Sel Surya Organik

Mengubah energi surya menjadi listrik dengan cara yang murah dan efisien bisa membantu menanggulangi pemanasan global dan kekurangan bahan bakar fosil. Akan tetapi, biaya produksi listrik yang tinggi dari sel-sel surya berbasis silikon telah membatasi penggunaan teknologi ini. Dalam hal ini diperlukan sel surya yang murah dengan kinerja sel tinggi dan sel surya organik bisa menjadi solusi. Sel-sel ini mudah dibuat dari material organik yang tidak mahal dan, berbeda dengan sel surya anorganik, ringan, fleksibel dan beraneka warna.

Absorpsi cahaya oleh sel-sel organik menyebabkan sebuah keadaan eksitasi yang dikenal sebagai exciton atau pasangan elektron-lubang (electron-hole). Elektron dan lubang terpisah satu sama lain dan dibawa melalui molekul donor dan akseptor ke elektroda, menghasilkan sebuah arus listrik (photocurrent). Proses konversi cahaya secara langsung menjadi listrik ini dikenal sebagai fotovoltaik dan harus dioptimasi untuk sel-sel surya organik agar menjadi efisien. Banyak upaya yang telah dilakukan untuk mencari molekul donor dan akseptor yang cocok dan pengaturannya pada sebuah permukaan elektroda yang berskala nanometer.

Fulleren dan turunannya telah banyak digunakan sebagai molekul akseptor yang sangat baik. Baru-baru ini, tabung-nano karbon (CNT), yang memiliki struktur berbasis karbon mirip fulleren, telah menarik banyak perhatian. Berbeda dengan bentuk fulleren yang bulat, CNT memiliki struktur satu dimensi seperti kawat, yang menjadikannya lebih baik dalam membentuk jalur transportasi elektron atau lubang dalam sel. Area permukaannya yang luas meningkatkan pemisahan pasangan elektron-lubang dan menunjukkan daya hantar yang beberapa kali lebih besar dibanding polimer-polimer penghantar listrik. CNT juga bisa bertindak sebagai donor sekaligus akseptor elektron tergantung pada sifat-sifat redoks dari komponen lain dalam sel. Semua sifat ini menjadikan CNT sebagai kandidat yang menjanjikan untuk pemisahan dan transport muatan dalam sel-sel surya organik.

Struktur yang mirip kawat membantu tabung-nano karbon membentuk jalur-jalur transport muatan pada sel-sel surya organik

Beberapa ilmuwan telah membuat peralatan fotoelektrokimia atau sel fotovoltaik dengan elektroda yang termodifikasi CNT. Mereka menggunakan berbagai metode, termasuk deposisi lapis demi lapis dan pelapisan semprot, untuk mengatur CNT dengan molekul donor atau akseptor yang cocok pada permukaan-permukaan elektroda. Akan tetapi, sekarang ini, efisiensi konversi energi dari elektroda yang termodifikasi CNT belum setara dengan kinerja tinggi sel surya peka zat warna – yang menggunakan elektroda titanium dioksida nanokristalin berpori dengan zat warna ruthenium.

Saat ini, sulit untuk mensintesis CNT murni dengan struktur yang konsisten. Untuk memperbaiki sel surya berbasis CNT, para ilmuwan telah memurnikan atau memilih CNT yang memiliki struktur terbaik untuk transpor muatan. Atau, pendekatan yang lebih menarik adalah dengan menggunakan CNT sebagai perancah-nano (nanoscaffold) bagi molekul donor atau akseptor untuk membuat jalur transportasi arus.

Sejarah sel-sel surya organik berbasis CNT belum lebih dari 10 tahun. Banyak penelitian yang masih harus dilakukan untuk menunjukkan potensinya dalam konversi energi surya.

(Chem-is-try.org)