요약
인천대학교 산학협력단이 한국연구재단의 지원을 받아 저온에서 생산 가능한 투명 광전소자를 개발했습니다. 이 기술은 황화주석(SnS)을 이용하여 높은 전력 변환 효율과 투명성을 달성하며, 전 방향에서 빛을 포착할 수 있는 특성을 가지고 있습니다. Glass/FTO/Ga2O3/SnS/AgNW 다층 구조로 구성된 이 광전소자는 광통신 시스템과 태양광 발전 분야에서 혁신적인 변화를 가져올 것으로 기대됩니다. 저온 제작 공정으로 인한 비용 절감과 다양한 기판 적용 가능성은 이 기술의 응용 범위를 넓히며, 투명한 태양전지나 디스플레이 등 다양한 분야에 활용될 전망입니다.
기본 정보
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특허명: 전방향 안테나용 투명 광전소자
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대표 발명자: 김준동 교수
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출원번호: 10-2023-0122814
발명의 배경 및 필요성
기술 발전과 문제점
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태양광 발전 기술은 효율성 증대와 생산 비용 절감을 위해 지속적으로 연구되어왔으며, 기존 실리콘 기반 태양전지는 특정 방향의 빛에만 최적화되어 있어 전 방향에서 빛을 포착할 수 있는 태양전지 개발이 필요함
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광통신 시스템에서도 전 방향 빛 감지 능력은 시스템 성능 향상에 중요함
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주석 황화물(SnS)을 이용한 태양전지는 비독성이고 자원이 풍부하지만, 높은 온도에서의 생산 과정이 도입의 장애로 작용함
기술의 중요성
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태양광 발전과 광통신 시스템에서 전 방향 빛 포착 기능은 해당 분야에 혁신적인 변화를 가져올 수 있음
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이 발명은 다양하고 효율적인 빛 활용 방안을 제공하며, 지속 가능한 기술로서 현대 사회의 요구를 충족시키는 혁신적인 발전을 추구함
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투명한 태양전지 장치와 전 방향 안테나의 결합은 에너지 수확 및 통신 기술에 새로운 가능성을 제시함
구현방법
기술의 원리 및 특징
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이 기술은 빛을 전기 에너지로 변환하는 투명 광전소자를 활용함
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황화주석(SnS)을 사용해 투명성과 고효율의 광전변환을 실현함
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저온에서 반도체를 제작할 수 있어 제조 비용을 절감하고 다양한 기판에 적용 가능함
실현 과정
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기판 준비: 유리 등의 기판을 사용하여 기반을 마련함
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투명 전극층 형성: 전기 전도성이 있는 FTO나 ITO로 투명 전극층을 형성함
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금속산화물층 추가: 스퍼터링 방식으로 갈륨 산화물(Ga2O3)을 추가함
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2차원 반도체층 증착: 스핀코팅으로 황화주석(SnS)을 반도체층으로 증착함
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상단 투명 전극층 덮음: 은 나노와이어(AgNW)로 최종 전극층을 형성함
기술의 장점
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높은 전력 변환 효율과 투명성을 동시에 제공함
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전방향성이 뛰어나 다양한 각도에서도 효과적으로 빛을 받아들임
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저온 제작으로 비용 절감 및 다양한 기판 적용이 가능하여 응용 범위가 넓음
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투명한 태양전지나 디스플레이 등 다양한 분야에 활용 가능함
활용 방안 및 기대효과
다양한 분야에서의 기술 적용
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투명 광전소자는 광통신 시스템의 핵심 부품으로 활용되며, 모든 방향의 빛을 감지해 전기 신호로 변환하는 기능을 가짐
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높은 투과율과 뛰어난 광전 변환 효율을 자랑하는 이 소자는 광전자공학을 비롯한 다양한 광학적 응용 분야에 적합함
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300~400 nm 파장의 빛에 반응하며, 광전압, 광전류밀도, 충진율, 전력변환효율 등에서 우수한 전기적 특성을 보임
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Glass/FTO/Ga2O3/SnS/AgNW 다층 구조를 통해 광전 변환 능력이 향상됨
기술 발전에 따른 기대 효과
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전방향 광통신 시스템 구현이 가능해져 광통신 시장에 새로운 패러다임을 제시할 수 있음
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투명 광전소자의 높은 광반응도와 전기적 특성은 광통신의 효율성과 신뢰성을 크게 향상시킬 것으로 기대됨
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디스플레이 등 광학적 장치에 통합되어 무선 통신 기능을 제공함으로써 혁신적인 제품 개발의 기반이 될 수 있음
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시각적으로 거의 보이지 않는 특성과 높은 투과율을 바탕으로 광학적으로 투명한 전자기기 개발이 가능함
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에너지 효율성과 보안 강화에 기여하며, 다양한 신호 간섭에 강한 광통신 기술 발전에 도움을 줄 것으로 예상됨
시장 동향
태양 에너지 시장 동향
기술 SWOT 분석
Strengths
전 방향 빛 포착 기능
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태양광 발전과 광통신 시스템에서 모든 방향의 빛을 포착할 수 있는 기능을 제공합니다.
비독성 및 자원 풍부성
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주석 황화물(SnS)을 이용하여 비독성이며 자원이 풍부하여 환경적으로도 우수합니다.
저온 제작 기술
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저온에서 반도체를 제작할 수 있어 제조 비용을 절감하고 다양한 기판에 적용 가능합니다.
Weaknesses
높은 온도에서의 생산 과정
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기존 주석 황화물(SnS)을 이용한 태양전지는 높은 온도에서의 생산 과정이 장애로 작용할 수 있습니다.
Opportunities
신재생 에너지 기술 발전 기여
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한국의 신재생 에너지 기술 발전에 기여하며, 지속 가능한 기술로서 현대 사회의 요구를 충족시킬 수 있습니다.
투명한 태양전지 및 광통신 시스템 혁신
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투명한 태양전지 장치와 전 방향 안테나의 결합으로 에너지 수확 및 통신 기술에 새로운 가능성을 제시합니다.
Threats
기존 기술과의 경쟁
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기존 실리콘 기반 태양전지와 같은 경쟁 기술들이 시장에서 이미 확고한 위치를 차지하고 있습니다.
Summary
Strengths
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전 방향 빛 포착 기능, 비독성 및 자원 풍부성, 저온 제작 기술로 인한 제조 비용 절감 등이 주요 강점입니다.
Weaknesses
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높은 온도에서의 생산 과정이 기존 기술의 약점으로 작용할 수 있습니다.
Opportunities
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신재생 에너지 기술 발전에 기여하고, 투명한 태양전지 및 광통신 시스템 혁신을 통해 새로운 시장을 창출할 수 있는 기회가 있습니다.
Threats
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기존 기술과의 경쟁에서 시장 점유율을 확보해야 하는 도전이 존재합니다.
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