Apa Kesepakatan Besar Itu Sel Surya Double Perovskite Bisa Silikon Rival

Desain baru untuk sel surya yang menggunakan bahan murah dan biasa tersedia bisa menyaingi dan bahkan mengungguli sel konvensional yang terbuat dari silikon.

Para ilmuwan telah menggunakan unsur-unsur timah dan unsur berlimpah lainnya untuk menciptakan bentuk baru perovskit-bahan kristal fotovoltaik yang lebih tipis, lebih fleksibel, dan mudah diproduksi daripada kristal silikon. Mereka melaporkan penelitian mereka di jurnal tersebut Ilmu.

"Semikonduktor perovskite telah menunjukkan harapan besar untuk membuat sel surya dengan efisiensi tinggi dengan biaya rendah," kata rekan penulis studi Michael McGehee, profesor sains dan teknik material di Stanford University. "Kami telah merancang perangkat perovskit kuat yang mengubah sinar matahari menjadi listrik dengan efisiensi 20.3 persen, tingkat yang setara dengan sel surya silikon yang ada di pasaran saat ini."

Double perovskite stack

Perangkat baru ini terdiri dari dua sel surya perovskite yang ditumpuk bersamaan. Setiap sel dicetak di kaca, namun teknologi yang sama bisa digunakan untuk mencetak sel pada plastik.

"Sel tandem all-perovskite yang telah kami tunjukkan secara jelas menguraikan peta jalan untuk sel surya film tipis untuk menghasilkan efisiensi persen 30," kata rekan penulis Henry Snaith, profesor fisika di Universitas Oxford. "Ini baru permulaan."


grafis berlangganan batin


Studi sebelumnya menunjukkan bahwa menambahkan lapisan perovskite dapat meningkatkan efisiensi sel surya silikon. Tapi perangkat tandem yang terdiri dari dua sel all-perovskite akan lebih murah dan kurang intensif untuk membangun, kata para ilmuwan.

"Sebuah panel surya silikon dimulai dengan mengubah silika menjadi kristal silikon melalui proses yang melibatkan suhu di atas 3,000 derajat Fahrenheit (1,600 derajat Celcius)," kata penulis Colead Tomas Leijtens, seorang sarjana postdoctoral di Stanford. "Sel perovskit dapat diproses di laboratorium dari bahan umum seperti timbal, timah, dan bromin, lalu dicetak pada kaca pada suhu kamar."

Sebuah tantangan yang sulit

Tapi membangun perangkat tandem all-perovskite telah menjadi tantangan yang sulit. Masalah utamanya adalah menciptakan bahan perovskit yang stabil yang mampu menangkap cukup energi dari sinar matahari untuk menghasilkan voltase yang layak.

Sel perovskite yang khas menghasilkan foton dari bagian spektrum matahari yang terlihat. Energi yang lebih tinggi foton dapat menyebabkan elektron di kristal perovskite untuk melompat melintasi "celah energi" dan menciptakan arus listrik.

Sel surya dengan celah energi kecil bisa menyerap sebagian besar foton namun menghasilkan voltase yang sangat rendah. Sebuah sel dengan celah energi yang lebih besar menghasilkan tegangan yang lebih tinggi, namun foton energi rendah melewatinya.

Perangkat tandem yang efisien akan terdiri dari dua sel yang ideal, kata penulis utama Giles Eperon, seorang sarjana postdoctoral Oxford saat ini di University of Washington.

"Sel dengan celah energi yang lebih besar akan menyerap energi foton lebih tinggi dan menghasilkan tegangan tambahan," kata Eperon. "Sel dengan celah energi yang lebih kecil bisa memanen foton yang tidak dikumpulkan oleh sel pertama dan masih menghasilkan voltase."

Masalah stabilitas

Kesenjangan yang lebih kecil telah terbukti menjadi tantangan yang lebih besar bagi para ilmuwan. Bekerja sama, Eperon dan Leijtens menggunakan kombinasi unik timah, timbal, cesium, yodium, dan bahan organik untuk menciptakan sel yang efisien dengan celah energi yang kecil.

"Kami mengembangkan perovskite baru yang menyerap energi inframerah dengan energi rendah dan menghasilkan efisiensi konversi persen 14.8," kata Eperon. "Kami kemudian menggabungkannya dengan sel perovskite yang terdiri dari bahan serupa namun dengan celah energi yang lebih besar."

Hasilnya: Perangkat tandem terdiri dari dua sel perovskite dengan efisiensi gabungan 20.3 persen.

"Ada ribuan senyawa yang mungkin untuk perovskit," kata Leijtens, "tapi yang ini bekerja sangat baik, sedikit lebih baik dari sebelumnya."

Trik 'Lem' menumbuhkan sel surya perovskite yang lebih besar

Satu kekhawatiran dengan perovskites adalah stabilitas. Panel surya atap terbuat dari silikon yang biasanya berumur 25 terakhir atau lebih. Tapi beberapa perovskit menurunkan dengan cepat saat terkena kelembaban atau cahaya. Pada eksperimen sebelumnya, perovskit yang dibuat dengan timah ditemukan sangat tidak stabil.

Untuk menilai stabilitas, tim peneliti melakukan uji coba sel eksperimental terhadap suhu 212 derajat Fahrenheit (100 derajat Celcius) selama empat hari.

"Krusial, kami menemukan bahwa sel kami menunjukkan stabilitas termal dan atmosfer yang sangat baik, belum pernah terjadi sebelumnya untuk perovskit berbasis timah," tulis para penulis.

"Efisiensi perangkat tandem kami sudah jauh melebihi sel surya tandem terbaik yang dibuat dengan semikonduktor berbiaya rendah lainnya, seperti molekul kecil organik dan silikon mikrokristalin," kata McGehee. "Mereka yang melihat potensi menyadari bahwa hasil ini luar biasa."

Langkah selanjutnya adalah mengoptimalkan komposisi bahan untuk menyerap lebih banyak cahaya dan menghasilkan arus yang lebih tinggi lagi, kata Snaith.

"Fleksibilitas perovskites, biaya bahan dan manufaktur rendah, yang sekarang digabungkan dengan potensi untuk mencapai efisiensi yang sangat tinggi, akan berubah bentuk menjadi industri fotovoltaik setelah kemampuan manufakturabilitas dan stabilitas yang dapat diterima juga terbukti," katanya.

Peneliti lain dari Stanford, Oxford, Hasselt University di Belgia, dan SunPreme Inc. adalah rekan penulis studi ini.

Pendanaan berasal dari Graphene Flagship, The Leverhulme Trust, UK Engineering and Physical Sciences Research Council, European Union Seventh Framework Program, Horizon 2020, US Office of Naval Research, dan Global Climate and Energy Project di Stanford.

Sumber: Universitas Stanford

Buku terkait:

at Pasar InnerSelf dan Amazon