AI Memajukan Solar Thin-Film dengan Membuka Stabilitas Perovskit

Dari Silikon ke Thin Film

Dalam artikel kami “The Solar Age – A Bright Future To Mankind”, kami menjelaskan bagaimana peningkatan energi surya sedang memicu revolusi dalam pasokan energi kami, setidaknya dalam jangka panjang.

Sejauh ini, sekitar 90% panel surya dibuat menggunakan teknologi berbasis silikon, dengan mayoritas besar menggunakan desain polisilikon, yang telah menggantikan desain monosilikon yang lebih lama (silikon monokristalin lebih tahan lama, tetapi juga kurang efisien biaya).

Sumber: EIA

Alternatifnya adalah perovskit, yang juga sering disebut sel surya thin-film, yang menangkap energi Matahari berkat struktur kristal unik perovskit. (Bentang lain dari teknologi thin-film surya menggunakan sel thin-film kadmium tellurida.)

Istilah thin film berasal dari lapisan material yang jauh lebih tipis yang diperlukan untuk menghasilkan listrik, sehingga menghasilkan sel surya yang lebih fleksibel dan ringan.

Perovskit yang terjadi secara alami terbuat dari kalsium dan titanium oksida (CaTiO3), tetapi mineral lain dapat memiliki struktur kristal yang sama dengan rumus kimia yang mengikuti aturan “ABX3”.

Meskipun memiliki hasil konversi energi yang sangat tinggi, perovskit kurang tahan lama dibandingkan sel surya silikon, yang telah menghambat penggunaan praktis dan adopsi komersialnya.

Peneliti di Chalmers University of Technology (Swedia) dan University of Birmingham menggunakan pembelajaran mesin untuk menjelaskan bagian yang hilang dari pengetahuan teoretis tentang struktur kristal perovskit, membuka jalan untuk membuatnya lebih tahan lama, dan dengan demikian, mungkin generasi berikutnya dari teknologi fotovoltaik komersial.

Mereka mempublikasikan hasil mereka di Journal of the American Chemical Society¹, dengan judul “Revealing the Low-Temperature Phase of FAPbI3 Using a Machine-Learned Potential”.

Stabilitas Perovskit Formamidinium

Para peneliti bekerja dengan material yang disebut formamidinium lead iodide (FAPbI3). Material ini dianggap salah satu material dengan kinerja terbaik dalam kelompok perovskit halida karena sifatnya yang menjanjikan untuk teknologi sel surya masa depan.

Namun, material ini umumnya tidak cukup stabil di bawah sinar matahari untuk aplikasi komersial, dan sebagian alasannya adalah fase suhu rendah dari formamidinium lead iodide masih dipahami dengan buruk, hingga kini.

“Fase suhu rendah material ini telah lama menjadi bagian yang hilang dari teka-teki penelitian dan kami kini telah menyelesaikan pertanyaan fundamental tentang struktur fase ini.”

Sangita Dutt – Chalmers University Of Technology

Pemodelan AI Tingkat Lanjut

Observasi eksperimental sejauh ini belum cukup untuk memahami struktur kristal FAPbI3. Simulasi komputer tradisional, yang mencoba menghitung dan mensimulasikan perilaku atom satu per satu, memerlukan superkomputer yang kuat dan waktu simulasi yang lama.

Sebaliknya, para peneliti menggunakan keahlian mereka dalam pembelajaran mesin untuk secara drastis meningkatkan efisiensi simulasi komputer.

“Dengan menggabungkan metode standar kami dengan pembelajaran mesin, kami kini dapat menjalankan simulasi yang ribuan kali lebih lama daripada sebelumnya.

Dan model kami kini dapat memuat jutaan atom alih-alih ratusan, yang membuatnya lebih mendekati dunia nyata,

Sangita Dutt – Chalmers University Of Technology

Transisi Fase Kristal pada FAPbI3

Bergantung pada suhu, FAPbI3 dapat memiliki struktur kristal yang berbeda: kubik pada 300 K (27 °C / 80 °F), tetragonal di bawah 285 K (12 °C / 53 °F) dan masih belum diketahui pada 140 K (-133 °C / -207 °F).

Sumber: Journal of the American Chemical Society

Mereka menemukan bahwa simulasi mereka memprediksi bahwa material dapat berada dalam keadaan semi-stabil ketika didinginkan.

Kemudian mereka mengujinya dalam kehidupan nyata pada -200 °C / -328 °F, untuk mengonfirmasi bahwa simulasi secara akurat memprediksi perilaku kristal perovskit, terutama dalam kondisi yang belum terbukti ini.

Model tersebut sebagian besar berhasil dengan prediksi hampir sempurna untuk pergerakan atom karbon, dan prediksi yang cukup akurat untuk atom nitrogen.

Sumber: Journal of the American Chemical Society

Aplikasi Penelitian Perovskit Berbasis AI

Model ini adalah yang pertama dapat memprediksi dengan akurasi baik semua struktur kristal material perovskit ini. Model ini juga jauh kurang intensif dalam hal kebutuhan komputasi, sehingga dapat digunakan oleh hampir semua tim riset di dunia. Jadi ini dapat secara drastis mempercepat kemajuan teknologi ini.

Struktur kristal dan stabilitasnya adalah kunci utama untuk membuat perovskit lebih tahan lama, dan juga penting untuk menjadikannya layak secara komersial.

“Kami berharap wawasan yang kami peroleh dari simulasi dapat berkontribusi pada cara memodelkan dan menganalisis material perovskit halida kompleks di masa depan,”

Erik Fransson – Chalmers University Of Technology

Solar thin-film, yang lebih fleksibel, dapat diterapkan dalam banyak konteks dibandingkan panel surya tradisional. Mereka juga jauh lebih ringan.

Jadi jika perovskit dapat digunakan secara komersial, kita dapat mulai menggunakannya di permukaan bangunan, mobil, atap, ponsel, dll, menyediakan energi melimpah tanpa perlu mengalokasikan lahan untuk ladang surya besar.

Amidimium tampaknya menjadi arah yang tepat untuk teknologi ini, dengan laporan lain juga menunjukkan bahwa lapisan pelindung amidimium dapat secara radikal meningkatkan umur sel surya thin film. Nanopartikel alumina juga dapat meningkatkan umur sel surya perovskit 10x.

Kemungkinan besar, kombinasi beberapa teknologi ini akan muncul untuk menciptakan sel surya perovskit thin-film yang ultra-tahan lama.

Geser untuk menggulir →

Berinvestasi dalam Inovasi Solar

First Solar adalah produsen panel surya terbesar di AS dan di seluruh belahan barat, dengan situs manufaktur di AS, Malaysia, dan Vietnam.

Perusahaan ini tidak menggunakan teknologi silikon kristalin klasik dan sebaliknya menggunakan fotovoltaik thin-film miliknya.

Berdasarkan kadmium-tellurida, mereka lebih efisien, diproduksi dengan biaya lebih rendah, dan dapat dengan mudah diproduksi secara massal.

Sumber: Department Of Energy

Panel surya thin-film kadmium tellurida juga lebih tahan lama, mempertahankan 89% kinerja asli setelah 30 tahun.

Sumber: First Solar

Kadmium dan tellurida adalah produk sampingan dari penambangan logam lain, yang berarti produk First Solar memiliki dampak minimal, menggunakan sumber daya yang sebelumnya sedikit berguna. Panel thin-film juga dapat memiliki tingkat daur ulang yang tinggi.

Fokus perusahaan pada teknologi semikonduktor thin-film memungkinkan integrasi vertikal penuh, menjadikannya sangat berbeda dari industri panel surya berbasis silikon.

Alih-alih memiliki banyak pabrik, dengan setiap pihak berspesialisasi pada satu segmen seperti pemurnian polisilikon, dan memerlukan banyak hari untuk memproduksi sel surya, First Solar dapat beralih dari bahan mentah ke produk jadi dalam kurang dari 4 jam.

Sumber: First Solar

Keunggulan teknologi First Solar, dikombinasikan dengan lokasi geografisnya, menjadikannya penerima manfaat yang mungkin dari dorongan meningkat bagi negara-negara Barat untuk memperoleh panel mereka dari luar China.

Perusahaan ini dengan cepat meningkatkan kapasitas produksi, menargetkan mencapai kapasitas terpasang sebesar 25 GW pada 2026, dari 11 GW saat ini.

First Solar telah menghabiskan total $2 Miliar dalam R&D sejak berdiri. Tim R&D di First Solar memperkirakan sel CdTe thin-film dengan efisiensi sel 25% dan jalur menuju efisiensi sel 28% pada 2030.

Mengingat keterlibatannya dalam penelitian yang dibahas di sini, perusahaan ini juga jelas tertarik pada perovskit, setidaknya begitu panel ini cukup tahan lama.

Dalam jangka panjang, First Solar berencana mengintegrasikan pengalamannya dengan thin-film kadmium tellurida ke teknologi perovskit, sehingga panel surya yang dihasilkan menjadi lebih efisien.

Sumber: First Solar

Secara keseluruhan, First Solar adalah pemimpin teknologi yang akan mendapat manfaat dari tarif pada impor China, sesuatu yang kemungkinan akan mengimbangi efek negatif pada industri surya akibat terpilihnya kembali Trump.

Meskipun saat ini lebih fokus pada solar thin-film yang menggunakan kadmium tellurida, keahliannya dalam manufaktur panel surya non-silikon dapat memberikannya keunggulan signifikan dengan perovskit, terutama mengingat hubungan eratnya dengan beberapa peneliti terkemuka di bidang ini.

(Anda juga dapat membaca informasi lebih lanjut tentang First Solar dalam laporan investasi yang didedikasikan untuk perusahaan)

Berita dan Perkembangan Saham First Solar (FSLR) Terbaru

Studi yang Dirujuk

^{1. Sangita Dutta, Erik Fransson, Tobias Hainer, Benjamin M. Gallant, Dominik J. Kubicki, Paul Erhart, and Julia Wiktor. Mengungkap Fase Suhu Rendah FAPbI3 Menggunakan Potensi yang Dipelajari Mesin. Journal of the American Chemical Society. 14 Agustus 2025. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c05265}