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KR100880891B1 - 플렉시블 태양전지를 이용한 차양 장치 - Google Patents

플렉시블 태양전지를 이용한 차양 장치 Download PDF

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KR100880891B1
KR100880891B1 KR1020070031086A KR20070031086A KR100880891B1 KR 100880891 B1 KR100880891 B1 KR 100880891B1 KR 1020070031086 A KR1020070031086 A KR 1020070031086A KR 20070031086 A KR20070031086 A KR 20070031086A KR 100880891 B1 KR100880891 B1 KR 100880891B1
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KR
South Korea
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solar cell
sunshade
electrode
flexible solar
present
Prior art date
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KR1020070031086A
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오수영
강만구
최민서
김종대
Original Assignee
한국전자통신연구원
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Publication date
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Abstract

본 발명은 플렉시블 태양전지를 사용한 차양 장치에 관한 것으로서, 투명기판을 일전극으로 채용한 플렉시블 태양전지로 이루어진 복수의 차양판; 상기 복수의 차양판을 전기적으로 차례대로 연결하기 위한 전기선; 및 상기 전기선으로부터 전기를 인출하기 위한 출력선을 포함한다. 플렉시블 태양전지를 채용하는 이웃하는 각각의 차양판은 서로의 음극과 양극을 직렬 연결하여 경제적으로 우수한 직렬 연결 구조의 차양 장치 제조 방법을 제공한다. 본 발명을 구성하는 플렉시블 태양전지는 반도체전극(음극), 상대전극(양극) 그리고 전해질로 구성되어 있으며, 상대전극 상에 박막의 금속선을 도입하여 태양전지의 면저항을 현저히 감소시켰다.
차양 장치, 태양전지

Description

플렉시블 태양전지를 이용한 차양 장치{Blind using flexible solar cells}
도 1은 본 발명에 따른 차양 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2a는 본 발명에 따른 플렉시블 태양전지가 채용된 차양판의 정면도이다.
도 2b는 본 발명에 따른 플렉시블 태양전지가 채용된 차양판의 후면도이다.
도 2c는 본 발명에 따른 플렉시블 태양전지가 채용된 차양판의 측면도이다.
도 2d는 본 발명에 따른 플렉시블 태양전지가 채용된 차양판의 평면도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 플렉시블 태양전지가 채용된 차양판의 후면도를 좀더 상세하게 나타낸 도면이다.
도 3b는 본 발명에 따른 플렉시블 태양전지가 채용된 차양판의 측면도를 좀더 상세하기 나타낸 도면이다.
도 4a는 본 발명에 따른 차양 장치를 구성하고 있는 플렉시블 태양전지의 직렬 연결 구조를 도시한다.
도 4b는 도 4a의 차양들이 펼쳐진 형태를 도시한다.
도 5a는 본 발명에 따른 차양 장치를 구성하고 있는 플렉시블 태양전지의 또 다른 직렬 연결 구조를 도시한다.
도 5b는 도 5a의 차양들이 펼쳐진 형태를 도시한다.
본 발명은 태양전지를 이용한 차양 장치에 관한 것이다. 좀더 구체적으로는 하나의 차양판이 하나의 태양전지를 이루고, 상기 복수의 차양판을 차례대로 직렬로 연결한 블라인드 형태의 차양 장치에 관한 것이다.
기존에 알려진 태양전지를 이용한 차양 장치는 사무실을 비롯해 가정에서도 많이 사용되고 있는 블라인드 형태로 사용하기에는 제작 상의 어려움과 사용 상의 불편함으로 인해 상용화가 쉽지 않았다.
또 다른 어려움으로는 태양전지의 낮은 전압 출력인데, 일반적으로 태양전지가 태양빛의 가시광선을 흡수하여 생산한 전기에너지의 전압은 1.0V 내외의 전압을 나타내므로, 태양전지로부터 생산되는 직류 전기 에너지를 다양한 전기를 필요로 하는 전원으로 사용하기 위해서는 승압과정이 필요하게 되는데, 이에 대한 효율적이면서도 구체적인 제안이 제시되지 않고 있었다.
본 발명은 기존의 태양전지를 이용한 차양 장치의 제작 및 사용상의 불편함을 해소하여 실제적으로 사용이 가능한 블라인드 형태의 차양 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 추가적인 비용 증가 없이 매우 간편하게 승압이 가능한 배선 구조를 갖는 차양 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이에 더하여, 하나의 차양판을 구성하는 태양전지의 전기적 저항을 감소시키기 위한 구조를 제공하여 전력 효율을 높이는 데 있다.
본 발명은 상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 각각이 플렉시블 태양전지로 이루어진 복수의 차양판; 상기 복수의 차양판에 포함된 각 태양전지를 전기적으로 차례대로 연결하기 위한 전기선; 및 상기 전기선으로부터 전기를 인출하기 위한 출력선을 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 태양전지를 이용한 차양 장치를 제공한다.
바람직하게는, 상기의 플렉시블 태양전지는 제1전극; 상기 제1전극에 대향하는 제2전극; 및 상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에 삽입된 전해질층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,상기 제1전극은 반도체 전극이고, 상기 제2전극은 투명전극인 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 제1전극은 외측에 금속판이 부착된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기의 차양장치에서 상기 투명기판 일부에 금속층이 형성된 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 플렉시블 태양전지는 하나의 태양전지의 일전극에 연결되는, 상기 차양판의 길이방향과 나란한 금속선 형태의 박막을 포함하여 상기 전기선이 상기 금속선 형태의 박막과 접속하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 금속선 형태의 박막은 구리, 아연, 알루미늄 또는 전도성 카본 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 전기선은 상기 복수의 차양판을 승압을 위해 전기적으로 직렬로 연결하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 출력선은 상기 복수의 차양판을 조절하기 위한 조절용 선의 기능을 수행하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 앞선 차양 장치에서 상기 복수의 차양판은 지면에 대해 수평 또는 수직으로 배열된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 플렉시블 태양전지를 이용한 차양 장치에 대해 좀더 자세히 기술하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략될 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 클라이언트나 운용자, 사용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도면 전체에 걸쳐 같은 참조번호는 같은 구성 요소를 가리킨다.
도 1은 본 발명에 따른 차양 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 플렉시블 태양전지를 이용한 차양 장치(100)는 일단 태양전지를 채용한 다수개의 차양판(150)으로 이루어져 있다. 또한 이러한 다수의 차양판(150)들을 위쪽으로 접거나 아래쪽으로 내리기 위한 수단으로 선들(110, 111, 120, 121, 130, 131)을 포함한다. 특별히 선 110과 130은 태양전지로부터 생산된 전기를 외부로 전달하기 위한 전기선으로 구성되어 있다.
물론 실시예에 따라서는 110, 131 조합, 111, 130 조합, 111, 131 조합 역시 태양전지로부터 생산된 전기를 외부로 전달하기 위한 전기선으로 구성될 수 있는 경우이다. 생산된 전기를 출력으로 전달하기 위한 위의 전기선 조합을 제외한 나머지 선들은 굳이 전기선으로 구성될 필요는 없을 것이며 보통 블라인드에 사용되는 선들을 사용할 수 있을 것이다. 위의 선들 110, 111, 120, 121, 130, 131을 통해 차양판들을 차양 목적을 위해 접거나 펼 수 있다.
개개의 차양판(150)은 태양전지를 포함하고 있으며, 하나의 차양판(150)은 약 1V 정도의 전압이 출력될 수 있다. 아래에서 자세히 설명될 것이지만, 이와 같은 차양판(150)들을 전기적으로 직렬로 연결하여 승압된 전기를 얻을 수 있다.
도 2a 내지 도 2d를 통해 앞에서 설명된 플렉시블 태양전지를 좀더 상세하게 설명한다.
도 2a는 본 발명에 따른 플렉시블 태양전지가 채용된 차양판의 정면도이다.
즉, 차양판의 얇은 면을 정면으로 바라보는 경우를 확대하여 도시한 경우이다. 플렉시블 태양전지(200)는 반도체전극(210), 상대전극(220), 두 전극 사이에 채워진 전해질층(230) 및 상대전극에 코팅된 금속선(240)으로 구성되어 있다.
상기의 플렉시블 태양전지는 가로 방향의 길이가 세로 방향의 길이에 비해 현저히 길게 구성되어 있어서 가로방향의 저항이 길이에 비례하여 커진다. 이러한 저항의 증가는 전류를 낮추어 결과적으로 생산되는 전력 효율을 떨어뜨리게 되는데, 이러한 효율 저하를 방지하기 위해 금속선(240)을 도입한다. 코팅된 금속선(240)은 플렉시블 태양전지의 상대전극의 면저항을 현저히 낮추어 전력 변환 효 율을 향상시킬 수 있다. 상기 금속선은 구리, 아연, 알루미늄 등과 같은 금속을 포함한다.
도 2b는 본 발명에 따른 플렉시블 태양전지가 채용된 차양판의 후면도이다.
후면에서 보았을 때는 금속선(240)이 관찰되지 않는 구조이다.
도 2c의 측면도는 앞선 도 2a와 2b와 함께 결합하여 본 프렉시블 태양전지를 채용한 차양판의 구조를 좀더 명확하게 해 준다. 도 2a에서 설명한 바와 같이 반도체전극(210)과 상대전극(220)은 두 개의 양 전극을 이루고 그 사이에 전해질층(230)이 형성된다. 금속선(240)은 상대전극에 삽입되어 있다.
도 2d는 본 발명에 따른 플렉시블 태양전지가 채용된 차양판의 평면도이다.
차양판은 차양판 조절 및 연결선이 통과하도록 통과 구멍(260)이 관통한다. 상대전극(220)이 가장 위에 놓이게 되는데, 이 부분이 태양 광선을 받게 된다. 또한 금속선(240) 역시 투명전극인 상대전극(220)을 통해 볼 수 있다.
도 3에서 플렉시블 태양전지를 좀더 상세하게 살펴보도록 한다.
도 3a는 본 발명에 따른 플렉시블 태양전지가 채용된 차양판의 후면도를 좀더 상세하게 나타낸 도면이다.
한 개의 차양판은 도 2에서 설명된 것과 같이 두 개의 전극(310, 320)과 두 전극 사이의 전해질층(330)으로 구성되어 있다. 두 개의 전극은 각각 반도체전극(310)과 투명전극인 상대전극(320)으로 나누어질 것이다.
반도체전극(310)은 금속기판(3101) 상에 15 ~ 25 nm 크기의 이산화티 탄(TiO2)으로 이루어진다. 상기 나노입자 반도체 산화물층(3102)은 약 10 ~ 20 μm 의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 상기 나노입자 반도체 산화물층(3102)에 Ru계 염료가 흡착되어 있다.
상대전극(320)은 플렉시블 투명기판(3201) 상에 전도성 박막층(3202), 예를 들면 ITO 또는 SnO2가 코팅되어 있는 투명한 전도성 기판 위에 백금층(3203)이 코팅되어 있는 구성을 가진다. 상기 상대전극(320)의 백금층(3203)은 상기 반도체전극(310)의 나노입자 반도체 산화물층(3102)과 대향하도록 배치되어 있다.
반도체전극(310)과 상대전극(320) 사이 공간에 채워져 있는 전해질층(330)은 요오드계 산화/환원 전해질로 구성되어 있다. 바람직하게는 상기 요오드계 산화/환원 전해질은, 예를 들면 0.7M의 1-비닐-3-메칠옥틸-이미다졸륨 아이오다이드(1-vinyl-3-hexyl-imidazolium iodide)와 0.1M LiI, 40mM의 I2(Iodine) 그리고 0.2M tert-butyl pyridine을 3-메톡시프로피오니트릴(3-Methoxypropionitrile)에 용해시킨 I3-/I-의 전해질 용액일 수 있다.
도 3b는 본 발명에 따른 플렉시블 태양전지가 채용된 차양판의 측면도를 좀더 상세하기 나타낸 도면이다.
상기 플렉시블 태양전지의 상대전극(320)의 전도성 박막층(3202) 상에 금속선(340)이 코팅되어 있다. ITO 또는 SnO2가 코팅되어 있는 전도성 박막층(3202)을 포함하는 투명전극의 면저항은 단위 면적당(cm2) 수십 Ω이 된다. 이러한 면저항을 감소시키기 위해 상기의 금속선(340)이 코팅되면 면저항이 거의 0Ω으로 현저히 감소되어 전류의 감소를 줄이고 생산 전력의 효율을 높일 수 있게 된다.
구체적인 플렉시블 태양전지의 작동은 다음과 같다.
태양광의 가시광선은 상대전극(320)을 구성하고 있는 플렉시블 투명기판(3201), 전도성 박막층(3202), 그리고 백금층(3203)을 투과하고, 전해질층(330)을 투과하여 반도체전극(310)에 다다르게 된다.
반도체전극(310)에 다다른 가시광선은 나노입자 산화물 반도체층(3102)의 표면에 흡착된 염로를 바닥상태로부터 들뜬 상태로 여기시키며, 들뜬 염료는 전자를 나노입자 산화물 반도체층(3102)에 주입하게 된다. 나노입자 산화물 반도체층(3102)에 주입된 전자는 금속기판(3101)을 통하여 외부회로(도시되지 않음)로 전자를 방출하게 된다.
외부회로에서 전기적 작업을 완성한 전자는 외부회로와 전기적으로 연결된 상대전극(320)의 금속선(340)을 통하여 전도성 박막층(3202)과 백금층(3203)에 전달되게 된다. 백금층(3203)에 도달한 전자는 전해질층(330)의 산화/환원 작용에 의하여 가시광선을 흡수하여 전자를 방출하여 산화된 염료를 환원시켜 태양전지의 한 사이클 동작이 완료된다.
도 4a는 본 발명에 따른 차양 장치를 구성하고 있는 플렉시블 태양전지의 직렬 연결 구조를 도시한다.
도 4a에 도시된 바와 같이 직렬 연결 구조는 플렉시블 태양전지의 상대전극(421, 422, 423, 424)이 전기선(471, 472, 473)에 의해 반도체전극(411, 412, 413, 414)에 전기적으로 직렬로 연결된다.
하나의 직렬 연결을 일례로 살펴보면, 상대전극 421은 금속선 441을 거쳐 전기선 471에 의해 다음 차양판의 반도체전극인 412에 연결된다. 하나의 반도체전극인 412는 상대전극 422와 함께 또 다시 하나의 전지를 이루게 되고 상대전극은 금속선 442를 거쳐 472 전기선을 통해 다시 다음 차양판의 반도체전극인 413과 직렬로 연결된다. 이렇게 차례대로 전기적으로 직렬로 차양판을 연결하여 전압 승압 효과를 거둘 수 있다.
도 4a는 빛이 가장 많이 들어올 수 있도록 차양이 배치된 상태를 보여준다. 차양을 조절하는 선 110과 130을 적절히 조절하면 도 4b와 같은 차양 배치를 얻을 수 있을 것이다.
도 4b는 본 발명에 따른 차양 장치를 구성하고 있는 플렉시블 태양전지의 직렬 연결 구조를 도시하되 도 4a의 차양들이 펼쳐진 형태를 도시한다. 도 4a와 달리 빛이 통과하는 양이 최소가 되도록 차양이 배치되는 구조이다.
도 4b에서 확연히 드러나듯, 조절선인 110과 130은 각각 전기선 450과 460과 연결되어 태양전지의 최종 출력선으로 이용될 수 있다. 만일 도 4b와 같은 구조의 차양이 사용되고 각각의 차양판 하나에 탑재된 태양전지에서 1V의 전압을 얻을 수 있다면, 조절선 110과 130 양단의 전압은 1V X 전체 차양수(4개) = 4V를 얻을 수 있을 것이다.
상기와 같이 손쉬운 직렬 연결 구조의 차양 장치는 전압 승압 과정이 매우 경제적이며, 각 플렉시블 태양전지에 금속선을 도입하여 상대전극의 저항을 현저히 감소시킴으로써 에너지 변환 효율을 현저히 향상시켰다.
물론 도시되지는 않았으나 도 4a와 도 4b와 같이 차양판이 가로로 배치되고 각각의 차양판이 직렬로 연결되는 차양 장치 외에도 차양판을 세로로 배치하는 차양 장치를 만들 수 있는 것은 이 분야의 기술에서 통상의 지식을 가진 이라면 용이하게 변형하여 만들 수 있을 것이다.
도 5a는 본 발명에 따른 차양 장치를 구성하고 있는 플렉시블 태양전지의 또 다른 직렬 연결 구조를 도시한다.
도 5b는 도 5a의 차양들이 펼쳐진 형태를 도시한다.
이상과 같이 본 발명은 양호한 실시예에 근거하여 설명하였지만, 이러한 실시예는 이 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이므로, 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련자라면 이 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능할 것이다. 그러므로, 이 발명의 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정될 것이며, 변화예나 변경예 또는 조절예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
상기한 바와 같이 본 발명은, 플렉시블 태양전지를 채용하여 얇은 차양판의 구현을 가능하게 함으로써, 일반 블라인드를 사용하는 환경이라면 어디에서든 사용할 수 있을 정도로 적용성이 높은 장점이 있다.
또한 본 발명에 따른 차양 장치는 플렉시블 태양전지를 구성하는 상대전극(양극)의 전도성 박막층 상에 전기적 저항을 감소시키기 위한 금속선을 도입하여 전류 감소 원인이 되는 태양전지의 가로 방향 길이 증가에 따른 저항 증가를 현저히 감소시켜 전력 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따른 차양 장치는 플렉시블 태양전지의 반도체 전극(음극)과 이웃한 플렉시블 태양전지의 상대전극(양극)을 추가적인 비용 상승없이 간편한 전기 연결에 의해 손쉽게 승압이 가능한 구조를 제공하여, 제조 비용을 낮출 수 있는 장점이 있다.

Claims (11)

  1. 플렉시블 태양전지를 이용한 차양 장치로서,
    각각이 플렉시블 태양전지로 이루어진 복수의 차양판;
    상기 복수의 차양판에 포함된 각각의 태양전지를 전기적으로 차례대로 연결하기 위한 전기선; 및
    상기 전기선으로부터 전기를 인출하기 위한 출력선을 포함하되,
    상기 태양전지는,
    제1전극,
    상기 제1전극에 대향하는 제2전극,
    상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에 삽입된 전해질층 및 상기 제2전극에 상기 차양판의 길이방향과 나란한 금속박막을 포함하되 상기 전기선이 상기 금속박막과 접속하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 태양전지를 이용한 차양 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1전극은 반도체 전극이고, 상기 제2전극은 투명전극인 것을 특징으로 하는 플렉시블 태양전지를 이용한 차양 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1전극은 외측에 금속판이 부착된 것을 특징으로 하는 플렉시블 태양전지를 이용한 차양 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 금속박막은 구리, 아연, 알루미늄 또는 전도성 카본 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플렉시블 태양전지를 이용한 차양 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 전기선은 상기 복수의 차양판을 전기적으로 직렬로 연결하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 태양전지를 이용한 차양 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 출력선은 상기 복수의 차양판을 조절하기 위한 조절용 선의 기능을 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 플렉시블 태양전지를 이용한 차양 장치.
  10. 제1항, 제3항, 제4항 및 제7항 내지 제9항의 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 차양판은 지면에 대해 수평으로 배열된 것을 특징으로 하는 플렉시블 태양전지를 이용한 차양 장치.
  11. 제1항, 제3항, 제4항 및 제7항 내지 제9항의 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 차양판은 지면에 대해 수직으로 배열된 것을 특징으로 하는 플렉시블 태양전지를 이용한 차양 장치.
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