Nonatube Karbon: Inovasi untuk Sel Surya Organik

Energi terbarukan semakin penting di era perubahan iklim saat ini dan sel surya organik telah muncul sebagai salah satu alternatif yang menjanjikan. Salah satu inovasi terbaru dalam pengembangan teknologi ini adalah penggunaan Carbon Nanotubes (CNT). Material ini menawarkan berbagai keuntungan yang dapat meningkatkan efisiensi dan daya tahan sel surya organik.

Pada tahun 2021, batu bara menjadi sumber daya mineral terbanyak yang disuplai ke pembangkit listrik, yaitu sebesari 470,96 juta Barrels Oil Equivalent (BOE) (Kementerian ESDM, 2021). Pasokan listrik memang masih sangat bergantung pada PLTU karena efisiensinya tinggi yaitu sebeasr 25-50%, biaya bahan berkarya murah dan usia pakainya relative lama. Pada tahun 2019, sub sektor pembankitan listrik bertanggungjawab terhdap 35% emisi GRK. Hal ini tentunya dapat memicu terjadinya pemanasan global (IESR, 2021) (Anam, 2023).

Nanotube karbon adalah struktur nanomaterial berbentuk tabung yang terdiri dari atom karbon yang terikat dalam pola heksagonal. Mereka memiliki sifat unik, seperti konduktivitas listrik yang tinggi, kekuatan mekanik yang luar biasa dan kapasitas untuk menyerap cahaya. Sifat-sifat ini menjadikan Carbon Nanotubes (CNT) sebagai kandidat ideal untuk meningkatkan performa sel surya organik.

Hingga saat ini sel surya yang paling umum digunakan adalah sel surya dengan bahan semikonduktor berupa silikon fotovoltaik. Sel surya jenis ini memiliki keunggulan pada efisiensi yang tinggi mencapai lebih dari 26%. Akan tetapi biaya produksinya cukup tinggi karena proses pembentukannya yang cukup sulit. Selain itu, sel surya jenis ini bersifat kurang ramah lingkungan karena menghasilkan kontaminan berbahaya yang menyebabkan polusi air dan udara (Talwabeh dkk, 2021). Sel surya organic menjadi pilihan alternatif sebgai sel surya yang lebih ramah lingkungan. Salah satu jenisnya yaitu Dye-Sensitized Solar Cell (DSSC) yang menggunakan sistem organic fotovoltaik dengan memanfaatkan zat pewarna organic (dye) sehingga lebih ramah lingkungan (Anam, 2023).

Salah satu keunggulan utama dari Carbon Nanotubes (CNT) adalah kemampuannya untuk meningkatkan konduktivitas listrik dalam lapisan aktif sel surya. Transportasi muatan sangat penting untuk efisiensi konversi energi, seperti di dalam sel surya organik. Proses pengangkutan muatan menjadi lebih efisien dengan menambahkan Carbon Nanotubes (CNT) ke dalam bahan aktif, yang dapat meningkatkan efisiensi keseluruhan sel. Penelitian menunjukkan bahwa sel surya organik yang menggunakan Carbon Nanotubes (CNT) dapat mencapai efisiensi konversi energi yang lebih tinggi dibandingkan dengan yang tidak menggunakan nanotube karbon.

CNT merupakan material berukuran nanometer yang tersusun dari jutaan atom karbon berupa lembaran grafit yang digulung hingga berbentuk tabung lalu ditutup dengan fullerence pada kedua ujungnya. DSSC memiliki struktur menyerupai sandwich dimana terdapat elektroda pada bagian paling atas dan paling bawah. Pada umumnya, material yang digunakan pada lapisan ini adalah Indium Tin Oxide (ITO) karena memiliki transparansi optic dan kondutivitas listrik yang baik untuk meangkat cahaya matahari dan membawa muatan. Akan tetapi, ITO bersifat rapuh dan sensitive terhadap lingkungan asam dan basa, sehingga rawan menyebabkan kerusakan. Proses produksi ITO cukup rumit dan mahal karena bahan bakunya merupakan logam tanah yang sulit dicari dan beracun (Muchuweni, 2022). Diantara banyaknya material pengganti ITO, CNT menjadi yang palng menarik karena dengan fungsi kerja yang sebanging dengan ITO, CNT bersifat lebih stabil, fleksibel, murah, mudah didapatkan dan lebih mudah diproduksi. Berbeda dengan logam indium yang toksik, bahan baku CNT yang secaralami memang melimpah menjadikan sel surya memiliki nilai keberlanjutan yang lebih baik dan ramah lingkungan. CNT juga dapat dikombinasikan dengan material lain untuk membentuk komposit yang digunakan sebagai elektroda. Salah satu contohnya, konbinasi CNT dengan logam sulfida (CNT.NiS) menghasilkan luaran berupa edisiensi paling baik (sebesar 6,41%) diantara elektroda paduan komposit sulfida lainnya (Anam, 2023).

Selain itu, nanotube karbon juga dapat berfungsi sebagai penguat mekanik dalam struktur sel surya, membantu meningkatkan stabilitas dan umur pakai. Ketahanan sel surya organik terhadap degradasi akibat paparan sinar UV dan kelembapan adalah salah satu tantangan utama dalam teknologi ini. Diharapkan sel surya dapat memiliki umur yang lebih lama dan performa yang lebih stabil dengan cara mengintegrasikan Carbon Nanotubes (CNT), dalam kondisi lingkungan yang bervariasi.

Pada umumnya, bahan yang digunakan adalah platina karena memiliki konduktivitas listrik dan akticitas katalitik yang tinggi, namun lebih mahal dan jumlahnya terbatas di alam, sehingga konduktivitas listrik yang hampir sama, CNT dapat menajdi alternatif pengganti atau campuran bagi platina sebgai katalis karena bahannya yang lebih mudah didapatkan. Terbukti bahwa efisiensi DSSC dapat meningkat sebesar 0,0118% atau lebih dengan penggunaan platina yang dikompositkan dengan CNT (Fatiatun & Swasti, 2022) (Anam, 2023).

Walaupun nanotube karbon menawarkan banyak keuntungan, tantangan dalam produksi dan pengolahan material ini masih ada. Proses sintesis yang rumit dan biaya tinggi dapat menjadi hambatan untuk adopsi luas. Namun, penelitian dan pengembangan yang berkelanjutan dapat membuka jalan untuk solusi yang lebih efisien dan ramah lingkungan.

Secara keseluruhan, penggunaan nanotube karbon dalam sel surya organik menunjukkan potensi besar dalam konservasi energi baru dan terbarukan. Meningkatkan efisiensi, stabilitas, serta umur pakai sel surya, CNT dapat memainkan peran penting dalam transisi menuju sumber energi yang lebih berkelanjutan. Inovasi ini menunjukkan bahwa material masa depan dapat membantu menjawab tantangan energi global dan mendukung upaya konservasi lingkungan.

             

Referensi

Anam, M, R, A. 2023. Carbon Nanotubes: Material Masa Depan Sel Surya Organik dalam Upaya Konservasi Energi Baru dan Terbarukan ? Menuju Indonesia Bersih. 50 Karya Terbaik Kompetisi Penulisan Artikel National Energy, Climate & Sustainability (NECSC) Piala Menteri ESDM RI dan Piala Menteri LHK RI. Society of Renewable Energy (SRE) & Rakyat Merdeka (RM). RM Books

Society of Renewable Energy (SRE) & Rakyat Merdeka (RM). 2023. Menuju Indonesia Bersih. 50 Karya Terbaik Kompetisi Penulisan Artikel National Energy, Climate & Sustainability (NECSC) Piala Menteri ESDM RI dan Piala Menteri LHK RI. RM Books