Integrasi Sel Surya dan Triboelectric Nanogenerator, Menjadikan Sel Surya Mampu Beroperasi pada Cuaca Cerah dan Hujan

Penggunaan sel surya di berbagai negara mengalami peningkatan yang cukup signifikan. Sel surya tersebut didominasi oleh sel surya berbasis silikon (sel surya generasi pertama). Sel surya berbasis silikon banyak diminati karena efisiensinya yang tinggi dan stabil dalam penggunaannya serta memiliki lifetime yang panjang.

Baca juga artikel Warstek.com berjudul “Perbandingan Setiap Generasi Sel Surya

Sel surya tidak berguna ketika cuaca mendung atau bahkan turun hujan. Selama hujan, sel surya tidak dapat menghasilkan listrik. Hal ini yang menjadi perhatian para peneliti dunia untuk mengintegrasikan sel surya dengan teknologi lain yang dapat menghasilkan sesuatu yang bermanfaat selama hujan berlangsung.

Pada bulan Februari tahun 2018, para peneliti di Soochow University China telah berhasil membuat sel surya yang terintegrasi dengan Triboelectric Nanogenerator (TENGs)[1]. Sel surya yang digunakan berbasis silikon. TENGs merupakan unit untuk mengkonversi energi mekanik menjadi energi listrik.

TENGs dapat digunakan pada berbagai aplikasi seperti pada ban mobil dan air hujan yang menghujam sel surya. Sel surya yang diintegrasikan dengan TENGs memungkinkan untuk merubah energi matahari dan air hujan menjadi listrik. Sehingga sel surya dapat beroperasi pada cuaca cerah dan hujan. Penelitian ini dipublikasikan oleh ACS Nano dengan judul “Integrating a Silicon Solar Cell with a Triboelectric Nanogenerator via a Mutual Electrode for Harvesting Energy from Sunlight and Raindrops[1].

Gambar 1. Skema sel surya yang terintegrasi dengan TENGs[4]

Pada bagian atas sel surya dipasang TENGs untuk mengkonversi air hujan menjadi listrik. Air hujan yang turun menghasilkan energi potensial. Sel surya silikon dilapisi oleh dua polimer konduktif yaitu poly(3,4-ethylenedioxythiophene) atau biasa disebut PEDOT dan poly(styrenesulfonate) atau biasa disebut PSS[2].

Sel surya merupakan jenis heterojunction dimana silikon akan berfungsi sebagai semikonduktor tipe-n. PEDOT:PSS/Si berfungsi untuk mengubah energi matahari menjadi listrik. Setelah itu, pembuatan TENGs menambahkan lapisan transparan seperti lapisan reduced graphene oksida atau poly(dimethyl siloxane) atau biasa disebut PDMS[3]. Lapisan transparan ini bertujuan agar sinar matahari masih bisa masuk ke sel surya. PEDOT:PSS/PDMS berfungsi sebagai TENGs untuk mengkonversi air hujan menjadi listrik.

Gambar 2. (a) Prinsip kerja sel surya PEDOT:PSS/Si[4] (b) Prinsip kerja TENGs PEDOT:PSS/PDMS[4]

Untuk pembuatannya, para peneliti menggunakan pola seperti pada DVD sebagai lapisan silikon yang nantinya akan dilapisi oleh polimer PDMS. Pelapisan PDMS menggunakan teknik heating solidification. Lapisan PDMS yang telah berpola seperti DVD kemudian diangkat terlebih dahulu karena PEDOT dan PSS akan dilapiskan di bagian bawah PDMS. Pelapisan PEDOT:PSS menggunakan teknik annealing sehingga PEDOT, PSS dan PDMS melapisi permukaan DVD[4]. PDMS bersifat hidrofobik sehingga memungkinkan untuk menjadikannya sebagai TENGs. Hal ini pun berguna untuk mencegah penetrasi air ke dalam DVD (lapisan silikon).

Gambar 3. Pembuatan sel surya dengan TENGs berbasis DVD[4]

Prinsip kerja dari TENGs adalah ketika air menyentuh permukaan PDMS, maka air akan menjadi muatan positif dan PDMS akan menjadi muatan negatif. Sebelum air jatuh sepenuhnya, PEDOT:PSS akan menjadi muatan positif untuk menyeimbangkan muatan. Setelah air jatuh sepenuhnya, elektron akan mengalir dan menghasilkan listrik.

Tegangan dan rapat arus sel surya yang dihasilkan tanpa TENGs adalah 0,628 V dan 29,1 mA/cm2 dengan efisiensi 13,6 %[4]. Nilai tersebut lebih besar dibandingkan dengan metode yang tidak menggunakan teknik pelapisan PEDOT:PSS. Sedangkan tegangan yang dihasilkan dari sel surya yang terintegrasi dengan TENGs sebesar 2,14 V.

Rapat daya yang dihasilkan pada penelitian ini dengan laju alir air hujan sebesar 13 mL/s adalah 1,8 mW/cm2[4]. Tantangan kedepan adalah meningkatkan konversi air hujan menjadi listrik agar dapat dikomersialisasikan. Teknologi sel surya yang terintegrasi dengan TENGs merupakan solusi untuk mendapatkan energi listrik baik dari sinar matahari maupun air hujan. Hal ini berarti sel surya dapat beroperasi pada cuaca cerah dan hujan.

Penelitian sel surya yang diintegrasikan dengan Triboelectric Nanogenerator (TENGs) memberikan peluang yang sangat besar bagi peneliti Indonesia untuk terus mengembangkannya. Mengembangkan agar integrasi tersebut dapat menjadi sumber energi baru bagi bangsa yang besar ini.

Indonesia sangat beruntung dilalui garis khatulistiwa, itu artinya Indonesia dilalui oleh matahari dalam setiap harinya dan hanya ada dua musim yakni musim kemarau dan musim penghujan. Dengan adanya sel surya yang terintegrasi TENGs, artinya Indonesia dapat menghasilkan listrik terbarukan baik dalam musim kemarau maupun musim penghujan.

 

Baca juga “Indonesia dan UEA Akan Membangun Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) Terapung Terbesar di Dunia

 

Referensi

[1] Nield, D. 2018. This New Hybrid Solar Cell Can Harvest Electricity From Actual Raindrops. Diakses dari : https://www.sciencealert.com/hybrid-solar-cell-captures-energy-from-sun-and-rain pada tanggal 24 Maret 2018

[2] American Chemical Society. 2018. With A TENG, Solar Cells Could Work Come Rain or Shine. Diakses dari : https://phys.org/news/2018-03-teng-solar-cells.html pada tanggal 24 Maret 2018

[3] Nicholson, S. 2018. This New Hybrid Solar Cell Can Use Raindrops to Produce Energy. Diakses dari : https://interestingengineering.com/this-new-hybrid-solar-cell-can-use-raindrops-to-produce-energy pada tanggal 24 Maret 2018

[4] Liu, Y., Sun, N., Liu, J., Wen, Z., Sun, X., Lee, S., dan Sun, B. 2018. Integrating Silicon Solar Cell with Triboelectric Nanogenerator Via A Mutual Electrode for Harvesting Energy from Sunlight and Raindrop. ACS Nano, 1-26, DOI : 10.1021/acsnano.8b00416.

Nilai Artikel Ini
Artikel Berhubungan:

Sponsor Warstek.com:
Fauzi Yusupandi

Fauzi Yusupandi

Mahasiswa S2 Teknik Kimia ITB

Yuk Ajukan Pertanyaaan atau Komentar