KR100997537B1 - A photovoltaic power generating apparatus coated with antifouling paint - Google Patents
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Abstract
Description
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.The present invention relates to an anti-pollution coated photovoltaic device, and in particular, to prevent charging by using an anti-fouling coating film and to decompose oil and dust, and to form a water film with water molecules to remove contaminants. The present invention relates to an anti-pollution coated photovoltaic device that can improve the power generation efficiency by maintaining the surface of the power generation module.
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.
As the consumption of fossil fuels increases, global warming due to the release of carbon dioxide is becoming serious, and due to severe environmental pollution caused by explosion accidents of nuclear power plants and radioactive pollution by nuclear wastes, There is a significant increase in interest. Accordingly, a lot of movements are being made to revive the environment by using public transportation or turning off unnecessary lights.
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.
In recent years, instead of fossil fuel or uranium-fired power generation or nuclear power generation, environmentally-friendly power generation means that use the natural environment as it is and do not emit pollutants have been spotlighted. Examples are solar and solar power, wind power or tidal power. In particular, in the case of solar power and solar power generation, the generator can be installed wherever the sunlight can reach, and since it is easy to install and has good power generation efficiency, it is installed on the roof of a house or building and is widely used.
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.However, since the solar and solar generators must be exposed to the outside in order to receive sunlight, they are vulnerable to external pollution factors. In particular, there is a problem in that organic compounds such as oil or dust are stuck to the surface of the power generation module, thereby rapidly decreasing the efficiency of power generation using sunlight.
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.
The present invention has been proposed to solve the above problems of the conventionally proposed methods, by coating the surface of the photovoltaic module with a coating material mixed with a titanium dioxide and silver, a conductive material, the static electricity even in a low humidity state It is an object of the present invention to provide an anti-pollution coated photovoltaic device that can prevent the occurrence and to block the contamination of the catch attachment.
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.
In addition, the present invention, when a large number of grease in the atmosphere is combined with the surrounding dust to change into organic pollutants and attached to the surface of the photovoltaic module, titanium dioxide contained in the antifouling coating film by continuously decomposing organic pollutants Another object is to provide an anti-pollution coated photovoltaic device that can prevent the power generation efficiency from dropping.
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.In addition, the present invention, as the antifouling coating film exhibits hydrophilic property that is easily combined with water molecules, as soon as the water reaches the surface of the photovoltaic module to form a water film rather than water droplets while spreading at a wide angle, the interface It is another object of the present invention to provide an anti-pollution coated photovoltaic device that can be easily cleaned of the contaminants decomposed by the action to maximize the efficiency of power production.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른, 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치는,According to a feature of the present invention for achieving the above object, the anti-fouling coated photovoltaic device,
자유전자 밀도가 정공 밀도보다 높으며, 태양으로부터 태양광을 받는 N형 반도체(Negative-type semiconductor);An N-type semiconductor having a higher free electron density than the hole density and receiving sunlight from the sun;
정공 밀도가 자유전자 밀도보다 높으며, N형 반도체와 PN접합하는 P형 반도체(Positive-type semiconductor);A positive-type semiconductor (P-type semiconductor) having a higher hole density than the free electron density and a PN junction with an N-type semiconductor;
상기 N형 반도체의 상단에 부착되며, 태양광의 반사를 차단함으로써 태양광 에너지가 손실 없이 상기 N형 반도체에 전달되도록 하는 반사방지막;An anti-reflection film attached to an upper end of the N-type semiconductor, and blocking the reflection of sunlight to allow solar energy to be transferred to the N-type semiconductor without loss;
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; 및An electrode configured to include a back electrode attached to the bottom surface of the P-type semiconductor and a front electrode attached to the top surface of the N-type semiconductor, the electrode supplying power to the load by using electrons collected in the N-type semiconductor; And
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.
Coated on the upper surface of the anti-reflection film, the titanium dioxide (Titanium Dioxide) particle surface combined with a transition metal and colloidal silica (Colloidal Silica) in the form, prevents pollution by preventing the charging and decomposition of organic compounds to prevent contamination Including a coating film is characterized by its configuration.
바람직하게는, 상기 전면전극은,Preferably, the front electrode,
상기 N형 반도체의 상단 표면에 부착되며 상기 반사방지막을 관통하는 형태로서 복수 개로 구성될 수 있다.
It may be attached to the top surface of the N-type semiconductor and may be formed in a plurality of forms to penetrate the anti-reflection film.
더욱 바람직하게는, 상기 오염방지 코팅막은,More preferably, the antifouling coating film,
상기 반사방지막 및 상기 전면전극을 모두 덮는 형태로 코팅될 수 있다.
The anti-reflection film and the front electrode may be coated in a form covering both.
바람직하게는, 상기 오염방지 코팅막은,Preferably, the anti-fouling coating film,
(1) 티타늄 알콕사이드(Titanium Alkoxide)를 이용하여 아나타아제형 이산화티타늄(Anatase type Titanium Dioxide) 분산액을 제조하는 단계;(1) preparing an anatase type titanium dioxide (Anatase type Titanium Dioxide) dispersion using titanium alkoxide;
(2) 전이금속이 1~3개 치환된 전이금속EDTA염을 제조하는 단계; 및(2) preparing a transition metal EDTA salt in which 1-3 transition metals are substituted; And
(3) 이산화티타늄 입자표면에 전이금속과 콜로이달 실리카가 결합되도록 하는 단계를 통해 제조될 수 있다.
(3) can be prepared by the step of allowing the transition metal and colloidal silica to be bonded to the titanium dioxide particle surface.
더욱 바람직하게는,More preferably,
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,In the step (1), water and acid are mixed at a ratio of 1: 0.01 to 0.1, and then 0.01 to 0.1 mole of titanium alkoxide is added, and the titanium alkoxide is stirred at 60 to 80 ° C. for 6 to 8 hours. By hydrolysis and peptizing reaction to prepare an anatase type titanium dioxide dispersion having a particle size of 1 to 10 nm,
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,In the step (2), Na 4 EDTA (ethylene diamine tetra acetic acid, ethylenediamine tetraacetic acid) and the transition metal compound is dissolved in water in a 1: 0.1 ~ 0.75 molar ratio and mixed and 1 ~ in the temperature range of 40 ~ 60 ℃ By stirring for 10 hours, a transition metal EDTA salt in which 1-3 transition metals were substituted instead of Na atoms was prepared.
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.
In the step (3), the dispersion of the transition metal EDTA salt and the surface of the anatase-type titanium dioxide dispersion in which the dissolution of the transition metal EDTA salt and the surface area of 200 ~ 1000㎡ / g and negatively charged colloidal silica 30 By stirring for 1-2 hours at ˜60 ° C., the transition metal and the colloidal silica may be bonded to the titanium dioxide particle surface.
더더욱 바람직하게는,Even more preferably,
상기 물은, 탈이온수이며,The water is deionized water,
상기 산은, 질산(HNO3), 염산(HCl), 황산(H2SO4) 또는 아세트산(CH3COOH)이고,The acid is nitric acid (HNO 3 ), hydrochloric acid (HCl), sulfuric acid (H 2 SO 4 ) or acetic acid (CH 3 COOH),
상기 티타늄 알콕사이드는, 티타늄 프로폭사이드(Titanium propoxide), 티타늄 이소프로폭사이드(Titanium isopropoxide), 또는 티타늄 부톡사이드(Titanium buthoxide)일 수 있다.
The titanium alkoxide may be titanium propoxide, titanium isopropoxide, or titanium buthoxide.
더더욱 바람직하게는, 상기 전이금속은,Even more preferably, the transition metal,
중량비가 상기 이산화티타늄에 대하여 10중량%인 은(Ag)일 수 있다.
The weight ratio may be silver (Ag) which is 10% by weight based on the titanium dioxide.
더더욱 바람직하게는, 상기 전이금속EDTA염의 EDTA는,Even more preferably, the EDTA of the transition metal EDTA salt is
중량비가 상기 이산화티타늄에 대하여 40~60중량%일 수 있다.
The weight ratio may be 40 to 60% by weight based on the titanium dioxide.
더더욱 바람직하게는, 상기 콜로이달 실리카는,Even more preferably, the colloidal silica,
중량비가 상기 이산화티타늄에 대하여 50~150중량%일 수 있다.The weight ratio may be 50 to 150% by weight based on the titanium dioxide.
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.
According to the anti-pollution coated photovoltaic device proposed in the present invention, by coating the surface of the photovoltaic module with a coating material mixed with titanium dioxide and silver, which is a conductive material, to prevent the occurrence of static electricity even in low humidity conditions And primarily block contamination of the miscellaneous attachments.
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.
In addition, the anti-pollution coated photovoltaic device according to the present invention is included in the anti-fouling coating film when a large number of oil stains in the atmosphere are combined with the surrounding dust to change into organic pollutants and then attached to the surface of the photovoltaic module. Titanium dioxide continuously decomposes organic pollutants, thereby preventing the power generation efficiency from dropping.
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.In addition, the antifouling coated photovoltaic device according to the present invention, as the antifouling coating film exhibits hydrophilic property that is easily combined with water molecules, purge at a wide angle as soon as water touches the surface of the photovoltaic module By forming a water film instead of water droplets, the contaminants decomposed by the interfacial action can be easily washed to maximize the efficiency of power production.
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.1 is a cross-sectional view of the anti-fouling coated photovoltaic device according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing the power generation principle of the anti-fouling coated photovoltaic device according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a flow chart for the anti-fouling coating film manufacturing process of the anti-fouling coated photovoltaic device according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing the anti-pollution principle of the anti-fouling coated photovoltaic device according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a view showing the antifouling effect of the antifouling coated photovoltaic device according to an embodiment of the present invention.
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.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. However, in describing the preferred embodiment of the present invention in detail, if it is determined that the detailed description of the related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. The same or similar reference numerals are used throughout the drawings for portions having similar functions and functions.
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.
In addition, throughout the specification, when a part is 'connected' to another part, it is not only 'directly connected' but also 'indirectly connected' with another element in between. Include. In addition, the term 'comprising' of an element means that the element may further include other elements, not to exclude other elements unless specifically stated otherwise.
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.
1 is a cross-sectional view of an antifouling coated photovoltaic device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, an antifouling coated
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.
In the N-
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.
The positive-
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.
As described above, the semiconductor of the present invention is made by forming the N-
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.
2 is a view showing the power generation principle of the anti-fouling coated photovoltaic device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, when sunlight is irradiated to the N-
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.
The
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.
The
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.
The
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.
Figure 3 is a flow chart for the anti-fouling coating film manufacturing process of the anti-fouling coated photovoltaic device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, in the
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.
In step S100, anatase type titanium dioxide (Anatase type Titanium Dioxide) dispersion is prepared using titanium alkoxide. Specifically, water and acid are mixed at a ratio of 1: 0.01 to 0.1, and then 0.01 to 0.1 mole of titanium alkoxide is added and stirred for 6 to 8 hours at a temperature of 60 to 80 ° C. to hydrolyze the titanium alkoxide with water and acid and By peptizing, an anatase type titanium dioxide dispersion having a particle size of 1 to 10 nm can be prepared.
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.
Water can then be deionized to prevent unintended chemical reactions from occurring. In addition, the acid may be nitric acid (HNO 3 ), hydrochloric acid (HCl), sulfuric acid (H 2 SO 4 ) or acetic acid (CH 3 COOH), titanium alkoxide is titanium propoxide (titanium propoxide), titanium isopropoxide ( Titanium isopropoxide, or titanium buthoxide.
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.
In step S200, a transition metal EDTA salt in which 1-3 transition metals are prepared. Specifically, Na 4 EDTA (ethylene diamine tetra acetic acid) and a transition metal compound are dissolved in water at 1: 0.1 to 0.75 molar ratio, mixed and stirred for 1 to 10 hours at a temperature range of 40 to 60 ° C. By doing so, it is possible to prepare a transition metal EDTA salt in which 1-3 transition metals are substituted in place of Na atoms.
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.
At this time, since the more transition metal atoms in the Na 4 EDTA molecule may be changed to an insoluble compound, the number of substitution of transition metal atoms is most preferably 1 to 2. In addition, by using silver (Ag) having a weight ratio of 10% by weight to titanium dioxide as the transition metal, it is possible to maintain the efficiency of photovoltaic power generation by improving sterilizing power and antistatic function.
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.
In step S300, the transition metal and the colloidal silica are bonded to the titanium dioxide particle surface. Specifically, a dispersion in which the transition metal EDTA salt is dissolved, and a colloidal silica having a surface area of 200 to 1000 m 2 / g and a negatively charged surface on the titanium dioxide surface of the anatase type titanium dioxide dispersion at 30 to 60 ° C. By stirring for 1-2 hours, the transition metal and the colloidal silica can be bonded to the surface of the titanium dioxide particles. In this case, colloidal silica refers to a colloidal silicon particle (usually called silica) in which silica particles are dispersed in a dispersion such as water or ethanol.
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.
As the transition metal EDTA salt is dissolved in water in step S300, EDTA is present as an anion having four or less carboxyl groups (COO − ), and colloidal silica is positively charged because the surface is negatively charged. It can be stabilized by strong bonding with the electrostatic interaction with the particle surface of titanium. In this case, the EDTA of the transition metal EDTA salt may have a weight ratio of 40 to 60 wt% based on titanium dioxide, and the colloidal silica may have a weight ratio of 50 to 150 wt% based on titanium dioxide.
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.
4 is a view showing the pollution prevention principle of the anti-fouling coated photovoltaic device according to an embodiment of the present invention. As shown in Figure 4, on the upper surface of the
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.
Secondly, when a large number of invisible but present oils in the air combine with the surrounding dust to turn into organic pollutants and adhere to the surface of the PV modules, titanium dioxide continues to strongly By decomposing, it is possible to prevent the amount of sunlight absorbed by oil or dust. In addition, since the
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.
5 is a view showing the antifouling effect of the antifouling coated photovoltaic device according to an embodiment of the present invention. As shown in Figure 5, the antifouling coated
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.The present invention described above may be variously modified or applied by those skilled in the art, and the scope of the technical idea according to the present invention should be defined by the following claims.
10: 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치
100: N형 반도체 200: P형 반도체
300; 반사방지막 400: 전극
410: 후면전극 420: 전면전극
500: 오염방지 코팅막10: anti-pollution coated photovoltaic device
100: N-type semiconductor 200: P-type semiconductor
300; Anti-reflection film 400: electrode
410: rear electrode 420: front electrode
500: antifouling coating film
Claims (9)
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.
In the photovoltaic device,
An N-type semiconductor having a higher free electron density than the hole density and receiving sunlight from the sun;
A positive-type semiconductor (P-type semiconductor) having a higher hole density than the free electron density and a PN junction with an N-type semiconductor;
An anti-reflection film attached to an upper end of the N-type semiconductor, and blocking the reflection of sunlight to allow solar energy to be transferred to the N-type semiconductor without loss;
An electrode configured to include a back electrode attached to the bottom surface of the P-type semiconductor and a front electrode attached to the top surface of the N-type semiconductor, the electrode supplying power to the load by using electrons collected in the N-type semiconductor; And
Coated on the upper surface of the anti-reflection film, the titanium dioxide (Titanium Dioxide) particle surface combined with a transition metal and colloidal silica (Colloidal Silica) in the form, prevents pollution by preventing the charging and decomposition of organic compounds to prevent contamination Including coatings,
The antifouling coating film,
(1) preparing an anatase type titanium dioxide (Anatase type Titanium Dioxide) dispersion using titanium alkoxide;
(2) preparing a transition metal EDTA salt in which 1-3 transition metals are substituted; And
(3) Anti-pollution coated photovoltaic device characterized in that it is produced by the step of allowing the transition metal and colloidal silica to be bonded to the titanium dioxide particle surface.
상기 N형 반도체의 상단 표면에 부착되며 상기 반사방지막을 관통하는 형태로서 복수 개로 구성되는 것을 특징으로 하는 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치.
The method of claim 1, wherein the front electrode,
Attached to the top surface of the N-type semiconductor and the anti-fouling coating photovoltaic device characterized in that it consists of a plurality of forms through the anti-reflection film.
상기 반사방지막 및 상기 전면전극을 모두 덮는 형태로 코팅되는 것을 특징으로 하는 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치.
The method of claim 2, wherein the anti-fouling coating film,
Pollution-resistant coated photovoltaic device characterized in that the coating to cover both the anti-reflection film and the front electrode.
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.
The method of claim 1,
In the step (1), water and acid are mixed at a ratio of 1: 0.01 to 0.1, and then 0.01 to 0.1 mole of titanium alkoxide is added, and the titanium alkoxide is stirred at 60 to 80 ° C. for 6 to 8 hours. By hydrolysis and peptizing reaction to prepare an anatase type titanium dioxide dispersion having a particle size of 1 to 10 nm,
In the step (2), Na 4 EDTA (ethylene diamine tetra acetic acid, ethylenediamine tetraacetic acid) and the transition metal compound is dissolved in water in a 1: 0.1 ~ 0.75 molar ratio and mixed and 1 ~ in the temperature range of 40 ~ 60 ℃ By stirring for 10 hours, a transition metal EDTA salt in which 1-3 transition metals were substituted instead of Na atoms was prepared.
In the step (3), the dispersion of the transition metal EDTA salt and the surface of the anatase-type titanium dioxide dispersion in which the dissolution of the transition metal EDTA salt and the surface area of 200 ~ 1000㎡ / g and negatively charged colloidal silica 30 The anti-pollution coated photovoltaic device characterized in that the transition metal and colloidal silica is bonded to the surface of the titanium dioxide particles by stirring for 1 to 2 hours at ~ 60 ℃.
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.
The method of claim 5,
The water is deionized water,
The acid is nitric acid (HNO 3 ), hydrochloric acid (HCl), sulfuric acid (H 2 SO 4 ) or acetic acid (CH 3 COOH),
The titanium alkoxide, titanium propoxide (Titanium propoxide), titanium isopropoxide (Titanium isopropoxide), or titanium butoxide (Titanium buthoxide) characterized in that the anti-fouling coated photovoltaic device.
중량비가 상기 이산화티타늄에 대하여 10중량%인 은(Ag)인 것을 특징으로 하는 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치.
The method of claim 5, wherein the transition metal,
An antifouling coated photovoltaic device, characterized in that the weight ratio is 10% by weight of silver (Ag) based on the titanium dioxide.
중량비가 상기 이산화티타늄에 대하여 40~60중량%인 것을 특징으로 하는 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치.
The method according to claim 5, wherein the EDTA of the transition metal EDTA salt,
Pollution-resistant coated photovoltaic device, characterized in that the weight ratio is 40 to 60% by weight relative to the titanium dioxide.
중량비가 상기 이산화티타늄에 대하여 50~150중량%인 것을 특징으로 하는 오염방지 코팅된 태양광 발전 장치.The method of claim 5, wherein the colloidal silica,
Pollution-resistant coated photovoltaic device, characterized in that the weight ratio is 50 to 150% by weight relative to the titanium dioxide.
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