색 변화로 충·방전 상태 파악... 필름형 스마트 유연전지 개발

재료연구원·KAIST 연구진

재료연구원 권정대 박사팀이 개발한 태양전지는 빛의 굴절률을 이용해 다양한 색을 가진 투명태양전지로 만들 수 있다. 재료연구원 제공

국내 연구진이 태양전지나 이차전지 등을 필름형태로 개발해 앞으로 다양한 기능이 추가된 창문이 만들어질 전망이다. 특히 충전됐을 때 푸른 빛을 띄다가 방전되면 투명색으로 바뀌는 등 충전·방전 과정을 시각화 했다.

21일 한국재료연구원에 따르면 권정대 박사팀이 개발한 태양전지는 하나의 재료를 층층이 쌓아올려 빨간색이나 초록색, 파란색이 들어간 투명 태양전지다. 또 한국과학기술원(KAIST) 김일두 교수가 명지대 윤태광 교수와 함께 만든 이차전지는 얇고 잘 휘어지면서 충전하면 남색으로, 충전된 전기를 다 쓰면 투명해진다.

권 박사팀이 개발한 유연한 필름형태의 태양전지는 다른 태양전지와 달리 다양한 색을 사용해도 효율이 떨어지지 않는다. 또 일반적인 반도체나 태양전지 제조 공정에 사용되는 방식으로 산화아연을 층층이 쌓을 수 있다. 연구진은 빛의 굴절률을 이용해 색을 입히는 방식을 택했다. 얇은 막으로 된 산화아연을 여러층 쌓으면서 주기적으로 수소를 혼입해 색을 띠게 했다. 이런 방식으로 산화아연 막의 두께를 조절해 빛의 삼원색을 얻어냈다.

이 태양전지는 전력변환 효율이 6%에 불과하지만 다른 검정색을 띤 태양전지에 비해 심미성이 증가된다. 권 박사는 "이 기술은 간단하면서 공정상 어려움이 없어 색이 들어간 투명 박막태양전지를 만들 수 있다"며 "이 태양전지가 사용화되면 심미적 특성을 고려해 건물 일체형 태양광(BIPV)과 차량 일체형 태양광(VIPV) 시스템을 실현하는 데 많은 도움을 줄 것"이라고 말했다.

또 KAIST 김일두 교수팀은 이차전지의 양극재에 전기변색 기능을 접목시켰다. 이 전지는 충전과 방전 상태를 색 변화로 시각화하고, 태양광 흡수량을 조절해 실내 냉방 에너지 소비량을 절감하는 디스플레이 소자로 활용할 수 있다.

이 전지에 들어가는 양극재는 소재 구성이 일정 간격을 유지하게 만들어 이온이 저장되는 내부공간을 확장시켜 이온 이동속도를 빠르게 만들었다. 그 결과 저장용량이 1g당 110㎃h로 기존보다 40% 이상 확대되고, 충·방전시 남색에서 투명색으로 빠르게 바뀌는 변색 성능도 30% 상승했다.

김 교수는 "투명 유연전지 기술을 스마트 윈도우에 적용하면, 낮시간 동안 태양에너지를 흡수하는 과정에서 짙은 색을 띠게 돼 자외선과 눈부신 태양빛을 차단하는 커튼 기능이 포함된 미래형 에너지 저장 기술로 쓰일수 있다"고 설명했다.