Sel Surya Perovskite (PSC) : Sel Surya Organik Masa Depan

Pemanfaatan energi matahari mendorong pesatnya perkembangan sel surya sehingga banyak melahirkan sel surya jenis baru. Saat ini, sel surya terbagi menjadi tiga generasi. Generasi pertama adalah sel surya berbasis silikon, generasi kedua adalah sel surya berbasis material lapisan tipis dan generasi ketiga adalah sel surya organik. Sel surya generasi pertama dan kedua menggunakan efek fotovoltaik yang artinya proses produksi energi listrik bertumpu pada material semikonduktor yang digunakan. Sedangkan sel surya generasi ketiga menggunakan efek fotoelektrokimia. Perbedaannya adalah penggunaan elektrolit pada sel surya generasi ketiga. Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) merupakan pelopor dari sel surya generasi ketiga yang ditemukan oleh M. Gratzel di EPFL. Seiring berjalannya waktu, DSSC tidak mampu bersaing dengan sel surya generasi sebelumnya karena efisiensi yang dihasilkan (10 – 14%) lebih rendah dari sel surya generasi sebelumnya (> 20%)[1]. Hal ini yang membuat para ilmuwan masih mencari sel surya organik dengan efisiensi yang tinggi.

Pada tahun 2013, material dengan struktur perovskite mencuri perhatian ilmuwan dunia. Di alam, CaTiO3 adalah material dengan struktur perovskite. Para peneliti mencoba untuk mensintesis material dengan struktur perovskite seperti CaTiO3. Material perovskite mulai banyak diteliti untuk diterapkan di berbagai bidang seperti sel surya, fuel cell dan sensor.

Gambar 1. Struktur kristal perovskite[2]

Struktur kristal perovskite sintetis terdiri dari kation organik, kation anorganik dan anion anorganik dengan struktur kimia ABX3. Bagian A merupakan kation organik seperti metil ammonium (MA / CH3NH3) atau formamidinium (FA / NH2CHNH2). Bagian B merupakan kation anorganik seperti Timbal (Pb) atau Timah (Sn) sedangkan bagian C merupakan anion anorganik yang diisi oleh unsur halogen seperti Fluor, Iodium, Klor dan Bromin. Sel surya perovskite (PSC) merupakan sel surya organik generasi baru yang mulai dikembangkan oleh lembaga-lembaga penelitian. Faktor yang perlu diperhatikan dalam pemilihan material sel surya adalah energi band gap. Energi band gap merupakan energi minimum diantara ujung pita valensi dan pita konduksi. pada sel surya, energi band gap yang ideal adalah 1,1 – 1,55 eV[3]. Saat ini, sel surya perovskite memiliki efisiensi yang lebih tinggi dari DSSC dan mendekati efisiensi sel surya lapisan tipis.

Gambar 2. (a) Cara kerja PSC[4] (b) Energi band gap pada setiap material di PSC[5] (c) Perbandingan efisiensi dengan energi bandgap pada berbagai jenis sel surya[6]

Material perovskite bertindak sebagai elektrolit untuk menyerap cahaya matahari yang akan mengeksitasi hole (muatan positif) dan elektron (muatan negatif). Elektron akan menuju Electron Transport Material (ETM) yang bertindak sebagai n-type semikonduktor. Material ETM yang umumnya digunakan adalah logam oksida seperti TiO2 atau ZnO. Sementara hole akan menuju Hole Transport Material (HTM) yang bertindak sebegai p-type semikonduktor. Material HTM yang umumnya digunakan adalah material organic seperti Spiro-OMeTAD atau FDA. Dalam PSC, terdapat katoda dan anoda. Logam Emas (Au) atau Perak (Ag) merupakan katoda yang umumnya digunakan. Sedangkan Indium Tin Oxide (ITO) atau Fluorine Tin Oxide (FTO) merupakan anoda yang sering digunakan. Material perovskite bersifat higroskopis yang ketika kontak dengan uap air dan cahaya matahari akan menghasilkan gas hidrogen bukan listrik. Sehingga dalam memproduksi material perovskite membutuhkan glove box untuk menjaga kelembapan.

Gambar 3. (a) Desain PSC[7] (b) Reaksi perovskite dengan uap air dan cahaya matahari[8] (c) Reaksi perovskite dengan cahaya matahari[8]

Seiring berjalannya waktu, efisiensi PSC semakin meningkat. W.S Yang, et.al berhasil membuat PSC dengan efisiensi 20,2% yang merupakan efisiensi paling tinggi dari beberapa penelitian PSC sebelumnya[9]. Efisiensi tersebut setara dengan efisiensi sel surya komersial. Pada tahun 2014, Olga. M, Piotr. K dan Artur. K mendirikan sebuah perusahaan yang bernama Saule Technologies. Perusahaan tersebut merupakan perusahaan pertama yang memasarkan sel surya perovskite (PSC). Metode pembuatannya menggunakan teknik printing dengan menjadikan perovskite sebagai tinta. Satu tahun kemudian, Saule Technologies mendapatkan kucuran dana untuk mengkomersilkan PSC dari Hideo Sawada, pengusaha dan investor asal Jepang. Pada tahun 2016, perusahaan tersebut berhasil membuat PSC untuk aplikasi charger handphone. Kedepan, PSC akan mulai bersaing dengan sel surya berbasis silikon maupun lapisan tipis yang sudah lebih dahulu digunakan oleh masyarakat dunia. Sehingga kita harus siap menyambut hadirnya sel surya berbasis material perovskite (PSC).

 

Referensi

[1] Efficiency of DSSC. http://gcell.com/dye-sensitized-solar-cells/advantages-of-dscc/efficiency (Diakses pada 5 Januari 2018)

[2] Ahmed, M.I., Habib A dan Javaid S.S. 2015. Perovskite Solar Cells : Potentials, Challenges and Opportunities. International Journal of Photoenergy, DOI : 10.1155/2015/592308

[3] Ismail, A. 2017. Solar Cell and Nanotechnology. Depok : Universitas Indonesia

[4] Marinova, N., Valero, S dan Delgado, J.L. 2016. Organic and Perovskite Solar Cells : Working Principles, Materials and Interfaces. Journal of Colloid and Interface Science, DOI : 10.1016/j.jcis.2016.11.021

[5] Pransanthkumar, S dan Giribabu, L. 2016. Recent Advances in Perovskite-Based Solar Cells. Hyderabad : CSIR-Indian Institute of Chemical Technology.

[6] Park, Nam-Gyu., Gratzel M dan Miyasaka T. 2016. Organic-Inorganic Halide Perovskite Photovoltaics. Springer International Publishing

[7] Anaya, M., Lozano, G., Calvo M.E dan Miguez H. 2017. ABX3 Perovskites for Tandem Solar Cells. Joule, 1(4), 1-25, DOI : 10.1016/j.joule.2017.09.017

[8] Yang, S., Weifei F., Zhongqiang Z., Hongzheng C dan Chang-Zhi L. 2017. Recent Advances in Perovskite Solar Cells: Efficiency, Stability and Lead-free Perovskite. Journal of Material Chemistry A, 5(23), 11462 – 11482, DOI : 10.1039/C7TA00366H

[9] Ye, M., Xueqin L., James I., Xiangyang L dan Zhiqun L. 2016. Nanostructured Materials for High Efficiency Perovskite Solar Cells. Springer International Publishing, DOI : 10.1007/978-3-319-32023-6_1

Nilai Artikel Ini
Artikel Berhubungan:

Sponsor Warstek.com:
Fauzi Yusupandi

Fauzi Yusupandi

Mahasiswa S2 Teknik Kimia ITB

Yuk Ajukan Pertanyaaan atau Komentar