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KR20110092905A - 평면형 집광 장치 및 광전 변환 장치 - Google Patents

평면형 집광 장치 및 광전 변환 장치 Download PDF

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KR20110092905A
KR20110092905A KR1020100012599A KR20100012599A KR20110092905A KR 20110092905 A KR20110092905 A KR 20110092905A KR 1020100012599 A KR1020100012599 A KR 1020100012599A KR 20100012599 A KR20100012599 A KR 20100012599A KR 20110092905 A KR20110092905 A KR 20110092905A
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주영구
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경북대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 평면형 집광 장치 및 광전 변환 장치를 제공한다. 이 집광 장치는 기판, 기판 상에 배치된 반사층, 반사층 상에 배치된 필터, 및 반사층 및 필터 사이에 개재된 형광체를 포함하는 형광층을 포함한다. 형광층은 상기 필터를 통하여 입사하는 입사광을 입사광의 파장보다 큰 파장의 형광으로 변환하고, 반사층 및 필터는 형광을 반사시켜 기판에 평행한 방향으로 제공한다.

Description

평면형 집광 장치 및 광전 변환 장치{PLANAR SOLAR COLLECTION APPARATUS AND PHOTOELECTRIC CONVERSION APPARATUS}
본 발명은 집광 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 평면형 집광 장치에 관한 것이다.
태양 전지는 보통 태양으로부터 오는 빛을 전기로 바꾸어주는 소자로서 보통은 실리콘(Si) 다이오드를 이용하여 제작된다. 실리콘(Si) 태양 전지는 실리콘 기판 또는 폴리(다결정) 실리콘 박막을 이용한다. 그러나, 상기 실리콘 기판은 고사이다. 또한, 상기 폴리 실리콘 박막의 생성 공정은 많은 시간과 비용을 요구한다. 또한, 실리콘(Si) 태양 전지를 이용한 대면적(large area) 소자의 제작은 많은 비용을 요구한다.
본 발명의 해결하고자하는 일 기술적 과제는 저가이고 평면형의 평면형 집광 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 해결하고자하는 일 기술적 과제는 저가이고 평면형의 광전 변환 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 평면형 집광 장치는 기판, 상기 기판 상에 배치된 반사층, 상기 반사층 상에 배치된 필터, 및 상기 반사층 및 상기 필터 사이에 개재된 형광체를 포함하는 형광층을 포함한다. 상기 형광층은 상기 필터를 통하여 입사하는 입사광을 상기 입사광의 파장보다 큰 파장의 형광으로 변환하고, 상기 반사층 및 상기 필터는 상기 형광을 반사시켜 상기 기판에 평행한 방향으로 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광전 변환 장치는 기판, 상기 기판 상에 배치된 반사층, 상기 반사층 상에 배치된 필터, 상기 반사층 및 상기 필터 사이에 개재된 형광체를 포함하는 형광층, 및 상기 기판의 적어도 일 측면에 배치된 광전 소자를 포함한다. 상기 형광층은 상기 필터를 통하여 입사하는 입사광을 상기 입사광의 파장보다 큰 파장의 형광으로 변환하고, 상기 반사층 및 상기 필터는 상기 형광을 반사시켜 상기 기판에 평행한 방향으로 제공하고, 상기 광전 소자는 상기 형광을 제공받아 전력을 생성한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광전 변환 장치는 기판, 상기 기판 상에 배치된 반사층, 상기 반사층 상에 배치된 필터, 및 상기 반사층 및 상기 필터 사이에 개재된 형광체를 포함하는 형광층을 포함한다. 상기 기판의 측면에는 광전 소자가 배치된다. 상기 필터는 짧은 파장의 빛을 통과시키고, 형광막은 짧은 파장으 빛을 긴 파장의 빛으로 변환한다. 상기 긴 파장의 빛은 반사층과 상기 필터 사이에서 반사되어 상기 기판에 평행한 방향으로 진행하여 가장 자리에 도착한다. 가장 자리에 도착한 빛은 가장 자리에 위치한 상기 광전 소자를 통해 전기 에너지로 변환된다. 상기 광전 변환 장치는 상기 기판의 넓은 면을 통해 들어오는 빛을 상기 기판의 가장 자리의 좁은 면적으로 모아주기 때문에 작은 면적의 광전 소자를 사용하여 전기 에너지를 얻을 수 있다. 또한, 상기 광전 변환 장치는 평면형으로 두께가 얇아 설치가 용이하다. 수동형 태양 집광판 구조의 광 효율을 높이기 위해 한쪽 가장 자리에 여기 광원부가 설치되고, 상기 여기 광원부의 출력광은 상기 형광체에 유도 방출을 제공하여 광 효율을 증가시킬 수 있다.
도 1은 통상적인 집광 장치를 이용한 태양 전지를 설명하는 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예들에 따른 집광 장치를 설명하는 단면도들이다.
도 4 내지 도 9는는 본 발명의 일 실시예들에 따른 광전 변환 장치를 설명하는 단면도들이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광전 변환 장치를 설명하는 평면도이다.
도 1은 통상적인 집광 장치를 이용한 태양 전지를 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 태양 전지는 집광부(120)와 광전 소자(110)를 포함한다. 상기 집광부(120)는 렌즈 또는 오목 반사경을 사용하여 태양광을 집속한다. 집속된 태양광은 작은 크기의 상기 광전 소자(110)에 제공된다. 작은 면적을 가지는 상기 광전 소자(110)를 이용하여 상대적으로 적은 비용으로 태양 전지가 제작될 수 있다. 한편, 상기 태양 전지는 렌즈의 초점 거리에 해당하는 깊이를 가진다. 따라서, 상기 태양 전지의 부피가 커지며, 렌즈의 사용에 따라 비용이 증가한다.
따라서, 대면적에 적용될 수 있고, 적은 부피, 저비용의 태양광 집광 장치 및 태양 전기가 필요하다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광 장치를 설명하는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 상기 집광 장치(200)는 기판(210), 상기 기판(210) 상에 배치된 반사층(220), 상기 반사층(220) 상에 배치된 필터(250), 및 상기 반사층(220) 및 상기 필터(250) 사이에 개재된 형광체(232)를 포함하는 형광층(230)을 포함한다. 상기 형광층(230)은 상기 필터(250)를 통하여 입사하는 입사광을 상기 입사광의 파장보다 큰 파장의 형광으로 변환한다. 상기 반사층(220) 및 상기 필터(250)는 상기 형광을 반사시켜 상기 기판(210)에 평행한 방향으로 제공한다. 상기 입사광은 태양광일 수 있다.
상기 기판(210)은 유리 기판 또는 플라스틱 기판 일 수 있다. 상기 기판(210)은 유연성(flexibility)를 가질 수 있다.
상기 반사층(220)은 상기 입사광 및 상기 형광을 반사시킬 수 있다. 상기 반사층(220)은 도전성 물질로 금속 반사를 이용할 수 있다. 또는 상기 반사층(220)은 유전체를 이용한 다층 박막일 수 있다. 상기 금속 반사를 이용한 상기 반사층(220)은 가시광선 영역의 모든 파장의 광을 반사시킬 수 있다. 한편, 상기 다층 박막을 이용한 상기 반사층(220)은 상기 형광의 중심 파장에서 반사율이 가장 높게 설계될 수 있다.
상기 형광층(230)은 고정층(234) 및 상기 고정층(234)에 배치된 형광체(232)를 포함할 수 있다. 상기 형광체(232)는 양자점 형광체일 수 있다. 예를 들어, 상기 양자점 형광체는 650 nm 보다 짧은 파장을 흡수하여 650 nm 파장의 형광을 방출할 수 있다. 상기 고정층(234)은 에폭시 계열의 물질일 수 있다. 상기 고정층(234)은 가시 광선 영역을 투과시킬 수 있다.
버퍼층(240)은 상기 형광층(230)과 상기 필터(250) 사이에 배치될 수 있다. 상기 버퍼층(240)의 굴절율은 상기 고정층(234)의 굴절률과 같거나 작을 수 있다. 이에 따라, 상기 형광층(230)에서 상기 버퍼층(240)에 입사하는 광은 전반사(total reflection)될 수 있다.
상기 필터(250)는 상기 형광을 반사시키고, 상기 형광보다 짧은 파장의 입사광은 투과시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 필터(250)는 530 nm 녹색 빛은 통과시키고, 상기 형광체(232)가 발생시키는 650 nm 형광을 반사시킬 수 있다.
따라서, 상기 형광체(232)를 통해 변환된 장파장의 형광은 상기 반사층(220)과 상기 필터(250) 사이에 갇힌다. 따라서, 상기 형광은 상기 기판(210)에 평행한 방향으로 진행하여 상기 기판(210)의 가장자리에 도착한다. 상기 기판(210)의 가장 자리 면적은 기판 전체 면적에 비해 매우 작다. 따라서, 상기 집광 장치(200)는 평면형 집광 기능을 수행한다.
상기 필터(250)는 일면을 통하여 입사하는 태양광 또는 입사광은 통과시키고, 타면을 통하여 입사하는 형광은 반사시킬 수 있다. 상기 필터(250)는 금속 그물일 수 있다. 상기 필터(250)는 600 nm 이하의 파장을 통과시키도록 설계될 수 있다. 따라서, 상기 태양광의 에너지의 대부분은 상기 필터(250)를 통과할 수 있다.
금속 표면에서는 표면에 평행한 전기장 성분이 영이 되어야 한다. 따라서, 이웃하는 금속 전선(metal wire)의 간격이 반 파장(half wavelength)보다 작으면, 전자기파의 경계 조건에 의해 금속 전선 사이에서 평행한 전기장 성분이 존재할 수 없다. 상기 금속 그물의 구멍의 직경이 상기 반 파장(half wavelength)보다 작으면, 어떠한 편광 성분도 상기 금속 그물의 구멍을 통과하지 못한다. 상기 금속 그물의 구멍은 사각형, 원형, 삼각형, 육각형 등 다양한 모양을 가질 수 있다. 상기 구멍의 모양에 따라 통과시키는 파장의 한계는 달라질 수 있다. 예를 들어, 정사각형 구멍의 한 변의 길이가 300 nm인 경우, 상기 금속 그물은 600 nm 보다 짧은 파장을 통과시키지만 600 nm 보다 긴 파장을 반사시킨다. 상기 금속 그물의 구멍 크기는 150 nm 에서 2000 nm 일 수 있다.
태양광 중에서 짧은 파장은 상기 필터(250)를 통과하여 상기 형광체(232)에 의하여 긴 파장의 형광으로 변환된다. 상기 형광층을 통과한 태양광의 일부는 상기 반사층(220)에 의하여 반사되어 상기 형광체(232)에 의하여 형광으로 변환된다. 상기 형광은 상기 필터(250)와 상기 반사층(220) 사이에서 구속되어, 상기 기판(210)에 평행한 방향으로 진행한다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 반사층(220)은 확산 반사(diffusion reflection)할 수 있다. 상기 반사층(220)은 상기 형광층(230)을 통과한 짧은 파장의 태양광 또는 입사광을 확산 반사시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 반사층(220)에서 반사된 태양광의 일부는 상기 형광층(230)에서 형광으로 변환되고, 다른 일부는 상기 버퍼층(240)에서 전반사될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 집광 장치를 설명하는 단면도이다.
도 2에서 설명한 것과 중복되는 설명은 생략한다.
도 3을 참조하면, 상기 집광 장치(300)는 기판(310), 상기 기판(310) 상에 배치된 반사층(320), 상기 반사층(320) 상에 배치된 필터(350), 및 상기 반사층(320) 및 상기 필터(350) 사이에 개재된 형광체(332)를 포함하는 형광층(330)을 포함한다. 상기 형광층(330)은 상기 필터(350)를 통하여 입사하는 입사광을 상기 입사광의 파장보다 큰 파장의 형광으로 변환한다. 상기 반사층(320) 및 상기 필터(350)는 상기 형광을 반사시켜 상기 기판(310)에 평행한 방향으로 제공한다.
상기 반사층(320)은 다층박막일 수 있다. 상기 다층 박막은 가시 광선 영역의 입사광을 반사시킬 수 있다. 상기 반사층(320)의 반사도는 상기 형광의 파장에서 최대일 수 있다.
상기 다층 박막은 굴절률이 서로 다른 유기물이나 무기물을 교번하여 적층된 구조를 가질 수 있다. 상기 다층 박막은 간섭효과에 의해 특정한 파장보다 짧은 파장을 투과시키고, 특정 파장 이상의 파장을 반사시킬 수 있다. 상기 필터(350)는 기준 파장 미만을 투과시기고, 기준 파장 이상을 반사시킬 수 있다. 상기 기준 파장은 200 nm 내지 2000 nm 일 수 있다.
상기 필터(350)는 다층 박막일 수 있다. 상기 다층 박막은 굴절율이 다른 물질이 서로 교번하며 적층된 구조를 가질 수 있다. 상기 필터(350)의 반사 대역은 상기 형광의 파장을 포함할 수 있다. 또한, 상기 필터(350)는 입사하는 태양광의 짧은 파장 성분을 통과시킬 수 있다. 따라서, 입사광은 상기 필터를 통과하여 상기 형광층에서 형광으로 변환될 수 있다. 상기 형광은 상기 필터(350)와 상기 반사층(320) 사이에 구속되어 상기 기판(310)에 평행하게 진행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광전 변환 장치를 설명하는 단면도이다.
도 2에서 설명한 것과 중복되는 설명은 생략한다.
도 4를 참조하면, 상기 광전 변환 장치(201)는 기판(210), 상기 기판(201) 상에 배치된 반사층(220), 상기 반사층(220) 상에 배치된 필터(250), 상기 반사층 (210) 및 상기 필터(250) 사이에 개재된 형광체(232)를 포함하는 형광층(230), 및 상기 기판(210)의 적어도 일 측면에 배치된 광전 소자(260)를 포함한다. 상기 형광층(230)은 상기 필터(250)를 통하여 입사하는 입사광을 상기 입사광의 파장보다 큰 파장의 형광으로 변환한다. 상기 반사층(220) 및 상기 필터(250)는 상기 형광을 반사시켜 상기 기판(210)에 평행한 방향으로 제공한다. 상기 광전 소자(260)는 상기 형광을 제공받아 전력을 생성한다.
상기 광전 소자(260)는 빛 에너지를 전기에너지로 변환하는 수단일 수 있다. 상기 광전 소자(260)는 태양 전지일 수 있다. 상기 태양 전지는 실리콘 기반 소자, 화합물 반도체 기반 소자, 또는 유기물 기반 소자일 수 있다.
상기 기판(210)의 측면에서 탈출하는 상기 형광은 상기 광전 소자(260)에 제공될 수 있다. 상기 광전 소자(260)의 면적은 태양광을 받는 면적에 비해 작아 경제적이다. 또한, 상기 광전 변환 장치(201)는 평면형으로 설치가 용이할 수 있다. 상기 광전 소자(260)는 상기 기판(210)의 측면에 밀착되어 배치될 수 있다. 또는 상기 광전 소자(260)는 상기 기판(210)의 측면에 접착제에 의하여 고정 결합할 수 있다. 상기 광전 소자(260)의 효율은 상기 형광의 파장에서 최대의 효율을 가질 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광전 변환 장치를 설명하는 단면도이다.
도 2 내지 도 5에서 설명한 것과 중복되는 설명은 생략한다.
도 5를 참조하면, 상기 광전 변환 장치(301)는 기판(310), 상기 기판(310) 상에 배치된 반사층(320), 상기 반사층(320) 상에 배치된 필터(350), 상기 반사층(320) 및 상기 필터(350) 사이에 개재된 형광체(332)를 포함하는 형광층(330), 및 상기 기판(310)의 적어도 일 측면에 배치된 광전 소자(360)를 포함한다. 상기 형광층(330)은 상기 필터(350)를 통하여 입사하는 입사광을 상기 입사광의 파장보다 큰 파장의 형광으로 변환한다. 상기 반사층(320) 및 상기 필터(350)는 상기 형광을 반사시켜 상기 기판(310)에 평행한 방향으로 제공한다. 상기 광전 소자(360)는 상기 형광을 제공받아 전력을 생성한다. 상기 반사층(320) 및 필터(350)는 다층박막일 수 있다.
도 6 및 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광전 변환 장치를 설명하는 단면도들이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 광전 변환 장치(202,302)는 기판(210,310), 상기 기판(210,310) 상에 배치된 반사층(220,320), 상기 반사층(220,320) 상에 배치된 필터(250,350), 상기 반사층(220,320) 및 상기 필터(250,350) 사이에 개재된 형광체(232,332)를 포함하는 형광층(230,330), 및 상기 기판(210,310)의 적어도 일 측면에 배치된 광전 소자(260,360)를 포함한다. 상기 형광층(230,330)은 상기 필터(250,350)를 통하여 입사하는 입사광을 상기 입사광의 파장보다 큰 파장의 형광으로 변환한다. 상기 반사층(210,310) 및 상기 필터(250,350)는 상기 형광을 반사시켜 상기 기판(210,310)에 평행한 방향으로 제공한다. 상기 광전 소자(260,360)는 상기 형광을 제공받아 전력을 생성한다.
여기 광원부(280,380)는 상기 광전 소자(260,360)에 대향하여 상기 기판(210,310)의 타 측면에 배치될 수 있다. 상기 여기 광원부(280,380)의 출력광은 상기 형광층(230,330)에 제공되어 상기 형광체(232,332)의 유도 방출을 제공할 수 있다. 상기 출력광의 파장(λ2)은 상기 형광체(232,332)에 의존할 수 있다. 양자점 형광체 경우, 상기 출력광의 파장(λ2)은 상기 양자점 형광체의 밴드 갭(band gap) 부근의 에너지일 수 있다. 상기 출력광은 상기 고정층(234,334)을 따라 진행하며 형광체(232,332)의 여기(excited)된 전자를 자극하여 유도 방출(stimulated emission)을 일으킨다. 따라서, 상기 출력광의 진행 방향으로 빛 에너지가 증폭된다. 따라서, 상기 출력광은 광 손실을 감소시킬 수 있다. 상기 여기 광원부(280,380)는 레이저 다이오드 또는 발광 다이오드일 수 있다. 여기 광원부(280,380)는 상기 형광층(230,330)에 상기 기판에 배치된 평면에 방향성을 가진 유도 방출(stimulated emission)을 제공할 수 있다. 자발 방출광의 경우 사방으로 빛이 흩어지는데 반해, 유도 방출은 광원부(280, 380)에서 나오는 빛의 방향으로 광 증폭이 일어나기 때문에 광 손실을 감소시킬 수 있다.
광집속부(270,370)는 상기 여기 광원부(280,380)와 상기 기판(210,310)의 타측면 사이에 배치되어 상기 여기 광원부(280,380)의 출력광을 상기 기판(210,310)의 타측면에 입사시킬 수 있다. 상기 광집속부(270,370)는 렌즈일 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 광전 변환 장치를 설명하는 단면도들이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 광전 변환 장치(203,303)는 기판(210,310), 상기 기판(210,310) 상에 배치된 반사층(220,320), 상기 반사층(220,320) 상에 배치된 필터(250,350), 상기 반사층(220,320) 및 상기 필터(250,350) 사이에 개재된 형광체(232,332)를 포함하는 형광층(231,331), 및 상기 기판(210,310)의 적어도 일 측면에 배치된 광전 소자(260,360)를 포함한다. 상기 형광층(231,331)은 상기 필터(250,350)를 통하여 입사하는 입사광을 상기 입사광의 파장보다 큰 파장의 형광으로 변환한다. 상기 반사층(210,310) 및 상기 필터(250,350)는 상기 형광을 반사시켜 상기 기판(210,310)에 평행한 방향으로 제공한다. 상기 광전 소자(260,360)는 상기 형광을 제공받아 전력을 생성한다.
상기 형광층(231,331)은 제1 형광층(230a,330a), 상기 제1 형광층(230a,330a) 상에 배치된 제2 형광층(230b,330b), 및 상기 제1 형광층(230a,330b) 및 상기 제2 형광층(230b,330b) 사이에 개재된 스페이서층(237,337)을 포함한다. 상기 제1 형광층(230a,330a)은 제1 고정층(234a,334a)과 제1 형광체들(232a,332a)을 포함할 수 있다. 상기 제2 형광층(230b,330b)은 제2 고정층(234b,334b)과 제2 형광체들(232b,332b)을 포함할 수 있다.
제 1 형광체(232a,332a)과 제 2 형광체(232b,332b)의 밴드 갭은 서로 다를 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 형광체(232a,332a) 및 상기 제2 형광체(232b,332b)는 서로 다른 파장에서 유도 방출을 제공할 수 있다. 이에 따라, 상기 형광층(231,331)은 광 효율을 증가시킬 수 있다. 제 1 형광체(232a,332a)의 출력 파장은 λ1이고, 상기 제2 형광체(232b,332b)의 출력 파장은 λ3일 수 있다.
예를 들어, 제 1 형광체(232a,332a)의 밴드 갭(band gap)이 제 2 형광체(232b,332b)의 밴드 갭 보다 밴드보다 작을 수 있다. 즉, λ3는 λ1보다 작을 수 있다. 이 경우, 상기 제 2 형광체(232b,332b)가 흡수하지 않은 빛은 제 1 형광체(232a,332a)가 흡수할 수 있다. 즉, 입사광의 고에너지 부분은 상기 제2 형광체(232b,332b)가 흡수하고, 상기 입사광의 저에너지 부분은 상기 제1 형광체(232a,332a)가 흡수할 수 있다. 이에 따라, 스토크 이동(Stoke shift)에 의한 에너지 손실이 감소될 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 형광층(231,331)은 2층 이상의 형광층을 포함할 수 있다. 상기 형광층의 유도 방출 파장은 상기 필터층으로 부터 차례로 증가할 수 있다.
상기 스페이서(237,337)의 굴절율은 빛의 진행을 돕기 위하여 상기 제1 고정층(234a,334a) 및 제2 고정층(234b,334b)의 굴절율보다 작을 수 있다.
여기 광원부(280)는 제1 여기 광원부(280a) 및 제2 여기 광원부(280b)를 포함할 수 있다. 상기 제1 여기 광원부(280a) 및 상기 제2 여기 광원부(280b)는 서로 인접하여 배치될 수 있다.
상기 제1 여기 광원부(280a,380a)는 상기 광전 소자(260,360)에 대향하여 상기 기판(210,310)의 타 측면에 배치될 수 있다. 상기 제1 여기 광원부(280a,380a)의 출력광은 상기 제1 형광층(230a,330a)에 제공되어 상기 제1 형광체(232a,332a)의 유도 방출을 제공할 수 있다. 상기 제1 형광체(232a,332a)의 유도 방출의 파장은 λ1일 수 있다. 상기 출력광의 파장(λ2)은 상기 제1 형광체(232a,332a)에 의존할 수 있다. 양자점 형광체 경우, 상기 출력광의 파장(λ2)은 상기 양자점 형광체의 밴드 갭(band gap) 부근의 에너지일 수 있다. 상기 출력광은 상기 제1 고정층(234a,334a)을 따라 진행하며 제1 형광체(232a,332a)의 여기(excited)된 전자를 자극하여 유도 방출(stimulated emission)을 일으킨다. 따라서, 상기 출력광의 진행 방향으로 빛 에너지가 증폭된다. 따라서, 상기 출력광은 광 손실을 감소시킬 수 있다. 상기 제1 여기 광원부(280a,380a)는 레이저 다이오드 또는 발광 다이오드일 수 있다.
상기 제2 여기 광원부(280b,380b)는 상기 광전 소자(260,360)에 대향하여 상기 기판(210,310)의 타 측면에 배치될 수 있다. 상기 제1 여기 광원부(280b,380b)의 출력광은 상기 제2 형광층(230b,330b)에 제공되어 상기 제2 형광체(232b,332b)의 유도 방출을 제공할 수 있다. 상기 제2 형광체(232b,332b)의 유도 방출의 파장은 λ3일 수 있다. 상기 출력광의 파장(λ4)은 상기 제2 형광체(232b,332b)에 의존할 수 있다. 양자점 형광체 경우, 상기 출력광의 파장(λ4)은 상기 양자점 형광체의 밴드 갭(band gap) 부근의 에너지일 수 있다. 상기 출력광은 상기 제2 고정층(234b,334b)을 따라 진행하며 제2 형광체(232b,332b)의 여기(excited)된 전자를 자극하여 유도 방출(stimulated emission)을 일으킨다. 따라서, 상기 출력광의 진행 방향으로 빛 에너지가 증폭된다. 따라서, 상기 출력광은 광 손실을 감소시킬 수 있다. 상기 제2 여기 광원부(280b,380b)는 레이저 다이오드 또는 발광 다이오드일 수 있다.
광집속부(270,370)는 상기 여기 광원부(280,380)와 상기 기판(210,310)의 타측면 사이에 배치되어 상기 여기 광원부(280,380)의 출력광을 상기 기판(210,310)의 타측면에 입사시킬 수 있다. 상기 광집속부(270,370)는 렌즈일 수 있다. 상기 광집속부(270,370)는 입사하는 광의 입사 평면과 투과하는 광의 투과 평면을 배치를 바꿀 수 있다. 이에 따라, 하부에 배치된 제1 형광층(230a,330a)에 입사하는 광은 상부에 배치된 제1 여기 광원부(280a,380a)로부터 제공될 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광전 변환 장치를 설명하는 평면도이다.
도 2 및 도 10을 참조하면, 상기 광전 변환 장치(401)는 제1 내지 제4 광전 변환 장치(200a~200d)를 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제4 광전 변환 장치(200a~200d)는 베이스 기판(211)에 매트릭스 형태로 실장될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
120: 집광부, 110: 광전 소자
200: 집광 장치, 210: 기판, 220: 반사층, 250: 필터, 232: 형광체,
230: 형광층, 260: 광전 소자, 270: 광집속부, 280: 여기광원
300: 집광 장치, 310: 기판, 320: 반사층, 350: 필터, 232: 형광체,
230: 형광층, 370: 광집속부, 380: 여기광원
201: 광전 변환 장치
301: 광전 변환 장치

Claims (12)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치된 반사층;
    상기 반사층 상에 배치된 필터; 및
    상기 반사층 및 상기 필터 사이에 개재된 형광체를 포함하는 형광층을 포함하고,
    상기 형광층은 상기 필터를 통하여 입사하는 입사광을 상기 입사광의 파장보다 큰 파장의 형광으로 변환하고,
    상기 반사층 및 상기 필터는 상기 형광을 반사시켜 상기 기판에 평행한 방향으로 제공하는 것을 특징으로 하는 평면형 집광 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 필터는 금속 그물인 것을 특징으로 하는 평면형 집광 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 금속 그물의 구멍 크기는 150 nm 에서 2000 nm 인 것을 특징으로 하는 평면형 집광 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 필터는 다중 박막이고,
    상기 필터는 기준 파장 미만을 투과시키고, 기준 파장 이상을 반사시키는 것을 특징으로 하는 평면형 집광 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 기준 파장은 200 nm 내지 2000 nm 인 것을 특징으로 하는 평면형 집광 장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 필터와 상기 형광층 사이에 개재된 버퍼층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평면형 집광 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 형광체는 양자점 형광체인 것을 특징으로 하는 평면형 집광 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 형광층은
    제1 형광층;
    상기 제1 형광층 상에 배치된 제2 형광층; 및
    상기 제1 형광층 및 상기 제2 형광층 사이에 개재된 스페이서층을 포함하는 것을 특징으로 하는 평면형 집광 장치.
  9. 기판;
    상기 기판 상에 배치된 반사층;
    상기 반사층 상에 배치된 필터;
    상기 반사층 및 상기 필터 사이에 개재된 형광체를 포함하는 형광층; 및
    상기 기판의 적어도 일 측면에 배치된 광전 소자를 포함하고,
    상기 형광층은 상기 필터를 통하여 입사하는 입사광을 상기 입사광의 파장보다 큰 파장의 형광으로 변환하고,
    상기 반사층 및 상기 필터는 상기 형광을 반사시켜 상기 기판에 평행한 방향으로 제공하고,
    상기 광전 소자는 상기 형광을 제공받아 전력을 형성하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 광전 소자에 대향하여 상기 기판의 타 측면에 배치된 여기 광원부를 더 포함하고,
    상기 여기 광원부의 출력광은 상기 형광층에 제공되어 상기 형광체에 유도 방출을 제공하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 광원부와 상기 기판의 타측면 사이에 배치되어 상기 광원부의 출력광을 상기 기판의 타측면에 입사시키는 광집속부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 형광층은
    제1 형광층;
    상기 제1 형광층 상에 배치된 제2 형광층; 및
    상기 제1 형광층 및 상기 제2 형광층 사이에 개재된 스페이서층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치.
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