SHARE
Artikel ke-10 kerjasama Majalah Sains dan Young Scientist Network (YSN), dibawah naungan Akademi Sains Malaysia (ASM)
_____________________________
Oleh: Dr. Sukor Su’ait, Ahli YSN-ASM
Institut Penyelidikan Tenaga Suria (SERI)
Universiti Kebangsaan Malaysia
Pada abad ini, krisis pemintaan tenaga yang tinggi akibat dari peningkatan taraf hidup dan kemajuan teknologi serta kebergantungan sumber tenaga yang tidak lestari dalam memenuhi keperluan dan kehendak pengguna amatlah meruncing. Berdasarkan kepada sumber tenaga masa kini, wujud kebimbangan kekurangan sumber tenaga yang tidak boleh diperbaharui daripada bahan api fosil seperti; minyak mentah (petroleum), arang batu, dan gas asli. Antara isu-isu lain termasuklah isu pencemaran alam sekitar hasil dari proses pembakaran bahan api fosil. Oleh itu, banyak usaha telah dilakukan oleh penyelidik di seluruh dunia  untuk meneroka sumber tenaga alternatif lestari dalam mengurangi penggunaan bahan api fosil.
Sumber tenaga boleh diperbaharui secara amnya ditakrifkan sebagai sumber tenaga yang berasal dari sumber-sumber yang boleh dijana semula secara berterusan, seperti cahaya matahari, hidro, hujan, ombak, angin dan haba. Tenaga dari cahaya matahari (atau tenaga suria) adalah diantara sumber tenaga yang paling bersih, selamat dan mempunyai nilai ekonomi yang tinggi terutamanya di kawasan yang mempunya capaian terhad (Twidell dan Weir 2012). Suruhanjaya Eropah meramalkan bahawa tenaga yang diperolehi dari cahaya matahari akan bertambah sebanyak 20% daripada jumlah penggunaan tenaga sedia ada pada 2050, dan nilai ini boleh menjadi lebih daripada 50% pada tahun 2100. Sumber tenaga yang didapati dari proses penukaran terus cahaya matahari kepada tenaga elektrik dilakukan oleh sel fotovoltaik atau sel suria. Sel ini tidak memerlukan pergerakan mekanikal atau bahagian alih untuk menjana elektrik. Ianya hanya bergantung kepada konsep pemisahan cas dipersimpangan tunggal atau simpang-pelbagai diantara persimpangan semikonduktor dari dua jenis yang berbeza (n– dan p-). Oleh yang demikian, sel suria boleh terus berfungsi tanpa penyelenggaraan dalam tempoh yang lebih lama daripada teknologi penjanaan kuasa lain. Sel-sel suria boleh dibahagikan kepada kategori yang berbeza bergantung kepada prinsip-prinsip kerja mereka, teknik pengeluaran, dan bahan yang digunakan. Sel suria paling biasa digunakan diperbuat daripada silikon (Si) hablur atau hablur-pelbagai, kadmium telurida (CdTe), kuprum indium selenida/sulfida (CIS), atau bahan-bahan berasaskan pelbagai simpang, sel suria perovskit (PSC) dan sel suria terpeka pewarna (dye-sensitized solar cell; DSSC).
Teknologi DSSC memisahkan utama dua fungsi utama dalam peranti fotovoltaik lazim yang menggunakan persimpangan penderma (persimpangan jenis-n) dan penerima (persimpangan jenis-p) untuk membentuk simpang-pelbagai dalam pemisahan eksiton kepada pasangan elektron-lohong. Manakala, penjanaan cas dalam DSSC dijalankan pada antara muka semikonduktor-pewarna dan pemindahan cas itu dilakukan oleh semikonduktor dan elektrolit. Kejayaan ini menyebabkan DSSC menarik perhatian penyelidik dunia kerana kecekapan penukaran kuasa yang tinggi di bawah keadaan berawan dan cahaya buatan, teknologi fabrikasi yang mudah, penggunaan bahan-bahan permula yang lestari serta berkos rendah berbanding dengan sel suria klasik silikon dan  sel suria filem nipis.
Pada musim sejuk 2016, saya telah berpeluang untuk menghadiri sangkutan jangka pendek yang ditaja oleh Geran Anugerah Merdeka untuk sangkutan antarabangsa 2015 di Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL), Switzerland. Banyak kajian dan penemuan sel-sel solar yang baru berkembang seperti sel suria terpeka pewarna (DSSCs), sel suria perovskite (PSCs) dilaporkan di sana. Kampus ini telah diiktiraf sebagai sekolah sains kimia terbaik di Eropah pada tahun 2016.
Permandangan di kawasan sekitar bandar Sion, Switzerland
Penulis di hadapan prototaip sel suria DSSC di Pusat Perhimpunan SWISS Tech, Kampus EPFL, Switzerland
Sepanjang tempoh sangkutan, saya bekerjasama dengan kumpulan penyelidikan kejuruteraan molekul bahan berfungsi (GMF) yang diketuai oleh Prof. Dr. Mohammad Khaja Nazeeruddin dari Institut Sains Kimia dan Kejuruteraan, Fakulti Sains Asas, EPFL Valais Wallis; kampus satelit EPFL di bandar Sion, Switzerland. Daerah Valais Wallis terletak di tengah-tengah pergunungan Alps, 80 km dari gunung kedua tertinggi di Eropah, Mount Blanc dan ia menempatkan beratus-ratus pusat sukan luncur ais. Prof. Nazeeruddin telah menerbitkan lebih 500 artikel saintifik dengan H-indeks 117 (jumlah petikan lebih daripada 60,000), dan lebih daripada 50 buah paten saintifik. Tidak hairanlah jika beliau adalah salah seorang pakar rujuk ahli kimia dan minda saintifik paling berpengaruh di dunia oleh ISI Thompson untuk tiga tahun berturut-turut pada tahun 2014, 2015 dan 2016. Beliau merupakan pakar dalam DSSCs, PSC, dan diod pemancar cahaya organik (organic light-emitting diode; OLED). Pada 2016 sahaja, kumpulan ini berjaya menerbitkan hampir 50 jurnal dan sumbangan saintifik berimpak tinggi.
Penulis bersama Dr. Mohammad Khaja Nazeeruddin, profesor di EPFL, Switzerland
Tujuan utama sangkutan saya di EPFL adalah untuk mengembangkan pengetahuan dalam merekabentuk dan meneroka bahan-bahan berasaskan sawit bagi aplikasi sel solar yang baru berkembang. Saya telah memfabrikasi sel DSSC keadaan pepejal menggunakan elektrolit polimer poliuretana berasaskan sawit dengan bantuan oleh Alexander Jodlowski, pelajar sangkutan PhD dari University of Cordoba, Sepanyol. Hasilnya, kami berjaya meningkatkan kecekapan penukaran kuasa DSSCs keadaan pepejal dengan menggunakan elektrolit polimer berasaskan sawit sebanyak tiga kali ganda dari dapatan sebelum ini serta mencirikan sifat fizikalnya. Saya juga telah mengambil peluang untuk melakukan pelbagai analisis dengan bantuan pakar bidang, antaranya analisis matriks dibantu nyahjerapan laser/pengionan-TOF-spektrometri jisim (MALDI-TOF-MS), kromatografi penelapan gel (GPC) dan spektroskopi resonans magnet nukleus (NMR) pada elektrolit polimer berasaskan sawit.
Makmal sintesis bahan fotovoltaik, EPFL
Sampel sel suria terpeka pewarna berasaskan sawit
Walaupun saya terlepas peluang untuk bertemu Prof. Dr. Michel Gratzel, pengasas Sel Suria Terpeka Pewarna dan sel suria perovskit, saya berkesempatan untuk menerima lawatan Prof Dr. Ing. Paul Liska, seorang penyelidik dari kumpulan penyelidikan yang sama di makmal fotonik dan antaramuka, EPFL Lausanne, Switzerland. Sesi pertemuan ini amat bermanfaat demi masa depan kerjasama penyelidikan modul elektrolit polimer poliuretana berasaskan sawit bagi sel suria DSSC keadaan pepejal. Hasil pertemuan ini, Prof Dr. Ing. Paul Liska menunjukkan minat terhadap keupayaan bahan polimer berasaskan sawit sebagai elektrolit dan pelekat bagi fabrikasi sel.
Demostrasi prestasi sel suria terpeka pewarna oleh Prof. Dr. Mohammad Khaja Nazeeruddin dan Prof Dr. Ing. Paul Liska
Kami juga beroleh kesempatan untuk membuat projek kolaborasi lain seperti mensintesis polimer penderma elektron novel untuk sel suria terkehadapan. Bahan baru ini juga mempunyai prospek masa depan yang boleh diaplikasikan dalam alat-alat elektronik yang lain seperti OLED, tingkap elektrokromik dan sensor. Konsep ini boleh dilanjutkan dengan menggunakan minyak sawit sebagai bahan permulaan dalam langkah pempolimeran. Hal ini dapat dicapai dengan memulakan kerja-kerja penulenan bahan pemula menggunakan kromatografi kolum, diikuti oleh hidrolisis bahan pengangkutan lohong (HTM) dan berakhir dengan pempolimeran tambahan melalui tindakbalas polikondensasi. Projek ini mendapat kerjasama dan bantuan oleh Kasparas Rakstys, pelajar tahun tiga program kedoktoran dalam bidang kimia dan kejuruteraan kimia, EPFL, Switzerland.
Penulis mensintesis bahan pengangkutan lohong (HTM)
Bahan pengangkutan lohong (HTM) novel yang dihasilkan oleh penulis
Proses pengasingan bahan pengangkutan lohong (Hole-Transport Materials; HTM) yang disintesis
Selain daripada kedua-dua aktiviti tersebut, saya juga berpeluang untuk mempelajari teknik-teknik fabrikasi PSC yang dilakukan oleh rakan-rakan saya. Sel piawai PSC yang telah difabrikasi memberikan hasil yang baik, iaitu kecekapan 16%. Walau bagaimanapun, ia boleh dipertingkatkan sehingga 19% iaitu tanda aras PSC di EPFL. Prof. Dr. Nazeeruddin menekankan bahawa sel-sel suria perovskite akan menjadi peranti fotovoltaik terkehadapan abad ini. Walaubagaimanapun, cabaran utama adalah kestabilan sel-sel suria tersebut dan kecekapan.
Prototaip sel suria Perovskites
Pencirian kecekapan dan prestasi sel fotovoltaik
Menurut pengamatan saya, peraturan keselamatan dan amalan baik makmal di sini mempunyai piawaian yang tinggi serta dilaksanakan dengan penuh dedikasi. Ini membuat saya sedar bahawa kalangan rakyat Malaysia sangat tidak menitikberatkan langkah keselamatan dalam mengendalikan kerja-kerja makmal. Kita sering melihat betapa sisa berbahaya tidak dilupuskan dengan cara yang betul, bahan kimia berhalogen dan bukan berhalogen tidak dipisahkan dengan sewajarnya. Hal ini membuatkan saya berasa sangat terkejut dan sedih apabila menyedari kepentingan peralatan perlindungan seperti pelindung mata, sarung tangan dan topeng muka telah diambil ringan oleh kita di Malaysia. Hanya kerana satu insiden kecil, makmal kami di EPFL telah ditutup selama tiga minggu dan diletakkan di bawah pengawasan selama enam bulan oleh jabatan keselamatan EPFL. Ini membuktikan bahawa faktor keselamatan dan kesihatan ahli-ahli adalah keutamaan pihak universiti. Felo pascadoktoral kumpulan penyelidikan kami mengetuai taklimat keselamatan; beliau menggesa semua ahli untuk mengikuti peraturan keselamatan, dan mengambil langkah berjaga-jaga untuk mengelakkan sebarang kemungkinan yang tidak diingini. Semua ahli-ahli diberi peluang untuk menghadiri latihan keselamatan dan mengukuhkan kefahaman mereka tentang semua prosedur-prosedur keselamatan. Kami juga diminta untuk melakukan pengemasan dan pembersihan tempat kerja, semua sampel perlu dilabel menggunakan pelekat yang mempunyai pelbagai penunjuk peringkat berbahaya.
Kelengkapan disediakan menunjukkan EPFL menitikberatkan keselamatan di dalam makmal
Rakan-rakan seperjuangan penulis di makmal EPFL Valais Wallis datang dari serata pelusuk dunia termasuklah dari Rusia, Korea, Iran, Sepanyol, Itali, Cina, Jepun, Lithuania dan lain-lain
Selain daripada kerja-kerja makmal, saya berasa beruntung kerana dapat mempelajari budaya baru, berkenalan dengan pelbagai lapisan masyarakat, merantau ke tempat-tempat menarik dan didedahkan kepada masyarakat yang berkebolehan dalam pelbagai bahasa di Switzerland. Apa yang paling saya gemari adalah pemandangan pergunungan Alps di Grinderwald & Gimmelwald, satu perkampungan di lembah berhampiran puncak Jungfraujoch (3,454 m) yang merupakan salah satu puncak utama Bernese Alps yang terletak di antara kanton utara Bern dan selatan Valais, serta merupakan salah satu pusat ski terbaik di Eropah semasa musim sejuk. Saya masih dapat bayangkan kesegaran udara segar amat sejuk dan pemandangan yang benar-benar menakjubkan. Ia merupakan suatu pemandangan yang sungguh menakjubkan bagi saya kerana ia merupakan hal yang tidak pernah saya alami sebelum ini; bahawa saya sedang berada di bahagian dunia yang berlainan. Saya juga berkesempatan untuk menikmati pemandangan di Rigi Kulm, salah satu tempat yang terbaik untuk menikmati pelbagai Alps, terutama Mount Titlis, dan menikmati buah kacang berangan segar yang masih panas di panggang di pinggiran tasik Luzern serta hembusan udara dingin dari puncak Rigi Kulm.
Grinderwald, satu perkampungan di lembah Bernese Alps
Bergambar bersama keluarga berlatarbelakangkan puncak Jungfraujoch (3,454 m)
Peluang untuk beramah-mesra dengan penduduk setempat secara tidak langsung telah memberikan gambaran positif terhadap negara Swiss yang mempunyai masyarakat berbilang bahasa. Negara ini mempunyai empat bahasa rasmi utama iaitu Jerman, Perancis, Itali dan Romansh (Latin) di mana bahasa ini dibahagikan oleh sempadan geografi. Saya berasa sedikit kekok disebabkan oleh kejiranan saya di Valais menggunakan Bahasa Perancis dalam urusan harian. Suatu kemujuran apabila mengetahui yang rata-rata di antara penduduk di sini boleh berkomunikasi dalam dwi-bahasa, termasuklah asas bahasa Inggeris. Namun begitu, ada juga beberapa ketika saya tidak mempunyai pilihan lain selain terpaksa bergantung kepada ilmu berbahasa Itali yang saya perolehi ketika menjalani program sangkutan doktor falsafah selama setahun di University of Trento, Itali. Rakyat Swiss diberikan kebebasan sepenuhnya untuk memilih lingua franca sebagai bahasa pengantar di sekolah dengan bahasa Inggeris dijadikan sebagai mata pelajaran wajib berserta dua bahasa pilihan lain. Sepanjang program sangkutan ini, saya berasa amat dialu-alukan dan dilayan dengan baik sebagai salah seorang anggota EPFL. Terdapat pelbagai acara diadakan untuk merapatkan semangat setia-kawan sepanjang keberadaan saya di sini. Antaranya termasuklah jamuan makan tengah hari bersama-sama dan makan malam Krismas. Sebelum tamatnya sangkutan program ini, saya mengambil peluang untuk melawat Prof. Dr. Paolo Scardi di University of Trento di Itali, dan juga mengumpul beberapa sampel untuk aplikasi sel-sel solar terkehadapan. Beliau sebelum ini telah menjadi penyelia program sangkutan selama setahun sebelum kembali ke UKM pada tahun 2010.
Makan malam penghargaan kumpulan penyelidikan sempena hari Natal dan tahun baru
Ini adalah satu pengalaman yang hebat dan pendedahan yang sangat penting dalam membina masa depan kerjaya saintifik saya. Di kesempatan ini, saya ingin merakamkan ribuan penghargaan kepada Merdeka Award Grant kerana telah memberi peluang untuk mengejar impian dan cita-cita saya. Merdeka Award Grant secara langsung telah memainkan peranan penting sebagai jambatan yang menghubungkan titian ilmu dalam profesion saya. Oleh yang demikian, ambillah kesempatan yang diberikan oleh pihak Merdeka Award Foundation ini untuk memajukan kerjaya masa depan anda dan juga menyumbang kepada negara. Anda tidak akan tahu apa yang anda boleh lakukan sehingga anda mencubanya.

3 COMMENTS

  1. Alhamdulillah… sangat terinspirasi Dr. Sukor. Tahniah dengan kejayaan ini. Syukur dan rase bertuah dapat belajar di bawah seliaan Dr. Sukor yang sangat enegetik dan wawasan tinggi dalam dunia penyelidikan. Moga terus berjaya untuk ummah!

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

CommentLuv badge