Organic Electronic Devices with Highly Conductive Polymers

Abstract

전도성 고분자 PEDOT:PSS는 우수한 화학적, 열적 안정성 및 가공성을 가지고 있어 차세대 유연⋅ 신축성 유기전자소자의 투명전극으로 주목받으며 연구되고 있다. 하지만, 일반적으로 가공되지 않은 PEDOT:PSS는 낮은 전도도(약 1 S/cm)를 가지기 때문에, 전도도 향상을 위해 용매 기반의 도핑 또는 후처리 공정이 요구되고 있다. 그러나, 이러한 용매 기반의 방법은 코팅성이 좋지 않거나, 고분자 기판에 손상을 주는 등의 문제를 갖고 있어 이를 보완하는 방법이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 전도성 고분자 PEDOT:PSS의 전도성을 보완 또는 향상을 위한 방법을 연구하였고, 유기전자소자에 적용하여 향상된 PEDOT:PSS의 성능을 입증하였다.

첫 번째로, 기존의 용액 기반 전도도 향상 방법의 문제점을 해결하기 위해 가공되지 않은 PEDOT:PSS 필름에 레이저를 조사하여 전하 이동 능력을 개선하고 전도성을 향상시키는 방법을 개발하였다. 레이저 처리된 PEDOT:PSS 필름은 약 932 S/cm의 전도도에 도달하였으며, 투명히터, 유기 태양전지 및 터치 센서에 적용하여 뛰어난 성능을 확인하였다. 다음으로, 신축성 PEDOT:PSS 필름을 제작하기 위해, 키토산 기판에 용매 처리를 하여 PEDOT:PSS과의 계면 접착 특성을 개선하였고, 이와 함께 향상된 전기적, 기계적 특성을 가진 신축성 PEDOT:PSS은 투명히터 및 신축성 센서에 성공적으로 적용되었다. 마지막으로, Copper mesh (Cu-M)에 PEDOT:PSS를 도입하여 전기적, 열적 특성이 뛰어난 하이브리드 전극을 제작하여 ITO-free OLED를 구현하였다. Cu-M에 도입된 PEDOT:PSS는 Cu-M의 표면 거칠기를 줄임으로써 누설 전류의 발생을 줄이고 전류가 원활하게 흐르도록 하여, Cu-M/PEDOT:PSS 하이브리드 전극 기반 OLED의 전류 및 전력 효율은 PEDOT:PSS 전극 기반 OLED 대비 약 2배씩 크게 향상되었다.

본 연구를 통해 제작된 유기전자소자용 투명 전도성 고분자 PEDOT:PSS 필름은 OLED, 유기 태양전지, 센서 등에 성공적으로 적용되어 성능을 확인하였으며, 차세대 유연⋅ 신축성 유기전자소자를 개발하기 위한 성능 및 가격 경쟁력을 높일 수 있는 핵심적인 소재 기술이라고 판단된다.