사물인터넷 시대 앞당길

투명전극 전사기술 개발

- 도장 찍듯 원하는 곳에 플라스틱 투명전극 형성 가능 

 

 

(a)유리 (b)실리콘 (c)금속 호일 (d)테이프 (e)플라스틱 기판 등 다양한 물질 표면에 균일하게 전사된 고성능 플라스틱 투명전극의 사진. (a~d) 요철 구조를 가진 스탬프를 이용하여 전사하면 손쉽게 다양한 모양 (사진에서는 순서대로 G, I, S, T)의 박막을 형성할 수 있음. (e) 스탬프의 크기를 증가시키면 대면적의 전사도 가능함

 

 

□ 국내 연구진이 저가의 고성능 플라스틱 투명전극*을 원하는 곳에 도장을 찍듯이 옮겨 붙일 수 있는 전사(轉寫, transfer) 기술을 개발했다. 본 성과로 휘어지는 전자기기와 부착형 센서 등 다양한 첨단 기기에 투명전극을 손쉽게 형성시킬 수 있게 되어 사물인터넷(IoT) 시대를 앞당길 것으로 기대된다.  

 

 * 투명전극 : 가시광 영역에서 투명하고 전기 전도성이 있는 박막. 전극으로 디스플레이 소자나 터치스크린, 박막 태양전지 등의 핵심부품

 

  o 광주과학기술원 이광희 교수(신소재공학부)가 주도하고, 김나라 박사과정생과 강홍규 박사(공동 제1저자)가 수행한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구지원사업(중견연구자지원)의 지원으로 수행되었고, 재료공학 분야 권위지인 어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)의 4월 8일자 온라인에 게재되었다. (논문명 : Highly Conductive All-Plastic Electrodes Fabricated Using a Novel Chemically Controlled Transfer-Printing Method)

 

□ 인쇄공정을 통해 적은 비용으로 투명전극을 만들 수 있는 전도성 플라스틱은 기존에 활용되던 깨지기 쉽고 값이 비싼 인듐주석산화물(ITO)을 대체할 투명전극 소재로 주목받고 있다. 그러나 전도성 플라스틱은 기존소재 만큼 전기전도도를 향상시키기 위해 황산공정을 거쳐야하기 때문에, 유리‧실리콘 등 황산에 손상되지 않는 기판에만 형성시킬 수 있을 뿐, 유연한 기판 등 황산에 약한 기재에는 적용할 수 없는 한계가 있다.

 

* 전도성 플라스틱 : 플라스틱 물질의 특성인 가볍고, 유연하며, 가공이 쉬운 장점을 유지한 채 금속처럼 전기가 통하는 고분자 물질

 

 

 

 

(그림 1) 고성능 인쇄형 플라스틱 투명전극을 도장 찍듯 원하는 기판으로 옮기는 전사과정을 나타낸 그림 (맨 윗줄에서부터 1~3번)

 

 

□ 연구팀은 전도성 플라스틱 박막과 기판 간의 접착력을 조절하여 고성능 플라스틱 투명전극을 유연한 기판 등 다양한 기재에 옮겨 붙이는 데 성공함으로써 투명전극의 산업적 활용가능성을 넓혔다.

 

  o 일반적인 전사기술은 박막을 기판으로부터 분리하기 위해 박막에 탄성체 스탬프*를 붙이고 기판을 녹여내었으나, 본 연구팀은 박막과 기판 간의 접착력을 조절함으로써 박막에 스탬프를 붙였다 떼어내면 박막이 분리되는 손쉽고 비파괴적인 공정을 개발하였다.

 

* 탄성체 스탬프 : 고무와 같은 성질을 가지는 탄성체를 이용해 만든 스탬프. 전사 기술에서 물질을 한 곳에서 다른 곳으로 옮기는 역할

 

  o 이로써 탄성체 스탬프 위로 분리된 고성능 플라스틱 투명전극(투과도 90% 이상, 면저항 45Ω/sq 이하)을 얇은 부착층을 이용해 다양한 기재에 도장을 찍듯 쉽게 옮겨 붙일 수 있게 되었다.

 

 

(a) 고성능 플라스틱 투명전극을 유연한 기판 위에 전사하여 제작된 휘어지는 유기태양전지 사진 (b) 휘어지는 유기태양전지의 성능을 나타내는 전류밀도-전압 그래프. 기존의 ITO 투명전극을 사용했을 때와 동일한 7.7%의 높은 광전변환효율을 나타냄 (c) 휘어지는 유기태양전지는 1000번을 구부리는 심한 기계적 변형에도 효율을 유지함을 보여줌

 

(a) 고성능 플라스틱 투명전극을 소자 위에 패턴된 형태로 전사하여 제작된 투명한 유기발광다이오드 사진 (b) 투명한 유기발광다이오드의 투과도 스펙트럼 (550 nm에서 투과도 91% 이상) 및 발광 스펙트럼 그래프. (c) 투명한 유기발광다이오드의 효율을 나타내는 밝기-전압 및 전류밀도-전압 그래프

 

 

□ 이광희 교수는 “이번 연구는 간단한 스탬핑 공정을 통해 휘어지는 투명전극의 기기 적용성을 극대화 할 수 있음을 보여준 결과”라며 “웨어러블 컴퓨터, 투명 디스플레이 등 휘어지고 투명한 차세대 전자기기와 부착형 센서, 투명 안테나 등 사물인터넷(IoT) 구현에 다양하게 활용될 것으로 기대된다”고 말했다.      <끝>

 

 

 

(왼쪽부터) 김나라 박사과정생, 이광희 교수, 강홍규 박사

 

 

 

 

지스트 대외협력팀‧한국연구재단