Seratus tahun setelah Schrödinger memperkenalkan persamaannya yang mengubah permainan, fisikawan masih mengejar cawan suci: teori terpadu yang memadukan dunia aneh mekanika kuantum dengan skala kosmik relativitas umum. Di Utah State University, para peneliti menggunakan ide radikal yang dikenal sebagai prinsip holografik untuk menjembatani kesenjangan. Dengan kerajinan (…)

RisalahPos.com Network

Sebuah tim peneliti dari universitas terkemuka telah mengembangkan model matematika inovatif yang dapat mengubah bagaimana bowling dimainkan dan dianalisis. Tidak seperti metode sebelumnya yang mengandalkan statistik pemain, model ini faktor dalam pola minyak jalur, gesekan, dan bahkan asimetri bola untuk menunjukkan kondisi pemogokan optimal. Itu tidak hanya mensimulasikan lintasan bola menggunakan canggih (…)

RisalahPos.com Network

Sebuah model teoretis baru yang didasarkan pada perluasan alam semesta dan pembentukan bintang menunjukkan bahwa alam semesta kita mungkin tidak memiliki kondisi optimal untuk kehidupan. Meskipun kepadatan energi gelap kurang menguntungkan, kehidupan masih mungkin terjadi, menantang model kosmologis sebelumnya dan mengubah perspektif kita tentang signifikansi eksistensial kita. Model teoretis baru memperkirakan kemungkinan (…)

RisalahPos.com Network

Related

Para peneliti telah mengembangkan model analitis baru yang meningkatkan pemahaman dan efisiensi perangkat fotovoltaik (PV) lapisan tipis, yang menantang persamaan dioda Shockley yang sudah lama ada. Temuan mereka menjelaskan bagaimana sel surya yang fleksibel dan berbiaya rendah ini dapat mencapai efisiensi yang lebih tinggi dengan menyeimbangkan pengumpulan listrik dan meminimalkan kerugian rekombinasi muatan.

Fisikawan di Universitas Swansea dan Universitas Åbo Akademi telah mencapai kemajuan besar dalam teknologi sel surya dengan menciptakan model analitis baru. Model ini meningkatkan pemahaman dan efisiensi perangkat fotovoltaik (PV) lapisan tipis.

Selama hampir delapan dekade, persamaan dioda Shockley telah menjelaskan bagaimana arus mengalir melalui sel surya; arus listrik yang memberi daya pada rumah Anda atau mengisi daya baterai. Namun, studi baru ini menantang pemahaman tradisional tentang kelas sel surya generasi berikutnya, yaitu: sel surya film tipis.

Sel surya lapisan tipis ini, terbuat dari bahan fleksibel dan berbiaya rendah, memiliki efisiensi terbatas karena faktor-faktor yang tidak dapat dijelaskan sepenuhnya oleh model analitis yang ada.

Studi baru ini mengungkap bagaimana sel surya ini mencapai efisiensi optimal. Studi ini mengungkap keseimbangan penting antara pengumpulan listrik yang dihasilkan oleh cahaya dan meminimalkan kerugian akibat rekombinasi, di mana muatan listrik saling meniadakan.

“Temuan kami memberikan wawasan utama mengenai mekanisme yang mendorong dan membatasi pengumpulan muatan, dan pada akhirnya efisiensi konversi daya, dalam perangkat PV dengan mobilitas rendah,” kata penulis utama, Dr. Oskar Sandberg dari Universitas Åbo Akademi, Finlandia.

Model Baru Menangkap Bagian yang Hilang

Model analitis sebelumnya untuk sel surya ini memiliki titik buta: “pembawa yang disuntikkan” — muatan yang masuk ke perangkat dari kontak. Pembawa ini berdampak signifikan terhadap rekombinasi dan efisiensi yang terbatas.

“Model tradisional tidak mampu menggambarkan gambaran secara keseluruhan, terutama untuk sel film tipis dengan mobilitas rendah semikonduktor,” jelas peneliti utama, Associate Professor Ardalan Armin dari Swansea University. “Studi baru kami mengatasi kesenjangan ini dengan memperkenalkan persamaan dioda baru yang secara khusus dirancang untuk memperhitungkan pembawa yang disuntikkan dan rekombinasinya dengan yang dihasilkan melalui foto.”

“Rekombinasi antara muatan yang disuntikkan dan muatan yang dihasilkan melalui foto bukan merupakan masalah besar dalam sel surya tradisional seperti PV silikon yang ratusan kali lebih tebal daripada PV film tipis generasi berikutnya seperti sel surya organik,” imbuh Dr. Sandberg.

Associate Professor Armin berkata: “Salah satu fisikawan teoretis paling cemerlang sepanjang masa, Wolfgang Pauli pernah berkata ‘Tuhan menciptakan massa; permukaannya adalah hasil karya iblis’. Karena sel surya film tipis memiliki daerah antarmuka yang jauh lebih besar per massa daripada silikon tradisional; tidak heran mengapa mereka terpengaruh lebih drastis oleh “hasil karya iblis” – yaitu rekombinasi muatan fotogenerasi yang berharga dengan muatan yang disuntikkan di dekat antarmuka!”

Dampak terhadap Pengembangan Sel Surya di Masa Depan

Model baru ini menawarkan kerangka kerja baru untuk merancang sel surya tipis dan fotodetektor yang lebih efisien, mengoptimalkan perangkat yang ada, dan menganalisis sifat material. Model ini juga dapat membantu dalam melatih mesin yang digunakan untuk pengoptimalan perangkat yang menandai langkah maju yang signifikan dalam pengembangan sel surya lapisan tipis generasi berikutnya.

Referensi: “Persamaan Dioda untuk Perangkat Fotovoltaik Film Tipis Tipe Sandwich yang Dibatasi oleh Rekombinasi Bimolekuler” oleh Oskar J. Sandberg dan Ardalan Armin, 21 Juni 2024, Energi PRX.
DOI: 10.1103/PRXEnergy.3.023008

Para peneliti dari Universitas Roskilde di Denmark telah mengembangkan persamaan universal yang secara efektif dapat memprediksi frekuensi kepakan sayap dan sapuan sirip yang dilakukan burung, serangga, kelelawar, dan paus. Penelitian inovatif ini baru-baru ini dipublikasikan di jurnal PLOS SATU.

Kemampuan terbang telah berevolusi secara independen pada berbagai kelompok hewan. Para ahli biologi berteori bahwa untuk meminimalkan pengeluaran energi selama penerbangan, frekuensi resonansi alami sayap harus menentukan frekuensi kepakan sayap. Namun, menemukan deskripsi matematis universal tentang penerbangan mengepak terbukti sulit.

Dalam studinya, para peneliti menggunakan analisis dimensi untuk menghitung persamaan yang menggambarkan frekuensi kepakan sayap burung terbang, serangga, dan kelelawar, serta sapuan sirip hewan menyelam, termasuk penguin dan paus.

Validasi Empiris Persamaan Universal

Para peneliti menemukan bahwa hewan yang terbang dan menyelam mengepakkan sayap atau siripnya dengan frekuensi yang sebanding dengan akar kuadrat massa tubuhnya dibagi luas sayap. Mereka mengujinya ketepatan persamaan tersebut dengan memplot prediksinya berdasarkan data yang dipublikasikan mengenai frekuensi kepakan sayap lebah, ngengat, capung, kumbang, nyamuk, kelelawar, dan burung dengan ukuran mulai dari burung kolibri hingga angsa.

Perbandingan Lintas Spesies dan Wawasan Sejarah

Mereka juga membandingkan prediksi persamaan tersebut dengan data yang dipublikasikan mengenai frekuensi guratan sirip penguin dan beberapa penguin lainnya jenis paus, termasuk paus bungkuk dan paus hidung botol utara. Hubungan antara massa tubuh, luas sayap, dan frekuensi kepakan sayap menunjukkan sedikit variasi pada hewan terbang dan menyelam, meskipun ada perbedaan besar dalam ukuran tubuh, bentuk sayap, dan sejarah evolusinya.

Selain itu, para peneliti menunjukkan bagaimana persamaan mereka dapat memberikan wawasan tentang frekuensi kepakan sayap spesies yang punah. Dengan menggunakan persamaan mereka, para peneliti memperkirakan bahwa pterosaurus Quetzalcoatlus northropi yang telah punah, hewan terbang terbesar yang diketahui, mengepakkan sayapnya yang berukuran 10 meter persegi pada frekuensi 0,7 hertz.

Implikasi terhadap Biologi dan Teknologi Masa Depan

Studi tersebut menunjukkan bahwa meskipun terdapat perbedaan fisik yang sangat besar, hewan seperti kupu-kupu dan kelelawar telah mengembangkan hubungan yang relatif konstan antara massa tubuh, luas sayap, dan frekuensi kepakan sayap. Para peneliti mencatat bahwa untuk hewan yang berenang mereka tidak menemukan publikasi dengan semua informasi yang diperlukan; data dari berbagai publikasi dikumpulkan untuk membuat perbandingan, dan dalam beberapa kasus, kepadatan hewan diperkirakan berdasarkan informasi lain. Selain itu, hewan yang sangat kecil – lebih kecil dari yang pernah ditemukan – kemungkinan besar tidak cocok dengan persamaan tersebut, karena fisika dinamika fluida berubah dalam skala yang sangat kecil. Hal ini dapat berdampak pada masa depan bagi robot nano yang bisa terbang. Para penulis mengatakan bahwa persamaan tersebut adalah penjelasan matematis paling sederhana yang secara akurat menggambarkan kepakan sayap dan guratan sirip di seluruh dunia hewan.

Penulis menambahkan: “Frekuensi kepakan sayap/sirip berbeda hampir 10.000 faktor, data untuk 414 hewan mulai dari paus biru hingga nyamuk berada pada jalur yang sama. Sebagai fisikawan, kami terkejut melihat seberapa baik prediksi sederhana kami mengenai formula kepakan sayap dapat diterapkan pada kumpulan hewan yang begitu beragam.”

Referensi: “Penskalaan frekuensi ketukan sayap dan sirip universal” oleh Jens Højgaard Jensen, Jeppe C. Dyre dan Tina Hecksher, 5 Juni 2024, PLOS SATU.
DOI: 10.1371/jurnal.pone.0303834

Pendanaan: Penelitian ini didukung oleh hibah Materi VILLUM Foundation VIL16515.