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'日의존 70%' 투명전극, 국산화 길 열었다

플라스틱 일종인 전도성 고분자에
레이저 쪼여 전기 전도도 1,000배↑
윤창훈 생기원 박사팀 세계 첫 구현
기존에 쉽게 깨지던 단점도 극복
폴더블 태양광 패널 등 활용 기대

'日의존 70%' 투명전극, 국산화 길 열었다
전도성 고분자와 적외선 레이저로 제작한 투명 터치패널 시제품. /사진제공=생기원

스마트폰 터치패널이나 각종 정보기술(IT) 기기의 디스플레이에는 빛은 그대로 투과시키면서 전기를 잘 통하게 하는 투명전극이 들어간다. 박막 형태의 투명전극의 소재는 인듐주석산화물(ITO)이 보편적인데 전기 전도도가 높은 반면 휘거나 굽혔을 때 쉽게 깨진다.

이 소재는 현재 일본에서 수입하는 비율이 70%에 달하는데 국내 연구진이 플렉시블 디스플레이에서 깨지기 쉬운 ITO 전극의 단점을 극복할 수 있는 차세대 투명전극 개발의 길을 열었다.

윤창훈 한국생산기술연구원 나노·광융합기술그룹 박사팀은 16일 전기가 잘 통하고 형태 변화가 자유로운 플라스틱 소재의 일종인 전도성 고분자에 레이저를 쬐는 물리적 방식으로 ITO 전극 수준만큼 전기 전도도를 높이는 기술을 세계 최초로 구현했다고 밝혔다. 대일 의존도가 높은 전극 소재를 대체할 만한 공정을 개발한 것이다.

윤 박사팀은 대표적 전도성 고분자인 ‘PEDOT:PSS’ 투명전극에 1,064㎚ 파장대의 적외선 레이저를 쬐면 전도도가 1,000배가량 높아지는 물리적인 현상을 발견했다. 윤 박사는 “유기발광다이오드(OLED)에 레이저를 쏘면 발광도가 떨어지는 현상을 연구하던 중 유사물질인 전도성 고분자에 레이저를 조사했더니 예상과 달리 전기 저항이 떨어지는 현상을 발견했다”고 했다. 전도성 고분자는 전기 전도도가 ITO보다 1,000분의1 정도로 낮은 수준이었는데 연구팀이 전도성 고분자 용액을 기판에 바른 뒤 레이저를 내리쬐는 방법으로 기존 ITO 박막 수준의 전도도를 구현하는 데 성공한 것이다.

'日의존 70%' 투명전극, 국산화 길 열었다
윤창훈 생기원 박사가 투명전극 제작에 사용되는 PEDOT:PSS 용액을 보여주고 있다. /사진제공=생기원

이번 성과는 기존 화학적 방식에서 벗어나 레이저를 활용한 물리적 처리 방식으로 ITO 박막 수준의 전도도를 구현해낸 세계 최초의 사례이다. 이미 상용화돼 있는 PEDOT:PSS 용액과 1,064㎚ 파장대의 레이저 장비를 활용하는 후처리 공정이라 구현이 간편하고 전극 제작비용도 저렴하다. 전도성 고분자 용액을 기판에 바른 후 레이저를 조사할 때 투명전극에 원하는 패턴을 새기면서도 쉽고 빠르게 제작할 수 있다.

윤 박사는 “PEDOT:PSS 용액은 국내에서 조달이 가능해 소재 국산화가 기대된다”며 “개발된 공정기술은 플렉시블 디스플레이뿐 아니라 사용자 맞춤형 웨어러블 기기, 폴더블 태양광 패널 제작 등에도 폭넓게 활용이 가능하다”고 설명했다. 이번 성과는 지난 9월 영국왕립화학회가 발행하는 재료 분야의 세계적 권위지 머티리얼스 호라이즌스 온라인판에 게재됐다. /고광본선임기자 kbgo@sedaily.com


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