Lapisan pigmen organik seperti quinacridone (QA) secara signifikan meningkatkan stabilitas jangka panjang sel surya melalui beberapa mekanisme utama, berdasarkan penelitian terbaru:
1. Pasivasi Cacat Permukaan
Pigmen organik seperti QA mengisi celah dan cacat pada struktur perovskit atau silikon, yang biasanya menjadi titik awal degradasi.
- Contoh: QA pada lapisan perovskit (MAPbI₃) mengurangi rekombinasi elektron-lubang nonradiatif, penyebab utama kehilangan energi dan penurunan efisiensi1.
- Hasil: Sel surya dengan QA mempertahankan 90% efisiensi awal setelah 1.000 jam operasi, dibandingkan sel tanpa pigmen yang efisiensinya turun drastis1.
2. Hidrofobisitas (Ketahanan Air)
Lapisan pigmen organik membentuk permukaan tahan air, mencegah kelembapan dan air hujan merusak material sel.
- Mekanisme: QA membuat permukaan sel hidrofobik, sehingga air tidak menumpuk atau meresap ke dalam struktur perovskit1.
- Efek Self-Cleaning: Air hujan mengalir cepat, membersihkan debu dan kotoran yang menghalangi penyerapan cahaya1.
3. Stabilitas Termal dan Kimia
Pigmen organik memiliki struktur molekul stabil yang tahan panas dan cahaya.
- Ketahanan Suhu Tinggi: QA tetap stabil pada suhu operasional tinggi, mencegah degradasi termal yang umum terjadi pada sel perovskit1.
- Stabilitas Kimia: Tidak mudah teroksidasi atau terurai, bahkan dalam kondisi lembap1.
4. Biaya Rendah dan Proses Sederhana
- Material Murah: QA hanya berharga $0,50/kg, jauh lebih ekonomis daripada material pasivasi konvensional1.
- Aplikasi Mudah: Proses spin-coating-annealing atau spray coating memungkinkan produksi skala besar tanpa alat mahal1.
5. Contoh Implementasi
- Studi Florida State University:
- Efisiensi sel perovskit meningkat dari 18,9% menjadi 21,1% dengan QA.
- Stabilitas jangka panjang terjaga karena lapisan QA yang hidrofobik dan pasivasi cacat1.
- Sel Tandem Perovskit/Silikon:
Lapisan organik seperti CF3-TEA meningkatkan retensi efisiensi >90% meskipun terpapar panas dan kelembapan ekstrem1.
6. Tantangan dan Solusi
- Konsistensi Lapisan: Aplikasi pigmen pada permukaan bertekstur mikro memerlukan presisi tinggi untuk memastikan ketebalan seragam1.
- Degradasi Kimia Jangka Panjang: Beberapa pigmen organik rentan terhadap oksidasi, sehingga diperlukan modifikasi struktur molekul15.
Kesimpulan
Lapisan pigmen organik seperti QA meningkatkan stabilitas jangka panjang sel surya melalui:
- Pasivasi cacat permukaan untuk mengurangi rekombinasi nonradiatif.
- Hidrofobisitas yang melindungi dari air dan kelembapan.
- Stabilitas termal/kimia intrinsik dari struktur molekulnya.
Dengan efisiensi tetap tinggi (>90% setelah 1.000 jam) dan biaya produksi rendah, teknologi ini menjanjikan untuk komersialisasi sel surya berdaya tahan tinggi14. Luck365