Sel surya perovskit: Potensi fotovoltaik transparan untuk bangunan modern dan proyek PV – Gambar: Xpert.Digital
Transisi energi yang transparan: Pembangkitan listrik melalui teknologi jendela inovatif
Sel surya perovskit: Para pencipta masa depan untuk jendela pintar.
Pengembangan sel surya transparan dan berefisiensi tinggi membuka perspektif baru untuk mengintegrasikan fotovoltaik ke dalam bangunan. Sel surya perovskit, khususnya, telah muncul dalam beberapa tahun terakhir sebagai kandidat yang menjanjikan untuk aplikasi ini. Dengan efisiensi hingga 31,6 persen, kemungkinan desain transparan, dan manufaktur yang hemat biaya, sel surya ini dapat merevolusi penggunaan energi surya. Penelitian terkini menunjukkan bahwa stabilitas sel-sel ini yang sebelumnya bermasalah telah ditingkatkan secara signifikan. Aplikasi sebagai jendela pintar, yang tidak hanya menghasilkan listrik tetapi juga dapat menyesuaikan transparansinya dengan kondisi lingkungan sekitar, sangat menjanjikan.
Cocok untuk:
Dasar-dasar teknologi surya perovskit
Sel surya perovskit merupakan perkembangan yang relatif baru dalam fotovoltaik, dengan penelitian intensif yang baru dimulai pada tahun 2009. Nama sel surya ini diambil dari mineral perovskit, yang memiliki struktur kristal khas. Sel surya ini berbasis pada apa yang disebut perovskit halida, material hibrida yang terdiri dari komponen organik bermuatan positif seperti kation metilamonium dan garam logam anorganik seperti timbal iodida. Komposisi dan struktur materialnya yang unik berbeda secara fundamental dari sel surya silikon tradisional, menjadikannya kandidat yang menjanjikan untuk masa depan energi surya.
Fungsionalitas sel surya perovskit bergantung pada kemampuannya yang sangat baik untuk mengubah sinar matahari menjadi energi listrik. Para ilmuwan di Pusat Penelitian Jülich telah menemukan, melalui pengukuran fotoluminesensi baru, bahwa pembawa muatan bebas dalam sel surya perovskit kemungkinan terlindungi dengan sangat baik dari peluruhan, yang bisa menjadi alasan utama efisiensinya yang tinggi. Masa hidup pembawa muatan tereksitasi dalam material merupakan faktor penting bagi efisiensi sel surya ini, karena menentukan berapa lama elektron yang dilepaskan oleh cahaya tetap tersedia dan dapat berkontribusi pada pembangkitan daya.
Dalam beberapa tahun terakhir, perkembangan teknologi sel surya ini telah mengalami kemajuan yang mengesankan. Sementara sel surya perovskit pertama hanya memiliki efisiensi sederhana sebesar 4 persen, model terbaru secara teratur mencapai efisiensi lebih dari 20 persen. Institut Fraunhofer bahkan mencapai nilai rekor 31,6 persen, sementara perusahaan Jerman Qcells mencapai efisiensi 28,6 persen.
Keunggulan sel surya perovskit transparan
Fitur paling menonjol dari sel surya perovskit dibandingkan dengan modul silikon konvensional adalah potensi transparansinya yang dikombinasikan dengan efisiensi tinggi. Sifat ini membuka kemungkinan aplikasi yang sepenuhnya baru, khususnya di bidang fotovoltaik terintegrasi bangunan. Sel surya transparan atau semi-transparan dapat diintegrasikan ke dalam permukaan jendela, memungkinkan bangunan tidak hanya untuk membiarkan cahaya masuk tetapi juga untuk menghasilkan listrik secara bersamaan.
Tingkat transparansi dapat disesuaikan selama proses manufaktur tergantung pada kebutuhan, meskipun perlu dicatat bahwa efisiensi konversi energi menurun seiring dengan meningkatnya transparansi. Efisiensi konversi tertinggi yang terukur untuk versi transparan saat ini mencapai angka yang luar biasa, yaitu 17,9 persen. Proyek penelitian IMPRESSIVE menunjukkan bahwa kombinasi teknologi dapat mengkonversi energi matahari dengan efisiensi 14 persen pada transmitansi cahaya rata-rata lebih dari 55 persen. Sel perovskit UV semi-transparan bahkan mencapai efisiensi lebih dari 10 persen pada transmitansi cahaya sekitar 60 persen.
Selain transparansinya, sel surya perovskit menawarkan keunggulan penting lainnya. Sel surya ini relatif murah dan mudah diproduksi, mirip dengan modul surya film tipis. Produksinya jauh lebih hemat energi dibandingkan silikon, karena perovskit dapat diproduksi menggunakan proses sederhana dan terukur seperti pencetakan roll-to-roll. Selain itu, bahan baku yang dibutuhkan umumnya mudah didapatkan, sehingga biaya material tetap rendah.
Keunggulan penting lainnya adalah ringannya dan fleksibilitas sel surya perovskit. Sel surya ini dapat diaplikasikan sebagai lapisan ultra-tipis pada berbagai substrat, sehingga secara signifikan memperluas kemungkinan aplikasinya. Sifat ini memungkinkan aplikasi inovatif pada perangkat portabel, kendaraan, atau solusi fotovoltaik terintegrasi bangunan seperti jendela surya atau modul fasad.
Aplikasi inovatif dalam integrasi bangunan
Kemampuan untuk membuat sel surya perovskit transparan menjadikannya sangat menarik untuk fotovoltaik terintegrasi bangunan (BIPV), di mana sel surya menggantikan bahan bangunan tradisional seperti jendela. Dengan menanamkan perovskit di antara panel kaca, sel surya dapat berfungsi sebagai fasad dan dinding bangunan, sekaligus menghasilkan listrik untuk penggunaan di lokasi atau dialirkan ke jaringan listrik.
Panasonic Holdings menghadirkan contoh konkret dari aplikasi inovatif ini, dengan memamerkan pagar kaca semi-transparan dengan sel surya perovskit di balkon sebuah rumah contoh di selatan Tokyo. Prototipe ini menunjukkan potensi pengintegrasian teknologi perovskit ke dalam elemen bangunan sehari-hari. Para fisikawan di Leipzig juga telah mengembangkan sel surya transparan yang dapat diendapkan langsung ke panel jendela melalui proses penguapan, yang berpotensi mengubah seluruh fasad bangunan menjadi pembangkit listrik.
Perkembangan di bidang jendela termokromik atau "pintar" sangat menjanjikan. Para ilmuwan di Universitas California, Berkeley, telah mengembangkan ekstensi fungsional untuk jendela fotovoltaik yang mengubah warna dan transparansinya dengan perubahan suhu dan dapat menghasilkan listrik saat gelap. Sakelar bolak-balik ke jendela surya berwarna didasarkan pada perubahan fase lapisan perovskit ultra-tipis.
Dalam keadaan transparan, kristal perovskit memiliki struktur kubik dan sebagian besar transparan, sedangkan pada suhu sekitar 105 derajat Celcius, kristal tersebut berubah menjadi struktur kristal yang kurang transparan, tetapi aktif secara fotovoltaik. Struktur ini menghalangi sekitar dua pertiga cahaya tampak dan mencapai efisiensi tujuh persen. Ketika didinginkan hingga suhu ruangan dan terkena sedikit kelembapan, perubahan fase ini dapat dibalik, dan jendela menjadi transparan kembali.
Cocok untuk:
Sifat termokromik untuk bangunan yang dioptimalkan iklimnya
Sifat termokromik jendela berbasis perovskit dapat memberikan kontribusi signifikan terhadap efisiensi energi bangunan. Mirip dengan kacamata hitam fotokromik, jendela ini dapat berubah warna sebagai respons terhadap perubahan suhu, dengan suhu—tidak seperti intensitas cahaya pada kacamata hitam—sebagai faktor penentu. Saat suhu naik, panel transparan secara bertahap berubah menjadi kuning, oranye, merah, atau cokelat. Semakin panas suhunya, semakin gelap kaca tersebut, sehingga mendinginkan ruangan secara otomatis dan tanpa perlu pendingin ruangan.
Mekanisme ini dapat memberikan kontribusi signifikan dalam mengurangi konsumsi energi untuk pemanasan dan pendinginan. Mengingat bahwa pemanasan dan air panas menyumbang 25 persen emisi CO2 di Austria, dan sebuah studi oleh Universitas Birmingham memprediksi jumlah perangkat pendingin di seluruh dunia akan meningkat empat kali lipat menjadi 14 miliar pada tahun 2050, solusi jendela pintar seperti ini dapat memberikan kontribusi signifikan terhadap perlindungan iklim.
Tantangan dan solusi
Terlepas dari sifat-sifatnya yang menjanjikan, sel surya perovskit menghadapi beberapa tantangan yang sejauh ini membatasi penerapannya secara komersial secara luas. Masalah utama adalah stabilitasnya dalam kondisi lingkungan dunia nyata. Kristal perovskit cenderung tumbuh tidak teratur dan cacat, yang dapat menyebabkan masalah stabilitas. Sel surya perovskit belum mencapai umur pakai sel surya silikon dan sensitif terhadap kelembaban, cahaya, dan panas. Kerugian yang signifikan adalah ketahanan cuacanya yang lebih rendah, karena material tersebut dapat terdegradasi dalam kondisi cuaca ekstrem.
Namun, penelitian telah membuat kemajuan signifikan dalam mengatasi tantangan ini. Panasonic, misalnya, telah berhasil memproduksi varian material yang lebih stabil secara kimia dan melindunginya dari unsur-unsur alam melalui penggunaan kaca ganda. Lembaga penelitian Belgia Imec, mitra dalam konsorsium penelitian EnergyVille, telah mencapai terobosan dalam penelitian modul surya perovskit . Dalam studi luar ruangan selama dua tahun di Siprus, stabilitas jangka panjang modul mini-perovskit telah ditunjukkan, yang mencapai efisiensi energi yang mengesankan sebesar 78 persen setelah satu tahun di luar ruangan – nilai yang seringkali hanya dapat dipertahankan oleh modul surya perovskit saat ini selama beberapa minggu.
Kemajuan juga telah dicapai di bidang daur ulang. Para peneliti dari Swedia telah mengembangkan metode untuk mendaur ulang sel surya perovskit secara menyeluruh dan ramah lingkungan. Alih-alih menggunakan dimetilformamida beracun untuk membongkar sel, seperti yang dilakukan sebelumnya, tim tersebut menggunakan air sebagai pelarut untuk menguraikan perovskit yang telah terurai. Semua komponen kemudian dapat digunakan kembali dalam sel surya perovskit baru tanpa memengaruhi kinerja – sel surya hasil daur ulang memiliki efisiensi yang sama dengan sel surya aslinya.
Tantangan spesifik masih tetap ada untuk jendela surya termokromik. Suhu perubahan fasa yang relatif tinggi, yaitu sedikit di atas 100 derajat Celcius, perlu dikurangi lebih lanjut untuk aplikasi praktis. Selain itu, kelembapan yang dibutuhkan untuk peralihan reversibel dapat mengganggu stabilitas jangka panjang lapisan perovskit. Namun, karena komposisi material perovskit dapat sangat bervariasi, studi lebih lanjut dapat mengidentifikasi campuran material tanpa kekurangan ini dan dengan demikian meningkatkan efisiensi lebih lanjut.
Potensi pasar dan prospek masa depan
Kombinasi fleksibilitas, keunggulan biaya, dan efisiensi yang luar biasa menjadikan sel surya perovskit sebagai teknologi yang menjanjikan untuk transisi energi. Peneliti pasar di IDTechEx memprediksi bahwa pasar fotovoltaik perovskit akan mencapai volume penjualan tahunan hampir US$12 miliar pada tahun 2035. Teknologi ini dapat menggantikan modul berbasis silikon sebagai teknologi fotovoltaik dominan di masa depan.
Kombinasi perovskit dengan silikon dalam sel tandem tampak sangat menjanjikan, berpotensi mencapai efisiensi hingga 43 persen – peningkatan signifikan dibandingkan modul silikon murni. Material perovskit dapat dirancang khusus untuk memanfaatkan panjang gelombang sinar matahari yang berbeda secara efisien: Sementara perovskit menyerap cahaya gelombang pendek (biru) lebih baik, silikon unggul dalam rentang panjang gelombang panjang (merah).
Sel surya perovskit transparan membuka perspektif baru untuk fotovoltaik terintegrasi bangunan. Untuk mengganti jendela pasif dengan jendela penghasil energi secepat mungkin, para peneliti berupaya mengoptimalkan kinerja teknologi ini dan mempercepat kesiapan pasar sel PV transparan. Jika tantangan yang tersisa terkait stabilitas dan daya tahan dapat diatasi, jendela surya berbasis perovskit dapat memberikan kontribusi signifikan terhadap pembangkitan energi terdesentralisasi di daerah perkotaan dalam waktu dekat.
Transisi energi perkotaan: Jendela penghasil energi dengan teknologi perovskit
Sel surya perovskit, terutama versi transparan untuk aplikasi jendela , merupakan teknologi yang menjanjikan untuk masa depan fotovoltaik. Dengan kombinasi efisiensi tinggi, transparansi, biaya produksi rendah, dan fleksibilitas, sel surya perovskit menawarkan keunggulan signifikan dibandingkan sel surya silikon konvensional. Kemampuan untuk mengubah fasad dan jendela bangunan menjadi pembangkit listrik tanpa mengorbankan fungsi utamanya dapat memberikan kontribusi penting bagi transisi energi di daerah perkotaan.
Kemajuan terkini dalam meningkatkan stabilitas dan umur pakai sel-sel ini dalam kondisi lingkungan dunia nyata sangat menggembirakan dan membuka jalan bagi aplikasi komersial yang lebih luas. Sifat termokromik beberapa jendela berbasis perovskit tampak sangat inovatif, karena tidak hanya dapat menghasilkan listrik tetapi juga berkontribusi pada efisiensi energi bangunan dengan menyesuaikan transparansinya.
Meskipun masih ada beberapa tantangan, perkembangan pesat teknologi perovskit dalam beberapa tahun terakhir menunjukkan bahwa sel surya transparan dan berkinerja tinggi dapat segera memainkan peran penting dalam arsitektur dan pasokan energi. Teknologi inovatif ini dapat secara fundamental mengubah masa depan konstruksi, menciptakan bangunan yang jendela dan fasadnya tidak hanya estetis tetapi juga secara aktif berkontribusi pada produksi energi.
Cocok untuk:
Mitra pemasaran global dan pengembangan bisnis Anda
☑️ Bahasa bisnis kami adalah Inggris atau Jerman
☑️ BARU: Korespondensi dalam bahasa nasional Anda!
Konrad Wolfenstein
Saya akan dengan senang hati melayani Anda dan tim saya sebagai penasihat pribadi.
Anda dapat menghubungi saya dengan mengisi formulir kontak atau cukup hubungi saya di +49 89 89 674 804 (Munich) . Alamat email saya adalah: wolfenstein ∂ xpert.digital
Saya menantikan proyek bersama kita.
