KR20180128693A - 콜로이달 양자점 기반 근적외선 무선 충전 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
콜로이달 양자점 기반 근적외선 무선 충전 시스템 및 방법이 개시된다. 근적외선 무선 충전 시스템은, 플랙서블 기판(flexible substrate), 상기 플랙서블 기판 위에 형성되는 리튬-이온 배터리, 상기 리튬-이온 배터리 위에 형성되는 콜로이달 퀀텀닷(colloidal quantumdots) 기반의 광전변환소자, 및 상기 광전변환소자 위에 형성되는 근적외선 투과막을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 웨어러블 전자기기(wearable electronics)를 위한 근적외선 무선 충전 기술에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 근적외선 영역의 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 콜로이달 퀀텀닷(colloidal quantumdots) 기반의 광전변환소자를 이용하여 무선 충전을 수행하는 기술에 관한 것이다.
웨어러블 전자기기 시장은 (wearable electronics market) 모바일 전자기기의 차세대 시장으로 빠르게 성장하고 있다. 웨어러블 분야가 발전하면서, 기기들이 고집적도화 되고 다양한 기능을 가진 웨어러블 전자기기들이 신체 기능을 보조하거나 생활의 편리함을 제공하고 있다. 웨어러블 전자기기가 증가할수록 더 많은 전기에너지 공급을 요구할 것이 예상되므로, 웨어러블 전자기기에 적절한 전기 에너지 충전 및 저장 시스템의 개발이 절실한 상황이다.
웨어러블 전자기기에 이용되기 위한 충전 시스템은 반드시 가볍고, 유연하며 인체에 밀접해있고 사용자의 생활에 방해되는 요소가 없어야 하는 제약 조건이 존재한다. 특히, 충전을 위한 잦은 탈 부착과 사용 중 급작스러운 방전은 기기를 사용하는데 있어서 불편함을 초래한다.
무선충전(wireless charging)은 웨어러블 전자기기의 충전을 위한 별도의 탈부착없이 편리하게 사용자 친화적으로 에너지를 전달하는 방식이다. 최근 모바일 스마트 폰(smartphone)의 경우 자기유도방식의 무선충전을 상용화한 바 있으나, 매우 가까운 거리에서만 충전이 가능하다는 한계가 있다. 한편, 자기공명 식 무선송신도 이용가능하나 다른 전자기기와의 간섭효과나, 인체 유해 가능성에 관련된 논란이 존재한다.
이처럼, 자기공명식 또는 자기유도방식의 무선충전을 웨어러블 전자기기에 적용하는데 어려움이 존재하여 대안으로서 빛(즉, 광)을 이용한 무선 에너지 송신 기술이 존재한다. 빛을 이용한 무선 에너지 송신 기술은 태양에너지를 전기에너지로 전환하기 위한 전자소자로서 광전변환소자를 이용한다. 예컨대, 태양전지를 이용한다. 그러나, 태양 에너지를 이용한 무선 충전의 경우, 광전변환효율이 매우 낮은 문제가 존재한다.
이에 따라, 광전변환효율을 높이면서 웨어러블 전자기기를 착용한 사용자의 실제 생활을 방해하지 않으면서 에너지를 공급할 수 있는 무선충전기술이 요구된다.
한국등록특허 제10-0964268호는 에너지 수집형 전력원을 구비한 웨어러블 장치에 관한 것으로, 유기태양전지 및 연료감응형 태양전지를 이용한 디스플레이 광에너지를 재활용하는 기술을 기재하고 있다.
본 발명은 양자점 광전변환소자와 고유연성 에너지 저장 소자를 결합하여 무선 충전을 제공함으로써, 웨어러블 전자기기의 무선 충전에 적합한 형태로 무선 충전을 제공하는 기술에 관한 것이다. 즉, 웨어러블 전자기기에 삽입되어 일체형으로 제작이 용이하도록 가볍고 유연한(flexible) 무선 충전을 제공하는 기술에 관한 것이다.
또한, 무선 충전 시스템을 웨어러블 전자기기에 삽입된 일체형으로 제공함으로써, 충전을 위해 사용자가 웨어러블 전자기기를 탈부착하는 번거로움 없이 착용한 상태에서 지속적으로 에너지 공급 및 충전을 제공하는 기술에 관한 것이다.
또한, 광전변환소자 및 근적외선 투과막을 이용하여 근적외선 영역의 광 에너지를 기반으로 무선 충전을 제공함으로써 가시광 대역보다 상대적으로 높은 광전변환효율 및 안정성을 제공하는 기술에 관한 것이다.
근적외선 무선 충전 시스템은, 플랙서블 기판(flexible substrate), 상기 플랙서블 기판 위에 형성되는 리튬-이온 배터리, 상기 리튬-이온 배터리 위에 형성되는 콜로이달 퀀텀닷(colloidal quantumdots) 기반의 광전변환소자, 및 상기 광전변환소자 위에 형성되는 근적외선 투과막을 포함할 수 있다.
일측면에 따르면, 상기 광전변환소자는, 태양광 에너지 중 상기 근적외선 투과막을 통해 입사되는 근적외선(near infrared ray) 영역에 해당하는 광 에너지를 전기 에너지로 변환하고, 변환된 전기 에너지를 상기 리튬-이온 배터리에 축적할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 광전변환소자는, ITO(Indium Tin Oxide) 기판, 상기 ITO 기판 위에 형성되는 산화아연(ZnO) 나노입자 층, 상기 산화아연 나노입자 층 위에 용액 공정을 통해 증착되는 퀀텀닷 층, 상기 퀀텀닷 층 상에 증착되는 전극, 및 상기 퀀텀닷 층과 전극 사이에 위치하는 유기박막을 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 퀀텀닷 층은, 황화납(PbS)을 이용하여 상기 근적외선 투과막을 통해 입사되는 태양광 에너지 중 근적외선 영역에 해당하는 에너지를 선택적으로 흡수할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 퀀텀닷 층은, 상기 나노입자 층 상에 EMII(1-ethyl-3-methylimidazolium) 리간드 처리한 황화납(PbS)을 도포하여 형성되는 PbS-EMII 층, 및 상기 PbS-EMII 층 상에 EDT(1,2-ethandithiol) 리간드 처리한 황화납(PbS)을 도포하여 형성되는 PbS-EDT 층을 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 유기박막은, 상기 퀀텀닷 층 상에 MeO-TPD와 F6-TCNNQ를 증착함으로써 형성될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 유기박막은, 옵티컬 스페이서(optical spacer)로 동작할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 근적외선 무선 충전 시스템은, 웨어러블 워치(wearable watch)의 손목 밴드에 내장될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 근적외선 투과막은, 상기 웨어러블 워치의 손목 밴드의 외피에 해당할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 웨어러블 워치를 착용한 사용자의 피부와 맞닿는 영역에 상기 플랙서블 기판 및 리튬-이온 배터리가 위치할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 광전변환소자는, 근적외선 레이저를 통해 입사되는 평행광 에너지를 전기적 에너지로 변환하여 기정의된 기준 시간 이내에 고속으로 상기 리튬-이온 배터리에 축적할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 양자점 광전변환소자와 고유연성 에너지 저장 소자를 결합하여 무선 충전을 제공함으로써, 웨어러블 전자기기의 무선 충전에 적합한 형태로 무선 충전을 제공할 수 있다. 즉, 무선 충전 시스템이 가볍고 유연한(flexible) 특성을 가짐에 따라 웨어러블 전자기기에 삽입된 일체형으로 제작이 용이할 수 있다.
또한, 무선 충전 시스템을 웨어러블 전자기기에 삽입된 일체형으로 제공함으로써, 충전을 위해 사용자가 웨어러블 전자기기를 탈부착하는 번거로움 없이 착용한 상태에서 지속적으로 에너지 공급 및 충전을 제공할 수 있다.
또한, 광전변환소자 및 근적외선 투과막을 이용하여 근적외선 영역의 광 에너지를 기반으로 무선 충전을 제공함으로써 가시광 대역보다 상대적으로 높은 광전변환효율 및 안정성을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 웨어러블 전자기기에 삽입된 근적외선 무선 충전 시스템의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 근적외선 무선 충전 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 양자점 광전변환소자의 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 고유연성의 리튬-이온 배터리의 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 검은색 폴리에틸렌 필름의 광투과도 특성을 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 다양한 색상의 염료를 이용한 직물 광 투과도 특성을 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 있어서, 광전변환소자의 광스펙트럼 응답 특성을 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 있어서, 광전변환소자의 전압-전류 특성을 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 있어서, 광원으로부터의 거리에 따른 양자점 광전변환소자의 발전 특성을 도시한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 있어서, 고유연성의 리튬-이온 배터리의 밴딩 횟수에 따른 개방전압 특성 곡성을 도시한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 있어서, 무선 충전 시스템의 근적외선 충방전 특성 곡선을 도시한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 근적외선 무선 충전 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 양자점 광전변환소자의 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 고유연성의 리튬-이온 배터리의 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 검은색 폴리에틸렌 필름의 광투과도 특성을 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 다양한 색상의 염료를 이용한 직물 광 투과도 특성을 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 있어서, 광전변환소자의 광스펙트럼 응답 특성을 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 있어서, 광전변환소자의 전압-전류 특성을 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 있어서, 광원으로부터의 거리에 따른 양자점 광전변환소자의 발전 특성을 도시한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 있어서, 고유연성의 리튬-이온 배터리의 밴딩 횟수에 따른 개방전압 특성 곡성을 도시한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 있어서, 무선 충전 시스템의 근적외선 충방전 특성 곡선을 도시한 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명은 웨어러블 전자기기(즉, 웨어러블 디바이스)로 에너지를 공급하기 위한 근적외선 무선 충전 기술에 관한 것으로서, 특히, 콜로이달 퀀텀닷(colloidal quantumdots)을 광흡수 재료로 사용한 양자점 광전변환소자와 신체 밀착도가 높은 고유연성 에너지 저장 소자 그리고 근적외선 투과막을 결합하여 무선 충전을 제공하는 기술에 관한 것이다.
본 실시예들에서, 양자점 광전변환소자는 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 전자로서, 특히, 태양광 에너지 중 가시광 영역이 아닌 근적외선 영역에 해당하는 광 에너지를 전기 에너지로 변환하여 고유연성 에너지 저장 소자에 축적, 즉, 충전할 수 있다.
본 실시예들에서, 고유연성 에너지 저장 소자는 유연한(flexible) 리튬-이온 배터리를 나타내는 것으로서, 자유자재로 휘어지는 특성을 가질 수 있다.
본 실시예들에서, 무선 충전 시스템은 웨어러블 전자기기 중 웨어러블 워치(wearable watch)의 손목 밴드에 삽입되는 일체형으로 제작되는 것을 예로 들어 설명하나, 이는 실시예에 해당되며, 웨어러블 워치 이외에 다양한 종류의 웨어러블 전자기기에 에너지 공급을 위해 적용될 수 있으며, 웨어러블 전자기기 이외에 사물인터넷(IoT) 기반 전자기기들에 에너지 공급을 위해 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 웨어러블 전자기기에 삽입된 근적외선 무선 충전 시스템의 구조를 도시한 도면이다.
도 1을 참고하면, 웨어러블 워치(101)의 손목 밴드 부분에 근적외선 무선 충전 시스템(100)이 삽입되어 일체형으로 제작될 수 있다. 이때, 손목 밴드의 외피는 무선 충전 시스템(100)의 근적외선 투과막에 해당할 수 있다.
무선 충전 시스템(100)은 플랙서블 기판(110), 고유연성 리튬-이온 배터리(120), 양자점 광전변환소자(130), 및 근적외선 투과막(140)을 포함할 수 있다. 여기서, 플랙서블 기판(110)은 스트랩(strap)을 나타내며, 웨어러블 워치(101)를 착용한 사용자의 피부에 맞닿는 손목 밴드의 하부에 해당할 수 있다.
플랙서블 기판(110), 즉, 스트랩 위에 에너지를 저장하는 고유연성 리튬-이온 배터리(120)가 배치될 수 있다. 예컨대, 가죽끈 등의 스트랩(strap)인 플랙서블 기판(110)은 웨어러블 워치를 착용한 사용자의 피부(예컨대, 손목)에 맞닿는 영역에 위치하는 것으로서, 예컨대, 손목 밴드의 내피에 해당할 수 있다.
고유연성 리튬-이온 배터리(120) 상부에 고유연성 리튬-이온 배터리(120)의 크기에 해당하는 양자점 광전변환소자(130)가 배치될 수 있다. 여기서, 양자점 광전변환소자(130)는 넓은 영역의 흡광이 가능한 콜로이달 양자점(colloidal quantumdots)을 광흡수 재료로 사용한 콜로이달 양자점 광전변환소자를 나타낼 수 있다. 이때, 양자점 광전변환소자(130)는 플라스틱의 플랙서블(flexible) 기판(예컨대, ITO 기판) 위에 형성됨에 따라, 고유연성의 리튬-이온 배터리(120)와 함께 손목 밴드 내부에서 잘 휘어지는(즉, 유연한) 특성을 가질 수 있다.
근적외선 투과막(140)은 양자점 광전변환소자(130)의 상부에 배치될 수 있으며, 근적외선이 투과되는 직물과 염료를 이용하여 제작될 수 있다. 예컨대, 근적외선 투과막(140)은 태양광 에너지 중 근적외선 영역에 해당하는 에너지를 선택적으로 투과시킬 수 있는 소재로 구성될 수 있으며, 웨어러블 워치의 손목 밴드의 외피에 해당할 수 있다. 다시 말해, 스트랩(110)은 손목 밴드의 하부에 해당하고, 근적외선 투과막(140)은 상기 손목 밴드의 상부에 해당할 수 있으며, 상기 스트랩(110)과 근적외선 투과막(140) 사이에 고유연성 리튬-이온 배터리(120)와 양자점 광전변환소자(130)가 위치할 수 있다. 즉, 근적외선 무선 충전 시스템(100)이 웨어러블 워치의 손목 밴드 자체에 해당할 수 있다.
일례로, 웨어러블 워치로 입사되는 태양광 에너지 중 근적외선 투과막(140)을 통해 근적외선 영역에 해당하는 광 에너지가 선택적으로 양자점 광전변환소자(130)로 전달될 수 있다. 즉, 근적외선 투과막(140)은 근적외선 영역에 해당하는 광 에너지를 선택적으로 투과시킬 수 있다. 그러면, 양자점 광전변환소자(130)는 투과된 상기 광 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있으며, 고유연성 리튬-이온 배터리(120)는 변환된 상기 전기 에너지를 저장할 수 있다. 이처럼, 리튬-이온 배터리(120)에 저장된 전기 에너지는 웨어러블 워치의 구동을 위해 이용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 근적외선 무선 충전 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2에서 각 단계들(210 내지 )은 도 1에서 설명한 근적외선 무선 충전 시스템(100)의 구성요소인 고유연성 리튬-이온 배터리(120), 양자점 광전변환소자(130) 및 근적외선 투과막(140)에 의해 수행될 수 있다.
210 단계에서, 스트랩(strap)인 플랙서블 기판(110) 상부에 리튬-이온 배터리(120)가 형성될 수 있다.
220 단계에서, 리튬-이온 배터리(120) 상부에 콜로이달 퀀텀닷(colloidal quantumdots) 기반의 광전변환소자, 즉, 양자점 광전변환소자(130)가 형성될 수 있다.
221 단계에서, 리튬-이온 배터리(120) 상부에 ITO 기판이 형성될 수 있으며, ITO 기판 위에 산화아연(ZnO) 나노입자 층이 형성될 수 있다.
222 단계에서, 산화아연 나노입자 층 상부에 용액 공정을 통해 퀀텀닷 층이 형성될 수 있다. 이때, 근적외선 영역의 광 에너지를 흡수하는 황화납(Pbs)을 이용하여 퀀텀닷 층이 형성될 수 있으며, 퀀텀닷 층은 이중 층 구조로 형성될 수 있다.
223 단계에서, 퀀텀닷 층 상부에 옵티컬 스페이서(optical spacer)로 동작하는 유기박막이 형성될 수 있다.
234 단계에서, 유기박막 상부에 전극을 증착함으로써, 양자점 광전변환소자(130)가 형성될 수 있다.
230 단계에서, 양자점 광전변환소자(130) 상부에 근적외선 투과막이 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 양자점 광전변환소자의 구조를 도시한 도면이다.
도 3을 참고하면, 플라스틱의 플랙서블 기판인 ITO 기판(310)을 기반으로 양자점 광전변환소자(130)가 형성될 수 있다.
먼저, ITO 기판(310) 위에 산화아연(ZnO) 나노입자가 도포됨에 따라, 산화아연 나노입자 층(320)이 형성될 수 있다. 그리고, 산화아연 나노입자 층(320) 상부에 용액 공정을 통해 퀀텀닷 층(330)을 증착시키고, 퀀텀닷 층 상부에 유기전도층(즉, 유기박막, 340)과 전극(350)을 증착시킴으로써 광전변환소자(130)가 형성될 수 있다. 이때, 근적외선 투과막(140)을 통해 입사된 광 에너지를 대상으로, 근적외선 영역의 에너지를 흡수할 수 있도록 황화납(PbS)을 이용하여 퀀텀닷 층(330)이 형성될 수 있다.
일례로, 상기 산화아연 나노입자 층(320) 상부에 아이오딘 기반의 EMII(1-ethyl-3-methylimidazolium) 리간드 처리된 황화납(PbS)을 도포함으로써 PbS-EMII 층(331)이 형성될 수 있다. 이때, LBL(Layer-by-Layer) 공정을 통해 PbS-EMII 층(331)에 박막이 형성될 수 있다. PbS-EMII 층(331) 상부에 EDT(1,2-ethandithiol) 리간드 처리된 황화납(PbS)을 기정의된 기준 두께 이하로 얇게 추가 도포함으로써 PbS-EDT 층(332)이 형성될 수 있다. 예컨대, PbS-EMII 층(331) 대비 상대적으로 5/1의 두께로 얇게 PbS-EDT 층(332)이 형성될 수 있다. 이처럼, 퀀텀닷 층(330)은 PbS-EMII 층(331) 및 PbS-EDT 층(332)을 포함하는 이중 층 구조로 형성될 수 있으며, PbS-EDT 층(332)이 형성됨에 따라 광전변환효율이 증가할 수 있다.
이중 층(즉, PbS-EMII 층(331) 및 PbS-EDT 층(332))인 퀀텀닷 층(330) 상부에 금 전극(350)을 증착함으로써 태양전지인 양자점 광전변환소자(130)가 형성될 수 있다. 이때, 퀀텀닷 층(330)과 전극(350) 사이에 유기전도층인 유기박막이 형성되어 옵티컬 스페이서(optical spacer)로 동작할 수 있다.
예를 들어, 퀀텀닷 층(330) 상부에 MeO-TPD(N,N,N,N-tetrakis(4-methoxyphenyl)-benzidine)와 F6-TCNNQ(2,2-(perfluoronaphthalene-2,6-diylidene) dimalononitrile)를 함께 증착함으써, 유기박막(340)이 형성될 수 있다. F6-TCNNQ는 효율적으로 정공이동이 가능하도록 하기 위해 증착될 수 있으며, 유기박막(340)은 p타입으로 도핑되어 p-MeO-TPD 층이 형성될 수 있다. 즉, 퀀텀닷 층(330) 상부에 p타입 유기박막(340)이 형성될 수 있다. 이처럼, p타입 도핑을 통해 유기박막(340)에서 다수의 자유정공들이 형성될 수 있으며, 자유정공들을 통해 퀀텀닷 층(330)으로 정공을 제공해줌으로써 광전변환소자(130)가 높은 전기적 특성이 유지되도록 할 수 있다. 그리고, 퀀텀닷 층(330)과 전극(350) 사이에 유기박막(340)이 형성됨에 따라, 유기박막(340)은 옵티컬 스페이서(optical spacer)로 동작하여 근적외선 영역의 광흡수 및 양자효율을 증가시킬 수 있다. 유기박막(340)은 공기 중에 존재하는 다양한 오염물질들이 퀀텀닷 층(330)으로 침투하는 것을 지연시켜줌으로써, 무선 충전 시스템(100)의 안정성을 증가시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 고유연성의 리튬-이온 배터리의 구조를 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 무선 충전 시스템(100)에서 이용되는 고유연성의 리튬-이온 배터리(120)는 양전극 및 깍지형(interdigitated) 배터리 구조를 가질 수 있다.
도 4를 참고하면, 양자점 광전변환소자(130)에서 변환된 전기 에너지는 리튬-이온 배터리(120)에 저장 및 축적될 수 있다. 고유연성의 리튬-이온 배터리(120)를 형성하기 위해 먼저 양극 제작이 수행될 수 있다. 양극을 형성하기 위해 분산된 흑연(Graphite), 덴카블랙(denka black), 폴리비닐라덴(polyvinylidene)으로 구성된 슬러리(slurry)가 이용될 수 있다. 예컨대, 상기 슬러리(slurry)는 흑연(Graphite), 덴카블랙(denka black), 폴리비닐라덴(polyvinylidene)이 90:3:7 무게비율로 구성될 수 있다. 그리고, 상기 슬러리는 닥터 블레이드(doctor blade) 기법에 기초하여 구리 호일 위에 도포될 수 있다. 그러면, 구리 호일 위에 도포된 슬러리가 완전히 진공 건조 후에 양극이 형성될 수 있다. 예컨대, 약 12mg/cm2의 전극이 형성될 수 있다. 양극과 동일한 방법으로 음극이 형성될 수 있으며, 양극과는 달리 음극 형성을 위한 슬러리(slurry)가 상이할 수 있다.
예를 들어, 음극 형성을 위해 이용되는 슬러리는 리튬코발트옥사이드(LiCoO2), 덴카블랙(denka black), PVDF가 94:3:3 무게비율로 구성될 수 있다. 그러면, 알루미늄 포일 상부에 리튬코발트옥사이드(LiCoO2), 덴카블랙(denka black), PVDF로 구성된 슬러리가 도포될 수 있으며, 해당 슬러리가 완전히 진공 건조된 이후에 음극이 형성될 수 있다. 예컨대, 약 28mg/cm2의 전극이 형성될 수 있다. 전체 양극 용량/ 전체 음극 용량으로 정의되는 n/p 비율은 약 1.05이며, 전체 배터리의 용량은 0.2C에서 10mAh일 수 있다.
이처럼, 양극 및 음극이 형성되면, 두 전극은 나이프 몰드를 사용하여 빗 모양 패턴(예컨대, 내부 전극 폭 = 2 mm, 외부 전극 폭 = 1.5 mm)으로 펀칭(punching)될 수 있다.
이어, 전극의 뒷면에 SBR 본드가 스프레이될 수 있으며, 두 전극은 배리어 패턴을 따라 바닥 파우치에 부착될 수 있다. 그리고, 상부 주머니가 좌측에서 우측으로 부착될 수 있으며, 겔 전해질(예컨대, 25 wt%, polyvinylidene fluoride-co hexafluoropropylene 안에 1.15 M lithium hexaflurophoshate(LiPF6)와 5 wt% fluoroethylene carbonate(FEC)를 포함한 ethylenecarbonate(EC)/diethylenecarbonate(DEC) 1:1 v/v)이 전극에 도포될 수 있다. 이처럼, 겔 전해질이 도포된 이후 전체적인 파우치를 진공 밀봉하면, 얇고 깍지형(interdigitated) 구조로 인해 유연한(flexible) 특성을 갖는 고유연성의 리튬-이온 배터리(120)가 형성될 수 있다. 예컨대, 제작된 리튬-이온 배터리(120)의 전체 전극 면적은 약 5.6 cm2에 해당할 수 있다.
이처럼, 고유연성의 리튬-이온 배터리(120)와 양자점 광전변환소자(130)는 얇고 휘어짐이 가능한 구조로 형성됨에 따라, 웨어러블 전자기기의 손목 밴드에 일체형으로 제작될 수 있다. 이때, 고유연성의 리튬-이온 배터리(120)와 양자점 광전변환소자(130)를 외부에 바로 노출되는 경우, 시각적으로 사용자들의 호감을 사기 어려운 디자인적 측면에서의 한계가 존재한다. 이에 따라, 디자인적 한계를 극복하기 위해 고유연성의 리튬-이온 배터리(120)와 양자점 광전변환소자(130)을 감싸는 외피를 도포하는 과정이 필요하며, 외피로서 근적외선 투과막(140)이 이용될 수 있다.
이때, 근적외선 투과막(140)은 태양광 에너지 중 근적외선 영역에 해당하는 광 에너지를 기정의된 기준값 이상 투과시키는 다양한 소재와 염료가 이용될 수 있다. 예를 들어, 검은색 폴리에틸렌(polyethylene) 필름이 근적외선 투과막(140)으로 이용될 수 있으며, 검은색 폴리에틸렌 필름의 광투과도는 아래의 도 5를 참고하여 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 검은색 폴리에틸렌 필름의 광투과도 특성을 도시한 그래프이다.
도 5에서는 약 16㎛ 수준의 검은색 폴리에틸렌(polyethylene) 필름의 광투과도 특성을 나타낼 수 있다.
도 5를 참고하면, 검은색은 빛의 전 가시광 영역을 흡수하기 대문에 가시광 영역의 투과도는 거의 없는 것(예컨대, 가시광 영역의 광투과도는 10% 이하임)을 확인할 수 있다. 반면, 근적외선 영역(NIR region)에서의 광투과도는 가시광 영역 대비 상대적으로 상당히 높은 것을 확인할 수 있다. 예컨대, 근적외선 영역(NIR region)에서의 광투과도는 70 내지 80%에 해당함을 확인할 수 있다. 근적외선 영역의 광투과특성은 필름의 두께가 얇아질수록 상대적으로 증가하는 특성을 가지므로, 광 투과막(즉, 폴리에틸렌 필름)에 의한 손실이 거의 없이 광에너지가 광전변환소자(130)로 전달됨을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 다양한 색상의 염료를 이용한 직물 광 투과도 특성을 도시한 그래프이다.
도 6은 색상에 따른 광투과도 특성을 확인하기 위해, 울(wool) 기반의 직물에 다양한 색상(예컨대, 흰색, 빨간색, 검정색 등)을 염색하여 광투과도를 분석한 결과를 도시한 그래프이다.
도 6에 따르면, 염료에 의한 색상 변화는 가시광 영역(610)에서의 광 투과특성에 크게 영향을 주지만, 근적외선 영역(620)의 광투과 특성에는 크게 영향을 주지 않음을 확인할 수 있다. 예컨대, 흰색염료의 경우, 근적외선뿐만 아니라 가시광 전 영역에서 높은 투과 특성을 가지며, 검은색 염료의 경우, 가시광 영역의 광투과도는 근적외선 영역의 광투과도 대비 상대적으로 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 이처럼, 도 6에 따르면, 흰색, 빨간색, 검정색 모두 근적외선 영역에서는 높은 투과효율을 가지는 것을 확인할 수 있다. 즉, 어떤 색상으로 염색된 직물을 광투과막으로 사용하더라도, 색상에 관계없이 근적외선 영역에 해당하는 에너지를 기정의된 기준값 이상의 높은 투과율로 투과시킴을 확인할 수 있다. 이에 따라, 웨어러블 워치의 손목 밴드의 외피에 해당하는 광투과막의 색상에 제한이 없으므로 시각적으로 다양한 디자인을 제공 가능할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 있어서, 광전변환소자의 광스펙트럼 응답 특성을 도시한 그래프이고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 있어서, 광전변환소자의 전압-전류 특성을 도시한 그래프이다.
도 7 및 도 8에서, 근적외선 환경에서 양자점 광전변환소자의 광전변환 효율을 정확하게 측정하기 위해, 입사광으로 911.5nm 파장의 근적외선 레이저가 이용될 수 있다. 레이저 출력 조절을 통해서 입사광의 에너지 밀도가 조절될 수 있으며, 입사되는 에너지 밀도는 빔(beam) 프로파일러와 파워미터를 통해 정확하게 측정될 수 있다.
먼저, 양자점 광전변환소자(130)의 근적외선 영역 광전기적 특성 및 양자효율 특성이 분석될 수 있으며, 도 7은 최적화한 양자점 광전변환소자의 파장의존적 광전특성을 나타낼 수 있다. 도 7에서, 그래프 710은 외부양자효율을 나타내고, 그래프 720은 광흡수율을 나타내고, 그래프 730은 내부양자효율을 나타낼 수 있다.
도 7을 참고하면, 양자점 광전변환소자(130)의 엑시토닉 피크의 위치는 약 910nm로 이론적인 계산을 통해 얻어지는 최적의 파장영역과 거의 일치함을 알 수 있다. 외부양자효율의 경우 약 50 % 수준이며, 입사광의 레이저 스펙트럼의 위치와 잘 맞는 것을 확인할 수 있다. 양자점 광전변환소자(130)의 약 60% 수준의 근적외선 흡광도를 보였으며 내부양자효율은 약 80% 수준임을 확인할 수 있다.
도 8은 광전변환소자의 광전변환 특성 분석을 위해 여러가지 방식의 입사광에 따른 양자점 광전변환소자의 대표적인 전압-전류밀도 곡선을 나타낼 수 있다. 도 8에서, 그래프 810은 1sun 환경에서의 기준소자 특성을 나타내고, 그래프 820은 1sun의 입사광 중 700nm 이하는 필터링된 특성을 나타내고, 그래프 830은 912nm를 1sun과 유사한 에너지 밀도로 입사했을 때 특성을 나타내고, 그래프 840은 912nm를 입사했을 때 가장 높은 효율이 달성된 조건을 나타낼 수 있다.
이때, 비교를 위한 기준소자로서 1sun 환경에서의 광전변환소자 변환효율이 이용될 수 있다. 예를 들어, 아래의 표 1에 도시된 바와 같이 약 10.2 % 수준의 광전변환효율을 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.
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표 1을 참고하면, 개방전압, 단락전류, 그리고 FF는 각각 약 0.67V, 22 mA/cm2 그리고 70 수준임을 확인할 수 있다. 표 1에 도시된 결과는 이전의 아이오딘 리간드 기반의 PbS 퀀텀닷 소자의 효율과 비교할만한 결과라고 할 수 있다. 그리고, 1sun(100mW/cm2) 환경에서 근적외선 영역이 실제 단락전류에 어느 정도 비율로 기여하는지 알아보기 위해, 그래프 820과 같이 700 nm이하 가시광을 차단해주는 필터를 이용해 전압-전류밀도 특성이 확인될 수 있다. 그래프 820에 따르면, 전체의 약 40 % 수준의 광여기 캐리어들이 근적외선 영역에서 얻어지는 것을 확인할 수 있다.
또한, 그래프 830 및 840과 같이, 근적외선 레이저(911.5nm)를 입사광원으로 이용해 같은 방식으로 전압-전류밀도 특성을 확인할 수 있다. 이때, 측정은 암실환경에서 실행될 수 있으며, 1sun과 비슷한 수준의 약 94mW/cm2의 빛을 조사했을 때, 양자점 광전변환소자는 약 15.2%의 광전변환효율을 달성함을 확인할 수 있다. 즉, 15.2%의 광전변환효율은 1sun일 때보다 상대적으로 매우 높은 광전변환효율인데, 그 이유는 94mW/cm2(@912nm)일 때 100(@1sun)일 때보다 상대적으로 높은 단락전류(33.4mA/cm2)를 얻을 수 있었기 때문이다. 상기 단락전류 값(33.4mA/cm2)은 이론적인 계산 결과와 상당히 유사함을 알 수 있다. 이처럼, 도 7 및 도 8, 그리고, 표 1을 통해 다양한 입사광의 에너지 밀도에서 측정된 양자점 광전변환소자의 변환효율을 확인할 수 있으며, 그 중에 가장 높은 효율은 약 45mW/cm2에서 16.7% 에 해당함을 확인할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 있어서, 광원으로부터의 거리에 따른 양자점 광전변환소자의 발전 특성을 도시한 그래프이다.
레이저와 같이 집중된 평행광을 입사광으로 이용하는 경우, 상기 레이저를 통해 방사된 평행광을 이용하여 일정거리 이격된 무선 충전 시스템과 일체형으로 제작된 웨어러블 전자기기로 에너지 송신 시, 거리에 따라 에너지 손실이 거의 발생하지 않을 수 있다. 이처럼, 거리가 일정거리 이상 떨어지더라도 거의 에너지 손실없이 에너지(즉, 광 에너지)를 무선 충전 시스템(100)으로 무선 전송하는 특성은 자기유도방식 혹은 자기공명방식의 무선충전과 대조되는 큰 장점에 해당할 수 있다. 그리고, 근적외선 영역의 광(즉, 빛)은 실제로 사용자의 눈에 보이지 않기 때문에 사용자들의 생활에 불편함을 주지 않는다는 점에서 이점이 존재한다. 이에 따라, 도 9를 참고하여, 실제로 보이지 않는 근적외선 에너지 송신 효율이 수신기로 떨어진 거리에 의존하는지 여부를 확인할 수 있다. 그리고, 근적외선 레이저를 이용하는 경우, 양자점 광전변환소자는 근적외선 레이저에서 방사되어 입사되는 평행광 에너지를 전기적 에너지로 변환하여 기정의된 기준 시간 이내에 고속으로 리튬-이온 배터리에 축적할 수 있다.
도 9는 실제로 입사광과 양자점 광전변환소자 사이의 거리를 단계적으로 증가시켜가면서 광전변환효율을 측정한 결과를 도시한 그래프이다.
도 9에 따르면, 레이저와 광전변환소자(즉, 무선 충전 시스템이 내장된 웨어러블 전자기기) 간의 거리가 증가할수록 광전변환효율이 크게 변하지 않음을 확인할 수 있다. 즉, 비교적 장거리에서도 손실 없이 광에너지를 광전변환소자로 송신시킬 수 있으며, 광전변환소자에서 광에너지를 전기 에너지로 변환하여 리튬-이온 배터리에 저장 및 축적시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 있어서, 고유연성의 리튬-이온 배터리의 밴딩 횟수에 따른 개방전압 특성 곡성을 도시한 그래프이다.
도 10과 같이, 고유연성의 리튬-이온 배터리의 기계적 특성은 밴딩사이클 테스트(bending cycle test)를 통해 확인할 수 있다. 리윰-이온 배터리와 양자점 광전변환소자가 결합된 무선 충전 시스템은 웨어러블 전자기기의 손목 밴드 내부에 삽입되기 때문에 구부려도 높은 전기화학적 특성이 유지되는 것이 반드시 필요하다. 이에 따라, 도 10에서는 매 50회 마다 리튬-이온 배터리의 개방전압 특성을 나타낼 수 있다.
도 10에 따르면, 밴딩테스트를 5000회까지 실시한 결과 전압특성이 별다른 차이 없이 잘 유지되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 고유연성의 리튬-이온 배터리의 구조가 기계적 특성이 매우 우수하다는 것을 알 수 있다. 다시 말해, 상기 리튬-이온 배터리는 손목 밴드 내부에서 견고하게 충분히 잘 작동할 수 있음을 알 수 있다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 있어서, 무선 충전 시스템의 근적외선 충방전 특성 곡선을 도시한 그래프이다.
도 11에서, 그래프 1110은 근적외선 에너지를 이용한 충전 곡선을 나타내고, 그래프 1120은 배터리 테스터를 이용한 방전 곡선을 나타낼 수 있다.
도 11은 암실환경에서 근적외선 무선 충전 시스템(100)에 실제로 근적외선 레이저(입사파장: 911.5nm)를 입사하여, 양자점 광전변환소자와 고유연성의 리튬-이온 배터리가 결합된 근적외선 무선 충전 시스템에서 실제로 무선 충전이 가능한지 여부를 실험한 결과에 해당할 수 있다.
이때, 암실 환경에서 911.5nm 영역의 근적외선은 육안으로 확인하기 어렵기 때문에, 근적외선 딕텍팅(detecting) 장치를 통해 입사광의 위치를 확인하며 측정이 진행될 수 있다. 근적외선 영역에 해당하는 광 에너지가 양자점 광전변환소자(130)에 입사되는 순간에 배터리가 충전을 시작할 수 있다. 시간에 따라 지속적으로 근적외선 영역에 해당하는 광 에너지(즉, 근적외선 에너지)가 광전변환소자(130)에 공급이 되면서, 광전변환소자(130)에서 변환된 전기에너지가 리튬-이온 배터리(120)에 축적되어 안정적으로 배터리가 완충되는 것을 확인할 수 있다. 뿐만 아니라 근적외선 무선 충전을 이용한 충전 및 방전 특성(1110, 1120)은 일반적인 배터리의 충전 및 방전의 곡선과 유사하게 잘 따라가는 것을 확인할 수 있다. 즉, 실제로 근적외선 에너지를 이용해 웨어러블 전자기기를 효과적으로 충전시킬 수 있음을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 근적외선 무선충전 시스템은 근적외선 투과막으로서 근적외선 투과직물을 사용하여 실제 웨어러블 스마트 워치의 손목 밴드로서 장착될 수 있다. 예컨대, 근적외선 무선 충전 시스템은 길고 얇기 때문에 실제 웨어러블 스마트 워치의 손목 밴드 안에 들어가기 매우 적합한 구조임을 알 수 있다. 뿐만 아니라 근적외선 무선충전 시스템은 실제 손목 밴드와 같이 구부러지는 특성이 우수함을 알 수 있다. 이처럼, 근적외선 무선 충전 시스템 자체가 웨어러블 스마트 워치의 손목 밴드 역할을 함에 따라, 기존의 웨어러블 스마트 워치의 시계 중심부(예컨대, 시각이 표시되는 디스플레이)에서 배터리가 제거되어 시계 중심부의 부피가 상당히 감소할 수 있다. 예컨대, 웨어러블 스마트 워치의 두께가 슬림하게 디자인되어 신체 밀착도를 증가시킬 수 있다.
또한, 근적외선 에너지는 태양광을 통해 언제든지 충전이 가능하며, 근적외선 레이저와 같이 보이지 않는 평행광을 통해 고속 충전 및 중거리 에너지 전달(즉, 중거리 무선 충전)이 가능할 수 있다. 이에 따라, 근적외선 무선 충전 시스템은 웨어러블 전자기기 이외에 다양한 무선 충전을 요구하는 전자 기기에 적용될 수 있다. 예컨대, 사물인터넷(IoT) 기반의 전자기기, 항공기의 공중 급유, 드론(drone)의 비행중 충전, 우주의 지구궤도 뒤편 어두온 곳에서 근적외선 발전을 통한 지구로의 원거리 송전 등에 적용될 수 있다.
또한, 눈에 보이지 않는 근적외선 에너지를 이용하여 무선 충전을 수행하므로, 웨어러블 전자기기를 착용한 사용자의 실제 생활을 방해하지 않고 기기로의 에너지 공급이 가능하고, 가시광보다 높은 광전변환효율을 제공할 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 직물이나 색상이 있는 필름에서도 근적외선은 높은 광투과도를 보이므로, 무선 충전 시스템을 웨어러블 전자기기의 외부에 노출할 필요없이 내장 가능할 수 있다. 예컨대, 웨어러블 워치의 손목 밴드에 일체형으로 무선 충전 시스템이 제작될 수 있다. 뿐만 아니라, 고유연성, 웨어러블 전자기기에 내장 가능, 및 색상 제약이 없음으로 인해, 충전 기능으로 인해 제한된 웨어러블 전자기기의 디자인을 자유롭게 변경 및 다양화할 수 있으며, 결국 소비자의 심미적 욕구 또한 충족시킬 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Claims (20)
- 플랙서블 기판(flexible substrate);
상기 플랙서블 기판 위에 형성되는 리튬-이온 배터리;
상기 리튬-이온 배터리 위에 형성되는 콜로이달 퀀텀닷(colloidal quantumdots) 기반의 광전변환소자; 및
상기 광전변환소자 위에 형성되는 근적외선 투과막
을 포함하는 근적외선 무선 충전 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 광전변환소자는,
태양광 에너지 중 상기 근적외선 투과막을 통해 입사되는 근적외선(near infrared ray) 영역에 해당하는 광 에너지를 전기 에너지로 변환하고, 변환된 전기 에너지를 상기 리튬-이온 배터리에 축적하는 것
을 특징으로 하는 근적외선 무선 충전 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 광전변환소자는,
ITO(Indium Tin Oxide) 기판;
상기 ITO 기판 위에 형성되는 산화아연(ZnO) 나노입자 층;
상기 산화아연 나노입자층 위에 용액 공정을 통해 증착되는 퀀텀닷 층;
상기 퀀텀닷 층 상에 증착되는 전극; 및
상기 퀀텀닷 층과 전극 사이에 위치하는 유기박막
을 포함하는 근적외선 무선 충전 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 퀀텀닷 층은,
황화납(PbS)을 이용하여 상기 근적외선 투과막을 통해 입사되는 태양광 에너지 중 근적외선 영역에 해당하는 에너지를 선택적으로 흡수하는 것
을 특징으로 하는 근적외선 무선 충전 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 퀀텀닷 층은,
상기 나노입자 층 상에 EMII(1-ethyl-3-methylimidazolium) 리간드 처리한 황화납(PbS)을 도포하여 형성되는 PbS-EMII 층; 및
상기 PbS-EMII 층 상에 EDT(1,2-ethandithiol) 리간드 처리한 황화납(PbS)을 도포하여 형성되는 PbS-EDT 층
을 포함하는 근적외선 무선 충전 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 유기박막은,
상기 퀀텀닷 층 상에 MeO-TPD와 F6-TCNNQ를 증착함으로써 형성되는 것
을 특징으로 하는 근적외선 무선 충전 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 유기박막은,
옵티컬 스페이서(optical spacer)로 동작하는 것
을 특징으로 하는 근적외선 무선 충전 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 근적외선 무선 충전 시스템은, 웨어러블 워치(wearable watch)의 손목 밴드에 내장되는 것을 특징으로 하는 근적외선 무선 충전 시스템. - 제8항에 있어서,
상기 근적외선 투과막은, 상기 웨어러블 워치의 손목 밴드의 외피에 해당하는 것을 특징으로 하는 근적외선 무선 충전 시스템. - 제8항에 있어서,
상기 웨어러블 워치를 착용한 사용자의 피부와 맞닿는 영역에 상기 플랙서블 기판 및 리튬-이온 배터리가 위치하는 것을 특징으로 하는 근적외선 무선 충전 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 광전변환소자는,
근적외선 레이저를 통해 입사되는 평행광 에너지를 전기적 에너지로 변환하여 기정의된 기준 시간 이내에 고속으로 상기 리튬-이온 배터리에 축적하는 것
을 특징으로 하는 근적외선 무선 충전 시스템. - 플랙서블 기판 위에 리튬-이온 배터리를 형성하는 단계;
상기 리튬-이온 배터리 위에 콜로이달 퀀텀닷(colloidal quantumdots) 기반의 광전변환소자를 형성하는 단계; 및
상기 광전변환소자 위에 근적외선 투과막을 형성하는 단계
를 포함하는 근적외선 무선 충전 방법. - 제12항에 있어서,
상기 광전변환소자를 형성하는 단계는,
태양광 에너지 중 상기 근적외선 투과막을 통해 입사되는 근적외선(near infrared ray) 영역에 해당하는 광 에너지를 전기 에너지로 변환하고, 변환된 전기 에너지를 상기 리튬-이온 배터리에 축적하는 단계
를 포함하는 근적외선 무선 충전 방법. - 제12항에 있어서,
상기 광전변환소자를 형성하는 단계는,
ITO(Indium Tin Oxide) 기판 위에 산화아연(ZnO) 나노입자를 도포하여 산화아연(ZnO) 나노입자 층을 형성하는 단계;
상기 산화아연 나노입자층 위에 용액 공정을 통해 퀀텀닷 층을 형성하는 단계;
상기 퀀텀닷 층 상에 전극을 증착시키는 단계; 및
상기 퀀텀닷 층과 전극 사이에 위치하는 유기박막을 형성하는 단계
를 포함하는 근적외선 무선 충전 방법. - 제14항에 있어서,
상기 퀀텀닷 층은,
황화납(PbS)을 이용하여 상기 근적외선 투과막을 통해 입사되는 태양광 에너지 중 근적외선 영역에 해당하는 에너지를 선택적으로 흡수하는 것
을 특징으로 하는 근적외선 무선 충전 방법. - 제14항에 있어서,
상기 퀀텀닷 층을 형성하는 단계는,
상기 나노입자 층 상에 EMII(1-ethyl-3-methylimidazolium) 리간드 처리한 황화납(PbS)을 도포하여 PbS-EMII 층을 형성하는 단계; 및
상기 PbS-EMII 층 상에 EDT(1,2-ethandithiol) 리간드 처리한 황화납(PbS)을 도포하여 PbS-EDT 층을 형성하는 단계
를 포함하는 근적외선 무선 충전 방법. - 제14항에 있어서,
상기 유기박막은,
상기 퀀텀닷 층 상에 MeO-TPD와 F6-TCNNQ를 증착함으로써 형성되는 것
을 특징으로 하는 근적외선 무선 충전 방법. - 제14항에 있어서,
상기 유기박막은,
옵티컬 스페이서(optical spacer)로 동작하는 것
을 특징으로 하는 근적외선 무선 충전 방법. - 제12항에 있어서,
상기 플랙서블 기판 및 리튬-이온 배터리는, 웨어러블 워치를 착용한 사용자의 피부와 맞닿는 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 근적외선 무선 충전 방법. - 제12항에 있어서,
상기 광전변환소자는,
근적외선 레이저를 통해 입사되는 평행광 에너지를 전기적 에너지로 변환하여 기정의된 기준 시간 이내에 고속으로 상기 리튬-이온 배터리에 축적하는 것
을 특징으로 하는 근적외선 무선 충전 방법.
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