Foto: scitechdaily
Teknologi.id – Bahan fotovoltaik ultra tipis yang baru pada akhirnya dapat digunakan dalam aplikasi seluler, mulai dari perangkat dan sensor yang dapat dipakai dengan daya sendiri hingga pesawat ringan dan kendaraan listrik.
Saat ini persaingan dalam rekayasa solar untuk membuat panel surya fleksibel yang hampir mustahil tengah berlangsung.
Insinyur membayangkan rekayasa solar tersebut digunakan dalam aplikasi seluler, mulai dari perangkat dan sensor yang dapat dipakai sendiri hingga pesawat ringan dan kendaraan listrik.
Berdasarkan latar belakang itulah, para peneliti di Universitas Stanford telah mencapai rekor efisiensi dalam kelompok bahan fotovoltaik yang menjanjikan.
Manfaat utama dichalcogenides logam transisi atau TMD yakni, mereka dapat menyerap sinar matahari tingkat tinggi yang mengenai permukaannya dibandingkan dengan material solar lainnya.
“Bayangkan sebuah pesawat tak berawak otonom yang menggerakkan dirinya sendiri dengan susunan surya di atas sayapnya yang 15 kali lebih tipis dari selembar kertas,” kata Koosha Nassiri Nazif, seorang sarjana doktoral di bidang teknik listrik di Stanford dan salah satu penulis utama studi yang diterbitkan. dalam Nature Communications edisi 9 Desember. "Itulah hal yang menjanjikan dari TMD"
Pencarian bahan baru diperlukan karena material utama solar yang saat ini banyak digunakan yakni silikon, terlalu berat, besar, dan kaku untuk pengaplikasian yang bersifat fleksibilitas, ringan, dan daya tinggi lebih diutamakan, seperti wearable sensor dan devices atau aerospace dan kendaraan listrik.
“Silikon menguasai 95 persen pasar tenaga solar saat ini, tetapi masih jauh dari sempurna. Kami membutuhkan bahan baru yang ringan, dapat ditekuk, dan, sejujurnya, lebih ramah lingkungan,” kata Krishna Sarawat, profesor teknik elektro dan penulis senior makalah tersebut.
Alternatif yang Kompetitif
Meskipun TMD sangat menjanjikan, eksperimen penelitian hingga saat ini telah berjuang untuk mengubah lebih dari 2 persen sinar matahari yang mereka serap menjadi listrik. Untuk panel surya silikon, angka tersebut mendekati 30 persen. Agar dapat digunakan secara luas, TMD harus menutup celah tersebut.
Prototipe Stanford yang baru mencapai efisiensi konversi daya 5,1 persen, tetapi penulis proyek tersebut memproyeksikan bahwa mereka secara praktis dapat mencapai efisiensi 27 persen pada optimalisasi optik dan listrik. Angka itu akan setara dengan panel surya terbaik yang ada di pasaran saat ini, termasuk silikon.
Selain itu, prototipe mewujudkan rasio power-to-weight 100 kali lebih besar dari setiap TMD yang pernah dikembangkan. Rasio itu penting untuk aplikasi seluler, seperti drone, kendaraan listrik, dan kemampuan untuk mengisi daya peralatan ekspedisi saat bepergian.
Ketika melihat daya spesifik ukuran output daya listrik per satuan berat sel solar, prototipe menghasilkan 4,4 watt per gram, angka yang bersaing dengan film sel solar tipis saat ini, termasuk prototipe eksperimental lainnya.
“Kami pikir kami dapat meningkatkan rasio penting ini sepuluh kali lipat lagi melalui optimasi,” kata Sarawat, menambahkan bahwa mereka memperkirakan batas praktis sel TMD mereka menjadi 46 watt per gram yang luar biasa.
Baca Juga: Pabrik iPhone India Dalam Masa Percobaan, Ini Alasannya!
Keuntungan Tambahan
Keuntungan terbesar dari teknologi tersebut adalah ketipisannya yang luar biasa, yang tidak hanya meminimalkan penggunaan material dan biaya tetapi juga membuat sel solar TMD ringan dan fleksibel dan mampu dibentuk menjadi bentuk tidak beraturan, seperti atap mobil, sayap pesawat atau manusia tubuh.
Tim Stanford mampu menghasilkan susunan aktif yang tebalnya hanya beberapa ratus nanometer. Susunannya mencakup fotovoltaik TMD tungsten diselenide dan contact emas yang dibentangkan oleh lapisan graphene konduktor yang hanya setebal satu atom.
Semua itu terjepit di antara polimer fleksibel seperti kulit dan lapisan anti-reflektif yang meningkatkan penyerapan cahaya.
Saat dirakit sepenuhnya, sel TMD memiliki ketebalan kurang dari enam mikron, kira-kira seperti kantong sampah kantor yang ringan.
Dibutuhkan 15 lapisan untuk mencapai ketebalan selembar kertas. Meskipun ketipisan, ringan, dan fleksibilitas merupakan tujuan yang sangat diinginkan, TMD juga menghadirkan keunggulan teknik lainnya.
TMD stabil dan dapat diandalkan dalam jangka panjang.Tidak seperti film tipis lainnya, TMD tidak mengandung bahan kimia beracun. TMD juga biokompatibel, sehingga dapat digunakan dalam aplikasi yang dapat dikenakan yang membutuhkan kontak langsung dengan kulit atau jaringan manusia.
Masa Depan yang Menjanjikan
Keuntungan yang banyak diperoleh dari TMD diimbangi oleh kerugian tertentu, yang sebagian besar terdapat dalam teknik produksi massal.
Proses pemindahan lapisan TMD yang sangat tipis ke bahan pendukung yang fleksibel seringkali merusak lapisan TMD.
Alwin Daus, yang merupakan salah satu penulis utama studi ini dengan Nassiri Nazif, merancang proses transfer yang menempelkan susunan solar TMD tipis ke substrat fleksibel.
Dirinya mengatakan tantangan teknis ini cukup besar. Satu langkah melibatkan pemindahan lapisan graphene yang sangat tipis secara atomik ke substrat fleksibel yang tebalnya hanya beberapa mikron.
Daus yang merupakan sarjana postdoctoral dalam kelompok riset Eric Pop di Stanford ketika penelitian dilakukan, saat ini menjadi peneliti senior di RWTH Aachen University di Jerman.
Proses yang rumit ini menghasilkan TMD yang sepenuhnya tertanam dalam substrat fleksibel yang menghasilkan daya tahan yang lebih besar. Para peneliti menguji fleksibilitas dan kekokohan perangkat mereka dengan menekuknya di sekitar silinder logam setebal kurang dari sepertiga inci. “Kuat, fleksibel, dan tahan lama, TMD adalah arah baru yang menjanjikan dalam teknologi solar,” tutup Nassiri Nazif.
(fnj)
