Menantang Norma: Mannequin Sel Surya Baru Melampaui Persamaan Berusia 80 Tahun
Mannequin baru dari universitas Swansea dan Åbo Akademi meningkatkan efisiensi sel surya lapisan tipis. Mannequin ini mengatasi keterbatasan persamaan dioda Shockley tradisional, mengoptimalkan pengumpulan listrik, dan meminimalkan kerugian rekombinasi.
Para peneliti telah mengembangkan mannequin analitis baru yang meningkatkan pemahaman dan efisiensi perangkat fotovoltaik (PV) lapisan tipis, yang menantang persamaan dioda Shockley yang sudah lama ada. Temuan mereka menjelaskan bagaimana sel surya yang fleksibel dan berbiaya rendah ini dapat mencapai efisiensi yang lebih tinggi dengan menyeimbangkan pengumpulan listrik dan meminimalkan kerugian rekombinasi muatan.
Fisikawan di Universitas Swansea dan Universitas Åbo Akademi telah mencapai kemajuan besar dalam teknologi sel surya dengan menciptakan mannequin analitis baru. Mannequin ini meningkatkan pemahaman dan efisiensi perangkat fotovoltaik (PV) lapisan tipis.
Selama hampir delapan dekade, persamaan dioda Shockley telah menjelaskan bagaimana arus mengalir melalui sel surya; arus listrik yang memberi daya pada rumah Anda atau mengisi daya baterai. Namun, studi baru ini menantang pemahaman tradisional tentang kelas sel surya generasi berikutnya, yaitu: sel surya movie tipis.
Sel surya lapisan tipis ini, terbuat dari bahan fleksibel dan berbiaya rendah, memiliki efisiensi terbatas karena faktor-faktor yang tidak dapat dijelaskan sepenuhnya oleh mannequin analitis yang ada.
Studi baru ini mengungkap bagaimana sel surya ini mencapai efisiensi optimum. Studi ini mengungkap keseimbangan penting antara pengumpulan listrik yang dihasilkan oleh cahaya dan meminimalkan kerugian akibat rekombinasi, di mana muatan listrik saling meniadakan.
“Temuan kami memberikan wawasan utama mengenai mekanisme yang mendorong dan membatasi pengumpulan muatan, dan pada akhirnya efisiensi konversi daya, dalam perangkat PV dengan mobilitas rendah,” kata penulis utama, Dr. Oskar Sandberg dari Universitas Åbo Akademi, Finlandia.
Mannequin Baru Menangkap Bagian yang Hilang
Mannequin analitis sebelumnya untuk sel surya ini memiliki titik buta: “pembawa yang disuntikkan” — muatan yang masuk ke perangkat dari kontak. Pembawa ini berdampak signifikan terhadap rekombinasi dan efisiensi yang terbatas.
“Mannequin tradisional tidak mampu menggambarkan gambaran secara keseluruhan, terutama untuk sel movie tipis dengan mobilitas rendah semikonduktor,” jelas peneliti utama, Affiliate Professor Ardalan Armin dari Swansea College. “Studi baru kami mengatasi kesenjangan ini dengan memperkenalkan persamaan dioda baru yang secara khusus dirancang untuk memperhitungkan pembawa yang disuntikkan dan rekombinasinya dengan yang dihasilkan melalui foto.”
“Rekombinasi antara muatan yang disuntikkan dan muatan yang dihasilkan melalui foto bukan merupakan masalah besar dalam sel surya tradisional seperti PV silikon yang ratusan kali lebih tebal daripada PV movie tipis generasi berikutnya seperti sel surya organik,” imbuh Dr. Sandberg.
Affiliate Professor Armin berkata: “Salah satu fisikawan teoretis paling cemerlang sepanjang masa, Wolfgang Pauli pernah berkata 'Tuhan menciptakan massa; permukaannya adalah hasil karya iblis'. Karena sel surya movie tipis memiliki daerah antarmuka yang jauh lebih besar per massa daripada silikon tradisional; tidak heran mengapa mereka terpengaruh lebih drastis oleh “hasil karya iblis” – yaitu rekombinasi muatan fotogenerasi yang berharga dengan muatan yang disuntikkan di dekat antarmuka!”
Dampak terhadap Pengembangan Sel Surya di Masa Depan
Mannequin baru ini menawarkan kerangka kerja baru untuk merancang sel surya tipis dan fotodetektor yang lebih efisien, mengoptimalkan perangkat yang ada, dan menganalisis sifat materials. Mannequin ini juga dapat membantu dalam melatih mesin yang digunakan untuk pengoptimalan perangkat yang menandai langkah maju yang signifikan dalam pengembangan sel surya lapisan tipis generasi berikutnya.
Referensi: “Persamaan Dioda untuk Perangkat Fotovoltaik Movie Tipis Tipe Sandwich yang Dibatasi oleh Rekombinasi Bimolekuler” oleh Oskar J. Sandberg dan Ardalan Armin, 21 Juni 2024, Energi PRX.
DOI: 10.1103/PRXEnergy.3.023008
