Di tengah meningkatnya kebutuhan akan sumber energi bersih dan berkelanjutan, para peneliti terus mencari material baru yang mampu meningkatkan efisiensi teknologi sel surya. Salah satu tantangan yang dihadapi adalah menemukan material konduktor transparan yang tidak hanya mampu menghantarkan listrik dengan baik, tetapi juga memungkinkan cahaya matahari masuk secara optimal ke dalam perangkat fotovoltaik.

Menjawab tantangan tersebut, Abd. Wahidin Nuayi dari UNG bersama Rustan Ruslan, Irzaman, Toto Winata, dan Fatimah Arofiati Noor dari ITB dan IPB University berhasil mengembangkan metode sintesis grafena suhu rendah yang menunjukkan potensi besar untuk meningkatkan performa sel surya silikon generasi berikutnya.

Hasil penelitian mereka menunjukkan bahwa grafena yang disintesis menggunakan metode Hot Wire in Plasma–Very High Frequency–Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (HW IP-VHF-PECVD) mampu berfungsi sebagai elektroda konduktif transparan sekaligus lapisan jendela (window layer) pada sel surya silikon. Menariknya, proses sintesis dilakukan pada suhu sekitar 285 derajat Celsius, jauh lebih rendah dibandingkan metode konvensional yang umumnya membutuhkan suhu di atas 900 derajat Celsius.

Grafena merupakan material berbasis karbon yang tersusun hanya setebal satu lapisan atom. Material ini dikenal memiliki kombinasi sifat unggul berupa konduktivitas listrik tinggi, transparansi optik yang baik, serta fleksibilitas mekanik yang menjadikannya kandidat kuat untuk berbagai aplikasi elektronik dan energi terbarukan. Selama ini, kebutuhan akan material konduktor transparan banyak dipenuhi oleh indium tin oxide (ITO), namun material tersebut memiliki sejumlah keterbatasan, mulai dari biaya produksi yang relatif tinggi, ketersediaan bahan baku yang terbatas, hingga sifatnya yang rapuh ketika diaplikasikan pada perangkat fleksibel.

Dalam penelitian ini, tim peneliti mempelajari pengaruh variasi tekanan ruang deposisi terhadap kualitas grafena yang dihasilkan. Hasil pengujian menunjukkan bahwa tekanan deposisi memiliki pengaruh besar terhadap struktur, transparansi, dan kemampuan penghantaran listrik grafena.

Dari berbagai kondisi yang diuji, tekanan 350 mTorr menghasilkan grafena dengan karakteristik paling optimal. Pada kondisi tersebut, lapisan grafena memiliki struktur yang lebih seragam, tingkat cacat yang lebih rendah, serta transparansi optik mencapai 78,34 persen. Selain itu, grafena menunjukkan konduktivitas listrik yang sangat tinggi, yaitu 5,22 × 10 5 S/cm, disertai hambatan permukaan yang rendah. Kombinasi kedua sifat tersebut merupakan syarat penting bagi material yang akan digunakan sebagai elektroda transparan pada perangkat fotovoltaik.

Menurut tim peneliti, pengendalian tekanan deposisi yang tepat menjadi faktor penting dalam menghasilkan grafena berkualitas tinggi pada suhu rendah. Temuan ini menunjukkan bahwa proses sintesis yang lebih hemat energi tetap mampu menghasilkan material dengan karakteristik optoelektronik yang baik untuk aplikasi perangkat energi surya.

Keunggulan grafena tersebut kemudian diuji secara langsung pada perangkat sel surya silikon tipe p-i-n. Hasilnya menunjukkan peningkatan performa yang signifikan dibandingkan perangkat tanpa grafena. Efisiensi konversi daya meningkat dari 3,89 persen menjadi 6,10 persen setelah lapisan grafena diintegrasikan ke dalam struktur sel surya.

Peningkatan kinerja ini menunjukkan bahwa grafena tidak hanya berperan sebagai penghantar listrik, tetapi juga membantu memaksimalkan masuknya cahaya ke dalam perangkat serta meningkatkan proses pengumpulan muatan listrik yang dihasilkan selama konversi energi matahari. Dengan kata lain, satu lapisan material mampu menjalankan dua fungsi penting sekaligus dalam sistem sel surya.

Selain meningkatkan performa perangkat, penelitian ini juga menawarkan pendekatan produksi yang lebih efisien. Metode HW IP-VHF-PECVD memungkinkan pertumbuhan grafena berkualitas tinggi pada suhu di bawah 300 derajat Celsius sehingga lebih kompatibel dengan substrat yang sensitif terhadap panas dan berpotensi diterapkan pada produksi perangkat fotovoltaik fleksibel serta berbiaya lebih rendah.

Temuan ini membuka peluang baru bagi pengembangan teknologi energi surya yang lebih berkelanjutan. Dengan memanfaatkan material berbasis karbon yang melimpah dan proses sintesis yang relatif hemat energi, grafena berpotensi menjadi alternatif material konduktor transparan masa depan untuk menggantikan material konvensional yang selama ini digunakan dalam industri fotovoltaik.

Penelitian ini turut mendukung upaya pengembangan energi bersih dan inovasi teknologi yang sejalan dengan Tujuan Pembangunan Berkelanjutan (SDGs), khususnya SDG 7 tentang Energi Bersih dan Terjangkau serta SDG 9 tentang Industri, Inovasi, dan Infrastruktur. Ke depan, pengembangan lebih lanjut pada rekayasa antarmuka material dan integrasi dengan material nanoteknologi lainnya diharapkan mampu meningkatkan efisiensi perangkat sehingga membuka jalan menuju generasi baru sel surya yang lebih efisien, fleksibel, dan ekonomis.

Catatan: Hasil penelitian ini dilaporkan dalam naskah ilmiah pra-publikasi (preprint) yang saat ini masih menunggu proses penelaahan sejawat (peer review).

Sumber : https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=5553545