대량생산이 가능한 고전도성 유기 투명전극 소재가 개발됐다. 김중현 연세대·노용영 동국대 교수 연구팀은 초정밀나노입자 공정기술로 기존보다 전기전도도가 2배 높은 전도성 고분자 용액을 제조하고 이를 이용한 직접 인쇄공정으로 고효율 유연소자를 개발했다고 5일 밝혔다.
전도성 고분자는 가격 경쟁력, 유연성, 공정성 등의 장점을 갖고 있어 투명 전극 소재로 주목 받고 있다. 하지만 대표적 투명전극 소재인 ITO보다 낮은 전기전도도로 높은 성능을 구현하기가 까다로워 경쟁력 확보와 상용화에 어려움을 겪고 있다.
고전도성 고분자(PEDOT:PSS)의 제조에 1차 도펀트와 분산제로 첨가되는 PSSA는 절연체로 전도성고분자 박막의 높은 전도도 값을 방해하는 역할을 한다. PSSA는 PEDOT과 결합된 것과 결합되지 않은 것으로 구분된다.
PEDOT이 결합되지 않은 PSSA(free-PSSA)는 수상에 완전히 녹아 막(membrane)을 통과해 제거될 수 있고, 물에 녹지 않는 성질을 가진 PEDOT이 결합된 PSSA는 막을 통과하지 못해 잔류하게 된다.
막을 이용한 막 분리 공정은 합성시 첨가되는 free-PSSA뿐만 아니라 반응 후 남아있는 촉매와 단량체 등 반응부산물을 함께 제거할 수 있다. 최종적으로 기존보다 더 높은 전도도를 구현 가능한 전도성고분자 입자 용액을 제조할 수 있다.
연구팀은 기존물성(1000S/㎝)을 뛰어 넘는 높은 전기전도도(2000S/㎝)를 구현할 수 있는 전도성 고분자를 안정성이 높은 상태로 제조하고, 연속식 인쇄공정으로 유연 전자소재 개발의 한계를 극복할 수 있는 가능성을 제시했다.
김중현 교수는 “본 연구에서 제조된 고전도성 유기용액소재는 직접 패터닝이 가능하고 연속 생산공정으로 유연 투명전극을 대량 생산할 수 있다”면서 “향후 태양전지, 디스플레이 등 다양한 전자소재 제조에 응용이 가능할 것”으로 기대했다.
연구결과는 재료과학 분야 학술지 어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)에 게재됐고 인사이드 커버 스토리 논문으로 선정됐다.
송혜영기자 hybrid@etnews.com
