Metal nanostructured electrode networks have attracted considerable attention based on their flexible and superior optoelectrical characteristics as transparent electrodes. Notably, post-treatments such as thermal annealing, pressing, plasmonic welding have been essentially required to reduce the contact resistance between metal nanostrucures and guarantee the comparable optical transparency and electrical conductivity to commercial indium tin oxide (ITO). Here, we discuss the integral elements in preparing high performance large-area metal nanostructured transparent electrodes. We demonstrate that high-performance metal nanostructured transparent electrodes can be obtained without any post-treatment, thereby relieving the restrictions related to the substrate choice. Firstly, solvent washing and a large-area spray coating method effectively reduced the metal nanowire-nanowire contact resistance, thus eliminating or reducing the requirement for post-treatments. Secondly, we present a novel method for fabricating high-performance transparent and conductive metal nanonetworks on various substrates. The monolithically fabricated nanonetworks exhibit figure of merit (FoM) values greater than 3000. They also exhibit excellent optoelectrical characteristics, primarily because they intrin-sically have zero contact resistances. In addition, the etched nanonetworks also show the high thermal and me-chanical robustness. The etched nanonetworks can be formed readily on various types of substrates, regardless of the surface properties. In this dissertation, the repeated replication of metal nanonetworks will be discussed for a roll-to-roll process.
In terms of a device fabrication using the metal nanostructured transparent electrodes, high efficiency organic solar cells have been successfully fabricated using Ag nanowire meshes as well as zero-junction nanonetworks. The power conversion efficiencies of organic solar cells range from 5.9 % to 8.22 % using highly transparent and conductive metal nanowire meshes or nanonetworks that are produced via a novel and replicable electrode fabrication method. The robust transparent heaters have been also fabricated based on made the metal nanonetworks and showed a stable operation at high voltage up to more than 12 V.
나노 구조 투명전극은 광, 전기 특성의 조절, 유연성, 그리고 대면적 공정 가능 및 소자 제작의 용이성 등을 기반으로 기존 ITO대체 투명전극으로서 각광을 받고 있다. 이러한 장점으로 인해 박막 태양전지, 디스플레이 어플리케이션 등 다양한 전자소자에 나노 구조 투명전극을 응용하기 위한 연구가 활발히 진행 중이다. 하지만 나노 구조 사이의 높은 접촉 저항, 거친 표면 상태 등으로 인해 소자 제작 및 수율 확보에 큰 어려움이 있다. 또한 접촉 저항의 존재로 인한 더 이상의 광, 전기 특성 향상이 어렵고, 접촉 저항을 감소시키기 위한 열처리, 압착 등의 후처리 공정이 필수적으로 적용되고 있다. 최근 발표되는 연구 결과도 이와 일맥상통하여 가시광 투과도 90 %, 면저항 약 20 ohm/sq정도의 광, 전기 특성에 머물러 있는 상황이다.
본 Dissertation에서는 나노 구조 전극의 접촉 저항을 효과적으로 줄이면서도 후처리가 필요 없는 전극 제작에 관한 연구를 진행하였다, 또한 후속 연구로 접촉 저항이 제거된 nanonetwork을 다양한 기판에 제작하여 접촉 저항 문제 및 광, 전기 특성의 한계를 해결하여 가시광 투과도 94 %, 면저항 약 2 ohm/sq의 성능을 보이는 투명전극을 개발하였다. 또한 이러한 전극을 반복적으로 전사할 수 있는 연구를 진행하였고, 이렇게 개발된 나노 구조 전극들을 실제 유기 발광 다이오드, 유기 태양전지, 그리고 히터 등의 전자소자에 적용함으로써 상용화의 가능성 및 연구의 중요성을 확인하였다.
