Solar Cell dengan Bahan Organik

Suatu terobosan terbaru dilakukan oleh para ilmuwan dari University of Michigan yang mengembangkan suatu persamaan matematis untuk mengembangkan sel surya berbasis material organik. Mereka mengembangkan persamaan tersebut dari persamaan Shockley untuk dioda ideal yang juga berlaku untuk semikonduktor anorganik.

Persamaan Shockley merupakan persamaan yang dikembangkan oleh William Bradford Shockley – yang juga merupakan penemu transistor – pada tahun 1949. Persamaan ini berupa persamaan eksponensial yang menghubungkan arus listrik dan tegangan pada suatu dioda atau semikonduktor anorganik, silikon misalnya.

Modifikasi yang dilakukan oleh tim ini terhadap persamaan Shockley menghasilkan persamaan yang dapat diterapkan pada semikonduktor organik, misalnya senyawa berkarbon banyak. Senyawa organik yang dapat dijadikan sel surya bukan berasal dari sumber biologis, tetapi melalui sintesis laboratorium sehingga menyerupai senyawa alaminya. Setelah mensintesis senyawa organik tersebut, mereka membuat pemodelan energi foton yang diterima terhadap arus dan tegangan listrik yang dihasilkan oleh senyawa organik tersebut dengan menggunakan komputer. Pemodelan ini akhirnya menghasilkan suatu persamaan matematis baru hasil modifikasi persamaan Shockley yang dapat diterapkan pada semikonduktor organik. Hasil studi mereka telah dipublikasikan di jurnal Physical Review B.

Perkembangan riset material sel surya berbasis semikonduktor organik ini merupakan tantangan bagi para ilmuwan. Semikonduktor organik dapat digunakan sebagai sel surya namun dengan mekanisme yang lebih sulit dipahami dibanding sel surya berbasis semikonduktor anorganik. Semikondoktor organik juga memiliki efisiensi konversi energi yang cukup tinggi dan berpotensi digunakan pada tampilan OLED (organic ligth-emitting diode).

Persamaan Shockley yang termodifikasi ini dapat menganalisis arus maupun tegangan listrik yang dihasilkan oleh senyawa organik tertentu sehingga dapat menghasilkan terobosan baru berupa sel surya berbasis semikonduktor organik dengan efisiensi tinggi. Meskipun semikonduktor organik telah ditemukan sejak 70 hingga 80 tahun lampau, tetapi aplikasinya masih sangat sedikit. Penelitian ini diharapkan dapat membawa semikonduktor organik ke ranah aplikatif, terutama dalam pembuatan sel surya.

Klorofil sintetis untuk solar cell

Para ilmuan kemudian meneliti struktur klorofil hijau daun lebih lanjut untuk membuat klorofil artifisial. Tapi ternyata hal ini tidak mudah karena terlalu banyak komposisi variabel di klorofil yang sangat menantang untuk diteliti. Namun para ilmuan tidak kehilangan akal. Alih-alih merakit klorofil artifisial, para ilmuan mulai berfikir untuk menggunakan klorofil alami secara langsung di perangkat panel surya. Mungkin inilah langkah awal untuk suatu saat nanti kita dapat mewujudkan pembuatan klorofil artifisial.

Min Chen, seorang ilmuan dari University of Sydney di Australia, kemudian memanfaatkan daun bayam. Bukan untuk dimakan agar mirip Popaye the Sailorman, tetapi protein dari daun bayam ini diekstrak untuk memanen elektron dari sinar matahari pada solar sel. Percobaan ini berhasil dimana elektron hasil fotosintesis dapat digunakan untuk menghasilkan arus. Hal ini tentu saja merupakan kemajuan yang sangat baik untuk peningkatan efisiensi sel surya. Selain memiliki efisiensi yang lebih tinggi, dari segi ekonomi, sel surya dengan menggunakan klorofil ternyata dapat memangkas harga sampai 90%. 

Penelitian ini tidak akan berhenti sampai kepada zat hijau daun saja. Alga tertentu yang hidup di dasar laut terkadang memiliki pigmen lain untuk memanen energi dari panjang gelombang cahaya biru-hijau. Pigmen ini bernama phycobilins. Dan tentunya masih banyak lagi pigmen dari tanaman yang dapat dimanfaatkan untuk memperbesar kemampuan sel surya. Untuk itu, sangat diperlukan penelitian lebih lanjut untuk menemukan lebih banyak lagi kebaikan alam yang tersedia di sekitar kita.