“Lem Molekuler” Meningkatkan Efisiensi dan Membuat Sel Surya Perovskite Secara Dramatis Lebih Dapat Diandalkan Seiring Waktu

Sebuah tim peneliti dari Brown University telah membuat langkah besar untuk meningkatkan keandalan jangka panjang sel surya perovskit, sebuah teknologi energi bersih yang sedang berkembang. Dalam sebuah penelitian yang akan diterbitkan pada hari Jumat, 7 Mei 2021, di jurnal Science, tim tersebut mendemonstrasikan “lem molekuler” yang menjaga antarmuka kunci di dalam sel agar tidak terdegradasi. Perawatan ini secara dramatis meningkatkan stabilitas dan keandalan sel dari waktu ke waktu, sementara juga meningkatkan efisiensi dalam mengubah sinar matahari menjadi listrik.TerasKaltim

Molecular Glue Perovskite Solar Cells

“Ada langkah besar dalam meningkatkan efisiensi konversi daya sel surya perovskit,” kata Nitin Padture, seorang profesor teknik di Brown University dan penulis senior penelitian baru. “Namun rintangan terakhir yang harus diselesaikan sebelum teknologi dapat tersedia secara luas adalah keandalan – membuat sel yang mempertahankan kinerjanya dari waktu ke waktu. Itulah salah satu hal yang sedang dikerjakan oleh kelompok penelitian saya, dan kami dengan senang hati melaporkan beberapa kemajuan penting.”

Perovskites adalah kelas bahan dengan struktur atom kristal tertentu. Lebih dari satu dekade yang lalu, para peneliti menunjukkan bahwa perovskit sangat baik dalam menyerap cahaya, yang memicu banyak penelitian baru tentang sel surya perovskit. Efisiensi sel-sel tersebut telah meningkat dengan cepat dan sekarang menyaingi sel silikon tradisional. Perbedaannya adalah bahwa penyerap cahaya perovskit dapat dibuat mendekati suhu kamar, sedangkan silikon perlu dikembangkan dari lelehan pada suhu mendekati 2.700 derajat Fahrenheit. Film perovskite juga sekitar 400 kali lebih tipis dari wafer silikon. Kemudahan relatif dari proses manufaktur dan penggunaan bahan yang lebih sedikit berarti sel perovskit berpotensi dibuat dengan biaya yang lebih murah dari sel silikon.

Sementara peningkatan efisiensi pada perovskit sangat luar biasa, kata Padture, membuat sel lebih stabil dan andal tetap menjadi tantangan. Sebagian dari masalah berkaitan dengan lapisan yang diperlukan untuk membuat sel berfungsi. Setiap sel mengandung lima atau lebih lapisan yang berbeda, masing-masing melakukan fungsi yang berbeda dalam proses pembangkitan listrik. Karena lapisan ini terbuat dari bahan yang berbeda, mereka merespon secara berbeda terhadap kekuatan eksternal. Selain itu, perubahan suhu yang terjadi selama proses produksi dan selama servis dapat menyebabkan beberapa lapisan mengembang atau menyusut lebih dari yang lain. Itu menciptakan tekanan mekanis pada antarmuka lapisan yang dapat menyebabkan lapisan tersebut terlepas. Jika antarmuka terganggu, kinerja sel merosot.

Antarmuka terlemah adalah yang antara film perovskit yang digunakan untuk menyerap cahaya dan lapisan transpor elektron, yang membuat arus tetap mengalir melalui sel.

“Sebuah rantai hanya sekuat tautan terlemahnya, dan kami mengidentifikasi antarmuka ini sebagai bagian terlemah dari keseluruhan tumpukan, di mana kemungkinan besar kegagalan,” kata Padture, yang memimpin Institut Inovasi Molekuler dan Skala Nano di Brown. “Jika kita dapat memperkuat itu, maka kita dapat mulai membuat peningkatan nyata dalam keandalan.”

Untuk melakukan itu, Padture memanfaatkan pengalamannya sebagai ilmuwan material, mengembangkan pelapis keramik canggih yang digunakan dalam mesin pesawat terbang dan aplikasi berkinerja tinggi lainnya. Dia dan rekan-rekannya mulai bereksperimen dengan senyawa yang dikenal sebagai lapisan tunggal tunggal atau SAM.

“Ini adalah kelas senyawa yang besar,” kata Padture. “Ketika Anda menyimpannya di permukaan, molekul-molekul itu berkumpul dalam satu lapisan dan berdiri seperti rambut pendek. Dengan menggunakan formulasi yang tepat, Anda dapat membentuk ikatan yang kuat antara senyawa ini dan semua jenis permukaan yang berbeda.”

Padture dan timnya menemukan bahwa formulasi SAM dengan atom silikon di satu sisi, dan atom yodium di sisi lain, dapat membentuk ikatan yang kuat dengan lapisan transport pemilihan (yang biasanya terbuat dari oksida timah) dan lapisan penyerap cahaya perovskit. . Tim berharap bahwa ikatan yang dibentuk oleh molekul-molekul ini dapat memperkuat antarmuka lapisan. Dan mereka benar.

“Ketika kami memperkenalkan SAM ke antarmuka, kami menemukan bahwa itu meningkatkan ketangguhan retak antarmuka sekitar 50%, yang berarti bahwa setiap retakan yang terbentuk pada antarmuka cenderung tidak menyebar terlalu jauh,” kata Padture. “Jadi pada dasarnya, SAM menjadi semacam lem molekuler yang menyatukan dua lapisan.”

Pengujian fungsi sel surya menunjukkan bahwa SAM secara dramatis meningkatkan kehidupan fungsional sel perovskit. Sel non-SAM yang disiapkan untuk penelitian mempertahankan 80% dari efisiensi awalnya selama sekitar 700 jam pengujian laboratorium. Sementara sel SAM masih kuat setelah 1.330 jam pengujian. Berdasarkan eksperimen ini, para peneliti memproyeksikan umur efisiensi yang dipertahankan 80% menjadi sekitar 4.000 jam.

“Salah satu hal lain yang kami lakukan, yang biasanya tidak dilakukan orang, adalah kami membuka sel setelah pengujian,” kata Zhenghong Dai, seorang mahasiswa doktoral Brown dan penulis pertama penelitian tersebut. “Di sel kontrol tanpa SAM, kami melihat semua jenis kerusakan seperti v

Leave a reply

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>