Model baru dari Universitas Swansea dan Åbo Akademi meningkatkan efisiensi sel surya lapisan tipis. Model ini mengatasi keterbatasan persamaan dioda Shockley tradisional, mengoptimalkan pengumpulan listrik dan meminimalkan kerugian rekombinasi.
Para peneliti telah mengembangkan model analitis baru yang meningkatkan pemahaman dan efisiensi perangkat fotovoltaik (PV) lapisan tipis, dengan menantang persamaan dioda Shockley yang sudah lama ada. Temuan mereka menjelaskan bagaimana sel surya yang fleksibel dan berbiaya rendah ini dapat mencapai efisiensi yang lebih tinggi dengan menyeimbangkan pengumpulan listrik dan meminimalkan kerugian rekombinasi muatan.
Fisikawan di Universitas Swansea dan Universitas Åbo Akademi telah membuat kemajuan besar dalam teknologi sel surya dengan menciptakan model analitis baru. Model ini meningkatkan pemahaman dan efisiensi perangkat fotovoltaik (PV) lapisan tipis.
Selama hampir delapan dekade, persamaan dioda Shockley telah menjelaskan bagaimana arus mengalir melalui sel surya; arus listrik yang memberi daya pada rumah Anda atau mengisi daya baterai Anda. Namun, studi baru ini menantang pemahaman tradisional tentang kelas sel surya generasi berikutnya: sel surya film tipis.
Sel surya lapisan tipis ini, terbuat dari bahan yang fleksibel dan berbiaya rendah, memiliki efisiensi terbatas karena faktor-faktor yang tidak dapat sepenuhnya dijelaskan oleh model analitis yang ada.
Studi baru ini mengungkap bagaimana sel surya ini mencapai efisiensi optimal. Studi ini mengungkap keseimbangan penting antara pemanfaatan listrik yang dihasilkan oleh cahaya dan meminimalkan kerugian akibat rekombinasi, di mana muatan listrik saling meniadakan.
“Temuan kami memberikan wawasan utama mengenai mekanisme yang mendorong dan membatasi pengumpulan muatan, dan pada akhirnya efisiensi konversi daya, dalam perangkat PV dengan mobilitas rendah,” kata penulis utama Dr. Oskar Sandberg dari Universitas Åbo Akademi, Finlandia.
Model Baru Menangkap Bagian yang Hilang
Model analitis sebelumnya untuk sel surya ini memiliki titik buta: “pembawa muatan yang disuntikkan” — muatan yang masuk ke perangkat dari kontak. Pembawa muatan ini memiliki dampak signifikan pada rekombinasi dan efisiensi terbatas.
“Model tradisional tidak dapat menggambarkan gambaran keseluruhan, terutama untuk sel film tipis dengan mobilitas rendah. semikonduktor,” jelas peneliti utama, Associate Professor Ardalan Armin dari Swansea University. “Studi baru kami mengatasi kesenjangan ini dengan memperkenalkan persamaan dioda baru yang dirancang khusus untuk memperhitungkan pembawa yang disuntikkan dan rekombinasinya dengan pembawa yang dihasilkan secara foto.”
“Rekombinasi antara muatan yang disuntikkan dan muatan yang dihasilkan melalui foto bukan merupakan masalah besar dalam sel surya tradisional seperti PV silikon yang ratusan kali lebih tebal daripada PV film tipis generasi berikutnya seperti sel surya organik,” imbuh Dr. Sandberg.
Associate Professor Armin berkata: “Salah satu fisikawan teoretis paling cemerlang sepanjang masa, Wolfgang Pauli pernah berkata 'Tuhan menciptakan massa; permukaan adalah hasil karya iblis'. Karena sel surya film tipis memiliki area antarmuka yang jauh lebih besar per massa daripada silikon tradisional; tidak mengherankan mengapa mereka lebih terpengaruh secara drastis oleh “hasil karya iblis” – yaitu rekombinasi muatan fotogenerasi yang berharga dengan muatan yang disuntikkan di dekat antarmuka!”
Dampak terhadap Pengembangan Sel Surya di Masa Depan
Model baru ini menawarkan kerangka kerja baru untuk merancang sel surya lapisan tipis dan fotodetektor yang lebih efisien, mengoptimalkan perangkat yang ada, dan menganalisis sifat material. Model ini juga dapat membantu melatih mesin yang digunakan untuk pengoptimalan perangkat, menandai langkah maju yang signifikan dalam pengembangan sel surya lapisan tipis generasi berikutnya.
Referensi: “Persamaan Dioda untuk Perangkat Fotovoltaik Film Tipis Tipe Sandwich yang Dibatasi oleh Rekombinasi Bimolekuler” oleh Oskar J. Sandberg dan Ardalan Armin, 21 Juni 2024, Energi PRX.
DOI: 10.1103/PRXEnergy.3.023008
NewsRoom.id
