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문제 정의
- 이러한 문제를 극복하고자 100nm 이하의 박막 적층을 이용한 전기변색 소자에 대한 연구가 수행되고 있다 [8-10]. 본 연구에서는 3V 이하의 저전압으로 투과/차단 조절 사이를 임으로 조절할 수 있고 전원을 차단해도 직전의 투과율이 별도의 전력소모 없이 유지될 수 있는 전자 이동형 투과도 가변 소자에 대해 연구하였다 [11].
- 본 연구에서는 기존에 전해액 등이 사용되는 액상형 재료 기반 EC 소자가 아닌 SnO2를 사용한 고체상의 박막 적층형 변색 소자를 제작하여 구동 특성을 분석하였다. 기준 소자는 탈색 시 70.
가설 설정
- 2g 첨가한 Fig. 9(a)와 (b)를 보면 탈색과 변색 상태 모두 갈색 빛을 보인다. 탈색 시 투과도는 63%로 기준 소자와 비교했을 때 7% 낮았고, 변색 시 투과도는 50.
제안 방법
- 층의 건조 온도를 변경하여 실험하였다. 건조 온도를 60도, 100도로 변경하였고 기준 소자인 80도 건조와 비교하였다. Fig.
- 마지막으로 소재 및 공정 변화에 따른 소자의 특성 변화를 확인하였다. 먼저 SnO2용액 제조 시 사용되는 실리콘 오일의 첨가량에 따른 소자 특성을 조사하였다.
- 마지막으로 소재 및 공정 변화에 따른 소자의 특성 변화를 확인하였다. 먼저 SnO2용액 제조 시 사용되는 실리콘 오일의 첨가량에 따른 소자 특성을 조사하였다. 실리콘 오일은 TiO2층과 함께 절연 역할을 한다.
- 변색 소자 각 층의 두께를 분석하기 위하여 소자단면의 SEM을 측정하였다. Fig.
- 실리콘 오일은 TiO2층과 함께 절연 역할을 한다. 비교를 위한 기준 소자는 앞서 공정에 사용한 실리콘 오일 0.1g이며 첨가량을 0.2g, 0.3g로 늘려 용액을 제조한 뒤 기준 소자의 측정 결과와 비교하였다. Fig.
- 소자 제작을 위하여 150nm 두께의 ITO가 증착되어 있는 20mm×20mm 크기의 유리 기판을 초음파 세척기 (Powersonic410, HWASHIN instrument)로 아세톤, 메탄올, DI water의 순서로 중간 건조 없이 각 10분간 세정한 뒤 120℃의 hotplate (MSH-20D, Wisestir)를 이용하여 20분간 건조하였다.
- 5V를 인가하면 탈색된다. 소자의 특성을 분석하기 위하여 투과도 측정기(T-90, PG instrument)로 250nm ~ 800nm 사이의 가시광 영역에서 투과도를 측정하였다. 이어서 측정 파장을 550nm로 고정한 뒤 시간에 따라 소자의 변색-탈색 속도, 짧은 시간 동안 변색-탈색 전환에 의한 반복 특성, 전원 제거 후 변색이 유지되는 메모리 효과를 측정하였다 [12].
- 이어서 SnO2층의 건조 온도를 변경하여 실험하였다. 건조 온도를 60도, 100도로 변경하였고 기준 소자인 80도 건조와 비교하였다.
- 소자의 특성을 분석하기 위하여 투과도 측정기(T-90, PG instrument)로 250nm ~ 800nm 사이의 가시광 영역에서 투과도를 측정하였다. 이어서 측정 파장을 550nm로 고정한 뒤 시간에 따라 소자의 변색-탈색 속도, 짧은 시간 동안 변색-탈색 전환에 의한 반복 특성, 전원 제거 후 변색이 유지되는 메모리 효과를 측정하였다 [12].
- 이와 같은 결과로 구동 시간을 30초로 설정한 뒤 변색소자의 변색-탈색 반복 실험을 진행하였다. 인가 전압은 2.
- 이와 같은 결과로 구동 시간을 30초로 설정한 뒤 변색소자의 변색-탈색 반복 실험을 진행하였다. 인가 전압은 2.5V로 30초, -2.5V로 30초로 설정 한 뒤 1,000초간 18회 반복하여 테스트를 진행하였다. 550nm 파장을 기준으로 1초마다 투과도를 측정하였으며 그 결과를 Fig.
대상 데이터
- DC 스퍼터 (The1-MSS2, 더원과학)를 이용하여 약 70nm의 두께로 ITO를 증착한다. ITO 타겟은 In2O3와SnO2가 90:10 wt%의 비율이며 지름 3인치, 두께 1/4인치를 사용하였다. 8.
- 용액을 스핀코팅 하였다. SnO2 (Sigma Aldrich) 0.75g을 용매 xylene (Sigma Aldrich) 2.56g, 절연 효과를 갖는 실리콘 오일(Si-oil, 이성소재) 0.1g을 혼합 한 뒤 스티어 바를 이용하여 1000 rpm으로 20분간 혼합하여 사용하였다. SnO2 용액을 3000 rpm으로 8초간 스핀코팅 한 뒤 80도의 hotplate에서 10분간 건조하였다.
- 소자 제작을 위하여 150nm 두께의 ITO가 증착되어 있는 20mm×20mm 크기의 유리 기판을 초음파 세척기 (Powersonic410, HWASHIN instrument)로 아세톤, 메탄올, DI water의 순서로 중간 건조 없이 각 10분간 세정한 뒤 120℃의 hotplate (MSH-20D, Wisestir)를 이용하여 20분간 건조하였다. 건조 된 기판은 RF 스퍼터 (The1-MSS2, 더원과학)를 이용하여 절연층 역할을 하는 TiO2 를 약 70nm의 두께로 증착하였다. 사용한 TiO2 타겟은 지름 3인치, 두께 1/4인치이다.
- 건조 된 기판은 RF 스퍼터 (The1-MSS2, 더원과학)를 이용하여 절연층 역할을 하는 TiO2 를 약 70nm의 두께로 증착하였다. 사용한 TiO2 타겟은 지름 3인치, 두께 1/4인치이다. 이때 기판의 한쪽 모서리에는 완성 후 ITO에 직접 전극을 연결할 수 있도록 마스크 처리 하였다.
- 이번 연구에 사용되는 전기변색 소자는 박막을 적층하여 만든 소자로 Fig. 1와 같은 구조를 가지고 있다.
성능/효과
- 4%로 이는 육안으로 확인하기 어려운 수준이다. -2.0V를 인가할 때부터 육안으로 확인이 가능한 수준의 변색이 진행되었으며 61.7%로 투과도가 9%감소하였다. -2.
- 측정된 이미지를 보면, 건조 온도가 높을 경우 소자의 색이 붉은 빛을 보였고, 탈색과 변색 모두 색이 더 진해졌다. 건조가 60도일 때 탈색 시 투과도는 72%로 가장 높은 투과도를 보였고 변색 시 투과도는 50.2%로 변화량은 21.8%이다. 100도 건조 일 때 투과도는 60.
- 7%)의 90% 수준인 65%에 도달하였다. 따라서 변색 시 30초 이상의 구동 시간을 필요로 함을 알 수 있었다.
- 7%로 크게 증가하였다. 마지막으로 -3.0V 를 인가한 경우 37.7%의 투과도를 보여 투과도 차이가 33%까지 증가하였다. 하지만 -2V에서 -2.
- 변색 후 전원을 제거한 뒤 측정한 메모리 효과의 경우 투과도가 5% 증가하는데 5분, 10% 증가하는데 12분이 소요되는 결과를 보여 전원인가 없이 일정 시간 투과도를 유지할 수 있음을 확인하였다. 마지막으로 SnO2용액에 첨가한 실리콘 오일 첨가량과 코팅 후 건조 온도가 소자의 특성에 영향을 미치는 것을 확인하였다. 실리콘 오일은 0.
- 초기 40%였던 투과도가 5% 상승하여 45%가 되는데 5분, 10% 상승하여 50%가 되는데까지 12분이 소요되었으며, 60%가 되기까지 24분 소요되었다. 방치 후 30분에는 투과도가 63.6%가 되어 탈색 시 투과도인 70%의 90% 수준까지 회복되었다. 변색된 소자에서 전자가 SnO2층에 머물며 변색이 유지 되어야 하지만 시간이 흐를수록 전자가 빠져나가기 때문에 투과도가 감소한다.
- 1%로 나타나 반복성이 우수하게 나타났다. 변색 후 전원을 제거한 뒤 측정한 메모리 효과의 경우 투과도가 5% 증가하는데 5분, 10% 증가하는데 12분이 소요되는 결과를 보여 전원인가 없이 일정 시간 투과도를 유지할 수 있음을 확인하였다. 마지막으로 SnO2용액에 첨가한 실리콘 오일 첨가량과 코팅 후 건조 온도가 소자의 특성에 영향을 미치는 것을 확인하였다.
- 7%로 측정되었다. 소자의 구동 속도의 경우 변색 시 약 30초 정도 안에 최고 변색 투과도의 85%에 도달하였고 탈색 시에는 5초 이내에 탈색 투과도의 90%에 도달하였다. 이어서 30초 추기로 진행한 변색-탈색 반복 실험의 경우 변색 투과도는 41.
- 마지막으로 SnO2용액에 첨가한 실리콘 오일 첨가량과 코팅 후 건조 온도가 소자의 특성에 영향을 미치는 것을 확인하였다. 실리콘 오일은 0.3g, 건조 온도는 80도 인 경우에서 가장 우수한 변색 특성을 보였다.
- 이어서 30초 추기로 진행한 변색-탈색 반복 실험의 경우 변색 투과도는 41.9±0.2%로 나타났고 탈색 시 투과도는 68.5±0.1%로 나타나 반복성이 우수하게 나타났다.
- 5%가 되었다. 이와 같은 변색 속도 측정 실험으로 탈색 속도가 변색 속도와 비교하여 매우 빠르다는 것을 알 수 있었다. 변색의 경우 약 30초 이내에 변색 투과도(-2.
- 측정된 이미지를 보면, 건조 온도가 높을 경우 소자의 색이 붉은 빛을 보였고, 탈색과 변색 모두 색이 더 진해졌다. 건조가 60도일 때 탈색 시 투과도는 72%로 가장 높은 투과도를 보였고 변색 시 투과도는 50.
- 9(a)와 (b)를 보면 탈색과 변색 상태 모두 갈색 빛을 보인다. 탈색 시 투과도는 63%로 기준 소자와 비교했을 때 7% 낮았고, 변색 시 투과도는 50.3%로 기준 소자보다 9% 높았다. 투과도 차이는 12.
- 9(c)와 (d)를 보면 색이 전체적으로 회색 빛을 보인다. 탈색 시 투과도는 65%, 변색 시는 33%로 투과도 차이가 32.2%까지 증가하여 기준 소자보다 변색률이 더 높은 결과를 보였다.
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