Pelapis Sel Surya Organik yang Revolusioner Meningkatkan Efisiensi dan Memotong Biaya

Memodifikasi permukaan untuk sel surya tandem perovskit/silikon bertekstur lebih efektif.

Generasi baru panel surya dapat muncul dengan penggunaan lapisan molekul organik khusus pada sel surya. Menurut tim peneliti dalam jurnal Kimia yang Ditariklapisan ini meningkatkan efisiensi sel tandem monolitik yang terbuat dari silikon dan perovskit, sekaligus mengurangi biayanya, karena dibuat dari wafer silikon standar industri berstruktur mikro.

Pada sel surya, cahaya “mengetuk” elektron keluar dari semikonduktor, meninggalkan “lubang” bermuatan positif. Kedua pembawa muatan ini terpisah satu sama lain dan dapat dikumpulkan sebagai arus. Sel tandem dikembangkan untuk memanfaatkan seluruh spektrum sinar matahari dengan lebih baik dan meningkatkan efisiensi sel surya.

Sel tandem terbuat dari dua jenis sel yang berbeda semikonduktor yang menyerap panjang gelombang cahaya yang berbeda. Pesaing utama untuk penggunaan dalam teknologi ini adalah kombinasi silikon, yang menyerap sebagian besar cahaya merah dan inframerah dekat, dan perovskit, yang menggunakan cahaya tampak dengan sangat efisien. Sel tandem monolitik dibuat dengan melapisi penyangga dengan dua jenis semikonduktor, satu di atas yang lain. Untuk sistem perovskit/silikon, ini biasanya dicapai dengan menggunakan wafer silikon yang diproduksi melalui proses peleburan zona dan memiliki permukaan yang dipoles atau berstruktur nano. Namun, ini sangat mahal.

Wafer silikon yang diproduksi melalui proses Czochralski dengan elemen struktur piramida berskala mikrometer pada permukaannya jauh lebih murah. Mikrotekstur ini menghasilkan penangkapan cahaya yang lebih baik karena tidak terlalu memantulkan cahaya dibandingkan permukaan yang halus. Namun, proses pelapisan wafer ini dengan perovskit menghasilkan banyak cacat pada kisi kristal, yang memengaruhi sifat elektronik. Switch elektron yang dilepaskan terhambat, dan rekombinasi elektron-lubang semakin terjadi melalui proses yang tidak memancarkan cahaya. Baik efisiensi maupun stabilitas lapisan perovskit menurun.

Terobosan dalam Pasivasi Permukaan

Dipimpin oleh Prof. Kai Yao, tim Tiongkok di Universitas Nanchang, Suzhou Maxwell Applied sciences, Institut Penelitian Barang Tabung CNPC (Shaanxi), Universitas Politeknik Hong Kong, Universitas Teknologi Wuhan, dan Universitas Fudan (Shanghai) kini telah mengembangkan strategi untuk pasivasi permukaan yang memungkinkan cacat permukaan lapisan perovskit dihaluskan. Senyawa tiofenetilammonium dengan gugus trifluorometil (CF3-TEA) diaplikasikan melalui proses pelapisan semprot dinamis. Ini membentuk lapisan yang sangat seragam—bahkan pada permukaan bertekstur mikro.

Karena polaritas dan energi pengikatannya yang tinggi, lapisan CF3-TEA sangat efektif melemahkan efek cacat permukaan. Rekombinasi nonradiatif ditekan, dan degree elektronik disesuaikan sehingga elektron pada antarmuka dapat lebih mudah ditransfer ke lapisan penangkap elektron sel surya. Modifikasi permukaan dengan CF3-TEA memungkinkan sel surya tandem perovskit/silikon berdasarkan wafer bertekstur umum yang terbuat dari silikon Czochralski untuk mencapai efisiensi yang sangat tinggi hampir 31% dan mempertahankan stabilitas jangka panjang.

Referensi: “Rekayasa Molekuler Permukaan untuk Sel Surya Perovskit/Silikon Tandem Bertekstur Penuh” oleh Jun Chen, Shaofei Yang, Lengthy Jiang, Ke Fan, Zhiliang Liu, Wentao Liu, Wei Li, Haitao Huang, Hong Zhang dan Kai Yao, 11 Juni 2024 , Angewandte Chemie Edisi Internasional.
DOI: 10.1002/anie.202407151

Penelitian ini didanai oleh Yayasan Ilmu Pengetahuan Alam Nasional Tiongkok dan Yayasan Ilmu Pengetahuan Alam Provinsi Jiangxi.