Sumber: scitechdaily
Mungkin ada banyak bahan organik dan anorganik yang terlewatkan yang dapat digunakan untuk memanfaatkan sinar matahari di bawah air dan secara efisien memberi daya pada kendaraan submersible otonom, lapor peneliti di New York University. Penelitian mereka, yang diterbitkan hari ini (18 Maret 2020) dalam jurnal Joule, mengembangkan pedoman untuk nilai celah pita optimal pada berbagai kedalaman berair, menunjukkan bahwa berbagai pita lebar semikonduktor, bukan semikonduktor pita sempit yang digunakan dalam silikon tradisional sel surya, paling siap untuk penggunaan bawah air.
"Sejauh ini, tren umum telah menggunakan sel silikon tradisional, yang kami tunjukkan jauh dari ideal begitu Anda pergi ke kedalaman yang signifikan karena silikon menyerap sejumlah besar cahaya merah dan inframerah, yang juga diserap oleh air - terutama di kedalaman besar, ”kata Jason A. Röhr, rekan penelitian pascadoktoral di laboratorium Bahan dan Perangkat Transformatif Prof. André D. Taylor di Tandon School of Engineering di New York University dan seorang penulis dalam penelitian ini. "Dengan pedoman kami, bahan yang lebih optimal dapat dikembangkan."
Kendaraan bawah air, seperti yang digunakan untuk menjelajahi samudera abyssal, saat ini dibatasi oleh daya darat atau baterai on-board yang tidak efisien, mencegah perjalanan jarak jauh dan periode waktu yang lebih lama. Tetapi sementara teknologi sel surya yang telah lepas landas di darat dan di luar angkasa bisa memberikan submersible ini lebih banyak kebebasan untuk menjelajah, dunia yang berair menghadirkan tantangan yang unik. Air menceraiberaikan dan menyerap banyak spektrum cahaya tampak, menyerap panjang gelombang matahari merah bahkan pada kedalaman dangkal sebelum sel surya berbasis silikon memiliki kesempatan untuk menangkapnya.
Sebagian besar upaya sebelumnya untuk mengembangkan sel surya bawah laut telah dibangun dari silikon atau silikon amorf, yang masing-masing memiliki celah pita sempit yang paling cocok untuk menyerap cahaya di darat. Namun, cahaya biru dan kuning berhasil menembus jauh ke dalam kolom air bahkan ketika panjang gelombang lainnya berkurang, menunjukkan semikonduktor dengan celah pita yang lebih luas yang tidak ditemukan dalam sel surya tradisional dapat memberikan kesesuaian yang lebih baik untuk memasok energi di bawah air.
Untuk lebih memahami potensi sel surya bawah laut, Röhr dan rekannya menilai badan air mulai dari daerah yang paling jelas di samudera Atlantik dan Pasifik hingga danau Finlandia yang keruh, menggunakan model keseimbangan terperinci untuk mengukur batas efisiensi sel surya di masing-masing lokasi. Sel surya ditunjukkan untuk memanen energi dari matahari ke kedalaman 50 meter di badan air paling jernih di Bumi, dengan air dingin yang semakin meningkatkan efisiensi sel.
Perhitungan para peneliti mengungkapkan bahwa peredam sel surya akan berfungsi paling baik dengan celah pita optimal sekitar 1,8 elektronvolt pada kedalaman dua meter dan sekitar 2,4 elektronvolt pada kedalaman 50 meter. Nilai-nilai ini tetap konsisten di semua sumber air yang diteliti, menunjukkan sel surya dapat disesuaikan dengan kedalaman operasi spesifik daripada lokasi air.
Röhr mencatat bahwa sel surya yang diproduksi dengan murah terbuat dari bahan organik, yang dikenal berkinerja baik di bawah kondisi cahaya rendah, serta paduan yang dibuat dengan unsur-unsur dari kelompok tiga dan lima pada tabel periodik dapat menjadi ideal di perairan dalam. Dan sementara substansi semikonduktor akan berbeda dari sel surya yang digunakan di darat, desain keseluruhan akan tetap relatif sama.
"Sementara bahan panen matahari harus berubah, desain umum tidak harus mengubah banyak," kata Röhr. “Panel surya silikon tradisional, seperti yang dapat Anda temukan di atap Anda, dienkapsulasi untuk mencegah kerusakan dari lingkungan. Studi telah menunjukkan bahwa panel ini dapat direndam dan dioperasikan dalam air selama berbulan-bulan tanpa mengalami kerusakan signifikan pada panel. Metode enkapsulasi serupa dapat digunakan untuk panel surya baru yang terbuat dari bahan optimal. " Sekarang mereka telah menemukan apa yang membuat sel surya bawah air yang efektif menjadi aktif, para peneliti berencana untuk mulai mengembangkan bahan yang optimal.
"Di sinilah kesenangan dimulai!" kata Röhr. “Kami telah menyelidiki sel surya organik yang tidak terenkapsulasi yang sangat stabil dalam air, tetapi kami masih perlu menunjukkan bahwa sel-sel ini dapat dibuat lebih efisien daripada sel tradisional. Mengingat kemampuan rekan-rekan kami di seluruh dunia, kami yakin bahwa kami akan melihat sel-sel surya baru dan menarik ini di pasar dalam waktu dekat. "
