Peneliti di Jepang mengembangkan material “spin-flip” yang dirancang untuk menangkap energi tambahan dari sinar matahari dan mengurangi rugi panas dalam proses konversi. Terobosan ini menarik perhatian karena menargetkan salah satu masalah paling mendasar pada panel surya: tidak semua energi cahaya bisa diubah menjadi listrik dengan efisien.
Tim dari Kyushu University bekerja sama dengan Johannes Gutenberg University Mainz untuk menguji sistem berbasis logam yang memanfaatkan proses singlet fission. Hasil penelitian itu dipublikasikan di Journal of the American Chemical Society.
Mengapa efisiensi panel surya sulit naik
Sel surya sudah mampu mengubah cahaya menjadi listrik, tetapi sebagian energi tetap hilang sebelum menjadi daya yang berguna. Sebagian foton tidak cukup cocok dengan respons semikonduktor, sementara sebagian lain justru membuang kelebihan energinya sebagai panas.
Batas efisiensi ini dikenal sebagai limit Shockley-Queisser. Karena itu, banyak peneliti mencari cara untuk memakai kembali energi yang biasanya terbuang, bukan membiarkannya menghilang begitu saja.
Cara kerja material spin-flip
Dalam riset ini, perhatian utama tertuju pada emitter spin-flip berbahan molibdenum. Struktur kimia tersebut dirancang untuk menangkap energi berlipat yang muncul saat satu eksitasi tinggi dipecah menjadi dua eksitasi lebih rendah melalui singlet fission.
Singlet fission sering disebut sebagai teknologi impian untuk konversi cahaya karena proses ini dapat menggandakan jumlah pembawa energi yang bisa dipakai. Tantangannya ada pada tahap penangkapan, sebab energi hasil pemisahan itu bisa direbut lebih dulu oleh proses transfer energi lain.
Yoichi Sasaki dari Faculty of Engineering Kyushu University menjelaskan bahwa energi dapat “direbut” dengan mudah oleh Förster resonance energy transfer atau FRET sebelum multiplikasi terjadi. Karena itu, tim membutuhkan penerima energi yang bisa menangkap triplet exciton hasil fission secara selektif.
Hasil uji laboratorium menjanjikan
Dalam eksperimen memakai material tetracene berbasis larutan, para peneliti melaporkan quantum yield di kisaran sedikit di atas 110% hingga sekitar 130%. Angka itu menunjukkan jumlah pembawa energi yang dihasilkan melebihi jumlah foton yang diserap dalam kondisi laboratorium.
Capaian tersebut penting karena memberi bukti awal bahwa pendekatan spin-flip bisa membantu memanen energi yang selama ini terbuang. Namun, hasilnya masih terbatas pada pengujian dalam larutan, belum pada perangkat surya utuh yang dipakai di dunia nyata.
Masih perlu integrasi ke bentuk padat
Langkah berikutnya adalah menggabungkan material ini ke dalam sistem solid-state. Integrasi seperti itu dibutuhkan agar efisiensi transfer energi bisa diuji dalam kondisi yang lebih dekat dengan operasi panel surya sesungguhnya.
Selama material ini belum masuk ke format padat yang kompatibel dengan perangkat kerja, pemakaiannya masih berada pada tahap awal. Meski begitu, pendekatan ini membuka jalur riset baru untuk mengatasi batas efisiensi yang selama ini membatasi performa sel surya.
Para peneliti juga melihat kemungkinan penerapan di luar panel surya, termasuk teknologi pencahayaan seperti OLED. Pada perangkat semacam itu, pengelolaan perilaku exciton ikut menentukan performa, sehingga material spin-flip berpotensi punya nilai lebih luas daripada sekadar peningkatan efisiensi tenaga surya.