Apakah pigmen organik dapat meningkatkan efisiensi sel surya tandem perovskit/silikon

Ya, pigmen organik dapat meningkatkan efisiensi sel surya tandem perovskit/silikon. Berikut penjelasan berdasarkan hasil penelitian terkini:

1. Peningkatan Efisiensi melalui Pasivasi Cacat Permukaan

• CF3-TEA pada Silikon Bertekstur Mikro:
  Senyawa organik CF3-TEA (tiofenetilammonium dengan gugus trifluorometil) diaplikasikan melalui spray coating pada permukaan silikon bertekstur mikro. Lapisan ini:
  • Mengurangi cacat permukaan pada lapisan perovskit.
  • Menghambat rekombinasi nonradiatif (kehilangan energi).
  • Meningkatkan transfer elektron ke lapisan penangkap muatan.
  • Hasil: Efisiensi sel tandem mencapai hampir 31% (tertinggi untuk sel perovskit/silikon), dengan stabilitas jangka panjang (90% efisiensi awal setelah 500 jam operasi)12.
• Quinacridone (QA) pada Perovskit:
  Pigmen organik QA (harga $0,50/kg) digunakan sebagai lapisan passivasi pada film perovskit (MAPbI₃):
  • Efisiensi sel tunggal meningkat dari 18,9% menjadi 21,1%.
  • Sel mempertahankan 90% efisiensi setelah 1.000 jam dalam kondisi pencahayaan ambien3.

2. Mekanisme Peningkatan

1. Pasivasi Cacat:
   Pigmen organik seperti CF3-TEA dan QA mengisi celah pada struktur perovskit atau silikon, mengurangi cacat yang menyebabkan rekombinasi elektron-lubang.
2. Transfer Muatan Optimal:
   Tingkat energi pigmen memfasilitasi transfer lubang (hole) terarah dari perovskit ke lapisan transpor muatan, meningkatkan ekstraksi energi.
3. Hidrofobisitas:
   Lapisan pigmen organik membuat permukaan sel tahan air, mencegah degradasi akibat kelembapan.

3. Keunggulan Biaya

• Substrat Murah:
  CF3-TEA memungkinkan penggunaan wafer silikon Czochralski bertekstur mikro (biaya 50% lebih rendah daripada wafer halus/berstruktur nano).
• Material Berbiaya Rendah:
  QA hanya $0,50/kg, jauh lebih murah daripada material konvensional seperti lapisan logam atau semikonduktor kompleks3.
• Proses Sederhana:
  Teknik aplikasi seperti spray coating atau spin-coating-annealing tidak memerlukan peralatan mahal, cocok untuk produksi skala industri13.

4. Perbandingan Efisiensi

5. Tantangan

• Konsistensi Lapisan:
  Aplikasi pigmen pada permukaan bertekstur mikro memerlukan presisi untuk memastikan lapisan seragam.
• Kompatibilitas Energi:
  Tingkat energi pigmen harus sesuai dengan material perovskit/silikon untuk transfer muatan optimal12.

Kesimpulan

Pigmen organik seperti CF3-TEA dan QA terbukti meningkatkan efisiensi sel surya tandem perovskit/silikon melalui:

1. Pasivasi cacat permukaan yang mengurangi kehilangan energi.
2. Transfer muatan terarah yang meningkatkan ekstraksi elektron/lubang.
3. Stabilitas jangka panjang berkat sifat hidrofobik.

Dengan efisiensi hingga 31% dan biaya produksi rendah, teknologi ini berpotensi merevolusi industri energi surya. Boy138