과학기술정보통신부 산하 한국기계연구원(원장 박상진, 이하 기계연)이 아름다운 색감을 가지면서 오염에도 강한 고부가가치 컬러 유리를 만들 수 있는 기술을 개발했다. 건물 일체형 태양광 발전시스템(BIPV·Building- integrated Photovoltaics)의 상용화를 앞당길 것으로 기대된다.

▲기계연 나노융합장비연구부 임현의 부장과 박승철 선임연구원, 여선주 선임연구원 연구팀은

유리 표면에 고기능성 나노소재인 금속과 실리카 나노입자를 코팅하여 다양한 색상에 자기 세정 기능까지 갖춘 유리를 만드는 데 성공했다.

연구팀은 금속나노입자의 플라즈모닉 효과를 이용하여 기존 색 유리 보다 내구성이 강한 빨강, 파랑, 노랑 등 모두 8가지 색상의 컬러 유리를 만들었다. 나노입자의 농도와 코팅 두께에 따라 투과율도 조절할 수 있다. 또한, 유리 표면에 친환경 소재의 발수 실리카입자를 나노구조로 코팅해 오염물을 튕겨내는 자기 세정 기능도 갖췄다.

연구팀은 자기 세정 컬러유리로 만든 3㎾급 태양전지 모듈을 건물 외벽에  설치하고 1년간 시험평가를 실시했다. 운영 결과 기존 태양광 모듈 에너지 효율의 80% 수준에 달하는 안정적인 효율을 확인했다. 현재 상용화된 태양전지에 근접한 효율은 물론 심미성과 자기 세정력을 바탕으로 한 내구성까지 확보한 것이다. 기존의 검푸른 단일 색상 대신 건물의 벽면이나 지붕 위에 아름답게 어울리는 태양광 패널을 만들 수 있어 도심의 미관을 살리면서도 태양광 발전을 확대할 수 있을 것으로 기대된다.

나노입자 합성의 원천 기술뿐만 아니라 이를 1㎡급으로 균일하게 코팅할 수 있는 장비도 개발했다. 나노입자의 균일한 대면적 코팅이 가능한 장비로 유리 뿐 아니라 필름에도 적용할 수 있다.

현재 태양광 발전 패널은 주로 검푸른 유리로 만든다. 일부 컬러로 제작된 모듈도 있지만 컬러를 구현하기 위해 염료를 써서 안정성이 떨어지거나, 금속 증착 방식으로 특정 기업이 기술을 독점하고 있어 활용에 제약이 있었다.

하지만 이번에 개발한 고부가가치 컬러 유리 제조 기술은 발수 실리카 나노입자의 합성에 관한 원천 기술을 확보한 것으로, 컬러 유리 제조부터 자기 세정 컬러 필름, 초발수 페인트 제조 등 다양한 분야에 응용할 수 있다.

임현의 부장은 “발수 실리카 나노입자는 삼겹살을 굽는 돌판을, 컬러 유리는 성당의 스테인드글라스를 보며 아이디어를 얻었다”며 “친환경 나노기술을 활용한 태양전지가 건축 유리나 외장재에 활용되어 우리의 생활을 지속가능한 방향으로 만들어가는 데 도움이 되길 바란다”고 말했다.

한편 이번 연구는 산업통상자원부 ‘도심형 건물용 태양광 모듈 개발을 위한 자가 세정 기능의 고부가가치 컬러유리 개발’ 과제의 지원을 받아 수행됐다.