전기영동법을 이용하여 탄소나노튜브 및 그래핀을 코팅한 구리 메쉬 투명전극의 특성 분석

Abstract

현재 투명전극으로 널리 사용되는 인듐주석 산화물은 뛰어난 전기적, 광학적 특성으로 여러 분야에서 적용이 되고 있다. 하지만 ITO는 휘어졌을 때 깨지기 쉬운 특성과 우수한 특성을 가지는 결정질의 구조를 얻기 위해서는 300 ℃ 이상의 공정 온도가 필요하다. 또한 95 % 이상이 중국에 매장돼 있고 일본의 니토덴코 회사에서 독점적으로 공급하고 있으므로 가격 변동의 우려가 크다. 이러한 인듐주석 산화물을 대체하기 위해서 여러 가지 물질들이 개발되고 있는데, 은 나노와이어, 메탈 메쉬, 탄소나노튜브, 그래핀, 전도성 고분자 등의 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 중에서 메탈 메쉬는 은 또는 구리의 금속을 격자 형태로 기판 위에 형성한 투명전극으로서 대체로 낮은 면저항과 높은 가시광 투과율의 장점이 있어 차세대 투명전극으로 기대가 되는 상황이며 이에 관련하여 여러가지 연구들이 진행되고 있다. 그러나 금속의 높은 반사율의 문제로 여러 가지 시인성 문제가 발생하고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 몇몇 연구가 진행되고 있지만 아직은 미미한 수준에 머물러 있다. 또 다른 전극 소재인 탄소나노튜브와 그래핀은 우수한 시인성 및 화학적 안정성을 가지고 있지만 높은 면저항과 낮은 투과율의 문제를 가지고 있다. 최근 이러한 문제를 해결하기 위하여 탄소나노튜브와 그래핀 기반의 다양한 복합전극에 대한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 구리 메쉬의 시인성 문제를 해결하기 위하여 흑화 소재인 탄소나노튜브와 그래핀을 전기영동법을 이용하여 코팅한 하이브리드 투명전극을 제작하였다. 전기영동법을 이용하여 탄소나노튜브와 그래핀을 코팅한 결과 투과율의 감소에 비해 반사율을 현저히 감소하는 효과를 가져왔다. 반사율 부분에서는 탄소나노튜브가 그래핀보다 더 감소하는 경향을 보였고, 투과율 부분에서는 그래핀이 탄소나노튜브보다 덜 감소시키는 결과를 확인하였다. 이러한 현상은 탄소나노튜브와 그래핀의 파티클 사이즈에 관련된 것으로 생각한다. 탄소나노튜브와 그래핀을 코팅한 후에도 면저항에는 큰 변화가 없었다. 색도 특성에서는 탄소나노튜브와 그래핀을 코팅함으로써 a*, b*의 수치를 낮추는 효과를 보여 색도 개선에 큰 효과가 있는 것으로 사료된다. |Transparent conducting electrodes (TCEs) have attracted great interest because of their wide applications in solar cells, liquid crystal displays, organic light-emitting diodes, and touch screens. As an integral part of the flexible versions of these electronic devices, the flexibility of the TCEs is essential. The conventional indium-tin-oxide (ITO) thin films as TCEs suffer from considerable drawbacks due to their brittle nature despite their exceptional optoelectronic properties. This has motivated research for alternative materials such as carbon nanotubes (CNTs), graphene, conducting polymers, silver nanowires, and metal meshes. Among these, metal meshes are considered as the most promising replacement for ITO because of their excellent optical and electrical properties. However, metal meshes have visibility issues because of the high reflectance of metals Also, few studies on the improvement of reflectance properties of metal meshes have been reported in literature. To address these problems, several methods, such as additional coating of black materials on metal meshes, have been investigated In this study, we present hybrid-type TCEs which possess desirable characteristics in visibility and flexibility for flexible touch screen panels. The hybrid-type TCEs were fabricated by depositing copper (Cu) layers on glass substrates via sputtering and patterning meshes with a line-to-line spacing of 200 μm and a line width of 10 μm, and then coating of CNTs or graphene on the Cu-meshes via electrophoretic deposition (EPD). The surface morphologies measured using a field-emission scanning electron microscopy demonstrated that the graphene layer was selectively coated on the Cu-mesh patterns. The coating of CNTs or graphene significantly reduced the reflectance of the Cu-meshes with slight changes in their transmittance and sheet resistance. Also, the coating of graphene improved the color properties, such as redness and yellowness, of the Cu-meshes.; Transparent conducting electrodes (TCEs) have attracted great interest because of their wide applications in solar cells, liquid crystal displays, organic light-emitting diodes, and touch screens. As an integral part of the flexible versions of these electronic devices, the flexibility of the TCEs is essential. The conventional indium-tin-oxide (ITO) thin films as TCEs suffer from considerable drawbacks due to their brittle nature despite their exceptional optoelectronic properties. This has motivated research for alternative materials such as carbon nanotubes (CNTs), graphene, conducting polymers, silver nanowires, and metal meshes. Among these, metal meshes are considered as the most promising replacement for ITO because of their excellent optical and electrical properties. However, metal meshes have visibility issues because of the high reflectance of metals Also, few studies on the improvement of reflectance properties of metal meshes have been reported in literature. To address these problems, several methods, such as additional coating of black materials on metal meshes, have been investigated In this study, we present hybrid-type TCEs which possess desirable characteristics in visibility and flexibility for flexible touch screen panels. The hybrid-type TCEs were fabricated by depositing copper (Cu) layers on glass substrates via sputtering and patterning meshes with a line-to-line spacing of 200 μm and a line width of 10 μm, and then coating of CNTs or graphene on the Cu-meshes via electrophoretic deposition (EPD). The surface morphologies measured using a field-emission scanning electron microscopy demonstrated that the graphene layer was selectively coated on the Cu-mesh patterns. The coating of CNTs or graphene significantly reduced the reflectance of the Cu-meshes with slight changes in their transmittance and sheet resistance. Also, the coating of graphene improved the color properties, such as redness and yellowness, of the Cu-meshes.