Mungkinkah Memanfaatkan Fluktuasi Kuantum Menghasilkan Panel Surya yang Lebih Efisien?

Jika ilmuwan benar, dunia mungkin berada di ambang krisis iklim.  Dengan kondisi tersebut, sesuatu harus dilakukan lebih cepat daripada nanti untuk mengatasi masalah ini.  Bagi banyak orang, langkah paling mudah dalam memerangi perubahan iklim tetap berupa transisi dari ketergantungan kita pada bahan bakar fosil sebagai sumber energi menuju opsi yang lebih berkelanjutan seperti hidro, angin, panas bumi, dan surya.  Namun, agar hal ini benar‑benar terjadi, diperlukan upaya bersama untuk memajukan teknologi di balik alternatif‑alternatif tersebut.  Untungnya, para peneliti sudah bekerja keras, dengan beberapa studi terbaru yang menunjukkan masa depan cerah bagi sel fotovoltaik, yang memungkinkan penangkapan energi surya.

Bowtie Resonators

Salah satu studi yang disebutkan di atas berhasil menggambarkan masa depan di mana, dengan mengandalkan fluktuasi kuantum, ‘resonator bowtie’ berpotensi dapat memproduksi dirinya sendiri.

Resonator bowtie adalah jenis struktur yang akan digunakan dalam sel fotovoltaik generasi berikutnya, dibangun dengan tujuan menjebak cahaya di dalam ruang kosong yang tertutup.  Tujuannya adalah memaksimalkan waktu kontak antara cahaya yang terjebak dan medium apa pun yang digunakan untuk mentransfer/menangkap energi.  Menariknya, resonator bowtie dinamakan demikian karena bentuknya menyerupai dasi kupu.

Biasanya, tanpa kebocoran, semakin kecil resonator, semakin efektif dalam menjebak cahaya — yang menghasilkan efisiensi dan penangkapan energi yang lebih tinggi.  Sayangnya, kita telah mencapai titik di mana teknik manufaktur tradisional hampir mencapai batas maksimalnya.  Di sinilah studi tersebut berperan, dengan memanfaatkan fluktuasi kuantum yang menghasilkan gaya fundamental yang dikenal sebagai,

• Efek Casimir
• Gaya Van der Waals

Tujuan dari hal ini adalah secara esensial mengarahkan pembuatan sendiri resonator yang jauh lebih kecil daripada yang saat ini memungkinkan pada skala besar.  Hasilnya adalah kemajuan signifikan dan berhasil dalam manufaktur perangkat semikonduktor, karena tim berhasil memanfaatkan gaya Casimir‑Van der Waals untuk ‘perakitan diri deterministik’ dari nanostruktur silikon yang ditanggungkan serta penciptaan ruang resonator nanoskoptik yang berhasil.

Sederhananya — alih‑alih mencoba membangun resonator pada skala sekecil itu, tim membangun dua setengah dan mengandalkan fluktuasi kuantum untuk ‘menyatu’ keduanya ketika ditempatkan sangat berdekatan satu sama lain.  Makalah tersebut menyatakan bahwa “Sebaliknya, teknologi semikonduktor planar telah memberikan dampak teknologi yang luar biasa, berkat skalabilitasnya yang inheren, namun tampaknya tidak dapat mencapai dimensi atomik yang dimungkinkan oleh perakitan diri.“

Apa Artinya?

Implikasi teknologi ini sangat luas, dengan potensi aplikasi di berbagai bidang. Makalah tersebut menguraikannya, menyatakan hal berikut.

“Sementara pekerjaan kami menunjukkan perakitan diri dari rongga fotonik dengan pengurungan beberapa hingga sub‑nanometer, metode kami dapat diterapkan dalam bidang penelitian dan teknologi yang jauh lebih luas, misalnya, sekuesnsi nanopori padat, elektroda tunneling kuantum nanogap, atau topeng bayangan berkualitas ultra‑tinggi untuk perangkat elektronik kuantum superkonduktor.

Secara lebih umum, pekerjaan kami membuka perspektif untuk mengeksplorasi rezim baru fotonik, elektronik, dan mekanik pada skala atomik sekaligus memungkinkan integrasi yang skalabel dan selaras‑diri dengan arsitektur chip berskala besar.

Rongga yang terhubung dengan gelombang pandu yang dirakit sendiri ini sangat menarik terkait interaksi cahaya‑materi yang ditingkatkan, berpotensi memungkinkan operasi perangkat pada tingkat foton tunggal dan memfasilitasi tingkat efisiensi baru yang belum pernah terlihat pada sel fotovoltaik.

Sel Fotovoltaik Kontak Belakang

Perlu dicatat, ini bukan satu‑satunya kemajuan yang berpotensi mengubah permainan dalam beberapa minggu terakhir seputar sel fotovoltaik. Peneliti di University of Ottawa (U of O) berhasil memproduksi “…sel fotovoltaik mikrometrik back‑contact pertama”.

Sumber: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666386423005325?via%3Dihub#abs0015

Pada dasarnya, ini adalah teknik manufaktur baru yang secara signifikan mengurangi ‘efek bayangan’ pada sel fotovoltaik dengan memindahkan kontak listrik ke bagian belakangnya. Ini berarti medium pengumpul energi yang digunakan dapat memiliki lebih banyak area permukaan, sehingga cahaya yang ditangkap dapat berinteraksi lebih luas. Pendekatan ini juga memungkinkan miniaturisasi sel yang signifikan. Semua itu berarti efisiensi yang lebih tinggi dan biaya yang lebih efektif.

Aplikasi Alternatif

Menariknya, terobosan yang dibahas ini penting tidak hanya untuk memanfaatkan energi surya. Mereka juga berpotensi menunjukkan jalan ke depan bagi nanoteknologi secara luas dengan menunjukkan kelayakan memanfaatkan fluktuasi kuantum dan gaya fundamental seperti efek Casimir dan gaya Van der Waals.

Bahan yang diproduksi sendiri secara terarah akan membuka bidang kemungkinan baru dalam ilmu material yang akan secara mendalam memengaruhi hampir setiap industri. Ini berarti material bangunan yang lebih ringan dan kuat, elektronik yang diminaturisasi, obat yang lebih efektif, pengiriman obat yang terarah, dan lain‑lain.

Intinya, nanoteknologi suatu hari nanti dapat mengubah industri‑industri ini secara fundamental, menjadikannya bidang eksplorasi ilmiah dan teknologi yang sangat menarik dan menjanjikan. Namun, penting untuk menyadari bahwa resonator bowtie yang diproduksi sendiri secara terarah hanyalah satu langkah dari maraton.

Pemain Industri

Meskipun mungkin masih beberapa tahun sebelum kita melihat resonator bowtie yang merakit sendiri dan sel back‑contact digunakan dalam aplikasi dunia nyata, inilah jenis kemajuan inovatif yang akan dibutuhkan jika kita berharap menghindari, atau setidaknya mengurangi, potensi krisis iklim yang sudah kita hadapi. Dengan pemikiran itu, berikut beberapa perusahaan publik yang sangat terlibat dalam pertumbuhan industri surya dan teknologi yang memungkinkan hal tersebut.

*Angka-angka yang disajikan di bawah ini akurat pada saat penulisan dan dapat berubah. Setiap calon investor harus memverifikasi metrik*

1. NextEra Energy Resources

(NEE )

NextEra Energy Resources adalah perusahaan energi bersih terkemuka di Amerika Utara, memimpin dalam produksi energi angin dan surya. Perusahaan ini mengembangkan, membangun, dan mengoperasikan proyek tenaga listrik, termasuk lebih dari 150 pusat energi angin dan surya universal di 26 negara bagian AS dan empat provinsi di Kanada, menghasilkan lebih dari 17.000 megawatt energi angin dan surya.

2.  First Solar

(FSLR )

First Solar merancang dan memproduksi sistem tenaga surya serta modul surya menggunakan teknologi semikonduktor film tipis. Perusahaan ini juga menyediakan layanan pendukung seperti pembiayaan, konstruksi, pemeliharaan, dan daur ulang panel pada akhir masa pakainya.

3. SolarEdge Technologies

(SEDG )

SolarEdge Technologies adalah pemimpin global dalam teknologi energi cerdas. Perusahaan ini menawarkan solusi untuk fotovoltaik, penyimpanan, pengisian kendaraan listrik, baterai, catu daya tak terputus, dan layanan jaringan. Perusahaan ini dikenal dengan solusi inverter DC‑optimalisasi SolarEdge, yang memaksimalkan produksi daya sekaligus mengurangi biaya energi yang dihasilkan oleh sistem fotovoltaik.

Pemikiran Akhir

Kemajuan dalam teknologi fotovoltaik, khususnya pengembangan resonator bowtie yang merakit sendiri dan sel fotovoltaik back‑contact, menandai langkah signifikan dalam mengatasi tantangan mendesak perubahan iklim. Inovasi‑inovasi ini lebih dari sekadar kemajuan ilmiah; mereka merupakan langkah penting menuju terwujudnya masa depan energi berkelanjutan.

Seiring teknologi ini semakin mendekati adopsi secara luas, mereka menjanjikan peningkatan efisiensi, biaya yang lebih rendah, dan aksesibilitas energi surya, sehingga mempercepat transisi dari bahan bakar fosil. Kemajuan dalam teknologi surya ini tidak hanya selaras dengan tujuan lingkungan tetapi juga menegaskan potensi energi terbarukan untuk menjadi sumber energi dominan dan praktis dalam waktu dekat.