KR20100026635A - 타일 - Google Patents

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KR20100026635A
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이풍현
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Abstract

타일이 제공된다.
본 발명에 따른 타일은 제 1 기판; 상기 제 1 기판에 대향하는 제 2 기판; 제 1 기판 및 제 2 기판 상에 각각 적층되며 상호 대향하는 제 1 전극 및 제 2 전극; 및 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 충진된 전해질을 구비하는 염료감응 태양전지 모듈; 및 상기 염료감응 태양전지의 제 2 기판상에 적층된 방수용 투명 코팅층을 포함하며, 종래의 옥외 환경에서 구동되는 염료감응 태양전지와는 달리 실내에서 실내광에 따라 구동되며, 염료 감응 태양전지에 따른 다양한 색상을 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 종래의 욕실 등에 사용되는 복수의 타일을 전기적으로 연결하므로, 실내광에 의한 효과적인 전력 생성이 가능하다.

Description

타일{Tile}
본 발명은 타일에 관한 것으로, 보다 상세하게는 염료 감응 태양전지에 의하여 다양한 색상을 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 종래의 욕실 등에 사용되는 복수의 타일을 전기적으로 연결하므로, 실내광에 의한 효과적인 전력 생성이 가능한 타일에 관한 것이다.
1971년 스위스 연방 기술원(EPFL) 화학과의 마이클 그랏젤 교수가 개발한 염료감응 태양전지(dye-sensitized solar cell)는 값싼 유기 염료와 나노 기술을 이용하여 저렴하면서도 고도의 에너지 효율을 갖도록 개발된 태양 전지로서,기존의 실리콘 태양전지에 비하여 제조단가가 저렴하고, 전극이 투명하여 건물 외벽 유리창이나 유리 온실 등에 응용이 가능하다는 장점이 있다.
종래의 염료감응 태양전지는 염료분자가 흡착된 나노 결정 산화물 필름이 코팅된 투명성의 전도성 전극과, 금속성 물질이 코팅된 전극 및 산화-환원의 기능을 수행하는 전해질로 구성된다. 상기 구성 중 염료분자가 흡착되는 나노 결정 산화물로서 TiO2를 주로 사용하는데, 상기 TiO2 박막은 나노 크기의 다공성 물질로 염료 분자가 흡착될 수 있는 결합 부위를 제공하고, 또한 염료 분자로부터 생성된 여기 전자를 전극으로 운송하는 역할을 수행하게 된다.
도 1은 현재 널리 사용되는 태양전지의 일반적인 구조를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 염료감응 태양전지는 제 1 전극(6)이 연결설치된 제 1 기판(2); 상기 제 1 기판(2)에 대향되는 타측에 연결설치되고 그 일측면에 상기 제 1 전극(2)에 대향되도록 제 2 전극(8)이 연결설치된 제 2 기판(4) 및 상기 제 1 기판(2) 및 제 2 기판(4) 사이에 충진된 전해질을 포함하는 구조를 갖는다.
하지만 종래의 염료 감응 태양전지의 응용 범위는 태양 전지라는 용어가 시사하는 바와 같이 태양광이 조사되는 장소에 국한되어 있으므로, 그 적용에 한계가 있었다. 특히 가혹한 옥외 환경에 놓여지는 경우 그 효율이 감쇄되고, 심한 경우 전지 자체의 손상이 발생하는 경우가 있다.
따라서 실내 공간에서도 전지로서 효과적으로 작동할 수 있는 염료감응 태양전지의 실내 응용에 대한 실질적인 방안이 절실한 상황이다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 실내에서 효과적으로 적용될 수 있는 염료감응 태양전지의 응용을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 제 1 기판; 상기 제 1 기판에 대향하는 제 2 기판; 제 1 기판 및 제 2 기판 상에 각각 적층되며 상호 대향하는 제 1 전극 및 제 2 전극; 및 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 충진된 전해질을 구비하는 염료감응 태양전지 모듈; 및 상기 염료감응 태양전지의 제 2 기판상에 적층된 방수용 투명 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 타일을 제공한다. 또한 상기 타일은 복수의 염료감응 태양전지 모듈을 포함하며,인접한 다른 타일과도 전기적으로 연결된다.
또한 상기 타일은 상기 염료감응 태양전지로부터 발생하는 전기를 외부로 연결하기 위한 전도성 부재를 포함하며, 상기 전도성 부재는 인접하는 다른 타일의 전도성 부재와 연결된다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에서 상기 염료감응 태양전지 모듈는 금속 그리드를 포함하며, 상기 전도성 부재는 상기 염료감응 태양전지의 금속 그리드로부터 연장된다. 또한 상기 전도성 부재는 상기 타일로부터 일 측 방향으로 소정 길이만큼 돌출되며, 상기 돌출된 전도성 부재는 인접한 또 다른 타일로 내삽된다.
본 발명에 따른 타일은 종래의 옥외 환경에서 구동되는 염료감응 태양전지와는 달리 실내에서 실내광에 따라 구동되며, 염료 감응 태양전지에 따른 다양한 색상을 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 종래의 욕실 등에 사용되는 복수의 타일을 전기적으로 연결하므로, 실내광에 의한 효과적인 전력 생성이 가능하다.
이하 도면 등을 이용하여 본 발명을 설명한다. 하지만 하기 도면 등에 의하여 설명되는 본 발명의 구성 등은 모두 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명은 하기 내용에 의하여 발명의 범위가 한정되거나 제한되지 않는다.
본 발명은 다양한 색을 나타낼 수 있는 염료감응 태양전지를 타일에 적용하는 데 기술적 사상이 있다. 특히 본 발명은 타일에 염료감응 태양전지를 사용하는 경우 욕실, 주방 등과 같이 복수의 타일이 사용되는 건축 공간에서 태양광이 아닌 실내광만으로도 상당한 수준의 전력을 생산할 수 있다는 점에 착안한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 제 1 기판; 상기 제 1 기판에 대향하는 제 2 기판; 제 1 기판 및 제 2 기판상에 각각 적층되며 상호 대향하는 제 1 전극 및 제 2 전극; 및 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 충진된 전해질을 구비하는 염료감응 태양전지 모듈을 직접 타일의 구성요소로 사용하며, 물 등으로부터 염료 감응 태양 전지 모듈을 보호하기 위하여 상기 태양 전지 모듈 상에 적층된 방수용 투명 코팅층을 포함하는 구조를 개시한다. 이때 상기 방수용 투명 코팅층은 염료 감응 태양전지를 보호하는 역할을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 외부 충격으로부터 염료 감응 태양전지를 물리적으로 보호하는 기능을 수행한다. 또한 개별적인 단위 타일의 방수 효과뿐만 아니라 복수의 단위 타일이 전기적으로 연결되는 경우 상기 전기적 연결을 안정되게 보호할 수 있다
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 타일의 단면도를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 타일에서는 염료 감응 태양전지 상에 적층된 방수용 코팅층이 적층된다. 이로써 물과의 접촉이 잦은 곳에서 타일로 사용되는 경우에도 우수한 전력 효율 및 안정성을 확보할 수 있는데, 상기 방수용 코팅층은 투명성을 나타내며, 방수, 방습성을 나타내는 한 어떠한 물질도 사용될 수 있으며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 타일은 태양전지의 단위 모듈을 하나 이상 포함할 수 있으며, 이때 상기 단위 모듈은 금속 그리드를 통하여 전기적으로 상호 연결될 수 있다. 여기에서 금속 그리드는 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에서 구비되며 태양전지 단위 모듈에서 발생한 전류가 외부로 흐르도록 하는 역할을 수행한다. 즉, 본 발명에 따른 타일에 구비된 태양전지 모듈은 염료에 의하여 생성된 전자들이 전도성 기판까지 이동한 후, 다시 저항성의 기판을 지나서 회로로 이동하게 되는데, 이후 회로를 통한 전자는 상대 전극으로 이동하여 다시 태양전지 내로 진입하게 된 다. 하지만, 이 경우 전도성 기판은 금속에 비하여 10 내지 100배의 표면저항을 가지므로, 상기 전자의 이동 중 상당한 전류 손실이 발생하게 되며, 따라서 이러한 문제를 해결하고자 상기 금속 그리드를 전자 이동 경로로 제공하여 전자들이 보다 효과적으로 회로로 이동할 수 있게 함으로써 전지의 효율을 향상시킨다.
도 3은 금속 그리드를 포함하는 염료감응 태양전지의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 염료감응 태양전지 모듈은 제 1 전극(46)이 연결설치된 제 1 기판(42); 상기 제 1 기판(42)에 대향되는 타측에 연결설치되고 그 일측면에 상기 제 1 전극(42)에 대향되도록 제 2 전극(48)이 연결설치된 제 2 기판(44) 및 상기 제 1 기판(42) 및 제 2 기판(44) 사이에 충진된 전해질을 포함하는 단위 태양전지를 적어도 하나 이상 포함한다. 특히, 본 발명에 따른 타일은 염료감응 태양전지 모듈을 적어도 하나 이상 포함하며, 상기 모듈은 금속 그리드(410)를 통하여 상호 연결된다.
특히 본 발명은 상기 금속 그리드를 이용하여 단위 타일들을 전기적으로 연결하여 타일의 전력 생산 효율을 극대화하는 데, 이하 도면을 이용하여 이를 상세히 설명한다.
도 4는 금속 그리드가 배열된 염료감응 태양전지를 나타내는 평면도이다.
도 4를 참조하면, 종래 염료감응 태양전지 모듈을 구성하는 각 단위 태양전지(즉, 단위 모듈)는 그리드(410)를 통하여 X축 방향으로 상호 직렬연결되는 것을 알 수 있으며, 직렬로 이동하는 전류는 하나의 단자를 통하여 외부 회로와 연결된다.
특히, 타일의 경우 발생한 전류를 외부로 인가하는 것이 매우 중요한데, 본 발명은 이를 위하여 상기 단위 모듈의 금속 그리드와 공통으로 연결된 전도성 부재, 예를 들면 금속 부재를 전류의 외부 인가 통로로 제공한다. 즉, 단위 타일 내 모듈 각각의 금속 그리드를 전도성 부재에 공통으로 연결시킨 후 상기 전도성 부재를 연장하여 타일의 일 측으로부터 돌출시키는 구성을 제공한다.
이하 상기 구성을 도면 등을 이용하여 보다 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 일 실시예의 타일에서 개시된 염료감응 태양전지의 평면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 타일은 복수의 염료감응 태양전지 모듈을 포함하며 각 모듈에서 연장되는 금속 그리드(510)는 전도성 부재(520)에 공통적으로 연결되며, 상기 전도성 부재는 상기 단위 타일의 일 측 방향으로 연장되어 외부로 일정 간격으로 돌출된다. 즉, 상기 전도성 부재는 주변에 인접하는 타일들과 상기 타일을 전기적으로 연결하는 역할을 수행하는, 일종의 전기적 연결 부재로 기능하게 된다.
또한 상기 구성의 효과 중 하나는 상기 전도성 부재의 연결이 유지되는 한 태양전지의 단위 모듈에서 발생한 기능 이상에도 불구하고 전체 타일에 의한 전력 생산이 지속적으로 유지될 수 있는 점이다. 즉, 상기 전도성 부재는 염료감응 태양전지 모듈의 병렬적 연결을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 일 실시예에서 이를 위하여 본 발명에 따른 타일에서 외부로 돌출된 상기 금속 그리드는 옆에 인접하는 타일로 내삽되어 인접한 타일과 전기적 으로 연결될 수 있다. 이로써 상기 타일이 욕실 등에 사용되는 경우에도 물에 직접 금속부재가 접촉되지 않게 할 수 있으며, 더 나아가 타일 간의 결합성도 향상된다. 또한, 방수성을 개선하기 위하여 전술한 방수성 투명 코팅층인 단위 타일 간의 경계선 상에도 적층될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 타일이 복수 개 연결된 태양을 나타내는 사시도이다.
도 6을 참조하면, 각 단위 타일은 단위 모듈의 금속 그리드와 연결된 금속 부재에 의하여 상호 연결된다. 이로써 복수의 단위 타일은 생성된 전류를 전도성 부재를 통하여 외부 회로에 인가하게 된다. 상기 단위 타일의 금속부재는 사용되는 장소에 따라 다양한 형태 및 물질로 구성될 수 있으며, 단위 타일을 전기적으로 연결시키는 한 모두 본 발명의 범위에 속한다.
상기 단위 타일들은 실내광에서도 충분한 전류를 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 염료에 의하여 일정한 색상을 띠게 되므로 건물의 옥내 구조에 효과적으로 사용될 수 있다. 특히 욕실이나 부엌의 경우에도 매우 효과적일 수 있는데, 예를 들면 사용자가 욕실에 입실하면서 실내등을 온 시키는 경우 상기 실내등에 의하여 발광되는 빛은 욕실 벽면에 부착된 타일로 입사되어 전류를 생성시키게 된다. 이후 상기 생성된 전류를 전기적으로 연결된 단위 타일을 통하여 외부 회로로 인가되어 환풍기 등을 직접 구동시킬 수 있다.
하지만 상기 응용예는 모두 본 발명에 따른 다양한 응용예 중 하나이며, 복 수의 타일을 상호 연결하여 전류를 생성시킬 수 있는 한 어떠한 구성도 모두 본 발명에 속한다.
도 1은 현재 널리 사용되는 태양전지의 일반적인 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 타일의 단면도이다.
도 3은 금속 그리드를 포함하는 염료감응 태양전지의 단면도이다.
도 4는 금속 그리드가 배열된 염료감응 태양전지를 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 일 실시예의 타일에서 개시된 염료감응 태양전지의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 타일이 복수 개 연결된 태양을 나타내는 사시도이다.

Claims (6)

  1. 제 1 기판; 상기 제 1 기판에 대향하는 제 2 기판; 제 1 기판 및 제 2 기판 상에 각각 적층되며 상호 대향하는 제 1 전극 및 제 2 전극; 및 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 충진된 전해질을 구비하는 염료감응 태양전지 모듈; 및
    상기 염료감응 태양전지의 제 2 기판상에 적층된 방수용 투명 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 타일.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 타일은 복수의 염료감응 태양전지 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 타일.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 타일은 인접한 다른 타일과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 타일.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 타일은 상기 염료감응 태양전지로부터 발생하는 전기를 연결하기 위한 전도성 부재를 포함하며, 인접하는 타일의 전도성 부재와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 타일.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 염료감응 태양전지는 금속 그리드를 포함하며, 상기 전도성 부재는 상기 염료감응 태양전지의 금속 그리드로부터 연장되는 것을 특징으로 하는 타일.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 전도성 부재는 상기 타일의 일 측 방향에 대하여 소정 길이만큼 돌출되며, 상기 돌출된 전도성 부재는 인접한 또 다른 타일로 내삽되는 것을 특징으로 하는 타일.
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