Model teoretis dapat mengarah pada konsep baru untuk sel surya yang lebih efisien.
Dengan fotosintesis, alam telah mengembangkan proses canggih untuk menangkap dan menggunakan energi radiasi matahari secara efisien. Efek fisik kuantum juga memainkan peran penting dalam transportasi energi di dalam tanaman hijau atau bakteri aktif-ringan. Fisikawan teoretis di Universität Ulm kini telah memecahkan teka-teki terbuka tentang transportasi energi yang luar biasa cepat dalam jarak yang relatif jauh. Seperti yang mereka laporkan dalam jurnal "Physical Review X", struktur nano yang disusun secara khusus dari molekul pengumpul cahaya tampaknya bertanggung jawab atas transportasi energi yang efisien. Wawasan baru tentang fotosintesis alami ini memiliki potensi untuk lebih meningkatkan efisiensi sel surya di masa depan.
Sinar matahari menciptakan keadaan elektronik tereksitasi selama fotosintesis pada tumbuhan dan bakteri serta dalam sel surya. Elektron bermuatan negatif dilepaskan dan pada saat yang sama lubang elektron bermuatan positif tercipta. Pasangan lubang elektron ini, juga dikenal sebagai eksiton, harus dipertahankan selama mungkin untuk efisiensi tinggi dan mencakup jarak yang relatif jauh beberapa mikrometer. Baru-baru ini, percobaan pada bakteri ungu yang aktif-ringan menunjukkan bahwa keadaan elektronik ini dapat mencakup lebih dari sepuluh kali lipat jarak daripada yang dapat dijelaskan oleh model fotosintesis sebelumnya. Andrea Mattioni dan rekan-rekannya dari Ulmer Institut für Theoretische Physik kini telah menemukan penyebab efek ini.
Pengamatan fisik kuantum para peneliti menunjukkan bahwa struktur nano khusus yang terbuat dari molekul pengumpul cahaya, lebih tepatnya pigmen yang bertindak sebagai antena, bertanggung jawab atas jalur transportasi yang relatif panjang. Pada bakteri ungu, pigmen ini menyusun diri menjadi beberapa nanocluster yang berdekatan dan padat. Berkat struktur nano ini, keadaan elektronik yang terdelokalisasi dapat mengatur diri mereka sendiri sedemikian rupa sehingga memungkinkan transportasi energi lebih dari beberapa mikrometer. Jarak ini mungkin terdengar kecil, tetapi untuk efek fisika kuantum, jarak tersebut sangat besar. Pada saat yang sama, beberapa nanocluster mencegah kehilangan energi melalui keadaan gelap, di mana tidak ada partikel cahaya yang dipancarkan setelah eksitasi fotoelektronik.
Wawasan baru tentang efek fisik kuantum dari fotosintesis alami ini juga dapat membantu meningkatkan efisiensi sel surya di masa depan. "Atas dasar ini, kami mengembangkan aturan desain kuantum pada tingkat molekuler untuk mengoptimalkan jangkauan dan kecepatan transportasi energi dalam arsitektur pemanenan cahaya buatan (yaitu sel surya)," para peneliti menjelaskan dalam publikasi mereka. Karena bahkan di dalam sel surya, pasangan lubang elektron diharapkan, eksiton, bertahan selama mungkin dan menempuh jarak yang jauh. Hal ini mengurangi risiko rekombinasi elektron dan hole yang tidak diinginkan bahkan sebelum muatan listrik untuk aliran arus yang dapat digunakan dapat disadap pada elektroda sel surya.
Namun, implementasi teknis model ini tidak akan mudah. Di satu sisi, bahan yang cocok harus ditemukan untuk meniru protein pengumpul cahaya dari bakteri ungu. Di sisi lain, desain untuk struktur nano yang sesuai dalam sel surya, bersama dengan proses produksi yang sesuai, harus dikembangkan.
(Sumber: Universität Ulm)
***
Solo, Rabu, 23 Maret 2022. 5:09 pm
'salam hangat penuh cinta'
Suko Waspodo
antologi puisi suko
ilustr: Welt der Physik
0 comments:
Posting Komentar