Photocapacitor, inovasi brilian dari negeri Sakura

Sayang saya melihatnya agak terlambat.

Sebuah terobosan cukup brilian dari peneliti Jepang tepatnya dari Toin University, Yokohama. Jika dilihat dari papernya di Applied Physics Letters 85 3932 mereka menggunakan konsep perpaduan antara sel surya dengan kapasitor. Sel surya yang mengadopsi penemuan M. Gratzel tipe Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) dengan digabungkan dengan konsep kapasitor sebagai penyimpan muatan listrik. (Beberapa kali dalam blog ini DSSC telah saya singgung secara singkat). Akan saya sedikit kupas di mana letak kehebatan sel surya yang unik dan jenius ini.

Pada umumnya, sel surya selalu membutuhkan perangkat (device) lain untuk mengenapi manfaatnya. Selain perangkat pengkonversi sinar matahari menjadi listrik. sel surya juga dilengkapi dengan baterei sebagai penyimpan listrik yang dihasilkan sel. Baterei ini biasanya digunakan ketika malam hari untuk penerangan atau sebagai cadangan listrik di siang hari. Yang menarik dari karya kedua peneliti Jepang ini dan patut diacungi jempol (karena itu masuk jurnal bergengsi ini) ialah mereka sekaligus menjawab tantangan penyimpanan listrik hasil konversi sinar matahari disamping potensi produksi massal sel surya yang praktis dan efisien di dalam satu kemasan alat.

Sel surya ini oleh peneliti Jepang tersebut diberi sebutan dengan “sandwitch photocapacitor”. Disebut “sandwich” agaknya karena struktur penampang melintang sel tersebut terdiri dari lapisan-lapisan material yang mengapit sebuah polimer ibarat roti takep yang mengapit daging dan sayur mayur pada sebuah sandwich (lihat Gambar). Sedangkan istilah “photocapacitor” digunakan mengingat proses konversi foton/cahaya dan keberadaan kapasitor di dalam satu perangkat.

 

Melihat strukturnya, sel photocapacitor ini terdiri atas dua elektrode atau kutub-kutub negatif dan positif yang melengkapi sirkuit tertutup. Elektrode pertama berupa semikonduktor titanium oksida dan elektrode kedua berupa substrat kaca yang terlapisi oleh lapisan tipis platinum. Kedua elektrode ini dipisahkan oleh sebuah lapisan resin/polimer. Kedua elektrode tersebut masing-masing terhubung oleh karbon aktif berpori. Baik lapisan elektrode maupun karbon aktif dipenuhi dengan larutan ionik persis seperti pada sel surya jenis DSSC. Sel photocapacitor yang dipublikasikan ini memiliki efek sel surya ini berukuran 0.64 centimeter persegi.

Mekanisme kerja dari sel photocapacitor tidak ubahnya dengan sebuah sel surya. Foton atau cahaya ditangkap oleh molekul-molekul pigment (dye) pada permukaan lapisan titanium oksida. Ketika terekspose cahaya, elektron dari molekul pigment tersebut mengalir ke pita konduksi semikonduktor titanium oksida yang akhirnya menghasilkan arus. Elektron ini kemudian terus mengalir ke lapisan karbon aktif melalui sirkuit menuju elektrode platinum .

Efek kapasitansi sendiri terjadi ketika hole yang bermuatan positif bergerak menuju lapisan karbon aktif yang terdapat pada elektoda titanium. Akumulasi muatan positif dsan negatif pada lapisan karbon aktif yang berbeda membuat perangkat sel ini dapat memiliki kemampuan menyimpan energi atau muatan seperti layaknya sebuah kapasitor. Energi atau muatan ini dapat dipergunakan dengan hanya men-discharge perangkat.

Output dari sel photocapacitor ini cukup bagus, yakni dapat mencapai 0.45 volt untuk open circuit votage sel surya yang masih dalam kisaran output sel surya konvensional lainnya sebagai salah satu tolok ukur efisiensi sebuah sel. Sedangkan kapasitans yang dipunyai oleh sel ini sekitar 0.69 F.cm^-2.

Well… temuan baru ini makin membawa angin segar bagi penerapan sel surya sebagai salat satu sumber energi masa depan yang menjanjikan karena tantangan fleksibilitas sel surya yang dapat dibawa ke mana-mana akibat adanya fungsi penyimpanan tenaga di dalam satu buah sel perlahan-lahan mulai terjawab.

Sumber :

1. Tsutomu Miyasaka and Takurou N. Murakami, The photocapacitor: An efficient self-charging capacitor for direct storage of solar energy, Applied Physics Letter, 85 3932 (2004).

    

2. Belle Dumé, A new type of solar cell, Physicsworld.com, November 2004,