Pendahuluan

Fakta mengejutkan: hambatan terbesar bagi 'mimpi luar angkasa' perovskite bukanlah radiasi kosmik — melainkan perubahan suhu puluhan derajat yang dialami satelit saat mengelilingi Bumi 15 kali sehari. Kurang lebih sama dengan perubahan suhu yang dihadapi modul silikon kristalin dalam uji TC.

Beberapa hari lalu seorang teman yang bekerja pada sistem tenaga satelit bertanya kepada saya: 'Kalian para PV terus bicara tentang efisiensi perovskite. Bisakah digunakan pada satelit kecil? Ringan, kepadatan daya tinggi.'

Saya berkata: 'Jangan terburu-buru melihat efisiensi. Tahukah Anda berapa banyak kejutan termal yang dialami satelit dalam satu hari di orbit?'

Dia berkata: 'Bukankah hanya panas di siang hari dan dingin di malam hari?'

'Ya, tetapi tahukah Anda seberapa cepat ia memanas dari -80°C hingga +80°C?'

Dia berpikir: 'Beberapa derajat per menit?'

'Data terukur: 6,77°C per menit. Beberapa laboratorium, untuk mensimulasikan lingkungan luar angkasa, langsung mendorongnya hingga 16°C per menit.'

Dia berhenti: 'Bisakah perovskite menanganinya?'

'Tidak bisa. Ada makalah baru di jurnal saudara Nature yang mempelajari hal ini.'

Makalah ini (Energy & Environmental Science, DOI:10.1039/d5ee03704b) adalah kolaborasi antara UNSW, KRICT Korea, dan University of Surrey Inggris. Mereka menggunakan data satelit nyata untuk mendefinisikan standar pengujian, kemudian memasukkan perovskite ke dalam ruang kejutan termal -80°C hingga +80°C selama 100 siklus untuk melihat apa yang bertahan.

Mari saya uraikan dalam bahasa PV sederhana.

Kejutan Termal di Luar Angkasa Jauh Lebih Keras dari yang Anda Bayangkan

Di Orbit Rendah Bumi (LEO, ketinggian 200-2000 km), sebuah satelit mengelilingi Bumi sekitar 15 kali sehari. Setiap orbit mengalami peralihan dari sinar matahari ke bayangan Bumi dan kembali ke sinar matahari.

Seberapa cepat proses ini?

Lihat Gambar 2c: data terukur dari satelit NOAA-21 — saat beralih dari bayangan ke sinar matahari, laju pemanasan adalah 6,77°C/menit. Saat beralih dari sinar matahari ke bayangan, laju pendinginan lebih lambat, sekitar 1,89°C/menit (karena panas dihilangkan melalui radiasi, yang lebih lambat).

Laju ini 4 kali lebih cepat dari 1,67°C/menit yang disyaratkan oleh standar IEC 61215 tingkat tanah.

Kisaran suhu permukaan satelit terukur adalah -90°C hingga +80°C (Gambar 1b). Kisaran kualifikasi ECSS (European Cooperation for Space Standardization) bahkan lebih lebar: -175°C hingga +125°C.

Jadi makalah ini mendefinisikan kondisi uji dipercepat berikut (Gambar 2d):

• Kisaran suhu: -80°C ↔ +80°C

• Laju perubahan: 16°C/menit

• Jumlah siklus: 100

16°C/menit adalah 2,4 kali laju terukur NOAA-21. Ini bukan lagi "simulasi" — ini adalah penuaan dipercepat, menggunakan kondisi yang lebih keras untuk dengan cepat mengekspos kelemahan material.

Apa yang Terjadi pada Perovskite di Bawah Kejutan Termal

Material yang digunakan adalah FAPbI₃, salah satu sistem perovskite sambungan tunggal dengan efisiensi tertinggi yang tersedia (efisiensi laboratorium >27%). Namun FAPbI₃ memiliki kelemahan fatal: ia metastabil pada suhu kamar dan mudah berubah dari fase α (hitam, sangat aktif) menjadi fase δ (kuning, tidak aktif).

Untuk menstabilkan fase α, biasanya ditambahkan sedikit MAPbBr₃. Makalah ini menguji lima konsentrasi: 0%, 1%, 3%, 5%, dan 7%.

Lihat simulasi dinamika molekul (Gambar 3a): memanaskan FAPbI₃ dari -80°C hingga 80°C, konstanta kisi bertambah, oktahedral PbI₆ mulai miring, dan perpindahan ion FA meningkat — strukturnya "bergetar."

Sekarang lihat XRD setelah 100 siklus kejutan termal (Gambar 3c-d):

Kesimpulan: menambahkan sedikit (1-5%) menstabilkan fase α, tetapi menambahkan terlalu banyak (7%) mengendapkan PbI₂, yang justru lebih buruk.

Sekarang lihat KPFM (Kelvin Probe Force Microscopy) yang mengukur potensial permukaan (Gambar 4):

• Sampel 1%: setelah kejutan termal, perbedaan potensial antar butir meningkat, menunjukkan batas butir menjadi pusat rekombinasi

• Sampel 5%: setelah kejutan termal, distribusi potensial lebih seragam dan kerusakan lebih kecil

Makalah ini menggunakan SPV (Surface Photovoltage) untuk mengukur hal ini — semakin tinggi SPV, semakin baik pemisahan pembawa foto. SPV sampel 5% sekitar 1,5 kali lipat dari sampel 1%.

Dibuat Menjadi Sel, Berapa Banyak yang Tersisa

Mereka membangun struktur sel lengkap: ITO/SnO₂/perovskite/PEAI/PTAA/Au, divakum dan dimasukkan ke dalam ruang kejutan termal.

Hasil (Gambar 5b):

Sampel 5%, setelah bertahan 100 siklus kejutan termal -80°C ↔ +80°C, masih mempertahankan sekitar 80% efisiensinya.

Lihat kurva J-V (Gambar 5c-d):

• Sampel 1%: Jsc dan FF turun parah

• Sampel 5%: bentuk kurva jauh lebih terjaga

EQE (Gambar 5e-f) mengonfirmasi: sampel 1% turun di seluruh pita, sedangkan sampel 5% hanya menurun sedikit di daerah panjang gelombang panjang (700-800nm) — mungkin karena ketidakcocokan ekspansi termal antarmuka.

Bagaimana Kinerjanya pada Ketinggian 35 km

Setelah uji laboratorium, mereka membutuhkan sesuatu yang nyata. Bekerja sama dengan Universitas Pisa di Italia, mereka mengirim sel ke ketinggian 35 km dengan balon ketinggian tinggi (Gambar 6a).

Pada ketinggian ini, tekanan atmosfer hanya 2% dari permukaan tanah, kerapatan udara 1,5%, suhu bisa mencapai -40°C, dan sel menghadapi radiasi UV dekat ruang angkasa serta spektrum AM0.

Hasil (Gambar 6f):

• Sampel 1%: PCE perlahan menurun seiring naiknya ketinggian

• Sampel 5%: PCE justru meningkat seiring naiknya ketinggian

Mengapa sampel 5% berkinerja lebih baik di ketinggian? Seiring naiknya ketinggian, iradiasi meningkat dan Jsc seharusnya meningkat secara linear. Namun kemiringan peningkatan Jsc sampel 1% hanya 0,00016, sedangkan sampel 5% adalah 0,00364 — perbedaan satu orde magnitudo.

Ini menunjukkan sampel 1% mengalami rekombinasi non-radiatif yang parah — pembawa muatan fotogenerasi ditelan oleh cacat batas butir sebelum mereka muncul. Data KPFM SPV sudah memperkirakan hasil ini.

Kesimpulan untuk Insinyur Lini Produksi

Jangan hanya melihat efisiensi — lihat seberapa besar ia dapat bertahan

Makalah ini menawarkan kerangka pengujian yang solid: gunakan kejutan termal cepat 16°C/menit untuk penuaan dipercepat, kemudian gunakan balon ketinggian tinggi untuk validasi dekat ruang angkasa.

Kami tidak membangun satelit, tetapi pendekatan ini dapat ditransfer — saat mengevaluasi material dan proses baru, pertimbangkan untuk menggunakan laju kenaikan suhu yang lebih cepat untuk 'pengujian tekanan' guna mengungkap masalah antarmuka dan batas butir sejak awal.

Metode stabilisasi dapat membawa masalah baru

Menambahkan MAPbBr₃ ke FAPbI₃ memang menstabilkan fase α. Tetapi menambahkan terlalu banyak (7%) menyebabkan PbI₂ mengendap dan memperburuk keadaan.

Ini logika yang sama dengan pemilihan film enkapsulan — tidak ada resep universal, hanya 'titik keseimbangan.' Saat memilih, Anda tidak bisa hanya melihat 'apakah ada' — Anda harus melihat 'berapa banyak.'

Data laboratorium dan data ketinggian tinggi sejalan

Bagian paling solid dari makalah ini adalah bahwa perbedaan SPV yang diukur dengan KPFM dapat memprediksi perbedaan kemiringan Jsc, dan penurunan EQE pada panjang gelombang panjang sesuai dengan ketidakcocokan ekspansi termal antarmuka.

Analisis kegagalan yang baik harus memungkinkan Anda menggunakan alat laboratorium untuk memprediksi kinerja lapangan terlebih dahulu.

Stabilitas silikon kristalin adalah parit terbesarnya

Lihat kondisi pengujian makalah ini: -80°C hingga +80°C, 100 siklus, 16°C/menit.

Ini masih belum mencapai standar ECSS, tetapi sudah rutin untuk silikon kristalin. Dalam uji TC200 (200 siklus termal) dari -40°C hingga +85°C, silikon kristalin gagal jika degradasi melebihi 2%.

Agar perovskite dapat menggantikan silikon kristalin, tidak cukup hanya mengejar efisiensi — ia harus bertahan 25 tahun di bawah standar pengujian yang sama.

Jajak Pendapat Interaktif

Apakah Anda percaya perovskite bisa pergi ke luar angkasa?

Tinggalkan pemikiran Anda di komentar.

Informasi Referensi

• Judul: Towards space compatible perovskite solar cells: guidelines for thermal shock resilience and near space balloon testing

• Tahun: 2026

• DOI: 10.1039/d5ee03704b

Pandangan Ooitech

Ooitech percaya: jalan perovskit menuju ruang angkasa tidak bergantung pada mengejar efisiensi, tetapi pada bertahan dari siklus kejutan termal yang brutal — dan ketahanan itu, bukan efisiensi mentah, adalah ukuran sebenarnya dari nilai sel surya.