KR20120128543A - 투명 컬러 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 투명 컬러 태양전지를 개시한다. 그의 태양전지는 기판과, 상기 기판 상에 형성된 제 1 전극 층과, 상기 제 1 전극 층으로 제공되는 제 1 파장의 가시광을 흡수하고, 제 2 파장의 가시광을 선택적으로 투과시키는 동일한(???) 입자 크기의 양자점들을 갖는 투명 물질 층와, 상기 투명 물질 층 상에 형성된 제 2 전극 층을 포함한다.
Description
본 발명은 태양전지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 다양한 색상을 갖는 투명 컬러 태양전지에 관한 것이다.
태양전지는 태양광의 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 태양광 발전의 핵심 소자이다. 태양전지는 시계나 계산기 등 휴대용 전자기기에 사용되는 전원뿐만 아니라, 건물의 지붕과 자동차의 선루프에 설치된 소규모 분산 발전용으로부터 넓은 개활지에 설치된 산업 발전용에 이르기까지 다양한 형태로 이용되고 있다.
일반적으로, 태양전지는 투명 기판 상에 제조 되고 있다. 태양전지는 가시광(visible light of the sun)의 흡수율이 100%보다 작으면, 투명 태양전지로 칭하여질 수 있다. 사람들은 투명 태양전지를 통해 사물을 인식하거나 외부의 풍경을 볼 수 있기 때문이다. 투명 태양전지는 가시광에 대해 약 10% 이상의 투과율을 가질 수 있다. 가시광의 투과량은 개구율로 결정되거나, 광 흡수 층의 두께에 의해 결정될 수 있다. 또한, 가시광의 투과 파장대는 광 흡수 층의 밴드 갭에 의해 결정될 수 있다.
재료적인 측면에서 볼 때, 결정질 태양전지는 PN 접합 소자의 제작을 위해 일정 두께 이상의 단결정 또는 다결정 불투명기판을 포함하기 때문에 투명 태양전지로 활용될 수 없다. 반면, 박막 태양전지는 유리, 세라믹 소재, 플라스틱 필름 등의 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 형성되는 광 흡수 층을 포함할 수 있다. 광 흡수 층이 일정량의 가시광을 투과시키면, 박막 태양전지는 투명 태양전지로 구현될 수 있다. 철강소재, 일부 세라믹소재 등과 같은 불투명 기판 위에 투명태양전지를 형성하는 경우 광이 기판을 투과하지는 못하지만 반사함으로써 컬러 태양전지로 구현될 수 있다.
광 흡수 층의 투과도를 높이는 방법은 크게 두 가지로 대별될 수 있다. 첫째, 일반적으로 가장 상용화된 것으로, 광 흡수 층의 개구율을 조절하는 방법이 있다. 개구율 조절형 투명 태양전지는 광 흡수 층의 흡수 영역 이외에 별도의 투과 영역을 갖는다. 투과 영역 및 흡수 영역의 면적 비율에 따라 발전량과 투과도가 상반되게 증감될 수 있다. 때문에, 투과 영역을 갖는 투명 태양전지는 투과도가 증가되면 발전량이 줄어드는 단점이 있었다. 둘째, 투과 영역과 흡수 영역이 정의되지 않고, 광 흡수 층 전체에 대해 가시광을 흡수하고 일부는 투과시키는 방식이 있다. 이러한 방식의 투명 태양전지는 일반적으로 염료태양전지가 일반적으로 널리 알려져 있다. 염료태양전지는 색필터인 염료에 의해 컬러를 발현하기 때문에 발전량이 줄어들고 염료의 수명이 짧아 태양전지의 수명이 짧은 문제점이 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양광 발전 효율 및 시각적 특성을 극대화할 수 있는 투명 컬러 태양전지를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 다양한 컬러를 발현시킬 수 있는 투명 컬러 태양전지를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 투명 컬러 태양전지는, 기판; 상기 기판 상에 형성된 제 1 전극 층; 상기 제 1 전극 층으로 제공되는 제 1 파장의 가시광(a first wave length of a visible light of the sun)을 흡수하고, 제 2 파장의 가시광(a second wave length of the visible light)을 선택적으로 투과시키는 동일한 입자 크기의 양자점들을 갖는 투명 물질 층; 및 상기 투명 물질 층 상에 형성된 제 2 전극 층을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 양자 점들은 결정 실리콘을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 상기 양자점들은 비정질 실리콘을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 결정 실리콘 또는 비정질 실리콘은 1나노미터 내지 100나노미터의 직경을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 투명 물질 층은 무기 절연물을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 무기 절연물은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 또는 실리콘 탄화막 중 적어도 하나의 실리콘 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 무기 절연물은 알루미늄 산화막, 티타늄 산화막, 바나듐 산화막, 탄탈륨 산화막 또는 지르코늄 산화막 중 적어도 하나의 금속 산화막을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제 1 전극 층과 상기 투명 물질 층 사이에 형성된 제 1 불순물 층; 및 상기 투명 물질 층과 상기 제 2 전극 층 사이에 형성된 제 2 불순물 층을 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예적 구성에 따르면, 제 1 전극 층과 제 2 투명 전극 사이에서 동일한 입자 크기의 양자 점들을 갖는 무기물의 투명 물질 층을 포함할 수 있다. 양자 점들은 입자 크기에 비례하는 피크 파장의 가시광을 흡수하여 발전하고, 나머지 파장의 가시광을 선택적으로 투과시켜 컬러를 발현할 수 있다. 양자 점들은 입자의 크기에 따라 투과 파장의 컬러가 서로 다를 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 투명 컬러 태양전지는 태양광 발전 효율 및 투명도를 극대화할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 투명 컬러 태양전지를 나타내는 단면도들이다.
도 4는 도 1 내지 도 3의 제 1 내지 제 3 양자점들의 크기에 따른 가시광의 흡수 파장대역을 나타내는 그래프들이다.
도 4는 도 1 내지 도 3의 제 1 내지 제 3 양자점들의 크기에 따른 가시광의 흡수 파장대역을 나타내는 그래프들이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 바람직한 실시예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 투명 컬러 태양전지를 나타내는 단면도들이다. 도 4는 도 1 내지 도 3의 제 1 내지 제 3 양자 점들(52, 54, 56)의 크기에 따라 비례하는 가시광의 흡수 파장대역을 나타내는 그래프들이다. 도 1 내지 도 3에서 양자점 간의 거리는 태양전지로서 구동할 수 있는 간격을 가지는 것을 전제로 하며, 도면에 나타낸 개념도는 실제 양자점간의 거리를 나타내는 것이 아니다. 양자점간의 거리는 수Å ~ 수십nm 사이여야 태양전지로서의 구동이 가능하다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 투명 컬러 태양전지는 제 1 전극 층(20)과 제 2 전극 층(70) 사이의 투명 물질 층(40) 내에서 서로 다른 파장의 가시광을 흡수하고, 각기 다른 입자 크기를 갖는 제 1 내지 제 3 양자 점들(quantum dot, 52, 54, 54)을 포함할 수 있다. 제 1 내지 제 3 양자 점들(52, 54, 56)은 입자 크기에 비례하여 증가된 피크 파장의 가시광을 흡수하여 제 1 전극 층(20)과 제 2 전극 층(70)간에 전기를 생성할 수 있다. 또한, 제 1 내지 제 3 양자 점들(52, 54, 54)은 입자 크기에 비례하여 증가되는 장파장(long wavelength)의 가시광을 투과시킬 수 있기 때문에 각각의 입자 크기에 따라 다른 컬러를 발현할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 투명 컬러 태양전지는 태양광 발전 효율 및 시각적 특성을 극대화할 수 있다. 투명 컬러 태양전지는 각각 동일한 입자 크기를 갖는 제 1 내지 제 3 양자 점들(52, 54, 56)을 포함할 수 있다. 여기서, 동일한 입자 크기는 동일 또는 유사한 투과 파장 또는 흡수 파장을 갖는 특성을 갖는 제 1 내지 제 3 양자 점들(52, 54, 56)의 입자 크기로 정의될 수 있다.
기판(10)은 유리, 플라스틱 또는 세라믹과 같은 투명 기판을 포함할 수 있다. 제 1 전극 층(20)과 제 2 전극 층(70)은 인듐주석산화막(Indium Tin Oxide), B, Ga, In, Al 등의 불순물을 첨가한 산화아연막과 같은 투명 전극을 포함할 수 있다. 제 1 불순물 층(30)은 P형 투명 반도체 층을 포함할 수 있다. 제 2 불순물 층(60)은 N형 투명 반도체 층을 포함할 수 있다.
투명 물질 층(40)은 무기 절연층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 투명 물질 층(40)은 실리콘 산화막 실리콘 질화막, 실리콘 탄화막과 같은 실리콘 화합물을 포함할 수 있다. 또한, 투명 물질 층(40)은 알루미늄 산화막, 티타늄 산화막, 바나듐 산화막, 탄탈륨 산화막 또는 지르코늄 산화막 중 적어도 하나의 금속 산화막을 포함할 수 있다. 제 1 내지 제 3 양자 점들(52, 54, 56)은 실리콘(Si), 실리콘 게르마늄(SiGe), 구리인듐황(CuInS2), 구리인듐갈륨셀레늄(CuInGaSe2), 카드뮴텔루륨(CdTe), 갈륨아세닉(GaAs) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 내지 제 3 양자 점들(52, 54, 56)은 약 1nm 내지 100nm 평균 직경을 갖는 결정 실리콘 또는 비정질 실리콘을 포함할 수 있다. 투명 물질 층(40) 내의 제 1 내지 제 3 양자 점들(52, 54, 56) 각각의 양이 증가되면, 투과도는 감소될 수 있다. 따라서, 투명 물질 층(40)의 투과도는 제 1 내지 제 3 양자 점들(52, 54, 56) 각각의 양에 의해 정의될 수 있다.
투명 물질 층(40)은 제조 방법에 따라 제 1 내지 제 3 양자 점들(52, 54, 56)의 입자 크기를 결정할 수 있다. 예를 들어, 투명 물질 층(40) 내에 적층되는 수 nm이하의 소스 층들(미도시)의 열처리 공정에 의해 랜덤하게 응집되어 형성될 수 있다. 제 1 내지 제 3 양자 점들(52, 54, 56)은 소스 층들의 두께에 비례하여 증가되는 입자 크기를 가질 수 있다. 투명 물질 층(40)내의 소스층의 두께에 비례하여 제 1 내지 제 3 양자 점들(52, 54, 56)의 입자 크기가 증가될 수 있다. 예를 들어, 제 1 두께(d1)의 투명 물질 층(40)은 제 1 양자 점들(52)을 가질 수 있다. 제 1 두께(d1)보다 큰 제 2 두께(d2)의 투명 물질 층(40)은 제 1 양자 점들(52)보다 입자 크기가 큰 제 2 양자 점들(54)를 가질 수 있다. 투명 태양전지의 투명도는 상기 양자점을 포함한 투명 물질층(40)의 두께에 따라 달라질 수 있는데, 얇을수록 투명도가 증가할 수 있다.
즉, 제 1 내지 제 3 양자 점들(52, 54, 56)은 투명 물질 층(40)의 두께에 비례하여 순차적으로 증가된 각각의 평균 직경을 가질 수 있다. 제 1 내지 제 3 양자 점들(52, 54, 56) 각각은 평균 직경에 대응되는 해당 피크 파장의 가시광을 흡수하고, 나머지 장파장의 가시광을 투과시킬 수 있다. 제 1 내지 제 3 양자 점들(52, 54, 56)은 입자 크기가 작을수록 가시광의 흡수 파장이 감소할 수 있다. 반대로, 제 1 내지 제 3 양자 점들(52, 54, 56)은 입자 크기가 클수록 가시광의 투과 파장이 증가될 수 있다.
예를 들어, 제 1 양자 점들(52)은 약 400nm 내지 470nm 파장의 청색 스펙트럼을 흡수할 수 있다. 이때, 제 1 양자 점들(52)은 수 nm정도의 입자 크기를 가질 수 있다. 제 1 양자 점들(52)은 480nm 내지 700nm 파장의 녹색 내지 적색 스펙트럼이 혼합된 황색 또는 주황색 가시광을 투과시킬 수 있다. 제 2 양자 점들(54)은 약 400nm 내지 540nm 파장의 청색 내지 녹색 스펙트럼을 흡수할 수 있다. 상술한 바와 같이, 제 2 양자 점들(54)은 제 1 양자 점들(52)보다 큰 입자 크기를 가질 수 있다. 제 2 양자 점들(54)은 약 550nm 내지 700nm 파장의 황색, 주황색 및 적색 스펙트럼이 혼합된 가시광을 투과시킬 수 있다. 마찬가지로, 제 3 양자 점들(56)은 400nm 내지 670nm 파장의 청색 내지 주황색 스펙트럼을 흡수할 수 있다. 제 3 양자 점(56)은 680nm 내지 700nm 파장의 적색 스펙트럼을 투과시킬 수 있다. 따라서, 제 1 내지 제 3 양자 점들(52, 54, 56)은 입자 크기에 비례하는 피크 파장의 가시광을 흡수하여 발전하고, 나머지 장파장의 가시광을 선택적으로 투과시켜 컬러를 발현할 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 투명 컬러 태양전지는 태양광 발전 효율 및 투명도를 극대화시킬 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 기판 20: 제 1 전극 층
30: 제 1 불순물 층 40: 투명 물질 층
52, 54, 56: 제 1 내지 제 3 양자점들 60: 제 2 불순물 층
70: 제 2 전극 층
30: 제 1 불순물 층 40: 투명 물질 층
52, 54, 56: 제 1 내지 제 3 양자점들 60: 제 2 불순물 층
70: 제 2 전극 층
Claims (7)
- 기판;
상기 기판 상에 형성된 제 1 전극 층;
상기 제 1 전극 층으로 제공되는 제 1 파장의 가시광(a first wave length of a visible light of the sun)을 흡수하고, 제 2 파장의 가시광(a second wave length of the visible light)을 선택적으로 투과시키는 동일한 입자 크기의 양자점들을 갖는 투명 물질 층; 및
상기 투명 물질 층 상에 형성된 제 2 전극 층을 포함하는 투명 컬러 태양전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 양자 점들은 결정 실리콘 또는 비정질 실리콘을 포함하는 투명 컬러 태양전지. - 제 2 항에 있어서,
상기 결정 실리콘 또는 비정질 실리콘 양자점은 1나노미터 내지 100나노미터의 직경을 갖는 투명 컬러 태양전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 투명 물질 층은 무기 절연물을 포함하는 투명 컬러 태양전지. - 제 4 항에 있어서,
상기 무기 절연물은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 또는 실리콘 탄화막 중 적어도 하나의 실리콘 화합물을 포함하는 투명 컬러 태양전지. - 제 5 항에 있어서,
상기 무기 절연물은 알루미늄 산화막, 티타늄 산화막, 바나듐 산화막, 탄탈륨 산화막 또는 지르코늄 산화막 중 적어도 하나의 금속 산화막을 더 포함하는 투명 컬러 태양전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전극 층과 상기 투명 물질 층 사이에 형성된 제 1 불순물 층; 및
상기 투명 물질 층과 상기 제 2 전극 층 사이에 형성된 제 2 불순물 층을 더 포함하는 투명 컬러 태양전지.
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
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| KR1020120023633A KR20120128543A (ko) | 2011-05-12 | 2012-03-07 | 투명 컬러 태양전지 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20120128543A true KR20120128543A (ko) | 2012-11-27 |
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ID=47513277
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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| Country | Link |
|---|---|
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101602922B1 (ko) * | 2014-11-10 | 2016-03-14 | 한밭대학교 산학협력단 | 투명 컬러 태양전지 |
| US10236400B2 (en) | 2016-02-01 | 2019-03-19 | Heptagon Micro Optics Pte. Ltd. | Quantum dot film based demodulation structures |
| CN113514982A (zh) * | 2021-04-12 | 2021-10-19 | 惠州市华星光电技术有限公司 | 量子点透镜及背光模组 |
| CN114171620A (zh) * | 2021-12-07 | 2022-03-11 | 北京金茂绿建科技有限公司 | 彩色光伏电池及其制备方法 |
-
2012
- 2012-03-07 KR KR1020120023633A patent/KR20120128543A/ko not_active Application Discontinuation
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