Material Baru Solar Panel Serap Energi Matahari Lebih Maksimal

LONDON - Silikon telah lama menjadi bahan pilihan konvensional untuk sel surya, yang mengubah sinar matahari menjadi listrik. Namun, penyerapan cahaya dalam silikon masih kurang efisien karena sel surya terbuat dari silikon tebal, berat dan kaku.

Berawal dari alasan diatas, beberapa ilmuan telah berusaha mencari alternatif pengganti silikon. Alternatif ini betujuan untuk mengubah pembuatan sel surya yang masih rumit dan mahal menjadi mudah dan murah.

Kurang dari satu dekade yang lalu, para ilmuan mulai mencari bahan hibrida organik dan anorganik. Bahan tersebut diklasifikasikan berdasarkan jenis dan struktur kristal yang dikenal sebagai perovskit.

Salah satu perovskit hibrida yang paling banyak dipelajari adalah mengandung yodium. Ada juga timbal sebagai komponen anorganik dan senyawa yang terdiri dari karbon, hidrogen, dan nitrogen (metilammonium) sebagai komponen organik.

Dalam beberapa tahun terakhir, efisiensi senyawa perovskit hibrida mengalami pengembangan sekitar 25%. Ini melampaui kinerja dari beberapa sel surya silikon.

Selain efisiensi, sel surya dapat diproduksi dengan teknik sederhana dan murah seperti pelapis spray. Meski begitu, bahan perovskit hybrid belum dapat dibilang sebagai pengganti silikon yang layak karena kurang stabil.

Performa bahan perovskit hibrida dapat menurun dengan cepat ketika terkena cahaya panas dan suhu lembab secara terus-menerus. Setiap panel surya pasti mengalami semua elemen alam di sekitarnya, seperti panas, hujan, lembab dan kering.

Sebuah tim internasional telah mengembangkan metode baru untuk meningkatkan stabilitas operasional sel surya dari bahan perovskit hibrida. Penelitian ini di pimpin profesor Heejoo Kim dan Kwanghee Lee dari Institut Sains dan Teknologi (GIST) Gwangju, Korea Selatan.

Biasanya, perangkat tipis dibuat dalam larutan dengan mengapit bahan penyerap cahaya aktif di antara kontak listrik logam atas dan bawah (elektroda) dengan interlayer semikonduktor organik. Ini akan meningkatkan ekstraksi arus listrik ke kontak.

Sebelum meletakkan elektroda terakhir di atas, para ilmuwan GIST menempatkan perangkat dalam ruang hampa. Percobaan sebelumnya telah memberi pengetahuan bahwa melepas dan menempatkan kembali elektroda atas dan interlayer dapat meningkatkan pembakaran dan efisiensi yang lebih cepat pada awal iluminasi cahaya.

Mereka mengkonfirmasi bahwa lingkungan vakum tinggi yang digunakan untuk menyimpan elektroda telah berkontribusi terhadap peningkatan ini. Selama pengeringan vakum, ion-ion muncul dari perovskit dan berkonsentrasi pada interlayer atas. Pada langkah pemrosesan kedua, para ilmuan menggunakan pelarut kimia untuk membasuh lapisan atas secara selektif.

"Ketika perovskit hibrida ini terurai, mereka mulai melepaskan ion yodium bermuatan negatif. Ion-ion ini dapat bergerak dan menumpuk antara perovskit penyerap cahaya aktif dan elektroda logam untuk membentuk lapisan isolasi yang membuat perangkat lebih konduktif," kata Hyungcheol Back, ilmuwan di GIST dan Hanwha Solutions, dikutip dari Techxplore.

Para ilmuan GIST melakukan penelitian karakterisasi dengan perangkat yang dimodifikasi dan tidak dimodifikasi. Mereka melakukannya di Pusat Fungsional Material Nano (CFN) dan Nasional Synchrotron Light Source II (NSLS-II). Keduanya terletak di Departemen Energi AS (DOE) untuk Fasilitas Pengguna Sains di Laboratorium Nasional Brookhaven.

Untuk mengkonfirmasi hasil penelitian, para ilmuan menunjukkan spektroskopi photoemission X-ray secara mendalam di Fasilitas Proximal Probes CFN. Energi elektron yang dikeluarkan dari proses modifikasi memiliki konsentrasi ion lebih kecil di permukaan dibandingkan proses yang tidak dimodifikasi.

"Peralatan lengkap di CFN dan NSLS-II memungkinkan kami untuk menemukan bagaimana stabilitas bahan intrinsik telah menigkat," kata Chang-Yong Nam, seorang ilmuan di CFN Electronic Nanomaterials Group dan profesor di Departemen Ilmu Material dan Teknik Kimia Universitas Stony Brook.

Ia juga mengungkapkan bahwa para peneliti harus dapat menerapkan pemahaman ini untuk meningkatkan fungsi. Tidak hanya materialnya tetapi juga perovskit hibrida lainnya, yang mana memiliki masalah stabilitas serupa.

Pada akhirnya, Tim GIST ingin menerapkan metode pemrosesan mereka untuk membuat perangkat yang lebih besar (ukuran inchi) . Mereka juga mengembangkan solusi untuk pembuatan sel surya perovskit hibrida secara komersial.

"hasil penelitian kami tentang jenis sinergi menunjukkan bahwa kolaborasi internasional mampu membuat pemahaman ilmiah untuk kemajuan teknologi seperti sel surya perovskit hibrida," kata Lee.