Negara bersemangat! - Terobosan Dalam Teknologi Sel Surya
Sel surya di masa lalu memiliki batas efisiensi. Dalam sel surya berbasis silikon konvensional, setiap foton cahaya yang mengenai permukaan sel akan melepaskan satu elektron. Foton dengan energi yang lebih besar tidak akan membuat perbedaan karena mereka tidak dapat menarik elektron tambahan. Para peneliti kini telah menemukan metode baru untuk mendapatkan foton cahaya energi tinggi untuk melepaskan dua elektron, bukan satu, yang membuka jalan untuk jenis sel surya baru dengan efisiensi yang lebih besar.
Efisiensi teoritis tertinggi yang mungkin dicapai oleh sel surya konvensional adalah 29,1%. Selama beberapa tahun terakhir, para peneliti di MIT dan tempat lain telah mengembangkan metode baru untuk meningkatkan efisiensi sel.
Demonstrasi Awal
Prinsip teknologi ini telah diketahui dan juga demonstrasinya telah dilakukan. Namun, butuh waktu bertahun-tahun untuk teknologi ini menjadi operasional. Studi sebelumnya menunjukkan pelepasan dua elektron dari satu foton cahaya untuk sel fotovoltaik organik. Namun, sel surya silikon lebih efisien daripada sel surya organik. Ketika tes dilakukan pada sel surya dengan lapisan atas yang terdiri dari tetrasena, transfer dua elektron tidak langsung. Meskipun, teknologi ini dikonsep 4 dekade yang lalu, kepraktisannya sekarang menjadi kenyataan.
Proses Eksitasi
Teknologi ini melibatkan penggunaan eksiton, yang merupakan sekelompok bahan yang mengandung keadaan tereksitasi. Mereka memungkinkan pembagian energi dari satu foton menjadi dua elektron. Excitons adalah paket energi seperti elektron yang merambat dalam suatu rangkaian. Namun, mereka memiliki sifat yang berbeda dibandingkan dengan elektron. Dalam proses ini, pembelahan eksiton tunggal dilakukan, di mana energi cahaya dipecah menjadi dua paket energi bergerak yang independen. Sel surya silikon menyerap foton dan membentuk eksitasi, yang mengalami reaksi fisi untuk membentuk dua keadaan tereksitasi, di mana setiap paket energi memiliki setengah energi keadaan awal.
Menyelesaikan Tantangan
Menggabungkan energi yang diperoleh dari foton menjadi silikon sulit karena merupakan bahan non-eksitonik. Tim peneliti mencoba menggabungkan energi dari lapisan eksitonik menjadi partikel semikonduktor kecil yang dikenal sebagai titik kuantum. Saat itulah terjadi terobosan dalam teknologi sel surya, di mana keduanya bersifat anorganik dan eksitonik. Ini mengarah pada pengembangan sel surya silikon yang lebih efisien.
Peran Kimia Permukaan
Perpindahan energi dimungkinkan bukan karena sebagian besar material tetapi karena permukaan material. Tim peneliti dapat memperoleh hasil yang diinginkan karena fokus mereka pada kimia permukaan silikon. Ini membantu dalam penentuan keadaan permukaan yang ada di sana. Solusinya terletak pada lapisan menengah tipis, yang berada di antarmuka antara lapisan tetrasena dan lapisan sel silikon. Bahan antara yang digunakan adalah hafnium oxynitride, yang memiliki ketebalan beberapa atom dan bertindak sebagai jembatan untuk eksiton. Teknologi baru ini mendorong efisiensi teoritis maksimum dari 29,1% menjadi 35%.
Cakupan
Meskipun, kopling efisien dari dua bahan telah dicapai, optimasi lebih lanjut dari sel silikon diperlukan untuk proses ini. Ada kebutuhan agar sel dibuat lebih tipis dari versi saat ini. Stabilisasi bahan untuk daya tahan juga harus dikerjakan. Ini akan memakan waktu beberapa tahun untuk produk yang akan tersedia secara komersial. Metode lain untuk meningkatkan efisiensi melibatkan penambahan jenis sel lain seperti lapisan perovskit di atas silikon.
