KR20090073096A - 응용과 준비를 위한 다층 기전력 전기 에너지 발생 장치 및방법 - Google Patents
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Abstract
광 방사를 흡수하여 이 광 방사를 전기 에너지로 변환하기 위해 이동 및/또는 고정 지지대의 표면에 붙여질 다층 광 기전력 장치에 있어서, 이 장치는 다음 순서로,
지지대(T)의 표면(S)에 부착되도록 된 하나 이상의 제 1 층(1)과;
전극을 형성하는 전도체의 하나 이상의 제 2층(2)과;
광자를 흡수하여 이를 전기 에너지로 변환하는 하나 이상의 광 전자적 활성 층(3)과;
역전극을 형성하는 전도체의 하나 이상의 제 4 층을 구비하며,
상기 제 1층은 어느 크기와 형상의 표면에 적합할 수 있는 전체 고정 베이스를 형성하도록 다른 층(2, 3, 4)에 대해, 전자적으로, 화학적으로 그리고 기계적으로 불활성인 균일하고 연속적인 베이스 재료로 형성되어 있다.
광학적으로 투명하고 전자적으로 불활성 재료의 제 5부분은 기저 층을 보호하여 캡슐화하기 위해 이 기저 층(1, 2, 3, 4)에 증착되어 단일 밀봉 유닛을 형성한다.
태양전지
Description
본 발명은 광 에너지를 이용을 위한 광 기전력 장치에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 어느 표면에 붙여져서 태양 방사 또는 충돌하는 광자를 흡수하여 이를 소정의 공간 위치에서 전기 에너지로 변환하는 다층 광 기전력 장치에 관한 것이다.
본 발명은 또한 어떤 형태 또는 크기의 표면 및 벽에 상기 다층 장치를 마련 및 응용하는 방법을 제공하는 것이다.
광 에너지 및 특히, 태양 에너지는 가장 청결하고 가장 재생가능한 에너지원 중의 하나로 알려져 있다. 현재 에너지는 대부분 화석 연료, 특히 기름과 석탄에 의존하고, 그 다음으로는, 원자력에 의존하고 가장 적게는 재생 가능한 에너지원, 즉, 풍력 및 태양력, 수력 전기, 생물체 연료 및 생물자원에 의존한다.
재생가능한 에너지에 대한 화석 연료 및 에너지의 비가 역전되는 현상이 나 타나고 있지만, 태양 전지와 같은 태양 에너지 이용 시스템은 고가의 전지 생산 비용, 불량한 유연성 및 산업 분야에서 생산의 곤란성으로 인해 시장에서 제한적으로 유통되고 있다.
전세계의 피할 수 없는 자원의 고갈과 맞물려서 화석 자원의 구매의 최근의 문제와 기술적인 문제가 아니라 국제적인 환경에 의해 발생하는 비용의 상당한 증가로 인해 경쟁력이 있고 유연하며 응용이 용이한 해결책의 발달하면서, 재생가능한 에너지원, 특히, 광 기전력 에너지원에 관심에 집중되고 있다.
다층 태양 전지를 기반으로 하는 장치는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 활성 유기 소자를 이용하며, 제 1 전극 또는 애노드를 형성하는 금속 산화물을 함유하고, 반도체 재료의 층을 전자 리셉터 재료(electron receptor material)와 접촉한 다음, 캐소우드 또는 역 전극을 형성하는 금속 층을 접촉시키는 전자 활성 재료의 다층, 특히 전도층으로 구성되어 있다.
선행기술의 광 기전력 장치의 예는 WO 0186734, WO 2004025746 및 WO 2006053127에 기재되어 있다.
기계적 및 구조적인 이유로, 선행기술의 장치는 충돌하는 광자를 전기 전하로 전환하는 과정에서 활성화한 여러 층, 즉, 전극과 유기 소자를 연속적으로 수용하도록된 주로 강성의 재료의 콘테이너 즉, 엔클로져 형태의 기판을 필요로 한다.
이 기판의 기본적인 구성은 태양 방사를 활성 유기층에 도달하도록 적어도 부분적으로 광학적으로 투명해야 한다. 이와는 달리, 캐소우드는 태양 광이 활성 유기 층을 통과하지 않아야 하기 때문에, 광학적으로 투명하지 말아야 하고 이 캐 소우드는 유기 활성 층에 의해 흡수가 최대가 되도록 반사성을 갖는 것이 바람직하다.
물론, 캐소우드는 어떤 손상의 위험을 방지하기 위해 노출될 수 없고 빌딩의 벽, 대형 트럭의 몸체 또는 배의 갑판과 같은 지지대의 몸체 또는 표면에 붙여진 패널 형상의 제어가능한 조립체를 형성하도록 강성 형태의 추가적인 밀폐 부재에 의해 보호된다.
선행 기술의 장치의 단점은 기판이 유연성과 적응성에 있어서 제한이 되고, 지지대의 형상의 특징을 이용해야 하여 장치가 복잡한 형상의 벽 또는 표면에 붙일 수 없다는 것이다.
복잡한 형상의 벽의 경우, 대응하는 모양의 기판은 이러한 복잡한 벽의 형상에 따라 형성될 수 있지만, 이는 상당히 기술적으로 복잡하고 비용이 부담이 커지고 광기전력 장치를 여러 응용 이용할 수 없다는 문제점을 지니고 있다.
매우 작은 크기의 기판으로 제한되어 장치의 성능과 효율이 감소하게 된다.
본 발명의 목적은 매우 심플하고 효과적인 다층 광 기전력 장치를 제공하여 상기 결점을 제거하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 기판 없이 이용가능한 다층 광 기전력 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 또한, 어떤 형상 및 크기의 표면에 쉽고 안정하게 붙일 수 있는 다층 광 기전력 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 청구항 1에 기재되어 있듯이, 광 방사를 흡수하여 이 광 방사를 전기 에너지로 변환하기 위해 이동 및/또는 고정 지지대의 표면에 붙여질 다층 광 기전력 장치가 다음 순서로,
지지대의 표면에 부착되도록 된 하나 이상의 제 1 층과;
전극을 형성하는 전도체의 하나 이상의 제 2층과;
광자를 흡수하여 이를 전기 에너지로 변환하는 하나 이상의 광 전자적 활성 층과;
역전극을 형성하는 전도체의 하나 이상의 제 4 층을 구비하며,
상기 제 1층은 어느 크기와 형상의 표면에 적합할 수 있는 전체 고정 베이스를 형성하도록 다른 층에 대해, 전자적으로, 화학적으로 그리고 기계적으로 불활성인 균일하고 연속적인 베이스 재료로 형성됨으로 달성된다.
이러한 구성에 의해, 장치는 소정의 형상 및 크기의 다소의 강성의 기판을 제공하지 않고도 어떤 형상 및 크기의 표면에 마련되어 붙여질 수 있으며, 이는 시스템의 유연성, 응용의 용이성과 비용의 효율성을 크게 증가시킨다.
이들 연속 증착 층의 베이스 재료는 증착 공정 중 액체 또는 패이시티 상태인 것이 편리하다. 따라서, 이들 응용은 상당히 용이하여 준비와 응용을 위한 시간과 경비 모두를 감소시킬 수 있다.
본 발명은 또한 청구항 20에 기재되어 있듯이, 광 방사를 흡수하여 이를 전기 에너지로 변환하기 위해 이동 또는 정지 지지대의 외면에 대해 다층 광 기전력 장치를 마련하여 붙이는 방법에 있어서,
제 1 고정 층을 형성하도록 지지대의 외면에 증착될 베이스 재료를 마련하여 이를 증착하는 단계와;
제 2 전극 형성 층을 형성하도록 특정 전자 기능을 갖는 제 1 전도체를 마련하여 이를 제 1 층에 증착하는 단계와;
제 4 역 전극 형성 층을 형성하도록 광자를 흡수하여 이를 전기 에너지로 변환시키는 광전기적 활성 재료를 마련하여 이를 상기 제 2 층(2)에 증착시키는 단계와;
상기 제 1 층은 어떤 형상 및 크기의 지지대의 표면에 대한 전체 고정 베이스를 형성하도록 전자적으로, 화학적으로 그리고 기계적으로 다른 층에 대해 불활성인 균일하고 연속적인 베이스 재료를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.
따라서, 공장에서 광 에너지 이용 장치의 여러 부품을 마련할 필요가 없이 청정 에너지원이 물체의 멀티 코트 패인트에 대하여 유사한 매우 심플하고 비용이 효과적인 공정을 수행하여 어느 장소 및 조건에 이용될 수 있다.
본 발명을 수반한 도면을 참고로 하면서 설명한다.
도 1은 본 발명의 다층 광 기전력 장치의 부분의 일부를 도시한 단면도.
도 2는 광전자적 활성 재료의 제 3 층의 흡수 스펙트럼의 도면.
도 3은 표면에 이용될 때, 본 발명에 의한 다층 광 기전력 장치의 전류-전압 특성의 그래프.
도면을 참고하면, 본 발명에 의한 다층 광 기전력 장치는 P로 표시되어 있으며, 이 장치는 보호 기능 또는 마무리 기능을 갖는 커버 또는 페인트를 형성하도록 정지 지지대 또는 이동 지지대(T)의 형상 또는 크기의 외부 표면에 부착될 수 있다.
제한적인 예의 경우, 지지대(I)는 태양 광에 노출되는 경우, 빌딩의 벽, 선박, 비행기 또는 대지에 있는 물체일 수 있다. 도 1에 개략적으로 도시되어 있듯이, 광 기전력 장치(P)는 특정 동작 기능을 갖는 연속 층, 특히 지지대(T)의 형상 또는 크기의 외부 표면(S)을 접촉하도록 되어 다음 층에 대해 고정 베이스를 형성하는 제 1 바닥 층(1)과, 전하 수집 역할을 하는 전기 전도 재료의 제 2 층(2)과, 광자를 흡수하여 이 광자를 전기 에너지로 변환하는 광 전기 활성 재료의 제 3 층과, 다른 전하의 표시에 대해 반대 표시의 전하를 수집하기 위해 역 전극으로 역할을 하는 서로 다른 전기 전도 재료의 제 4층(4)을 포함한다.
본 발명에 따라, 제 1 층은 형상 및 크기의 표면에 적합 가능한 전체 고정 베이스를 형성하도록 전자적으로, 화학적으로 및 기계적으로 다른 층에 대해 불활성인 균일하고 연속의 기부 재료로 형성된다.
제 1 층(1)의 기부 재료는 지지대(T)의 표면(S)에 안정적으로 부착되고 이 표면을 균일화 및 평탄화하여 상층에서 일어나는 전자 공정과 양립한다.
표면(S)이 완전한 평면이 아니고 온도 변화와 외부 기계적 스트레스에 따라 기계적인 불안정 상태로 될 수 있기 때문에, 제 1 층(1)이 요구된다.
더구나, 지지대(T)의 표면(S)은 절연체 또는 전도체 중 어느 하나일 수 있어, 제 1 층(1)은 여러 층의 가능성을 보장하면서 장치(P)의 층과 지지대를 전기적으로 절연하는 기능을 한다.
기부 표면이 물리 화학적 특징 및 형태학상 특성을 갖는 경우, 제 1 층(1)은 이론적으로 제거될 수 있지만, 이러한 층은 어떤 조건하에서 본 발명을 수행하는데 실질적으로 중요하고 필수 불가결하다.
제 1 층(1)의 기부 재료는 실질적으로 평활하고 평탄한 고정 표면을 형성하도록 다공이 적으며 표면 거칠기가 수 nm로 적다.
여러 표면과 양립하면서 저항 조건을 만족하고 넓은 영역에 걸쳐 표면 거칠기가 수 nm 인 재료는 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA)이다.
제 1 층에 붙여진 제 2 층은 소정의 표시, 예를 들어, 양의 표시의 전기 전하를 수집하는 전극 역할을 한다. 이를 위해, 제 2 층(2)을 형성하는 재료는 4eV-6eV의 상당히 높은 일함수를 갖는 재료로부터 선택된다. 바람직하기로는, 이 재료는 효과적인 전공 수집을 위해 일함수가 4.5eV-5.5eV이다.
폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA)의 기저 층과 양립하면서, 상기 용해 처리 능력 요건을 만족시키는 재료는 일함수가 약 5.2eV의 폴리에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌 술포네이트(PEDOT/PSS)이다.
큰 표면적으로 인해 페인팅 코스트에 영향을 주지만, 가능한 대체물로서는 특정 전기 특성(일 함수가 약 5.4eV)을 나타내는 콜로리드 골드(colloidal gold)이다. 제 2 층(2)은 광작 흡수 처리가 상층에서 발생하기 때문에, 반드시 광학적으로 투명할 필요가 없다.
제 2 층의 두께는 이용한 재료 및 박막으로 처리될 때, 연속 특성에 따라 20nm-1마이크론이다.
제 3 층(3)은 충돌하는 광자를 흡수하여 전기 전하를 발생하기 때문에, 중요한 광학적 및 광전자적 기능을 갖는다.
제3층을 형성하는 재료는 높은 태양 광 흡수, 양 및 음의 전기 전하의 효율적인 발생은 물론, 전극(제 2 및 제 4층)으로의 이송을 가능한 보장한다.
제 3 층은 기저 층이 구조적 및 기능적인 특성에 영향을 미치지 않고, 전극으로서 역할을 하도록 증착된 제 4 층과 양립할 수 있다.
제 4층으로 이용히기에 적절한 재료는 폴리(3-옥틸(티올렌)(P3OT) 및 폴리페닐렌 비닐렌(PPV) 유도체이다. 상술했듯이, 전자 특성을 향상시키기 위해, 폴리티오펜 유도체 및 폴리 페닐렌 비닐렌 유도체 모두가 풀러린 또는 CdSe, Cds, TiO2 입자와 같은 다른 재료와 편리하게 결합된다.
여러 재료의 혼합물의 대부분 그리고 편리한 경우, 상대적인 농도와 증착 상태가 제 3 층의 광전자 응답을 최적화하도록 결정될 것이다.
제 3 층은 두께가 50-200nm으로, 광자 흡수 최대화 및 전극 및 역전극 쪽으 로의 양 및 음의 전하의 이송의 필요성에 따라 결정된다.
PPV 유도체의 예는 폴리[2-메톡시, 2'-에틸헥스옥시)-1, 4-페닐렌 비닐렌](MEH-PPV) 및 폴리(2- 메톡시-5-(3.7-디메틸옥톡시)-P-페닐렌 비닐렌(OC1(10-PPV)를 함유한다. 제 4 층의 활성 재료로 이용하는데 적절한 또 다른 재료는 4.4-비스4-(2'티오펜-일)페닐)티오펜(TPTPT)이다.
유기 또는 혼합 재료로 형성된 제 3 층(3)의 흡수 스펙트럼이 도2에 도시되어 있다.
왼쪽의 세로 좌표 값은 활성 유기 층(3)의 흡수율을 나타낸다. 오른쪽 화살표로 표시된 곡선은 입사 파장의 계수로서 전하 발생 효율을 나타낸다.
오른쪽의 세로 좌표값은 입사광 플럭스의 단위당 전하 발생을 백분율로 나타낸 것이다.
가로 좌표는 나노미터(nm)의 입사 광선의 파장을 나타낸다.
제 4 층은 역 전극의 역할을 하고 양호한 전도체이며, 또한, 태양 방사의 스팩트럼 영역에서 광학적으로 투명한 중요한 특성을 갖는다.
이는 제 3 층의 활성 영역을 광전자적으로 도달하도록 퍼터베이션 없이 제 4 층을 통과한다는 것을 의미한다.
제 4 층(4)은 시스템에서 발생한 부의 전하의 수집을 촉진하기 위해 3eV-4.5eV의 낮은 일함수를 갖으며, 제 2 및 제 4 층(전극 및 역전극)의 일함수 사이의 차에 의해 결정된 전기 장 강도를 증가시킨다.
제 4층으로 이용하는데 적절한 재료는 금, 은, 알루미늄 및 콜로리드 칼슘을 함유한다. 어떤 경우에, 선택된 재료의 흡수 계수를 제공하여 제 3 층의 태양 방사 흡수의 크기가 영향을 받지 않는다. 제 4 층의 두께는 5-50nm이다. 이 두께는 태양 방사가 통과하도록 역전극의 최적 광학적 특성 상태를 유지하는 것을 요구한다.
전극으로서 역할을 하는 제 2 층의 매우 높은 일함수가 결합될 때, 역전극으로 역할을 하는 제 4 층(4)의 낮은 일함수는 전하 분리 및 전극 수집을 수행하는 다른 구조내에 높은 강도의 전계를 유도한다.
4개의 겹친 층(1, 2, 3, 4)은 어떤 형태에서 붙여질 수 있는 멀티-코트 페인트 시스템(mult-coat paint system)을 얻도록 장치(P)의 최소한의 중요한 구조 실시 예를 형성한다.
그러나, 제 5 층은 기후와 기계적 약품으로부터 상기 다층 시스템을 보호하는 기능을 지니며, 제 5 층의 특성은 특정 응용을 이용하는 환경에서 엄격히 의존한다.
제 5 층의 중요한 특성은 태양 방사에 대한 투명성, 전자 불활성 및 습기와 부식 기수성 용액과 같은 잠재적으로 매우 해로운 대기 물질에 대한 밀폐 특성을 포함한다. 제 5 층으로 이용될 수 있는 재료 등급은 SiO2 를 갖는 절연 및 투명 산화물을 포함한다. 에폭시 수지와 캡슐화 폴리머가 대체물로 이용될 수 있다.
특정 기계적 및 환경적 스트레스 상태하에서, 제 5층(5)의 두께는 수미리미터 증가할 수 있을지라도, 제 5 층(5)의 두께는 100nm-0.5nm 인 것이 바람직하다.
일반적으로, 전극에 대해 광자 흡수제, 전자 리셉터 및 전하 캐리어의 기능 을 갖는 다층 재료를 이용함으로써 전하 이송 상태와 전기 전하 수집 효율을 발생하는 확률이 증가하게 된다.
이 구성에서, 매우 다른 일 함수를 갖는 전도 전극을 이용하여 전기장의 강도가 더 증가된다. 높은 일 함수를 갖는 전극은 양의 표시 전하를 수집하는 반면, 부의 표시의 전하는 낮은 일 함수를 갖는 전극에 의해 수집된다.
도 3은 전체 다층 장치(S)가 붙여질 전류-전압의 그래프이다. 윈쪽의 세로 좌표 값은 전류밀도(mAcm2)를 나타낸다. 가로 좌표는 이용하는 재료의 전자 레벨 사이의 에너지 차에 의해 다층 구조에서 발생하는 전압(V)을 나타낸다.
약성어는 다음과 같은 의미가 있다. 즉, ISI는 단락 회로 전류이고, FF는 필 팩터(fill factor)이며, UOC는 개방 전류 전압이다.
단락 회로 상태에서, 전기 회로는 폐쇄되고 발행한 전류가 수집된다. 이를 위해, 제 2 층(2)과 제 4 전기 전도 층(4)의 하나 이상의 주변 점에 각각의 전기 캐이블 또는 단자(6, 7)이 접속되어 있으며, 상기 단자는 외부 회로(8)에 접속되어 있으며, 이 외부 회로는 장치(P)에 의해 발생한 전기 에너지를 이용한다.
외부 회로(8)는 직렬로 접속된 밧데리와 전기 저항(10)으로 개략적으로 도시되어 있다. 물론, 외부 회로(8)는 종래의 태양 패넬 시스템에 적용할 수 있기 때문에 직류를 교류로 변환하여 이를 본선(mains)에 공급하는 장치와 대체 할 수 있다. 그리고 이 본선 사이에는 역전 수단이 배치되어 있다.
전하 발생 및 전자 및 전공 운반 공정은 광학적 및 전기적 활성 재료의 선택과 다층 구조의 특정 조적에 의존한다는 것을 상기 설명으로부터 명확히 알 수 있다.
본 발명에 있어서, 다층 페인트와 소자가 어떠한 부가적인 지지대를 이용하지 않고 표면(S)에 부착된다. 분명히, 표면(S)에 증착된 제 1 전극(2)은 입사 태양 광에 대하여 높은 반사성을 갖는 것이 바람직하다.
이것은 본 발명이 태양 방사가 가능한 넓은 스펙트럼 범위에서 반드시 투명한 역 전극(4)과 충돌하여 활성 유기층에 의해 흡수되는 구성을 이용하는 것과 일치한다.
더구나, 흡수되지 않는 성분은 벽에 근접한 전극(2)에 의해 효과적으로 반사된다.
또 다른 태양에서, 본 발명은 광 기전력 장치(P)의 준비 및 응용의 공정에 관한 것이다.
본 발명의 시스템은 생산 공정의 코스트 절감 및 여러 재료의 표면의 양립성은 물론, 처리해야할 표면의 형상에 대한 적응 능력을 제공한다.
본 발명의 특징은 층 증착 공정이 매우 간단 한 증착 기술, 즉 스프레이, 페인트 부러쉬 및 팔레트 나이프 페인팅 기술을 이용하는 액체 또는 패이스티 상태의 재료를 이용하여 수행된다.
액체 또는 페이스티 용액은 균일성과 강성의 연속 층을 형성하도록 주위온도와 조건 또는 촉매의 첨가에 의해 경화 또는 중합화하는 적절한 용매에 회석된 고체 재료를 포함하고, 멀트-코트 페인팅에서처럼, 적절한 안료가 소정의 바람직한 일반 모양의 컴파운드를 얻어 이 컴파운드를 지지 표면과 일체화하도록 용액에 더 도입될 수 있다.
본 발명의 응용에서, 여러 층이 처리해야할 표면에 연속적으로 증착되며, 이 각각의 공정의 특정 기능은 태양 방사 흡수, 전기 전하 발생 및 발생한 전류의 수집이 있다.
중요한 요건은 시스템의 여러 층을 형성하는 재료를 처리하는 방법의 양립성이다.
공정과 재료의 양립성에 접근하면서 고려해야할 주요 파라미터는 기존 층의 증착 온도, 농도 및 용해 능력이 있다.
특히, 용매 또는 시약과 같은 상호 작용 또는 상당히 높은 온도에 의해 기저 판에 손상을 야기하는 공정이 방지된다. 층 증착 순서를 시스템 준비와 응용 실시 예를 참고로 하면서 설명할 것이고, 관련 요건을 만족하는 재료는 물론 구조의 각각의 층의 특정 기능이 아래에 설명되어 있다.
제 1 단계는 지지대의 외부 표면에 증착할 베이스 재료를 마련하고 제 1 고정 층(1)을 형성하도록 이를 증착하는 것을 포함한다.
제 1 층(1)이 마련되어 증착되자마자, 특정 전자 기능을 갖는 전도체가 마련되어 제 2 전극 형성 층(2)을 형성하도록 제 1 층에 증착된다.
다음 광자를 흡수하고 이를 전기 에너지로 변환하는데 적절한 광 전자적 활성 재료가 마련되어 제 3 층(3)을 형성하도록 제 2 층(2)에 증착된다.
다음, 제 2 층(2)과 다른 전자 기능을 갖는 또 다른 전도체가 마련되어 제 4 역전극 형성 층(4)을 형성하도록 제 3 층(3)에 증착된다.
주지해야 할 것은 제 1 층에 대해 선택된 재료는 균일하고 연속적인 베이스 재료로, 형상 및 크기의 지지대의 표면에 대해 전체 고정 베이스를 형성하도록 다른 기판에 대해 전자적으로, 화학적으로 및 기계적으로 불활성이다.
마지막으로, 광학적으로 투명하고 전자적으로 불활성 재료의 제 5 층이 보호 및 밀폐적으로 밀봉된 캡슐화 구성을 형성하도록 층(1, 2, 3, 4)에 연속 증착된다.
기저 층 및 증착할 층의 기능의 손상 및/또는 변경을 방지하도록 상술했듯이, 모든 층(1, 2, 3, 4 및 5)이 소정의 온도 및 농도에서 기저 층에 증착된다.
각각의 층은 기저 층 및 증착할 기저 층의 기능의 손상 및/또는 변경을 방지하기 위해 소정의 온도 및 농도로 기저 판에 증착된다.
각각의 층은 베이스 재료의 용액의 분무 및/또는 분사에 의해 증착된다.
위의 재료는 단지 예로서 언급했고 유사한 특성을 갖는 다른 재료의 이용가능성을 제한하려는 것은 아니다. 본 발명의 다층 기전력 장치는 의도한 목적을 만족시키면서, 기판을 필요로 하지 않고 형상 및 크기의 표면에 용이하고 안전하게 부착할 수 있는 매우 샘플하고 효과적인 광 에너지 이용 시스템을 제공한다.
본 발명의 장치와 응용 방법은 수반한 청구 범위 내에서, 여러 변경이 있을 수 있다. 모든 세부는 다른 등가 부분과 대체될 수 있고 재료는 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면 여러 요구에 따라 변경될 수 있다.
Claims (25)
- 광 방사를 흡수하여 이 광 방사를 전기 에너지로 변환하기 위해 이동 및/또는 고정 지지대의 표면에 붙여질 다층 광 기전력 장치가 다음 순서로,지지대(T)의 표면(S)에 부착되도록 된 하나 이상의 제 1 층(1)과;전극을 형성하는 전도체의 하나 이상의 제 2층(2)과;광자를 흡수하여 이를 전기 에너지로 변환하는 하나 이상의 광 전자적 활성 층(3)과;역전극을 형성하는 전도체의 하나 이상의 제 4 층을 구비하며,상기 제 1층은 어느 크기와 형상의 표면에 적합할 수 있는 전체 고정 베이스를 형성하도록 다른 층(2, 3, 4)에 대해, 전자적으로, 화학적으로 그리고 기계적으로 불활성인 균일하고 연속적인 베이스 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 다층 광 기전력 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1 층은 평활하고 균일한 고정 표면을 형성하기 위해 다공과 표면 거칠기가 수 nm로 적은 것을 특징으로 하는 다층 광 기전력 장치.
- 제 2항에 있어서,상기 제 1 층(1)의 베이스 재료는 PMMA를 함유하는 재료의 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 다층 광 기전력 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 전극을 형성하는 상기 제 2 층(2)은 양의 전기 전하 수집을 수행하도록 양전기 전위가 4eV-6eV 그리고 바람직하기로는 4.5eV-5.5eV인 전도체의 막인 것을 특징으로 하는 다층 광 기전력 장치.
- 제 4항에 있어서,상기 제 2 층(2)의 베이스 재료는 PEDOT/PSS 및 콜리리드 골드를 포함하는 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 다층 광 기전력 장치.
- 제 5항에 있어서,상기 제 2 전도 층(2)은 두께가 10nm-1,5㎛ 그리고 바람직하기로는 20nm-1㎛인 것을 특징으로 하는 다층 광 기전력 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 3 광전자적 활성 층(3)은 반도체의 나노 입자 및/또는 무기 산화물을 함유하는 합성 물질인 것을 특징으로 하는 다층 광 기전력 장치.
- 제 7항에 있어서,반도체의 나노입자 및/또는 산화물은 P3OT, PPV 유도체, 플러린, CdSe, CdS, ZnO, TiO2, TPTPT를 포함하는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 다층 광 기전력 장치.
- 제 8항에 있어서,상기 PPV 유도체는 폴리[2-매톡시, 5-(2'-에틸텍스옥시)-1, 4-페닐렌비닐렌](MEH-PPV) 및 폴리(2-매톡시-5-(3,7-디메틸옥토시)-p-페닐렌비닐렌)(OC1C10-PPV)를 포함하는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 다층 광 기전력 장치.
- 제 7항에 있어서,상기 제 3 광전자적 활성 층(3)은 두께가 30nm-300nm, 그리고 바람직하기로 는, 50nm-200nm 인 것을 특징으로 하는 다층 광 기전력 장치.
- 제 10항에 있어서,상기 층(3)의 합성물과 두께는 최대 광자 흡수와 상기 전극과 역 전극을 형성하는 상기 제 2 층과 상기 제 4 층에 대한 전하 이송에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 다층 광 기전력 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 역 전극을 형성하는 상기 제 4 전도 층(4)은 부의 전기 전하의 수집을 수행하도록 양전기 전위가 2.5eV-5eV 그리고 바람직하기로는 3eV-4.5eV 인 재료의 막인 것을 특징으로 하는 다층 광 기전력 장치.
- 제 12항에 있어서,상기 제 4 전도 층(4)은 광학적으로 투명한 것을 특징으로 하는 다층 광 기전력 장치.
- 제 13항에 있어서,상기 제 4 전도 층(4)의 베이스 재료는 금, 은, 알루미늄, 콜로리드 칼슘, 폴리머 및 전도 산화물을 포함하는 재료의 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 다층 광 기전력 장치.
- 제 13항에 있어서,상기 전도 층(4)은 광학적 투명을 보장하도록 두께가 4nm-60nm 그리고 바람직하기로는 5nm-50nm 인 것을 특징으로 하는 다층 광 기전력 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1 및 제 4 전도 층(2, 4)은 상기 장치에 의해 발생한 전기 에너지를 이용하기 위해 외부 회로(8)에 접속된 각각의 전기 단자(6, 7)에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 다층 광 기전력 장치.
- 제 1항에 있어서,광학적으로 투명하고 전자적으로 불활성 재료의 제 5 층(5)은 기저 층을 보호하여 캡슐화하도록 상기 연속 기저 층(1, 2, 3, 4)에 증착되어 밀폐가능하게 밀 봉된 유닛을 형성하는 것을 특징으로 하는 다층 광 기전력 장치.
- 제 17항에 있어서,상기 제 5의 광학적으로 투명한 층(5)의 베이스 재료는 절연 산화물과 SiO2를 포함하는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 다층 광 기전력 장치.
- 제 1항에 있어서,모든 상기 연속 증착 층(1, 2, 3, 4, 5)의 베이스 재료는 증착 공정 중 액체 또는 패이시티 상태인 것을 특징으로 하는 다층 광 기전력 장치.
- 선행 항 중 어느 한 항에 청구되어 있듯이, 광 방사를 흡수하여 이를 전기 에너지로 변환하기 위해 이동 또는 정지 지지대의 외면에 대해 다층 광 기전력 장치를 마련하여 붙이는 방법에 있어서,제 1 고정 층(1)을 형성하도록 지지대(T)의 외면(8)에 증착될 베이스 재료를 마련하여 이를 증착하는 단계와;제 2 전극 형성 층(2)을 형성하도록 특정 전자 기능을 갖는 제 1 전도체를 마련하여 이를 제 1 층(1)에 증착하는 단계와;제 4 역 전극 형성 층(4)을 형성하도록 광자를 흡수하여 이를 전기 에너지로 변환시키는 광전기적 활성 재료를 마련하여 이를 상기 제 2 층(2)에 증착시키는 단계와;상기 제 1 층(1)은 어떤 형상 및 크기의 지지대의 표면에 대한 전체 고정 베이스를 형성하도록 전자적으로, 화학적으로 그리고 기계적으로 다른 층(2, 3, 4)에 대해 불활성인 균일하고 연속적인 베이스 재료를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 20항에 있어서,광학적으로 투명하고 전자적으로 불활성 재료의 제 5층(5)은 보호 및 밀폐적으로 밀봉된 캡슐화 구성을 형성하도록 연속하는 제1 내지 제 4 층(1, 2, 3, 4) 층에 증착되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 20항에 있어서,상기 층은 적절한 용매 중의 액체 또는 패이스티 용매인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 22항에 있어서,상기 용매는 경화 또는 중합화에 민감하거나 촉매를 첨가에 의해 민감한 용매 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 20항에 있어서,각각의 층은 기저 층과 증착할 기저 층의 기능의 손상 및/또는 변경을 방지하도록 소정의 온도 및 농도로 기저 층에 증착되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 20항에 있어서,상기 층은 베이스 재료의 용액의 분사/또는 분무에 의해 증착되는 것을 특징으로 하는 방법.
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