Metode Baru Tingkatkan Efisiensi Konversi Energi Surya Jadi Hidrogen dari CZTS

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.