Material yang mampu memanen energi sebelum berubah menjadi panas sedang menjadi fokus baru dalam riset panel surya. Pendekatan ini menargetkan salah satu masalah lama pada sel surya, yaitu banyaknya energi cahaya yang tidak sempat diubah menjadi listrik secara efisien.
Tim dari Kyushu University bersama Johannes Gutenberg University Mainz menguji sistem berbasis logam untuk menjawab persoalan itu. Hasil riset mereka dipublikasikan di Journal of the American Chemical Society.
Mengejar energi yang biasanya terbuang
Sel surya memang sudah bekerja mengubah cahaya matahari menjadi listrik. Namun, tidak semua foton cocok dengan respons semikonduktor, dan sebagian energi lain justru hilang sebagai panas.
Kondisi ini berkaitan dengan limit Shockley-Queisser, yaitu batas efisiensi teoritis yang selama ini menjadi tantangan besar bagi teknologi surya. Karena itu, para peneliti terus mencari cara agar energi yang biasanya hilang bisa dimanfaatkan lebih dulu.
Fokus pada emitter spin-flip berbahan molibdenum
Pusat penelitian ini ada pada emitter spin-flip berbahan molibdenum. Struktur kimianya dirancang untuk menangkap energi berlipat yang muncul ketika satu eksitasi tinggi dipecah menjadi dua eksitasi yang lebih rendah melalui singlet fission.
Singlet fission kerap dipandang sebagai salah satu teknologi menjanjikan untuk konversi cahaya. Proses ini dapat menggandakan jumlah pembawa energi yang tersedia, sehingga peluang pemanfaatan cahaya menjadi lebih besar.
Tantangan utamanya ada pada proses penangkapan
Yoichi Sasaki dari Faculty of Engineering Kyushu University menjelaskan bahwa energi hasil pemisahan bisa lebih dulu direbut oleh proses lain. Salah satu yang perlu diwaspadai adalah Förster resonance energy transfer atau FRET sebelum multiplikasi benar-benar terjadi.
Karena itu, tim membutuhkan penerima energi yang bisa menangkap triplet exciton hasil fission secara selektif. Tanpa kemampuan itu, energi yang dihasilkan dari pemisahan tidak akan sempat dimanfaatkan dengan baik.
Hasil laboratorium menunjukkan sinyal yang menjanjikan
Dalam eksperimen menggunakan material tetracene berbasis larutan, para peneliti mencatat quantum yield di kisaran sedikit di atas 110% hingga sekitar 130%. Angka ini menunjukkan jumlah pembawa energi yang dihasilkan bisa melebihi jumlah foton yang diserap dalam kondisi laboratorium.
Temuan tersebut memberi bukti awal bahwa pendekatan spin-flip berpotensi membantu memanen energi yang sebelumnya terbuang. Meski begitu, pengujian ini masih terbatas pada sistem larutan dan belum diterapkan pada perangkat surya utuh.
Langkah berikutnya menuju bentuk padat
Agar lebih dekat ke penggunaan nyata, material ini perlu digabungkan ke dalam sistem solid-state. Integrasi seperti itu dibutuhkan supaya efisiensi transfer energi bisa diuji dalam kondisi yang lebih relevan dengan operasi panel surya sesungguhnya.
Selama material ini belum masuk ke format padat yang kompatibel dengan perangkat kerja, pemakaiannya masih berada di tahap awal. Meski demikian, jalur riset ini membuka peluang baru untuk mendorong efisiensi sel surya melampaui batas yang selama ini sulit ditembus.
Para peneliti juga melihat potensi penerapan di luar panel surya, termasuk pada teknologi pencahayaan seperti OLED. Pada perangkat semacam itu, pengelolaan perilaku exciton ikut menentukan performa, sehingga material spin-flip bisa punya manfaat yang lebih luas.
