Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers (한국전기전자재료학회논문지)

The Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers (한국전기전자재료학회)
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Flash Lamp Annealing of Ag Organometallic Ink for High-Performance Flexible Electrode

플래시 기반 유기금속화합물 열처리를 통한 고성능 유연 전극 제조

  • Yu Mi Woo (Department of Mechanical Engineering (Department of Aeronautics, Mechanical and Electronic Convergence Engineering), Kumoh National Institute of Technology) ;
  • Dong Gyu Lee (Department of Mechanical Design Engineering, Kumoh National Institute of Technology) ;
  • Yun Sik Hwang (Department of Mechanical Design Engineering, Kumoh National Institute of Technology) ;
  • Jae Chan Heo (Department of Mechanical Design Engineering, Kumoh National Institute of Technology) ;
  • SeongMin Jeong (Department of Mechanical Design Engineering, Kumoh National Institute of Technology) ;
  • Yong Jun Cho (Department of Mechanical Design Engineering, Kumoh National Institute of Technology) ;
  • Kwi-Il Park (Department of Materials Science and Metallurgical Engineering, School of Materials Science and Engineering, Kyungpook National University) ;
  • Jung Hwan Park (Department of Mechanical Engineering (Department of Aeronautics, Mechanical and Electronic Convergence Engineering), Kumoh National Institute of Technology)
  • 우유미 (금오공과대학교 기계공학과(항공기계전자융합전공)) ;
  • 이동규 (금오공과대학교 기계설계공학과) ;
  • 황윤식 (금오공과대학교 기계설계공학과) ;
  • 허재찬 (금오공과대학교 기계설계공학과) ;
  • 정성민 (금오공과대학교 기계설계공학과) ;
  • 조용준 (금오공과대학교 기계설계공학과) ;
  • 박귀일 (경북대학교 신소재공학부 금속신소재공학전공) ;
  • 박정환 (금오공과대학교 기계공학과(항공기계전자융합전공))
  • Received : 2023.06.28
  • Accepted : 2023.07.12
  • Published : 2023.09.01
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Abstract

Flash lamp annealing (FLA) of metal nanoparticle (NP) ink has provided powerful strategies to fabricate high-performance electrodes on a flexible substrate because of its rapid processing capability (in milliseconds), low-temperature process, and compatibility with to roll-to-roll process. However, metal NPs [e.g., gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), etc.] have limitations such as difficulty in synthesizing fine metal NPs (diameter less than 10 nm), high price, and degradation during ink storage and FLA processing. In this regard, organometallic ink has been proposed as a material that can replace metal NPs due to their low-cost (usually 1/100 times cheaper than metal nano inks), low-temperature processability, and high material stability. Despite these advantages, the fabrication of flexible electrodes through FLA treatment of organometallic compounds has not been extensively researched. In this paper, we experimentally guide how to determine the optimal conditions for forming electrodes on flexible substrates by considering material parameters, and flashlight processing parameters (energy density, pulse duration, etc) to minimize the difficulties that may arise during the FLA of organometallic ink.

금속 나노 입자의 플래시 램프 어닐링 공정은 빠른 가공 속도(밀리초 단위), 저온 공정, 롤투롤 공정과의 호환성 등 이유로 유연한 기판 위에 고성능 전극을 제조하기 위한 강력한 솔루션으로 제공되어 왔다. 그러나 금속 나노 입자[예를 들면, 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 등]는 저온 공정을 위한 미세 금속 나노 입자(직경 10 nm 미만)의 제조가 어렵고, 고가이며, 잉크보관 및 플래시 램프 어닐링 과정에서 산화가 발생하는 등의 한계가 존재했다. 이러한 이유로 유기금속화합물 잉크는 금속 나노 입자를 대체할 수 있는 재료로서 저렴한 가격(기존 금속 나노 잉크 대비 1/100의 가격)과 저온 공정성, 높은 재료 안정성으로 인해 제안되었다. 하지만 이러한 장점에도 불구하고, 유기금속화합물의 플래시 램프 어닐링 처리를 통한 유연한 전극의 제조는 광범위하게 연구되지 않고 있다. 본 논문에서는 사전 경험 없이 은 유기금속화합물을 플래시 램프 어닐링하는 과정에서 발생할 수 있는 어려움을 최소화하기 위해 재료 매개변수와 플래시광 처리 매개변수(에너지 밀도, 펄스 지속시간 등)를 고려하여 유연 기판에 전극을 제조하기 위한 최적의 조건을 결정하는 방법을 실험적으로 가이드하고자 한다.

Keywords

Acknowledgement

연구는 금오공과대학교 대학 학술연구비로 지원되었음(2021년도, 202103770001).

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