Ilmuwan dari University of Cambridge telah mengembangkan metode baru untuk mentransfer energi dari organik ke anorganik Semikonduktor adalah jenis bahan yang memiliki konduktivitas listrik antara konduktor (seperti tembaga) dan isolator (seperti karet). Semikonduktor digunakan dalam berbagai perangkat elektronik, termasuk transistor, dioda, sel surya, dan sirkuit terpadu. Konduktivitas listrik semikonduktor dapat dikontrol dengan menambahkan pengotor ke material melalui proses yang disebut doping. Silikon adalah bahan yang paling banyak digunakan untuk perangkat semikonduktor, tetapi bahan lain seperti gallium arsenide dan indium phosphide juga digunakan dalam aplikasi tertentu.
semikonduktor yang dapat meningkatkan efisiensi sel surya anorganik yang banyak digunakan.
Para peneliti telah mengembangkan metode baru untuk memanen energi yang dibawa oleh partikel yang dikenal sebagai rangsangan spin-triplet ‘gelap’ dengan efisiensi hampir 100%, membuka jalan bagi sel surya hibrida yang jauh melampaui batas efisiensi saat ini.
Tim dari University of Cambridge telah berhasil memanen energi triplet exciton, keadaan elektron tereksitasi yang energinya dipanen dalam sel surya, dan mentransfernya dari semikonduktor organik ke anorganik. Hingga saat ini, jenis transfer energi ini hanya ditunjukkan untuk rangsangan spin-singlet. Hasilnya dipublikasikan di jurnal Nature Materials.
Di dunia alami, rangsangan adalah bagian penting dari Fotosintesis adalah bagaimana tumbuhan dan beberapa mikroorganisme menggunakan sinar matahari untuk mensintesis karbohidrat dari karbon dioksida dan air.
fotosintesis: foton cahaya diserap oleh pigmen dan menghasilkan rangsangan, yang kemudian membawa cahaya terkait energi di seluruh pabrik Proses yang sama sedang bekerja di sel surya.
Dalam semikonduktor konvensional seperti silikon, ketika satu foton adalah partikel cahaya. Ini adalah unit dasar cahaya dan radiasi elektromagnetik lainnya, dan bertanggung jawab atas gaya elektromagnetik, salah satu dari empat gaya dasar alam. Foton tidak memiliki massa, tetapi memiliki energi dan momentum. Mereka bergerak dengan kecepatan cahaya dalam ruang hampa, dan dapat memiliki panjang gelombang yang berbeda, yang sesuai dengan warna cahaya yang berbeda. Foton juga dapat memiliki energi yang berbeda, yang sesuai dengan frekuensi cahaya yang berbeda.
foton diserap sehingga mengarah pada pembentukan satu elektron bebas yang dapat diekstraksi sebagai saat ini. Namun, dalam pentacene, sejenis semikonduktor organik, penyerapan foton mengarah pada pembentukan dua elektron. Tetapi elektron ini tidak bebas dan sulit untuk dijabarkan, karena mereka terikat dalam triplet ‘gelap’ keadaan exciton.
Kegembiraan datang dalam dua ‘rasa’: spin-singlet dan spin-triplet. Rangsangan spin-singlet ‘cerah’ dan energinya relatif mudah dipanen dalam sel surya. Sebaliknya, rangsangan putaran triplet adalah ‘gelap’, dan cara elektron berputar membuatnya sulit untuk memanen energi yang dibawanya.
“Kunci untuk membuat sel surya yang lebih baik adalah mampu mengekstraksi elektron dari rangsangan triplet gelap ini,” kata Maxim Tabachnyk, Sarjana Gates Cambridge di Laboratorium Cavendish Universitas, dan penulis utama makalah tersebut. “Jika kita dapat menggabungkan bahan seperti pentacene dengan semikonduktor konvensional seperti silikon, itu akan memungkinkan kita untuk menembus batas dasar efisiensi sel surya.”
Dengan menggunakan teknik spektroskopi laser femtosecond yang canggih, tim menemukan bahwa rangsangan triplet dapat ditransfer langsung ke semikonduktor anorganik, dengan efisiensi transfer lebih dari 95%. Setelah ditransfer ke bahan anorganik, elektron dari triplet dapat dengan mudah diekstraksi.
“Menggabungkan keunggulan semikonduktor organik, yang berbiaya rendah dan mudah diproses, dengan semikonduktor anorganik yang sangat efisien, dapat memungkinkan kami untuk lebih mendorong efisiensi sel surya anorganik, seperti yang terbuat dari silikon,” kata Dr Akshay Rao, yang memimpin penelitian tersebut. tim di belakang pekerjaan.
Tim tersebut sekarang sedang menyelidiki bagaimana transfer energi yang ditemukan dari rangsangan spin-triplet dapat diperluas ke sistem organik/anorganik lainnya dan sedang mengembangkan lapisan organik murah yang dapat digunakan untuk meningkatkan efisiensi konversi daya sel surya silikon.
Pekerjaan di Cambridge merupakan bagian dari inisiatif yang lebih luas untuk memanfaatkan pengetahuan teknologi tinggi dalam ilmu fisika untuk mengatasi tantangan global seperti perubahan iklim dan energi terbarukan. Inisiatif ini didukung oleh Dewan Riset Teknik dan Ilmu Fisika Inggris (EPSRC) dan Program Winton untuk Fisika Keberlanjutan.
Publikasi : Maxim Tabachnyk, et al., “Transfer energi resonan dari rangsangan triplet dari pentacene ke PbSe nanocrystals,” Bahan Alam (2014); doi:10.1038/nmat4093
Gambar: Maxim Tabachnyk
