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한양대학교 화학공학과 고민재 교수 연구팀이 한국과학기술연구원(KIST) 유형근 박사팀과 함께 저렴한 SnO2 소재에 특수 표면 처리 기술을 적용해, 황화납(PbS) 양자점 태양전지의 성능 한계를 극복하고 세계 최고 수준의 광전변환효율(12.7%)을 달성하였다. 이는 기존 ZnO 기반 태양전지(10.4%) 대비 크게 향상된 결과로, 100일 이상 초기 효율의 90%를 유지하는 안정성도 입증했다.

연구팀은 SnO2 표면의 불안정성을 억제하기 위해 카복실기(-COOH)와 싸이올기(-SH)를 동시에 지닌 분자를 활용한 ‘표면 패시베이션(surface passivation)’ 기법을 도입했으며, 이를 통해 전하 추출 효율과 안정성을 동시에 확보했다.

고민재 교수는 “저렴한 소재를 활용해 고성능 양자점 태양전지를 구현할 수 있는 길을 열었다는 점에서 의미가 크다”며, “향후 페로브스카이트·유기 태양전지뿐만 아니라 적외선 센서, 광통신 모듈, 라이더 시스템 등 다양한 차세대 광전자 소자에도 응용 가능성이 크다”고 밝혔다.

이번 성과는 한국연구재단의 지원을 받아 수행되었으며, 국제 저명 학술지 「ACS Energy Letters」 8월 8일 자에 표지논문으로 게재되었다.

(논문명: Suppressing Interfacial Deprotonation of Metal Oxides for Efficient PbS Quantum Dot Photovoltaics)