하지만 ITO 투명전극의 주원료인 인듐(indium)은 매장량에 한계가 있는 희귀금속으로 매년 가격이 20%씩 상승하고 있다.

또 상대적으로 상대적으로 작은 ITO의 밴드갭 에너지 (~ 3.4 eV)로 인해 380nm 이하의 자외선 영역에서는 광흡수가 크게 증가해 최근 수요가 급증하고 있는 자외선 영역에서의 소자응용에는 한계를 가지고 있다.

미래창조과학부와 한국연구재단은 고려대학교 김태근 교수와 김희동 박사과정 연구원 등이 전류가 흐르지 않는 부도체에 전도성 채널을 만들어 전류를 흐르게 하는 기술을 개발했다고 25일 밝혔다.

이번 연구로 가시광 영역부터 심자외선 영역까지 95% 이상의 투과도를 갖는 유리 같은 부도체에 효과적으로 전류를 주입하게 될 경우 다양한 디스플레이에 쓰이는 투명전극의 소재로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

'가시광'은 사람 눈에 보이는 전자기파 영역(파장 400-700nm)을 뜻하며 '심자외선'은 가시광보다 파장이 짧은 파장대역(190-400nm)의 전자파로 상대적으로 파장이 긴 빛을 의미한다.

연구팀은 전류가 흐르지 않는 '유리(SiO2)' 같은 산화물 내부에 전도성 채널을 만드는 방식으로 투과도가 높은 유리의 장점을 유지하면서 전류가 통할 수 있도록 하는 투명전극 기술을 개발했다. 투과도가 뛰어나지만 부도체인 유리의 한계를 극복한 것이다.

투명전극 소재로 쓰이던 기존 ITO 전극보다 높은 투과도를 가지면서도 전도성이 낮아 전극물질로 쓰이지 못했던 유리 같은 물질도 투명전극 소재로 활용할 수 있게 될 전망이다.

ITO는 가시광 영역에서 널리 사용되는 산화주석(tin oxide)에 인듐(Indium)을 첨가한 투명재료로 가시광 영역에서 90% 이상의 투과도와 높은 전도특성을 가져 각종 디스플레이나 태양전지 등에 쓰이는 광전소자의 투명전극 소재로 쓰이고 있다.

또 향후 유리 투명전극이 개발되면 가시광 LED, OLED, 태양전지, LCD 패널 등 고체조명 및 디스플레이 분야에 폭넓게 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

특히 개발된 유리 투명전극은 가시광 영역뿐만 아니라 자외선 영역에서도 95% 이상의 높은 투과특성을 보였다. 자외선 영역에서 투과도가 떨어지는 ITO 전극의 한계를 극복해 위폐감별, 살균, 수질정화 등에 쓰일 수 있는 자외선 LED나 센서 등 자외선 영역의 신규시장 개척에도 기여할 수 있을 것으로 보인다.

김태근 교수는 "유리의 주성분인 석영(SiO2)처럼 매장량이 풍부하면서도 전기화학적으로 안정된 물질을 이용해 가시영역을 넘어 자외선 영역에서까지 활용할 수 있는 투명전극 기술을 개발했다는데 의의가 있다"고 밝혔다.

한편 이번 연구는 미래부와 연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업의 지원으로 수행됐으며, 연구결과는 '어드밴스드 펑셔널 머터리얼스(Advanced Functional Material)'지 온라인판에 최근 게재됐다.