Sel Surya Perovskite Tanpa Emas Menargetkan Belati Di Jantung Bahan Bakar Fosil

Pemangku kepentingan bahan bakar fosil sudah menggigil di sepatu bot mereka atas rendahnya biaya angin dan energi matahari, dan sekarang inilah dosis lain realitas batu dingin. Dalam sebuah laporan baru, sebuah tim peneliti di Italia menunjukkan bahwa sel surya perovskite ditetapkan untuk penurunan tajam lainnya dalam biaya. Perovskite memiliki janji besar sebagai bahan murah untuk sel surya super murah, jadi seberapa rendah sel surya perovskit bisa turun?

Sel surya perovskite telah berkembang jauh sejak tahun 1970-an (via NREL).

Sel Surya Perovskite Memiliki Masalah Emas

Sel surya perovskite belum mencapai pasar massal, tetapi penelitian telah berjalan jauh dalam beberapa tahun terakhir.

Perovskit adalah bahan kristal yang tumbuh di laboratorium yang menyerupai mineral perovskit alami. Mereka memiliki sifat optik yang kuat dan relatif murah dan mudah diproduksi dalam skala besar, yang berarti mereka harus mengganti bahan yang lebih mahal seperti silikon.

Mereka seharusnya, tetapi tidak.

Jadi, apa yang menahan semuanya?

Salah satu masalah awal adalah bahwa perovskit sintetis tidak menyukai kelembaban. Itu bukan hambatan besar sekarang karena para peneliti telah mengembangkan berbagai jenis sel surya perovskit hibrida yang lebih tahan lama.

Tantangan lain masih tetap ada. Salah satunya, yang diidentifikasi oleh peneliti Italia Lucia Fagiolari dan Federico Bella dari Politecnico di Torino, adalah berlanjutnya penggunaan bahan mahal dalam sel surya perovskit.

Dalam studi baru mereka, Fagiolari dan Bella membidik biaya emas dan logam mulia lainnya yang biasanya digunakan di elektroda belakang sel surya (elektroda depan biasanya terbuat dari kaca konduktif yang relatif murah).

Mereka menulis bahwa sel surya perovskit telah “mencapai kinerja silikon” dan “dapat mempercepat transisi energi,” kecuali bahwa biaya emas dan logam mulia lainnya tetap menjadi batu sandungan.

Tingginya biaya bahan hanyalah bagian dari masalah. Fagiolari dan Bella juga mencatat bahwa metode untuk menyimpan emas di elektroda belakang melibatkan "metode penguapan vakum yang memakan energi."

Selain itu, mereka mencatat penurunan kinerja terkait dengan penggunaan emas dan logam mulia lainnya.

Jalur Baru Untuk Penelitian Sel Surya Perovskite

Itu berita buruknya.

Kabar baiknya dapat ditemukan dalam studi baru, berjudul (peringatan spoiler!) “Bahan berbasis karbon untuk sel surya perovskit yang stabil, lebih murah, dan skala besar yang dapat diproses,” yang muncul dalam jurnal Energy & Environmental Science of the Royal Society of Kimia.

Dalam penelitian tersebut, Fagiolari dan Bella melakukan kajian intensif terhadap aktivitas penelitian terkini. Mereka menyimpulkan bahwa bahan berbasis karbon (kejutan!) dapat menggantikan emas untuk elektroda belakang di sel surya perovskit.

Secara khusus, mereka menyoroti grafit / karbon amorf, graphene, dan nanotube karbon.

Selain biaya rendah dan kemudahan fabrikasi, Fagiolari dan Bella mencatat bahwa bahan ini “sangat hidrofobik.” Dengan kata lain, mereka membantu memecahkan masalah kelembaban perovskite sambil menghemat biaya membangun pemeriksaan kelembaban ekstra ke dalam sel surya.

Fabiolari dan Bella mencatat beberapa masalah yang perlu diatasi oleh bahan berbasis karbon. Namun demikian, mereka mengusulkan bahwa elektroda belakang yang dibuat dengan grafit dan karbon hitam memiliki peluang bagus untuk mengalahkan emas pada permainannya sendiri.

Adapun mengapa mereka begitu percaya diri, itu pertanyaan yang bagus. Mereka mengikuti kegiatan penelitian dan mencatat bahwa sebelum 2012, setiap artikel tentang sel surya perovskite berurusan dengan elektrolit cair. Sudut karbon mulai muncul setelah 2012, ketika teknologi solid-state muncul.

Sementara itu, Over At NREL

Jika sudut karbon tidak berhasil, pemangku kepentingan bahan bakar fosil masih memiliki banyak kekhawatiran. Di sini, di AS, Departemen Energi adalah penggemar lama perovskit dan para ilmuwannya termasuk di antara mereka yang mengejar jalur menjanjikan lainnya yang membantu meningkatkan efisiensi sambil menurunkan biaya.

Dalam salah satu temuan terbaru laboratorium tentang perovskit, April lalu, tim peneliti NREL yang bekerja dengan sel surya perovskit berbasis timbal menemukan bahwa mereka dapat meningkatkan efisiensi dengan mengganti beberapa atom timbal dengan atom dari timah.

Sudut timah-perovskit telah dicoba sebelumnya dengan keberhasilan yang terbatas, tetapi kali ini tampaknya ada terobosan.

Solusinya melibatkan pembuatan sel surya tandem dan membawa guanidinium tiosianat ke dalam campuran (tandem mengacu pada sel surya yang terdiri dari lebih dari satu jenis bahan konversi surya).

Senyawa guanidium - yang juga digunakan untuk melindungi asam nukleat saat mengeluarkan DNA atau RNA dari sel - ternyata menguntungkan. Ini meniadakan sebagian besar efek buruk timah sementara juga memungkinkan elektron untuk mempertahankan keadaan tereksitasi 5 kali lebih lama daripada yang ditunjukkan dalam percobaan sebelumnya.

Itu berarti keadaan tereksitasi berlangsung hanya sedikit lebih dari satu mikrodetik, yang kedengarannya tidak banyak, tetapi ini adalah masalah besar. Sel surya tandem baru mencapai efisiensi konversi 23,1% yang mengesankan dengan dua terminal dan berkinerja lebih baik lagi, pada 25%, dengan empat terminal.

NREL mengendarai neraka untuk kulit dengan tujuan tahun 2020 untuk mencapai sel surya yang harganya hanya 6 sen per kilowatt jam di sakunya, dan itu hanya salah satu contoh dari berbagai cara pengejaran yang dilakukan lab.

CleanTechnica menjangkau NREL untuk wawasannya tentang bidang penelitian karbon, jadi pantau terus untuk mengetahui lebih lanjut tentang itu.

Bagan: Efisiensi konversi sel surya perovskite melalui NREL.