Review Oleh: Ropiudin, S.TP., M.Si. (Dosen Bidang Teknik Sistem Termal dan Energi Terbarukan, Universitas Jenderal Soedirman)
Dalam era modern ini, pencarian sumber energi yang efisien dan berkelanjutan menjadi semakin mendesak. Salah satu inovasi yang menjanjikan dalam bidang konversi energi terbarukan adalah pemanfaatan hot carrier yang dihasilkan dari interaksi cahaya dengan nanostruktur logam plasmonik. Proses ini melibatkan pembentukan pembawa panas, yaitu elektron dan lubang panas, yang memiliki energi kinetik tinggi antara 1-3 eV. Dengan memahami mekanisme ini, kita dapat merancang sistem yang lebih efisien untuk mengkonversi energi cahaya menjadi energi listrik atau reaksi kimia.
Hot carrier dihasilkan melalui proses dekomposisi plasmon permukaan, yang terjadi secara dominan melalui rekombinasi nonradiatif pada nanostruktur logam yang berukuran lebih kecil dari 25 nm. Meskipun dinamika ultracepat dari hot carrier berlangsung dalam rentang waktu femtosekon hingga pikosekon, hot carrier ini dapat dikumpulkan sebagai arus foton atau arus kimia yang stabil. Hal ini membuka peluang baru dalam pengembangan platform berbasis logam-semikonduktor (M-S) untuk mendeteksi aliran hot carrier, yang sangat relevan dalam aplikasi energi terbarukan dan fotokatalisis.
Penelitian terbaru menunjukkan bahwa hot carrier dapat meningkatkan kinerja konversi energi solar dan mengontrol aktivitas katalitik dengan berpartisipasi langsung dalam reaksi fotoelektrokimia (PEC). Dalam konteks ini, hubungan antara hot carrier dan plasmon permukaan menjadi sangat penting. Penelitian eksperimental dan analisis teoretis yang dilakukan pada nanostruktur Au menunjukkan bahwa medan plasmon lokal di sekitar nanostruktur Au dapat meningkatkan pembentukan hot carrier, yang pada gilirannya meningkatkan efisiensi konversi energi.
Salah satu inovasi menarik adalah penggunaan dioda hibrida MAPbI3/Au/TiO2, di mana hot carrier memperpanjang umur pembawa fotoexcited. Sinergi antara Au plasmonik dan perovskit ini tidak hanya meningkatkan penyerapan cahaya tetapi juga kinerja konversi solar-ke-elektron. Hal ini menunjukkan potensi besar dalam merancang platform hibrida untuk fotovoltaik berbasis hot carrier yang lebih efisien.
Selain itu, aplikasi hot carrier dalam perangkat fotovoltaik dan fotokatalis juga menunjukkan hasil yang menjanjikan. Pengukuran fotoelektrokimia pada heterostruktur Au/p-GaN menunjukkan bahwa hot carrier berperan aktif dalam reaksi pemisahan air, yang merupakan langkah penting dalam produksi hidrogen sebagai sumber energi bersih. Dengan mengontrol aliran hot electron dan lubang, kita dapat mengembangkan konfigurasi platform hibrida yang dapat meningkatkan aktivitas katalitik dan efisiensi fotokonversi.
Dalam kesimpulannya, penelitian tentang hot carrier dan interaksi plasmon permukaan membuka jalan bagi inovasi baru dalam konversi energi terbarukan. Dengan memanfaatkan sifat unik dari hot carrier, kita dapat merancang sistem yang lebih efisien dan berkelanjutan. Ini adalah langkah penting menuju masa depan energi yang lebih bersih dan berkelanjutan, di mana teknologi nanostruktur memainkan peran kunci dalam mengatasi tantangan energi global.
