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한양대학교 고민재 교수 연구팀이 니켈·구리 채굴 과정에서 부산물로 발생하는 코발트 황화물(CoxSy)의 조성을 정밀하게 제어해 새로운 정공수송층을 개발, 페로브스카이트 태양전지의 고효율·장기 안정성 확보에 성공했다. 기존 유기물(Spiro-OMeTAD) 단독 기반 태양전지(22.53%) 대비 향상된 결과인 24.41%의 고효율을 달성함과 동시에, 고습도 환경에서 1,000시간 동안 초기 효율의 92% 이상을 유지하는 탁월한 안정성도 입증했다. 

연구팀은 고온 주입법(hot-injection method)을 통해 Co4S3 나노결정의 화학양론을 정밀 제어하여 페로브스카이트 층과 최적의 에너지 준위를 맞췄으며, 그 위에 유기 소재를 적층한 ‘이중층(Bilayer)’ 구조를 적용해 금속 전극의 내부 침투를 막고 전하 추출 효율을 획기적으로 높였다.

고민재 교수는 “이번 연구는 무기 정공수송층이면서도 도핑 없이 고효율을 구현할 수 있는 새로운 패러다임을 제시했다는 점에서 의미가 크다”며 “페로브스카이트 태양전지를 넘어, 에너지 준위 조절이 필요한 발광다이오드나 광검출기 등 다양한 광전자소자에 폭넓게 적용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

이번 성과는 한국연구재단 등의 지원을 받아 수행되었으며, 국제 저명 학술지「Small」12월 3일 자에 표지논문(Small 2025, 21(48), e05726)으로 게재되었다.

(논문명: Stoichiometry-Controlled Cobalt Sulfide-Based Hole Transport Layers for Perovskite Solar Cells)