post

Bagaimana Teknologi Tenaga Surya Mendorong Transformasi Energi Terbarukan

Permintaan Listrik Tenaga Surya

Permintaan akan listrik yang lebih murah dan lebih hijau berarti lanskap energi berubah lebih cepat daripada titik lain dalam sejarah. Hal ini terutama berlaku untuk listrik bertenaga surya dan penyimpanan baterai. Biaya keduanya telah turun dengan kecepatan yang belum pernah terjadi sebelumnya. Selama dekade terakhir dan teknologi hemat energi seperti pencahayaan LED juga telah berkembang.

Akses ke tenaga surya dan penyimpanan yang murah dan ada di mana-mana akan mengubah cara kita memproduksi dan menggunakan listrik. Memungkinkan elektrifikasi di sektor transportasi. Ada potensi ekonomi baru berbasis kimia di mana kita menyimpan energi terbarukan sebagai bahan bakar. Dan mendukung perangkat baru yang membentuk “internet of things”.

Namun teknologi energi kami saat ini tidak akan membawa kami ke masa depan ini. Kami akan segera mencapai batas efisiensi dan biaya. Potensi pengurangan biaya listrik dari silikon solar di masa mendatang, misalnya, terbatas. Pembuatan setiap panel membutuhkan energi yang cukup besar dan pabrik mahal untuk dibangun. Dan meskipun biaya produksi dapat ditekan sedikit lebih jauh. Biaya instalasi tenaga surya sekarang didominasi oleh tambahan – instalasi, perkabelan, elektronik dan sebagainya.

Perovskit Halida

Lab kami di Cambridge, Inggris, bekerja dengan keluarga material baru yang menjanjikan yang dikenal sebagai perovskites halida. Mereka adalah semikonduktor, menghantarkan muatan ketika dirangsang dengan cahaya. Tinta perovskit disimpan ke kaca atau plastik untuk membuat film yang sangat tipis. Sekitar seperseratus dari lebar rambut manusia yang terbuat dari logam, halida, dan ion organik. Ketika terjepit di antara kontak elektroda, film-film ini membuat sel surya atau perangkat LED.

Hebatnya, warna cahaya yang mereka serap atau pancarkan dapat diubah hanya dengan mengubah struktur kimianya. Dengan mengubah cara kami menumbuhkannya, kami dapat menyesuaikannya. Agar lebih sesuai untuk menyerap cahaya (untuk panel surya) atau memancarkan cahaya (untuk LED). Hal ini memungkinkan kami untuk membuat sel surya warna berbeda. Dan LED yang memancarkan cahaya dari ultra-violet, langsung ke tampak dan inframerah dekat.

Meskipun prosesnya murah dan serbaguna, bahan-bahan ini telah terbukti sangat efisien sebagai sel surya dan pemancar cahaya. Sel surya Perovskite mencapai efisiensi 25,2% pada tahun 2019. Selangkah lebih cepat dari sel silikon kristal sebesar 26,7%. Dan LED perovskite sudah mendekati kinerja dioda pemancar cahaya organik (OLED) organik.

Teknologi ini dengan cepat dikomersialkan, terutama di bagian depan sel surya. Oxford Photovoltaics yang berbasis di Inggris telah membangun jalur produksi dan memenuhi pesanan pembelian pertamanya pada awal 2021. Perusahaan Polandia Saule Technologies merilis produk prototipe pada akhir 2018, termasuk pilot fasad surya perovskite. Pabrikan China Microquanta Semiconductor mengharapkan untuk memproduksi lebih dari 200.000 meter persegi panel di lini produksinya sebelum akhir tahun. Swift Solar yang berbasis di AS (perusahaan yang saya dirikan bersama) merintis sel berkinerja tinggi dengan sifat ringan dan fleksibel.

Jendela Surya dan Panel Fleksibel

Tidak seperti sel silikon konvensional, yang harus sangat seragam untuk efisiensi tinggi. Film perovskit terdiri dari “butiran” mosaik dengan ukuran yang sangat bervariasi (dari nano-meter hingga milimeter). Dan bahan kimia namun kinerjanya hampir sebaik silikon terbaik sel hari ini. Terlebih lagi, noda atau cacat kecil pada film perovskit tidak menyebabkan kehilangan daya yang signifikan. Cacat seperti itu akan menjadi bencana besar untuk panel silikon atau LED komersial.

Meskipun kami masih mencoba untuk memahami hal ini, bahan-bahan ini memaksa komunitas. Untuk menulis ulang buku teks untuk apa yang kami anggap sebagai semikonduktor ideal. Mereka dapat memiliki sifat optik dan elektronik yang sangat baik meskipun atau mungkin bahkan karena ketidakteraturan.

Secara hipotetis, kita dapat menggunakan bahan-bahan ini untuk membuat sel surya berwarna “desainer”. Yang menyatu dengan bangunan atau rumah, atau jendela surya yang terlihat seperti kaca berwarna namun menghasilkan tenaga.

Tetapi peluang nyata adalah mengembangkan sel yang sangat efisien melebihi efisiensi sel silikon. Misalnya, kita dapat melapisi dua film perovskit berwarna berbeda bersama-sama dalam sel surya “tandem”. Setiap lapisan akan memanen daerah berbeda dari spektrum matahari, meningkatkan efisiensi sel secara keseluruhan.

Contoh lain adalah apa yang dipelopori Oxford PV: menambahkan lapisan perovskit di atas sel silikon standar. Meningkatkan efisiensi teknologi yang ada tanpa biaya tambahan yang signifikan. Pendekatan pelapisan tandem ini dapat dengan cepat meningkatkan efisiensi panel surya melebihi 30%. Yang akan mengurangi biaya panel dan sistem sekaligus mengurangi jejak energinya.

Lapisan Perovskit

Lapisan perovskit ini juga sedang dikembangkan untuk membuat panel surya fleksibel yang dapat diproses menjadi gulungan. Seperti kertas koran, yang selanjutnya mengurangi biaya. Tenaga surya yang ringan dan berdaya tinggi juga membuka kemungkinan untuk menggerakkan kendaraan listrik dan satelit komunikasi.

Untuk LED, perovskit dapat mencapai kualitas warna yang fantastis yang dapat menghasilkan teknologi layar fleksibel yang canggih. Perovskit juga dapat memberikan pencahayaan putih yang lebih murah dan berkualitas lebih tinggi daripada LED komersial saat ini. Dengan “suhu warna” bola dunia yang dapat diproduksi untuk memberikan cahaya putih. Dingin atau hangat atau warna yang diinginkan di antaranya. Mereka juga menghasilkan kegembiraan sebagai blok bangunan untuk komputer kuantum masa depan. Serta detektor X-Ray untuk pencitraan medis dan keamanan dosis sangat rendah.

Meski produk pertama sudah bermunculan, namun masih ada tantangan. Salah satu masalah utama adalah menunjukkan stabilitas jangka panjang. Tetapi penelitian ini menjanjikan, dan setelah ini diselesaikan, halida perovskit benar-benar dapat mendorong transformasi produksi dan konsumsi energi kita.