Arsip Blog

2013 Material Research Society (MRS) Spring Meeting – Hari 4

Improvement of Cu2ZnSnSe4 Based Solar Cells Back Contact with an Interfacial ZnO Nanolayer: Impact on Devices Efficiency (Fairbrother, Catalonia Institute for Energy Research (IREC), Barcelona, Spain)

  • Pada pembentukan kesterite, tekanan uap dari S(Se) dan temperature tinggi dibutuhkan untuk membentuk material dengan ukuran grain yang besar. Namun biasanya menyebabkan pembentukan lapisan MoS(e) yang tebal.
  • Dengan melapiskan diffusion barrier seperti TiN bias menghambat pembentukan lapisan MoS(e) yang tebal
  • Pada penelitian ini, ZnO dengan tebal 5-20 nm dicoba dilapiskan diatas Mo
  • Sputtering dari Sn/Cu/Zn metal untuk mebentuk CZTSe
  • Adanya nanolayer dari ZnO tidak membantu pengurangan ketebalan dari MoS(e) tetapi efisiensi dari sel surya meningkat. Kemungkinan dikarenakan akumulasi Na di interface ketika ada ZnO dan pembentukan Na2SeO3
  • Efisiensi meningkat dari 2.5% tanpa ZnO menjadi 6% dengan 10 nm ZnO

 

Cu2ZnSnS4 Devices from a Reactive Sputtering and Anneal Route (Charlotte Platzer-Bjorkman, Uppsala University, Sweden)

  • Fabrikasi CZTS dilakukan dengan reactive sputtering dari Cu, Zn, dan Sn dan aliran dari H2S gas ketika deposisi
  • Hilangnya Sn dan S ketika proses pendinginan menjadi masalah
  • Kemudian mereka mencoba proses dengan dua tahap yaitu  deposisi terlebih dahulu Cu, Zn. Dan Sn precursor, kemudian annealing di tube furnace dengan Ar pressure 350 mbar dan temperature 560C dalam 3 menit
  • Dengan metoda ini efisiensi meningkat dari 4.1% menjadi 7.2%

 

Investigation of Quantum Dot Solar Cell Device Performance (NS Beattie, Northumbria University, UK)

  • Intermediate band solar cell diprediksi akan melampaui limit teoritis efisiensi sels surya single band ga yaitu 33%
  • Umumnya pad asels urya konvensional, satu photon berkontribusi terhadap satu gabungan elekron-hole, namun absorpsi dua photon bisa terjadi dengan adanya intermediate band
  • Sub band gap ini berkontribusi terhadap photocurrentxternal quantum efficiency (EQE) dengan menangkap photon sub band gap
  • Pengaplikasian quantum dot bisa meningkatkan E
  • Efisiensi 3% berhasil dicapai dengan sel surya quantum dot InAs dan GaAs p-i-n

 

Correlations between Photoluminescence and Device Performance of PbS Quantum Dot Solar Cells (Gao, NREL, USA)

  • Efisiensi tertinggi dari sel surya quantum dot sampai saat ini yaitu 7% dengan struktur sel surya ITO/ZnO nanokristal/PbS nanokristal/Au
  • Keuntungan dari sel surya quantum dot yaitu fabrikasinya menggunakan larutan dan dilakukan pada suhu dan kondisi ruang
  • Photoluminiscence yang baik pada quantum dot berbanding lurus dnegan pada sel surya
  • Struktur sel surya mereka yaitu ITO/ZnO/PbS/MoO3/metal dan efisiensiensinya 6%
  • Mereka menggunakan dip coating untuk fabrikasi lapisan quantum dot

 

PVD of thin Copper Sulfide (Cu2S) Films for Photovoltaic Applications (Siol, Technische Universität Darmstadt)

  • Sel surya dengan struktur Cu2S/CdS telah mencapai efisiensi 11%
  • Namun penelitian mengenai material ini menurun drastis akibat dari ketidak stabilan sel surya krena degradasi Cu2S dan difusi ion Cu ke CdS
  • Pada penelitian ini mereka memfabrikasi sel surya dgn struktur Au/Cu2O/Cu2S/ZnO/AZO
  • Morfologi material masih sangat buruk

 

SnS as an Earth Abundant Solar Absorber: A Coupled Theoretical and Experimental Investigation (Vidal, NREL)

  • Band gap msih belum pasti apakah direct atau indirect
  • Sn vacancy adalah penyebab doping p-type dan mempunyao energy pembentukan yang rendah pada kondisi Sulfur-rich
  • Kondisi Sn-rich sangat merugikan potensi sel surya krena memudahkan pembentukan deep defect seperti Sn antisite dan S vacancy

 

Iklan

Terobosan teknologi quantum dot koloid mampu meningkatkan efisiensi sel surya

Kolaborasi peneliti dari University of Toronto (U of T), King Abdullah University of Science & Technology (KAUST) dan Pennsylvania State University (Penn State) berhasil membuat sel surya dari quantum dot koloid (CQD) yang paling terefisien sampai sekarang. Penemuan ini dilaporkan di edisi terbaru jurnal Nature materials.

Quantum dot adalah semikonduktor berskala nano (1/1000000000 meter) yang mempunyai kemampuan untuk menyerap cahaya dan merubahnya menjadi energi listrik. Karena ukurannya yang kecil, dot-dot tersebut dapat disemprotkan ke permukaan yang fleksibel, termasuk plastik. Kemampuan ini memungkinkan untuk produksi sel surya yang lebih murah dibandingkan dengan produksi sel surya memakai silikon.

“Kami menemukan cara untuk mengecilkan material yang menyelubungi quantum dot sampai keukuran paling terkecil yang bisa terbayang-hanya beberapa lapis atom”, ujar Prof. Ted Sargent, penulis korespondensi dari paper ilmiah ini yang juga ketua Canada Research dalam Nanoteknologi di U of T.

Desain ideal adalah dimana antara quantum-quantum dot berhimpit. Makin lebar jarak antara quantum dot, maka efisiensinya makin rendah. Sampai sekarang, quantum dot diselubungi oleh molekul organik yang memisahkan nanopartikel tersebut dalam skala nanometer. Dalam skala nano,  jarak tersebut relatif cukup jauh untuk transport elektron.

Untuk mengatasi problem ini, peneliti menggunakan ligan inorganik,  yang mengikat permukaan quantum dot dan juga menggunakan ruang yang lebih kecil. Kombinasi antara struktur yang berhimpit dan juga minimalisasi dari hambatan muatan, memungkinkan elektron untuk bergerak dengan cepat dan lancar dalam sistem sel surya, sehingga menghasilkan efisiensi tertinggi sampai sekarang.

Struktur sel surya dalam penelitian ini  yang menggunakan quantum dot PbS (timbal sulida) [Gambar : hak cipta Sargent et.al., Nature Materials)

“Hasil ini membuktikan potensi dari ligan inorganik dalam pembuatan divais”, ujar Professor Dmitri Talapin dari Universitas Chicago, pioner dalam ligan inorganik dan kimia material. “Kimia permukaan yang baru ini menyediakan jalan untuk sel surya quantum dot yang  lebih stabil dan efisien. Ini juga dapat berefek terhadap divais elektronik dan optoelektronik lain yang menggunakan nanokristal koloid. Keuntungan dari penggunaan bahan-bahan inorganik adalah termasuk peningkatan transport elektronik dan juga stabilitas yang lebih lama.

Sebagai hasil dari potensi penemuan ini, lisensi teknologi telah ditandatangani antara U of T dan KAUST, dan juga MaRS Innovations (MI), yang memungkinkan komersialisasi secara global teknologi baru ini.

*Sumber : Universitas Toronto & Science Daily

*Jurnal original : : http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat3118.html

Istilah-istilah teknis

elektron : partikel subatom yang bermuatan negatif

inorganik : kelas dari senyawa yang tidak mengandung ikatan karbon. Contoh : metal oksida atau sulfida.

koloid: tipe campuran dimana partikel-partikel (5-200 nanometer) dari zat yang satu terdispersi pada zat yang lain tanpa  terjadi pelarutan. Contoh : susu, sampo

ligan  :molekul atau ion yang mengikat atom metal untuk membentuk senyawa kompleks

nanokristal : material yang mempunyai kombinasi antara karakteristik ukuran dalam skala nanometer dan juga struktur  kristal.

quantum dot : kristal semikonduktor berskala nanometer yang mempunyai karakteristik pertengahan antara semikonduktor dan juga molekul. Karakteristik elektroniknya bergantung kepada ukuran dari quantum dot.

semikonduktor : bahan yang mempunyai konduktivitas listrik antara insulator dan konduktor.

%d blogger menyukai ini: