[go: up one dir, main page]

KR102350172B1 - 금속 나노 와이어 메쉬 구조를 이용한 투명 전극 및 이의 제조 방법 - Google Patents

금속 나노 와이어 메쉬 구조를 이용한 투명 전극 및 이의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102350172B1
KR102350172B1 KR1020200023315A KR20200023315A KR102350172B1 KR 102350172 B1 KR102350172 B1 KR 102350172B1 KR 1020200023315 A KR1020200023315 A KR 1020200023315A KR 20200023315 A KR20200023315 A KR 20200023315A KR 102350172 B1 KR102350172 B1 KR 102350172B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
mesh structure
transparent electrode
metal nanowire
manufacturing
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
KR1020200023315A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210108571A (ko
Inventor
장석태
김진
유진선
Original Assignee
중앙대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 중앙대학교 산학협력단 filed Critical 중앙대학교 산학협력단
Priority to KR1020200023315A priority Critical patent/KR102350172B1/ko
Publication of KR20210108571A publication Critical patent/KR20210108571A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102350172B1 publication Critical patent/KR102350172B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • H01B13/0026Apparatus for manufacturing conducting or semi-conducting layers, e.g. deposition of metal
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/20Conductive material dispersed in non-conductive organic material
    • H01B1/22Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising metals or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B5/00Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
    • H01B5/14Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form comprising conductive layers or films on insulating-supports

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Non-Insulated Conductors (AREA)
  • Manufacturing Of Electric Cables (AREA)

Abstract

본 발명은 금속 나노 와이어 메쉬 구조를 이용한 투명 전극 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 디웨팅(dewetting) 현상을 이용해 간단한 용액 공정으로 자가 조립된 웹(web) 형태의 금속 나노 와이어 메쉬 구조를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 랜덤 네트워크와 리소그래피 기반의 메쉬 제조 공정의 한계를 극복하기 위해 디웨팅 현상에 의한 자가 조립된(self-assembled) 금속 나노와이어 메쉬 제조 방법을 제시한다.
이러한 방법을 이용해 본 발명에서는 고투과도 영역에서 우수한 성능을 보이는 금속 나노 와이어 메쉬를 제작하였으며, 용액 공정을 기반으로 대량 생산에 적용할 수 있다.

Description

금속 나노 와이어 메쉬 구조를 이용한 투명 전극 및 이의 제조 방법 {TRANSPARENT ELECTRODES USING METAL NANOWIRE MESH STRUCTURE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
본 발명은 금속 나노 와이어 메쉬 구조를 이용한 투명 전극 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 디웨팅(dewetting) 현상을 이용해 간단한 용액 공정으로 자가 조립된 웹(web) 형태의 금속 나노 와이어 메쉬 구조를 제조하는 방법에 관한 것이다.
차세대 다기능 스마트기기의 솔라 셀, 유기 발광다이오드, 터치 스크린, 웨어러블 디바이스 등 광전자 디바이스에 대한 수요가 늘어나고 있다. 그에 따라 광전자 디바이스의 핵심 기술인 투명한 전도성 소재 및 전극 제작의 연구도 활발히 진행되고 있다. 전통적 투명 전극 소재인 ITO는 높은 소재 가격, 높은 공정 비용, 적은 매장량 그리고 휘어지지 않은 기계적 특성 때문에 유연성이 중요해진 차세대 광전자 디바이스에 적용하기 적절하지 않다. 그로 인해 연구자들은 ITO의 대체하기 위해 다양한 전도성 물질(그래핀, 탄소나노튜브, 금속 나노와이어, 금속 입자, 전도성 고분자 등)들을 사용하여 투명 전극을 제작하고 있다. 그중 금속 나노와이어는 우수한 전기 전도성과 광학특성 그리고 유연한 기계적 특성을 가지고 있기 때문에 많은 연구가 진행되고 있다.
금속 나노 와이어를 이용하여 제작된 대부분의 투명전극은 랜덤 네트워크 구조를 가지고 있다. 랜덤 네트워크는 기판위에 금속 나노 와이어가 분산 및 증착 되어 단일 금속 나노 와이어들의 접촉에 의해 필름의 전도성을 얻는 구조이다. 간단하고 빠른 제작 방법과 나노 와이어의 우수한 특성으로 인해 랜덤 네트워크 구조를 바탕으로 많은 연구가 진행되고 있지만 높은 투과도에서 우수한 성능을 낼 수 없다는 구조적 문제점을 가지고 있다.
이러한 랜덤 네트워크의 구조적 단점을 해결하기 위해 연구자들은 메쉬 형태의 투명전극을 제작하였다. 메쉬 구조는 필름 내부에 공극을 가지기 때문에 투과도를 확보할 수 있기 때문이다. 하지만 나노 와이어를 사용하여 메쉬 구조를 형성하는 방법은 리소그래피 공정에 기반해있다. 리소그래피 방법은 복잡한 공정과 재료 폐기물이 발생하여 대량 생산에 적합하지 않다.
본 발명은 랜덤 네트워크와 리소그래피 기반의 메쉬 제조 공정의 한계를 극복하기 위해 디웨팅(dewetting) 현상에 의한 자가 조립된(self-assembled) 금속 나노와이어 메쉬 제조 방법을 제시한다.
이러한 방법을 이용해 본 발명에서는 고투과도 영역에서 우수한 성능을 보이는 금속 나노 와이어 메쉬를 제작하였으며, 용액 공정을 기반으로 대량 생산에 적용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노 와이어 메쉬 구조를 이용한 투명 전극의 제조 방법은, 기판을 표면 개질하여 소수성을 나타내도록 처리하는 단계; 금속 나노 와이어가 분산된 용액에 에틸렌글리콜(ethylene glygol; EG)을 혼합한 코팅 용액을 준비하는 단계; 및 상기 소수성을 나타내도록 처리된 기판 상에 상기 준비된 코팅 용액을 액체 필름 형태로 증착하는 단계를 포함한다.
어닐링 하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 기판을 표면 개질하는 용액은 실란계 물질을 포함한 용액을 이용한다. 상기 실란계 물질의 농도는 0.01 내지 0.00125 부피%이다.
상기 기판을 소수성 처리함에 의해 상기 기판의 접촉각이 90도 이상이 되도록 한다.
상기 에틸렌글리콜의 농도는 0.5 내지 5 부피%이다. 상기 에틸렌글리콜의 농도는 0.5 내지 1 부피%이다.
상기 소수성을 나타내도록 처리된 기판 상에 상기 준비된 코팅 용액을 액체 필름 형태로 증착하는 단계는 메니스커스-드래깅 증착 방법(Meniscus-dragging deposition; MDD)을 이용해 수행된다.
상기 소수성을 나타내도록 처리된 기판 상에 상기 준비된 코팅 용액을 액체 필름 형태로 증착하는 단계 이후 용매의 증발 과정에서 디웨팅(dewetting) 현상에 의해 금속 나노 와이어가 자가 조립(self-assembly) 과정을 통해 메쉬 구조를 이룬다.
상기 어닐링 과정은 160 내지 200℃의 온도에서 60분 이상 수행된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노 와이어 메쉬 구조를 이용한 투명 전극은, 위에서 설명한 제조 방법에 따라 제조되며, 금속 나노 와이어들이 자가 조립된 웹(web) 형태의 메쉬 구조를 이루고 있다.
상기 금속 나노 와이어로 이루어진 메쉬 구조는 금속 나노 와이어 간에 정션(junction)을 형성하여 커넥션(connection)을 유지함으로써 전기 전도도를 유지한다.
상기 투명 전극은 투과도 90% 이상에서 높은 면저항 대비 투과도 성능을 나타낸다.
상기 투명 전극은 96% 투과도 및 38Ω/sq 면저항을 나타낸다.
본 발명에 따른 금속 나노 와이어 메쉬 구조를 이용한 투명 전극의 제조 방법은, 간단한 용액 공정에 의한 제조 방법을 제시하므로 대량 생산에 적용이 가능할 것으로 기대된다.
또한, 간단한 용액 공정에 의해 고투과도 영역에서 우수한 성능을 나타내는 금속 나노 와이어 메쉬 구조를 이용한 투명 전극을 제시할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노 와이어 메쉬 구조를 이용한 투명 전극의 제조 방법의 모식도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노 와이어 메쉬 구조를 이용한 투명 전극의 제조 방법의 순서도를 도시한다.
도 3은 은 나노 와이어 용액의 EG 농도와 OTS SAM 기판의 컨택 앵글에 따른 은 나노 와이어 자가 조립 결과의 광학 이미지를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따라 디웨팅 현상에 의해 자가조립된 AgNWs 메쉬의 이미지를 도시한다.
도 5는 어닐링 온도와 시간에 따른 은 나노와이어의 저항 변화를 나타낸다.
도 6은 종래의 랜덤 네트워크 구조와 본 발명에 따른 웹 형태의 메쉬 구조의 면저항 대비 투명도 그래프를 도시한다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노 와이어 메쉬 구조를 이용한 투명 전극의 제조 방법의 모식도를 도시한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노 와이어 메쉬 구조를 이용한 투명 전극의 제조 방법의 순서도를 도시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노 와이어 메쉬 구조를 이용한 투명 전극의 제조 방법은, 기판을 표면 개질하여 소수성을 나타내도록 처리하는 단계(S 210); 금속 나노 와이어가 분산된 용액에 에틸렌글리콜을 혼합한 코팅 용액을 준비하는 단계(S 220); 및 상기 소수성을 나타내도록 처리된 기판 상에 상기 준비된 코팅 용액을 액체 필름 형태로 증착하는 단계(S 230)를 포함한다.
기판을 준비하고, 준비된 기판의 유기 불순물 제거와 친수성 표면을 얻기 위해 피라냐 세정(piranha cleaning) 공정을 진행한다. 기판을 피라냐 용액에 담근 이후 증류수를 이용해 세척하는 공정을 진행한다.
이후 S 210 단계에서는 기판을 표면 개질하여 소수성을 나타낼 수 있도록 처리한다. 이러한 소수성 처리는 기판을 표면 개질을 하는 용액에 담궈 반응을 진행시킴으로써 수행된다. 기판을 표면 개질하는 용액은 실란계 물질을 포함한 용액을 이용하여 소수성 처리를 진행한다. 기판을 소수성 처리함에 의해 상기 기판의 접촉각이 90도 이상이 되도록 한다.
이용되는 실란계 물질이 톨루엔에 희석된 용액을 이용하며, 이용되는 실란계 물질의 농도는 0.01 내지 0.00125 부피%인 것이 바람직하다.
S 220 단계에서는 금속 나노 와이어가 분산된 용액에 에틸렌글리콜을 혼합한 코팅 용액을 준비한다. 금속 나노 와이어가 분산된 이소프로필 알콜 용액에 에틸렌글리콜을 혼합하여 코팅 용액을 준비한다.
이 경우 에틸렌글리콜의 농도는 0.5 내지 5 부피%인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 1 부피%인 것이 바람직하다. 에틸렌글리콜의 농도가 0.5 부피% 미만에서는 웹 형태의 금속 나노 와이어 메쉬 구조가 만들어지지 않고 랜덤 네트워크 구조가 만들어지기 때문에 농도는 0.5부피% 이상인 것이 바람직하고, 또한 5 부피% 초과에서는 도트(dot) 형태로 뭉침(aggregation) 현상이 일어나는 문제점이 발생되어 전기적 네트워크가 끊어지는 문제점이 발생하기 때문에 농도는 5 부피% 이하인 것이 바람직하다. 특히 본 발명에서 원하는 웹(web) 형태의 금속 나노 와이어 메쉬 구조를 얻기 위한 가장 바람직한 농도는 0.5 내지 1 부피%이다.
S 210 단계는 기판을 소수성으로 표면 개질하여 준비하고, S 220 단계는 코팅 용액을 준비하는 단계이므로 양 단계의 순서의 선후 관계는 없다.
S 230 단계에서는 S 210 단계에서 소수성을 나타내도록 처리된 기판 상에 S 220 단계에서 준비된 코팅 용액을 액체 필름 형태로 증착한다. S 230 단계는 메니스커스-드래깅 증착 방법(Meniscus-dragging deposition; MDD)을 이용해 수행되는 것이 바람직하다. 이러한 메니스커스-드래깅 증착 방법을 이용함에 의해 기판 상에 균일한 박막 액체 필름 형태로 증착이 가능하다.
본 발명에서는 S 230 단계의 증착 이후 용매의 증발 과정에서 디웨팅(dewetting) 현상에 의해 금속 나노 와이어가 자가 조립(self assembly) 과정을 통해 금속 나노 와이어로 이루어진 메쉬 구조를 이룬다. 액체 필름의 용매가 증발하여 필름 내부의 EG 농도가 증가하게 되고, 소수성 기판 위에서 불안정해진 액체 필름은 디웨팅 현상을 일으키며 자가 조립이 진행되어 나노 와이어 메쉬가 제작되는 것이다.
또한, S 230 단계 이후 어닐링(annealing)하는 열처리 단계(S 240)를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 열처리 과정을 통해 절연성 물질인 에틸렌글리콜을 제거하고 금속 나노 와이어 간의 저항을 최소화할 수 있다. 어닐링 과정은 160 내지 200℃의 온도에서 60분 이상 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노 와이어 메쉬 구조를 이용한 투명 전극은, 위에서 설명한 방법에 따라 제조되며, 금속 나노 와이어들이 자가 조립된 웹(web) 형태의 메쉬 구조를 이루고 있다.
이 경우 금속 나노 와이어로 이루어진 메쉬 구조는 금속 나노 와이어 간에 정션(junction)을 형성하여 커넥션(connection)을 유지함으로써 전기 전도도를 유지하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노 와이어 메쉬 구조를 이용한 투명 전극은 투과도 90% 이상에서 높은 면저항 대비 투과도 성능을 나타내며, 이 경우 베스트 조건으로 투명 전극은 96% 투과도 및 38Ω/sq 면저항을 나타낸다.
이하에서는 구체적인 실시예와 함께 본 발명의 내용을 추가적으로 설명하도록 하겠다.
실시예 1에서 디웨팅 현상에 의한 자가조립된 나노와이어 메쉬 제조 방법은 OTS SAM처리, 용액 준비와 필름 증착의 세가지 공정을 통해 제작되었다. 실시예 1에서 기판을 표면 개질하는 실란계 물질로 OTS(octadecyltrichlorosilane)이 이용되었으며, 금속 나노 와이어로는 AgNWs(silver nanowires)가 이용되었다.
* 코팅 용액의 준비
평균 직경 40nm, 평균 길이 20μm의 은 나노와이어를 국내 DS 하이메탈에서 구입했다. AgNWs는 0.5wt.%의 농도로 이소프로필 알코올(IPA)에 분산되었다. AgNWs 용액에 에틸렌글리콜(EG)(Sigma-Aldrich)을 0~10 vol.% 농도로 섞어 코팅 용액을 준비했다.
* 기판의 준비
Piranha cleaning
기판의 유기 불순물 제거와 친수성 표면을 얻기 위해 piranha cleaning을 진행하였다. piranha 용액은 황산 용액(95%)과 과산화 수소 용액(30%)을 7:3 부피비로 혼합하여 준비하였다. 슬라이드 글라스 (25 x 75 mm2)를 준비된 피라냐 용액에 1시간 동안 담근 뒤, 증류수를 사용하여 세척하였다.
OTS SAM treatment
Octadecyltrichorosilane(OTS)을 사용하여 기판을 표면개질 하였다. OTS가 0.01~0.00125 vol.%의 농도로 toluene에 희석된 OTS solution을 준비한다. Piranha cleaning 처리한 슬라이드 글라스를 OTS solution에 담궈 0~180 min 동안 반응을 진행시킨다. 반응 후 OTS SAM 기판을 toluene에서 20분간 소니케이션(5800, branson)을 진행한다. OTS SAM 처리가 완료된 후 슬라이드 글라스의 컨택 앵글(Smart Drop, Femtofab)을 측정하여 기판을 준비하였다.
* 준비된 기판을 코팅 용액에 담궈 AgNWs 필름을 형성
메니스커스-드래깅 증착 방법(Meniscus-dragging deposition; MDD)을 이용하여 OTS SAM 기판에 AgNWs 분산용액을 증착하였다. 용매의 증발과정에서 dewetting 현상에 의한 AgNWs의 자가 조립 과정을 통해 은 나노 와이어의 다양한 구조를 형성할 수 있었다.
* 물성 테스트
위 공정을 통해 제조된 은 나노 와이어 구조체의 물성을 알아보기 위해 광학 이미지, 전도도 측정, 투과도 측정, 두께분석이 진행되었다. 광학 이미지는 디지털카메라(Lumix DMC-LX5, Panasonic) 사용하여 얻었으며 field emission scanning electron microscope (Carl Zeiss SIGMA FE-SEM)를 사용하여 FE-SEM 이미지를 얻었다. 투과도 측정을 위하여 UV-visible spectroscopy (V-670, Jasco)를 사용하였다. 면저항 측정을 위해서 4-point prove station(M3P 302-system)을 사용하였다.
도 3은 은 나노 와이어 용액의 EG 농도와 OTS SAM 기판의 컨택 앵글에 따른 은 나노 와이어 자가 조립 결과의 광학 이미지를 도시한다. 도 3에서 보는 것처럼, OTS SAM 기판의 접촉각 및 코팅 용액의 EG농도에 변화를 주어 기판에 형성되는 나노 와이어 필름 구조의 변화를 관찰하였다. OTS SAM기판이 친수성(CAw<90)경우, 용액의EG농도와 상관없이 랜덤 NW 네트워크가 형성되었다. 하지만 OTS SAM 기판이 소수성(CAw>90) 일 때, 용액의EG 농도와 기판의 접촉각에 따라 액체 필름의 디웨팅 현상에 의해 형성되는 NWs 필름의 구조에 변화가 관찰된다.
0.5~5vol%. EG 농도에서 디웨팅 현상에 의해 NW는 번들을 형성하며 번들은 정션을 형성하며 서로 커넥션 유지하며 mesh 구조를 형성한다. 이 경우 특히 0.5~1vol%. EG 농도에서 가장 이상적으로 나노 와이어로 형성된 번들이 서로 연결된 웹(web) 형태의 나노와이어 메쉬 구조가 형성됨을 확인할 수 있으며, 3vol% 및 5vol%의 모습에서는 번들이 세부적으로는 연결되어 있지만 전체적으로는 번들이 일부 끊어진 모습을 나타내는 브랜치(branch) 형태의 모습으로 나타남을 확인할 수 있다.
10vol.% EG 농도의 용액을 증착 할 경우에는 보다 강한 디웨팅 현상이 일어나 번들을 형성되지 않고 도트(dot) 형태가 형성이 되어 NWs간 커넥션을 잃게 된다.
도 4는 본 발명에 따라 디웨팅 현상에 의해 자가조립된 AgNWs 메쉬의 이미지를 도시한다. (a)는 디웨팅 현상에 의해 자가조립된 AgNWs 메쉬의 광학 현미경 이미지이고, (b)는 AgNWs의 번들의 FE-SEM 이미지이며, (c)는 번들과 번들이 이어지는 정션의 FE-SEM 이미지이다.
도 4에서 볼 수 있듯이 실시예 1에서 디웨팅 현상을 이용한 나노 와이어 메쉬 구조는 성공적으로 제작되었다. 디웨팅 현상은 여러 은 나노 와이어들을 효과적으로 하나의 번들로 형성하였다. 이렇게 형성된 번들들은 정션에서 번들 간 연결을 이루며 끊기지 않은 전자 이동통로를 확보한다. 기존의 랜덤 네트워크 구조 기반의 나노 와이어 전극은 단일 나노 와이어 간의 접촉에 의해 필름의 전도성을 확보하였다. 하지만 나노 와이어 메쉬는 나노 와이어를 번들로 묶고 번들 번들을 이어주는 정션을 형성하면서 더 향상된 전자 이동통로를 형성한다. 뿐만 아니라 디웨팅 현상에 의해 나노 와이어 필름 내부에 빈 공간을 형성하면서 전극의 투과도를 향상시킨다.
* 어닐링 과정
제작된 나노와이어 메쉬는 절연성 물질인 EG 제거와 은 나노 와이어간 접촉 저항을 최소화하기 위해 어닐링 처리를 하였다. 열처리 과정은 160°과 200°에서 진행되었으며, 어닐링 시간은 더 이상 면저항의 변화가 관찰되지 않을 때까지, 바람직하게 60분 이상 진행하였다. 도 5는 어닐링 온도와 시간에 따른 은 나노와이어의 저항 변화를 나타낸다.
* 면저항 대비 투명도 비교
도 6은 종래의 랜덤 네트워크 구조와 본 발명에 따른 웹 형태의 메쉬 구조의 면저항 대비 투명도 그래프를 도시한다. 본 발명에 따라 제작된 은 나노 와이어 메쉬 전극은 랜덤 네트워크와 비교하였을 때 고 투과도 영역에서 우수한 면저항 대비 투과도 성능을 나타내었다. 도 6에서 보는 것처럼, 면저항 전체 구간에 걸쳐 투과도가 높았으며, 특히 투과도 90% 이상에서 매우 좋은 결과를 나타냄을 확인할 수 있었다. 구체적으로 투명 전극은 96% 투과도 및 38Ω/sq 면저항을 나타냄을 확인하였다.
본 발명에 따른 공정은 다른 공정들과는 달리 높은 진공조건, 복잡한 lithography 공정등이 필요하지 않으며, 간단한 표면 처리와 EG의 첨가로 디웨팅 현상에 의한 self-assembly를 이용하여 새로운 나노 와이어 메쉬 구조 제작 방법을 제시한다. 또한 이렇게 제작된 나노 와이어 메쉬는 기존의 전극 보다 고투과도 영역에서 우수한 성능을 보여줌을 확인하였다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (14)

  1. 기판을 표면 개질하여 소수성을 나타내도록 처리하는 단계;
    금속 나노 와이어가 분산된 용액에 에틸렌글리콜(ethylene glygol; EG)을 혼합한 코팅 용액을 준비하는 단계;
    상기 소수성을 나타내도록 처리된 기판 상에 상기 준비된 코팅 용액을 액체 필름 형태로 증착하는 단계; 및
    어닐링 하는 단계를 포함하고,
    상기 에틸렌글리콜의 농도는 0.5 내지 5 부피%이며,
    상기 소수성을 나타내도록 처리된 기판 상에 상기 준비된 코팅 용액을 액체 필름 형태로 증착하는 단계 이후 용매의 증발 과정에서 디웨팅(dewetting) 현상에 의해 금속 나노 와이어가 자가 조립(self-assembly) 과정을 통해 메쉬 구조를 이루는,
    금속 나노 와이어 메쉬 구조를 이용한 투명 전극의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판을 표면 개질하는 용액은 실란계 물질을 포함한 용액을 이용하는,
    금속 나노 와이어 메쉬 구조를 이용한 투명 전극의 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 실란계 물질의 농도는 0.01 내지 0.00125 부피%인,
    금속 나노 와이어 메쉬 구조를 이용한 투명 전극의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판을 소수성 처리함에 의해 상기 기판의 접촉각이 90도 이상이 되도록 하는,
    금속 나노 와이어 메쉬 구조를 이용한 투명 전극의 제조 방법.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 에틸렌글리콜의 농도는 0.5 내지 1 부피%인,
    금속 나노 와이어 메쉬 구조를 이용한 투명 전극의 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 소수성을 나타내도록 처리된 기판 상에 상기 준비된 코팅 용액을 액체 필름 형태로 증착하는 단계는 메니스커스-드래깅 증착 방법(Meniscus-dragging deposition; MDD)을 이용해 수행되는,
    금속 나노 와이어 메쉬 구조를 이용한 투명 전극의 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 어닐링 과정은 160 내지 200℃의 온도에서 60분 이상 수행되는,
    금속 나노 와이어 메쉬 구조를 이용한 투명 전극의 제조 방법.
  11. 제 1 항, 제 3 항 내지 제 5 항, 제 7 항, 제 8 항 및 제 10 항 중 어느 한 항이 제조 방법에 따라 제조되며,
    금속 나노 와이어들이 자가 조립된 웹(web) 형태의 메쉬 구조를 이루고 있는,
    금속 나노 와이어 메쉬 구조를 이용한 투명 전극.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 금속 나노 와이어로 이루어진 메쉬 구조는 금속 나노 와이어 간에 정션(junction)을 형성하여 커넥션(connection)을 유지함으로써 전기 전도도를 유지하는,
    금속 나노 와이어 메쉬 구조를 이용한 투명 전극.
  13. 삭제
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 투명 전극은 96% 투과도 및 38Ω/sq 면저항을 나타내는,
    금속 나노 와이어 메쉬 구조를 이용한 투명 전극.
KR1020200023315A 2020-02-26 2020-02-26 금속 나노 와이어 메쉬 구조를 이용한 투명 전극 및 이의 제조 방법 Active KR102350172B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200023315A KR102350172B1 (ko) 2020-02-26 2020-02-26 금속 나노 와이어 메쉬 구조를 이용한 투명 전극 및 이의 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200023315A KR102350172B1 (ko) 2020-02-26 2020-02-26 금속 나노 와이어 메쉬 구조를 이용한 투명 전극 및 이의 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210108571A KR20210108571A (ko) 2021-09-03
KR102350172B1 true KR102350172B1 (ko) 2022-01-11

Family

ID=77784971

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200023315A Active KR102350172B1 (ko) 2020-02-26 2020-02-26 금속 나노 와이어 메쉬 구조를 이용한 투명 전극 및 이의 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102350172B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102764228B1 (ko) * 2022-08-25 2025-02-07 (주) 에이슨 피부 부착형 투명전극 및 이의 제조방법
KR102754568B1 (ko) * 2023-06-28 2025-01-13 포항공과대학교 산학협력단 금속 나노와이어 박막 적층체, 그를 포함하는 유기 쇼트키 장벽박막트랜지스터 및 그의 제조방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101468491B1 (ko) * 2013-12-19 2014-12-04 중앙대학교 산학협력단 나노와이어 그리드 구조 및 이의 형성방법

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101180794B1 (ko) * 2010-10-12 2012-09-10 (주)솔라세라믹 잉크젯 프린팅 공정을 이용한 염료감응 태양전지의 전극 제조방법 및 이에 따른 전극을 가지는 염료감응 태양전지
KR101912036B1 (ko) * 2016-03-18 2018-10-25 단국대학교 산학협력단 투명전극 및 그의 제조방법
KR101879055B1 (ko) * 2016-06-29 2018-07-18 한양대학교 에리카산학협력단 나노 구조체 네트워크 및 그 제조 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101468491B1 (ko) * 2013-12-19 2014-12-04 중앙대학교 산학협력단 나노와이어 그리드 구조 및 이의 형성방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210108571A (ko) 2021-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9892821B2 (en) Electrical conductors and electronic devices including the same
Guo et al. Recent development of transparent conducting oxide‐free flexible thin‐film solar cells
US9087995B2 (en) Fullerene-doped nanostructures and methods therefor
JP5290926B2 (ja) 導電性構造体を利用した導電性フィルム製造方法
Fuh et al. Pattern transfer of aligned metal nano/microwires as flexible transparent electrodes using an electrospun nanofiber template
US20070153362A1 (en) Fabric having nanostructured thin-film networks
US20120251824A1 (en) Stretchable Conductive Nanofibers, Stretchable Fiber Electrode Using The Same And Method For Producing The Same
JP2014007147A (ja) 透明電極及びこれを含む電子材料
Esconjauregui et al. Efficient transfer doping of carbon nanotube forests by MoO3
ChandraKishore et al. Facile synthesis of carbon nanotubes and their use in the fabrication of resistive switching memory devices
KR102350172B1 (ko) 금속 나노 와이어 메쉬 구조를 이용한 투명 전극 및 이의 제조 방법
KR20170132728A (ko) 나노와이어, 나노와이어 네트워크 및 투명 전도성 전극을 상호연결시키는 방법
Heng et al. Recent progress in flexible electrodes and textile shaped devices for organic solar cells
US20110048508A1 (en) Doping of Carbon Nanotube Films for the Fabrication of Transparent Electrodes
KR20160095068A (ko) 그래핀 및 금속 나노와이어를 포함하는 전도성 박막의 제조
Park et al. Fully organic ITO replacement through acid doping of double-walled carbon nanotube thin film assemblies
KR101548612B1 (ko) 소수성 표면에 pedot:pss 박막을 형성하는 방법 및 상기 박막을 포함하는 태양전지
KR20170114200A (ko) 나노입자-그래핀 산화물 복합체 박막 및 그 제조방법
US20150372163A1 (en) Nanostructure and optical device including the nanostructure
CN101781764A (zh) 将材料沉积到物体表面上的方法
Tian et al. Improved resistance stability of transparent conducting films prepared by PEDOT: PSS hybrid CNTs treated by a two-step method
US11935668B2 (en) Conductive material, and conductive film and solar cell using same
US11777041B2 (en) Fabrication method of patterned flexible electrode
Masrie et al. Rapid reduction of graphene oxide thin films on large-area silicon substrate
US20210217923A1 (en) Transparent Electrode for Sensor and the Fabrication Method Thereof

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20200226

PA0201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20210830

Patent event code: PE09021S01D

PG1501 Laying open of application
E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20211228

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20220107

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20220107

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20241223

Start annual number: 4

End annual number: 4