KR20230062083A - Energy harvesting system using solar cell, thermoelectric device and interface layer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지와 열전소자를 함께 이용하여 전기에너지를 생성하는 에너지 하베스팅 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 하베스팅 시스템은 태양광에 기반하여 전기에너지를 생성하는 태양전지, 상기 태양전지 하부에 위치하고, 상기 태양전지를 투과하는 적외선을 흡수하는 적외선 흡수층 및 상기 태양전지에서 발생하는 열과 상기 적외선 흡수층에 기반한 열을 전달하는 열전달층을 포함하는 인터페이스층 및 상기 인터페이스층 하부에 위치하고, 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 열전채널을 포함하고, 상기 태양전지에서 발생하는 열과 상기 적외선 흡수층에 기반한 열이 상기 열전달층을 통해 상기 제1 전극에 전달되어 상기 제1전극 및 상기 제2 전극 간의 온도 차이에 기반하여 전기에너지를 생성하는 열전소자를 포함할 수 있다.The present invention relates to an energy harvesting system that generates electrical energy by using a solar cell and a thermoelectric element together. An energy harvesting system according to an embodiment of the present invention is a solar cell that generates electrical energy based on sunlight. , An interface layer including an infrared absorbing layer located below the solar cell and absorbing infrared rays passing through the solar cell, and a heat transfer layer configured to transfer heat generated from the solar cell and heat based on the infrared absorbing layer, and an interface layer below the interface layer. and a first electrode, a second electrode, and a thermoelectric channel positioned between the first electrode and the second electrode, wherein the heat generated from the solar cell and the heat based on the infrared absorbing layer pass through the heat transfer layer. It may include a thermoelectric element that is transferred to one electrode and generates electric energy based on a temperature difference between the first electrode and the second electrode.
Description
본 발명은 태양전지와 열전소자를 함께 이용하여 전기에너지를 생성하는 에너지 하베스팅 시스템에 관한 것으로, 태양전지와 열전소자 사이에 인터페이스 층을 포함하여 태양전지에서 발생하는 열과 태양전지를 투과하는 광에 기반한 열을 효과적으로 열전소자 상부로 전달함에 따라 에너지 하베스팅 시스템의 에너지 발전 효율을 향상시키는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to an energy harvesting system that generates electrical energy by using a solar cell and a thermoelectric device together, and includes an interface layer between a solar cell and a thermoelectric device to prevent heat generated from the solar cell and light passing through the solar cell. It relates to a technology for improving the energy generation efficiency of an energy harvesting system by effectively transferring based heat to the top of a thermoelectric element.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심도가 높아지고 있다.Recently, as depletion of existing energy resources such as oil and coal is predicted, interest in alternative energy to replace them is increasing.
그 중에서도 태양전지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목받고 있다.Among them, solar cells are attracting special attention because they are rich in energy resources and do not have problems with environmental pollution.
태양전지에는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 전기를 발생시키는 태양열 전지와, 반도체의 성질을 이용하여 태양광을 전기에너지로 변환시키는 태양광 전지가 존재한다.Solar cells include solar cells that generate electricity required to rotate a turbine by using solar heat, and solar cells that convert sunlight into electrical energy using properties of semiconductors.
태양전지는 다이오드와 같이 p형 반도체와 n형 반도체의 접합 구조를 가지고, 태양전지에 빛이 입사되면 빛과 태양전지의 반도체를 구성하는 물질과의 상호작용으로 음(-)전하를 띤 전자와 전자가 빠져나가 양(+)전하를 띤 정공이 발생하여 이들이 이동하면서 전류가 흐르는 것을 특징으로 한다.Like a diode, a solar cell has a junction structure of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor. It is characterized in that electrons escape and holes with a positive (+) charge are generated, and current flows as they move.
한편, 태양전지는 에너지 하베스팅 소자로서 주변에 존재하는 열이나 태양광과 같은 에너지원을 즉각적으로 전기에너지로 변환할 수 있지만 에너지원의 세기가 주변 환경에 따라 변하기 때문에 생성되는 전기에너지 양이 제한적이다.On the other hand, a solar cell is an energy harvesting device that can instantly convert an energy source such as heat or sunlight that exists in the surroundings into electrical energy, but the amount of electrical energy generated is limited because the intensity of the energy source changes according to the surrounding environment. am.
에너지 하베스팅 소자는 태양광, 열, 마찰 및 압력 등을 활용하여 전기에너지를 생성하는 소자로서 태양전지, 열전소자, 마찰전기 소자 및 압전소자 등을 포함할 수 있다.The energy harvesting element is an element that generates electric energy by utilizing sunlight, heat, friction, pressure, and the like, and may include a solar cell, a thermoelectric element, a triboelectric element, a piezoelectric element, and the like.
주변 온도로부터 생성되는 전기에너지의 양을 증대시키기 위해서 에너지 하베스팅 소자를 함께 활용하는 에너지 시스템이 개발되고 있다.In order to increase the amount of electrical energy generated from the ambient temperature, an energy system using an energy harvesting device is being developed.
다만, 종래 기술에 따른 에너지 하베스팅 기술은 에너지 하베스팅 소자에서 생성되는 전기에너지 양이 제한적으로, 전기에너지 생산 측면에서 개선점이 존재한다.However, the energy harvesting technology according to the prior art is limited in the amount of electric energy generated by the energy harvesting device, and there is an improvement in terms of electric energy production.
또한, 태양광, 열, 마찰 및 압력 등을 활용하여 전기에너지를 생성하는 에너지 하베스팅 기술 분야에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.In addition, research into the field of energy harvesting technology that generates electric energy by utilizing sunlight, heat, friction, and pressure is being actively conducted.
실생활에서 사용되는 에너지 소모량의 증가로 인하여 태양광 및 미소 열에너지를 활용한 에너지 발전, 사용이 가능한 전력원에 대한 개발이 요구된다.Due to the increase in energy consumption used in real life, development of energy generation and usable power sources using sunlight and micro-thermal energy is required.
또한, 에너지 하베스팅 소자의 실적용을 위해서 집적도가 높은 시스템의 개발과 면적당 생산 전력의 향상이 필수적으로 요구된다.In addition, for practical use of the energy harvesting device, development of a system with a high degree of integration and improvement of power output per area are required.
본 발명은 태양전지와 열전소자 사이에 인터페이스층을 이용하여 태양전지에서의 열을 효과적으로 열전소자 상부로 전달하여 에너지 하베스팅 시스템의 에너지 발전 효율을 향상시키는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to improve energy generation efficiency of an energy harvesting system by effectively transferring heat from a solar cell to an upper portion of a thermoelectric device using an interface layer between a solar cell and a thermoelectric device.
본 발명은 태양전지와 열전소자 사이에 인터페이스층을 적용하여 공간 활용도를 극대화하면서 태양전지를 통한 전기에너지 생성 및 태양전지의 열을 이용하여 열전소자의 전기에너지를 생성할 수 있는 에너지 하베스팅 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention provides an energy harvesting system capable of generating electric energy through solar cells and generating electric energy of thermoelectric elements using the heat of solar cells while maximizing space utilization by applying an interface layer between solar cells and thermoelectric elements. intended to provide
본 발명은 태양전지에서 발생하는 열과 태양전지를 통과하는 적외선을 흡수함에 따른 열을 열전소자로 전달하여 태양전지의 발열 문제를 해결하면서 열전소자의 발전 성능을 향상시킬 수 있는 에너지 하베스팅 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention provides an energy harvesting system capable of improving the power generation performance of the thermoelectric element while solving the heat generation problem of the solar cell by transferring the heat generated from the solar cell and the heat generated by absorbing infrared rays passing through the solar cell to the thermoelectric element. aims to do
본 발명은 태양전지와 열전소자 사이에 인터페이스층을 이중 구조와 아일랜드 배열 구조 중 어느 하나의 구조로 선택적으로 적용함에 따라 태양전지와 열전소자 사이 공간의 활용도가 증가된 에너지 하베스팅 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention provides an energy harvesting system in which the utilization of space between a solar cell and a thermoelectric element is increased by selectively applying an interface layer between a solar cell and a thermoelectric element in one of a dual structure and an island array structure. The purpose.
본 발명은 웨어러블 디바이스, 무전원 센서, 일상생활 기기 및 산업용 기기 등에 적용되어 제품 수명과 동작 시간을 연장하면서 자연계의 에너지를 활용하여 일상생활 기기 및 산업용 기기까지 다양한 분야에서 핵심 전원 공급 역할을 수행할 수 있는 에너지 하베스팅 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is applied to wearable devices, non-powered sensors, daily life devices and industrial devices, etc. to extend product life and operation time, and utilize energy from the natural world to play a key power supply role in various fields, including daily life devices and industrial devices. It is an object to provide an energy harvesting system with
본 발명은 4차 산업 및 웨어러블 디바이스에 적용되어 다양한 사회 및 문화적 혁신 창출이 가능함에 따라 에너지 위기 극복에 일조하는 에너지 하베스팅 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide an energy harvesting system that contributes to overcoming the energy crisis as it is applied to the 4th industry and wearable devices to create various social and cultural innovations.
본 발명의 일실시예에 따른 에너지 하베스팅 시스템은 태양광에 기반하여 전기에너지를 생성하는 태양전지, 상기 태양전지 하부에 위치하고, 상기 태양전지를 투과하는 적외선을 흡수하는 적외선 흡수층 및 상기 태양전지에서 발생하는 열과 상기 적외선 흡수층에 기반한 열을 전달하는 열전달층을 포함하는 인터페이스층 및 상기 인터페이스층 하부에 위치하고, 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 열전채널을 포함하고, 상기 태양전지에서 발생하는 열과 상기 적외선 흡수층에 기반한 열이 상기 열전달층을 통해 상기 제1 전극에 전달되어 상기 제1전극 및 상기 제2 전극 간의 온도 차이에 기반하여 전기에너지를 생성하는 열전소자를 포함할 수 있다.An energy harvesting system according to an embodiment of the present invention includes a solar cell generating electrical energy based on sunlight, an infrared absorbing layer located under the solar cell and absorbing infrared rays passing through the solar cell, and a solar cell. An interface layer including a heat transfer layer that transfers generated heat and heat based on the infrared absorbing layer, and a thermoelectric channel positioned under the interface layer and positioned between a first electrode, a second electrode, and the first electrode and the second electrode. Including, wherein the heat generated from the solar cell and the heat based on the infrared absorption layer are transferred to the first electrode through the heat transfer layer to generate electrical energy based on a temperature difference between the first electrode and the second electrode A thermoelectric element may be included.
상기 인터페이스층은 이중 구조 및 아일랜드 배열 구조 중 어느 하나의 구조로 형성될 수 있다.The interface layer may have any one of a double structure and an island array structure.
상기 이중 구조는 상기 열전달층 상에 상기 적외선 흡수층이 위치하고, 상기 태양전지를 투과한 적외선을 흡수하여 상기 흡수된 적외선에 기반한 열과 상기 태양전지가 상기 태양광에 노출됨에 따라 상기 태양전지에서 발생되는 열을 상기 열전소자로 전달하며, 상기 아일랜드 구조는 상기 적외선 흡수층 상에 상기 열전달층이 국부적으로 위치하여 상기 태양전지를 투과한 적외선을 흡수하여 상기 흡수된 적외선에 기반한 열과 상기 태양전지가 상기 태양광에 노출됨에 따라 상기 태양전지에서 발생되는 열을 상기 열전소자로 전달할 수 있다.In the dual structure, the infrared absorbing layer is located on the heat transfer layer and absorbs infrared rays transmitted through the solar cell to generate heat based on the absorbed infrared rays and heat generated from the solar cell as the solar cell is exposed to the sunlight. to the thermoelectric element, and in the island structure, the heat transfer layer is locally located on the infrared absorbing layer to absorb the infrared rays transmitted through the solar cell, and the heat based on the absorbed infrared rays and the solar cell generate the sunlight. As it is exposed, heat generated from the solar cell may be transferred to the thermoelectric element.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 Au, Al, Pt, Ag, Ti 및 W 중 어느 하나의 금속 물질로 형성되고, 상기 열전채널은 Ag2Te, Ag2Se, Cu2Se, Cu2Te, HgTe, HgSe, Bi2Te3, BiSeTe, BiSbTe, Ti3C2, Mo2C, Mo2Ti2C3, MoS2 및 WS2 중 어느 하나의 합성된 나노입자 물질로 형성될 수 있다.The first electrode and the second electrode are formed of any one metal material selected from Au, Al, Pt, Ag, Ti, and W, and the thermoelectric channel is Ag 2 Te, Ag 2 Se, Cu 2 Se, Cu 2 Te , HgTe, HgSe, Bi 2 Te 3 , BiSeTe, BiSbTe, Ti 3 C 2 , Mo 2 C, Mo 2 Ti 2 C3, MoS 2 and WS 2 .
상기 태양전지는 실리콘(Si) 태양전지, 염료감응형 태양전지, 단결정 태양전지, 다결정 태양전지 및 박막 태양전지 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 적외선 흡수층은 탄소(Carbon) 계 물질로 형성되며, 상기 열전달층은 BN(boron nitride), rGO(reduced graphene oxide), AlN(aluminum nitride), SiC(silicon carbide) 및 BeO(beryllium oxide) 중 적어도 하나의 열전도 물질을 이용하여 형성될 수 있다.The solar cell includes at least one of a silicon (Si) solar cell, a dye-sensitized solar cell, a single crystal solar cell, a polycrystalline solar cell, and a thin film solar cell, and the infrared absorbing layer is formed of a carbon-based material. The heat transfer layer may be formed using at least one heat transfer material selected from boron nitride (BN), reduced graphene oxide (rGO), aluminum nitride (AlN), silicon carbide (SiC), and beryllium oxide (BeO).
본 발명은 태양전지와 열전소자 사이에 인터페이스층을 이용하여 태양전지에서의 열을 효과적으로 열전소자 상부로 전달하여 에너지 하베스팅 시스템의 에너지 발전 효율을 향상시킬 수 있다.The present invention can improve energy generation efficiency of an energy harvesting system by effectively transferring heat from a solar cell to an upper portion of a thermoelectric device by using an interface layer between a solar cell and a thermoelectric device.
본 발명은 태양전지와 열전소자 사이에 인터페이스층을 적용하여 공간 활용도를 극대화하면서 태양전지를 통한 전기에너지 생성 및 태양전지의 열을 이용하여 열전소자의 전기에너지를 생성할 수 있는 에너지 하베스팅 시스템을 제공할 수 있다.The present invention provides an energy harvesting system capable of generating electric energy through solar cells and generating electric energy of thermoelectric elements using the heat of solar cells while maximizing space utilization by applying an interface layer between solar cells and thermoelectric elements. can provide
본 발명은 태양전지에서 발생하는 열과 태양전지를 통과하는 적외선을 흡수함에 따른 열을 열전소자로 전달하여 태양전지의 발열 문제를 해결하면서 열전소자의 발전 성능을 향상시킬 수 있는 에너지 하베스팅 시스템을 제공할 수 있다.The present invention provides an energy harvesting system capable of improving the power generation performance of the thermoelectric element while solving the heat generation problem of the solar cell by transferring the heat generated from the solar cell and the heat generated by absorbing infrared rays passing through the solar cell to the thermoelectric element. can do.
본 발명은 태양전지와 열전소자 사이에 인터페이스층을 이중 구조와 아일랜드 배열 구조 중 어느 하나의 구조로 선택적으로 적용함에 따라 태양전지와 열전소자 사이 공간의 활용도가 증가된 에너지 하베스팅 시스템을 제공할 수 있다.The present invention can provide an energy harvesting system with increased utilization of space between a solar cell and a thermoelectric element by selectively applying an interface layer between a solar cell and a thermoelectric element in one of a dual structure and an island array structure. there is.
본 발명은 웨어러블 디바이스, 무전원 센서, 일상생활 기기 및 산업용 기기 등에 적용되어 제품 수명과 동작 시간을 연장하면서 자연계의 에너지를 활용하여 일상생활 기기 및 산업용 기기까지 다양한 분야에서 핵심 전원 공급 역할을 수행할 수 있는 에너지 하베스팅 시스템을 제공할 수 있다.The present invention is applied to wearable devices, non-powered sensors, daily life devices and industrial devices, etc. to extend product life and operation time, and utilize energy from the natural world to play a key power supply role in various fields, including daily life devices and industrial devices. An energy harvesting system can be provided.
본 발명은 4차 산업 및 웨어러블 디바이스에 적용되어 다양한 사회 및 문화적 혁신 창출이 가능함에 따라 에너지 위기 극복에 일조하는 에너지 하베스팅 시스템을 제공할 수 있다.The present invention can provide an energy harvesting system that contributes to overcoming the energy crisis as it can be applied to the 4th industry and wearable devices to create various social and cultural innovations.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지와 열전소자를 이용한 에너지 하베스팅 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지와 열전소자를 이용한 에너지 하베스팅 시스템의 단면도를 설명하는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 하베스팅 시스템에서 태양전지와 열전소자 사이 공간에 적용되는 인터페이스층의 다양한 구조를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 인터페이스층을 이루는 적외선 흡수층의 흡광 특성을 설명하는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 인터페이스층을 이루는 적외선 흡수층의 발열 특성을 설명하는 도면이다.1 is a diagram illustrating an energy harvesting system using a solar cell and a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a cross-sectional view of an energy harvesting system using a solar cell and a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention.
3A and 3B are views illustrating various structures of an interface layer applied to a space between a solar cell and a thermoelectric element in an energy harvesting system according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating light absorption characteristics of an infrared absorbing layer constituting an interface layer according to an embodiment of the present invention.
5A and 5B are diagrams illustrating heating characteristics of an infrared absorbing layer constituting an interface layer according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 문서의 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다.Hereinafter, various embodiments of this document will be described with reference to the accompanying drawings.
실시 예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Examples and terms used therein are not intended to limit the technology described in this document to specific embodiments, and should be understood to include various modifications, equivalents, and/or substitutes of the embodiments.
하기에서 다양한 실시 예들을 설명에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In the following description of various embodiments, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the invention, the detailed description will be omitted.
그리고 후술되는 용어들은 다양한 실시예들에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in various embodiments, and may vary according to intentions or customs of users and operators. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.
도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.In connection with the description of the drawings, like reference numerals may be used for like elements.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.Singular expressions may include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
본 문서에서, "A 또는 B" 또는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다.In this document, expressions such as "A or B" or "at least one of A and/or B" may include all possible combinations of the items listed together.
"제1," "제2," "첫째," 또는 "둘째," 등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다.Expressions such as "first," "second," "first," or "second," may modify the corresponding components regardless of order or importance, and are used to distinguish one component from another. It is used only and does not limit the corresponding components.
어떤(예: 제1) 구성요소가 다른(예: 제2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.When a (e.g., first) element is referred to as being "(functionally or communicatively) coupled to" or "connected to" another (e.g., second) element, that element refers to the other (e.g., second) element. It may be directly connected to the component or connected through another component (eg, a third component).
본 명세서에서, "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 "~에 적합한," "~하는 능력을 가지는," "~하도록 변경된," "~하도록 만들어진," "~를 할 수 있는," 또는 "~하도록 설계된"과 상호 호환적으로(interchangeably) 사용될 수 있다.In this specification, "configured to (or configured to)" means "suitable for," "having the ability to," "changed to" depending on the situation, for example, hardware or software ," can be used interchangeably with "made to," "capable of," or "designed to."
어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다.In some contexts, the expression "device configured to" can mean that the device is "capable of" in conjunction with other devices or components.
예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.For example, the phrase "a processor configured (or configured) to perform A, B, and C" may include a dedicated processor (eg, embedded processor) to perform the operation, or by executing one or more software programs stored in a memory device. , may mean a general-purpose processor (eg, CPU or application processor) capable of performing corresponding operations.
또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or' 이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다.Also, the term 'or' means 'inclusive or' rather than 'exclusive or'.
즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다' 라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.That is, unless otherwise stated or clear from the context, the expression 'x employs a or b' means any one of the natural inclusive permutations.
이하 사용되는 '..부', '..기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Terms such as '..unit' and '..group' used below refer to a unit that processes at least one function or operation, and may be implemented by hardware or software, or a combination of hardware and software.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지와 열전소자를 이용한 에너지 하베스팅 시스템을 설명하는 도면이다.1 is a diagram illustrating an energy harvesting system using a solar cell and a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지와 열전소자 사이에 인터페이스층을 포함하고, 인터페이스층을 통해 태양전지의 열을 열전소자로 효과적으로 전달하여 전기에너지를 생성하는 에너지 하베스팅 시스템을 예시한다.1 illustrates an energy harvesting system including an interface layer between a solar cell and a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention and generating electrical energy by effectively transferring heat from a solar cell to a thermoelectric element through the interface layer. do.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 하베스팅 시스템(100)은 태양전지(110), 인터페이스층(120) 및 열전소자(130)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , an
본 발명의 일실시예에 따르면 에너지 하베스팅 시스템(100)은 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양전지(110)와 열에너지를 전기에너지로 변환시키는 열전소자(130)를 통합한 시스템으로, 태양광 또는 주변환경에서 발생하는 불규칙한 에너지로부터 전력을 생산 및 사용하도록 지원하는 에너지 하베스팅 시스템일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the
일례로, 에너지 하베스팅 시스템(100)은 태양전지(110)와 열전소자(130) 사이 공간의 활용도 및 열전도도를 극대화하기 위해 인터페이스층(120)을 포함한다.For example, the
본 발명의 일실시예에 따르면 인터페이스층(120)은 태양전지(110)가 태양광에 노출됨에 따라 발생하는 열과 태양전지(110)를 투과하는 적외선(infrared ray, IR)을 흡수하여 생성되는 열을 열전소자(130)로 전달함에 따라 열전소자(130)의 양 전극 간의 온도 차이가 증가하여 열전소자(130)의 발전 성능을 향상시킨다.According to an embodiment of the present invention, the
따라서, 본 발명은 태양전지와 열전소자 사이에 인터페이스층을 이용하여 태양전지에서의 열을 효과적으로 열전소자 상부로 전달하여 에너지 하베스팅 시스템의 에너지 발전 효율을 향상시킬 수 있다.Therefore, the present invention can improve the energy generation efficiency of the energy harvesting system by effectively transferring heat from the solar cell to the upper part of the thermoelectric element by using the interface layer between the solar cell and the thermoelectric element.
예를 들어, 태양전지(110)에서 발생하는 열은 태양광에 노출되면서 발생하는 열과 태양전지(110)가 태양광 에너지를 전기에너지로 변환하면서 발생하는 열 등 태양전지(110)의 온도를 높이는 모든 열을 포함할 수 있다.For example, the heat generated from the
열전소자(130)는 p 타입의 열전물질과 n 타입의 열전물질로 형성된 열전채널들이 수직으로 형성되고, 열전채널의 상측과 하측에 전극이 배치되면서 태양전지로부터 열을 전달받는 제1 전극과 반대쪽에 위치하는 제2 전극을 포함한다.In the
여기서, 제1 전극은 뜨거운 면(hot side)에 해당하고, 제2 전극은 차가운 면(cold side)에 해당하며, 제1 전극은 핫 전극으로 지칭되고, 제2 전극은 콜드 전극으로 지칭될 수 있다.Here, the first electrode corresponds to the hot side, the second electrode corresponds to the cold side, the first electrode may be referred to as a hot electrode, and the second electrode may be referred to as a cold electrode. there is.
예를 들어, 열전채널들은 제1 열전채널 및 제2 열전채널을 포함하고, 제1 열전채널은 p타입의 열전채널로 지칭되고 제2 열전채널은 n타입의 열전채널로 지칭될 수 있다.For example, the thermoelectric channels may include a first thermoelectric channel and a second thermoelectric channel, and the first thermoelectric channel may be referred to as a p-type thermoelectric channel and the second thermoelectric channel may be referred to as an n-type thermoelectric channel.
본 발명의 일실시예에 따르면 에너지 하베스팅 시스템(100)은 열전소자(130) 상부에 인터페이스층(120)을 코팅한 후 열전소자(130)를 태양전지(110)와 접합하여 형성될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the
일례로, 태양전지(110)는 실리콘(Si) 태양전지, 염료감응형 태양전지, 단결정 태양전지, 다결정 태양전지 및 박막 태양전지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.For example, the
즉, 태양전지(110)는 실리콘(Si) 태양전지, 염료감응형 , 단결정 태양전지, 다결정 태양전지 및 박막 태양전지 등 다양한 종류의 태양전지가 이용될 수 있다.That is, various types of solar cells such as silicon (Si) solar cells, dye-sensitized solar cells, monocrystalline solar cells, polycrystalline solar cells, and thin film solar cells may be used as the
따라서, 본 발명은 웨어러블 디바이스, 무전원 센서, 일상생활 기기 및 산업용 기기 등에 적용되어 제품 수명과 동작 시간을 연장하면서 자연계의 에너지를 활용하여 일상생활 기기 및 산업용 기기까지 다양한 분야에서 핵심 전원 공급 역할을 수행할 수 있는 에너지 하베스팅 시스템을 제공할 수 있다.Therefore, the present invention is applied to wearable devices, non-powered sensors, daily life devices and industrial devices, etc. to extend product life and operating time, and utilize energy from the natural world to play a key power supply role in various fields, including daily life devices and industrial devices. It is possible to provide an energy harvesting system capable of
또한, 본 발명은 4차 산업 및 웨어러블 디바이스에 적용되어 다양한 사회 및 문화적 혁신 창출이 가능함에 따라 에너지 위기 극복에 일조하는 에너지 하베스팅 시스템을 제공할 수 있다.In addition, the present invention can be applied to the 4th industry and wearable devices to provide an energy harvesting system that contributes to overcoming the energy crisis as various social and cultural innovations can be created.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지와 열전소자를 이용한 에너지 하베스팅 시스템의 단면도를 설명하는 도면이다.2 is a diagram illustrating a cross-sectional view of an energy harvesting system using a solar cell and a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지와 열전소자에 인터페이스층을 추가적으로 포함하는 에너지 하베스팅 시스템의 구조도를 예시한다.2 illustrates a structural diagram of an energy harvesting system additionally including an interface layer to a solar cell and a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 하베스팅 시스템(200)은 태양전지(210), 인터페이스층(220) 및 열전소자(230)를 포함한다.Referring to FIG. 2 , an
일례로, 인터페이스층(220)은 적외선 흡수층(221) 및 열전달층(222)을 포함한다.For example, the
본 발명의 일실시예에 따른 에너지 하베스팅 시스템(200)은 인터페이스층(220)을 추가하여 태양전지(210)와 열전소자(230) 사이 공간의 활용도를 향상하면서 태양전지(210)와 열전소자(230) 간의 열 전도도를 증가시키면서 태양전지(210)를 투과하는 적외선의 열도 열전소자(230)의 발전에 활용할 수 있다.The
일례로, 에너지 하베스팅 시스템(200)은 태양전지(210) 하부에 인터페이스층(220)이 위치하고, 인터페이스층(220) 하부에 열전소자(230)가 위치한다.For example, in the
본 발명의 일실시예에 따르면 태양전지(210)는 태양광에 기반하여 전기에너지를 생성할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the
예를 들어, 태양전지(210)는 실리콘(Si) 태양전지, 염료감응형 태양전지, 단결정 태양전지, 다결정 태양전지 및 박막 태양전지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.For example, the
일례로, 인터페이스층(220)은 태양전지(210)를 투과하는 적외선을 흡수하는 적외선 흡수층(221) 및 태양전지에서 발생하는 열과 적외선 흡수층(221)에 기반한 열을 전달하는 열전달층(222)을 포함한다.For example, the
예를 들어, 적외선 흡수층(221)은 탄소(Carbon) 계 물질로 형성되고, 열전달층(222)은 BN(boron nitride), rGO(reduced graphene oxide), AlN(aluminum nitride), SiC(silicon carbide) 및 BeO(beryllium oxide) 중 적어도 하나의 열전도 물질을 이용하여 형성될 수 있다.For example, the infrared
본 발명의 일실시예에 따르면 인터페이스층(220)은 이중 구조 및 아일랜드 배열 구조 중 어느 하나의 구조로 형성될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the
여기서, 이중 구조는 적외선 흡수층(221)과 열전달층(222)의 이중 구조를 나타내고, 아일랜드 배열 구조는 열전달층(222) 상에 적외선 흡수층(221)이 아일랜드 구조로 중간 중간에 배열되는 구조를 나타낼 수 있다.Here, the dual structure represents a dual structure of the infrared
본 발명의 일실시예에 따르면 열전소자(230)는 제1 전극, 제2 전극 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치하는 열전채널을 포함한다.According to one embodiment of the present invention, the
제1 전극은 태양전지(210) 측에 위치하고, 제2 전극은 반대편에 위치함에 따라 제1 전극은 핫 전극이고, 제2 전극은 콜드 전극일 수 있다.Since the first electrode is located on the side of the
일례로, 열전소자(230)는 태양전지에서 발생하는 열과 적외선 흡수층에 기반한 열이 열전달층을 통해 제1 전극에 전달되어 제1전극 및 제2 전극 간의 온도 차이에 기반하여 전기에너지를 생성할 수 있다.For example, the
예를 들어, 열전소자(230)는 제1 전극과 제2 전극 간의 온도를 다르게 하면 기전력이 생기는 제베크(Seebeck) 효과를 이용하여 발전하는 열전소자일 수 있다.For example, the
본 발명의 일실시예에 따르면 제1 전극 및 제2 전극은 Au, Al, Pt, Ag, Ti 및 W 중 어느 하나의 금속 물질로 형성될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the first electrode and the second electrode may be formed of any one metal material among Au, Al, Pt, Ag, Ti, and W.
일례로, 열전채널은 Ag2Te, Ag2Se, Cu2Se, Cu2Te, HgTe, HgSe, Bi2Te3, BiSeTe, BiSbTe, Ti3C2, Mo2C, Mo2Ti2C3, MoS2 및 WS2 중 어느 하나의 합성된 나노입자 물질로 형성될 수 있다.For example, the thermoelectric channel may include Ag 2 Te, Ag 2 Se, Cu 2 Se, Cu 2 Te , HgTe, HgSe, Bi 2 Te 3 , BiSeTe, BiSbTe, Ti 3 C 2 , Mo 2 C, Mo 2 Ti 2 C3, MoS 2 and WS 2 may be formed of synthesized nanoparticle materials.
본 발명의 일실시예에 따르면 에너지 하베스팅 시스템(200)은 태양전지(210)와 열전소자(230)의 사이 공간에 인터페이스층(220)을 적용하여 공간 활용도를 극대화하고 태양전지(210)를 통한 전기에너지 생성 및 태양전지의 열을 이용하여 열전소자(230)의 전기에너지를 생성할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the
또한, 에너지 하베스팅 시스템(200)은 얇은 두께의 인터페이스층(220) 적용을 통해 최소 공간만을 활용하고 태양전지(210)의 성능은 유지하면서 융합소자로서 형성됨에 따라 공간 활용의 효율성이 향상될 수 있다.In addition, the
따라서, 본 발명은 태양전지와 열전소자 사이에 인터페이스층을 적용하여 공간 활용도를 극대화하면서 태양전지를 통한 전기에너지 생성 및 태양전지의 열을 이용하여 열전소자의 전기에너지를 생성할 수 있는 에너지 하베스팅 시스템을 제공할 수 있다.Therefore, the present invention applies an interface layer between a solar cell and a thermoelectric element to maximize space utilization while generating electric energy through a solar cell and energy harvesting that can generate electric energy of a thermoelectric element using the heat of the solar cell. system can be provided.
또한, 본 발명은 태양전지에서 발생하는 열과 태양전지를 통과하는 적외선을 흡수함에 따른 열을 열전소자로 전달하여 태양전지의 발열 문제를 해결하면서 열전소자의 발전 성능을 향상시킬 수 있는 에너지 하베스팅 시스템을 제공할 수 있다.In addition, the present invention is an energy harvesting system capable of improving the power generation performance of the thermoelectric element while solving the heat generation problem of the solar cell by transferring the heat generated from the solar cell and the heat generated by absorbing infrared rays passing through the solar cell to the thermoelectric element. can provide.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 하베스팅 시스템에서 태양전지와 열전소자 사이 공간에 적용되는 인터페이스층의 다양한 구조를 설명하는 도면이다.3A and 3B are views illustrating various structures of an interface layer applied to a space between a solar cell and a thermoelectric element in an energy harvesting system according to an embodiment of the present invention.
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 하베스팅 시스템에 적용되는 인터페이스층과 관련된 이중 구조를 예시한다.Figure 3a illustrates a dual structure related to the interface layer applied to the energy harvesting system according to an embodiment of the present invention.
도 3a를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 인터페이스층(300)은 적외선 흡수층(301) 및 열전달층(302)을 포함한다.Referring to FIG. 3A , an
일례로, 인터페이스층(300)은 적외선 흡수층(301)과 열전달층(302)의 이중 구조로 형성된다.For example, the
본 발명의 일실시예에 따르면 이중 구조의 인터페이스층(300)은 열전달층(302) 상에 적외선 흡수층(301)이 위치하고, 태양전지를 투과한 적외선을 흡수하여 발생되는 열과 태양전지가 태양광에 노출됨에 따라 태양전지에서 발생되는 열을 열전소자로 전달할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in the
즉, 인터페이스층(300)는 태양전지와 열전소자의 접촉 가능한 모든 면적을 커버하는 적외선 흡수층(301) 및 열전달층(302)에 기반하여 열전소자의 발전 성능을 향상시킬 수 있다.That is, the
또한, 인터페이스층(300)은 태양전지를 통해 발생 가능한 열을 효율적으로 활용하면서 열전소자를 통해 추가적인 에너지의 생산성을 높이도록 에너지 하베스팅 시스템에 추가될 수 있다.In addition, the
도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 하베스팅 시스템에 적용되는 인터페이스층과 관련된 아일랜드 배열 구조를 예시한다.3B illustrates an island arrangement structure related to an interface layer applied to an energy harvesting system according to an embodiment of the present invention.
도 3b를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 인터페이스층(310)은 열전달층(311) 및 적외선 흡수층(312)을 포함한다.Referring to FIG. 3B , the
일례로, 인터페이스층(310)은 적외선 흡수층(312)상에 열전달층(311)을 이루는 열전달 물질이 아일랜드 배열 구조로 형성된다. For example, in the
즉, 인터페이스층(310)은 적외선 흡수층(312)상에 열전달층(311)이 복수로 형성되면서 아일랜드 배열 구조로 형성될 수 있다.That is, the
본 발명의 일실시예에 따르면 아일랜드 구조의 인터페이스층(310)은 적외선 흡수층(312)상에 열전달층(311)이 국부적으로 위치하여 태양전지를 투과한 적외선을 흡수하여 흡수된 적외선에 기반한 열과 태양전지가 상기 태양광에 노출됨에 따라 태양전지에서 발생되는 열을 열전소자로 전달할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the island-structured
즉, 인터페이스층(310)는 태양전지와 열전소자의 접촉하는 사이 공간에서 열전달 영역을 부분적으로 위치하여 태양전지를 투과하는 적외선을 흡수하면서도 공간 활용도를 높이면서 열전소자의 발전 성능을 향상시킬 수 있다.That is, the
일례로, 인터페이스층(310)은 태양전지를 통해 발생 가능한 열을 효율적으로 활용하면서 열전소자를 통해 추가적인 에너지의 생산성을 높이도록 에너지 하베스팅 시스템에 추가될 수 있다.For example, the
따라서, 본 발명은 태양전지와 열전소자 사이에 인터페이스층을 이중 구조와 아일랜드 배열 구조 중 어느 하나의 구조로 선택적으로 적용함에 따라 태양전지와 열전소자 사이 공간의 활용도가 증가된 에너지 하베스팅 시스템을 제공할 수 있다.Therefore, the present invention provides an energy harvesting system in which the utilization of space between a solar cell and a thermoelectric element is increased by selectively applying an interface layer between a solar cell and a thermoelectric element in one of a dual structure and an island array structure. can do.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 인터페이스층을 이루는 적외선 흡수층의 흡광 특성을 설명하는 도면이다.4 is a diagram illustrating light absorption characteristics of an infrared absorbing layer constituting an interface layer according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참고하면, 그래프(400)는 특정 파장 대역에서의 적외선 흡수층을 이루는 카본 계열의 물질의 흡광 특성을 예시한다.Referring to FIG. 4 , a
그래프(400)에서 적외선 흡수층을 이루는 카본 계열의 물질은 약 1000 nm 내지 약 3000 nm의 파장 대역에서 약 80 % 이상의 흡광도를 가지는 것을 확인할 수 있다.In the
본 발명의 일실시예에 따르면 적외선 흡수층은 약 1000 nm 내지 약 3000 nm의 파장 대역의 근적외선을 흡수한다.According to one embodiment of the present invention, the infrared absorption layer absorbs near infrared rays in a wavelength range of about 1000 nm to about 3000 nm.
일례로, 적외선 흡수층은 태양전지를 투과하는 적외선에 해당하는 근적외선을 흡수하고, 적외선 흡수에 따라 열을 발생시키고 발생된 열에 따라 온도가 증가할 수 있다.For example, the infrared absorbing layer may absorb near-infrared rays corresponding to infrared rays penetrating the solar cell, generate heat according to the absorption of the infrared rays, and increase the temperature according to the generated heat.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 인터페이스층을 이루는 적외선 흡수층의 발열 특성을 설명하는 도면이다.5A and 5B are diagrams illustrating heating characteristics of an infrared absorbing layer constituting an interface layer according to an embodiment of the present invention.
도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 적외선 흡수층의 발열 특성과 관련하여 시간 변화에 따른 온도 변화를 예시한다.5A illustrates a temperature change with time in relation to heating characteristics of an infrared absorbing layer according to an embodiment of the present invention.
도 5a의 그래프(500)를 참고하면, 그래프선(501)은 태양전지에 적외선 흡수층을 추가한 후에 온도 변화 나타낼 수 있고, 그래프선(502)은 태양전지의 시간에 따른 온도 변화를 나타낼 수 있다.Referring to the
그래프선(501)과 그래프선(502)을 비교하면 적외선 흡수층이 태양전지에 추가될 경우에 태양전지 측정 온도가 상승하는 것을 확인할 수 있다.Comparing the
즉, 본 발명의 일실시예에 따르면 인터페이스층이 추가되는 경우에 적외선 흡수에 따른 온도 상승에 기반하여 태양전지로부터 열전소자 측으로 전달하는 열의 크기가 증가될 수 있다.That is, according to an embodiment of the present invention, when an interface layer is added, the amount of heat transferred from the solar cell to the thermoelectric element may be increased based on a temperature increase due to infrared absorption.
도 5a의 그래프(500)를 참고하면, 그래프선(501)은 태양전지에 적외선 흡수층을 추가한 후에 온도 변화 나타낼 수 있고, 그래프선(502)은 태양전지의 시간에 따른 온도 변화를 나타낼 수 있다.Referring to the
그래프선(501)과 그래프선(502)을 비교하면 적외선 흡수층이 태양전지에 추가될 경우에 태양전지 측정 온도가 상승하는 것을 확인할 수 있다.Comparing the
즉, 본 발명의 일실시예에 따르면 인터페이스층이 추가되는 경우, 태양전지로부터 열전소자 측으로 전달하는 열의 크기가 증가될 수 있다.That is, according to an embodiment of the present invention, when an interface layer is added, the amount of heat transferred from the solar cell to the thermoelectric element may be increased.
도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 적외선 흡수층의 발열 특성과 관련하여 열화상 이미지를 예시한다.5B illustrates a thermal image in relation to heating characteristics of an infrared absorbing layer according to an embodiment of the present invention.
도 5b를 참고하면, 열 화상 이미지(510)는 태양전지의 일부분에만 적외선 흡수층이 형성되어 서로 다른 온도를 나타내는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5B , a
열 화상 이미지(510)의 좌측이 열 화상 이미지(510)의 우측에 대비하여 높은 온도가 측정되는 것을 확인할 수 있다.It can be seen that a higher temperature is measured on the left side of the
즉, 본 발명의 일실시예에 따르면 인터페이스층이 추가되는 경우에 적외선 흡수에 따른 온도 상승에 기반하여 태양전지로부터 열전소자 측으로 전달하는 열의 크기가 증가될 수 있다.That is, according to an embodiment of the present invention, when an interface layer is added, the amount of heat transferred from the solar cell to the thermoelectric element may be increased based on a temperature increase due to infrared absorption.
상술한 구체적인 실시 예들에서, 발명에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다.In the above-described specific embodiments, components included in the invention are expressed in singular or plural numbers according to the specific embodiments presented.
그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 상술한 실시 예들이 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.However, the singular or plural expressions are selected appropriately for the presented situation for convenience of description, and the above-described embodiments are not limited to singular or plural components, and even components expressed in plural are composed of a singular number or , Even components expressed in the singular can be composed of plural.
한편 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 다양한 실시 예들이 내포하는 기술적 사상의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.Meanwhile, in the description of the invention, specific embodiments have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the technical idea contained in the various embodiments.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments and should not be defined, but should be defined by not only the claims to be described later, but also those equivalent to these claims.
100: 에너지 하베스팅 시스템
110: 태양전지
120: 인터페이스층
130: 열전소자100: energy harvesting system 110: solar cell
120: interface layer 130: thermoelectric element
Claims (5)
상기 태양전지 하부에 위치하고, 상기 태양전지를 투과하는 적외선을 흡수하는 적외선 흡수층 및 상기 태양전지에서 발생하는 열과 상기 적외선 흡수층에 기반한 열을 전달하는 열전달층을 포함하는 인터페이스층; 및
상기 인터페이스층 하부에 위치하고, 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 열전채널을 포함하고, 상기 태양전지에서 발생하는 열과 상기 적외선 흡수층에 기반한 열이 상기 열전달층을 통해 상기 제1 전극에 전달되어 상기 제1전극 및 상기 제2 전극 간의 온도 차이에 기반하여 전기에너지를 생성하는 열전소자를 포함하는 것을 특징으로 하는
에너지 하베스팅 시스템.A solar cell that generates electrical energy based on sunlight;
an interface layer located below the solar cell and including an infrared absorbing layer for absorbing infrared rays penetrating the solar cell and a heat transfer layer for transferring heat generated from the solar cell and heat based on the infrared absorbing layer; and
It is located under the interface layer, and includes a first electrode, a second electrode, and a thermoelectric channel located between the first electrode and the second electrode, wherein heat generated from the solar cell and heat based on the infrared absorbing layer transfer the heat Characterized in that it comprises a thermoelectric element that is transferred to the first electrode through the layer and generates electrical energy based on the temperature difference between the first electrode and the second electrode.
energy harvesting system.
상기 인터페이스층은 이중 구조 및 아일랜드 배열 구조 중 어느 하나의 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는
에너지 하베스팅 시스템.According to claim 1,
Characterized in that the interface layer is formed of any one of a double structure and an island arrangement structure
energy harvesting system.
상기 이중 구조는 상기 열전달층 상에 상기 적외선 흡수층이 위치하고, 상기 태양전지를 투과한 적외선을 흡수하여 상기 흡수된 적외선에 기반한 열과 상기 태양전지가 상기 태양광에 노출됨에 따라 상기 태양전지에서 발생되는 열을 상기 열전소자로 전달하며,
상기 아일랜드 구조는 상기 적외선 흡수층상에 상기 열전달층이 국부적으로 위치하여 상기 태양전지를 투과한 적외선을 흡수하여 상기 흡수된 적외선에 기반한 열과 상기 태양전지가 상기 태양광에 노출됨에 따라 상기 태양전지에서 발생되는 열을 상기 열전소자로 전달하는 것을 특징으로 하는
에너지 하베스팅 시스템.According to claim 2,
In the dual structure, the infrared absorbing layer is located on the heat transfer layer and absorbs infrared rays transmitted through the solar cell to generate heat based on the absorbed infrared rays and heat generated from the solar cell as the solar cell is exposed to the sunlight. Passing to the thermoelectric element,
In the island structure, the heat transfer layer is locally located on the infrared absorbing layer to absorb infrared rays transmitted through the solar cell, and heat based on the absorbed infrared rays is generated in the solar cell as the solar cell is exposed to the sunlight. characterized in that for transferring the heat to the thermoelectric element
energy harvesting system.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 Au, Al, Pt, Ag, Ti 및 W 중 어느 하나의 금속 물질로 형성되고,
상기 열전채널은 Ag2Te, Ag2Se, Cu2Se, Cu2Te, HgTe, HgSe, Bi2Te3, BiSeTe, BiSbTe, Ti3C2, Mo2C, Mo2Ti2C3, MoS2 및 WS2 중 어느 하나의 합성된 나노입자 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는
에너지 하베스팅 시스템.According to claim 1,
The first electrode and the second electrode are formed of any one metal material of Au, Al, Pt, Ag, Ti, and W,
The thermoelectric channel includes Ag 2 Te, Ag 2 Se, Cu 2 Se, Cu 2 Te, HgTe, HgSe, Bi 2 Te 3 , BiSeTe, BiSbTe, Ti 3 C 2 , Mo 2 C, Mo 2 Ti 2 C3, MoS 2 And WS 2 characterized in that formed of any one of the synthesized nanoparticle material
energy harvesting system.
상기 태양전지는 실리콘(Si) 태양전지, 염료감응형 태양전지, 단결정 태양전지, 다결정 태양전지 및 박막 태양전지 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 적외선 흡수층은 탄소(Carbon) 계 물질로 형성되며,
상기 열전달층은 BN(boron nitride), rGO(reduced graphene oxide), AlN(aluminum nitride), SiC(silicon carbide) 및 BeO(beryllium oxide) 중 적어도 하나의 열전도 물질을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는
에너지 하베스팅 시스템.According to claim 1,
The solar cell includes at least one of a silicon (Si) solar cell, a dye-sensitized solar cell, a single crystal solar cell, a polycrystalline solar cell, and a thin film solar cell,
The infrared absorbing layer is formed of a carbon-based material,
Characterized in that the heat transfer layer is formed using at least one heat conductive material selected from among boron nitride (BN), reduced graphene oxide (rGO), aluminum nitride (AlN), silicon carbide (SiC) and beryllium oxide (BeO).
energy harvesting system.
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
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| KR20190073895A (en) | 2017-12-19 | 2019-06-27 | 한국에너지기술연구원 | Solar photovoltaic-thermoelectric fusion device |
| KR102280224B1 (en) | 2019-10-14 | 2021-07-21 | 한국과학기술연구원 | Thermoelectric-Gated Solar Cells |
| KR20210091964A (en) | 2020-01-15 | 2021-07-23 | 한국과학기술원 | Monolithic Photovoltaic-Thermoelectric Hybrid Power Generator |
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2021
- 2021-10-29 KR KR1020210146996A patent/KR20230062083A/en unknown
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