Membuat kawat logam di sel surya hampir tak terlihat

Sebuah sel surya pada dasarnya adalah semikonduktor yang mengubah sinar matahari menjadi listrik, terjepit di antara kontak logam yang membawa arus listrik.

Tapi desain ini banyak digunakan memiliki cacat: logam mengkilap di atas sel mencerminkan sinar matahari jauh dari semikonduktor di mana listrik dihasilkan, mengurangi efisiensi sel.

Sekarang, para ilmuwan Stanford University telah menemukan cara untuk menyembunyikan kontak atas reflektif dan menyalurkan cahaya langsung ke semikonduktor bawah. Temuan mereka yang diterbitkan dalam jurnal ACSNano dapat menyebabkan paradigma baru dalam desain dan fabrikasi sel surya.

“Menggunakan nanoteknologi, kami telah mengembangkan cara baru untuk membuat kontak logam atas hampir tak terlihat cahaya yang masuk”, kata pemimpin penulis studi Vijay Narasimhan yang melakukan pekerjaan sebagai mahasiswa pascasarjana di Stanford. “Teknik baru kami secara signifikan dapat meningkatkan efisiensi dan dengan demikian menurunkan biaya sel surya”.

Seperti cermin logam

Dalam kebanyakan sel surya, kontak atas terdiri dari kawat kotak logam yang membawa listrik ke atau dari perangkat. Tetapi kabel ini juga mencegah sinar matahari mencapai semikonduktor yang biasanya terbuat dari silikon.

“Semakin banyak logam yang Anda miliki di permukaan, lebih banyak cahaya yang di blokir”, kata rekan penulis studi Yi Cui, seorang profesor ilmu dan teknik material. “Cahaya itu kemudian hilang dan tidak dapat diubah menjadi listrik”.

sel-surya

Kontak logam oleh karena itu “menghadapi tradeoff yang tampaknya tak terdamaikan antara konduktivitas listrik dan transparansi optik”, tambah Narasimhan. “Tapi struktur nano kita dibuat untuk menghilangkan tradeoff itu”.

Untuk penelitian ini, tim Stanford menempatkan film 16 nanometer di lembaran datar dari silikon. Film emas penuh dengan berbagai nanosized lubang persegi, tetapi untuk mata, permukaan tampak seperti mengkilap, cermin emas.

Analisis optik mengungkapkan bahwa film emas berlubang tertutup 65 persen dari permukaan silikon dan tercermin, rata-rata 50 persen dari cahaya yang masuk. Para ilmuwan beralasan bahwa jika mereka bisa menyembunyikan film emas reflektif, lebih banyak cahaya akan mencapai semikonduktor silikon di bawah.

Solusinya: Buat pilar nanosized dari silikon di atas film emas dan mengarahkan sinar matahari sebelum menyentuh permukaan logam.

Membuat nanopillars silikon ternyata proses kimia satu langkah.

“Kami tenggelam silikon dan film emas berlubang bersama dalam larutan asam fluorida dan hidrogen peroksida”, kata mahasiswa pascasarjana dan rekan penulis studi Thomas Hymel. “Film emas segera mulai tenggelam ke dalam substratsilikon dan nanopillars silikon mulai bermunculan melalui lubang-lubang dalam film”.

Dalam hitungan detik, pilar silikon tumbuh hingga ketinggian 330 nanometer, mengubah permukaan emas mengkilap untuk merah gelap. Perubahan warna dramatis adalah indikasi yang jelas bahwa logam tidak lagi memantulkan cahaya.

“Begitu nanopillars silikon mulai muncul, mereka mulai menyalurkan cahaya di sekitar grid logam dan ke dalam substrat silikon di bawahnya”, Narasimhan menjelaskan.

Dia membandingkan array nanopillar untuk saringan di wastafel dapur Anda. “Ketika Anda menghidupkan keran, tidak semua air melalui lubang di saringan tersebut”, katanya. “Tapi jika Anda menempatkan corong kecil di atas setiap lubang, sebagian besar air akan mengalir langsung tanpa masalah. Itu dasarnya struktur kami. Nanopillars bertindak sebagai corong yang menangkap cahaya dan membimbing ke dalam substrat silikon melalui lubang di grid logam”.

Kontak rahasia

Selain emas, arsitektur nanopilar juga akan bekerja dengan kontak yang terbuat dari perak, platinum, nikel dan logam lainnya, kata mahasiswa pascasarjana dan co-penulis Ruby Lai.

“Kami menyebutnya kontak rahasia, karena logam bersembunyi di bayang-bayang nanopillars silikon”, katanya. “Tidak peduli apa jenis logam yang Anda tempatkan di sana. Ini akan menjadi hampir tak terlihat cahaya yang masuk”.

Selain silikon, teknologi baru ini bisa digunakan dengan bahan semikonduktor lainnya untuk berbagai aplikasi, termasuk photosensors, dioda pemancar cahaya dan display, baterai transparan, serta sel surya.

“Dengan sebagian besar perangkat optoelektronik, Anda biasanya membangun semikonduktor dan logam kontak secara terpisah”, kata Cui, co-direktur Department of Energy’s Bay Area Photovoltaic Consortium (BAPVC). “Hasil penelitian kami menunjukkan paradigma baru di mana komponen ini dirancang dan dibuat bersama-sama untuk membuat antarmuka kinerja tinggi”.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.