KR20230137909A - 태양광 모듈에서 입력된 에너지로 작동하는 자급형물리적 데이터 센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 직렬로 상호 연결되는 적어도 2개의 태양광 셀을 갖는 태양광 모듈(200), 적어도 온도 데이터를 수집하고 전송하도록 구성된 전자 디바이스(100) 포함하며, 전자 디바이스는 플렉시블 인쇄 회로, 태양광 모듈(200)과 전자 디바이스(100)를 연결하는 전기 커넥터 수단(120)을 포함하는 물리적 데이터 센서에 관한 것이다.
Description
본 발명은 물리적 데이터 센서에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 에너지의 관점에서 자급형이고 태양광 모듈에 의해 공급되는 에너지로 작동하는 센서에 관한 것이다.
현재 사용되는 물리적 데이터 센서는 일반적으로 전력이 공급되는 배터리와 관련된 기본 저비용 온도 표시자이다. 따라서, 센서는 일반적으로 무시할 수 없는 치수, 특히, 일반적으로 3 cm 초과의 두께를 갖는 3차원 물체의 형태, 예를 들어, 박스 형태이다.
그러나, 현재 당업계에서, 5년 초과의 수명인, 긴 수명을 갖는 물리적 센서가 없다. 실제로, 배터리를 교체하거나 수정하기 위해 5년마다 1회 미만으로 센서를 취급하는 것이 일반적으로 필요하다.
본 발명의 목적 중 하나는 현재 알려진 센서의 불충분성을 해결하는 것이다.
제1 양태에 따르면, 본 발명은 물리적 데이터 센서에 관한 것으로,
-직렬로 상호 연결된 적어도 2개의 태양광 셀을 포함하는 태양광 모듈,
-적어도 온도 데이터를 수집하고 전송하도록 구성된 전자 디바이스(전자 디바이스는 플렉시블 인쇄 회로를 포함함),
-태양광 모듈과 전자 디바이스를 연결하는 전기 커넥터 수단을 포함하며,
태양광 모듈은 전자 디바이스의 적어도 일부를 포함하는 요소 위에 적어도 부분적으로 배치되고,
센서는 2개의 전기 절연 플레이트; 전자 디바이스가 그 위에 배열되는 제1 플레이트 및 상기 태양광 모듈의 적어도 일부에 의해 광 복사선이 수광되도록 광 복사선을 통과시키도록 구성된 제2 플레이트를 추가로 포함하고,
센서는 5 mm 내지 10 mm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하고,
상기 태양광 모듈은:
중합체 재료로 만들어진 플렉시블 기판,
캐리어 상에 배치된 적어도 제1 태양광 셀 및 제2 태양광 셀을 포함하며, 2개의 태양광 셀 각각은:
i.캐소드를 구성하고 지지체를 덮는 인듐-주석 산화물 층,
ii.산화아연 또는 알루미늄-도핑된 산화아연의 제1 계면층(제1 계면층은 캐소드를 덮음),
iii.제1 계면층을 덮는 태양광 활성층, 및
iv.폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 및 나트륨 폴리(스티렌 설포네이트)의 중합체 블렌드를 포함하는 제2 계면층(제2 계면층은 애노드를 구성하고 태양광 활성층을 덮고, 제2 계면층은 연속적이며, 유기 섬유 구조 및 100 nm 내지 400 nm의 평균 두께를 가짐)을 포함하며,
제1 태양광 셀의 제2 계면층은 제2 태양광 셀의 인듐-주석 산화물 층과 접촉한다.
본 출원의 목적을 위해, 플렉시블 인쇄 회로는 2개의 절연 플레이트 사이에 적층된 플렉시블 회로를 의미하는 것으로 이해된다. 이러한 인쇄 회로의 존재는 센서가 센서를 다양한 제품에 통합시키는 가능성을 용이하게 하고 증가시키기 위해 통합될 수 있는 환경에 순응하도록 한다.
이 제1 양태에 따르면, 센서는 매우 적은 에너지만을 소비하고, 노출되는 광 에너지를 물리적 데이터를 수집하는 데 필요한 전기 에너지로 변환하도록 구성된다. 전자 디바이스가 작동하는 데 필요한 전기 에너지는 광 복사선을 수신한 후에 전자 디바이스의 작동을 정정하기에 충분한 광전류를 발생시키는 태양광 모듈에 의해 발생된다. 이 광 복사선은 태양광 모듈에 의해 수광되기 전에 적어도 제2 플레이트를 통과하고/하거나 이 제2 플레이트에 만들어진 개구를 통과한다.
특히, 이 제1 양태에 따른 해당 태양광 모듈은 실내 복사선, 즉, 1000 럭스 미만, 또는 500 럭스 미만의 복사선 하에서 효과적으로 사용될 수 있는 이점을 갖는다. 특히, 이러한 태양광 모듈을 사용하면, 광 발생 전하 손실은 최소화되고, 유기 태양광 셀의 상이한 층 사이의 전송이 개선되어 태양광 모듈의 전반적인 안정성을 갖는다. 실제로, 이러한 태양광 모듈에 사용하면, 제2 계면층에 적용되는 추가 층이 방지된다. 따라서, 제2 계면층 및 애노드 층 둘 모두인 하나의 층이 존재한다. 이 경우에, 따라서, 현재 당업계에 사용되는 것보다 더 적은 계면을 포함하는 유기 태양광 셀이 사용된다. 따라서, 광 발생 전하를 손실할 위험이 감소되고 계면 산화를 가질 위험도 감소된다.
더욱이, 배터리보다 태양광 모듈을 사용하는 것은 또한, 특히, 배터리의 교체를 제거하고, 따라서 이의 사용을 용이하게 하고, 예를 들어, 배터리를 교체함으로써, 특히, 발생된 취급의 시간 및 비용을 상당히 감소시킴으로써, 센서의 유지보수를 감소시킬 수 있다. 또한, 배터리보다 태양광 모듈을 사용하는 것은 센서의 수명을 증가시킬 수 있다.
또한, 센서에 통합될 배터리의 사용을 제거하는 것은, 특히, 10 mm 미만인 두께 덕분에, 더욱더 환경에 통합되는 새로운 디자인으로 센서를 만들 수 있다. 따라서, 작은 공간에 통합된 자급형 센서를 개발하는 것이 가능하다.
그러나, 저장 요소가 센서에 통합될 수 있다는 것에 유의해야 한다. 예를 들어, 이러한 저장 요소는 커패시터, 수퍼커패시터 및 심지어 마이크로배터리를 포함하지만 이로 한정되지 않는다.
더욱이, 플렉시블 재료 및 기판으로 이러한 센서를 사용하고 생산하는 것은 많은 경우에 이의 사용을 간소화한다.
플렉시블 기판은 폴리에틸렌으로 만들어질 수 있다는 것에 유의해야 한다.
더욱이, 바람직하게는, 기판은 투명할 수 있다. 따라서, 기판은 광 복사선에 의해 통과될 수 있어서, 기판의 한 면에 적용된 태양광 모듈의 구성 층이 기판의 다른 면에 의해 광 복사선이 수광될 때 전자 디바이스의 정확한 작동에 필요한 전기 에너지를 발생시킬 수 있다.
특정 구현예에서, 특히, 센서가 이들 상이한 온도에 노출되는 빈도를 고려하여 미리 정의된 지속기간에 걸쳐 정확한 온도 판독치를 통신하는 것이 유리하다. 따라서, 이 구현예에서, 전자 디바이스는 온도 데이터를 시간의 함수로서 저장하도록 구성된다.
일 특정 구현예에 따르면, 모듈이 1000 럭스 미만, 또는 500 럭스 미만인 경우에도 주변 광 에너지를 사용할 수 있는 것이 유리하다. 이 경우에, 제2 계면층은 100 Ω/≤과 600 Ω/≤ 사이의 시트 저항을 갖는다.
일 특정 구현예에 따르면, 센서는 위치되는 환경에 관한 다량의 데이터를 수집할 수 있는 것이 바람직하다. 이 구현예에서, 전자 디바이스는 가속도계를 추가로 포함하고, 전자 디바이스는 바람직하게는 수분 데이터를 수집하도록 추가로 구성된다. 더욱이, 이 센서는 또한 인간 존재, 압력, 또는 심지어 광의 변화에 관한 환경 데이터와 같은 더 많은 물리적 데이터를 수집할 수 있다.
일 특정 구현예에 따르면, 수집된 정보의 전송이 데이터의 손실 없이 보안 방식으로 효과적으로, 즉, 신속하게 수행될 수 있는 것이 또한 바람직하다. 이 구현예에서, 전자 디바이스는 전기통신 프로토콜에 따라 수집된 데이터를 외부 디바이스로 전송하도록 구성된 전기통신 수단을 추가로 포함한다. 예를 들어, 이 전기통신 프로토콜은 블루투스 저에너지 프로토콜(또는 약어로 BLE), 무선 통신 프로토콜 LoRaWan, SIGFOX 프로토콜 또는 ZIGBEE 프로토콜 중에서 선택될 수 있다.
바람직하게는, 제1 플레이트는 광 복사선을 통과시키도록 추가로 구성될 수 있다. 따라서, 광 복사선은 태양광 모듈의 면 중 어느 하나에 의해 수광될 수 있으며, 이는 센서의 배향을 극복함으로써 에너지의 발생을 보장할 수 있다. 따라서, 대략 90°의 입사각으로 태양광 모듈에 의해 수광된 광 복사선에서도, 대략 0°의 입사각으로 얻어진 최대 전력의 15%를 발생시키는 것이 가능하다.
따라서, 2개의 전기 절연 플레이트는, 예를 들어, 광 복사선이 태양광 모듈에 의해 적어도 부분적으로 수광되도록 광 복사선을 통과시키는 투명 플라스틱 또는 가소화된 플레이트일 수 있다. 예를 들어, 플레이트는 투명 특성을 제공하기 위해 적층되었을 수 있다. 또한, 제1 및/또는 제2 플레이트는 태양광 모듈의 적어도 일부에 의해 수광되도록 광 복사선이 통과하는 개구를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 태양광 모듈에 의해 전달되는 전력은 광 복사선을 통과시키도록 구성되고 모듈의 활성 표면이 동일하고 동일한 광도에 노출되는 제2 모듈만을 포함하는 태양광 모듈에 비해 증가된다. 이 구성에서, 센서의 효율이 개선된다. 따라서, 이 구성에 따른 센서의 전기통신 수단을 통한 데이터 전송의 빈도, 이용 가능성, 통신 커버리지 및 네트워크 감지는 광 복사선을 통과시키도록 구성된 제2 모듈만을 포함하는 태양광 모듈에 비해 모두 증가된다. 또한, 통신 거리는 이 구성 하에서 더 크고, 센서는, 예를 들어, 획득 횟수의 증가에 따라 더 정밀해지고, 대기 전류는 연관된 더 빠른 저장 요소의 더 양호한 보상 및 재충전을 갖는다. 결과적으로, 센서는 이 구성에서 더 신뢰할 수 있게 된다.
특히, 광 복사선을 통과시키도록 구성된 2개의 전기 절연 플레이트를 갖는 센서가 있는 경우에, 제1 투명 전극(애노드 또는 캐소드)만이 직사광에 노출되는 구성, 소수의 광자는 제2 전극(캐소드 또는 애노드 각각)에 의해 간접적으로 수광된다. 이 간접 광 에너지(indirect illumination)는 태양광 모듈의 성능을 3%만큼 개선할 수 있다.
또한, 인듐-주석 산화물 층의 측부에 배치되는 제1 전기 절연 플레이트가 광 복사선을 통과시키도록 구성되지 않고, 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜 및 나트륨 폴리(스티렌 설포네이트)의 중합체 혼합물을 포함하는 층의 측부에 배치되는 하나인 제2 전기 절연 플레이트만이 광 복사선을 통과시킴에 따라 에너지를 수집할 수 있는 경우에, 태양광 모듈은 여전히 전체 성능의 65%를 보장할 수 있다는 것에 유의해야 한다.
또한, 광 복사선을 통과시키도록 구성된 2개의 전기 절연 플레이트를 갖는 센서, 애노드 및 캐소드가 둘 모두 직사광에 노출되는 구성이 존재하는 경우에, 태양광 모듈의 성능은 제1 투명 전극(애노드 또는 캐소드)만 직사광에 노출되는 구성에 비해 두 배가 될 수 있다는 것에 유의해야 한다.
또한, 이들 플레이트는, 예를 들어, 수분 기밀인 센서를 얻기기 위해, 전자 디바이스, 태양광 모듈 및 커넥터 수단을 포함하는 조립체를 봉지화하여 이 조립체를 외부로부터 격리할 수 있다. 이 경우에, 이 조립체의 주변부에서, 2개의 플레이트는 전자 디바이스 및 외부 커넥터 수단을 기밀하에 절연시키면서, 예를 들어, 제2 플레이트에 만들어진 개구를 통해 또는 투명 플레이트의 사용에 의해 태양광 모듈의 외부로부터 들어오는 광 복사선의 수광을 보장하하도록, 직접 접촉한다.
또한, 태양광 모듈은 잉크젯 프린팅 방법에 의해 생산될 수 있다는 것에 유의해야 한다.
또한, 본 발명의 의미 내에서, 상기 및 하기 용어는 직접적으로 또는 간접적으로 상기 또는 하기에 의미하는 것으로 이해된다는 것에 유의해야 한다. 따라서, 제1 요소가 제2 요소 위에 있는 것으로 간주되는 경우, 이 제1 요소와 이 제2 요소 사이에 제3 요소가 존재할 수 있다.
본 발명은 단지 예로서, 첨부된 도면을 참조하여 제공되는 다음의 설명을 읽음으로써 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 구현예에 따른 센서를 조립하기 전의 제1 분해도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 구현예에 따른 센서를 조립하기 전의 제2 분해도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제2 구현예에 따른 센서를 조립하기 전의 분해도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제2 구현예에 따른 센서를 조립한 후의 제1 도면(정면도)를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제2 구현예에 따른 센서를 조립한 후의 제2 도면(배면도)를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 바람직한 구현예에 따라 사용되는 태양광 모듈의 구조의 도면을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 구현예에 따른 센서를 조립하기 전의 제2 분해도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제2 구현예에 따른 센서를 조립하기 전의 분해도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제2 구현예에 따른 센서를 조립한 후의 제1 도면(정면도)를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제2 구현예에 따른 센서를 조립한 후의 제2 도면(배면도)를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 바람직한 구현예에 따라 사용되는 태양광 모듈의 구조의 도면을 나타낸다.
도 1 및 도 2에 도시된 센서는,
-폴리에틸렌 테레프탈레이트(일반적으로 두문자어 PET로 표시됨) 또는 폴리에틸렌 (폴리(에틸렌) 2,6-나프탈레이트(일반적으로 두문자어 PEN으로 표시됨))로 만들어진 플렉시블하고 투명한 지지체,
-직렬로 상호연결되고 지지체 상에 배열된 10개의 태양광 셀로 구성되는 유기 태양광 모듈(200)로 구성된다.
각각의 태양광 셀은:
i.캐소드를 구성하고 기판를 덮는 인듐-주석 산화물 층,
ii.산화아연 또는 알루미늄-도핑된 산화아연의 제1 계면층(제1 계면층은 캐소드를 덮음),
iii.상기 제1 계면층을 덮는 태양광 활성층, 및
iv.폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 및 나트륨 폴리(스티렌 설포네이트)의 중합체 블렌드를 포함하는 제2 계면층(상기 제2 계면층은 애노드를 구성하고 태양광 활성층을 덮고, 상기 제2 계면층은 연속적이며, 유기 섬유 구조 및 100 nm 내지 400 nm의 평균 두께를 가짐)을 포함한다.
상기에 인용된 10개의 태양광 셀 중에서 선택된 태양광 셀의 제2 계면층은 인접한 태양광 셀 중 하나의 인듐-주석 산화물 층과 접촉한다는 것(도 6 참조)에 유의하여야 한다.
이러한 모듈의 생산을 위해, 빠르고, 경제적이고, 안정적이고, 쉽게 재현 가능한 제조 방법이 구현된다.
특히, 본 발명에 따른 바람직한 모드에 따르면, 태양광 모듈은 아래에 나타낸 바와 같이 생산된다(도 6 참조).
먼저, 예를 들어, 불연속 인듐 주석 산화물 층(210, 220)이 증착되는 PET 또는 PEN으로 만들어진 기판(20)이 제공된다. 인듐 주석 산화물 층(210, 220)의 각각의 부분은 태양광 모듈의 각각의 태양광 셀의 캐소드이다. 특히, 인듐-주석 산화물(210, 220)로 코팅된 PET로 만들어진 지지체(20)가 불연속적이어서 지지체(20)가 부분적으로 인듐-주석 산화물 층(210 및 220)으로 덮이게 되며, 이는 아래에 기술된 2개의 상이한 인접 유기 태양광 셀(21 및 22)의 캐소드를 형성한다. 기판(20)은, 특히, 기판의 재료와 호환되는 용매를 사용하도록 주의함으로써 인듐 주석 산화물 층의 적용 전에, 필요하다면, 세정될 수 있다.
다음으로, 잉크젯 프린팅이 인듐 주석 산화물 층(210, 220)에 적용하며, 제1 잉크 조성물은 산화아연 나노입자 또는 알루미늄-도핑된 산화아연 나노입자를 포함한다. 제1 예에서, 실험실에서 합성된 산화아연 나노입자를 포함하는 잉크를 제1 잉크 조성물로서 갖는 것이 가능하다. 특히, 마지막에 산화아연 나노입자가 냉각조에서 냉각된 다음, 원심분리(12분 및 7800 rpm)에 의해 분리된 후에 계면활성제로 에틸렌 글리콜을 사용하여 부탄올에 분산되는 폴리올 기술을 구현함으로써, 산화아연 나노입자를 얻을 수 있다. 다른 예에서, GENES'INK에서 판매하는 실험실에서 합성된 알루미늄-도핑된 산화아연(AZO) 나노입자의 잉크를 제1 잉크 조성물로서 갖는 것이 가능하다. 일단 이들 제1 잉크 조성물 중 어느 하나가 인듐 주석 산화물 층에 적용되면, 열 처리는 70℃ 내지 130℃에 포함된 온도에서 1 내지 5분의 기간 동안 수행되어 제1 계면층(211, 221)을 형성한다. 특히, 이 단계의 열처리는 85℃의 온도에서 3분 동안 핫 플레이트에서 수행된다. 특히, 도 6에 도시된 바와 같이 태양광 모듈(200)의 태양광 셀(21 및 22)의 제1 계면층(211 및 221)이 얻어진다.
다음으로, 잉크젯 프린팅이 활성층(212 및 222)을 형성하기 위해 폴리(티에놀 [3,4-b]-티오펜)과 관련된 [6,6]-페닐-C61-메틸 부타노에이트를 포함하는 중합체의 혼합물을 포함하는 제2 잉크 조성물을 제1 계면층(211 및 221) 상에 증착시키는 데 사용된다. 예를 들어, 이 잉크는 상표명 PC70BM으로 Nano-C®에 의해 판매되는 [6,6]-페닐-C7i-메틸 부타노에이트 및 상표명 PV2000으로 Raynergy Tek®에 의해 판매되는 폴리(티에놀 [3,4-b]-티오펜의 제1 중합체 혼합물 또는 상표명 PC70BM으로 Nano-C®에 의해 판매되는 [6,6]-페닐-C7i-메틸 부타노에이트 및 상품명 PTB7-Th로 1-Materials에 의해 판매되는 폴리(티에놀 [3,4-b]-티오펜의 제2 중합체 혼합물로 구성될 수 있다. 이들 2개의 중합체 혼합물 각각은 용매로서 O-자일렌(화학식 C6H4(CH)3)2를 갖는 오르토-자일렌); 및 첨가제로서 테트랄린(1,2,3,4-테트라하이드로나프탈렌)와 연관되어, 태양광 활성층(212 및 222)을 형성한다. 특히, 제1 혼합물의 중합체 PV 2000 또는 제2 혼합물의 중합체 PTB7-Th는 바람직하게는 10 mg/mL의 비율로 이들 제2 잉크 조성물에 존재한다. 더욱이, 제1 혼합물의 중합체 PV 2000 또는 제2 혼합물의 중합체 PTB7-Th와 PC70BM 사이의 질량비는 바람직하게는 1:1.5이다. 또한, 바람직하게는, 용매 O-자일렌과 첨가제 테트랄린 사이의 부피비가 이들 2개의 조성물에서 97:3인 것에 유의해야 한다. 2개의 잉크 조성물은 용매 및 첨가제를 제1 및 제2 중합체 혼합물에 첨가하고, 80℃ 가열 플레이트 상에서 700 RPM의 속도로 교반하면서 약 24시간 동안 유지함으로써 제조된다는 것에 유의해야 한다. 이어서, 이들 2개의 조성물 중 하나 또는 다른 하나가 적용되어 활성층(212 및 222)을 형성한다. 또한, 이 바람직한 구현예에서, 활성층을 적용한 후에, 유기 태양광 셀의 각각의 층 사이의 직렬 저항을 추가로 감소시키기 위해, 태양광 활성층은 에탄올, 부탄올, 메탄올, 이소프로판올 및 에틸렌 글리콜로부터 선택되는 용매를 사용하여 세정된다. 다음으로, 열처리는 70℃ 내지 130℃에 포함된 온도에서 1 내지 5분의 기간 동안 수행되어 활성층을 형성한다. 특히, 이 열처리는 85℃의 온도에서 2분 동안 핫 플레이트에서 수행된다.
이어서, 후속 단계에서, 잉크젯 프린팅이 제조시 태양광 셀(21, 22)의 태양광 활성층(212, 222)에 적용하고, 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜) 및 나트륨 폴리(스티렌 설포네이트)의 중합체 블렌드를 포함하는 제3 잉크 조성물은 또한, 인접한 태양광 셀의 인듐 주석 산화물 층과 접촉할 것이다. 이 제3 잉크 조성물의 적용은 태양광 모듈(200)의 태양광 셀(21 및 22)의 제2 계면층(213 및 223)을 형성할 것이다. 이러한 제3 계면층은, 예를 들어,
_ PEDOT:상표명 IJ 1005 또는 PEDOT로 Agfa®에 의해 판매되는 PSS:상표명 ORGACON S315로 Agfa®에 의해 판매되는 PSS;
_ 세제/계면활성제로서 Merck®에 의해 판매되는 Triton X-100(화학식 Oct-C6H4-(OCH2CH2)XOH(x=9~10)를 갖는 4-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)페닐-폴리에틸렌 글리콜);
_ Merck®에 의해 판매되는 에탄다이올(또는 화학식 HOCH2CH2OH를 갖는 에틸렌 글리콜);
_ Merck®에 의해 판매되는 글리세롤(화학식 HOCH2CH(OH)CH2OH를 갖는 1,2,3-프로판트리올 또는 글리세린);
_ 실험실에서 생산되거나, 또는 브랜드명 수성 ELGA®로 회사 PURELAB® classic에 의해 판매되는 탈이온수를 포함할 수 있다.
다음으로, 열처리는 70℃ 내지 130℃에 포함된 온도에서 1 내지 5분의 기간 동안 수행되어, 애노드이기도 한 제2 계면층(213, 223)을 형성한다. 특히, 이 열처리는 120℃의 온도에서 1 내지 5분 동안 핫 플레이트에서 수행된다.
따라서, 얻어진 태양광 모듈(200)은 플렉시블하고, 제2 계면층(213, 223)은 100 Ω/≤ 내지 600 Ω/≤의 시트 저항을 갖는다.
이 방식으로 진행함으로써, 얻어진 유기 태양광 모듈(200)은 14% 내지 23%의 변환 효율을 갖는데, 이는 실내 복사선에서, 즉, 1000 럭스 미만, 또는 500 럭스 미만의 복사선에서 효과적으로 태양광 모듈(200)을 사용할 수 있기에 충분하다. 특히, 이 유기 태양광 모듈(200)을 사용하면, 광 발생 전하 손실은 최소화되고, 유기 태양광 셀의 상이한 층 사이의 전송이 개선되어 광전지 모듈의 전반적인 안정성을 갖는다. 실제로, 유기 태양광 모듈(200)의 일반적인 안정성은 유기 태양광 모듈의 각각의 유기 태양광 셀을 구성하는 상이한 층의 본질적인 안정성뿐만 아니라, 이들 층 각각의 사이의 계면의 안정성에도 의존한다. 또한, 이 바람직한 구현예에 사용되는 태양광 모듈(200)을 이용하면, 제2 계면층에 적용된 추가 층이 제거된다. 따라서, 제2 계면층 및 애노드 층 둘 모두인 하나의 층이 존재한다. 이 경우에, 따라서, 현재 당업계에 사용되는 것보다 더 적은 계면을 포함하는 유기 태양광 셀이 사용된다. 따라서, 광 발생 전하를 손실할 위험이 감소되고 계면 산화를 가질 위험도 감소된다.
따라서, 이 태양광 모듈을 제조하기 위해, 130℃ 초과의 열처리, 은으로 만들어질 수 있거나, 특히, 유기 태양광 셀에서 애노드로 사용되는 유사한 특성을 갖는 물질로 만들어질 수 있는 제2 계면층에 일반적으로 적용되는 애노드 층을 일반적으로 어닐링하기 위해 최신 기술로 현재 구현되는 열처리를 수행하는 것이 필요하지 않다. 이러한 열 처리를 사용하지 않는 이점은 유기 태양광 셀의 다른 층이 높은 온도에 의해 영향을 받지 않는다는 것이다. 예를 들어, 예를 들면, 폴리에틸렌과 같은 130℃ 미만의 유리 전이 온도를 갖는 기판을 포함하는 태양광 모듈이 사용될 수 있다.
태양광 모듈(200)은 전기 커넥터 수단(120)을 통해 전자 디바이스(100)에 연결된다. 예를 들어, 이들 커넥터 수단(120)은 2개의 AWG 케이블 유형 커넥터일 수 있다.
전자 디바이스(100)는, 특히, 전자 디바이스(100)를 위해 구성되거나 적어도 온도 데이터를 수집하고 전송하도록 구성되고, 바람직하게는 이들 온도 데이터를 시간의 함수로서 저장하도록 구성되는 전자 부품을 포함한다. 또한, 전자 디바이스(100)는 가속도계를 추가로 포함하고, 바람직하게는 수분 데이터를 수집하도록 추가로 구성된다.
전자 디바이스(100)는 당업자에게 알려진 전기통신 프로토콜에 따라 수집된 데이터를 외부 디바이스로 전송하도록 구성된 전기통신 수단을 추가로 포함한다.
다음으로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 태양광 모듈(200)은 전자 디바이스(100) 위에 배치된다.
바람직한 제1 구현예에 따르면, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 태양광 모듈(200), 전자 디바이스(100) 및 커넥터 수단(120)을 포함하는 조립체는 2개의 전기 절연 플레이트(310, 320) 사이에 마지막으로 봉지화되며: 그 위에 전자 디바이스(100)가 놓이는 제1 플레이트(310)가 배치되고, 제2 플레이트(320)는 제1 플레이트(310)와 제2 플레이트(320) 사이에 배치되는 태양광 모듈(200) 위에 배치된다. 여기서, 이들 2개의 플레이트는 투명하고 PET 배리어 필름의 형태이며, 이는 센서가 센서로 산소 및 수분 분자를 도입하는 것을 방지하기 위해 밀봉되게 하는 목적을 갖는다. 이들 2개의 플레이트를 접착제의 증착물을 이용하여 85℃ 미만의 온도에서 10분 동안 적층에 의해 배치한다. 봉지화 단계로 간주되는 이 단계는 습기에 대한 우수한 저항성뿐만 아니라 시간이 지남에 따른 높은 저항성을 센서에 제공한다. 제2 플레이트(320), 즉, 태양광 모듈(200)의 측부에 배열된 필름은, 제2 플레이트(320)가 투명한 정도일 필요는 없지만, 태양광 모듈(200)이 적어도 부분적으로 배열되는 개구(322)를 포함할 수 있다는 것에 유의해야 한다.
바람직한 제2 구현예에 따르면, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 태양광 모듈(200), 전자 디바이스(100) 및 커넥터 수단(120)을 포함하는 조립체는 2개의 전기 절연 플레이트(310, 320) 사이에 마지막으로 봉지화되며: 전자 디바이스(100)가 위에 놓이는 제1 플레이트(310)가 배치되고, 제2 플레이트(320)는 제1 플레이트(310)와 제2 플레이트(320) 사이에 배치되는 태양광 모듈(200) 위에 배치된다. 여기서, 구성은 제1 구현예의 것과 유사하다.
그러나, 이 제2 구현예에서, 이들 2개의 플레이트는 부분적으로 투명하여 태양광 모듈(200)의 적어도 일부가 광 복사선을 수광할 수 있거나, 둘 모두는 태양광 모듈(200)이 광 복사선을 직접 수광하도록 적응되는 개구부(322)를 포함하거나 간접적으로 적어도 부분적으로 배열되며, 즉, 광 복사선이 투명 지지체를 통과한 다음 태양광 모듈(200)에 의해 수광된다.
또한, 전자 디바이스(100)의 전자 부품은, 예를 들어, 제1 플레이트(310)를 통해 볼 수 있지만, 제2 플레이트(320)를 통해서도 매우 잘 볼 수 있다. 이들 부품은, 특히, 2개의 플레이트(310 및 320) 사이에 봉지화된다.
본 발명에 따라, 특히, 이들 2개의 바람직한 구현예에 따라 얻어진 센서는 전자 디바이스(100), 태양광 모듈(200) 및 2개의 플레이트(310, 320)의 각각의 두께에 따라 5 mm 내지 10 mm의 두께를 가질 수 있다.
Claims (8)
- 물리적 데이터 센서로서,
-직렬로 상호 연결된 적어도 2개의 태양광 셀을 포함하는 태양광 모듈(200),
-적어도 온도 데이터를 수집하고 전송하도록 구성된 전자 디바이스(100)(전자 디바이스는 플렉시블 인쇄 회로를 포함함),
-태양광 모듈(200)과 전자 디바이스(100)를 연결하는 전기 커넥터 수단(120)을 포함하며,
태양광 모듈(200)은 전자 디바이스(100)의 적어도 일부를 포함하는 요소 위에 적어도 부분적으로 배치되고,
상기 센서는 2개의 전기 절연 플레이트(310, 320)를 추가로 포함하고: 전자 디바이스(100)가 위에 놓이는 제1 플레이트(310)가 배열되고 제2 플레이트(320)는 광 복사선을 통과시켜 광 복사선이 상기 태양광 모듈(200)의 적어도 일부에 의해 수광되도록 구성되며,
상기 센서는 5 mm 내지 10 mm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하고,
상기 태양광 모듈(200)은:
중합체 재료로 만들어진 플렉시블 기판,
캐리어 상에 배치된 적어도 제1 태양광 셀 및 제2 태양광 셀을 포함하며, 상기 2개의 태양광 셀 각각은:
i.상기 캐소드를 구성하고 상기 기판를 덮는 인듐-주석 산화물 층,
ii.산화아연 또는 알루미늄-도핑된 산화아연의 제1 계면층(상기 제1 계면층은 상기 캐소드를 덮음),
iii.상기 제1 계면층을 덮는 태양광 활성층, 및
iv.폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 및 나트륨 폴리(스티렌 설포네이트)의 중합체 블렌드를 포함하는 제2 계면층(상기 제2 계면층은 애노드를 구성하고 태양광 활성층을 덮고, 제2 계면층은 연속적이며, 유기 섬유 구조 및 100 nm 내지 400 nm의 평균 두께를 가짐)을 포함하며,
상기 제1 태양광 셀의 상기 제2 계면층은 상기 제2 태양광 셀의 상기 인듐-주석 산화물 층과 접촉하는, 센서. - 제1항에 있어서,
그것 없이 전자 디바이스(100)는 상기 온도 데이터를 시간의 함수로서 저장하도록 구성되는, 센서. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제2 계면층은 100Ω/≤ 및 600 Ω/≤의 시트 저항을 갖는, 센서. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
전자 디바이스(100)는 가속도계를 추가로 포함하고, 전자 디바이스(100)는 바람직하게는 수분 데이터를 수집하도록 추가로 구성되는, 센서. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
전자 디바이스(100)는 전기통신 프로토콜에 따라 상기 수집된 데이터를 외부 요소로 전송하도록 구성된 전기통신 요소를 추가로 포함하는, 센서. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
제2 플레이트(320)는 태양광 모듈(200)에 의해 적어도 부분적으로 수광되도록 상기 광 복사선이 통과하는 개구(322)를 포함하는, 센서. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 플레이트는 광 복사선을 통과시키도록 추가로 구성되는, 센서. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은 투명한, 센서.
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