투명한 복사냉각 메타물질 개발... 태양전지 효율도 높일 수 있어

무더운 여름날 차 안에 어린이가 방치돼 사고가 발생하는 경우가 있다. 이는 유리창을 통해 들어온 태양열이 자동차 실내온도를 올리기 때문이며, 만약 유리창이 본연의 기능을 유지하면서도 태양열을 차단한다면 이런 사고는 일어나지 않는다.

같은 원리를 이용할 경우, 햇빛을 흡수해 전기를 만드는 ‘태양전지’의 경우도 전기변환 성능을 크게 향상시킬 수 있다. 전기로 변환되지 못하고 남은 햇빛이 열로 바뀌어 태양전지의 온도를 높이고, 뜨거워진 태양전지의 성능은 크게 떨어지기 때문이다.

이러한 문제를 해결하고자 한양대 기계공학부 김동립 교수팀은 최근 투명한 복사냉각 메타물질을 개발했다. 새롭게 개발된 투명 복사냉각 메타물질은 우수한 냉각성능 외에 기존 복사냉각 소재의 불투명한 한계점을 해결해 투명하고, 페인트처럼 쉽게 바를 수 있어 상용화에 용이하다는 평가를 받는다.

김 교수팀은 실험을 통해 투명 복사냉각 메타물질을 이용할 경우 최대 9도까지 온도가 떨어진다는 것을 확인했다. 특히 태양전지의 온도상승을 크게 낮춰 태양전지의 전기변환 성능을 1.5배 이상 향상시키는 효과를 가져올 수 있음을 밝혔다. 또 메타물질을 이용해 유리를 제작할 경우, 태양열에 의한 실내온도 상승을 크게 낮출 수 있다는 것을 실험적으로 검증했다.

김 교수팀의 이번 연구 성과는 나노기술을 이용해 우수한 복사냉각 성능을 가지면서도 페인팅이 가능한 투명한 신물질을 개발했다는 점에서 큰 의미를 가진다. 김 교수팀은 현재 이번 연구를 바탕으로 여름에는 더 시원하고, 겨울에는 더 따뜻해질 수 있는 유리를 개발하고 있다.

김동립 교수는 “세계적으로 탄소중립 실현을 위해 노력하는 현 시점에서 이번 성과가 일상 생활에 적용될 수 있다면 에너지 절약과 신재생에너지 생산에 크게 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

과학기술정보통신부가 시행하는 기초연구사업(중견연구)의 지원을 받아 진행한 이번 연구의 결과(논문명 : Visibly Clear Radiative Cooling Metamaterials for Enhanced Thermal Management in Solar Cells and Windows)는 재료과학 분야의 세계적 학술지 「어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)」에 최근 게재됐다.