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  • 태양전지와 스마트폰을 위한 새로운 투명 전도체등록일 : 2015/12/05
  • 네덜란드 FOM institute AMOLF의 연구진은 투명 전도체를 만들 수 있는 새로운 기술을 개발했다. 이 연구결과는 태양전지와 스마트폰과 같은 전자장치에 매우 유용하게 적용될 수 있을 것이다.

    이 기술에는 나노크기의 스탬핑(stamping) 메커니즘과 화학적 프로세스가 결합되었다. 기존의 제조 방법과 비교할 때, 이 새로운 기술은 더 저렴한 비용으로 더 나은 전도체를 생성할 수 있다. 이번 연구진은 이 연구결과를 저널 Advanced Materials에 12월 3일자로 게재했다.

    은 나노와이어의 균일한 네트워크로 구성된 투명 전도성 박막은 소프트 용액 프로세스와 나노임프린트 리소그래피를 결합함으로써 달성되었다. 용액-성장된 나노와이어 네트워크는 금속 증착에 의해서 달성된 그리드보다 더 높은 전도성을 가졌다. 이것은 용액-성장된 나노와이어 속의 입자가 더 크기 때문에 결정립계에서 전자 산란의 감소를 초래한다.

    물 속의 화학적 처리 이후의 스탬핑
    이번 연구진은 기존의 두 개의 기술들이 결합된 새로운 프로세스를 개발했다. 스탬핑(stamping) 기술인 ‘기판 집속 임프린트 리소그래피(substrate conformal imprint lithography)’를 사용함으로써, 이번 연구진은 유기 기판의 상부에 위치한 아주 얇은 플라스틱 층 속에 패턴을 스탬핑하는데 성공했다. 이번 연구진은 패턴의 나노크기 형상을 관찰했다: 표면은 십자형 채널로 상호연결되어 있다. 이번 연구진은 ‘톨렌스(Tollens)’ 반응이라고 불리는 화학 프로세스를 사용해서 은으로 극소의 채널을 만들었다. 플라스틱을 제거한 후에, 전도성 은 그리드가 유리 기판 위에 남는다. 이런 전도체 패턴은 빛의 파장보다 더 작다: 결과적으로, 그들은 가시광선 스펙트럼에서 어떤 색상도 반사하지 않는다. 이런 특성은 전도체를 투명하게 만든다.

    장점
    이 기술은 몇 가지 장점들을 가진다. 네트워크는 깔끔하게 배열되어 있고 스탬프된 채널은 은 결정으로 구성된다. 이것은 결정립계가 상대적으로 적다는 것을 의미하고, 전자가 네트워크를 통과하는 것을 용이하게 한다. 결국, 이 기술은 금속 증착을 기반으로 하는 기존의 방법보다 3배 이상의 전도성을 가진다. 기존의 방법의 경우에, 동일한 플라스틱 나노패턴을 사용하지만 금속은 채널 속뿐만 아니라 모든 곳에 증착된다. 이것은 플라스틱이 벗겨질 때 일부 금속이 버려진다는 것을 의미한다. 또한 증착을 위해서 많은 에너지가 필요하다.

    이 논문의 주저자 중의 하나인 Beniamino Sciacca은 다음과 같이 말했다: “우리는 두 개의 최고의 기술들을 결합시켰다. 나노패턴을 가진 구조들은 그들의 가치를 증명했고, 구조 위에 금속 층을 적용함으로써 더 나은 결과를 도출했다. 우리는 더 적은 금속을 사용하는 더 에너지 효율적인 방법을 개발하게 되었다.” 이 프로젝트의 리더인 Erik Garnet는 다음과 같이 말했다: “많은 장점들을 가지고 있기 때문에, 나는 이 기술이 태양전지, 태블릿, 스마트폰과 같은 분야에 적용될 수 있을 것이라고 생각한다.” 이 연구결과는 저널 Advanced Materials에 “Solution-grown Silver Nanowire Ordered Arrays as Transparent Electrodes”라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1002/adma.20150404).

    그림. 새로운 기술로 만들어진 은 나노와이어 네트워크의 이미지. 상부에서 하부까지의 백색 선은 광선을 나타내고, 이것은 격자를 통해서 직선으로 이동한다. 청색 선은 직선으로 통과할 수 없는 전자들이다. 그들은 은 격자 간의 경계에서 산란되기 때문에 직선으로 통과할 수 없다. 각각의 격자들은 색상 대비에 의해서 가시화된다.
  • 키워드 : 투명 전도체, 스탬핑, 용액, 태양전지, 스마트폰
  • 출처 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑