벽지처럼 얇은 조명, TV 만들 수 있는

핵심 전극 기술 개발!

재료硏, 습식공정 이용한 박막형 알루미늄 전극 제조 성공

저명 학술지 Advanced Materials지에 게재

기존 기술 대비 공정비용 50%, 원료 소재 비용 70% 절감 효과

 

 

 벽지처럼 얇은 조명이나 TV, 휴대할 수 있는 태양전지를 저렴하고도 쉽게 생산할 수 있는 핵심 전극 기술이 개발돼 세계적인 관심을 받고 있다.

 재료연구소는 기능재료연구본부 이혜문 박사팀이 습식공정을 이용한 박막형 알루미늄 전극 제조기술을 세계 최초로 개발하는데 성공, 재료 분야 저명 학술지인 Advanced Materials지 12월호에 소개됐다고 밝혔다.

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 이 기술은 90~150℃의 저온에서 1분 이내에 높은 전기전도성을 가진 약 50~100nm 두께의 알루미늄 전극을 제조할 수 있는 기술이다.

 유기 태양전지 및 OLED와 같은 박막형 에너지 소자의 핵심 전극을 저비용으로 손쉽게 제조하는 데 활용될 수 있다.

 

 기존의 진공증착 및 스퍼터링 공정을 이 박사팀이 개발한 기술로 대체할 경우 공정비용 50%, 원료 소재 비용 70% 절감 효과를 낼 수 있다.

 그동안 알루미늄은 강한 산화력으로 인해 금속잉크 제조가 어려웠다.

알루미늄의 산화반응이 매우 격렬해 나노입자로 제조할 경우 대부분이 산화되어 전 기가 통하지 않는 비전도성 물질로 변해 전극을 형성할 수 없기 때문이다.

 이에 이 박사팀은 2009년부터 지식경제부 소재원천기술개발사업을 수행하면서 알루미늄 입자가 만들어지기 전 단계인 AlH3(알루미늄 하이드라이드)를 이용해 알루미늄 잉크를 제조했다.

 AlH3가 저온의 상압 분위기에서 쉽게 알루미늄과 수소로 분해되는 특성을 이용한 것이다.

 또 개발된 잉크는 습식공정으로 도장을 찍는 것과 같은 저온-스탬핑 공정을 적용했다.

 용액상태의 알루미늄 잉크를 유리기판에 얇게 코팅하고 건조한 뒤 미리 가열해 둔 특정 기판 위에 도장을 찍듯이 접촉시키는 과정이다.

※습식공정 : 용액상태의 금속잉크를 특정 기판에 코팅하고 간단한 열처리 과정을 거쳐 코팅된 금속잉크를 금속필름으로 만드는 과정.

 

 이 기술을 적용하면 저온에서 짧은 시간안에 50~100nm 두께의 전기적 특성이 뛰어난 알루미늄 박막 필름을 쉽게 제조할 수 있다.

 

 기존 진공공정은 70% 이상의 원료소재 손실 및 진공분위기 제어 등으로 인해 원료 및 공정비용이 상대적으로 높다.

 또한 진공챔버의 크기에 따라 전극의 크기가 결정되어 대면적을 제조할수록 공정비용이 늘어나고 기술적 한계도 존재했다.

 

 이 박사팀이 개발한 습식공정은 상압분위기에서 원하는 위치에만 선택적으로 넓은 면적의 전도성 알루미늄 박막을 손쉽게 형성할 수 있어 기존 진공공정의 높은 공정비용 및 기술적 단점을 극복할 수 있다.

 

 또한 이번에 개발된 기술은 유리, PET, 종이, 천 등과 같은 다양한 기판에 전기 전도성이 뛰어난 전자회로를 구성할 수 있다.

 이에 따라 현재 전기·전자, 에너지, 통신소자의 전자회로 구성에 사용되는 금, 은, 구리와 같은 값비싼 소재를 가격 대비 전기전도도가 가장 좋은 알루미늄으로 대체하면 파급효과가 매우 클 것으로 전망된다.

 특히 입는 컴퓨터와 같이 높은 유연성이 요구되는 전자회로도 제작할 수 있어 첨단 IT산업의 기반 기술이 될 것으로 기대된다.

 

 알루미늄 전극이 핵심소재로 사용되고 있는 유기태양전지 및 OLED 시장은 최근 급성정해 국내는 연간 약 1,000억원, 해외는 7,000억원 이상 규모를 보이고 있다.

 이 박사는 전자소자 회로기판 및 RFID 태그 제조에도 적용할 경우 1조원 이상의 세계시장이 형성될 것으로 내다봤다.

 

 연구책임자인 이혜문 박사는 “이 기술이 상용화 되면 유기태양전지 및 OLED 제조를 위한 모든 공정이 습식으로 이뤄져 약 50% 이상의 공정비용 절감 효과를 가져올 것으로 기대되며 관련 산업 발전에도 크게 기여할 것”이라고 말했다.