KR101682501B1 - 은 나노와이어 패턴층 및 그래핀층을 포함하는 투명전극 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 투명전극은 기판, 상기 기판 상에 형성된 그래핀(graphene)층 및 상기 그래핀층 상에 형성된 은(Ag)나노와이어 패턴층을 포함하며, 본 발명에 따른 투명전극의 제조방법은, (a) 기판 상에 그래핀층을 형성시키는 단계, (b) 상기 기판 상에 형성된 그래핀층의 표면에 포토레지스트 패턴을 형성시키는 단계, (c) 상기 포토레지스트 패턴이 형성된 그래핀층 상에 은 나노와이어 용액을 코팅하여 은 나노와이어 패턴층을 형성시키는 단계 및 (d) 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 투명전극은, 그래핀 옥사이드의 환원에 의해 형성되며 안정한 sp2 혼성탄소 구조로 이루어져 있어 전기적, 열적 및 기계적 특성이 뛰어난 그래핀층 및 은 나노와이어 패턴층을 포함함으로써, 기존의 ITO나 FTO 등의 투명 금속 산화물 전극을 대체할 수 있을 정도로 우수한 전기전도성 및 투과성을 가질 뿐만 아니라, 투명전극 전면에 걸쳐 고른 투과율을 확보할 수 있고, 개구율을 임의로 제어할 수 있으며, 또한, 본 발명의 투명전극 제조방법은 전체 공정의 용액화를 통해 저온, 상압 상태에서 투명전극을 제조할 수 있으므로, 제조 원가의 절감, 제조 공정의 단순화, 대면적화의 용이성 등의 장점 외에도, 플라스틱 기판 등과 같은 유연성 기판 상에 전술한 우수한 특성을 가지는 투명전극을 형성할 수 있기 때문에 각종 유연성 소자의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 투명전극은, 그래핀 옥사이드의 환원에 의해 형성되며 안정한 sp2 혼성탄소 구조로 이루어져 있어 전기적, 열적 및 기계적 특성이 뛰어난 그래핀층 및 은 나노와이어 패턴층을 포함함으로써, 기존의 ITO나 FTO 등의 투명 금속 산화물 전극을 대체할 수 있을 정도로 우수한 전기전도성 및 투과성을 가질 뿐만 아니라, 투명전극 전면에 걸쳐 고른 투과율을 확보할 수 있고, 개구율을 임의로 제어할 수 있으며, 또한, 본 발명의 투명전극 제조방법은 전체 공정의 용액화를 통해 저온, 상압 상태에서 투명전극을 제조할 수 있으므로, 제조 원가의 절감, 제조 공정의 단순화, 대면적화의 용이성 등의 장점 외에도, 플라스틱 기판 등과 같은 유연성 기판 상에 전술한 우수한 특성을 가지는 투명전극을 형성할 수 있기 때문에 각종 유연성 소자의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 소자, 디스플레이 소자, 광기전 소자 등에 사용될 수 있는 투명전극 및 그 제조방법에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 은 나노와이어 패턴층및 그래핀층을 포함하는 투명전극 및 그 제조방법에 대한 것이다.
디스플레이 기기나 태양전지에서는 빛을 투과하여 이미지를 전달하고 전류를 발생시키는 투명전극이 핵심부품이며, 현재는 화학적 안정성이 우수하면서, 평활성이 좋고, 투과도가 높은 고전도성의 새로운 전극재료의 개발이 광전자 디바이스 개발에 필수적이며, 현재 관련 분야의 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 제조되고 있는 투명전극의 제조에는 인듐주석산화물(ITO, indium tin oxide), 불소도핑산화주석(fluorinedoped tin oxide), 은(Ag) 나노와이어 등을 주로 이용한다.
먼저, 인듐주석산화물(ITO, indium tin oxide)을 이용한 투명전극의 제조방법은 현재 가장 널리 사용되고 있는 제조방법으로, 진공증착, 에칭 및 부식성 화공약품을 이용하여 ITO 투명전극을 제조하고 이를 이용하여 염료감응형 태양전지나 유기태양전지를 생산한다.
하지만, ITO의 해당 원광석의 매장량이 풍부하지 않아 가격이 비싸고, 제조를 위해서는 고가의 장비가 필요하며 값비싼 부식성 화공약품을 사용해야 하기 때문에 경제성이 떨어진다.
또한, ITO과 같은 산화물로 제조된 투명전극은 구부러졌을 때, 산화물 박막에 균열이 가거나 깨져 투명전극의 표면저항이 증가되는 문제점이 있어 플랙시블 형태의 전자기기에 적용하기 힘든 단점이 있다.
한편, 염료감응형 태양전지나 유기태양전지에서는 불소도핑산화주석(fluorinedoped tin oxide, FTO)으로 코팅된 투명전극도 많이 이용되고 있는데, FTO를 이용한 투명전극 제조방법은, 기판을 FTO로 코팅하고, 폴리머(polymer)를 코팅하는 후처리과정을 이용하여 무색 투명 FTO 전도막을 제조하는 방식이 상용화 되어 있다.
하지만, 불소도핑산화주석(fluorinedoped tin oxide, FTO)로 이루어지는 투명전극은 전극의 표면이 매우 거친 경우가 많아 투과도가 낮고, 기판 위에 FTO 코팅을 하는 공정 또한 복잡하며 고가의 증착이나 스퍼터링 공정을 사용하기 때문에 FTO 전극의 가격을 상승시켜 대체요구가 많이 발생하고 있는 실정이어서 광전자 디바이스의 전극재료로는 적용이 불가능하다.
또한, 은 나노와이어를 이용한 투명전극의 경우에는 기판상에 액체 상태의 은 포함 이온성 용액을 도포하는 방법 또는 스퍼터링 등의 방법을 통해 형성되는 은 나노와이어로 네트워크를 형성시켜 얻어지는데, 이와 같이 은 나노와이어를 이용하여 만든 투명전극은 절연성을 갖는 입자들이 은 나노와이어 표면에 생기기 쉽기 때문에, 기존 산화물계의 투명전극들과 유사한 표면저항을 갖는 은 나노와이어를 사용한 유연전극은 서로 겹쳐 존재하는 나노와이어들 사이에 존재하는 비전도성 부분들 때문에 높은 임계 농도를 필요로 하여 순수한 은 나노와이어 필름으로만 이루어진 전극은 디스플레이나 태양전지에 적용되기 힘든 측면이 있다.
또한, 은 나노와이어 네트워크의 임계 농도는 나노와이어의 직경과 길이를 조절하여 성공적으로 변화시킬 수 있는 것으로 알려져 있는데 서로 가로지르는 구조를 갖는 나노와이어는 서로 드문 드문 떨어져 있는 구조를 갖기 때문에 전기가 면 전체로 균일하게 흐르지 못하는 단점이 있으며, 은 나노와이어들이 서로 겹쳐진 구조를 갖는 필름이나 코팅은 절연 성질을 가지는 결함이 존재하여 전자기기에서 요구하는 전기적인 성질이나 촉매적 특성을 갖지 못하는 문제점이 있다.
더욱이, 은 나노와이어를 단독으로 사용하면 기존의 투명전극과 유사한 표면저항을 가질 수 있으나, 은 나노와이어의 표면에 형성되는 실버 산화물 절연입자들로 인하여 사용상에 표면저항이 증가하는 문제가 발생하며, 은 나노와이어 네트워크 구조는 은 나노와이어가 서로 가로 지르면서 생기는 빈공간 (uncovered area) 때문에 전자를 통과시키지 못하는 절연 공간이 존재하여 높은 전기전도도를 갖기 위해서는 높은 은 나노와이어 임계농도를 필요로 하여 전자기기나 태양전지용 전극제작에 문제가 있으며 은 나노와이어의 네트워크로 이루어진 필름은 높은 표면조도를 가져 전자기기에서 단락을 유발할 수 있는 문제점 또한 가지고 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술에서의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 기존의 은 나노와이어를 포함하는 투명전극에 비해 우수한 전기전도성 및 광투과성을 가질 뿐만 아니라, ITO나 FTO 등과 같은 투명 전도성 산화물 전극까지 대체할 수 있는 투명전극 및 그 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해서 본 발명에 따르면, 기판, 상기 기판 상에 형성된 그래핀(graphene)층 및 상기 그래핀층 상에 형성된 은(Ag)나노와이어 패턴층을 포함하는 투명전극을 제안한다.
또한, 상기 기판은 유리, 폴리에틸설폰(polyethylsulfone, PES), 폴리에틸렌파탈레이트(polyethylene phthalate, PET), 폴리메틸메타크릴((poly) methylmethacrylate), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 싸이클릭올레핀공중합체(cyclic olefin copolymer), 펜수지(polyethylene naphthalate, PEN) 및 폴리이미드(polyimide)중에서 선택되는 1종인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 그래핀층은 그래핀 옥사이드(graphene oxide, GO)의 환원에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 은 나노와이어 패턴층을 이루는 은 나노와이어의 두께 및 이웃하는 은 나노와이어 간의 간격의 제어를 통해 은 나노와이어 패턴층의 개구율을 조절함으로써 투과율(transmittance)을 달리하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 투명전극을 제조하기 위하여 본 발명은, (a) 기판 상에 그래핀층을 형성시키는 단계, (b) 상기 기판 상에 형성된 그래핀층의 표면에 포토레지스트 패턴을 형성시키는 단계, (c) 상기 포토레지스트 패턴이 형성된 그래핀층 상에 은 나노와이어 용액을 코팅하여 은 나노와이어 패턴층을 형성시키는 단계, 및 (d) 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 투명전극 제조방법을 제안한다.
또한, 상기 단계 (a)는, 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(dip coating) 및 존캐스팅(zone casting) 중에서 선택되는 1종의 방법을 이용하여 상기 기판상에 상기 그래핀 옥사이드 용액을 균일하게 코팅하고, 환원제 용액을 도포하여 그래핀 옥사이드를 환원시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 환원제 용액은 히드라진(hydrazine), 히드라진 모노하이드라이트(hydrazine monohydrite), 하이드로 퀴논(hydroquinone), 디메틸히드라진(dimethylhydrazine), 페닐히드라진(phenylhydrazine), 에틸렌다이아민(ethylenediamine), 염화티오닐(thionylchloride) 및 나트륨붕수소화물(sodiumborohydride)에서 선택되는 1종 이상의 환원제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단계 (c)는, 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(dip coating) 및 존캐스팅(zone casting) 중에서 선택되는 1종의 방법을 이용하여 은 나노와이어를 코팅하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단계 (c)는, 상기 은 나노와이어의 코팅을 용이하게 하기 위해서 상기 패터닝된 그래핀층 상에 티타늄(Titanium) 접촉층을 형성시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 투명전극 제조방법을 이용하여 제조된 투명전극을 포함하는 디스플레이 소자를 제안한다.
본 발명에 따른 투명전극 제조방법을 이용하여 제조된 투명전극을 포함하는 광기전(photovoltaic) 소자를 제안한다.
본 발명에 따른 투명전극은, 그래핀 옥사이드의 환원에 의해 형성되며 안정한 sp2 혼성탄소 구조로 이루어져 있어 전기적, 열적 및 기계적 특성이 뛰어난 그래핀층 및 은 나노와이어 패턴층을 포함함으로써, 기존의 ITO나 FTO 등의 투명 금속 산화물 전극을 대체할 수 있을 정도로 우수한 전기전도성 및 투과성을 가질 뿐만 아니라, 투명전극 전면에 걸쳐 고른 투과율을 확보할 수 있고, 개구율을 임의로 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 투명전극 제조방법은 전체 공정의 용액화를 통해 저온, 상압 상태에서 투명전극을 제조할 수 있으므로, 제조 원가의 절감, 제조 공정의 단순화, 대면적화의 용이성 등의 장점 외에도, 플라스틱 기판 등과 같은 유연성 기판 상에 전술한 우수한 특성을 가지는 투명전극을 형성할 수 있기 때문에 각종 유연성 소자의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 그래핀 옥사이드의 환원에 의해 형성된 그래핀층 및 은 나노와이어 패턴층을 포함하는 투명전극의 구조를 보여주는 이미지이다.
도 2는 본 발명에 따른 그래핀 옥사이드의 환원에 의해 형성된 그래핀층 및 은 나노와이어 패턴층을 포함하는 투명전극의 제조방법에 대한 공정도이다.
도 3은 본 발명에 따른 그래핀 옥사이드의 환원에 의해 형성된 그래핀층 및 은 나노와이어 패턴층을 포함하는 투명전극의 제조공정을 모식적으로 보여주는 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 그래핀 옥사이드의 환원에 의해 형성된 그래핀층 및 은 나노와이어 패턴층을 포함하는 투명전극을 주사 전자현미경(SEM)으로 촬영한 투명전극 소자의 이미지이다.
도 5는 본 발명에 따른 그래핀 옥사이드의 환원에 의해 형성된 그래핀층 및 은 나노와이어 패턴층을 포함하는 투명전극의 소자 투과율(transmittance)을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 그래핀 옥사이드의 환원에 의해 형성된 그래핀층 및 은 나노와이어 패턴층을 포함하는 투명전극의 제조방법에 대한 공정도이다.
도 3은 본 발명에 따른 그래핀 옥사이드의 환원에 의해 형성된 그래핀층 및 은 나노와이어 패턴층을 포함하는 투명전극의 제조공정을 모식적으로 보여주는 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 그래핀 옥사이드의 환원에 의해 형성된 그래핀층 및 은 나노와이어 패턴층을 포함하는 투명전극을 주사 전자현미경(SEM)으로 촬영한 투명전극 소자의 이미지이다.
도 5는 본 발명에 따른 그래핀 옥사이드의 환원에 의해 형성된 그래핀층 및 은 나노와이어 패턴층을 포함하는 투명전극의 소자 투과율(transmittance)을 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서, 본 발명에 따른 패터닝 된 은 나노와이어와 환원된 그래핀 옥사이드층을 포함하는 투명전극 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 은(Ag)나노와이어 패턴층을 포함하는 투명전극은, 기판, 상기 기판 상에 형성된 그래핀(graphene)층 및 상기 그래핀층 상에 형성된 은(Ag)나노와이어 패턴층을 포함한다.
상기한 바와 같은 구조의 투명전극을 제조하기 위해서 상기 기판은 유리, 폴리에틸설폰(polyethylsulfone, PES), 폴리에틸렌파탈레이트(polyethylene phthalate), 폴리메틸메타크릴((poly) methylmethacrylate), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 싸이클릭올레핀공중합체(cyclic olefin copolymer), 펜수지(polyethylene naphthalate, PEN) 및 폴리이미드(polyimide) 등과 같은 투명 기판을 제조할 수 있는 물질을 사용하며, 유리를 제외한 나머지 물질을 이용하여 제조한 투명전극은 유연성을 가져서 유연성 투명기판으로 제조할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 투명기판 상에 형성된 그래핀(graphene)층은 그래핀 옥사이드(graphene oxide, GO)의 환원에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
참고로, 그래핀은 탄소(C) 원자 한 층 또는 복수의 층으로 이루어진 벌집 구조의 2차원 박막을 가지고, 평면 구조를 가지는 탄소 원자의 집합체이며, 단일층의 두께는 약 0.3 nm 정도로 탄소 원자 하나의 크기에 불과하며 이러한 그래핀은 그 특성이 금속성으로, 층방향으로 전도성을 가지며 열전도성이 우수하고, 전하 캐리어(carrier)의 이동도(mobility)가 커서 고속 전자 소자를 구현할 수 있다.
더욱이, 그래핀으로 구성된 그래핀 시트(sheet)의 전자 이동도는 약 20,000 내지 50,000 [cm2/Vs]의 값을 가지며, 역학적 견고성과 화학적 안정성이 뛰어나고, 반도체와 도체의 성질을 모두 가지고 있으며, 두께가 얇아, 평판 표시 소자, 트랜지스터, 에너지 저장체 및 나노 크기의 전자소자로의 응용성이 크기 때문에 그래핀을 이용하면 반도체 공정 기술을 이용하여 소자를 제조하기 용이하며, 특히 대면적 집적화가 용이한 이점이 있다.
또한, 본 발명은 상기 은 나노와이어 패턴층을 이루는 은 나노와이어의 두께 및 이웃하는 은 나노와이어 간의 간격의 제어를 통해 은 나노와이어 패턴층의 개구율을 조절함으로써 투과율(transmittance)을 달리할 수 있으며, 도 1은 본 발명에 따른 패터닝 된 은 나노와이어와 환원된 그래핀 옥사이드를 포함하는 투명전극의 구조를 보여주는 이미지로서 본 발명에 따른 투명전극은 도 1에 도시된 적층 구조를 가지는 투명전극일 수 있다.
상기에서 상세히 설명한 본 발명에 따른 투명전극은, 그래핀 옥사이드의 환원에 의해 형성되며 안정한 sp2 혼성탄소 구조로 이루어져 있어 전기적, 열적 및 기계적 특성이 뛰어난 그래핀층 및 은 나노와이어 패턴층을 포함함으로써, 기존의 ITO나 FTO 등의 투명 금속 산화물 전극을 대체할 수 있을 정도로 우수한 전기전도성 및 투과성을 가질 뿐만 아니라, 투명전극 전면에 걸쳐 고른 투과율을 확보할 수 있고, 개구율을 임의로 제어할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 투명전극은 터치패널, 디스플레이 소자, 광기전 소자 및 반도체 소자 등의 제작에 광범위하고 유용하게 이용될 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 패터닝 된 은 나노와이어와 환원된 그래핀 옥사이드를 포함하는 투명전극 제조방법을 각 단계별로 이하에서 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 은 나노와이어 패턴층 및 그래핀층을 포함하는 투명전극 제조방법은, 도 2에 나타낸 바와 같이 (a) 기판 상에 그래핀층을 형성시키는 단계, (b) 상기 기판 상에 형성된 그래핀층의 표면에 포토레지스트 패턴을 형성시키는 단계, (c) 상기 포토레지스트 패턴이 형성된 그래핀층 상에 은 나노와이어 용액을 코팅하여 은 나노와이어 패턴층을 형성시키는 단계, 및 (d) 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함한다.
상기 단계 (a)에서는, 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(dip coating) 및 존캐스팅(zone casting) 등의 공지의 습식 코팅법을 이용하여 기판 상에 그래핀 옥사이드 용액을 균일하게 코팅하고, 환원제 용액을 도포하여 그래핀 옥사이드를 환원시켜 그래핀층을 형성한다.
이때, 기판 상에 그래핀 옥사이드 용액을 균일하게 코팅하기 위한 방법으로는 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(dip coating) 및 존캐스팅(zone casting) 등의 공지의 습식 코팅법을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 환원제 용액은 히드라진(hydrazine), 히드라진 모노하이드라이트(hydrazine monohydrite), 하이드로 퀴논(hydroquinone), 디메틸히드라진(dimethylhydrazine), 페닐히드라진(phenylhydrazine), 에틸렌다이아민(ethylenediamine), 염화티오닐(thionylchloride) 및 나트륨붕수소화물(sodiumborohydride)으로부터 선택되는 1종 이상의 환원제를 포함하는 용액일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
참고로, 그래핀 옥사이드에는 본래 에폭시기, 하이드록시기, 카복실기 등이 다수 붙어 있기 때문에 전기적으로 절연성을 띠어 그 자체로는 전극재료로 사용할 수 없지만, 상기 기능기들은 그래핀 옥사이드에 수분산성을 부여하기 때문에, 환원 과정을 통해 전기 전도성이 우수한 그래핀을 제조함에 있어서 바람직한 전구체로서 사용될 수 있다.
그리고, 상기 단계 (b)에서는, 포토레지스트(photo-resist)를 이용하여 상기 기판 상에 형성된 그래핀층의 표면에 원하는 형태로 포토레지스트 패턴을 형성시키는 공정을 수행한다.
본 단계에서는, 금속 나노와이어를 기판 표면에 곧바로 증착시켜 금속 나노와이어가 랜덤하게 배열된 금속 나노와이어 네트워크를 형성하는 종래 기술에서와는 달리, 포토리소그래피(Photolithography) 공정에 따라 포토레지스트용액을 전면에 도포한 뒤 패턴이 있는 마스크를 상부에 고정시키고 자외선에 노출시켜 현상된 부분을 제거함으로써 포토레지스트 패턴을 형성시키고, 이렇게 형성된 패턴에 후술할 아래 단계 (c)에서와 같이 은 나노와이어를 코팅하여 은 나노와이어의 패턴층을 형성시킨다.
특히, 본 단계에서는 포토리소그래피에 이용하는 마스크의 개구부 형태 및 규격(dimension)을 조절하는 방법으로 포토레지스트의 패턴에 변형을 가할 수 있으며, 이를 통해 후술할 아래 단계 (c)에서 포토레지스트 패턴의 요(凹)부에 습식 코팅 등을 통해 은 나노와이어의 충진시켜 형성되는 은 나노와이어 패턴층의 은 나노와이어의 두께 및 이웃하는 은 나노와이어 간의 간격의 제어가 가능하므로, 은 나노와이어 패턴층의 개구율을 조절을 통해 투명전극의 투과율(transmittance)을 임의로 조절할 수 있다.
다음으로, 단계 (c)에서는 상기 포토레지스트 패턴이 형성된 그래핀층 상에 은 나노와이어 용액을 코팅하여 은 나노와이어 패턴층을 형성시키는 단계로서, 구체적으로, 도 3에 개략적으로 도시된 것처럼, 본 단계는 은 나노와이어를 증류수, 에탄올, 메탄올 등의 용매에 분산시켜 형성된 은 나노와이어 분산액을 상기 단계 (b)에서 형성된 포토레지스트 패턴 상에 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(dip coating) 및 존캐스팅(zone casting) 등과 같은 공지의 습식 코팅법을 통해 도포시켜 수행될 수 있다.
이때, 본 단계에서 사용되는 은 나노와이어의 1 ~ 500 ㎛의 길이를 가지는 것이 바람직한데, 이는 은 나노와이어의 길이가 1 ㎛ 미만인 경우에는 은 나노와이어들이 서로 가로지르면서 생기는 접촉점의 수가 증가하여 궁극적으로 표면저항이 증가하는 문제가 발생하는 반면, 은 나노와이어의 길이가 500 ㎛를 초과하는 경우에는 형성되는 은 나노와이어의 형태(morphology)가 불균일하여 광투과도의 제어에 어려움을 겪을 수 있다는 문제점이 있기 때문이다.
한편, 본 단계에서는 은 나노와이어 용액의 코팅에 앞서 은 나노와이어와 그래핀층 간의 접착력을 향상시키기 위해서 금속층을 형성시키는 단계를 추가로 수행할 수 있는데, 이때, 상기 금속층을 이루는 금속은 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 또는 이들의 합금으로 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
마지막으로, 단계 (d)에서는 은 나노와이어 패턴층의 형성을 위해 그래핀층 상에 형성되어 있던 상기 포토레지스트 패턴을 제거하고, 이로써 도 4에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 투명전극이 최종적으로 얻어진다.
상기 본 발명에 따른 투명전극 제조방법은 전체 공정의 용액화를 통해 저온, 상압 상태에서 투명전극을 제조할 수 있으므로, 제조 원가의 절감, 제조 공정의 단순화, 대면적화의 용이성 등의 장점을 가진다.
더욱이, 본 발명에 따른 제조방법은 상온/상압에서 이루어지는 용액 공정에 의해 이루어지므로, 유연성 플라스틱 기판 상에 제조될 수 있으므로, 플렉시블 디바이스를 위한 투명전극의 제조에 적용될 수 있는 장점이 있다. 즉, 플라스틱 기판 등과 같은 유연성 기판 상에 전술한 우수한 특성을 가지는 투명전극을 형성할 수 있기 때문에 각종 유연성 소자의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.
아래에서 본 발명은 실시 예를 기초로 하여 상세하게 설명한다. 제시된 실시 예는 예시적인 것으로 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
<실시예>
먼저, 1.5 cm x 1.5 cm 로 준비한 유리(glass) 기판을 아세톤(Aceton), 에탄올(Ethanol), 이소프로판올(Iso propanol) 그리고 탈이온수(Deionized water, D.I water)를 이용하여 순차적으로 초음파 세척기(sonicator) 안에서 각각 10분 동안 세척했다.
세척된 기판의 표면에 친수성을 부여하기 위해 산소를 4.0 sccm 속도로 흘려주면서 200W의 파워로 10분간 플라즈마에칭(Plasma etching) 처리한 후 고체화학 자기조립 단분자막(Self Assembled Monolayer, SAMs)의 형성을 통해 그래핀 옥사이드와 글래스 기판간의 접촉력을 강화시켜주기 위해 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-Aminopropyltriethoxysilane, APTES) 200 ㎕와 이소프로판올 20 ㎕ 혼합용액에 기판을 10분간 담궈 고체화학 자기조립 단분자막 처리를 실시하였다.
그리고, 상기 자기조립 단분자막이 형성된 기판의 전면에 그래핀 옥사이드를 히드라진(hydrazine) 용액과 함께 스핀코팅(500rpm/5초 또는 2,500rpm/35초)하여 도포한 후, 100 ℃ 핫 플레이트 위에 1분간 열처리하였다.
다음으로, 위와 같이 형성된 환원된 그래핀 옥사이드층 전면에 포토레지스트(AZ.GXR-601)를 스핀코팅(500rpm/5초 또는 5,500rpm/35초)하여 도포한 후, 100 ℃ 핫 플레이트 위에서 90초 동안 열처리하여 포토레지스트 층을 형성시킨 후, 상기 포토레지스트층 상부에 패턴이 있는 마스크(MJB3)를 고정시키고, 8.6초간 UV에 노광시킨 후 현상액(developer)에 30초간, 그리고 탈이온수(deionized water)에 10초간 담그고 잔여 포토레지스트를 제거하여 라인은 15㎛, 라인과 라인 사이의 간격은 150㎛인 격자 모양의 패턴을 형성시키고, 상기와 동일한 조건에서 다시 1분간 플라즈마 에칭(plasma etching) 처리하여 패턴 사이에 남아있을 수도 있을 포토레지스트를 완전히 제거하였다.
그리고나서, 은 나노와이어와 환원된 그래핀 옥사이드층 간의 접착력을 좋게 만들기 위해 E-beam evaporator를 이용하여 두께 3nm의 티타늄(Titanium) 접착층을 포토레지스트로 패턴이 된 환원된 그래핀 옥사이드층 위에 증착시킨 후, 은 나노와이어 포함 용액을 스핀코팅(500rpm/5초 또는 1,000rpm/60초)하여 도포한 후 100 ℃ 핫 플레이트 위에서 60초 동안 열처리를 해주는 과정을 동일하게 3회 이상 반복 실행하고, 상온에서 5분간 냉각시켜 기판 상에 환원된 그래핀 옥사이드층 및 은 나노와이어 패턴층이 순차적으로 적층되어 이루어지는 투명전극을 제조하였다.
도 5는 본 실시예에서 제조된 은 나노와이어 패턴층 및 그래핀층을 포함하는 투명전극에 대한 광투과율 측정 결과를 보여주는 그래프로서, 이에 따르면, 가시광선 파장 영역 전체에 걸쳐서 80% 이상의 우수한 투과율을 나타냄을 알 수 있다. 또한, 상기 투명전극을 대상으로 면저항(sheet resistance)를 측정한 결과, 100 Ω/□ 미만의 우수한 전기전도성을 가짐을 확인할 수 있었다.
Claims (10)
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- (a) 기판 상에 그래핀층을 형성시키는 단계;
(b) 상기 기판 상에 형성된 그래핀층의 표면에 포토레지스트 패턴을 형성시키는 단계;
(c) 상기 포토레지스트 패턴이 형성된 그래핀층 상에 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 또는 이들의 합금을 포함하는 금속층을 형성시키는 단계;
(d) 상기 그래핀층에 형성된 금속층 상에 은 나노와이어 용액을 코팅하여 은 나노와이어 패턴층을 형성시키는 단계; 및
(e) 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계;를 포함하는 투명전극 제조방법. - 제 5항에 있어서,
상기 단계 (a)는, 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(dip coating) 및 존캐스팅(zone casting) 중에서 선택되는 1종의 방법을 이용하여 상기 기판상에 상기 그래핀 옥사이드 용액을 균일하게 코팅하고, 환원제 용액을 도포하여 그래핀 옥사이드를 환원시키는 것을 특징으로 하는 투명전극 제조방법. - 제 6항에 있어서,
상기 환원제 용액은 히드라진(hydrazine), 히드라진 모노하이드라이트(hydrazine monohydrite), 하이드로 퀴논(hydroquinone), 디메틸히드라진(dimethylhydrazine), 페닐히드라진(phenylhydrazine), 에틸렌다이아민(ethylenediamine), 염화티오닐(thionylchloride) 또는 나트륨붕수소화물(sodiumborohydride)에서 선택되는 1종 이상의 환원제를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명전극 제조방법. - 제 5항에 있어서,
상기 단계 (d)는, 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(dip coating) 또는 존캐스팅(zone casting) 중에서 선택되는 1종의 방법을 이용하여 상기 은 나노와이어 용액을 코팅하는 것을 특징으로 하는 투명전극 제조방법. - 제 5항의 방법을 이용하여 제조된 투명전극을 포함하는 디스플레이 소자.
- 제 5항의 방법을 이용하여 제조된 투명전극을 포함하는 광기전 (photovoltaic) 소자.
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| KR102054553B1 (ko) * | 2017-09-25 | 2019-12-10 | 주식회사 엘지화학 | 투명 전극 기판 및 이의 제조방법 |
| KR102118777B1 (ko) * | 2017-11-29 | 2020-06-03 | 순천대학교 산학협력단 | 그래핀과 나노와이어를 이용한 투명전극 및 그의 제조방법 |
| CN108562219B (zh) * | 2018-03-23 | 2022-10-25 | 南京邮电大学 | 一种柔性应变传感器及其制备方法与应用 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Family Cites Families (5)
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| KR101400686B1 (ko) * | 2009-09-24 | 2014-05-29 | 한국과학기술원 | 그래핀 기판 상에 나노물질이 적층되어 있는 3차원 나노구조체 및 그 제조방법 |
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| KR101220421B1 (ko) | 2010-06-15 | 2013-01-09 | (재)한국나노기술원 | 임프린트 기법을 이용한 그래핀 패턴 형성 방법 |
| KR101207403B1 (ko) | 2011-01-28 | 2012-12-04 | 한국생산기술연구원 | 수계 액정성 고분자를 이용한 실버 나노와이어 잉크 및 이의 제조방법 |
| KR101915194B1 (ko) | 2012-05-25 | 2018-11-05 | 한화에어로스페이스 주식회사 | 그래핀이 함유된 투명 전극 기판 및 그 제조 방법 |
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011154940A (ja) | 2010-01-28 | 2011-08-11 | Konica Minolta Holdings Inc | 透明パターン電極、該電極の製造方法、該電極を用いた有機電子デバイスおよびその製造方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101905801B1 (ko) | 2017-04-06 | 2018-10-08 | 충남대학교산학협력단 | 그래핀 상에 은 나노선의 직접 성장 방법 |
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