Penelitian baru menunjukkan harapan besar untuk meningkatkan efisiensi sel surya

Penelitian baru menunjukkan bahwa sel surya perovskit anorganik murni menjanjikan untuk meningkatkan efisiensi sel surya.

Perovskit organik-anorganik hibrida telah menunjukkan efisiensi fotovoltaik yang sangat tinggi lebih dari 25%. Kebijaksanaan yang berlaku di bidang ini adalah bahwa molekul organik (mengandung karbon dan hidrogen) dalam material sangat penting untuk mencapai prestasi yang mengesankan ini, karena mereka diyakini dapat menekan rekombinasi pembawa muatan yang dibantu cacat.

Penelitian baru di divisi bahan UC Santa Barbara telah menunjukkan tidak hanya bahwa asumsi ini salah, tetapi juga bahwa bahan anorganik murni memiliki potensi untuk mengungguli perovskit hibrida. Hasilnya dipublikasikan dalam artikel “All-anorganic Halide Perovskites as Candidate for Efficiency Solar Cells”, yang muncul di sampul majalah pada 20 Oktober 2021. Sel melaporkan ilmu fisika.

“Untuk membandingkan bahan, kami melakukan simulasi ekstensif dari mekanisme rekombinasi,” jelas Xie Zhang, peneliti utama studi tersebut. “Ketika cahaya jatuh pada bahan sel surya, pembawa yang dihasilkan foto menghasilkan arus; Rekombinasi pada cacat menghancurkan beberapa pembawa ini dan dengan demikian mengurangi efisiensi. Cacat dengan demikian bertindak sebagai pembunuh efisiensi.”

Untuk membandingkan perovskit anorganik dan hibrida, para peneliti memeriksa dua bahan prototipe. Kedua bahan tersebut mengandung atom timbal dan yodium, tetapi dalam satu bahan struktur kristal dilengkapi oleh unsur anorganik cesium, sedangkan di bahan lain terdapat molekul metilamonium organik.

Menyortir proses-proses ini secara eksperimental sangat sulit, tetapi perhitungan mekanika kuantum mutakhir dapat secara akurat memprediksi tingkat rekombinasi berkat metodologi baru yang dikembangkan dalam kelompok profesor bahan UCSB Chris Van de Walle, Turiansky, seorang mahasiswa pascasarjana senior dalam kelompok dengan siapa Menulis kode untuk menghitung tingkat rekombinasi.

“Metode kami sangat kuat dalam menentukan cacat mana yang menyebabkan hilangnya kapal induk,” kata Turiansky. “Sangat menarik untuk melihat bagaimana pendekatan ini diterapkan pada salah satu masalah paling kritis di zaman kita, yaitu pembangkitan energi terbarukan yang efisien.”

Melakukan simulasi menunjukkan bahwa cacat yang umum pada kedua bahan menyebabkan derajat rekombinasi yang sebanding (dan relatif jinak). Namun, molekul organik dalam perovskit hibrida dapat pecah; Ketika atom hidrogen hilang, “kekosongan” yang dihasilkan sangat mengurangi efisiensi. Oleh karena itu, kehadiran molekul lebih merupakan kerugian daripada keuntungan bagi efisiensi material secara keseluruhan.

Lalu mengapa ini tidak diperhatikan secara eksperimental? Terutama karena lebih sulit untuk menumbuhkan lapisan berkualitas tinggi dari bahan anorganik murni. Mereka cenderung mengambil struktur kristal yang berbeda dan lebih banyak eksperimen diperlukan untuk mempromosikan pembentukan struktur yang diinginkan. Namun, penelitian terbaru menunjukkan bahwa mencapai struktur yang disukai sangat layak. Kesulitannya, bagaimanapun, menjelaskan mengapa perovskit anorganik murni tidak mendapat banyak perhatian.

“Kami berharap pengetahuan kami tentang efisiensi yang diharapkan akan merangsang kegiatan lebih lanjut dalam pembuatan perovskit anorganik,” tutup Van de Walle.

Referensi: “Perovskit Halida All-anorganik sebagai Kandidat Sel Surya Efisiensi” oleh Xie Zhang, Mark E. Turiansky dan Chris G. Van de Walle, 11 Oktober 2021, Sel melaporkan ilmu fisika.
DOI: 10.1016 / j.xcrp.2021.100604

Penelitian ini didanai oleh Departemen Energi Kantor Ilmu Pengetahuan, Kantor Ilmu Energi Dasar; perhitungan dilakukan di Pusat Komputasi Ilmiah Riset Energi Nasional.