Efisiensi Kuantum 190% yang Belum Pernah Ada Sebelumnya – Material Baru Dapat Meningkatkan Efisiensi Panel Surya Secara Drastis
Peneliti Universitas Lehigh telah menciptakan bahan sel surya revolusioner dengan efisiensi kuantum eksternal hingga 190%, melampaui batas efisiensi konvensional dan menunjukkan harapan besar untuk meningkatkan sistem energi surya di masa depan. Pengembangan lebih lanjut diperlukan untuk penerapan praktis, didukung oleh hibah Departemen Energi AS.
Hal ini menunjukkan potensi besar untuk memajukan pengembangan sel surya generasi mendatang yang sangat efisien, yang sangat penting untuk memenuhi kebutuhan energi global.
Sebuah tim dari Universitas Lehigh telah menciptakan bahan yang secara signifikan dapat meningkatkan efisiensi panel surya.
Sebuah prototipe yang menggunakan bahan tersebut sebagai lapisan aktif dalam sel surya menunjukkan penyerapan fotovoltaik rata-rata sebesar 80%, tingkat pembangkitan pembawa fotoeksitasi yang tinggi, dan efisiensi kuantum eksternal (EQE) hingga 190% yang belum pernah terjadi sebelumnya—sebuah ukuran yang jauh melebihi batas efisiensi teoritis Shockley-Queisser untuk bahan berbasis silikon dan mendorong bidang bahan kuantum untuk fotovoltaik ke tingkat yang lebih tinggi.
Chindeu Ekuma. Kredit: Universitas Lehigh
“Pekerjaan ini mewakili lompatan maju yang signifikan dalam pemahaman dan pengembangan solusi energi berkelanjutan, menyoroti pendekatan inovatif yang dapat mendefinisikan kembali efisiensi dan aksesibilitas energi surya dalam waktu dekat,” kata Chinedu Ekuma, profesor fisika, yang menerbitkan makalah tentang pengembangan tersebut. materi dengan mahasiswa doktoral Lehigh Srihari Kastuar di jurnal Kemajuan Ilmu Pengetahuan.
Sifat Material Tingkat Lanjut
Lompatan efisiensi material ini sebagian besar disebabkan oleh “keadaan pita menengah” yang khas, yaitu tingkat energi spesifik yang ditempatkan dalam struktur elektronik material sedemikian rupa sehingga menjadikannya ideal untuk konversi energi matahari.
Negara-negara ini memiliki tingkat energi dalam kesenjangan subband optimal—rentang energi di mana material dapat menyerap sinar matahari secara efisien dan menghasilkan pembawa muatan—sekitar 0,78 dan 1,26 elektron volt.
Selain itu, material ini berkinerja sangat baik dengan tingkat penyerapan yang tinggi pada daerah spektrum elektromagnetik inframerah dan sinar tampak.
Skema sel surya film tipis dengan CuxGeSe/SnS sebagai lapisan aktif. Kredit: Lab Ekuma / Universitas Lehigh
Dalam sel surya tradisional, EQE maksimum adalah 100%, mewakili pembangkitan dan pengumpulan satu elektron untuk masing-masing sel foton diserap dari sinar matahari. Namun, beberapa material dan konfigurasi canggih yang dikembangkan selama beberapa tahun terakhir telah menunjukkan kemampuan menghasilkan dan mengumpulkan lebih dari satu elektron dari foton berenergi tinggi, mewakili EQE lebih dari 100%.
Srihari Kastuar, Universitas Lehigh. Kredit: Universitas Lehigh
Meskipun material Multiple Exciton Generation (MEG) tersebut belum dikomersialkan secara luas, material tersebut memiliki potensi untuk meningkatkan efisiensi sistem tenaga surya. Dalam material yang dikembangkan Lehigh, keadaan pita perantara memungkinkan penangkapan energi foton yang hilang oleh sel surya tradisional, termasuk melalui refleksi dan produksi panas.
Pengembangan Materi dan Potensi
Para peneliti mengembangkan material baru dengan memanfaatkan “celah van der Waals”, yaitu celah kecil secara atom antara material dua dimensi yang berlapis. Kesenjangan ini dapat membatasi molekul atau ion, dan para ilmuwan material biasanya menggunakannya untuk menyisipkan, atau “menyisipan,” elemen lain untuk menyesuaikan sifat material.
Untuk mengembangkan materi baru mereka, para peneliti Lehigh memasukkan atom tembaga bervalensi nol di antara lapisan bahan dua dimensi yang terbuat dari germanium selenida (GeSe) dan timah sulfida (SnS).
Ekuma, seorang ahli fisika benda terkondensasi komputasi, mengembangkan prototipe sebagai bukti konsep setelah pemodelan komputer ekstensif dari sistem tersebut menunjukkan janji teoretis.
“Respon cepat dan peningkatan efisiensinya sangat menunjukkan potensi GeSe/SnS yang diinterkalasi Cu sebagai bahan kuantum untuk digunakan dalam aplikasi fotovoltaik tingkat lanjut, menawarkan jalan bagi peningkatan efisiensi dalam konversi energi surya,” katanya. “Ini adalah kandidat yang menjanjikan untuk pengembangan sel surya generasi mendatang yang sangat efisien, yang akan memainkan peran penting dalam memenuhi kebutuhan energi global.”
Meskipun pengintegrasian material kuantum yang baru dirancang ke dalam sistem energi surya saat ini memerlukan penelitian dan pengembangan lebih lanjut, Ekuma menunjukkan bahwa teknik eksperimental yang digunakan untuk membuat material ini sudah sangat maju. Seiring berjalannya waktu, para ilmuwan telah menguasai metode yang secara tepat memasukkan atom, ion, dan molekul ke dalam material.
Referensi: “Keadaan pita perantara yang disetel secara kimia dalam bahan kuantum CuxGeSe/SnS yang tipis secara atom untuk aplikasi fotovoltaik” oleh Srihari M. Kastuar dan Chinedu E. Ekuma, 10 April 2024, Kemajuan Ilmu Pengetahuan.
DOI: 10.1126/sciadv.adl6752
Penelitian ini sebagian didanai oleh hibah dari Departemen Energi AS.
RisalahPos.com Network
Related posts
# PARTNERSHIP
