(57)【要約】【課題】高効率で、軽く、可撓性を有して、織物の製造が容易な光電繊維を提供する。【解決手段】基材繊維の上に電極と光吸収層が位置し、放射方向（ｒａｄｉａｌ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）にＰＩＮ接合（ＰＩＮ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ）またはＰＮ接合（ＰＮ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を形成する光電繊維が提供される。製織されている光電繊維を含む光電織物が提供される。複数の孤立ブロック（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ  ｂｌｏｃｋ）を含む光電池部を含む光電池モジュールが提供され、孤立ブロックの周りに孤立領域が位置し、孤立領域で基材繊維が露出する。ロール・ツー・ロール（ｒｏｌｌ−ｔｏ−ｒｏｌｌ）方式で基材繊維の上に第１電極を形成する段階と、ロール・ツー・ロール方式で前記第１電極の上に光吸収層を形成する段階と、ロール・ツー・ロール方式で前記光吸収層の上に第２電極を形成する段階とを含む光電繊維の製造方法が提供される。【選択図】図６
2012160700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材繊維（ｂａｓｅ  ｆｉｂｅｒ）と、
前記基材繊維を囲む第１電極と、
前記第１電極を囲み、放射方向（ｒａｄｉａｌ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）にＰＩＮ接合（ＰＩＮ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ）が位置する光吸収層と、
前記光吸収層を囲む第２電極と
を含む光電繊維。
【請求項２】
前記光吸収層はシリコンを含む、請求項１に記載の光電繊維。
【請求項３】
前記光吸収層は多結晶シリコンまたはナノ結晶シリコンを含む、請求項２に記載の光電繊維。
【請求項４】
前記第２電極を囲む保護膜をさらに含む、請求項１に記載の光電繊維。
【請求項５】
前記保護膜は反射性材料を含む、請求項４に記載の光電繊維。
【請求項６】
前記保護膜は高分子材料を含む、請求項４に記載の光電繊維。
【請求項７】
前記光電繊維は孤立領域（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ  ｒｅｇｉｏｎ）を含み、前記孤立領域で前記基材繊維が露出する、請求項１に記載の光電繊維。
【請求項８】
前記孤立領域で前記第１電極及び前記第２電極のうちの少なくとも１つが露出する、請求項７に記載の光電繊維。
【請求項９】
製織（ｗｅａｖｉｎｇ）されている光電繊維を含み、
前記光電繊維は、
基材繊維と、
前記基材繊維を囲む第１電極と、
前記第１電極を囲み、放射方向にＰＩＮ接合が位置する光吸収層と、
前記光吸収層を囲む第２電極と
を含む光電織物。
【請求項１０】
前記光吸収層はシリコンを含む、請求項９に記載の光電織物。
【請求項１１】
前記光吸収層は多結晶シリコンまたはナノ結晶シリコンを含む、請求項１０に記載の光電織物。
【請求項１２】
前記光電織物は複数の孤立ブロック（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ  ｂｌｏｃｋ）を含み、前記孤立ブロックの周りに孤立領域が位置し、前記孤立領域に基材繊維が露出しており、
前記孤立ブロックは、第１方向に延びる第１光電繊維及び第２方向に延びる第２光電繊維を含み、前記第１方向及び前記第２方向は互いに異なる、請求項９に記載の光電織物。
【請求項１３】
前記複数の孤立ブロックは、直列または並列に互いに電気的に接続される、請求項１２に記載の光電織物。
【請求項１４】
前記第１光電繊維の端部と前記第２光電繊維の端部とは互いに接続される、請求項１３に記載の光電織物。
【請求項１５】
製織されている光電繊維を含み、光エネルギーを電気エネルギーに変換させる光電池部を含み、
前記光電池部は複数の孤立ブロックを含み、前記孤立ブロックの周りに孤立領域が位置し、前記孤立領域に基材繊維が露出しており、
前記孤立ブロックは、第１方向に延びる複数の第１光電繊維及び第２方向に延びる複数の第２光電繊維を含み、前記第１方向及び前記第２方向は互いに異なる光電池モジュール。
【請求項１６】
前記光電繊維は、
基材繊維と、
前記基材繊維を囲む第１電極と、
前記第１電極を囲み、放射方向にＰＩＮ接合またはＰＮ接合が位置する光吸収層と、
前記光吸収層を囲む第２電極とを含む、請求項１５に記載の光電池モジュール。
【請求項１７】
前記複数の孤立ブロックは直列または並列に互いに電気的に接続される、請求項１５に記載の光電池モジュール。
【請求項１８】
前記第１光電繊維の端部と前記第２光電繊維の端部とは互いに接続される、請求項１７に記載の光電池モジュール。
【請求項１９】
前記複数の孤立ブロックは接続電極を通じて互いに接続される、請求項１７に記載の光電池モジュール。
【請求項２０】
前記電気エネルギーを貯蔵する貯蔵部をさらに含む、請求項１５に記載の光電池モジュール。
【請求項２１】
前記貯蔵部は製織されているキャパシタ繊維を含む、請求項２０に記載の光電池モジュール。
【請求項２２】
前記キャパシタ繊維は、
基材繊維と、
前記基材繊維を囲む第１キャパシタ電極と、
前記第１キャパシタ電極を囲むキャパシタ絶縁層と、
前記キャパシタ絶縁層を囲む第２キャパシタ電極とを含む、請求項２１に記載の光電池モジュール。
【請求項２３】
前記電気エネルギーを管理するスイッチング部をさらに含む、請求項１５に記載の光電池モジュール。
【請求項２４】
前記スイッチング部は製織されているスイッチング繊維を含む、請求項２２に記載の光電池モジュール。
【請求項２５】
前記スイッチング繊維は、
基材繊維と、
前記基材繊維の上に位置する半導体層と、
前記基材繊維の上に位置するゲート電極と、
前記半導体層と前記ゲート電極との間に位置するゲート絶縁層とを含む、請求項２４に記載の光電池モジュール。
【請求項２６】
ロール・ツー・ロール（ｒｏｌｌ−ｔｏ−ｒｏｌｌ）方式で基材繊維の上に第１電極を形成する段階と、
ロール・ツー・ロール方式で前記第１電極の上に光吸収層を形成する段階と、
ロール・ツー・ロール方式で前記光吸収層の上に第２電極を形成する段階と
を含む光電繊維の製造方法。
【請求項２７】
前記第１電極、前記光吸収層、及び前記第２電極は、ガスジェット電子ビームプラズマ化学的気相蒸着（ｇａｓ−ｊｅｔ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ  ｐｌａｓｍａ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置または超臨界蒸着装置によって形成される、請求項２６に記載の光電繊維の製造方法。
【請求項２８】
前記第１電極、前記光吸収層、及び前記第２電極は、塗布工程及び自己整列印刷エッチング（ｓｅｌｆ−ａｌｉｇｎｅｄ  ｉｍｐｒｉｎｔ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）方式によって形成される、請求項２７に記載の光電繊維製造方法。
【請求項２９】
前記第２電極の上に高分子物質を塗布する段階と、
刻印部を含むローラによって前記高分子物質が刻印される段階とをさらに含む、請求項２６に記載の光電繊維の製造方法。
【請求項３０】
前記ロール・ツー・ロール方式はマルチチャンバを利用する、請求項２６に記載の光電繊維の製造方法。
【請求項３１】
前記第１電極は前記基材繊維を囲み、前記光吸収層は前記第１電極を囲み、前記第２電極は前記光吸収層を囲む、請求項２６に記載の光電繊維の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電繊維、これを利用した光電池モジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電池は、光エネルギーを電気エネルギーに変換して貯蔵する素子であって、化石燃料の枯渇及び環境汚染を解消することができるので、高効率で、かつ原価が安価である光電池を開発するための研究が活発に進められている。
【０００３】
特に、バルク型結晶性シリコン太陽電池（ｂｕｌｋ  ｃ−Ｓｉ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌ）は、効率は高いが、壊れやすいため、携帯用太陽電池（ｍｏｂｉｌｅ  ｓｏｌａｒｃｅｌｌ）に製作することが難しい。一方、フレキシブル基板（ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）に製作された非晶質シリコンＰＩＮ太陽電池（ａ−Ｓｉ  ＰＩＮ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌ）、ＣＩＧＳ（ＣｕＩｎＧａＳｅ２）太陽電池などの薄膜型太陽電池は、効率が低く、織物（ｔｅｘｔｉｌｅ）にすることが容易でない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の一側面は、高効率で、軽く、可撓性を有して、織物の製造が容易な光電繊維を提供することを目的とする。
【０００５】
また、本発明の他の側面は、服のように着られる携帯用電子製品（ｍｏｂｉｌｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）の電源として使用することを目的とする。
【０００６】
また、本発明の他の側面は、製造原価を安価にすることを目的とする。
【０００７】
さらに、本発明の他の側面は、大面積の蒸着装置がなくても、大面積の光電池モジュールを製造することができる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面に係る光電繊維は、平板基板の代わりに基材繊維（ｂａｓｅ  ｆｉｂｅｒ）の上に電極、光吸収層の形成のための物質を塗布し、放射方向（ｒａｄｉａｌ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）にＰＩＮ接合（ＰＩＮ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ）またはＰＮ接合（ＰＮ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を形成することによって製造される。基材繊維は、ガラス繊維（ｇｌａｓｓ  ｆｉｂｅｒ）、プラスチック繊維（ｐｌａｓｔｉｃ  ｆｉｂｅｒ）、高分子繊維（ｐｏｌｙｍｅｒ  ｆｉｂｅｒ）、及び炭素繊維（ｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒ）などとすることができる。
【０００９】
光吸収層として使用される物質は、非晶質シリコン（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ｓｉｌｉｃｏｎ、ａ−Ｓｉ）、多結晶シリコン（ｍｕｌｔｉ−ｃｒｙｓｔａｌ  ｓｉｌｉｃｏｎ、ｍｃ−Ｓｉ）、ナノ結晶シリコン（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｓｉｌｉｃｏｎ、ｎｃ−Ｓｉ）、ＣＩＧＳ（ＣｕＩｎＧａＳｅ２）、及びＣｄＴｅなどの化合物半導体（ｃｏｍｐｏｕｎｄ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、有機化合物、マルチ接合（ｍｕｌｔｉ−ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を有する物質などとすることができる。非晶質シリコンは水素化された非晶質シリコン（ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｅｄ  ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ｓｉｌｉｃｏｎ、ａ−Ｓｉ:Ｈ）とすることができ、多結晶シリコンは水素化された多結晶シリコン（ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｅｄｍｕｌｔｉ−ｃｒｙｓｔａｌｓｉｌｉｃｏｎ、ｍｃ−Ｓｉ:Ｈ）とすることができ、ナノ結晶シリコンは水素化されたナノ結晶シリコン（ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｅｄ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｓｉｌｉｃｏｎ、ｎｃ−Ｓｉ:Ｈ）とすることができる。
【００１０】
本発明の一側面による光電織物（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  ｆａｂｒｉｃ）は、製織（ｗｅａｖｉｎｇ）されている光電繊維を含む。
【００１１】
本発明の一側面による光電池モジュールは、光電池部（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  ｃｅｌｌ  ｕｎｉｔ）を含む。光電池モジュールは、貯蔵部（ｓｔｏｒａｇｅ  ｕｎｉｔ）及びスイッチング部（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  ｕｎｉｔ）うちの少なくとも１つを含むことができる。スイッチング部の代わりに伝導性繊維（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｆｉｂｅｒ）を使用することも可能である。
【００１２】
光電池部は、光エネルギーを電気エネルギーに変換させ、製織されている光電繊維を含むことができる。貯蔵部は、変換された電気エネルギーを貯蔵し、製織されているキャパシタ繊維、キャパシタ（ｃａｐａｃｉｔｏｒ）、及びバッテリーのうちの少なくとも１つを含むことができる。スイッチング部は、変換された電気エネルギー及び貯蔵された電気エネルギーのうちの少なくとも１つを管理し、製織されているスイッチング繊維及び薄膜トランジスタのうちの少なくとも１つを含むことができる。
【００１３】
本発明の一側面による光電繊維は、大面積の蒸着装置なしに、ロール・ツー・ロール（ｒｏｌｌ−ｔｏ−ｒｏｌｌ）工程によって製造することができる。
【発明の効果】
【００１４】
高効率で、軽く、可撓性を有して、織物の製造が容易であり、製造原価が安価であり、大面積の蒸着装置がなくても大面積で製造することができ、服のように着られる携帯用電子製品の電源として使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一側面による光電繊維を製造する工程を概略的に示す図面である。
【図２】本発明の一側面による光電繊維を製造する工程を概略的に示す図面である。
【図３】本発明の一側面による光電繊維を製造する工程を概略的に示す図面である。
【図４】本発明の一側面による光電繊維を製造する工程を概略的に示す図面である。
【図５】本発明の一側面による光電繊維を製造する工程を概略的に示す図面である。
【図６】本発明の一側面による光電繊維を製造する工程を概略的に示す図面である。
【図７】本発明の一側面による光電繊維を製造する工程を概略的に示す図面である。
【図８】本発明の一側面による光電繊維を製造する工程を概略的に示す図面である。
【図９】本発明の一側面による光電繊維を製造する工程を概略的に示す図面である。
【図１０】本発明の一側面による光電繊維を製造する工程を概略的に示す図面である。
【図１１】本発明の一側面による光電繊維を製造する工程を概略的に示す図面である。
【図１２】本発明の一側面による光電繊維を製造する工程を概略的に示す図面である。
【図１３】本発明の一側面によって製織された光電繊維を概略的に示す図面である。
【図１４】本発明の一側面によって製織された光電繊維を概略的に示す図面である。
【図１５】図１４のＸＶ−ＸＶ線に沿った断面図である。
【図１６】互いに直列に接続される複数の光電池ブロック（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｃｅｌｌ  ｂｌｏｃｋ）を概略的に示す図面である。
【図１７】互いに並列に接続される複数の光電池ブロックを概略的に示す図面である。
【図１８】１つの光電池ブロック内で互いに直列に接続される複数の光電池部を概略的に示す図面である。
【図１９】互いに異なる層に位置した２つの電極の接続構造を概略的に示す図面である。
【図２０】１個の光電池ブロック内で互いに並列に接続されている複数の光電池部を概略的に示す図面である。
【図２１】本発明の一側面による光電池モジュールを概略的に示す図面である。
【図２２】本発明の他側面による光電池モジュールを概略的に示す図面である。
【図２３】本発明のまた他の側面による光電池モジュールを概略的に示す図面である。
【図２４】本発明のまた他の側面による光電池モジュールを概略的に示す図面である。
【図２５】本発明の一側面によるスイッチング部を概略的に示す図面である。
【図２６】本発明の他側面によるスイッチング部を概略的に示す図面である。
【図２７】本発明の他側面によるスイッチング部を概略的に示す図面である。
【図２８】本発明の一側面による貯蔵部を概略的に示す図面である。
【図２９】本発明の一側面による光電池モジュールのブロック図である。
【図３０】本発明の他側面による光電池モジュールのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の側面について詳細に説明する。ただし、これは例示として提示したもので、これによって本発明が制限されるわけではなく、本発明は後述する請求項の範囲によって定義される。
【００１７】
図面において、本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書の全体にわたって同一または類似する構成要素に対しては同一の図面符号を付けた。また、広く知られている公知技術の場合にその具体的な説明は省略する。
【００１８】
図面において、種々の層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の“上”にあるという時、これは他の部分の“すぐ上”にある場合だけでなく、その中間に他の部分がある場合も含む。一方、ある部分が他の部分の“すぐ上”にあるという時には、中間に他の部分がないことを意味する。反対に、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の“下”にあるという時、これは他の部分の“すぐ下”にある場合だけでなく、その中間に他の部分がある場合も含む。一方、ある部分が他の部分の“すぐ下”にあるという時には、中間に他の部分がないことを意味する。
【００１９】
本発明の一側面による光電繊維は、平板基板の代わりに基材繊維の上に、電極、光吸収層を形成するための物質を塗布し、放射方向にＰＩＮ接合またはＰＮ接合を形成することによって製造される。また、光電繊維には必要によって電極物質、絶縁物質などを少なくとも１つ以上塗布することができる。
【００２０】
光吸収層として使用される物質は、非晶質シリコン、多結晶シリコン、ナノ結晶シリコン、ＣＩＧＳ、ＣｄＴｅなどの化合物半導体、有機化合物、マルチ接合を有する物質などとすることができる。非晶質シリコンは水素化された非晶質シリコンとすることができ、多結晶シリコンは水素化された多結晶シリコンとすることができ、ナノ結晶シリコンは水素化されたナノ結晶シリコンとすることができる。
【００２１】
電極物質としては、ＩＴＯ、ＡＺＯなどの透明導電性物質、不透明導電性物質、炭素ナノチューブ（ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ、ＣＮＴ）、及びグラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）を少なくとも１つ以上用いることができる。炭素ナノチューブ及びグラフェンは柔軟性に優れている。
【００２２】
絶縁物質としては、有機絶縁物質、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘなどの無機絶縁物質などを用いることができる。
【００２３】
基材繊維は、ガラス繊維、プラスチック繊維、高分子繊維、炭素繊維などとすることができる。これら基材繊維は、柔軟で、入射した光の損失が少なく、直径を数マイクロメーターから数十マイクロメーター程度に製作可能である。また、ガラス繊維、高分子繊維など安価の材料を利用することによって原価が節減できる。また、基材繊維は、平板基板またはウエハーとは異なって、軽くて、壊れ難い。
【００２４】
本発明の一側面による光電繊維を形成する時、ロール・ツー・ロール工程を利用することができる。例えば、繊維の上に物質を塗布する時、ガスジェット電子ビームプラズマ化学的気相蒸着（ｇａｓ−ｊｅｔ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ  ｐｌａｓｍａ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＧＪ  ＥＢＰ  ＣＶＤ）装置、超臨界蒸着装置などを利用すれば、繊維の上に物質を均一に塗布することができ、大面積の蒸着装置がなくても、ロール・ツー・ロール工程によって光電繊維は、安価で、効率的で、容易に、高い生産性で製造できる。同時に、これら装置はマルチチャンバを利用でき、低温で高速に多様な種類の物質を繊維に塗布することができる。例えば、光吸収層物質、電極物質、絶縁物質などを均一に塗布することができる。
【００２５】
反面、通常平板基板の蒸着に使用されるＰＥＣＶＤなどの装置は、繊維の上に均一に蒸着するのが難しく、大面積の蒸着装置なので、高くて複雑である。
【００２６】
また、繊維の上に塗布された物質をエッチングする時、自己整列印刷エッチング（ｓｅｌｆ−ａｌｉｇｎｅｄ  ｉｍｐｒｉｎｔ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ、ＳＡＩＬ）工程などを利用すれば、別途の整列工程（ａｌｉｇｎ  ｐｒｏｃｅｓｓ）がないため、ロール・ツー・ロール工程によって光電繊維を効率的に、かつ容易に形成することができる。
【００２７】
反面、通常使用されるフォトエッチング（ｐｈｏｔｏ−ｌｉｔｈｏｇｒａｙｐｈｙ）工程は、工程が複雑で、かつ生産性が低い。
【００２８】
図１乃至図１２は、本発明の一側面による光電繊維を製造する工程を概略的に示す図面である。
【００２９】
図１及び図２を参照すると、基材繊維の上にＧＪ  ＥＢＰ  ＣＶＤ装置、超臨界蒸着装置などを利用して、ロール・ツー・ロール方式で絶縁物質と電極物質を順次に塗布して、絶縁層（図示せず）と第１電極１１を順次に形成する。第１電極１１はコア電極（ｃｏｒｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）ともいう。ここで、絶縁物質の塗布工程は省略可能である。
【００３０】
図３を参照すると、第１電極１１をレーザースクライビング（ｌａｓｅｒ  ｓｃｒｉｂｉｎｇ）方法などでエッチングして、セルの間を孤立（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）させることができ、この領域を孤立領域（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ  ｒｅｇｉｏｎ）という。その他にも、図３に示したのとは異なって、第１電極１１は以降に行われるＳＡＩＬ工程でエッチングすることも可能である。
【００３１】
図４乃至図６を参照すると、第１電極１１の上にＧＪ  ＥＢＰ  ＣＶＤ装置、超臨界蒸着装置などを利用して、ロール・ツー・ロール方式で、光吸収層物質、電極物質、及び保護膜物質を順次に塗布して、光吸収層１２、第２電極１３、及び保護膜１４を順次に形成することができる。光吸収層は、ＰＩＮ接合またはＰＮ接合を形成することができる。ＰＩＮ接合は、Ｐ、Ｉ、及びＮの順序に形成するか、またはＮ、Ｉ、及びＰの順序に形成することができる。ＰＮ接合は、Ｐ及びＮの順序に形成するか、またはＮ及びＰの順序に形成することができる。構造的な特徴により、ＰＩＮ接合は、光捕獲（ｌｉｇｈｔ  ｔｒａｐｐｉｎｇ）がうまく行われて高効率が可能であり、多結晶シリコンまたはナノ結晶シリコンのＩ層（Ｉ−ｌａｙｅｒ）は、厚さが薄くても、高効率が可能である。第２電極はシェル電極（ｓｈｅｌｌ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）ともいう。保護膜物質は、酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）などの無機物質、高分子物質などの有機物質とすることができる。光電繊維が光を受けると、光吸収層１２で電流が発生し、第１電極１１と第２電極１３を通じて電流が流れる。保護膜としてアルミニウム薄膜などの反射性材料を塗布するとき、光電池を通過する光量が減少でき、そのために光電効率が改善可能である。
【００３２】
図７乃至図１２を参照すると、ロール・ツー・ロール工程によってＳＡＩＬ工程を行うことが分かり、蒸着工程に続いてエッチング工程においてもロール・ツー・ロール工程が適用されるので、高い生産性で必要な構造を有する光電繊維１が製造できる。
【００３３】
図１０を参照すると、光吸収層、電極などが形成されている光電繊維１に高分子物質をコーティングして、上下方向に設置されているローラ２の間に光電繊維１を通過させる。ここで、第１電極１１が既にエッチングされている場合には、複数の光電繊維１をパターニングされた第１電極１１を基準として整列した後、ローラ２の間に複数の光電繊維１を通過させる。例えば、高分子物質はエチレンビニルアセテート（ｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｖｉｎｙｌａｃｅｔａｔｅ、ＥＶＡ）の単独重合体（ｈｏｍｏ−ｐｏｌｙｍｅｒ）または共重合体（ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）とすることができる。
【００３４】
図８乃至図１０を参照すると、ローラ２は刻印部（ｉｍｐｒｉｎｔｉｎｇ  ｕｎｉｔ）２１を含む。刻印部２１は、本体（ｂｏｄｙ）２１０、第１突出部（ｆｉｒｓｔ  ｐｒｏｔｒｕｓｉｏｎ  ｐｏｒｔｉｏｎ）２１５、及び第２突出部（ｓｅｃｏｎｄ  ｐｒｏｔｒｕｓｉｏｎ  ｐｏｒｔｉｏｎ）２１６を含むことができる。必要によって刻印部は３つ以上の突出部を含むことができる。ローラ２の間に位置した刻印部２１によって一定の間隔で高分子が刻印できる。また、複数の刻印部２１は互いに一定の間隔で離れていることができる。
【００３５】
図１１は、エッチング前の光電繊維１を示したものであり、図１２は、エッチング後の光電繊維１を示したものである。
【００３６】
図１１及び図１２を参照すると、ＧＪ  ＥＢＰ  ＣＶＤでアッシング（ａｓｈｉｎｇ）とマスクエッチング工程によって高分子フォトレジスト１５の最も薄い部分が露出するようにする。続いて、光電繊維１の本体に対するエッチング工程によって基材繊維１０を露出させることにより、第１電極１１を孤立させる。次に、アッシングを通じたマスクエッチング工程及び光電繊維１の本体に対するエッチング工程によって第１電極１１を露出させる。次に、アッシングを通じたマスクエッチング工程及び光電繊維１の本体に対するエッチング工程によって第２電極１３を露出させる。光電繊維１の本体に対するエッチングは、ＧＪ  ＥＢＰ  ＣＶＤの代わりにウェットエッチング（ｗｅｔ  ｅｔｃｈ）で行うことも可能である。
【００３７】
図１３を参照すると、製織機（ｗｅａｖｉｎｇ  ａｐｐａｒａｔｕｓ）を利用して光電繊維を製織すれば、列方向に延びている光電繊維と行方向に延びている光電繊維とが互いに交差するようになっている光電織物（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  ｆａｂｒｉｃ）を製造することができる。光電繊維は多様な方向で延びることができる。ここで、複数の光電繊維の第１電極１１、光吸収層１２、または第２電極１３は、互いに整列されている。光電繊維の長さが増加するほど、抵抗が増加するので、出力電力を最適化するために、最も小さい長さを有する１つの孤立セル（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ  ｃｅｌｌ）を一辺とする１つの孤立ブロック（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ  ｂｌｏｃｋ）に基づいて光電モジュールを管理することができる。さらに、孤立ブロックを利用して直列接続回路、並列接続回路などが構成でき、このような回路はインクジェット印刷方法によって形成できる。また、光電モジュールは大面積で製造することも可能である。
【００３８】
具体的に、図１３において、１つの孤立ブロックの底辺と右辺には光吸収層１２または第２電極１３が整列されており、上辺と左辺には第１電極１１、光吸収層１２または第２電極１３が整列されている。露出している第１電極１１、光吸収層１２または第２電極１３の長さは、複数の光電繊維の直径の合計と類似することができる。
【００３９】
図１４に示したように、複数の光電繊維１を製織して光電織物を形成することができる。図１５に示したように、製織されている複数の光電繊維１は多層光電セル（ｍｕｌｔｉ−ｌａｙｅｒｅｄ  ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  ｃｅｌｌ）の構造を有することができ、そのために光を効率的に吸収することができるので、高効率の太陽電池の製造が可能である。図１４において、点線で表示された円は、第１電極１１、光吸収層１２または第２電極１３が接続電極と接触できる領域を表わしたものである。
【００４０】
例えば、複数の第１電極１１に導電性物質を塗布して互いに接続でき、複数の光吸収層１２に導電性物質を塗布して互いに接続でき、複数の第２電極１３に導電性物質を塗布して互いに接続できる。そのために、図１６及び図１７に示したように、孤立ブロック間の直列接続または並列接続が実現でき、または図１８及び図２０に示したように、孤立ブロック内での直列接続または並列接続が実現できる。さらに、このような接続関係を多様に組み合せることにより、図２１〜図２４に示したように、多様な接続関係を有する光電モジュールの設計が可能である。
【００４１】
図１６を参照すると、２つの孤立ブロックが互いに直列接続されている光電モジュールが示されている。１つの孤立ブロックの光吸収層１２または第２電極１３は、接続電極３によって他の孤立ブロックの第１電極１１と互いに接続されている。発生した電流は“＋”から“−”に流れる。接続電極３は、印刷、蒸着、スピンコーティング、スリットコーティングなど多様な方式で形成できる。
【００４２】
図１７を参照すると、２つの孤立ブロックが互いに並列接続されている光電モジュールが示されている。１つの孤立ブロックの光吸収層１２または第２電極１３は、接続電極３によって他の孤立ブロックの光吸収層１２または第２電極１３と接続されている。また、１つの孤立ブロックの第１電極１１は、接続電極４によって他の孤立ブロックの第１電極１１と接続されている。発生した電流は“＋”から“−”に流れる。この場合、互いに並列接続されている孤立ブロックのいずれか１つの孤立ブロックが不良であっても、それ以外の孤立ブロックが正常に作動できる。接続電極３、４は、第１電極１１、光吸収層１２または第２電極１３の前面に位置することもでき、裏面に位置することも可能である。また、接続電極３、４は、印刷、蒸着、スピンコーティング、スリットコーティングなど多様な方式で形成することができる。
【００４３】
図１８を参照すると、１つの孤立ブロック内で列方向に延びている光電繊維と行方向に延びている光電繊維とが互いに直列接続されている。例えば、列方向に延びている複数の光電繊維の第１電極１１は、１つの接続電極４２によって互いに接続されており、列方向に延びている複数の光電繊維の光吸収層１２または第２電極１３は、１つの接続電極４１によって互いに接続されている。また、行方向に延びている複数の光電繊維の第１電極１１は１個の接続電極３２によって互いに接続されており、行方向に延びている複数の光電繊維の光吸収層１２または第２電極１３は、１つの接続電極３１によって互いに接続されている。接続電極３１、３２、４１、４２は、第１電極１１、光吸収層１２または第２電極１３の前面に位置することもでき、裏面に位置することも可能である。また、接続電極３１、３２、４１、４２は印刷、蒸着、スピンコーティング、スリットコーティングなど多様な方式で形成できる。２つの接続電極３１、４２は接続部材５によって互いに接続できる。例えば、図１９を参照すると、接続繊維５１に固定されており、導電性物質を含む接続環５２によって互いに接続されており、そのために、列方向に延びている光電繊維と行方向に延びている光電繊維とが互いに直列に接続できる。その他にも、多様な方式で光電繊維が互いに直列に接続できる。図１８を参照すると、発生した電流は“＋”から“−”に矢印方向に沿って流れる。
【００４４】
図２０を参照すると、１つの孤立ブロック内で列方向に延びている光電繊維と行方向に延びている光電繊維とが互いに並列接続されている。例えば、列方向に延びている複数の光電繊維の第１電極１１と行方向に延びている光電繊維の第１電極１１は１個の接続電極４３によって互いに接続されている。また、列方向に延びている複数の光電繊維の光吸収層１２、または第２電極１３と行方向に延びている光電繊維の光吸収層１２、または第２電極１３は、１つの接続電極３３によって互いに接続されている。接続電極３３、４３は、第１電極１１、光吸収層１２、または第２電極１３の前面に位置することもでき、裏面に位置することも可能である。また、接続電極３３、４３は、印刷、蒸着、スピンコーティング、スリットコーティングなど多様な方式で形成できる。発生した電流は“＋”から“−”に矢印方向に沿って流れる。
【００４５】
図２１〜図２４を参照すると、２つの孤立ブロックの間の直列接続または並列接続、１つの孤立ブロック内での直列接続または並列接続を組み合わせた光電モジュールが示されており、その他にも多様な接続関係を有する光電モジュールが設計できる。接続電極３４、３５、３６、３７、４４、４５、４６、４７は、第１電極１１、光吸収層１２または第２電極１３の前面に位置することもでき、裏面に位置することも可能である。また、接続電極３４、３５、３６、３７、４４、４５、４６、４７は、接続部材５によって互いに接続でき、接続部材５は、図１９に示したように、接続繊維５１及び接続環５２を含むことができる。また、接続電極３４、３５、３６、３７、４４、４５、４６、４７及び接続部材５は、印刷、蒸着、スピンコーティング、スリットコーティングなど多様な方式で形成することができる。
【００４６】
光電繊維を製造する時、列方向に延びている光電繊維と行方向に延びている光電繊維との上に互いに異なる種類のフォトレジスト（ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）を塗布した後、列方向に延びている光電繊維と行方向に延びている光電繊維に対して独立的にまたは一括的にフォトエッチング工程を進行することができる。例えば、列方向に延びている光電繊維にはネガティブフォトレジスト（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）を塗布し、行方向に延びている光電繊維にはポジティブフォトレジスト（ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）を塗布することができる。このようなフォトエッチング工程を利用して、２つの孤立ブロックを接続するための接続電極を形成する時、列方向に延びている光電繊維と行方向に延びている光電繊維との間の干渉現象を減少させることができる。
図２５は、本発明の一側面によるスイッチング部を概略的に示す図面である。スイッチング部の一例として、スイッチング繊維（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  ｆｉｂｅｒ）６はトップゲート（ｔｏｐ−ｇａｔｅ）構造を有する。その他にも、ボトムゲート（ｂｏｔｔｏｍ−ｇａｔｅ）構造を有することも可能である。
【００４７】
基材繊維６０の上に絶縁層（ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）６１が形成されている。基材繊維６０は、ガラス繊維、プラスチック繊維、高分子繊維、炭素繊維などとすることができる。このような基材繊維は、柔軟で、入射した光の損失が少なく、直径を数マイクロメーターから数十マイクロメーター程度に製作可能である。絶縁層６１は、有機絶縁物質、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘなどの無機絶縁物質などを含むことができる。
【００４８】
絶縁層６１の上に半導体層６２が形成されている。半導体層６２は、多結晶シリコン、ナノ結晶シリコン、非晶質シリコン、ＧＩＺＯなどの化合物半導体、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）などとすることができる。シリコンは水素化処理されたシリコンとすることができる。
【００４９】
半導体層６２の上にゲート絶縁層（ｇａｔｅ  ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）６４が形成されている。ゲート絶縁層６４は、有機絶縁物質、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘなどの無機絶縁物質などを含むことができる。
【００５０】
ゲート絶縁層６４の上にゲート電極（ｇａｔｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）６５が形成されている。ゲート電極６５は、金属物質、多結晶シリコンなどを含むことができる。
【００５１】
ゲート電極６５の上に層間絶縁膜（ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ  ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）６６が形成されている。層間絶縁膜６６は、有機絶縁物質、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘなどの無機絶縁物質などを含むことができる。
【００５２】
スイッチング繊維６を形成する時、光電繊維の形成工程のように、マルチチャンバを有するロール・ツー・ロール工程を利用することができる。ＧＪ  ＥＢＰ  ＣＶＤ装置及び超臨界蒸着装置などを利用して塗布工程を行うことができ、ＳＡＩＬ工程を利用してパターニング工程を行うことができる。そのために、スイッチング繊維６は、基材繊維の上に均一に塗布でき、大面積の蒸着装置がなくても、安価で、効率的で、容易に、高い生産性で製造することができる。
【００５３】
ソース電極とドレイン電極は、イオンシャワー（ｉｏｎ  ｓｈｏｗｅｒ）、ショットキーバリア接合（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ  ｂａｒｒｉｅｒ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ）、インプラント（ｉｍｐｌａｎｔ）などの方法を利用して、半導体層６２またはオーミックコンタクト層（ｏｈｍｉｃ  ｃｏｎｔａｃｔ  ｌａｙｅｒ）（図示せず）を定義（ｄｅｆｉｎｅ）することができる。また、スペーサ（ｓｐａｃｅｒ）工程によってＬＤＤ領域（ｌｉｇｈｔｌｙ  ｄｏｐｅｄ  ｄｒａｉｎ  ｒｅｇｉｏｎ）が半導体層６２またはオーミックコンタクト層を定義することができる。
【００５４】
図２６及び図２７を参照すると、製織機を利用して列方向に延びているスイッチング繊維６と行方向に延びているスイッチング繊維６とが互いに交差できる。その他にも、列方向に延びているスイッチング繊維６と行方向に延びている通常の繊維（ｔｙｐｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒ）を製織することができ、列方向に延びている通常の繊維と行方向に延びているスイッチング繊維６を製織することも可能である。また、一方向に延びている複数のスイッチング繊維６の間に、それと同一の方向に延びている通常の繊維が１つ以上位置することもできる。
【００５５】
ゲート電極線（ｇａｔｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ｌｉｎｅ）３９、ソース電極線（ｓｏｕｒｃｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ｌｉｎｅ）４９、及びドレイン電極線（ｄｒａｉｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ｌｉｎｅ）４９のうちの少なくとも１つは、スイッチング繊維６の上面に位置してもよく、下面に位置してもよい。また、ゲート電極線（ｇａｔｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ｌｉｎｅ）３９、ソース電極線（ｓｏｕｒｃｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ｌｉｎｅ）４９、及びドレイン電極線（ｄｒａｉｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ｌｉｎｅ）４９のうちの少なくとも１つはインクジェット印刷方法によって形成でき、ソース電極とドレイン電極を定義する工程やＳＡＩＬ工程で一括的に形成することも可能である。
【００５６】
図２８は、本発明の一側面による貯蔵部を概略的に示す図面である。貯蔵部の一例として、キャパシタ繊維（ｃａｐａｃｉｔｏｒ  ｆｉｂｅｒ）７は、繊維の形状に合わせてキャパシタが形成されているものである。
【００５７】
基材繊維７０の上に絶縁層７１が形成されている。基材繊維７０は、ガラス繊維、プラスチック繊維、高分子繊維、炭素繊維などとすることができる。このような基材繊維は、柔軟で、入射した光の損失が少なく、直径を数マイクロメーターから数十マイクロメーター程度に製作可能である。絶縁層７１は、有機絶縁物質、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘなどの無機絶縁物質などを含むことができる。また、絶縁層７１は省略可能である。
【００５８】
基材繊維７０の上に第１キャパシタ電極７２が形成されている。第１キャパシタ電極７２は金属物質及び多結晶シリコンなどを含むことができる。
【００５９】
第１キャパシタ電極７２の上にキャパシタ絶縁層７３が形成されている。絶縁層７３は、セラミック物質、高分子などの有機絶縁物質、無機絶縁物質などを含むことができる。
【００６０】
キャパシタ絶縁層７３の上に第２キャパシタ電極７４が形成されており、第２キャパシタ電極７４は金属物質及び多結晶シリコンなどを含むことができる。
【００６１】
第２キャパシタ電極７４の上に層間絶縁膜７５が形成されている。層間絶縁膜７５は、有機絶縁物質、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘなどの無機絶縁物質などを含むことができる。
【００６２】
キャパシタ繊維７４を形成する時、光電繊維の形成工程と同様に、マルチチャンバを有するロール・ツー・ロール工程を利用することができる。ＧＪ  ＥＢＰ  ＣＶＤ装置、超臨界蒸着装置などを利用して塗布工程を行うことができ、ＳＡＩＬ工程を利用してパターニング工程を行うことができる。これにより、キャパシタ繊維７は繊維の上に均一に塗布され、大面積の蒸着装置がなくても、安価で、効率的で、容易に、高い生産性で製造することができる。
【００６３】
光電繊維１の製織と関連した図１３〜図２４及び関連説明はキャパシタ繊維７にも適用できる。例えば、キャパシタ繊維７は、光電繊維１の製織と同様の方法で製織でき、同一種類の孤立ブロックと同一種類の接続関係を有することができる。光電繊維１を通じて出力された電力はキャパシタ繊維７に保存される。
【００６４】
図２９は、本発明の一側面による光電池モジュールのブロック図である。光電池モジュールは一体式織物構造（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  ｔｅｘｔｉｌｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有し、光電池部１００、貯蔵部７００、及びスイッチング部６００のうちの少なくとも１つを含むことができる。スイッチング部６００の代わりに伝導性繊維を用いることも可能である。
【００６５】
光電池部１００は、光エネルギーを電気エネルギーに変換させ、製織されている光電繊維１を含むことができる。貯蔵部７００は、変換された電気エネルギーを貯蔵し、製織されているキャパシタ繊維７、キャパシタ、及びバッテリーのうちの少なくとも１つを含むことができる。また、キャパシタはスーパーキャパシタ（ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ）とすることができる。スイッチング部６００は、変換された電気エネルギー及び充電された電気エネルギーのうちの少なくとも１つを管理し、スイッチング繊維６及び薄膜トランジスタのうちの少なくとも１つを含むことができる。
【００６６】
図２９に示されている光電池モジュールは、選択的に光電池部１００、貯蔵部７００、及びスイッチング部６００のうちの少なくとも１つを垂直に積み重ねて（ｓｔａｃｋ）、互いに異なる平面に位置することもできる。
【００６７】
図３０は、本発明の他側面による光電池モジュールのブロック図である。光電池モジュールは、選択的に光電池部１００、貯蔵部７００、及びスイッチング部６００のうちの少なくとも１つを、１つの平面に配置する（ａｒｒａｎｇｅ）ことも可能である。
【００６８】
光電繊維は製織されて人の身体によく合う服に作ることができ、このような光電繊維が製織されている光電池モジュールは、季節に無関係に適切な温度を維持することができる。また、光電繊維は、服のように着られる携帯用電子製品の電源として用いることができる。その他にも、光電繊維とこれを利用した光電池モジュールは、船舶の帆や宇宙航空船などに用いることができる。また、光電池モジュールは、電子製品のケースを構成する材料にエンベデッド（ｅｍｂｅｄｄｅｄ）されることができる。
【００６９】
以上、本発明について好ましい実施形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の技術的な思想の範囲内で当該分野における通常の知識を有する者によって種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１  光電繊維
２  ローラ
３、４  接続電極
５  接続部材
６  スイッチング繊維
７  キャパシタ繊維
【図１】
2012160700.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１９】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図９】
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【図１４】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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