Peneliti dari China berhasil meningkatkan efisiensi sel surya perovskit dengan teknik rekayasa antarmuka tersembunyi yang inovatif. Mereka menciptakan lapisan perovskit dua dimensi ultra-tipis di dalam perangkat tiga dimensi konvensional, yang mampu mengurangi konsentrasi cacat pada antarmuka terdalam hingga lebih dari 90 persen.
Pengurangan cacat ini berimplikasi langsung pada peningkatan kinerja dan stabilitas jangka panjang sel surya tersebut. Studi terbaru juga mengenalkan zat kimia tambahan yang mampu menekan radikal berbahaya, sehingga efisiensi sel surya perovskit ini melampaui 26 persen.
Masalah Utama dalam Sel Surya Perovskit
Tingkat cacat tinggi di permukaan atas dan bawah lapisan perovskit menjadi kendala utama bagi efisiensi dan ketahanan sel surya ini. Cacat tersebut bertindak sebagai pusat rekombinasi elektron yang menurunkan produksi tenaga dan mempercepat degradasi perangkat. Upaya sebelumnya mengandalkan penambahan garam amonium rantai panjang ke dalam prekursor perovskit untuk membentuk fase dua dimensi (2D) yang dapat mengurangi cacat.
Namun, metode itu menghadirkan fase 2D yang menyebar di seluruh tubuh film, termasuk antarmuka tersembunyi, sehingga sulit mengontrol lokasi pembentukan dan efeknya terhadap struktur kristal secara keseluruhan.
Rekayasa Antarmuka Terarah
Untuk mengatasi masalah tersebut, tim peneliti mengembangkan pendekatan rekayasa antarmuka terarah. Mereka melapisi nanopartikel timah dioksida (SnO₂) dengan asam tioglikolat (TGA) dan oleilamina (OAm) secara berurutan, menghasilkan lapisan pengangkut elektron modifikasi yang dinamai SnO₂-TGA-OAm. Interaksi kimia kuat antara TGA dan OAm menjaga stabilitas molekul pelapis dan mencegah reaksi prematur.
Reaksi pertukaran kation dengan formamidinium iodida (FAI) terjadi hanya saat proses annealing termal lapisan perovskit berlangsung. Hal ini memicu pembentukan spontan struktur heterojunction 2D/3D hanya pada antarmuka bawah tersembunyi. Dengan demikian, cacat pada antarmuka yang kritis berhasil ditekan tanpa merusak struktur kristal utama sehingga performa dan stabilitas perangkat meningkat signifikan.
Terobosan Skala Besar Sel Surya Perovskit
Penggunaan nanopartikel SnO₂-TGA-OAm menghasilkan lapisan pengangkut elektron multifungsi yang meningkatkan performa sel surya perovskit pada berbagai ukuran perangkat. Pada sel berukuran kecil 0,09 cm², efisiensi konversi daya mencapai 26,19 persen. Saat diperbesar, modul sel berukuran 21,54 cm² mencatat efisiensi hingga 23,44 persen dengan nilai tersertifikasi 22,68 persen secara independen.
Modul yang jauh lebih besar lagi, seluas 64,80 cm², tetap mempertahankan efisiensi tinggi sebesar 22,22 persen. Hal ini menegaskan bahwa metode yang dikembangkan dapat diskalakan dengan baik ke ukuran perangkat yang lebih praktis untuk komersialisasi.
Potensi Komersialisasi dan Masa Depan Teknologi Perovskit
Proses ligand exchange keadaan padat secara in situ yang digunakan dalam penelitian ini membuka jalan bagi transisi dari produksi laboratorium ke manufaktur industri secara efisien. Strategi ini membantu membentuk heterojunction 2D/3D yang presisi di antarmuka tersembunyi dalam lapisan penyerap perovskit sehingga mengatasi tantangan rekayasa perangkat lama.
Tim peneliti meyakini inovasi ini akan mempercepat pengembangan dan komersialisasi teknologi fotovoltaik perovskit. Peningkatan efisiensi ke level tertinggi saat ini serta peningkatan stabilitas jangka panjang menjadi tonggak penting dalam menjadikan sel surya perovskit sebagai alternatif utama energi terbarukan.
Dengan pencapaian ini, posisi China dalam riset dan pengembangan teknologi energi surya semakin kuat. Manfaat yang dihasilkan diharapkan dapat mempercepat penggunaan energi bersih dan terjangkau secara global, sekaligus mendukung target pengurangan emisi karbon di masa depan.
