KR101729084B1 - Adopting a non-cadmium quantum dots with a wavelength conversion material and a sealing material using the same solar module and solar condensing light-emitting device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 봉지재, 태양전지모듈 및 발광형 태양광 집광장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 1-3-6족 비카드뮴 3성분계 또는 4성분계 양자점을 파장 변환 물질로 채용하여 양자점과 투명 고분자를 복합체로 제작한 뒤 양자점의 광 변환 성질을 이용해 자외선을 흡수하고 가시광선으로 방출하고, 가시광선을 적외선으로 변환하여 태양전지의 내구성을 향상시킴은 물론 발전 효율 향상에 도움을 주는 비카드뮴 양자점을 파장변환 물질로 채용한 봉지재와 이를 채용한 태양전지모듈 및 발광형 태양광 집광장치에 관한 것이다.The present invention relates to an encapsulant, a solar cell module, and an emissive type solar concentrator. More particularly, the present invention relates to an encapsulant, a solar cell module, Cadmium quantum dots are used to improve the durability of solar cells by converting visible light into infrared rays and to improve the power generation efficiency by absorbing ultraviolet rays by absorbing ultraviolet rays and emitting them as visible light using the light conversion property of the quantum dots. An encapsulant used as a conversion material, a solar cell module employing the encapsulant, and an emissive type solar concentrator.
Description
본 발명은 봉지재, 태양전지모듈 및 발광형 태양광 집광장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 1-3-6족 비카드뮴 3성분계 또는 4성분계 양자점을 파장 변환 물질로 채용하여 양자점과 투명 고분자를 복합체로 제작한 뒤 양자점의 광 변환 성질을 이용해 자외선을 흡수하고 가시광선으로 방출하고, 가시광선을 적외선으로 변환하여 태양전지의 내구성을 향상시킴은 물론 발전 효율 향상에 도움을 주는 비카드뮴 양자점을 파장변환 물질로 채용한 봉지재와 이를 채용한 태양전지모듈 및 발광형 태양광 집광장치에 관한 것이다.The present invention relates to an encapsulant, a solar cell module, and an emissive type solar concentrator. More particularly, the present invention relates to an encapsulant, a solar cell module, Cadmium quantum dots are used to improve the durability of solar cells by converting visible light into infrared rays and to improve the power generation efficiency by absorbing ultraviolet rays by absorbing ultraviolet rays and emitting them as visible light using the light conversion property of the quantum dots. An encapsulant used as a conversion material, a solar cell module employing the encapsulant, and an emissive type solar concentrator.
주지된 바와 같이, 태양광 에너지는 에너지원이 무한하고 공해가 없다는 점에서 기존에 사용되던 화석 에너지를 대체할 수 있는 친환경적 에너지로 주목 받아왔다. As is well known, photovoltaic energy has attracted attention as an eco-friendly energy that can replace fossil energy that has been used in the past because the energy source is infinite and there is no pollution.
현재까지 개발되어온 태양전지들은 높은 제작단가로 인해 발전 비용이 비싸거나, 이론적 효율 한계가 낮다는 단점을 갖고 있다.Solar cells, which have been developed to date, have a disadvantage in that they have high production costs due to their high production cost or low theoretical efficiency limit.
이론적 효율 한계를 극복하기 위한 차세대 태양전지의 하나로 양자점을 채용하는 것이 고려되고 있으며, 이 경우 생산 단가도 저렴할 수 있어 큰 관심을 불러일으키고 있다.The adoption of quantum dots as one of the next generation solar cells to overcome the theoretical efficiency limit has been considered, and in this case, the production cost can be cheap, which is causing great interest.
양자점을 태양전지의 광활성층(active layer)으로 활용할 경우, 다중여기자발전(MEG:Multiple Exciton Generation:MEG) 현상이 일어나는데, 이론적으로는 하나의 광자로 여러 개의 전자를 형성할 수 있다.When a quantum dot is used as a photoactive layer of a solar cell, a multiple exciton generation (MEG) phenomenon occurs. In theory, multiple electrons can be formed by one photon.
하지만, 형성된 여러 개의 전자가 전류가 되지 못하여 양자점 태양전지의 효율이 충분히 확보되지 않았기 때문에 시장성이 확보되기까지 더 많은 연구가 필요할 것으로 고려된다.However, since the efficiency of the quantum dot solar cell can not be secured due to the fact that the formed electrons do not flow into the current, it is considered that further research is required until marketability is secured.
태양전지의 이론적 효율 한계를 극복하는 또 다른 방법은 양자점을 태양전지의 집광층(light harvesting layer)에 활용하는 것이다. Another way to overcome the theoretical efficiency limit of solar cells is to use the quantum dots in the light harvesting layer of solar cells.
태양광은 자외선, 가시광선 및 적외선 등 넓은 파장영역에 존재하지만, 전세계 태양전지의 80% 이상을 차지하는 실리콘 태양전지가 흡수할 수 있는 빛의 파장은 가시광선 영역으로 제한된다. Solar light exists in a wide wavelength range such as ultraviolet light, visible light and infrared light, but the wavelength of light absorbed by silicon solar cells, which occupy more than 80% of the world's solar cells, is limited to the visible light range.
그리고, 흡수되지 않은 빛들은 에너지 변환에 사용되지 않고 잉여 에너지로 버려지게 된다. 그 중에서도 자외선은 자외선 고유의 높은 에너지로 인해서 태양 전지의 내구성에 치명적 결함을 일으킬 수 있다.And, unabsorbed light is not used for energy conversion but is discarded as surplus energy. Among them, ultraviolet rays can cause fatal defects in the durability of the solar cell due to the inherent high energy of ultraviolet rays.
일반적으로는 해당 자외선을 차단하기 위해 자외선 흡수제 및 자외선 안정제를 첨가하지만 일정 시간이 지나면서 고분자에서 빠져 나오거나 투명 고분자로 이루어진 봉지재 층에 황변을 일으킬 수 있다는 단점을 가지고 있다.In general, ultraviolet absorbers and ultraviolet stabilizers are added to block the ultraviolet rays, but they are disadvantageous in that they can escape from the polymer over a certain period of time or cause yellowing of the encapsulating material layer made of a transparent polymer.
미국 특허 제6093757호는 결정형 실리콘 태양전지의 봉지재에 추가 가교(crosslinking)를 통해 안정성을 확보하였다. 즉, 별도의 자외선 흡수제가 없이도, 자외선에 견딜 수 있다는 장점을 가졌다. U.S. Patent No. 6093757 secures stability through additional crosslinking to an encapsulant of a crystalline silicon solar cell. That is, even without a separate ultraviolet absorber, it has the advantage of being able to withstand ultraviolet rays.
하지만, 낮은 광전 변환 효율을 보완할 수 없다는 단점이 있었다.However, there is a disadvantage that it can not compensate for low photoelectric conversion efficiency.
일본 공개특허 제1995-202243호, 제1996-004147호 등은 태양전지의 봉지재에 무기 및 유기 형광체를 도포시켜 자외선 영역의 빛을 가시광선 영역으로 변환시키고 발전에 사용하였는데, 이는 자외선 흡수 뿐만 아니라 에너지 변환 효율을 향상시킨다는 것이 해당 태양전지의 장점이다.Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 1995-202243 and 1996-004147 have applied inorganic and organic phosphors to a sealing material of a solar cell to convert light in the ultraviolet region into visible light region and use it for power generation. It is an advantage of the solar cell to improve energy conversion efficiency.
그러나, 무기 형광체의 경우 마이크로 스케일의 입자가 입사광의 일부를 반사, 산란시키고 흡수하는 에너지도 전부 가시광으로 변환시키지 못하기 때문에 에너지의 손실을 야기할 수 있으며 유기 형광체의 경우 내구성이 떨어진다는 단점이 있다.However, in the case of the inorganic phosphor, it is possible to cause energy loss because microscale particles can not convert all the energy of scattering and absorbing part of the incident light into visible light, and the organic phosphor has a disadvantage that the durability is poor .
이를 보완코자 대한민국 공개특허 제2006-008437호에서는 형광체를 포함하는 제1파장 변환층 및 양자점을 포함하는 제2파장 변환층을 포함하는 봉지재를 이용하여 입사광의 손실을 줄이면서도 자외선을 입사량을 줄이고 광전 변환 효율을 향상시킨 바 있다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 2006-008437 discloses a method for reducing the loss of incident light while using an encapsulant including a first wavelength conversion layer including a phosphor and a second wavelength conversion layer including a quantum dot, And the photoelectric conversion efficiency is improved.
하지만, 무기 형광체가 포함된 제1파장 변환층에 의해 입사광의 손실이 일어날 뿐 아니라, 별도의 두 개 파장 변환층을 제작하는 공정상의 번거로움, 각각의 층을 적층시키는 과정으로 불필요한 두께 증가 등의 단점이 있었다.However, in addition to the loss of incident light due to the first wavelength conversion layer including the inorganic phosphor, it is troublesome in the process of fabricating two separate wavelength conversion layers, and unnecessary thickness increase There were disadvantages.
한편, 또다른 선행기술로는 삼성전자에서 개발중인 등록특허 제10-0657942호, 등록특허 제10-0682928호 및 도레이첨단소재에서 개발중인 공개특허 제10-2013-0053811호 등도 개시된 바 있다.On the other hand, another prior art is disclosed in Korean Patent No. 10-0657942, No. 10-0682928, which is being developed by Samsung Electronics, and No. 10-2013-0053811, which is being developed by Toray Advanced Materials.
그런데, 이들 특허기술들은 최근 환경문제로 이슈가 되고 있는 Cd(카드뮴)을 필수구성으로 포함하고 있기 때문에 문제가 되며, 또한 2성분계로 한정하고 있어 넓은 비표면적으로 인해 반응성이 높아 안정성이 확보되지 못함으로써 양자점의 상업화에 큰 걸림돌이 되고 있다.However, these patented technologies are problematic because they include Cd (cadmium), which is an issue of recent environmental problems, as essential constituents, and they are limited to two-component systems and have high stability due to high specific surface area. Has become a major obstacle to the commercialization of quantum dots.
더구나, 최근 EU RoHS에서 카드뮴 성분으로 이루어진 양자점이 축출되면서 상업화에 더 큰 어려움이 발생하게 되었으며, 또한 기존 태양전지 모듈은 설치 장소와 실제 전기 수요지역 사이에 거리가 멀어 효율이 떨어지며, 이를 해결하기 위한 일환인 BIPV(Building Integrated Photovoltaic System)의 경우 건물 외관을 심각하게 손상시키는 단점이 있다.In addition, recently, the EU RoHS has led to a greater difficulty in commercializing the quantum dots made of cadmium, and the efficiency of existing solar cell modules is reduced due to the distance between the installation site and the actual demand area. The building integrated photovoltaic system (BIPV), which is a part of the system, has a disadvantage of seriously damaging the appearance of the building.
본 발명은 상술한 바와 같은 관련 분야의 한계성을 고려하여 이를 해소코자 창출된 것으로, 1-3-6족 비카드뮴계 양자점, 특히 비카드뮴 3성분계 또는 비카드뮴 4성분계 양자점을 채용함으로써 카드뮴 성분을 사용하지 않고도 태양전지의 내구성 및 광전 변환 효율 등 성능을 향상시키고, 이를 통해 BIPV로도 활용 가능한 비카드뮴 양자점을 파장변환 물질로 채용한 봉지재와 이를 채용한 태양전지모듈 및 발광형 태양광 집광장치를 제공함에 그 주된 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems in view of the limitations of the related art. The present invention employs a cadmium component by employing 1-3-6 series non-cadmium-based quantum dots, particularly non-cadmium- A non-cadmium quantum dot, which can be used as BIPV, as a wavelength conversion material, a solar cell module employing the encapsulant, and an emissive type solar concentrator. There is a main purpose in.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 광전소자 봉지재로서, CuInS2, CuInSe2, CuInGaS2, CuInGaSe2, CuGaSe2, CuInSeS, CuInGaSeS, CuGaSeS, AgInS2, AgInSe2, AgInGaS2 중에서 선택된 어느 하나의 비카드뮴계 양자점을 채용하여 고르게 분산시킨 것을 특징으로 하는 비카드뮴 양자점을 파장변환 물질로 채용한 봉지재를 제공한다.As a means for achieving the above object, the present invention provides a photoelectric device encapsulant comprising at least one selected from CuInS 2 , CuInSe 2 , CuInGaS 2 , CuInGaSe 2 , CuGaSe 2 , CuInSeS, CuInGaSeS, CuGaSeS, AgInS 2 , AgInSe 2 and AgInGaS 2 A non-cadmium quantum dot characterized in that any one of the non-cadmium-based quantum dots is employed and dispersed evenly is used as the wavelength converting material.
이때, 상기 봉지재는 양자점을 채용하는 한 층을 포함하고, 서로 다른 종류의 고분자로 1층 이상의 층 구조를 이루는 것에도 그 특징이 있다.At this time, the sealing material includes one layer employing a quantum dot, and has a layer structure of one or more layers made of different kinds of polymers.
또한, 상기 봉지재에 쓰이는 고분자는 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(EVA), 폴리비닐 부티랄(PVB), 폴리메틸메타 아크릴레이트, 폴리 카보네이트, 폴리에스터, 폴리 에틸렌, 폴리 프로필렌, 폴리 스티렌, 폴리 아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상인 것에도 그 특징이 있다.The polymer used in the encapsulating material may be an ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA), polyvinyl butyral (PVB), polymethyl methacrylate, polycarbonate, polyester, polyethylene, polypropylene, polystyrene, And at least one kind selected from the group consisting of the above-mentioned compounds.
또한, 상기 양자점은 단일 코어 구조 또는 코어/쉘 구조이고, 그 위에 유기 리간드가 결합된 것에도 그 특징이 있다.Further, the quantum dot is a single core structure or a core / shell structure, and an organic ligand is also bonded thereto.
또한, 상기 양자점의 쉘은 ZnS 또는 HgS 중 어느 하나인 것에도 그 특징이 있다.The quantum dot shell is also characterized by being either ZnS or HgS.
또한, 상기 양자점은 ZnGa2O4, In2O3, Al2O3 중 하나로 된 추가 쉘이 더 형성된 것에도 그 특징이 있다.Further, the quantum dots are characterized by further forming an additional shell of one of ZnGa 2 O 4 , In 2 O 3 and Al 2 O 3 .
또한, 상기 양자점 구조 위에 결합된 유기 리간드가 1-옥탄티올, 1-도데칸티올, 1-헥사데칸티올, 11-머캅토-1-운데칸올, 덴드론, 8-머캅토멘손, 펜타에리스리톨 테트라(3-머캅토프로피오네이트), 3-머캅토프로필트라이메톡시실레인, 3-머캅토프로필트라이에톡시실레인으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상인 것에도 그 특징이 있다.The organic ligand bound to the quantum dots structure may be selected from the group consisting of 1-octanethiol, 1-dodecanethiol, 1-hexadecanethiol, 11-mercapto-1-undecanol, dendron, 8-mercaptomenson, pentaerythritol tetra (3-mercaptopropionate), 3-mercaptopropyl trimethoxy silane, and 3-mercaptopropyl triethoxy silane.
또한, 본 발명은 태양 전지 모듈로서, 태양전지셀 위아래에 위치한 광전소자 봉지재 중 하나 이상의 광전소자 봉지재를 CuInS2, CuInSe2, CuInGaS2, CuInGaSe2, CuGaSe2, CuInSeS, CuInGaSeS, CuGaSeS, AgInS2, AgInSe2, AgInGaS2 중에서 선택된 어느 하나의 비카드뮴계 양자점을 채용한 광전소자 봉지재로 대체하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈도 제공한다.In addition, the present invention provides a solar cell module, the photoelectric element encapsulation material at least one opto-electronic device encapsulant of the located on the photovoltaic cells and down CuInS 2, CuInSe 2, CuInGaS 2, CuInGaSe 2, CuGaSe 2, CuInSeS, CuInGaSeS, CuGaSeS, AgInS 2 , AgInSe 2 , and AgInGaS 2 is replaced with a photoelectric element encapsulant employing any one of the non-cadmium quantum dots selected from AgInSe 2 , AgInSe 2 , and AgInGaS 2 .
또한, 본 발명은 발광형 태양광 집광장치로서, CuInS2, CuInSe2, CuInGaS2, CuInGaSe2, CuGaSe2, CuInSeS, CuInGaSeS, CuGaSeS, AgInS2, AgInSe2, AgInGaS2 중에서 선택된 어느 하나의 비카드뮴계 양자점을 포함한 고분자 시트와, 상기 고분자 시트의 양측에 태양전지셀을 연결하여 태양광을 집광하는 수단으로 사용하는 것을 특징으로 하는 발광형 태양광 집광장치도 제공한다.In addition, the present invention is a light-emitting type sunlight collecting device comprising at least one non-cadmium-based photocatalyst selected from CuInS 2 , CuInSe 2 , CuInGaS 2 , CuInGaSe 2 , CuGaSe 2 , CuInSeS, CuInGaSeS, CuGaSeS, AgInS 2 , AgInSe 2 and AgInGaS 2 A polymer sheet including a quantum dots and a solar cell connected to both sides of the polymer sheet to collect solar light.
이때, 상기 고분자 시트는 창(창호)의 내측면 또는 외측면 또는 내측면과 외측면 모두 또는 두 개의 창 사이에 샌드위치식으로 설치될 수 있다.At this time, the polymer sheet can be sandwiched between the inner or outer surface, the inner surface and the outer surface of the window (window) or between the two windows.
본 발명에 따르면, 양자점을 채용한 봉지재를 이용함으로써 태양전지의 내구성에 악영향을 끼치는 자외선을 에너지 변환에 이용 가능한 가시광선 영역으로 전환시켜 태양전지의 내구성을 확보하는 동시에 광전 변환 효율의 향상시킬 수 있다.According to the present invention, by using an encapsulating material employing a quantum dot, ultraviolet rays having an adverse effect on the durability of the solar cell can be converted into a visible light region usable for energy conversion, thereby securing the durability of the solar cell and improving the photoelectric conversion efficiency have.
또한, 사용하는 양자점의 안정성을 바탕으로 양자점과 봉지재를 직접 결합함에 따라 공정의 간소화, 원자재 가격 최소화 및 완성품 두께가 얇아지는 것을 기대할 수 있다.In addition, based on the stability of the quantum dots used, direct bonding of the quantum dots and the encapsulation material can be expected to simplify the process, minimize the price of raw materials, and reduce the thickness of the finished product.
무엇보다도, 1-3-6족 비카드뮴계 양자점을 사용함으로써 RoHS 등 환경규제로부터 자유로울 뿐만 아니라, 1-3-6족 비카드뮴계 양자점의 특징인 큰 스토크스 이동으로 인해 양자점의 재흡수로 인한 손실을 최소화시킬 수 있다.Above all, use of 1-3-6 group non-cadmium-based quantum dots frees us from environmental regulations such as RoHS, as well as re-absorption of quantum dots due to large Stokes shift, which is characteristic of 1-3-6-group cadmium- The loss can be minimized.
뿐만 아니라, 양자점-고분자 복합체를 발광형 태양광 집광장치로 활용함으로써 기존 BIPV 시스템과 차별화 가능한 시스템을 도입할 수 있고, 이를 통해 건물의 외관을 손상시키지 않으면서 창문에 바로 설치할 수 있는 투명 태양전지로 활용 가능하며, 이를 이용한 다양한 어플리케이션 개발이 가능하다.In addition, it is possible to introduce a system capable of differentiating from the existing BIPV system by using the QT complex as a light emitting type photovoltaic light concentrator, and as a transparent solar cell which can be installed directly on a window without damaging the appearance of the building And it is possible to develop various applications using it.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따라 양자점이 채용된 봉지재의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따라 양자점이 채용된 봉지재를 태양전지셀 위에만 이용한 태양전지 모듈의 적층 상태를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따라 양자점이 채용된 봉지재를 태양전지셀 위,아래에 모두 이용한 태양전지 모듈의 적층 상태를 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따라 양자점이 포함된 고분자 시트를 발광형 태양광 집광장치로 활용한 것을 나타내는 개략도이다.1 is a cross-sectional view of an encapsulant employing quantum dots according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing a stacked state of a solar cell module using an encapsulating material employing quantum dots only on a solar cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view showing a stacked state of a solar cell module in which an encapsulating material employing quantum dots is used both on and under a solar cell according to another embodiment of the present invention.
4 is a schematic view showing the utilization of a polymer sheet including a quantum dot according to another embodiment of the present invention as an emissive type solar concentrator.
이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.Before describing the present invention, the following specific structural or functional descriptions are merely illustrative for the purpose of describing an embodiment according to the concept of the present invention, and embodiments according to the concept of the present invention may be embodied in various forms, And should not be construed as limited to the embodiments described herein.
또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In addition, since the embodiments according to the concept of the present invention can make various changes and have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail herein. However, it should be understood that the embodiments according to the concept of the present invention are not intended to limit the present invention to specific modes of operation, but include all modifications, equivalents and alternatives falling within the spirit and scope of the present invention.
본 발명은 광전소자 성능 향상을 위해 양자점을 채용한 봉지재와, 이를 채용한 태양전지 모듈 및 발광형 태양광 집광장치를 제공한다.The present invention provides an encapsulation material employing quantum dots for improving the performance of a photoelectric device, a solar cell module employing the encapsulation material, and an emissive type solar concentrator.
본 발명에 있어 핵심은 도 1의 예시와 같이, 양자점(100)이 봉지재(200)에 고루 분산되어야 한다는 점이다.The key point of the present invention is that the
예컨대, 양자점(100)이 봉지재(200)에 고루 분산되지 않은 채 양자점끼리 뭉치게 된다면 입사광 중 뭉쳐있는 양자점(100)에 입사한 빛만 가시광으로 전환되고, 그 외의 빛은 광변환되지 못하고 에너지로 사용되지 못한 채 태양전지의 내구성에 손상을 미친다. For example, if the
그 뿐만 아니라, 양자점(100)끼리 뭉치게 되면 서로 에너지 전이가 일어나면서 양자효율이 급감하게 된다. 즉, 본 발명에 있어 양자점(100)은 봉지재(200)에 고루 분산되어 더 많은 입사광을 가시광선으로 광변환시켜야 하며 그와 동시에 양자점 간 거리를 확보하여 양자점(100) 사이에서 에너지 전이가 일어나지 않도록 해야 한다.In addition, when the
양자점(100)이 봉지재(200)에 고루 분산되게 하기 위해서는 양자점(100) 표면에 붙은 리간드의 역할이 중요하다. In order to disperse the
리간드의 양 끝 두 작용기 중 양자점 친화적인 티올 작용기가 양자점에 고정되며, 반대편 작용기는 양자점의 친수성, 소수성을 결정한다. Among the two end groups of the ligand, the quantum dot-friendly thiol functional group is fixed to the quantum dot, and the opposite functional group determines the hydrophilicity and hydrophobicity of the quantum dot.
일반적으로 유기 리간드, 특히 티올계 리간드로 양자점(100)을 합성하는 경우, 옥탄 티올이나 도데칸 티올과 같은 알켄 티올을 이용하는 경우가 많기 때문에 주변에서 흔히 볼 수 있는 양자점(100)은 소수성을 띈다.In general, when
그러나, 광전소자 봉지재(200)에 첨가제로 쓰이는 물질 중 액상인 가교제, 가교조제, 실레인 커플링제이 친수성이기 때문에 양자점(100)이 이들과 잘 섞여 고루 분산되기 위해서는 양자점(100)의 표면 작용기 또한 친수성을 띌 필요가 있다. However, since the cross-linking agent, the crosslinking aid, and the silane coupling agent in liquid form, which are used as additives in the photoelectric element encapsulant 200, are hydrophilic, in order for the
대표적으로 하이드록시기, 카르복시기, 아민기 등이 친수성을 띠기 위해 사용된다.Typically, a hydroxyl group, a carboxyl group, an amine group, or the like is used for imparting hydrophilicity.
광전소자 봉지재(200)로 쓰이는 고분자는 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(EVA), 폴리비닐 부티랄(PVB), 폴리메틸메타 아크릴레이트, 폴리 카보네이트, 폴리에스터, 폴리 에틸렌, 폴리 프로필렌, 폴리 스티렌, 폴리 아클릴레이트 등이 있다. The polymer used for the
가장 바람직하게는 내습성이 뛰어난 EVA가 적합하다.Most preferably, EVA having excellent moisture resistance is suitable.
양자점(100)은 상기 고분자와도 원활히 혼합되어야 비로소 양자점(100)이 봉지재(200) 전체에 걸쳐 고루 분산되게 된다. The
2014년 solar energy materials & solar cells 123호 30페이지에 실린 논문에 의하면, 양자점의 표면 리간드가 3-머캅토프로필트라이메톡시실레인(MPS)로 처리 되었을 때, 양자점이 EVA sheet 전반에 걸쳐 고루 분산되는 것을 보고한 바 있다. According to a paper published on page 30 of the solar energy materials & solar cells in 2014, when the surface ligands of the quantum dots were treated with 3-mercaptopropyl trimethoxysilane (MPS), quantum dots were dispersed evenly throughout the EVA sheet .
이는 극성인 실록실 작용기가 상기 고분자에서도 분산성을 증가시켜준다는 의미이다. This means that the polar siloxane functional group increases the dispersibility even in the polymer.
또 본 논문에서 이용된 MPS의 트라이메톡시실레인 작용기는 실레인 커플링을 진행하는 작용기로서 활용가능하다.Also, the trimethoxysilane functional group of MPS used in this paper can be utilized as a functional group for proceeding with silane coupling.
양자점(100)을 상기 고분자에 원활히 혼합시키기 위한 방법으로 T-die 공압출 방법을 이용할 수 있다. As a method for smoothly mixing the
T-die 공압출 방법의 경우 서로 다른 두 개 이상의 고분자를 층구조로 만들기 용이한데, 소수성 양자점(100)이 잘 분산되는 고분자를 기존 고분자와 함께 공압출하여 양자점(100) 표면 리간드를 친수성 리간드로 교체하는 수고를 덜 수 있다.In the case of T-die co-extrusion method, it is easy to make two or more different polymers into a layer structure. The polymer in which the hydrophobic quantum dot (100) is well dispersed is co-extruded together with the existing polymer to form the quantum dot (100) surface ligand as a hydrophilic ligand It is possible to reduce replacement labor.
본 발명에서 사용된 양자점(100)의 종류는 단일 코어 입자일 수도 있고, 코어/쉘 입자일 수도 있다. The type of
일반적으로 양자점은 단일 코어 구조보다 코어/쉘 구조에서 보다 안정성이 뛰어난 것으로 알려져 있다. It is generally known that Qdots are more stable than core / shell structures over single core structures.
양자점(100) 내부에 코어 입자를 놓고 그 외부에 더 큰 밴드갭을 가진 물질로 쉘을 도포함으로써 코어 입자 표면에 위치한 결점들이 더 큰 밴드갭을 가진 쉘에 의해 메워지고 그로 인해 빛에 대해 더 높은 안정성과 양자 수율을 갖게 되기 때문이다.By placing the core particles inside the
아울러, 추가적인 안정성 확보를 위해 상기 양자점의 쉘 층 위로 추가 껍질을 도포할 수 있다.In addition, additional shells may be applied over the shell layer of the quantum dot for additional stability.
또한, 본 발명에서 사용된 양자점(100)은 1-3-6족에 속하는 비카드뮴계 양자점으로서, CuInS2, CuInSe2, CuInGaS2, CuInGaSe2, CuGaSe2, CuInSeS, CuInGaSeS, CuGaSeS 등의 코어 입자와 그 위에 도포되거나 되지 않는 ZnS, HgS 등으로 이루어진 쉘로 구성된다.The
이때, CuInS2, CuInSe2는 비카드뮴 3성분계이고, CuInGaS2, CuInGaSe2, CuGaSe2, CuInSeS, CuInGaSeS, CuGaSeS는 비카드뮴 4성분계이며, 특히 CuInSeS, CuInGaSeS, CuGaSeS는 Se와 S의 비율을 조정하여 조성할 수 있다.At this time, CuInS 2, CuInSe 2 is a three-component non-cadmium, CuInGaS 2, CuInGaSe 2, CuGaSe 2, CuInSeS, CuInGaSeS, CuGaSeS is a four-component system non-cadmium, particularly CuInSeS, CuInGaSeS, CuGaSeS by adjusting the ratio of Se and S .
이러한 1-3-6족에 속하는 비카드뮴 3성분계 혹은 4성분계 양자점은 광 특성적 측면과 실험적 측면 및 안정성 측면에서 기존 카드뮴 2성분계 양자점에 비해 다음과 같은 차이를 가진다.The non-cadmium ternary or quaternary quantum dots belonging to the 1-3-6 family have the following differences from the conventional cadmium two-component quantum dots in terms of optical characteristics, experimental aspect and stability.
즉, 광 특성적 측면에서 볼 때, 본 발명에 따른 비카드뮴 3성분계 혹은 4성분계 양자점의 경우, 발광파장이 넓게 나타나고 Spectral overlap이 작게 나타나는 특성이 있다.That is, from the viewpoint of optical characteristics, the non-cadmium ternary or quaternary quantum dots according to the present invention have a characteristic in which the emission wavelength is wide and the spectral overlap is small.
발광파장이 넓게 나타나게 되면 고색순도가 요구되는 디스플레이 부분에는 적합하지 않지만 태양전지의 발전 효율을 향상시키기 위한 파장변환 용도에 사용상 전혀 문제가 없다. 또한, Spectral overlap이 작아지면서 양자점 간 재흡수가 줄어들어 에너지 손실이 감소하게 된다. 특히, 본 발명의 경우는 흡광영역이 UV 영역으로 한정되기 때문에 태양전지의 발전효율이 좋은 가시광 영역의 손실을 최소화할 수 있으며, 발광영역이 전 가시광 영역에 걸쳐 나타나 백색으로 발광하기 때문에 고객사의 제품 거부감을 배제할 수 있다.If the emission wavelength is wide, it is not suitable for the display portion requiring high color purity. However, there is no problem in use for the wavelength conversion application for improving the power generation efficiency of the solar cell. Also, as the spectral overlap decreases, the re-absorption between the quantum dots decreases and the energy loss decreases. In particular, in the case of the present invention, since the light absorbing region is limited to the UV region, the loss of the visible light region having a good power generation efficiency of the solar cell can be minimized and the light emitting region is emitted over the entire visible light region and emits white light. It is possible to rule out rejection.
그리고, 실험적 측면에서 살펴보면, 상대적으로 간단한 제작공정을 갖는다.From an experimental point of view, it has a relatively simple manufacturing process.
즉, 글러브 박스를 이용해야 하는 타 공정과 달리 글러브 박스 없이 반응 진행이 가능하며, 재현성도 양호한 것으로 나타난다. 다양한 환경에 크게 좌우되는 나노 산업 특성상 제작 공정이 진행되는 장소에도 영향을 받는 것이 일반적인데, 실험 장소가 변경되어도, 계절이 바뀌어도, 같은 품질의 양자점이 제작되는 것을 확인하였다. In other words, unlike other processes requiring the use of a glove box, the reaction can proceed without a glove box and reproducibility is also good. Because of the nature of nanotechnology, which is heavily dependent on various environments, it is common to be affected by the production process. It is confirmed that even if the experiment site is changed, the QDs of the same quality are produced even if the season changes.
또한, 안정성 측면에서 살펴보면, 디스플레이 부문에 사용 가능한 대표 비카드뮴계 양자점인 InP의 경우, 카드뮴계 양자점과 달리 안정성이 크게 떨어지는 것으로 알려져 있다. 이러한 안정성 부족은 비카드뮴계 양자점을 산업계 전반에 사용하는 데 가장 큰 걸림돌이 되고 있다. From the standpoint of stability, InP, which is a representative non-cadmium-based quantum dot used in the display sector, is known to have a significantly lower stability than a cadmium-based quantum dot. This lack of stability has become a major obstacle to the use of non-cadmium-based quantum dots throughout the industry.
이런 InP 양자점과 달리 본 발명에 따른 양자점들은 고안정성, 고효율 특징을 가지고 있다. 뿐만 아니라, 높은 Chemical yield를 가지고 있어, InP에 비해 메리트가 있다. Unlike such InP quantum dots, the quantum dots according to the present invention have high stability and high efficiency characteristics. In addition, it has a high chemical yield and is more advantageous than InP.
보다 구체적으로, 양자점의 안정성 향상을 위해서는 보다 두꺼운 쉘을 형성이 필수적인데, InP 양자점에 있어서 가장 대표적인 쉘 물질로는 ZnS가 있다. More specifically, in order to improve the stability of the quantum dot, it is necessary to form a thicker shell. ZnS is the most typical shell material in the InP quantum dot.
이와 같은 조합으로 형성된 전형적인 InP/ZnS 코어/쉘 양자점의 경우 InP와 ZnS 간의 이종 물질간의 lattice mismatch 및 InP-ZnS 간의 alloy 중간 상 형성 어려움으로 인해 비교적 얇은(보통 1nm 이하 두께) ZnS 쉘이 형성되며, 이로 인해 양자점은 그 표면 손상에 취약하며 따라서 열등한 안정성 특성을 보인다. In the case of typical InP / ZnS core / shell quantum dots formed with such a combination, a relatively thin ZnS shell (usually 1 nm or less in thickness) is formed due to the lattice mismatch between InP and ZnS and the difficulty in forming an alloy intermediate phase between InP and ZnS, As a result, the quantum dots are vulnerable to surface damage and thus exhibit inferior stability characteristics.
이와는 달리 CIS 및 CIGS 코어 양자점의 경우에 사용되는 ZnS 쉘의 경우, 코어와 쉘 물질간의 양이온 크기의 유사성 및 결정학적 구조 유사성(즉, 코어의 tetragonal vs. 쉘의 cubic 구조)으로 인해 코어와 쉘간의 상호확산(inter-diffusion)이 용이하게 발생할 수 있어 코어와 쉘 간의 CIS-ZnS alloy 중간층 형성이 가능하다. On the other hand, in the case of ZnS shells used in the case of CIS and CIGS core quantum dots, the similarity of the cation sizes between the core and the shell material and the crystallographic structural similarity (ie, the tetragonal of the core vs. the cubic structure of the shell) Inter-diffusion can easily occur, which makes it possible to form a CIS-ZnS alloy intermediate layer between the core and the shell.
이와 같은 중간 buffer 층은 코어와 쉘간의 lattice mismatch를 완화시킬 수 있으며, 이로 인해 보다 두꺼운 두께의 ZnS 쉘 층 형성이 가능하므로 그 만큼 안정성이 증대된다.Such an intermediate buffer layer can alleviate the lattice mismatch between the core and the shell, thereby enabling a thicker ZnS shell layer to be formed, thereby increasing stability.
또한, 해당 양자점에 최적화된 ZnGa2O4, In2O3, Al2O3 등의 추가 껍질층을 도입하여, 안정성을 획기적으로 개선시키는 것이 가능하다.In addition, it is possible to drastically improve the stability by introducing additional shell layers such as ZnGa 2 O 4 , In 2 O 3 and Al 2 O 3 optimized for the quantum dots.
이때, 산화물로 된 추가 껍질층이 기존 실리카 등의 껍질층과 달리 광특성 저하가 최소화되며 안정성이 두드러지게 향상되는 이유는 기존 silica 형성 프로토콜은 TEOS를 기반으로 하는 sol-gel 법 중 Stober 법을 사용하는데, silica 코팅시에 필수적으로 사용되는 염기인 NH4OH에 의해 반응 중 양자점 표면이 chemical attack을 받게 되며, 이로 인해 silica 코팅 후 양자점의 광특성은 저하하게 된다. 또한 silica 코팅이 된 양자점은 이후 UV 조사 및 LED 소자를 통해 안정성 실험을 하게 되면 코팅이 없는 양자점 보다는 우수한 안정성 특성을 보이지만, 시간 경과에 따라 안정성은 감소하게 된다. In this case, the additional shell layer made of oxide minimizes the deterioration of the optical characteristics and improves the stability remarkably, unlike the conventional silica and other shell layers. The reason is that the conventional silica forming protocol uses the Stober method of the sol-gel method based on TEOS However, the NH4OH, which is an essential base for silica coating, causes a chemical attack on the surface of the quantum dots during the reaction. As a result, the optical characteristics of the quantum dots after silica coating are lowered. In addition, the stability of the silica coated QDs is better than that of the uncoated QDs after UV irradiation and LED devices, but the stability decreases with time.
이는 코팅된 silica 상은 나노크기 수준의 매우 작은 기공을 함유하고 있는 porous 물질이기 때문에 시간 경과에 따라 존재하는 기공을 통해 수분 및 산소분자가 침투하여 궁극적으로는 양자점 표면을 열화(산화)시키기 때문이다.This is because the coated silica phase is a porous material containing very small pores at the nanoscale level, so that moisture and oxygen molecules penetrate through the existing pores over time and ultimately degrade (oxidize) the surface of the quantum dots.
반면, 본 발명에 따른 산화물의 경우는 코팅 시 NH4OH와 같은 화학종을 사용하지 않고 유기용매 상에서 코팅공정이 이루어지지 때문에 양자점의 초기 광특성 저하를 최소화할 수 있다. 또한 이와 같이 코팅된 산화물의 경우에는 silica와는 달리 porous한 구조를 갖지 않기 때문에 시간 경과에 따른 안정성 역시 silica 경우보다 우수하다.On the other hand, in the case of the oxide according to the present invention, since the coating process is performed on the organic solvent without using a chemical species such as NH 4 OH, the initial optical characteristic degradation of the quantum dots can be minimized. In addition, the coated oxide does not have a porous structure, which is superior to silica in terms of stability over time.
이렇듯, 본 발명에 따른 양자점은 태양전지의 효율 향상을 위한 파장 변환 부문에 활용되기에 적합한 특성을 갖고 있음에도 불구하고, 태양전지의 효율 향상을 위한 파장 변환 부문에 대한 산업계의 관심 부족 및 본 양자점의 넓은 발광 파장대역 때문에 전혀 주목 받지 못해왔다. Although the quantum dot according to the present invention has characteristics suitable for use in the wavelength conversion part for improving the efficiency of the solar cell, there is a lack of industry interest in the wavelength conversion part for improving the efficiency of the solar cell, It has not been noticed at all because of its wide emission wavelength band.
더욱이, 본 발명에 따른 백색발광 CGS QD의 경우, 기존 양자점보다 태양전지의 효율 향상을 위한 파장 변환 부문에 활용하기에 적합하기에 향후 해당 부문에서 적극 활용될 것으로 기대된다.Furthermore, the white light emitting CGS QD according to the present invention is expected to be utilized in the future in the future since it is suitable for use in the wavelength conversion section for improving the efficiency of the solar cell than the existing quantum dot.
덧붙여, 동일한 맥락에서 Cu는 Ag 대체가 가능하다. 때문에, 본 발명의 다른 관점에 따른 비카드뮴계 양자점은 AgInS2, AgInSe2, AgInGaS2 등도 당연히 포함되는 개념이다.In addition, in the same context Cu can be substituted for Ag. Therefore, the non-cadmium-based quantum dots according to another aspect of the present invention include AgInS 2 , AgInSe 2 , AgInGaS 2 , and the like.
한편, 본 발명은 우수한 광특성의 양자점을 발광형 태양광 집광장치에도 적용할 수 있다. On the other hand, the present invention can also apply quantum dots of excellent optical characteristics to a light emitting type solar concentrator.
특히, 양자점은 크기 조절을 통해 손쉽게 발광 파장을 조정할 수 있어 적외선 영역의 광을 발광하는 양자점 또한 제작 가능하다. 이러한 양자점을 발광형 태양광 집광장치에 이용할 경우, 해당 고분자가 특이적인 색을 나타내지 않기 때문에 보다 폭넓은 용도에 활용 가능하다. In particular, quantum dots can easily adjust the emission wavelength through size adjustment, and quantum dots capable of emitting light in the infrared region can also be fabricated. When such a quantum dot is used in a light emitting type solar concentrator, the polymer does not exhibit a specific color and thus can be used for a wider range of applications.
또한, 특이적인 색을 가지는 발광형 태양광 집광장치를 필요로 할 때에는 양자점의 크기를 조절하여 해당 광특성을 쉽게 얻을 수 있다. Further, when a light-emitting type sunlight condensing apparatus having a specific color is required, the optical characteristics can be easily obtained by adjusting the size of the quantum dots.
때문에, 기존 BIPV 시스템과 달리 건물 외관 및 심미적 요소를 해치지 않고 도시 지역에 적용 가능한 태양전지로서 앞으로의 활용도가 더욱 주목될 것으로 예상된다.Therefore, unlike existing BIPV systems, it is expected that future utilization will be more attention as a solar cell applicable to urban areas without harming the appearance and aesthetic elements of the building.
대표적으로, CuInS2 코어/ZnS 쉘 양자점은 500nm 픽의 빛을 흡수하고, 580nm 픽의 빛을 발산한다.Typically, CuInS 2 core / ZnS shell quantum dots absorb light of 500 nm peak and emit light of 580 nm peak.
해당 양자점은 합성법 및 입자 크기 조절을 통해 적외선 영역 발광 특성을 갖도록 조정가능하다.The quantum dot is adjustable to have infrared region emission characteristics through synthesis and particle size control.
그리고, CuGaS2 코어/ZnS 쉘 양자점은 450nm 이하의 빛을 흡수하고, 400nm 이상 800nm 이하의 넓은 영역에서 발광하여 백색발광의 특성을 가진다.The CuGaS 2 core / ZnS shell quantum dot absorbs light of 450 nm or less and emits light in a wide range of 400 nm to 800 nm to have white light emission characteristics.
이때, Cu와 Ga 성분 조절을 통해 백색의 성질을 조절할 수 있다.At this time, the properties of white can be controlled by controlling Cu and Ga components.
또한, 본 발명은 상술하였듯이, 해당 양자점에 최적화된 ZnGa2O4, In2O3, Al2O3 등의 추가 껍질층을 도입하여 안정성을 획기적으로 개선할 수 있다.In addition, as described above, the present invention can drastically improve the stability by introducing additional shell layers such as ZnGa 2 O 4 , In 2 O 3 and Al 2 O 3 optimized for the quantum dots.
아울러, BIPV로 활용 가능한 양자점-고분자 복합체에 사용되는 고분자로는 폴리카보네이트(PMMA), 폴리에테르 술폰(PES), 폴리비닐알콜(PVA), 트리아세틸셀룰로오즈(TAC), 폴리에틸렌(PE), 폴리이미드(PI), 씨클릭올레핀 코폴리머(COC), 씨클릭 올레핀 폴리머(COP), 폴리아크릴레이트(PAc), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르이민(PEI), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리술폰(PSF), 폴리비닐시나메이트(PVCi) 등이 있으며, 가장 바람직하게는 내화학성, 내열성이 뛰어난 PC가 적합하다.The polymer used in the quantum dot-polymer complex which can be used as BIPV includes polycarbonate (PMMA), polyethersulfone (PES), polyvinyl alcohol (PVA), triacetyl cellulose (TAC), polyethylene (PE) (PI), a cyclic olefin copolymer (COC), a cyclic olefin polymer (COP), a polyacrylate (PAc), a polyetheretherketone (PEEK), a polyetherimine (PEI), a polyethylene naphthalate (PEN) Polysulfone (PSF), and polyvinyl cinnamate (PVCi). Most preferably, PCs having excellent chemical resistance and heat resistance are suitable.
한편, 본 발명에서는 양자점(100)을 채용한 봉지재(200)를 이용하여 태양전지 모듈을 제작하는 방법을 제공한다. In the meantime, the present invention provides a method of manufacturing a solar cell module using the
일반적인 실리콘 태양전지에서 봉지재는 태양전지셀 위아래에 위치하여 태양전지셀을 외부의 충격으로부터 보호하고 산소, 수분의 투과를 막으며 글래스 및 백시트와의 접착에도 이용된다. An encapsulant in a typical silicon solar cell is located above and below the solar cell to protect the solar cell from external impacts, prevent oxygen and moisture permeation, and also be used for adhesion to glass and backsheet.
본 발명에 따른 양자점(100)을 채용한 봉지재(200)는 도 2의 예시와 같이, 태양전지셀(300) 위쪽에 있는 봉지재를 대체하여 입사 태양광을 광변환시키게 된다.The
그리고, 태양전지셀(300)의 아래쪽에 있는 봉지재는 기존과 동일하게 양자점(100)이 채용되지 않는 통상의 봉지재(200')일 수 있다.The encapsulating material below the
이때, 미설명 부호 '310'은 연결단자이고, '312'는 전면커버이며, '314'는 후면커버이다.In this case,
다른 한편, 본 발명에서는 도 3과 같은 형태로 변형된 태양전지 모듈도 제작할 수 있다.On the other hand, in the present invention, a solar cell module modified in the form as shown in FIG. 3 can also be manufactured.
도 3에 따르면, 보편적으로 태양광 입사 방면의 봉지재(200)만 양자점(100)을 채용한 봉지재(200)로 대체하여 입사광의 대부분을 차지하는 전면 입사광만을 광변환시키는 것이 가격 면에서 효율적이지만, 특수한 경우 태양전지셀(300) 아래쪽에 있는 봉지재(200)도 양자점(100)을 채용한 봉지재(200)를 사용할 필요가 있다.According to FIG. 3, it is cost effective to replace only the
우선, 최대한의 에너지를 활용하기 위해 위아래 양면을 모두 태양전지셀(300)로 사용하는 경우가 있다. 이 경우에는 아래쪽에서 오는 에너지도 활용해야 하기 때문에 아래쪽의 봉지재(200)도 양자점(100)을 채용한 봉지재(200)를 사용하는 것이 바람직하다.First, both the upper and lower surfaces may be used as the
대한민국 공개특허 제2013-0053811호에서는 지표면이나 지형 지물에 따라 반사되어 백시트 후면으로 들어오는 자외선에 의해 백시트나 태양전지 부속품이 손상되는 것을 막기 위해 백시트에 양자점을 포함시켰다. In Korean Patent Laid-Open Publication No. 2013-0053811, quantum dots are included in the back sheet to prevent the back sheet or the solar cell accessories from being damaged by the ultraviolet rays reflected by the earth surface or the topography and entering the back surface of the back sheet.
즉, 양면 모두를 태양전지셀로 사용하지 않는 경우라도 후면에서 들어오는 자외선이 태양광에 의해서 손상될 우려가 심한 지역에서는 아래쪽의 봉지재도 양자점을 채용한 봉지재를 사용하는 것이 좋다. That is, even in the case where both surfaces are not used as a solar cell, it is preferable to use an encapsulating material employing a quantum dot as an encapsulating material on the lower side in an area where there is a possibility that ultraviolet rays coming from the back surface are damaged by the sunlight.
또한, 본 발명은 도 4와 같은 형태로 양자점이 포함된 고분자 시트를 발광형 태양광 집광장치(LSC:Luminescent Solar Concentrator)로도 활용할 수 있다.In addition, the present invention can utilize a polymer sheet including quantum dots as a luminescent solar concentrator (LSC) as shown in FIG.
이때, 예시된 도면은 바람직한 실시예에 불과하며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.It is to be understood that the illustrated figures are merely preferred embodiments and that various changes may be made in various forms.
즉, 도 4에서 본 발명에 따른 양자점을 포함한 고분자 시트(400)는 두 개의 창(410) 사이에 샌드위치식으로 개재되어 있는 형태를 예시하고 있지만, 이에 국한되지 않고 하나의 창(410)의 한 쪽 면, 즉 내면 또는 외면에 부착될 수도 있고, 양쪽면 모두에 부착될 수도 있다.4, the
그리고, 고분자 시트(400)의 양측에는 태양전지셀(300)이 배치되고, 미설명 부호 '310'은 연결단자를 말한다.The
특히, 창의 종류와 형태가 여러 종류이기 때문에 그 종류와 형태에 맞게 변형하여 배치함으로써 다양한 종류의 발광형 태양광 집광장치를 구현할 수 있다.In particular, since the types and shapes of the windows are various, various kinds of light emitting type solar concentrators can be realized by being modified and arranged according to their types and shapes.
또한, 창(410)을 포함하지 않고 양자점이 채용된 고분자 시트(400)와, 고분자 시트(400)의 양측에 태양전지셀(300)이 구비된 형태인 단독 시트 형태로도 발광형 태양광 집광장치를 사용할 수 있음은 물론이다.In addition, even in the form of a single sheet, in which the quantum dots are not included in the
100: 양자점 200: 봉지재
300: 태양전지셀100: Quantum dot 200: Encapsulant
300: solar cell
Claims (10)
CuInS2, CuInSe2, CuInGaS2, CuInGaSe2, CuGaSe2, CuInSeS, CuInGaSeS, CuGaSeS, AgInS2, AgInSe2, AgInGaS2 중에서 선택된 어느 하나의 비카드뮴계 양자점을 채용하여 고르게 분산시키되,
상기 비카드뮴계 양자점의 표면에 부착되는 유기 리간드는 유기 리간드의 양 끝 두 작용기중 하나는 양자점 친화적인 티올 작용기로서 양자점에 고정되며, 반대쪽 작용기는 친수성 작용기인 것을 특징으로 하는 비카드뮴 양자점을 파장변환 물질로 채용한 봉지재.
As a photoelectric element encapsulant,
Cadmium quantum dots selected from among CuInS 2 , CuInSe 2 , CuInGaS 2 , CuInGaSe 2 , CuGaSe 2 , CuInSeS, CuInGaSeS, CuGaSeS, AgInS 2 , AgInSe 2 and AgInGaS 2 ,
The organic ligand attached to the surface of the non-cadmium-based quantum dot is characterized in that one of the two end functional groups of the organic ligand is fixed to a quantum dot as a quantum dot-friendly thiol functional group, and the opposite functional group is a hydrophilic functional group. An encapsulation material used as a material.
상기 봉지재는 양자점을 채용하는 한 층을 포함하고, 서로 다른 종류의 고분자로 1층 이상의 층 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 비카드뮴 양자점을 파장변환 물질로 채용한 봉지재.
The method of claim 1,
Wherein the encapsulant comprises one layer employing quantum dots and has a layered structure of one or more layers of different kinds of polymers, wherein the noncadmium quantum dot is employed as a wavelength conversion material.
상기 봉지재에 쓰이는 고분자는 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(EVA), 폴리비닐 부티랄(PVB), 폴리메틸메타 아크릴레이트, 폴리 카보네이트, 폴리에스터, 폴리 에틸렌, 폴리 프로필렌, 폴리 스티렌, 폴리 아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 비카드뮴 양자점을 파장변환 물질로 채용한 봉지재.
The method of claim 2,
The polymer used in the encapsulating material is an ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA), polyvinyl butyral (PVB), polymethyl methacrylate, polycarbonate, polyester, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyacrylate Wherein the non-cadmium quantum dot is one or more selected from the group consisting of a wavelength conversion material and a non-cadmium quantum dot.
상기 양자점은 단일 코어 구조 또는 코어/쉘 구조이고, 그 위에 유기 리간드가 결합된 것을 특징으로 하는 비카드뮴 양자점을 파장변환 물질로 채용한 봉지재.
The method of claim 1,
Wherein the quantum dot is a single core structure or a core / shell structure, and an organic ligand is bonded thereto.
상기 양자점의 쉘은 ZnS 또는 HgS 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 비카드뮴 양자점을 파장변환 물질로 채용한 봉지재.
The method of claim 4,
Wherein the shell of the quantum dots is any one of ZnS and HgS, and the non-cadmium quantum dot is employed as a wavelength conversion material.
상기 양자점은 ZnGa2O4, In2O3, Al2O3 중 하나로 된 추가 쉘이 더 형성된 것을 특징으로 하는 비카드뮴 양자점을 파장변환 물질로 채용한 봉지재.
The method of claim 5, further comprising:
Wherein the quantum dot further comprises an additional shell formed of one of ZnGa 2 O 4 , In 2 O 3 , and Al 2 O 3 , and the non-cadmium quantum dot is used as a wavelength conversion material.
상기 양자점 구조 위에 결합된 유기 리간드가 1-옥탄티올, 1-도데칸티올, 1-헥사데칸티올, 11-머캅토-1-운데칸올, 덴드론, 8-머캅토멘손, 펜타에리스리톨 테트라(3-머캅토프로피오네이트), 3-머캅토프로필트라이메톡시실레인, 3-머캅토프로필트라이에톡시실레인으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 비카드뮴 양자점을 파장변환 물질로 채용한 봉지재.
The method of claim 1,
Wherein the organic ligand bound to the quantum dots structure is selected from the group consisting of 1-octanethiol, 1-dodecanethiol, 1-hexadecanethiol, 11-mercapto-1-undecanol, dendron, 8-mercaptomenson, pentaerythritol tetra Mercapto propionate), 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, and 3-mercaptopropyltriethoxysilane. The non-cadmium quantum dot is a wavelength converting material Sealed bags.
태양전지셀 위아래에 위치한 광전소자 봉지재 중 하나 이상의 광전소자 봉지재를 청구항 1에 기재된 비카드뮴 양자점을 파장변환 물질로 채용한 봉지재로 대체한 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
As a solar cell module,
Wherein at least one of the photoelectric device encapsulants located above and below the solar cell is replaced with an encapsulant employing the non-cadmium quantum dot as the wavelength conversion material.
CuInS2, CuInSe2, CuInGaS2, CuInGaSe2, CuGaSe2, CuInSeS, CuInGaSeS, CuGaSeS, AgInS2, AgInSe2, AgInGaS2 중에서 선택된 어느 하나의 비카드뮴계 양자점을 포함하되, 상기 양자점의 표면에 부착되는 리간드의 양 끝 두 작용기중 하나는 양자점 친화적인 티올 작용기로서 양자점에 고정되며, 반대쪽 작용기는 친수성 작용기로 구성되게 한 리간드를 갖는 양자점을 포함하는 고분자 시트와, 상기 고분자 시트의 양측에 태양전지셀을 연결하여 태양광을 집광하는 수단으로 사용하는 것을 특징으로 하는 발광형 태양광 집광장치.
1. An emission type solar light collecting apparatus comprising:
CuInS 2, CuInSe 2, CuInGaS 2 , CuInGaSe 2, CuGaSe 2, CuInSeS, CuInGaSeS, CuGaSeS, AgInS 2, AgInSe 2, AgInGaS 2 include, but any one of a non-Cd-based quantum dot selected from the ligand attached to the surface of the quantum dot Wherein one of the two functional groups at both ends of the polymer sheet is a quantum dot-friendly thiol functional group, and the opposite functional group is a hydrophilic functional group, and a photovoltaic cell comprising a quantum dot having a ligand, And is used as a means for collecting sunlight.
상기 고분자 시트는 창(창호)의 내측면 또는 외측면 또는 내측면과 외측면 모두 또는 두 개의 창 사이에 샌드위치식으로 설치되는 것을 특징으로 하는 발광형 태양광 집광장치.The method of claim 9,
Wherein the polymer sheet is sandwiched between the inner or outer surface of the window or both the inner surface and the outer surface of the window or between two windows.
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