Ilmuwan Temukan Cara Mengubah Sinar Inframerah yang Tak Terlihat Menjadi Energi Listrik
Sinar inframerah matahari yang tak terlihat adalah 50 persen dari semua radiasi matahari di Bumi, 40% sinar yang terlihat, dan 10% ultraviolet.
Sinar inframerah adalah radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang (di atas 700 nm) lebih panjang daripada cahaya tampak (400 hingga 700 nm). Hingga saat ini, panel surya modern belum mampu secara efisien mengubah wilayah cahaya ini menjadi daya.
Para peneliti di KTH Royal Institute of Technology mendemonstrasikan nanoteknologi revolusioner yang secara signifikan dapat meningkatkan efisiensi sel surya. Mereka menciptakan jenis baru yang memungkinkan sel surya konvensional menangkap cahaya inframerah dan mengubahnya menjadi energi yang dapat digunakan.
Dalam dekade terakhir, energi matahari telah menjadi sumber energi terbarukan yang paling populer. Sel surya modern menggunakan bahan fotosensitif seperti mineral perovskit untuk mengubah cahaya menjadi energi. Bahan-bahan ini, bagaimanapun, tidak dapat merespon dengan baik terhadap cahaya inframerah.
Dalam studi ini, para peneliti berfokus pada kelas unik bahan nano optik yang didoping dengan ion lantanida: nanopartikel upconversion (UCNPs).
Nanopartikel ini dapat mengubah energi spektral dalam rentang inframerah menjadi panjang gelombang pendek inframerah dan rentang terlihat. Hal ini dapat mengurangi kerugian transmisi pada perangkat fotovoltaik.
Kemajuan terbaru dalam nanokimia upconversion telah memungkinkan UCNPs berkualitas tinggi dengan efisiensi kuantum luminescence tinggi. Tetapi karena nanopartikel ini juga memiliki ambang intensitas eksitasi yang tinggi, sebagian besar kapasitas konversi cahayanya terbuang sia-sia saat dimasukkan ke dalam sel surya.
Tim peneliti menemukan solusi untuk masalah ini. Mereka menggunakan susunan lensa mikro berbasis polimer untuk memodulasi cahaya eksitasi secara spasial. Ini membantu mereka mengubah radiasi infra merah yang lemah menjadi cahaya tampak, pada panjang gelombang yang dapat dikonversi oleh panel surya.
Lebih khusus lagi, para peneliti menemukan bahwa bagian dari susunan lensa mikro berbasis polimer dapat mengkonsentrasikan cahaya eksitasi dengan beberapa urutan besarnya (tergantung pada sifat optik dan strukturalnya), yang mengarah ke peningkatan signifikan pendaran konversi ke atas.
Mikrolensa dapat dengan mudah dimasukkan ke dalam berbagai peralatan fotonik yang disempurnakan UCNP, termasuk sel surya peka-pewarna.
Para peneliti mampu mencapai peningkatan 10% dalam efisiensi sel surya tanpa mengoptimalkan tekniknya. Efisiensi dapat lebih ditingkatkan dalam waktu dekat. Mereka berharap dapat mencapai efisiensi 20% – 25% lebih banyak daripada yang dihasilkan oleh sel surya yang ada.
Pendekatannya bersifat umum dan dapat digabungkan dengan teknik lain (fotonik atau kimia) untuk meningkatkan pendaran konversi ke atas.
Varun Kumar, RedRank
