Energi terbarukan saat ini banyak dikembangkan secara masif, termasuk teknologi sel surya. Hal ini dilakukan karena krisis energi yang semakin parah, sehingga memerlukan solusi yang tepat. Teknologi sel surya menjadi solusi yang cukup ampuh karena perangkat ini menggunakan energi matahari sebagai sumbernya. Namun demikian, cahaya matahari yang di konversi menjadi listrik dengan perangkat sel surya saat ini masih belum maksimal. Sehingga riset terkait dengan sel surya terus berkembang. Salah satu ranah riset pengembangan sel surya yaitu pencarian material sel surya yang mampu mengkonversi cahaya matahari ke listrik dengan maksimal.
Silikon menjadi salah satu material semikonduktor yang digunakan untuk perangkat sel surya. Sampai saat ini, sel surya silikon menjadi primadona dan banyak digunakan. Namun demikian, sel surya silikon masih dinilai belum maksimal. Misalkan, efisiensi konversi sel surya silikon yang masih rendah dan proses pembuatan perangkat yang mahal. Sehingga, muncullah beberapa jenis sel surya menggunakan jenis material semikonduktor yang lain untuk menggantikan sel surya silikon.
Beberapa jenis material semikonduktor untuk teknologi sel surya telah dikembangkan. Termasuk yang dinamakan material kuaternari tembaga Cu2ZnSnS4 atau CZTS. CZTS merupakan material semikonduktor dengan sifat optoelektronik yang sangat cocok untuk aplikasi sel surya. CZTS merupakan senyawa tembaga yang tersusun dari elemen yang melimpah di alam dan harganya sangat murah. Proses fabrikasi sel surya berbasis CZTS dapat dilakukan dengan metode yang sangat sederhana dan biaya yang murah. Untuk itu, perangkat sel surya menggunakan bahan dasar CZTS akan relatif murah dibandingkan sel surya silikon. Mamun demikian, sel surya berbasis CZTS masih memiliki performa sedikit lebih rendah daripada sel surya berbasis silikon.
Dalam perkembangannya, material CZTS dikembangkan lagi dengan beberapa strategi rekayasa material, salah satunya doping. Beberapa elemen doping digunakan untuk mensubsitusi sebagian elemen CZTS, misalkan Cr, Fe, Mn, Co, dan Ni. Cr salah satu elemen metal yang sering digunakan sebagai elemen doping karena keunikan Cr yang dapat stabil dengan bilangan oksidasi +1, +2, dan +4, sehingga dapat memungkinkan untuk mensubsitusi Cu, Zn, dan bahkan Sn pada komposisi CZTS. Untuk itu, riset terkait CZTS terdoping Cr terus dikembangkan untuk mengetahui kemungkinan besar peningkatan performa CZTS jika diaplikasikan pada sel surya. Dari penelitian yang telah dilakukan, Cr dapat berfungsi sebagai hole donor yang dapat meningkatkan pembentukan voltase pada perangkat sel surya. Doping Cr juga terbukti dapat menurunkan pembentukan fasa pengotor CZTS yang sering terbentuk.
Selain doping, strategi pengembangan CZTS dapat dilakukan dengan strategi pengembangan morfologi dari CZTS. Misalkan, penelitian sebelumnya dapat memodifikasi bentuk partikel CZTS yang umumnya berbentuk bulat pejal menjadi bulat bersturktur yang dinamakan microflower. Bentuk partikel ini dinilai memiliki sisi aktif yang tinggi sehingga dapat menyerap cahaya matahari lebih banyak untuk di konversi menjadi listrik. Untuk membentuk CZTS dengan bentuk microflower, metode solvotermal dapat digunakan dengan media pelarut organik yang meiliki viskositas tinggi dan dielektrik konstan maupun polaritas yang rendah. Dengan metode ini, CZTS akan dapat terbentuk menjadi lempengan kecil dan akan cenderung menggumpal karena penggunaan pelarut organic dengan karakteristik diatas. Lempengan kecil CZTS kemudian akan menggumpal membentuk seperti flower.
¢ Penutupan / Simpulan
CZTS sebagai material sel surya yang dapat menggantikan sel surya berbasis silikon dapat terus dikembangkan dengan strategi rekayasa material yang lain. Dengan pengembangan dengan strategi yang tepat, dipastikan material CZTS akan semakin layak untuk digunakan sebagai bahan material semikonduktor untuk menghasilkan sel surya dengan performa yang sangat baik.
Penulis: Tahta Amrillah, Ph.D
