KR20170059425A - Energy harvesting module for solar cells and solar cells comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 기존 태양전지의 최대 단점인 기후와 일조량에 따른 에너지 하베스팅 기술 저하를 극복하기 위한 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 태양전지용 에너지 하베스팅 모듈 및 이를 포함하는 태양전지로서 태양빛의 부재 시에도 지속적인 에너지 하베스팅이 가능한 태양전지 기술에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
최근 우리나라뿐만 아니라 전 세계가 에너지 위기 및 지구 온난화 등 환경에 대한 위기를 겪으면서 이를 극복하기 위한 관심으로 친환경 대체 에너지에 대한 활발한 연구가 이루어지고 있다. 특히 에너지 하베스팅 기술은 주변 환경에서 낭비되는 에너지원인 태양에너지, 열에너지, 기계적 에너지를 전기에너지로 바꾸는 신재생 에너지 기술로 기존 기술과는 다르게 낭비되는 에너지를 이용하기 때문에 비용 소모에 대한 이점으로 많은 주목을 받고 있는 연구이다. In recent years, not only Korea but also the whole world have suffered from environmental crisis such as energy crisis and global warming, and active research on environmentally friendly alternative energy has been carried out with an interest to overcome them. Especially, energy harvesting technology is a renewable energy technology that converts solar energy, thermal energy and mechanical energy, which are wasted energy in the surrounding environment, into electrical energy, which uses waste energy that is different from existing technology. .
에너지 하베스팅 기술 중에서도 가장 먼저 개발된 빛 에너지를 이용한 태양전지는 연구기간이 길고 많은 투자가 있었기 때문에 기술 성숙도가 높고 현재 상용화 단계까지 이르는 기술이다. 하지만 하기 표 1과 같이 태양의 빛 에너지를 이용하기 때문에 날씨와 시간, 공간에 따라 전기 에너지 발전에 제약을 받는다는 단점이 있다.Among the energy harvesting technologies, solar cells using light energy, which was first developed, have a long research period and a lot of investment, so they have a high technology maturity and a commercialization stage. However, as shown in Table 1 below, since the solar light energy is used, there is a disadvantage that it is restricted by electric energy generation depending on weather, time, and space.
[표 1][Table 1]
이러한 단점을 해결하기 위해서는 태양의 빛 에너지가 없을 때도 지속적으로 충전할 수 있는 새로운 개념의 에너지 하베스팅 기술에 대한 개발이 필요하다. To solve these drawbacks, it is necessary to develop a new concept of energy harvesting technology that can be continuously charged even when there is no sun's light energy.
본 발명자들은 다수의 연구 결과 decay time이 긴 인광형광체를 기반으로 하는 에너지 하베스팅용 모듈을 태양전지에 적용하는 기술을 개발함으로써 본 발명을 완성하였다. The present inventors have completed the present invention by developing a technology for applying an energy harvesting module based on a phosphorescent phosphor having a long decay time to a solar cell.
따라서, 본 발명의 목적은 decay time이 2시간 이상인 특성을 갖는 인광형광체의 새로운 용도 즉 태양전지의 에너지 하베스팅에 적용할 수 있는 에너지 하베스팅용 모듈을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a new application of a phosphorescent phosphor having a decay time of 2 hours or more, that is, a module for energy harvesting that can be applied to energy harvesting of a solar cell.
본 발명의 다른 목적은 decay time이 2시간 이상인 인광형광체를 포함하는 에너지 하베스팅 모듈을 포함함으로써 근자외선 빛 에너지원에 노출시킨 후 형광체로부터 지속적으로 발광되는 광원을 이용하여 태양이 없는 상태에서도 지속적으로 충전이 가능한 고효율 태양전지를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide an energy harvesting module including a phosphorescent phosphor having a decay time of 2 hours or more, thereby allowing a light source continuously emitting light from a phosphor after being exposed to a near ultraviolet light source, And to provide a highly efficient solar cell capable of being charged.
본 발명의 또 다른 목적은 기존 박막형 태양전지의 효율개선 뿐만 아니라 일조량에 영향을 받는 태양전지의 단점을 개선하고, 광원이 없을 때도 지속적인 충전이 가능한 태양전지를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a solar cell capable of improving the efficiency of a conventional thin-film solar cell, improving the disadvantage of the solar cell affected by the amount of sunshine, and constantly charging even when there is no light source.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상술된 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 먼저, 본 발명은 2시간 이상의 decay time을 갖는 인광형광체를 포함하는 태양전지용 에너지하베스팅모듈을 제공한다. In order to accomplish the object of the present invention, first, the present invention provides an energy harvesting module for a solar battery comprising a phosphorescent phosphor having a decay time of 2 hours or more.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 인광 형광체는 Sr3MgSi2O8:Eu2+,Dy3+, SrAl10SiO20:Eu2+,Ho3+, Ca3MgSi2O8:Eu2+,Dy3+, Ca2Al2SiO7:Ce3+,Mn2+, Sr2Al2SiO7:Eu2+,Dy3+, Sr2Al2SiO7:Ce3+, CaAl2Si2O8:Eu2+,Mn2+, SrMgSi2O6:Dy3+, BaMg2Si2O7:Ce3+, BaMg2Si2O7:Eu2+, Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+, Ba4(Si3O8)2:Eu2+,Dy3+, ba4(Si3O8)2:Eu2+,Ho3+, Lu2SiO5:Ce3+, CdSiO3:Gd3+, CaAl2O4:Eu2+,Nd3+, Sr4Al14O25:Eu2+,Dy3+, (Ca,Sr)2P2O7:Eu2+,Y3+, Ca9Bi(PO4)7:Eu2+,Dy3+, Ca2SnO4:Tm3+, Mg2SnO4:Ti4+, Ca2SnO4:Gd3+, Ca3Al2O5Cl2:Ce3+ 로 구성된 그룹에서 선택되는 하나 이상의 청색형광체이다. In a preferred embodiment, the
바람직한 실시예에 있어서, 상기 인광 형광체는 (Ca,Ba)2MgSi2O7:Eu2+,Tm3+, CaAl2Si2O8:Eu2+,Pr3+, Ca2Al2SiO7:Ce3+,Mn2+, CdSiO3:Tb3+, SrAl2O4:Eu2+,Dy3+, Sr4Al14O25:Eu2+,Dy3+, SrAl2O4:Ce3+,Mn2+, CaAl2O4:Ce3+,Tb3+, Zn3Ga2Ge2O10:Mn2+, Zn3(PO4)2:Mn2+,Ga3+, CaZnGe2O6:Tb3+, Li2ZnGeO4:Mn2+, Zn2GeO4:Mn2+, CaSnO3:Tb3+, Ca2SnO4:Tb3+, Mn2SnO4:Mn2+, Mg2SnO4, ZnS:Cu2+,Co2+, SrSi2O2N2:Eu2+, Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu2+로 구성된 그룹에서 선택되는 하나 이상의 녹색형광체이다.In a preferred embodiment, the phosphorescent phosphor is at least one selected from the group consisting of (Ca, Ba) 2 MgSi 2 O 7 : Eu 2+ , Tm 3+ , CaAl 2 Si 2 O 8 : Eu 2+ , Pr 3+ , Ca 2 Al 2 SiO 7 : Ce 3+ , Mn 2+ , CdSiO 3 : Tb 3+ , SrAl 2 O 4 : Eu 2+ , Dy 3+ , Sr 4 Al 14 O 25 : Eu 2+ , Dy 3+ , SrAl 2 O 4 : Ce 3+ , Mn 2+ , CaAl 2 O 4 : Ce 3+ , Tb 3+ , Zn 3 Ga 2 Ge 2 O 10 : Mn 2+ , Zn 3 (PO 4 ) 2 : Mn 2+ , Ga 3+ , CaZnGe 2 O 6 : Tb 3+ , Li 2 ZnGeO 4 : Mn 2+ , Zn 2 GeO 4 : Mn 2+ , CaSnO 3 : Tb 3+ , Ca 2 SnO 4 : Tb 3+ , Mn 2 SnO 4 : Mn 2+ , Mg 2 SnO 4 , ZnS: Cu 2+ , Co 2+ , SrSi 2 O 2 N 2 : Eu 2+ , Ca 8 Mg (SiO 4 ) 4 Cl 2 : Eu 2+ It is a phosphor.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 인광 형광체는 Sr3SiO5:Eu2+,Lu3+, Ca2ZnSi2O7:Eu2+, Y2O2S:Ti3+,Mg2+,Gd3+,Lu3+, Ca2BO3Cl:Eu2+,Dy3+로 구성된 그룹에서 선택되는 하나 이상의 황색형광체이다. In a preferred embodiment, the phosphorescent phosphor is one selected from the group consisting of Sr 3 SiO 5 : Eu 2+ , Lu 3+ , Ca 2 ZnSi 2 O 7 : Eu 2+ , Y 2 O 2 S: Ti 3+ , Mg 2+ , Gd 3 + , Lu 3+ , Ca 2 BO 3 Cl: Eu 2+ , and Dy 3+ .
바람직한 실시예에 있어서, 상기 인광 형광체는 MgSiO3:Eu2+,Mn2+, CdSiO3:Sm3+,Pr3+, Na2CaSn2Ge3O12:Sm3+, CaZnGe2O6:Mn2+, CaTiO3:Pr3+, Sr3Al2O5Cl2:Ce3+,Eu2+로 구성된 그룹에서 선택되는 하나 이상의 적색형광체이다. In a preferred embodiment, the phosphorescent phosphor is selected from the group consisting of MgSiO 3 : Eu 2+ , Mn 2+ , CdSiO 3 : Sm 3+ , Pr 3+ , Na 2 CaSn 2 Ge 3 O 12 : Sm 3+ , CaZnGe 2 O 6 : At least one red phosphor selected from the group consisting of Mn 2+ , CaTiO 3 : Pr 3+ , Sr 3 Al 2 O 5 Cl 2 : Ce 3+ , and Eu 2+ .
바람직한 실시예에 있어서, 상기 인광 형광체는 3시간 내지 120시간 동안 발광하는 특성을 갖는다. In a preferred embodiment, the phosphorescent phosphor has a characteristic of emitting light for 3 to 120 hours.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 인광형광체는 제막되어 인광형광체필름 상태로 포함된다. In a preferred embodiment, the phosphorescent phosphor is formed into a phosphorescent phosphor film.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 인광형광체필름은 그 두께가 3cm이하이다. In a preferred embodiment, the phosphorescent phosphor film has a thickness of 3 cm or less.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 인광형광체필름은 반사판에 부착된다. In a preferred embodiment, the phosphorescent phosphor film is attached to the reflector.
또한, 본 발명은 상술된 어느 하나의 에너지하베스팅모듈을 포함하는 태양전지를 제공한다. The present invention also provides a solar cell comprising any one of the above-described energy harvesting modules.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 태양전지는 에너지원이 없을 때도 지속적으로 충전이 가능하다. In a preferred embodiment, the solar cell can be continuously charged even when there is no energy source.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 태양전지는 박막형, 유기물, 염료감응, 나노구조의 태양전지 중 어느 하나이다. In a preferred embodiment, the solar cell is one of a thin film, an organic material, a dye-sensitized solar cell, and a nanostructure solar cell.
본 발명의 에너지 하베스팅용 모듈은 decay time이 2시간 이상인 특성을 갖는 인광형광체의 새로운 용도-태양전지의 에너지 하베스팅에 적용할 수 있다-를 제공한다.The energy harvesting module of the present invention provides a novel use of phosphorescent phosphors having a decay time of more than 2 hours, which is applicable to energy harvesting of solar cells.
또한, 본 발명의 태양전지는 decay time이 2시간 이상인 인광형광체를 포함하는 에너지 하베스팅 모듈을 포함함으로써 근자외선 빛 에너지원에 노출시킨 후 형광체로부터 지속적으로 발광되는 광원을 이용하여 태양이 없는 상태에서도 지속적으로 충전이 가능하므로 효율을 높일 수 있다. In addition, the solar cell of the present invention includes an energy harvesting module including a phosphorescent phosphor having a decay time of 2 hours or more, so that it can be used in a state without sun by exposing it to a near ultraviolet light energy source and then continuously emitting light from the phosphor. Continuous charging is possible, which can increase efficiency.
또한, 본 발명의 태양전지는 기존 박막형 태양전지의 효율개선 뿐만 아니라 일조량에 영향을 받는 태양전지의 단점을 개선하고, 광원이 없을 때도 지속적인 충전이 가능하다. Further, the solar cell of the present invention not only improves the efficiency of a conventional thin-film solar cell but also improves the disadvantage of the solar cell influenced by the amount of sunshine and enables continuous charging even when there is no light source.
이와 같이 본 발명에 의하면 현재 에너지 하베스팅 기술로 가장 넓게 범용되고 있는 태양전지의 치명적인 단점을 획기적으로 극복하며, 현재 상용되고 있는 결정질 Si 태양전지뿐만 아니라 박막형, 유기물, 염료감응, 나노구조의 차세대 태양전지까지 광범위에 적용할 수 있으므로 경제성ㅇ산업성이 매우 우수하다.As described above, according to the present invention, the present invention overcomes the fatal disadvantages of the solar cell, which is the most widely used by the present energy harvesting technology, and it can be applied not only to the currently used crystalline Si solar cell but also to the next generation solar cell of thin film type, organic material, dye sensitized, It can be applied to a wide range of batteries, which is very economical and industrially excellent.
도 1은 (a)형광과 (b)인광의 발광 프로세스 모식도이다.
도 2는 여기원 노출에 따른 인광 특성 관찰 이미지이다.
도 3은 LED용 형광체 NaCaBO3:Ce3+,Mn2+,Tb3+와 (b) 인광 형광체 Zn3Ga2Ge2O10: Cr3+의 decay time을 비교한 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 24시간 all day 에너지 하베스팅 시스템 예상도이다.
도 5 내지 9는 본 발명의 실시예들에 따른 에너지하베스팅모듈을 포함하는 태양전지의 특성을 solar simulator로 측정한 결과 그래프이다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram of a process of (a) fluorescence and (b) phosphorescence.
2 is an image of observation of a phosphorescence characteristic according to an excitation exposure.
FIG. 3 is a graph comparing the decay times of the phosphors for LEDs NaCaBO 3 : Ce 3+ , Mn 2+ , and Tb 3+ and (b) phosphorescent phosphor Zn 3 Ga 2 Ge 2 O 10 : Cr 3+ .
FIG. 4 is a 24 hour all day energy harvesting system prediction map according to the present invention. FIG.
5 to 9 are graphs illustrating solar cell characteristics of a solar cell including an energy harvesting module according to an embodiment of the present invention.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.Although the terms used in the present invention have been selected as general terms that are widely used at present, there are some terms selected arbitrarily by the applicant in a specific case. In this case, the meaning described or used in the detailed description part of the invention The meaning must be grasped.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the technical structure of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and preferred embodiments.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 본 발명을 설명하기 위해 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Like reference numerals used to describe the present invention throughout the specification denote like elements.
본 발명의 기술적 특징은 decay time이 2시간 이상이어서 짧은 여기원 노출에도 장시간 빛 에너지로 발광하는 특성을 갖는 인광형광체를 새로운 용도로 적용한 것에 있다. 즉 deacy time이 긴 인광형광체를 기반으로 한 태양전지용 에너지 하베스팅용 모듈을 개발하고, 이를 통해 근자외선 빛 에너지원에 노출시킨 후 형광체로부터 지속적으로 발광되는 광원을 이용하여 태양이 없는 상태에서도 지속적으로 충전이 가능한 무한동력 개념의 에너지 하베스팅 기술을 제공할 수 있기 때문이다.The technical feature of the present invention is that a phosphorescent phosphor having a decay time of 2 hours or more and having a characteristic of emitting light with a long-time light energy even in a short excitation exposure is used as a new application. That is, a module for energy harvesting for a solar cell based on a phosphorescent phosphor having a long deacy time was developed and exposed to a near ultraviolet light energy source. Then, the light source continuously emitting light from the phosphor was used to continuously charge This is because the energy harvesting technology of the infinite power concept is possible.
보다 구체적으로 살펴보면, 무기형광체는 근자외선의 높은 영역대의 빛을 청색부터 적색까지 가시광의 낮은 영역대의 빛 에너지로 변환하는 물질로 최근 LED에 적용되어 조명 및 디스플레이 분야에 많은 연구 개발이 이루어지고 있는데, 도 1에 도시된 바와 같이 형광은 여기원에 의해 들뜬 전자가 바로 바닥상태로 내려와 광원이 제거되는 순간 빛이 나지 않아 시분해 시간이 약 수 ns ~ ㎲인 것에 반해 인광은 여기원에 의해 들뜬 전자가 여러 준위를 거치며 천이되어 광원이 제거되어도 도 2에 도시된 바와 같이 수초에서 최대 120 시간이상 발광이 지속되는 특성을 가진다. More specifically, inorganic phosphors are materials that convert light from a high region of near ultraviolet rays to light energy of a low region of visible light from blue to red. Recently, many researches and developments have been made in the fields of illumination and display, As shown in FIG. 1, fluorescence is a phenomenon in which electrons excited by an excitation source directly fall to a bottom state, light does not emerge at a moment when a light source is removed, time sharing time is about several ns to μs, As shown in FIG. 2, the light emission continues for a maximum of 120 hours at a few seconds even if the light source is removed through a plurality of levels.
그 결과 decay time이 긴 인광체의 특성을 이용하게 되면 짧은 여기원 노출로도 장시간의 발광을 갖게 할 수 있는데, 여기원은 인공 광원이 아닌 태양의 빛 에너지에 포함되어 있는 근자외선 영역으로도 가능하기 때문에 태양전지의 기존 특성에 벗어나지 않는 이점을 가지고 있다.As a result, if the characteristics of a phosphor having a long decay time is utilized, a short excitation light can be emitted for a long time. The excitation source can also be a near-ultraviolet region included in the light energy of the sun rather than an artificial light source Therefore, it has an advantage that it does not deviate from the existing characteristics of the solar cell.
이와 같이 decay time이 긴 인광형광체를 이용하면 광원이 존재할 때 충전된 빛 에너지를 저장하는 역할을 할 수 있으므로, 도 4에 도시된 바와 같이 이 특성에 의하여 태양의 빛 에너지가 없는 상태에서도 지속적으로 충전이 가능한 시스템을 구현할 수 있다.As shown in FIG. 4, since the phosphorescent phosphor having a long decay time can be used to store the charged light energy in the presence of the light source, the phosphor can be continuously charged It is possible to implement such a system.
따라서, 본 발명의 태양전지용 에너지 하베스팅용 모듈은 2시간 이상의 decay time을 갖는 인광형광체를 포함한다. 그 결과 본 발명에서 사용되는 인광형광체는 색깔과 무관하게 decay time이 2시간 이상이기만 하면 공지된 모든 인광형광체가 사용될 수 있는데, 바람직하게는 3시간 내지 120시간 동안 발광하는 특성을 갖는 인광형광체일 수 있다.Accordingly, the energy harvesting module for a solar cell of the present invention comprises a phosphorescent phosphor having a decay time of 2 hours or more. As a result, the phosphorescent phosphor used in the present invention may be any phosphorescent phosphor as long as the decay time is not less than 2 hours regardless of the color, preferably phosphorescent phosphor having a characteristic of emitting light for 3 hours to 120 hours have.
일 구현예로서, 본 발명에서 사용될 수 있는 청색형광체는 Sr3MgSi2O8:Eu2+,Dy3+, SrAl10SiO20:Eu2+,Ho3+, Ca3MgSi2O8:Eu2+,Dy3+, Ca2Al2SiO7:Ce3+,Mn2+, Sr2Al2SiO7:Eu2+,Dy3+, Sr2Al2SiO7:Ce3+, CaAl2Si2O8:Eu2+,Mn2+, SrMgSi2O6:Dy3+, BaMg2Si2O7:Ce3+, BaMg2Si2O7:Eu2+, Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+, Ba4(Si3O8)2:Eu2+,Dy3+, ba4(Si3O8)2:Eu2+,Ho3+, Lu2SiO5:Ce3+, CdSiO3:Gd3+, CaAl2O4:Eu2+,Nd3+, Sr4Al14O25:Eu2+,Dy3+, (Ca,Sr)2P2O7:Eu2+,Y3+, Ca9Bi(PO4)7:Eu2+,Dy3+, Ca2SnO4:Tm3+, Mg2SnO4:Ti4+, Ca2SnO4:Gd3+, Ca3Al2O5Cl2:Ce3+ 로 구성된 그룹에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 녹색형광체는 (Ca,Ba)2MgSi2O7:Eu2+,Tm3+, CaAl2Si2O8:Eu2+,Pr3+, Ca2Al2SiO7:Ce3+,Mn2+, CdSiO3:Tb3+, SrAl2O4:Eu2+,Dy3+, Sr4Al14O25:Eu2+,Dy3+, SrAl2O4:Ce3+,Mn2+, CaAl2O4:Ce3+,Tb3+, Zn3Ga2Ge2O10:Mn2+, Zn3(PO4)2:Mn2+,Ga3+, CaZnGe2O6:Tb3+, Li2ZnGeO4:Mn2+, Zn2GeO4:Mn2+, CaSnO3:Tb3+, Ca2SnO4:Tb3+, Mn2SnO4:Mn2+, Mg2SnO4, ZnS:Cu2+,Co2+, SrSi2O2N2:Eu2+, Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu2+로 구성된 그룹에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 황색형광체는 Sr3SiO5:Eu2+,Lu3+, Ca2ZnSi2O7:Eu2+, Y2O2S:Ti3+,Mg2+,Gd3+,Lu3+, Ca2BO3Cl:Eu2+,Dy3+로 구성된 그룹에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 적색형광체는 MgSiO3:Eu2+,Mn2+, CdSiO3:Sm3+,Pr3+, Na2CaSn2Ge3O12:Sm3+, CaZnGe2O6:Mn2+, CaTiO3:Pr3+, Sr3Al2O5Cl2: Ce3+,Eu2+로 구성된 그룹에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. 여기서, SrAl2O4:Eu2+,Dy3+은 첨가되는 Eu2+,Dy3+의 함량과 합성 방법에 따라 적은 양일때는 녹색형광체로 많은 양일 때는 적색형광체로 작용하는 특성을 갖는다.In one embodiment, the blue phosphors usable in the present invention are Sr 3 MgSi 2 O 8 : Eu 2+ , Dy 3+ , SrAl 10 SiO 20 : Eu 2+ , Ho 3+ , Ca 3 MgSi 2 O 8 : Eu 2+ , Dy 3+ , Ca 2 Al 2 SiO 7 : Ce 3+ , Mn 2+ , Sr 2 Al 2 SiO 7 : Eu 2+ , Dy 3+ , Sr 2 Al 2 SiO 7 : Ce 3+ , CaAl 2 Si 2 O 8 : Eu 2+ , Mn 2+ , SrMgSi 2 O 6 : Dy 3+ , BaMg 2 Si 2 O 7 : Ce 3+ , BaMg 2 Si 2 O 7 : Eu 2+ , Sr 2 MgSi 2 O 7 : Eu 2+, Dy 3+, Ba 4 (Si 3 O 8) 2: Eu 2+, Dy 3+, ba 4 (Si 3 O 8) 2: Eu 2+, Ho 3+, Lu 2 SiO 5: Ce 3+, CdSiO 3: Gd 3+ , CaAl 2 O 4: Eu 2+, Nd 3+, Sr 4 Al 14 O 25: Eu 2+, Dy 3+, (Ca, Sr) 2 P 2 O 7: Eu 2+ , Y 3+ , Ca 9 Bi (PO 4 ) 7 : Eu 2+ , Dy 3+ , Ca 2 SnO 4 : Tm 3+ , Mg 2 SnO 4 : Ti 4+ , Ca 2 SnO 4 : Gd 3 + , Ca 3 Al 2 O 5 Cl 2 : Ce 3+ . The green phosphors that can be used in the present invention include (Ca, Ba) 2 MgSi 2 O 7 : Eu 2+ , Tm 3+ , CaAl 2 Si 2 O 8 : Eu 2+ , Pr 3+ , Ca 2 Al 2 SiO 7 : Ce 3+ , Mn 2+ , CdSiO 3 : Tb 3+ , SrAl 2 O 4 : Eu 2+ , Dy 3+ , Sr 4 Al 14 O 25 : Eu 2+ , Dy 3+ , SrAl 2 O 4 : Ce 3 + , Mn 2+ , CaAl 2 O 4 : Ce 3+ , Tb 3+ , Zn 3 Ga 2 Ge 2 O 10 : Mn 2+ , Zn 3 (PO 4 ) 2 : Mn 2+ , Ga 3+ , CaZnGe 2 O 6: Tb 3+, Li 2 ZnGeO 4:
또한, 본 발명의 태양전지용 에너지 하베스팅용 모듈은 상술된 특성을 갖는 인광형광체를 다양한 구조로 포함할 수 있는데, 일 구현예로서 인광형광체가 제막되어 인광형광체필름 상태로 포함될 수 있을 것이다. 이 때 인광형광체필름은 인광형광체와 레진의 중량비가 1: 1~5의 비율로 혼합하여 필름형태로 제조한 것일 수 있다. 인광형광체필름에 사용되는 레진은 공지된 모든 레진이 사용가능하며 일 구현예로서 에폭시레진 또는 실리콘레진 등이 사용될 수 있다. 인광형광체필름의 두께는 형광체의 재흡수 및 경제성 등을 고려하여 2cm이하일 수 있는데, 바람직하게는 0.2 내지 1.5cm의 두께를 가질 수 있다. 또한, 후술하는 실험예에서 알 수 있듯이 반사판에 인광형광체필름을 부착한 상태로 태양전지용 에너지 하베스팅용 모듈에 사용되면 더 높은 효율을 얻을 수 있다. In addition, the energy harvesting module for a solar cell of the present invention may include phosphorescent phosphors having the above-described characteristics in various structures. In one embodiment, the phosphorescent phosphor may be formed as a phosphorescent phosphor film. In this case, the phosphorescent phosphor film may be a film formed by mixing phosphorescent phosphor and resin in a weight ratio of 1: 1 to 5. As the resin used in the phosphorescent phosphor film, all known resins can be used. As an embodiment, an epoxy resin, a silicone resin, or the like can be used. The thickness of the phosphorescent phosphor film may be 2 cm or less, preferably 0.2 to 1.5 cm, in consideration of the reabsorption of the phosphor and economical efficiency. In addition, as can be seen from the experiment examples to be described later, higher efficiency can be obtained when the phosphorescent phosphor film is attached to the reflector and used in an energy harvesting module for a solar cell.
실시예 1Example 1
청색형광체를 함유하는 인광형광체필름을 포함하는 태양전지용 에너지 하베스팅용 모듈1을 다음과 같이 제조하였다.A
청색형광체인 Sr3MgSi2O8:Eu2+,Dy3+와 에폭시레진을 1:1의 중량비로 혼합한 후 필름형태로 제막한 다음 상온에서 건조시켜 인광형광체필름을 2 mm의 두께 및 2.25 cm2의 면적으로 제조하였다.The blue phosphors Sr 3 MgSi 2 O 8 : Eu 2+ , Dy 3+ and epoxy resin were mixed at a weight ratio of 1: 1, and then the film was formed into a film. The phosphor was dried at room temperature to obtain a phosphor film having a thickness of 2 mm and a thickness of 2.25 cm < 2 & gt ;.
제조된 인광형광체필름을 그대로 태양전지용 에너지 하베스팅용 모듈로 사용하였다.The phosphorescent phosphor film thus prepared was used as an energy harvesting module for a solar cell.
실시예 2Example 2
녹색형광체인 SrAl2O4:Eu2+,Dy3+를 사용한 것을 제외하면 실시예1과 동일한 방법을 수행하여 녹색형광체를 함유하는 인광형광체필름을 포함하는 태양전지용 에너지 하베스팅용 모듈2를 제조하였다. Except that the green phosphors SrAl 2 O 4 : Eu 2+ and Dy 3+ were used, a
실시예 3Example 3
적색형광체인 SrAl2O4:Eu2+,Dy3+를 사용한 것을 제외하면 실시예1과 동일한 방법을 수행하여 적색형광체를 함유하는 인광형광체필름을 포함하는 태양전지용 에너지 하베스팅용 모듈3을 제조하였다. Except that the red phosphors SrAl 2 O 4 : Eu 2+ and Dy 3+ were used, a
실시예 4Example 4
실시예2에서 얻어진 인광체필름2장을 대각선으로 배치한 후 실시예1에서 얻어진 인광형광체필름 1장과 실시예3에서 얻어진 인광체필름 1장을 배치하여 전체적으로 사각형상의 태양전지용 에너지 하베스팅용 모듈4를 제조하였다. Two phosphor films obtained in Example 2 were diagonally arranged, and then one phosphorphosphorescent film obtained in Example 1 and one phosphor film obtained in Example 3 were disposed to manufacture a quadrangle-shaped solar cell energy harvesting module 4 as a whole Respectively.
실시예 5 내지 8Examples 5 to 8
실시예1 내지 실시예4에서 얻어진 인광형광체필름을 각각 반사판과 함께 부착하여 태양전지용 에너지 하베스팅용 모듈5 내지 8을 제조하였다. The phosphorescent phosphor films obtained in Examples 1 to 4 were attached to reflectors, respectively, to produce
실시예 9 내지 15Examples 9 to 15
공지된 태양전지에 실시예1 내지 실시예 8에서 얻어진 태양전지용 에너지 하베스팅용 모듈1 내지 8을 포함시켜 에너지하베스팅 태양전지1 내지 8을 제조하였다.Energy harvesting
실험예 1Experimental Example 1
실시예 9 내지 11 및 14에서 얻어진 태양전지1 내지 3 및 7을 대상으로 다른광원이 없는 상태에서 그 특성을 solar simulator (PV measurement, Inc., USA)를 이용하여 측정하고 그 결과를 도 5 내지 도 8에 나타내었다. The characteristics of the
도면에 도시된 파란색선은 광전변환 효율 다음과 같이 측정한 것이다.The blue line shown in the figure is the photoelectric conversion efficiency measured as follows.
태양전지의 광전변환 효율을 결정하는 요소로는 V oc (open circuit voltage, 개방전압), I sc (short circuit current density, 단락전류밀도), FF (fill factor)등이 있다. I sc는 J sc라고도 하며 회로가 단락된 상태에서 회로에 흐르는 전류밀도를 의미한다. 전압이 0일 때의 전류이며 생성된 광전자수의 총량에 의해 결정된다. V oc는 회로가 개방된 상태에서의 단자전압을 의미하며 전류가 0일 때의 전압을 일컫는다. V oc의 증가를 위해서는 charge carrier의 확산 거리와 donor와 acceptor의 도핑농도를 높여 광전극과 상대전극의 전위차를 높여야 한다. FF는 V oc와 I sc에 대한 P max값의 비율이며 P max는 최대전력을 의미한다. FF의 영향 요소로는 직렬저항과 병렬저항 등이 있다. FF를 식으로 나타내면 식 (1)과 같으며 V max는 최대 전력 전달 조건에서의 전압, I max는 최대 전력 전달 조건에서의 전류를 의미한다.The factors that determine the photoelectric conversion efficiency of the solar cell are V oc (open circuit voltage), I sc (short circuit current density), and FF (fill factor). I sc, also referred to as J sc , refers to the current density that flows through the circuit when the circuit is shorted. It is the current when the voltage is zero and is determined by the total amount of photoelectrons generated. V oc is the terminal voltage when the circuit is open and refers to the voltage when the current is zero. In order to increase V oc , it is necessary to increase the diffusion distance of the charge carriers and the doping concentration of the donor and the acceptor to increase the potential difference between the photoelectrode and the counter electrode. FF is the ratio of the P max value for V oc and I sc and P max is maximum power. The influence of FF is series resistance and parallel resistance. FF can be expressed by Equation (1), where V max is the voltage at the maximum power transfer condition and I max is the current at the maximum power transfer condition.
태양 전지의 일반적인 조건은 air mass 1.5로써 지구에서의 평균 태양광 입사량을 뜻하고 100 mW/cm2을 나타낸다. 태양전지의 광전변환 효율은 입사광에너지에 대한 최대 전력 값의 비율로 구할 수 있으며 식 (2)에 나타낸 바와 같다. The general condition of a solar cell is an air mass of 1.5, which means an average solar incidence on Earth and represents 100 mW / cm 2 . The photoelectric conversion efficiency of the solar cell can be obtained by the ratio of the maximum power value to the incident light energy and is shown in Equation (2).
실험에서 구해진 V oc를 비롯하여 J sc와 FF를 알아내 전부 곱한 것이 효율이 된다.It is efficient to find J sc and FF , including V oc obtained in the experiment, and multiply it all.
도면에 도시된 붉은색선은 실시예에서 얻어진 태양전지의 광전류-전압특성을 측정한 결과를 표시한 것이다.The red line in the figure indicates the result of measuring the photocurrent-voltage characteristic of the solar cell obtained in the example.
도 5 내지 도 8로부터, 1종의 인광형광체를 함유하는 인광형광체필름만을 포함하도록 제조된 에너지하베스팅모듈을 포함하는 태양전지(도 5 내지 도 7)가 서로 다른 인광형광체를 함유한 인광형광체필름을 2개 이상 포함한 경우(도 8)보다 더 우수한 효율을 나타내었음을 알 수 있다. 특히, 가장 우수한 효율을 나타낸 도 7과 비교하면 2.7배 높은 것을 알 수 있다. 5 to 8 show that a solar cell (FIG. 5 to FIG. 7) including an energy harvesting module including only a phosphorescent phosphor film containing one phosphorescent phosphor is different from the phosphorescent phosphor film containing different phosphorescent phosphors (Fig. 8), the efficiency is higher than that of the case including two or more of them. In particular, it is 2.7 times higher than that of FIG. 7 showing the most excellent efficiency.
실험예 2Experimental Example 2
실시예9 내지 실시예15에서 얻어진 에너지하베스팅 태양전지1 내지 6을 대상으로 효율을 측정하고 그 결과를 표 1에 나타내었다.The efficiency was measured for the energy-harvesting
x 10-4 (%)efficiency
x 10 -4 (%)
x 10-4 (%)efficiency
x 10 -4 (%)
표 1로부터, 에너지하베스팅모듈이 반사판을 포함하게 되면, 태양전지의 효율을 측정하였을 때 최소 1.7 배에서 최대 3 배까지 효율 증대되는 것을 알 수 있다. 따라서, 에너지하베스팅모듈의 조건 변화에 따라 현재 측정치보다 태양 전지 효율이 보다 향상될 가능성이 충분하다고 예상된다. From Table 1, it can be seen that when the energy harvesting module includes a reflector, the efficiency is increased from 1.7 times to 3 times at least when the efficiency of the solar cell is measured. Therefore, it is expected that the solar cell efficiency will be improved more than the current measurement value due to the change of the condition of the energy harvesting module.
실험예 3Experimental Example 3
에너지하베스팅모듈에 포함되는 인광형광체필름의 두께에 따라 태양전지의 효율이 증대되는지 여부를 판단하기 위해 청색형광체를 포함하는 인광형광체필름의 두께를 0.2cm, 0.5cm, 1cm 및 1.5cm로 조절하면서 효율을 측정하고 1.5cm두께일 때 측정된 결과를 도 9에 도시하였다.In order to determine whether the efficiency of the solar cell is increased according to the thickness of the phosphorescent phosphor film included in the energy harvesting module, the thickness of the phosphorescent phosphor film including the blue phosphor is adjusted to 0.2 cm, 0.5 cm, 1 cm and 1.5 cm The efficiency was measured and the results measured when the thickness was 1.5 cm were shown in Fig.
도 9에 도시된 바와 같이 Efficiency = 5.6 x 10-5 %로서, 약 1.5 cm의 두께로 제작하였을 때 기존 얇은 필름(0.2cm)보다 1.4 배 효율 증대하였음을 알 수 있다.As shown in FIG. 9, when the efficiency is 5.6 x 10 -5 % and the thickness is about 1.5 cm, the efficiency is 1.4 times higher than that of the conventional thin film (0.2 cm).
상술된 본 발명을 응용하게 되면 박막형, 유기물, 염료감응, 나노구조를 갖는 태양전지의 효율 증대뿐만 아니라 충전시설이 없이도 구동할 수 있는 태양전지를 제작함으로써 부피 소형화와 더불어 극한의 환경에서도 응용 가능한 기술 구현을 할 수 있을 것이라 예상된다. The application of the present invention makes it possible to increase the efficiency of solar cells having thin film type, organic matter, dye sensitized and nanostructure, as well as to manufacture solar cells which can be driven without a charging facility, It is expected that the implementation will be possible.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, Various changes and modifications will be possible.
Claims (12)
An energy harvesting module for a solar cell comprising a phosphorescent phosphor having a decay time of at least 2 hours.
상기 인광 형광체는 Sr3MgSi2O8:Eu2+,Dy3+, SrAl10SiO20:Eu2+,Ho3+, Ca3MgSi2O8:Eu2+,Dy3+, Ca2Al2SiO7:Ce3+,Mn2+, Sr2Al2SiO7:Eu2+,Dy3+, Sr2Al2SiO7:Ce3+, CaAl2Si2O8:Eu2+,Mn2+, SrMgSi2O6:Dy3+, BaMg2Si2O7:Ce3+, BaMg2Si2O7:Eu2+, Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+, Ba4(Si3O8)2:Eu2+,Dy3+, ba4(Si3O8)2:Eu2+,Ho3+, Lu2SiO5:Ce3+, CdSiO3:Gd3+, CaAl2O4:Eu2+,Nd3+, Sr4Al14O25:Eu2+,Dy3+, (Ca,Sr)2P2O7:Eu2+,Y3+, Ca9Bi(PO4)7:Eu2+,Dy3+, Ca2SnO4:Tm3+, Mg2SnO4:Ti4+, Ca2SnO4:Gd3+, Ca3Al2O5Cl2:Ce3+ 로 구성된 그룹에서 선택되는 하나 이상의 청색형광체인 것을 특징으로 하는 태양전지용 에너지하베스팅모듈.
The method according to claim 1,
The phosphorescent phosphor Sr 3 MgSi 2 O 8: Eu 2+, Dy 3+, SrAl 10 SiO 20: Eu 2+, Ho 3+, Ca 3 MgSi 2 O 8: Eu 2+, Dy 3+, Ca 2 Al 2 SiO 7 : Ce 3+ , Mn 2+ , Sr 2 Al 2 SiO 7 : Eu 2+ , Dy 3+ , Sr 2 Al 2 SiO 7 : Ce 3+ , CaAl 2 Si 2 O 8 : Eu 2+ , Mn 2+ , SrMgSi 2 O 6 : Dy 3+ , BaMg 2 Si 2 O 7 : Ce 3+ , BaMg 2 Si 2 O 7 : Eu 2+ , Sr 2 MgSi 2 O 7 : Eu 2+ , Dy 3+ , Ba 4 (Si 3 O 8) 2 : Eu 2+, Dy 3+, ba 4 (Si 3 O 8) 2: Eu 2+, Ho 3+, Lu 2 SiO 5: Ce 3+, CdSiO 3: Gd 3+ , CaAl 2 O 4: Eu 2+ , Nd 3+, Sr 4 Al 14 O 25: Eu 2+, Dy 3+, (Ca, Sr) 2 P 2 O 7: Eu 2+, Y 3+, Ca 9 Bi (PO 4) 7: Eu 2+, Dy 3+, Ca 2 SnO 4: Tm 3+, Mg 2 SnO 4: Ti 4+, Ca 2 SnO 4: Gd 3+, Ca 3 Al 2 O 5 Cl 2 : Ce 3+ . 5. The energy harvesting module for a solar cell according to claim 1, wherein the blue phosphor is selected from the group consisting of:
상기 인광 형광체는 (Ca,Ba)2MgSi2O7:Eu2+,Tm3+, CaAl2Si2O8:Eu2+,Pr3+, Ca2Al2SiO7:Ce3+,Mn2+, CdSiO3:Tb3+, SrAl2O4:Eu2+,Dy3+, Sr4Al14O25:Eu2+,Dy3+, SrAl2O4:Ce3+,Mn2+, CaAl2O4:Ce3+,Tb3+, Zn3Ga2Ge2O10:Mn2+, Zn3(PO4)2:Mn2+,Ga3+, CaZnGe2O6:Tb3+, Li2ZnGeO4:Mn2+, Zn2GeO4:Mn2+, CaSnO3:Tb3+, Ca2SnO4:Tb3+, Mn2SnO4:Mn2+, Mg2SnO4, ZnS:Cu2+,Co2+, SrSi2O2N2:Eu2+, Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu2+로 구성된 그룹에서 선택되는 하나 이상의 녹색형광체인 것을 특징으로 하는 태양전지용 에너지하베스팅모듈.
The method according to claim 1,
The phosphorescent phosphor is (Ca, Ba) 2 MgSi 2 O 7: Eu 2+, Tm 3+, CaAl 2 Si 2 O 8: Eu 2+, Pr 3+, Ca 2 Al 2 SiO 7: Ce 3+, Mn 2+ , CdSiO 3 : Tb 3+ , SrAl 2 O 4 : Eu 2+ , Dy 3+ , Sr 4 Al 14 O 25 : Eu 2+ , Dy 3+ , SrAl 2 O 4 : Ce 3+ , Mn 2+ , CaAl 2 O 4: Ce 3+ , Tb 3+, Zn 3 Ga 2 Ge 2 O 10: Mn 2+, Zn 3 (PO 4) 2: Mn 2+, Ga 3+, CaZnGe 2 O 6: Tb 3 + , Li 2 ZnGeO 4 : Mn 2+ , Zn 2 GeO 4 : Mn 2+ , CaSnO 3 : Tb 3+ , Ca 2 SnO 4 : Tb 3+ , Mn 2 SnO 4 : Mn 2+ , Mg 2 SnO 4 , Wherein the green phosphor is at least one green phosphor selected from the group consisting of ZnS: Cu 2+ , Co 2+ , SrSi 2 O 2 N 2 : Eu 2+ , and Ca 8 Mg (SiO 4 ) 4 Cl 2 : Eu 2+ Energy Harvesting Module for Solar Cells.
상기 인광 형광체는 Sr3SiO5:Eu2+,Lu3+, Ca2ZnSi2O7:Eu2+, Y2O2S:Ti3+,Mg2+,Gd3+,Lu3+, Ca2BO3Cl:Eu2+,Dy3+로 구성된 그룹에서 선택되는 하나 이상의 황색형광체인 것을 특징으로 하는 태양전지용 에너지하베스팅모듈. The method according to claim 1,
Wherein the phosphorescent phosphor is at least one selected from the group consisting of Sr 3 SiO 5 : Eu 2+ , Lu 3+ , Ca 2 ZnSi 2 O 7 : Eu 2+ , Y 2 O 2 S: Ti 3+ , Mg 2+ , Gd 3+ , Lu 3+ , Ca 2 BO 3 Cl: Eu 2+ , and Dy 3+ . 2. The energy harvesting module for a solar cell according to claim 1, wherein the phosphor is at least one selected from the group consisting of Ca 2 BO 3 Cl: Eu 2+ and Dy 3+ .
상기 인광 형광체는 MgSiO3:Eu2+,Mn2+, CdSiO3:Sm3+,Pr3+, Na2CaSn2Ge3O12:Sm3+, CaZnGe2O6:Mn2+, CaTiO3:Pr3+, Sr3Al2O5Cl2:Ce3+,Eu2+로 구성된 그룹에서 선택되는 하나 이상의 적색형광체인 것을 특징으로 하는 태양전지용 에너지하베스팅모듈.
The method according to claim 1,
Wherein the phosphorescent phosphor is at least one selected from the group consisting of MgSiO 3 : Eu 2+ , Mn 2+ , CdSiO 3 : Sm 3+ , Pr 3+ , Na 2 CaSn 2 Ge 3 O 12 : Sm 3+ , CaZnGe 2 O 6 : Mn 2+ , CaTiO 3 : Pr 3+ , Sr 3 Al 2 O 5 Cl 2 : Ce 3+ , Eu 2+ , and the energy harvesting module for a solar cell.
상기 인광 형광체는 3시간 내지 120시간 동안 발광하는 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지용 에너지하베스팅모듈.
The method according to claim 1,
Wherein the phosphorescent phosphor emits light for 3 hours to 120 hours.
상기 인광형광체는 제막되어 인광형광체필름 상태로 포함되는 것을 특징으로 하는 태양전지용 에너지하베스팅모듈.
The method according to claim 1,
Wherein the phosphorescent phosphor is formed and contained in the form of a phosphorescent phosphor film.
상기 인광형광체필름은 그 두께가 3cm이하인 것을 특징으로 하는 에너지하베스팅모듈.
8. The method of claim 7,
Wherein the phosphorescent phosphor film has a thickness of 3 cm or less.
상기 인광형광체필름은 반사판에 부착되는 것을 특징으로 하는 에너지하베스팅모듈.
8. The method of claim 7,
Wherein the phosphorescent phosphor film is attached to a reflector.
9. A solar cell comprising the energy harvesting module of any one of claims 1 to 9.
상기 태양전지는 에너지원이 없을 때도 지속적으로 충전이 가능한 것을 특징으로 하는 태양전지.
11. The method of claim 10,
Wherein the solar cell is continuously charged even when there is no energy source.
상기 태양전지는 박막형, 유기물, 염료감응, 나노구조의 태양전지 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 태양전지. 11. The method of claim 10,
Wherein the solar cell is one of a thin film, an organic material, a dye-sensitized solar cell, and a nanostructure solar cell.
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|---|---|
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ID=59053045
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Family Applications After (1)
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| KR1020180126122A KR20180118574A (en) | 2015-11-20 | 2018-10-22 | Energy harvesting module for solar cells and solar cells comprising the same |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102097213B1 (en) * | 2018-10-16 | 2020-04-06 | 주식회사 에스에프씨 | Backsheet of solar cell module having phosphorescent function |
| KR20200095754A (en) | 2019-02-01 | 2020-08-11 | 주식회사 다스코포레이션 | Combined Air-Circulation Cleaner Used In Collective Building |
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