[논문]차세대 투명전극 소재의 종류와 특성

정문현; 김세열; 유도혁; 김중현

doi:10.14478/ace.2014.1013

차세대 투명전극 소재의 종류와 특성
Materials and Characteristics of Emerging Transparent Electrodes 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.25 no.3, 2014년, pp.242 - 248

정문현 (연세대학교 화공.생명공학과) , 김세열 (연세대학교 화공.생명공학과) , 유도혁 (연세대학교 화공.생명공학과) , 김중현 (연세대학교 화공.생명공학과)

초록
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정보 통신 분야의 발전에 따라 기존의 전자 기기들은 평면성을 벗어나 투명 유연하고 깨지지 않는 특성이 요구되고 있다. 이러한 부가적인 특성을 갖춘 기기들의 제조를 위해서는 전극의 투명성과 유연성을 동시에 갖고 있어야 하지만, 현재 가장 대표적으로 이용되는 투명전극인 ITO (Indium Tin Oxide)는 유연하지 못하다는 단점과 자원적인 한계를 갖고 있다. 이에 따라 ITO의 한계를 극복하기 위해 다양한 물질들을 이용한 대체 재료 개발이 활발히 연구되고 있으며 대체 물질들의 복합화를 통해 더 향상된 물성을 발현시키기 위한 연구가 진행되고 있다. 본 총설에서는 ITO의 한계를 극복하고 투명전극으로서의 응용 가능한 대체 물질들에 대한 연구 현황을 정리하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Flexibility of a transparent device has been required in accordance with miniaturization and mobilization needs in recent industry. The most representative material used as a transparent electrode is indium tin oxide (ITO). However, a couple of disadvantages of ITO are the exhaustion of natural resource of indium and its inflexibility due to inorganic substance. To overcome the limit of ITO, a variety of alternative materials have been researched on development of transparent electrodes and its properties through composite materials. In this review, we classify some of emerged materials with their general studies.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 총설에서는 ITO를 대체할 차세대 투명전극으로써의 응용 가능한 소재의 종류와 그의 연구 동향에 대해 집중적으로 알아보고자 한다.

제안 방법

Silver nanowire는 단독 코팅 시 갖고 있는 문제점들을 해결하기 위해 PEDOT : PSS를 사용해 복합화를 하여 기판과의 접착력이 향상시키고 Ag NW-Ag NW 사이의 접합을 강화하였다. 또한, NW-NW 사이의 빈 부분들이 PEDOT : PSS로 채워지면서 캐리어들의 pathway가 증가되어 저항값을 낮추고, 균일한 필름의 형태로 제조됨으로써 저항 편차를 감소시켰다. 이렇게 제작한 투명전극은 25 Ω/□, 85%의 투과율을 보여준다[32](Figure 7(c)-(f)).
2009년 삼성 종합기술원과 성균관대에서 Nature지를 통해 대면적 graphene을 제조할 수 있는 방법을 게재하였다(Figure 2(a)). 이 방법은 graphene 성장에 필요한 촉매인 Ni의 두께와 성장시간을 조절하여 촉매 Ni층을 만들고, CVD (Chemical Vapor Deposition)를 이용하여 graphene을 형성한 후 전사하는 방식을 통해 제작을 한다. 이 방법을 통해 제작한 graphene 투명전극 필름은 280 Ω/□, 투과율 80%를 보고 하였다[15].

대상 데이터

2009년 삼성 종합기술원과 성균관대에서 Nature지를 통해 대면적 graphene을 제조할 수 있는 방법을 게재하였다(Figure 2

성능/효과

유기 전자 소자에서 주로 사용되었던[5] PEDOT : PSS는 낮은 전도도를 나타내었지만, PEDOT : PSS의 단독 사용이 아닌 이차적인 유기용매 첨가에 의한 전도도의 상승 효과가 발견되면서 500∼1000 S/cm 정도의 전도도를 구현할 수 있다.

후속연구

CNT가 갖고 있는 특성을 잘 활용하여 대량생산할 수 있는 공정, 분산될 수 있는 기술이 연구 개발을 통해 실행될 수 있다면 투명전극으로써 CNT 소재가 광범위하게 적용 가능할 것으로 예상된다.
가장 널리 알려진 graphene 제조 방법 중 하나인 접착테이프 법은 접착테이프를 이용하여 흑연 단일층을 떼어내는 방법으로 Geim 연구진이 개발하였고[14] 구조적으로 우수하며 큰 결정을 제공한다는 장점이 있으나 대량생산에 있어서 최종 수율이 굉장히 좋지 못해 실용성이 떨어진다. 따라서 graphene의 우수한 성질을 이용한 소자를 만들기 위해서는 graphene의 특성을 유지하면서 대면적의 필름을 생산 할 수 있는 방법의 연구가 필요하다.
이러한 방법들을 통하여 제조된 Ag NW 필름은 은의 금속적인 성질을 갖고 있어 유연한 기판에 적용이 가능하며 밴딩 테스트에서도 면저항의 변화가 거의 발생하지 않아 앞으로의 플렉시블 전자 소자에 많이 응용될 것으로 기대된다[12](Figure 1
전도성 고분자를 당장 응용 가능한 투명 전극으로 이용하기에는 아직 어려움이 있지만 앞서 말한 단점을 극복하고 전기적, 광학적 특성을 ITO 투명전극의 수준까지 끌어올릴 수 있다면 향후 ITO 투명 전극을 대체할 수 있는 유연하고 인쇄방법이 접목 가능한 투명 전극 물질로 이용될 것이 분명하다.
지금까지 ITO를 대체하기 위해 TCO, silver nanowire, CNT, graphene, conducting polymer와 같은 물질들이 발견되면서 연구가 진행되고 있지만 아직까지는 ITO를 대체하여 상업화를 할 수 있을 만큼의 물리적 성질과 면저항, 투과도가 나오지는 않고 있다. 하지만, 앞으로의 시장 흐름을 볼 때 분명 유연한 투명 전극을 이용한 플렉시블 전자제품이 실생활에 응용될 것으로 예측되기 때문에 우리나라에서도 끊임없는 연구 개발을 통해 원천 기술을 확보하기 위한 노력이 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	투명 전극으로 사용 가능한 차세대 소재로 무엇이 연구되고 있나?	현재 투명 전극으로 사용 가능한 차세대 소재로 투명 전도성 산화물(transparent conducting oxide, TCO), 은나노와이어(silver nanowire), 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT), 그래핀(graphene), 전도성 고분자(conducting polymer)가 연구 되고 있으며, 현재 가장 보편적으로 사용되는 투명 전극으로는 인듐 주석 산화물(indium tin oxide, ITO) 박막이 있다. 하지만, ITO박막은 미래의 전자기기에서 유연한 소재로의 사용에 있어서 여러 단점들을 갖고 있어 사용되기는 어려운 실정이다[1].
	CNT의 최적 두께 조절이 중요한 이유는?	CNT의 종류에는 Single Wall Carbon Nanotubes (SWCNT), Double Wall Carbon Nanotubes (DWCNT), Multi Wall Carbon Nanotubes(MWCNT)가 있으며, 이들의 전기적 특성이 정제 공정에 따라 크게 영향을 받기 때문에 연구 그룹에 따라 서로 상이한 면저항과 투과도를 보고하고 있다[18]. 특히, CNT의 경우 면저항을 낮추기 위해선 두껍게 코팅해야 하고 투과도를 높이기 위해선 얇게 코팅해야 하기 때문에 최적 두께 조절은 필수적인 요소이다.
	π-공액 고분자는 무엇으로부터 전기전도가 일어나는가?	전도성 고분자는 주 사슬이 불포화탄화수소의 구조인 이중결합과 포화탄화수소 구조인 단일결합이 교차하여 이들 형태가 반복되는 구조를 갖고 있으며, π-공액 고분자라고도 한다. π-공액 형태가 고분자 골격에 존재하면 도핑에 의해 전자 밀도가 비 편재화되며 이것으로부터 전기전도가 일어나게 되어 전기가 흐를 수 있게 된다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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