Energi Matahari: Bagaimana Desain "Terpal Surya" Dapat Memanfaatkan Tenaga Matahari

Potensi penghasil energi dari panel surya - dan batasan utama dalam penggunaannya - adalah hasil dari apa yang mereka buat. Panel yang terbuat dari silikon mengalami penurunan harga sehingga di beberapa lokasi mereka dapat menyediakan listrik yang harganya hampir sama dengan daya dari bahan bakar fosil seperti batu bara dan gas alam. Tetapi panel surya silikon juga besar, kaku, dan rapuh, sehingga tidak bisa digunakan di mana saja.

Di banyak bagian dunia yang tidak memiliki listrik secara teratur, panel surya dapat menyediakan lampu baca setelah gelap dan energi untuk memompa air minum, membantu memberi daya pada rumah tangga kecil atau bisnis berbasis desa, atau bahkan melayani tempat penampungan darurat dan perkemahan pengungsi. Tetapi kerapuhan mekanis, berat, dan kesulitan transportasi panel surya silikon menunjukkan bahwa silikon mungkin tidak ideal.

Membangun berdasarkan pekerjaan orang lain, kelompok riset saya bekerja untuk mengembangkan panel surya fleksibel, yang akan seefisien panel silikon, tetapi akan menjadi tipis, ringan, dan dapat ditekuk. Perangkat semacam ini, yang kita sebut “terpal surya,” dapat disebarkan ke ukuran ruangan dan menghasilkan listrik dari matahari, dan itu bisa dikeraskan menjadi seukuran jeruk bali dan dimasukkan ke dalam ransel sebagai sebanyak 1.000 kali tanpa putus. Sementara ada beberapa upaya untuk membuat sel surya organik lebih fleksibel hanya dengan membuatnya sangat tipis, daya tahan nyata membutuhkan struktur molekul yang membuat panel surya dapat direnggangkan dan kokoh.

Semikonduktor Silikon

Silikon berasal dari pasir, yang membuatnya menjadi murah. Dan cara atomnya dikemas dalam bahan padat membuatnya menjadi semikonduktor yang baik, yang berarti konduktivitasnya dapat dinyalakan dan dimatikan menggunakan medan listrik atau cahaya. Karena murah dan bermanfaat, silikon adalah dasar untuk microchip dan papan sirkuit di komputer, ponsel, dan pada dasarnya semua elektronik lainnya, mentransmisikan sinyal listrik dari satu komponen ke komponen lainnya. Silikon juga merupakan kunci bagi sebagian besar panel surya, karena dapat mengubah energi dari cahaya menjadi muatan positif dan negatif. Muatan ini mengalir ke sisi berlawanan dari sel surya dan dapat digunakan seperti baterai.

Tetapi sifat kimianya juga berarti itu tidak dapat diubah menjadi elektronik yang fleksibel. Silikon tidak menyerap cahaya dengan sangat efisien. Foton mungkin melewati panel silikon yang terlalu tipis, sehingga foton harus cukup tebal - sekitar 100 mikrometer, tentang ketebalan selembar uang kertas - sehingga tidak ada cahaya yang terbuang sia-sia.

Semikonduktor Generasi Selanjutnya

Tetapi para peneliti telah menemukan semikonduktor lain yang jauh lebih baik dalam menyerap cahaya. Satu kelompok bahan, yang disebut "perovskit," dapat digunakan untuk membuat sel surya yang hampir seefisien sel silikon, tetapi dengan lapisan penyerap cahaya yang seperseribu ketebalan yang dibutuhkan dengan silikon. Akibatnya, para peneliti bekerja membangun sel surya perovskite yang dapat memberi daya pada pesawat kecil tak berawak dan perangkat lain di mana pengurangan berat badan adalah faktor utama.

Hadiah Nobel 2000 dalam bidang Kimia diberikan kepada para peneliti yang pertama kali menemukan mereka dapat membuat jenis semikonduktor ultra-tipis, yang disebut polimer semikonduktor. Jenis bahan ini disebut "semikonduktor organik" karena didasarkan pada karbon, dan disebut "polimer" karena terdiri dari rantai panjang molekul organik. Semikonduktor organik sudah digunakan secara komersial, termasuk dalam industri miliaran dolar yang menampilkan dioda pemancar cahaya organik, yang lebih dikenal sebagai TV OLED.

Semikonduktor polimer tidak seefisien dalam mengubah sinar matahari menjadi listrik seperti perovskit atau silikon, tetapi mereka jauh lebih fleksibel dan berpotensi sangat tahan lama. Polimer biasa - bukan yang semikonduktor - ditemukan di mana-mana dalam kehidupan sehari-hari. Mereka adalah molekul yang membentuk kain, plastik, dan cat. Semikonduktor polimer memiliki potensi untuk menggabungkan sifat elektronik dari bahan seperti silikon dengan sifat fisik plastik.

Yang Terbaik dari Kedua Dunia: Efisiensi dan Daya Tahan

Tergantung pada strukturnya, plastik memiliki berbagai sifat - termasuk fleksibilitas, seperti terpal; dan kekakuan, seperti panel bodi dari beberapa mobil. Polimer semikonduktor memiliki struktur molekul yang kaku, dan banyak yang tersusun dari kristal kecil. Ini adalah kunci dari sifat elektroniknya tetapi cenderung membuatnya rapuh, yang bukan merupakan atribut yang diinginkan untuk benda fleksibel atau kaku.

Pekerjaan grup saya telah difokuskan pada mengidentifikasi cara-cara membuat bahan dengan sifat semikonduktor yang baik dan plastik tahan lama yang dikenal - apakah fleksibel atau tidak. Ini akan menjadi kunci bagi gagasan saya tentang terpal atau selimut surya, tetapi juga dapat menyebabkan bahan atap, ubin lantai luar ruangan, atau bahkan mungkin permukaan jalan atau tempat parkir.

Pekerjaan ini akan menjadi kunci untuk memanfaatkan kekuatan sinar matahari - karena, bagaimanapun, sinar matahari yang menghantam Bumi dalam satu jam tunggal mengandung lebih banyak energi daripada semua penggunaan manusia dalam setahun.

Artikel ini awalnya diterbitkan di The Conversation oleh Darren Lipomi. Baca artikel asli di sini.