KR20110073568A - 광기전력 모듈용의 고효율 간섭계 컬러 필터 - Google Patents

광기전력 모듈용의 고효율 간섭계 컬러 필터 Download PDF

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KR20110073568A
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조나단 씨. 그리피스
매니쉬 코타리
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퀄컴 엠이엠스 테크놀로지스, 인크.
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Abstract

간섭계 적층체(410)를 통해서 소정의 색의 파장을 반사시키고 보다 긴 파장을 투과시키도록 구성된 해당 간섭계 적층체(410)를 내포하는 장치가 개시되어 있다. 일 실시예에서, 컬러 필터는 약 800㎚보다 큰 파장에서 약 1보다 작은 소광계수를 지니는 두 부분 반사체(201)를 포함한다. 상기 두 부분 반사체(201)는 색을 반사시키고 소정의 전자기파를 투과시키도록 구성된 간섭계 적층체(410)를 형성하는 광학 공명 공동부(401)를 규정한다. 다른 예에서, 광기전력 장치(440)는 간섭계 적층체(200)를 형성하는 부분 반사체로서 작용하는 두 광기전력 활성층(301)을 포함한다. 상기 광기전력 장치는 색을 반사하고 전력을 생성하도록 구성되어 있다.

Description

광기전력 모듈용의 고효율 간섭계 컬러 필터{HIGH EFFICIENCY INTERFEROMETRIC COLOR FILTERS FOR PHOTOVOLTAIC MODULES}
관련 출원 정보
본 출원은 미국 가출원 제61/106,058호(출원일: 2008년 10월 16일, 발명의 명칭: "HIGH EFFICIENCY INTERFEROMETRIC COLOR FILTERS FOR PHOTOVOLTAIC MODULES"), 미국 가출원 제61/139,839호(출원일: 2008년 12월 22일, 발명의 명칭: "MONOLITHIC IMOD COLOR ENHANCED PHOTOVOLTAIC CELL") 및 미국 특허출원 제12/356,437호(출원일: 2009년 1월 20일, 발명의 명칭: "HIGH EFFICIENCY INTERFEROMETRIC COLOR FILTERS FOR PHOTOVOLTAIC MODULES")의 이득을 주장하며, 이들 기초 출원은 그들의 전문이 참조로 본원에 명백히 포함된다.
발명의 기술분야
본 발명은 일반적으로, 예를 들어, 광기전력 전지(photovoltaic cell) 등과 같은, 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 광전 변환기의 분야에 관한 것이다.
100년간, 석탄, 오일 및 천연 가스 등의 화석 연료가 미국에서 에너지의 주공급원으로서 제공되어왔다. 대체용 에너지 공급원에 대한 필요성은 증가하고 있다. 화석 연료는 신속하게 고갈 중에 있는 에너지의 비재생가능한 공급원이다. 인도 및 중국 등지의 개발 도상국의 대규모 산업화는 이용가능한 화석 연료에 대한 상당한 부담을 지고 있다. 또한, 지정학적 쟁점은 이러한 연료의 공급에 신속하게 영향을 미칠 수 있다. 지구 온난화는 또한 근년에 보다 큰 중대사이다. 지구 온난화에 기여하는 인자는 많은 것이 고려되고 있지만, 화석 연료의 광범위한 이용은 지구 온난화의 주된 원인으로 추정되고 있다. 따라서, 환경적으로도 안전한 재생가능하고 경제적으로 실용적인 에너지 공급원을 찾는 것이 긴급히 요구되고 있다. 태양 에너지는 열 및 전기 등과 같은 에너지의 기타 형태로 변환될 수 있는 에너지의 환경적으로 안전하고 재생가능한 에너지 공급원이다.
광기전력(PV: Photovoltaic) 전지는 광 에너지를 전기 에너지로 변환시키고, 이에 따라 태양 에너지를 전력으로 변환하는데 이용될 수 있다. 광기전력 태양 전지는 매우 얇고 모듈 방식으로 만들어질 수 있다. PV 전지는 수 밀리미터 내지 수십 센티미터 크기의 범위일 수 있다. 하나의 PV 전지로부터의 개별적인 전기 출력은 수 밀리와트 내지 수 와트의 범위일 수 있다. 수개의 PV 전지는 전기적으로 접속되고 어레이로 패키지되어 충분한 양의 전기를 발생할 수도 있다. PV 전지는 위성 및 기타 우주선에 전력을 제공하거나, 전기를 주거 및 상업적 속성으로 제공하거나 자동차 배터리를 충전하는 등과 같은 광범위한 용도에 이용될 수 있다.
PV 장치는 탄화수소 연료에 대한 의존성을 저감시키는 잠재성을 지니고 있지만, 광기전력 장치의 광범위한 이용은 비효율성 및 심미적 관점에 의해 문제로 되고 있었다. 따라서, 이들 측면에서의 개선은 광기전력 장치의 이용성을 증대시킬 수 있었다.
본 발명의 소정의 실시형태는, 관찰자에게 가시(visible) 색 혹은 색들을 반사하는 간섭계 변조기(interferometric modulator: "IMOD")와 일체화된 광기전력 전지들 혹은 장치들을 포함한다. 이러한 착색된 광기전력 장치는 광 간섭 원리를 이용하여 넓은 범위의 색의 어느 것이라도 반사하므로 특정 용도의 요구에 대처하도록 만들어질 수 있다. 이것은 광기전력 장치를 더욱 미학적으로 쾌적하게 하므로 빌딩이나 건축 용도에 더욱 유용하게 될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 본 발명은 약 800㎚보다 큰 파장에서 약 1보다 작은 소광계수를 지니는 재료를 포함하는 제1부분 반사체층; 약 800㎚보다 큰 파장에서 약 1보다 작은 소광계수를 지니는 재료를 포함하는 제2부분 반사체층; 및 상기 제1부분 반사체층과 상기 제2부분 반사체층에 의해 규정된 제1광학 공명 공동부(optical resonant cavity)를 포함하는 컬러 필터링 장치를 포함한다.
다른 실시형태에 따르면, 본 발명은 약 800㎚보다 큰 파장에서 약 1보다 작은 소광계수를 지니는 재료를 포함하는 제1부분 반사체층; 광기전력 활성 재료를 포함하는 제2부분 반사수단; 및 상기 제1부분 반사체층과 상기 제2부분 반사체층에 의해 규정된 제1광학 공명 공동부를 포함하는 광기전력 장치를 포함한다.
또 다른 실시형태에 따르면, 본 발명은 800㎚보다 큰 파장에서 약 1보다 작은 소광계수를 지니는 광기전력 활성 재료를 포함하는 제1부분 반사체층; 광기전력 활성 재료를 포함하는 제2부분 반사체층; 및 상기 제1부분 반사체층과 상기 제2부분 반사체층에 의해 규정된 제1광학 공명 공동부를 포함하는 광기전력 장치를 포함한다.
다른 실시형태에 따르면, 본 발명은, 제1광기전력 활성 재료층; 제2광기전력 활성 재료층; 상기 제1광기전력 활성 재료층과 상기 제2광기전력 활성 재료층 사이에 배치된 광학 공명 공동부; 상기 제1광기전력 활성 재료층이 제1투명 전도성 재료층과 상기 광학 공명 공동부 사이에 있도록 배치된 해당 제1투명 전도성 재료층; 및 상기 제2광기전력 활성 재료층이 제2투명 전도성 재료층과 상기 광학 공명 공동부 사이에 있도록 배치된 해당 제2투명 전도성 재료층을 포함하는 광기전력 장치를 포함한다.
또 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 본 발명은 기판 상에 제1투명 전도성 재료층을 증착(depositing)시키는 단계; 상기 제1투명 전도성 재료층 상에 제1부분 반사체층을 증착시키는 단계; 상기 제1부분 반사체체층 상에 제2투명 전도성 재료층을 증착시키는 단계; 상기 제2투명 전도성 재료층 상에 제2부분 반사체층을 증착시키는 단계; 및 상기 제2부분 반사체층 상에 제3투명 전도성 재료층을 증착시키는 단계를 포함하는, 광기전력 장치의 제조방법을 포함한다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 본 발명은 800㎚보다 큰 파장에서 약 1보다 작은 소광계수를 지니는 광기전력 활성 재료를 포함하는 제1부분 반사체층; 광기전력 활성 재료를 포함하는 제2부분 반사체층; 상기 제1부분 반사체층과 상기 제2부분 반사체층에 의해 규정된 제1광학 공명 공동부; 반사체층; 투명 전도성 재료를 포함하되, 상기 제2부분 반사체층과 상기 반사체층에 의해 규정된 제2광학 공명 공동부; 및 상기 제1부분 반사체층이 투명 전도성 재료층과 상기 제1광학 공명 공동부 사이에 있도록 배치된 해당 투명 전도성 재료층을 포함하는 광기전력 장치를 포함한다.
또 다른 실시형태에 따르면, 본 발명은 제1부분 반사체 및 해당 제1부분 반사체 상에 배치된 투명 전도성 재료층을 포함하는 컬러 필터; 및 상기 투명 전도성 재료층 상에 배치된 광기전력 활성 재료층을 포함하는 광기전력 장치를 포함한다.
다른 실시형태에 따르면, 본 발명은 전면측, 즉, 정면측(front side)과 이면측(back side)을 구비하고, 제1부분 반사체를 포함하는 스타터 적층체(starter stack)를 제공하는 단계; 및 상기 스타터 적층체의 상기 이면측 상에 광기전력 활성층을 증착시키는 단계를 포함하는, 광기전력 장치의 제조방법을 포함한다. 일 측면에 있어서, 상기 스타터 적층체는 상기 제1부분 반사체가 투명 전도성 재료층과 상 스타터 적층체의 정면측 사이에 있도록 배치된 해당 투명 전도성 재료층을 포함할 수 있다. 다른 측면에 있어서, 상기 스타터 적층체는 해당 스타터 적층체는 투명 전도성 재료층, 및 해당 투명 전도성 재료층과 스페이서층이 상기 부분 반사체와 상기 스타터 적층체의 이면측 사이에 있도록 배치된 해당 스페이서층을 포함할 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시예 및 실시형태는 단지 예시적인 목적을 위한 첨부하는 개략도에 예시되어 있다. 도면은, 그와 같이 달리 언급되어 있거나 혹은 실시형태의 예시된 측면의 상대적인 크기를 반드시 반영하는 경우를 제외하고 일정 척도로 도시되어 있지 않다.
도 1은 이론적인 광학 간섭계 공동부(optical interferometric cavity)를 개략적으로 나타낸 도면;
도 2a는 2개의 부분 반사체층과 하나의 스페이서층을 포함하는 간섭계 변조기(IMOD)를 개략적으로 예시한 도면;
도 2b는 2개의 부분 반사체층과 하나의 스페이서층을 포함하는, 도 2a의 것과 유사한, IMOD의 블록도;
도 2c는 스페이서층이 부분 반사체층들 사이에 있는 기둥부들 혹은 지주부들에 의해 형성된 공기 간극을 포함하는 IMOD를 개략적으로 예시한 도면;
도 2d는 정상 입사 및 반사광용의 대략 540㎚(황색)의 피크 파장 반사율을 지니도록 구성된 스페이서층을 구비한 IMOD의 총 반사 대 파장을 도시한 도면;
도 3a는 p-n 접합부를 포함하는 광기전력 전지를 개략적으로 예시한 도면;
도 3b는 증착된 박막 광기전력 활성 재료를 포함하는 광기전력 전지를 개략적으로 예시한 블록도;
도 3c 및 도 3d는 정면측 상에 가시 반사 전극(visible reflective electrode)들을 구비한 예시적인 태양광 광기전력 장치를 각각 도시한 개략 평면도 및 등축 단면도;
도 4a는 간섭계 변조기 적층체를 개략적으로 예시한 블록도;
도 4b 내지 도 4i는 간섭계 변조기 적층체들을 포함하는 광기전력 전지들을 개략적으로 예시한 블록도;
도 5a는 각종 파장에서 각종 광기전력 재료의 스펙트럼 응답을 도시한 다이어그램;
도 5b는 실리콘 광기전력 전지의 스펙트럼 응답을 도시한 다이어그램;
도 5c는 50Å의 몰리브덴 제1부분 반사체, 이산화규소를 포함하는 1800Å의 광학 공명 공동부 및 60Å의 알루미늄 제2부분 반사체를 구비한 도 4a에 도시한 바와 같이 구성된 간섭계 적층체(interferometric stack)를 통한 파장의 함수로서 광 에너지의 투과율을 도시한 다이어그램;
도 5d는 50Å의 몰리브덴 제1부분 반사체, 이산화규소를 포함하는 1800Å의 광학 공명 공동부 및 60Å의 알루미늄 제2부분 반사체를 구비한 도 4a에 도시한 바와 같이 구성된 간섭계 변조기의 기판 측으로부터의 파장의 함수로서의 광 에너지의 반사율을 도시한 다이어그램;
도 5e는 70Å의 비정질 실리콘 제1부분 반사체, 이산화규소를 포함하는 1500Å의 광학 공명 공동부 및 70Å의 비정질 실리콘 제2부분 반사체를 구비한 도 4a에 도시한 바와 같이 구성된 간섭계 적층체의 기판 측으로부터 반사된 색을 도시한 색도 다이어그램;
도 5f는 70Å의 비정질 실리콘 제1부분 반사체, 이산화규소를 포함하는 1500Å의 광학 공명 공동부 및 70Å의 비정질 실리콘 제2부분 반사체를 구비한 도 4a에 도시한 바와 같이 구성된 간섭계 적층체의 기판 측으로부터의 파장의 함수로서의 광 에너지의 반사율을 도시한 다이어그램;;
도 5g는 70Å의 비정질 실리콘 제1부분 반사체, 이산화규소를 포함하는 1500Å의 광학 공명 공동부 및 70Å의 비정질 실리콘 제2부분 반사체를 구비한 도 4a에 도시한 바와 같이 구성된 간섭계 적층체를 통한 파장의 함수로서의 광 에너지의 투과율을 도시한 다이어그램;
도 5h는 70Å의 비정질 실리콘 제1부분 반사체, 70Å의 비정질 실리콘 제2부분 반사체 및 1200Å에서 4000Å까지 변화하는 두께를 지니는 이산화규소를 포함하는 제1광학 공명 공동부를 구비한 도 4a에 도시한 바와 같이 구성된 간섭계 적층체를 통한 광 에너지의 상부 및 하부 투과율값을 도시한 다이어그램;
도 5i는 파장의 범위에 있어서의 각종 재료의 굴절률과 소광계수를 비교한 다이어그램;
도 5j는 스페이서층의 두께가 변화함에 따라 그리고 제1 및 제2부분 반사체의 두께가 변화함에 따라 도 4a에 도시한 바와 같이 구성된 간섭계 적층체로 덮인 샘플 PV 전지로부터의 피크 출력의 부정적인 변화(negative change)를 비교한 다이어그램;
도 6a 내지 도 6d는 컬러 PV 장치를 포함하는 정적 디스플레이(static display)에 화상을 형성하는 상이한 영역에서의 상이한 색을 표시하는 패턴화된 간섭계 변조기 적층체의 실시형태를 예시한 도면;
도 7a 내지 도 7c는 2개의 PV 전지와 1개의 IMOD를 내포하는 PV 장치를 제조하는 방법을 개략적으로 예시한 블록도;
도 7d 내지 도 7e는 PV 전지와 IMOD를 내포하는 PV 장치를 제조하는 방법을 개략적으로 예시한 블록도;
도 7f는 2개의 PV 전지와 1개의 IMOD를 내포하는 PV 장치를 제조하는 방법의 예시적인 실시형태를 예시한 블록도.
광 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 이용가능한 표면 상에 광기전력(PV) 장치의 광범위한 채용을 저해하는 하나의 쟁점은, 각종 용도에서, 예를 들어, 간판, 광고판 혹은 빌딩 상에 그들의 색으로 인한 그들의 일체화의 곤란성이다. 활성 PV 재료 자체는 어둡게 보일 수 있다. 몇몇 반짝이는 도전체/전극도 가시성일 수 있다. 이들 인자는 모두 심미적 관점으로 인해 주변 재료와의 배합 및 PV 장치의 이용을 저해할 수 있다. 여기에 기재된 PV 전지의 실시형태는 (IMOD) 적층체를 작성하는 부분 반사체로서 작용하는 하나 이상의 PV 활성 재료층을 포함하는 간섭계 변조기 적층체를 지닐 수 있다. 이러한 실시형태는 광 간섭의 원리를 이용하여 가시 범위에서 선택 파장 스파이크 혹은 피크의 반사를 증강시키도록 설계될 수 있다. 선택 파장을 반사시킴으로써, PV 전지가 관찰자에게 소정의 색을 나타낼 수 있다. 이와 같이 해서, PV 전지는 특정 용도의 요구에 따라 소정의 색을 나타내도록 설계될 수 있다. 간섭계 반사 혹은 투과는 간섭계 변조기 적층체를 구성하는 재료의 치수 및 기본적인 재료 특성에 의해 지배된다. 따라서, 착색 효과는 통상의 염료 혹은 도료와 비교해서 시간 경과에 따른 페이드(fading)(즉, 색 바램)에 대해서 감수성이 강하지 않다.
소정의 바람직한 실시형태 및 실시예가 여기에 개시되어 있지만, 본 발명의 주제는 구체적으로 개시된 실시형태를 넘어 본 발명의 다른 대안적인 실시형태 및/또는 용도와 그의 명백한 변형과 등가물까지도 확대하여 해석할 수 있는 것으로 이해된다. 본 명세서에 개시된 발명의 범위는 특별히 개시된 실시형태로 제한되지 않도록 의도되어 있다. 이와 같이 해서, 예를 들어, 본 명세서에 개시된 소정의 방법 혹은 공정에 있어서, 당해 방법/공정을 구성하는 행위 혹은 동작은 임의의 적절한 수순으로 수행될 수 있고, 반드시 임의의 특별히 개시된 수순으로 제한될 필요는 없다. 각 실시형태의 각종 측면과 특성은 필요한 경우 기술되어 있다. 그러나, 임의의 특정 실시형태에 따라서 이러한 모든 측면이나 이점들이 반드시 달성될 필요가 없는 것임을 이해할 필요가 있다. 따라서, 예를 들어, 각종 실시형태는 본 명세서에서 교시되거나 제시될 수 있는 바와 같은 기타 측면이나 이점들을 반드시 달성하지 않더라도 여기에 교시된 하나의 이점 혹은 이점군을 달성하거나 최적화하는 방식으로 수행될 수 있다는 것을 인식할 필요가 있다.
이하의 상세한 설명은 본 발명의 소정의 특정 실시형태에 관한 것이다. 그러나, 본 발명은 다수의 다양한 방법으로 구현될 수 있다. 본 명세서에 기재된 실시형태는 광 에너지를 전기 전류로 변환시키는 광기전력 장치를 포함하는 광범위한 장치에서 구현될 수 있다. 예를 들어, 광고판, 간판, 심미적 구조에서, 주거 구조, 상업적 빌딩 및 보트나 차량을 비롯한 운송 수단 상에 혹은 그 둘레에 배치된 태양광 패널에서 구현될 수 있다.
이 설명에서는, 전체에 걸쳐서 마찬가지 부분이 마찬가지 부호로 표기되어 있는 도면을 참조하고 있지만, 이하의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 각 실시형태는 광기전력 활성 재료를 포함하는 다양한 장치에서 구현될 수 있다.
먼저, 도 1 내지 도 2d는, 도 4a 내지 도 7d에 관하여 설명된 바와 같이, 광기전력 장치와 일체화하는 데 유용한 IMOD의 몇몇 광학적 원리 및 상이한 실시형태를 예시하고 있다. 도 3a 내지 도 3d는 일체화된 IMOD 적층체를 구비한 광기전력 장치 구성의 실시형태를 예시하고 있다. 도 4a 내지 도 6d는 간섭계 변조기가 광기전력 장치와 일체화된 실시형태, 및 이들 실시형태의 특성을 예시하고 있다. 도 7a 내지 도 7d는 IMOD 적층체를 내포하는 광기전력 장치를 형성하는 방법의 실시형태를 예시하고 있다.
도 1은 광학 공명 공동부의 일 실시형태를 예시한 개략도이다. 이러한 광학 공명 공동부의 특정 예는 반사된 색의 스펙트럼을 발생하는 비누막(soap film)이다. 광학 공명 공동부는 광을 간섭계측적으로 조작하는 데 이용될 수 있는 구조이다. 도 1에 도시된 광학 공명 공동부는 공간 혹은 용적을 규정하는 상하부 계면(101), (102)을 포함한다. 두 계면(101), (102)은 동일한 층 상에 대향하는 면일 수 있다. 예를 들어, 두 계면(101), (102)은 유리 혹은 플라스틱 판 혹은 시트, 또는 유리, 플라스틱 혹은 기타 임의의 투명한 재료의 막(필름) 상의 면을 포함할 수 있다. 광학 공명 공동부는 상부 계면(101)에서 그의 일 측면 상에 하나의 재료와, 하부 계면(120)에서 다른 측면 상에 별도의(혹은 상이한) 재료를 구비할 수 있다. 광학 공명 공동부와 함께 계면(101), (120)을 형성하는 재료는 금속 혹은 부분 반사층, 투명 매질 혹은 유전체, 예를 들어, 공기일 수 있다. 광학 공명 공동부와 함께 계면(101), (120)을 형성하는 재료는 동일할 수 있거나 혹은 상이할 수 있다. 예시된 실시형태에서, 광은 각 계면(101), (102)에서 부분적으로 반사되고 부분적으로 투과된다.
도 1을 더욱 참조하면, 광학 공명 공동부의 전방 면(101)에 입사하는 광선(103)은 광로(104)에 의해 표시된 바와 같이 부분적으로 반사되고, 광로(105)를 따라 전방 면(101)을 통해 부분적으로 투과된다. 광선(103)은 광의 넓은 스펙트럼 분포를 지닐 수 있다. 예를 들어, 광선(103)은 백색 광을 포함할 수 있고, 따라서, 가시 영역 밖의 파장뿐만 아니라 가시 영역 450 내지 700㎚ 내의 파장의 광범위한 범위로부터 유의한 성분을 지닐 수 있다. 투과된 광선(105)은 광로(107)를 따라 부분적으로 반사되고 광로(106)를 따라 상기 공명 공동부로부터 부분적으로 투과된다. 상기 광학 공명 공동부의 두께를 비롯한 광학 특성뿐만 아니라 주변 재료의 특성은 계면(101)과 계면(102)의 양쪽 모두로부터 반사된 광의 진폭과 위상 모두에 영향받을 수 있다. 따라서, 광선(104), (107)은 각각 광학 공명 공동부 및 주변 매질의 특성에 따라 진폭과 위상을 지닐 것이다. 실시예는 당업자에게 명백한 바와 같이 다수의 내부 반사의 생략에 의해 간단화되어 있다.
도 1을 더욱 참조하면, 본 명세서에 제공된 설명의 목적을 위하여, 광학 공명 공동부로부터 반사된 광의 총 강도는 두 반사된 광선(104), (107)의 가간섭성 중첩(coherent superposition)이다. 이러한 가간섭성 중첩으로 인해, 두 반사된 광선의 진폭과 위상은 모두 합계 강도에 기여한다. 이 가간섭성 중첩은 간섭이라고도 칭해진다. 두 반사된 광선(104), (107)은 서로에 대해서 위상차를 지닐 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 두 파 간의 위상차는 180°여서 서로 상쇄될 수 있다. 두 광선(104), (107)의 위상과 진폭이 특정 파장에서 강도를 저감시키도록 구성된다면, 해당 두 광선은 그 파장에서 소멸(destructively) 간섭이라 지칭된다. 한편, 두 광선(104), (107)의 위상과 진폭이 특정 파장에서 강도를 증가시키도록 구성되어 있다면, 해당 두 광선은 그 파장에서 보강(constructively) 간섭이라 지칭된다. 위상차는 두 경로의 광로차에 의존하며, 이것은 광학 공명 공동부의 두께와, 두 계면(101), (102) 사이의 재료의 굴절률, 그리고 주변 재료의 굴절률이 광학 공명 공동부를 형성하는 재료보다 높거나 낮은지의 여부에 의존한다. 위상차는 또한 입사광선(103)의 상이한 파장에 대해서 상이하다. 따라서, 광선(104), (107)은 서로에 대해서 위상차를 지닐 수 있고, 이 위상차는 파장에 따라 변할 수 있다. 이와 같이 해서, 일부 파장은 보강 간섭할 수 있고, 일부 파장은 소멸 간섭할 수 있다. 따라서, 일반적으로, 광학 공명 공동부에 의해 반사되고 투과된 색 및 총 강도는 해당 광학 공명 공동부 및 주변 매질을 형성하는 재료와 두께에 좌우된다. 반사되고 투과된 파장은 또한 시야각에 의존하는 바, 상이한 파장은 상이한 각도에서 반사되고 투과된다.
도 1을 더욱 참조하면, 전술한 원리는 광의 파장에 의존하는 입사광의 가시 파장의 파장 스펙트럼 혹은 범위(들)를 간섭계측적으로 선택적으로 반사 및/또는 투과하는 구성을 구축하는 데 이용될 수 있다. 간섭의 원리를 이용하는 그의 파장에 좌우되는 광의 반사 혹은 투과에 영향을 미치는 구조는 간섭계 변조기 적층체, 혹은 더욱 간단히 간섭계 변조기라 지칭될 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 간섭계 변조기(IMOD)는 두 부분 반사체 사이에 형성된 광학 공명 공동부를 포함한다. 다른 실시형태에서, IMOD는 부분 반사체와 전 반사체(full reflector) 사이에 형성된 광학 공명 공동부를 포함한다. 전 반사체가 광학 공명 공동부를 규정하는 데 이용되는 실시형태에서, IMOD는 투과성이 아닐 수 있다. 두 부분 반사체가 광학 공명 공동부를 규정하는 데 이용되는 실시형태에서, IMOD는 투과성이 아닐 수 있다. 대안적으로, 상기 적층체는 단지 하나의 부분 반사체와, 스페이서층을 포함할 수 있고, 다른 반사체, 부분 혹은 전 반사체는 IMOD를 형성하기 위하여 개별적으로 설치될 수 있다. 이 시나리오에서, 스페이서층은 광학 공명층이고, 제2반사체가 상기 스페이서층 상에 배치된 경우 상기 광학 공명 공동부는 제1부분 반사체와 제2반사체 사이에 형성된다. 하부 장치에서 그들 자체의 기능을 지니는 다른 층(들)은 또한 부분 혹은 완전한 반사체로서 역할할 수 있다. 당업자에게 명백한 바와 같이, 간섭계 적층체로부터 반사된 광의 광학적 광로가 대략 가시 파장과 동일한 정도의 크기일 경우, 시각적 효과는 상당히 뚜렷할 수 있다. 광로 길이가 증가되어 백색 광의 가간섭 길이(예를 들어, 5000㎚ 및 그 이상)를 초과함에 따라, 광의 위상이 그의 가간섭을 소실함에 따라 간섭이 더 이상 가능하지 않게 되므로 시각적 간섭계 컬러 효과가 소실된다.
도 2a는 간섭계 변조기(200)의 일 실시형태를 도시하고 있다. IMOD(200)는 부분 반사체층(201), 스페이서층(202) 및 반사체층(203)을 포함한다. 반사체층(203)은 제2부분 반사체층 혹은 전 반사체일 수 있고, 여기서는 부분 반사체로서 표현되어 있다. 도 2a에서, 스페이서층(202)은 두 반사 면 사이에 샌드위치되어 있다. 이 특정 실시형태에서, 부분 반사체층(201)은 스페이서층(202)을 포함하는 광학 공명 공동부의 상부를 규정하는 한편, 하부 반사체층(203)은 광학 공명 공동부의 하부를 규정한다. 반사체층(203)은 그의 반사율에 영향을 미치는 재료의 단일 층 혹은 다층을 포함할 수 있다. 부분 반사체층(201) 및 반사체층(203)의 두께는 광의 반사율 및 투과율의 상대적인 양을 제어하도록 선택될 수 있다. 부분 반사체층과 반사체층은 양쪽 모두 금속을 포함할 수 있고, 또한 이들은 양쪽 모두 부분적으로 투과성이 되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 반사체층(203)은 광을 투과 및 반사시키도록 구성된 부분 반사체를 포함할 수 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 광 간섭 공동부의 부분 반사체층(201) 상에 입사되는 광선(204)은 광로(205), (206)의 각각을 따라 광 간섭 공동부로부터 부분적으로 반사될 수 있다. 정면 혹은 입사 측 상에서 관찰자가 보는 바와 같은 조명 시야는 두 반사광선(205), (206)의 중첩부이다. 하부 반사체층(203)에 의해 실질적으로 반사되거나(206) 하부 반사체층(203)을 통해 투과된(106) 광량은 반사체층의 두께 및 조성을 변화시킴으로써 유의하게 증감될 수 있는 한편, 반사의 겉보기 색은 광선(205), (206) 간의 광로 길이의 차를 결정하는 스페이서층(202)의 크기 혹은 두께 및 부분 반사체층(201)의 재료 특성에 의해 지배되는 간섭 효과에 의해 크게 결정된다. 하부 반사체층(203)의 두께를 변경시키는 것(혹은 반사율이 스페이서층(202)과 하부 매질 사이의 계면에 의해 제공되는 어떤 것을 위하여 생략하는 것)은 IMOD(200)의 반사된 색의 강도 대 전체 반사율을 조절할 것이고 이와 같이 해서 IMOD(200)를 통한 투과 강도(106)에 영향을 미칠 것이다.
도 2a를 더욱 참조하면, 몇몇 IMOD에서, 스페이서층(202)은 고형 층, 예를 들어, 광학적으로 투명한 유전체층 또는 복수개의 층을 포함한다. 다른 IMOD에서, 스페이서층(202)은 공기 간극 또는 광학적으로 투명한 층(들)과 공기 간극의 조합물을 포함할 수 있다. 스페이서층(202)의 두께는 입사광의 하나 이상의 특정 색의 반사를 최대화 혹은 최소화도록 조율될 수 있다. 광 간섭 공동부에 의해 반사된 색 혹은 색들은 스페이서층의 두께를 변화시킴으로써 변화될 수 있다. 따라서, 광 간섭 공동부에 의해 반사된 색 혹은 색들은 스페이서층(202)의 두께에 의존할 수 있다.
도 2b는 IMOD(200)의 일 실시형태의 간략화된 개략도이다. 예시된 바와 같이, IMOD(200)는 부분 반사체(201), 부분 혹은 전 반사체층(203), 및 부분 반사체(201)와 반사체층(203) 사이에 있는 스페이서층(202)을 포함한다. 부분 반사체(201)를 위해 선택된 재료는 특정 재료의 소광계수 κ에 의해 선택될 수 있다. 특정 물질의 소광계수는, 이하의 식 1로 규정되는 바와 같이, 전자 방사선을 얼마나 잘 산란시키고 흡수하는 지의 척도이다. 전자기파가 재료를 통해서 실질적으로 매우 용이하게 통과하면, 해당 재료는 "낮은" 소광계수를 지닌다. 한편, 전자기파가 실질적으로 재료를 침투하지 않고 재료 내에서 "소광" 혹은 "소실"되면, 소광계수는 "높다." 특정 재료의 소광계수 κ는 "낮은" 소광계수와 "높은" 소광계수 사이의 범위 내로 될 수도 있다.
[식 1]
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식 1에서, 특정 재료의 소광계수는 κ로 표시되고, 그 재료의 흡수 계수는 α로 표시되고, λ는 진공 중에서의 전자기파의 파장이다(재료 내에서의 전자기파의 파장이 아니다). 식 1에서 알 수 있는 바와 같이, 소광계수 κ는 흡수 계수 α와 진공 중에서의 전자기파의 파장 λ의 곱과 직접 관련된다. 부분 반사체(201)는 다양한 재료, 예를 들어, 광기전력 재료, 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti), 텅스텐(W) 및 크롬(Cr)뿐만 아니라, 합금, 예를 들어, MoCr을 포함할 수 있다. 상기 부분 반사체의 두께는 약 20Å 내지 300Å 사이일 수 있다. 상기 반사체층(203)은 예를 들어 광기전력 재료 혹은 금속층, 예를 들어, 알루미늄(Al), 은(Ag), 몰리브덴, 금(Au) 혹은 크롬(Cr) 등을 포함할 수 있고, 불투명하게 되기에 충분히 두꺼울 수 있다(예를 들어, 300㎚). 다른 IMOD에서, 반사체층(203)은 부분 반사체이고 약 20Å으로 얇을 수 있다. 일반적으로, 부분 반사체인 반사체층(203)의 두께는 약 20Å 내지 300Å 사이일 것이다. 스페이서층(202)은 공기 간극 및/또는 하나 이상의 광학적으로 투명한 재료를 포함할 수 있다. 스페이서층(202)은 반사체층(203)과 부분 반사체(201) 사이에 배치된 재료의 단일 층에 의해 규정될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 상기 재료는 광학 공명 재료, 예를 들어, 투명 도전체 혹은 투명 유전체를 포함할 수 있다. 스페이서층(202)용의 예시적인 투명 재료로는 예를 들어, 유전체, 예컨대, 이산화규소(SiO2), 이산화티탄(TiO2), 불화마그네슘(MgF2), 산화크롬(III)(Cr3O2) 및 질화규소(Si3N4)뿐만 아니라, 투명 전도성 폴리머 및 투명 전도성 산화물(TCO: transparent conductive oxide), 예컨대, 산화인듐주석(ITO), 산화아연(ZnO) 등을 포함하는 투명 전도성 재료를 포함할 수 있다. 더욱 일반적으로, 1 내지 3 사이의 굴절률 (n)을 지니는 임의의 유전체는 적절한 스페이서층을 형성할 수 있다. 전도성 컬러 IMOD 적층체가 요구되는 상황에서, 스페이서층(202)은 전도성 투명 막을 포함할 수 있다. 몇몇 IMOD에서, 스페이서층(202)은 2개 이상의 공기 간극, 투명 전도성 재료, 예를 들어, 투명 전도성 산화물 및 투명 유전체층을 포함하는 다수의 재료를 포함하는 복합 구조를 포함할 수 있다. 다수층 및/또는 공기 간극의 가능한 기능은, 예를 들어, 적층체의 선택된 층이 IMOD(200)에서의 그의 광학적 역할에 부가해서 다수의 기능, 예를 들어, 장치 패시베이션(device passivation) 혹은 내찰상성(scratch resistance)을 제공할 수 있다는 점이다. 몇몇 실시형태에서, 스페이서층(202)은 전도성이든 혹은 유전성이든 하나 이상의 부분적으로 투명한 재료를 포함할 수 있다.
도 2c를 참조하면, 스페이서층(202)의 두께가 스페이서(211), 예를 들어, 레일, 기둥부 혹은 지주부들에 의해 지지된 공기 간극(202)을 포함할 있는 다른 실시형태에서, 스페이서층(202)은 정적인 공기 간극, 또는 역동적인 공기 간극, 예를 들어, MEMS 기술을 이용하는 가변성인 것일 수 있다.
도 2c를 더욱 참조하면, 도 2b 또는 도 2c에 도시된 것과 같은 간섭계 변조기 구조체(200)는 광 간섭을 이용해서 소망의 반사 출력을 선택적으로 생성한다. 반사된 출력은 IMOD(200)의 일부 혹은 전부에서 부분 반사체(201) 및 반사체층(203)의 두께 및 광학 특성뿐만 아니라 정적 스페이서층(202)의 두께와 광학 특성의 선택에 의해 "변조"될 수 있다. 부분 반사체(201)의 표면을 바라보는 관찰자에 의해 관찰된 색은 IMOD(200)로부터 실질적으로 반사되지만 IMOD(200)의 각종 층에 의해 실질적으로 흡수되거나 소멸 간섭되지 않는 주파수에 상당할 것이다. 간섭하고 실질적으로 흡수되지 않는 주파수는 스페이서층(202)의 두께를 선택함으로써 변화될 수 있다.
도 2d는 일 실시형태에 따라서 간섭계 적층체의 전방면에 직교 혹은 수직인 방향으로부터 볼 때의 IMOD(예를 들어, 도 2b의 IMOD(200)) 대 파장의 그래프를 예시한다. 이 그래프는 IMOD에 입사하는 광의 파장 스펙트럼과는 일반적으로 다를 수 있는 반사된 광의 파장 스펙트럼을 도시한다. 예시된 그래프에서, 반사율은 대략 540㎚의 피크(250) 부근에서 최대로 된다. 그러므로, 피크 파장(251)은 대략 540㎚(황색)이다. 피크(250)는 또한 피크 혹은 최대 반사율(254)의 절반과 같은 반사율(253)에서 피크의 폭인 절반-피크 대역폭을 지닌다. 다른 실시형태에서, 총 반사 곡선의 피크의 위치는 스페이서층(202)의 두께 혹은 재료를 변화시킴으로써, 혹은 IMOD 중의 하나 이상의 층의 재료 및 두께를 변화시킴으로써, 혹은 이들 양쪽 모두에 의해서 변이될 수 있다. 피크 파장 반사율(250)의 위치는 시야 각도에 의존할 수 있다. 예시된 바와 같이, 단지 하나의 피크가 있지만, 스페이서층의 두께 혹은 높이에 따라 상이한 진폭의 다수의 피크가 있을 수 있다. 당업자에게 공지된 바와 같이, IMOD는 또한 반사율뿐만 아니라 흡수율 혹은 투과율을 변조시키도록 구성될 수도 있다.
도 3a는 광기전력(PV) 전지(300)를 나타낸다. 광기전력 장치는 광 에너지를 전기 에너지 혹은 전류로 변환시킬 수 있다. PV 전지는 적은 탄소 발자국(carbon footprint)을 지니는 동시에 환경에 대한 영향이 낮은 재생가능한 에너지원의 일례이다. PV 장치를 이용하는 것은 에너지 발전 비용을 저감시킬 수 있다. PV 전지는 예를 들어 우표보다 작은 크기에서부터 수 인치에 이르는 많은 상이한 크기와 형상을 지닐 수 있다. 수개의 PV 전지는 경우에 따라 함께 접속되어 수 피트 길이 및 수 피트 폭까지에 이를 수 있는 PV 전지 모듈을 형성할 수 있다. 모듈은 또한 조합되고 접속되어 상이한 크기 및 전력 출력을 지니는 PV 어레이를 형성할 수 있다.
도 3a를 더욱 참조하면, 어레이의 크기는 여러 인자, 예를 들어, 소비자의 요구와 특정 위치에서 이용가능한 태양광의 양에 의존할 수 있다. 어레이의 모듈은 태양이 비치지 않을 때 사용하기 위한 태양 에너지를 저장하는 배터리, 전력 조정 장비, 장착 하드웨어, 및 전기 접속기를 포함할 수 있다. PV 장치는 그의 부속 전기 접속부 및 주변기기, PV 모듈, PV 어레이 또는 태양광 패널을 갖춘 단일 전지일 수 있다. PV 장치는 또한 기능적으로 관계가 없는 전기 부품, 예를 들어, PV 전지(들)에 의해 통전되는 부품을 포함할 수 있다.
도 3a를 참조하면, PV 전지는 두 전극(302), (303) 사이에 배치된 PV 재료를 포함하는 PV 활성 영역(301)을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, PV 전지는 층들의 적층체가 형성되는 기판을 포함한다. PV 전지의 PV 활성 층은 실리콘 등과 같은 반도체 재료를 포함할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, PV 활성 영역(301)은 도 3a에 도시된 바와 같이 n-형 반도체 재료(301 n)와 p-형 반도체 재료(301p)를 접촉시킴으로써 형성된 p-n 접합부를 포함할 수 있다. 이러한 p-n 접합부는 다이오드 형상 특성을 지닐 수 있고 따라서 포도다이오드 구조체라고도 지칭될 수 있다.
도 3a를 더욱 참조하면, PV 활성 영역(301)은 전기 전류 통로를 제공하는 두 전극 사이에 샌드위치된다. 이면 전극(302)은 알루미늄, 은, 또는 몰리브덴 또는 몇몇 다른 전도성 재료로 형성될 수 있다. 이면 전극은 거칠고 미연마되어 있을 수 있다. 정면 전극(303)은 접촉 저항을 낮추고 수집 효율을 증가시키기 위하여 p-n 접합부의 전방 면의 상당한 부분을 덮도록 설계되어 있을 수 있다. 정면 전극(303)이 불투명한 재료로 형성되어 있는 실시형태에서, 정면 전극(303)은 PV 활성 영역의 정면 위에 개구부를 남겨 조명이 PV 활성 영역에 충돌할 수 있도록 구성될 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 정면 전극과 이면 전극은 투명 도전체, 예를 들어, 투명 전도성 산화물(TCO), 예를 들어, 산화주석(SnO2) 혹은 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함할 수 있다. TCO는 전기 접촉 및 전도성을 제공할 수 있고 동시에 입사광에 대해서 투명할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, PV 전지는 또한 정면 전극(303) 위에 배치된 반사방지(AR: anti-reflective) 코팅(304)을 또 포함할 수 있다. AR 코팅(304)은 PV 활성 재료(301)의 정면 표면으로부터 반사된 광량을 저감시킬 수 있다.
도 3a를 더욱 참조하면, PV 활성 재료의 정면 표면이 조명되면, 광자들이 에너지를 활성 영역 내의 전자로 수송한다. 광자에 의해 수송된 에너지가 반도체 재료의 밴드-갭보다 크다면, 전자는 전도 대역에 들어가도록 충분한 에너지를 지닐 수 있다. 내부 전계는 p-n 접합부의 형성으로 작성된다. 내부 전계는 통전된 전자에 작용하여 이들 전자를 이동시킴으로써, 외부 회로(305) 내에 전류 흐름을 생성한다. 얻어지는 전류 흐름은 각종 전기 장치, 예를 들어, 도 3a에 도시된 백열전구(306)를 통전시키는 데 이용될 수 있다.
도 3a에 도시된 PV 활성 재료층(들)은 다양한 흡광성의 광기전력 활성 재료, 예컨대, 결정성 실리콘(c-실리콘), 비정질 실리콘(α-실리콘), 카드뮴 텔루르화물(CdTe), 구리 인듐 이셀렌화물(CIS), 구리 인듐 갈륨 이셀렌화물(CIGS), 흡광성 안료 및 폴리머, 흡광성 나노입자가 분산된 폴리머, GaAs 등의 III-V족 반도체의 어느 것으로도 형성될 수 있지만, 기타 재료도 이용될 수 있다. 광자가 흡수되어 에너지를 전기 캐리어(정공 및 전자)로 수송하는 흡광성 재료(들)는 여기서는 PV 전지의 PV 활성층 또는 재료라 지칭되고, 이 용어는 다수의 활성 서브층(active sub-layer)을 망라하는 것을 의미한다. PV 활성층의 재료는 PV 전지의 소망의 성능과 용도에 따라 채택될 수 있다.
도 3a을 더욱 참조하면, 몇몇 구성에서, PV 전지는 박막 기술을 이용해서 형성될 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 광 에너지가 투명한 기판을 통과할 경우, PV 전지는 기판 상에 TCO의 제1 혹은 정면 전극층을 증착시킴으로써 형성될 수 있다. PV 활성 재료는 제1전극층 상에 증착될 수 있다. 제2전극층은 PV 활성 재료의 층 상에 증착될 수 있다. 층들은 증착 기술, 예를 들어, 물리적 기상 증착기술, 화학적 기상 증착기술, 전기-화학적 기상 증착기술 등을 이용해서 증착될 수 있다. 박막 PV 전지는 박막 실리콘, CIS, CdTe 혹은 CIGS 등의 비정질, 단결정 혹은 다결정성 재료를 포함할 수 있다. 박막 PV 전지는 제조 공정의 규모가변성(scalability) 및 장치 공간의 소형화(small device footprint)를 용이하게 한다.
도 3b는 박막 PV 전지(310)의 일 실시형태를 개략적으로 예시하는 블록도이다. PV 전지(310)는 광이 통과할 수 있는 유리 기판(311)을 포함한다. 유리 기판 상에는 제1전극층(312), PV 활성층(301)(비정질 실리콘을 포함하는 것으로 도시됨) 및 제2전극층(313)이 배치되어 있다. 제1전극층(312)은 투명 전도성 재료, 예를 들어, ITO를 포함할 수 있다. 예시된 바와 같이, 제1전극층(312) 및 제2전극층(313)은 이들 사이에 박막 PV 활성층(301)을 샌드위치시키고 있다. 예시된 PV 활성층(301)은 비정질 실리콘층을 포함한다. 당업계에 공지된 바와 같이, PV 재료로서 역할하는 비정질 실리콘은 하나 이상의 다이오드 접합부를 포함할 수 있다. 또, 비정질 실리콘 PV 층 혹은 층들은 진성 실리콘(301c)의 층이 p-도핑층(301b)과 n-도핑층(301a) 사이에 샌드위치되어 있는 p-i-n 접합부를 포함할 수 있다. p-i-n 접합부는 p-n 접합부보다 높은 효율을 지닐 수 있다. 몇몇 다른 실시형태에서, PV 전지는 다수의 접합부를 포함할 수 있다.
도 3c 및 도 3d는 PV 장치(330)를 예시하고 있다. 예시된 바와 같이, PV 장치(330)는 반도체 웨이퍼, 예를 들어, 실리콘 웨이퍼 위에 형성된 정면 전극(331), (332)을 포함한다. 그러나, 이하의 설명으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 다른 PV 장치는 박막 광기전력 재료를 포함할 수 있다. 박막 혹은 웨이퍼형 PV 재료를 포함하는 PV 장치는 간섭계측적으로 증강될 수 있다(도 4a 및 그에 따른 설명 참조). 도 3c 및 도 3d에 예시된 바와 같이, PV 장치는 PV 장치(330)의 이면측 상뿐만 아니라 해당 장치의 정면 혹은 광-입사 측 상에 정반사성 혹은 반사성 도전체를 이용한다. 정면 혹은 광-입사 측 상에 있는 도전체는 버스 전극(331) 혹은 그리드라인 전극(332)을 포함할 수 있다. 광 에너지는 PV 활성 재료에 의해 흡수될 경우, 전자-정공 쌍이 발생된다. 이들 전자 및 정공은 도 3d에 도시된 바와 같이 정면 전극(331), (332), 혹은 이면 전극(333)의 한쪽 혹은 다른 쪽으로 이동함으로써 전류를 발생할 수 있다. 정면 도전체 혹은 전극(331), (332)은 전자 혹은 정공이 이동하여 전극에 도달해야만 하는 경로의 저항을 저감시키는 한편 충분한 광이 PV 활성 영역(301)으로 통과할 수 있도록 패턴화되어 있다. 정면 전극(331), (332)의 패턴은 입사광이 PV 활성 재료에 전파될 수 있게 허용하는 창(334)을 포함할 수 있다. PV 장치(330)가 패턴화된 정면 도전체 혹은 전극(331), (332)과 패턴화되어 있지 않은 이면 전극(333)으로 예시되어 있지만, 당업자라면 이면 도전체 혹은 전극도 상이한 방식으로 패턴화되어 있어도 되는 것을 이해할 수 있을 것이다. 정면 및 이면 전극(331), (332), (333)은 반사성의 금속 전도성 재료를 포함할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 정면 및 이면 전극(331), (332), (333)은 투명 전도성 재료, 예를 들어, ITO, 혹은 투명 전도성 재료와 반사성 전도성 재료의 양쪽 모두를 포함할 수 있다.
도 3c 및 도 3d를 더욱 참조하면, 전통적으로, PV 전지의 외관은 PV 전지의 전극들을 구성하는 재료와 PV 활성 재료에 의해 영향받는다. 그러나, PV 전지의 이용이 더욱 도처에 존재하고 PV 전지에 대한 새로운 응용이 생겨나, 착색된 PV 전지의 설계 및 제조가 중요해질 수 있다. 이러한 착색된 전지는 시각적 호소를 증가시킬 수 있고 심미적인 가치를 부가시킬 수 있다. 예를 들어, BIPV(building integrated PV applications)를 설계하고 제조함에 있어서 많은 관심이 있어왔다. PV 장치에 대한 패턴 혹은 블랭킷 컬러에 대한 능력은 빌딩의 지붕과 파사드(facade), 광고판, 차량, 전자 장비, 어패럴, 신발 및 광에 노출되게 되는 기타 다른 위치에 배치된 PV 전지의 허용도에 도움을 줄 수 있다. IMOD는 내구성의 페이드 내성(fade-resistant) 컬러(색)를 제공하는 능력을 제공할 뿐만 아니라, 소망의 강도 및 매력적인 컬러를 생성할 수 있는 동시에 여전히 IMOD 적층체를 통한 광 투과도의 설계 선택을 허용한다.
PV 전지에 컬러를 편입시키는 대안적인 방법은 PV 적층체에 착색 물질을 첨가하거나 적절한 색의 염료나 안료를 첨가하는 것이다. 그러나, 이러한 색조에 의해나 광의 높은 흡수는 PV 전지의 효율을 저감시킨다. 또한, 특히 장치가 태양광에 항상 노출되는 것을 의미하므로, 컬러는 PV 장치의 수명보다 짧은 시간에 페이드되는 경향을 지닌다.
따라서, 여기서 이하의 소정의 실시형태는 간섭계 변조기를 PV 전지 혹은 장치에 편입시키거나 일체화시킴으로써 PV 전지를 착색시키는 것을 기재한다. PV 장치의 일부 상에 혹은 일부로서 IMOD를 이용하면 IMOD로부터 반사하는 색의 출현이 PV 전지 혹은 장치에 "컬러"를 부여하는 것을 허용할 수 있다. IMOD로부터 반사하는 색이 적절한 두께와 재료(굴절률)의 스페이서층을 이용함으로써 뿐만 아니라, 부분 반사체에 대한 적절한 두께와 재료를 선택해서 이용함으로써 선택될 수 있으므로, PV 전지 혹은 장치와 일체화되는 간섭계 변조기 적층체는 임의의 특정 용도를 위하여 필요에 따라 색을 반사하도록 구성되어 있다. 간섭계 컬러 반사 효과는 반사체 및 부분 반사체 두께와 재료(들)뿐만 아니라 스페이서층의 두께와 재료(들)에 의해 영향받을 수 있다. 따라서, 컬러 효과는 통상의 염료나 도료와 비교해서 시간 경과에 따른 페이드에 대해서 감수성이 강하지 않다.
도 4a는 제1부분 반사체층을 통하여 색을 반사하고 적외선의 파장의 투과를 최적화하도록 구성된 IMOD 적층체(410)의 일 실시형태를 예시하고 있다. 적층체(410)는 제1부분 반사체층(201a)과 제2부분 반사체층(201b) 사이에 배치된 광학 공명 공동부(401)를 포함한다. 제1부분 반사체층(201a)과 제2부분 반사체층(201b)은 모두 광을 투과하고 반사하도록 구성되어 있다. 부분 반사체층(201a), (201b)에 의해 투과되고 반사되는 광량은 층들의 두께 및/또는 재료에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2부분 반사체층(201a), (201b)은 약 20Å 내지 300Å 두께를 지닌 비정질 실리콘을 포함할 수 있다. 제1 및 제2부분 반사체층(201a), (201b)의 재료는 해당 재료의 소광계수에 의거해서 선택될 수 있다. 예를 들어, 제1부분 반사체층은 가시광의 반사와 적외 전자기파의 투과를 용이하게 하기 위하여 적외 스펙트럼보다 가시광 스펙트럼의 소광계수가 높은 재료를 포함할 수 있다. 적외 스펙트럼보다 가시광 스펙트럼의 소광계수가 높은 재료의 예로는 Ge, GaInP, α-Si, CdTe, GaAs, InP, 다결정 실리콘, 단결정 실리콘, ZnO 및 CIGS를 들 수 있다. 제1 및 제2부분 반사체층(201a), (201b)은 동일 혹은 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2부분 반사체층(201a), (201b)은 각각 20Å의 비정질 실리콘층을 포함할 수 있다. 대안적으로, 부분 반사체층은 상이한 재료를 포함할 수도 있다.
도 4a를 더욱 참조하면, 광학 공명 공동부(401)는 스페이서층(202)을 포함할 수 있다. 스페이서층(202)은 예를 들어 공기 혹은 투명 전도성 재료 등과 같은 임의의 광학 공명 재료를 포함할 수 있다. 스페이서층(202) 및 광학 공명 공동부(401)의 두께는 간섭의 원리에 의거해서 IMOD(410)로부터 소정의 색을 반사하도록 조율될 수 있다. 또한, 적층체(410)는 광이 통과할 수 있는 기판층(311)을 포함할 수 있다. 제1부분 반사체층(201a)은 기판층(311) 상에 배치될 수 있다. 기판층(311)은 유리, 폴리머 혹은 유사한 기판을 포함할 수 있다. IMOD 적층체(410)는 해당 IMOD 적층체(410)로부터 반사된 색에 의거해서 이들 대상체가 소정의 색으로 보이도록 해당 대상체에 부가될 수 있다. 예를 들어, IMOD 적층체(410)는 광기전력 전지가 소정의 색으로 보이도록 해당 광기전력 전지 위에 배치될 수 있다. IMOD 적층체(410)는 하부에 있는 대상체, 예를 들어, 광기전력 전지에 전자기파를 투과시키기 위하여 투과성일 수 있다. 일 실시형태에서, IMOD 적층체(410)는 다른 것보다 소정의 파장에서 더욱 투과성이 되도록 구성될 수 있다. 몇몇 실시형태에서, IMOD 적층체(410)는 적외 방사선을 더욱 투과하도록 그리고 가시광을 덜 투과하도록 구성될 수 있다.
도 4b는 적어도 일부의 입사광이 광기전력 전지(484)를 통해 전파될 수 있도록 광기전력 전지(484)와 결합된 도 4a에 도시된 IMOD 적층체(410)를 포함하는 광기전력 장치(411)를 도시하고 있다. 광기전력 전지(484)는 도 3b에 도시된 장치와 유사한 박막 광기전력 전지일 수 있거나 혹은 광기전력 전지(484)는 도 3a에 도시된 장치와 유사한 웨이퍼형 광기전력 전지일 수 있다. 광기전력 전지(484)는 이면 전극(488), 광기전력 활성 재료층(487), 정면 전극(486) 및 임의선택적 기판층(485)을 포함할 수 있다. IMOD 적층체(410)는 제2부분 반사체층(201b)을 통해 광기전력 전지(484)로 소정의 색을 반사하고 보다 긴 파장의 투과를 최적화시키도록 구성되어 있다. 광기전력 전지(484)는 광 결합 재료(480)를 이용해서 제2부분 반사체층(201b)에 임의선택적으로 결합될 수 있다. 광 결합 재료(480)는 층간 반사를 최소화시키거나 피하기 위하여 선택된 굴절률을 지니는 접착제를 포함할 수 있다. 다른 경우에, 광 결합 재료(480)는 엘라스토머(elastomer)를 포함할 수 있다.
도 4b를 더욱 참조하면, 광기전력 장치(411)는 커버층(489)을 임의선택적으로 포함할 수 있다. 커버층(489)은 광기전력 전지(484) 혹은 IMOD 적층체(410)의 한 측면에 결합될 수 있는 기판, 예를 들어, 유리를 포함할 수 있다. 광 결합 재료(480)는 커버층(489)을 IMOD 적층체(410)의 제2부분 반사체층(201b) 혹은 기판층(311)과 결합하는 데 이용될 수 있다. 광 결합 재료(480)는 층간 반사를 최소화시키거나 피하기 위하여 선택된 굴절률을 지니는 접착제를 포함할 수 있다. 광 결합 재료(480)는 또한 에틸렌-비닐-아세테이트 등과 같은 엘라스토머를 포함할 수 있다. 다른 예(도시 생략)에서, IMOD 적층체(410)는 커버층(489)과 광기전력 전지(484) 사이에 배치될 수 있다. 광 결합 재료는 IMOD 적층체(410)를 커버층(489)에 결합시키고 IMOD 적층체(410)를 광기전력 전지(484)에 결합시키는 데 이용될 수 있다. 대안적으로, IMOD 적층체층(201a), (202), (201b)은 커버층(489) 혹은 기판층(485) 상에 직접 배치되어 있을 수 있다.
도 4c는 장치(420)로부터 소정의 색의 광을 반사하도록 IMOD 적층체(200)를 일체화시키는 광기전력 장치(420)를 도시하고 있다. 해당 장치(420)는 부분 반사체(201)와 PV 활성 재료층(301) 사이에 배치된 광학 공명 공동부(401)를 포함한다. 부분 반사체(201), 광학 공명 공동부(401) 및 PV 활성 재료층(301)은 소정의 색을 반사하도록 구성된 IMOD 적층체(200)를 형성한다. 도 4b에 도시된 IMOD 적층체(200)에서, PV 활성 재료층(301)은 일부의 광을 반사하고 일부의 광을 투과시키도록 구성된 제2부분 반사체층으로서 작용한다. 광학 공명 공동부(401)는 제1투명 전도성 재료층(403a)을 포함할 수 있다. 제1투명 전도성 재료층(403a)은 PV 활성 재료층(301)용의 전도성 전극으로서 뿐만 아니라 광학 공명 스페이서층으로서도 작동시킨다. 해당 장치(420)는 전도성 전극으로서 작동하는 PV 활성 재료층(301) 밑에 배치된 제2투명 전도성 재료층(403b)을 추가로 포함할 수 있다. 투명 전도성 재료층(403a), (403b) 및 PV 활성 재료(301)는 도 3b에 도시된 PV 장치와 유사한 박막 PV 전지(405)를 포함한다. 장치(420)는 제1부분 반사체(201) 위에 배치된 유리, 폴리머 혹은 유사한 기판층(311)을 또 포함할 수 있다.
도 4c를 더욱 참조하면, 부분 반사체층(201)을 위해 선택된 재료는 그의 소광계수에 의거해서 선택될 수 있다. 예를 들어, 가시 스펙트럼 밖의 파장에서 매우 낮은 소광계수를 지닌 재료는 PV 활성 재료층(301)에 적외 전자기파의 투과를 최대화하면서 밝은 색을 반사하기 위하여 채택될 수 있다. 또한, PV 활성 재료층(301)을 위해 채택된 재료는 특정 재료에 대한 스펙트럼 응답에 의해 선택될 수 있다. 예를 들어, PV 활성 재료층(301)은 가시광 스펙트럼 이상의 보다 긴 파장에서 전력을 발생하는 스펙트럼 응답을 지니는 재료인 비정질 실리콘을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 부분 반사체층(201)과 PV 활성 재료층(301)은 양쪽 모두 이들보다 긴 적외 파장의 이용을 양호하게 하는 스펙트럼 응답과 적외광의 파장에서 매우 낮은 소광계수를 지니는 재료인 비정질 실리콘을 포함한다.
도 4d는 IMOD 적층체(200)를 내포하는 광기전력 장치(430)의 다른 실시형태를 도시하고 있다. 이 실시형태에서, 광학 공명 공동부(401)는 제1투명 전도성 재료층(403a)에 부가해서 스페이서층(202)을 추가로 포함한다. 스페이서층(202)은 공기 간극 혹은 기타 임의의 적절한 공명 재료를 포함할 수 있다. PV 재료층(301)은 부분 반사체층(201) 및 광학 공명 공동부(401)와 함께 IMOD(200)를 형성하는 부분 반사체로서 작용한다. IMOD(200)는 스페이서층(202), 제1투명 전도성 재료층(403a), 부분 반사체(201) 및 PV 활성 재료층(301)의 소정의 특성, 예컨대, 두께를 선택함으로써 가시 파장 내의 하나 이상의 파장 스펙트럼의 반사를 증강시키도록 구성될 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 제1투명 전도성 재료층(403a)과 조합되는 스페이서층(202)의 두께는 약 500Å 내지 약 5000Å일 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 부분 반사체 및 PV 활성 재료층의 두께는 약 20Å 내지 약 300Å일 수 있다.
도 4e는 IMOD 적층체(200)를 내포하는 PV 장치(490)의 다른 실시형태를 도시하고 있다. 이 실시형태에서, 광기전력 전지(405)는 웨이퍼형 광기전력 전지를 포함하며, 이것은 예를 들어 도 3a에 도시된 광기전력 장치와 유사할 수 있다. 장치(490)는 부분 반사체(201)와 n-형 반도체(301n) 사이에 배치된 광학 공명 스페이서층(202)을 포함한다. p-형 반도체(301p)는 이면 전극(302)과 n-형 반도체(301b) 사이에 배치되어 있다. n-형 반도체(301n)와 p-형 반도체(301p)는 함께 복합 부분 반사체를 형성한다. IMOD(200)는 이 복합 반사체를 포함하고, 또한 부분 반사체(201)와 스페이서층(202)을 포함하며, 이들은 장치(490)의 부분 반사체(201) 측으로부터 일부의 광을 반사하고 PV 전지(405)를 통해서 일부의 광을 투과시키도록 구성되어 있다. 이 실시형태에서, 부분 반사체(201) 및 스페이서(201)는 정면 전극(303)을 덮지 않는다. 이와 같이 해서, 이들 전극으로부터 반사된 광의 색은 제어되지 않는다
도 4f는 도 4e에 도시된 PV 장치와 유사한 IMOD 적층체(200b)를 내포하는 PV 장치(495)의 다른 실시형태를 도시하고 있다. 그러나, 도 4f에서, 정면 전극(303)은 스페이서층(202a) 및 부분 반사체(201a)에 의해 덮여 있다. 부분 반사체(201a), 스페이서층(202a) 및 정면 전극(303)은 IMOD 적층체(200a)를 형성한다. 이 실시형태에서, 정면 전극(303)은 전 반사체로서 작용하고 PV 장치(405)에 어떠한 광도 투과시키지 않는다. 그러나, 도 4e에 도시된 PV 장치와 대향하여, 태양광에 대해서 입사하는 PV 장치(495)의 전체 면은 IMOD(200b) 또는 IMOD(200a)의 구성에 의해서 제어된 색을 반사한다.
도 4g는 IMOD 적층체(200)를 내포하는 광기전력 장치(440)의 다른 실시형태를 도시한다. 이 실시형태에서, 장치(440)는 두 박막 PV 전지(405a), (405b)를 포함한다. 제1박막 PV 전지(405a)는 제1투명 전도성 재료층(403a), 제1 PV 활성 재료층(301a) 및 제2투명 전도성 재료층(403b)을 포함한다. 이 실시형태에서, 제2박막 PV 전지(405b)는 제2투명 전도성 재료층(403b), 제2 PV 활성 재료층(301b) 및 제3투명 전도성 재료층(403c)을 포함한다. 제1 PV 활성 재료층, 제2투명 전도성 재료층 및 제2 PV 활성 재료층은 IMOD(200)를 형성한다. IMOD(200)에서, PV 활성 재료층(301a), (301b)은 모두 가시광의 하나 이상의 파장의 반사를 증강시키도록 구성된 부분 반사체로서 작용한다. 또한, 제1 및 제2 PV 활성 재료층(301a), (301b)은 가시광 스펙트럼보다 적외 스펙트럼의 소광계수가 낮은 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 PV 활성 재료층(301a), (301b)은 비정질 실리콘을 포함할 수 있다. 제2투명 전도성 재료층(403b)은 PV 활성 재료층(301a), (301b)으로부터 전도되는 정공 및/또는 전장용의 전도층으로서 뿐만 아니라 광학 공명 공동부(401) 내에서 광학 공명 스페이서층으로 역할한다. 이하에 기재된 바와 같이, 광학 공명 공동부는 부가층을 포함할 수 있다.
도 4h는 두 박막 PV 전지(405a), (405b)를 내포하는 광기전력 장치(450)의 다른 실시형태를 도시하고 있다. 이 실시형태에서, PV 박막 전지(405a), (405b)는 각각 IMOD(200)를 형성하도록 광학 공명 공동부(401)를 규정하는 PV 활성 재료층(301a), (301b)을 포함한다. 도 4g와 대비해서, 도 4h에 도시된 실시형태에서, PV 박막 전지(405a), (405b)는 공통의 투명 전도성 재료층을 공유하지 않고, 광학 공명 스페이서층(202)에 의해 분리된다. 광학 공명 스페이서층(202)은 임의의 적절한 광학 공명 유전체 재료, 예를 들어, 이산화규소 혹은 기타 적절한 광학적으로 투과성인 혹은 투명한 매질을 포함할 수 있다. 스페이서층(202)은 복수개의 광학 공명층을 포함할 수 있다. 광학 공명 공동부(401)의 두께는 장치(450)의 기판 측으로부터 반사된 소망의 색에 따라서 약 500Å 내지 약 5000Å일 수 있다. 또한, PV 활성 재료층(301a), (301b)은 약 20Å 내지 약 300Å의 두께를 지닐 수 있다.
도 4i는 두 IMOD(200a), (200b)를 포함하는 광기전력 장치(460)의 일 실시형태를 도시한다. 이 실시형태에서, 광기전력 장치(460)는 도 4h에 도시된 층들을 포함하고, 제2박막 전지(405b)들 사이에 배치된 반사체층(203)을 더 포함한다. 반사체층(203)과 제2 PV 활성 재료층(301b)은 제2광학 공명 공동부(401b)를 규정한다. 광학 공명 공동부(401b)는 제4 투명 전도성 재료층(403d)을 포함할 수 있다. 제2 PV 활성 재료층(301b), 제4투명 전도성 재료층(403d) 및 반사체층(203)은 제2IMOD(200b)를 형성한다. 제2 IMOD(200b)는 제2 PV 활성 재료층(301b) 내의 전자기장의 강도를 간섭계측적으로 증강시키도록 구성되어, 효율이 향상된 간섭계측적으로 증강된 PV 박막 전지(405b)가 얻어지게 된다. 반사체층(203b)은 부분 혹은 전 반사체를 포함할 수 있다. 반사체층(203b) 및 제4투명 전도성 재료층(403d)의 광학 특성(치수 및 재료 특성)은, 적층된 PV 박막 전지(405b)의 계면으로부터의 반사가 광 에너지가 전기 에너지로 변환되는 제2 PV 활성 재료층(301b)의 안정한 파장 분포와 위상의 증가된 필드를 생성하도록 가간섭적으로 합산되도록 선택된다. 이러한 간섭계측적으로 증강된 장치는 간섭계 광기전력 전지의 활성 영역의 광 에너지의 흡수를 증가시킴으로써, 장치(460)의 효율을 증가시킨다.
도 5a는 약 400㎚에서 1400㎚까지의 파장의 범위에 걸쳐 각종 재료의 스펙트럼 응답을 보이는 다이어그램이다. 이 다이어그램에서, y-축은 입사 에너지의 암페어/와트(amp/watt)로 환산한 소정의 파장에서 재료의 스펙트럼 응답이다. 해당 다이어그램은 GaInP(513), α-Si(511), CdTe(505), GaAs(507), InP(515), 다결정 실리콘(501), 단결정 실리콘(509) 및 ZnO/CIGS(503)의 스펙트럼 응답을 나타낸다. 상기 다이어그램에 의해 알 수 있는 바와 같이, PV 재료는 적외 스펙트럼에서 상당한 전력 발전을 나타내는 스펙트럼 응답을 지닌다.
도 5b는 약 300㎚ 내지 1200㎚의 파장 범위에 걸쳐서 해면에서 이용가능한 근사 태양광 전력(approximate solar power)(517) 및 태양광에서의 전체적인 광기전력 응답(521)와 비교한 실리콘 광기전력 전지의 스펙트럼 응답(519)을 도시한 다이어그램이다. 상기 다이어그램에서 알 수 있는 바와 같이, 태양광의 스펙트럼을 고려한 후, 실리콘 광기전력 전지의 전체적인 스펙트럼 응답은 적외 스펙트럼 내로 충분히 연장된다. 이와 같이 해서, 컬러 필터, 예를 들어, 보다 긴 파장에서 높은 투과, 소망의 가시 색에서 높은 반사를 지니는 도 4a에 도시된 필터는 광기전력 전지에 "컬러"를 부여하기 위하여 실리콘 광기전력 전지 위에 배치하는 한편 다른 파장(예를 들어, 보다 긴 파장)에서 유용한 에너지 수집을 허용할 수 있다. 이하의 설명에서 논의되는 바와 같이, Si를 이용하는 IMOD 컬러 필터, 또는 기타 광기전력 재료 반도체는, 부분 반사체층으로서, 이 특성을 제공할 것이다.
도 5c는 도 4a에 도시된 바와 같이 구성된 광 에너지의 투과율(523)을 도시한 다이어그램이다. 이 실시형태는 50Å 두께의 몰리브덴 제1부분 반사체, 이산화규소를 포함하는 1800Å 두께의 광학 공명 공동부, 60Å 두께의 알루미늄 제2부분 반사체 및 유리 기판을 포함한다. 도 5c에 예시된 바와 같이, 투과율은 약 950㎚보다 낮은 파장에서 저감되고 이 특정 실시형태에서 약 20% 이하이다(기판 표면에서의 반사를 배제함).
도 5d는 도 4a에 도시된 바와 같이 구성된 간섭계 변조기의 기판 측으로부터의 광 에너지의 반사율(525)을 도시한 다이어그램이다. 이 실시형태는 50Å 두께의 몰리브덴 제1부분 반사체, 이산화규소를 포함하는 1800Å 두께의 광학 공명 공동부, 60Å 두께의 알루미늄 제2부분 반사체 및 유리 기판을 포함한다. 도 5d에 도시된 바와 같이, 이 특정 IMOD의 반사 피크는 약 600㎚의 파장에서 약 50%이다.
도 5e는 스페이서층의 두께가 변함에 따라 도 4a에 도시된 바와 같이 구성된 IMOD 컬러 필터의 기판 측으로부터 반사된 색을 도시한 CIE 1931 색도 다이어그램이다. IMOD 컬러 필터는 70Å 두께의 비정질 실리콘 제1부분 반사체, 70Å 두께의 비정질 실리콘 제2부분 반사체, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기판, 및 약 1000Å 내지 약 4650Å의 두께에서 변화하는 이산화규소를 포함하는 광학 공명 공동부를 포함한다. 스페이서층의 두께가 변화함에 따라서 PV 전지의 기판 측으로부터 반사된 색은 시리즈(527)에 의해 표시된다. 시리즈(527)를 작성하기 위하여, 스페이서층의 두께는 약 1000Å에서 약 4650Å까지 변화되었다. 반사된 광(527)을 나타내는 시리즈에 의해 알 수 있는 바와 같이, 도 4a에 도시된 바와 같이 구성된 IMOD 컬러 필터는 넓은 범위의 색을 반사시키는 능력이 있다.
도 5f는 도 4a에 도시된 바와 같이 구성된 간섭계 변조기의 기판 측으로부터 광 에너지의 반사율(531)을 나타내는 다이어그램이다. 이 실시형태는 비정질 실리콘을 포함하는 70Å 두께의 제1부분 반사체, 이산화규소를 포함하는 1500Å 두께의 스페이서층, 비정질 실리콘을 포함하는 70Å 두께의 제2부분 반사체 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기판을 포함한다. 도 5f에 예시된 바와 같이, 이 특정 IMOD의 반사 피크는 약 460㎚의 파장에서 약 35%이다. 이와 같이 해서, 도 5f를 작성하는 데 이용되는 IMOD는 가시광 스펙트럼에 대해 비교적 선명한 반사를 생성할 수 있다.
도 5g는 도 4a에 도시된 바와 같이 구성된 IMOD 적층체를 통한 광 에너지의 투과율(533)을 도시한 다이어그램이다. 이 실시형태는 비정질 실리콘을 포함하는 70Å 두께의 제1부분 반사체, 이산화규소를 포함하는 1500Å 두께의 스페이서층, 비정질 실리콘을 포함하는 70Å 두께의 제2부분 반사체 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기판을 포함한다. 도 5g에 예시된 바와 같이, 최대 투과율 피크는 약 950㎚의 파장에서 약 95% 이상(기판 표면에서의 반사를 배제함)이다. 이와 같이 해서, 도 5f 및 도 5g를 작성하는 데 이용되는 IMOD는 가시 스펙트럼에서 비교적 선명한 색을 반사하고 적외 스펙트럼에서 보다 긴 파장에서 더욱 전자기파를 투과시킨다. 도 5a에서의 각종 PV 재료의 스펙트럼 응답 및 도 5b에서의 Si의 스펙트럼 응답을 고려하면, 도 5g를 작성하는 데 이용되는 IMOD 구성은 광기전력 장치의 색에 영향을 미치는 한편 에너지 발전용의 광기전력 활성 재료에 대해서 유용한 보다 긴 전자기파를 투과시키는 데 이용될 수 있다.
도 5h는, 예를 들어, 도 4a에 도시된 바와 같이 구성된 일 실시형태의 IMOD 적층체를 통한 광 에너지의 상부 투과율값 하부 투과율값을 표시한 두 곡선을 도시한 다이어그램이다. 이 실시형태는 비정질 실리콘을 포함하는 70Å 두께의 제1부분 반사체, 비정질 실리콘을 포함하는 70Å 두께의 제2부분 반사체, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기판, 및 약 1200Å 내지 약 4000Å 사이에서 변화되는 스페이서층을 포함한다. 선(535)은 상부 투과율값을 나타내고, 선(536)은 낮은 투과율값을 나타낸다. IMOD 적층체를 통한 투과율 특성은 선(535)과 선(536) 사이에 항상 놓일 것이다. 도 5h에서 알 수 있는 바와 같이, 상부 투과율값(535)과 하부 투과율값(536)은 약 1200Å 내지 약 400Å 두께의 모든 스페이서에 대해서 약 800㎚보다 큰 파장에서 약 68%보다 크다(기판 표면에서의 반사를 배제함). 이와 같이 해서, IMOD의 기판 측으로부터 반사된 색은 해당 색의 넓은 범위를 반사시키는 한편 800㎚보다 큰 파장의 68% 이상을 투과시키도록 스페이서를 변화시킴으로써 조율될 수 있다.
도 5i는 파장의 범위에 있어서의 각종 재료의 굴절률과 소광계수를 비교한 다이어그램이다. 공기의 굴절률은 선(541)으로 표시된다. 알루미늄의 굴절률은 선(543)으로 표시되고, 알루미늄의 소광계수는 선(537)으로 표시된다. 몰리브덴의 굴절률은 선(549)으로 표시되고 몰리브덴의 소광계수는 선(545)으로 표시된다. 또한, 비정질 실리콘의 굴절률은 선(547)으로 표시되고, 비정질 실리콘의 소광계수는 선(539)으로 표시된다. 도 5i에서 알 수 있는 바와 같이, 비정질 실리콘의 소광계수는 약 520㎚ 이상의 파장에서 1.0 이하이고 약 700㎚ 이상의 파장에서 약 0.5 이하이다. 이와 같이 해서, 비정질 실리콘은 적외 스펙트럼에서 전자기파에 의해 매우 용이하게 침투된다. 도 5b를 참조하여 위에서 설명된 바와 같이, 실리콘 광기전력 전지의 전체적인 스펙트럼 응답은 적외 스펙트럼으로 연장될 것이다.
도 5j는, 예를 들어, 도 4a에 도시된 바와 같이 구성된 일 실시형태에 따라 간섭계 적층체로 덮인 샘플 PV 전지로부터의 피크 전력 출력의 부정적인 변화를 비교한 다이어그램이다. 시리즈(551)는 이산화규소 스페이서층이 약 2350Å 내지 약 5100Å 사이에서 변화함에 따라서 70Å 두께의 Si 제1부분 반사체와 70Å 두께의 Si 제2부분 반사체를 지닌 IMOD 적층체로 덮인 샘플 PV 전지로부터의 피크 전력 출력의 부정적인 변화를 나타낸다. 시리즈(553)는 이산화규소 스페이서층이 약 2350Å 내지 약 5100Å 사이에서 변화함에 따라서 140Å 두께의 Si 제1부분 반사체와 140Å 두께의 Si 제2부분 반사체로 덮인 샘플 PV 전지로부터의 피크 전력 출력의 부정적인 변화를 나타낸다. 시리즈(553)를 작성하는 데 이용되는 IMOD 적층체 내의 부분 반사체는 시리즈(551)를 작성하는 데 이용되는 IMOD 적층체에서의 부분 반사체보다 더 많이 반사하고 더 적게 투과시킨다. 도 5j에서 알 수 있는 바와 같이, 샘플 PV 전지의 전력 출력의 부정적인 변화는 실리콘 부분 반사체를 이용하는 IMOD 컬러 필터가 PV 전지에 부가된 경우에 약 15% 내지 35%뿐이었다. 또한, 이 출력에서의 부정적인 변화는, 동일한 샘플 PV 전지의 출력 혹은 효율을 약 75% 저감시킬 수 있는 몰리브덴 제1부분 반사체 및 알루미늄 제2부분 반사체를 이용해서 설계된 IMOD 필터보다 작다. 따라서, IMOD 필터를 내포하는 컬러 필터 또는 IMOD를 내포하는 PV 전지는, IMOD의 제1 및 제2부분 반사체가 실리콘 혹은 유사한 재료를 포함한다면 더욱 효율적일 수 있다.
도 6a는 표시장치, 간판 혹은 광고판에서와 같이 특정 화상, 형상, 정보 혹은 문자를 표시하도록 구성된 상이한 영역에서 상이한 반사된 색을 지니는 PV 장치의 일 실시형태를 도시하고 있다. 도 6a에서, 정적 표시장치(600)는 균일한 색의 다수의 영역(601a) 내지 (601g)을 포함한다. 예를 들어, 배경(단면(6b)을 따른 영역(601a), (601c), (601e) 및 (601g))은 황색, 적색, 녹색 혹은 백색 혹은 흑색일 수 있다. 문자 "ABC"(단면(6b)에서의 영역(601b), (601d), (601f))는 더욱 어두울 수 있다. 예를 들어, 문자 "ABC"는 청색일 수 있다.
도 6b는 PV 표시장치(600)의 단면을 도시하고 있다. 도 6b에 도시된 바와 같이, IMOD(200)에 입사한 광선(611), (612)은 광선(613), (614)에 의해 표시된 바와 같이 부분적으로 반사되고, 광선(615), (616)을 따라 부분적으로 투과된다. 예시된 단면에서, IMOD(200)는 부분 반사체층(201), 제1투명 전도성 재료층(403a) 및 PV 활성 재료층(301)을 포함한다. PV 활성 재료층(301)은 제2투명 전도성 재료층(403b) 상에 배치된다. PV 활성 재료층(301) 및 2개의 투명 전도성 재료층(403a), (403b)은 PV 전지(405)를 포함한다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 제1광학 공명 공동부층(403a)의 두께는 균일하지 않다. 제1투명 전도성 재료층(403a)은 IMOD(200)가 상이한 반사된 색에 대응하는 상이한 제1광학 공명 공동부층(403a) 두께를 지는 다수의 영역(601a) 내지 (601g)을 포함하도록 패턴화되어 있다. 예시된 바와 같이, 정적 디스플레이(600)는 두 상이한 색에 대응하는 두 가지 두께를 지니는 제1투명 전도성 재료층(403a)을 포함한다. 그러나, 표시장치(600)는 두 가지 이상의 두께를 포함할 수 있고, 따라서 두 가지 이상의 반사된 간섭계 표시색을 포함할 수 있다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 영역(601a), (601c), (601e) 및 (601g)은 비교적 큰 제1투명 전도성 재료층(403a)의 두께(617a)를 지닌다. 한편, 영역(605b), (605d), (605f)은 보다 작은 제1투명 전도성 재료층(403a)의 두께(617b)를 지닌다. 이들 상이한 두께는 반사된 광선(613), (614)에 대해서 상이한 피크(상이한 피크 파장에서)의 반사를 초래하도록 구성된다. 이와 같이 해서, 상기 표시장치의 하나의 영역은 하나의 색을 나타낼 것이고, 다른 영역은 다른 색을 나타낼 것이다. 적어도 하나의 영역에서, IMOD(200)는 가시 색을 표시하기 위하여 충분한 광을 반사하는 한편, PV 재료층(301)에 충분한 광을 투과시켜 전기를 발전시키도록 구성될 수 있다. 그러므로, 입사광선(611), (612)은 광선(613), (614)에서 부분 반사되는 한편, 충분한 광이 적어도 하나의 광선(617), (618)에서 투과되어 광기전력 활성 재료층(301)의 전류의 발생을 가능하게 할 수 있다. 도 6b는 박막 PV 장치를 도시하고 있다. 그러나, 당업자가 이해하는 바와 같이, PV 장치(600)는 제1투명 전도성 재료층(403a)과 광기전력 재료층(301) 사이에 위치될 수 있는 정면 전극을 구비한 전통적인 PV 활성층을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 당업자라면 PV 장치(600)가 PV 활성 재료층(301) 혹은 IMOD(200) 위에 여기에 도시되지 않은 층들, 예를 들어, 반사방지 코팅, 확산자, 혹은 패시베이션층을 포함할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또, PV 장치(600)는 균일한 색의 개별의 영역보다 연속적인 색 변화의 영역을 포함할 수도 있다. 당업자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 연속적인 색 변화는 제1투명 전도성 재료층(403a) 혹은 부분 반사체층(201)의 두께를 연속적으로 변화시킴으로써 달성될 수 있다.
도 6c 및 도 6d는 PV 표시장치(620)의 다른 실시형태를 도시하고 있다. 도 6c에서, PV 표시장치(620) 상에 표시된 화상 혹은 패턴은 임의의 화상이 다수의 화소(P1) 내지 (P15)로 구성되도록 픽셀화(pixilation)되어 있다. 그러므로, 화상 혹은 패턴은 도 6c에 도시된 바와 같이 규칙적인 화소의 어레이를 포함한다. 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 픽셀화는 도 6c에 도시된 바와 같이 디지털 화상을 정적 IMOD로의 이송을 위해 편리할 수 있다. 도 6d는 픽셀화된 PV 표시장치(620)의 일 실시형태를 나타낸 도 6c의 단면도이다. 예시된 바와 같이, IMOD(200)는 부분 반사체층(201), 제1투명 전도성 재료층(403a) 및 PV 활성 재료층(301)을 포함한다. 제1투명 전도성 재료층(403a)은 화소를 형성하기 위하여 패턴화된 다양한 두께를 지닌다. PV 활성 재료층(301)은 제2투명 전도성 재료층(403b) 상에 배치된다. PV 활성 재료층(301)과 두 투명 전도성 재료층(403a), (403b)은 PV 전지(405)를 포함한다. 각 화소(P1) 내지 (P15)는 하나의 화소가 별개의 부분 반사체층, 투명 전도성 재료층 및 PV 활성 재료층으로 구성될 수 있도록 균일한 간섭계 서브적층체의 영역에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 화소(P13)는 부분 반사체층(201), PV 활성 재료층(301) 및 제1투명 전도성 재료층(403c)으로 구성될 수 있다. 부분 반사체층(201), PV 활성 재료층(301) 및 제1투명 전도성 재료층(403d), (403e)은 마찬가지로 각각 각 화소 어레이 내의 화소(P14), (P15)를 형성할 수 있다. 예시된 바와 같이, 제1투명 전도성 재료층(403a), (403b), (403c)은 상이한 두께를 지녀, 상이한 착색된 화소로 될 수 있다. 다른 실시형태에서, 균일한 색의 영역에서와 같이, 수개의 인접한 제1투명 전도성 재료층은 대체로 동등한 두께를 지닐 수 있다.
도 6d를 더욱 참조하면, RGB 방식에 있어서, 화소(P1) 내지 (P15)는 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소를 포함할 수 있다. 더욱 일반적으로, 화소의 규칙적인 어레이는 복수개의 적색 화소, 복수개의 녹색 화소 및 복수개의 청색 화소를 포함할 수 있다. 그러므로, 예를 들어, 제1투명 전도성 재료층(403c)은 적색 화소를 형성할 수 있는 한편, 제1투명 전도성 재료층(403d)은 녹색 화소를 형성할 수 있으며, 제1투명 전도성 재료층(403e)은 청색 화소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 특히 CMY(시안, 마젠타, 황색), RYB(적색, 황색, 청색) 및 VOG(자색, 오렌지색, 녹색) 등의 다른 컬러 방식도 가능하다. 도 6d에 도시된 바와 같이, 제1투명 전도성 재료층(403c), (403d), (403e)의 두께는 반사된 광의 색에 영향을 받도록 주로 변화된다. 그러나, 부분 반사체층(201)의 두께는 또한 제1투명 전도성 재료층(403a)의 두께를 따라 화소에 대해서 변화될 수도 있다. 이것은, 부분 반사체층(201) 혹은 제1투명 전도성 재료층(403a)의 임의의 혹은 전부의 두께가 필요에 따라 적합화될 수 있으므로, 임의의 화소에 임의의 소망의 색(색조)과 음영(채도 및 밝기)을 지니도록 융통성을 허용한다.
도 6d에 도시된 바와 같이, 픽셀화된 IMOD(200)에서의 화소(P11), (P12)에 입사된 광선(622a), (623a)은 광선(622b), (623b)에 의해 표시된 바와 같이 부분적으로 반사되고 광선(622c), (623c)을 따라 부분적으로 투과된다. 반사된 광선(622b), (623b)은 상이한 파장 분포를 포함할 수 있으므로 화소(P11), (P12)용의 제1투명 전도성 재료층(403a)의 높이 혹은 두께에 따라서 상이한 색을 반사하거나 표시할 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 효율적인 전기 발전을 가능하게 하기 위하여, IMOD(200)는 색을 표시하도록 충분한 광을 반사하는 한편 광선(622c), (623c)을 따라 광기전력 활성 재료층(301)에 충분한 광이 투과되도록 구성될 수 있다. 이 목적을 달성하기 위하여, 부분 반사체층(201)은 재료의 소광계수에 따라 채택될 수 있다. 예를 들어, 부분 반사체층(201)은 비정질 실리콘을 포함할 수 있다.
도 7a 내지 도 7c는 IMOD(200)를 내포하는 PV 장치(730)(도 7c)를 제조하는 방법의 일례를 예시하고 있다. 이 예는 박막 활성 재료(301a), (301b)의 층들을 적층하는 단계(도 7c)를 이용한다. 도 7a에 예시된 바와 같이, 이러한 장치를 제조하는 방법은 스타터 적층체(710)를 작성하기 위하여 기판(311) 상에 형성된 PV 전지(405a)를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. PV 전지(405a)는 제1투명 전도성 재료층(403a), 제1 PV 활성 재료층(301a) 및 제2투명 전도성 재료층(403b)을 포함한다. 스타터 적층체(710)는 반사체 혹은 부분 반사체, 예를 들어, 제2 PV 활성 재료가 제2투명 전도성 재료층(403b) 상에 적층되면 소정의 색을 반사하도록 사전 조율될 수 있다. 스타터 적층체(710)는 제2투명 전도성 재료층 및/또는 제1 PV 활성 재료층(301a)의 두께를 조정함으로써 조율될 수 있다.
도 7a를 더욱 참조하면, 스타터 적층체(710)의 제조는 기판 및 해당 기판에 순차로 적층된 층에서 시작된다. 제1광기전력 활성 재료층(301a)은 물리적 기상 증착, 화학적 기상 증착, 전기-화학 기상 증착 혹은 플라즈마-증강 화학적 기상 증착뿐만 아니라 당업자에게 공지된 기타 방법에 의해 증착될 수도 있다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 비정질 실리콘층을 포함하는 PV 활성 재료층은 p-도핑된 실리콘을 구비한 하나 이상의 접합부를 포함할 수 있고, 또한 p-i-n 접합부를 더 포함할 수 있다. 제1 PV 활성 재료층(301a)에 대한 기타 적절한 재료로는 게르마늄(Ge), Ge 합금, 및 구리 인듐 갈륨 이셀렌화물(CIGS), 카드뮴 텔루라이드(CdTe) 등과 같은 합금뿐만 아니라, III-V족 반도체 재료, 혹은 탠덤 멀티-접합 광기전력 재료 및 막을 들 수 있다. III-V족 반도체 재료로는 비화갈륨(GaAs), 질화인듐(InN), 질화갈륨(GaN), 비화붕소(BAs) 등의 재료를 들 수 있다. 이들 재료를 형성하는 방법은 당업자에게 공지되어 있다. 예시된 예로서, CIGS와 같은 것은 구리, 갈륨 및 인듐이 공동-증착되거나 공동-스퍼터링되고 나서 셀렌화물 증기로 어닐링되어 최종적인 CIGS 구조체를 형성하는 진공계 공정에 의해 형성될 수 있다. 비진공계 대안적인 공정 또한 당업자에게 공지되어 있다. 적층체(710)는 단품으로 미리 형성되어 있을 수 있다.
도 7b를 참조하면, IMOD(200)를 내포하는 PV 장치(730)를 제조하는 방법은 제2적층체(720)를 이용할 수 있다. 제2적층체(720)는 제2 PV 활성 재료층(301b) 및 제3투명 전도성 재료층(403c)을 포함할 수 있다. 제2적층체(720)는 PV 장치(730)를 작성하기 위하여 사전 조율된 스타터 적층체(710)에 추가될 수 있다. 제2적층체(720)는 스타터 적층체(710)의 제2투명 전도성 재료 측 상에 순차로 층마다 적층될 수 있다.
이제 도 7c를 참조하면, PV 장치(730)는, 일 실시형태에 따르면, 제2적층체(720)가 스타터 적층체(710) 상에 층마다 적층되는 경우 형성된다. 예를 들어, 제3자는 PV 장치 제조자에게 소정량의 스타터 적층체(710)를 공급할 수 있고, 이어서 PV 장치 제조자는 스타터 적층체(710) 상에 제2 PV 활성 재료층(301b)을 적층하고 제2 PV 활성 재료층(301b) 상에 제3투명 전도성 재료층(403c)을 증착하여 PV 장치(730)를 얻음으로써 스타터 적층체(710) 상에 제2적층체(720)를 형성할 수 있다. 다른 실시형태에서, PV 장치(730)는 모놀리식 공정에서 제조될 수 있다. PV 장치(730)는 제2투명 전도성 재료층(403b)의 두께 및 제1 및 제2 PV 활성 재료층(301a), (301b)의 두께에 의거해서 소정의 색을 반사하도록 구성된다.
도 7c를 더욱 참조하면, PV 장치(730)는 두 PV 전지(405a), (405b)를 포함한다. PV 전지(405a), (405b)는 각각 PV 활성 재료층을 포함한다. 제1 PV 전지(405a)는 제1 PV 활성 재료층(301a)을 포함하고, 제2 PV 전지(405b)는 제2 PV 활성 재료층(301b)을 포함한다. 제1 및 제2 PV 활성 재료층(403a), (403b)은 모두 IMOD(200) 내에서 부분 반사체층으로서 역할한다. 이와 같이 해서, PV 장치(730)는 전력을 생산하고, 상기 장치의 기판 측으로부터 소정의 색을 반사하도록 구성되어 있다e.
도 7d 내지 도 7e는 IMOD(200)를 내포하는 PV 장치(750)(도 7e)를 제조하는 방법의 다른 예를 예시하고 있다. 도 7d에 예시된 바와 같이, 일 실시형태에서, 이러한 장치를 제조하는 방법은 스타터 적층체(740)를 제공하는 단계를 포함한다. 스타터 적층체(740)는 기판(311)과 제1투명 전도성 재료층(403a) 사이에 배치된 부분 반사체(201)를 포함할 수 있다. 스타터 적층체(740)는 반사체 혹은 부분 반사체, 예를 들어, PV 활성 재료가 제1투명 전도성 재료층(403a) 상에 증착된 경우 소정의 파장을 반사하도록 사전 조율될 수 있다. 스타터 적층체(740)는 제1투명 전도성 재료층(403a) 및/또는 부분 반사체(201)의 두께를 조정함으로써 조율될 수 있다. 부분 반사체(201)를 위하여 채택된 재료는 스타터 적층체(740)를 통해서 보다 긴 파장의 투과를 허용하도록 약 800㎚ 이상의 파장에서 낮은 소광계수를 지닐 수 있다.
이제 도 7e를 참조하면, PV 장치(750)는, 일 실시형태에 따르면, 제2 적층체(720)가 스타터 적층체(740) 상에 적층방식으로 증착될 경우 형성된다. 예를 들어, 제3자는 PV 제조자에게 소정량의 스타터 적층체(740)를 공급할 수 있다. PV 장치 제조자는 이어서 스타터 적층체(740) 상에 PV 활성 재료층(301)을 적층하고 나서 PV 활성 재료층(301) 상에 제2투명 전도성 재료층(403b)을 적층하여 PV 장치(750)를 형성함으로써 스타터 적층체(740) 상에 제2적층체(720)를 형성할 수 있다. 다른 실시형태에서, PV 장치(750)는 모놀리식 공정에서 제작될 수 있다. PV 장치(750)는 장치의 기판(311) 쪽으로부터 소정의 색을 반사하여 전력을 발생하도록 구성되어 있다.
도 7f는 일 실시형태에 따라서 1개의 IMOD와 2개의 PV 전지를 포함하는 PV 장치를 제조하는 방법(700)을 도시한 블록이다. 방법(700)은 기판 상에 제1투명 전도성 재료층을 증착시키는 스텝 701; 상기 제1투명 전도성 재료층 상에 제1 PV 활성 재료층(도면에서 "제1광기전력 활성층"이라 약칭함)을 증착시키는 스텝 703: 제1부분 반사체층 상에 제2투명 전도성 재료층을 증착시키는 스텝 705; 제2투명 전도성 재료층 상에 제2 PV 활성 재료층을 증착시키는 스텝 707; 및 상기 제2부분 반사체층 상에 제3투명 전도성 재료층을 증착시키는 스텝 709를 포함한다. 상기 방법(700)을 수행하면 도 4g에 도시된 장치와 유사한 PV 장치를 형성할 것이다. 각 스텝은 형성된 PV 장치의 기판 측으로부터 소정의 색을 반사시키는 한편 에너지 생산을 최대화하기 위하여 조정될 수 있다. 예를 들어, 제1 PV 활성 재료층은 적외 스펙트럼에서 낮은 소광계수를 가시광 스펙트럼에서 높은 소광계수를 지니는 재료를 포함할 수 있다. 제1 PV 활성 재료층에 이용되는 재료의 예로는 Ge, GaInP, α-Si, CdTe, GaAs, InP, 다결정 실리콘, 단결정 실리콘, ZnO 및 CIGS를 들 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 소정의 실시형태를 상세히 설명하고 있다. 그러나, 위에서 본문에 상세히 나타나 있다고 하더라도, 본 발명은 많은 방식으로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 상기 기술된 바와 같이, 본 발명의 소정의 특성이나 양상들을 기재할 때 특정 용어의 이용은, 해당 용어가 연관된 본 발명의 특성이나 양상들의 소정의 구체적인 특징을 포함하게끔 제한하기 위하여 여기서 재차 정의되어 있는 것을 의미하는 것은 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 범위는 따라서 첨부된 특허청구범위 및 그의 소정의 등가물에 따라 추론되어야만 한다.

Claims (51)

  1. 약 800㎚보다 큰 파장에서 약 1보다 작은 소광계수를 지니는 재료를 포함하는 제1부분 반사체층;
    약 800㎚보다 큰 파장에서 약 1보다 작은 소광계수를 지니는 재료를 포함하는 제2부분 반사체층; 및
    상기 제1부분 반사체층과 상기 제2부분 반사체층에 의해 규정된 제1광학 공명 공동부(optical resonant cavity)를 포함하는 컬러 필터링 장치(color filtering device).
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2부분 반사체층이 상기 제1광학 공명 공동부와 광기전력 활성층 사이에 위치되도록 배치된 해당 광기전력 활성층을 추가로 포함하는 컬러 필터링 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2부분 반사체층이 상기 제1광학 공명 공동부와 광기전력 전지(photovoltaic cell) 사이에 위치되도록 배치된 해당 광기전력 전지를 추가로 포함하는 컬러 필터링 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 광기전력 전지와 상기 제2부분 반사체층 사이에 접착제층을 추가로 포함하는 컬러 필터링 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 광기전력 전지와 상기 제2부분 반사체층 사이에 엘라스토머층(elastomer layer)을 추가로 포함하는 컬러 필터링 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1광학 공명 공동부는 약 700Å 내지 약 5000Å 사이의 두께를 지니는 것인 컬러 필터링 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1광학 공명 공동부의 두께는 상기 컬러 필터링 장치의 적어도 일부를 가로질러 균일하지 않은 것인 컬러 필터링 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1부분 반사체층은 약 20Å 내지 약 300Å 사이의 두께를 지니는 것인 컬러 필터링 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1부분 반사체와 상기 제2부분 반사체의 적어도 일부는 실질적으로 동일한 두께인 것인 컬러 필터링 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1부분 반사체층은 Ge, GaInP, α-Si, CdTe, GaAs, InP, 다결정 실리콘, 단결정 실리콘, ZnO 및 CIGS로 이루어진 군으로부터 선택된 재료를 포함하는 것인 컬러 필터링 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2부분 반사체층은 약 600㎚보다 큰 파장에서 약 1보다 작은 소광계수값을 지니는 재료를 포함하는 것인 컬러 필터링 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2부분 반사체층은 약 800㎚보다 큰 파장에서 약 0.5보다 작은 소광계수값을 지니는 재료를 포함하는 것인 컬러 필터링 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2부분 반사체층은 적외광에 대해서보다 가시광에 대해서 낮은 소광계수값을 지니는 재료를 포함하는 것인 컬러 필터링 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 제1부분 반사체층과 상기 제2부분 반사체층은 비정질 실리콘을 포함하는 것인 컬러 필터링 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 제1광학 공명 공동부는 스페이서층을 포함하는 것인 컬러 필터링 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 스페이서층은 이산화규소를 포함하는 것인 컬러 필터링 장치.
  17. 약 800㎚보다 큰 파장에서 약 1보다 작은 소광계수를 지니는 재료를 포함하는, 광을 부분적으로 반사하는 제1부분 반사수단;
    약 800㎚보다 큰 파장에서 약 1보다 작은 소광계수를 지니는 재료를 포함하는, 광을 부분적으로 반사하는 제2부분 반사수단; 및
    상기 제1부분 반사수단과 상기 제2부분 반사수단에 의해 규정된 제1광학 공명 공동부를 포함하는 컬러 필터링 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1부분 반사수단은 제1부분 반사체층을 포함하고, 상기 제2부분 반사수단은 제2부분 반사체층을 포함하는 것인 컬러 필터링 장치.
  19. 800㎚보다 큰 파장에서 약 1보다 작은 소광계수를 지니는 제1부분 반사수단;
    광기전력 활성 재료를 포함하는 제2부분 반사수단; 및
    상기 제1부분 반사체층과 상기 제2부분 반사체층에 의해 규정된 제1광학 공명 공동부를 포함하는 광기전력 장치(photovoltaic device).
  20. 제19항에 있어서, 상기 제1부분 반사수단은 제1부분 반사체층을 포함하는 것인 광기전력 장치.
  21. 800㎚보다 큰 파장에서 약 1보다 작은 소광계수를 지니는 재료를 포함하는 제1부분 반사체층;
    광기전력 활성 재료를 포함하는 제2부분 반사체층; 및
    상기 제1부분 반사체층과 상기 제2부분 반사체층에 의해 규정된 제1광학 공명 공동부를 포함하는 광기전력 장치.
  22. 제17항에 있어서, 상기 제1광학 공명 공동부는 약 700Å 내지 약 5000Å 사이의 두께를 지니는 것인 광기전력 장치.
  23. 제17항에 있어서, 상기 제1부분 반사체층은 약 20Å 내지 약 300Å 사이의 두께를 지니는 것인 광기전력 장치.
  24. 제17항에 있어서, 상기 제2부분 반사체층은 Ge, GaInP, α-Si, CdTe, GaAs, InP, 다결정 실리콘, 단결정 실리콘, ZnO 및 CIGS로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 광기전력 장치.
  25. 제17항에 있어서, 상기 제1부분 반사체층은 600㎚보다 큰 파장에서 1보다 작은 소광계수값을 지니는 재료를 포함하는 것인 광기전력 장치.
  26. 제17항에 있어서, 상기 제1부분 반사체층은 800㎚보다 큰 파장에서 0.5보다 작은 소광계수값을 지니는 재료를 포함하는 광기전력 장치.
  27. 제17항에 있어서, 상기 제1부분 반사체층은 적외 스펙트럼보다 가시광 스펙트럼에서 낮은 소광계수값을 지니는 재료를 포함하는 것인 광기전력 장치.
  28. 제17항에 있어서,
    상기 제2부분 반사체층이 반사체층과 상기 제1광학 공명 공동부 사이에 있도록 배치된 해당 반사체층; 및
    상기 제2부분 반사체층과 상기 반사체층에 의해 규정된 제2광학 공명 공동부를 추가로 포함하는 광기전력 장치.
  29. 제28항에 있어서, 상기 반사체층은 부분 반사체인 것인 광기전력 장치.
  30. 제28항에 있어서, 상기 제2광학 공명 공동부는 투명 전도성 재료를 포함하는 것인 광기전력 장치.
  31. 800㎚보다 큰 파장에서 약 1보다 작은 소광계수를 지니는 광기전력 활성 재료를 포함하는 제1부분 반사체층
    광기전력 활성 재료를 포함하는 제2부분 반사체층; 및
    상기 제1부분 반사체층 및 상기 제2부분 반사체층에 의해 규정된 제1광학 공명 공동부를 포함하는 광기전력 장치.
  32. 제31항에 있어서, 상기 제1광학 공명 공동부는 스페이서층을 포함하는 것인 광기전력 장치.
  33. 제32항에 있어서, 상기 스페이서층은 투명 전도성 재료를 포함하는 것인 광기전력 장치.
  34. 제32항에 있어서, 상기 스페이서층은
    제1투명 전도성 재료층;
    제2투명 전도성 재료층; 및
    상기 제1투명 전도성 재료층과 상기 제2투명 전도성 재료층에 의해 규정된 제2광학 공명 공동부를 포함하는 것인 광기전력 장치.
  35. 제34항에 있어서, 상기 제2광학 공명 공동부는 스페이서층을 포함하는 것인 광기전력 장치.
  36. 제35항에 있어서, 상기 제2광학 공명 공동부의 상기 스페이서층은 비전도성 재료(nonconductive material)를 포함하는 것인 광기전력 장치.
  37. 제33항에 있어서,
    상기 제1부분 반사체층이 상기 제1투명 전도성 재료층과 상기 스페이서층 사이에 위치되도록 배치된 제1투명 전도성 재료층; 및
    상기 제2부분 반사체층이 상기 제2투명 전도성 재료층과 상기 스페이서층 사이에 있도록 배치된 제2투명 전도성 재료층을 추가로 포함하는 광기전력 장치.
  38. 제1광기전력 활성 재료층;
    제2광기전력 활성 재료층;
    상기 제1광기전력 활성 재료층과 상기 제2광기전력 활성 재료층 사이에 배치된 광학 공명 공동부;
    상기 제1광기전력 활성 재료층이 상기 제1투명 전도성 재료층과 상기 광학 공명 공동부 사이에 있도록 배치된 제1투명 전도성 재료층; 및
    상기 제2광기전력 활성 재료층이 상기 제2투명 전도성 재료층과 상기 광학 공명 공동부 사이에 있도록 배치된 제2투명 전도성 재료층을 포함하는 광기전력 장치.
  39. 제31항에 있어서, 상기 광학 공명 공동부는 투명 전도성 재료를 포함하는 것인 광기전력 장치.
  40. 제31항에 있어서, 상기 제1광기전력 활성 재료층은 약 800㎚보다 큰 파장에서 약 1보다 작은 소광계수를 지니는 재료를 포함하는 것인 광기전력 장치.
  41. 제31항에 있어서, 상기 광학 공명 공동부는 복수개의 층을 포함하는 광기전력 장치.
  42. 기판 상에 제1투명 전도성 재료층을 증착(depositing)시키는 단계;
    상기 제1투명 전도성 재료층 상에 제1광기전력 활성층을 증착시키는 단계;
    상기 제1광기전력 활성층 상에 제2투명 전도성 재료층을 증착시키는 단계;
    상기 제2투명 전도성 재료층 상에 제2광기전력 활성층을 증착시키는 단계; 및
    상기 제2광기전력 활성층 상에 제3투명 전도성 재료층을 증착시키는 단계를 포함하는, 광기전력 장치의 제조방법.
  43. 제35항에 있어서, 상기 제1부분 반사체층은 약 800㎚보다 큰 파장에서 약 1보다 작은 소광계수를 지니는 재료를 포함하는 것인, 광기전력 장치의 제조방법.
  44. 제35항에 있어서, 상기 투명 전도성 재료층 상에 반사체층을 증착시키는 단계를 추가로 포함하는, 광기전력 장치의 제조방법.
  45. 제37항에 있어서, 상기 반사체층은 부분 반사체를 포함하는 것인, 광기전력 장치의 제조방법.
  46. 800㎚보다 큰 파장에서 약 1보다 작은 소광계수를 지니는 광기전력 활성 재료를 포함하는 제1부분 반사체층;
    광기전력 활성 재료를 포함하는 제2부분 반사체층;
    상기 제1부분 반사체층과 상기 제2부분 반사체층에 의해 규정된 제1광학 공명 공동부;
    반사체층;
    투명 전도성 재료를 포함하되, 상기 제2부분 반사체층과 상기 반사체층에 의해 규정된 제2광학 공명 공동부; 및
    상기 제1부분 반사체층이 투명 전도성 재료층과 상기 제1광학 공명 공동부 사이에 있도록 배치된 해당 투명 전도성 재료층을 포함하는 광기전력 장치.
  47. 제1부분 반사체 및 해당 제1부분 반사체 상에 배치된 투명 전도성 재료층을 포함하는 컬러 필터; 및
    상기 투명 전도성 재료층 상에 배치된 광기전력 활성 재료층을 포함하는 광기전력 장치.
  48. 정면측(front side)과 이면측(back side)을 구비하고, 제1부분 반사체를 포함하는 스타터 적층체(starter stack)를 제공하는 단계; 및
    상기 스타터 적층체의 상기 이면측 상에 광기전력 활성층을 증착시키는 단계를 포함하는, 광기전력 장치의 제조방법.
  49. 제48항에 있어서, 상기 스타터 적층체는 상기 제1부분 반사체가 투명 전도성 재료층과 상 스타터 적층체의 정면측 사이에 있도록 배치된 해당 투명 전도성 재료층을 포함하는 것인, 광기전력 장치의 제조방법.
  50. 제44항에 있어서, 상기 스타터 적층체는 투명 전도성 재료층, 및 해당 투명 전도성 재료층과 스페이서층이 상기 부분 반사체와 상기 스타터 적층체의 이면측 사이에 있도록 배치된 해당 스페이서층을 포함하는 것인, 광기전력 장치의 제조방법.
  51. 제48항에 있어서, 상기 제1부분 반사체는 약 800㎚보다 큰 파장에서 약 1보다 작은 소광계수를 지니는 재료를 포함하는, 광기전력 장치의 제조방법.
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