Batas efisiensi panel surya selama ini sering membuat energi cahaya yang masuk tidak sepenuhnya berubah menjadi listrik. Kini, peneliti di Jepang mencoba menutup celah itu dengan material baru yang dirancang untuk menangkap energi sebelum berubah menjadi panas.
Pendekatan ini tidak bekerja dengan cara biasa. Tim dari Kyushu University bersama Johannes Gutenberg University Mainz meneliti sistem berbasis logam yang memanfaatkan proses singlet fission, lalu mempublikasikan hasilnya di Journal of the American Chemical Society.
Mengapa energi surya masih banyak terbuang
Sel surya memang sudah mampu mengubah cahaya matahari menjadi listrik, tetapi prosesnya tidak berjalan sempurna. Sebagian foton tidak cocok dengan respons semikonduktor, sedangkan sebagian lain melepaskan kelebihan energinya sebagai panas.
Kondisi itu berkaitan dengan limit Shockley-Queisser, yaitu batas efisiensi teoritis yang lama menjadi tantangan besar dalam teknologi surya. Karena itulah banyak riset diarahkan untuk menangkap energi yang biasanya hilang sebelum terbuang begitu saja.
Fokus pada emitter spin-flip berbahan molibdenum
Dalam studi ini, perhatian utama diarahkan ke emitter spin-flip berbahan molibdenum. Struktur kimianya dibuat untuk menangkap energi berlipat yang muncul saat satu eksitasi tinggi dipecah menjadi dua eksitasi yang lebih rendah.
Proses tersebut disebut singlet fission. Di bidang konversi cahaya, mekanisme ini kerap dianggap menjanjikan karena dapat menggandakan jumlah pembawa energi yang tersedia.
Masalahnya ada pada tahap penangkapannya. Energi hasil pemisahan itu bisa lebih dulu diambil oleh proses transfer energi lain sebelum sempat dimanfaatkan.
Yoichi Sasaki dari Faculty of Engineering Kyushu University menjelaskan bahwa energi dapat dengan mudah direbut oleh Förster resonance energy transfer atau FRET sebelum multiplikasi terjadi. Karena itu, tim membutuhkan penerima energi yang mampu menangkap triplet exciton hasil fission secara selektif.
Hasil awal laboratorium memberi sinyal positif
Uji laboratorium dilakukan dengan material tetracene berbasis larutan. Dalam percobaan itu, para peneliti melaporkan quantum yield di kisaran sedikit di atas 110% hingga sekitar 130%.
Angka tersebut menunjukkan jumlah pembawa energi yang dihasilkan melebihi jumlah foton yang diserap dalam kondisi laboratorium. Bagi para peneliti, hasil ini menjadi bukti awal bahwa pendekatan spin-flip dapat membantu memanen energi yang sebelumnya terbuang.
Meski begitu, capaian itu masih terbatas pada pengujian dalam larutan. Sistem tersebut belum diterapkan pada perangkat surya utuh yang digunakan di dunia nyata.
Masih perlu masuk ke bentuk padat
Tahap berikutnya adalah membawa material ini ke sistem solid-state. Integrasi semacam itu diperlukan agar efisiensi transfer energi bisa diuji dalam kondisi yang lebih mendekati operasi panel surya sesungguhnya.
Selama material ini belum kompatibel dalam format padat, penerapannya masih berada pada tahap awal. Namun, arah riset ini membuka peluang baru untuk mengatasi batas efisiensi yang selama ini membatasi performa sel surya.
Para peneliti juga melihat kemungkinan penggunaan di luar panel surya. Teknologi pencahayaan seperti OLED ikut disebut sebagai bidang yang mungkin mendapat manfaat, karena pengelolaan perilaku exciton juga menentukan performanya.
Dengan kata lain, material spin-flip tidak hanya menarik untuk energi surya. Jika pengembangannya terus berjalan, pendekatan ini bisa memberi dampak lebih luas pada perangkat yang bergantung pada pengendalian exciton.
