초록 ▼

지난 3년간의 연구는 나노재료를 기반으로 한 유연한 투명전극을 제작함과 동시에 전기적, 광학적, 기계적 특성의 최적화를 목표로 하였다. 기존 투명전극인 ITO(Indium Tin Oxide)와 AZO(Aluminum Zinc Oxide)의 단점인 고진공 공정, 희토류 곰속 사용에 따른 고비용 및 취성에 의한 낮은 활용성 등을 개선하기 위해 저비용이면서 쉽게 제작 가능한 유연한 투명전극을 개발이 이 본 과제의 목표이다. 재료의 합성부터 전극 제작, 마지막으로 특성 평가까지 완료하였다. 또한 유연한 소자에 있어서 가장 중요한 요소인 기

지난 3년간의 연구는 나노재료를 기반으로 한 유연한 투명전극을 제작함과 동시에 전기적, 광학적, 기계적 특성의 최적화를 목표로 하였다. 기존 투명전극인 ITO(Indium Tin Oxide)와 AZO(Aluminum Zinc Oxide)의 단점인 고진공 공정, 희토류 곰속 사용에 따른 고비용 및 취성에 의한 낮은 활용성 등을 개선하기 위해 저비용이면서 쉽게 제작 가능한 유연한 투명전극을 개발이 이 본 과제의 목표이다. 재료의 합성부터 전극 제작, 마지막으로 특성 평가까지 완료하였다. 또한 유연한 소자에 있어서 가장 중요한 요소인 기계적 안정성을 확보했다는 점에서 기존 연구와의 차별성을 두고 있다.
은나노와이어 투명전극 : 보다 얇고 긴 은나노와이어를 합성하여 투명전극으로써의 성능향상을 도모, 유연기판 위에 대면적 도포를 성공하였다. 또한 은나노와이어 표면의 금 치환효과로 인한 화학적 안정성 및 haze 감소 효과를 얻을 수 있었고 이 결과는 display 분야에 적용가능성을 확인하였으며 은나노와이어와 그래핀과의 hybrid로 인해 화학적 안정성, 신뢰성 증가 및 태양전지로의 응용 시 전극의 전하포집능력 향상으로 인한 효율향상을 기대할 수 있다.
∙ 종횡비가 개선된 은나노와이어 – 접합 부분 감소로 인한 투과도 대비 면저항감소 (길이 신장 : 4.6μm -> 13.5μm)
∙ 대면적 도포 – 25cm x 20cm 대면적 polycarbonate 기판에 은나노와이어의 균일한 도포로 20Ω/□, 80% 의 성능을 구현함
∙ 은나노와이어 표면의 금 치환 – Galvanic exchange효과를 이용하여 은나노와이어 표면을 금으로 치환. 금나노와이어에 비해 가격 감소, 화학적 안정성 증가, haze감소 (88%투과도에서 약 2%감소)에 따른 display 분야에 이점
∙ 그래핀과 hybrid – Conductive AFM으로 은나노와이어와 그래핀 hybrid 전극의 전하 이동경로 증가 확인
나노파이버 투명전극 : 기존 AZO(Aluminum doped Zinc Oxide) 박막은 태양전지에서 널리 쓰이는 재료이나 유연소자에 응용시키기에는 취성특성으로 인해 어려움이 있었다. 이러한 AZO재료를 섬유화시켜 유연성 향상 및 Ga의 추가 도핑으로 전기적 특성을 향상시켰다. ∙ 전기방사법을 이용한 나노섬유화 – Al, Ga 전구체를 포함한 용액을 이용하여 AGZO 나노파이버를 제작함. 기존 고진공 박막 공정에 비해 공정단가가 매우 낮음
∙ Al, Ga이 도핑된 ZnO 나노파이버 – XRD 분석을 이용해 Ga의 추가 도핑이 가능함을 확인하였음. Zn 과 Al의 이온반경 차이보다 Zn과 Ga의 이온반경 차이가 작으므로 ZnO 격자에 Ga의 추가 도핑이 원활함. 이에 따라 기존 AZO에 Ga추가도핑 확인
∙ 최적의 전기전도도 확인을 위한 단일 나노파이버 전기적 특성 평가 – 단일 나노파이버의 도핑 농도에 따른 전기전도도 평가를 통한 최적의 도핑 농도 확인. (9.57 x 10^-3 S/cm, Al 2at% + Ga 1at%) 나노와이어 투명전극의 기계적 특성 및 신뢰성 평가 : 유연소자의 투명전극은 휘어지거나, 접히는 등의 응력을 받게 되는데 따라서 기계적 특성 평가 및 신뢰성 평가가 아주 중요하다. 이에 따라 개별 은나노와이어의 기계적 특성 평가 및 network구조에서의 기계적 특성 평가를 시행하였다.
∙ 단일 은나노와이어 나노인덴테이션 – five-fold twin구조의 은나노와이어는 지름이 감소함에 따라 twin계면에서 전위 제어효과에 의해 강화효과가 측정됨.
∙ 은나노와이어 네트워크 피로 테스트 – 반복적인 응력을 가해 은나노와이어 network 투명전극의 신뢰성 평가를 수행하였고 이를 토대로 전도성을 유지하며 신뢰성을 향상시킬 수 있는 기계적 welding 방법을 제안