Hingga saat ini, banyak kelas material telah dikembangkan secara eksponensial untuk mencapai efisiensi konversi daya tinggi (PCE) sel yang mendekati batas teoretisnya. Sejauh ini, sel surya silikon kristalin (c-Si) adalah mendominasi ~90% pasar fotovoltaik (PV) komersial. Namun, pembuatan sel surya c-Si membutuhkan wafer yang sangat tebal (biasanya di atas beberapa ratus 碌m) dan proses suhu/vakum tinggi, sehingga berdampak buruk pada biaya produksi dan membatasi aplikasinya untuk aplikasi sel surya yang fleksibel dan ringan. Teknologi PV film tipis, di sisi lain, terdiri dari film semikonduktor tipis sebagai lapisan fotoaktif, dengan ketebalan tipikal sekitar 1 碌m. Mengembangkan teknologi film tipis sangat penting karena permintaan pasar untuk optoelektronik portabel atau yang dapat dipakai untuk perangkat yang ringan dan fleksibel meningkat. Di antara teknologi PV berbasis film tipis, film tipis tembaga chalcogenides (CuCh) dianggap memberikan lebih banyak keuntungan dalam hal bahan yang ramah lingkungan dan stabil (karena masa pakai modul sekitar 20-25 tahun) dan efisiensi yang layak (PCE di atas 23% pada perangkat berukuran kecil dan sekitar 19% pada modul).
Komposisi CuCh yang sederhana hingga kompleks dapat dibuat menggunakan berbagai metode, termasuk teknik pemrosesan larutan dan vakum dengan berbagai proses suhu. Ini akan memberikan lebih banyak fleksibilitas untuk mendepositkan film tipis CuCh ke berbagai substrat kaca, seperti kaca, plastik, atau substrat logam. Bahan CuCh telah digunakan untuk banyak aplikasi perangkat optoelektronik, seperti fotodetektor, dioda pemancar cahaya (LED), resonansi plasmon inframerah, pencitraan biomedis, biosensor, dan lain sebagainya, yang dapat beroperasi dalam panjang gelombang lebar berkisar dari terlihat hingga inframerah karena celah pita yang dapat disetel. Selain itu, untuk aplikasi sel surya, bahan CuCh dapat digunakan sebagai bahan kontak fotoaktif atau pemilihan muatan. Secara khusus, aplikasinya sebagai bahan fotoaktif pada perangkat sel surya lebih dominan karena mobilitas yang tinggi (hingga 200 cm2/Vs), celah pita yang dapat diatur (dari sekitar 1,0 hingga 2 eV), koefisien penyerapan yang tinggi (hingga 105 cm-1), dan stabil secara kimiawi.
Film tipis berbasis CuCh terdiri dari elemen tidak beracun dan dapat disintesis dari biner ke terner dan kuaterner terutama sebagai bahan fotoaktif untuk perangkat PV ramah lingkungan. Namun, PCE biner dan terner masih dibatasi kurang dari 20% karena sulitnya mengontrol pengotor film. Dengan demikian, kualitas yang lebih tinggi dari film CIGS kuaterner fase tunggal dapat diperoleh dengan menambahkan atom galium dalam sistem CIS terner. Hasilnya, sel surya CIGS buatan dengan PCE maksimum lebih dari 23% telah didemonstrasikan. Perangkat ini dikembangkan baru-baru ini tanpa lapisan beracun, seperti lapisan buffer-n CdS, dan menggunakan lapisan buffer-n yang lebih ramah lingkungan untuk mendukung toksisitas CIGS yang rendah. Perlu dicatat bahwa jenis film tipis lainnya seperti perovskit logam-halida dan sel surya organik memiliki masalah stabilitas dan toksisitas pada bahan dasar yang digunakan atau pelarut untuk diproses dibandingkan dengan sel surya CIGS.
Penulis: Tahta Amrillah, Ph.D
Jurnal: Environment-friendly copper-based chalcogenide thin film solar cells: status and perspectives
