Update2024.05.22 (수)
벽지처럼 얇은 조명이나 TV, 휴대할 수 있는 태양전지를 저렴하고도 쉽게 생산할 수 있는 핵심 전극 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.
재료연구소는 기능재료연구본부 이혜문 박사팀이 습식공정을 이용한 박막형 알루미늄 전극 제조기술을 세계 최초로 개발하는데 성공, 재료 분야 저명 학술지인 ‘어드밴스드 머터리얼스(Advanced Materials)’ 12월호에 소개됐다고 지난 26일 밝혔다.
그동안 알루미늄은 강한 산화력으로 인해 나노입자로 제조할 경우 전기가 통하지 않는 비전도성 물질로 변하기 때문에 전극을 형성할 수 없어 금속잉크를 제조하기가 어려웠다.
이에 이 박사팀은 2009년부터 지식경제부 소재원천기술개발사업을 수행하면서 알루미늄 입자가 만들어지기 전 단계인 AlH₃(알루미늄 하이드라이드)를 이용해 알루미늄 잉크를 제조했다. 이는 AlH₃가 저온의 상압 분위기에서 쉽게 알루미늄과 수소로 분해되는 특성을 이용한 것이다.
이박사 팀은 이 잉크를 습식공정으로 도장을 찍는 것과 같은 저온-스탬핑 공정에 적용했다. 즉 용액상태의 알루미늄 잉크를 유리기판에 얇게 코팅하고 건조한 뒤 미리 가열해 둔 특정 기판 위에 도장을 찍듯이 접촉시키는 과정이다.
이를 통해 90~150℃의 저온에서 1분 이내에 높은 전기전도성을 가진 약 50~100nm 두께의 전기적 특성이 뛰어난 알루미늄 전극을 쉽게 제조할 수 있게 된 것.
특히 이 박사팀이 개발한 습식공정은 상압분위기에서 원하는 위치에만 선택적으로 넓은 면적의 전도성 알루미늄 박막을 손쉽게 형성할 수 있어 기존 진공공정의 높은 공정비용 및 기술적 단점을 극복할 수 있다.
기존의 진공증착 및 스퍼터링 공정을 이 박사팀이 개발한 기술로 대체할 경우 공정비용 50%, 원료 소재 비용 70% 절감 효과를 낼 수 있다.
이번에 개발된 기술은 유리, PET, 종이, 천 등과 같은 다양한 기판에 전기 전도성이 뛰어난 전자회로를 구성할 수 있다. 이에 전기·전자, 에너지, 통신소자의 전자회로 구성에 사용되는 금, 은, 구리와 같은 값비싼 소재를 가격 대비 전기전도도가 가장 좋은 알루미늄으로 대체하면 파급효과가 매우 클 것으로 전망된다.
연구책임자인 이혜문 박사는 “이 기술이 상용화 되면 유기태양전지 및 OLED 제조를 위한 모든 공정이 습식으로 이뤄져 약 50% 이상의 공정비용 절감 효과를 가져올 것으로 기대되며 관련 산업 발전에도 크게 기여할 것”이라고 말했다.
한편 알루미늄 전극이 핵심소재로 사용되고 있는 유기태양전지 및 OLED 시장은 최근 급성정해 국내는 연간 약 1,000억원, 해외는 7,000억원 이상 규모를 보이고 있다. 알루미늄 전극이 전자소자 회로기판 및 RFID 태그 제조에도 적용할 경우 1조원 이상의 세계시장이 형성될 것으로 전망되고 있다.
