요약
이 발명은 투명 태양광 발전장치로, 금속 산화물을 사용해 건물이나 차량의 창문을 통해 에너지를 발전시키는 기술입니다. 색상을 조정할 수 있어 건물의 디자인에 맞춰 사용이 가능하며, 습식 태양광 발전의 문제점들을 해결했습니다. 약한 빛 환경에서도 작동이 가능해 실내에서도 에너지를 생산할 수 있습니다. 이로 인해 도시 환경에서의 비용 절감과 실내 광 태양광 발전에 적합하며, 건물과 통합해 다양한 전자 장치의 전력 공급에 활용될 수 있습니다.
기본 정보
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특허명: 태양광 및 인도어광에서 전력생산이 가능한 가변컬러형 태양광발전장치
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대표 발명자: 김준동 교수
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출원번호: 10-2023-0071257
발명의 배경 및 필요성
발명의 배경
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투명태양광발전장치에 대한 연구는 활발하게 진행 중임
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금속 산화물 재료는 많은 전자장치에 채택되며, 비독성이며 가격이 저렴하고 UV광자를 효과적으로 흡수함
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건물 또는 기타 일반 물체의 창문을 포함한 고유한 방식으로 투명태양광발전장치를 설치 가능함
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습식 태양광 발전장치는 제한된 스케일과 낮은 투명성 문제, 대기 환경의 불안정성 등의 문제를 가짐
발명의 필요성
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화석 연료에 대한 과도한 의존은 기후 변화를 초래하며, 이를 해결하기 위해 친환경적이고 지속 가능한 에너지 생산 방식이 필요함
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에너지 생산과 소비 장소 사이의 거리 때문에 송전선로와 시스템 유지관리가 필요하며, 이로 인한 재정적 부담과 전력 손실이 발생함
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건물에서 태양 에너지를 수확하여 제로 에너지 건물로 전환하는 추세로, 현장 에너지 생산 체계를 도입하고자 하는 노력이 필요함
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투명 태양광 발전장치는 건물의 창문이나 운송 차량, 디스플레이 등에서 에너지를 생산하는데 사용될 수 있으며, 도시 환경에서 재정적 및 공간적 비용을 절감하는 데 도움이 될 수 있음
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투명 태양광 발전장치의 장점 중 하나는 약한 빛 환경에서도 전력을 생산할 수 있어, 사물인터넷의 센서나 액추에이터, 통신 객체 등 소형 전력 전자 장치를 지원하는 실내 광 태양광 발전에 유용함
실험 및 구현
제조 방법
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제1투명전극층 준비함
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스퍼터링 방식으로 제1산화물반도체층 형성함
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PECVD 방식으로 Si박막층 형성함
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스퍼터링 방식으로 제2산화물반도체층 형성함
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제2투명전극층 형성함
실험 결과 및 구현 효과
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제2산화물반도체층의 두께를 조절하여 전체 색상 변경 가능함
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백 리플렉터를 사용하여 빛을 관리하며 높은 전류 발생함
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광-액티브 층을 통과하는 다수의 광을 통과시켜 광-트래핑 기능 가능함
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비정질 Si를 이용하여 높은 가시광, 투광성 및 크기 개선함
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양방향으로 투명 전극 필요, 한쪽 면은 FTO 층 작용, 다른 한쪽 면은 은 나노와이어와 얇은 ZnO 필름의 하이브리드 구조 형성함
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Al-doped ZnO(AZO)를 이용하여 투명태양광발전장치 성능 3.02% 향상함
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백 리플렉터가 내장된 투명태양광발전장치가 AM 1.5G보다 저강도 실내광에서 351% 더 많은 전류 발생함
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대형 투명태양광발전장치는 표준 AM 1.5 G에서 0.68%의 효율, 흰색 배경에서 0.8%의 효율을 보임
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AM 1.5 G의 전력으로, 대면적 투명태양광발전장치는 7 W/m2 이상의 현장 독립 전력 제공함
발명의 활용 방안
제품 및 서비스 적용
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본 발명의 투명태양광발전장치는 실내 조명에서 전력을 생산함
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건물과 통합하기 적합한 광학적 특성을 가지며, 다양한 백 리플렉터 층 두께를 통해 선명한 색상과 현장 발전을 달성함
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투명도가 높아 건물 또는 차량의 창문에서 활성 발전기로 사용될 수 있으며, 휴대용 전자 장치의 전력을 증가시킬 수 있음
산업 및 사회 문제 해결
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투명태양광발전장치는 사람의 눈에 보이지 않으면서 현장에서 전력을 생산함
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건물 및 차량의 백 리플렉터-투명태양광발전장치 셀은 쾌적하고 선명한 색상으로 현장 전력을 생성하며, 자체지속 가능한 에너지 시스템을 위한 건축 재료로 사용될 수 있음
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본 발명의 실시예에 따른 투명태양광발전장치는 자연적인 태양 조건에서 선풍기에 전력을 공급하여 장치를 구현할 수 있으며, 자연적인 햇빛 아래에서 DC 팬을 작동시키는 현장 전력을 생산함
시장 동향
에너지 생산 시장 동향
친환경 에너지 시장 동향
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