KR20180118574A

KR20180118574A - 태양전지용 에너지 하베스팅 모듈 및 이를 포함하는 태양전지

Info

Publication number: KR20180118574A
Application number: KR1020180126122A
Authority: KR
Inventors: 임원빈; 김윤화
Original assignee: 전남대학교산학협력단
Priority date: 2015-11-20
Filing date: 2018-10-22
Publication date: 2018-10-31
Also published as: KR20170059425A

Abstract

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.

Description

태양전지용 에너지 하베스팅 모듈 및 이를 포함하는 태양전지{Energy harvesting module for solar cells and solar cells comprising the same}

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.

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.

[표 1]

이러한 단점을 해결하기 위해서는 태양의 빛 에너지가 없을 때도 지속적으로 충전할 수 있는 새로운 개념의 에너지 하베스팅 기술에 대한 개발이 필요하다.

본 발명자들은 다수의 연구 결과 decay time이 긴 인광형광체를 기반으로 하는 에너지 하베스팅용 모듈을 태양전지에 적용하는 기술을 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.

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.

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.

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.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술된 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 먼저, 본 발명은 2시간 이상의 decay time을 갖는 인광형광체를 포함하는 태양전지용 에너지하베스팅모듈을 제공한다.

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.

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.

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.

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.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 인광 형광체는 3시간 내지 120시간 동안 발광하는 특성을 갖는다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 인광형광체는 제막되어 인광형광체필름 상태로 포함된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 인광형광체필름은 그 두께가 3cm이하이다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 인광형광체필름은 반사판에 부착된다.

또한, 본 발명은 상술된 어느 하나의 에너지하베스팅모듈을 포함하는 태양전지를 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 태양전지는 에너지원이 없을 때도 지속적으로 충전이 가능하다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 태양전지는 박막형, 유기물, 염료감응, 나노구조의 태양전지 중 어느 하나이다.

본 발명의 에너지 하베스팅용 모듈은 decay time이 2시간 이상인 특성을 갖는 인광형광체의 새로운 용도-태양전지의 에너지 하베스팅에 적용할 수 있다-를 제공한다.

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.

또한, 본 발명의 태양전지는 기존 박막형 태양전지의 효율개선 뿐만 아니라 일조량에 영향을 받는 태양전지의 단점을 개선하고, 광원이 없을 때도 지속적인 충전이 가능하다.

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.

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.

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.

이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

실시예 1

청색형광체를 함유하는 인광형광체필름을 포함하는 태양전지용 에너지 하베스팅용 모듈1을 다음과 같이 제조하였다.

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.

제조된 인광형광체필름을 그대로 태양전지용 에너지 하베스팅용 모듈로 사용하였다.

실시예 2

녹색형광체인 SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺를 사용한 것을 제외하면 실시예1과 동일한 방법을 수행하여 녹색형광체를 함유하는 인광형광체필름을 포함하는 태양전지용 에너지 하베스팅용 모듈2를 제조하였다.

실시예 3

적색형광체인 SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺를 사용한 것을 제외하면 실시예1과 동일한 방법을 수행하여 적색형광체를 함유하는 인광형광체필름을 포함하는 태양전지용 에너지 하베스팅용 모듈3을 제조하였다.

실시예 4

실시예2에서 얻어진 인광체필름2장을 대각선으로 배치한 후 실시예1에서 얻어진 인광형광체필름 1장과 실시예3에서 얻어진 인광체필름 1장을 배치하여 전체적으로 사각형상의 태양전지용 에너지 하베스팅용 모듈4를 제조하였다.

실시예 5 내지 8

실시예1 내지 실시예4에서 얻어진 인광형광체필름을 각각 반사판과 함께 부착하여 태양전지용 에너지 하베스팅용 모듈5 내지 8을 제조하였다.

실시예 9 내지 15

공지된 태양전지에 실시예1 내지 실시예 8에서 얻어진 태양전지용 에너지 하베스팅용 모듈1 내지 8을 포함시켜 에너지하베스팅 태양전지1 내지 8을 제조하였다.

실험예 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.

도면에 도시된 파란색선은 광전변환 효율 다음과 같이 측정한 것이다.

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.

식 (1)

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.

(2)

실험에서 구해진 V _oc를 비롯하여 J _sc와 FF를 알아내 전부 곱한 것이 효율이 된다.

도면에 도시된 붉은색선은 실시예에서 얻어진 태양전지의 광전류-전압특성을 측정한 결과를 표시한 것이다.

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.

실험예 2

실시예9 내지 실시예15에서 얻어진 에너지하베스팅 태양전지1 내지 6을 대상으로 효율을 측정하고 그 결과를 표 1에 나타내었다.

구분	efficiency x 10^-4(%)	구분	efficiency x 10^-4(%)
에너지하베스팅태양전지1(청색형광체)	0.41	에너지하베스팅태양전지5(청색형광체+반사판)	0.90
에너지하베스팅태양전지2(녹색형광체)	0.50	에너지하베스팅태양전지6(녹색형광체+반사판)	1.10
에너지하베스팅태양전지3(적색형광체)	0.70	에너지하베스팅태양전지7(적색형광체+반사판)	1.22
에너지하베스팅태양전지4(RGB형광체)	0.26	에너지하베스팅태양전지8(RGB형광체+반사판)	0.76

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.

실험예 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.

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.

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.

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.

Claims

2시간 이상의 decay time을 통해 짧은 여기원 노출에도 장시간 빛 에너지로 발광하는 특성을 갖는 인광형광체를 포함하는 태양전지용 에너지하베스팅모듈.
제 1 항에 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 청색형광체인 것을 특징으로 하는 태양전지용 에너지하베스팅모듈.
제 1 항에 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 녹색형광체인 것을 특징으로 하는 태양전지용 에너지하베스팅모듈.
제 1 항에 있어서,
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.
제 1 항에 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 적색형광체인 것을 특징으로 하는 태양전지용 에너지하베스팅모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 인광 형광체는 3시간 내지 120시간 동안 발광하는 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지용 에너지하베스팅모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 인광형광체는 제막되어 인광형광체필름 상태로 포함되는 것을 특징으로 하는 태양전지용 에너지하베스팅모듈.
제 7 항에 있어서,
상기 인광형광체필름은 그 두께가 3cm이하인 것을 특징으로 하는 에너지하베스팅모듈.
제 7 항에 있어서,
상기 인광형광체필름은 반사판에 부착되는 것을 특징으로 하는 에너지하베스팅모듈.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 에너지하베스팅모듈을 포함하는 태양전지.
제 10 항에 있어서,
상기 태양전지는 에너지원이 없을 때도 지속적으로 충전이 가능한 것을 특징으로 하는 태양전지.
제 10 항에 있어서,
상기 태양전지는 박막형, 유기물, 염료감응, 나노구조의 태양전지 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 태양전지.