Menembus Batas: Sel Surya Tandem Mencapai Efisiensi Lebih Dari 20%.

Para peneliti telah mengembangkan sel surya tandem yang menggabungkan antimon selenida dan perovskit, mencapai efisiensi lebih dari 20%, menunjukkan potensi signifikan dalam meningkatkan konversi tenaga surya dan melampaui batas efisiensi tradisional.

Sel tandem dibuat menggunakan perovskit dan antimon selenida.

Sebuah tim peneliti untuk pertama kalinya mendemonstrasikan bukti konsep sel surya tandem yang menggunakan antimon selenida sebagai bahan sel bagian bawah dan bahan perovskit hibrida organik-anorganik dengan celah pita lebar sebagai bahan sel bagian atas. Perangkat ini mencapai efisiensi konversi daya lebih dari 20 persen. Studi ini menunjukkan bahwa antimon selenida memiliki potensi besar untuk aplikasi sel bawah.

Penelitian tersebut baru-baru ini dipublikasikan di jurnal Bahan dan Perangkat Energi.

Teknologi fotovoltaik, yang memanfaatkan sinar matahari dan mengubahnya menjadi listrik, sangat populer karena menyediakan sumber energi yang bersih dan terbarukan. Para ilmuwan terus berupaya meningkatkan efisiensi konversi daya, atau ukuran efisiensi, pada sel surya. Mereka telah mencapai efisiensi konversi daya lebih dari 20 persen pada sel surya sambungan tunggal konvensional. Untuk mencapai efisiensi daya di atas batas Shockley-Queisser pada sel surya sambungan tunggal akan membutuhkan biaya yang jauh lebih besar. Namun, batas sel surya sambungan tunggal Shockley-Queisser dapat diatasi melalui pembuatan sel surya tandem. Dengan sel surya tandem, para peneliti dapat memperoleh efisiensi energi yang lebih tinggi dengan menumpuk bahan sel surya di atas satu sama lain.

Pengembangan Sel Surya Tandem Antimon Selenida

Tim peneliti bekerja untuk membuat sel surya tandem, menggunakan semikonduktor yang disebut antimon selenida. Penelitian sebelumnya dengan antimon selenida berfokus terutama pada aplikasi sel surya sambungan tunggal. Namun, tim peneliti mengetahui bahwa dari perspektif celah pita, semikonduktor ini mungkin terbukti menjadi bahan sel bawah yang sesuai untuk sel surya tandem.

“Antimon selenida adalah bahan sel bawah yang cocok untuk sel surya tandem. Namun, karena jarangnya sel surya tandem yang dilaporkan menggunakannya sebagai sel bawah, maka hanya sedikit perhatian yang diberikan pada penerapannya. Kami merakit sel surya tandem dengan efisiensi konversi tinggi dan menggunakannya sebagai sel bawah untuk menunjukkan potensi bahan ini,” kata Tao Chen, profesor Ilmu dan Teknik Materials di Universitas Sains dan Teknologi Tiongkok. Sel surya tandem lebih mampu menyerap sinar matahari dibandingkan sel surya sambungan tunggal yang menggunakan bahan semikonduktor satu lapis. Sel surya tandem mengubah sebagian besar sinar matahari menjadi listrik, sehingga lebih hemat energi dibandingkan sel surya sambungan tunggal.

Demonstrasi sel surya tandem bukti konsep yang terdiri dari selenida antimon dan perovskit celah pita lebar sebagai bahan serapan subsel bawah dan atas. Perangkat ini mencapai efisiensi konversi daya lebih dari 20% dengan mengoptimalkan elektroda transparan pada sel atas dan proses persiapan sel bawah. Kredit: Bahan dan Perangkat Energi, Tsinghua College Press

Peningkatan dalam Desain Sel Surya

Tim membuat sel surya tandem perovskit/antimon selenida yang memiliki elektroda konduksi transparan untuk respons spektral yang optimum. Mereka mampu menyesuaikan ketebalan lapisan elektroda transparan pada sel atas untuk mendapatkan efisiensi tinggi lebih dari 17 persen. Mereka mengoptimalkan sel bawah antimon selenida dengan memperkenalkan lapisan transpor elektron ganda dan mencapai efisiensi konversi daya sebesar 7,58 persen.

Ketika mereka merakit sel atas dan bawah secara mekanis untuk membuat sel surya tandem empat terminal, efisiensi konversi daya melebihi 20,58 persen, lebih tinggi dibandingkan subsel independen. Sel surya tandemnya menunjukkan stabilitas yang sangat baik dengan elemen komposisi tidak beracun. “Pekerjaan ini menyediakan struktur perangkat tandem baru dan menunjukkan bahwa antimon selenida adalah bahan penyerap yang menjanjikan untuk aplikasi sel bawah pada sel surya tandem,” kata Chen.

Ke depan, tim berharap dapat bekerja menuju sel surya tandem dua terminal yang lebih terintegrasi dan lebih meningkatkan kinerja perangkat. “Stabilitas antimon selenida yang tinggi memberikan kemudahan yang luar biasa untuk persiapan sel surya tandem dua terminal, yang berarti bahwa sel tersebut dapat memberikan hasil yang baik bila dipasangkan dengan beberapa jenis bahan sel atas yang berbeda.”

Referensi: “Sb₂Ya₃ sebagai bahan sel bawah untuk perovskit/Sb yang efisien₂Ya₃ sel surya tandem” oleh Zhiyuan Cai, Jia Solar, Huiling Cai, Yuehao Gu, Rongfeng Tang, Changfei Zhu, Paifeng Luo dan Tao Chen, 4 Maret 2024, Bahan dan Perangkat Energi.
DOI: 10.26599/EMD.2024.9370027

Tim peneliti tersebut antara lain Zhiyuan Cai, Huiling Cai, Yuehao Gu, Rongfeng Tang, Changfei Zhu, dan Tao Chen dari Universitas Sains dan Teknologi Tiongkok, serta Jia Solar dan Paifeng Luo dari Universitas Teknologi Hefei.

Penelitian ini didanai oleh Program Penelitian dan Pengembangan Kunci Nasional Tiongkok; Yayasan Ilmu Pengetahuan Alam Nasional Tiongkok; Proyek Utama Dana Panduan Inovasi Industri Kerjasama Sekolah-Lokal, Universitas Teknologi Hefei, Tiongkok; Proyek Aplikasi Teknik Utama Wuhu, Tiongkok; dan Program Inovasi Kolaboratif Hefei Science Heart, CAS.