KR20100003690A - Method for fabricating transparent conducting oxide electrode with high transmittance - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고투과도를 갖는 투명 전도성 산화물 전극의 제조 방법에 관한 것으로 특히, 졸-겔(Sol-Gel) 공정과 나노 임프린트 리소그래피(NIL; NanoImprint Lithography) 공정을 이용하여 표면에 규칙적인 나노 스케일의 패턴을 갖는 투명 전도성 산화물 전극의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a transparent conductive oxide electrode having a high transmittance and, more particularly, to a method of manufacturing a transparent conductive oxide electrode having a regular nanoscale pattern on a surface by using a sol-gel process and a nanoimprint lithography (NIL) To a method of manufacturing a transparent conductive oxide electrode.
투명 전도성 산화물(TCO; Transparent Conducting Oxide)은 디스플레이, LED(Light Emitting Diode), LD(Laser Diode), 태양전지 등의 다양한 광학 소자의 투명전극 재료로서 널리 이용되고 있다.BACKGROUND ART Transparent conducting oxide (TCO) is widely used as a transparent electrode material for various optical devices such as a display, a light emitting diode (LED), a laser diode (LD), and a solar cell.
현재 투명전극의 재료로 ITO(Indium Tin Oxide)가 주로 사용되고 있으나, 인듐의 원가가 너무 높아 제조 원가 향상을 야기시키는 문제점이 있었다. 이에 따라, ITO를 대체하기 위한 AZO(Al doped ZnO), GZO(Gallium doped ZnO), SnO2 등 다양한 종류의 투명 전도체 물질들에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.ITO (Indium Tin Oxide) is mainly used as a material of a transparent electrode, but the cost of indium is too high, which causes a problem of improving manufacturing cost. Accordingly, studies on various kinds of transparent conductive materials such as AZO (Al doped ZnO), GZO (Gallium doped ZnO), and SnO2 for replacing ITO have been actively conducted.
한편, 투명전극을 포함하는 다양한 광학 소자의 효율을 증가시키기 위한 노력 또한 활발히 진행되고 있다. 예를 들어, 태양전지 분야에 있어서는, 투명전극 의 광 투과도를 높이거나 전도성을 향상시켜 태양전지의 효율을 높이고자 하는 노력이 계속되고 있다. On the other hand, efforts to increase the efficiency of various optical elements including transparent electrodes are also actively pursued. For example, in the field of solar cells, efforts have been made to improve the efficiency of solar cells by increasing the light transmittance of transparent electrodes or improving the conductivity.
투명전극의 광 투과도를 향상시키는 방법 중에 하나로 제안된 것이 투명전극의 표면에 나노 스케일의 패턴을 형성시키는 기술로서 일명 텍스쳐링(Texturing) 기술이라고 한다. 텍스쳐링은 투명전극과 다른 구성요소와의 계면 또는 투명전극과 공기와의 계면에서 입사광을 난반사시켜 입사각을 작게 만들어 줌으로써 투명전극의 광 투과도를 향상시키는 기술이다.One of the methods for improving the light transmittance of a transparent electrode is called a texturing technique as a technique for forming a nanoscale pattern on the surface of a transparent electrode. Texturing is a technique for improving the light transmittance of the transparent electrode by making the angle of incidence small by irregularly reflecting the incident light at the interface between the transparent electrode and other components or at the interface between the transparent electrode and the air.
종래의 텍스쳐링 기술로는 강산 또는 강염기를 이용하여 투명전극의 표면을 불규칙하게 습식 에칭하는 방법, 투명전극 재료의 증착시 증착 온도를 올리거나 낮추어 표면의 거친 정도를 증가시키거나 포토 리소그래피 공정을 이용하여 규칙적인 나노 스케일의 패턴을 제작하는 방법 등이 있다. Conventional texturing techniques include a method of irregularly wet-etching the surface of a transparent electrode using a strong acid or a strong base, a method of increasing the roughness of the surface by raising or lowering the deposition temperature during the deposition of the transparent electrode material or by using a photolithography process And a method of producing regular nanoscale patterns.
그러나, 습식 에칭을 이용하는 기술 또는 표면의 거친 정도를 증가시키는 기술 등을 이용하여 텍스쳐링을 수행하게 되면 패턴의 구조가 매우 불균일해지기 때문에 높은 투과도를 기대하기 어려워진다는 문제점이 있었다. 투명전극 표면의 패턴의 크기가 균일해야 하고 그 배열이 규칙적이어야 높은 투과도를 기대할 수 있기 때문이다. 또한, 패턴의 구조가 균일하지 못할 경우 재현성이 떨어지고 결국 광학 소자의 신뢰성이 저하되는 문제점을 안고 있다.However, if texturing is performed using a technique using wet etching or a technique of increasing the roughness of the surface, the structure of the pattern becomes very uneven, which makes it difficult to expect a high transmittance. This is because the size of the pattern of the surface of the transparent electrode must be uniform and the arrangement thereof must be regular so that a high transmittance can be expected. In addition, if the pattern structure is not uniform, the reproducibility is degraded and the reliability of the optical element is deteriorated.
한편, 포토 리소그래피 기술을 이용하면 균일한 텍스쳐링을 할 수는 있으나,일반적으로 포토 리소그래피 공정은 비용이 많이 드는 공정으로서 그 결과 광학 소자의 제조 단가가 비싸지고 경제성이 현저히 떨어지는 문제점이 지적되어 왔다. On the other hand, although the photolithography technique can achieve uniform texturing, in general, the photolithography process is a costly process, and as a result, the manufacturing cost of the optical element is increased and the economical efficiency is significantly lowered.
특히, 광학 소자의 광 방출 효율 향상을 위해서는 투명전극 표면에 나노 스케일(서브 마이크론급)의 패턴을 형성시켜야 하는데, 서브 마이크론급의 해상도를 위한 포토 리소그래피 공정은 공정 장비 가격이 워낙 고가이기 때문에, 이를 대신하여 서브 마이크론급 패턴을 갖는 투명전극을 경제적으로 제작할 수 있는 방법의 필요성이 대두되고 있다.Particularly, in order to improve the light emitting efficiency of the optical element, a nanoscale (sub-micron) pattern must be formed on the surface of the transparent electrode. Since the photolithography process for sub- There is a need for a method for economically manufacturing a transparent electrode having a submicron class pattern instead.
종래 기술을 좀 더 살펴보면,Looking more closely at the prior art,
한국공개특허(출원번호 10-2007-0036786호)에는 나노 임프린트 방법을 이용하여 제조 비용을 저감하는 방법이 제시되어 있다. A Korean patent application (Application No. 10-2007-0036786) discloses a method of reducing manufacturing cost by using a nanoimprint method.
그러나, 도 1 종래 임프린트 방법을 보인 도면에 도시한 바와 같이 상기 나노 임프린트 방법은 기판(1) 위에 졸(sol)상태의 재료(2)를 도포하고, 이를 프리베이킹하여 겔(gel)화 시킨 후, 임프린팅 몰드(3)를 이용하여 임프린트하는 방법으로, 매우 높은 경도를 지니는 gel층에 가압공정을 통한 소성변형을 일으켜야 하기 때문에 매우 높은 임프린팅 공정 압력이 필요하고, 이러한 경우 고가의 임프린팅 몰드(3)가 쉽게 손상될 수 있는 문제점이 있다.However, as shown in FIG. 1 showing a conventional imprinting method, the nanoimprinting method is a method in which a
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 일본공개특허(출원번호 2007-164950호)에는 졸-겔(Sol-Gel) 공정을 이용하는 나노 임프린트 방법이 개시되어 있다.In order to solve the above problems, Japanese Patent Laid-Open No. 2007-164950 discloses a nanoimprint method using a sol-gel process.
그러나, 상기 졸-겔(Sol-Gel) 공정을 이용하는 나노 임프린트 방법은 도 2 에 도시한 바와 같이, 기판(1) 상에 졸 상태의 재료(1)를 도포하고, 소정의 패턴이 형성된 PDMS(polydimethylsiloxane stamp, 4)를 유리 기판(5) 위에 형성한 복합구 조를 갖는 고분자 몰드를 이용하여 상기 졸 상태의 재료(1)에 포함된 용매를 흡수하여 상기 재료(1)를 겔화 시키는 방법을 이용하여 나노 임프린트하는 방법으로 이와 같은 종래 기술은 PDMS(4)에 국한되어 다양한 소재로 형성된 고분자 몰드를 이용할 수 없는 문제점이 있다.However, as shown in FIG. 2, the nanoimprint method using the sol-gel process is a method in which a
특히, 종래의 졸-겔 공정을 이용하는 방법은 유리 기판(5) 상에 형성되는 복합구조를 갖는 고분자 몰드로 인하여, 유리 기판(5)에 의해 졸 용액 내의 용매가 고분자 몰드를 통해 외부로 방출되는 효과가 억제되어 졸-겔 반응이 원할하게 이루어지지 못하여 졸-겔 공정 시간이 상대적으로 오래 걸리는 문제점이 있고, 이로 인해 효과적으로 졸 용액을 겔화시켜 임프린트를 하는 것이 어려운 문제점이 있다. Particularly, in the conventional method using the sol-gel process, the solvent in the sol solution is discharged to the outside through the polymer mold by the
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 상대적으로 간소화된 공정과 저비용으로 표면에 균일하고 규칙적인 나노 스케일의 패턴을 갖는 투명 전도성 산화물 전극을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로, 이를 위해 임프린팅 몰드의 수명을 상대적으로 증가시키며 생산성이 향상된 효율적인 투명 전도성 산화물 전극의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method of fabricating a transparent conductive oxide electrode having a uniform and regular nanoscale pattern on a surface with a relatively simple process and a low cost, The present invention aims to provide an efficient method of manufacturing a transparent conductive oxide electrode that increases the lifetime of the imprinting mold relatively and improves the productivity.
또한, 본 발명은 종래 투명 전도성 산화물 재료는 물론 투명도 및 전도도의 향상을 위해 2가지 종류 이상의 금속 산화물을 혼합한 혼합 재료를 사용할 수 있는 전극 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide an electrode manufacturing method which can use a mixed material in which two or more kinds of metal oxides are mixed to improve the transparency and conductivity as well as the transparent conductive oxide material.
또한, 본 발명은 투명 전도성 산화물 전극의 표면에 균일하고 규칙적인 나노 스케일의 패턴을 형성함으로써 투명전극의 광투과도를 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to improve the light transmittance of the transparent electrode by forming a uniform and regular nanoscale pattern on the surface of the transparent conductive oxide electrode.
또한, 본 발명은 표면에 균일하고 규칙적인 나노 스케일의 패턴이 형성된 투명 전도성 산화물 전극을 다양한 광학 소자에 적용시킴으로써 고효율의 광학 소자를 얻을 수 있도록 하는 것이다.The present invention also provides a transparent conductive oxide electrode having a uniform and regular nanoscale pattern on its surface to various optical elements, thereby obtaining a highly efficient optical element.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 나노 임프린트 방법으로 투명 전도성 산화물 전극을 제조하는 방법에 있어서, (a) 기판상에 투명 전도성 산화물을 포함한 졸 상태의 혼합물을 소정의 두께로 형성하는 졸 층 준비 단계; (b) 상기 (a)단계에서 준비된 졸 층상에 임프린팅할 소정의 패턴을 갖고 상기 혼합물의 용매를 흡수할 수 있는 소재로 형성된 고분자 몰드를 상기 졸 층 위에 얹는 단계; (c) 유연막에 의해 가압부와 진공부로 구분되는 가압 챔버의 진공부에 상기 (b)단계에서 고분자 몰드가 얹혀진 기판을 상기 유연막을 덮어 장착하고, 1 내지 10atm의 압력과 100 내지 200℃의 온도로 상기 졸 층을 임프린팅 하여 상기 기판상에 투명 전도성 산화물 겔 패턴을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 투명 전도성 산화물 겔 패턴을 어닐링하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a method of manufacturing a transparent conductive oxide electrode by a nanoimprint method, comprising the steps of: (a) forming a sol mixture having a transparent conductive oxide- Preparing a sol layer; (b) placing a polymer mold having a predetermined pattern to be imprinted on the sol layer prepared in step (a) and formed of a material capable of absorbing the solvent of the mixture on the sol layer; (c) a substrate on which the polymer mold is placed in the step (b) to cover the pressurizing chamber divided by the pressurizing portion and the pressurizing portion by the pressurizing film, the pressurizing portion being pressurized at a pressure of 1 to 10 atm and at a temperature of 100 to 200 캜 Imprinting the sol layer to form a transparent conductive oxide gel pattern on the substrate; And (d) annealing the transparent conductive oxide gel pattern.
이때, 상기 투명 전도성 산화물을 포함한 졸 상태의 혼합물은 ITO(Indium Tin Oxide), AZO(Al doped ZnO), GZO(Gallium doped ZnO) 또는 SnO2를 포함하는 것;을 특징으로 한다.In this case, the sol-state mixture including the transparent conductive oxide may include ITO (indium tin oxide), AZO (Al doped ZnO), GZO (Gallium doped ZnO), or SnO 2 .
또한, 상기 투명 전도성 산화물을 포함한 졸 상태의 혼합물은 zinc acetate를 알코올에 녹인 용액에 KOH를 소량 첨가한 것;을 특징으로 한다.In addition, the sol mixture containing the transparent conductive oxide is characterized in that a small amount of KOH is added to a solution of zinc acetate in alcohol.
또한, 상기 (d)단계에서 어닐링 온도는 300 내지 1,000℃인 것;을 특징으로 한다.In the step (d), the annealing temperature is 300 to 1,000 ° C.
또한, 상기 (a)단계 전에 상기 기판상에 투명 전도성 산화물 겔 층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것;을 특징으로 한다.Further, the method may further include forming a transparent conductive oxide gel layer on the substrate before the step (a).
또한, 본 발명은 상기 고투과도를 갖는 투명 전도성 산화물 전극의 제조 방 법에 의해 제조된 투명전극을 포함하는 태양전지를 특징으로 한다.The present invention also provides a solar cell including the transparent electrode manufactured by the method for manufacturing the transparent conductive oxide electrode having the high transmittance.
상기와 같은 기술적 특징에 따른 본 발명은 코팅, 임프린팅, 어닐링 등의 간소화된 공정과 저렴한 비용으로 표면에 균일하고 규칙적인 나노 스케일의 패턴을 갖는 투명 전도성 산화물 전극을 제조할 수 있는 효과가 있다.The present invention according to the technical features has the effect of manufacturing a transparent conductive oxide electrode having a uniform and regular nanoscale pattern on the surface at a low cost and a simplified process such as coating, imprinting, and annealing.
구체적으로 임프린팅 몰드의 수명을 상대적으로 증가시켜 투명 전도성 산화물 전극의 생산성을 향상시키고, 이로 인한 투명 전도성 산화물 전극의 생산 비용 절감하는 효과가 있다.Specifically, the lifetime of the imprinting mold is relatively increased to improve the productivity of the transparent conductive oxide electrode, thereby reducing the production cost of the transparent conductive oxide electrode.
더 나아가 투명 전도성 산화물 전극의 표면에 균일하고 규칙적인 나노 스케일의 패턴을 형성함으로써, 투명전극의 광투과도를 향상시킬 수 있는 효과와 이를 통해 고효율의 광학 소자를 얻을 수 있는 효과가 있다.Furthermore, by forming a uniform and regular nanoscale pattern on the surface of the transparent conductive oxide electrode, it is possible to improve the light transmittance of the transparent electrode and to obtain a high-efficiency optical element.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어 나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상 세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는,적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.The following detailed description of the invention refers to the accompanying drawings, which illustrate, by way of illustration, specific embodiments in which the invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different, but need not be mutually exclusive. For example, certain features, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention in connection with one embodiment. It is also to be understood that the position or arrangement of the individual components within each disclosed embodiment may be varied without departing from the spirit and scope of the invention. The following detailed description is, therefore, not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is to be limited only by the appended claims, along with the full scope of equivalents to which the claims are entitled, as appropriate. In the drawings, like reference numerals refer to the same or similar functions throughout the several views.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.
투명 전도성 산화물 전극(투명전극)의 제조Production of transparent conductive oxide electrode (transparent electrode)
도 3은 본 발명 고투과도를 갖는 투명 전도성 산화물 전극의 제조 방법을 보인 도면이다.3 is a view showing a method of manufacturing a transparent conductive oxide electrode having a high transmittance according to the present invention.
본 발명에서는 졸-겔법(sol-gel)과 나노 임프린팅법을 이용하여 표면에 서브 마이크론급 패턴(즉, 수십 내지 수백 나노미터 범위의 패턴)을 갖는 투명 전도성 산화물 전극을 제조하는 방법으로, 졸 층 준비 단계(a단계); 고분자 몰드를 상기 졸 층 위에 얹는 단계(b단계); 겔 패턴을 형성하는 단계(c단계); 및 겔 패턴을 어닐링하는 단계(d단계)로 구성된다.In the present invention, a method for producing a transparent conductive oxide electrode having a submicron pattern (that is, a pattern in the range of several tens to several hundreds of nanometers) on a surface by using a sol-gel method and a nanoimprinting method, Layer preparing step (step a); Placing the polymer mold on the sol layer (step b); Forming a gel pattern (step c); And annealing the gel pattern (step d).
상기 (a)단계는 기판상에 투명 전도성 산화물을 포함한 졸 상태의 혼합물을 소정의 두께로 형성하는 졸 층 준비 단계로 상기 도 3에 도시한 바와 같이 먼저, 기판(10)을 준비한다. 기판(10)은 글래스 기판을 포함하는 공지의 투명 기판일 수 있다.In the step (a), a sol-layer preparation step is performed to form a sol-like mixture containing a transparent conductive oxide on the substrate to a predetermined thickness. The
그 후, 기판(10) 상에 투명전극의 재료가 될 투명 전도성 산화물 졸 층(20)을 소정의 두께로 형성한다. 투명 전도성 산화물 졸 층(20)은 투명 전도성 산화물 졸을 제작한 후 이를 스핀 코팅하여 형성하는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되지 않는다. Thereafter, a transparent conductive
상기 투명 전도성 산화물을 포함한 졸 상태의 혼합물은 투명 전도성 산화물 재료인 ITO(Indium Tin Oxide), AZO(Al doped ZnO), GZO(Gallium doped ZnO) 또는 SnO2 중 어느 하나를 용매에 녹여서 제조한다.The sol containing the transparent conductive oxide is prepared by dissolving any one of ITO (Indium Tin Oxide), AZO (Al doped ZnO), GZO (Gallium doped ZnO) or SnO2 as a transparent conductive oxide material in a solvent.
이때, 에탄올, 메탄올 및 DMF(dimethylformamide) 등과 같은 유기 용매를 사용할 수 있다. 투명 전도성 산화물 졸의 스핀 코팅 조건은 회전 속도 500 내지 8,000 rpm, 회전 시간 1분 정도인 것이 바람직하다. 투명 전도성 산화물 졸 층(20)의 두께는 사용되는 투명 전도성 산화물의 비저항값 및 원하는 투명전극의 저항값을 고려하여 설정할 수 있다. At this time, organic solvents such as ethanol, methanol and dimethylformamide (DMF) may be used. The spin-coating conditions of the transparent conductive oxide sol are preferably a rotation speed of 500 to 8,000 rpm and a rotation time of about 1 minute. The thickness of the transparent conductive
또한, 상기 투명 전도성 산화물을 포함한 졸 상태의 혼합물은 zinc acetate를 알코올에 녹인 용액에 KOH를 소량 첨가한 것을 특징으로 한다. Also, the sol mixture containing the transparent conductive oxide is characterized in that a small amount of KOH is added to a solution of zinc acetate in alcohol.
이 경우, 본 발명은 zinc acetate를 알코올에 녹인 용액에 KOH를 소량 첨가하고, 이 혼합물을 60℃에서 가열하게 되면 가수분해를 통해 ZnO nanoparticle이 형성된 점을 이용하여 zinc acetate 용액과 KOH가 혼합된 혼합물을 임프린팅 레지스트로 사용하고, 이를 이용한 임프린팅 공정을 진행하여 임프린팅 공정 중에 ZnO nanoparticle이 석출되고, 반응 후 남아 있던 알코올과 물은 고분자 몰드를 통해 제거되어 결과적으로 ZnO nanoparticle로 구성된 ZnO 나노 패턴을 형성한다.In this case, according to the present invention, a small amount of KOH is added to a solution in which zinc acetate is dissolved in alcohol, and when the mixture is heated at 60 ° C., a ZnO nanoparticle is formed through hydrolysis, ZnO nanoparticles were precipitated during the imprinting process, and the remaining alcohol and water were removed through the polymer mold, resulting in ZnO nanoparticles composed of ZnO nanoparticles. .
즉, 본 발명은 졸-겔 반응과 석출 반응을 동시에 이용하는 것을 특징으로 한다.That is, the present invention is characterized by using a sol-gel reaction and a precipitation reaction at the same time.
이와 같은 (a)단계는 기판(10)에 졸 층(20)을 형성하기 전에 도 4에 도시한 바와 같이 기판(10)에 겔 층(15)을 미리 형성할 수 있다. 상기 겔 층(15)은 상기 졸 층(20)을 형성하는 혼합물과 동일한 혼합물로 졸 층(20)을 형성하는 동일한 방법으로 기판(10) 상에 혼합물을 도포한 뒤 이를 베이킹(baking)하여 투명 전도성 산화물 졸을 겔로 변화시켜서 투명 전도성 산화물 겔 층(15)이 되도록 한다. 이때 베이킹 온도는 100℃ 이하인 것이 바람직하다.In this step (a), the
상기 (b)단계는 상기 (a)단계에서 준비된 졸 층(20) 상에 임프린팅할 소정의 패턴을 갖고 상기 혼합물의 용매를 흡수할 수 있는 소재로 형성된 고분자 몰드(30)를 상기 졸 층(20) 위에 임프린팅을 하기 위해 얹는 단계로, 본 발명은 상기 고분자 몰드(30)에 특징이 있다. 상기 고분자 몰드(30)의 제조 과정은 다음과 같은 통상적인 방법을 따르면 된다. 즉, 소정의 기판 상에 감광성 수지층을 도포한 후 전자빔 리소그래피 또는 레이저 간섭 리소그래피 공정 및 식각 공정을 수행하여 소정의 패턴을 형성함으로써 제조한다.The step (b) may include forming a polymer mold (30) having a predetermined pattern to be imprinted on the sol layer (20) prepared in the step (a) and formed of a material capable of absorbing the solvent of the mixture, 20, the present invention is characterized by the
이때 고분자 몰드(30)의 재질은 PDMS, h-PDMS, PUA, PC, PVC 등과 같은 고분 자로 혼합물의 용매를 흡수할 수 있는 다양한 재료를 이용할 수 있다.At this time, the material of the
이와 같은 고분자 몰드(30)는 투명 전도성 산화물 졸 층(20)을 일정패턴으로 성형한다.The
즉, 고분자 몰드(30) 상에 형성되는 패턴은 복수 개의 볼록부와 오목부를 포함하도록 제조되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 그 볼록부와 오목부에 의해 형성되는 패턴이 규칙적으로 균일하게 형성되어야 한다.That is, the pattern formed on the
또한, 투명전극의 표면에 패턴을 형성하는 것은 입사광을 난반사시켜 그 결과 광투과도를 향상시키기 위한 것이므로, 형성되는 패턴의 크기, 형상, 주기 등은 광투과도를 최대한으로 할 수 있는 범위 내에서 적절히 선택하여야 한다.In addition, since the pattern is formed on the surface of the transparent electrode to diffuse the incident light irregularly to improve the light transmittance as a result, the size, shape, and period of the formed pattern can be suitably selected within a range in which light transmittance can be maximized shall.
이러한 점을 고려할 때, 고분자 몰드(30) 상에 형성되는 패턴은 나노 스케일의 볼록부와 오목부를 포함하도록 하는 것이 바람직하며, 볼록부와 오목부에 의해 형성되는 패턴은 규칙적으로 균일하게 형성되는 것이 바람직하다.In consideration of this point, it is preferable that the pattern formed on the
이러한 패턴의 형상은 직사각형, 정사각형,사다리꼴 등이 될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 타원 등의 원형, 원뿔 형태, 피라미드형, 또는 이와는 다른 다각형 등이 될 수도 있다.The shape of the pattern may be a rectangle, a square, a trapezoid, or the like, but is not limited thereto, and may be a circular shape such as an ellipse, a cone shape, a pyramid shape, or another polygon.
따라서, (b)단계는 이와 같이 소정의 패턴이 형성된 고분자 몰드(30)를 이용하여 졸 층(20)에 임프린트 하기 위해 졸 층(20) 상에 상기 고분자 몰드(30)를 얹는다. Thus, in the step (b), the
상기 (c)단계는 기판상에 투명 전도성 산화물 겔 패턴을 형성하는 단계로 본 발명의 핵심적인 기술적 특징이다.The step (c) is a step of forming a transparent conductive oxide gel pattern on a substrate and is a key technical feature of the present invention.
상기 도 3에 도시한 바와 같이 졸 층(20) 상에 상기 고분자 몰드(30)가 얹혀진 기판(10)을 가압 챔버(40)에 장착하고, 상기 가압 챔버(40) 내에서 임프린팅 공정을 수행하여 기판(10) 상에 겔 패턴을 형성한다.3, the
상기 가압 챔버(40)는 유연막(410)에 의해 가압부와 진공부로 구분되는 것을 특징으로 하고, 상기 졸 층(20) 상에 상기 고분자 몰드(30)가 얹혀진 기판(10)은 도시한 바와 같이 상기 가압 챔버의 진공부에 유연막(410)에 덮여 장착된다.The
이때, 임프린팅 공정을 수행하기 위한 가압 챔버(40) 내의 압력은 1 내지 10atm의 압력으로 하고, 온도는 100 내지 200℃의 온도로 하는 것이 바람직하다.At this time, the pressure in the
따라서, 본 발명은 (c)단계의 임프린팅이 진공 상태에서 일어나면서 용매의 제거가 효과적으로 이루어지게 되고, 종래 기술에 비해 상대적으로 낮은 압력과 낮은 온도에서 임프린팅 공정을 수행할 수 있어 공정시간도 크게 단축할 수 있다.Accordingly, since the imprinting of step (c) is performed in a vacuum state, the solvent can be effectively removed, and the imprinting process can be performed at a relatively low pressure and a relatively low temperature as compared with the prior art, Can be greatly shortened.
상기 (d)단계는 상기 (c)단계에서 형성된 기판(10) 상의 겔 패턴을 어닐링하는 단계로 상기 기판(10) 상의 겔 패턴은 어닐링 과정을 거치면 나노 스케일의 패턴이 형성된 투명 전도성 산화물 전극이 된다. 이때 어닐링 온도는 300 내지 1,000℃ 범위인 것이 바람직하다.The step (d) is a step of annealing the gel pattern on the
상술한 바와 같은 일련의 과정에 의해, 표면에 균일하고 규칙적인 나노 스케일의 패턴이 형성된 투명전극을 얻을 수 있게 되며, 이에 따라 투명전극은 입사광의 난반사로 인한 높은 광투과도 특성을 갖게 됨과 동시에 규칙적으로 형성된 패턴에 의해 높은 재현성을 갖게 된다.The transparent electrode having a uniform and regular nanoscale pattern on the surface can be obtained by a series of processes as described above. Thus, the transparent electrode has a high light transmittance characteristic due to irregular reflection of incident light, and at the same time, High reproducibility is obtained by the pattern formed.
투명 전도성 산화물 전극(투명전극)의 Of the transparent conductive oxide electrode (transparent electrode) 활용예Examples
도 5는 상기 도 3 내지 도 4에 따라 제조된 투명전극의 활용예를 나타내는 도면이다.FIG. 5 is a view showing an application example of the transparent electrode manufactured according to FIG. 3 to FIG.
상기 도 5는 본 발명에 따른 투명전극의 활용예로서 몇 가지의 광학 소자만을 예로 들고 있으나, 그 활용예는 여기에 한정되는 것이 아니며, 다른 여러가지 광학 소자에도 적용될 수 있음은 물론이다.5 illustrates only some optical elements as an example of application of the transparent electrode according to the present invention. However, the application example is not limited thereto, and may be applied to various other optical elements.
먼저, 도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명전극을 발광 다이오드(LED;Light Emitting Diode))에 적용시킨 일례를 나타낸다.5A illustrates an example in which a transparent electrode according to an embodiment of the present invention is applied to a light emitting diode (LED).
도 5a에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 투명전극을 포함하는 발광다이오드는 순차적으로 적층되는 사파이어 기판(211), n형 층(전자층; 212), 경계면(Multi Quantum Wall; 213), p형 층(정공층; 214), 표면에 나노 스케일의 패턴이 규칙적으로 형성되어 있는 투명전극(215)을 포함한다. 5A, a light emitting diode including a transparent electrode according to an exemplary embodiment of the present invention includes a
한편, 투명전극(215)의 상부 및 n형층(212)의 상부에는 금속 전극(216, 217)이 형성될 수 있다. 일례로서, n형 층(212)과 p형 층(214)은 질화 갈륨(GaN)으로 이루어진 층일 수 있다.
발광 다이오드의 발광 원리를 간단히 설명하면 다음과 같다.The light emission principle of the light emitting diode will be briefly described as follows.
전극(216, 217)에순방향 전압을 가하면, p-n 접합 부분을 통해 전자와 정공이 이동하면서 재결합하게 되는데, 이때 전자와 정공이 떨어져 있을 때보다 작은 에너지를 갖게 되므로 이때 발생하는 에너지 차이에 의해 빛을 방출하게 되는 것이다.When a forward voltage is applied to the
이러한 원리로 방출하는 빛은 투명전극(215)을 통해 발광 다이오드 외부로 출사되게 되는데, 투명전극(215)의 광 투과도가 높을수록 많은 양의 광이 출사되게 되며, 발광 다이오드의 효율이 높아지게 된다.The light emitted by the principle is emitted to the outside of the light emitting diode through the
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 투명전극(215)의 표면에는 규칙적인 나노 스케일의 패턴이 형성되어 있다. 발광 다이오드 내부에서 방출되는 광은 투명전극(215)을 통과할 시에, 표면에 형성되어 있는 패턴에 의해 난반사 되게 되며, 이에 따라, 투명전극(215)을 완전히 투과하지 못하는 광이 최소화되게 된다. As described above, a regular nanoscale pattern is formed on the surface of the
전술한 바와 같이, 투명전극(215)의 표면에 형성되는 패턴은 나노 스케일의 패턴임과 동시에 균일하고 규칙적인 패턴이므로, 난반사로 인한 광 투과도를 더욱 향상시킬 수 있고, 이에 따라 발광 다이오드의 효율을 높일 수 있게 된다.As described above, since the pattern formed on the surface of the
한편, 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명전극을 태양 전지에 적용시킨 일례를 나타낸다.Meanwhile, FIG. 5B shows an example in which a transparent electrode according to an embodiment of the present invention is applied to a solar cell.
도 5b에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 투명전극을 포함 하는 태양 전지는 순차적으로 적층되는 투명기판(221), 표면에 나노 스케일의 패턴이 규칙적으로 형성되어 있는 투명전극(222), n형 반도체(223), p형 반도체(224)를 포함한다. 5B, a solar cell including a transparent electrode according to an embodiment of the present invention includes a
한편, p형 반도체(224)의 상부 및 투명 전극(222) 상부에는 금속 전극(226, 227)이 형성될 수 있다.On the other hand,
도 5b는 p-n 접합형 태양전지를 나타내고 있으며, 이러한 태양전지의 작동 원리를 간단하게 설명하면 다음과 같다. 태양광이 투명전극(222)을 통해 입사되면 광 기전력 효과에 의해 태양전지 내부에서 전자와 정공이 발생하게 되는데, 이러한 전자와 정공이 각 전극으로 향하게 되면서 전기 에너지가 생기게 되는 것이다.이러한 태양전지에서는 입사되는 태양광을 전기 에너지로 변환시키는 비율과 관계된 변환 효율을 높이는 것이 매우 중요하다.FIG. 5B shows a p-n junction type solar cell. The operation principle of such a solar cell will be briefly described as follows. When sunlight is incident through the
변환 효율을 높이는 방법 중의 하나가 태양전지로 입사되는 태양광의 투과율은 높이고 반사율은 감소시키는 것인데, 전술한 바와 같이, 태양광이 입사하는 표면인 투명전극(222)의 표면에 형성된 규칙적인 나노 스케일의 패턴에 의해 태양광의 난반사가 활발하게 이루어지게 되고 결과적으로 태양광의 반사율은 낮아지며 반대로 흡수율은 높아지게 된다.One of the methods for increasing the conversion efficiency is to increase the transmittance of sunlight incident on the solar cell and to reduce the reflectance. As described above, since the regular nanoscale The diffuse reflection of the sunlight is actively performed by the pattern, and as a result, the reflectance of the sunlight is lowered, and conversely, the absorption rate is increased.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명 이 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, And various modifications and changes may be made thereto by those skilled in the art to which the present invention pertains. Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and all of the equivalents or equivalents of the claims are included in the scope of the present invention something to do.
도 1은 종래 임프린트 방법을 보인 도면,1 is a view showing a conventional imprint method,
도 2는 종래 졸-겔 공정을 이용한 나노 임프린트 방법을 보인 도면,FIG. 2 is a view showing a nanoimprinting method using a conventional sol-gel process,
도 3은 본 발명 고투과도를 갖는 투명 전도성 산화물 전극의 제조 방법을 보인 도면,3 is a view showing a method of manufacturing a transparent conductive oxide electrode having a high transmittance according to the present invention,
도 4는 본 발명 고투과도를 갖는 투명 전도성 산화물 전극의 제조 방법의 실시 예를 설명하기 위한 도면,4 is a view for explaining an embodiment of a method of manufacturing a transparent conductive oxide electrode having a high transmittance according to the present invention,
도 5는 상기 도 3 내지 도 4에 따라 제조된 투명전극의 활용예를 나타내는 도면이다.FIG. 5 is a view showing an application example of the transparent electrode manufactured according to FIG. 3 to FIG.
*** 도면의 주요 부분에 대한 도면 부호의 설명 ***Description of Reference Numerals to Main Parts of Drawings
1 : 기판1: substrate
2 : 졸 상태의 재료2: material in a sol state
3 : 고분자 몰드3: Polymer mold
4 : PDMS(polydimethylsiloxane stamp)4: PDMS (polydimethylsiloxane stamp)
5: 유리 기판5: glass substrate
10 : 기판10: substrate
15 : 겔 층15: Gel layer
20 : 졸 층20: sol layer
30 : 고분자 몰드30: Polymer Mold
40 : 가압 챔버40: pressure chamber
410 : 유연막410: flexible film
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