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솔벤트 도핑과 후처리 공정에 따른 전도성 고분자 PEDOT : PSS의 특성 변화
Effect of Solvent Doping and Post-Treatment on the Characteristics of PEDOT : PSS Conducting Polymer 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.26 no.3, 2015년, pp.275 - 279  

김진희 (부경대학교 융합디스플레이공학과) ,  서윤경 (부경대학교 융합디스플레이공학과) ,  한주원 (부경대학교 융합디스플레이공학과) ,  오지윤 (부경대학교 융합디스플레이공학과) ,  김용현 (부경대학교 융합디스플레이공학과)

초록
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전도성 고분자인 poly(3,4-ethylenedioxythiophene) : poly(styrenesulfonate) (PEDOT : PSS)는 우수한 전기 전도도와 광투과도, 유연성을 가지고 있기 때문에 유기태양전지와 유기발광소자의 투명전극으로서 많은 각광을 받고 있다. PEDOT : PSS의 전기 전도도는 솔벤트를 도핑함에 따라 큰 폭으로 증가한다는 사실은 잘 알려져 있다. 본 연구에서는 다양한 솔벤트의 도핑과 솔벤트 후처리 공정에 따른 PEDOT : PSS 박막의 전기 전도도와 구조적 특성 변화를 연구하였다. 솔벤트 도핑으로 PEDOT : PSS의 전도도는 884 S/cm까지 증가하였고, 후처리 공정을 통해서 1131 S/cm의 전도도 값을 얻을 수 있었다. 이러한 전도도의 증가는 PSS 물질이 빠져나가거나 구조적인 재배열에 따른 전도성 PEDOT 입자의 접촉 면적이 증가함에 따른 것으로 사료되고, 광학적인 방법으로 PSS의 추출을 관찰하였다. 솔벤트 후처리 공정은 PEDOT : PSS 박막의 전도도를 향상하는 매우 효과적인 방법으로 확인되었고, 저가형 플렉서블 유기전자소자의 투명전극으로써의 사용이 적합할 것으로 예상된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) : poly(styrenesulfonate) (PEDOT : PSS) has attracted a great deal of attention as a transparent conductive material for organic solar cells or organic light-emitting diodes due to its high electrical conductivity, optical transparency, and excellent mechanical flexib...

주제어

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문제 정의

  • 본 연구에서는 polyhydroxy, sulfoxide 또는 amide 계열의 다양한 솔벤트를 PEDOT : PSS에 도핑했을 시 전기 전도도에 미치는 영향과 솔벤트를 이용한 PEDOT : PSS의 후처리 공정이 PEDOT : PSS의 전기 전도도 및 구조적 변화에 끼치는 영향에 대해서 연구하였다. 솔벤트 도핑과 후처리 공정은 PEDOT : PSS 박막 내에서 부도체인 PSS 물질의 추출을 이끌어 내고, 전도성 PEDOT 입자의 우수한 접촉 특성이 이뤄져서 전기 전도도가 증가한다는 것을 관찰할 수 있었다.
  • 본 연구에서는 전도성 고분자 PEDOT : PSS의 전기 전도도를 높이기 위해 다양한 솔벤트 도핑 공정과 후처리 공정을 실시하였고 그에 따른 전기적, 구조적 특성 변화를 관찰하였다. PEDOT : PSS의 전기전도도는 솔벤트 도핑을 함에 따라 1 S/cm에서 884 S/cm까지 증가하였다.
  • 솔벤트 후처리 공정이 PEDOT : PSS의 전기 전도도에 미치는 영향에 대해서 관찰해보자. Figure 3 (a)는 전기 전도도가 약 1 S/cm인 순수 PEDOT : PSS 박막에 다양한 솔벤트를 이용해서 후처리 공정을 했을 때의 전기 전도도를 나타내고 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
인듐주석산화물의 단점은? ITO 투명전극은 매우 우수한 광투과도와 전기 전도도를 가지고 있고, 성숙된 생산기술을 바탕으로 상용 투명전극으로서 큰 성공을 거두었다. 하지만, ITO의 높은 가격은 전자소자의 제품 가격을 크게 상승시켜서 저가의 플렉서블한 유기전자소자의 구현을 어렵게 만든다. 또한, ITO 투명전극은 유연성이 크게 떨어져서 기판의 굽힘 상태에서 크랙이 형성되어 전기 전도도가 크게 저하되는 단점을 가지고 있기 때문에 플렉서블 소자에 적합하지 않다.
플렉서블 유기전자소자의 투명전극으로 가장 널리 쓰이는 재료는? 현재 플렉서블 유기전자소자의 투명전극으로 가장 널리 쓰이는 재료는 인듐주석산화물(indium tin oxide, ITO)이다. ITO 투명전극은 매우 우수한 광투과도와 전기 전도도를 가지고 있고, 성숙된 생산기술을 바탕으로 상용 투명전극으로서 큰 성공을 거두었다.
유기전자소자의 특징은? 차세대 전자 소자로 각광받고 있는 유기전자소자는 플렉서블하고가벼우며, 저가의 고속 생산이 가능하기 때문에 많은 연구가 진행되고 있다. 특히 차세대 디스플레이, 조명으로 각광받고 있는 유기 발광 다이오드(OLED)와 차세대 신재생 에너지소스로 연구되고 있는 유기태양전지는 가볍고 휴대가 용이하고 유연할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
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참고문헌 (11)

  1. C. J. M. Emmott, A. Urbina, and J. Nelson, Environmental and economic assessment of ITO-free electrodes for organic solar cells, Sol. Energ. Mat. Sol. C., 97, 14-21 (2012). 

  2. K. Ellmer, Past achievements and future challenges in the development of optically transparent electrodes, Nat. Photon., 6, 809-817 (2012). 

  3. S. Kirchmeyer and K. Reuter, Scientific importance, properties and growing applications of poly (3, 4-ethylenedioxythiophene), J. Mater. Chem., 15, 2077-2088 (2005). 

  4. L. Groenendaal, F. Jonas, D. Freitag, H. Pielartzik, and J. R. Reynolds, Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) and Its Derivatives: Past, Present, and Future, Adv. Mater., 12, 481-494 (2000). 

  5. Y. H. Kim, J. Lee, S. Hofmann, M. C. Gather, L. Muller-Meskamp, and K. Leo, Achieving high efficiency and improved stability in ITO-free transparent organic light-emitting diodes with conductive polymer electrodes, Adv. Funct. Mater., 23, 3763-3769 (2013). 

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  8. X. Crispin, F. Jakobsson, A. Crispin, P. Grim, P. Andersson, A. Volodin, C. Van Haesendonck, M. Van der Auweraer, W. Salaneck, and M. Berggren, The origin of the high conductivity of Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-Poly(styrenesulfonate) (PEDOT-PSS) plastic electrodes, Chem. Mater., 18, 4354-4360 (2006). 

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  10. Y. Xia, K. Sun, and J. Ouyang, Solution-processed metallic conducting polymer films as transparent electrode of optoelectronic devices, Adv. Mater., 24, 2436-2440(2012). 

  11. N. Kim, S. Kee, S. H. Lee, B. H. Lee, Y. H. Kahng, Y.-R. Jo, B.-J. Kim, and K. Lee, Highly conductive PEDOT : PSS nanofibrils induced by solution-processed crystallization, Adv. Mater., 26, 2268-2272 (2014). 

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