Banyak orang bertanya mengenai efisiensi
sel surya saat ini. Setidaknya mungkin ingin tahu sejauh mana sel
surya saat ini mampu memenuhi kebutuhan listrik -misal- perumahan
ataukah sektor lainnya. Bahkan untuk kebanyakan orang, efisiensi sebuah
sel surya tidak banyak diketahui. Yang diketahui hanya sel surya dapat
mengubah sinar matahari menjadi listrik yang dipakai untuk penerangan
dan meggerakkan alat-alat elektronik tanpa memperhatikan bahwa sel surya
bekerja di dalam batasan efisiensi, yang tidak benar-benar 100%
mengubah semua sinar matahari yang jatuh ke permukaan sel menjadi
listrik.
Sekilas tentang efisiensi sendiri, sel surya
sebagaimana jamaknya sebuah mesin memiliki kemampuan menghasilkan
sebuah produk/output (dalam hal ini listrik) dari bahan masukan/input
(cahaya sinar matahari) melalui proses yang terjadi di dalamnya (efek
fotoviltaik). Dikarenakan banyak faktor, tidak seluruh cahaya yang
diproses di dalam sel surya mampu dikonversi menjadi energi listrik.
Faktor ini dapat saja dikarenakan oleh sifat inheren semikonduktor yang
dipakai sebagai sel yang tidak dapat menangkap semua spektrum cahaya
tampak, hingga hambatan dari rangkaian listrik yang digunakan. Secara
termodinamika, sel surya tidak ubahnya sebuah mesin Carnot dengan
perilaku efisiensi yang sama.
Yang ingin disampaikan di dalam tulisan kali
ini ialah catatan rekor efisiensi terbaik masing-masing jenis sel surya
sakala laboratorium secara singkat yang dipublikasikan di beberapa
jurnal internasional.
Sebagaimana terpampang di Gambar 1 di bawah
ini, penelitian sel surya secara intensif baru dimulai sejak 1970-an
meski efek fotovoltaik sudah diketahui efektif sejak tahun 1954 atau
lebih jauh lagi sejak Bacquerel menemukan efek ini pertama kali di tahun
1897. Penelitian di bidang energi surya ini dipicu oleh krisis minyak
di tahun 1970-an akibat embargo minyak oleh negara -negara timur tengah
selama perang Arab-Israel menggelora. Di gambar yang mengilustrasikan
trend peningkatan efisiensi sel surya dari tahun ke tahun tersebut,
dapat pula kita melihat berbagai jenis sel surya yang tengah
dikembangkan. sedikitnya ada 9 jenis sel surya dengan berbagai tipe yang
ditentukan oleh jenis material yang dipergunakan sebagai penyerap sinar
mataharinya (solar absorber material). Saat
ini, hampir semua sel surya memiliki efisiensi minimum 12% dengan batas
optimal kira-kira 39%, tergantung dari jenis sel surya yang dibuat.
Gambar 1 Efisiensi sel surya 1975 -2005 [1].
Sel surya komersil yang biasa terdapat di
pasaran ialah sel surya berjenis silikon yang ditandai dengan garis
biru. dengan efisiensi optimum skala laboratorium sekitar 25% yang
dikembangkan oleh University of New South Wales (UNSW) Australia. Sel
surya jenis ini pulalah yang ditemukan pertama kali di tahun 1954 oleh
para peneliti Bell Laboratories secara tidak disengaja [2]. Tim sel
surya USNW dikomandani oleh Prof. Martin Green sebagai leader-nya.
Sel surya jenis silikon ini dapat dikatakan menguasai 90% pasar sel
surya dunia karena teknologinya sudah cukup mapan mengingat pesatnya
industri semikonduktor dewasa ini (lihat Gambar 2). Tidak terdapat
catatan efisiensi baru dari jenis sel ini hingga sejak tahun 1999. Perlu
diketahui, rata rata sel surya silikon yang dipasarkan (komersial)
berefisiensi antara 12-15%.
Gambar 2. Pangsa pasar sel surya dunia 2001 [3]
Dewasa ini, sel surya silikon mendapat tantangan dari sel surya berjenis lapis tipis (thin film technologies)
dengan tanda garis hijau. Hal ini memang sudah diproyeksikan sebelumnya
mengingat stok silikon yang memang pada awalnya hanya dialokasikan
untuk industri semikonduktor, bukan untuk sel surya. Sebenarnya menurut
pandangan penulis, ini cukup menggelikan. Karena pada awalnya, silikon
yang digunakan oleh sel surya silikon komersial hanya merupakan sebuah by product dari industri semikonduktor alias scrap.
Dan ini berlangsung bertahun-tahun hingga pertengahan tahun 90-an di
mana mulai muncul beberapa industri penghasil material silikon yang
dikhususkan untuk mensuplai material silikon untuk industri sel surya.
Keunggulan
sel surya lapis tipis terletak pada dimensinya yang jauh lepih tipis dan
lebih ringan dibandingkan dengan sel surya silikon yang padat dan
berat. Disamping itu, jenis material yang dipergunakan sel surya tipe
ini sangat beragam dengan perhatian utama penelitian saat ini ada pada
material CuInGaSe2 (copper
indium-galium diselenide) dan CdTe (cadmium tellurida). Kedua jenis
material untuk sel surya ini memiliki efisiensi dalam skala laboratorium
yang nyaris mencapai 20% dengan efisiensi sel surya komersil sekitar
10-12%, lebih sedikit dari sel surya jenis silikon. Ceruk pasar sel
surya lapis tipis masih sangat kecil, yakni dibawah 1%. Namun dengan
banyaknya penelitian yang mengeksplorasi sel surya jenis ini, ditambah
dengan teknik pembuatannya yang murah, efisiensi sel diproyeksikan akan
terus meningkat.
Semakin canggih teknik pembuatannya, maka
semakin bagus hasil yang diperoleh. Mungkin pendapat ini dapat
diterapkan pula di dalam industri sel surya. Rekor efisiensi sel surya
skala laboratorium sekitar 39% telah dicapai dengan teknologi paling
mutakhir, yakni sel surya “multi-junction” yang diproduksi oleh National
Renewable Energy Laboratory (NREL) di bawah Departemen Energi AS.
Berbeda dengan sel surya jenis lainnya yang hanya memiliki satu buah
komponen yang berfungsi sebagai penyerap cahaya matahari, sel surya
multijunction ini memiliki dua atau tiga lapisan komponen penyerap sinar
matahari yang disusun vertikal di dalam satu sel. Material ini biasanya
terdiri dari InP (Indium Phospor), InGaP (Indium Galium Phospor) dan
GaP (Galium Phospor). Tingkat kerumitan pembuatan sel surya jenis ini
ialah pada teknik integrasi komponen-komponen penyerap sinar matahari
tersebut di dalam sebuah sel yang mutlak memperhitungkan letak dan
posisi atom-atom di dalam kristal semikonducktor yang dipakai.
Keungulan dari sel surya multijunction
ialah, ia dapat menyerap lebih banyak spektrum cahaya tampak yang jatuh
di atas permukaannya dibanding dengan sel surya dengan satu buah
komponen penyerap cahaya matahari. Ditambah dengan keberadaan cermin
konsentrator yang memfokuskan cahaya matahari ke permukaan sel sehingga
intensitas cahaya yang ditangkap meningkat, efisiensi akhir yang
diperoleh ialah sebagaimana disebutkan di atas, kira-kira dua kali rekor
efisiensi sel surya lapis tipis. Meski demikian, untuk komersialisasi,
sel surya jenis ini agaknya masih menunggu waktu yang cukup lama untuk
dipasarkan karena paling mahal dibandingkan jenis lainnya.
Yang cukup menarik ialah perkembangan pesat
teknologi dan efisiensi sel surya DSSC (Dye sensitized solar cell) dan
sel surya organik yang berbahan baku utama polimer. Sejak ditemukan di
akhir tahun 90-an, perkembangannya cukup menjanjikan sebagai alternatif
baru sel surya yang murah dan berefisiensi tinggi. Data tahun 2006
(tidak dicantumkan di Gambar 1) menunjukkan bahwa sel surya DSSC
mencapai efisiensi skala laboratorium 11%. Dan sejak tahun 2005 sudah
mulai masuk ke pasaran secara terbatas.
Mencermati trend peningkatan efisiensi sel
surya skala laboratorium, kalangan energi terbaharukan memilki harapan
dan optimis bahwa sel surya ke depannya mampu berkompetisi dengan jenis
sumber energi terbaharukan lainnya dalam menjawab peningkatan permitaan
energi dunia.
Rujukan :
-
Lawrence L. Kazmerski, Solar photovoltaics R&D at the tipping point: A 2005 technology overview, Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena 150 (2006) 105–135.
-
D.M. Chapin, C.S. Fuller, G.L. Pearson, A New Silicon p-n junction photocell for converting solar radiation into electrical power, J. Appl. Phys. 25 (1954) 676.
-
Adolf Goetzberger, Christopher Hebling, Hans-Werner Schock, Photovoltaic materials, history, status and outlook, Materials Science and Engineering R 40 (2003) 1–46.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar