Lensa optik baru mengumpulkan dan memusatkan cahaya yang tersebar dari berbagai arah tanpa komponen bergerak, sehingga meningkatkan harapan bahwa lensa ini dapat membantu menjadikan sel surya di masa depan lebih efisien. Dirancang oleh Nina Vaidya dan Olav Solgaard di Universitas Stanford, AS, lensa hanya mengandalkan peningkatan indeks bias lapisan kaca yang berurutan untuk mengalihkan cahaya. Keberhasilan prototipe ini menunjukkan bahwa ia dapat digunakan sebagai permukaan yang dapat dipasangi ubin pada panel surya.
Untuk meningkatkan efisiensi sel surya, banyak peneliti sedang mengerjakan teknik untuk memusatkan sinar matahari yang masuk ke area yang lebih kecil. Hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan berbagai pengaturan optik canggih – namun untuk efisiensi optimal, perangkat ini harus selalu bergerak menghadap Matahari, sehingga memerlukan sistem pelacakan yang mahal dan rumit.
Sebagai alternatif, Vaidya dan Solgaard merancang lensa yang mengumpulkan sinar matahari yang tersebar secara pasif, pada berbagai sudut datang, dan memusatkannya pada satu titik. Dijuluki Axially Graded Index Lens (AGILE) oleh para desainernya, perangkat ini berbentuk seperti piramida persegi terbalik dengan puncaknya terpotong. Ini terdiri dari delapan lapisan kaca, dengan indeks bias yang meningkat secara progresif ke arah bawah.
Berkat pengaturan ini, ketika seberkas cahaya memasuki kotak yang lebih besar di puncak AGILE, jalurnya melengkung ke bawah saat melewati piramida. Terlepas dari sudut datang sinar di bagian atas, maka sinar tersebut akan hampir vertikal setelah mencapai persegi yang lebih kecil di bagian bawah. Vaidya dan Solgaard juga melapisi sisi miring piramida mereka dengan cermin, sehingga cahaya yang mungkin keluar dari lensa akan dipantulkan ke dalam.
Cari bahan yang tepat
Untuk membangun versi prototipe AGILE, Vaidya dan Solgaard melakukan pencarian ekstensif terhadap kemungkinan bahan kaca. Kacamata ini harus memenuhi serangkaian persyaratan yang ketat, termasuk kemampuan untuk mentransmisikan berbagai panjang gelombang dari spektrum matahari, yang mencakup sekitar 300 hingga 1200 nm. Bahan-bahan tersebut juga perlu menunjukkan tingkat ekspansi termal yang serupa, namun tetap mencakup berbagai indeks bias.
Setelah keduanya mengidentifikasi satu set kacamata optik yang memenuhi kondisi ini, mereka membuat prototipe dengan mengikat lapisan-lapisan tersebut menjadi tumpukan vertikal, sebelum mengukir bentuk piramida lensa dan melapisinya dengan aluminium reflektif.
Sel surya Kirigami mengikuti Matahari
Dalam percobaan awal mereka, yang mereka jelaskan di Mikrosistem dan Nanoengineering, para peneliti menunjukkan bahwa AGILE mentransmisikan lebih dari 90% cahaya tersebar yang masuk, terkonsentrasi pada sepertiga ukuran permukaan persegi bagian atas. Berdasarkan hasil ini, mereka menyarankan agar panel surya dapat dilapisi dengan susunan ubin AGILE, yang tidak hanya memungkinkan panel tersebut menangkap cahaya Matahari secara pasif sepanjang hari, namun juga memungkinkan panel tersebut memanen cahaya menyebar yang tersebar di atmosfer bumi.
Duo ini melaporkan bahwa langkah selanjutnya adalah menunjukkan bagaimana AGILE dapat diproduksi dalam skala besar, melalui teknik termasuk pelapisan semprot, pencetakan, dan pencetakan 3D.
