유리창에서 에너지를 만든다? Quantum dot solar windows

(투명한 유리창을 이용해서 앞으로 에너지를 생산할 수 있을지도 모른다.  The luminescent solar concentrator could turn any window into a daytime power source. )

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 이전에도 몇 차례 소개드린 바 있지만, 유리창에서 전기를 생산하는 일은 오랜 꿈 가운데 하나였습니다. 현재 태양광 패널은 널리 보급되어 있지만, 만약 투명한 형태의 태양광 패널이 개발된다면 더 많은 전력을 생산하는 일이 가능하기 때문입니다. 특히 투명한 유리는 현대 건축물과 아무 갈등없이 쉽게 통합될 수 있기 때문에 디자인을 대폭 변경할 필요없이 유리창만 교체해서 사용할 수 있다는 장점이 있습니다.

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 하지만 투명한 형태의 태양광 패널 개발은 너무나 어려운 일이었습니다. 기본 원리는 인간의 눈에 보이는 가시광은 투과시키고 적외선처럼 눈에 보이지 않는 파장을 에너지로 전환하는 것인데 말처럼 쉽지 않았던 것이죠. 그나마 적외선 파장을 흡수하는 투명 물질은 카드뮴 같은 중금속을 사용해서 현실적으로 상용화가 어려웠습니다. 일상 생활에서 쓰기에는 중금속 오염 문제가 심각했을 뿐 아니라 효율까지 낮았기 때문입니다.

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 그런데 미국과 이탈리아의 과학자들이 이 문제에 대해서 중요한 돌파구를 만들었다는 소식입니다. 미국 에너지부 산하의 (Department of Energy's Los Alamos National Laboratory)의 빅토르 클리모프(Victor Klimov)와 그의 동료들은 퀀텀 닷 태양 창문(Quantum dot solar windows)라는 신기술을 저널 네이처 나노테크놀로지에 발표했습니다.

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 이들은 CISeS(copper (Cu), indium (In), selenium (Se) sulfur (S)) 화합물을 이용한 작은 나노 입자 - 퀀텀 닷 - 를 이용한 얇은 막을 이용해서 대부분의 햇빛을 투과시키지만, 흡수한 에너지를 인간의 눈에는 보이지 않는 근적외선을 통해서 방출하는 신소재를 만들었습니다. 이 근적외선 파장의 에너지는 태양광 패널을 이용해서 쉽게 전기로 바꿀 수 있습니다.

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 연구팀은 이를 이용해서 유리창의 모서리에 태양광 패널을 설치하거나 혹은 발광형 태양 집광기(luminescent solar concentrators, LSCs )로 사용할 수 있다고 보고 있습니다. 자체적으로 태양 에너지를 전기로 바꾸는 시스템은 아니지만, 에너지를 생산하는 유리창의 꿈에 한 걸음 더 다가간 획기적인 성과라는 것이죠.

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 획기적인 이유는 인간의 눈에 보이지 않는 적외선을 효과적으로 방출할 수 있을 뿐 아니라 독성 물질이 없기 때문입니다. 하지만 아직 비용이라는 반드시 극복해야 할 문제가 남아있습니다. 또 쉽게 에너지를 전기로 전환할 수 있는 디자인 개선도 필요합니다.  

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 만약 에너지를 생산하는 유리창을 만들 수 있다면 지붕 면적이 좁은 고층 빌딩에서도 상당한 전력을 생산할 수 있을지 모릅니다. 그리고 냉방 및 난방 비용을 획기적으로 줄일 수 있는 에너지/비용 효율적인 빌딩과 주택 건설이 가능할지 모릅니다.

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 지금 당장 그런 일이 가능하지는 않겠지만, 앞으로도 계속해서 이 분야에 대한 연구가 필요한 이유입니다.

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 참고

   "Highly efficient large-area colourless luminescent solar concentrators using heavy-metal-free colloidal quantum dots." Nature Nanotechnology (2015) DOI: 10.1038/nnano.2015.178                                        

  http://phys.org/news/2015-08-quantum-dot-solar-windows-non-toxic.html#jCp