밤과 낮 알아서 판단하는 '스마트 윈도우' 나온다

KIST, 태양빛에 자동반응하는 시스템 개발

▲밤엔 빛을 차단하고(왼쪽) 낮엔 투명해지는 스마트윈도우.[사진제공=KIST]

[아시아경제 정종오 기자] 블라인드를 내리거나 전원을 연결하고 버튼을 누르는 수고 없이 자동으로 밤에는 빛을 차단하고 아침에는 투명해지는 진화된 스마트윈도가 개발됐다. 태양빛에 반응해 자동으로 투과도가 변하는 것이다. 이번에 개발된 윈도는 창호형 태양전지와 연동해 자동으로 전력도 생산할 수 있다. 다양한 기능을 가진 일체형 스마트 윈도는 건물 창문이나 자동차 유리, 선루프 등 다양한 곳에 활용할 수 있다.

고두현 한국과학기술연구원(카이스트·원장 이병권) 광전융합시스템연구단 박사는 영국과 국제 공동연구를 통해 자외선 유무에 따라 자동적으로 가시광선 영역의 빛을 개방하고 막을 수 있는 소재를 개발하고 이를 창호형 태양전지와 결합한 다기능 태양전지 일체형 스마트 윈도를 내놓았다.

연구팀은 분자구조가 나선형(helix·나사선)인 액정 소재와 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 액정에다 위아래 각각 2개의 편광판을 부착한 것이 스마트윈도다.

빛이 없는 환경에서는 액정의 분자들은 매우 짧은 나선 주기를 가진다. 반대의 경우는 나선주기가 길어진다. 짧은 주기의 경우는 위쪽 편광판을 통해 들어온 빛의 편광상태가 변하지 않고 편광판에 의해 차단된다. 나선 주기가 길어진 경우에는 빛의 편광 상태가 변화되는데 이렇게 들어온 빛은 아래 편광판을 투과해 실내로 들어온다.

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

현재 판매되고 있는 스마트윈도 기술은 태양빛을 열고 닫는 기능은 있는데 장치를 작동하기 위한 추가 전원이 필요하거나 사용자가 장치를 동작시켜야 한다. 개발된 '일체형 스마트윈도'는 추가 외부 전원이나 사용자의 조작 없이 자외선에 반응해 스스로 작동한다. 빌딩이나 차량에 쓰이는 경우 효율성이 높다는 장점이 있고 추가 전력생산도 가능하다.

고 박사는 "이번에 개발된 일체형 스마트윈도를 창호에 활용하면 전기에너지 부족 문제 해소에 기여할 것으로 보인다"며 "앞으로 스마트윈도 제품의 투명도 조절과 미관을 고려한 다양한 색으로 제작해 기술 상용화를 위한 응용 연구를 할 계획"이라고 말했다.

이번 연구는 재료분야 과학전문지 'Advanced Energy Materials' 온라인판 10월호(논문명:Optically Switchable Smart Windows with an Integrated Photovoltaics)에 실렸다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr