▲ 전기생산 & 빛 밝기조절 동시에 해주는 스마트필름

국내 연구진이 햇빛을 이용해 전기를 생산하고 이와 함께 빛의 밝기를 조절하는 스마트 창호형 유기계 기능성 필름을 개발했다.

과학기술정보통신부 산하 정부출연연구기관인 한국재료연구원(KIMS, 원장 이정환) 에너지전자재료연구실 김소연, 임동찬 박사 연구팀이 국내 최초로 유기물 기반의 스마트 창호 필름을 개발했다고 6일 밝혔다.

해당 기술은 유기태양전지의 효율과 투명도를 개선, 대면적 유연 모듈화는 물론 전기변색 필름과의 융합화 후에도 우수한 성능을 나타내는 것을 확인했다.

기존 스마트 창호는 상황에 따라 색을 변화시켜 밝기를 조절, 건물의 에너지 손실을 줄일 수 있었다. 하지만 무기물 기반 제작돼 고온공정을 필요로하거나 유연성 측면에서 문제가 있었다. 연구팀은 유기물 기반 고성능 태양전지와 전기변색 소자의 제작을 통해 이 문제를 해결했다.

연구팀은 전자수송층과 광활성층 사이에 유기분자를 도입해 고효율 유기태양전지를 제작했다. 이를 통해 전자수송층과 광활성층 사이의 계면 접합 측면에서 특성을 높여 유연성 및 대면적 소자화에서 성능을 얻었다.

특히 해당기술을 통해 전기생산과 태양전지의 전기에너지로 스스로 빛의 밝기를 조절하도록 하는 유기계 전기변색-태양전지 융합모듈을 제작하는데 성공했다.

스마트 창호 시장규모는 2023년 기준 약 823억달러(약 94조원)에 이를 것으로 예측되며 정부의 탄소중립 및 그린뉴딜 정책으로 시장전망이 매우 밝다. 해당 기술이 적용된 스마트 창호는 기존 건축물 뿐만 아니라 곡률이 있는 곳에도 적용할 수 있어 자동차, 항공기 등 다양한 시장으로 확대 가능할 것으로 전망된다.

연구책임자인 김소연 선임연구원은 “이번 연구는 유기물 기반 고성능 태양전지와 전기변색 소재를 융합해 스마트 창호시장의 새로운 방향을 제시해 큰 의미가 있다”고 말했다.

또 임동찬 책임연구원은 “유기태양전지와 전기변색소자뿐 아니라 사물인터넷 IoT센서와의 융합을 통해 향후 스마트시티 구축에도 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

본 연구성과는 과학기술정보통신부 소재혁신 선도프로젝트 사업 및 산업통상자원부 에너지기술개발사업의 지원으로 수행됐으며, 2021년 산업통상자원부 스마트 특성화 기반구축사업을 통해 양산화 기술 개발 및 관련기업 지원에 나설 예정이다.