Transparent conducting composite films are fabricated using surface-embedded metal nanostructured materials on glass-fabric reinforced hybrid film, and their applicability for flexible optoelectronic devices are demonstrated. The metal nanostructured materials such as metal nanowire (NW) and metal networks are the promising transparent conducting electrode (TCE) materials for future flexible optoelectronic devices. The glass-fabric reinforced hybrid film (GFRHybrimer) is a high-performance composite film, which consists of sol-gel derived organic-inorganic siloxane hybrid material as a matrix and glass cloths as a reinforcement. By combining the metal nanostructured TCE materials and the GFRHybrimer film, several advantages are obtained such as enhanced stabilities and smoothened surface roughness.
First, metal NW-GFRHybrimer films (AgNW-, and CuNW-GFRHybrimer) are fabricated by embedding the metal NW (Ag and CuNW) onto the GFRHybrimer films. The metal NW-GFRHybrimer films exhibit smooth surface topography ($R_{rms}$ < 2 nm), improved thermal/chemical stability, mechanical robustness, and excellent opto-electrical performances. To demonstrate their potential as flexible metal NW TCE platform, flexible organic photovoltaic devices (OPV) and flexible organic light emitting diode devices (OLED) are fabricated on the AgNW- and CuNW-GFRHybrimer films, respectively. The flexible OPV on the AgNW-GFRHybrimer film shows power conversion efficiency (PCE) of 5.9% under $100 mW cm^{-2}$ under 1.5G illumination. The flexible OLED on the CuNW-GFRHybrimer film operates stably under flexed state.
Also, I propose crystalline indium tin oxide/metal nanowire composite electrode (c-ITO/metal NW-GFRHybrimer) films as a robust platform for flexible optoelectronic device applications. Very thin c-ITO is introduced as an over-coating layer to surface-embedded metal NW networks. The c-ITO/metal NW-GFRHybrimer films exhibit outstanding mechanical flexibility, excellent opto-electrical property, and thermal/chemical robustness. Highly flexible and efficient metal halide perovskite solar cell devices are fabricated on the films. The devices on the c-ITO/AgNW- and c-ITO/CuNW-GFRHybrimer films exhibit PCE values of 10.16% and 9.33%, respectively.
Lastly, I propose metal nanotrough-embedded transparent conducting hybrid film (metal nanotrough-GFRHybrimer). Using electro-spun polymer nanofiber web as a template and vacuum-deposited gold as a conductor, a junction resistance-free continuous metal nanotrough network is formed. Subsequently, the metal nanotrough is embedded in the GFRHybrimer film. The monolithic composite structure of the metal nanotrough-GFRHybrimer film allows simultaneously high thermal stability, a smooth surface topography ( $R_{rms}$ < 1 nm) and an excellent opto-electrical property. A flexible touch screen panel (TSP) is fabricated using the transparent conducting films. The flexible TSP device stably operates on the back of a human hand and on a wristband.
차세대 투명전극소재로서 금속나노구조재료와 투명유리섬유강화 복합체 필름을 이용하여 우수한 광전기적 성질, 고안정성을 가지는 투명전극필름을 제작하였다. 금속 나노와이어 및 금속 나노트로프를 전극물질로 제작하였고, 이를 투명유리섬유강화 복합체 필름의 제작시 표면에 매립하여 매우 낮은 표면조도, 향상된 산화안정성, 우수한 유연성을 지니는 전도성 필름의 제작이 가능하였다.
금속 나노와이어 전극으로 은 및 구리 나노와이어가 사용되었으며, 은 나노와이어는 polyol 공정을 통해 합성되었고, 구리 나노와이어는 hydrazine없이 수열합성방식을 통해 합성되었다. 금속 나노트로프 전극은 electrospinning방식을 통해 제작된 polymer web위에 금을 증착한 후, polymer web을 녹여내어 전극을 형성하였다.
솔-젤 실록산 하이브리드 수지를 제조하여 E-glass 섬유와 굴절율을 정확히 일치시켜 투명한 복합체 필름을 제작할 수 있다. 이러한 필름의 제작 도중 상기 금속 전극을 표면에 매립하여 전도성 투명필름을 제작하였다. 제작된 필름의 다양한 특성을 평가하였고, 실제 광전소자인 유기발광소자 및 터치스크린 패널 등의 제작에 응용하였다. 또한, 산화안정성을 더욱 향상시키기 위해 전도성이 우수한 크리스탈 ITO를 매우 얇은 기능성 보호층으로 사용하여, 금속 나노와이어 전극과 복합화를 통해 하이브리드 전극 필름을 제작하였다. 제작된 하이브리드 전극 필름은 매우 향상된 산화안정성을 지니면서도, 우수한 광전기적 특성 및 유연성을 유지하였다. 최종적으로 제작된 필름을 이용하여 플렉시블 유/무기 페로브스카이트 태양전지를 제작하였다. 제작된 태양전지는 상용 ITO 필름위에 제작된 태양전지와 비슷한 효율을 나타내었으며, 수백회 이상 굽힙 시험후에도 효율이 감소하지않는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해 제작된 전도성 복합체 투명 필름은 향후 차세대 투명전도성 필름으로 다양한 응용 분야에 적용될 수 있을것이다.
