최근 년간 전기 전도 금속 나노 와이어, 특히 은 나노 와이어의 응용은 폭넓은 관심을 받고 있다. 은 나노 와이어는 주로 투명 전기 전도 재료 및 확장 가능한 탄성 전기 전도 재료에 사용되고 있다. 

금속 나노 와이어의 분산 특징과 전통적인 용해 액체 혹은 입자 형태 액체 상태 체계는 비교적 큰 차이가 존재하고 있는데 현재 주로 코팅, 스프레이 코팅, 스핀 코팅 등 방법으로 은 나노 와이어 전기 전도 박막을 개발하고 있다.

하지만 이런 기존의 주류(Mainstream) 막 형성 방법은 직접 패터닝(Patterning)을 실현하지 못하기 때문에 액외로 에칭(Etching) 등 공법을 이용하여 응용 수요를 충족시켜야 한다. 

때문에 직접 인쇄(Direct printing)를 통해 개발한 금속 나노 와이어의 경우, 투명 전기 전도 패턴(Pattern)은 공정 프로세스를 간편화하고 원가를 낮추는 중요한 수단 중 하나로 되고 있으며 전기 전도 금속 나노 와이어 응용을 한층 더 추진할 수 있는 방법으로 되고 있다.

상부 전극(top electrode) 인쇄는 현재 유기 전자 디바이스 개발 분야가 직면한 중요한 도전으로 되고 있다. 

우선, 유기 디바이스 기계 강도와 화학 안정성은 비교적 취약하며 디바이스 상부 직접 인쇄 전극은 디바이스 성능에 대해 비교적 복잡한 부정적 영향을 끼치고 있으며 디바이스 성능을 뚜렷이 떨어뜨리고 있는 상황이다.

다음, 디바이스 상부에서 전극을 직접 인쇄할 때 디바이스 표면 인쇄는 다양한 제한을 받고 있기 때문에 이상적인 인쇄 효과를 취득하기 어려운 상황이다.

만일 전체 막 커버 재 패턴화 방법을 사용하여 상부 전극을 개발하면 에칭 방법도 전체 디바이스 성능에 영향을 끼치게 된다. 때문에 많은 대규모 롤 투 롤 유기 인쇄 디바이스는 상부 전극에 대해 여전히 진공 증착(Vacuum deposition) 등 전통 개발 방법을 적용하게 된다.

중국과학원 수저우(蘇州) 나노기술 및 나노 바이오닉 연구소 추이정(崔錚) 연구원 연구팀은 최근 관련 연구를 통해 은 나노 와이어를 인쇄하는 기술에 대한 심층적인 연구를 실행하여 잉크젯 인쇄(Ink-jet printing)를 대표로 한 다양한 인쇄 방법을 개발하는데 성공하였다.

연구팀은 이번 연구를 통해 패턴화된 투명 전기 전도 박막을 직접 취득하는데 성공하였다. 이런 투명 전기 전도 박막 투과 비율은 85% 수준에 달하고 시트 저항(Sheet resistance)은 20옴(Ohm) 수준보다 낮은 비교적 이상적인 효과에 도달하는 것으로 나타났다.

연구팀은 중국과학원 수저우(蘇州) 나노기술 및 나노 바이오닉 연구소 마창치(馬昌期) 연구원 연구팀과 협력하여 인쇄 공법과 유기 디바이스 물리 분야에서 직면한 여러 가지 난제들을 극복하고 잉크젯 인쇄를 통해 개발한 은 나노 와이어를 반 투명 유기 태양전지(OPV) 상부 투명 전극으로 사용하는데 성공하였다.

연구팀이 개발한 디바이스는 반 투명을 실현하고 전극 제조 원가를 낮추는 동시에 디바이스 변환 효율을 대폭 향상시키는 면에서 중대한 역할을 발휘하는 것으로 나타났는데 전통적인 비(非) 투명 전극 디바이스 변환 효율의 90% 수준에 달하는 것으로 나타났다. 

인쇄 과정에서의 용제가 디바이스에 끼치는 영향을 감안한 동시에 투명 전극이 부분적인 광 손실을 조성하는 점을 감안할 때 연구팀이 도출한 관련 연구 결과는 이런 유형의 인쇄 투명 전극이 매우 양호한 응용 전망을 보유하고 있다는 점을 입증해 주고 있다.

연구팀의 관련 연구 성과는 Appl. Phys. Lett. 학술지에 발표되었다(Appl. Phys. Lett. 2015, 106, 093302).

이번 연구는 국가자연과학기금위원회의 ‘기초과학 연구 프로젝트’ 비용, 중국과학원의 ‘전략적 선행 과학기술 연구 전문 프로젝트’ 비용, 국가과학기술부의 ‘국가 과학기술 지원 계획 과제’ 비용 지원을 받아 실행되었다. 

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』