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KR100997537B1 - 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치 - Google Patents

오염방지 코팅된 태양광 발전 장치 Download PDF

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KR100997537B1
KR100997537B1 KR1020100069516A KR20100069516A KR100997537B1 KR 100997537 B1 KR100997537 B1 KR 100997537B1 KR 1020100069516 A KR1020100069516 A KR 1020100069516A KR 20100069516 A KR20100069516 A KR 20100069516A KR 100997537 B1 KR100997537 B1 KR 100997537B1
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KR
South Korea
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type semiconductor
titanium dioxide
photovoltaic device
transition metal
titanium
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KR1020100069516A
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Inventor
임명희
조영일
Original Assignee
(주)성우엔지니어링종합건축사사무소
(주)에이스나노텍
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

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Abstract

본 발명은 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 자유전자 밀도가 정공 밀도보다 높으며, 태양으로부터 태양광을 받는 N형 반도체(Negative-type semiconductor); 정공 밀도가 자유전자 밀도보다 높으며, N형 반도체와 PN접합하는 P형 반도체(Positive-type semiconductor); 상기 N형 반도체의 상단에 부착되며, 태양광의 반사를 차단함으로써 태양광 에너지가 손실 없이 상기 N형 반도체에 전달되도록 하는 반사방지막; 상기 P형 반도체의 하단 표면에 부착된 후면전극 및 상기 N형 반도체의 상단 표면에 부착된 전면전극으로 구성되며, 상기 N형 반도체에 모인 전자를 이용하여 부하에 전력을 공급하는 전극; 및 상기 반사방지막의 상단 표면에 코팅되며, 이산화티타늄(Titanium Dioxide) 입자표면에 전이금속과 콜로이달 실리카(Colloidal Silica)가 결합된 형태로서, 대전을 방지하고 유기화합물을 분해함으로써 오염을 방지하는 오염방지 코팅막을 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치에 따르면, 태양광 발전 모듈의 표면을 전도성 물질인 이산화티탄과 은을 혼합한 코팅제로 코팅함으로써, 습도가 낮은 상태에서도 정전기가 발생하는 것을 방지하고 잡부착물의 오염을 1차적으로 차단할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치는, 대기 중의 수많은 기름때가 주변의 먼지와 결합하여 유기성 오염물질로 변한 후 태양광 발전 모듈의 표면에 부착하는 경우, 오염방지 코팅막에 포함된 이산화티탄이 유기성 오염물질을 지속적으로 분해함으로써, 발전 효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치는, 오염방지 코팅막이 물 분자와 쉽게 결합되는 성질인 친수성을 나타냄에 따라, 물이 태양광 발전 모듈의 표면에 닿자마자 넓은 각도로 퍼지면서 물방울이 아닌 수막을 형성함으로써, 계면작용에 의하여 분해된 오염물질이 용이하게 세척될 수 있도록 하여 전력 생산의 효율을 극대화시킬 수 있다.

Description

오염방지 코팅된 태양광 발전 장치{A PHOTOVOLTAIC POWER GENERATING APPARATUS COATED WITH ANTIFOULING PAINT}
본 발명은 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치에 관한 것으로서, 특히 오염방지 코팅막을 이용하여 대전을 방지하고 기름때와 먼지 등을 분해하는 동시에, 물 분자로 수막을 형성하여 오염물질을 제거함으로써, 태양광 발전 모듈의 표면 청결을 유지하여 발전 효율을 향상시킬 수 있는 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치에 관한 것이다.
최근 화석연료의 사용량이 증가함에 따라 이산화탄소 등의 방출에 의한 지구 온난화가 심각해지고 있으며, 원자력 발전소의 폭발 사고, 핵폐기물에 의한 방사능 오염 등에 의해 심각한 환경오염이 발생함으로 인하여, 지구의 환경과 에너지에 대한 관심이 대폭 증가하고 있다. 이에 따라, 대중교통을 이용하거나, 불필요한 조명은 소등하는 등 환경을 되살리기 위한 많은 움직임이 일어나고 있다.
또한, 최근에는 화석연료나 우라늄을 사용하여 전기를 생산하는 화력 발전이나 원자력 발전 대신에, 자연 환경을 그대로 이용하며 오염 물질을 배출하지 않는 친환경적인 발전 수단이 각광받고 있다. 태양광 및 태양열 발전, 풍력 발전 또는 조력 발전이 그 예이다. 특히 태양광 및 태양열 발전의 경우, 태양빛이 닿을 수 있다면 어디든지 발전기를 설치할 수 있으며, 설치가 간편하고 발전 효율이 좋으므로 주택 또는 건물의 옥상에 설치되어 널리 사용되고 있다.
그러나 태양광 및 태양열 발전기는, 태양빛을 받기 위하여 외부로 노출되어야 하므로, 외부의 오염 요인에 취약하다는 단점이 있다. 특히 기름때와 같은 유기성 화합물 또는 먼지가 발전 모듈의 표면에 달라붙으면서 태양빛을 이용한 발전의 효율을 급격하게 떨어뜨린다는 문제점이 있다.
본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 태양광 발전 모듈의 표면을 전도성 물질인 이산화티탄과 은을 혼합한 코팅제로 코팅함으로써, 습도가 낮은 상태에서도 정전기가 발생하는 것을 방지하고 잡부착물의 오염을 1차적으로 차단할 수 있는 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한 본 발명은, 대기 중의 수많은 기름때가 주변의 먼지와 결합하여 유기성 오염물질로 변한 후 태양광 발전 모듈의 표면에 부착하는 경우, 오염방지 코팅막에 포함된 이산화티탄이 유기성 오염물질을 지속적으로 분해함으로써, 발전 효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있는 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
뿐만 아니라, 본 발명은, 오염방지 코팅막이 물 분자와 쉽게 결합되는 성질인 친수성을 나타냄에 따라, 물이 태양광 발전 모듈의 표면에 닿자마자 넓은 각도로 퍼지면서 물방울이 아닌 수막을 형성함으로써, 계면작용에 의하여 분해된 오염물질이 용이하게 세척될 수 있도록 하여 전력 생산의 효율을 극대화시킬 수 있는 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른, 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치는,
자유전자 밀도가 정공 밀도보다 높으며, 태양으로부터 태양광을 받는 N형 반도체(Negative-type semiconductor);
정공 밀도가 자유전자 밀도보다 높으며, N형 반도체와 PN접합하는 P형 반도체(Positive-type semiconductor);
상기 N형 반도체의 상단에 부착되며, 태양광의 반사를 차단함으로써 태양광 에너지가 손실 없이 상기 N형 반도체에 전달되도록 하는 반사방지막;
상기 P형 반도체의 하단 표면에 부착된 후면전극 및 상기 N형 반도체의 상단 표면에 부착된 전면전극으로 구성되며, 상기 N형 반도체에 모인 전자를 이용하여 부하에 전력을 공급하는 전극; 및
상기 반사방지막의 상단 표면에 코팅되며, 이산화티타늄(Titanium Dioxide) 입자표면에 전이금속과 콜로이달 실리카(Colloidal Silica)가 결합된 형태로서, 대전을 방지하고 유기화합물을 분해함으로써 오염을 방지하는 오염방지 코팅막을 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 전면전극은,
상기 N형 반도체의 상단 표면에 부착되며 상기 반사방지막을 관통하는 형태로서 복수 개로 구성될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 오염방지 코팅막은,
상기 반사방지막 및 상기 전면전극을 모두 덮는 형태로 코팅될 수 있다.
바람직하게는, 상기 오염방지 코팅막은,
(1) 티타늄 알콕사이드(Titanium Alkoxide)를 이용하여 아나타아제형 이산화티타늄(Anatase type Titanium Dioxide) 분산액을 제조하는 단계;
(2) 전이금속이 1~3개 치환된 전이금속EDTA염을 제조하는 단계; 및
(3) 이산화티타늄 입자표면에 전이금속과 콜로이달 실리카가 결합되도록 하는 단계를 통해 제조될 수 있다.
더욱 바람직하게는,
상기 단계 (1)에서는, 물과 산을 1:0.01~0.1 몰비율로 섞은 후, 티타늄 알콕사이드 0.01~0.1몰을 추가하고 60~80℃ 온도에서 6~8시간 교반하여 상기 티타늄 알콕사이드를 물과 산으로 가수분해 및 해교반응시킴으로써, 입자 크기가 1~10㎚인 아나타아제형 이산화티타늄 분산액을 제조하고,
상기 단계 (2)에서는, Na4 EDTA(ethylene diamine tetra acetic acid, 에틸렌다이아민테트라아세트산)와 전이금속화합물을 1:0.1~0.75 몰비율로 물에 녹여 혼합하고 40~60℃ 온도범위에서 1~10시간 교반시킴으로써, Na원자 대신 전이금속이 1~3개 치환된 전이금속EDTA염을 제조하며,
상기 단계 (3)에서는, 상기 아나타아제형 이산화티타늄 분산액의 이산화티타늄 표면에, 상기 전이금속EDTA염이 용해된 분산액과 표면적이 200~1000㎡/g이고 표면이 음으로 대전된 콜로이달 실리카를 30~60℃에서 1~2시간 교반하여 반응시킴으로써, 이산화티타늄 입자표면에 전이금속과 콜로이달 실리카가 결합되도록 할 수 있다.
더더욱 바람직하게는,
상기 물은, 탈이온수이며,
상기 산은, 질산(HNO3), 염산(HCl), 황산(H2SO4) 또는 아세트산(CH3COOH)이고,
상기 티타늄 알콕사이드는, 티타늄 프로폭사이드(Titanium propoxide), 티타늄 이소프로폭사이드(Titanium isopropoxide), 또는 티타늄 부톡사이드(Titanium buthoxide)일 수 있다.
더더욱 바람직하게는, 상기 전이금속은,
중량비가 상기 이산화티타늄에 대하여 10중량%인 은(Ag)일 수 있다.
더더욱 바람직하게는, 상기 전이금속EDTA염의 EDTA는,
중량비가 상기 이산화티타늄에 대하여 40~60중량%일 수 있다.
더더욱 바람직하게는, 상기 콜로이달 실리카는,
중량비가 상기 이산화티타늄에 대하여 50~150중량%일 수 있다.
본 발명에서 제안하고 있는 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치에 따르면, 태양광 발전 모듈의 표면을 전도성 물질인 이산화티탄과 은을 혼합한 코팅제로 코팅함으로써, 습도가 낮은 상태에서도 정전기가 발생하는 것을 방지하고 잡부착물의 오염을 1차적으로 차단할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치는, 대기 중의 수많은 기름때가 주변의 먼지와 결합하여 유기성 오염물질로 변한 후 태양광 발전 모듈의 표면에 부착하는 경우, 오염방지 코팅막에 포함된 이산화티탄이 유기성 오염물질을 지속적으로 분해함으로써, 발전 효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치는, 오염방지 코팅막이 물 분자와 쉽게 결합되는 성질인 친수성을 나타냄에 따라, 물이 태양광 발전 모듈의 표면에 닿자마자 넓은 각도로 퍼지면서 물방울이 아닌 수막을 형성함으로써, 계면작용에 의하여 분해된 오염물질이 용이하게 세척될 수 있도록 하여 전력 생산의 효율을 극대화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치의 단면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치의 발전 원리를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치의 오염방지 코팅막 제조 공정에 대한 순서도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치의 오염 방지 원리를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치의 오염 방지 효과를 나타내는 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일 또는 유사한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치의 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치(10)는, N형 반도체(100), P형 반도체(200), 반사방지막(300), 전극(400), 오염방지 코팅막(500)을 포함하여 구성될 수 있다.
N형 반도체(Negative-type semiconductor)(100)는, 자유전자 밀도가 정공 밀도보다 높으며, 태양으로부터 태양광을 받는다. 4가 원소인 순수한 실리콘(Si) 결정에 비소(As)와 같은 5가 원소를 소량 첨가하여 제작한다. 이때 실리콘은 4개의 가전자를 갖는 반면 비소는 5개의 가전자를 갖기 때문에, 비소 원자 1개가 4개의 실리콘과 결합하게 되면 전자 하나는 결합을 이루지 못하고 남게 된다. 또한 비소 원자는 1개의 전자를 잃어버리고 양이온(As+)이 되므로, 결합에 참여하지 못한 잉여 전자는 비소 양이온 주위를 공전하게 되며, 이 잉여 전자가 바로 N형 반도체(100)의 캐리어(전자)가 된다.
P형 반도체(Positive-type semiconductor)(200)는, 정공 밀도가 자유전자 밀도보다 높으며, N형 반도체(100)와 PN접합한다. N형과 반대의 성질을 가지는 반도체로서, 4가 원소인 순수한 실리콘(Si) 결정에 붕소(B)와 같은 3가 원소를 소량 첨가하여 제작한다. 이때 실리콘은 4개의 가전자를 갖는 반면 붕소는 3개의 가전자를 갖기 때문에, 붕소 원자 1개가 4개의 실리콘과 결합하게 되면 전자 하나가 부족하게 된다. 따라서 붕소 원자는 전자 1개가 부족한 불완전한 결합으로 인해 음이온(B-)이 되어 붕소 주위에 정공이 형성되며, 정공은 붕소(B-) 주위를 공전함으로써 P형 반도체(200)의 캐리어가 된다.
이와 같이 본 발명의 반도체는 P형 반도체(200)를 기반으로 하여 그 표면에 N형 반도체(100)를 형성함으로써 만들어지며, PN접합에 의하여 전계가 발생한다. 태양광에 의한 발전 원리는 도 2를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치의 발전 원리를 나타내는 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치(10)의 N형 반도체(100)에 태양광이 조사되면, 태양광이 가지고 있는 에너지에 의하여 반도체 내에서 전자와 정공이 발생하여 반도체 내부를 자유로이 이동하게 된다. 이후 PN접합에 의해 생긴 전계에 들어오게 되면, 전자는 N형 반도체(100)에, 정공은 P형 반도체(200)에 이르게 되며, 이때 P형 반도체(200)와 N형 반도체(100) 표면에 형성된 후면전극(410) 및 전면전극(420)이 전자를 외부회로로 흐르게 함으로써 부하에 전력을 공급할 수 있는 것이다. 따라서 본 발명은 일반적인 태양광 발전 장치와 동일하게, 오로지 태양광을 이용하여 전력을 생산하며 오염물질을 전혀 배출하지 않으므로, 친환경적인 발전 장치로서 종래의 화력 발전 또는 원자력 발전에서 발생하는 각종 문제점들을 해결할 수 있다.
반사방지막(300)은, N형 반도체(100)의 상단에 부착되며, 태양광의 반사를 차단함으로써 태양광 에너지가 손실 없이 N형 반도체(100)에 전달되도록 한다. 반사방지막(300)을 설치하는 것은, N형 반도체(100)에 가능한 한 많은 양의 태양광 에너지가 입사됨으로써, 본 발명이 전력 생산량을 최대한으로 끌어올릴 수 있도록 하기 위함이다. 이때 N형 반도체(100)를 구성하는 실리콘은 원래 회색이지만, 반사방지막(300)을 코팅함으로 인하여 본 발명의 표면은 약한 푸른빛을 띨 수 있다.
전극(400)은, P형 반도체(200)의 하단 표면에 부착된 후면전극(410) 및 N형 반도체(100)의 상단 표면에 부착된 전면전극(420)으로 구성되며, N형 반도체(100)에 모인 전자를 이용하여 부하에 전력을 공급한다. 이때 전면전극(420)은 N형 반도체(100)의 상단 표면이 부착되며 반사방지막(300)을 관통하는 형태로서 복수 개로 구성될 수 있으며, 후면전극(410)은 P형 반도체(200) 하단 표면의 전면에 접촉하는 형태일 수 있다. 이와 같이 전면전극(420)과 후면전극(410)의 형태를 달리 하는 것은, 전면전극(420)의 면적만큼 N형 반도체(100)가 받을 수 있는 태양광 에너지의 양이 줄어드는 반면, 후면전극(410)은 태양광 에너지의 흡수를 방해하지 않기 때문이다.
오염방지 코팅막(500)은, 반사방지막(300)의 상단 표면에 코팅되며, 이산화티타늄(Titanium Dioxide) 입자표면에 전이금속과 콜로이달 실리카(Colloidal Silica)가 결합된 형태로서, 대전을 방지하고 유기화합물을 분해함으로써 오염을 방지한다. 이때 오염방지 코팅막(500)은, 반사방지막(300) 및 전면전극(420)을 모두 덮는 형태로 코팅될 수 있다. 이는 비록 전면전극(420)이 위치한 부분은 태양광 에너지가 N형 반도체(100)로 전달되지 못한다고 하더라도, 전면전극(420)을 제외하고 오염방지 코팅막(500)을 코팅하는 것은 코팅 작업의 효율을 현저히 떨어뜨릴 수 있으며, 전면전극(420)에 오염물질이 부착된다면 부하에 제대로 전력이 공급되지 못할 수 있기 때문이다. 오염방지 코팅막(500)의 제조 공정에 대하여, 도 3을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치의 오염방지 코팅막 제조 공정에 대한 순서도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치(10)의 오염방지 코팅막(500) 제조 공정은, 티타늄 알콕사이드를 이용하여 아나타아제형 이산화티타늄 분산액을 제조하는 단계(S100), 전이금속이 1~3개 치환된 전이금속EDTA염을 제조하는 단계(S200), 이산화티타늄 입자표면에 전이금속과 콜로이달 실리카를 결합시키는 단계(S300)를 포함하여 구성될 수 있다.
단계 S100에서는, 티타늄 알콕사이드(Titanium Alkoxide)를 이용하여 아나타아제형 이산화티타늄(Anatase type Titanium Dioxide) 분산액을 제조한다. 구체적으로는, 물과 산을 1:0.01~0.1 몰비율로 섞은 후, 티타늄 알콕사이드 0.01~0.1몰을 추가하고 60~80℃ 온도에서 6~8시간 교반하여 티타늄 알콕사이드를 물과 산으로 가수분해 및 해교반응시킴으로써, 입자 크기가 1~10㎚인 아나타아제형 이산화티타늄 분산액을 제조할 수 있다.
이때 물은 탈이온수를 사용하여 의도하지 않은 화학 반응이 일어나는 것을 차단할 수 있다. 또한 산은 질산(HNO3), 염산(HCl), 황산(H2SO4) 또는 아세트산(CH3COOH)을 사용할 수 있으며, 티타늄 알콕사이드는 티타늄 프로폭사이드(Titanium propoxide), 티타늄 이소프로폭사이드(Titanium isopropoxide), 또는 티타늄 부톡사이드(Titanium buthoxide)를 사용할 수 있다.
단계 S200에서는, 전이금속이 1~3개 치환된 전이금속EDTA염을 제조한다. 구체적으로는, Na4 EDTA(ethylene diamine tetra acetic acid, 에틸렌다이아민테트라아세트산)와 전이금속화합물을 1:0.1~0.75 몰비율로 물에 녹여 혼합하고 40~60℃ 온도범위에서 1~10시간 교반시킴으로써, Na원자 대신 전이금속이 1~3개 치환된 전이금속EDTA염을 제조할 수 있다.
이때 Na4 EDTA 분자에서 전이금속원자가 많이 치환될수록 불용성화합물로 바뀔 수 있기 때문에, 전이금속원자의 치환개수는 1~2개가 가장 바람직하다. 또한, 전이금속으로 중량비가 이산화티타늄에 대하여 10중량%인 은(Ag)을 사용함으로써, 살균력과 대전방지기능을 향상시켜 태양광 발전의 효율을 유지할 수 있다.
단계 S300에서는, 이산화티타늄 입자표면에 전이금속과 콜로이달 실리카를 결합시킨다. 구체적으로는, 아나타아제형 이산화티타늄 분산액의 이산화티타늄 표면에, 상기 전이금속EDTA염이 용해된 분산액과 표면적이 200~1000㎡/g이고 표면이 음으로 대전된 콜로이달 실리카를 30~60℃에서 1~2시간 교반하여 반응시킴으로써, 이산화티타늄 입자표면에 전이금속과 콜로이달 실리카가 결합되도록 할 수 있다. 이때 콜로이달 실리카는 콜로이드 상태의 실리콘 입자(통상 실리카라고 함)로서 물이나 에탄올 등의 분산상에 실리카 입자들이 분산되어 있는 상태를 말한다.
단계 S300에서 전이금속EDTA염이 물에 용해됨에 따라, EDTA는 4개 이하의 카르복실기(COO-)를 갖는 음이온으로 존재하게 되며, 콜로이달 실리카는 표면이 음으로 대전되어 있으므로, 양으로 대전된 이산화티타늄의 입자표면과 정전기적 상호작용으로 강하게 결합하여 안정화될 수 있다. 이때 전이금속EDTA염의 EDTA는, 중량비가 이산화티타늄에 대하여 40~60중량%일 수 있으며, 콜로이달 실리카는, 중량비가 이산화티타늄에 대하여 50~150중량%일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치의 오염 방지 원리를 나타내는 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치(10)의 반사방지막(300)의 상단 표면에, 앞서 설명한 제조 공정을 통해 제작한 오염방지 코팅막(500)을 코팅하게 되면, 본 발명이 습도가 낮은 상태에 놓이더라도 전도성 물질로 표면에 고르게 분포한 이산화티탄과 은이 정전기(대전) 현상을 방지함으로써, 잡부착물의 오염을 1차적으로 막을 수 있다.
2차적으로는, 눈에 보이지 않지만 대기 중에 존재하는 수많은 기름때가 주변의 먼지와 결합하여 유기성 오염물질로 변한 뒤 태양광 발전 모듈에 표면에 부착하는 경우, 이산화티탄이 유기성 오염물질을 지속적으로 강력하게 분해함으로써 기름때나 먼지에 의하여 태양광 흡수량이 줄어드는 것을 방지할 수 있다. 또한 오염방지 코팅막(500)이 친수성을 띠므로, 이산화티탄에 의하여 분해되어 계면활성상태를 나타내는 유기성 오염물질이, 비나 눈과 같은 물 분자가 형성하는 얇은 수막에 의하여 쉽게 세척될 수 있도록 한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치의 오염 방지 효과를 나타내는 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치(10)는, 오염방지 코팅막(500)을 코팅하지 않은 경우와 비교하여 볼 때, 먼지 또는 기타 오염물질에 의하여 태양광 발전 모듈의 표면이 오염되는 것을 효과적으로 차단할 수 있으므로, N형 반도체(100)가 최대한 많은 태양광을 흡수하도록 할 수 있다. 따라서 본 발명은 기존의 태양광 발전 장치에 비하여 발전 효율이 뛰어나고, 유지 및 보수가 용이하다는 장점이 있다.
이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치
100: N형 반도체 200: P형 반도체
300; 반사방지막 400: 전극
410: 후면전극 420: 전면전극
500: 오염방지 코팅막

Claims (9)

  1. 태양광 발전 장치에 있어서,
    자유전자 밀도가 정공 밀도보다 높으며, 태양으로부터 태양광을 받는 N형 반도체(Negative-type semiconductor);
    정공 밀도가 자유전자 밀도보다 높으며, N형 반도체와 PN접합하는 P형 반도체(Positive-type semiconductor);
    상기 N형 반도체의 상단에 부착되며, 태양광의 반사를 차단함으로써 태양광 에너지가 손실 없이 상기 N형 반도체에 전달되도록 하는 반사방지막;
    상기 P형 반도체의 하단 표면에 부착된 후면전극 및 상기 N형 반도체의 상단 표면에 부착된 전면전극으로 구성되며, 상기 N형 반도체에 모인 전자를 이용하여 부하에 전력을 공급하는 전극; 및
    상기 반사방지막의 상단 표면에 코팅되며, 이산화티타늄(Titanium Dioxide) 입자표면에 전이금속과 콜로이달 실리카(Colloidal Silica)가 결합된 형태로서, 대전을 방지하고 유기화합물을 분해함으로써 오염을 방지하는 오염방지 코팅막을 포함하되,
    상기 오염방지 코팅막은,
    (1) 티타늄 알콕사이드(Titanium Alkoxide)를 이용하여 아나타아제형 이산화티타늄(Anatase type Titanium Dioxide) 분산액을 제조하는 단계;
    (2) 전이금속이 1~3개 치환된 전이금속EDTA염을 제조하는 단계; 및
    (3) 이산화티타늄 입자표면에 전이금속과 콜로이달 실리카가 결합되도록 하는 단계를 통해 제조되는 것을 특징으로 하는 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전면전극은,
    상기 N형 반도체의 상단 표면에 부착되며 상기 반사방지막을 관통하는 형태로서 복수 개로 구성되는 것을 특징으로 하는 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 오염방지 코팅막은,
    상기 반사방지막 및 상기 전면전극을 모두 덮는 형태로 코팅되는 것을 특징으로 하는 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (1)에서는, 물과 산을 1:0.01~0.1 몰비율로 섞은 후, 티타늄 알콕사이드 0.01~0.1몰을 추가하고 60~80℃ 온도에서 6~8시간 교반하여 상기 티타늄 알콕사이드를 물과 산으로 가수분해 및 해교반응시킴으로써, 입자 크기가 1~10㎚인 아나타아제형 이산화티타늄 분산액을 제조하고,
    상기 단계 (2)에서는, Na4 EDTA(ethylene diamine tetra acetic acid, 에틸렌다이아민테트라아세트산)와 전이금속화합물을 1:0.1~0.75 몰비율로 물에 녹여 혼합하고 40~60℃ 온도범위에서 1~10시간 교반시킴으로써, Na원자 대신 전이금속이 1~3개 치환된 전이금속EDTA염을 제조하며,
    상기 단계 (3)에서는, 상기 아나타아제형 이산화티타늄 분산액의 이산화티타늄 표면에, 상기 전이금속EDTA염이 용해된 분산액과 표면적이 200~1000㎡/g이고 표면이 음으로 대전된 콜로이달 실리카를 30~60℃에서 1~2시간 교반하여 반응시킴으로써, 이산화티타늄 입자표면에 전이금속과 콜로이달 실리카가 결합되도록 하는 것을 특징으로 하는 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 물은, 탈이온수이며,
    상기 산은, 질산(HNO3), 염산(HCl), 황산(H2SO4) 또는 아세트산(CH3COOH)이고,
    상기 티타늄 알콕사이드는, 티타늄 프로폭사이드(Titanium propoxide), 티타늄 이소프로폭사이드(Titanium isopropoxide), 또는 티타늄 부톡사이드(Titanium buthoxide)인 것을 특징으로 하는 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 전이금속은,
    중량비가 상기 이산화티타늄에 대하여 10중량%인 은(Ag)인 것을 특징으로 하는 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 전이금속EDTA염의 EDTA는,
    중량비가 상기 이산화티타늄에 대하여 40~60중량%인 것을 특징으로 하는 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치.
  9. 제5항에 있어서, 상기 콜로이달 실리카는,
    중량비가 상기 이산화티타늄에 대하여 50~150중량%인 것을 특징으로 하는 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치.
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