Terobosan Canggih: Ilmuwan Menemukan Desain Baru Sel Surya Super Efisien dengan Bahan Organik Tetracene

Para ilmuwan di Paderborn University telah menggunakan simulasi komputer yang kompleks untuk menciptakan desain baru sel surya yang jauh lebih efisien daripada yang sebelumnya ada. Mereka menggunakan lapisan tipis bahan organik, yang disebut tetracene, untuk meningkatkan efisiensi sel surya tersebut.

panel surya

Para ilmuwan di Paderborn University telah menggunakan simulasi komputer yang kompleks untuk menciptakan desain baru sel surya yang jauh lebih efisien daripada yang sebelumnya ada. Mereka menggunakan lapisan tipis bahan organik, yang disebut tetracene, untuk meningkatkan efisiensi sel surya tersebut. Hasil penelitian mereka telah dipublikasikan dalam jurnal terkemuka Physical Review Letters.

Energi yang diterima Bumi dari sinar matahari setiap tahun melebihi satu triliun kilowatt jam, melebihi permintaan energi global lebih dari 5000 kali lipat. Fotovoltaik, yaitu konversi energi sinar matahari menjadi listrik, menawarkan potensi besar dan masih belum sepenuhnya digarap untuk memenuhi kebutuhan energi bersih dan terbarukan. Meskipun sel surya silikon yang saat ini mendominasi pasar memiliki efisiensi yang cukup tinggi, namun mereka memiliki batasan dalam meningkatkan efisiensi lebih lanjut.

Salah satu alasan dari batasan efisiensi tersebut adalah sebagian energi dari radiasi gelombang pendek tidak diubah menjadi listrik, melainkan menjadi panas yang tidak diinginkan.

Untuk meningkatkan efisiensi, sel surya silikon dapat diberikan lapisan organik, seperti tetracene, yang merupakan semikonduktor. Cahaya gelombang pendek diserap oleh lapisan ini dan diubah menjadi eksitasi elektronik berenergi tinggi yang disebut eksiton. Eksiton ini kemudian memudar menjadi dua eksitasi berenergi rendah. Jika eksitasi tersebut berhasil ditransfer ke sel surya silikon, mereka dapat diubah secara efisien menjadi listrik, meningkatkan hasil energi yang dapat digunakan secara keseluruhan.

Terobosan Penting untuk Transfer Energi Cepat

Tim peneliti sedang mempelajari bagaimana energi dari tetracene dapat dipindahkan ke silikon menggunakan teknologi simulasi komputer yang canggih di Paderborn Center for Parallel Computing (PC2), pusat komputasi unggulan universitas. Suatu kemajuan besar telah berhasil dicapai: dalam penelitian bersama dengan Dr. Marvin Krenz dan Prof. Dr. Uwe Gerstmann, keduanya juga dari Universitas Paderborn, para ilmuwan telah menunjukkan bahwa adanya cacat tertentu dalam bentuk ikatan kimia yang tidak jenuh di antara lapisan tetracene dan sel surya secara dramatis mempercepat transfer energi. Cacat-cacat semacam itu muncul selama proses desorpsi hidrogen dan menyebabkan terbentuknya keadaan antarmuka elektronik dengan energi yang berfluktuasi. Fluktuasi ini membawa eksitasi elektronik dari tetracene ke silikon seperti naik turunnya sebuah lift.

Skema menunjukkan bagian dari sel surya silikon yang peka terhadap fisi ganda.
Skema menunjukkan bagian dari sel surya silikon yang peka terhadap fisi ganda. Penyerapan foton berenergi tinggi oleh lapisan tetracene menghasilkan sebuah eksiton singlet. Eksiton singlet ini menjalani fisi singlet untuk menghasilkan dua eksiton triplet. Eksiton-e ini kemudian ditransfer ke sel surya Si. Rincian gambar yang diperbesar (kiri) menunjukkan pandangan samping dari model yang digunakan untuk antarmuka antara Si(111):H dan fase Tc dengan kepadatan tinggi (HD) serta kepadatan rendah (LD). Juga ditunjukkan adalah cacat ikatan tergantung antarmuka (kanan).

Umumnya, keberadaan “cacat” dalam sel surya sebenarnya dikaitkan dengan kerugian energi. Namun, hasil penelitian dari trio fisikawan tersebut justru mengejutkan. Hasil simulasi komputer memberikan petunjuk yang tepat untuk merancang jenis baru sel surya yang memiliki efisiensi yang jauh lebih tinggi.

Referensi :

[1] https://www.uni-paderborn.de/en/news-item/132624 diakses pada 26 Februari 2024

[2] Marvin Krenz, Uwe Gerstmann, Wolf Gero Schmidt. Defect-Assisted Exciton Transfer across the Tetracene-Si(111):H InterfacePhysical Review Letters, 2024; 132 (7) DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.076201

Tinggalkan Komentar

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *