- Teknologi baru membuat efisiensi sel surya organik mencapai 20,4%.
- Teknologi ini memperkenalkan lapisan tengah untuk meningkatkan stabilitas dan ketahanan.
- Setelah 2.000 jam pengoperasian, sel surya masih mempertahankan lebih dari 85% output.
- Strategi ini memberikan jalur baru untuk masa depan komersial fotovoltaik organik.
Sebuah strategi penguncian molekuler yang sepenuhnya baru menjanjikan untuk mengatasi tantangan efisiensi, stabilitas, dan skalabilitas pada sel surya organik (OSC). Sel surya organik menawarkan alternatif berbasis karbon yang ringan dan fleksibel, menggantikan bahan silikon, serta memiliki potensi aplikasi komersial yang luas. Namun, lapisan halus dari sel ini sering kali terdegradasi dengan cepat di bawah suhu tinggi dan sinar matahari yang terus menerus. Tim peneliti dari Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE) di Akademi Ilmu Pengetahuan China berupaya mengatasi masalah stabilitas ini dengan menerapkan strategi penguncian molekuler untuk mengikat lapisan sel surya dengan kuat.
Secara khusus, strategi ini memperkenalkan lapisan tengah khusus yang secara kimiawi mengikat bahan sel surya pada elektroda. Struktur ini membentuk ikatan molekuler yang kuat, meningkatkan efisiensi energi dan ketahanan jangka panjang, serta cocok untuk panel berskala besar.
Teknologi Baru Meningkatkan Efisiensi dan Stabilitas
Menurut makalah penelitian, kami mencapai efisiensi area kecil sebesar 20,4% dan efisiensi modul area aktif sebesar 18,8%. Untuk memahami perkembangan ini, penting untuk terlebih dahulu memahami mengapa sel surya fleksibel sering gagal. Sel surya organik menangkap sinar matahari melalui lapisan molekul tunggal yang sangat tipis (SAM) yang diletakkan di atas elektroda transparan. Koneksi antara elektroda dan lapisan organik sangat licin. Di bawah suhu tinggi dan paparan cahaya yang terus menerus, ikatan kimia dapat meluncur dan terpisah, menyebabkan lapisan terlepas dan akhirnya membuat sel surya gagal. Ini merupakan tantangan tiga kali lipat bagi para ahli sel surya: menemukan keseimbangan optimal antara efisiensi tinggi, stabilitas jangka panjang, dan skalabilitas komersial.
Sampai saat ini, mengoptimalkan salah satu indikator biasanya berarti mengorbankan indikator lainnya.
Uji Ketahanan Menunjukkan Kinerja Unggul
Untuk memperkuat antarmuka sel surya yang bermasalah, tim peneliti NIMTE menyisipkan lapisan tengah yang sangat tipis dari indium chloride, yang bereaksi secara lokal saat dipanaskan. Proses ini mengeluarkan ion klor yang longgar, membentuk jaringan padat yang terdiri dari ikatan indium, oksigen, dan fosfor. Jaringan kimia ini berfungsi sebagai pengikat yang kuat, mengunci molekul sel surya dengan erat, alih-alih membiarkannya menempel longgar.
Dalam pengujian ketahanan material, pemanasan material akan memicu reaksi kimia yang menghilangkan ion klor yang longgar dan membentuk ikatan kuat antara indium, oksigen, dan fosfor. Proses ini membangun jaringan perlindungan yang tahan lama di permukaan. Lapisan yang baru terbentuk mengikat material sel surya dengan erat, secara signifikan meningkatkan stabilitas keseluruhan. Para peneliti mencatat dalam siaran pers, "Lapisan tengah memicu pertukaran ligan, membentuk jaringan koordinasi indium-oksigen-fosfor yang kuat dan multi-posisi, yang mengikat SAM secara padat dan merata." Strategi ini segera meningkatkan kinerja di semua indikator pengujian kunci.
Sel surya dalam skala laboratorium kecil mencapai efisiensi konversi energi yang mengesankan sebesar 20,4%, sementara modul besar dengan area 15,6 cm² mencatat efisiensi rekor sebesar 18,8%.
Menariknya, perangkat ini menunjukkan ketahanan yang luar biasa, setelah 2.000 jam pengoperasian di bawah paparan terus menerus, masih mempertahankan lebih dari 85% output awal. Penulis komunikasi penelitian, Profesor Liu Quan, menyatakan, "Kami telah memperluas teknologi ini ke modul besar dengan area aperture 15,6 cm², mencapai rekor PCE area aktif sebesar 18,8%." Strategi penguncian kimia yang universal ini memberikan jalur untuk masa depan komersial fotovoltaik organik. Mengatasi tantangan efisiensi, stabilitas, dan skalabilitas, dapat membawa teknologi sel surya fleksibel lebih dekat ke produksi massal.
Di masa depan, permukaan seperti jendela gedung pencakar langit, atap mobil, dan casing jam tangan pintar mungkin dapat diam-diam memanfaatkan penguncian kimia kecil ini untuk menghasilkan listrik. Hasil penelitian ini telah dipublikasikan pada 21 Oktober di jurnal Joule.
Bagaimana Teknologi Baru Mempengaruhi Masa Depan Sel Surya Organik
Perkembangan sel surya organik menghadapi tantangan tiga kali lipat dalam efisiensi, stabilitas, dan skalabilitas. Teknologi baru melalui strategi penguncian molekuler berhasil meningkatkan efisiensi konversi energi dan ketahanan sel, memberikan solusi efektif untuk mengatasi masalah ini. Seiring dengan kematangan teknologi ini, diharapkan dapat direalisasikan produksi massal dalam berbagai aplikasi di masa depan, sehingga mendorong penyebaran dan penerapan energi terbarukan, terutama dalam konteks fleksibilitas dan ringan, seperti pada bangunan dan kendaraan.