구리 나노와이어와 그래핀 융합 신소재로 플렉시블 디스플레이, 태양전지 등에 사용할 수 있는 차세대 투명전극 기술이 개발됐다.
이윤구 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지시스템공학전공 교수연구팀은 그래핀이 코팅된 구리 나노와이어를 이용해 고가의 투명전극 기술을 대체할 수 있는 차세대 투명전극 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.
이 교수팀은 고성능 저비용의 투명전극을 제작하기 위해 저온 플라즈마 화학기상증착법을 활용, 전기전도성과 산소 및 수분 차단능력이 뛰어난 그래핀으로 구리 나노와이어를 완벽하게 코팅한 나노구조체를 개발했다.
현재 널리 사용되는 인듐-주석 산화물(ITO) 투명전극은 고가의 희토류 금속인 인듐 기반으로 생산원가가 높다. 또 구부릴 때 쉽게 깨지는 성격으로 전기적 특성이 저하돼 플렉시블 디스플레이나 태양전지에 적용하기가 쉽지 않았다.
낮은 원자재 가격과 우수한 전기전도성을 지닌 구리 나노와이어 기반 필름에 대한 관심은 높지만 구리 나노와이어 투명전극이 공기에 노출되면 산화가 빠르게 진행돼 전기적 특성이 급격히 저하되는 단점이 있었다.
하지만 그래핀이 코팅된 구리 나노와이어로 제작한 투명전극은 동일한 면저항 특성을 갖는 ITO투명전극에 비해 가시광선 영역의 광투과성이 약 5% 향상된 결과를 얻었다. 또 구리 나노와이어 투명전극과 비교해 장기적 안정성이 1000배 이상 뛰어난 것으로 나타났다. 그래핀이 코팅된 구리 나노와이어 기반 투명전극을 적용한 유기태양전지는 기존의 구리 나노와이어 투명전극으로 제작한 태양전지에 비해 태양전지 특성이 200% 이상 높은 효율을 나타냈다.
이윤구 교수는 “그래핀과 구리 나노와이어의 장점을 활용한 융합소재 개발에 성공함으로써 차세대 구리 나노와이어 투명전극의 장기 안정성을 향상시키는 원천기술을 확보했다”며 “플렉시블 디스플레이, 태양전지 등에 적용하면 소자 특성 향상과 더불어 생산단가를 획기적으로 낮출 수 있을 것”이라고 말했다.
한편 이번 연구 성과는 한국연구재단의 신진연구자지원사업 및 디지스트 특성화사업의 지원으로 수행됐으며, 미국화학회(ACS)가 발간하는 나노분야 국제학술지 ‘에이씨에스 나노(ACS NANO)’ 온라인판 최신호에 게재됐다.
대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com
