유리창이 태양광 발전기로 변신…마법의 투명 코팅 개발

중국 연구진이 일반 유리창에 직접 코팅해 창문의 외관을 바꾸지 않고도 태양광을 모을 수 있는 투명한 태양광 집광기를 개발했다고 과학전문매체 인터레스팅엔지니어링이 최근 보도했다.

중국 난징 대학 연구진이 개발한 이 혁신적 기술은 콜레스테릭 액정(cholesteric liquid crystal, CLC)의 다층 구조를 활용한 것으로, 관련 논문은 광학 분야 국제학술지 ‘포트닉스(PhotoniX)’에 게재됐다.

연구진에 따르면, 이번에 개발된 독창적인 회절형 태양열 집광기(CUSC)는 태양빛을 선택적으로 유도해 창문 가장자리에 설치된 태양광 전지로 전달한다.

해당 연구의 제1저자인 드웨이 장 박사는 "콜레스테릭 액정 필름의 구조를 정밀하게 설계해 원형 편광을 선택적으로 회절시키고, 이를 가파른 각도로 유리 도파관 내부로 유도하는 시스템을 만들었다"고 밝혔다.

효율적인 에너지 수확

기존 태양광 집광기들은 시각적 왜곡, 낮은 효율, 확장성 부족 등의 한계가 있었으나, 새로운 CUSC는 광대역, 편광 선택적 회절, 효율적인 광파 유도를 구현해 완전한 시각적 선명도를 유지한다.

장 박사는 이 장치가 평균 약 64.2%의 높은 가시광 투과율과 91.3%의 색 재현 지수를 달성한다고 밝혔다. "이를 통해 입사된 녹색광 에너지의 최대 38.1%를 창문 가장자리에서 수집할 수 있다"고 설명했다.

이러한 광학적 특성 덕분에 이 코팅은 청정 에너지를 생성하면서도 유리창의 투명하고 자연스러운 외관을 유지해 일반 창문과 시각적으로 구분되지 않는다.

연구진은 또한 이 시스템의 뛰어난 확장성에 주목했다. 시뮬레이션 결과, 너버 2m 너비 CUSC 창문은 태양광을 최대 50배까지 집중시켜 에너지 수집 능력을 크게 향상시킬 수 있는 것으로 나타났다.

이러한 성능은 태양광 전지의 필요 면적을 최대 75%까지 줄이고, 재료 비용도 대폭 절감할 수 있으며, 향후 에너지 효율적인 건축물 설계를 위한 새로운 가능성을 열어 줄 것으로 기대된다.

향후 과제는?

실험 결과, 폭 약 2.5cm의 시제품은 실제 야외 햇빛 조건에서 10밀리와트(mW) 팬에 직접 전력을 공급할 수 있었다. 이 시스템은 갈륨비소(GaAs)와 같은 고성능 태양광 전지와도 호환된다.

이번 연구의 책임저자인 난징대학 컴퓨터 과학·기술 교수 웨이 후는 "CUSC 설계는 미관을 해치지 않으면서 태양광 기술을 건축 환경에 통합하는 데 있어 중요한 진전을 이뤘다”고 밝혔다.

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