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물 위에 띄워 작동이 가능한 인공잎 장치로서,빛 에너지를 이용하여 전기분해에 필요한 전위를 제공하는 구성의 증착층을 포함하는 전지부(10); 상기 전지부(10)로부터 전위를 제공받아 전기분해를 통해 화학물질을 생성하는 구성의 증착층을 포함하는 전극부(20); 및 상기 전지부(10)와 상기 전극부(20)를 전기적으로 연결하는 도전부재(31);를 포함하고, 상기 전지부(10)와 상기 전극부(20) 사이에 밀폐된 공간을 구비하여 인공잎 장치에 부유성을 제공하며, 상기 전지부(10)를 구성하는 증착층은 상기 밀폐된 공간 내부로 향하도록 구비되고,상기 전극부(20)를 구성하는 증착층은 상기 밀폐된 공간 외부로 향하도록 구비되어 상기 물과 접촉되는 인공잎 장치
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제1항에 있어서,상기 전지부(10)는 투광성 기판(11), 상기 투광성 기판 상에 형성된 투명 전극(12), 상기 투명 전극 상에 형성된 광흡수층(13) 및 상기 광흡수층 상에 형성된 배면 전극(14)을 포함하는 수퍼스트레이트형 태양 전지인 것을 특징으로 하는 인공잎 장치
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제2항에 있어서,상기 광흡수층(13)은 상기 투명 전극(12) 상에 형성되는 나노구조체 코어(131), 상기 나노구조체 코어(131)를 피복하면서 투명 전극(12) 상에 형성되는 나노 쉘(132) 및 상기 나노구조체 코어(131) 및 나노 쉘(132) 상에 평편하게 형성되는 인필트레이션(infiltration)층(133)을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공잎 장치
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제2항에 있어서,상기 전지부(10)는 수퍼스트레이트형 태양 전지 단위 유닛이 적어도 2개 이상 직렬 연결된 시리즈(series)형 태양 전지인 것을 특징으로 하는 인공잎 장치
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제1항에 있어서,상기 전지부(10)는 투광성 기판(11), 상기 투광성 기판 상에 형성된 투명 전극(12), 상기 투명 전극 상에 형성된 나노입자층(136), 상기 나노입자층 상에 형성된 페로브스카이트층(137), 상기 페로브스카이트층 상에 형성된 홀수송층(138) 및 상기 홀수송층 상에 형성된 배면 전극(14)을 포함하는 페로브스카이트형 태양 전지인 것을 특징으로 하는 인공잎 장치
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제1항에 있어서,상기 전극부(20)는 기판(21), 상기 기판의 한 평면 상에 형성되는 음극(22) 및 상기 기판의 음극(22)이 형성된 평면 상에 상기 음극(22)과 이격되어 형성되는 양극(23)을 포함하는 단일 평면 전극인 것을 특징으로 하는 인공잎 장치
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제6항에 있어서,상기 음극(22)은 2 내지 3nm 두께의 수소 발생 촉매층(223)을 포함하고, 상기 수소 발생 촉매층(223)은 백금(Pt), 금(Au), 로듐(Rh) 및 이리듐(Ir)을 포함하는 귀금속, CoS, MoS 및 CoP을 포함하는 화합물 또는 Ni, Mo, Co, Cu 및 Fe로 구성되는 군에서 선택되는 어느 1종 이상의 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공잎 장치
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제6항에 있어서,상기 양극(23)은 30 내지 40nm 두께의 산소 발생 촉매층(234)을 포함하고,상기 산소 발생 촉매층(234)은 RuO 및 IrO 을 포함하는 귀금속 산화물, NiO, Co3O4, MnO2 을 포함하는 산화물 또는 (Ni,Fe)O 를 포함하는 도핑된 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공잎 장치
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제1항에 있어서,상기 도전부재(31)는 상기 전지부(10)의 투명 전극(12)과 상기 전극부(20)의 음극(22)을 전기적으로 연결하는 제1 도전부재(311) 및 상기 전지부(10)의 배면 전극(14)과 상기 전극부(20)의 양극(23)을 전기적으로 연결하는 제2 도전부재(312)를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공잎 장치
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제1항에 있어서,상기 밀폐된 공간은 상기 전지부(10)와 상기 전극부(20)가 일정 간격을 두고 마주보는 면으로 구비될 때 형성되는 전지부 및 전극부 사이의 공간을 감싸는 하우징(32)을 통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 인공잎 장치
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제10항에 있어서,상기 전지부(10)와 전극부(20) 사이의 간격을 조절하여 상기 인공잎 장치의 부유성을 조절하는 것을 특징으로 하는 인공잎 장치
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빛 에너지를 이용하여 전기분해에 필요한 전위를 제공하는 전지부를 형성하는 전지부 형성단계(S1);상기 전지부로부터 전위를 제공받아 전기분해를 통해 화학물질을 생성하는 전극부를 형성하는 전극부 형성단계(S2); 및 상기 전지부와 상기 전극부 사이에 밀폐된 공간을 형성하면서 상기 전지부와 상기 전극부를 전기적으로 연결하되, 상기 전지부를 구성하는 증착층은 상기 밀폐된 공간 내부로 향하도록 구비되고, 상기 전극부를 구성하는 증착층은 상기 밀폐된 공간 외부로 향하도록 구비되도록 연결하는 연결단계(S3);를 포함하는 인공잎 장치의 제조방법
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제13항에 있어서,상기 전지부 형성단계(S1)는,투광성 기판 상에 패턴화된 투명 전극 셀을 형성하고 투명 전극 셀 사이를 플라스틱 테이프를 이용하여 테이핑하는 투명 전극 형성단계(S11), 상기 투명 전극 셀 상에 나노구조체 코어, 나노 셀 및 인필트레이션(infiltration)층을 형성하는 광흡수층 형성단계(S12), 및 상기 플라스틱 테이프를 제거하여 셀을 독립적으로 구분하고 배면 전극을 형성하면서 각 셀을 서로 연결시키는 배면 전극 형성단계(S13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공잎 장치의 제조방법
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제14항에 있어서,상기 광흡수층 형성단계(S12)는, 상기 투명 전극 상에 나노구조체 코어가 성장할 기재 역할을 하는 기재층을 형성하는 단계(S121), 상기 기재층 상에 로드(rods) 형태 나노구조체를 형성하는 단계(S122),상기 기재층 및 나노구조체를 피복하여 버퍼(buffer) 역할을 하는 나노 쉘을 형성하는 단계(S123) 및 상기 나노 쉘이 피복된 나노구조체를 사이를 충진하며 덮는 인필트레이션층을 형성하는 단계(S124)를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공잎 장치의 제조방법
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제14항에 있어서,상기 광흡수층 형성단계(S12)는, 상기 투명 전극 상에 나노입자를 포함하는 희석용액을 도포한 후 스핀코팅 및 소결하여 나노입자층을 형성하는 단계(S126) 및상기 나노입자층 상에 페로브스카이트 전구체 용액을 도포한 후 스핀 코팅 및 어닐링하여 페로브스카이트층을 형성하는 단계(S127)를 포함하고,상기 페로브스카이트층 상에 홀 수송 물질을 스핀코팅하여 홀수송층을 형성하는 단계(S128)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공잎 장치의 제조방법
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제13항에 있어서,상기 전극부 형성단계(S2)는, 기판 상에 양극과 음극이 이격되는 공간이 형성될 위치에 플라스틱 테이프를 이용하여 테이핑하고 테이핑된 기판 상에 전극층을 형성하는 전극층 형성단계(S21), 상기 전극층 상에 수소 발생 촉매층을 형성하는 단계(S22), 상기 테이핑된 부분을 기준으로 구분되는 어느 한 쪽 수소 발생 촉매층 상의 일부에 산소 발생 촉매층을 형성하는 단계(S23), 및상기 테이핑된 플라스틱 테이프를 제거하면서 플라스틱 테이프 상에 형성된 전극층, 수소 발생 촉매층 및 산소 발생 촉매층을 함께 제거하여, 상단에 산소 발생 촉매층이 노출된 양극과 상단에 수소 발생층이 노출된 음극을 이격시키는 공간을 형성하는 단계(S24)를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공잎 장치의 제조방법
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제13항에 있어서,상기 연결단계(S3)는,상기 형성된 전지부와 전극부를 일정 간격을 두고 연결하는 도전부재를 형성하는 단계(S31), 및 폴리머를 이용하여 전지부와 전극부 사이의 공간을 감싸는 하우징을 형성하는 단계(S32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공잎 장치의 제조방법
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