Sel Surya Perovskite

Sel surya perovskite adalah jenis sel fotovoltaik yang menggunakan bahan perovskite sebagai lapisan aktif untuk mengubah energi matahari menjadi listrik. Struktur perovskite biasanya terdiri dari senyawa organik dan anorganik yang memiliki formula umum ABX3, di mana "A" adalah kation organik atau anorganik, "B" adalah kation logam, dan "X" adalah anion (seperti halida). Sel surya perovskite pertama kali dilaporkan pada tahun 2009. Sejak itu, penelitian dan pengembangan telah meningkat pesat, dengan efisiensi konversi yang terus meningkat, dari sekitar 3% di awal hingga lebih dari 25% dalam waktu singkat.

Lapisan-lapisan pada Solar Cell Perovskite

• ITO glass (Indium Timah Oksida glass): ITO bersifat transparan dan konduktif yang digunakan sebagai substrat dasar lapisan. ITO berfungsi sebagai elektroda transparan (anoda) yang memungkinkan cahaya masuk ke dalam perangkat dan menghantarkan arus listrik. ITO penting untuk memaksimalkan penyerapan cahaya pada lapisan aktif perovskite.
• ETL (Electron Transport Layer): ETL berfungsi untuk membawa elektron yang dihasilkan oleh lapisan perovskite menuju elektroda negatif. ETL juga berfungsi untuk mencegah hole menuju elektroda negatif, sehingga meminimalkan rekombinasi elektron-hole yang dapat menurunkan efisiensi perangkat. Bahan ETL yang umum digunakan ZnO, TiO2, dan SnO2.
• Lapisan Perovskite: Lapisan ini merupakan lapisan aktif utama dalam solar cell perovskite. Lapisan ini berfungsi untuk menyerap cahaya matahari dan mengonversinya menjadi energi listrik. Bahan perovskite paling umum contohnya CH3NH3Pbl3 (metilamonium lead iodida)
• HTL (Hole Transport Layer): HTL berfungsi untuk membawa hole yang dihasilkan perovskite menuju elektroda positif(anoda). HTL juga mencegah elektron masuk menuju elektroda positif, sehingga mengurangi rekombinasi dengan hole. Bahan HTL yang umum digunakan : Spiro-OMeTAD, PEDOT dan CuSCN.
• Back Elektroda (Katoda): Lapisan ini berfungsi sebagai katoda yang mengumpulkan elektron atau hole yang dihasilkannoleh lapisan perovskite dan menghantarkannya keluar dari sel surya untuk menghasilkan listrik. Bahan yang digunakan sebagai katoda biasanya logam konduktif seperti perak (Ag) dan emas (Au).

Mekanisme Proses Annealing pada lapisan Perovskite

• Tahap Supersaturasi: Supersaturasi adalah kondisi penting yang memicu proses nukleasi, dan tahap ini berfungsi sebagai kunci dalam pertumbuhan kristal perovskite. Adapun tahapannya yaitu penguapan prokursor hingga mencapai titik supersaturasi.
• Tahap Nukleat Cepat: Tahap kunci dimana inti kristal mulai terbentuk setelah kondisi supersaturasi tercapai. Prekusor berada dalam keadaan tidak stabil sehingga terjadi nukleasi cepat/spontan kemudian membentuk kristal kecil. Kristal kecil ini akan berkembang menjadi kristal yang lebih besar menyusun struktur film perovskite.

Faktor-faktor yang mempengaruhi kualitas lapisan Perovskite

• Lingkungan proses annealing:Proses annealing sering dilakukan dalam atmosfer inert (seperti nitrogen atau argon) untuk mencegah reaksi dengan oksigen atau kelembapan yang dapat merusak lapisan perovskite. Beberapa teknik annealing menggunakan uap air untuk meningkatkan interaksi antara lapisan perovskite dan pelarut, yang dapat membantu meningkatkan kualitas lapisan.
• Jumlah tahapan annealing: Persiapan awal, pemanasan, penyimpanan suhu, pendingin, analisis pasca annealing.
• Waktu dan temperatur annealing: Waktu annealing bisa bervariasi dari beberapa menit hingga beberapa jam. Waktu yang lebih lama bisa meningkatkan kristalinitas, tetapi juga dapat menyebabkan dekomposisi jika terlalu lama. Durasi harus dioptimalkan berdasarkan suhu dan material yang digunakan untuk mencapai hasil terbaik. Proses annealing biasanya dilakukan pada suhu antara 100C hingga 200C, tergantung pada jenis perovskite dan tujuan spesifik dari proses tersebut. Penting untuk menjaga suhu yang konsisten selama proses agar pertumbuhan kristal dan reaksi kimia dapat berlangsung secara optimal.

Kemajuan dan Tantangan Sel Surya Perovskite

1. Efisiensi Konversi Energi yang Meningkat: Efisiensi sel surya perovskite telah meningkat secara signifikan, mencapai lebih dari 25% dalam penelitian terbaru, menjadikannya salah satu teknologi paling menjanjikan di bidang fotovoltaik.
2. Biaya Produksi yang Lebih Rendah: Metode pembuatan seperti spin-coating dan slot-die coating memungkinkan produksi yang lebih murah dibandingkan dengan teknologi silikon tradisional.
3. Fleksibilitas dan Ringan: Sel surya perovskite dapat diproduksi dalam bentuk fleksibel, yang memungkinkan penerapan di berbagai permukaan, termasuk bangunan dan kendaraan.
4. Kemajuan dalam Stabilitas: Penelitian terus dilakukan untuk meningkatkan stabilitas jangka panjang, dengan beberapa pengembangan yang menunjukkan bahwa sel perovskite dapat bertahan dalam kondisi lingkungan yang lebih keras.
5. Pengembangan Tandem Cells: Kombinasi sel perovskite dengan sel silikon dapat menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi melalui desain tandem, memanfaatkan spektrum cahaya yang lebih luas.

Tantangan Sel Surya Perovskite

1. Stabilitas Jangka Panjang:

Meskipun ada kemajuan, stabilitas jangka panjang tetap menjadi masalah utama. Sel perovskite cenderung terdegradasi ketika terkena cahaya, kelembapan, dan suhu tinggi.

1. Toksisitas:

Banyak sel perovskite menggunakan timbal, yang merupakan bahan beracun dan dapat menjadi masalah lingkungan jika tidak dikelola dengan baik. Pencarian bahan alternatif yang lebih ramah lingkungan terus dilakukan.

1. Skalabilitas:

Meskipun efisiensi tinggi telah dicapai di laboratorium, produksi skala besar yang dapat diandalkan dan ekonomis masih menjadi tantangan. Proses yang berhasil di tingkat laboratorium belum tentu berhasil di tingkat industri.

1. Reproduksibilitas:

Variabilitas dalam kualitas produk akhir dapat terjadi, yang dapat mempengaruhi kinerja dan efisiensi sel. Proses produksi yang lebih konsisten perlu dikembangkan.

1. Penerimaan Pasar:

Meskipun teknologi ini menjanjikan, adopsi di pasar komersial memerlukan keyakinan dari industri dan konsumen akan keandalan dan stabilitas teknologi ini.