Toshiba Corporation, pemimpin dunia dalam pengembangan modul fotovoltaik perovskite untuk pembangkit listrik tenaga surya generasi berikutnya, telah mengembangkan metode pelapisan baru untuk lapisan perovskite yang meningkatkan efisiensi konversi daya (PCE) hingga 15,1% untuk modul 703cm2 Toshiba1, yang merupakan yang tertinggi untuk modul fotovoltaik perovskite berbasis film polimer berukuran besar2. Metode pelapisan inovatif untuk lapisan perovskite ini juga mengurangi waktu dan biaya produksi secara signifikan, yang berkontribusi pada penurunan biaya pembangkitan listrik tenaga surya.
Keberhasilan dalam mencapai netralitas karbon akan membutuhkan pemanfaatan pembangkit listrik fotovoltaik yang jauh lebih besar, serta perluasan signifikan di lokasi-lokasi tempat modul fotovoltaik dapat dipasang. Modul fotovoltaik yang paling banyak digunakan saat ini terbuat dari silikon kristalin dan cukup berat, serta kaku, yang membatasi tempat pemasangannya. Modul fotovoltaik berbasis film polimer perovskite menjadi alternatif generasi berikutnya yang menarik, karena tipis, ringan, dan fleksibel, serta dapat dipasang di lokasi-lokasi yang sulit digunakan untuk modul fotovoltaik silikon, seperti atap dengan daya tahan rendah dan jendela kantor. Peningkatan terbaru dalam PCE modul fotovoltaik perovskite telah membawa mereka ke tingkat yang sebanding dengan modul fotovoltaik silikon.
Terobosan terbaru Toshiba adalah pengembangan metode pelapisan lapisan perovskite baru. Sebelumnya, perusahaan mengembangkan proses pelapisan dua langkah yang pertama kali menerapkan lapisan tinta PbI2 (iodida timbal) pada substrat, diikuti dengan lapisan tinta MAI (metilamonium iodida, CH3NH3I), yang memicu reaksi untuk membentuk lapisan MAPbI3. Namun, pendekatan multi-langkah ini memiliki tingkat pelapisan yang rendah dan sering kali meninggalkan bagian-bagian yang tidak bereaksi dalam lapisan perovskite (Gambar 1, kiri). Alternatifnya adalah proses satu langkah yang menerapkan tinta MAPbI3 langsung, namun sulit untuk mengontrol kristalisasi MAPbI3 dan mendapatkan lapisan perovskite yang seragam di seluruh area besar (Gambar 1, kanan). Oleh karena itu, diperlukan metode pelapisan baru yang dapat menyelesaikan masalah ini.
Toshiba telah mengembangkan metode pelapisan meniskus satu langkah yang menggunakan tinta yang ditingkatkan, proses pengeringan film, dan peralatan produksi untuk membentuk lapisan perovskite yang seragam di area seluas 703cm2. Inovasi-inovasi ini mengurangi langkah-langkah untuk deposisi lapisan perovskite, dan meningkatkan kecepatan pelapisan hingga 6 meter per menit pada modul 5×5 cm2, sebuah kecepatan yang memenuhi persyaratan untuk produksi massal*3 (Gambar 2, kiri).
Diterapkan pada modul fotovoltaik perovskite berbasis film polimer 703cm2 yang sebelumnya dilaporkan oleh Toshiba, metode pelapisan meniskus satu langkah ini mencapai PCE sebesar 15,1%, yang merupakan yang tertinggi di dunia untuk modul fotovoltaik perovskite berbasis film polimer berukuran besar. (Gambar 2, kanan). PCE yang lebih tinggi ini dan proses produksi yang lebih cepat dan disederhanakan, secara signifikan mempercepat kemajuan menuju komersialisasi modul fotovoltaik perovskite berbasis film polimer yang sangat efisien dan biaya rendah.
Toshiba memperkirakan bahwa modul fotovoltaik perovskite baru ini akan menghasilkan daya setara dengan dua pertiga dari konsumsi daya tahunan oleh rumah-rumah di Tokyo4 jika dipasang di area atap seluas 164,9km2, yang kira-kira setara dengan luas permukaan atap semua bangunan di Tokyo5.
Toshiba akan melanjutkan penelitian pada modul fotovoltaik perovskite, dengan tujuan untuk meningkatkan PCE menjadi 20% atau lebih, dan memperbesar area aktif menjadi 900cm2, ukuran yang diperlukan untuk aplikasi praktis. Perusahaan memperkirakan pencapaian target-target ini akan mengurangi biaya manufaktur modul fotovoltaik perovskite menjadi \15/W (sekitar $0,14/W).
Teknologi pelapisan yang baru dikembangkan dan modul surya perovskite yang mengaplikasikannya adalah hasil penelitian dalam proyek Organisasi Pengembangan Teknologi Energi Baru dan Industri (NEDO), Pengembangan Teknologi untuk Mempromosikan Pembangkitan Listrik Fotovoltaik sebagai Sumber Daya Utama.
Catatan
*1 Area aktif adalah 24,15 cm x 29,10 cm (702,765 cm2)
*2 Survei Toshiba terhadap modul surya perovskite berbasis film dengan substrat plastik berukuran 100 cm2 atau lebih (9/10/2021)
*3 Survei Toshiba.
*4 Konsumsi daya tahunan oleh rumah-rumah di Tokyo pada tahun 2018: 26×109kWh. Sumber: Badan Sumber Daya Alam dan Energi, Kementerian Ekonomi, Perdagangan, dan Industri.
https://www.enecho.meti.go.jp/statistics/energy_consumption/ec002/results.html
*5 Perkiraan Toshiba. Total luas atap (164,9 km2) di Tokyo: J. Archit. Plann, AIJ, No. 581, 83-88, Juli, 2004 https://www.jstage.jst.go.jp/article/aija/69/581/69_KJ00004229303/_pdf
Share this post