Mencari Sel Surya Futuristik

Jadi, mungkin ada beberapa di antara kalian yang penasaran, seperti apa sih kuliah S2 di Teknik Mesin MIT?

Secara umum, kuliah S2 di berbagai negara di dunia bisa dibagi dalam dua tipe: by research atau by course. Untuk by course sendiri, mereka lebih fokus dalam kelas/ kuliah, dan kadang-kadang memiliki syarat magang di industri untuk lulus. Rentang waktunya pun biasanya lebih pendek, sekitar 1-2 tahun. Sedangkan S2 di Teknik Mesin MIT, fokusnya adalah research atau riset. Rentang waktu untuk lulus pun lebih lama. Untuk anak-anak yang dulu S1-nya di MIT, memungkinkan untuk lulus kurang dari 2 tahun. Tetapi rata-rata, anak S2 Teknik Mesin MIT (program M.S., bukan program M.Eng. ya), butuh waktu sekitar 2-3 tahun untuk lulus.

Sebelumnya mungkin aku belum pernah cerita, karena selama 8 bulan terakhir aku masih meraba-raba di lab tempatku bergabung. Sebagai anak S2 yang cukup clueless mengenai riset, karena sebagian besar summer-nya digunakan untuk ‘jalan-jalan’ sekaligus ‘riset’ lewat program MISTI (di antaranya ke Jerman, India, dan Singapura), beberapa bulan terakhir ini, aku harus belajar banyak.

Aku memutuskan untuk bergabung dengan Photovoltaics Research Lab di MIT, sebuah lab yang memfokuskan riset mereka di bidang teknologi sel surya. Semua anggota dari lab ini adalah firm believers bahwa global warming dan climate change itu nyata adanya, dan kemampuan kami, ingin mencari cara agar kita bisa mencari energi alternatif dari fossil fuels, utamanya sel surya.

Mungkin sel surya yang sering kalian temui terbuat dari silikon. Sayangnya, untuk mencapai efisiensi yang tinggi, dibutuhkan silikon yang benar-benar pure, yang benar-benar murni dan bersih dari elemen-elemen lainnya, terutama Fe (besi). Karena itu, fasilitas pabrik sel surya silikon membutuhkan dana yang sangat besar, karena clean room harus dibangun, dan jumlah partikel di udara pun harus dikontrol. Selain itu, pekerja pabrik harus mengenakan pakaian khusus yang menutupi rambut, baju, dan juga sepatu, serta mengenakan sarung tangan nitril, dan juga kacamata pelindung.

Biaya yang sangat besar dan juga toleransi defects/ kerusakan yanga sangat rendah membuat para peneliti mencari alternatif lain dari sel surya silikon ini. Karena harga sel surya silikon yang masih cukup mahal menjadi barrier tersendiri bagi konsumen yang ingin beralih ke energi alternatif.

Jawabannya?

Sel Surya Perovskite.

Perovskites ini merupakan topik utama dari risetku, meskipun masih butuh waktu yang panjang bagiku untuk mendefinisikan pertanyaan riset yang spesifik. Jadi, perovskites itu seperti apa?

Struktur Perovskites. Sumber. Strukturnya adalah ABX3, dengan A: kation (biasanya organik, methylammonium yang terletak di tengah), B: metal (biasanya timbal), X: anion (biasanya iodine/ bromine). B dan X membentuk gugus oktahedral di sekitar kation.

Salah satu hal yang luar biasa dari perovskites ini adalah toleransinya terhadap defects dan juga impurities, sehingga dibutuhkan dana yang lebih kecil untuk membuat fasilitas pabrik dan memanufaktur sel surya ini secara massal. Selain itu, hal yang luar biasa, adalah sel surya ini bisa dibuat dengan hanya mencampur berbagai precursor solutions, dan suhu yang dibutuhkan untuk proses ini pun cukup rendah, kurang dari 200 derajat Celsius. Hal ini tentu saja mengurangi biaya manufaktur, dan memungkinkan diseminasi inovasi yang lebih mudah. Hal yang lebih mencengangkan lagi, sel surya perovskites ini baru saja digali pada tahun 2009 lalu, dan selama ~8 tahun terakhir perkembangannya, sel surya ini sudah mencapai efisiensi sekitar 22%!

Sayangnya, perovskites ini belum stabil di udara terbuka, dan bisa terdegradasi dengan sangat cepat karena reaksi dengan kelembaban udara dan juga oksigen. Karena itu, seluruh prosesnya dilakukan di dalam glovebox, yang mana sekitar 99% udaranya adalah pure nitrogen.

Glovebox penuh gas nitrogen. Teman setia melakukan eksperimen.

 

Selain itu, rata-rata sel surya perovskites yang memiliki efisiensi cukup tinggi mengandung Pb (timbal) di dalamnya, yang cukup beracun untuk lingkungan.

Untuk memitigasi kedua kekurangan perovskites ini, sebenarnya sel surya ini bisa diproduksi lalu ditaruh di enclosure yang kedap udara. Untungnya, para peneliti sedang berlomba-lomba mencari alternatif dari timbal dan juga mencari perovskites yang lebih stabil di udara. Jika hal tersebut tercapai, industri akan tertarik memproduksi perovskites secara massal, dan semakin banyak konsumen yang beralih ke sel surya.

Sebagai seseorang yang trained as a mechanical engineer, awalnya membiasakan diri untuk melakukan riset di lab ini memang cukup sulit. Kelas material yang pernah kuambil saat S1 tidak meng-cover materials science, apalagi nanomaterial. Perovskites solar cells sendiri ketebalannya hanya sekitar ratusan nanometer, sehingga sebelumnya aku tak memiliki skill sets dan pengetahuan yang dibutuhkan untuk melakukan riset di bidang ini. Aku harus mengakui, sampai detik ini, aku masih harus belajar sangat banyak, termasuk membaca papers, journals, dan juga tidak malu bertanya pada anak-anak PhD dan juga para postdocs di labku. Aku pun harus bersusah payah mempelajari eksperimen kimia (satu-satunya kelas kimia yang kuambil saat S1 adalah kelas intro/ TPB). Kadang-kadang, rasanya memalukan karena aku bahkan tidak bisa menggunakan pipet dengan benar, atau salah kaprah dalam mengencerkan solutions, atau kikuk dalam mencampur asam di fume hood. Syukurlah, mereka semua mau membantuku yang masih anak bawang ini.

Dan tiap hari harus mengenakan pakaian lab lengkap hingga keringatan. Supaya lebih mudah menemukan lab coat masing-masing, semua anggota labku menamai hanger mereka dengan selotip warna-warni.

Masih banyak sekali hal yang harus kupelajari, dan rasanya jalanku masih panjang untuk menerbitkan artikel di jurnal berkaitan dengan riset yang kulakukan dengan tangan sendiri. Harapanku cukup sederhana, apapun riset yang kulakukan bisa membantu lingkungan dan bumi ini bertahan lebih lama, dan meninggalkan hal positif di dunia ini meskipun setelah aku wafat nanti. Karena itu, doakan ya teman-teman, semoga aku berkesempatan untuk terus berada di sini dan melanjutkan ke jenjang S3, agar sel surya futuristik bisa lahir dari tanganku dan tangan teman-temanku di lab ini.

Bagi kalian, apa riset yang ingin kalian lakukan jika berkesempatan melakukannya di MIT?

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s