국내 연구팀, 대량생산 가능한 고전도성 유기투명전극소재 개발

 

아주경제 신희강 기자 = 미래창조과학부는 국내 연구진이 초정밀나노입자공정기술로 기존보다 전기전도도가 2배 높은 전도성고분자 용액을 제조, 고효율의 유연소자를 개발했다고 5일 밝혔다.

전도성고분자는 가격 경쟁력, 유연성, 공정성 등의 장점을 가지고 있어 투명 전극 소재로 주목 받고 있다. 하지만 대표적 투명전극 소재인 ITO(indium tin oxide) 대비 낮은 전기전도도로 적용에 어려움을 겪고 있다.

이에 김중현 교수(연세대학교)·노용영 교수(동국대학교) 연구팀은 미래부 나노·소재기술개발사업의 지원으로 연구를 수행했다. 이 연구결과는 재료과학 분야 세계적 권위지인 어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials, 영향력 지수 18.96)에 게재 및 Inside Cover Story 논문으로 선정됐다.

전도성고분자는 값이 저렴하고, 유연하며 공정의 편리함 등의 여러 장점들을 가져 기존의 ITO(indium tin oxide)를 대체하기 위한 전도성 소재로 주목받고 있다.

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현재 전세계적으로 가장 상용화된 고전도성고분자 PEDOT:PSS로 알려진 clevios PH1000은 1000S/cm의 전기 전도도를 구현한다. clevios PH1000마저도 ITO보다 현저히 낮은 전기전도도를 가지기 때문에 이보다 높은 성능을 구현하기가 까다로워 경쟁력을 확보하고 상용화하는데 어려움을 겪고 있다.

전 세계적으로 많은 연구진들은 전도성고분자의 전기적 물성을 향상시키기 위한 공정 연구를 개발해 왔다. 그러나 대부분의 공정은 용액상 공정이 아닌 전도성고분자 박막을 형성한 후 극성용매나 황산 수용액과 같은 용액에 담그거나, 도포하는 방식이다. 이는 공정의 편리성이 떨어질 뿐만 아니라 처리과정에서 전도성 박막에 결함(defect)이 생기는 우려 등의 한계점을 가져 효과적인 해결책이 절실히 요구되는 상황이다.

연구팀은 PEDOT:PSS의 제조에 1차 도펀트 및 분산제로써 첨가되는 PSSA는 절연체로써 전도성고분자 박막의 높은 전도도 값을 방해하는 역할에 주목했다. 이러한 막을 이용한 막 분리 공정은 합성 시 첨가되는 free-PSSA 뿐만 아니라, 반응 후 남아있는 촉매 및 단량체(monomer) 등의 반응부산물을 함께 제거하게 된 것. 최종적으로 기존보다 더 높은 전도도를 구현 가능한 전도성고분자 입자 용액을 제조했다.

김 교수는“본 연구에서 제조된 고전도성 유기용액소재는 직접패터닝이 가능하고 연속생산공정으로 유연투명전극을 대량생산할 수 있어 향후 태양전지, 디스플레이 등 다양한 전자소재 제조에 응용이 가능할 것으로 기대된다”고 말했다.