KR102565204B1 - 용액공정 도핑을 이용한 용액공정 고분자 전극 및 이의 제작법 - Google Patents

용액공정 도핑을 이용한 용액공정 고분자 전극 및 이의 제작법 Download PDF

Info

Publication number
KR102565204B1
KR102565204B1 KR1020210115400A KR20210115400A KR102565204B1 KR 102565204 B1 KR102565204 B1 KR 102565204B1 KR 1020210115400 A KR1020210115400 A KR 1020210115400A KR 20210115400 A KR20210115400 A KR 20210115400A KR 102565204 B1 KR102565204 B1 KR 102565204B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
solution
doping
polymer electrode
processed
pedot
Prior art date
Application number
KR1020210115400A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20230032494A (ko
Inventor
이종희
이재현
후세이노바 거넬
Original Assignee
한밭대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한밭대학교 산학협력단 filed Critical 한밭대학교 산학협력단
Priority to KR1020210115400A priority Critical patent/KR102565204B1/ko
Publication of KR20230032494A publication Critical patent/KR20230032494A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102565204B1 publication Critical patent/KR102565204B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/06—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
    • H01B1/12—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances organic substances
    • H01B1/124—Intrinsically conductive polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/0008—Organic ingredients according to more than one of the "one dot" groups of C08K5/01 - C08K5/59
    • C08K5/0041—Optical brightening agents, organic pigments
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L25/00—Compositions of, homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an aromatic carbocyclic ring; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L25/18—Homopolymers or copolymers of aromatic monomers containing elements other than carbon and hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L65/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B5/00—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
    • H01B5/14—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form comprising conductive layers or films on insulating-supports
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Polyoxymethylene Polymers And Polymers With Carbon-To-Carbon Bonds (AREA)

Abstract

본 발명은 용액공정 도핑을 이용한 용액공정 고분자 전극 및 이의 제작법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 용액공정 도펀트용 환원 용액으로 PEDOT:PSS 폴리머를 도핑 함에 따라 PSS의 소실 및 PEDOT의 결정화가 발생하지 않으며, 종래 기술보다 더욱 우수한 전기 전도도를 나타낼 수 있으면서도 고가의 복잡한 증착 공정이 필요하지 않고 얕은 일함수(Work function, WF)를 나타낼 수 있는 용액공정 도핑을 이용한 용액공정 고분자 전극 및 이의 제작법에 관한 것이다.

Description

용액공정 도핑을 이용한 용액공정 고분자 전극 및 이의 제작법 {Solution processed polymer electrode with solution processed doping, and fabrication method thereof}
본 발명은 용액공정 도핑을 이용한 용액공정 고분자 전극 및 이의 제작법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 용액공정 도펀트용 환원 용액으로 PEDOT:PSS 폴리머를 도핑 함에 따라 PSS의 소실 및 PEDOT의 결정화가 발생하지 않으며, 종래 기술보다 더욱 우수한 전기 전도도를 나타낼 수 있으면서도 고가의 복잡한 증착 공정이 필요하지 않고 얕은 일함수(Work function, WF)를 나타낼 수 있는 용액공정 도핑을 이용한 용액공정 고분자 전극 및 이의 제작법에 관한 것이다.
최근 광전자 소자가 유연성, 휴대성 등과 같은 보다 더 다양한 특성을 나타낼 수 있는 것에 대한 요구가 점차 확대되고 있다. 이에 유연하면서도 가벼운 플렉서블 광전자 소자의 연구가 전 세계적으로 활발히 진행되고 있다. 상기 플렉서블 광전자 소자의 연구에 있어서 가장 중요한 요소 중의 하나는 플레서블 광전자 소자용 투명전극 개발이다.
상기 투명전극은 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), OLED(Organic Light Emitting Diodes) 등의 평판 디스플레이, 터치스크린, 박막 태양전지에 사용되고 있다. 현재 투명전극으로 가장 대표적으로 사용되는 소재는 우수한 광학적, 전기적 성능을 나타낼 수 있는 주석 산화물(Indium Tin Oxide, ITO)이다.
그러나 주석 산화물은 깨지기 쉬운 특성이 있어 플렉서블 광전자 소자 분야에서 사용되기에 적합하지 않고, 고온의 증착 공정이 필요하기 때문에 고성능의 투명전극을 제작하는데 한계가 있다. 때문에 주석 산화물을 대체할 수 있는 저온공정용 투명전극의 개발이 요구되고 있다.
투명전극으로서 주석 산화물을 대체하기 위해 탄소나노튜브, 그래핀, 금속 나노와이어 등에 대한 개발이 진행되고 있지만 전기 전도도가 현저하게 낮은 문제가 있다. 반면, 투명전극으로서 주석 산화물을 대체하기 위해 개발이 진행되고 있는 전도성 고분자(Conducting polymer)는 유기물로 이루어져 일반적인 플라스틱의 장점인 가공성, 경량성, 유연성을 나타낼 수 있고, 단순한 코팅 공정이 가능하여 낮은 생산가로 생산이 가능하면서도 금속처럼 전기가 통할 수 있어 가시광선 영역에서 높은 투과도를 나타낼 수 있다. 또한 전도성 고분자는 저온 용액 공정이 가능하여 ITO에 버금가는 전기 전도도를 얻기 위한 고가의 복잡한 증착 공정이 필요하지 않다.
현재 개발된 전도성 고분자 소재로는 polyaniline(PANI), polyacetylene(PA), polypyrole(PPY), poly(3,4-ethylenedioxythiophene) :poly(4-styrenesulfonate)(PEDOT:PSS) 등이 있으며, 상기 전도성 고분자 소재는 가격이 저렴하고, 합성과 가공이 용이하면서도 높은 유연성을 나타낼 수 있다.
특히, 개발된 전도성 고분자 소재 중 PEDOT:PSS는 높은 전기 전도성, 우수한 광학적 반투명성, 우수한 안정성을 나타낼 수는 장점이 있어 가장 일반적으로 연구되고 있다. 상기 PEDOT:PSS는 전도성 고분자인 PEDOT을 수용성 고분자인 PSS를 통해 수용액으로 제작한 것으로서 간단한 코팅 공정을 통해서도 우수한 전기 전도성을 나타낼 수 있는 필름으로 제작할 수 있기 때문에 널리 상용화되고 있다. 그러나 PEDOT:PSS으로만 구성된 필름의 경우 전기 전도성이 현저하게 우수하지 못한 문제가 있다.
PEDOT:PSS의 전기 전도성을 더욱 향상시키기 위한 종래 기술로는 첨가제를 첨가하거나 PEDOT:PSS 필름 제작 후 알코올 등의 다양한 용액으로 처리하여 PEDOT:PSS 필름의 구조 및 조성을 변경시키는 방법이 있다. 그러나 PEDOT:PSS 필름 제조 시 종래의 첨가제를 첨가하는 경우 스트레인에 따른 저항 변화는 감소하나 전기 전도성의 증가 폭이 낮아 낮은 전기 전도도를 나타내는 문제가 있다. 그리고 제조된 PEDOT:PSS 필름에 상기 알코올 등의 다양한 용액 처리를 수행하는 경우 전기 전도성의 증가폭은 높으나, PSS의 소실 및 PEDOT의 결정화로 인해 신축성이 급격히 감소하며, 스트레인에 따른 저항 변화가 급격히 증가하는 문제가 있다.
이에 PEDOT:PSS으로 구성된 필름이 높은 전기 전도도를 나타낼 수 있으면서도 PSS의 소실 및 PEDOT의 결정화로 인해 신축성이 급격히 감소하며, 스트레인에 따른 저항 변화가 발생하지 않으며, 인버티드(inverted) 형태의 플렉서블 광전자 소자 구현하기 위해서 얕은 일함수(Work function, WF) 특성을 나타낼 수 있는 투명 전극 제조방법 개발이 필요한 실정이다.
대한민국 공개특허 제10-2012-0073809호(2012.07.05)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 용액공정 도펀트용 환원 용액으로 PEDOT:PSS 폴리머를 도핑 하여, PSS의 소실 및 PEDOT의 결정화로 인해 신축성이 급격히 감소하지 않아 스트레인에 따른 저항 변화가 발생하지 않으며, 종래 기술보다 더욱 우수한 전기 전도도를 나타낼 수 있으면서도 고가의 복잡한 증착 공정이 필요하지 않고 얕은 일함수(Work function, WF)를 나타낼 수 있는 용액공정 도핑을 이용한 용액공정 고분자 전극 및 이의 제작법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는 a) 용액공정 도펀트용 환원 용액을 제조하는 단계; 및 b) 상기 a 단계에서 제조된 환원 용액을 첨가하여 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)폴리스티렌술폰산(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate, PEDOT:PSS) 용액을 도핑하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 용액공정 도핑을 이용한 용액공정 고분자 전극 제작법에 관한 것이다.
상기 일 양태에 있어, 상기 제조된 환원 용액은 양이온성 아조계 염료를 환원시킨 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 제조된 환원 용액은 상기 아조계 염료 및 수소화붕소나트륨을 포함하는 혼합용액에 유기 용매를 첨가하여 제조한 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 혼합용액은 증류수 100 중량부에 대하여 상기 아조계 염료 0.1 내지 5 중량부 및 수소화붕소나트륨(Sodium borohydride, SBH) 20 내지 40 중량부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 아조계 염료는 메틸 오렌지(Methyl Orange), 메틸 레드(Methyl Red), 비스마르크 브라운액 G (bismark brown solution G), 폴라 브릴리언트 레드 5G (Polar brilliant Red 5G), 프로시온 옐로우 H-A (Procion Yellow) 및 오렌지 G액(Orange G Solution)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일인 것을 특징으로 할 수 있다..
또한 본 발명의 다른 일 양태는 전술한 용액공정 도핑을 이용한 용액공정 고분자 전극 제작법에 따라 제조되는 용액 처리 도핑을 이용한 용액 처리 고분자 전극에 관한 것이다.
상기 다른 일 양태에 있어, 상기 고분자 전극은 1 내지 1000 S/㎝의 전도도를 나타내는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 다른 일 양태에 있어, 상기 고분자 전극은 3 내지 5 eV의 일함수(Work function, WF)를 나타내는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 용액공정 도핑을 이용한 용액공정 고분자 전극 및 이의 제작법은 용액공정 도펀트용 환원 용액으로 PEDOT:PSS 폴리머를 도핑 함에 따라 PSS의 소실 및 PEDOT의 결정화가 발생하지 않으며, 종래 기술보다 더욱 우수한 전기 전도도를 나타낼 수 있으면서도 고가의 복잡한 증착 공정이 필요하지 않고 얕은 일함수(Work function, WF)를 나타낼 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 환원 메틸레드 제조 과정에 대한 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 산화물 박막트랜지스터 소자를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 정공 및 전자 전용 소자의 소자 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 메틸레드(MR) 및 환원 메틸레드(r-MR)의 흡광도 값을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 실시예 및 비교예의 흡광도 값을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 실시예 및 비교예의 전류와 전압의 상관관계를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 실시예 및 비교예의 전도도 값을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 이차 컷 오프 영역(a)과 최고 점유 분자궤도 영역(b)에서의 실시예 및 비교예의 에너지 준위변화를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 실시예 1, 비교예 1, a-IGZO 필름의 에너지 준위를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명에 따른 제조예 및 비교제조예의 전달특성(transfer characteristics)을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명에 따른 제조예 및 비교제조예의 전류 곡선(output curve)을 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명에 따른 제조예 및 비교제조예의 트랜지스터 파라미터(parameter)를 비교한 그래프이다.
이하에서는 본 발명에 따른 용액공정 도핑을 이용한 용액공정 고분자 전극 제작법에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 용액공정 도핑을 이용한 용액공정 고분자 전극 제작법은 a) 용액공정 도펀트용 환원 용액을 제조하는 단계; 및 b) 상기 a 단계에서 제조된 환원 용액을 첨가하여 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)폴리스티렌술폰산(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate, PEDOT:PSS) 용액을 도핑하는 단계; 를 포함할 수 있으며, 이에 따라 제조된 고분자 전극은 종래 기술보다 더욱 우수한 전기 전도도를 나타낼 수 있으면서도 고가의 복잡한 증착 공정이 필요하지 않고 얕은 일함수(Work function, WF)를 나타낼 수 있다.
상세하게 상기 b 단계에 있어서 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 폴리스티렌술폰산(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate, PEDOT:PSS) 100중량부에 대하여 상기 a 단계에서 제조된 환원 용액 5 내지 30 중량부, 보다 좋게는 5 내지 20 중량부, 더욱 좋게는 5 내지 10 중량부를 첨가하여 도핑 하고 도핑된 PEDOT:PSS 용액을 70 내지 110 ℃, 보다 좋게는 70 내지 100 ℃, 더욱 좋게는 70 내지 90 ℃에서 24시간 이상 동안 자기 교반기에서 교반하여 도핑된 PEDOT:PSS을 제조할 수 있다. 상기와 같이, 상기 환원 용액으로 상기 PEDOT:PSS를 도핑함으로써 p-형 물질에서 n-형 물질로 변환될 수 있다.
또한 상기와 같은 범위로 환원용액을 첨가하여 PEDOT:PSS를 도핑함에 따라 도핑된 PEDOT:PSS는 더욱 우수한 전도성을 나타낼 수 있으며, 상기와 같은 온도 범위에서 도핑된 PEDOT:PSS를 교반함을 실시함에 따라 도핑된 PEDOT:PSS는 더욱 우수한 열적 안정성을 나타낼 수 있다.
또한 본 발명에 따른 상기 제조된 환원 용액은 n-형 도펀트로 사용되며, 양이온성 아조계 염료를 환원시킨 것을 특징으로 할 수 있다. 용액공정 도펀트용 환원 용액을 제조하기 위하여 증류수 100 중량부에 대하여 아조계 염료 0.1 내지 5 중량부 및 수소화붕소나트륨(Sodium borohydride, SBH) 20 내지 40 중량부, 보다 좋게는 아조계 염료 0.1 내지 3 중량부 및 수소화붕소나트륨(Sodium borohydride, SBH) 25 내지 40 중량부, 더욱 좋게는 아조계 염료 0.1 내지 2 중량부 및 수소화붕소나트륨(Sodium borohydride, SBH) 30 내지 40 중량부를 첨가하여 혼합용액을 제조할 수 있다. 화학 반응이 시작된 상기 혼합용액에 증류수 100 중량부에 대하여 유기 용매 35 중량부 내지 60 중량부를 첨가하고 대기 조건하에서 5일 내지 열흘 동안 반응을 실시하여 용액공정 도펀트용 환원 용액을 제조하는 것을 특징으로 할 수 있다.
구체적인 일예로 상기 아조계 염료는 메틸 오렌지(Methyl Orange), 메틸 레드(Methyl Red), 비스마르크 브라운액 G (bismark brown solution G), 폴라 브릴리언트 레드 5G (Polar brilliant Red 5G), 프로시온 옐로우 H-A (Procion Yellow) 및 오렌지 G액(Orange G Solution)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 유기 용매는 좀더 바람직하게 디클로로메탄, 디클로로에탄, 클로로포름, 및 테트라클로로에탄으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 일 양태는 전술한 용액공정 도핑을 이용한 용액공정 고분자 전극 제작법에 따라 제조되는 용액 처리 도핑을 이용한 용액 처리 고분자 전극에 관한 것이다.
전술한 용액공정 도핑을 이용한 용액공정 고분자 전극 제작법에 따라 제조된 상기 고분자 전극은 1 내지 1000 S/㎝, 보다 좋게는 10 내지 1000 S/㎝, 더욱 좋게는 50 내지 1000 S/㎝의 전도도를 나타낼 수 있으며, 상기 고분자 전극은 3 내지 5 eV, 보다 좋게는 3.5 내지 5 eV 더욱 좋게는 4 내지 5 eV의 일함수(Work function, WF)를 나타내는 것을 특징으로 할 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 용액공정 도핑을 이용한 용액공정 고분자 전극 제작법에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 명세서에 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량％일 수 있다.
[실시예 1]
1. 환원 메틸레드 제조
도 1에 도시된 바와 같이, 메틸레드를 제조하기 위하여 증류수 20 ㎖에 메틸레드(Methyl red, MR) 20 ㎎과 수소화붕소나트륨(Sodium borohydride, SBH) 7 g을 첨가하여 혼합용액을 제조하였다(a, b). 화학 반응이 시작된 상기 혼합용액에 클로로포름(chloroform, CF) 10㎖를 첨가하였다.
환원 반응이 최종적으로 끝난 뒤(a, c), 주사기를 사용하여 환원 메틸레드(reduced Methyl red, r-MR)를 추출하였다(d).
상기 화학 반응은 대기 조건하에서 일주일 동안 실시하였으며, 반응을 촉진하기 위한 촉매는 사용하지 않았다.
2. 도핑된 PEDOT:PSS 제조
폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 폴리스티렌술폰산(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate, PEDOT:PSS) 100 중량부에 대하여 상기 r-MR 5 중량부를 첨가하여 도핑 하였다.
상기 r-MR이 도핑된 PEDOT:PSS 용액을 80 ℃에서 24시간 이상 동안 자기 교반기에서 교반하여 도핑된 PEDOT:PSS을 제조하였다.
[실시예 2 내지 4]
하기 표 1에 기재된 바와 같이, 환원 메틸레드의 첨가량을 달리한 것 외에 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
[비교예 1]
하기 표 1에 기재된 바와 같이, 도핑된 PEDOT:PSS 용액 대신 순수한 PEDOT:PSS 용액을 첨가한 것 외에 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
[비교예 2]
하기 표 1에 기재된 바와 같이, 환원 메틸레드의 첨가량을 달리한 것 외에 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
[제조예]
도 2에 도시된 바와 같이, 200 ㎚ 두께의 열 성장된 이산화규소(SiO2)가 포함된 P형 도핑된 실리콘(Si) 웨이퍼를 사용하여 산화물 박막트랜지스터(Oxide thin-film transistors, OxTFT)의 기판을 제조하였으며, 산화물 박막트랜지스터에서 상기 Si는 바텀 게이트(Bottom gate)로 상기 SiO2는 게이트 절연체(Gate insulator)로 사용하였다.
제조된 상기 기판은 증류수, 아세톤, 및 2-프로판올에서 각각 10분 동안 세척을 한 후 150 ℃에서 15분간 건조시켜 잔류 세척 용매를 제거하였다.
세척된 기판 위에 상기 a-IGZO 용액을 30초 동안 3000rpm으로 스핀코팅한 후 핫플레이트에서 110 ℃에서 10분간 프리-어닐링(pre-annealing)하여 용매를 제거하였고 a-IGZO 필름의 불필요한 부분은 면봉을 사용하여 아세톤으로 제거하여 어닐링 전에 활성층(Aactive layer, AL) 아일랜드(Island)를 형성한 뒤 상기 필름을 500 ℃의 용광로에서 3시간 동안 베이킹하여 두께가 30 ㎚인 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT)용 AL을 형성하였다.
또한 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS)스탬프를 6wt% 플루오로폴리머(Fluoropolymer) 용액을 3 M Novec EGC-1700 에 담근 후 a-IGZO 코팅된 기판에 접촉하여 상기 AL에 라인 패턴을 프린팅 하고 핫플레이트에서 1 분 동안 50 ℃에서 건조하였다.
상기 실시예 1 용액을 주사기를 통해 a-IGZO 아일랜드에 드롭 캐스팅한 후 20 분 동안 100 ℃에서 어닐링 하여 산화물 박막트랜지스터 소자를 제조하였다.
도 3에 도시된 바와 같이, 인듐-주석 산화물(Indium-tin oxide, ITO)전극이 있는 유리 기판에 100 ㎚ 두께의 실시예 1을 장착하여 n-형 a-IGZO 기반 소자를 제조하였다.
[비교제조예]
실시예 1 대신 비교예 1을 사용한 것 외에 제조예 1과 동일하게 진행하였다.
구분 조성물(중량부)
PEDOT r-MR
실시예 1 100 5
실시예 2 10
실시예 3 20
실시예 4 30
비교예 1 100 -
비교예 2 1.4
[특성평가 방법]
1) 흡광도 측정: 실온에서, 퍼킨엘머(PerkinElmer)사 제조의 Lambda 950 자외선-가시광선 분광 광도계(UV-Vis.　Spectrophotometer)를 사용하여 상기 메틸레드(MR) 및 환원 메틸레드(r-MR)와 상기 실시예 및 제조예의 근적외선(near-infrared, NIR) 영역에서의 흡광도를 측정하였다. 결과는 하기 도 4, 및 도 5에 나타내었다.
2) 전류와 전압의 상관관계 측정: 대기 조건으로 실온에서, 키슬리(Keithley)사 제조의 2400 소스미터(Source meter)를 사용하여 상기 실시예 및 제조예의 전류와 전압의 상관관계를 측정하였다. 결과는 하기 도 2에 나타내었다.
3) 전도도 측정: 애질런트(Agilent사) 제조의 HP4155C 반도체 파라미터 애널라이저(Semiconductor　parameter　analyser)를 사용하여 상기 실시예 및 제조예의 전도도를 측정하였다. 결과는 하기 도 3에 나타내었다.
4) 에너지 준위 측정: 실온에서, 자외선 광전자 분광(ultraviolet photoelectron spectroscpy, UPS)으로 상기 실시예 및 제조예의 에너지 준위를 측정하여 하기 도 4에 나타내었다.
상세하게, 하기 도 5는 실시예 2 및 4, 및 비교예 1의 흡광도 값을 측정하여 나타낸 그래프이다. 비교예 1은 250 내지 1100 nm 영역에서 낮은 흡광도 값을 나타냄을 알 수 있다. 반면 실시예 2 및 4는 450 nm 영역에서 부터 흡광도 값이 증가하여 650 내지 850 nm 영역에서 높은 흡광도 값을 나타냄을 알 수 있다. 이는 실시예 2 및 4에서 비교예 1 보다 도핑이 더욱 우수하게 이루어질 수 있다는 것을 의미한다.
또한 도 6은 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 및 2의 전류와 전압의 상관관계를 나타낸 그래프이다. 동일한 전압 조건에서 실시예 1 내지 4는 비교예 1 및 2보다 높은 전류 값을 나타냄을 알 수 있다. 이는 실시예 1 내지 4가 비교예 1보다 산화물 박막트랜지스터 소자로서 더욱 우수한 특성을 나타낼 수 있다는 것을 의미한다.
또한 도 7은 실시예 1 내지 4 및 비교예 1의 전도도 값을 측정하여 나타낸 그래프이다. 비교예 1은 3.4 S/㎝ 이하의 전도도 값을 나타냄을 알 수 있다. 반면 실시예 1 내지 4는 11.6 S/㎝ 이상의 매우 높은 전도도 값을 나타냄을 알 수 있다. 이는 실시예 1 내지 4가 비교예 1보다 산화물 박막트랜지스터 소자로서 더욱 우수한 특성을 나타낼 수 있다는 것을 의미한다.
또한 도 8은 이차 컷 오프 영역(a)과 최고 점유 분자궤도 영역(b)에서의 실시예 1 및 비교예 1의 에너지 준위변화를 나타낸 그래프이다.
이차 컷 오프 영역(a)에서의 에너지 준위변화를 측정한 결과 비교예 1은 4.8 eV의 일함수(Work function, WF) 값을 나타냄을 알 수 있다. 반면 실시예 1은 비교예 1 보다 1.3 eV 낮은 3.5 eV의 일함수 값을 나타냄을 알 수 있다. 이는 실시예 1이 비교예 1보다 산화물 박막트랜지스터 소자로서 더욱 우수한 특성을 나타낼 수 있다는 것을 의미한다.
최고 점유 분자궤도 영역(b)에서의 에너지 준위 변화를 측정한 결과 실시예 1이 비교예 1보다 최고 점유 분자궤도 영역(Highest Occupated Molecular Orbital, HOMO)의 가장자리가 페르미 준위(EF)에서 더 높은 에너지 쪽으로 이동했음을 알 수 있다. 이는 실시예 1이 비교예 1보다 산화물 박막트랜지스터 소자로서 더욱 우수한 특성을 나타낼 수 있다는 것을 의미한다.
이상에서와 같이 본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

Claims (8)

  1. a) 용액공정 도펀트용 환원 용액을 제조하는 단계; 및
    b) 상기 a) 단계에서 제조된 환원 용액을 첨가하여 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)폴리스티렌술폰산(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly-styrene sulfonate, PEDOT:PSS) 용액을 도핑하는 단계; 를 포함하며,
    상기 a) 단계는,
    증류수 100 중량부에 대하여 아조계 염료 0.1 내지 5 중량부 및 수소화붕소나트륨(Sodium borohydride, SBH) 20 내지 40 중량부를 포함하는 혼합용액에 유기용매를 첨가하여 상기 아조계 염료를 환원시키는 것을 특징으로 하는 용액공정 도핑을 이용한 용액공정 고분자 전극 제작법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 아조계 염료는 메틸 오렌지(Methyl Orange), 메틸 레드(Methyl Red), 비스마르크 브라운액 G (bismark brown solution G), 폴라 브릴리언트 레드 5G (Polar brilliant Red 5G), 프로시온 옐로우 H-A (Procion Yellow) 및 오렌지 G액(Orange G Solution)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 용액공정 도핑을 이용한 용액공정 고분자 전극 제작법.
  6. 제 1항 및 제 5항에서 선택되는 어느 한 항의 제조방법에 따라 제조되는 용액 처리 도핑을 이용한 용액 처리 고분자 전극.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 고분자 전극은 1 내지 1000 S/㎝의 전도도를 나타내는 것을 특징으로 하는 용액 처리 도핑을 이용한 용액 처리 고분자 전극.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 고분자 전극은 3 내지 5 eV의 일함수(Work function, WF)를 나타내는 것을 특징으로 하는 용액 처리 도핑을 이용한 용액 처리 고분자 전극.

KR1020210115400A 2021-08-31 2021-08-31 용액공정 도핑을 이용한 용액공정 고분자 전극 및 이의 제작법 KR102565204B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210115400A KR102565204B1 (ko) 2021-08-31 2021-08-31 용액공정 도핑을 이용한 용액공정 고분자 전극 및 이의 제작법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210115400A KR102565204B1 (ko) 2021-08-31 2021-08-31 용액공정 도핑을 이용한 용액공정 고분자 전극 및 이의 제작법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230032494A KR20230032494A (ko) 2023-03-07
KR102565204B1 true KR102565204B1 (ko) 2023-08-08

Family

ID=85513374

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210115400A KR102565204B1 (ko) 2021-08-31 2021-08-31 용액공정 도핑을 이용한 용액공정 고분자 전극 및 이의 제작법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102565204B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102002723B1 (ko) 2018-03-23 2019-07-22 연세대학교 산학협력단 전도성 고분자 용액의 제조방법 및 전도성 고분자 필름
CN112038096A (zh) 2020-09-28 2020-12-04 湖南艾华集团股份有限公司 一种耐纹波电流的固态铝电解电容器及其制备方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120073809A (ko) 2010-12-27 2012-07-05 삼성전기주식회사 전도성 고분자 조성물 및 이를 이용한 전도성 필름
KR102302713B1 (ko) * 2019-12-05 2021-09-14 동아대학교 산학협력단 전도성 고분자를 포함하는 투명전극소재 및 그 제조방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102002723B1 (ko) 2018-03-23 2019-07-22 연세대학교 산학협력단 전도성 고분자 용액의 제조방법 및 전도성 고분자 필름
CN112038096A (zh) 2020-09-28 2020-12-04 湖南艾华集团股份有限公司 一种耐纹波电流的固态铝电解电容器及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230032494A (ko) 2023-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jiang et al. Dopant‐free organic hole‐transporting material for efficient and stable inverted all‐inorganic and hybrid perovskite solar cells
Huo et al. Organic solar cells based on a 2D benzo [1, 2‐b: 4, 5‐b′] difuran‐conjugated polymer with high‐power conversion efficiency
Kuwabara et al. Characterization of inverted-type organic solar cells with a ZnO layer as the electron collection electrode by ac impedance spectroscopy
Pathak et al. Effect of dimethyl sulfoxide on the electrical properties of PEDOT: PSS/n-Si heterojunction diodes
CN101479272B (zh) 作为有机半导体的二酮基吡咯并吡咯聚合物
Guo et al. Reducing the interfacial energy loss via oxide/perovskite heterojunction engineering for high efficient and stable perovskite solar cells
Butscher et al. Enhancing the open-circuit voltage of perovskite solar cells by embedding molecular dipoles within their hole-blocking layer
Liu et al. A direct arylation-derived DPP-based small molecule for solution-processed organic solar cells
CN103923331A (zh) 一种提高pedot/pss导电薄膜均匀涂布的方法
Chen et al. Regulating the film growth and reducing the defects for efficient CsPbIBr2 solar cells
Elsayed et al. Indacenodithiophene-based N-type conjugated polymers provide highly thermally stable ternary organic photovoltaics displaying a performance of 17.5%
Lee et al. Inclusion of triphenylamine unit in dopant-free hole transport material for enhanced interfacial interaction in perovskite photovoltaics
Liu et al. Inverted solar cells with thermally evaporated selenium as an active layer
CN109244242B (zh) 一种有机太阳电池及其制备方法
Wang et al. Enhanced Power Conversion Efficiency of P3HT: PC71BM Bulk Heterojunction Polymer Solar Cells by Doping a High‐Mobility Small Organic Molecule
CN105336865B (zh) 一种高导电的聚合物复合电极及其制备方法
Cai et al. Unexpected Opposite Influences of Para vs Ortho Backbone Fluorination on the Photovoltaic Performance of a Wide-Bandgap Conjugated Polymer
KR102565204B1 (ko) 용액공정 도핑을 이용한 용액공정 고분자 전극 및 이의 제작법
KR101149782B1 (ko) 인버티드 구조의 유기태양전지 및 그 제조방법
Kim et al. Semiconducting copolymers comprising benzodithiophene and benzotriazole derivatives for organic photovoltaic cells
Pedroso Silva Santos et al. Random and block conjugated polymers: a comparative study of properties
Li et al. A two-dimension medium band gap conjugated polymer based on 5, 10-bis (alkylthien-2-yl) dithieno [3, 2-d: 3′, 2′-d′] benzo [1, 2-b: 4, 5-b′] dithiophene: Synthesis and photovoltaic application
CN114315868A (zh) 路易斯碱负离子掺杂有机半导体电子受体分子及方法和器件
KR102267252B1 (ko) 고성능 에너지변환 유기반도체 고분자, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 유기반도체소자
KR102681964B1 (ko) 유-무기 복합 태양전지 및 유-무기 복합 태양전지의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant