Sisir Mikro Membuat Solar Cell Lebih Efisien

Para peneliti dari Laboratorium Akselerasi Nasional Departmen Energi SLAC dan Universitas Stanford telah mengembangkan teknik manufaktur yang dapat menggandakan arus listrik yang dihasilkan solar cell murah dengan menggunakan sisir berukuran mikro saat diterapkan pada polimer pemanen sinar matahari.

Skema dari metode sisir FLUENCE (Diao, Y., et. al.)

Saat dikomersialisasikan, teknologi ini akan membuat polimer solar cell alternative yang menarik secara ekonomi dibandingkan dengan Kristal silicon wafer yang lebih mahal.

Dalam penelitian, solar cell yang dibuat dengan sisir tipis menggandakan efisiensi cell dibandingkan yang dibuat tanpanya dan 18% lebih baik dibandingkan dengan cell yang dibuat menggunakan pisau mikro sejajar.

Penelitian yang dipimpin oleh Zhenen Bao, seorang professor Teknik Kimia di Stanford dan juga anggota dari Stanford Institute for Materials and Energy Sciences (SIMES). Timnya melaporkan temuannya pada 12 Agustus di jurnal Nature Communications.

“Wawasan ilmiah mendasar yang keluar dari penelitian ini membantu para produsen dengan memberikan pendekatan rasional untuk meningkatkan proses mereka dibandingkan harus mengandalkan trial dan error” kata Bao.

“kita juga berharap konsep sederhana, efektif dan serba guna ini dapat diaplikasikan secara luas untuk membuat peralatan polimer lain dimana menyelaraskan molekul adalah hal penting.”

Masalah Polimer

Meskipun harga solar cell berbasis silicon turun, namun masih membutuhkan lima hingga 15 tahun lagi sebelum menghasilkan alur listrik yang cukup agar imbang dengan biaya pembuatan dan instalasi. Solar cell silicon juga membutuhkan energi yang cukup besar dalam pembuatannya, sehingga membuatnya imbang sebagai sumber energi terbarukan.

Cell photovoltaic berbasis polimer jauh lebih murah karena dibuat dari bahan murah dan dapat dengan mudah dioleskan atau dicetak. Mereka juga fleksibel dan butuh energy yang kecil dalam manufaktur. Walaupun kecil, contoh skala laboratorium dapat mengkonversi lebih dari 10% sinar matahari menjadi listrik, cell yang dilapisi lebih luas memiliki efisiensi sangat kecil, umumnya mengkonversi kurang dari 5%, dibandingkan dengan cell berbasis silicon (20-25%).

Cell polimer terdiri dari dua tipe polimer: pertama sebuah donor, yang mengkonversi sinar matahari menjadi elektron, dan sebuah penerima, yang menampung elektron hingga dapat dialirkan dari cell sebagai listrik. Namun ketika campuran ini didepositkan pada sebuah permukaan cell konduktif selama manufaktur, dua tipe ini cenderung memisah karena mengering menjadi bermacam-macam gumpalan tidak teratur, membuatnya lebih sulit menghasilkan dan memanen elektron.

Solusi dari peneliti SLAC/Stanford adalah teknik manufaktur yang disebut “fluid-enhanced crystal engineering” atau FLUENCE, yang secara alami dikembangkan untuk meningkatkan konduktivitas elektrik dari semikonduktor organik.

Pada penelitian terkini, karena polimer dioleskan ke permukaan konduktif, mereka didorong melalui sebuah sisir yang sedikit miring dan mengandung beberapa baris jari mikro kaku. Sisir disapukan sepanjang permukaan dengan pelan berkecepatan 25-100 mikrometer per detik, atau 3,5-14,2 inchi per jam. Molekul polimer panjang terurai dan bercampur satu sama lain disebabkan karena mereka terpental dan mengalir melalui jari-jari, akhirnya mengering menjadi Kristal ukuran nanometer seragam dengan peningkatan kemampuan listrik.

Simulasi dan X-ray

Para peneliti menggunakan simulasi computer dan analisa X-ray di dua kantor DOE Office of Science User Facilities, SLAC’s Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) dan Lawrence Berkeley National Laboratory’s Advanced Light Source (ALS) untuk membuat sisir FLUENCE.

“Di SSRL, tim menggunakan difraksi sinar X untuk mengukur pada derajat yang mana polimer membentuk Kristal dan scattering X-ray untuk menentukan seberapa jelas dua polimer terpisahkan” kata Mike Toney, ketua tim SSRL material sciences dan co-author dari paper. “teknik roti dan mentega yang telah kami kembangkan dengan beberapa pendekatan terbaru di SSRL pada akhir-akhir ini”

Untuk mencapai pola polimer yang mereka inginkan untuk aplikasi solar cell, para peneliti membuat jari-jari pada sisir lebih pendek dan lebih rapi dibandingkan yang dipakai untuk semikonduktor organik. Jari-jari sisir ini memiliki panjang 1,5 mikrometer dan berjarak 1,2 mikrometer. Sebagai perbandingan, rambut manusia berdiameter sekitar 100 mikrometer.

Dekat, namun tidak terlalu dekat

“Idealnya, dua tipe polimer photovoltaic harus cukup dekat satu sama lain agar elektron dapat mengalir dengan cepat dari donor menuju penerima, tapi tidak terlalu dekat sehingga penerima mengalirkan balik elektron sebelum dapat dihasilkan listrik” kata Yan Zhou, peneliti Stanford dalam Tim Bao.

“Sisir FLUENCE baru kita mencapai medium menyenangkan ini. Karena kita mengerti apa yang terjadi, kita bisa menyesuaikan desain sisir dan kecepatan proses untuk mengubah struktur polimer akhir”

Penelitian lebih lanjut bertujuan untuk mengaplikasikan teknik FLUENCE pada campuran polimer lain dan mengadaptasikan pada skala industri pada proses printing roll-to-roll yang cepat yang mana bisa mencapai kecepatan 50 mile per jam. Menjanjikan biaya manufaktur solar cell yang murah.

Proyek dimulai pada oktober 2011 sebagai projek pengembangan dan penelitian laboratorium SLAC dan sekarang dibiayai oleh program Bridging Research Interactions through collaborative Development Grants in Energy (BRIDGE) dari Departemen Energi.

Kerjasama dalam penelitian ini menggandeng mantan staf peneliti SLAC Stefan Mannsfeld, yang mana sekarang sebagai professor di Technical University in Dresden, Jerman. Mantan peneliti post-doctoral SIMES Ying Diao, yang sekarang professor di University of Illinois, dan peneliti dari ALS, Peking University di China dan Sungkyunkwan University di Korea.

SLAC adalah laboratorium multi program yang meneliti pertanyaan terdepan dalam ilmu photon, astrophysics, fisika partikel dan penelitian akselerator. Berlokasi di Menlo Park, Calif., SLAC dioperasikan oleh Stanford University untuk kantor ilmu pengetahuan Departemen Energi Amerika Serikat. Untuk informasi lebih detau bisa mengunjungi slac.stanford.edu.

Laboratorium akselerator nasional SLAC didukung oleh kantor Sains Departemen Energi Amerika Serikat. Kantor Sains ini adalah satu-satunya pendukung terbesar dalam riset dasar bidang Ilmu Fisika di Amerika Serikat, dan sedang bekerja utuk membahas beberapa tantangan paling berat. Informasi lebih lanjut kunjungi science.energy.gov

Sumber:

Diterjemahkan oleh Abdul Halim dari

https://www6.slac.stanford.edu/news/2015-08-12-microscopic-rake-doubles-efficiency-low-cost-solar-cells.aspx

Nilai Artikel Ini
Artikel Berhubungan:

Sponsor Warstek.com:
Abdul Halim

Abdul Halim

Menamatkan program ST dan MT di Jurusan Teknik Kimia ITS. Sedang menempuh PhD di University of Tsukuba. Meneliti pemanfaatan bio-nanomaterial untuk pengolahan limbah cair.

Yuk Ajukan Pertanyaaan atau Komentar