나노기술 및 정책 정보

• 목록

● 고려대학교 전기전자공학과 김태근 교수 연구팀은 전기전도도와 투과도를 독립적으로 제어할 수 있는 도핑방법을 개발하여 기본 투명전극 보다 3배 얇지만 전기전도도는 높은 초박막 투명전극 제조기술을 개발

● 유기발광다이오드나 태양전지 소자들이 소형화되고 유연성을 요구하기 때문에 전극 또한 투과도와 전기전도도를 유지하면서 더욱 얇아져야 하지만, 전극은 두께가 감소하면 투명도는 향상되지만 면저항은 반대로 증가하는 모순 관계를 보여 기존 광 변환 소자들은 투명도의 손실을 보더라도 150nm(나노미터) 이상의 두꺼운 투명전극을 사용하는 상황 

● 이를 해결하기 위해 연구팀은 니켈, 은, 구리 등 금속(불순물)을 전계 유도 이온 주입 방식으로 투명전극 표면에 확산, 박막의 전기, 광 특성을 독립적으로 제어할 수 있는 도핑 방법을 개발

● 금속 이온을 전극 표면에 국부적으로 도핑함으로써 박막의 높은 투과도는 유지하면서 면저항을 감소시켜 50nm(나노미터) 이하의 초박막 산화물 투명전극을 제조

● 실제 이렇게 만들어진 초박막 투명전극을 유기발광다이오드, 자외선 발광다이오드, 유기태양전지의 양전극 또는 음전극으로 적용하자 구동전압이 낮아지거나 전력효율이 높아지는 등 소자효율이 향상되었으며, 150nm(나노미터) 두께 상용 ITO 기반 소자 대비 에너지 변환효율이 각각 24%, 30%, 21%의 향상

● 해당 기술은 초박막 유연, 다기능 투명전극 제조를 용이하게 하고, 기존 상용소재를 이용하는 방식으로 신소재 개발을 위한 비용을 절감이 가능하여 파급효과가 클 것으로 기대

※ 용어설명

- 전계유도 이온주입 : 전압인가를 통해 원하는 금속 원자나 이온을 투명전극의 표면에 주입, 확산시켜 전극의 물리적, 화학적, 전기적 특성을 변경시키는 도핑 방법

- 도핑: 반도체 또는 금속 산화물 등의 박막에 불순물을 첨가함으로써 전기적, 물리적인 특성을 조절하는 공정 

※ Nano-Micro Letters 게재(2021.10.16.), “Dopant-Tunable Ultrathin Transparent Conductive Oxides for Efficient Energy Conversion Devices”

※ 과학기술정보통신부, 한국연구재단(리더(창의)연구사업) 지원