KR20040104659A - 태양전지 및 의복 - Google Patents

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KR20040104659A
KR20040104659A KR10-2004-7017368A KR20047017368A KR20040104659A KR 20040104659 A KR20040104659 A KR 20040104659A KR 20047017368 A KR20047017368 A KR 20047017368A KR 20040104659 A KR20040104659 A KR 20040104659A
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conductive polymer
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가사마야스히코
후지모토사토시
오모테겐지
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가부시키가이샤 이디알 스타
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Abstract

본 발명은 형상에 한정되지 않고, 유연성 내지 가뇨성을 가져, 임의의 형상으로 형성하여, 집적도가 매우 높은 태양전지를 제공하는 것을 목적으로 한다. 광기전력 회로소자가 길이방향으로 연속적으로 또는 간헐적으로 형성되어 있는 선형소자 복수개를 다발을 지어, 꼬아서, 짜넣어, 접합하여, 조합하여 성형가공하거나, 또는 부직포 모양으로 성형함으로써 구성한 것을 특징으로 한다.

Description

태양전지 및 의복{SOLAR BATTERY AND CLOTHES}
현재 집적 회로를 사용한 각종 장치가 광범위하게 보급되고 있으며, 더욱더 고집적화, 고밀도화하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 그 한 예로서 3차원적으로 집적시키는 기술도 시도되고 있다.
하지만, 모든 장치가 웨이퍼 등의 리지드(rigid) 기판을 기본구성으로 하고 있다. 리지드 기판을 기본구성으로 하는 이상, 그 제조방법에는 일정한 제약이 따르며, 또한 집적도에도 한계가 있다. 더욱이, 장치의 형상도 일정한 것으로 한정되어 버린다.
또한, 면이나 비단의 표면을 금이나 구리의 도전성 재료로 도금 혹은 둘러싼 도전성 섬유가 알려져 있다.
하지만, 한 가닥의 실 안에 회로소자가 형성되는 기술은 알려져 있지 않다. 또한, 도전성 섬유라고 해도 면이나 비단 등의 실 자체를 기본구성으로 하여, 실 자체를 그 중심에 가지고 있다.
본 발명은 형상에 한정되지 않고, 집적도가 높으며 유연성 내지 가뇨성(可撓性)을 가져, 임의의 형상으로 작성할 수 있는 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는것을 목적으로 한다.
본 발명은 선형소자를 이용한 태양전지에 관한 것이다.
도 1은 실시예에 따른 태양전지 구성에 사용하는 선형소자를 나타내는 사시도이다.
도 2는 선형소자의 제조장치예를 나타내는 개념정면도이다.
도 3은 선형소자의 제조에 사용되는 압출장치를 나타내는 정면도 및 형의 평면도이다.
도 4는 선형소자의 제조공정예를 나타내는 도면이다.
도 5는 선형소자의 제조예를 나타내는 도면이다.
도 6은 선형소자의 제조예를 나타내는 공정도이다.
도 7은 선형소자의 제조예를 나타내는 사시도이다.
본 발명은 광기전력 회로소자가 길이방향으로 연속적으로 또는 간헐적으로 형성되어 있는 선형소자 복수개를 다발을 지어, 꼬아서, 짜넣어, 접합하여, 조합하여 성형가공하거나, 또는 부직포 모양으로 성형함으로써 구성한 것을 특징으로 하는 태양전지이다.
본 발명은 광기전력 회로소자를 형성하는 복수의 영역을 가지는 단면이 길이방향으로 연속적으로 또는 간헐적으로 형성되어 있는 선형소자 복수개를 다발을 지어, 꼬아서, 짜넣어, 접합하여, 조합하여 성형가공하거나, 또는 부직포 모양으로 성형함으로써 구성한 것을 특징으로 하는 태양전지이다.
본 발명은 광기전력 회로소자가 길이방향으로 연속적으로 또는 간헐적으로 형성되어 있는 선형소자를 복수개 짜넣음으로써 형성한 것을 특징으로 하는 천모양 부재이다.
본 발명은 광기전력 회로를 형성하는 복수의 영역을 가지는 단면이 길이방향으로 연속적으로 또는 간헐적으로 형성되어 있는 선형소자를 복수개 짜넣음으로써 형성한 것을 특징으로 하는 천모양 부재이다.
본 발명은 광기전력 회로를 형성하는 복수의 영역을 가지는 단면이 길이방향으로 연속적으로 또는 간헐적으로 형성되어 있는 선형소자를 복수개 짜넣음으로써 제조한 것을 특징으로 하는 의복이다.
본 발명에서의 선형소자의 외부직경은 10mm 이하가 바람직하고, 5mm 이하가보다 바람직하다. 1mm 이하가 바람직하고, 10㎛ 이하가 더욱 바람직하다. 연신가공을 행함으로써 1㎛ 이하, 더욱이는 0.1㎛이하로 하는 것도 가능하다. 선형소자를 짜넣어 천모양으로 하기 위해서도 외부직경은 작을 수록 좋다.
1㎛이하의 외부직경을 가지는 극세(極細) 선형체를 형(型)의 구멍으로부터 토출시켜 형성하려는 경우, 구멍이 막히거나 실 형상체가 파괴되는 경우가 있다. 이러한 경우에는, 각 영역의 선형체를 먼저 형성한다. 그리고, 이 선형체를 섬으로 하여 많은 섬을 만들고, 그 주위(바다)를 가용성의 물질로 둘러싸고, 그것을 깔대기 모양의 캡으로 묶어, 작은 입구로부터 하나의 선형체로서 토출시키면 좋다. 섬 성분을 늘리고, 바다 성분을 줄이면 매우 가는 선형체 소자를 만들 수 있다.
다른 방법으로는 일단 굵은 선형체 소자를 만들고, 그 후 길이방향으로 연장하면 좋다. 또한, 용융한 원료를 제트(jet) 기류에 실어 멜트 블로우(melt blow)하여 극세화를 꾀할 수도 있다.
또한, 어스팩트비는 압출형성에 의해 임의의 값으로 할 수 있다. 방사에 의한 경우에는 1000이상이 바람직하다. 예를 들어, 100000 혹은 그 이상도 가능하다. 절단 후에 사용하는 경우에는 10~10000, 10이하 더욱이는 1이하, 0.1이하로 하여 작은 단위의 선형소자로 하여도 좋다.
(단면형상)
선형소자의 단면형상은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 원형, 다각형, 별모양, 초승달 모양, 꽃모양, 그 밖의 임의의 형상으로 하여도 좋다. 예를 들어, 복수의 꼭지각이 뾰족한 다각형상이어도 좋다.
또한, 각 영역의 단면도 임의로 할 수 있다. 즉, 예를 들어, 도 1에 나타내는 구조의 경우, pn 접합계면을 별모양으로 하고, 선형소자의 바깥쪽 형상은 원형으로 하여도 좋다.
소자에 따라, 인접하는 층과의 접촉면을 넓히고 싶은 경우에는, 꼭지각이 뾰족한 다각형상으로 하는 것이 바람직하다.
한편, 단면형상을 원하는 형상으로 하기 위해서는, 압출 다이스의 형상을 상기 원하는 형상의 것으로 하면, 쉽게 실현할 수 있다.
가장 바깥층의 단면을 별모양 또는 꼭지각이 뾰족한 형상으로 한 경우, 압출 형성 후, 꼭지각끼리의 사이에 예를 들어, 딥핑(dipping)에 의해 다른 임의의 재료를 매립할 수 있어, 소자의 용도에 따라 소자의 특성을 변화시킬 수 있다.
또한, 단면형상이 오목한 선형소자와 단면형상이 볼록한 선형소자를 끼워맞춤으로써, 효과적인 선형소자간 접속을 얻을 수 있다.
한편, 반도체층으로 불순물을 도핑하고 싶은 경우에는, 용융원료 안에 불순물을 함유시켜도 좋지만, 압출 형성 후, 진공실내를 선형 그대로 통과시켜, 진공실 내에서 예를 들어 이온주입법 등에 의해 불순물을 도프시켜도 좋다. 반도체층이 가장 바깥층이 아닌 내부에 형성되어 있는 경우에는, 이온 조사 에너지를 제어함으로써, 내층인 반도체층에만 이온 주입하면 좋다.
(제조예: 후가공 형성)
상기 제조예는 복수의 층을 가지는 소자를 압출에 의해 일체 형성하는 예인데, 소자의 기본부를 압출에 의해 선형으로 형성하고, 그 후 상기 기본부를 적절한방법에 의해 피복함으로써 형성하여도 좋다.
(원재료)
전극, 반도체층 등의 재료로서는 도전성 고분자를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 폴리아세틸렌, 폴리아센(polyacene), (올리고아센), 폴리티아질(polythiazyl), 폴리티오펜, 폴리(3-알킬티오펜), 올리고티오펜, 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리페닐렌 등을 예로 들 수 있다. 이들로부터 도전율 등을 고려하여 전극 혹은 반도체층의 재료로서 선택하면 좋다.
한편, 반도체 재료로서는 예를 들어, 폴리파라페닐렌, 폴리티오펜, 폴리(3-메틸티오펜) 등이 적절하게 사용된다.
또한, 소스·드레인 재료로서는, 상기 반도체 재료에 도펀트를 혼입한 것을 사용하면 좋다. n형으로 하기 위해서는 예를 들어, 알칼리 금속(Na, K, Ca) 등을 혼입시키면 좋다. AsF5/AsF3이나 ClO4 -를 도펀트로서 사용하는 경우도 있다.
절연성 재료로서는 일반적인 수지재료를 사용하면 좋다. 또한, SiO2그 밖의 무기재료를 사용하면 좋다.
또한, 중심부에 반도체 영역 혹은 도전성 영역을 가지는 구조의 선형소자의 경우, 중심부 영역은 아모르퍼스 재료(알루미늄, 구리 등의 금속재료: 실리콘 등의 반도체 재료)에 의해 구성하여도 좋다. 선형 아모르퍼스 재료를 형의 중심부에 삽입하여 선형 아모르퍼스 재료를 주행시키고, 그 바깥둘레에 사출에 의해 다른 원하는 영역을 피복하여 형성하면 좋다.
(실시예 1)
도 1a에 선형소자를 나타낸다.
본 실시예는 pin 구조를 가지는 선형소자를 나타낸다.
즉, 중심에 전극영역(102)을 가지고, 그 바깥쪽에 n층 영역(101), i층 영역(100), p층 영역(103), 전극 영역(104)이 형성되어 있다. 한편, 본 실시예에서는 p층 영역(103)의 바깥쪽에 투명 수지 등으로 이루어지는 보호층 영역(105)이 형성되어 있다.
이 선형소자는 전극영역(102), n층 영역(101), i층 영역(100)을 압출에 의해 일체적으로 형성한다.
p층 영역(103), 전극영역(104)은 추가 가공에 의해 형성한다. 예를 들어, 코팅 등에 의해 형성한다. p층 영역(103)은 추가 가공으로 함으로써, p층 영역(103)의 두께를 얇게 할 수 있다. 그 때문에, 광기전력 소자로서 사용하는 경우, p층(103)으로부터 입사광을 효율적으로 공핍층에 투여할 수 있게 된다.
물론, 전극영역(102), n층 영역(101), i층 영역(100), p층 영역(103), 전극영역(104)을 압출에 의해 일체로 형성하여도 좋다.
한편, 도 1a에서는 i층의 원주형상을 원으로 하였지만, 별모양으로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해 p층(103)과 i층(100)의 접합 면적이 늘어나, 변환효율을 높일 수 있게 된다.
도 1a에 나타내는 예에서는 전극(104)을 p층(103)의 일부에 설치하였지만, 전체 둘레를 덮어 형성하여도 좋다.
한편, pn구조의 경우에는, p층(103)과 전극(104) 사이에 p+층을 설치하여도 좋다. p+층을 설치함으로써 p층(103)과 전극(104)의 오믹 컨택트가 용이해진다. 또한, 전자는 i층쪽으로 흐르기 쉬워진다.
p층, n층, i층을 형성하기 위한 반도체 재료로서는 유기반도체 재료가 바람직하게 사용된다. 예를 들어, 폴리티오펜, 폴리피롤 등이 사용된다. p형, n형으로 하기 위해서는 적절한 도핑을 행하면 좋다. p형 폴리피롤/n형 폴리티오펜의 조합이어도 좋다.
또한, 전극재료로서도 도전성 폴리머가 바람직하다.
(실시예 2)
도 1b에 다른 구성의 선형소자를 나타낸다.
상기 실시예에서는 pin 구조를 동심원형으로 형성하였지만, 본 실시예에서는 단면형상을 사각형으로 하였다. p층 영역(83), i층 영역(80), n층 영역(81)을 가로로 배열하였다. 또한, 전극(82,83)을 각각 측면에 형성하였다.
본 실시예는 도 1b에 나타내는 단면이 길이방향으로 연속적으로 형성되어 있는 것이다.
이 구조의 선형소자는 압출 가공에 의해 일체적으로 형성하면 좋다.
(실시예 3)
본 실시예에서는 중심부에 전극영역을 가지고, 그 바깥둘레에 p형 재료와 n형재료를 혼합한 재료로 이루어지는 하나의 영역을 형성한다. 더욱이 그 바깥둘레에 전극영역을 형성한다.
즉, 상기 예에서는 p층과 n층을 접합시킨 2층 구조(혹은 i층을 개재시킨 3층 구조)의 다이오드 소자를 나타내었다. 하지만, 본 실시예는 p형 재료와 n형 재료를 혼합한 재료로 이루어지는 1층 구조의 예를 나타낸다.
p형/n형 혼합체 재료는 전자 공여체 도전성 폴리머와 전자 수용체 도전성 폴리머를 혼합함으로써 얻어진다.
p형/n형 혼합체 재료에 의해 소자영역을 형성하면, 구조가 단순해져 바람직하다.
도 2에 이러한 선형소자를 형성하기 위한 압출 장치의 일반적 구성을 나타낸다.
압출 장치(20)는 복수의 영역을 구성하기 위한 원료를 용융상태나 용해상태, 혹은 겔상태로 보유하기 위한 원료용기(21,22,23)을 가지고 있다. 도 2에 나타내는 예에서는 3개의 원료용기를 나타내고 있지만, 제조하는 선형소자의 구성에 따라 적절히 설치하면 좋다.
원료용기(23) 안의 원료는 형(24)으로 보내진다. 형(24)에는 제조하려는 선형소자의 단면에 따른 사출 구멍이 형성되어 있다. 사출 구멍으로부터 사출된 선형체는 롤러(25)에 감겨거나, 혹은 필요에 따라 다음 공정으로 선형 그대로 보내진다.
도 1에 나타내는 구조의 선형소자를 제조하는 경우에는, 도 3에 나타내는 바와 같은 구성을 사용한다.
원료용기에 있어서는 전극재료(30), n층재료(31), i층재료(32)가 각각 용기안에 용융 또는 용해상태, 겔상태로 보유되어 있다. 한편, 형(24)에는 각각의 재료용기와 연결되는 구멍이 형성되어 있다.
즉, 먼저 중심부에는 전극재료(30)를 사출하기 위한 복수의 구멍(30a)이 형성되어 있다. 그 바깥쪽 주변에는 n층 재료(31)를 사출하기 위한 복수의 구멍(31a)이 형성되어 있다. 그리고 그 바깥쪽에 더욱이 i층 재료를 사출하기 위한 복수의 구멍(32a)이 형성되어 있다.
각 원료용기로부터 용융상태, 용해상태 혹은 겔상태의 원료를 형(24)으로 보내 형(24)으로부터 원료를 사출하면, 각 구멍으로부터 원료가 사출되어 고화한다. 그 끝을 잡아당김으로써 실모양으로 연속하여 선형소자가 형성된다.
실모양의 선형소자는 롤러(25)에 감긴다. 혹은 필요에 따라 다음 공정으로 실모양 그대로 보내진다.
전극 재료로서는 도전성 폴리머를 사용하면 좋다. 예를 들어, 폴리아세틸렌, 폴리페닐렌비닐렌, 폴리피롤 등이 사용된다. 특히 폴리아세틸렌을 사용함으로써, 보다 외부직경이 작은 선형소자를 형성할 수 있기 때문에 바람직하다.
i층 반도체 재료로서는 예를 들어, 폴리파라페닐렌, 폴리티오펜, 폴리(3-메틸티오펜) 등이 적절하게 사용된다.
n층 상기 반도체 재료에 도펀트를 혼입한 것을 사용하면 좋다. n형으로 하기 위해서는 예를 들어, 알칼리 금속(Na, K, Ca) 등을 혼입하면 좋다. AsF5/AsF3나 ClO4 -를 도펀트로서 사용하는 경우도 있다.
이상에서 예시한 재료는 아래의 실시예에 나타내는 선형소자에 대해서도 마찬가지로 사용된다.
한편, 본 실시예에서 추출 전극은, 선형소자의 단면에 접속되어 있다. 물론 길이방향의 적절한 위치의 측면에 추출구를 설치하여도 좋다.
(실시예 4)
본 실시예에서는 도 1에 나타내는 선형소자의 각 영역을 차례로 형성하는 예를 나타낸다.
그 순서를 도 4에 나타낸다.
먼저, 방사 기술에 의해 형 (a)의 구멍으로부터 전극원료를 사출하여 전극(102)을 형성한다(도 4b). 이 전극(102)을 편의상 중간 실 형상체라고 부른다.
이어서, 도 4a에 나타내는 바와 같이, 중간 실 형상체를 형 (b)의 중심으로 삽입 통과시켜 중간 실 형상체를 주행시키면서, 형 (b)에 형성된 구멍으로부터 절연막 재료를 사출하여 n층(101)을 형성한다(도 4c). 한편, 형 (b)의 하류측에는 히터가 설치되어 있다. 필요에 따라, 이 히터에 의해 실 형상체를 가열한다. 가열함으로써 절연막 안의 용매성분을 절연막으로부터 제거할 수 있게 된다. 아래의 i층, p층의 형성에 대해서도 마찬가지이다.
이어서, 중간 실 형상체를 주행시키면서, i층(100), p층(103), 전극(104)을 형성한다(도 4c, 도 4d, 도 4e).
(실시예 5)
도 4에 실시예 5를 나타낸다.
본 실시예는 반도체 소자의 형성재료로서 도전성 폴리머를 사용하는 경우의 도전성 폴리머의 사출예를 나타내는 것이다.
앞선 실시예에서는 형 안으로 중간 실 형상체를 삽입통과시키면서 중간 실 형상체의 표면에 바깥층을 형성하는 예를 나타내었다. 본 실시예에서는 이 바깥층이 도전성 폴리머인 경우를 나타낸다.
원료(82)(v1-v0)를 20m/sec이상으로 한다. 바람직하게는 50m/sec이다. 보다 바람직하게는 100m/sec이다. 상한은 중간 실 형상체가 절단되지 않는 속도이다. 절단이 발생하는 속도는 재료의 토출량, 재료의 점도, 사출 온도 등에 따라서도 다르지만, 구체적으로는 실시하는 재료 등의 조건을 설정하여 미리 실험에 의해 구해두면 좋다.
분출속도(v0)와 주행속도(v1)의 차이를 20m/sec 이상으로 함으로써 분출된 재료에는, 가속도가 가해져 외부 압력이 작용한다. 외부 압력의 주된 방향은 주행방향이다. 도전성 폴리머 안의 분자 체인은, 일반적으로는 도 5c에 나타내는 바와 같이 뒤틀린 상태로 되어 있으며, 그 길이방향도 랜덤한 방향을 향하고 있다. 그런데 분출과 함께 외부 압력이 주행방향으로 가해지면, 분자 체인은 도 5b에 나타내는 바와 같이, 뒤틀림이 없어지는 동시에 길이방향으로 수평하게 된다.
그런데, 전자(혹은 홀)는 도 5b에 나타내는 바와 같이, 가장 준위가 가까운 분자 체인으로 뛰어오름으로써 이동한다. 따라서, 도 5b에 나타내는 바와 같이 분자 체인이 수평방향으로 향하여 있는 경우에는, 도 5c에 나타내는 바와 같이 랜덤한 방향을 향하고 있는 경우와 비교하여, 전자의 호핑이 발생하기 매우 쉬워진다.
분출과 동시에 외부 압력이 주행방향으로 가해짐으로써, 분자 체인을 도 5b에 나타내는 바와 같이 배향시킬 수 있다. 또한, 분자 체인끼리의 거리도 좁힐 수 있게 된다.
한편, 본 실시예는 도전성 폴리머에 의해 소정의 영역을 형성하는 경우라면 다른 실시예에서도 당연히 적용할 수 있다.
분자 체인의 길이방향 배향율을 50% 이상으로 함으로써, 전자의 이동도가 올라가, 보다 뛰어난 특성을 가지는 선형소자를 만들 수 있다. 높은 배향율은 분출속도와 주행속도의 차이를 제어함으로써도 제어할 수 있다. 또한, 길이방향으로의 연신율을 제어함으로써도 제어할 수 있다.
한편, 여기서 말하는 배향율은, 길이방향에 대하여 0~±5°의 기울기를 가지는 분자갯수의 전체 분자갯수에 대한 비율에 100을 곱한 값이다.
또한, 70% 이상으로 함으로써, 보다 뛰어난 특성을 가지는 선형소자를 얻을 수 있다.
(실시예 6)
본 실시예에서는 상기 실시예에서 나타낸 선형소자를 더욱 길이방향으로 연신(延伸)시켰다. 연신방법은 예를 들어, 구리선이나 구리관을 연신시키는 기술을 사용하면 좋다.
연신시킴으로써 직경을 더욱 가늘게 할 수 있다. 특히, 도전성 폴리머를 사용하고 있는 경우에는, 상술하는 바와 같이, 분자 체인을 길이방향으로 평행하게 할 수 있다. 뿐만 아니라, 평행해진 분자 체인 끼리의 간격을 좁힐 수 있다. 따라서, 전자의 호핑이 효율적으로 이루어진다. 그 결과, 보다 특성이 뛰어난 선형소자를 얻을 수 있다.
연신에 의한 압축율은 10% 이상이 바람직하다. 10~99%가 보다 바람직하다. 한편, 압축율은 100×(연신전 면적-연신후 면적)/(연신전 면적)이다.
연신은 여러번 반복하여도 좋다. 탄성율이 크지 않은 재료인 경우에는 반복하여 연신하면 좋다.
연신후의 선형소자의 외부직경으로서는 1mm 이하가 바람직하다. 10㎛이하가보다 바람직하다. 1㎛이하가 더욱 바람직하다. 0.1㎛이하가 가장 바람직하다.
(실시예 7)
도 6에 다른 실시예를 나타낸다.
본 실시예에서는 단면이 사각형이 되도록 원료재료를 압출에 의해 선형으로 형성하여 중간 선형압출체(111)를 제조한다(도 6a). 다른 단면형상으로 압출하여도 좋다. 또한, 첫번째 압출은 복수층으로 하여도 좋다.
이어서, 중간 선형압출체(111)를 단면에서의 가로방향 혹은 단면 세로방향으로 연장하여 연장체(112)를 형성한다(도 6b). 도면에서는 도면상 가로방향으로 연장시킨 예를 나타내고 있다.
계속하여, 연장체(112)를 길이방향으로 평행하게 적절한 수로 절단하여 단위연장체(113a,113b,113c,113d)를 복수개 제조한다. 한편, 절단하지 않고 다음 공정으로 이동하여도 좋다.
그리고, 단위연장체를 적절한 형상으로 가공한다. 도면에 나타내는 예에서는 링모양(도 6d), 나선모양(도 6e), 이중 링모양(도 6f)으로 가공하고 있다.
이어서, 중공부(114a,114b,114c,114d)에 적절한 재료를 채워넣는다. 단위연장체가 반도체 재료인 경우에는 전극재료를 채워넣는다. 물론, 링모양 등으로 가공한 이후가 아니라, 링모양으로 가공하는 동시에 채워넣어도 좋다. 매립 재료는 압출재료와의 관계에 있어서 원하는 회로를 형성할 수 있는 재료를 선택하면 좋다.
또한, 도 6f에 나타내는 바와 같은 이중 구조인 경우, 단위연장체(114c)와 단위연장체(114d)는 서로 다른 재료를 사용하여도 좋다.
한편, 압출 후(도 6a), 연장 후(도 6b), 절단 후(도 6c)에 그 표면에 다른 재료를 코팅해 두어도 좋다. 예를 들어, 담그기(dipping), 증착, 도금 그 밖의 방법에 의해 코팅하면 좋다. 코팅하는 재료는 제조하는 소자의 기능에 따라 적절히 선택할 수 있다. 반도체 재료, 자기 재료, 도전성 재료, 절연성 재료 모두 좋다. 또한, 무기재료, 유기재료 어느 것이든 좋다.
본 실시예에서, 연장체 재료로서 도전성 폴리머를 사용한 경우에는, 분자 체인의 길이방향은 연장방향인 도면상의 좌우방향을 향하도록 한다. 때문에, 링모양으로 가공한 후에는 도 6g에 나타내는 바와 같이 분자 체인의 길이방향이 원주방향을 향하게 된다. 따라서, 전자는 반경방향으로 홉핑하기 쉬워진다.
또한, 링모양으로 가공하는 경우, 개구(115)를 설치해두면, 이 개구를 예를 들어, 전극 등의 추출구로서 사용할 수 있다. 선형소자끼리를 짜 집적장치로 할 때의 선형소자끼리의 접속부로 할 수도 있다. 또한, 다른 영역과의 접합면으로서 사용할 수도 있다.
한편, 링모양 등으로 가공한 후에는, 원하는 단면영역을 가지는 선형소자를 완성시키기 위한 중간체로서 이 링모양 등을 가지는 선형체를 사용할 수 있다.
도 6h에 나타내는 바와 같이, 선형체의 길이방향의 적절한 위치에 주기적 혹은 비주기적으로 잘록한 부분(단면의 외부직경의 형상이 다른 부분과 다른 부분)(117)을 설치해 두어도 좋다. 길이방향과 수직하게 다른 선형소자를 짜넣은 경우, 이 잘록한 부분을 위치결정용 눈금으로서 이용할 수 있다. 이러한 잘록한 부분의 형성은 본 실시예에 한정되지 않고, 다른 선형소자에도 적용할 수 있다.
한편, 분자 체인의 원주 방향으로의 배향율은 50% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 70% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하고, 이에 의해 뛰어난 특성의 선형소자를 얻을 수 있다.
(실시에 8)
도 7에 단면형상이 간헐적으로 형성되어 있는 소자의 제조방법예를 나타낸다.
한편, 도 7에는 회로소자를 형성하는 영역의 일부 영역만을 나타낸다.
도 7a는 반도체 재료를 사출할 때 a로 나타내는 타이밍에만 반도체 재료를 사출하는 것이다. 도선 재료를 연속적으로 사출하고, 반도체 재료를 간헐적으로 사출하여 도선과 반도체를 동시에 형성하여도 좋다. 또한, 도선부분을 맨 처음에 형성하고, 도선을 주행시키면서 도선의 주위에 반도체 재료를 간헐적으로 사출하여도 좋다.
도 7b에 나타내는 예에서는 맨 처음에 선형 반도체 혹은 절연체를 형성하고, 그 후 길이방향으로 간헐적으로 도전체를 증착 등에 의해 코팅함으로써, 길이방향으로 서로 다른 단면 영역을 가지는 부분을 설치하는 것이다.
도 7c에 나타내는 예에서는, 먼저 유기재료를 선형으로 형성한다. 그리고 길이방향으로 간헐적으로 광을 조사하여, 조사한 부분에 광중합을 일으킨다.
이에 의해, 길이방향으로 서로 다른 단면 영역을 가지는 부분을 형성할 수 있다.
도 7d에서는 α가 광투과성 도전성 폴리머이고, β가 광경화성 도전성 폴리머이며, 이들로 이루어지는 2층을 일체로 압출에 의해 형성한 중간선형체를 나타낸다. 이 중간선형체를 주행시키면서 간헐적으로 광을 조사하면 a부분이 광경화를 일으킨다. 이에 의해 길이방향으로 서로 다른 단면 영역을 가지는 부분을 형성할 수 있다.
도 7e는 이온 조사를 사용하는 예이다. 선형체를 주행시키고, 그 도중에 조사장치를 설치해 둔다. 이온조사로 이온을 간헐적으로 조사한다. 이온의 조사는 모든 방향으로부터 행하여도 좋고, 소정 방향에서만 행하여도 좋다. 형성하려는 단면영역에 따라 적절히 결정하면 좋다. 또한, 이온의 사정거리도 적절히 결정하면 좋다.
이온조사 장치의 하류에 가열장치를 설치해 두고, 이온 조사 후의 선형체를 가열한다. 가열에 의해 이온이 조사된 부분은 별도의 조직이 된다.
모든 방향에서 조사한 경우에는 전체면이 별도의 조직이 된다. 또한, 소정 방향에서만 이온을 조사한 경우에는 그 부분만이 다른 조직이 된다.
한편, 도 7e에 나타내는 예에서는 이온의 조사대상인 중간선형체가 1층 구조인 경우를 나타내었지만, 2층 구조에서도 이온 조사시의 사정거리를 제어함으로써 내부에만 이온을 주입할 수도 있다. 열처리에 의해 조사된 내부에 별도의 조직을 형성할 수 있다.
중간선형체로서 실리콘 선형체를 사용하고, O이온을 주입하면 SiO2영역을 형성할 수 있다. 사정거리를 제어하면 이른바 BOX(매립산화막)를 형성할 수 있다.한편, 간헐적으로 별도의 단면영역을 형성하는 경우로서 BOX를 설명하였지만, BOX는 길이방향 전체 영역에 형성하여도 좋다.
(실시예 9)
예를 들어, 아래에 설명하는 바와 같이 광기전력 집적장치로서 적용할 수 있다.
pin구조를 가지는 선형소자를 묶고, 비틀어, 또는 짜넣음으로써 광기전력 장치로 할 수 있다. 한편, pin층은 도전성 폴리머에 의해 구성하는 것이 바람직하다. 또한, 증감제를 첨가해두는 것이 바람직하다.
예를 들어, 선형소자를 짜넣음으로써 천을 만들어, 이 천으로 의복을 만들 수도 있다. 이 경우, 선형소자 전체가 수광 영역이 되어 360°의 각도로부터 입사광을 받을 수 있다. 뿐만 아니라, 삼차원적으로 광을 수광할 수 있어, 수광 효율이 뛰어난 광기전력 소자를 얻을 수 있다.
또한, 광의 취입 효율도 매우 높다. 즉, 선형소자에 입력되지 않고 반사된 광도 천 안으로 취입되어 반사를 반복함으로써 다른 선형소자에 입력된다. 한편, 상기 선형소자는 압출 가공에 의해 형성하는 것이 바람직하다.
각 소자로부터의 전극을 집적전극에 접속하고, 이 집전전극에 접속단자를 설치해두면 좋다.
또한, 의복의 안쪽에 축전지를 끼워넣어 두면, 어두운 곳에서도 전기를 이용할 수 있다.
또한, 발열체를 의복에 구비해 두면, 난방효과를 가지는 의복이 가능해진다.
더욱이, 선형 발열체를 절연층으로 피복하고, 선형 광기전력 소자와 함께 천모양으로 짜넣으면 난방효과를 가지는 의복을 제조할 수 있다.
또한, 선형소자를 원하는 형상의 기재에 심어 태양전지로 할 수 있다. 즉, 선형소자를 보풀이 일어난 상태 혹은 고슴도치와 같은 상태로 심음으로써, 광 취입 효율이 매우 좋은 태양전지를 만들 수 있다.
통신위성에서는 전체 중량의 경량화가 요구되고 있다. 상기 태양전지는 매우 가볍기 때문에, 통신위성에서의 발전장치로서 유효하다.
가뇨성을 가지고 있기 때문에 임의의 형상에 맞출 수 있으며, 통신위성의 본체 바깥면에 접착제를 사용하여 접착할 수 있다.
한편, 인간의 머리 형상에 맞춘 기재의 표면에 선형 광기전력 소자를 심으면, 발전기능을 가지는 인공 가발을 만들 수 있다.
또한, 극세 선형소자를 사용하는 경우에는, 스웨이드(suede) 효과를 가져, 피혁조의 표면으로 할 수 있다. 이러한 선형소자에 의해 가방을 만들 수도 있다. 즉, 발전기능을 가지는 가방을 만들 수 있다.
형상에 한정되지 않고, 유연성 내지 가뇨성을 가져, 임의의 형상으로 집적도가 매우 높은 태양전지를 제공할 수 있다.

Claims (39)

  1. 광기전력 회로소자가 길이방향으로 연속적으로 또는 간헐적으로 형성되어 있는 선형소자 복수개를 다발을 지어, 꼬아서, 짜넣어, 접합하여, 조합하여 성형가공하거나, 또는 부직포 모양으로 성형함으로써 구성한 것을 특징으로 하는 태양전지.
  2. 광기전력 회로를 형성하는 복수의 영역을 가지는 단면이 길이방향으로 연속적으로 또는 간헐적으로 형성되어 있는 선형소자 복수개를 다발을 지어, 꼬아서, 짜넣어, 접합하여, 조합하여 성형가공하거나, 또는 부직포 모양으로 성형함으로써 구성한 것을 특징으로 하는 태양전지.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    선형소자의 종단면 형상이 원형, 다각형, 별모양, 초승달모양, 꽃잎, 문자형상, 그 밖의 임의의 형상을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    선형소자의 선 측면에 복수의 노출부를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선형소자는 그 전부 또는 일부가 압출 가공에 의해 형성된 것인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 선형소자는 그 일부 또는 전부를 압출 가공한 후, 다시 연신가공함으로써 형성된 것인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선형소자는 압출 가공한 후, 다시 연장 가공된 것인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 연장 가공한 후, 링모양 또는 나선형으로 형성한 것을 특징으로 하는 태양전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 링은 다중 링인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 다중 링은 서로 다른 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    링 또는 나선의 일부가 노출부로 되어 있는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  12. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 링 또는 나선의 공핍부의 일부 또는 전체에 다른 재료를 충진한 것을 특징으로 하는 태양전지.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    외부직경이 10mm이하인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    외부직경이 1mm이하인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    외부직경이 1㎛이하인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    어스펙트비가 10이상인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    어스펙트비가 100이상인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 pn접합 내지 pin 접합을 가지는 영역이 단면내에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회로를 형성하는 반도체 영역은 유기반도체 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 유기반도체 재료는 폴리티오펜, 폴리페닐렌인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회로를 형성하는 도전성 영역은 도전성 폴리머로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 도전성 폴리머는 폴리아세틸렌, 폴리페닐렌비닐렌, 폴리피롤인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  23. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    길이방향의 임의의 위치에 서로 다른 회로 소자가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  24. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    길이방향의 임의의 위치에 회로소자 분리영역을 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  25. 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    길이방향의 임의의 위치에 단면의 외부직경 형상이 서로 다른 부분을 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  26. 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    도전성 폴리머에 의해 영역의 일부가 구성되며, 분자 체인의 길이방향 배향율이 50% 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  27. 제 1 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    도전성 폴리머에 의해 영역의 일부가 구성되며, 분자 체인의 길이방향 배향율이 70% 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  28. 제 1 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    도전성 폴리머에 의해 영역의 일부가 구성되며, 분자 체인의 원주방향 배향율이 50% 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  29. 제 1 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    도전성 폴리머에 의해 영역의 일부가 구성되며, 분자 체인의 원주방향 배향율이 70% 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  30. 광기전력 회로소자를 형성하는 영역을 형성하는 재료를 용해, 용융 또는 겔화하여, 상기 재료를 원하는 형상으로 선형으로 압출하여 선형소자로 하고, 이어서, 상기 선형소자 복수개를 다발을 지어, 꼬아서, 짜넣어, 접합하여, 조합하여 성형가공하거나, 또는 부직포 모양으로 성형하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 영역의 일부가 도전성 폴리머에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  32. 제 30 항 또는 제 31 항에 있어서,
    상기 압출 후 더욱 연신가공하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  33. 제 30 항 또는 제 32 항에 있어서,
    상기 압출가공 후 더욱이 연장가공하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 연신가공 후 더욱이 연장가공하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 연장가공 후, 링 모양으로 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  36. 제 30 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서,
    중심으로부터 바깥쪽으로 다층으로 적층된 태양전지의 제조방법으로서, 중심층을 압출에 의해 실모양으로 형성하여 일차 실 형상체로 하고, 이어서 상기 일차 실 형상체를 주행시키면서, 표면에 바깥쪽 층의 원료를 사출하여 바깥쪽의 층을 차례로 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  37. 제 35 항에 있어서,
    도전성 폴리머의 압출 시, 주행속도와 분출속도의 차이를 20m/sec 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  38. 광기전력 회로를 형성하는 복수의 영역을 가지는 단면이 길이방향으로 연속적으로 또는 간헐적으로 형성되어 있는 선형소자 복수개를 짜넣음으로써 형성한 천모양 부재.
  39. 광기전력 회로를 형성하는 복수의 영역을 가지는 단면이 길이방향으로 연속적으로 또는 간헐적으로 형성되어 있는 선형소자를 복수개 짜넣음으로써 제조한 것을 특징으로 하는 의복.
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