Taurin Sulfida Semikonduktor Mengurangi Kehilangan Energi Surya Hingga 75%

Peneliti dari University of Oxford menemukan bahwa bahan sulfida antimon dapat mengatasi salah satu batasan utama dalam pemanfaatan energi surya. Masalah ini terletak pada kenyataan bahwa bahan yang menyerap sinar matahari dengan kuat sering kali kehilangan muatan terlalu cepat, sehingga tidak dapat menghasilkan energi secara efektif. Bahan semikonduktor yang diidentifikasi oleh para peneliti memiliki struktur energi internal yang tidak biasa, seperti ruang tunggu sementara. Secara khusus, ia mampu mempertahankan energi yang ditangkap lebih lama, dan pada suhu kamar, mengurangi kehilangan muatan sekitar 75%. Penulis korespondensi dari Departemen Fisika University of Oxford, Profesor Laura Herz, menyatakan: "Dalam pengembangan bahan energi surya yang efisien, tantangan yang telah lama ada adalah bahwa kemampuan semikonduktor untuk sangat baik dalam menyerap sinar matahari sering kali juga menyebabkan muatan yang dihasilkan cepat hilang.

Penelitian kami menunjukkan bahwa trade-off ini tidaklah tak terhindarkan."

Teknologi kunci terletak pada cara panel surya menghasilkan energi dengan menangkap elektron yang dilepaskan, menghindari muatan ini bergabung kembali dengan lubang bermuatan positif dan hilang dalam bentuk panas. Bahan yang dirancang untuk memaksimalkan penyerapan sinar matahari secara alami menciptakan lingkungan yang padat, di mana muatan ini hampir segera bertabrakan. Rekombinasi cepat ini menciptakan hambatan efisiensi bagi semikonduktor pengumpul cahaya standar. Semikonduktor berbasis sulfida antimon membantu mengubah keadaan ini. Tim Oxford menggunakan teknologi spektroskopi terahertz ultra cepat, yang pada dasarnya adalah memancarkan pulsa laser yang berlangsung beberapa mikrodetik, untuk membantu mendeteksi film bahan tersebut.

Karakteristik Susunan Kuantum Sulfida Antimon

Hasil yang mereka temukan mengejutkan mereka. Sulfida antimon memiliki susunan kuantum yang langka, yang disebut semikonduktor pseudo langsung. Energi cahaya masuk melalui saluran energi tinggi utama, di mana sinar matahari diserap dengan kuat. Di bawah pintu masuk ini, segera muncul keadaan energi yang lebih rendah untuk menangkap muatan yang terangsang. Sebagai kolam penyimpanan sementara, keadaan tingkat ini menyimpan muatan dengan aman, sebelum melepaskannya. Jalur tingkat ini tidak mudah menghabiskan muatan, memungkinkan elektron untuk tetap aman dalam penyimpanan hingga saat pengumpulan tiba. Pada suhu kamar, ruang tunggu mikroskopis ini mengurangi kehilangan muatan sebesar 75% dibandingkan dengan bahan konvensional.

Profesor Herz menambahkan: "Dengan mengungkapkan bagaimana struktur elektron yang tidak biasa menggabungkan penyerapan cahaya yang kuat dengan rekombinasi yang lebih lambat, kami telah mengidentifikasi prinsip baru dalam merancang semikonduktor, yang dapat membantu kami mengumpulkan energi surya dengan lebih efisien." Sulfida antimon yang tidak beracun ini belum menjadi panel atap yang tersedia di pasar. Tim Oxford mencatat bahwa penelitian ini membuktikan mekanisme fisika dasar, bukan produk komersial. Namun, mengetahui adanya jalan pintas elektron ini adalah yang terpenting. Para peneliti sekarang dapat memindai basis data bahan, merancang semikonduktor kustom dengan karakteristik "jalan pintas" yang sama.

Potensi Desain Semikonduktor di Masa Depan

Profesor Herz menyatakan: "Bagian yang paling menarik dari penemuan ini adalah bahwa kami tidak hanya memperbaiki karakteristik semikonduktor yang ada, tetapi juga mengidentifikasi cara baru di mana semikonduktor dapat berfungsi. Memahami mekanisme ini memberikan peta jalan bagi kami untuk menemukan dan secara potensial merekayasa bahan lain dengan karakteristik serupa yang menguntungkan."

Ini tidak hanya dapat membuka potensi panel surya, tetapi juga memungkinkan muatan yang lebih tahan lama dalam konversi energi surya menjadi bahan bakar kimia. Sulfida antimon sebagai bahan alternatif yang melimpah dan tidak beracun menawarkan keuntungan lingkungan dan manufaktur, menggantikan bahan yang mengandung timbal atau kadmium. Para peneliti dapat menggunakan metode yang tersedia seperti pengolahan larutan berbiaya rendah, penguapan termal, dan deposisi kimia untuk memproduksi film-film ini secara efisien. Penelitian ini dipublikasikan pada 28 Oktober di jurnal Nature.