Journal of IKEEE (전기전자학회논문지)

Institute of Korean Electrical and Electronics Engineers (한국전기전자학회)
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Metal Oxide Multi-Layer Color Glass by Radio Frequency Magnetron Sputtering for Building Integrated Photovoltaic System

RF Magnetron 스퍼터링 공정을 이용한 BIPV용 산화 금속 다중층 컬러 유리 구현 기술 연구

  • Gasonoo, Akpeko (Department of Electronic Engineering, Hanbat National University) ;
  • Ahn, Hyeon-Sik (Department of Electronic Engineering, Hanbat National University) ;
  • Kim, Min-Hoi (Department of Creative Convergence Engineering, Hanbat National University) ;
  • Lee, Jae-Hyun (Department of Creative Convergence Engineering, Hanbat National University) ;
  • Choi, Yoon-seuk (Department of Electronic Engineering, Hanbat National University)
  • Received : 2018.12.07
  • Accepted : 2018.12.21
  • Published : 2018.12.31
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Abstract

In this study, we propose the structure of color glass for BIPV (Building Integrated Photovoltaic System) and develop process technology to realize it. It was verified through computer simulation based on wave optics that two different kinds of metal oxide thin films with different refractive indices could be integrated to realize different colors with good transmittance. To fabricate the structure, we used RF Magnetron deposition method to achieve the target thickness uniformly. The optical analysis of the samples was carried our by comparing with the results of computer simulations and it was found that this technique can be stably implemented on lab scale. The stability test over weeks was confirmed at room temperature. This method is expected to be very useful in BIPV buildings.

본 연구에서는 건물 외벽 태양광 발전 통합 시스템(BIPV: Building Integrated Photovoltaic System)용 컬러 유리의 구조를 제안하고 이를 구현하기 위한 공정 기술을 개발하였다. 굴절률 값이 다른 두 종류의 산화 금속 박막을 집적함으로써 투과도가 우수하면서도 서로 다른 컬러를 구현할 수 있음을 파동광학에 기반한 전산모사를 통해서 확인하였다. 선택된 구조를 구현하기 위해 RF Magnetron 증착 방법을 통해 목표로 하는 두께를 균일하게 얻을 수 있는 공정을 개발하였다. 실험 시편에 대한 광학적 분석을 전산모사 결과와 비교하여 분석한 결과, 원하는 컬러 유리를 랩 스케일에서 안정적으로 구현할 수 있음을 알 수 있었으며, 상온에서 일주일 이상의 안정성을 갖는 것을 확인하였다. 이러한 기술은 BIPV 건축물을 구축하는 데에 유용할 것으로 기대된다.

Keywords

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Fig. 1. Basic structure of (a) single layer and (b) multi-layer color glass. 그림 1. (a) 단일층 및 (b) 다중층 컬러 유리의 기본 구조

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Fig. 2. Reflectance and transmittance spectra from simulation results of devices 1, 2, 3 and 4. 그림 2. 디바이스1~4의 반사도 및 투과도 simulation

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Fig. 3. Photographs of (a) RF magnetron sputter, (b) the cross section of deposition chamber, and (c) the deposition chamber during sputtering process. 그림 3. RF 마그네트론 스퍼터, (b) 증착 챔버의 단면 및 (c )스퍼터링 공정 중 증착 챔버의 사진

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Fig. 4. Reflectance and Transmittance spectra from simulation and experimented Device 4. 그림 4. Device 4 구조의 실험 및 simulation의 반사도 및 투과도 그래프

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Fig. 5. (a) Color and (c) CIE plot from simulated Device 4 and (b) Color and (d) CIE plot from fabricated Device 4, respectively. 그림 5. 각각 Simuation된 Device 4의 (a) 색상 및 (c) CIE 좌표, 실제 제작된 Device 4의 (b) 색상 및 (d) CIE 좌표

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Fig. 6. Spectra of fabricated Device 4 measured over a week. 그림 6. 제작된 Device 4의 안정도 평가 그래프

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