고성능 에너지 절감 스마트 윈도우를 위한 WO3와 TiO2의 코어-쉘 나노구조체

전문가 제언

○ 건물의 에너지 소비는 통상 국가 에너지 소비의 약 40%에 달한다. 건물 내 창호를 통한 에너지 절감을 위한 스마트 윈도우 기술 중 전기변색은 신뢰성이 가장 높고 TiO2와 WO3는 우수한 전기변색 특성 및 환경정화 등의 특성을 보유하여 오래전부터 깊게 연구되어 왔다.

 

○ TiO2는 휘발성 유기화합물 분해를 위한 자외선 조사 이용 광촉매로 유명하지만 광유기 전자-정공쌍의 재결합이 쉽고 착색시간이 길며 띠간격이 3.2eV로 태양에너지의 5%만 이용한다. 전기변색의 왕자 비정질 WO3에서 이온출입, 다공성 등을 향상하기 위해 나노와이어(NW) 등의 적용이 연구되고 있는 중에서 WO3와 TiO2의 나노와이어(NW)를 결합한 코어-쉘 나노구조체 연구(띠간격 2.8 eV)가 활발해지고 있다.

 

○ 이 글에서 저자들은 WO3/TiO2 NW의 코어-쉘 나노구조체의 제조, 특성 그리고 유망 응용 등을 소개하고 있다. 제조는 간단하다. ITO 유리 기판에 텅스텐(W)박막을 반응성 DC 마그네트론 스퍼터링으로 아르곤 가스 흐름 속에서 증착한다. 이어 550℃에서 약한 진공의 질소분위기 로에서 열처리하여 코어용 WO3 NW를 ITO유리에 형성한다. 이 위에 Ti박막을 증착하고 이 Ti/WO3를 질소/산소의 흐름 속에서 550℃의 약한 진공에서 1시간 열처리로 WO3/TiO2 코어-쉘 나노구조체가 합성된다.

 

○ 코어-쉘 나노구조체는 WO3 NW에 비해 탈색시간은 2.8초로 비슷하지만 착색시간이 0.7초로 훨씬 빨라졌다. 가시광투과도의 변조폭도 약 41%로 향상되고 착색효율도 약 3배로 높아져 전력의 소모가 적어진다. 낮아진 띠간격으로 흡광 파장영역이 넓어져 광촉매 활성이 강화된다. 금후 염료감응 태양전지의 전극인 TiO2는 전기변색전극인 WO3와 결합되어 한 소자 내에서 전기를 얻어 스스로 태양광세기에 맞춰 투과도를 변화시키는 차세대 스마트 윈도우가 성공되기를 바란다.

 

○ 한국의 WO3-TiO2 관련 기술개발은 활발하다. 2013년 충남대 김효진 등이 다공성 WO3-TiO2 코어-쉘 나노와이어의 양호한 전기변색 특성을 보고했다. 벤처기업 켐웰텍은 2005년 가시광 응답형 WO3-TiO2 광촉매를 세계 최초로 개발하여 태양전지, 유기물 분해 등에 상용화하고 있다.

 

저자

Bohr-Ran Huang, et al.

자료유형

니즈학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

화학·화공

연도

2015

권(호)

133()

잡지명

Solar Energy Materials and Solar Cells

과학기술
표준분류

화학·화공

페이지

32~38

분석자

변*호

분석물

• 고성능 에너지 절감 스마트윈도우를 위한 WO3와 TiO2의 코어-쉘 나노구조체.pdf [562,683 byte]

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