▲ 고두현 박사와 스마트 원리 모식도.

자동으로 밤에는 빛을 차단하고 아침에는 투명해지는 진화된 스마트 윈도우가 개발됐다.

한국과학기술연구원(원장 이병권) 광전융합시스템연구단 고두현 박사는 영국과 공동연구를 통해 자외선 유무에 따라 자동으로 가시광선을 개방·차폐할 수 있는 소재를 개발하고, 이를 태양전지와 결합해 스마트 윈도우를 개발했다고 22일 밝혔다.

태양빛에 반응해 자동으로 투과도가 변하는 이 창은 창호형 태양전지와 연동해 자동으로 전력도 생산할 수 있다. 향후 건물 창문이나 자동차 유리, 썬루프 등 다양한 곳에 활용할 수 있을 전망이다.

연구팀은 분자구조가 나선형(helix)인 액정과 아조 벤젠계(Azo Benezene) 화합물을 혼합해 새로운 형태의 액정을 만들었다. 아조 벤젠계 화합물은 빛을 만나면 분자 구조가 변하는 특성이 있어 빛의 유무에 따라 액정의 나선주기를 조절할 수 있다. 이렇게 만들어진 액정 양면에 각각 2개의 편광판을 부착한 것이 스마트 윈도우다.

빛이 없는 환경에서 액정의 분자들은 매우 짧은 나선 주기를 가지게 되고 반대의 경우는 나선주기가 길어진다. 짧은 주기의 경우는 위쪽 편광판을 통해 들어온 빛의 편광상태가 변화되지 않고 아래 편광판에 의해 차단된다. 그러나 나선 주기가 길어진 경우에는 빛의 편광 상태가 변화되는데 이렇게 들어온 빛은 아래 편광판을 투과해 실내로 들어오는 것이다.

연구팀은 제작된 액정을 창호형 태양전지와 연동해, 태양전지가 투과되는 빛을 이용해 전력을 생산할 수 있도록 했다. 개발한 액정 나선의 주기에 따라 투과되는 빛의 파장 영역을 조절 할 수 있는 점을 활용한 것이다. 태양전지는 흔히 가시광선 영역이 사용되는데, 연구팀은 가시광선이 투과되도록 했다.

KIST 고두현 박사는 “이번에 개발된 일체형 스마트 윈도우를 창호에 활용하면, 날로 심각해져 가는 전기에너지 부족 문제 해소에 기여할 것으로 보인다”며, “앞으로 스마트 윈도우 제품의 투명도 조절 및 미관을 고려한 다양한 색으로 제작해 기술 상용화를 위한 응용 연구를 할 계획이다”고 말했다.

본 연구는 재료분야 세계적 권위의 과학전문지 ‘Advanced Energy Materials’ 온라인판 10월호에 게재됐다.

▲ 스마트 윈도우가 실제 작동하는 모습.