Bagaimana membangun sel surya organik yang efisien

Sel surya organik, terbuat dari bahan berbasis karbon, menghadirkan keunggulan unik dibandingkan dengan teknologi sel surya lainnya. Misalnya, mereka dapat diproduksi melalui teknologi pencetakan berbiaya rendah, dan mereka dapat dibuat semi-transparan dengan warna yang dapat dipilih, yang dapat digunakan secara arsitektural dalam membangun integrasi. Fleksibilitas dan berat badan yang rendah membuat mereka sempurna untuk menyalakan sensor untuk aplikasi internet hal.

Tantangan utama yang dihadapi pengembangan sel surya organik adalah bahwa mereka biasanya memiliki kehilangan energi yang besar.

"Kami telah merumuskan beberapa aturan desain yang rasional untuk meminimalkan kerugian energi dalam sel surya organik. Mengikuti aturan ini, kami menyajikan berbagai contoh dengan kerugian energi rendah dan efisiensi konversi daya tinggi," kata Feng Gao, profesor di Divisi Biomolecular dan Elektronik Organik di Universitas Linkoping.

Aturan desain, yang menantang beberapa ide yang sebelumnya dipegang, telah diterbitkan dalam sebuah artikel di jurnal Nature Materials .

Dengan menggunakan aturan desain ini, sel surya organik berjanji untuk mengejar pesaing mereka sehubungan dengan efisiensi konversi daya, yang mengukur fraksi energi dalam radiasi matahari yang diubah menjadi listrik. Batas teoritis untuk fraksi energi matahari yang dapat diperoleh dalam sel surya adalah sekitar 33%. Eksperimen laboratorium dengan sel surya berbasis silikon telah mencapai 25% terbaik. Para peneliti sampai sekarang percaya bahwa batas untuk sel surya organik lebih rendah.

"Tapi kita sekarang tahu bahwa tidak ada perbedaan - batas teoritis adalah sama untuk sel surya yang dibuat dari silikon, perovskit atau polimer," kata Olle Inganas, profesor elektronik biomolekuler dan organik, universitas Linkoping.

Ketika foton dari matahari diserap oleh polimer semikonduktor dalam sel surya, elektron dalam bahan donor dinaikkan ke keadaan tereksitasi, dan lubang terbentuk dalam keadaan dasar yang elektron tetap tertarik. Untuk memisahkan elektron dan lubang yang terikat ini, bahan akseptor ditambahkan. Namun, bahan akseptor ini biasanya menghasilkan kerugian energi ekstra, sebuah masalah yang telah mengganggu komunitas sel surya organik selama lebih dari dua dekade.

Artikel di Nature Materials menyajikan dua aturan dasar untuk meminimalkan kerugian energi bagi sel surya organik yang sangat efisien: - Meminimalkan offset energi antara komponen donor dan akseptor. - Pastikan bahwa komponen celah rendah pada campuran memiliki photoluminescence tinggi.

Para peneliti di tujuh lembaga penelitian di AS, Cina dan Eropa telah bersama-sama menghasilkan sekitar selusin bahan yang berbeda, beberapa di antaranya telah dilaporkan sebelumnya dan yang lain benar-benar baru. Mereka telah menggunakan ini untuk menunjukkan bahwa teori baru setuju dengan hasil eksperimen, meskipun agak tidak sesuai dengan apa yang diyakini sebelumnya.

Selain Feng Gao, Artem A Bakulin dari Imperial College London dan Veaceslav Coropceanu dari Georgia Institute of Technology juga merupakan penulis artikel yang sesuai. Penelitian ini telah dibiayai oleh hibah dari sumber di Swedia, Uni Eropa, Amerika Serikat dan Cina, dan juga telah dilakukan dalam kerangka inisiatif strategis dalam materi fungsional yang canggih, AFM, di Universitas Linkoping.

SUMBER: Seience Daily