Silver nanowire (AgNW) is in the spotlight as an alternative to the brittle and expensive indium tin oxide (ITO). However it still has problems with haze, stability and high annealing temperature. In this study, to solve the problems, highly conductive and stable AgNW transparent electrode was developed at low temperature. Firstly, to reduce contact resistance, Ag nanoparticles were generated and sintered by capillary force of an Ag organometallic ink and plasmonic nanowelding at the nanowire junctions. After this process, highly conductive and low haze electrode could be obtained. Secondly, coating condition, concentration and thickness of TiO2 layer were optimized for effective passivation. AgNW transparent electrode with TiO2 layer had high stability against corrosion and bending. Lastly, Organic Light-Emitting Diode (OLED) with highly conductive AgNW electrode was fabricated. It had better outcoupling efficiency than the OLED with normal AgNW electrode. These results suggest that highly conductive and stable AgNW electrode has promising potential for next-generation transparent electrode.
본 연구의 목적은, 현재 산업계에서 사용되는 투명전극의 대부분을 차지하는 ITO가 가지는 문제점인 비싼 재료와 공정 비용, 비환경적, 취성의 문제점을 해결하고자, 저온공정에 기반한 고전도 고안정 은 나노와이어 투명전극을 제안하고, 이를 실제 OLED의 전극에 적용하여 제작하는 것이다. 공정의 변수들을 선정하고, 실험을 통하여 최적화 하여 만들어진 고전도 고안정 은 나노와이어 투명전극의 전기적 (면저항), 광학적 (헤이즈), 물리적 (굽힘 시험), 그리고 환경적 (시간에 따른 저항 변화) 특성을 파악함으로써 본 연구에서 제안한 공정과 투명전극을 검증하였다. 또한, 기존 은 나노와이어 기반의 OLED와 고전도 은 나노와이어 기반의 OLED를 제작하여 발광 성능을 평가하였다.
1. 먼저, 은 유기금속화합물 잉크의 모관력을 이용하여 나노와이어 교차부에서 선택적으로 2~3nm의 극 미세 금속 입자를 자가 생성 시킬 수 있었다. 형성된 미세입자와 나노와이어에 광자 에너지인 자외선 램프를 조사하여, 표면 플라즈몬파의 상호 작용으로 소결 할 수 있었다. 제작된 고전도 투명전극은 은 나노와이어 교차부에서의 접촉 저항을 감소시켜 동일 투과도에서 약 2배의 전기적 특성을 얻을 수 있었다. 즉, 기존보다 더 적은 양의 나노와이어로 비슷한 전기적 특성을 얻을 수 있기 때문에 헤이즈를 ITO 수준의 1% 미만으로 현저히 감소시킬 수 있었다.
2. TiO2 솔젤용액의 농도와 두께를 최적화하여, 은 나노와이어 전반 및 교차부를 포함한 전 영역에 고르게 코팅할 수 있었다. 제작된 고안정 투명전극은 외부 공기를 효과적으로 차단해 은 나노와이어 산화 및 부식을 방지할 수 있었다. 즉, 저항치 변화율이 산업계에서 요구하는 한계인 1.1 이내를 만족한다. 또한 PET 기판 위에 고전도 및 고안정 은 나노와이어 투명전극을 제작하여, 굽힘 시험을 통해 플렉시블 정보전자 기기에의 적용 가능성을 확인하였다.
3. 고전도 은 나노와이어 투명전극 기반의 OLED는, 동일한 전기 전도도를 가지는 은 나노와이어 투명전극 기반의 OLED보다 투과도가 높고 헤이즈 영향이 적기 때문에, 더 나은 광 추출 효율을 얻을 수 있었다. 즉, 기존 은 나노와이어 기반의 OLED와 고전도 은 나노와이어 기반의 OLED를 제작하여 발광 성능을 평가했을 때, 비슷한 전류 밀도 (Current Density)를 가지면서, 휘도와 광효율은 고전도 투명전극이 더 우수하였다. 또한 ITO 투명전극 기반의 OLED 발광 성능에도 필적하기 때문에, ITO를 대체하는 차세대 정보 전자 기기에 적합한 투명전극임을 확인하였다.
