황산 이용해 고성능 플라스틱 투명전극 개발(04.10)

GIST 연구팀, 휘어지는 전자소자 상용화 성큼

국내 연구진이 최고의 전기전도도를 갖는 인쇄형 플라스틱 투명전극을 개발해 관심이 쏠리고 있다.

투명전극이란 가시광 영역에서 85%이상의 높은 광투과도와 1000 S/cm 이상의 높은 전기전도도를 동시에 지닌 전극으로 각종 디스플레이 소자나 태양전지 등의 핵심부품으로 사용된다.

기존 투명전극 소재는 ITO(인듐주석산화물)로 고가의 희귀금속인 인듐을 사용해 왔다. 또 깨지기 쉽다는 단점을 안고 있어 대체 투명전극의 필요성이 요구됐다.

ITO를 대체하기 위한 투명전극으로 카본나노튜브, 그래핀, 은나노와이어, 금속산화물 등에 대한 연구가 진행됐지만 뚜렷하게 두각을 나타내는 소재는 없는 상황이다.

연구팀은 대표적인 전도성 플라스틱 물질에 황산을 처리하면 전기전도도를 ITO 못지않게 향상시킬 수 있다는데 주목했다.

미래창조과학부는 GIST(광주과학기술원)의  이광희 교수와 이성호 박사가 공동 교신저자로 주도하고 신소재공학부의 김나라, 기세영 박사과정 연구원이 공동 제1저자로 참여해 기존 투명전극의 한계를 극복할 수 있는 인쇄형 플라스틱 투명전극을 개발하는데 성공했다고 10일 밝혔다.

▲ 전도성 플라스틱 물질의 결정도와 전기전도도와의 관계. ⓒ 2014 HelloDD.com

연구팀은 대표적인 전도성 플라스틱인 PEDOT를 다양한 농도의 황산으로 처리했을 때 나타나는 전기적 성질의 변화와 구조적 변화를 관찰했다.

그 결과 황산이 전도성 플라스틱을 알갱이 형태에서 나노섬유 형태로 바꿔주면서 결정도가 증가했으며 전도도도 크게 향상된다는 사실을 밝혀냈다.

실제 전기전도도가 향상된 전도성 플라스틱을 투명전극으로 사용해 유기 태양전지를 제작한 결과 ITO를 사용했을 때와 거의 유사한 에너지 변환 효율을 나타냈다는게 연구팀의 설명이다.

연구팀은 "이렇게 만들어진 플라스틱 박막을 투명전극으로 사용해 유기태양전지를 제작한 결과 ITO전극을 이용한 경우보다 95% 의 변환 효율을 나타냈다"면서 "전도성 플라스틱이 우수한 전기적 특성을 나타내고 있다는 것을 입증한 것으로 깨지기 쉬운 ITO를 대체해 향후 투명하고 휘어지는 인쇄형 전자소자의 상용화를 앞당길 것으로 기대된다"고 말했다.

한편 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업(도약연구)과 선도연구센터지원사업의 지원으로 수행됐다. 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지인 어드밴스드머티리얼스 지 4월 9일자 표지 논문으로 게재됐다.