Panel surya telah ada untuk sementara waktu sekarang, tetapi bahan yang mereka buat membuatnya tidak mampu mengubah lebih dari seperempat energi matahari menjadi listrik yang dapat digunakan. Menurut perhitungan MIT, rata-rata rumah di Arizona yang cerah masih membutuhkan sekitar 574 kaki persegi panel surya (dengan asumsi efisiensi sekitar 15 persen) untuk memenuhi kebutuhan energi hariannya. Di Vermont yang dingin dan beruban, rumah yang sama membutuhkan 861 kaki persegi. Itu banyak panel.
Itulah sebabnya para peneliti MIT telah bereksperimen dengan proses yang sama sekali baru untuk mengubah sinar matahari — proses yang memanfaatkan suhu sangat tinggi untuk meningkatkan efisiensi. Jika bekerja dalam skala besar, kita bisa melihat panel surya yang jauh lebih efisien di tahun-tahun mendatang, berpotensi mengubah permainan untuk energi surya.
"Dengan penelitian kami, kami berusaha mengatasi keterbatasan mendasar dari konversi energi fotovoltaik, " kata David Bierman, salah satu peneliti yang memimpin proyek ini.
Teknologi mengubah sinar matahari menjadi panas, kemudian mengubah panas kembali menjadi cahaya. Proses ini menggunakan jenis konsentrator cahaya yang disebut "emitor-absorber, " dengan lapisan menyerap karbon hitam nanotube padat yang mengubah sinar matahari menjadi panas. Ketika suhu mencapai 1.000 derajat Celcius (sepanas lava dari banyak gunung berapi, hanya untuk memberi Anda gambaran), lapisan yang memancarkan, terbuat dari kristal fotonik, mengirimkan energi kembali sebagai jenis cahaya yang dapat digunakan sel surya.
Filter optik memantulkan semua partikel cahaya yang tidak dapat digunakan, proses yang disebut "daur ulang foton." Ini meningkatkan efisiensi secara dramatis, membuat sel sebanyak dua kali lebih efisien dari standar saat ini.
Tepatnya, teknologi ini dijuluki "sel surya panas." Sel-sel itu baru-baru ini dinamai salah satu "10 Teknologi Terobosan dari MIT Technology Review 2017." Editor di publikasi ini telah menyusun daftar ini setiap tahun sejak 2002. Tahun ini, teknologi tersebut, mulai dari implan otak hingga truk penggerak sendiri hingga kamera yang mampu mengambil selfie 360 derajat, "akan memengaruhi ekonomi dan politik kita, meningkatkan pengobatan, atau memengaruhi budaya kita, " menurut MIT Technology Review . "Beberapa sedang berlangsung sekarang; yang lain akan membutuhkan satu dekade atau lebih untuk berkembang, " kata editor. "Tapi kamu harus tahu tentang mereka semua sekarang."
Karbon hitam nanotube membentuk lapisan absorber-emitor panel. (MIT) Teknologi ini lebih unggul dari sel surya standar pada tingkat yang sangat dasar. Bahan semikonduktor sel standar, yang hampir selalu silikon, umumnya hanya menangkap cahaya dari ungu ke spektrum merah. Ini berarti bahwa sisa spektrum sinar matahari hilang. Karena masalah mendasar ini, sel surya hanya dapat mengubah sekitar sepertiga energi sinar matahari menjadi listrik. Batas atas ini, efisiensi teoretis maksimum sel surya, disebut batas Shockley-Queisser. Panel surya yang dibuat untuk digunakan di rumah umumnya mengkonversi jauh lebih sedikit daripada batas Shockley-Queisser, karena bahan yang paling efisien masih sangat mahal. Tetapi dengan sel surya yang panas, batas ini, yang berlaku selama lebih dari 50 tahun, bisa menjadi sejarah.
Pada titik ini, peneliti hanya memiliki prototipe. Bisa jadi satu dekade atau lebih sebelum kita melihat sel surya panas ini di pasaran. Saat ini, bahan-bahannya sangat mahal sehingga akan sulit untuk mengubah sel menjadi panel dengan ukuran yang dibutuhkan untuk penggunaan komersial.
“Kita perlu menyelesaikan berbagai masalah yang terkait dengan peningkatan perangkat untuk benar-benar menghasilkan kekuatan yang merupakan solusi yang berguna bagi orang-orang dan masalah mereka, ” kata Bierman.
Bierman, dan rekan-rekannya di proyek tersebut, Andrej Lenert, Ivan Celanovic, Marin Soljacic, Walker Chan dan Evelyn N. Wang, optimis mereka dapat mengatasi batas-batas ini. Mereka juga berharap menemukan cara menyimpan panas ekstra untuk digunakan nanti. Itu bisa berarti energi bersih pada hari-hari musim dingin yang paling suram. Bahkan di Vermont.
