디지스트 연구팀이 구리 나노와이어와 그래핀을 융합한 신소재를 바탕으로 플레서블 디스플레이, 태양전지 등에 사용할 수 있는 고성능, 저비용의 투명전극 기술을 개발했다.

디지스트(DGIST, 총장 신성철)는 에너지시스템공학전공 이윤구 교수 연구팀이 그래핀이 코팅된 구리 나노와이어(구리 나노와이어-그래핀(Copper Nanowire-Graphene) 코어-쉘(Core-Shell) 나노구조체)를 이용해 고가의 투명전극 기술을 대체할 수 있는 차세대 투명전극 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.

이윤구 교수 연구팀은 고성능, 저비용의 투명전극을 제작하기 위해 저온 플라즈마 화학기상증착법(Plasma Enhanced CVD)을 활용해 전기전도성과 산소 및 수분 차단 능력이 뛰어난 그래핀으로 구리 나노와이어를 완벽하게 코팅한 나노구조체를 세계 최초로 개발했다.

현재 널리 사용되는 인듐-주석 산화물(ITO) 투명전극은 고가의 희토류 금속인 인듐 기반으로 생산원가가 높고, 구부릴 때 쉽게 깨지는 성격으로 전기적 특성이 저하돼 플렉서블 디스플레이나 태양전지에 적용하기 힘들었다.

또한, 최근 낮은 원자재 가격과 우수한 전기전도성을 갖는 구리 나노와이어 기반의 필름이 ITO 투명전극을 대체하는 차세대 투명전극 소재로 주목받고 있지만, 구리 나노와이어 투명전극은 공기에 노출될 경우 산화가 빠르게 진행돼 전기적 특성이 급격히 저하된다는 단점으로 상용화가 어려웠다.

그래핀이 코팅된 구리 나노와이어로 제작한 투명전극은 동일한 면저항 특성을 갖는 ITO 투명전극에 비해 가시광선 영역의 광투과성이 약 5% 향상된 결과를 나타냈다. 또한, 구리 나노와이어 투명전극과 비교해서는 장기적 안정성이 1,000배 이상 뛰어난 성능을 보였다.

아울러, 연구팀이 개발한 그래핀이 코팅된 구리 나노와이어 기반의 투명전극을 적용한 유기태양전지는 기존의 구리 나노와이어 투명전극으로 제작한 태양전지에 비해 태양전지 특성이 200% 이상 높은 효율을 나타냈다.

디지스트 에너지시스템공학전공 이윤구 교수는 “그래핀과 구리 나노와이어의 장점을 활용한 융합소재 개발에 성공함으로써 차세대 구리 나노와이어 투명전극의 장기 안정성을 향상시키는 원천기술을 확보했다”며 “플렉서블 디스플레이 및 태양전지 등에 적용할 경우 소자 특성 향상과 더불어 생산단가를 획기적으로 낮추는데 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.

한편, 이번 연구 성과는 한국연구재단의 신진연구자지원사업 및 디지스트 특성화사업의 지원으로 수행됐으며 미국화학회(ACS)가 발간하는 나노분야 국제학술지 ‘ACS NANO’ 온라인판 최신호에 게재됐다.

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