Oleh Denie Kristiadi | Published 01-11-2021

DAFTAR ISI ARTIKEL

• Material Ringan
• Sel Canggih tidak Perlu Sinar Matahari Langsung
• Mata ke Langit

Panel surya silikon telah digunakan di pesawat ruang angkasa sejak 1959, dan efisiensi konversi dayanya telah meningkat cepat di tahun-tahun berikutnya. Tetapi memperluas penggunaan teknologi surya untuk aplikasi luar angkasa membutuhkan peningkatan tidak hanya efisiensi, tetapi juga "daya spesifik", rasio daya terhadap berat. Dan sel surya konvensional di ruang angkasa saat ini berat dan besar, membatasi metrik ini.

CATATAN PENTING

• Sel-sel baru menunjukkan potensi mengungguli varietas berbasis silikon di bawah sinar yang kuat dan terus menghasilkan daya bahkan setelah cahaya yang tersedia mulai berkurang.
• Sel-sel juga menghasilkan daya di bawah kondisi pencahayaan yang lemah - mirip dengan yang ditemukan di luar angkasa - membuka pintu untuk misi yang lebih intensif daya ke tata surya luar Bumi dan sekitarnya.

Salah satu pendekatan untuk meningkatkan daya spesifik adalah dengan menggunakan teknologi perovskit dan fotovoltaik organik yang ringan dan sedang berkembang di luar angkasa, yang efisiensinya masing-masing telah meningkat menjadi sekitar 25% dan 17% dalam aplikasi terestrial dalam beberapa tahun terakhir. Tetapi demonstrasi di luar angkasa dari teknologi ini masih kurang. Sekarang, para peneliti di Jerman telah meluncurkan sel surya yang dapat digunakan di luar angkasa dengan penerbangan roket suborbital, melacak efisiensinya dan memastikan fungsinya di bawah kondisi ruang yang berbahaya.

Material Ringan

Untuk meningkatkan daya spesifik dan meminimalkan bobot roket, kunci untuk menurunkan bobot sel surya adalah perovskit hibrida yang tipis, ringan, dan fleksibel serta fotovoltaik organik (HOPVs) yang mendorong minat untuk aplikasi luar angkasa. Terlebih lagi, HOPV juga jauh lebih mudah dibuat daripada material sejenis anorganiknya.

Peter Müller-Buschbaum, Profesor Bahan Fungsional di Universitas Teknik Munich, Jerman, penulis senior studi saat ini, mengatakan bahwa karakteristik menarik ini membuat sel surya perovskte dan organik “kandidat alternatif yang sempurna untuk pembuatan panel surya di masa depan.” Sel-sel setebal sub-mikron dapat diproses menjadi foil polimer tipis untuk menutupi area permukaan yang mengesankan dan memungkinkan daya spesifik yang tinggi.

Namun, hingga Juni tahun lalu, sel surya ini belum diuji coba di ruang angkasa. Müller-Buschbaum dan timnya melakukan tes kinerja intensif di bawah simulasi kondisi ruang pada tahun 2014, diikuti dengan penerbangan balon. Langkah selanjutnya yang penting adalah meluncurkan sel surya ke luar angkasa.

Sel Canggih tidak Perlu Sinar Matahari Langsung

Tim menyusun empat jenis modul sel surya, dua perovskit dan dua organik, ke dalam muatan silinder roket MAPHEUS-8; empat dari setiap jenis sel dimasukkan, dengan total 16 sel individu. Keempat jenis modul ini mewakili pilihan sederhana dari perovskit sambungan tunggal yang canggih dan arsitektur organik serta bahan penyerap, kata Müller-Buschbaum.

Roket mencapai ketinggian 240 km, yang berada dalam ketinggian orbit rendah Bumi. Selain menunjukkan efisiensi, HOPV membuktikan stabilitasnya di bawah iradiasi matahari yang kuat, gravitasi mikro, vakum ultra-tinggi, dan perbedaan suhu yang signifikan.

Meskipun penerbangan hanya berlangsung tujuh menit, tim dapat terus merekam karakteristik tegangan arus sel surya dan memastikan bahwa setiap jenis sel mencapai kinerja yang diharapkan. Kepadatan daya sel berkisar antara 7 hingga 14 mW cm−2, yang menurut Müller-Buschbaum, mengungguli teknologi sel surya solid-state yang ada. Ia juga berharap nilai yang lebih tinggi dapat dicapai dengan optimalisasi teknologi lebih lanjut.

Selain melacak efisiensi tersebut, tim dapat mengkonfirmasi bahwa sel juga berfungsi dalam kondisi cahaya rendah, yang berarti bahkan sel yang menghadap jauh dari Matahari menghasilkan energi. Sel-sel ini menyerap cahaya yang lemah dan menyebar yang dipantulkan dari permukaan bumi bahkan ketika tidak terkena sinar matahari langsung. Menurut Müller-Buschbaum, hasil ini menunjukkan bahwa sel dapat berguna dalam misi luar angkasa.

Mata ke Langit

Kepadatan daya yang ditunjukkan dalam penelitian ini, kata Müller-Buschbaum, akan memungkinkan penggunaan sel surya perovskit dan organik yang lebih luas dalam eksplorasi ruang angkasa di masa depan. “Selain itu, fleksibilitasnya akan memungkinkan desain modul surya yang benar-benar baru, karena panel surya fleksibel dapat digulung atau dilipat,” jelasnya. “Terlepas dari potensi yang luas untuk menghemat berat dan biaya, perovskite dan sel surya organik menciptakan peluang untuk kemungkinan misi luar angkasa, seperti misi luar angkasa bertenaga surya dan penggerak listrik yang efisien.”

Salah satu batasan studi saat ini, katanya, adalah waktu penerbangan roket yang terbatas. Ke depan, tim tertarik pada uji coba jangka panjang di luar angkasa, seperti dengan satelit, untuk merasakan ketahanan dan stabilitas teknologi dengan lebih baik.