국내 연구진이 탄소중립 실현에 부응하는 제로에너지건물 실현을 위한 ‘스마트 윈도우’ 성능과 내구성을 향상시킬 수 있는 반응원리를 규명하는데 성공했다.

한국에너지기술연구원(원장 김종남)은 고려대 IBS 분자 분광학 및 동력학연구단·군산대와 공동으로 Operando Raman 분석법을 통해 광감응 자동색변환 스마트 윈도우 디바이스 내에서 이온의 이동과정과 그에 따른 변색층의 상변화에 대한 반응원리를 규명했다.

연구진이 개발한 광감응 자동색변환 스마트 윈도우 기술은 태양전지 기술과 전기변색 기술을 융합한 기술로 소자 내에 광 흡수층을 포함하고 있어 별도의 전원공급 필요성과 가격문제를 동시에 해결하고, 건축물의 에너지절감이 가능한 차세대 스마트 윈도우 기술이다.

연구진이 이번에 개발한 광감응 자동색변환 스마트 윈도우는 외부전압이 아닌 내부에 포함된 광감응 층에 의해 생성된 전력이 텅스텐산화물의 변색을 유도한다.

연구진은 여기에서 Operando Raman 분석법을 통해 내부전력 범위 내에서 텅스텐산화물의 어떤 빈 공간 위치에 리튬이온이 출입하며 각각의 빈 공간에 대한 가역성 정도를 규명했다.

연구를 통해 광감응 자동색변환 스마트 윈도우에 사용된 육방정계 텅스텐산화물의 경우 90% 이상의 우수한 가역성을 보이는 것으로 확인됐다.

이번 연구를 바탕으로 연구진은 향후 텅스텐산화물의 형상 및 입자크기 조절, 첨가제 도입 등의 방법을 통해 가역성을 100%까지 향상시켜 스마트 윈도우의 성능 및 내구성을 확보할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

홍성준 에너지기술연구원 태양광연구단 박사는 “이번 연구결과는 고성능 스마트 윈도우 개발을 위한 분자설계 원리를 제공할 뿐만 아니라 개발된 Operando 분광학 방법을 적용해 OLED, 태양전지 등의 광전소자 내 핵심 분자의 거동을 작동환경에서 관찰해 성능향상에 핵심적인 요인을 밝혀낼 수 있을 것으로 기대한다.”고 밝혔다.

에너지기술연구원은 이번 기술개발을 통해 1건의 기술이전과 기술출자를 통한 연구소기업 네스포유(주)를 설립했는데 네스포유는 자체 보유한 ‘전기변색 기술’과 에너지기술연구원으로부터 기술이전 받은 ‘광감응 자동색변화 기술’을 조합해 우선 스포츠고글과 같은 스포츠용품에 적용할 수 있는 제품개발을 진행하고 있다.

향후 대면적 광 변색 창문 및 필름을 개발해 대형 상업용 건물 및 자동차용 부착용 필름 시장으로 사업을 확대할 계획이다.