스마트 건물과 제로에너지에 가까운 건물은 에너지 소비를 최소화하고 광통신을 달성하기 위해 건물일체형 태양광발전 시스템을 필요로 한다. 창은 스마트 건물에서 스마트 광통신 창으로 향후 교체 가능한 요소가 될 수 있다. 이는 무선적이며 보안된 통신을 제공하는 새로운 수단이 될 수 있다. 투명 태양광발전(TPV) 기반 광통신 창은 사내 전력을 생산하여 사물인터넷(internet of things, IoT) 응용 프로그램을 구동하는 데 전원을 공급할 수도 있다. TPV 장치는 수신기로 사용되어 인코딩된 신호를 수집할 수 있으며, 어떤 곡면에도 설치하기 위해서는 그 물리적 유연성이 필수적이다. 본 연구에서는 모스 코드가 포함된 광신호를 감지하고 전력을 생산하는 광통신 창으로 작동하는 Ga 2 O 3 /Cu 2 O 헤테로접합 기반의 유연한 TPV(FTPV)를 개발하였다. FTPV는 평균 가시광 투과율 52.3%와 함께 높은 개방회로 전압 613 mV를 제공한다. 이 장치는 UV부터 NIR까지의 범위에서 광대역 광응답을 검출할 수 있다. 또한 FTPV는 굽힘을 반복한 후에도 높은 견고성을 유지하며, 광대역 광신호의 넓은 범위에 걸쳐 모스 코드 신호를 계속 기록한다. 아울러 자외선(UV) 노출로 인해 유발되는 만성 질환을 예방하는 데 적합하도록, 초(超)자외선 차단(ultra-UV-blocking) 기능도 갖는다.

스마트 건물과 제로에너지에 가까운 건물은 에너지 소비를 최소화하고 광통신을 달성하기 위해 건물일체형 태양광발전 시스템을 필요로 한다. 창은 스마트 건물에서 스마트 광통신 창으로 향후 교체 가능한 요소가 될 수 있다. 이는 무선적이며 보안된 통신을 제공하는 새로운 수단이 될 수 있다. 투명 태양광발전(TPV) 기반 광통신 창은 사내 전력을 생산하여 사물인터넷(internet of things, IoT) 응용 프로그램을 구동하는 데 전원을 공급할 수도 있다. TPV 장치는 수신기로 사용되어 인코딩된 신호를 수집할 수 있으며, 어떤 곡면에도 설치하기 위해서는 그 물리적 유연성이 필수적이다. 본 연구에서는 모스 코드가 포함된 광신호를 감지하고 전력을 생산하는 광통신 창으로 작동하는 Ga 2 O 3 /Cu 2 O 헤테로접합 기반의 유연한 TPV(FTPV)를 개발하였다. FTPV는 평균 가시광 투과율 52.3%와 함께 높은 개방회로 전압 613 mV를 제공한다. 이 장치는 UV부터 NIR까지의 범위에서 광대역 광응답을 검출할 수 있다. 또한 FTPV는 굽힘을 반복한 후에도 높은 견고성을 유지하며, 광대역 광신호의 넓은 범위에 걸쳐 모스 코드 신호를 계속 기록한다. 아울러 자외선(UV) 노출로 인해 유발되는 만성 질환을 예방하는 데 적합하도록, 초(超)자외선 차단(ultra-UV-blocking) 기능도 갖는다.

최근 수년간 스마트 그리드의 요구조건을 충족하기 위해 다양한 전기 및 절연 장치를 축소(downsizing)하려는 수요가 증가하고 있다. 그러나 대형 초고압 절연 장치의 특성으로 인해 축소 시 충분한 절연 거리를 확보하기가 어려워 절연 성능이 크게 저하된다. 따라서 추가적인 축소와 성능 개선이 필요하다. 다양한 고성능 기능의 설계에 관한 연구는 수행되어 왔으나, 이를 구현하고 적용하는 데에는 어려움이 있다. 또한 치수에 기반하여 구배(gradient) 기능을 정확하게 구현하는 것은 어렵다. 그러나 적층가공(additive manufacturing)을 사용하면 절연 장치들 중 회전형(회전 형상)의 절연 스페이서에 구배 기능을 적용할 수 있다. 본 연구에서는 기존 절연 스페이서의 형상에 구배 기능을 적용하기 위한 유전율 분포와 절연 설계를 최적화하기 위해 비지배 정렬 유전 알고리즘-II(NSGA-II)와 전기장 해석을 수행하였다. 이어서 유전율 조정을 위한 광경화성 재료(photocurable material)와 세라믹 필러(ceramic fillers)를 사용하여 출발 원료(starting material)를 제조하였다. 이후 출발 원료를 실제 절연 스페이서에 대한 평가 기준에 따라 평가하였고, 외부 재료로 인해 발생한 공극(voids)과 박리(delamination)를 X-ray 분석으로 확인하였다. 또한 복합재의 절연 및 기계적 특성을 평가하였다.

전력 설비 산업에서는 석유계 에폭시 수지를 이용하여 다양한 절연 재료 및 부속품을 제조한다. 그러나 석유화학 자원은 점차 한정되고 있다. 또한 전 세계적인 플라스틱 사용의 급증은 지속적으로 온실가스 배출에 대한 우려를 높였고, 그 결과 지구 온난화가 악화되고 있다. 따라서 친환경 정책을 촉진하기 위해 바이오 기반 에폭시 복합재를 사용하여 고압 부품에 적용 가능한 에폭시 시스템을 산업화하는 것이 필수적이다. 본 연구에서 바이오 함량과 관련하여 수행한 특성화 결과는 열중량분석 및 시차주사열량계 분석을 통해 확인되었으며, 바이오 함량이 증가할수록 열적 안정성이 향상되는 것으로 나타났다. 절연 스페이서의 운전 온도 105°C를 고려할 때, 구조적으로 바이오 함량 20%(bio 20%)로 스페이서를 제조한다면 문제는 발생하지 않을 것으로 판단된다. 이후 인장 및 굽힘 강도 측정 결과, 기계적 물성은 석유계 대응 물질과 동등하거나 그 이상인 것으로 나타났다. 충격 강도는 바이오 함량이 증가할수록 감소하는 경향을 보였다. 유전 특성 분석을 통해 바이오 물질 20%를 포함한 에폭시 복합재가 절연 스페이서 제조에 적합함이 확인되었다. 이어서 스페이서 제작 후 수행한 일련의 시험에서, 내부 금속 및 기포는 관찰되지 않았고, 외부의 변색이나 균열 또한 관찰되지 않았다.

역방향 구조(inverted structure, IOSC)의 유기 태양전지(Organic solar cells, OSCs)는 유기 기반 태양전지의 효율과 안정성을 향상시키기 위해 설계되었다. IOSC는 Au/P3HT:PCBM/ZnO/ITO의 구조로 제작되었다. ZnO 박막은 불균형 마그네트론 스퍼터링(unbalanced magnetron sputtering) 방법을 이용하여 ITO 전극 위에 형성하였다. 이 구조에서 ZnO 층은 UV 빛에 의한 유기 층과의 계면 산화를 방지하고 에너지 장벽을 감소시켜 ITO의 에너지 준위와 유기 수용체 에너지 준위(LUMO) 사이에서 전자가 용이하게 전달되도록 하는 버퍼층으로 사용된다. 또한 ZnO 박막은 전하 운반체 재결합이 부족한 P3HT로부터의 정공 주입을 억제하기 위한 장벽층으로도 활용된다. XRD 결과는 기판 온도가 증가할수록 ZnO 층에서의 입자 크기가 증가함을 보여주었다. IOSC의 변환 효율은 ZnO 기판 온도의 증가에 따라 향상되었다. 더 나아가, 기존 장치와 비교했을 때 ZnO 버퍼층을 사용한 IOSC는 더 긴 기간 동안 안정한 상태를 유지하였다. 약 7일 후, 혼성 태양전지의 Voc는 시간 경과 및 모든 조건에서 거의 일정하게 유지되는 것으로 확인되었다. 그 결과, OSC에서 ZnO 박막은 유기층을 보호하고 효율을 향상시키는 데 중요한 역할을 한다.