Apakah Sinar Matahari Dapat Merusak Panel Surya?

Oleh Denie Kristiadi | Published 17-11-2021

DAFTAR ISI ARTIKEL

  • Proses 'Doping' Sel Surya
  • Efek Samping yang Merugikan dari Sinar Matahari
  • Pendekatan yang Lebih Cerdas
  • Apakah Galium Meningkatkan Stabilitas Panel Surya?

Tenaga surya sudah menjadi bentuk pembangkit listrik termurah, dan biayanya akan terus turun karena semakin banyak perkembangan yang muncul dalam teknologi dan produksi globalnya. Sekarang, penelitian baru sedang mengeksplorasi apa yang bisa menjadi titik balik utama lainnya dalam pembuatan sel surya.

CATATAN PENTING

      • Sel surya film tipis Gallium arsenide (GaAs) telah mencapai efisiensi hampir 30 persen di lingkungan laboratorium, tetapi pembuatannya sangat mahal.
      • Gallium adalah logam lunak keperakan yang digunakan terutama di sirkuit elektronik, semikonduktor, dan dioda pemancar cahaya.

Di Australia, lebih dari dua juta atap memiliki panel surya (terbanyak per kapita di dunia). Bahan utama yang digunakan dalam panel adalah silikon. Silikon membentuk sebagian besar komponen sel surya individu yang diperlukan untuk mengubah sinar matahari menjadi tenaga. Tetapi beberapa elemen lain juga diperlukan.

Penelitian dari sebuah tim di Fakultas Fotovoltaik dan Rekayasa Energi Terbarukan Universitas New South Wales menunjukkan bahwa menambahkan galium ke silikon sel dapat menghasilkan panel surya yang sangat stabil yang jauh dari kerentanan terhadap degradasi selama masa pakainya.

Ini adalah tujuan jangka panjang dari panel surya generasi berikutnya: untuk menghasilkan lebih banyak daya selama masa pakainya, yang berarti listrik yang dihasilkan oleh sistem akan lebih murah dalam jangka panjang. Karena galium semakin banyak digunakan, temuan ini memberikan data kuat yang memungkinkan produsen membuat keputusan yang pada akhirnya akan berdampak global.

Proses 'Doping' Sel Surya

Sebuah sel surya mengubah sinar matahari menjadi listrik dengan menggunakan energi dari sinar matahari untuk "melepaskan" muatan negatif, atau elektron, dalam silikon. Elektron kemudian dikumpulkan sebagai listrik.

Namun, menyinari cahaya pada sepotong silikon biasa tidak menghasilkan listrik, karena elektron yang dilepaskan dari cahaya tidak semuanya mengalir ke arah yang sama. Untuk membuat aliran listrik dalam satu arah, kita perlu membuat medan listrik.

Dalam sel surya silikon — jenis yang saat ini menghasilkan daya untuk jutaan rumah — ini dilakukan dengan menambahkan atom pengotor yang berbeda ke silikon, untuk menciptakan area yang memiliki lebih banyak muatan negatif daripada silikon normal (silikon tipe-n) dan area yang memiliki lebih sedikit muatan negatif (silikon tipe-p).

Ketika kita menyatukan dua bagian silikon, kita membentuk apa yang disebut "persimpangan p-n". Hal ini memungkinkan sel surya untuk beroperasi. Dan penambahan atom pengotor ke dalam silikon disebut “doping”.

Efek Samping yang Merugikan dari Sinar Matahari

Atom yang paling umum digunakan untuk membentuk bagian tipe-p dari silikon, dengan muatan negatif yang lebih sedikit daripada silikon biasa, adalah boron. Boron adalah atom yang bagus untuk digunakan karena memiliki jumlah elektron yang tepat yang dibutuhkan untuk tugas tersebut. Ini juga dapat didistribusikan dengan sangat seragam melalui silikon selama produksi kristal kemurnian tinggi yang diperlukan untuk sel surya.

Sayangnya, cahaya yang menyinari silikon yang diisi boron dapat membuat kualitas silikon menurun. Ini sering disebut sebagai "degradasi yang disebabkan oleh cahaya" dan telah menjadi topik hangat dalam penelitian surya selama dekade terakhir.

Alasan degradasi ini relatif dipahami dengan baik: ketika kita membuat bahan silikon murni, kita harus sengaja menambahkan beberapa pengotor seperti boron untuk menghasilkan medan listrik yang menggerakkan listrik. Namun, atom yang tidak diinginkan lainnya juga dimasukkan ke dalam silikon sebagai hasilnya.

Salah satu atom ini adalah oksigen, yang dimasukkan ke dalam silikon dari wadah panci panas besar tempat silikon dimurnikan.

Ketika cahaya menyinari silikon yang mengandung boron dan oksigen, mereka akan terikat bersama, menyebabkan cacat yang dapat menjebak listrik dan mengurangi jumlah daya yang dihasilkan oleh panel surya.

Sayangnya, ini berarti sinar matahari yang memberi daya pada panel surya juga merusaknya selama masa pakainya. Sebuah elemen yang disebut galium sepertinya bisa menjadi solusi untuk masalah ini.

Pendekatan yang Lebih Cerdas

Boron bukan satu-satunya elemen yang dapat kita gunakan untuk membuat silikon tipe-p. Sebuah pembacaan cepat dari tabel periodik menunjukkan seluruh kolom elemen yang memiliki satu muatan negatif kurang dari silikon.

Menambahkan salah satu atom ini ke silikon mengganggu keseimbangan antara muatan negatif dan positif, yang diperlukan untuk membuat medan listrik kita. Dari atom-atom ini, yang paling cocok adalah galium.

Galium adalah elemen yang sangat cocok untuk membuat silikon tipe-p. Faktanya, beberapa penelitian telah menunjukkan bahwa galium tidak mengikat oksigen untuk menyebabkan degradasi. Jadi, Anda mungkin bertanya-tanya, mengapa selama ini kita tidak menggunakan galium?

Nah, alasan mengapa kita terjebak menggunakan boron daripada galium selama 20 tahun terakhir adalah karena proses doping silikon dengan galium terkunci di bawah paten. Ini mencegah produsen menggunakan pendekatan ini.

Namun paten ini akhirnya berakhir pada Mei 2020. Sejak itu, industri dengan cepat beralih dari boron ke galium untuk membuat silikon tipe-p.

Faktanya, pada awal tahun 2021, produsen fotovoltaik terkemuka Hanwha Q Cells memperkirakan sekitar 80% dari semua panel surya yang diproduksi pada tahun 2021 menggunakan doping galium daripada boron.

Apakah Galium Meningkatkan Stabilitas Panel Surya?

Tim di Fakultas Fotovoltaik dan Rekayasa Energi Terbarukan Universitas New South Wales menyelidiki apakah sel surya yang dibuat dengan silikon yang didoping galium benar-benar lebih stabil daripada sel surya yang dibuat dengan silikon yang didoping boron.

Untuk mengetahuinya, tim tersebut membuat sel surya menggunakan desain “silicon heterojunction”, yang merupakan pendekatan yang menghasilkan sel surya silikon dengan efisiensi tertinggi hingga saat ini. Pekerjaan ini dilakukan bekerja sama dengan Hevel Solar di Rusia.

Tim mengukur voltase sel surya yang didoping boron dan yang didoping galium selama uji perendaman cahaya selama 300.000 detik. Sel surya yang didoping boron mengalami degradasi yang signifikan karena ikatan boron dengan oksigen.

Sementara itu, sel surya yang didoping galium memiliki tegangan yang jauh lebih tinggi. Hasil kami juga menunjukkan bahwa silikon tipe-p yang dibuat menggunakan galium sangat stabil dan dapat membantu membuka kunci penghematan untuk sel surya jenis ini.

Memikirkan kemungkinan bagi produsen untuk bekerja pada skala dengan galium, memproduksi sel surya yang lebih stabil dan berpotensi lebih murah, adalah prospek yang sangat menarik.

Bagian terbaiknya adalah temuan tim dapat berdampak langsung pada industri. Dan listrik tenaga surya yang lebih murah untuk rumah kita juga berarti masa depan yang lebih cerah bagi planet kita.



Kategori

Edukasi

Berita Terkini