요약
본 발명은 건물의 창문을 통해 자연 채광을 유지하면서 전기를 생산하는 새로운 형태의 투명 태양전지 기술에 관한 것입니다. 이 기술은 유연한 기판에 투명 전극층과 금속 산화물층을 적층하여 광전소자를 제작하고, 특정 파장의 UV 빛을 차단하면서 높은 투과율을 달성합니다. 또한, 광통신 기능을 통합하여 스마트 건물에서 데이터 전송에 활용할 수 있으며, UV 차단 기능으로 피부 보호에도 기여합니다. 이 기술은 건축물의 미적 가치를 해치지 않으면서 에너지 효율을 향상시키고, 지속 가능한 건축 환경 조성에 기여할 것으로 기대됩니다.
기본 정보
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특허명: 창호형 광통신기용 플렉서블 투명 광전소자
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대표 발명자: 김준동 교수
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출원번호: 10-2023-0122813
발명의 배경 및 필요성
기술 발전 배경
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재생 에너지 기술을 일상 인프라에 통합하는 글로벌 추세에 부응하고 지속 가능한 에너지원으로의 전환을 촉진함
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첫 세대 실리콘 기반 태양전지는 효율적이지만 비용이 높고 유연성이 부족함
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두 번째 세대인 박막 태양전지는 비용 효율적이고 유연하지만 투명하지 않아 건물 창문에 적용하기 어려움
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건물 통합형 태양광(BIPV)은 건축물의 미적 가치를 유지하며 구조에 자연스럽게 통합됨
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투명 태양전지 기술은 외관과 자연 채광을 유지하면서 태양 에너지를 생산하는 혁신적인 단계임
기술의 중요성
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창문을 통해 자연 채광을 유지하면서 전기를 생산할 수 있는 새로운 기술이 필요함
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도심 지역에서 건물 공간이 한정되어 있어 전통적인 태양광 패널 설치가 어려운 곳에 적합함
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다기능성 재료로서의 업계 추세를 반영하여 주요 기능을 넘어 추가적인 이점을 제공함
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태양광 프레임은 구조적 요소일 뿐만 아니라 에너지 발생 장치로도 활용됨
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이 기술은 건물 설계와 전원 공급 방식에 혁신을 가져올 잠재력을 지닌 태양광 분야의 중요한 진보임
구현방법
기술의 원리 및 특성
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본 기술은 유연하고 투명한 광전소자를 활용하여, 창문을 통한 광통신을 가능하게 하며 시야를 유지함
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380nm에서 825nm 파장 범위의 빛을 30%에서 99% 투과시키고, 100nm에서 380nm 파장의 UV 빛은 최대 99% 차단함
제작 방법
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유연한 기판 위에 투명 전극층, Ga2O3를 포함하는 n형 금속 산화물층, Cu2O를 포함하는 p형 금속 산화물층을 쌓아 광전소자를 제작함
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RF 파워와 작동 압력을 조절하여 p/n 이종접합을 형성하고, 아날로그-디지털 신호 변환기와 마이크로컨트롤러를 통합하여 모스 부호 신호를 송수신할 수 있음
기술의 장점
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유연성과 투명성을 겸비한 광전소자로 빛을 전기 신호로 효과적으로 변환함
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Ga2O3와 Cu2O의 조합으로 높은 광전압과 증가된 광전류 밀도를 달성함
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광통신 창문, 광센서, 탐지기 등 다양한 분야에 활용 가능하며, UV 차단 기능으로 피부 보호에도 기여함
발명의 활용 방안 및 기대효과
활용 가능성
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자연광을 통과시키면서 전기를 생산하는 창문으로, 태양광을 전기 에너지로 변환함
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스마트 건물에서 광통신 기능을 활용하여 데이터 전송에 사용함
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투명하고 유연한 특성으로 다양한 건물 표면에 적용 가능하며, 외관 디자인을 유지함
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UV 차단 기능으로 건강 보호에도 기여함
기대 효과
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태양광을 이용한 전기 생산으로 에너지 효율 향상에 기여함
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광통신 기능을 통해 전통적인 통신 시스템 의존도를 줄이고, 제로 에너지 건물 구현에 도움을 줌
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고성능 및 안정성을 바탕으로 장기간 사용 가능하여 지속 가능한 건축 환경 조성에 기여함
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에너지 및 통신 분야의 혁신을 촉진하는 다양한 산업 분야에 적용 가능한 기술임
시장 동향
태양 에너지 시장 동향
기술 SWOT 분석
Strengths
투명 태양전지의 혁신적 특성
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자연 채광을 유지하면서 전기를 생산할 수 있는 투명 태양전지 기술입니다.
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유연하고 투명한 광전소자를 활용하여 시야를 유지하면서 광통신이 가능합니다.
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Ga2O3와 Cu2O의 조합으로 높은 광전압과 증가된 광전류 밀도를 달성합니다.
건물 통합형 태양광(BIPV)의 장점
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건축물의 미적 가치를 유지하며 구조에 자연스럽게 통합되는 BIPV 기술입니다.
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다기능성 재료로서 추가적인 이점을 제공하며, 에너지 발생 장치로도 활용됩니다.
Weaknesses
기술적 한계 및 개선 필요성
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투명 태양전지의 효율성과 안정성이 기존 태양전지에 비해 상대적으로 낮을 수 있습니다.
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고도의 기술력을 요구하는 제작 과정으로 인해 대량 생산에 어려움이 있을 수 있습니다.
Opportunities
시장 및 환경적 기회
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도심 지역에서 전통적인 태양광 패널 설치가 어려운 곳에 적합한 기술입니다.
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스마트 건물과 제로 에너지 건물 구현에 기여할 수 있는 기술입니다.
응용 가능성의 확장
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광통신 창문, 광센서, 탐지기 등 다양한 분야에 활용 가능합니다.
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UV 차단 기능으로 피부 보호에도 기여할 수 있습니다.
Threats
시장 및 기술적 위협 요소
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기존의 실리콘 기반 태양전지와 박막 태양전지 등 경쟁 기술과의 치열한 시장 경쟁이 있습니다.
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기술 발전 속도와 시장 수용도에 따른 불확실성이 존재합니다.
Summary
종합 평가
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투명 태양전지 기술은 자연 채광 유지와 전기 생산이라는 이중의 이점을 제공합니다.
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기술적 한계와 대량 생산의 어려움이 있으나, 도심 지역과 스마트 건물에 적합한 기회를 제공합니다.
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기존 태양전지 기술과의 경쟁과 기술 발전의 불확실성이 위협 요소로 작용할 수 있습니다.
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