Efek fotovoltaik kristal feroelektrik dapat ditingkatkan dengan faktor 1,000 jika tiga bahan berbeda disusun secara berkala dalam kisi. Hal ini terungkap dalam sebuah penelitian oleh para peneliti di Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU). Mereka mencapai ini dengan menciptakan lapisan kristal barium titanat, strontium titanat dan kalsium titanat yang mereka tempatkan secara bergantian di atas satu sama lain. Temuan mereka, yang secara signifikan dapat meningkatkan efisiensi sel surya.
Kebanyakan sel surya saat ini berbasis silikon; namun, efisiensinya terbatas. Ini telah mendorong para peneliti untuk memeriksa bahan baru, seperti feroelektrik seperti barium titanat, oksida campuran yang terbuat dari barium dan titanium. “Ferroelektrik berarti bahan tersebut memiliki muatan positif dan negatif yang terpisah secara spasial,” jelas fisikawan Dr Akash Bhatnagar dari Pusat Kompetensi Inovasi SiLi-nano MLU. "Pemisahan muatan mengarah ke struktur asimetris yang memungkinkan listrik dihasilkan dari cahaya." Tidak seperti silikon, kristal feroelektrik tidak memerlukan apa yang disebut sambungan pn untuk menciptakan efek fotovoltaik, dengan kata lain, tidak ada lapisan yang didoping secara positif dan negatif. Ini membuatnya lebih mudah untuk menghasilkan tenaga surya panel.
Namun, barium titanat murni tidak menyerap banyak sinar matahari dan akibatnya menghasilkan arus foto yang relatif rendah. Penelitian terbaru menunjukkan bahwa menggabungkan lapisan yang sangat tipis dari bahan yang berbeda secara signifikan meningkatkan hasil energi matahari. “Yang penting di sini bahan feroelektrik diselingi dengan bahan paraelektrik. Meskipun yang terakhir tidak memiliki muatan terpisah, ia dapat menjadi feroelektrik dalam kondisi tertentu, misalnya pada suhu rendah atau ketika struktur kimianya sedikit dimodifikasi, ”jelas Bhatnagar.
Kelompok penelitian Bhatnagar menemukan bahwa efek fotovoltaik sangat meningkat jika lapisan feroelektrik bergantian tidak hanya dengan satu, tetapi dengan dua lapisan paraelektrik yang berbeda. peneliti, menjelaskan: “Kami menyematkan barium titanat di antara strontium titanate dan kalsium titanat. Ini dicapai dengan menguapkan kristal dengan laser berdaya tinggi dan meletakkannya kembali pada substrat pembawa. Ini menghasilkan bahan yang terbuat dari 500 lapisan dengan ketebalan sekitar 200 nanometer.”
Saat melakukan pengukuran fotolistrik, material baru disinari dengan laser lampu. Hasilnya bahkan mengejutkan kelompok penelitian: dibandingkan dengan barium titanat murni dengan ketebalan yang sama, aliran arusnya mencapai 1,000 kali lebih kuat—dan ini terlepas dari kenyataan bahwa proporsi barium titanat sebagai komponen fotolistrik utama berkurang hampir dua pertiga . “Interaksi antara lapisan kisi tampaknya mengarah pada permitivitas yang jauh lebih tinggi—dengan kata lain, elektron dapat mengalir lebih mudah karena eksitasi oleh foton cahaya,” jelas Akash Bhatnagar. Pengukuran juga menunjukkan bahwa efek ini sangat kuat: hampir konstan selama periode enam bulan.
Penelitian lebih lanjut sekarang harus dilakukan untuk mengetahui dengan tepat apa yang menyebabkan efek fotolistrik yang luar biasa. Bhatnagar yakin bahwa potensi yang ditunjukkan oleh konsep baru ini dapat digunakan untuk aplikasi praktis di panel surya. “Struktur lapisan menunjukkan hasil yang lebih tinggi di semua rentang suhu daripada feroelektrik murni. Kristal juga secara signifikan lebih tahan lama dan tidak memerlukan kemasan khusus.”
