MIT mengembangkan sel surya ultra tipis

Energi matahari adalah sumber energi paling melimpah di dunia dan pengembangan sel surya yang efisien dan stabil dapat secara signifikan mengurangi krisis energi global, dan teknologi sel surya dipandang sebagai pilar utama transisi energi bersih. Di masa depan, sel surya akan memainkan peran yang semakin penting dalam pengembangan teknologi dan kehidupan produksi, tidak hanya untuk atap rumah dan ladang surya, tetapi juga untuk menggerakkan mesin ruang angkasa otomatis seperti pesawat terbang dan satelit.

Seiring dengan perkembangan proses manufaktur untuk komponen elektronik semikonduktor, dunia telah melihat sejumlah besar penelitian sel surya, dan berbagai macam teknologi manufaktur. Di antaranya, sel surya sel ultra tipis memegang janji unik di bidang ini karena dapat diterapkan pada berbagai permukaan yang tidak beraturan, melengkung, atau tidak sesuai, dan dapat mengurangi konsumsi bahan dan kebutuhan manufaktur, secara langsung mengurangi biaya.

Dalam sebuah makalah baru-baru ini yang diterbitkan dalam edisi terbaru jurnal Small Methods, para insinyur di Massachusetts Institute of Technology (MIT) mengatakan mereka telah mengembangkan sel surya ultra tipis yang dapat dengan cepat dan mudah mengubah permukaan apapun menjadi sumber listrik. Sel surya, yang lebih tipis dari rambut manusia dan menempel pada selembar kain, beratnya hanya seperseratus dari panel surya konvensional tetapi menghasilkan listrik 18 kali lebih banyak per kilogram dan dapat diintegrasikan ke layar perahu, tenda bantuan bencana dan terpal, sayap drone dan permukaan berbagai bangunan.

Instalasi surya atap di Massachusetts pada umumnya berukuran sekitar 8,000 watt," kata Mayuran Saravanapavanantham, salah satu penulis utama artikel tersebut. Untuk menghasilkan jumlah listrik yang sama, PV kain kami hanya membutuhkan sekitar 20 kg (44 lbs ) untuk ditambahkan pada atap rumah.”

Penciptaan sel surya ultra-tipis

Tim MIT di belakang teknologi berusaha untuk membangun kemajuan sebelumnya dalam ilmu material, dan menyelesaikan sel surya ultra tipis pada tahun 2016 yang cukup berat untuk diletakkan di atas gelembung sabun tanpa pecah. Teknik tradisional untuk pembuatan sel surya membutuhkan ruang vakum dan metode pengendapan uap yang mahal. Kali ini, untuk meningkatkan teknologinya, para ilmuwan telah beralih ke bahan nano yang dapat dicetak berdasarkan e-ink untuk menyederhanakan prosesnya.

Sel surya ultra tipis

Di ruangan nano-clean, para peneliti menggunakan extrusion coater untuk menyimpan lapisan bahan nano-elektronik ke substrat setebal 3 mikron, diikuti dengan sablon untuk mencetak elektroda dan menyelesaikan modul surya, diikuti dengan mengupas modul yang dicetak, yang tebalnya sekitar 15 mikron, lepas dari substrat plastik untuk membentuk modul perangkat surya ultra-ringan. Namun modul surya yang ramping dan berdiri sendiri ini sulit ditangani dan mudah robek, sehingga sulit dipasang.

Oleh karena itu, para peneliti mengupas dan menempelkan modul ke substrat kain yang memberikan kekuatan mekanis yang diperlukan untuk mencegah robekan. Substrat yang ringan dan fleksibel, berdasarkan bahan komposit Dyneema, beratnya hanya 13 gram per meter persegi dan dapat melekatkan sel surya ke dalamnya. Dengan menambahkan lapisan perekat curing yang tebalnya hanya beberapa mikron, modul surya dapat direkatkan ke Dyneema, menghasilkan struktur surya yang sangat ringan dan kuat.

Performa luar biasa dan prospek aplikasi yang luas

Sistem fotovoltaik kain yang tahan lama ini memiliki ketebalan 50 mikron dan berat area modul kurang dari 1 gram (setara dengan kerapatan area 105 g/m2). Tes eksperimental telah menunjukkan bahwa sel surya ultra-tipis yang berdiri bebas dapat menghasilkan 730 watt per kilogram, dan jika mereka terikat pada kain "Power Horse" berkekuatan tinggi, mereka juga dapat mencapai daya spesifik 370 watt per kilogram, 18 kali lipat. sel surya konvensional. Integrasi modul ultra tipis ke dalam kain komposit membuatnya fleksibel secara mekanis dan sistem fotovoltaik kain ini mempertahankan kinerjanya setelah 500 siklus roll-up, dengan lebih dari 90 persen kapasitas pembangkit listrik awalnya. Selain itu, metode produksi sel ini dapat diperluas untuk menghasilkan sel fleksibel dengan area yang lebih luas.

Ilustrasi: Modul OPV dan perangkat Parylene terpisah. A) Foto modul OPV yang telah selesai pada substrat PET. B) Karakteristik arus-tegangan dari perangkat kontrol (PET-IMI, PET-AgNW) dan Parylene pada perangkat PET sebelum dan sesudah pelepasan dari pembawa PET.

Sel surya ultra-tipis telah memberikan dorongan untuk mencari sumber daya alternatif. Karena sel surya ini sangat tipis dan ringan, mereka dapat ditempelkan ke berbagai permukaan. Misalnya, mereka dapat diintegrasikan ke dalam layar kapal untuk menyediakan tenaga di laut, ditempelkan pada tenda dan terpal yang digunakan dalam operasi pemulihan bencana, atau diterapkan pada sayap drone untuk memperluas jangkauan penerbangannya. Teknologi surya yang ringan ini juga dapat dengan mudah diintegrasikan ke dalam lingkungan binaan dan mungkin berdampak signifikan pada desain dan konstruksi industri bangunan di masa mendatang. Selain itu, sel surya portabel ini dapat ditenagai sebagai struktur daya yang dapat dikenakan saat bepergian, atau dapat diangkut dan digunakan dengan cepat di daerah terpencil untuk memberikan bantuan dalam situasi darurat.

Tantangan masa depan

Para peneliti mengatakan bahwa meskipun sel surya mereka lebih ringan dan lebih fleksibel daripada sel konvensional, mereka perlu dibungkus dengan bahan lain untuk melindunginya dari lingkungan. Dan bahan organik berbasis karbon yang digunakan untuk membuat sel-sel ini dapat diubah dengan berinteraksi dengan kelembapan dan oksigen di udara, yang dapat mengurangi kinerja sel.

Foto: Sel surya ultra tipis sedang diuji

Menurut Jeremiah Mwaura, seorang ilmuwan peneliti di Laboratorium Riset Elektronik MIT, membungkus sel surya ini dalam kaca tebal, seperti praktik standar untuk sel surya silikon tradisional, akan meminimalkan nilai kemajuan saat ini, sehingga tim saat ini sedang mengembangkan kemasan ultra tipis. solusi untuk mengatasi degradasi sel dari dampak lingkungan, yang hanya akan menambahkan perangkat ultra-ringan dengan sebagian kecil dari beratnya.

Jeremiah Mwaura menambahkan: "Kami berusaha menghilangkan sebanyak mungkin bahan aktif non-surya, sambil tetap mempertahankan bentuk dan kinerja struktur surya yang sangat ringan dan fleksibel ini. Kami tahu, misalnya, bahwa proses pembuatannya bisa lebih jauh disederhanakan dengan mencetak media yang dapat dilepas, setara dengan proses yang kami gunakan untuk membuat lapisan lain di perangkat kami. Ini akan mempercepat terjemahan teknologi ini ke pasar."

Seiring tingkat ilmu pengetahuan dan teknologi yang terus berkembang, penemuan dan penggunaan berbagai bahan, teknologi, dan sumber energi baru pasti akan terus mendorong pengembangan aplikasi sel surya. Sel surya ultra tipis juga akan menciptakan nilai yang lebih besar bagi masyarakat dalam waktu dekat.