KR20130135189A - 전도성 필름, 이를 포함하는 전극 및 이 필름의 제조방법 - Google Patents

전도성 필름, 이를 포함하는 전극 및 이 필름의 제조방법 Download PDF

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KR20130135189A
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colloidal particles
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이행근
이재철
최정민
장송림
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주식회사 엘지화학
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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Manufacturing Of Electric Cables (AREA)
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Abstract

본 발명은 디스플레이, 전지 등에 사용 가능한 전극에 요구되는 조건, 예컨대 전기전도성 및 투명성 등을 만족시킬 수 있는 전도성 필름, 이를 포함하는 전극 및 이의 제조방법을 제공한다.

Description

전도성 필름, 이를 포함하는 전극 및 이 필름의 제조방법{CONDUCTIVE FILMS, ELECTRODES COMPRING THE SAME AND MANUFACTURING METHOD FOR THE FILMS}
본 출원은 2012년 5월 31일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2012-0058950호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 전도성 필름, 이를 포함하는 전극 및 이 필름의 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 디스플레이를 위한 투명 전도성 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
디스플레이 장치, 전지 등에는 전극이 필수적 구성요소로 포함된다. 이러한 전극의 재료로는 금속, 금속 산화물, 전도성 고분자 등이 주로 사용된다.
금속 산화물의 일종인 ITO(Indium Tin Oxide)를 재료로 포함하는 ITO 전극은 마찰 저항이 낮고 구부림(bending) 특성이 좋지 않으며, 구부리는 경우 발생되는 크랙(crack)으로 인하여 저항이 증가하고, 크랙 발생 이후에는 재사용이 어려운 문제가 있다. 또한, 인듐(indium)은 가격이 높고 가공이 용이하지 않다.
전도성 고분자를 재료로 포함하는 전도성 고분자 전극은 전기전도도가 낮고, 투명도가 낮은 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2012-0078875호
디스플레이, 전지 등에 사용 가능한 전극에 요구되는 조건, 예컨대 전기전도성 및 투명성 등을 만족시킬 수 있는 전도성 필름 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상기 전도성 필름을 포함하는 전극을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은
a) 콜로이드 입자 및 그래핀계 물질을 포함하는 조성물을 준비하는 단계;
b) 상기 조성물을 기재 상에 도포하여 박막을 형성하는 단계; 및
c) 상기 콜로이드 입자를 제거하는 단계
를 포함하는 전도성 필름의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은
1) 기재 상에 콜로이드 입자를 포함하는 조성물을 도포하여 박막을 형성하는 단계;
2) 상기 박막 내에 그래핀계 물질을 포함하는 조성물을 주입하는 단계; 및
3) 상기 콜로이드 입자를 제거하는 단계
를 포함하는 전도성 필름의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은
기재 상에 나노 구조체 패턴을 형성하는 단계;
상기 나노 구조체 패턴 상에 그래핀계 물질을 포함하는 조성물을 도포하는 단계
를 포함하는 전도성 필름의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 기재 및 그래핀계 박막을 포함하는 전도성 필름을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 전도성 필름을 포함하는 전극을 제공한다.
본 발명에 따른 전도성 필름은 그래핀계 박막을 포함하므로, 투명성 및 전기전도성이 높은 전도성 필름을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 전도성 필름의 제조방법은 습식 박막코팅에 의한 것으로서 빠르고 공정이 간단하며, 낮은 비용으로 전도성 필름을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 전도성 필름은 투명도 및 전기전도도가 전극으로 사용하기에 적합하므로 디스플레이, 전지 등의 전극으로 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시상태에 따른 전도성 필름의 제조방법을 개략적으로 나타낸 도이다.
이하에서 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
그래핀이란 탄소 6개로 이루어진 육각형 모양이 서로 연결되어 2차원 단일층을 이루는 구조를 이루는 화합물이다.
상기 그래핀은 질량이 질량이 없는 페르미 티랙 입자(massless Dirac fermion)와 같은 거동을 보여, 상온에서 15,000 cm2V-1s-1 이상의 전하 이동도를 보인다. 상기 그래핀의 인장 강도는 다이아몬드의 2배 이상이고, 강철보다는 200 내지 300배나 강한 것으로 보고되었다. 또한, 상기 그래핀은 하나의 탄소층이기 때문에 투명도에서 우수한 면을 가지고 있다. 상기 그래핀을 제조하기 위하여 다양한 방법이 제시되어 왔다. 대표적인 재조방법으로 기계적인 방법, 화학적 기상 증착법(Chemical vapor deposition, CVD), 화학적 방법 등이 사용될 수 있다.
상기 기계적인 방법은 스카치 테이프를 이용하여 흑연으로부터 그래핀을 떼어내는 것으로, 만들어진 그래핀의 크기가 수 십 내지 수 백 마이크로미터에 이를 정도로 크며, 그래핀 본연의 성질이 손상되지 않은 온전한 그래핀을 얻을 수 있다. 하지만, 대량 생산의 한계를 가지며, 이러한 방법은 흑연에만 한정되어 적용할 수 있다.
상기 화학적 기상 증착법은 기체 상의 성분들이 화학적으로 반응하여 특정 금속이 증착된 기재 표면 위에 그래핀 박막을 형성시키는 방법으로 최근 들어 학계에 보고되고 있다. 이 방법을 통해서는 비교적 결함이 적은 그래핀을 얻을 수 있지만, 생산 비용이 높을 뿐 아니라 특정 금속이 증착된 시편에서만 그래핀이 성장하며, 성장된 그래핀을 다시 원하는 기재에 옮기는 공정이 필요하다.
상기 화학적 방법은 강한 산화제를 이용하여 흑연을 산화된 그래핀 옥사이드로 만든 후 화학적 또는 열적 환원방법을 통해 그래핀 옥사이드에서 그래핀을 얻는 방법이다. 화학적 환원방법은 하이드라진이나 수산화칼륨 등을 첨가하여 환원 반응을 유도하며, 열적 환원방법은 진공 혹은 수소 기체 등의 분위기에서 고온 열처리를 해 줌으로써 환원 반응을 유도한다. 이 방법으로는 수 마이크로 크기의 그래핀을 값싸게 대량 생산할 수 있으며, 그래핀을 얻는 과정 중 거치게 되는 그래핀 옥사이드의 기능기를 이용해 또 다른 기능기나 금속 입자를 등을 붙일 수 있어 그 활용이 보다 광범위하다. 그러나, 화학적 방법을 통해 제조된 그래핀은 결함이 많이 존재하여, 전기적 성질이 그래핀 본원의 전기적 성질보다 떨어진다는 단점이 있다. 앞서 밝힌 바와 같이 그래핀은 우수한 광학적, 기계적 및 전기적 특성이 있어 다양한 적용이 가능하며 투명한 전극으로 사용하려는 시도가 진행되고 있다. 그러나, 그래핀을 사용한 경우, 산업적으로 활용하기 위해서는 환상형태로 사용되어야 하므로, 그래핀의 단일분자구조로는 대형화 구현이 매우 어렵다.
또한, 그래핀을 시트 형상으로 넓은 영역에 분산시키는 것은 어려우므로 마이크로 면적 단위 영역에 분산시키는 형태로 사용해야 하는데, 이 경우 분산상의 문제점과 박막 코팅시 π궤도 함수가 2차원적으로 배열되어 전자함수의 배향이 다른 경우 계면저항이 커질 수 있다. 따라서, 그래핀을 시트 형상으로 만들면 투명도나 전도성은 우수하지만 코팅시 두께가 얇아지면서 전기전도도의 균일성이 떨어질 수 있다.
이에, 본 발명에 따른 전도성 필름의 제조방법은 콜로이드 입자가 자기 조립되는 성질을 이용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 콜로이드 입자가 자기 조립된다는 것은 콜로이드 입자가 반데르발스 인력, 수소결합, 정전기적 인력 등과 같은 상호작용에 의해 자발적으로 조직적인 형태나 구조를 형성하는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 전도성 필름의 제조방법의 일실시상태는 a) 콜로이드 입자 및 그래핀계 물질을 포함하는 조성물을 준비하는 단계; b) 상기 조성물을 기재 상에 도포하여 박막을 형성하는 단계; 및 c) 상기 콜로이드 입자를 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 전도성 필름의 제조방법에 있어서, 상기 a) 단계는 콜로이드 입자 및 그래핀계 물질을 포함하는 조성물을 준비하는 단계이다.
상기 콜로이드 입자는 유기 콜로이드 입자 또는 무기 콜로이드 입자를 이용할 수 있다. 상기 유기 콜로이드 입자는 폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리스타이렌/폴리디비닐벤젠, 나일론 6(Nylon 6)과 같은 폴리아미드, 폴리(부틸메타크릴레이트-디비닐벤젠) (PBMA) 등을 1종 이상 이용할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 상기 무기 콜로이드 입자는 실리카, 티타니아, 은, 금 등을 1종 이상 이용할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 전도성 필름의 제조방법에 있어서, 상기 콜로이드 입자의 사이 및/또는 입자의 상하에 그래핀계 물질이 구비되므로, 상기 콜로이드 입자의 크기는 그래핀계 조성물층의 광투과도와 전기전도성을 고려하여 선정할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 콜로이드 입자의 크기는 직경이 30nm 내지 10㎛ 범위 내일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 전도성 필름의 제조방법에 있어서, 상기 그래핀계 물질은 그래핀, 그래핀 옥사이드 등을 1종 이상 포함할 수 있다. 또한, 그래핀계 물질을 사용되는 자기 조립물질과의 계면 특성을 조절하기 위하여 다양한 유기물을 이용해 기능화(functionalization) 혹은 양, 음전하를 띨 수 있다.
상기 그래핀은 탄소 원자가 육각형 모양으로 연결된 판상의 2차원 구조로써, 기계적 방법, 화학적 기상 증착법(CVD), 화학적 방법 등으로 제조된 그래핀을 사용할 수 있다.
상기 그래핀계 물질로서 그래핀 옥사이드를 이용하는 경우에는, 상기 그래핀 옥사이드는 그래핀에 결합된 옥사이드 반응기에 의해 물, 메탄올 등과 같은 극성 용매에 분산이 잘 될 수 있다. 따라서, 상기 콜로이드 입자 및 그래핀계 물질을 포함하는 조성물의 준비는 용액공정이 용이할 수 있다.
또한, 상기 그래핀계 물질로서 그래핀 옥사이드를 이용하지 않는 경우에는, 분산성을 증가시키기 위하여 조성물 내에 분산제를 추가로 포함할 수 있다. 상기, 분산제로는 전기전도성을 높이기 위하여 전도성을 갖는 분산제인 것이 바람직하고, 이의 구체적인 예로는 폴리티오펜, 폴리아닐린 등을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 또한, 그래핀 옥사이드를 사용하지 않는 경우에도 기계적 강도 및 전기 전도성, 전기특성의 균일성을 위해 전도성 고분자를 조성물에 섞어 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 전도성 필름의 제조방법에 있어서, 상기 콜로이드 입자 및 그래핀계 물질을 포함하는 조성물은 나노 입자 및 용매 중 1종 이상을 추가로 포함할 수 있다.
상기 나노 입자는 고분자 나노 입자, 무기물 나노 입자 또는 금속 나노 입자일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 금속 나노 입자를 사용하는 경우 전도성을 향상시킬 수 있다. 상기 나노 입자는 화학적 방법으로 제조된 나노 입자를 상기 그래핀계 물질을 포함하는 조성물에 분산시켜 사용할 수 있고, 나노 입자 전구체 조성물을 상기 그래핀계 물질을 포함하는 조성물과 혼합한 후 열처리 공정으로 인시추(in-situ) 합성하여 사용할 수 있다.
상기 나노 입자의 크기는 사용되는 자기 조립 구조체의 크기를 고려해 선정할 수 있다. 상기 나노 입자의 모양은 구형, 다각형, 판상 구조를 다양하게 사용할 수 있다. 상기 나노 입자의 크기와 모양은 필름의 목적에 맞게 선정이 가능하다. 예를 들어, 전극으로 사용하는 경우에는 높은 투과도 및 전기전도성이 필요하므로, 크기가 작고 구형인 입자가 적합하고, 높은 광산란 특성이 필요한 버퍼층인 경우 크기가 큰 판상의 입자가 적합하다.
상기 용매는 물, 메탄올, 에탄올 등의 알코올, 아세톤 등의 유기 용매를 1종 이상 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 전도성 필름의 제조방법에 있어서, 상기 콜로이드 입자 및 그래핀계 물질을 포함하는 조성물은 균일한 분산을 위하여 계면활성제, 바인더, 웨팅제 등을 1종 이상 추가로 포함할 수 있다. 상기 계면활성제, 바인더, 웨팅제는 당 기술분야에 알려진 물질을 이용할 수 있고, 특별히 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 전도성 필름의 제조방법에 있어서, 상기 콜로이드 입자 : 그래핀계 물질의 중량비는 1 : 2 ~ 1 : 30일 수 있고, 상기 전도성 고분자 : 그래핀계 물질의 중량비는 1 : 200 ~ 200 : 1 일 수 있으며, 상기 그래핀계 물질 : 나노 입자의 중량비는 1 : 0.01~0.2, 또는 1 : 0.03 ~ 1 : 0.06 일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 전도성 필름의 제조방법에 있어서, 상기 b) 단계는 상기 조성물을 기재 상에 도포하여 박막을 형성하는 단계이다.
상기 기재는 투명 재료라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 기재는 무기 물질을 포함할 수 있으며, 유리 또는 석영이 될 수 있다. 또한, 상기 기재는 유기 물질을 포함할 수 있으며, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethyleneterepthalate) 및 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylenenaphathalate)와 같은 폴리에스테르계 폴리머, 디아세틸 셀룰로오스 및 트리아세틸 셀룰로오스와 같은 셀룰로오스계 폴리머, 폴리에틸렌설폰(polyethylenesulfone), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리스티렌(polystyrene) 및 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체(AS 수지)와 같은 스티렌계 폴리머, 폴리올레핀계 폴리머, 비닐 클로라이드계 폴리머, 나일론과 방향족 폴리아미드 같은 폴리아미드계 폴리머, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리에터케톤, 폴리에터이미드, 폴리아크릴레이트, 올레핀 및 말레이미드의 공중합체, 노르보넨계 수지 등일 수 있다. 또한, 상기 기재는 종이 또는 펄프를 이용할 수 있다.
본 발명에 있어서 기재는 가시광선 및 근적외선에 대한 투과도가 60% 이상일 수 있고, 80% 이상일 수 있으며, 90% 이상일 수 있다.
상기 기재는 콜로이드 입자 및 그래핀계 물질을 포함하는 조성물과의 접합성을 향상시키기 위하여 기재 상에 표면처리가 추가적으로 수행될 수 있다. 상기 표면처리 방법으로는 당 기술분야에 알려진 방법을 이용할 수 있고, 보다 구체적으로 산소 플라즈마, 실란계 물질을 용액상 또는 기상으로 처리하는 방법 등을 이용할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 조성물을 기재 상에 도포하여 박막을 형성하는 방법은 당 기술분야에 알려진 방법을 이용할 수 있다. 보다 구체적으로, 스핀코팅(spin coating), 스프레이 코팅(spray coating), 바코팅(bar coating), 필트레이션(filtration), 침강법 등을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 조성물이 기재 상에 도포되면 콜로이드 입자가 자기 조립하여 주형으로 작용하며, 상기 콜로이드 입자가 만드는 빈 공간에 상기 그래핀계 물질이 배열될 수 있다.
본 발명에 따른 전도성 필름의 제조방법에 있어서, 상기 c) 단계는 상기 콜로이드 입자를 제거하는 단계이다.
상기 콜로이드 입자를 제거하는 방법은 유기 용매를 처리하거나 산 용액을 처리하는 것과 같은 용액을 이용한 처리방법을 이용할 수 있고, 열처리, 플라즈마를 이용할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 유기 용매로는 톨루엔, 시클로헥산, 벤젠, 클로로포름, 수산화나트륨 등을 1종 이상 이용할 수 있고, 상기 산 용액으로는 불산, 아세트산, 인산 등을 1종 이상 이용할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 플라즈마를 이용하는 경우에는 박막 자체가 파괴되지 않도록 플라즈마의 파워 및 시간을 조절하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 전도성 필름의 제조방법에 있어서, 상기 그래핀계 물질로서 그래핀 옥사이드를 이용하는 경우에는 상기 c) 단계 이후 박막의 전기전도성을 부여하기 위하여 박막의 환원공정을 추가로 포함할 수 있다.
상기 환원공정을 위하여 사용될 수 있는 물질은 설파이드(sulphide), 히드라진(hydrazine), 디메틸히드라진(dimethylhydrazine), 하이드로퀴논(hydroquinone), NaBH4, H2SO4, 알루미늄 파우더 등을 1종 이상 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 상기 환원공정은 콜로이드 입자를 제거하는 단계와 동시에 수행될 수 있고, 상기 콜로이드 입자의 제거를 열처리를 통해 수행하는 경우에는 높은 환원도를 얻기 위하여 열처리 온도를 콜로이드 입자를 제거하는데 용이한 온도인 550℃ 이상으로, 예컨대 1,100℃로 처리할 수 있다.
본 발명에 따른 전도성 필름의 제조방법의 다른 일실시상태는 1) 기재 상에 콜로이드 입자를 포함하는 조성물을 도포하여 박막을 형성하는 단계; 2) 상기 박막 내에 그래핀계 물질을 포함하는 조성물을 주입하는 단계; 및 3) 상기 콜로이드 입자를 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 전도성 필름의 제조방법에 있어서, 상기 기재, 콜로이드 입자, 그래핀계 물질, 조성물을 도포하여 박막을 형성하는 방법, 콜로이드 입자를 제거하는 방법 등에 대한 내용은 전술한 바와 동일하므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
또한, 상기 콜로이드 입자를 포함하는 조성물 또는 그래핀계 물질을 포함하는 조성물은 전술한 용매, 나노 입자, 분산제, 계면활성제, 바인더, 웨팅제 등을 1종 이상 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전도성 필름의 제조방법에 있어서, 상기 1) 단계에서는 콜로이드 입자가 자기 조립하여 주형으로 작용할 수 있다. 상기 1) 단계는 박막 형성 후 플라즈마 에칭, 이온 에칭 등의 방법을 이용한 에칭공정을 추가로 포함할 수 있다. 상기 에칭공정을 통하여, 2) 단계에서 그래핀계 물질을 포함하는 조성물의 주입 영역을 조절할 수 있다.
본 발명에 따른 전도성 필름의 제조방법에 있어서, 상기 2) 단계는 1) 단계에서 형성된 박막 내에 그래핀계 물질을 포함하는 조성물을 주입하는 단계이다. 상기 조성물을 주입하는 방법은 박막 상에 조성물을 붓거나, 모세관 힘에 의하여 함침하는 방법 등의 당기술분야에 알려진 방법을 이용할 수 있다.
본 발명에 따른 전도성 필름의 제조방법의 다른 일실시상태는, 기재 상에 나노 구조체 패턴을 형성하는 단계; 상기 나노 구조체 패턴 상에 그래핀계 물질을 포함하는 조성물을 도포하는 단계를 포함한다.
상기 나노 구조체 패턴은 나노임프린트, 오프셋 프린팅 등의 공정에 의하여 형성할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 전도성 필름의 일실시상태는 기재; 및 그래핀계 물질을 포함하는 박막을 포함한다.
본 발명에 따른 전도성 필름에 있어서, 상기 그래핀계 물질을 포함하는 박막은 다공성 박막일 수 있다.
본 발명에 따른 전도성 필름은 그래핀계 박막을 포함하므로, 투명성 및 전기전도성이 높은 전도성 필름을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 전도성 필름의 제조방법은 습식 박막코팅에 의한 것으로서 빠르고 공정이 간단하며, 낮은 비용으로 전도성 필름을 제공할 수 있다.
본 발명에 있어서, 전극은 전도성 필름을 포함할 수 있다.
상기 전극은 스핀 코팅, 바 코팅 등을 통하여 전도성 물질로 이루어진 층을 추가적으로 도포함으로써, 전극으로 사용할 수 있다. 상기 전도성 물질로 이루어진 층의 예로는 PEDOT:PSS층을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서, 전자소자는 상기 전극을 포함할 수 있다. 상기 전자소자는 디스플레이, 전지 또는 트랜지스터 등이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 전극은 전기전도성이 높고 투명성이 높기 때문에 이미지센서, 태양전지, 유기 EL 디스플레이, 터치패널 등에 적용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 >
< 실시예 1> 폴리스티렌 나노 입자 / 그라펜 옥사이드 혼합 조성물 전극
증류수 5ml에 그래핀 옥사이드 50mg을 첨가하여 상온에서 5시간 동안 교반 및 분산시켜서 그라펜 조성물 준비하였다. 증류수에 분산시킨 350nm 1wt% 의 폴리스티렌(polystyrene) 나노 입자 분산액과 그래핀 조성물을 1 wt% 혼합하여 혼합액을 준비하였다. PET 필름을 UV-ozone(UVO)으로 15분간 표면 처리하였다. 준비된 혼합액을 UVO 처리된 유리 기판에 스핀 코팅해 박막을 형성하였다. 수득된 박막을 히드라진(hydrazine)을 이용해 환원 후 500℃에서 열처리해 폴리스티렌(polystyrene) 나노 입자 제거 및 그래핀 옥사이드의 전기적 특성을 향상시켰다.
< 실시예 2>
실시예 1에서, 그래핀 옥사이드 조성물에 무게비로 1 wt% 의 금 이온 전구체인 HAuCl4를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
< 비교예 1>
실시예 1에서, 그래핀 옥사이드 조성물을 유리 기판 위에 그대로 스핀코팅을 이용해 도포한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
상기 실시예 1 ~ 2 및 비교예 1에서 제조한 전도성 필름의 광투과도 및 표면저항을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
[표 1]
Figure pat00001
< 실험예 >
상기 실시예 1 ~2 및 비교예 1에서 제조한 전도성 필름을 전극으로 이용하고, 아래와 같은 구조의 유기 태양 전지를 제조하여 성능을 평가하였다.
전극/ PEDOT:PSS/P3HT:PCBM 광활성층/LiF/Al
상기 실시예 1 ~2 및 비교예 1에서 제조한 전도성 필름을 전극으로 이용하고, 상기 전극 위에 PEDOT:PSS를 30nm 두께로 스핀 코팅한 후, 200℃에서 5분간 열처리하였다. 광전류를 생성할 활성층으로 P3HT와 PC61BM을 무게비 1:0.7로 클로로벤젠(Chlorobenzene, CB)에 4 wt% 녹여 용액 제조 후, 0.45㎛ PP 주사기 필터(syringe filter)로 여과한 다음 스핀 코팅을 통해 PEDOT:PSS 위에 박막을 제조하였다. 3 × 10-8 torr 진공 하에서 열 증발기(thermal evaporator)를 이용하여 200 nm 두께로 Al을 증착하였다.
[표 2]
Figure pat00002
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전도성 필름은 그래핀계 박막을 포함하므로, 투명성 및 전기전도성이 높은 전도성 필름을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 전도성 필름의 제조방법은 습식 박막코팅에 의한 것으로서 빠르고 공정이 간단하며, 낮은 비용으로 전도성 필름을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 전도성 필름은 투명도 및 전기전도도가 전극으로 사용하기에 적합하므로 디스플레이, 전지 등의 전극으로 사용될 수 있다.

Claims (21)

  1. a) 콜로이드 입자 및 그래핀계 물질을 포함하는 조성물을 준비하는 단계;
    b) 상기 조성물을 기재 상에 도포하여 박막을 형성하는 단계; 및
    c) 상기 콜로이드 입자를 제거하는 단계
    를 포함하는 전도성 필름의 제조방법.
  2. 1) 기재 상에 콜로이드 입자를 포함하는 조성물을 도포하여 박막을 형성하는 단계;
    2) 상기 박막 내에 그래핀계 물질을 포함하는 조성물을 주입하는 단계; 및
    3) 상기 콜로이드 입자를 제거하는 단계
    를 포함하는 전도성 필름의 제조방법.
  3. 기재 상에 나노 구조체 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 나노 구조체 패턴 상에 그래핀계 물질을 포함하는 조성물을 도포하는 단계
    를 포함하는 전도성 필름의 제조방법을 제공한다.
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 콜로이드 입자는 폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리스타이렌/폴리디비닐벤젠, 폴리아미드 및 폴리(부틸메타크릴레이트-디비닐벤젠) (PBMA)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 필름의 제조방법.
  5. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 콜로이드 입자는 실리카, 티타니아, 은 및 금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 필름의 제조방법.
  6. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 그래핀계 물질은 그래핀 및 그래핀 옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 필름의 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 콜로이드 입자 및 그래핀계 물질을 포함하는 조성물은 분산제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 필름의 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 분산제는 폴리티오펜 또는 폴리아닐린을 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 필름의 제조방법.
  9. 청구항 2에 있어서, 상기 그래핀계 물질을 포함하는 조성물은 분산제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 필름의 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 분산제는 폴리티오펜 또는 폴리아닐린을 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 필름의 제조방법.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 콜로이드 입자 및 그래핀계 물질을 포함하는 조성물은 탄소나노튜브, 나노 입자 및 용매 중 1종 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 필름의 제조방법.
  12. 청구항 2 또는 3에 있어서, 상기 그래핀계 물질을 포함하는 조성물은 탄소나노튜브, 나노 입자 및 용매 중 1종 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 필름의 제조방법.
  13. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기재는 산소 플라즈마로 표면처리되거나 실란계 물질로 표면처리된 기재인 것을 특징으로 하는 전도성 필름의 제조방법.
  14. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 b) 단계 또는 1) 단계의 박막을 형성하는 방법은 스핀코팅(spin coating), 스프레이 코팅(spray coating), 바코팅(bar coating), 필트레이션(filtration) 또는 침강법을 이용하는 것을 특징으로 하는 전도성 필름의 제조방법.
  15. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 c) 단계 또는 3) 단계의 콜로이드 입자를 제거하는 방법은 유기 용매 또는 산 용액을 이용한 처리방법, 열처리방법, 또는 플라즈마를 이용한 방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 전도성 필름의 제조방법.
  16. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 b) 단계 또는 2) 단계 이후, 박막의 환원공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 필름의 제조방법.
  17. 청구항 2에 있어서, 상기 2) 단계의 조성물을 주입하는 방법은 박막 상에 조성물을 붓거나, 모세관 힘에 의하여 함침하는 방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 전도성 필름의 제조방법.
  18. 기재; 및 그래핀계 물질을 포함하는 박막을 포함하는 전도성 필름.
  19. 청구항 18에 있어서, 상기 그래핀계 물질을 포함하는 박막은 다공성 박막인 것을 특징으로 하는 전도성 필름.
  20. 청구항 18의 전도성 필름을 포함하는 전극.
  21. 청구항 20의 전극을 포함하는 전자소자.
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