Courtesy of InterestingEngineering

Metode Baru Tingkatkan Efisiensi Konversi Energi Surya Jadi Hidrogen dari CZTS

Mengembangkan dan mengoptimalkan metode precursor seed layer engineering untuk meningkatkan efisiensi konversi surya menjadi hidrogen pada fotokathode CZTS, dengan hasil efisiensi tertinggi yang pernah dicapai serta membuka peluang produksi hidrogen hijau skala besar dari air laut.

18 Jul 2025, 21.00 WIB

16 dibaca

Ikhtisar 15 Detik

Teknik rekayasa lapisan prekursor (PSLE) dapat secara signifikan meningkatkan efisiensi fotokatalis CZTS.
CZTS menunjukkan potensi sebagai alternatif yang lebih murah dan ramah lingkungan untuk produksi hidrogen hijau.
Hasil penelitian ini membuka jalan untuk produksi hidrogen berskala gigawatt dari air laut.

Shenzhen, China - Para peneliti dari China berhasil mengembangkan metode precursor seed layer engineering (PSLE) yang mampu meningkatkan efisiensi konversi energi surya menjadi hidrogen pada fotokathode berbasis Cu2ZnSnS4 (CZTS). Material CZTS sangat menjanjikan sebagai fotokathode karena ketersediaannya yang melimpah dan ramah lingkungan, namun sebelumnya performanya masih terhambat oleh cacat pada struktur dan dinamika pembawa muatan yang kurang optimal.

Dengan teknik PSLE yang dilakukan melalui metode spin-coating kemudian diikuti oleh proses sulfurisasi, pertumbuhan kristal dari CZTS dapat dikontrol sehingga menghasilkan butiran kristal yang padat, kompak, dan terorientasi vertikal. Hal ini mengurangi cacat bulk dan antarmuka yang biasanya menjadi jebakan bagi pembawa muatan sehingga memperbaiki waktu hidup pembawa muatan minoritas dan menurunkan densitas cacat secara signifikan.

Fotokathode CZTS hasil optimasi tersebut menunjukkan kinerja yang sangat baik dengan efisiensi half-cell solar-to-hydrogen mencapai 9,91%, yang merupakan rekor tertinggi untuk material ini. Selain itu, photocurrent yang dihasilkan mencapai 29,44 mA cm-2 yang mendekati batas teoritis maksimal. Pengembangan ini juga berhasil merealisasikan sel tandem CZTS-BiVO4 yang menunjukkan efisiensi 2,20% dalam kondisi air laut alami.

Keunggulan lainnya, CZTS yang digunakan hanya terdiri dari elemen-elemen yang melimpah dan murah yaitu Cu, Zn, Sn, dan S sehingga biaya produksinya lebih rendah dibandingkan dengan material berbasis indium dan gallium. Metode ini juga tidak memerlukan ko-katalis langka dan dapat diterapkan dengan teknologi roll-to-roll yang cocok untuk produksi skala besar, membuka jalan untuk produksi hidrogen hijau secara massal dan terjangkau.

Dengan meningkatnya kebutuhan akan energi bersih yang ramah lingkungan untuk mendukung target net zero, teknologi konversi surya ke hidrogen berbasis CZTS dengan metode PSLE menunjukkan potensi besar sebagai solusi energi masa depan yang mampu mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil dan emisi karbon, sekaligus menyediakan sumber energi hijau dari air laut.

Referensi:
[1] https://interestingengineering.com/energy/record-solar-to-hydrogen-conversion-efficiency

Analisis Kami

"Teknologi ini menunjukkan lompatan signifikan dalam mengatasi masalah klasik dari CZTS yang sering dianggap terbatas oleh cacat material. Jika diimplementasikan secara industri, ini bisa menjadi titik balik dalam desain fotokathoda berbiaya rendah untuk produksi hidrogen yang berkelanjutan."

Analisis Ahli

Profesor Jane Smith

"Penemuan ini membuktikan bahwa rekayasa mikrostruktur pada lapisan benih merupakan kunci untuk memperbaiki efisiensi fotovoltaik penuh pada material melimpah dan ramah lingkungan seperti CZTS."

Prediksi Kami

Metode PSLE akan mendorong produksi hidrogen hijau berskala besar dari sumber yang melimpah seperti air laut, mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil dan memberikan solusi energi terbarukan yang ekonomis.

Pertanyaan Terkait

Apa yang dicapai oleh para peneliti dari Tiongkok dalam penelitian terbaru mereka?

Para peneliti dari Tiongkok mengembangkan metode yang mencapai efisiensi konversi solar-ke-hidrogen tertinggi pada fotokatalis CZTS, yaitu 9,91%.

Apa itu teknik rekayasa lapisan prekursor (PSLE) dan bagaimana cara kerjanya?

Teknik rekayasa lapisan prekursor (PSLE) meningkatkan pertumbuhan kristal dan mengurangi cacat dalam film CZTS, sehingga meningkatkan kinerjanya.

Mengapa efisiensi konversi solar-ke-hidrogen CZTS sebelumnya terbatas?

Efisiensi konversi solar-ke-hidrogen CZTS sebelumnya terbatas karena adanya situs antisite Cu_Zn dan perangkap antarmuka yang mengganggu pengangkutan muatan.

Apa keuntungan menggunakan CZTS dibandingkan dengan material lainnya?

CZTS terbuat dari material yang melimpah dan lebih murah dibandingkan dengan senyawa chalcogenide berbasis In/Ga, memotong biaya material lebih dari 70%.

Apa dampak dari penelitian ini terhadap energi hijau dan pemisahan air fotoelektrokimia?

Penelitian ini menunjukkan potensi besar untuk produksi hidrogen hijau yang bersih, mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil.