함할 수 있다. 접착층(300)의 하면은 제1 소자(100)의 제1 압전층(130)과 접착되며 접착층(300)의 상면은 제2 소자(200)의 제2 압전층(230)과 접착될 수 있다.The adhesive layer 300 may include a conductive carbon tape having double-sided adhesiveness. The lower surface of the adhesive layer 300 may be bonded to the first piezoelectric layer 130 of the first element 100 and the upper surface of the adhesive layer 300 may be bonded to the second piezoelectric layer 230 of the second element 200. .

다른 실시예로, 접착층(300)은 전도성 물질을 포함할 수 있다. 접착층(300)은 은, 구리, 탄소, 구리탄소 및 알루미늄 등을 포함할 수 있다.In another embodiment, the adhesive layer 300 may include a conductive material. The adhesive layer 300 may include silver, copper, carbon, copper carbon, and aluminum.

또 다른 실시예로, 제1 소자(100)와 제2 소자(200)는 sol-gel 법을 이용하여 접착시킬 수 있다.In another embodiment, the first element 100 and the second element 200 may be bonded using a sol-gel method.

제1 실시예에 따른 하베스팅 소자는 접착층을 이용하여 2개의 하베스팅 소자를 안정적으로 접착시킴으로써, 높은 전압 출력을 얻을 수 있는 효과가 있다.The harvesting element according to the first embodiment has the effect of obtaining a high voltage output by stably bonding the two harvesting elements using an adhesive layer.

도 2는 제2 실시예에 따른 하베스팅 소자를 나타낸 단면도이고, 도 3은 하베스팅 소자의 단면 구조를 나타낸 사진이다.Figure 2 is a cross-sectional view showing a harvesting element according to a second embodiment, Figure 3 is a photograph showing the cross-sectional structure of the harvesting element.

제2 실시예에 따른 하베스팅 소자는 제1 소자(100)와, 상기 제1 소자(100) 상에 배치된 제2 소자(200)와, 상기 제1 소자(100)와 제2 소자(200) 사이에 배치된 접착층(300)을 포함할 수 있다.The harvesting element according to the second embodiment includes a first element 100, a second element 200 disposed on the first element 100, and the first element 100 and the second element 200. ) It may include an adhesive layer 300 disposed between.

제1 소자(100)는 제1 기판(110)과, 상기 제1 기판(110) 상에 배치된 제1 전극층(120)과, 상기 제1 전극층(120) 상에 수평으로 배치된 제1 압전층(130)과 제1 전극(140)을 포함할 수 있다.The first element 100 includes a first substrate 110, a first electrode layer 120 disposed on the first substrate 110, and a first piezoelectric layer disposed horizontally on the first electrode layer 120. It may include a layer 130 and a first electrode 140 .

제1 기판(110)은 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)을 포함할 수 있다. 제1 기판(110)은 플렉시블 또는 리지드한 재질로 형성될 수 있다. 제1 기판(110)의 재질은 이에 한정되지 않으며 제1 실시예의 제1 기판(110)과 동일한 재질로 형성될 수 있다.The first substrate 110 may include polyethylene naphthalate (PEN). The first substrate 110 may be formed of a flexible or rigid material. The material of the first substrate 110 is not limited thereto and may be formed of the same material as the first substrate 110 of the first embodiment.

제1 전극층(120)은 제1 기판(110) 상에 증착되어 형성될 수 있다. 제1 전극층(120)은 ITO(Indium Tin Oxide)를 포함할 수 있으며, 이 외에도 일반적으로 사용되는 전극 재질을 포함할 수 있다.The first electrode layer 120 may be deposited and formed on the first substrate 110 . The first electrode layer 120 may include Indium Tin Oxide (ITO), and other generally used electrode materials.

제1 전극(140)은 제1 전극층(120) 상의 제1 영역에 배치될 수 있다. 제1 전극(140)은 은(Ag)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The first electrode 140 may be disposed in the first region on the first electrode layer 120 . The first electrode 140 may include silver (Ag), but is not limited thereto.

제1 압전층(130)은 제1 전극층(120) 상의 제2 영역에 형성될 수 있다. 제1 압전층(130)은 ZnO(Zinc Oxide)를 포함할 수 있다. 제1 압전층(130)의 재질은 이에 한정되지 않으며 제1 실시예의 제1 압전층(130)과 동일한 재질로 형성될 수 있다.The first piezoelectric layer 130 may be formed in the second region on the first electrode layer 120 . The first piezoelectric layer 130 may include zinc oxide (ZnO). The material of the first piezoelectric layer 130 is not limited thereto and may be formed of the same material as the first piezoelectric layer 130 of the first embodiment.

제1 전극(140)과 제1 압전층(130)은 상기 제1 전극층(120) 상에서 수평으로 배치될 수 있다.The first electrode 140 and the first piezoelectric layer 130 may be horizontally disposed on the first electrode layer 120 .

제2 소자(200)는 제1 소자(100)의 상부에 배치될 수 있다. 제2 소자(200)는 제1 소자(100)를 뒤집어놓은 구조일 수 있다. 제2 소자(200)는 제1 소자(100)와 마주보는 구조일 수 있다.The second element 200 may be disposed above the first element 100 . The second element 200 may have a structure in which the first element 100 is turned upside down. The second element 200 may have a structure facing the first element 100 .

제2 소자(200)는 제2 기판(210)과, 상기 제2 기판(210) 아래에 배치된 제2 전극층(220)과, 상기 제2 전극층(220) 아래에 배치된 제2 압전층(230) 및 제2 전극(240)을 포함할 수 있다.The second element 200 includes a second substrate 210, a second electrode layer 220 disposed under the second substrate 210, and a second piezoelectric layer disposed under the second electrode layer 220 ( 230) and a second electrode 240.

제2 기판(210)은 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)을 포함할 수 있다. 제2 기판(210)은 플렉시블 또는 리지드한 재질로 형성될 수 있다. The second substrate 210 may include polyethylene naphthalate (PEN). The second substrate 210 may be formed of a flexible or rigid material.

제2 전극층(220)은 ITO(Indium Tin Oxide)를 포함할 수 있으며, 이 외에도 일반적으로 사용되는 전극층의 재질을 포함할 수 있다.The second electrode layer 220 may include Indium Tin Oxide (ITO), and other materials for electrode layers that are generally used.

제2 전극(240)은 제2 전극층(220) 아래의 제3 영역에 배치될 수 있다. 제2 전극(240)은 은(Ag)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The second electrode 240 may be disposed in a third region under the second electrode layer 220 . The second electrode 240 may include silver (Ag), but is not limited thereto.

제2 압전층(230)은 제2 전극층(220) 상의 제4 영역에 형성될 수 있다. 제2 압전층(230)은 ZnO(Zinc Oxide)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The second piezoelectric layer 230 may be formed in the fourth region on the second electrode layer 220 . The second piezoelectric layer 230 may include ZnO (Zinc Oxide), but is not limited thereto.

제2 영역과 제4 영역은 상하로 대향 배치되는 영역일 수 있다. 제1 영역과 제3 영역은 상하로 비대칭되는 영역일 수 있다. 예컨대, 제1 영역은 제2 영역의 일측에 배치되며, 제3 영역은 제4 영역의 타측에 배치될 수 있다.The second region and the fourth region may be regions that are vertically opposed to each other. The first region and the third region may be vertically asymmetrical regions. For example, the first area may be disposed on one side of the second area, and the third area may be disposed on the other side of the fourth area.

이로 인해 제1 압전층(130)과 제2 압전층(230)은 상하로 대향 배치되고, 제1 전극(140)과 제2 전극(240)은 상하로 비대칭되는 영역에 배치될 수 있다.Accordingly, the first piezoelectric layer 130 and the second piezoelectric layer 230 may be vertically opposed to each other, and the first electrode 140 and the second electrode 240 may be disposed in a vertically asymmetrical region.

접착층(300)은 제1 소자(100)와 제2 소자(200) 사이에 배치될 수 있다. 접착층(300)은 제1 소자(100)와 제2 소자(200)를 접착시킬 수 있다. The adhesive layer 300 may be disposed between the first element 100 and the second element 200 . The adhesive layer 300 may adhere the first element 100 and the second element 200 together.

접착층(300)은 양면 접착성이 있는 전도성 카본 테이프를 포함할 수 있다. 접착층(300)의 하면은 제1 소자(100)의 제1 압전층(130)과 접착되며 접착층(300)의 상면은 제2 소자(200)의 제2 압전층(230)과 접착될 수 있다. 다른 실시예로, 접착층(300)은 전도성 물질을 포함할 수 있다. 접착층(300)은 은, 구리, 탄소, 구리탄소 및 알루미늄 등을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예로, 제1 소자(100)와 제2 소자(200)는 sol-gel 법을 이용하여 접착시킬 수 있다.The adhesive layer 300 may include a conductive carbon tape having double-sided adhesiveness. The lower surface of the adhesive layer 300 may be bonded to the first piezoelectric layer 130 of the first element 100 and the upper surface of the adhesive layer 300 may be bonded to the second piezoelectric layer 230 of the second element 200. . In another embodiment, the adhesive layer 300 may include a conductive material. The adhesive layer 300 may include silver, copper, carbon, copper carbon, and aluminum. In another embodiment, the first element 100 and the second element 200 may be bonded using a sol-gel method.

접착층(300)의 일측면은 상기 제1 압전층(130)의 일측면, 제2 압전층(230)의 일측면, 제2 전극층(220)의 일측면 및 제2 기판(210)의 일측면과 일직선 상에 배치되며, 접착층(300)의 타측면은 제2 압전층(230)의 타측면, 제1 압전층(130)의 타측면, 제1 전극층(120)의 타측면 및 제1 기판(110)의 타측면과 일직선 상에 배치될 수 있다.One side of the adhesive layer 300 is one side of the first piezoelectric layer 130, one side of the second piezoelectric layer 230, one side of the second electrode layer 220, and one side of the second substrate 210. and disposed on a straight line, the other side of the adhesive layer 300 is the other side of the second piezoelectric layer 230, the other side of the first piezoelectric layer 130, the other side of the first electrode layer 120 and the first substrate It may be arranged on a straight line with the other side of (110).

제2 실시예에 따른 하베스팅 소자는 2개의 하베스팅 소자를 접합시킴으로써, 높은 출력을 얻을 수 있는 효과가 있다.The harvesting element according to the second embodiment has the effect of obtaining a high output by bonding two harvesting elements.

또한, 제2 실시예에 따른 하베스팅 소자는 제1 전극과 제2 전극이 양쪽으로 배치되어 측정 및 사용 시에 별도의 외부 연결 와이어를 직접 본딩하지 않고도 용이하게 소자를 측정 프로브나 출력 단자에 연결할 수 있는 효과가 있다.In addition, in the harvesting element according to the second embodiment, the first electrode and the second electrode are disposed on both sides to easily connect the element to the measurement probe or output terminal without directly bonding a separate external connection wire during measurement and use. There are possible effects.

도 4 및 도 5는 실시예에 따른 하베스팅 소자의 출력 전압 측정 결과를 나타낸 그래프이다.4 and 5 are graphs showing output voltage measurement results of the harvesting element according to the embodiment.

도 4는 압전층의 두께가 500nm이고 전도성 카본 테이프를 이용하여 1cm x 4cm 사이즈의 소자를 측정한 결과를 나타낸 그래프이고, 도 5는 압전층의 두께가 500nm이고 전도성 카본 테이프를 이용하여 2cm x 4cm 사이즈의 소자를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing the results of measuring a piezoelectric layer having a thickness of 500 nm and a size of 1 cm x 4 cm using a conductive carbon tape, and FIG. It is a graph showing the result of measuring the size of the device.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 하베스팅 소자는 종래에 비해 높은 출력을 가질 수 있음을 알 수 있다.As shown in Figures 4 and 5, it can be seen that the harvesting element according to the embodiment can have a higher output than the prior art.

상기에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 실시예의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 실시예는 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to drawings and embodiments, it is understood that those skilled in the art can modify and change the embodiments in various ways without departing from the technical spirit of the embodiments described in the claims below. You will be able to.

100: 제1 소자
200: 제2 소자
300: 접착층100: first element
200: second element
300: adhesive layer

Claims (9)

제1 기판, 상기 제1 기판 상의 제1 전극층 및 상기 제1 전극층 상의 제1 압전층을 포함하는 제1 소자;
제2 기판, 상기 제2 기판의 아래의 제2 전극층, 상기 제2 전극층 아래의 제2 압전층을 포함하는 제2 소자; 및
상기 제1 소자 및 상기 제2 소자 사이에 배치된 접착층;을 포함하되,
상기 제1 소자는 상기 제1 전극층 상의 제1 영역에 배치되는 제1 전극을 더 포함하는 하베스팅 소자.a first element including a first substrate, a first electrode layer on the first substrate, and a first piezoelectric layer on the first electrode layer;
a second element including a second substrate, a second electrode layer under the second substrate, and a second piezoelectric layer under the second electrode layer; and
Including; an adhesive layer disposed between the first element and the second element,
The first element further comprises a first electrode disposed in a first region on the first electrode layer. 제1항에 있어서,
상기 접착층은 전도성 카본 테이프를 포함하는 하베스팅 소자.According to claim 1,
The adhesive layer is a harvesting element comprising a conductive carbon tape. 제1항에 있어서,
상기 접착층은 은, 구리, 탄소, 구리탄소 및 알루미늄 중 어느 하나를 포함하는 전도성 물질을 포함하는 하베스팅 소자.According to claim 1,
The adhesive layer is a harvesting element comprising a conductive material containing any one of silver, copper, carbon, copper carbon and aluminum. 제1항에 있어서,
상기 제1 압전층은 상기 제1 전극층 상의 제2 영역에 배치되는 하베스팅 소자.According to claim 1,
The first piezoelectric layer is a harvesting element disposed in a second region on the first electrode layer. 제4항에 있어서,
상기 제2 소자는 상기 제2 전극층 아래의 제3 영역에 배치되는 제2 전극을 더 포함하고, 상기 제2 압전층은 상기 제2 전극층 아래의 제4 영역에 배치되는 하베스팅 소자.According to claim 4,
The second element further includes a second electrode disposed in a third region under the second electrode layer, and the second piezoelectric layer is disposed in a fourth region under the second electrode layer. 제5항에 있어서,
상기 제2 영역과 상기 제4 영역은 상하로 대향 배치되는 영역일 수 있고, 상기 제1 영역은 상기 제2 영역의 일측에 배치되며, 상기 제3 영역은 상기 제4 영역의 타측에 배치되는 하베스팅 소자.According to claim 5,
The second region and the fourth region may be vertically opposed regions, the first region is disposed on one side of the second region, and the third region is disposed on the other side of the fourth region. Ting Soja. 제6항에 있어서,
상기 접착층의 일측면은 상기 제1 압전층의 일측면, 상기 제2 압전층의 일측면, 상기 제2 전극층의 일측면 및 상기 제2 기판의 일측면과 일직선 상에 배치되며,
상기 접착층의 타측면은 상기 제2 압전층의 타측면, 상기 제1 압전층의 타측면, 상기 제1 전극층의 타측면 및 상기 제1 기판의 타측면과 일직선 상에 배치되는 하베스팅 소자.According to claim 6,
One side of the adhesive layer is disposed on a straight line with one side of the first piezoelectric layer, one side of the second piezoelectric layer, one side of the second electrode layer, and one side of the second substrate,
The other side of the adhesive layer is disposed on a straight line with the other side of the second piezoelectric layer, the other side of the first piezoelectric layer, the other side of the first electrode layer and the other side of the first substrate. 제1항에 있어서,
상기 제1 기판 및 상기 제2 기판은 글라스 (glass), 실리콘 (Si), 폴리에테르술폰 (PES), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 폴리카보네이트 (PC), 폴리이미드 (PI), 및 폴리에틸렌나프탈레이트 (PEN) 중 어느 하나 이상의 물질을 포함하는 하베스팅 소자.According to claim 1,
The first substrate and the second substrate are glass, silicon (Si), polyethersulfone (PES), polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate (PC), polyimide (PI), and polyethylene naphthalate. (PEN) Harvesting element containing any one or more materials. 제1항에 있어서,
상기 제1 압전층 및 상기 제2 압전층은 Zn-O, Al-N, Ga-N, Zn-Sn-O, Cd-S, In-N, Zn-In-O, Zn-Si-O, Zn-Al-O, Zn-Mg-O, Ga-Zn-In-O, Sr-V-O, Ca-V-O, Ba-Ti-O, Sr-Ti-0, Ca-Ti-O, Pb-Ti-O, Li-Nb-O, Pb-Zr,Ti-O(PZT), Pb-Mg,Nb-O(PMN), Pb-Mg,Ta-O(PMT), Pb-Zn,Nb-O(PZN), Pb-Sc,Ta-O(PST), Pb-La-Zr-Ti-V-O(PLZT), CH3NH3PbBr3, CH3NH3PbI3 중 어느 하나 이상의 물질을 포함하는 하베스팅 소자.According to claim 1,
The first piezoelectric layer and the second piezoelectric layer are Zn-O, Al-N, Ga-N, Zn-Sn-O, Cd-S, In-N, Zn-In-O, Zn-Si-O, Zn-Al-O, Zn-Mg-O, Ga-Zn-In-O, Sr-VO, Ca-VO, Ba-Ti-O, Sr-Ti-O, Ca-Ti-O, Pb-Ti- O, Li-Nb-O, Pb-Zr,Ti-O(PZT), Pb-Mg,Nb-O(PMN), Pb-Mg,Ta-O(PMT), Pb-Zn,Nb-O(PZN) ), Pb-Sc,Ta-O (PST), Pb-La-Zr-Ti-VO (PLZT), CH 3 NH 3 PbBr 3 , CH 3 NH 3 PbI 3 Harvesting element containing any one or more of the following materials .
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