Metode Baru Pengukuran Efisiensi Kristal Semikonduktor


Ilmuwan Jepang telah berhasil menemukan metode baru untuk mengukur efisiensi semikonduktor kristal. Untuk pertama kalinya, tim riset dari Universitas Tohoku ini menggunakan jenis spektroskopi photoluminescence tertentu sebagai pendeteksi cahaya untuk menandai jenis semikonduktor. Energi cahaya yang dipancarkan digunakan sebagai indikator kualitas kristanilitas bahan semikonduktor. Metode ini berpotensi berujung pada Light Emitting Diode (LED) dan sel surya yang jauh lebih efisien. Selain itu, bisa mengantar beberapa kemajuan lain dalam bidang elektronik.

Penelitian yang diterbitkan dalam jurnal APL Materials pada 31 Juli 2019 ini, membutuhkan kristal yang disebut timah halide perovskites merupakan jenis bahan yang unik dengan struktur yang baik untuk kinerja sel surya. Kristal ini terdiri dari bahan organik yang saling berikatan dengan satu bahan anorganik. Perovskites adalah bahan semikonduktor yang memiliki banyak pengaplikasian. Bahan ini lebih efisien dan jauh lebih mudah, lebih murah untuk dibuat daripada sel surya komersial.

Selain itu, kristal yang menjanjikan ini juga dapat memicu tampilan atau modifikasi elektronik baru, sensor, dan perangkat lain yang bekerja di bawah pengaruh cahaya, sehingga dapat meningkatkan efisiensi dengan biaya relatif lebih rendah bagi produsen optoelektronika yang memanfaatkan cahaya. Selain itu, kristal-kristal ini memiliki potensi untuk memanen dalam artian menampung energi matahari. Sebagian besar sel surya dibuat dengan kristal silikon, bahan yang relatif mudah dan efektif untuk diproses. Namun, perangkat berbasis perovskite cenderung menawarkan efisiensi konversi energi yang lebih tinggi daripada silikon.

"Untuk pengembangan lebih lanjut dari perangkat berbasis perovskite, penting untuk secara kuantitatif mengevaluasi efisiensi absolut dalam kristal perovskit berkualitas tinggi tanpa mengasumsikan model fisik yang telah ditentukan adalah hal sangat penting," kata penulis utama Kazunobu Kojima, Associate Professor di Tohoku University, Jepang . "Metode kami dapat dikatakan sebagai sesuatu yang baru dan unik karena metode sebelumnya mengandalkan estimasi efisiensi dengan analisis photoluminescence yang bergantung pada model."

Memahami photoluminescence penting untuk merancang perangkat yang akan mengontrol, menghasilkan atau mendeteksi cahaya, termasuk sel surya, LED dan sensor cahaya. Sejauh ini, proses pendeteksian sebagian besar mengandalkan pemodelan teoritis sebagai cara untuk memprediksi efisiensi semikonduktor berbasis perovskite. Dalam penelitian ini, penulis telah menerapkan teknik yang mereka usulkan pada tahun 2016 yang disebut Omnidirectional Photoluminescence Spectroscopy atau disebut dengan "ODPL spectroscopy." Prosedur ini adalah metode tanpa kontak langsung dan tidak merusak dalam proses analisis struktur elektronik kristal dari segala arah, dan memungkinkan mereka dengan mudah dan cepat mengukur sifat-sifat kristal yang dianalisis.
Gambar 1. Membuktikan sifat unik kristal dengan menggunakan spektroskopi ODPL. ⒸKazunobu Kojima, Universitas Tohoku

Langkah penting berikutnya adalah menerapkan spektroskopi ODPL untuk menyelidiki berbagai jenis bahan perovskit. Hal ini dapat mengarah pada pemahaman yang lebih baik tentang semikonduktor berbasis kristal yang jauh lebih efisien. Para penulis menyatakan bahwa studi kedepannya akan berfokus pada peningkatan efisiensi kristal dan memastikan bahwa itu dapat disatukan di semua bidang material.

Detail Publikasi:
Judul: Internal quantum efficiency of radiation in a bulk CH3NH3PbBr3 perovskite crystal quantified by using the omnidirectional photoluminescence spectroscopy
Penulis: Kazunobu Kojima, Ken-Ichiro Ikemura, Kouhei Matsumori, Yasuhiro Yamada, Yoshihiko Kanemitsu, dan Shigefusa F. Chichibu
Journal : APL Materials