KR20100006991A - 나노로드 층을 구비한 ｆｔｏ 투명 전도막 - Google Patents
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Abstract
발달된 로드 구조를 갖는 ＦＴＯ 코팅막이 제공된다. 본 발명의 코팅막은 고온공정에서도 투명도와 전기전도도의 변화가 없는 열적 안정성, 화학적 안정성, 기계적 내구성을 가진 투명 전도막을 제공할 수 있다.
나노로드, FTO, 투명 전도막, 헤이즈, 태양전지, 바이오센서, 결정
Description
본 발명은 FTO 코팅막 및 이를 이용한 태양전지, 전계방출표시소자, 바이오센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판에 높은 종횡비를 가지고, 끝 부분이 팁 구조의 형상을 갖는 잘 배열된 나노로드층을 구비한 FTO 투명전도막 및 이를 이용한 응용 소자에 관한 것이다.
종래부터 자동차, 항공기, 건축물 등의 창 유리의 결로방지 또는 빙결방지를 위한 발열저항체나 액정표시소자, 플라즈마 발광표시소자, 일렉트로루미네센스 표시소자 등의 표시소자류의 전극으로, 가시광에 대하여 고투과성을 갖는 전극재료가 사용되고 있다. 이와 같은 투명전도성 재료로서, 안티몬을 함유하는 산화주석(ATO)이나, 주석을 함유하는 산화인듐(ITO) 등이 알려져 있고, 이 중에서도 비저항이 낮고 패터닝에 필요한 에칭특성이 우수한 ITO가 폭넓게 사용되고 있다.
그러나 ITO 투명전도막 유리를 500℃에서 가열하여 성형할 경우 ITO의 전기적 물성이 바뀌고 열화되는 문제점이 있고, 내열성, 내화학성 및 내마모성이 약한 문제점을 가지고 있다. 따라서, 고온에 대한 안전성이 높고 저저항 및 고 투과율을 갖는 불소를 포함한 산화주석막(FTO-fluorine doped tin oxide)에 관한 연구가 폭넓게 행해지고 있다.
여기서, FTO 투명전도막은 500℃ 까지 저항변화가 거의 없고 내산성이 뛰어나 가혹한 외부환경에 잘 견디는 소재로 알려져 있다. 또한 저렴한 원료와 공정을 이용하는 스프레이 파이로졸 코팅법 (또는 상압 스프레이 코팅법)이 개발 되어 있어 손쉽게 대면적 FTO막 제조가 가능하다.
그러나, 일반적으로 태양전지용 FTO 기판은 고투과율, 저저항, 고헤이즈(Haze)가 요구된다. 특히 입사된 태양빛을 p형 혹은 n형 박막에 오랫동안 머물게 하는 고헤이즈 물성은 태양전지 변환 효율에 크게 영향을 끼치기(약 2%) 때문에 나노 크기의 고헤이즈 물성 재료의 제조에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있으며, 지금까지 다양한 종류의 세라믹 나노선 즉, 나노로드, 나노와이어, 나노리본 제조법이 보고되었지만 FTO 나노로드는 보고 된 적이 없다.
즉, 전자소자로서 사용되는 불소주입 산화주석(FTO)은 박막 형태로 사용되는 것이 일반적이었으나, 나노구조를 가지는 FTO는 나노로드 및 나노와이어를 사용하여 임계 방출전류 밀도를 증가시킴으로써 최대의 효율을 얻을 수 있다. 또한 FTO 나노로드를 유리기판위에 코팅하여 사용할 경우에는 노출 면적을 최대한 늘림으로써 광촉매 효율을 최대한 향상시킬 수 있는 장점이 있게 된다.
이와 같은 요구에 부응하여 많은 연구자들이 나노로드가 형성된 FTO 코팅층을 형성하기 위해 노력을 기하고 있지만, 산화아연과 달리 FTO 나노로드 형성이 어렵다고 보고되고 있고, 그 형상 또한 기판에 나란히 잘 배열된 구조가 아니고, 산 재되어 있거나 다결정 또는 템플레이트를 기저로 하여 성장된 구조 정도의 매우 제한적이다.
즉 종래에는 FTO막의 장점과 더불어 FTO 나노로드가 형성된 것으로, 용이한 전기전도성 제어, 우수한 결정성, 잘 배열된 구조 등을 동시에 이룰 수 있는 고효율 및 고품질의 FTO 투명전도막이 없을 뿐 아니라, 이를 구현하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 나노로드 구조를 갖는 FTO 코팅막을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 높은 종횡비를 갖는 FTO 입자로 구성된 코팅막을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 수직 방향으로 잘 배열된 나노로드 구조의 FTO 코팅막을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 저렴한 비용과 대면적화가 용이한 공정으로 열적 화학적인 안정성을 가지는 FTO 투명 전도막을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 우수한 결정성을 갖는 FTO 투명 전도막을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전술한 본 발명의 고유한 FTO 투명 전도막이 사용되기에 적합한 제조 가능한 응용 제품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은, 상기 기판 일면에 불소가 도핑된 산화주석(FTO)을 재료로 하는 코팅층을 포함하되, 상기 코팅층은 복수개의 단결정 로드가 상기 기판에 소정 각도로 세워져 배열된 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 FTO 코팅막을 제공한다.
또한 본 발명에서 상기 코팅층은 기저층; 및 상기 기저층으로부터 연장된 복수개의 로드를 구비하는 로드층을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 코팅층은 에탄올 및 물 중 적어도 어느 하나를 용매로 하는 FTO 전구체를 분무 열분해(spray pyrolysis)하여 형성되는 것이 바람직하다. 본 발명에서 상기 로드는 사각기둥으로 끝 부분이 사각 뿔 모양일 수 있으며, 또한 상기 로드는 단면이 마름모 형상일 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 로드는 상기 기판의 수평면에 대해 60 내지 90 도의 각을 이루는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 전술한 FTO 코팅막을 전극으로 사용하는 태양 전지를 제공한다.
또한 본 발명은 전술한 FTO 코팅막을 음극으로 사용하는 전계방출 표시소자를 제공한다.
또한 본 발명은 전술한 FTO 코팅막을 이용하여 바이오 시료를 검지하는 바이오 인식부; 상기 인식부에서 인식된 전기신호로 변환하는 변환기; 및 상기 변환기 에서 생성된 전기신호를 증폭하는 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오센서를 제공한다.
이와 같은 발명을 제공하게 되면, 고온공정에서도 투명도와 전기전도도의 변화가 없는 열적 안정성, 화학적 내구성, 기계적 내구성 등의 특성을 갖게 되고, 염료형 태양전지 등의 상대극으로 사용될 때에는 전해질에 대한 화학적인 안정성까지 구비하게 된다. 또한, 투과율, 저저항, 헤이즈(Haze)특성의 제어가 용이한 고효율 투명 전도막을 제공할 수 있게 된다.
또한, 여러 가지 환경과 온도에서 강하기 때문에 다양한 조건에서 응용이 가능 하다는 장점과 환경 변화에 따른 변성이 작다는 점에서 우수한 장점이 있고, 나노크기의 종횡비(aspect ratio)가 높은 막대(rod) 층을 형성하여 디스플레이 패널, 터치패널, 태양전지용 투명전극, 특히 고온에서 사용되는 투명히터, 전계방출 팁 등의 각종 분야에 광범위하게 응용될 수 있게 되는 장점이 있다.
본 발명의 FTO 코팅막은 분무 열분해에 의해 형성될 수 있다.
분무 열분해법에 사용되는 FTO 전구체 용액(precursor)의 제조는 다음과 같이 이루어질 수 있다.
먼저, 본 발명의 먼저 주석 화합물 수용액이 제조된다. 주석 공급원으로는 SnCl4·5H 2 O, (C4H9)2Sn(CH3COO)2, (CH3)2SnCl2, (C4H9)3SnH 등 다양한 화합물이 사용될 수 있다. 물론, 본 발명에는 이 외의 당업자에게 알려진 다양한 주석 화합물이 공급원으로 사용될 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다.
이어서, 불소 공급원으로 작용하는 불소 화합물 수용액을 제조한다. 상기 불소 화합물로는 NH4F, CF3Br, CF2Cl2, CH3CClF2, CF3COOH, CH3CHF2 등 다양한 불소 공급원이 사용될 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다. 상기 주석 화합물 수용액과 불소 화합물 수용액은 중량비 F/Sn가 소정의 비율이 되도록 혼합하여 FTO 프리커서를 제조한다. 또, 본 발명에서 불소 도핑량의 조절은 불소 화합물의 함량을 조절하는 것 이외에도 HF와 같은 추가의 불소 공급원을 사용하여 수행될 수도 있음은 물론이다.
또, 이상은 전구체 용액의 용매가 물인 경우를 설명하였으나, 상기 전구체 용액은 에탄올을 소량 포함하는 물일 수 있다. 예컨대 물 + 5wt% 에탄올이 용매로 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라 제조된 분무 열분해법으로 코팅막을 제조하는 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 코팅막 제조장치는 챔버(10), 서셉터(20), 펌프(30), 전구체 용액 공급기(40)를 포함하여 구성된다.
챔버(100)내에서 기판(25)이 서셉터(20)에 안착되고, 이 서셉터에 연결된 가열장치로 기판을 가열한다. 여기서 가열장치를 회전 가능하도록 하면 기판 전면이 더욱 균일하게 코팅할 수 있음은 물론이다.
준비된 FTO 전구체 용액은 공급기(40)로부터 이에 연결된 노즐(43)을 통하여 캐리어 가스와 함께 기판에 분무되며, 분무된 마이크로 액적은 기판상에 증착된다. 이 때 노즐의 반대면에는 펌프와 연결된 배기장치가 구비되어 노즐에서 방사되는 에어로 졸 형태의 가스가 기판 전면에 균일하게 분사될 수 있도록 할 수 있다. 또한 에어로 졸 형태의 가스는 기판의 상부에서 수직하게 분사할 수 있음은 물론이다.
본 발명에서 전구체 용액의 분사속도는 예컨대 10ml/min일 수 있으며, 100~200nm/min의 속도로 박막을 형성할 수 있다. 분무하는 동안 상기 기판의 온도는 400~600oC로 유지될 수 있다.
이하 전술한 장치를 사용하여 본 발명의 코팅막을 형성하는 실시예를 설명한다.
제조예 1
SnCl4·5H20를 물(H2O)에 녹이고, F 도핑제로서 NH4F를 3차 증류수에 녹여 2.3M로한 후 이 두용액을 혼합 교반하고 여과하여 제조한다. 제조된 전구체 용액의 조성 및 함량은 SnCl4·5H20(0.68M)/H2O+NH4F(2.3M)/H2O이었다.
물론, 본 발명에서 불소의 도핑량을 조절하기 위하여 NH4F의량을 0.1에서 3M까지 변화시키거나 불산(HF)를 0-2M 첨가할 수도 있다.
제조된 전구체 용액을 도 1의 장치를 사용하여 박막을 형성하였다. 도 2 는 기판 온도를 550℃로 유지하면서 제조된 FTO 박막의 단면을 도시하는 사진이다.
도 2를 참조하면, 유리 기판 상면에 FTO 코팅층이 형성된 것을 알 수 있다. 특히 이 FTO 코팅층은 유리기판 상면에 유리기판에 대해 수직방향으로 복수의 로드가 배열되어 있는 약 500 nm 두께의 층을 포함하고 있음을 알 수 있다. 또, 이 복수의 로드가 배열되어 있는 층과 유리기판 사이에는 약 500nm 두께의 기저층이 형성되어 있음을 알 수 있다.
도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 복수의 로드가 배열된 층에서 각 로드는 그 두께가 100nm이하임을 알 수 있다. 이하에서는 이와 같이 두께가 수백 nm이하인 로드형 구조물이 형성된 층을 나노로드층이라 한다.
도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 나노로드 층에 형성된 복수개의 나노로드는 기판과 소정각도를 이루도록 직립하여 배열되어 있으며, 그 배열 각도는 기판면에 대해 최소한 60도 이상이다. 이와 같이, 본 발명에 따른 FTO 코팅막은 기판면에 대해 수직 방향으로 잘 정렬된 복수의 나노로드를 갖는 나노로드층을 구비하고 있음을 알 수 있다.
또, 본 발명의 나노로드의 단면은 마름모 모양의 형상을 가지고 있음을 알 수 있으며, 나노로드의 선단은 둥글거나 각진 팁 모양의 형태를 이루고 있음을 알 수 있다.
이와 같이 분무 열분해에 의해 기판상에 FTO 나노로드 층을 형성하는 기술은 종래의 문헌이나 특허에 보고된 적이 없는 신규한 것이다.
도 2와 관련하여 설명한 본 발명의 FTO 투명 도전막은 고온 열처리를 거치더 라도 안정된 특성을 갖는데, 도 3은 도 2의 FTO 투명 도전막의 어닐링 전후의 FE-SEM 사진을 대비하여 도시한 것이다. 도 3의 (a)에서 예시된 사진은 어닐링 전의 상태를 나타낸 단면 사진이고, 도 3의 (b)는 500℃에서 60분간 어닐링을 거친 후의 단면을 촬영한 사진이다. 도 3의 (b)에서 알 수 있는 바와 같이, 어닐링 후에도 나노로드층은 배열 상태를 잘 유지하고 있음을 알 수 있다.
제조예 2
SnCl4·5H20를 0.68M이 되도록 칭량하여 물에 용해하고, 증류수에 농도가 2.3M인 NH4F 수용액을 제조한 후 전체 용매중 에탄올의 농도가 5 wt% 가 되도록 에탄올을 첨가하였다. 이 두 용액을 혼합, 교반 및 여과를 거쳐 FTO 전구체를 제조하였다. 제조된 FTO 전구체 용액의 조성은 SnCl4·5H 2 0(0.68M)/EtOH+NH4F(2.3M)/H2O이었다.
제조된 FTO 전구체 용액으로 도 1의 장치를 이용하여 위 제조예1과 동일한 방법으로 FTO 투명전도막을 제조하였다.
도 4는 기판 온도 550℃에서 제조된 FTO 투명 전도막의 평면 및 단면을 촬영한 FE-SEM 사진이다.
도 4의 (b)에서 알 수 있는 바와 같이, 유리기판 상면에 FTO 투명전도막이 형성된 것을 알 수 있다. 또, 도 2와는 달리 FTO 코팅층은 기저층이 거의 확인되지 않는 것을 알 수 있으며, 형성된 나노로드층은 두께가 약 1500nm이고, 나노로드층 을 이루는 각 나노로드의 두께는 수십~수백 nm 범위이고 그 길이는 에 있는 것을 알 수 있으며, 상기 각 나노로드의 두께는 약 300 nm이하이다.
도 4에서 확인되는 바와 같이, 상기 나노로드 층에 형성된 복수개의 나노로드는 기판에 대해 수직한 방향으로 배열되어 있는데, 최소한 기판면에 대해 적어도 60도 이상의 각도를 갖도록 배열되어 있다. 또, 나노로드층을 이루는 개별 나노로드는 두께에 대한 길이의 비율이 최소한 3 이상이다.
또, 본 실시예의 나노로드는 단면이 정방형이고, 그 선단은 피라미드 형태를 이루고 있음을 알 수 있다.
도 5는 도 4의 FTO 투명전도막을 500℃에서 어닐링한 후 단면을 촬영한 FE-SEM 사진이다. 도 5의 (a)에서 예시된 사진은 어닐링 시간을 5분으로 한 사진으로 도 4에 나타난 어닐링 전의 사진과 동일함을 알 수 있고, 도 5의 (b)에서 예시된 사진은 어닐링 시간을 2시간으로 한 사진으로서 잘 배열된 나노로드층이 그대로 유지되어 도 4의 어닐링 전과 비교할 때 거의 변화가 없는 것을 알 수 있다. 이것은 상술한 조건을 가지고 형성된 FTO 나노로드층은 열에 대하여 매우 안정된 구조임을 보여준다.
제조예 3
상기 제조예2와 동일한 전구체 용액 및 장치를 사용하되, 기판의 온도를 변화시켜 FTO 코팅막의 미세 구조 변화를 관찰하였다.
도 6은 기판 온도별로 형성된 FTO 코팅막의 단면 및 평면을 촬영한 FE-SEM 사진이다.
사진에서 기판온도는 각각 550℃(a), 540℃(b), 530℃(c), 520℃(d), 510℃(e)이다. 도 6의 (e)부터 도 6의 (a)까지 기판의 온도가 상승함에 따라 나노로드 구조가 발달하게 됨을 알 수 있고, 나노로드의 종횡비가 점차 증가함을 알 수 있다. 이와 같이 예시된 사진으로 볼 때 높은 종횡비의 잘 배열된 나노로드 층의 형성은 기판의 온도와 높은 관련성이 있음을 알 수 있고, 그 온도는 약 550℃ 부근에서 최적임을 알 수 있다.
FTO 코팅막의 나노로드 결정 구조 및 배향
본 발명에 따라 제조된 FTO 코팅막을 X선 회절 분석 및 TEM 관찰하였다.
도 7은 본 발명에 따라 공정 조건이 각각 다른 FTO 코팅막의 X선 분석 결과를 나타낸 사진이다.
도 7의 (a)는 제조예 3에서 설명한 SnCl4·5H 2 0(0.68M)/EtOH+NH4F(2.3M)/H2O 전구체 용액으로 510℃의 기판 온도에서 제조한 FTO 코팅막을 X선 회절 분석 결과를 나타내는 그래프이며, 도 7의 (b)는 제조예 2의 SnCl4·5H 2 0(0.68M)/EtOH+NH4F(2.3M)/H2O 전구체 용액으로 550℃의 기판 온도에서 제조한 FTO 코팅막을 X선 회절 분석한 결과를 나타내는 그래프이며, 도 7의 (c)는 제조예1의 SnCl4·5H20(0.68M)/H2O+NH4F(2.3M)/H2O 전구체 용액으로 550℃의 기판 온도에서 제조한 FTO 코팅막을 X선 회절 분석한 결과를 나타내는 그래프이다.
먼저, 도 7의 (a) 및 (b)를 대비하여 보면, 도 7의 (a)에서는 (101) 피크가 다른 피크에 비해 상대적으로 강도가 작지만 도 7의 (b)에서는 (101) 피크가 매우 압도적인 것을 알 수 있다. 즉 도 7의 (b)와 같이 나노로드가 발달한 구조에서는 (101) 결정면이 매우 발달하여 있음을 알 수 있는데, 이로부터 형성된 나노로드가 단결정 구조이며 우선배향성을 갖는 것을 짐작할 수 있다. 또 미세 구조상으로 나노로드가 기판면에 대해 수직 방향으로 잘 배열되어 있다는 것은 본 발명의 FTO 코팅막이 높은 결정 배향성을 갖는 이유 중의 하나이기도 할 것이다. 이와 같이 (101) 우선 배향성은 본 발명의 FTO 나노로드 구조가 갖는 특징의 하나이다.
한편, 나노로드 구조가 발달한 도 7의 (c) 코팅막 또한 (101) 피크가 다른 피크보다 발달하여 있음을 알 수 있다.
도 10은 본 발명의 제조예 2의 FTO 코팅막의 나노로드를 500도에서 1시간 어닐링 한 후의 나노로드의 선단부를 관찰한 초고분해능 투과전자현미경 사진이다. 사진상의 전자 회절 패턴으로부터 나노로드가 우수한 결정성을 갖는 단결정임을 알 수 있다. 또, 도 11은 나노로드 구조의 FTO 코팅막을 550℃ 공기 중에서 1시간 어닐링한 후 선단 부분을 촬영한 초고분해능 투과전자현미경 사진이다. 도시된 사진으로부터 어닐링에 의해 선단부 팁이 매우 날카롭게 발달하였음을 알 수 있다. 즉 본 발명에 따르면, 어닐링에 의해 발달된 선단을 갖는 나노로드 구조의 FTO 코팅막을 제조할 수 있게 된다. 이와 같은 날카로운 선단을 갖는 FTO 나노로드는 전계방사특성이 우수할 것으로 예상된다.
나노로드 구조를 갖는 FTO 코팅막의 응용예
본 발명은 유리 기판 이외에도 다양한 기판에 FTO 코팅막을 형성할 수 있다. 예컨대 약 600℃이하의 온도에서 열적 및 결정학적으로 안정한 기판이면 본 발명의 FTO 코팅막 형성을 위한 기판으로 가능하다.
본 발명은 특히 저저항 투명전도막에 나노로드형 FTO막을 성장 시킬 수 있는데, 예로써 FTO 기판과 같은 전도성 기판상에 FTO막을 형성할 수 있을 것이다.
한편, 유리 기판을 사용하는 경우 400-600℃의 증착 또는 열처리 과정에서 Na, K 등과 같은 불순물들이 기판위로 침출되어 유리 기판 표면을 오염시킬 수 있다. 이 때에는 형성된 FTO막은 기판과의 접착력 저하 및 코팅막 자체의 품질저하를 초래할 수 있다.
따라서 유리기판과 FTO막 사이에는 불순물 유입을 차단하는 베리어 막 (Barrier layer) 코팅을 함으로써 오염을 방지하는 것이 바람직하다. 베리어막으로는 SiO2와TiO2 등과 같은 통상의 세라믹 재질의 막을 사용할 수 있다. SiO2 베리어막은 5-50nm정도의 두께로 딥 코팅 또는 스프레이 코팅과 같은 통상의 코팅법에 의해 형성될 수 있다. 작은 기판인 경우 딥 코팅법을 이용하고 기판의 크기가 크거나 곡면 기판인 경우 스프레이 코팅법을 이용하여 SiO2베리어막을 형성하는 것이 가능하다.
이와 같은 본 발명에 따른 FTO 코팅막은 투명 전도막으로서 500-600℃ 정도의 고온 공정에서도 투명도와 전기전도도의 변화가 없는 열적 안정성, 화학적 내구 성, 기계적 내구성 등의 특성을 갖게 된다. 따라서, 염료형 태양전지 등의 상대 전극으로 사용될 때에는 전해질에 대한 화학적인 안정성까지 구비하게 된다. 또한, 투과율, 저저항, 고헤이즈(Haze)를 갖기 때문에 태양 전지의 전극으로 고효율의 투명 전도막을 제조할 수 있게 된다.
또, 본 발명의 FTO 막은 ITO 나 ATO 보다 내열성 내화학성이 우수하기 때문에 다양한 조건에서 응용이 가능 하다는 장점을 갖고, 환경 변화에 따른 변성이 작다는 점에서 우수한 장점을 갖는다. 또, 나노로드층은 나노크기의 종횡비(aspect ratio)가 높은 막대(rod) 층을 형성하므로, 디스플레이 패널, 터치패널, 태양전지용 투명전극, 특히 고온에서 사용되는 투명히터, 전계방출 팁 등의 각종 분야에 광범위하게 응용될 수 있는 장점이 있다.
도 8은 본 발명의 FTO 코팅막이 응용 가능한 일실시예로서, FTO 나노로드 투명전도막을 전극으로 사용하는 태양전지의 개략도를 나타내는 도면이다. 도 8의 (a)는 FTO 나노로드 투명전도막으로 형성된 전극(100), 전해질(120), 대향전극(130)으로 구성된 염료감응형 태양전지로서, 상술한 높은 종횡비와 나노로드 끝 부분이 팁으로 형성되 잘 배열된 나노로드층(105)을 갖는 FTO 막을 태양전지의 하나의 극으로 사용함으로써, 고 헤이즈의 전도막을 통하여 태양광을 잘 흡수하고, 표면적을 증가시켜 광전자의 흡수율을 증가시켜 고효율의 태양전지를 제공할 수 있게 된다.
도 8의 (b)는 박막형 태양전지로의 응용예를 도시한 것으로서, FTO 나노로드 투명전도막으로 형성된 전극(200), N형반도체층(210), P형반도체층(230), 산화 막(220), 전극층(240)으로 구비된다. 상술한 도 8의 (a)에 예시된 태양전지와 같이 잘 발달된 FTO 나노로드 층으로 인하여 고헤이즈의 성질을 갖게 되고 표면적을 증가시켜 광전자의 흡수율을 증가시켜 고효율의 박막형 태양전지를 제공할 수 있게 된다.
도 9는 본 발명에 따른 또 다른 실시예로서, FTO 나노로드층을 갖는 투명 전도막을 사용하는 바이오센서의 구성도를 예시한 도면이다. 도 9의 (a)는 전체 장치의 구성도로서, 바이오 인식부, 변환기, 증폭기를 포함하는 구성으로 되어 있다. 도 9의 (b)에 나타낸 바와 같이 바이오 인식부는 각종의 바이오 시료(309)를 본 발명에 따른 FTO 나노로드 투명 전도막의 나노로드(305)에 접촉시켜 바이오 정보를 인지하고, 도 9의 (a)에 나타낸 바와 같이, 인지된 바이오 정보를 변환기를 통하여 전기신호로 변환하여 증폭기에서 증폭하여 센싱하게 된다.
이와 같은 바이오센서를 제공하게 되면 나노 스케일의 종횡비가 높은 직립하여 잘 배열된 나노로드로 인하여 바이오 시료의 바이오 정보의 인지감도를 상당히 높일 수 있게 된다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 중점적으로 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예 및 도면에 한정되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이므로, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위 및 그와 균등한 범위에 의해 결정되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 제조된 분무 열분해법으로 코팅막을 제조하는 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 기판 온도를 550℃로 유지하면서 제조된 FTO 박막의 단면을 도시하는 사진이다.
도 3은 도 2의 FTO 투명 도전막의 어닐링 전후를 대비한 사진이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 기판 온도 550℃에서 제조된 FTO 투명 전도막의 평면 및 단면을 촬영한 FE-SEM 사진이다.
도 5는 도 4의 FTO 나노로드 투명전도막의 어닐링 후의 FE-SEM 사진이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예로서, 기판 온도의 변화에 따른 FTO 코팅층의 미세 구조의 변화를 도시한 FE-SEM 사진이다.
도 7은 본 발명에 따른 FTO 나노로드층을 갖는 투명전도막의 X선 회절 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 FTO 코팅막이 응용 가능한 실시예로서, FTO 나노로드 투명 전도막을 전극으로 사용하는 태양전지를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 FTO 코팅막이 응용 가능한 다른 실시예로서, FTO 나노로드층을 갖는 투명 전도막을 사용하는 바이오센서를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 FTO 코팅막의 나노로드 선단부를 촬영한 투과전자현미경 사진이다.
도 11은 어닐링 후에 나노로드 선단부를 촬영한 투과 전자현미경 사진이다.
Claims (12)
- 상기 기판 일면에 불소가 도핑된 산화주석(FTO)을 재료로 하는 코팅층을 포함하되,상기 코팅층은 복수개의 단결정 로드가 상기 기판에 소정 각도로 세워져 배열된 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 FTO 코팅막.
- 제1항에 있어서,상기 코팅층은 기저층; 및상기 기저층으로부터 연장된 복수개의 로드를 구비하는 로드층을 포함하는 것을 특징으로 하는 FTO 코팅막.
- 제1항에 있어서,상기 코팅층은 에탄올 및 물 중 적어도 어느 하나 혹은 이들의 혼합물을 용매로 하는 FTO 전구체를 분무 열분해(spray pyrolysis)하여 형성된 것을 특징으로 하는 FTO 코팅막.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 로드는 사각기둥으로 끝 부분이 사각 뿔 모양인 것을 특징으로 하는 FTO 코팅막.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 로드는 단면이 마름모 형상인 것을 특징으로 하는 FTO 코팅막.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 로드는 단면이 정방형 형상인 것을 특징으로 하는 FTO 코팅막.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 로드는 종횡비(aspect ratio)가 적어도 2인 것을 특징으로 하는 FTO 코팅막.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 로드는 (101) 우선 방향성을 갖는 것을 특징으로 하는 FTO 코팅막.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,상기 로드는 상기 기판의 수평면에 대해 60 내지 90 도의 각을 이루는 것을 특징으로 하는 FTO 코팅막.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 FTO 코팅막을 전극으로 사용하는 것을 특징으로 하는 태양 전지.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 FTO 코팅막을 음극으로 사용하는 전계방출 표시소자.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 FTO 코팅막을 이용하여 바이오 시료를 검지하는 바이오 인식부;상기 인식부에서 인식된 전기신호로 변환하는 변환기; 및상기 변환기에서 생성된 전기신호를 증폭하는 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오센서.
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