Sains & Teknologi

Drone Bakal Terbang Berhari-Hari dengan Teknik Fotovoltaik Baru

Peneliti UC Berkeley baru saja memecahkan rekor dalam efisiensi fotovoltaik, sebuah pencapaian yang dapat mengarah pada mesin ultralight yang dapat menjalankan drone selama berhari-hari.

Selama 15 tahun terakhir, efisiensi mengubah panas menjadi listrik dengan thermovoltaics telah terhenti di 23 persen. Tetapi wawasan fisik yang inovatif telah memungkinkan para peneliti untuk meningkatkan efisiensi ini hingga 29 persen. Menggunakan desain baru, para peneliti sekarang bertujuan untuk mencapai efisiensi 50 persen dalam waktu dekat dengan menerapkan konsep ilmiah yang mapan.

Terobosan ini memiliki implikasi besar untuk teknologi yang saat ini bergantung pada baterai berat untuk daya. Termofotovoltaik adalah sumber daya alternatif ultralight yang memungkinkan  drone  dan kendaraan udara tak berawak lainnya beroperasi terus menerus selama berhari-hari. Itu juga bisa digunakan untuk menyalakan pesawat luar angkasa selama berabad-abad dan akhirnya seluruh rumah dengan generator seukuran amplop.

Penemuan mereka dijelaskan dalam sebuah makalah yang diterbitkan minggu ini di Prosiding National Academy of Sciences .

Thermophotovoltaics kompak dan sangat efisien untuk berbagai aplikasi, mulai dari yang hanya membutuhkan 100 watt, [seperti] kendaraan udara tak berawak ringan, hingga 100 megawatt, [menyediakan] listrik untuk 36.000 rumah. Sebagai perbandingan, sebuah Pembangkit listrik siklus gabungan 100-megawatt sangat besar, “kata Eli Yablonovitch, profesor teknik elektro dan ilmu komputer (EECS) dan penulis terkait di atas kertas.

Pita grafit (batang yang menyala) memanaskan sel termofotovoltaik yang berada di bawahnya. Kredit: Luis M. Pazos Outόn, UC Berkeley

Menurut Yablonovitch, temuan ini dibangun berdasarkan karya yang ia dan para siswa terbitkan pada 2011, yang menemukan bahwa kunci untuk meningkatkan efisiensi sel surya bukanlah dengan menyerap lebih banyak foton (cahaya) tetapi memancarkannya. Dengan menambahkan cermin yang sangat reflektif di belakang sel fotovoltaik, mereka memecahkan rekor efisiensi pada saat itu dan terus melakukannya dengan penelitian selanjutnya.

“Apa yang dilakukan cermin adalah menciptakan gas foton bercahaya inframerah padat di dalam sel surya, sebuah fenomena yang menambah tegangan,” kata Yablonovitch.

Baru-baru ini, timnya menyadari bahwa cermin ini dapat melayani tugas ganda. Faktanya, ini memecahkan salah satu tantangan terbesar dalam termofotovoltaik: bagaimana cara mengeksploitasi foton termal (panas) yang memiliki energi terlalu sedikit untuk menghasilkan listrik.  Ternyata cermin dapat memantulkan foton-foton kecil itu untuk memanaskan ulang sumber termal, memberikan kesempatan kedua untuk foton energi tinggi untuk dibuat dan menghasilkan listrik. Fenomena ini mengarah pada efisiensi yang belum pernah terjadi sebelumnya.

Meningkatkan efisiensi termofotovoltaik dengan mengelola foton termal berenergi rendah yang tidak dapat diserap oleh semikonduktor. Ada dua pendekatan untuk melakukan ini. ( A ) Menggunakan lapisan selektif spektral yang idealnya akan memancarkan foton energi tinggi atau ( B ) mengeksploitasi tepi pita semikonduktor itu sendiri sebagai filter spektral. Kehadiran kaca cermin belakang memastikan bahwa setiap foton yang tidak diserap dipantulkan kembali ke emitor dan di-rethermalized. Sumber: Prosiding National Academy of Sciences 

“Kami telah mencapai hasil pemecahan rekor ini meskipun kami hanya menggunakan cermin emas sederhana. Sekarang, kami akan menambahkan lapisan dielektrik di atas emas, dan itu akan meningkatkan efisiensi kami hingga 36 persen,” kata Luis M. Pazos Outόn , seorang peneliti postdoctoral di EECS dan salah satu penulis utama di atas kertas.

“Hanya dengan meningkatkan reflektifitas, kita akan mendapatkan efisiensi 36 persen. Tetapi dengan membuat tweak lain ke sel, menggunakan teknik yang telah terbukti dalam literatur ilmiah, kita tahu kita bisa mendapatkan efisiensi 50 persen,” kata Zunaid Omair, seorang peneliti mahasiswa pascasarjana dalam EECS dan penulis pertama di atas kertas. “Sebelum hasil kami, efisiensi termofotovoltaik telah terhenti pada 23 persen untuk waktu yang lama, jadi untuk mendapatkan dari 23 hingga 29 persen adalah masalah yang sangat besar.”

Artikel Terkait:

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *