Bahan anorganik membuat sel surya ultra-tipis lebih efisien

Sebuah tim peneliti internasional telah mengembangkan pendekatan baru terhadap fabrikasi sel surya berdasarkan AgBiS2 yang memungkinkan koefisien penyerapan lebih tinggi daripada bahan fotovoltaik lain yang digunakan hingga saat ini.

Beberapa tahun yang lalu, sel surya berdasarkan nanocrystals AgBiS2 muncul sebagai pemain bintang dalam permainan karena terdiri dari unsur-unsur yang tidak beracun dan berlimpah di bumi, diproduksi dalam kondisi sekitar pada suhu rendah dan dengan teknik pemrosesan solusi berbiaya rendah.

Tetapi meskipun mereka merupakan alternatif hijau yang menjanjikan untuk silikon, sel-sel ini masih belum mampu mencapai kinerja menarik yang relevan untuk komersialisasi.

Dengan demikian, para ilmuwan menyelidiki cara untuk meningkatkan kinerjanya dan menemukan bahwa ketebalan optimal dari peredam semikonduktor ini terkait erat dengan koefisien penyerapan. Ini berarti bahwa mereka harus menemukan sel surya ultra tipis yang mampu memiliki efisiensi penyerapan tinggi, efisiensi kuantum, dan kinerja tertinggi sekaligus mengurangi biaya, berat, dan manufaktur.

Tapi, sementara membidik sel berlapis ultra-tipis, berurusan dengan struktur perangkap cahaya akan menambah biaya dan kompleksitas masalah karena semakin tipis strukturnya, semakin kompleks untuk menyerap energi.

Di sinilah perkembangan baru masuk.

Di dalam kertas dipublikasikan di jurnal Fotonik Alampara peneliti – yang berbasis di Institute of Photonic Sciences di Spanyol, University College London, dan Imperial College London – menjelaskan bagaimana mereka merekayasa lapisan nanokristal dalam sel dengan pendekatan tidak konvensional yang disebut rekayasa gangguan kation.

Menemukan keteraturan dalam ketidakteraturan

Secara rinci, mereka mengambil nanocrystals AgBiS2 dan dengan menggunakan proses anil ringan, mereka dapat menyesuaikan posisi atom kation dalam kisi untuk benar-benar memaksa pertukaran kation antar situs dan mencapai distribusi kation yang homogen.

Dengan menerapkan suhu anil yang berbeda dan mencapai distribusi kation yang berbeda dalam susunan kristal, mereka dapat menunjukkan bahwa bahan semikonduktor ini menunjukkan koefisien penyerapan 5-10 kali lebih besar daripada bahan lain yang saat ini digunakan dalam teknologi fotovoltaik dan, terlebih lagi, melintasi rentang spektral yang mencakup dari UV (400nm) hingga inframerah (1000nm).

Dalam studi tersebut, para ahli menunjukkan bahwa kimia permukaan baru diperlukan untuk bahan baru ini untuk menjaga kualitas optoelektronik nanocrystals pada anil. Dengan demikian, mereka menggunakan asam merkaptopropionat sebagai ligan pasif.

“Pentingnya gangguan atom dalam sel surya anorganik yang muncul saat ini menjadi topik hangat diskusi di lapangan,” Seán Kavanagh, salah satu penulis studi tersebut, mengatakan dalam sebuah pernyataan media. “Investigasi teoretis kami tentang termodinamika dan efek optik/elektronik dari gangguan kation di AgBiS2 mengungkapkan aksesibilitas redistribusi kation dan dampak kuatnya pada sifat optoelektronik. Perhitungan kami mengungkapkan bahwa distribusi kation homogen akan menghasilkan kinerja sel surya yang optimal dalam bahan yang tidak teratur ini, menguatkan penemuan eksperimental sebagai bukti sinergisme antara teori dan eksperimen.

Tipis dan efisien

Kavanagh menjelaskan bahwa dengan hasil ini, ia dan rekan-rekannya membangun sel surya yang diproses dengan larutan ultra tipis dengan mendepositkan nanocrystals AgBiS2, lapis demi lapis, ke ITO/kaca, substrat oksida konduktif transparan yang paling umum digunakan. Mereka melapisi perangkat dengan larutan poli triaril amina dan setelah menerangi perangkat di bawah sinar matahari buatan, mereka mencatat efisiensi konversi daya lebih dari 9% untuk perangkat dengan ketebalan total tidak lebih dari 100 nm, 10-50 kali lebih tipis dari arus. teknologi PV film tipis dan 1000 kali lebih tipis dari PV silikon.

Salah satu perangkat juara kemudian dikirim ke laboratorium kalibrasi fotovoltaik terakreditasi di Newport, AS, yang mensertifikasi efisiensi konversi sebesar 8,85% di bawah iluminasi sinar matahari penuh AM 1.5G.

“Perangkat yang dilaporkan dalam penelitian ini mencatat rekor di antara sel surya anorganik ramah lingkungan bersuhu rendah dan diproses dengan solusi dalam hal stabilitas, faktor bentuk, dan kinerja,” kata rekan penulis Gerasimos Konstantatos. “Rekayasa sistem multinary dengan nanocrystals koloid AgBiS2 yang tidak beraturan kation telah terbukti menawarkan koefisien penyerapan yang lebih tinggi daripada bahan fotovoltaik lain yang digunakan hingga saat ini, memungkinkan perangkat fotovoltaik penyerap sangat tipis yang sangat efisien. Kami senang dengan hasilnya dan akan terus melanjutkan studi ini untuk mengeksploitasi sifat menarik mereka dalam fotovoltaik serta perangkat optoelektronik lainnya.”

Tinggalkan komentar