Peneliti Hong Kong menemukan sel perovskite dengan efisiensi tinggi

Read Time:3 Minute, 11 Second

Sel surya perovskit baru yang sangat efisien dan stabil telah diproduksi oleh tim peneliti yang dipimpin oleh ahli kimia dari City University of Hong Kong (CityU) dan Imperial College London (Imperial College). Penemuan terobosan ini kemungkinan akan mempercepat komersialisasi teknologi fotovoltaik perovskit, menjadikannya alternatif yang layak untuk sel surya silikon.

Sel surya tradisional terbuat dari silikon, yang memiliki efisiensi konversi daya tinggi dan kinerja yang stabil. Namun, harganya relatif mahal, dan efisiensi fotovoltaiknya telah mencapai batas praktis dan ekonomisnya. Perovskites secara luas diakui sebagai pelopor dalam perlombaan untuk menggantikan silikon sebagai bahan pilihan untuk panel surya. Sel surya yang terbuat dari perovskite diproyeksikan lebih murah, memiliki suhu produksi yang lebih rendah, dan ringan serta fleksibel. Mereka dapat dicetak pada film plastik sebagai sel surya fleksibel atau digunakan sebagai lapisan kaca jendela penyerap matahari, memberi mereka berbagai aplikasi.

Konfigurasi desain terbalik sel surya perovskit telah menunjukkan stabilitas yang luar biasa, menjadikannya kandidat yang baik untuk mencapai masa pakai sel surya silikon konvensional. Bahan perovskite, di sisi lain, memiliki komponen kimia reaktif yang dapat dengan mudah menguap dan memburuk pada suhu dan kelembaban tinggi, mengurangi masa operasional sel surya. Dan masih belum ada strategi untuk meningkatkan efisiensi sel surya perovskit terbalik hingga 25%, memungkinkan mereka untuk bersaing dengan sel surya silikon sambil menjaga stabilitasnya.

Zhu Zonglong, Asisten Profesor di Departemen Kimia CityU, terinspirasi oleh kualitas unik dari zat yang mengandung logam yang disebut ferrosen untuk mengatasi tantangan ini dengan teknik baru. Tim Dr. Zhu mencapai terobosan dengan secara cerdik menambahkan ferrosen ke sel surya perovskit sebagai antarmuka antara lapisan penyerap cahaya dan lapisan pengangkut elektron, dalam kemitraan dengan Profesor Nicholas Long dari Imperial College. “Kami adalah tim pertama yang berhasil meningkatkan sel surya perovskit terbalik ke rekor efisiensi 25% saat lulus uji stabilitas Komisi Elektroteknik Internasional (IEC),” kata Dr. Zhu.

Temuan ini dilaporkan di Science, majalah ilmiah peer-review.

Profesor Long, seorang ahli kimia organologam, berkomentar, “Fitur unik ferrosen dapat membantu mengatasi tantangan dengan sel surya perovskit.” Ferrosen adalah bahan kimia yang mengandung dua cincin karbon planar mengapit satu atom besi. Tim Profesor Long mengembangkan ferrocene, di mana cincin karbon terhubung ke kelompok organik yang berbeda, dan tim Dr. Zhu menggunakannya. Dr Zhu mencatat, “Grup organik ini meminimalkan reaktivitas permukaan perovskit, meningkatkan efisiensi dan stabilitas.”

Lapisan bahan membuat sel surya perovskit. Lapisan perovskit digunakan untuk mengumpulkan cahaya. Molekul ferrosen meningkatkan efisiensi dengan mempercepat transpor elektron dari lapisan aktif perovskit ke elektroda di lapisan konversi listrik.

“Senyawa organologam berbasis ferrosen yang diproduksi oleh tim kolaboratif dengan kuat memperbaiki ion pada permukaan perovskit melalui ikatan kimia yang kuat, menurunkan sensitivitas sel surya terhadap lingkungan eksternal dan memperpanjang proses kerusakan perangkat,” tambah Dr. Zhu.

Tim CityU menemukan bahwa sel surya yang baru dirancang ini dapat berjalan selama lebih dari 1.500 jam di bawah penerangan terus menerus sambil mempertahankan lebih dari 98 persen efisiensi awalnya. Perangkat juga lulus kriteria fotovoltaik matang internasional, menunjukkan peningkatan stabilitas di lingkungan yang panas dan lembab (85 derajat Celcius dan 85 persen kelembaban).

“Aspek yang paling signifikan dari penelitian ini adalah bahwa kami mampu membangun sel surya perovskit yang sangat efisien dengan stabilitas yang menjanjikan. Hasil yang dapat dipercaya menunjukkan bahwa perovskit sedang dalam pendekatan untuk menjadi layak secara komersial “Dr. Zhu menyatakan.

Desain mereka dipatenkan oleh tim koperasi. “Dengan bahan kimia inovatif dan proses sederhana ini, kami ingin meningkatkan produksi sel surya perovskit dan berkontribusi pada tujuan keberlanjutan ‘nol-karbon’ di seluruh dunia,” Dr. Zhu menyimpulkan.

Penulis terkait makalah ini adalah Dr. Zhu dan Profesor Long. Mahasiswa PhD Li Zhen dan Wu Xin, serta peneliti pascadoktoral Dr Li Bo, dari Departemen Kimia CityU, adalah penulis pertama. Dr. Zhang Shoufeng dan Mr. Gao Danpeng, keduanya dari Departemen Kimia, juga merupakan anggota tim CityU.

CityU, Dana Inovasi dan Teknologi, Dewan Hibah Penelitian Hong Kong, dan Yayasan Ilmu Pengetahuan Alam Provinsi Guangdong semuanya berkontribusi dalam penelitian ini.