Sepotong kecil prototipe terpal surya. Universitas California, San Diego, CC BY-ND

Potensi energi panel surya - dan batasan utama penggunaannya - adalah hasil dari apa yang terbuat dari mereka. Panel yang terbuat dari silikon mengalami penurunan harga sehingga di beberapa lokasi mereka dapat menyediakan listrik itu biaya hampir sama dengan listrik dari bahan bakar fosil seperti batu bara dan gas alam. Tapi panel surya silikon juga besar, kaku dan rapuh, sehingga tidak bisa digunakan di mana saja.

Di banyak bagian dunia yang tidak memiliki listrik biasa, panel surya bisa menyediakan membaca cahaya setelah gelap dan energi untuk memompa air minum, membantu memberdayakan rumah tangga kecil atau bisnis berbasis desa atau bahkan melayani shelter darurat dan tempat pengungsian. Tetapi kerapuhan mekanik, kesukaran dan kesulitan transportasi panel surya silikon menunjukkan bahwa silikon mungkin tidak ideal.

membangun pekerjaan orang lain, kelompok penelitian saya bekerja untuk mengembangkan panel surya fleksibel, yang akan seefisien panel silikon, tetapi akan tipis, ringan dan bisa ditekuk. Perangkat semacam ini, yang kami sebut "terpal surya, ”Bisa disebarkan ke ukuran ruangan dan menghasilkan listrik dari matahari, dan itu bisa digerakkan hingga seukuran buah anggur dan dimasukkan ke dalam ransel sebanyak kali 1,000 tanpa putus. Meskipun ada beberapa upaya untuk membuat sel surya organik lebih fleksibel hanya dengan membuat mereka sangat tipis, daya tahan nyata membutuhkan struktur molekul yang membuat panel surya bisa merenggang dan tangguh.

Semikonduktor silikon

Silikon berasal dari pasir, yang membuatnya murah. Dan cara atom-atom dikemas dalam bahan padat membuatnya menjadi semikonduktor yang baik, yang berarti konduktivitasnya dapat dinyalakan dan dimatikan menggunakan medan listrik atau cahaya. Karena itu murah dan bermanfaat, silikon adalah dasar untuk microchip dan papan sirkuit di komputer, ponsel dan pada dasarnya semua elektronik lainnya, mengirimkan sinyal listrik dari satu komponen ke komponen lainnya. Silikon juga merupakan kunci bagi kebanyakan panel surya, karena dapat mengubah energi dari cahaya menjadi muatan positif dan negatif. Tuduhan ini mengalir ke sisi yang berlawanan dari sel surya dan dapat digunakan seperti baterai.

Namun sifat kimianya juga berarti ia tidak dapat diubah menjadi elektronik fleksibel. Silikon tidak menyerap cahaya dengan sangat efisien. Foton mungkin melewati panel silikon yang terlalu tipis, sehingga mereka harus cukup tebal - sekitar mikrometer 100, tentang ketebalan uang dolar - agar tidak ada cahaya yang terbuang sia-sia.

Semikonduktor generasi mendatang

Tetapi para peneliti telah menemukan semikonduktor lain yang jauh lebih baik dalam menyerap cahaya. Satu kelompok bahan, yang disebut “perovskites, ”Dapat digunakan untuk membuat sel surya hampir sama efisiennya dengan yang silikon, tetapi dengan lapisan penyerap cahaya yang seperseribu ketebalan yang dibutuhkan dengan silikon. Akibatnya, para peneliti bekerja untuk membangun sel surya perovskit yang dapat menggerakkan pesawat tanpa awak kecil dan perangkat lain di mana mengurangi berat badan adalah faktor kunci.

Grafik 2000 Hadiah Nobel dalam Kimia diberikan kepada para peneliti yang pertama kali menemukan mereka bisa membuat semikonduktor ultra-tipis jenis lain, yang disebut polimer semikonduktor. Jenis bahan ini disebut "semikonduktor organik" karena didasarkan pada karbon, dan ini disebut "polimer" karena terdiri dari rantai panjang molekul organik. Semikonduktor organik sudah digunakan secara komersial, termasuk di industri miliar dolar of display dioda pemancar cahaya organik, lebih dikenal dengan TV OLED.

Semikonduktor polimer tidak seefisien mengubah sinar matahari menjadi listrik seperti perovskit atau silikon, tetapi mereka jauh lebih banyak fleksibel dan berpotensi luar biasa tahan lama. Polimer biasa - bukan yang semikonduktor - ditemukan di mana-mana dalam kehidupan sehari-hari; mereka adalah molekul yang membentuk kain, plastik dan cat. Semikonduktor Polimer memegang potensi untuk menggabungkan sifat-sifat elektronik dari bahan seperti silikon dengan sifat fisik dari plastik.

Yang terbaik dari kedua dunia: Efisiensi dan daya tahan

Tergantung pada strukturnya, plastik memiliki berbagai sifat - termasuk fleksibilitas, seperti terpal; dan kekakuan, seperti panel bodi beberapa mobil. Polimer semikonduktor memiliki struktur molekul yang kaku, dan banyak yang tersusun dari kristal-kristal kecil. Ini adalah kunci untuk sifat elektronik mereka tetapi cenderung membuat mereka rapuh, yang bukan atribut yang diinginkan baik untuk barang yang fleksibel atau kaku.

Pekerjaan kelompok saya telah difokuskan untuk mengidentifikasi cara-cara untuk membuat bahan dengan sifat semikonduktor baik dan daya tahan plastik dikenal - apakah fleksibel atau tidak. Ini akan menjadi kunci ide saya tentang terpal surya atau selimut, tetapi juga bisa mengarah pada bahan atap, ubin lantai luar ruangan atau bahkan permukaan jalan atau tempat parkir.

Pekerjaan ini akan menjadi kunci untuk memanfaatkan kekuatan sinar matahari - karena, setelah semua, sinar matahari yang menyerang Bumi dalam satu jam saja mengandung lebih banyak energi daripada semua penggunaan manusia dalam setahun.

Tentang Penulis

Darren Lipomi, Profesor Nanoengineering, University of California San Diego

Artikel ini awalnya diterbitkan pada Percakapan. Membaca Artikel asli.

Buku terkait

at Pasar InnerSelf dan Amazon