전기전도도 향상시킨

인쇄형 플라스틱 투명전극 개발

 

- 신소재 이광희 교수, RISE 이성호 박사, 김나라‧기세영 박사과정생 연구

- 황산 이용 고효율 전도성 플라스틱 박막 제작…Advanced Materials 표지논문

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□ 국내 연구진이 기존 투명전극*의 한계를 극복할 최고 전기전도도를 갖는 인쇄형 플라스틱 투명전극을 개발했다. 저렴한 황산을 이용한 간단한 용액공정으로 투명전극에 쓰일 전도성 플라스틱 박막을 만들 경우 향후 휘어지는 전자소자의 상용화를 앞당길 것으로 기대된다. 

 

 * 투명전극 : 가시광 영역에서 높은 광투과도(85% 이상)와 높은 전기전도도(1000 S/cm 이상)를 동시에 지닌 전극으로 각종 디스플레이 소자나 태양전지 등의 핵심부품

 

  o 지스트(GIST․광주과학기술원) 신소재공학부 이광희 교수와 차세대에너지연구소 이성호 박사(공동 교신저자)가 주도하고, 신소재공학부 김나라, 기세영 박사과정 연구원(공동 제1저자)이 수행한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업(도약연구) 및 선도연구센터지원사업의 지원으로 수행되었고, 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)지 4월 9일자 표지논문(Front Cover Article)으로 게재되었다.
 * 논문명 : Highly Conductive PEDOT:PSS Nanofibrils Induced by  Solution-Processed Crystallization

 

□ 전기전도도와 가시광선 투과도가 높은 전도성 플라스틱은 고가의 희귀금속인 인듐을 사용하고 깨어지기 쉬운 ITO*를 대체할 투명전극 소재로 주목받고 있다.

 

 * ITO(인듐주석산화물) : 산화주석(tin oxide)에 인듐(Indium)을 첨가해 만든 전도도와 투과도가 높은 물질로 각종 디스플레이나 태양전지 등의 투명전극 소재로 널리 쓰임.

 

  o 다만 ITO에 버금가는 전기전도도를 얻기 위해 진공에서 기화시키는 추가적인 증착공정이 필요해 상용화에 한계가 있었다.

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□ 연구팀은 대표적인 전도성 플라스틱 물질에 황산을 처리하면 전기전도도를 ITO에 버금가게 향상시킬 수 있음을 알아냈다.

 

  o 전도성 플라스틱은 가볍고 유연해 가공하기 쉽고 인쇄하듯 만들 수 있어 투명전극 소재로서 ITO를 대신하여 휘어지는 디스플레이, 터치스크린, 유기 태양전지 등에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

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□ 황산이 전도성 플라스틱*을 알갱이 형태에서 나노섬유 형태로 바꿔주면서 결정도를 높여 전기전도도가 향상된다는 것이다. 전기전도도를 높이기 위한 번거로운 증착공정을 생략할 수 있게 된다.

 

  o 실제 이렇게 만들어진 플라스틱 박막을 투명전극으로 사용해 유기 태양전지를 제작한 결과 ITO 전극을 이용한 경우 대비 95%의 광전변환 효율**을 나타냈다.

 

* 피닷:피에스에스(PEDOT : PSS) : 전도도가 높은 대표적인 전도성 플라스틱으로 가시광 영역에서 투과도가 좋아 투명전극의 소재로의 응용연구가 활발하다.
** 광전변환효율 : 태양전지에 입사되는 태양광 에너지가 전기에너지로 변환되는 효율

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□ 이 교수는 “이번 연구결과는 용액 공정을 통해서도 전도성 플라스틱에서 우수한 전기적 특성이 나타나고 있음을 입증한 것으로 깨어지기 쉬운 ITO를 대체해 향후 투명하고 휘어지는 인쇄형 전자소자의 상용화를 앞당길 것으로 기대한다”고 밝혔다.