Memaksa dua unsur yang tidak cocok untuk menyatu dapat menghasilkan sel surya yang lebih baik

Dalam salah satu usaha menghasilkan sel surya baru, sebuah tim internasional telah meruntuhkan model utama untuk menjelaskan perilaku sebuah kelas bahan unik.

Highly Mismatched Alloy (HMA) yang masih dalam tahap pengembangan adalah kombinasi unsur-unsur yang secara alami tidak akan bercampur dengan menggunakan teknik pertumbuhan kristal konvensional. Professor Rachel Goldman membandingkannya dengan susu homogen, dimana krim kaya lemak dan krim rendah lemak yang secara alami seharusnya terpisah namun dipaksa bercampur dengan tekanan tinggi.

Metode pencampuran seperti “epitaksi berkas molekul” memungkinkan para peneliti mengkombinasikan unsur-unsur semacam ini. Hasilnya, menurut Goldman, lebih dramatis daripada susu yang halus.

Epitaksi Berkas Molekul

“HMA punya sifat yang sangat aneh,” kata Goldman. “Anda bisa menambahkan setetes unsur baru dan secara drastis sifatnya listrik dan optiknya semua berubah.”

Goldman adalah profesor di jurusan fisika, ilmu dan teknik material. Timnya termasuklah para fisikawan dan insinyur Universitas Michigan beserta para peneliti dari Lembaga Nasional Tyndall di Irlandia.

Sel surya mengubah energi dari matahari menjadi listrik dengan menyerap cahaya. Namun, berbagai bahan menyerap cahaya dalam panjang gelombang berbeda. Sel surya yang paling efisien terbuat dari sejumlah material yang bersama-sama dapat menangkap sejumlah besar radiasi elektromagnet dari sinar matahari. Sel surya terbaik sekarang masih kekurangan satu bahan yang dapat membuatnya juga menyerap sinar infra merah matahari.

Tim Goldman membuat sampel nitrida arsenida gallium, sejenis HMA yang ditaburi nitrogen, yang dapat menangkap radiasi infra merah yang belum tertangkap itu.

Tim peneliti menggunakan epitaksi berkas molekul untuk menempelkan nitrogen dan mencampurnya dengan unsur lain. Epitaksi berkas molekul menguapkan sampel murni dari unsur-unsur ini dan menyatukannya dalam ruang hampa.

Selanjutnya, para peneliti mengukur kemampuan aloy ini untuk mengubah panas menjadi listrik. Mereka ingin menentukan apakah bagian nitrogennya yang hanya 10 bagian dari sejuta tersebar seragam dalam tingkat atom atau menumpuk dalam kluster-kluster. Mereka menemukan bahwa dalam beberapa kasus, atom nitrogennya mengelompok, bertentangan dengan apa yang diramalkan oleh model “anti penyilangan pita”.

“Kami telah menunjukkan secara eksperimental kalau model anti penyilangan pita terlalu sederhana untuk menjelaskan sifat elektronik HMA,” kata Goldman. “Ia tidak menjelaskan secara kuantitatif beberapa sifat optik dan elektroniknya yang aneh. Kluster atomik memiliki impak signifikan bagi sifat elektronika film aloy.”

Bila para peneliti dapat belajar mengendalikan pembentukan kluster ini, mereka dapat membuat bahan yang lebih efisien dalam mengubah cahaya dan panas menjadi listrik, kata Goldman.

Cara kerja Epitaksi Berkas Molekul

“Kemampuan termolistrik efisiensi tinggi akan membuatnya lebih praktis untuk membangkitkan listrik dari panas berlebih seperti yang dibuang oleh pembangkit listrik dan mesin mobil,” kata Goldman.

Penelitian ini baru diterbitkan dalam jurnal Physical Review B. Laporan mereka berjudul “Nitrogen composition dependence of electron effective mass in gallium arsenide nitride.”

Penelitian ini didanai oleh Yayasan Ilmu Pengetahuan Nasional, Yayasan Sains Irlandia, dan Pusat Konversi Energi Surya dan Termal, sebuah Pusat Penelitian Energi yang didanai oleh Departemen Energi Amerika Serikat.

Sumber:

http://www.faktailmiah.com/2010/09/13/memaksa-dua-unsur-yang-tidak-cocok-untuk-menyatu-dapat-menghasilkan-sel-surya-yang-lebih-baik.html