Riset dan pengembangan energi baru terbarukan menjadi topik yang sangat hangat dan berkembang pesat dalam waktu satu dekade ini. Hal ini karena kebutuhan energi baru terbarukan untuk menanggulangi permasalahan energi dan lingkungan yang semakin parah. Salah satu riset dan pengembangan energi baru terbarukan yang paling berkembang pesat adalah teknologi sel surya. Sementara ini, teknologi sel surya berbasis silikon merupakan teknologi sel surya yang sudah berkembang dan sudah tersebar dipasaran. Namun, implementasi teknologi sel surya berbasis silikon masih terbilang sangat minim untuk menanggulangi permasalahan energi. Hal ini karena sel surya berbasis silikon masih relatif mahal dan fabrikasinya yang cenderung sangat rumit. Perkembangan teknologi sel surya lebih sering terkait dengan pencarian material baru yang dapat diaplikasikan untuk sel surya. Salah satunya material semikonduktor berbasis tembaga. Material semikonduktor berbasis tembaga seperti Cu2ZnSnS4 (CZTS) terus secara kontinu dikembangkan karena material ini lebih murah, lebih ramah lingkungan dan mudah difrabikasi dibandingkan dengan silikon untuk aplikasi sel surya. Fabrikasi sel surya berbasis CZTS sangat mudah dan reltif murah, sehingga membuat sel surya jenis ini dikembangkan secara masif.
Pengembangan sel surya CZTS dapat dilakukan dengan berbagai macam cara. Misalkan strategi komposit, doping, modifikasi permukaan dan struktur, dan lain semacamnya. Strategi doping menjadi salah satu strategi yang sangat signifikan untuk memperbaiki sifat optik dan fisik dari CZTS agar dapat menjadi material absorber sel surya dengan performa yang tinggi. Beberapa elemen doping telah dicoba sebagai doping untuk CZTS, seperti doping elemen metal alkali, metal transisi, logam tanah jarang, dan semacamnya. Lebih khususnya lagi, metal transisi yang memiliki keunggulan konduktifitas tinggi menjadi elemen yang sangat cocok untuk memodifikasi struktur elektronik dan sifat fisika CZTS sehingga menjadi material yang sangat baik untuk diaplikasikan sebagai lapisan absorber divais sel surya.
Metal transisi seperti Fe, Ni, Co, Cr, dan Mn merupakan elemen dengan struktur elektronik mirip dengan Cu dan Zn yang ada didalam senyawa CZTS. Radius elemen-elemen ini juga hampir sama, sehingga cocok dijadikan elemen doping. Dimana elemen Fe, Ni, Co, Cr, dan Mn akan menggantikan Cu atau Zn didalam struktur CZTS. Misalkan, pada penelitian yang telah dilakukan, doping elemen Co dapat menggantikan posisi atom Cu didalam CZTS. Dalam kondisi ini, karena Co memiliki radius atom yang lebih kecil disbanding Cu, struktur kristal CZTS menjadi lebih kecil. Tidak hanya perubahan struktur kristal, struktur elektronik CZTS juga berubah, misalkan, karena Co memiliki lebih sedikit elektron terluar, bandgap CZTS semakin membesar ketika didoping oleh Co. Perubahan struktur kristal dan elektronik pada CZTS karena doping Co dapat meningkatkan kemampuannya sebagai lapisan absorber sel surya berbasis material CZTS.
Pengembangan material CZTS untuk aplikasi sel surya dengan doping menjadi upaya yang sangat tepat untuk membuat CZTS memiliki kemampuan yang luar biasa sebagai komponen devais sel surya, yaitu lapisan absorber. Strategi doping dapat terus dimodifikasi dengan pemilihan elemen doping yang tepat. Pada dasarnya, semua elemen dapat digunakan sebagai doping pada CZTS, namun demikian, pertimbangan dalam hal radius atom dan sifat elemen doping juga perlu sangat diperhatikan sehingga modifikasi yang tepat terhadap CZTS dapat terealisasi.
Penulis: Tahta Amrillah, PhD, FTMM UNAIR
