요약
본 발명은 페로브스카이트 태양전지의 안정성과 환경 안전성을 개선하기 위한 새로운 광검출기 기술에 관한 것입니다. 무연 더블 페로브스카이트(LFDP) 신소재인 Cs2SnI6 (CSI)를 사용하여 광대역 스펙트럼을 효과적으로 흡수하고, 고해상도 패터닝과 소형화가 가능한 분리 가능한 광검출기 배열을 제작합니다. 이 기술은 룸 온도와 대기압에서의 수열 합성을 통해 CSI 입자를 제조하고, 마이크로 LED(m-LED) 배열과 통합하여 고성능 광검출기 배열을 구현합니다. 장기간 대기 중에서도 안정적인 성능을 유지하며, 고체 및 유연 기판에 모두 적용 가능합니다. 이 발명은 IoT, VR, AR 등 첨단 기술 분야와 착용 가능한 기기, 유연한 디스플레이 시장의 확대에 기여할 것으로 기대되며, 고속 데이터 전송 및 처리를 필요로 하는 분야에서의 시장 경쟁력을 높일 것으로 전망됩니다.
기본 정보
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특허명: 광대역 플렉시블 광학 시스템을 위한 물리적 분리가능 및 작동 안정성을 갖는 μLED 통합 광검출기 어레이 및 이의 제조방법
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대표 발명자: 진성훈 교수
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출원번호: 10-2023-0114947
발명의 배경 및 필요성
페로브스카이트의 활용 현황
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페로브스카이트는 빛을 전기 에너지로 효율적으로 변환하는 물질로, 2000년대부터 태양전지 연구에 활용되며 기존 실리콘 기반 태양전지에 비해 높은 효율성을 달성함
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낮은 생산 비용과 제조 용이성에도 불구하고 안정성과 환경 안전성 문제로 인해 상업화에 어려움을 겪고 있음
빛 감지 기술의 개선 필요성
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실험실 연구 단계를 넘어 상업화를 위해 대량 생산, 안정성, 환경 안전성 확보가 필수적임
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납을 대체할 무연 물질 연구와 다양한 조성의 페로브스카이트, 캡슐화 기술 개발이 안정성 향상을 위해 중요함
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CSI(세슘 요오드)와 같은 대체 물질 연구는 환경적으로 안전하고 안정적인 빛 감지 기술 개발에 기여하며, 고해상도 이미징 응용 분야에서의 성능 연구가 필요함
구현방법
기술의 원리 및 특징
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광대역 유연 광학 시스템을 위한 LED 통합 광검출기 배열은 물리적 분리 가능성과 작동 안정성을 제공
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무연 더블 페로브스카이트(LFDP) 신소재인 Cs2SnI6 (CSI)를 사용하여 넓은 광학 흡수 범위, 구조적 안정성 및 우수한 광안정성을 갖춘 광검출기 개발
구현 과정
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베이스 기판 위에 금속 전극 패턴층을 형성하고, 소스 및 드레인 전극을 포함
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CSI 페로브스카이트 박막층이 위치하지 않는 부분을 커버하는 패시베이션 패턴층 형성
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페로브스카이트 박막층을 통해 자외선부터 근적외선에 이르는 넓은 범위의 파장 흡수
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룸 온도와 대기압에서 아이오딘 기반 전구체를 희석된 요오드산 용매에 넣고 수열 합성을 통해 CSI 입자 제조
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CSI 광검출기 배열을 마이크로 LED(m-LED) 배열과 통합하여 시스템 레벨까지 적용
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변수 범위 홉핑을 통한 전하 이동으로 전자가 재료 내에서 불규칙적으로 이동
기술의 장점
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광대역 스펙트럼 튜닝, 고해상도 패터닝, 소형화와 호환되는 분리 가능한 광검출기 배열 제작
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장기간 대기 중에서도 안정적인 고성능 광검출기 배열 제조
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빛과 온도 변화에 반응하는 유연한 CSI PD(페로브스카이트 광검출기) 운영
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고체 및 유연 기판 모두에 적용 가능한 분리 가능한 CSI PD 배열 제작 성공
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무선 광 인터커넥트에서 실리콘 기술을 사용하여 작동 안정성 평가로 잠재적 이점 확인
발명의 활용 방안
다양한 분야에서의 광검출기 적용 사례
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고성능 광검출기는 IoT, VR, AR 등 첨단 기술 분야뿐만 아니라 착용 가능한 기기나 유연한 디스플레이에도 응용됨
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특정 파장 감지와 장기 안정성을 바탕으로 일상 생활의 다양한 전자기기에 통합될 수 있음
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빠른 광응답 시간을 이용해 고속 이미징 시스템과 카메라 센서에 적용되며, 무선 광 상호 연결 기술의 핵심 구성 요소로서 데이터 전송 기술의 발전에 기여함
기대효과
발명을 통한 산업 혁신 및 시장 경쟁력 강화
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광검출기 기술의 혁신은 다양한 산업 분야의 성능 개선을 촉진하고, 유연성과 장기 안정성을 갖춘 제품은 착용 가능한 기기 및 유연한 디스플레이 시장 확대에 기여함
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고속 데이터 전송 및 처리를 필요로 하는 분야에서 광검출기의 빠른 광응답 시간은 시장 경쟁력을 높이며, 무선 광 상호 연결 기술의 발전은 스마트폰과 컴퓨터의 데이터 통신 효율성 및 안정성을 향상시킬 것임
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페로브스카이트 기반 광검출기 개발은 상용화를 가속화하고 나노기술 및 센서 산업 발전에 기여하며, 고온 환경에서도 안정적인 성능을 유지하는 광검출기는 LED 디스플레이, 광학적 데이터 전송 기술에 적용되어 시장 다각화에 기여할 것임
시장 동향
태양광 산업 시장 동향
기술 SWOT 분석
Strengths
효율적인 빛-전기 변환 성능
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페로브스카이트는 빛을 전기에너지로 효율적으로 변환하는 물질로, 높은 효율성을 자랑합니다.
낮은 생산 비용과 제조 용이성
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기존 실리콘 기반 태양전지에 비해 낮은 생산 비용과 제조 과정이 용이합니다.
광대역 스펙트럼 튜닝 및 고해상도 패터닝 가능
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광대역 스펙트럼 튜닝과 고해상도 패터닝이 가능하여 다양한 응용 분야에 적용될 수 있습니다.
Weaknesses
안정성과 환경 안전성 문제
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안정성과 환경 안전성 문제로 인해 상업화에 어려움을 겪고 있습니다.
납을 포함한 환경 유해 물질 사용
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납과 같은 유해 물질을 포함하고 있어 무연 물질로의 대체가 필요합니다.
Opportunities
무연 물질 연구와 캡슐화 기술 개발
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무연 물질 연구와 캡슐화 기술 개발을 통해 안정성을 향상시킬 수 있는 기회가 있습니다.
고해상도 이미징 응용 분야에서의 성능 연구
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CSI와 같은 대체 물질 연구는 고해상도 이미징 응용 분야에서의 성능 연구에 기여할 수 있습니다.
Threats
기존 실리콘 기반 태양전지와의 경쟁
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기존 실리콘 기반 태양전지와의 경쟁에서 페로브스카이트 태양전지가 안정성 면에서 밀릴 수 있습니다.
환경 규제 강화
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납과 같은 유해 물질 사용에 대한 환경 규제가 강화될 경우 기술 개발에 제약을 받을 수 있습니다.
Summary
Strengths
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페로브스카이트는 높은 효율성과 낮은 생산 비용, 제조 용이성을 바탕으로 다양한 응용 분야에 적용될 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.
Weaknesses
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그러나 안정성과 환경 안전성 문제로 인해 상업화에 어려움을 겪고 있으며, 유해 물질 사용으로 인한 환경 규제에 대응해야 합니다.
Opportunities
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무연 물질 연구와 캡슐화 기술 개발을 통해 안정성을 향상시킬 수 있는 기회가 있으며, 고해상도 이미징 응용 분야에서의 성능 연구가 기대됩니다.
Threats
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기존 실리콘 기반 태양전지와의 경쟁과 환경 규제 강화는 페로브스카이트 태양전지 기술 발전에 잠재적 위협 요소입니다.
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