KR101174117B1 - Buoy with dye-sensitized solar cell system and solar power generating apparatus comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 염료감응 태양전지가 구비된 부표 및 이를 포함하는 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a buoy provided with a dye-sensitized solar cell and a photovoltaic power generation system including the same.
부표는 해양에 설치되는 것으로 상세하게는 통상 야간에 발광할 수 있게 구성되어, 바다 양식장, 해상 구조물 증의 위치 표시 및 선박의 안전한 항로를 안내하는 용도로 사용된다. 또한, 최근에는 해양 생태 환경을 탐사하기 위한 해양 관측용으로도 이용되고 있다. 부표는 또 어구(漁具)나 닻 등 물 속에 있는 물체의 위치를 나타내기 위해서도 사용된다. 이러한 목적에 사용되는 부표 중 간단한 것에는, 주간에는 커다란 뜸에 깃대를 세워서 묶고 그 아래쪽에는 추, 위쪽에는 깃발을 단 것이 있으며, 야간에는 나무로 된 틀 위에 등불을 달거나 또는 쇠와 뜸으로 된 틀 위에 전지로 불을 켜는 것이 있다. Buoys are installed in the ocean, and are specifically configured to emit light at night, it is used for the purpose of guiding the safe route of the marine farms, the indication of the location of the marine structures, and the ship. In recent years, it is also used for ocean observation to explore the marine ecological environment. Buoys are also used to indicate the location of objects in water, such as fishing gear and anchors. The simplest buoys used for this purpose include a flagpole on a large moxibustion in the daytime, a weight on the bottom, a flag on the upper side, and a lamp on a wooden frame at night, or an iron and moxa frame. There is a light on with the battery on.
그러나 이것은 아주 먼 거리에서는 알아볼 수 없으므로, 이때는 무선부표나 전파반사부표가 사용된다. 무선부표는 부표에서 발사하는 무선신호의 방향을 배에 있는 전파방향탐지기로 알아내는 것이고, 전파반사부표는 부표의 꼭지부분에 전파반사판을 장치하여 배에 있는 레이더에서 발사한 전파가 반사판에서 반사되어 오게 함으로써 그 위치를 알아내는 것이다.But this is not noticeable at very long distances, so radio buoys or radio-reflective buoys are used. Radio buoys detect the direction of radio signals emitted from the buoy by the radio wave direction detector on the ship, and radio-reflective buoys are equipped with a radio reflector at the top of the buoy to reflect radio waves emitted from the radar on the ship. By coming in to find out its location.
이러한 부표는 통상 자체적인 전력으로 램프를 발광시킬 수 있도록 구성되어야 하는데, 종래 내장된 배터리에만 의존하여 램프 등을 발광할 수 있어, 배터리를 자주 교환해주어야 하는 불편함이 있었다. 또한, 다양한 기능을 추가하기 위해 전력에 의해 구동되는 요소를 부가하고자 할 경우, 제한된 전력 수급 능력에 의해 전력소모 요소의 부가를 어렵게 하는 문제점이 있었다.Such a buoy should normally be configured to emit a lamp with its own power, and can rely on only a built-in battery to emit a lamp and the like. In addition, when adding elements driven by power to add various functions, there is a problem in that it is difficult to add power consumption elements due to limited power supply and demand.
한편, 염료감응 태양전지는 최근 연구가 활발히 이루어지는 분야로서, 가시광선을 흡수하는 전자-홀 쌍(electron-hole pair)을 생성할 수 있는 감광성 염료분자와, 생성된 전자를 전달하는 전이금속 산화물을 주된 구성 재료로 하는 광전기화학적 태양전지이다. 이러한 염료감응 태양전지의 대표적인 예는 1991년 스위스의 마이클 그라첼(Michael Gratzel) 등에 의하여 발표된 광전기화학 태양전지를 들 수 있다. 이러한 염료감응 태양전지는 실리콘 태양전지에 비해 제조비용이 낮고, 대략 10% 정도의 에너지변환 효율을 가지기 때문에 기존 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 차세대 태양전지로 각광받고 있다.On the other hand, dye-sensitized solar cells are an active area of research in recent years, including photosensitive dye molecules capable of generating electron-hole pairs that absorb visible light, and transition metal oxides that transfer generated electrons. It is a photoelectrochemical solar cell whose main component is material. A typical example of such a dye-sensitized solar cell is a photoelectrochemical solar cell published in 1991 by Michael Gratzel of Switzerland. These dye-sensitized solar cells are in the spotlight as next-generation solar cells that can replace existing silicon solar cells because they have a lower manufacturing cost and about 10% energy conversion efficiency than silicon solar cells.
염료감응 태양전지를 구성하는 하나의 단위셀은 염료분자가 흡착된 나노결정 산화물이 코팅된 투명전도성 전극을 포함하는 반도체전극과, 나노입자 금속 백금이 코팅된 투명전도성 전극을 포함하는 상대전극과, 요오드계 산화-환원 전해질 등을 포함하는 전해질로 이루어진다. 이와 같은 복수 개의 단위 셀들을 직렬 또는 병렬로 연결하여 모듈을 구성함으로써, 염료감응 태양전지의 에너지 밀도 또는 출력을 높일 수 있다. 이와 같은 단위 셀을 사용한 모듈이 적용된 시스템은, 도 2에 도시된 바와 같이 두 장의 유리판(101, 102) 사이에 염료감응 태양전지모듈(103)이 삽입되는 것이 일반적이다. One unit cell constituting the dye-sensitized solar cell includes a semiconductor electrode including a transparent conductive electrode coated with a nanocrystalline oxide on which dye molecules are adsorbed, a counter electrode including a transparent conductive electrode coated with nanoparticle metal platinum, and It consists of an electrolyte containing an iodine-based redox electrolyte and the like. By connecting the plurality of unit cells in series or in parallel to form a module, it is possible to increase the energy density or output of the dye-sensitized solar cell. In a system to which a module using such a unit cell is applied, a dye-sensitized
한편, 염료감응 태양전지의 대면적화를 위해서는 반도체전극 또는 상대전극의 면적 또한 증가되어야 하는데, 반도체전극의 면적을 증가시키는 것에는 제한이 따른다. 반도체전극의 물질로는 이산화티타늄(TiO2)이 사용될 수 있고, 이는 일반적으로 스크린프린팅법에 의하여 도포된다. 이때, 이산화티타늄의 도포는 넓은 면적에서 광이 흡수될 수 있도록 최대한 넓은 면적으로 형성되는 것이 바람직한데, 스크린프린팅법에 의하여 이산화티타늄을 도포할 경우 두께의 균일도가 낮아지게 된다. 이산화티타늄의 두께가 균일하지 않으면, 전자-홀 쌍의 생성이 공간적으로 균일하지 않아서 염료감응 태양전지의 전체적인 효율이 낮아지는 문제점을 가진다.On the other hand, in order to increase the area of the dye-sensitized solar cell, the area of the semiconductor electrode or the counter electrode should also be increased, but increasing the area of the semiconductor electrode is limited. Titanium dioxide (TiO 2 ) may be used as a material of the semiconductor electrode, which is generally applied by screen printing. At this time, the application of titanium dioxide is preferably formed as large as possible so that light can be absorbed in a large area, the thickness uniformity is lowered when applying the titanium dioxide by the screen printing method. If the thickness of the titanium dioxide is not uniform, the generation of electron-hole pairs is not spatially uniform, resulting in a lower overall efficiency of the dye-sensitized solar cell.
따라서, 반도체전극의 두께를 감소시키고 또한 균일하게 유지할 수 있으면서도 대면적화할 수 있는 염료감응 태양전지를 이용한 부표 및 이를 포함하는 태양광 발전 시스템 기술의 개발에 대한 필요성이 매우 크다.Therefore, there is a great need for the development of a buoy using a dye-sensitized solar cell and a photovoltaic power generation system technology including the same, which can reduce the thickness of the semiconductor electrode and keep it uniform.
따라서, 본 발명에서는 염료감응 태양전지가 구비된 부표 및 이를 포함하는 태양광 발전 시스템을 제공하고자 한다.Therefore, the present invention is to provide a buoy with a dye-sensitized solar cell and a photovoltaic power generation system including the same.
특히, 반도체전극의 감소된 두께를 균일하게 유지하면서도 대면적화가 가능한 염료감응 태양전지를 이용하여 구비된 부표 및 이를 포함하는 태양광 발전 시스템을 제공하고자 한다.In particular, it is to provide a buoy provided using a dye-sensitized solar cell capable of large area while maintaining uniformly the reduced thickness of the semiconductor electrode and a solar power generation system including the same.
본 발명의 일 측면에 따르면, (a) 투명 소재의 반원반 형태의 상부 케이스, (b) 투명 소재의 반원반 형태의 하부 케이스, (c) 상기 상부 케이스와 상기 하부 케이스 내부 중간면에 위치한 태양전지를 포함하는 원반형 부표가 제공된다. According to one aspect of the invention, (a) the semi-circular upper case of the transparent material, (b) the semi-circular lower case of the transparent material, (c) the aspect located on the inner surface of the upper case and the lower case Discoid buoys are provided that include batteries.
본 발명에 따른 원반형 부표의 경우에 무게 중심이 수면 근처로 낮게 위치할 수 있어, 안정성 있게 수면 위에 뒤집히지 않고 부유할 수 있는 장점이 있다.In the case of the disk-shaped buoy according to the present invention, the center of gravity can be located near the surface of the water, and there is an advantage that it can stably float without being overturned on the surface of the water.
일 구현예에 따르면, 상기 상부 케이스와 상기 하부 케이스에는 각각 상부 조립 플랜지 및 하부 조립 플랜지가 외부면으로 돌출되어 형성되어 있고; 상기 상부 조립 플랜지 및 상기 하부 조립 플랜지에는 각각 복수 개의 상부 체결공 및 복수 개의 하부 체결공이 포함되어 있으며; 상기 원반형 부표는 상기 복수 개의 상부 체결공과 하부 체결공을 관통하며 상기 상부 케이스 및 상기 하부 케이스를 체결하는 체결 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 원반형 부표가 제공된다.According to one embodiment, an upper assembly flange and a lower assembly flange protrude outwardly from the upper case and the lower case, respectively; The upper assembly flange and the lower assembly flange each include a plurality of upper fastening holes and a plurality of lower fastening holes; The discoid buoy is provided with a discoid buoy further comprising a fastening means penetrating the plurality of upper fastening holes and the lower fastening holes and fastening the upper case and the lower case.
본 발명에서 채용한 염료감응 태양전지는 반도체전극과 상대전극이 모두 투명하여 양방향으로 발전이 가능하므로, 예상하지 못한 정도의 기후 속에서 만에 하나 파도에 의해 부표의 위아래가 바뀌는 경우에도 발전이 가능하다는 장점이 있다.In the dye-sensitized solar cell employed in the present invention, since both the semiconductor electrode and the counter electrode are transparent, power generation is possible in both directions, even when the buoy is changed up and down by one wave in an unexpected climate. Has the advantage.
또한, 본 발명의 원반형 부표에는 태양전지가 상부 케이스와 하부 케이스가 구성하는 케이스 내부의 중간면에 염료감응 태양전지가 위치하고 있어, 상부 케이스로부터 입사하는 태양광에 의해서뿐만 아니라, 바다 수면에서 반사하여 하부 케이스를 통해 입사하는 반사광에 의해서도 태양 발전이 가능하여 발전 효율이 향상되는 효과가 있다. In addition, in the disk-shaped buoy of the present invention, the dye-sensitized solar cell is located on the middle surface of the case in which the solar cell constitutes the upper case and the lower case, and is reflected not only by sunlight incident from the upper case but also by the sea surface. Solar power is also generated by the reflected light incident through the lower case, thereby improving power generation efficiency.
또한, 이를 통하여 종래 대부분의 태양발전 부표가 중간 지주대를 두고, 이 중간 지주대에 태양전지를 설치했던 점에 반해서, 본 발명에 따른 태양발전 부표는 중간 지주대가 없이서 설치가 가능하다는 장점이 있다.In addition, the solar power buoy according to the present invention has the advantage that it can be installed without the intermediate struts, while most of the conventional solar power buoys have intermediate struts and solar cells are installed in the intermediate struts. have.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 원반형 부표는 상기 상부 케이스 또는 하부 케이스의 외부면에 위치한 1개 이상의 전력사용 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 원반형 부표가 제공된다. 또한, 일 구현예에 따르면, 상기 부표는 상기 태양전지에서 발생된 전력을 저장하는 축전기를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 상기 전력사용 부재는 발광(light-emitting) 장치, GPS 송신기, LED 보드 및 이들 2종 이상의 조합 중에서 선택하여 사용할 수 있다.According to yet another embodiment, the discoid buoy is provided with a discoid buoy comprising one or more power usage members located on an outer surface of the upper case or the lower case. In addition, according to one embodiment, the buoy may further include a capacitor for storing the power generated in the solar cell. In addition, the power usage member may be selected from a light-emitting device, a GPS transmitter, an LED board, and a combination of two or more thereof.
다른 구현예에 따르면, 상기 태양전지는 반도체전극과 상대전극이 대향하도록 반도체전극 기판과 상대전극 기판이 결합되고 반도체전극과 상대전극 사이의 공간에 전해질이 충진되어 있으며 상기 반도체전극 기판은 복수 개로 분리되어 상기 상대전극 기판에 결합되어 있는 염료감응 태양전지인 것을 특징으로 하는 부표가 제공된다.According to another embodiment, the solar cell has a semiconductor electrode substrate and a counter electrode substrate are coupled so that the semiconductor electrode and the counter electrode are opposed, the electrolyte is filled in the space between the semiconductor electrode and the counter electrode, the semiconductor electrode substrate is separated into a plurality And a dye-sensitized solar cell coupled to the counter electrode substrate is provided.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 복수 개로 분리된 반도체전극 기판의 반도체전극 중 적어도 하나는 다른 반도체 전극과 전기적으로 연결되어 있고, 상기 상대전극은 상대전극 기판 위에 패터닝되어 형성되어 있으며, 패터닝된 상대전극 중 적어도 하나는 반도체전극 중 적어도 하나와 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 부표가 제공된다.According to another embodiment, at least one of the semiconductor electrodes of the plurality of semiconductor electrode substrate is electrically connected to the other semiconductor electrode, the counter electrode is formed by patterning on the counter electrode substrate, the patterned counter electrode And at least one of which is electrically connected to at least one of the semiconductor electrodes.
다른 구현예에 따르면, 상기 복수 개로 분리된 반도체전극 기판의 끝단부에는 단차가 형성되어서 이웃한 반도체전극 기판과 중첩되어 결합될 수 있는 것을 특징으로 하는 부표가 제공된다.According to another embodiment, a buoy is provided, characterized in that a step is formed at an end portion of the plurality of separated semiconductor electrode substrates so that they can be overlapped and coupled to a neighboring semiconductor electrode substrate.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 단차가 형성된 어느 하나의 수평면에는 돌기가 형성되어 있고, 이웃한 다른 하나의 수평면에는 홈이 형성되어 있어서, 돌기가 홈에 안착되어 이웃한 반도체전극 기판끼리 결합되는 것을 특징으로 하는 부표가 제공된다.According to another embodiment, any one of the horizontal surface is formed with a protrusion is formed with a projection, the other neighboring horizontal surface is formed with a groove, the projection is seated in the groove is coupled to the adjacent semiconductor electrode substrate A buoy featuring is provided.
본 발명의 염료감응 태양전지를 이용하여 부표 또는 이를 포함하는 태양광 발전 시스템을 제조하는 경우, 반도체전극 기판이 분리되어 상대전극 기판에 결합되므로 개개의 반도체전극 기판에 형성되는 반도체전극의 형성 면적을 감소시킬 수 있다. 따라서, 반도체 극 형성 시에 반도체 물질의 도포 두께를 균일하게 조절하는 것이 용이하고, 반도체전극의 전기저항을 낮추어 염료감응 태양전지의 효율을 증가시킬 수 있으며, 결과적으로 염료감응 태양전지를 대면적화 할 수 있어, 부표에서 사용할 수 있는 전력의 수급이 용이해질 뿐만 아니라, 다양한 기능을 가진 전력소모 요소의 부가가 가능해질 수 있다.In the case of manufacturing a photovoltaic power generation system including a buoy or the same using the dye-sensitized solar cell of the present invention, since the semiconductor electrode substrate is separated and bonded to the counter electrode substrate, the formation area of the semiconductor electrode formed on each semiconductor electrode substrate is reduced. Can be reduced. Therefore, it is easy to uniformly control the coating thickness of the semiconductor material at the time of forming the semiconductor pole, and it is possible to increase the efficiency of the dye-sensitized solar cell by lowering the electrical resistance of the semiconductor electrode. In addition, the supply of power available in the buoy may be facilitated, as well as the addition of power consumption elements having various functions.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 여러 구현예에 따른 태양광 발전 시스템을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 부표 내 염료감응 태양전지 시스템을 도시한 것이다.
도 3은 단위셀들이 병렬적으로 연결된 염료감응 태양전지를 나타낸 것이다.
도 4는 단위셀들이 직렬적으로 연결된 염료감응 태양전지를 나타낸 것이다.1A-1C illustrate a photovoltaic power generation system in accordance with various embodiments of the present invention.
2 illustrates a dye-sensitized solar cell system in a buoy according to one embodiment of the invention.
3 shows a dye-sensitized solar cell in which unit cells are connected in parallel.
4 illustrates a dye-sensitized solar cell in which unit cells are connected in series.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 염료감응 태양전지를 구비한 부표에 관한 것으로서, 본 발명의 부표 내 반도체전극과 상대전극이 대향하도록 반도체전극 기판과 상대전극 기판이 결합되고, 반도체전극과 상대전극 사이의 공간에 전해질이 충진되어 있으며, 반도체전극 기판은 복수 개로 분리되어 상대전극 기판에 결합된 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a buoy provided with a dye-sensitized solar cell, wherein the semiconductor electrode substrate and the counter electrode substrate are coupled so that the semiconductor electrode and the counter electrode in the buoy of the present invention are opposed to each other, and an electrolyte is formed in the space between the semiconductor electrode and the counter electrode. Filled, the semiconductor electrode substrate is characterized in that separated into a plurality of coupled to the counter electrode substrate.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 부표 내 태양광 발전 시스템을 도시한 것이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 부표 내 태양전지는 반도체전극 기판(201)과 상대전극 기판(202)이 결합된 염료감응 태양전지와, 유리판(203)이 결합되어 이루어진다. 도면에서는 유리판의 하부에 염료감응 태양전지가 위치하도록 도시되어 있지만, 유리판과 염료감응 태양전지의 위치가 뒤바뀌거나, 반도체전극 기판과 상대전극 기판의 위치가 뒤바뀌는 경우도 본 발명의 보호범위에 속한다. 염료감응 태양전지는 반도체전극과 상대전극 사이에 전해질이 충전된 다양한 형태의 염료감응 태양전지가 사용될 수 있다. 2 illustrates a solar system in a buoy according to one embodiment of the invention. Referring to FIG. 2, a solar cell in a buoy according to an embodiment of the present invention is formed by combining a dye-sensitized solar cell in which a semiconductor electrode substrate 201 and a
본 발명의 일 구현예에 따른 부표 내 염료감응 태양전지는 반도체전극 기판이 복수 개로 분리되어 상대전극 기판에 결합된 것을 특징으로 한다. 이와 같은 구조의 염료감응 태양전지는 대면적화하여도 광발전 효율을 높게 유지할 수 있는 것이 특징이다. 염료감응 태양전지를 대형화하기 위해서는 넓은 면적의 반도체전극을 형성하는 것이 필수적이다. 반도체전극은 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide)나 플루오린 틴 옥사이드(fluorine tin oxide)와 같은 투명도전물질 위에 산화티타늄와 같은 반도체 물질을 도포하고, 그 위에 염료를 흡착시켜 제조할 수 있다. 그러나, 반도체전극을 스크린 프린팅법으로 형성하는 경우 반도체전극을 이루는 물질의 페이스트 점도가 높아서 균일한 두께로 프린팅하는 것이 불가능하고, 경우에 따라 스크린망과 기판이 달라붙어 떨어지지 않는 경우도 발생한다. 이러한 현상은 패턴 형성 면적이 넓어지면 스크린망과 기판간의 결합력이 강해지고, 스크린망 자체의 탄성력도 약해지기 때문이다. 염료감응 태양전지로 광발전을 하는 경우, 광발전 효율을 극대화하기 위한 반도체전극의 두께가 결정되는데, 반도체 전극의 두께를 전체적으로 균일하게 유지하지 못하면 광발전 효율이 낮아질 수밖에 없다. 또한 스크린 프린팅 과정에서 스크린망과 기판이 원활하게 분리되지 않으면 패턴 불량이 발생하기도 하므로 제조공정의 효율이 낮아지게 된다.The dye-sensitized solar cell in the buoy according to the embodiment of the present invention is characterized in that the semiconductor electrode substrate is separated into a plurality and coupled to the counter electrode substrate. The dye-sensitized solar cell of such a structure is characterized in that it is possible to maintain high photovoltaic efficiency even with a large area. In order to increase the size of a dye-sensitized solar cell, it is essential to form a semiconductor electrode having a large area. The semiconductor electrode may be manufactured by coating a semiconductor material such as titanium oxide on a transparent conductive material such as indium tin oxide or fluorine tin oxide, and adsorbing a dye thereon. However, when the semiconductor electrode is formed by the screen printing method, the paste viscosity of the material constituting the semiconductor electrode is high, so that printing with a uniform thickness is impossible, and in some cases, the screen net and the substrate do not stick together. This phenomenon is because when the pattern formation area becomes wider, the bonding force between the screen net and the substrate becomes stronger and the elastic force of the screen net itself becomes weaker. In the case of photovoltaic generation with a dye-sensitized solar cell, the thickness of the semiconductor electrode is determined to maximize the photovoltaic efficiency. If the thickness of the semiconductor electrode is not uniformly maintained, the photovoltaic efficiency is inevitably lowered. In addition, if the screen net and the substrate are not separated smoothly during the screen printing process, pattern defects may occur, thereby reducing the efficiency of the manufacturing process.
따라서, 본 발명의 일 구현예와 같이 반도체전극 기판을 분리된 형태로 상대전극 기판과 결합하면 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있다. 상대전극 기판의 상대전극은 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide)나 플루오로 틴 옥사이드(fluoro tin oxide)와 같은 투명도전물질 위에 백금과 같은 촉매층을 도포하여 제조하는데, 촉매층의 형성은 스퍼터링법이나 디핑법에 의하여 형성이 가능하므로 대면적 도포 시에 산화티타늄층의 형성에서 발생한 문제가 생기지 않는다. 따라서, 대면적화가 어려운 반도체기판을 작은 면적으로 분리하여 제조하고, 이 보다 넓은 면적의 상대전극 기판과 결합하면 광발전 효율을 높게 유지하면서도 염료감응 태양전지를 대면적화할 수 있다.Therefore, when the semiconductor electrode substrate is combined with the counter electrode substrate in a separated form as in the exemplary embodiment of the present invention, the above problems can be solved. The counter electrode of the counter electrode substrate is prepared by applying a catalyst layer such as platinum on a transparent conductive material such as indium tin oxide or fluoro tin oxide. The formation of the catalyst layer is performed by sputtering or dipping. Since it can form, the problem which arises in formation of a titanium oxide layer at the time of a large area application | occurrence | production does not arise. Therefore, when the semiconductor substrate, which is difficult to increase in size, is separated and manufactured in a small area, and combined with a counter electrode substrate having a larger area, the dye-sensitized solar cell can be made larger while maintaining high photovoltaic efficiency.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 반도체전극 기판이 복수 개로 분리되어 상대전극 기판에 결합된 형태의 염료감응 태양전지를 이용하여 부표 및 이를 포함하는 태양광 발전 시스템을 제조할 수 있다. According to the exemplary embodiment of the present invention, a buoy and a photovoltaic power generation system including the same may be manufactured by using a dye-sensitized solar cell in which a plurality of semiconductor electrode substrates are separated and coupled to a counter electrode substrate.
본 발명의 일 구현예에 따라 반도체전극 기판을 복수 개로 분리하여 상대전극 기판에 결합함으로써 염료감응 태양전지를 제조하면, 분리된 반도체전극 기판 각각이 별도의 염료감응 태양전지 단위셀을 구성하게 된다. 단위셀에서 발생된 전기에너지는 별도의 에너지저장매체에 저장되는 것이 일반적인데, 이를 위해서는 단위셀들이 직렬 또는 병렬적으로 연결되어야 한다. 이는 단위셀들을 모듈화하는 과정인데, 이를 위하여 단위셀들을 전기적으로 연결할 수단이 구비되어야 한다.When the dye-sensitized solar cell is manufactured by separating a plurality of semiconductor electrode substrates and combining the counter electrode substrates according to an embodiment of the present invention, each of the separated semiconductor electrode substrates constitutes a separate dye-sensitized solar cell unit cell. In general, electrical energy generated from unit cells is stored in a separate energy storage medium. To this end, unit cells must be connected in series or in parallel. This is a process of modularizing the unit cells, and for this purpose, a means for electrically connecting the unit cells should be provided.
도 3은 단위셀들이 병렬적으로 연결된 염료감응 태양전지를 나타낸 것이다. 도 3의 (a)를 참조하면, 반도체전극 기판(201a, 201b, 201c)과 상대전극 기판(202)이 결합된 염료감응 태양전지 및 유리판(203)이 결합되어 부표 및 이를 포함하는 태양광 발전 시스템이 이루어지고, 반도체전극 기판들(201a, 201b, 201c)의 반도체전극은 서로 전기적으로 연결되어 있다. 상대전극 기판에 형성된 상대전극은 단위셀 별로 분리되어 있지 않도록 형성하는 것이 가능하므로 별도의 연결수단이 필요 없다. 3 shows a dye-sensitized solar cell in which unit cells are connected in parallel. Referring to FIG. 3A, the dye-sensitized solar cell and the
도 3의 (b)를 참조하면, 반도체전극 기판(201a)은 이웃한 반도체전극 기판(201b)과 연결될 수 있도록, 복수 개로 분리된 반도체전극 기판의 끝단부에는 단차가 형성되어 있고, 이웃한 반도체전극 기판(201b)의 끝단부에도 단차가 형성되어 있으므로, 이웃한 반도체전극 기판들(201a, 201b)은 서로 중첩되어 결합될 수 있다. 반도체전극 기판의 끝단부에 형성된 단차는 서로 이웃하는 부분이 반전된 형태로 형성되어 있으므로, 서로 결합하면 복수 개의 반도체전극 기판의 상부면 높이를 동일하게 조절할 수 있고, 이로써 부표 내 태양광 발전 시스템의 전체 두께를 동일하게 조절하는 것이 용이해진다. Referring to FIG. 3B, the
또한, 복수 개의 반도체전극 기판들이 서로 결합된 상태로 상대전극 기판에 결합되므로 외부충격에 대한 내구성을 높일 수 있다. 반도체전극 기판은 기판(201a, 201b), 그 하부에 형성된 투명도전층(205a, 205b) 및 그 하부에 형성된 반도체 물질층(204)으로 이루어진다. 투명도전층의 전기저항을 낮추기 위하여 금속 메쉬를 함께 형성하는 경우도 있지만, 도면에서는 도시하지 않았다. 이웃한 투명도전층(205a, 205b)을 전기적으로 연결하기 위해서, 결합부재(206a, 206b)가 사용될 수 있다. 결합부재(206a, 206b)는 투명도전층(205a, 205b)의 끝 부분과 일부 중첩되도록 형성되고, 반도체전극 기판에 형성된 단차를 따라 형성될 수 있다. 반도체전극 기판이 결합되면, 결합부재들(206a, 206b)이 서로 접촉되어 투명도전층(205a, 205b)들이 전기적으로 연결되게 된다. 도면에서는 결합부재가 반도체전극 기판의 단차를 따라 수평면과 수직면 모두에 형성되어 있지만, 수평면에만 형성되어도 전기적 연결에 문제가 발생하지 않는다. 결합부재는 전기전도성을 가지는 동시에 물리적 결합력을 가지는 것이 바람직하다. 결합부재는 실버 페이스트와 같이 금속분말과 바인더가 혼합된 물질일 수 있으며, 전기전도성을 가지는 한 이 분야에 공지된 어떠한 물질도 사용될 수 있다. 결합부재의 도포에는 디스펜싱법이나 브로쉬를 이용한 도포법이 사용될 수 있다.In addition, since the plurality of semiconductor electrode substrates are coupled to the counter electrode substrate while being bonded to each other, durability against external impact can be increased. The semiconductor electrode substrate is composed of the
도 3의 (c)를 참조하면, 반도체전극 기판(201a)에 형성된 단차의 수평면에는 홈(207a)이 형성되어 있고, 이웃한 반도체전극 기판(201b)에 형성된 단차 수평면에는 돌기(207b)가 형성되어 있다. 홈(207a) 및 돌기(207b)를 포함하는 단차를 따라 결합부재(206a, 206b)가 형성되어 있으며, 이웃한 반도체전극 기판의 결합시에 돌기(207b)가 홈(207a)에 안착된다. 상기와 같이 돌기(207b)가 홈(207a)에 안착되어 결합되면, 반도체전극 기판과 상대전극 기판의 결합 시에 반도체전극 기판의 이동이 발생하지 않아서 결합작업이 용이해지고, 기판간의 결합력도 강화될 수 있다. 상기에서 설명한 바와 같이 반도체전극을 전기적으로 연결시키면, 단위셀들이 병렬적으로 연결되어 하나의 단자를 통하여, 발생된 전기 에너지를 저장할 수 있게 된다.Referring to FIG. 3C, a
도 4는 단위셀들이 직렬적으로 연결된 염료감응 태양전지를 나타낸 것이다. 도 4의 (a)를 참조하면, 반도체전극 기판(201a, 201b)은 분리된 형태로 상대전극 기판(202)에 결합되어 있고, 상대전극 기판(202) 위에 형성된 상대전극(208a, 208b)은 분리되어 형성된 반도체전극 기판(201a, 201b)에 대응하도록 패터닝되어 있다. 상대전극들(208a, 208b)은 서로 전기적으로 분리되도록 패터닝되어 있다. 반도체전극(205a, 205b)과 상대전극(208a, 208b) 간의 전기적 연결은 도 3의 (b)를 이용하여 설명한다. 도 3의 (b)를 참조하면, 단위셀에 포함되는 상대전극(208a)은 연결부재(210)에 의하여 이웃한 단위셀의 반도체전극(205b)과 전기적으로 연결된다. 이와 같은 연결관계는 이웃한 단위셀에서 반복적으로 일어날 수 있고, 결과적으로 단위셀들이 직렬적으로 연결될 수 있는 것이다. 연결부재(210)는 반도체전극과 상대전극을 전기적으로 연결할 수 있도록 도전성 물질로 이루어져야 한다. 연결부재로는 실버페이스트와 같은 도전성 페이스트가 사용될 수 있으나, 다양한 방법으로 형성한 도전성 패턴으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 금속 페이스트를 스크린프린팅법에 의하여 형성하거나, 전기도금을 이용하여 형성하는 것도 가능하고, 기타 이 분야에서 공지된 다양한 방법이 사용될 수 있다. 연결부재(210)는 단위셀을 기준으로 실링재(209)의 바깥쪽으로 형성하는 것이 바람직하다. 실링재(209)는 반도체전극 기판과 상대전극 기판을 결합하고, 충진된 전해질의 누설을 방지하기 위해 형성되는데, 연결부재(210)가 실링재(209)의 바깥쪽으로 형성되면 연결부재(210)가 전해질과 접촉하지 않도록 하여 연결부재의 부식을 방지할 수 있다. 상기와 같이 단위셀들을 직렬연결시키면 발생되는 전기에너지의 전압을 높일 수 있으므로 다양한 목적으로 저장된 전기에너지를 사용하는데 유리하다. 4 illustrates a dye-sensitized solar cell in which unit cells are connected in series. Referring to FIG. 4A, the
본 발명의 일 구현예에 따르면, 염료감응 태양전지의 단위셀 중 일부는 병렬적으로 연결되고, 일부는 직렬로 연결될 수 있다. 이와 같은 복수 개의 단위 셀들을 직렬 및 병렬로 연결하여 모듈을 구성함으로써, 염료감응 태양전지의 에너지 밀도와 출력을 동시에 높일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, some of the unit cells of the dye-sensitized solar cell are connected in parallel, some may be connected in series. By connecting the plurality of unit cells in series and in parallel to form a module, it is possible to simultaneously increase the energy density and output of the dye-sensitized solar cell.
101, 102: 유리판
103: 염료감응 태양전지 모듈
201, 201a, 201b: 반도체전극 기판
202: 상대전극 기판;
203: 유리판
204: 반도체 물질층
205a, 205b: 투명도전층
206a, 206b: 결합부재
207a: 홈; 207b: 돌기
208a, 208b: 상대전극
209: 실링재; 210: 연결부재101, 102: glass plate
103: dye-sensitized solar cell module
201, 201a, 201b: semiconductor electrode substrate
202: counter electrode substrate;
203: glass plate
204: semiconductor material layer
205a and 205b: transparent conductive layer
206a, 206b: coupling member
207a: groove; 207b: turning
208a, 208b: counter electrode
209: sealing material; 210: connecting member
Claims (8)
상기 염료감응 태양전지의 반도체전극과 상대전극이 대향하도록 반도체전극 기판과 상대전극 기판이 결합되고, 상기 반도체전극과 상기 상대전극 사이의 공간에 전해질이 충진되어 있으며, 상기 반도체전극 기판은 복수 개로 분리되고 끝단부에 단차가 형성되어서 이웃한 반도체전극 기판과 중첩되어 결합될 수 있는 염료감응 태양전지를 포함하는 원반형 부표.(a) a disc-shaped upper case of transparent material, (b) a semi-circular lower case of transparent material, and (c) a disc-shaped solar cell including a dye-sensitized solar cell located on the inner surface of the upper case and the lower case. In the buoy,
The semiconductor electrode substrate and the counter electrode substrate are coupled so that the semiconductor electrode and the counter electrode of the dye-sensitized solar cell face each other, and an electrolyte is filled in the space between the semiconductor electrode and the counter electrode, and the semiconductor electrode substrate is separated into a plurality. And a dye-sensitized solar cell which is formed at a distal end thereof and overlaps with a neighboring semiconductor electrode substrate so as to be combined.
상기 원반형 부표는 상기 복수 개의 상부 체결공과 하부 체결공을 관통하며 상기 상부 케이스 및 상기 하부 케이스를 체결하는 체결 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지를 포함하는 원반형 부표.According to claim 1, wherein the upper case and the lower case, respectively, an upper assembly flange and a lower assembly flange is formed to protrude to the outer surface; The upper assembly flange and the lower assembly flange each include a plurality of upper fastening holes and a plurality of lower fastening holes;
The disk-shaped buoy includes a dye-sensitized solar cell, characterized in that it further comprises a fastening means for penetrating the upper and lower fastening holes and the upper case and the lower case.
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