Peta energi di sel surya perovskite kini mendapat kerangka baru yang lebih rapi. Tim dari Chiba University menunjukkan bahwa hubungan energi di antarmuka perangkat ini bisa dijelaskan lewat model universal, sehingga jalur untuk meningkatkan efisiensi menjadi lebih jelas.
Pentingnya temuan ini terletak pada posisi antarmuka sebagai titik penentu kinerja. Di sana, elektroda, hole-collecting monolayer, dan perovskit saling berinteraksi, dan sedikit perubahan pada keselarasan energinya dapat memengaruhi seberapa baik muatan positif dipindahkan.
Sel surya perovskite sendiri masih dipandang sebagai kandidat kuat untuk energi terbarukan generasi berikutnya. Teknologi ini menarik karena efisiensi konversinya tinggi, dapat diproduksi lewat proses larutan dengan biaya lebih rendah, dan memiliki struktur yang ringan.
Sifat itu membuat perovskite relevan bukan hanya untuk panel konvensional. Jendela, kendaraan, dan perangkat portabel termasuk bidang yang berpotensi memanfaatkan material yang ringan dan fleksibel ini.
Kemajuan besar selama ini banyak dibantu oleh hole-collecting monolayers atau HCM. Lapisan antarmuka yang sangat tipis ini berperan mengekstrak muatan positif dari perovskit, dan kehadirannya telah mendorong efisiensi sel surya perovskite single-junction hingga 26,9 persen sekaligus membantu meningkatkan stabilitas.
Meski begitu, cara kerja dasarnya belum benar-benar disepakati. Penyelarasan tingkat energi pada antarmuka elektroda–HCM–perovskit masih menjadi bahan perdebatan, sementara sejumlah model yang berbeda sering dipakai tanpa konsistensi yang sama.
Untuk menjawab masalah itu, tim yang dipimpin Profesor Hiroyuki Yoshida merumuskan model universal pertama untuk keselarasan tingkat energi pada antarmuka elektroda/HCM/perovskit. Kerangka ini dirancang agar HCM bisa dipahami di berbagai sistem material dengan penjelasan yang seragam dan lebih mudah dipakai sebagai panduan desain.
Dalam penyusunannya, peneliti memakai ultraviolet photoelectron spectroscopy dan low-energy inverse photoelectron spectroscopy. Dua teknik itu digunakan untuk mengukur work function dan ionization energy pada material representatif, sehingga hubungan energinya bisa dipetakan secara lebih presisi.
Dari hasil pengukuran, antarmuka elektroda/HCM/perovskit dibagi menjadi dua wilayah yang berbeda. Pada batas elektroda–HCM, keselarasan energi terutama dipengaruhi oleh interface dipole, yaitu medan listrik yang muncul dari dipol molekul terarah pada hole-collecting monolayer.
Sementara itu, pada batas HCM–perovskit, penjelasannya mengikuti teori semiconductor heterojunction. Pendekatan ini umum dipakai untuk memahami pertemuan dua material dengan tingkat energi berbeda ketika digabungkan dalam satu perangkat.
Tim peneliti juga menemukan dua faktor utama yang paling menentukan hole collection efficiency. Faktor pertama adalah band bending, yaitu perubahan bertahap pada tingkat energi akibat medan listrik bawaan di antarmuka material.
Faktor kedua adalah interfacial energy barrier height, yakni ketidaksesuaian energi yang dapat mendukung atau justru menghambat perpindahan muatan antar lapisan. Keduanya bergantung pada parameter fundamental yang terbatas, termasuk work function elektroda serta work function dan ionization energy dari HCM dan perovskit.
Dengan set data yang relatif kecil namun relevan, model ini mampu menjelaskan mengapa beberapa material HCM bekerja lebih baik daripada yang lain. Hasil prediksinya juga cocok dengan pengamatan eksperimen pada berbagai kombinasi material, sehingga kerangka yang dibangun menjadi lebih kuat.
Temuan tersebut memberi selection rules dan prinsip desain molekuler yang lebih jelas untuk HCM. Artinya, penyelarasan energi di antarmuka dapat dioptimalkan tanpa harus mengandalkan terlalu banyak percobaan berulang.
Dampaknya tidak hanya pada efisiensi konversi daya yang berpotensi meningkat. Reproduktibilitas perangkat di berbagai sistem material juga bisa membaik, membuka jalan bagi pengembangan sel surya perovskite yang lebih andal dan lebih cepat menuju penerapan yang lebih luas.
-
-
-
-
