Materials used for transparent electrodes require both high electrical conductivity and high light transmittance, which are mutually contradictory properties, and thus the kinds of materials that meet the conditions are extremely rare. To date, most widely used transparent electrode materials are doped, oxide based semiconductor materials such as indium tin oxide. However, with recent increase in demand and interests for flexible devices, development of new materials with sufficient mechanical flexibility is needed since the oxide based materials are highly brittle that can generate cracks even at a small strain, which would result in failure of the transparent electrode. On the other hand, the performance of transparent electrodes using one-dimensional materials such as silver nanowires is comparable to that of indium tin oxide and exhibits greatly improved mechanical reliability. However, there are challenges still remaining for silver nanowire based transparent electrodes such as thermal and chemical instability of nanomaterials, low adhesion with substrates, low charge collection and injection ability owing to its network geometry. In chapters 2 and 3, studies on overcoming such problems of silver nanowire based transparent electrodes are discussed by introducing a solution-processed auxiliary transparent conducting materials in the form of RGO (Reduced Graphene Oxide)/Ag nanowire composite as well as solution processed ZnO/Ag nanowire composite which greatly minimize the disadvantages of silver nanowire electrodes and also improve its electrical and optical performances. In chapter 4, we discuss the bending fatigue response of silver nanowire network via monitoring resistance in-situ during bending cycles and compare the behavior to that of conventional metal thin films that is expected to be useful for industrial guidelines in assessing the reliability of Ag nanowire electrode in various devices such.
투명전극은 서로 상반된 특성이라 할 수 있는 전기전도도와 광투과율을 동시에 요구하는 물질이라 그 조건에 부합하는 재료의 종류가 극히 드물다. 지금까지의 투명전극의 발전은 대게 도핑된 산화물 기반 반도체 물질이 주를 이루었으며 그 중에서 가장 우수한 성능을 보이는 인듐주석산화물이 주로 사용되고 있다. 산화물 기반의 투명전극은 우수한 광학적, 전기적 특성을 갖으며, 고진공 증착 공정으로 제작하기 때문에 밀접한 태양광 발전 분야와 디스플레이 분야에 쉽게 적용가능하고 따라서 많은 수요를 보인다. 투명전극의 전기적, 광학적 성능은 관련 소자의 최종 성능 혹은 효율에 직접적인 영향을 주기 때문에, 투명전극의 발전은 주로 전기전도도와 광투과도의 향상에 초첨이 맞추어져 있었다. 그러나, 최근들어 유연소자에 대한 요구와 관심이 급증함에 따라 투명전극 역시 기계적 유연성이라는 목표를 새롭게 갖게 되었다. 인듐주석산화물을 포함한 산화물 기반의 투명전극은 높은 취성으로 인해 작은 변형률에도 크랙의 형성, 파괴가 쉽게 일어나게 되며 이는 소자의 효율 하락을 초래한다. 따라서 새로운 개념의 투명전극의 변화가 이러한 사회적인 요구에 발맞추어 현재진행형에 있다. 많은 대체재 중 전기전도도가 높은 1차원의 나노물질을 사용하여 그물구조형태의 투명전극에 대한 연구가 활발히 진행중이며 카본나노튜브, 금속 나노선, 나노섬유 등이 대표적인 예이다. 1차원 재료를 활용한 투명전극의 성능은 인듐주석산화물과 견줄만하며 특히 기계적 유연성 관점에서 크게 발전된 성능을 나타낸다. 이에 본 학위논문에서는 금속 나노선, 그중 가장 높은 전기전도도 및 안정성을 보이는 은 나노선 기반의 투명전극에 대하여 고찰한다. 쉽고 간단한 방법으로 제작되는 은 나노선 기반 투명전극은 성능은 우수하나, 재료의 특성으로 인해 새롭게 유발되는 여러가지 문제점들이 존재한다. 은 나노물질의 열적, 화학적 불안정성, 구조적 불균형으로 인한 표면 거칠기 상승, 낮은 기판과의 접착력, 낮은 전하 포집, 주입 능력 등이 대표적인 문제점이다. 따라서 제 2장과 3장에서는 용액공정으로 제작되는 보완재를 통한 은 나노선 기반 투명전극으로의 문제점 극복에 대한 연구를 기술한다. 제 2장에서는 투명전극 물질중 하나인 RGO(Reduced Graphene Oxide)를 활용하여 은 나노선의 화학적 안정성 향상을 도모하였다. RGO가 은 나노선과 외부 물질과의 차단을 효과적으로 수행하여 장시간의 고온 노출에서도 저항 상승효과가 미비함을 보여주었으며, 이러한 화학적 안정성 증대는 복합전극의 기계적 신뢰성의 향상에도 역할을 하였다. 또한 그물구조로 인한 구조적 문제점인 나노선 간의 빈 공간에서의 전하 수송 능력 역시 RGO가 나노선 사이공간을 효과적으로 채워 전면적의 전하 수송능력을 갖음을 보여준다. 제 3장에서는 은 나노선을 보조할 용액 공정 기반 저온 고성능 산화물막 도입에 관한 내용이다. 산화물막의 도입 역시 은 나노선의 대부분의 단점을 극복할수 있지만 고진공 공정 사용시 공정 비용의 큰 증가가 예상된다. 따라서 용액공정으로의 산화물막 형성이 비용감소 효과를 극대화시키면서 동시에 은 나노선을 보조할 수 있으나 일반적 용액 공정은 고온열처리 과정을 거쳐야만 그 성능을 발휘할 수 있다. 따라서 저온에서도 고성능 산화물막 제조가 필수적이다. 연소반응이 첨가된 산화물막 제작은 200°C 이하의 온도에서 고성능 산화물막 도입이 가능하였고 이를 유기태양전지로의 접목시켜 효율향상을 보고한다. 연소반응으로 제작된 아연산화물은 솔젤법에 비해 전기적 성능도 우수하며 동시에 빛 산란효과로 인한 광학적 성능의 향상까지 나타낸다. 제 4장은 1차원 나노 재료 기반 투명전극의 가장 두드러지는 장점인 기계적 유연성 및 그에 따른 반복적 굽힘 환경에서의 기계적 신뢰성과 관련하여, 저항 상승 메커니즘 확인, 기존 박막의 저항상승 원인과의 비교 및 그에 따른 은 나노선 전극 활용에서의 주의점 등을 거론한다. 일반적으로 재료의 기계적 유연성 및 높은 신뢰성의 전기전도도 확보는 모듈러스, 비저항 등과 같은 재료의 기계적, 전기적 특성에 관련되어 있을 것이라 예상하기 쉽다. 그러나 동일 환경에서 나노 선 전극의 경우 점형태로 나타나는 나노선 접합 부위의 파괴의 빈도가 일정하더라도, 전극의 밀도, 혹은 전체 전극의 크기의 변화로 인해 초기 저항 대비 저항의 상승률, 전극의 신뢰성은 달라질 수 있음으로 보여준다.
