KIC News, Volume 14, No. 1, 2011
KIC News, Volume 14, No. 1, 2011 49 도체에 이용하는 법을 보여준 바 있다. 이제 이와 같은 반도체성 실크섬유를 직조하여 전기화학 트랜지스 터(electrochemical transistor)로 만들 수 있게 되었다. 전기화학 트랜지스터는 전해질이나 이온성 용액을 사용하여 전도성을 조절한 것으로, 보통의 반도체에서 사용되는 dopant (반도체에 첨가하는 미세한 불순 물)의 역할을 수행한다.
실크 트랜지스터를 만들기 위해서, 연구팀은 PEDOT-S로 알려진 고분자에 담가두었던 두 개의 실크 섬 유를 교차시킨 후 교차부위에 전해질을 한 방울 첨가하였다. 한 섬유의 양 말단에 전압을 인가함으로써, 이 섬유는 게이트 전극(gate electrode)의 역할을 하게 되고 결국 다른 섬유에 흐르는 전류를 조절할 수 있게 된다. 이 다른 섬유의 말단은 소스(source)/드레인(drain) 전극의 역할을 한다. 이것은 기존의 트랜지스터가 발휘하는 것과 동일한 기능을 보인다.
일리노이대학(Urbana-Champaign, US)의 재료과학자인 Jennifer Lewis는, 본 연구결과가 섬유와 전자 제품의 통합을 위한 중요한 과정을 Inganas 연구팀이 수행한 것이라고 평가하면서도 몇 가지 제한점이 있 음을 지적하고 있다. 실크섬유의 전기적 특성은 실크 코어(silk core)의 절연성에 연관된 문제점을 안고 있 으며, 전해질을 통한 두 개 섬유의 연결은 대규모 제조공정 적용하기에는 적절하지 않다는 점이다.
매사추세츠대학(Dartmouth, US)의 플렉서블 일렉트로닉스(flexible electronics) 전문가인 Paul Calvert 는 실크 트랜지스터가 장단점이 모두 있음에 동의하고 있다. 실크 트랜지스터가 저전압에서 구동되고 전류 를 100배 정도 조절할 수 있다는 점이 기존의 트랜지스터와 비교된다. 그러나 속도가 느리고 그리 신축성 이 있는 것도 아니라는 단점이 존재한다. Linkoping 연구팀은 다음 연구로 비전형적인 전자제품을 위한 실 크 트랜시스터를 시연해 보이는 것이다. 연구팀은 생체조직에 응용하기를 희망하고 있다.
Figure. 실크섬유 기반의 전기화학 트랜지스터의 현미경 사진. 소스(S), 드레 인(D) 및 게이트(G)가 표시되어 있다. 전해질 방울은 교차점에서 두 개 섬유 간의 갭을 연결해 주는 다리 역할을 한다.
출처 : http://www.rsc.org/chemistryworld/News/2011/January/05011102.asp 작성 : 김상범(경기대학교)
덴마크 공대(Technical University of Denmark), 친 환경적인 유기 태양전지 제조 방법
덴마크 공대(Technical University of Denmark) 연구진은 모든 층을 수용성 처리 기술을 사용하여 고분 자 태양전지를 제조할 수 있는 새로운 방법을 개발했다.
http://www.ksiec.or.kr
50 공업화학 전망, 제14권 제1호, 2011
무기 태양전지의 전력 변환 효율(power conversion efficiency)과 유사한 전력 변환 효율을 가진 유기 태 양전지는 최근에 많은 연구개발이 이루어지고 있는 분야이다. 이러한 고분자 태양전지는 작은 규모로 연구 실에서 주로 제조되었고 그들을 합성하기 위한 방법은 대규모 적용이 어려운 스핀-코팅과 같은 방법과 독 성 용매를 사용하는 등의 문제점이 남아 있었다. 실제 적용을 할 수 있을 정도의 유기 광 발전을 하기 위해 서는 이 두 가지 문제가 해결되어야 한다. 오늘날 최고로 우수한 유기 태양전지는 물과 산소에 민감하고 그들을 제조하기 위해서는 고진공 조건이 필요하다. 이것은 대규모 생산을 방해하는 요인이 된다.
연구진은 액체 용액으로 고분자 태양전지의 모든 층들을 프린트하기 위해서 전자 층, 홀 층, 활성 층, 금 속 배면 전극 층에 대한 디자인을 수행했다. 프린팅 후에 불용성 상태로 변환시킬 수 있는 기술은 동일한 용매(물)로 다층 형성을 할 수 있게 했다.
ITO 기판은 초음파 욕조를 사용해서 10분 동안 각각 이소프로판올(isopropanol)과 물로 세척했다. 그 후에 ZnO 전구 용액은 100 rpm으로 스핀 코팅되었고, 건조 후에 이것을 ZnO로 변환되기 위해서 140℃에 서 적어도 5분 동안 가열했다. 이 활성층은 물/이소프로판올/THF (47.5 : 47.5 : 5)의 혼합물로 되어 있는 폴리머 1 용액과 400 rpm의 스핀 코팅에 앞서 THF에서 플러렌 2 (15 mg/mL)를 혼합함으로써 만들어졌 다. ITO : ZnO : 활성층을 건조한 후에 이 기판은 측쇄 분열을 위해서 대략 10초 동안 310℃의 핫플레이트 위에 가열되었다.
독성 용매는 친환경적인 물 기반의 용매로 교체되었고 고진공 처리 단계는 공기 중에서 금속 잉크를 프 린트하는 공정으로 대체되었다. 층이 만들어진 후에 가열함으로써 불용성이 되도록 폴리머 층을 재설계했 다. 이것은 이전에 증착된 층과의 상호작용 또는 용해를 방지한다. 또한 플러런 층은 수용액과 호환되도록 재설계되었다. 두 개의 금속 층은 물 기반 용액에서 프린트되었다. 초기 테스트에서는 더 가혹한 방법을 사 용해서 제조된 장치보다 이 장치가 다소 더 낮은 효율을 가진다는 것이 증명되었지만, 이 연구는 일상생활 에 유기 태양전지의 실제 적용을 위한 대규모, 친환경인 생산의 중요한 시작점이 될 것이다.
이 연구는 저널 Advanced Energy Materials에 “Fabrication of Polymer Solar Cells Using Aqueous Processing for All Layers Including the Metal Back Electrode”라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1002/
aenm.201000007).
Figure. (위) 기존의 태양전지의 처리 과정과 (아래) 이번 연구진이 개발한 새로운 태양전지 처리과정의 개략도.
출처 : http://www.materialsviews.com/details/news/892033/Environmentally_Friendly_Organic_Solar_
Cell_Production.html 작성 : 김상범(경기대학교)
