Status Terpacu: Era Baru Selurya Surya Berkinerja Tinggi
Selurya surya di masa lalu memiliki batas pada efisiensinya. Dalam selurya surya konvensional berbasis silikon, setiap foton cahaya yang mengenai permukaan selurya akan melepaskan satu elektron. Foton dengan energi lebih besar tidak akan membuat perbedaan karena mereka tidak dapat menarik elektron tambahan. Peneliti sekarang telah menemukan metode baru untuk mendapatkan foton cahaya energi tinggi untuk melepaskan dua elektron daripada satu, yang membuka jalan untuk tipe selurya baru dengan efisiensi yang lebih besar.
Efisiensi teoretis tertinggi yang dicapai oleh selurya konvensional adalah 29.1%. Selama beberapa tahun terakhir, peneliti di MIT dan tempat lain telah mengembangkan metode baru untuk meningkatkan efisiensi selurya.
Demonstrasi Awal
Prinsip teknologi ini telah dikenal dan demonstrasinya telah dilakukan. Namun, membutuhkan waktu bertahun-tahun agar teknisi ini menjadi operasional. Studi awal menunjukkan pelepasan dua elektron dari satu foton cahaya untuk selurya fotovoltaik organik. Namun, selurya silikon lebih efisien daripada selurya organik. Ketika tes dilakukan pada selurya dengan lapisan atas yang terdiri dari tetracene, transfer dua elektron tidak sederhana. Meskipun, teknologi ini dikonseptualisasikan 4 dekade lalu, praktisitasnya kini menjadi kenyataan.
Proses Eksitasi
Teknologi ini melibatkan penggunaan eksiton, yang merupakan sekelompok bahan yang mengandung keadaan terpacu. Mereka memungkinkan pembagian energi satu foton menjadi dua elektron. Eksiton adalah paket energi seperti elektron yang menyebar dalam rangkaian. Namun, mereka memiliki properti yang berbeda dibandingkan dengan elektron. Dalam proses ini, singlet exciton fission dilakukan, di mana energi cahaya dibagi menjadi dua paket energi independen yang bergerak. Selurya silikon menyerap foton dan membentuk eksiton, yang mengalami reaksi fisisi untuk membentuk dua keadaan terpacu, di mana setiap paket energi memiliki setengah energi dari keadaan awal.
Mengatasi Tantangan
Pengikatan energi yang diperoleh dari foton ke dalam silikon sulit karena silikon adalah bahan non-eksitonik. Tim penelitian mencoba untuk mengikat energi dari lapisan eksitonik ke dalam partikel semikonduktor kecil yang dikenal sebagai quantum dots. Ini adalah ketika breakthrough terjadi dalam teknologi selurya, di mana mereka both inorganic dan eksitonik. Ini mengarah pada pengembangan selurya silikon yang lebih efisien.
Peran Kimia Permukaan
Transfer energi mungkin bukan karena inti bahan tetapi karena permukaan bahan. Tim penelitian mampu mendapatkan hasil yang diinginkan karena fokus mereka pada kimia permukaan silikon. Ini membantu dalam penetapan keadaan permukaan yang ada di sana. Solusi terletak pada lapisan perantara tipis, yang berada di antarmuka antara lapisan tetracene dan lapisan selurya silikon. Bahan perantara yang digunakan adalah hafnium oxynitride, yang tebal beberapa atom dan bertindak sebagai jembatan untuk eksiton. Teknologi baru ini mendorong efisiensi teoretis maksimum dari 29.1% menjadi 35%.
Cakupan
Meskipun, pengikatan yang efisien dari dua bahan telah tercapai, optimisasi lebih lanjut selurya silikon diperlukan untuk proses ini. Ada kebutuhan untuk selurya dibuat lebih tipis dari versi saat ini. Stabilisasi bahan untuk ketahanan juga harus dikerjakan. Akan memerlukan beberapa tahun untuk produk menjadi komersial. Metode lain untuk meningkatkan efisiensi melibatkan penambahan tipe selurya lainnya seperti lapisan perovskite di atas silikon.
