Peneliti mengembangkan metode baru meningkatkan efisiensi sel surya perovskit menjadi 26%

Peneliti telah mengembangkan metode baru untuk meningkatkan efisiensi dan daya tahan sel surya perovskit dengan mengontrol proses kristalisasi material. Penelitian menunjukkan bahwa fasa cair sementara dapat membantu menghasilkan kristal yang lebih besar, lebih seragam, dan mengurangi cacat. Tim ini dipimpin bersama oleh peneliti dari University of California San Diego (UC San Diego), yang memanfaatkan metode ini untuk memperbaiki sel surya berbasis perovskit dan dioda pengemis cahaya. Perangkat-perangkat ini mencapai efisiensi sekitar 24% hingga 26%, salah satu nilai tertinggi yang dilaporkan untuk perangkat perovskit.

Sel surya yang diproduksi dengan teknik ini mempertahankan sebagian besar efisiensi awalnya setelah beroperasi terus-menerus selama delapan minggu di bawah sinar matahari simulasi. Fasa cair membantu pertumbuhan kristal, material perovskit membantu membuat teknologi surya lebih ekonomis, dan menawarkan efisiensi tinggi. Material ini dapat diproses dari larutan cair dan diendapkan dalam bentuk film tipis, yang dibandingkan dengan sel surya silikon konvensional, berpotensi mengurangi energi dan kompleksitas manufaktur yang dibutuhkan. Namun, produksi film perovskit berkualitas tinggi tetap menghadapi tantangan. Film-film ini biasanya mengandung banyak kristal kecil, dan batas di antara kristal-kristal tersebut disebut batas butir. Cacat di area-area ini dapat menyebabkan kehilangan energi, sehingga menurunkan kinerja perangkat. Masalah ini menjadi lebih menonjol ketika produsen mencoba memproduksi panel surya berukuran lebih besar, karena mempertahankan efisiensi di area yang lebih luas menjadi sulit.

Mengatasi Masalah Pertumbuhan Kristal

Untuk mengatasi masalah ini, tim peneliti yang dipimpin oleh profesor kimia dan rekayasa nano UC San Diego, David Fenning, berkolaborasi dengan rekan-rekan di Princeton University dan Sungkyunkwan University Korea Selatan. Mereka menambahkan zinc bromide dan methylammonium chloride ke dalam larutan yang digunakan untuk memproduksi material yang disebut halide perovskit. Saat dipanaskan, aditif-aditif ini membentuk campuran titik lebur rendah yang disebut eutektik. Campuran ini membentuk fasa cair sementara di sekitar batas kristal yang sedang tumbuh, memungkinkan kristal untuk menyusun ulang dan membentuk struktur yang lebih teratur.

Seiring berlanjutnya pemanasan, methylammonium chloride menguap, meninggalkan zinc terkonsentrasi di sekitar batas kristal. Sisa zinc membantu menetralkan cacat elektronik yang dapat mengganggu pergerakan muatan. "Kami memperkenalkan cara baru mengatur pertumbuhan halide perovskit dengan mengembangkan campuran aditif yang berevolusi secara aktif selama kristalisasi," kata penulis pertama bersama Connor Dolan, lulusan doktor kimia dan rekayasa nano dari laboratorium Fenning. "Yang lebih menarik, produk akhir menghilangkan cacat pembatas kinerja di tepi butir kristal."

Peneliti menggunakan teknik pencitraan X-ray canggih untuk mengamati perubahan material pada skala sangat kecil. Pengukuran mereka menunjukkan bahwa selama pemanasan, area di sekitar batas kristal menjadi tidak teratur dan mirip cairan, lalu kembali ke keadaan teratur setelah garam tambahan menguap dan pertumbuhan kristal berakhir. Perawatan ini menghasilkan kristal yang lebih besar dengan lebih sedikit cacat struktural dan distribusi sifat kimia yang lebih seragam. Peneliti juga tertarik memahami mengapa transisi padat-cair-padat ini terjadi pada suhu yang sama.

Potensi Peningkatan Kinerja Perangkat

Struktur kristal yang diperbaiki menerjemahkan kinerja perangkat yang lebih baik. Dalam sel surya, sinar matahari menggerakkan elektron, dan meninggalkan lubang bermuatan positif. Berapa lama pasangan elektron-lubang ini bertahan membantu menunjukkan seberapa efektif material mendukung konversi energi suraya. "Perovskit yang dibuat dengan aditif pembentuk eutektik memiliki umur pasangan elektron-lubang terlama dari semua semikonduktor band gap langsung yang pernah ada, ini menunjukkan potensi metode ini," ujar Dolan. Peneliti juga menguji metode ini pada komposisi perovskit yang berbeda, dan menemukan bahwa metode ini efektif di semua sistem kimia yang mereka periksa.

"Sepertinya setiap yang kami coba berhasil!" tambah Dolan. "Saya berharap mekanisme ini memiliki kesempatan untuk benar-benar bersifat universal, dan menyediakan platform untuk inovasi lebih lanjut bagi komunitas perovskit." Tim saat ini meneliti campuran eutektik lain untuk mengontrol proses kristalisasi dengan lebih baik. Peneliti berharap metode ini dapat menyediakan strategi yang lebih luas untuk memproduksi material perovskit berkualitas tinggi, dan mendukung pengembangan teknologi surya berkinerja tinggi yang dapat diproduksi dalam skala lebih besar. Penelitian ini telah diterbitkan di jurnal *Science*.

Item	Spesifikasi
Efisiensi	24% - 26%
Durasi Pengujian	Delapan minggu

Terobosan Teknologi Sel Surya Perovskit

Sel surya perovskit menarik perhatian luas berkat potensi efisiensi tinggi dan ekonomisnya. Penelitian ini menunjukkan bahwa dengan mengontrol proses kristalisasi, kinerja sel dapat ditingkatkan secara signifikan, dan cacat dapat dikurangi, yang krusial untuk mendorong komersialisasi teknologi perovskit. Seiring bertambahnya permintaan teknologi surya, metode baru ini mungkin menjadi kunci produksi sel surya berkinerja tinggi di masa depan. Upaya berkelanjutan tim peneliti juga menunjukkan bahwa masih ada ruang inovasi yang luas dalam pengembangan material perovskit.