Menyalurkan energi surya

Antena yang dibuat dengan tabung nano karbon dapat menjadikan sel fotovoltaik menjadi lebih efisien.

Dengan menggunakan tabung nano karbon (tabung bolong yang tersusun dari atom karbon) para insinyur kimia MIT menemukan cara memusatkan energi surya 100 kali lebih kuat dari sel fotovoltaik biasa. Tabung nano demikian karenanya dapat dijadikan antena yang menangkap dan memusatkan energi cahaya, dan memungkinkan aray surya yang jauh lebih kecil dan lebih kuat.

“Bukannya memenuhi atap rumah dengan sel fotovoltaik, kita hanya perlu sebuah tempat khusus dengan sel fotovoltaik kecil, dengan antena-antena yang dapat mengendalikan foton ke arahnya,” kata Michael Strano, profesor teknik kimia dan ketua tim peneliti.

Strano dan mahasiswanya menjelaskan antena tabung nano karbon mereka, atau “terowongan surya” dalam jurnal Nature Materials tanggal 12 September. Peneliti lainnya adalah rekan pasca doktoral Jae-Hee Han and mahasiswa pasca sarjana Geraldine Paulus.

Antena penemuan mereka akan juga bermanfaat untuk penerapan lain yang memerlukan cahaya terfokus, seperti kacamata pandangan malam atau teleskop.

Panel surya membangkitkan listrik dengan mengubah foton (paket energi cahaya) menjadi arus listrik. Antena tabung nano Strano memperbanyak jumlah foton sehingga dapat menangkap dan mengubah cahaya menjadi energi yang dapat disalurkan ke sebuah sel surya.

Antena ini terdiri dari sebuah tali berserat sepanjang 10 mikron (sepersejuta meter) dan tebalnya empat mikron, memuat 30 juta tabung nano karbon. Tim Strano membangun, untuk pertama kalinya, sebuah serat terdiri dari dua lapis tabung nano dengan sifat listrik berbeda – tepatnya, celah pita berbeda.

Dalam bahan apapun, elektron dapat berada dalam tingkat energi yang berbeda. Saat sebuah foton menghantam permukaan, ia merangsang sebuah elektron ke tingkat energi lebih tinggi, yang tergantung jenis bahannya. Interaksi antara elektron berenergi dan lubang yang ia tinggalkan di belakang disebuteksiton, dan perbedaan tingkat energi antara lubang dan elektron disebut celah pita.

Lapisan dalam antena mengandung tabung nano dengan celah pita yang kecil, dan tabung nano di lapisan luar memiliki celah pita besar. Ini penting karena eksiton senang mengalir dari energi tinggi ke energi rendah. Dalam kasus ini, artinya eksiton di lapisan luar mengalir ke lapisan dalam, dimana mereka berada di keadaan energi rendah (namun masih tereksitasi).

Benang ini mengandung 30 juta tabung nano karbon yang menyerap energi dari matahari sebagai foton dan memancarkan kembali foton energi rendah, menciptakan pendaran dalam gambar. Daerah merah menunjukkan intensitas energi tertinggi, sementara hijau dan biru memiliki intensitas lebih rendah. (Credit: Geraldine Paulus)

Karenanya, saat energi cahaya menghantam material tersebut, semua eksiton mengalir ke pusat serat, dimana mereka dipusatkan. Strano dan timnya belum membangun alat fotovoltaik menggunakan antena ini, namun mereka merencanakannya. Dalam alat tersebut, antena akan memusatkan foton sebelum sel fotovoltaik mengubahnya menjadi arus listrik. Ini dapat dilakukan dengan membuat antena mengelilingi sebuah inti bahan semikonduktor.

Pertemuan antara semikonduktor dan tabung nano akan memisahkan elektron dari lubang, dengan elektron terkumpul di satu elektroda menyentuh semikonduktor dalam, dan lubang terkumpul di elektroda yang menyentuh tabung nano. Sistem ini kemudian akan membangkitkan arus listrik. Efisiensi sel surya demikian akan tergantung bahan yang digunakan untuk elektroda, menurut para peneliti.

Tim Strano adalah tim pertama yang membuat serabut tabung nano dimana mereka dapat mengendalikan sifat berbagai lapisan, pencapaian yang dimungkinkan oleh kemajuan terbaru dalam memisahkan tabung nano dengan berbagai sifat.

Walaupun harga tabung nano karbon sangat mahal, namun harganya terus turun dalam tahun-tahun terakhir karena berbagai perusahaan kimia membangun kapasitas produksinya. “Di masa depan, tabung nano karbon akan seharga beberapa penny saja per pound (beberapa ribu rupiah per kilo) seperti harga polimer,” kata Strano. “Dengan harga ini, tambahan pada sel surya dapat diabaikan dibandingkan fabrikasi dan biaya bahan baku sel itu sendiri, seperti komponen cat dan polimer merupakan biaya kecil dari sel fotovoltaik.”

Tim Strano kini mencari cara meminimalkan rugi-rugi energi yang hilang saat eksiton mengalir melalui serabut, dan jalan membangkitkan lebih dari satu eksiton per foton. Serabut tabung nano ini yang dijelaskan dalam jurnal Nature Materials masih kehilangan 13 persen energi yang diserapnya, namun tim akan merancang antena baru yang hanya akan kehilangan 1 persen saja.

Pendanaan disediakan oleh Penghargaan Karir Yayasan Sains Nasional, Beasiswa Sloan MIT, Aliansi MIT-Dupont dan Yayasan Penelitian Korea.

Sumber:

http://www.faktailmiah.com/2010/09/14/menyalurkan-energi-surya.html