BAGIKAN

Salah satu hambatan dari teknologi solar panel adalah pergerakan matahari yang terus bergeser sehingga sinar yang diserap bergantung pada sudut yang dibentuk permukan panel, meski telah dikembangkan solar panel yang dapat mengikuti secara optimal arah matahari, namun harganya relatif mahal. Panel surya seperti ini pada umumnya terbuat dari sel surya yang tebal.

Sementara itu ada juga sel surya yang berbetuk film tipis dengan tebal pada ukuran nanometer yang memiliki banyak potensi. Ini lebih murah dan ringan, tapi karena kurang efisien, biasanya hanya cukup digunakan pada jam tangan dan kalkulator, bukan dalam panel surya.

Inspirasi dari kupu-kupu

Para peneliti dari Institut Teknologi California telah meningkatkan efisiensi sel surya film tipis dengan menirukan arsitektur sayap kupu-kupu mawar. Dalam makalah mereka yang diterbitkan dalam jurnal Science Advances, kelompok tersebut menjelaskan mereka terinspirasi untuk mempelajari sayap kupu-kupu dan rincian sel surya mereka yang telah ditingkatkan.

Sayap hitam kupu – kupu mawar ini serupa seperti sel solar yang menyerap sinar matahari, namun kelebihannya mampu menyerap cahaya jauh lebih banyak dibandingkan sel solar buatan dan terlepas dari sudut yang dibentuknya. Para ilmuwan mempelajari lebih jauh sayap hitam kupu-kupu mawar ini, dan menyalin strukturnya untuk menciptakan sel surya tipis serupa yang lebih efisien.

Para ilmuwan dari KIT dan Caltech memanfaatkan lubang – lubang skala nano yang tidak teratur dari kupu-kupu hitam untuk meningkatkan kinerja sel surya. Gambar: Radwanul Hasan Siddique, KIT / Caltech

Struktur skala mikro dan nano

Kupu-kupu mawar ini berasal dari Asia Tenggara. Karena ia berdarah dingin dan membutuhkan sinar matahari untuk terbang, sayap hitamnya telah berevolusi menjadi sangat baik dalam menyerap energi. “Yang benar-benar menarik adalah, kupu-kupu tersebut yang telah mengembangkan struktur kompleksnya sebagai hasil dari seleksi selama jutaan tahun, namun masih dapat mengungguli teknik manusia,” profesor biologi YaleNUS College, Vinod Saranathan kepada The Verge melalui email.

Gambar: Radwanul Hasan Siddique, KIT/Caltech

Sayap kupu-kupu hitam Pachliopta aristolochiae ini diliputi oleh struktur skala mikro dan nano yang dapat memanen sinar matahari dengan rentang spektral dan sudut yang lebar. Mengingat sifat ini sangat menarik untuk aplikasi fotovoltaik, para peneliti menganalisis kontribusi struktur mikro dan nano ini, dengan fokus pada gangguan struktural yang diamati pada skala sayap.

Untuk mengetahui mengapa sayap kupu-kupu ini sangat efisien, ilmuwan yang dipimpin oleh Radwanul Siddique, seorang bioengineer di Institut Teknologi California, melihat sayap di bawah mikroskop elektron dan menciptakan model 3D dari struktur nano sayap. Sayap dibangun dari skala kecil yang berupa lubang secara acak. Lubangnya kurang dari sepersejuta meter, dan mereka membantu menyebarkan cahaya dan membantu kupu-kupu menyerapnya.

Gambar pemindaian mikroskop elektron dari lubang skala nano kupu-kupu hitam. Kredit: Radwanul Hasan Siddique, KIT / Caltech

Lubang itu acak dalam ukuran, distribusi, dan bentuknya, kata Siddique kepada The Verge. Dengan menggunakan model komputer, tim mengetahui bahwa posisi dan urutan penting untuk menyerap cahaya, namun bentuknya tidak berpengaruh. Selanjutnya, mereka menciptakan struktur serupa dengan menggunakan lembaran silikon amorf yang terhidrogenasi sangat tipis yang memiliki jenis lubang yang sama.

“Saya pikir yang menarik adalah pendekatan yang sangat baik untuk melihat konsep fisiologis yang mendasarinya dan kemudian mengambil konsep ini dan meniru mereka dalam struktur yang tidak terlihat seperti sebagaimana terlihat pada kupu-kupu, namun sama secara fisika”, kata Mathias Kolle, seorang profesor teknik di Massachusetts Institute of Technology yang tidak terlibat dalam penelitian ini. Dia menambahkan bahwa desainnya perlu diskalakan, namun teknik fabrikasi yang dibahas di koran tergolong sederhana.

Kelompok tersebut melaporkan bahwa membuat sel-sel itu cepat dan mudah. Mereka membuat lubang dengan cara menjatuhkan sedikit larutan polimer biner yang tidak bercampur dengan jenis polimer yang digunakan untuk membuat lembaran. Prosesnya memakan waktu hanya lima sampai 10 menit.


sumber : theverge phys

1 KOMENTAR