KR101531604B1 - 태양광 발전을 위한 나노 안테나 장치 - Google Patents

태양광 발전을 위한 나노 안테나 장치 Download PDF

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장재은
최지웅
최지환
최홍수
신정희
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재단법인대구경북과학기술원
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Abstract

발명은 안테나 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가시광선 영역의 파장의 빛 에너지뿐만 아니라, 적외선과 같은 장파장의 빛에너지를 흡수할 수 있어 낮에는 빛에너지의 다양한 영역대의 파장을 흡수하여 전력을 생산하며, 밤에는 적외선과 같은 장파장의 빛에너지를 흡수하여 전력생산이 가능한 태양광 발전을 위한 안테나 장치에 관한 것이다.

Description

태양광 발전을 위한 나노 안테나 장치{Nano-antenna apparatus for photovoltaic power generation}
본 발명은 안테나 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가시광선 영역의 파장의 빛 에너지뿐만 아니라, 적외선과 같은 장파장의 빛에너지를 흡수할 수 있어 낮에는 빛에너지의 다양한 영역대의 파장을 흡수하여 전력을 생산하며, 밤에는 적외선과 같은 장파장의 빛에너지를 흡수하여 전력생산이 가능한 태양광 발전을 위한 안테나 장치에 관한 것이다.
앞으로의 전세계적 에너지 소모는 약 50% 이상 증가할 것으로 예측하고 있다. 현재 에너지 생산의 대부분은 오일，에탄올, 천연가스, 화석과 같은 연료 소모가 대부분을 차지하고 있다. 또한 이러한 화석 연소에 의한 CO2 방출도 예상된다. 그러나 계속되는 오일 및 가스 가격 증가에도 불구하고，다가오는 2030 년에도 전세계 에너지 의 불과 10% 정도만이 수력발전， 태양，풍력, 지질열수，바이오매스 연료와 같은 재생 에너지가 사용될 것으로 예측된다.
많은 잠재적인 재생 에너지 기술 가운데，고체상 소자 형태의 태양전지의 경우 태양으로부터의 빛 에너지가 보다 실용적인 전기 에너지 형태로 전환된다. 특히 나노 스케일 차원의 물질에 대한 흥미는 점차 증가해 왔다. 인간이 사용하는 모든 기계와 장치에는 전기가 사용되기 때문에，많은 에너지 전환과정의 실용적인 마지막 생성물은 전기 에너지라고 할 수 있다.
하지만 태양열을 이용한 에너지 재생 기술은 많은 가변 변수가 존재한다. 기본적으로 밤과 낮에 있어 낮에는 충분한 에너지를 확보할 수 있지만 밤에는 소비만 하게 된다. 또한 기후의 조건에 따라 태양열이 강한 시점에는 좋은 에너지원이 되지만 비가 오거나 눈이 오면 그 효율이 약화되며, 생산되는 에너지 역시 늘 가변성을 갖고 있다. 또한 태양은 항시 동쪽에서 서쪽으로 이동을 함으로서 최적 에너지 수집이 어려운 부분까지 존재한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 발명자들은 자외선 및 가시광선의 영역뿐만 아니라, 적외선 영역의 파장을 동시에 흡수 가능한 태양광 발전을 위한 나노 안테나 장치를 제안한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 가시광선 영역의 파장의 빛 에너지뿐만 아니라, 적외선과 같은 장파장의 빛 에너지를 흡수 가능한 태양광 발전을 위한 나노 안테나 장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 태양광을 포집하여 전력을 생산하는 나노 안테나 구조에 있어서, 상기 태양광의 자외선 및 가시광선 영역 중 어느 하나 이상의 파장을 커플링(coupling)할 수 있는 적어도 하나 이상의 단파장 안테나부, 상기 태양광의 적외선 영역의 파장을 커플링(coupling)할 수 있는 적어도 하나 이상의 장파장 안테나부 및 상기 단파장 안테나 및 장파장 안테나에서 발생된 전력을 직류전력으로 바꾸기 위한 정류기;를 포함하는 태양광 발전을 위한 나노 안테나 장치를 제공한다.
상기 단파장 안테나부 및 장파장 안테나부는, 나노 사이즈의 와이어, 튜브 또는 빔 형상을 가지되, 안테나기판으로부터 수직적 구조 또는 수평적 구조로 마련되는 적어도 하나 이상의 안테나부재 및 상기 안테나부재에서 생산된 전력을 상기 정류기로 전송하기 위한 적어도 하나 이상의 안테나기판을 더 포함할 수 있다.
상기 안테나부재는, 커플링(coupling) 대상의 파장에 따라 길이가 다를 수 있다.
상기 안테나부재는, 모노폴(monopole) 안테나, 다이폴(dipole) 안테나 및 스파이럴(spiral) 안테나 중 어느 하나일 수 있다.
상기 안테나부재는, 금속(metal), 반도체, 탄소나노튜브, 그래핀(Graphene), 카본화합물 및 산화물, 절연물질 및 이들의 복합체들 중 어느 하나일 수 있다.
태양광을 파장에 따라 분리하기 위한 파장분리막 및 상기 파장분리막에서 분리된 파장을 각각의 초점에 집중시키기 위한 반사체를 더 포함할 수 있다.
상기 파장분리막 및 상기 반사체는, 파라볼라 반사경(parabolic reflector) 형태일 수 있다.
상기 정류기는, 상기 단파장 안테나부 및 상기 장파장 안테나부에서 생산된 초고주파 전력을 정류할 수 있는 정류소자일 수 있다.
상기 정류기는, 터널링(tunneling) 효과를 이용한 다이오드 또는 트랜지스터로 형성될 수 있다.
또한 본 발명은, 상기 단파장 안테나부 및 장파장 안테나부를 포함하는 전자기기를 제공한다.
상기 전자기기는, 초고속 전자 스위치, 초고속 CPU, 메모리, 광셔터, 야간 발전용 전지, 적외선 감지장치 및 전하결합소자(CCD)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 서로 다른 길이를 가진 나노안테나 구조를 다수 사용하여 다양한 파장대의 주파수를 흡수하여 이를 통해 전력을 생산할 수 있다.
다양한 파장대의 주파수의 흡수가 가능하여 낮에는 자외선, 가시광선 및 적외선을 모두 흡수하여 전력의 생산이 가능하며, 태양광이 비교적 적은 밤이나 흐린날의 경우 적외선을 흡수하여 전력의 생산이 가능하므로, 안정적인 전력생산이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전을 위한 나노 안테나 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예인 각각의 전송선로에 수평적 구조로 형성된 안테나부재가 형성된 다이폴 구조의 태양광 발전을 위한 나노 안테나 장치의 안테나 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예인 하나의 전송선로에 서로 다른 길이를 가진 다수의 안테나부재가 수평적 구조로 형성된 다이폴 구조의 태양광 발전을 위한 나노 안테나 장치의 안테나 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예인 하나의 전송선로에 길이가 같은 다수의 안테나부재가 수평적 구조로 형성된 안테나부가 안테나부재의 길이 별로 3개가 형성된 다이폴 구조의 태양광 발전을 위한 나노 안테나 장치의 안테나 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예인 각각의 전송선로에 수직적 구조로 형성된 안테나부재가 형성된 모노폴 구조의 태양광 발전을 위한 나노 안테나 장치의 안테나 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예인 하나의 전송선로에 서로 다른 길이를 가진 다수의 안테나부재가 수직적 구조로 형성된 모노폴 구조의 태양광 발전을 위한 나노 안테나 장치의 안테나 구조를 도시한 도면이다.
도 7는 본 발명의 일실시예인 하나의 전송선로에 길이가 같은 다수의 안테나부재가 수직적 구조로 형성된 안테나부가 안테나부재의 길이 별로 형성된 모노폴 구조의 태양광 발전을 위한 나노 안테나 장치의 안테나 구조를 도시한 도면이다.
도 8는 본 발명의 일실시예인 각각의 전송선로에 수평적 구조 및 수직적 구조로 형성된 안테나부재가 형성된 다이폴, 모노폴 복합 안테나 구조의 태양광 발전을 위한 나노 안테나 장치의 안테나 구조를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 파라볼라 반사판을 구비한 태양광 발전을 위한 나노 안테나 장치의 안테나 구조를 도시한 도면이다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 행태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 실시 예는 당 업계의 평균적인 지식을 갖는 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공된 것이다. 도면에서 안테나, 장비 또는 건물은 명세서의 명확성을 위하여 과장되거나 형태를 달리하여 나타낸 것이다.
본 발명은, 태양광을 포집하여 전력을 생산하는 나노 안테나 구조에 있어서, 상기 태양광의 자외선 및 가시광선 영역 중 어느 하나 이상의 파장을 커플링(coupling)할 수 있는 적어도 하나 이상의 단파장 안테나부, 상기 태양광의 적외선 영역의 파장을 커플링(coupling)할 수 있는 적어도 하나 이상의 장파장 안테나부 및 상기 단파장 안테나 및 장파장 안테나에서 발생된 전력을 직류전력으로 바꾸기 위한 정류기를 포함하는 태양광 발전을 위한 나노 안테나 장치를 제공한다.
먼저, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 살펴보기에 앞서, 본 발명의 전반적인 내용에 대하여 살펴보기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전을 위한 나노 안테나 장치의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 태양광 발전을 위한 나노 안테나 장치는 단파장 안테나부(100), 장파장 안테나부(200) 및 정류기(300)를 포함할 수 있다.
단파장 안테나부(100)는 태양광의 비교적 짧은 파장인 자외선(약 100~380nm) 및 가시광선(약 380~780nm)의 영역과 커플링(coupling) 효율이 좋은 나노 안테나 구조이며, 적어도 하나 이상의 단파장 안테나부(100)가 구비될 수 있다. 적어도 하나 이상의 단파장 안테나부(100)로 구성될 경우, 다양한 파장대의 태양광을 고르게 흡수할 수 있으므로 단파장 안테나부(100)는 적어도 하나 이상으로 구성되는 것이 바람직하다.
이를 위해, 단파장 안테나부(100)는 나노 사이즈의 와이어, 튜브 또는 빔 형상을 가지되, 안테나기판으로부터 수직 또는 수평하게 마련되는 적어도 하나 이상의 안테나부재(110) 및 상기 안테나부재에서 생산된 전력을 상기 정류기로 전송하기 위한 적어도 하나 이상의 전송선로(120)를 포함할 수 있다. 단파장 안테나부(100)의 안테나부재(110)는 태양광의 비교적 짧은 파장인 자외선(약 100~380nm) 및 가시광선(약 380~780nm)을 흡수하기 위하여 장파장 안테나부(200)의 안테나부재(210)에 비하여 비교적 짧게 형성되는 것이 바람직하다.
장파장 안테나부(200)는 태양광의 비교적 긴 파장인 적외선(약 750nm 이상) 의 영역과 커플링(coupling) 효율이 좋은 나노 안테나 구조이며, 적어도 하나 이상의 장파장 안테나부(200)가 구비될 수 있다. 적어도 하나 이상의 장파장 안테나부(200)로 구성될 경우, 다양한 파장대의 태양광을 고르게 흡수할 수 있으므로 장파장 안테나부(200)는 적어도 하나 이상으로 구성되는 것이 바람직하다.
이를 위해, 장파장 안테나부(200)는 나노 사이즈의 와이어, 튜브 또는 빔 형상을 가지되, 안테나기판으로부터 수직 또는 수평하게 마련되는 적어도 하나 이상의 안테나부재(210) 및 상기 안테나부재에서 생산된 전력을 상기 정류기로 전송하기 위한 적어도 하나 이상의 전송선로(220)를 포함할 수 있다. 장파장 안테나부(200)의 안테나부재(210)는 태양광의 비교적 긴 파장인 적외선(약 750nm 이상)을 흡수하기 위하여 단파장 안테나부(100)의 안테나부재(110)에 비하여 비교적 길게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 안테나부재(110, 210)는 이미 알려진 다양한 안테나 구조가 사용될 수 있으며, 예를 들어, 모노폴(monopole) 안테나, 다이폴(dipole) 안테나 및 스파이럴(spiral) 안테나 구조일 수 있다.
또한, 상기 안테나부재(110, 210)는 금속(metal), 반도체, 탄소나노튜브, 그래핀(Graphene), 카본화합물 및 산화물, 절연물질 및 이들의 복합체 재질로 형성될 수 있다.
질소, 산소 등의 2원자분자 가스는 적외복사(infrared radiation)를 흡수하거나 복사하지 못하지만, 3원자분자 가스인 수증기, 이산화탄소, 오존 등은 대기 중에서 적외복사(infrared radiation)의 일부를 잘 흡수하고 복사하며, 적외선은 태양복사에너지의 약 49%를 차지한다. 따라서, 상기 단파장 안테나부(100) 및 장파장 안테나부(200)는 태양광이 비교적 많은 낮의 경우, 단파장 안테나부(100)에 의해 자외선(약 100~380nm) 및 가시광선(약 380~780nm) 영역의 태양광을 흡수할 뿐만 아니라 장파장 안테나부(200)에 의해 적외선(약 750nm 이상)을 흡수하며, 태양광이 비교적 적은 밤이나 흐린 날의 경우, 장파장 안테나부(200)에 의해 적외선(약 750nm 이상)을 흡수할 수 있다.
상기 단파장 안테나부(100) 및 장파장 안테나부(200)는 대상이 되는 태양광주파수를 흡수하여 전력을 발생시킬 수 있으며, 이때 상기 전력은 교류(AC)전력이 발생될 수 있다.
정류기(300)는 상기 단파장 안테나부(100) 및 장파장 안테나부(200)에서 생산된 교류(AC)전력을 직류형태의 전기에너지로 변환하기 위하여, 터널링(tunneling) 효과를 이용한 다이오드 또는 트랜지스터로 형성되어 초고주파에서 작동할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 상기 단파장 안테나부(100) 및 장파장 안테나부(200)에서 발생되는 교류(AC)전력은 일반적인 고주파 전력에 비해 더욱 높은 주파수를 가지므로 초고주파에서 작동할 수 있어야 한다. 상기 정류기(300)에서 직류형태의 전기에너지로 변환되어 저장될 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적인 실시예를 통해 더욱 상세히 설명한다. 하기 실시예들은 본 발명을 예시하기 위하여 제시되는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다.
또한, 하기에 설명되는 제 1 실시예 내지 제 3 실시예는 전송선로가 이루는 평면과 수평한 평면으로 안테나부재가 형성되는 2차원적 "수평적 구조"이며, 제 4 실시예 내지 제 6 실시예는 전송선로가 이루는 평면과 수직하게 형성되는 3차원적 "수직적 구조"이다.
<제 1 실시예>
도 2는 각각의 전송선로와 수평적 구조로 형성된 안테나부재가 구비된 다이폴 구조의 태양광 발전을 위한 나노 안테나 장치의 안테나 구조를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 하나의 전송선로와 하나의 안테나부재가 수평적구조 내에서 수직으로 각각 결합된 형태로, 단파장 안테나부(100)는 안테나부재(111)과 전송선로(121)가 수평적구조 내에서 수직으로 결합되어 있으며, 안테나부재(112)과 전송선로(122)가 수평적 구조 내에서 수직으로 결합되어 있으며, 안테나부재(113)과 전송선로(123)가 수평적 구조 내에서 수직으로 결합되어 있다. 또한, 장파장 안테나부(200)는 안테나부재(211)과 전송선로(221)가 수평적 구조 내에서 수직으로 결합되어 있다. 또한, 도 2는 다이폴 안테나 구조로 형성되기 위하여 단파장 안테나부(100) 및 장파장 안테나부(200)는 서로 대칭으로 형성된 안테나부재(111', 112', 113', 211') 및 전송선로(121', 122', 123', 221')가 구비된다.
<제 2 실시예>
도 3은 하나의 전송선로와 수평적 구조로 형성된 서로 다른 길이를 가진 다수의 안테나부재가 구비된 다이폴 구조의 태양광 발전을 위한 나노 안테나 장치의 안테나 구조를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 하나의 전송선로에 서로 다른 길이를 가진 다수의 안테나부재가 결합된 형태로, 전송선로(121)에 수평적구조 내에서 수직으로 결합되어 서로 이격된 안테나부재(111, 112, 113, 211)가 구비된다. 또한, 도 3은 다이폴 안테나 구조로 형성되기 위하여 이와 대칭된 형태인 전송선로(121') 및 안테나부재(111', 112', 113', 211')가 구비된다. 이때, 상기 안테나부재(111, 112, 113, 111', 112', 113')는 자외선 및 가시광선을 흡수할 수 있으며, 상기 안테나부재(211, 211')는 적외선을 흡수하도록 형성될 수 있다.
<제 3 실시예>
도 4는 하나의 전송선로와 수평적 구조로 형성된 길이가 같은 다수의 안테나부재가 구비되며, 상기 안테나부가 안테나부재의 길이 별로 3개가 형성된 다이폴 구조의 태양광 발전을 위한 나노 안테나 장치의 안테나 구조를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 제 1 단파장 안테나부(101)는 하나의 전송선로(121)에 다수의 안테나부재(111)가 서로 이격되어 수평적구조 내에서 수직으로 형성되며, 이를 다이폴 안테나 구조로 형성하기 위하여 대칭 형성된 전송선로(121') 및 다수의 안테나부재(111')로 형성된다. 또한, 제 2 단파장 안테나부(102)는 하나의 전송선로(122)에 다수의 안테나부재(112)가 서로 이격되어 수평적구조 내에서 수직으로 형성되며, 이를 다이폴 안테나 구조로 형성하기 위하여 대칭 형성된 전송선로(122') 및 다수의 안테나부재(112')가 형성된다. 그리고 또한, 장파장 안테나부(200)는 하나의 전송선로(221)에 다수의 안테나부재(211)가 서로 이격되어 수평적구조 내에서 수직으로 형성되며, 이를 다이폴 안테나 구조로 형성하기 위하여 대칭 형성된 전송선로(221') 및 다수의 안테나부재(211')가 형성된다.
<제 4 실시예>
도 5는 각각의 전송선로에 수직적 구조로 형성된 안테나부재가 구비된 모노폴 구조의 태양광 발전을 위한 나노 안테나 장치의 안테나 구조를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 하나의 전송선로가 이루는 평면과 수직하게 형성된 수직적 구조로 형성된 하나의 안테나부재가 각각 결합된 형태로, 단파장 안테나부(100)는 안테나부재(111)과 전송선로(121)가 수직적 구조로 결합되어 있으며, 안테나부재(112)과 전송선로(122)가 수직적 구조로 결합되어 있으며, 안테나부재(113)과 전송선로(123)가 수직적 구조로 결합되어 있다. 또한, 장파장 안테나부(200)는 안테나부재(211)와 전송선로(221)가 수직적 구조로 결합되어 있다. 제 4 실시예는 모노폴 안테나 구조이며, 보다 높은 효율을 나타내기 위하여 단파장 안테나부(100) 및 장파장 안테나부(200)는 서로 대칭으로 형성된 안테나부재(111', 112', 113', 211') 및 전송선로(121', 122', 123', 221')가 구비된다.
<제 5 실시예>
도 6은 본 발명의 일실시예인 하나의 전송선로와 수직적 구조로 형성된 서로 다른 길이를 가진 다수의 안테나부재가 구비된 모노폴 구조의 태양광 발전을 위한 나노 안테나 장치의 안테나 구조를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 하나의 전송선로에 서로 다른 길이를 가진 다수의 안테나부재가 결합된 형태로, 전송선로(121)가 이루는 평면과 수직하게 형성된 수직적 구조로 결합되어 서로 이격되어 형성된 안테나부재(111, 112, 113, 211)가 구비된다. 또한, 제 5 실시예는 모노폴 안테나 구조이며, 보다 높은 효율을 나타내기 위하여 이와 대칭된 형태인 전송선로(121') 및 안테나부재(111', 112', 113', 211')가 구비된다. 이때, 상기 안테나부재(111, 112, 113, 111', 112', 113')는 자외선 및 가시광선을 흡수할 수 있으며, 상기 안테나부재(211, 211')는 적외선을 흡수하도록 형성될 수 있다.
<제 6 실시예>
도 7는 하나의 전송선로와 수직적 구조로 형성된 길이가 같은 다수의 안테나부재가 구비되며, 상기 안테나부가 안테나부재의 길이 별로 형성된 모노폴 구조의 태양광 발전을 위한 나노 안테나 장치의 안테나 구조를 도시한 도면이다.
제 1 단파장 안테나부(101)는 하나의 전송선로(121)에 다수의 안테나부재(111)가 서로 이격되어 수직적 구조로 형성되며, 제 2 단파장 안테나부(102)는 하나의 전송선로(122)에 다수의 안테나부재(112)가 서로 이격되어 수직적 구조로 형성되고, 제 3 단파장 안테나부(103)는 하나의 전송선로(123)에 다수의 안테나부재(113)가 서로 이격되어 수직적 구조로 형성된다. 또한, 장파장 안테나부(200)는 하나의 전송선로(221)에 다수의 안테나부재(211)가 서로 이격되어 수직적 구조로 형성된다. 또한, 제 6 실시예는 모노폴 안테나 구조이며, 보다 높은 효율을 나타내기 위하여 이와 대칭된 형태인 전송선로 및 안테나부재가 구비된다.
<제 7 실시예>
도 8는 본 발명의 일실시예인 각각의 전송선로에 수평적 구조 및 수직적 구조로 형성된 안테나부재가 형성된 다이폴, 모노폴 복합 구조의 태양광 발전을 위한 나노 안테나 장치의 안테나 구조를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 하나의 전송선로에 수직적 구조로 형성된 제 1 안테나부재 및 상기 제 1 안테나 부재와 수직적 구조로 형성되며 상기 전송선로와 평행한 평명에 형성되는 제 2 안테나부재가 구비된다. 제 1 단파장 안테나부(101)는 하나의 전송선로(121)에 수직적 구조로 형성된 제 1 안테나부재(111a)가 구비되며, 상기 안테나부재(111a)의 끝단에 수직적 구조로 형성되며, 전송선로(121)와 평행한 평명에 형성되는 제 2 안테나부재(111b)가 형성된다. 제 2 단파장 안테나부(102)는 하나의 전송선로(122)에 수직적 구조로 형성된 안테나부재(112a)가 구비되며, 상기 안테나부재(112a)의 끝단에 수직적 구조로 형성되며, 전송선로(122)와 평행한 평명에 형성되는 제 2 안테나부재(112b)가 형성된다. 제 3 단파장 안테나부(103)는 하나의 전송선로(123)에 수직적 구조로 형성된 안테나부재(113a)가 구비되며, 상기 안테나부재(113a)의 끝단에 수직적 구조로 형성되며, 전송선로(123)와 평행한 평명에 형성되는 제 2 안테나부재(113b)가 형성된다. 장파장 안테나부(200)는 하나의 전송선로(221)에 수직적 구조로 형성된 안테나부재(211a)가 구비되며, 상기 안테나부재(211a)의 끝단에 수직적 구조로 형성되며, 전송선로(221)와 평행한 평명에 형성되는 제 2 안테나부재 (211b)가 형성된다. 제 7 실시예는 모노폴, 다이폴 복합 안테나구조를 위하여 이와 대칭된 형태인 전송선로 및 안테나부재가 구비된다.
<제 8 실시예>
도 9는 파라볼라 반사판을 구비한 태양광 발전을 위한 나노 안테나 장치의 안테나 구조를 도시한 도면이다.
입사된 태양광을 하나의 지점으로 집중시키기 위한 파라볼라 반사경(parabolic reflector) 형태의 반사판(400)이 구비되며, 각각의 파장대별로 집중되는 지점을 변화시키기 위한 파장분리막(500)이 상기 반사판(400)상에 코팅되어 형성된다. 단파장 안테나부(100) 및 장파장 안테나부(200)은 상기 입사된 태양광이 집중될 수 있는 지점에 설치되는 것이 바람직하다. 파장분리막(500)에 의해 분리되어 자외선 및 가시광선은 단파장 안테나부(100)에 집중될 수 있으며, 적외선은 장파장 안테나부(200)에 집중될 수 있다. 상기와 같은 구성은 더욱 넓은 면적의 태양광을 집광시켜 더욱 뛰어난 효율을 가질 수 있다.
상기와 같은 구성을 통해 자외선 및 가시광선뿐만 아니라 적외선을 흡수하여 전력을 생산할 수 있으며, 이를 통해 초고속 전자 스위치, 초고속 CPU, 메모리, 광셔터, 야간 발전용 전지, 적외선 감지장치 및 전하결합소자(CCD)를 포함하는 전자기기의 응용도 가능할 수 있다.
100: 단파장 안테나부
200: 장파장 안테나부
300: 정류기
111, 112, 113, 211: 안테나부재
111', 112', 113', 211' 안테나부재
121, 122, 123, 221: 전송선로
121', 122', 123', 221' 전송선로

Claims (11)

  1. 태양광을 포집하여 전력을 생산하는 나노 안테나 구조에 있어서,
    상기 태양광의 자외선 및 가시광선 영역 중 어느 하나 이상의 파장을 커플링(coupling)할 수 있는 적어도 하나 이상의 단파장 안테나부;
    상기 태양광의 적외선 영역의 파장을 커플링(coupling)할 수 있는 적어도 하나 이상의 장파장 안테나부;
    상기 단파장 안테나 및 장파장 안테나에서 발생된 전력을 직류전력으로 바꾸기 위한 정류기; 및
    상기 태양광을 파장에 따라 분리하기 위한 파장 분리막; 및
    상기 파장 분리막에서 분리된 파장을 각각의 초점에 집중시키기 위한 반사체
    를 포함하는 태양광 발전을 위한 나노 안테나 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 단파장 안테나부 및 장파장 안테나부는,
    나노 사이즈의 와이어, 튜브 또는 빔 형상을 가지되, 안테나기판으로부터 수직적 구조 또는 수평적 구조로 마련되는 적어도 하나 이상의 안테나부재; 및
    상기 안테나부재에서 생산된 전력을 상기 정류기로 전송하기 위한 적어도 하나 이상의 전송선로;를 더 포함하는 태양광 발전을 위한 나노 안테나 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 안테나부재는,
    커플링(coupling) 대상의 파장에 따라 길이가 다른 것을 특징으로 하는 태양광 발전을 위한 나노 안테나 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 안테나부재는,
    모노폴(monopole) 안테나, 다이폴(dipole) 안테나 및 스파이럴(spiral) 안테나 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 태양광 발전을 위한 나노 안테나 장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 안테나부재는,
    금속(metal), 반도체, 탄소나노튜브, 그래핀(Graphene), 카본화합물 및 산화물, 절연물질 및 이들의 복합체들 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 태양광 발전을 위한 나노 안테나 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 파장분리막 및 상기 반사체는,
    파라볼라 반사경(parabolic reflector) 형태인 태양광 발전을 위한 나노 안테나 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 정류기는,
    상기 단파장 안테나부 및 상기 장파장 안테나부에서 생산된 초고주파 전력을 정류할 수 있는 정류소자인 것을 특징으로 하는 태양광 발전을 위한 나노 안테나 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 정류기는,
    터널링(tunneling) 효과를 이용한 다이오드 또는 트랜지스터로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전을 위한 나노 안테나 장치.
  10. 제1항 내지 제5항, 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항의 나노 안테나 장치를 포함하는 전자기기.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 전자기기는,
    초고속 전자 스위치, 초고속 CPU, 메모리, 광셔터, 야간 발전용 전지, 적외선 감지장치 및 전하결합소자(CCD)를 포함하는 전자기기.
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KR20140018188A (ko) * 2010-12-20 2014-02-12 사이텍 어소시에이츠 홀딩스, 인크. 광학 주파수 정류기를 위한 방법 및 장치

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