Nanorod Titanium: Masa Depan Panel Surya

Bagaimana Sifat Reaktif Cahaya Titanium Meningkatkan Kinerja Surya

Reaksi beberapa logam atau unsur tertentu terhadap cahaya sudah menjadi bagian yang sangat penting dalam dunia modern. Hal ini jelas berlaku untuk silikon dalam panel surya, tetapi juga berlaku untuk banyak sensor, perangkat elektronik, dan banyak peralatan sensitif cahaya lainnya.

Salah satu logam tersebut adalah titanium. Meskipun reputasi titanium banyak berasal dari sifatnya sebagai semacam “super baja”, yang kuat namun jauh lebih ringan dan tahan korosi, itu sebenarnya bukan penggunaan utamanya.

Titanium dioksida (TiO₂) mengonsumsi 95% bijih titanium mentah yang ditambang dan digunakan sebagai pigmen putih permanen yang kuat dalam cat, kertas, pasta gigi, dan plastik. Pigmen ini tahan terhadap sinar matahari dan secara kimia inert. Kemudian dapat dicampur dengan bahan kimia untuk menghasilkan warna-warna cerah dan cat.

Sifat optik yang sama menjadi alasan mengapa ia juga digunakan dalam tabir surya, berkat kemampuannya memantulkan dan menyerap sinar UV.

Sumber: Chemours

Contoh lain dari sifat optik luar biasa titanium adalah perovskit, jenis kristal alami yang terbuat dari kalsium dan titanium oksida (CaTiO3). Sel surya perovskit, yang juga sering disebut sel surya film tipis, dapat dipasang bersama silikon atau sebagai sel surya mandiri.

Sumber: Department Of Energy

Inilah mengapa para ilmuwan mencari cara agar titanium bereaksi lebih banyak dengan sinar matahari dan sumber cahaya lainnya.

Peneliti di University of Science and Technology of China dan Chinese Academy of Sciences telah menemukan cara baru untuk menumbuhkan susunan nanorod titanium dioksida (TiO₂-NA) dan menunjukkan penerapannya dalam sel surya berperforma tinggi.

Mereka mempublikasikan hasil mereka di jurnal ilmiah Small Methods¹, dengan judul “Mengungkap Prinsip Pertumbuhan dan Fotovoltaik dalam Susunan Nanorod TiO2 yang Dapat Dikendalikan Kerapatannya untuk Sel Surya Efisien”.

Nanorod Logam

Ketika berbicara tentang reaksi kimia atau optik, permukaan aktual dari logam sangat penting. Jika permukaannya halus, ukurannya kira-kira sama dengan bahan yang terlihat dengan mata.

Namun jika memiliki mikrostruktur yang lebih kompleks, ia dapat memiliki puluhan atau ratusan kali lebih banyak permukaan kontak, meningkatkan efisiensi dan kecepatan reaksi yang diinginkan.

Untuk contoh, ini adalah bagaimana peneliti menggunakan nanorod nikel untuk mengkatalisis produksi hidrogen tanpa logam mulia seperti platinum.

Metode yang sama dapat digunakan untuk membuat nanorod titanium, dengan diameter hanya beberapa nanometer saja.

Sumber: ResearchGate

Diketahui bahwa nanorod TiO₂ tunggal-kristalin unggul dalam memanen cahaya dan menghantarkan muatan, menjadikannya ideal untuk sel surya, fotokatalis, dan sensor.

Namun, metode fabrikasi tradisional kesulitan mengendalikan semua parameter secara bersamaan, seperti kepadatan batang, diameter, dan panjang. Setidaknya sampai sekarang.

Bagaimana Pertumbuhan Nanorod Terkontrol Dicapai

Peneliti meningkatkan tahap di mana film dikenai perlakuan hidrotermal, di mana nanopartikel diubah secara in situ menjadi rutile (sebuah bentuk titanium dioksida).

Sumber: ResearchGate

Mereka berfungsi sebagai benih untuk pertumbuhan nanorod selanjutnya. Metode ini memberikan cara efektif untuk mengendalikan kepadatan batang tanpa mengubah dimensi nanorod.

Sumber: ResearchGate

Dengan cara ini, para peneliti berhasil untuk pertama kalinya menghasilkan diameter dan tinggi batang yang konstan, meskipun jumlah batang per area bervariasi.

Sumber: ResearchGate

Nanorod Titanium dalam Efisiensi Sel Surya Generasi Berikutnya

Nanorod ini dimasukkan ke dalam sel surya CuInS₂ yang diproses pada suhu rendah (copper-indium-sulfide). Jenis panel surya ini, yang masih dalam pengembangan, dapat menjadi alternatif yang tidak beracun terhadap semikonduktor berbasis kadmium.

Sumber: ResearchGate

Nanorod titanium meningkatkan penjebakan cahaya sel surya, pemisahan muatan, dan pengumpulan pembawa.

Sel surya mencapai efisiensi konversi daya 10,44%, sebuah rekor baru untuk jenis sel surya ini.

Ini bukan berarti sel surya CuInS₂ sudah siap untuk aplikasi komersial, karena sel silikon yang lebih umum atau bahkan sel film tipis perovskit dan kadmium-tellurida, semuanya memiliki efisiensi di atas 20%.

Desain ini, bagaimanapun, menjanjikan, karena dapat diproduksi secara massal (disintesis dan diproses menggunakan metode berbasis larutan) dan secara teoritis dapat seefisien sel silikon.

Jenis material ini juga dapat diintegrasikan ke dalam desain sel surya lainnya, sebagai lapisan penyerapan cahaya utama dalam desain yang lebih kompleks yang menggabungkan elemen lain.

Membandingkan Teknologi Sel Surya

Untuk lebih memahami posisi sel surya CuInS₂ + TiO₂ nanorod, berikut perbandingannya dengan jenis-jenis terkemuka lainnya:

Berinvestasi dalam Surya

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

Perusahaan tidak menggunakan teknologi silikon kristalin klasik dan sebaliknya menggunakan fotovoltaik film tipis miliknya. Berdasarkan kadmium-tellurida, mereka lebih efisien, diproduksi dengan biaya lebih rendah, dan dapat diproduksi secara massal dengan mudah. Panel surya film tipis juga lebih tahan lama, mempertahankan 89% kinerja asli mereka 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 kurang berguna. Panel film tipis juga dapat memiliki tingkat daur ulang yang tinggi.

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

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

Sementara fokus pada produksi panel surya kadmium tellurida yang lebih matang saat ini, First Solar sedang menjelajahi teknologi film tipis lain saat mereka siap untuk produksi skala komersial.

Ia secara khusus mencatat dalam presentasi investor bahwa perovskit harus memiliki “jalur pengembangan yang siap untuk menghasilkan contoh teknologi perovskit, meniru kondisi produksi”.

First Solar telah menghabiskan total $2 Miliar dalam R&D sejak didirikan.

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 sebagian besar fokus pada panel surya film tipis yang menggunakan kadmium tellurida sejauh ini, keahliannya dalam manufaktur panel surya non-silikon dapat memberikannya keunggulan signifikan dengan perovskit atau panel surya berbasis titanium lainnya, terutama mengingat hubungan eratnya dengan beberapa peneliti terkemuka di bidang ini.

Berita dan Perkembangan Saham First Solar (FSLR) Terbaru

Studi Dirujuk

^{1. Wenbo Cao, Chao Dong, Chaofan Zheng, Jiajin Kuang, Yang Wang, Faisal Naveed, Mengqi Jin, Yingying Dong, Chong Chen, Mingtai Wang. Mengungkap Prinsip Pertumbuhan dan Fotovoltaik dalam Susunan Nanorod TiO2 yang Dapat Dikendalikan Kerapatannya untuk Sel Surya Efisien.Small Methods. 22 April 2025. https://doi.org/10.1002/smtd.202500264}