REVIEW SOLAR CELL (SEL SURYA)

diajukan untuk memenuhi tugas mata kuliah Kapita Selekta Material Elektronik (FI6231)

Oleh:

PUSPORINI

20214021

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

Maret, 2015

REVIEW SOLAR CELL (SEL SURYA)

Sel surya merupakan alat yang dapat mengubah energi yang diperoleh

dari sinar matahari menjadi energi listrik. Pada dasarnya sel surya dibuat dari

bahan semikonduktor. Namun seiring dengan perkembangan teknologi, terdapat 3

generasi perkembangan dari sel surya yaitu sel surya generasi pertama, kedua,

dan ketiga.

Pada generasi pertama terdapat beberapa teknologi yang berhasil

dikembangkan, yaitu:

1. Sel surya menggunakan wafer silikon kristal tunggal (monocrystaline silicon

sollar cell). Teknologi ini mampu menghasilakan sel surya dengan efisiensi

sebesar 16-17%.

2. Sel surya menggunakan wafer silikon poli kristal (polycristaline silicon solar

cell). Teknologi ini menghasilkan sel surya dengan efisiensi yang lebih kecil,

namun dengan harga yang lebih murah.

3. Sel surya menggunakan pita silikon (ribbon silicon solar cell). Teknologi ini

merupakan modivikasi untuk membuat biaya produksi solar sel menjadi lebih

rendah yaitu dengan cara silikon untuk bahannya dibuat menjadi lapisan cairan

kemudian lapisan tersebut dibentuk dalam struktur multi kristal. Teknologi ini

mampu menghasilkan efisiensi sebesar 13-15%.

Generasi kedua solar sel yaitu solar sel tipe lapisan tipis (thin film solar

cell). Teknologi ini juga digunakan untuk menekan biaya produksi. Efisiensi

tertinggi yang dihasilkan oleh solar sel tipe lapisan tipis yaitu sebesar 19,5%.

Lapisan yang dibuat dengan teknologi ini menghasilkan material yang bersifat

amorf (struktur kristalnya tidak teratur). Selain menggunakan bahan silikon, pada

tipe ini juga digunkan bahan semikonduktor seperti Cadnium Telluride (Cd Te)

dan Copper Indium Gallium Selenide (CIGS).

Untuk membuat biaya produksi menjadi lebih murah lagi, maka

dikembangkanlah generasi ketiga solar sel, yaitu solar sel yang dibuat dari bahan

1 | P a g e

polimer atau sering disebut dengan sel surya organik (organic solar cell) dan sel

surya foto elektrokimia. Contoh tipe sel surya foto elektrokimia yaitu Dye-

Sensitized Solar Cell (DSSC).

Prinsip Kerja Solar Sel

A. Silicone Solar Cell

Sel surya silikon terdiri dari gabungan semikonduktor tipe-n dan tipe-p

(junction). Semikonduktor tipe-n merupakan semi konduktor yang memiliki

kelebihan elektron (semikonduktor tipe-n dihasilkan dari pendopingan silikon

dengan unsur dari golongan V), sedangkan semikonduktor tipe-p merupakan

semikonduktor yang memiliki kekurangan elektron (hasil pendopingan dengan

unsur golongan III). Salah satu tujuan dari pendoppingan silikon yaitu untuk

memperbesar daya hantar listriknya. Bahan yang digunakan untuk pendopping

harus memiliki ban gap yang nilainya mendekati dengan bahan yang akan di

dopping.

Prinsip kerja dari sel surya yaitu berdasarkan konsep efek fotolistrik,

secara garis besar yaitu ketika sel surya terkena sinar matahari, foton dari sinar

matahari akan diserap oleh sel surya untuk kemudian diubah menjadi energi

listrik. Namun, ternyata tidak semua foton yang dipancarkan oleh matahari dapat

diserap oleh sel surya. Hanya foton dengan energi/panjang gelombang tertentu

yang dapat diserap oleh sel surya.

Prinsip kerja sel surya silikon:

Keterangan :

Sumber gambar 1-4 diperoleh dari http://energisurya.files.wordpress.com

Semikonduktor tipe-n dan p sebelum disambung.

Gambar 1 : Semikonduktor tipe-n dan tipe-p sebelum disambung

2 | P a g e

Ketika semikonduktor tipe-n dan p disambung (dibuat junction),

kemudian junction terkena oleh sinar matahari, maka foton yang

mempunyai energi lebih besar atau sama dengan band gap junction

akan membuat elektron di pita valensi tereksitasi ke pita konduksi

sehingga akan membuat hole pada pita valensi. Dalam kasus ini,

terjadi perpindahan elektron dari semikonduktor tipe-n ke

semikonduktor tipe-p. Pergerakan dari elektron dan hole dalam

junction akan menghasilkan pasangan elektron-hole

Gambar 2 : Semikonduktor tipe-n dan tipe-p yang disambungkan

Semi konduktor tipe-n akan mengalami pengurangan elektron

sehingga di daerahnya menjadi lebih positif, sedangkan

semikonduktor tipe-p akan mengalami pengurangan hole sehingga di

daerahnya menjadi lebih negatif.

Gambar 3 : Interaksi elektron dan hole pada junction

Karena adanya perbedaan keelektronegatifan, maka timbulah medan

listrik E yang arahnya dari sisi yang lebih positif ke sisi yang lebih

negatif.

3 | P a g e

TCOTiO2

Dye

Elektrolit

Glass

Platina/Karbon

TCO

Glass

Gambar 4 : Medan E pada sambungan semikonduktor tipe-n dan p

Medan listrik E membuat aliran hole dan elektron terjadi secara terus

menerus sehingga menghasilkan arus listrik.

B. Dye-Sensitized Solar Cell (DSSC)

Dye-sensitized solar cell disebut juga sebagai sel surya foto elektrokimia

karena memanfaatkan media elektrolit untuk transport muatannya. Terdapat

beberapa bagian pada DSSC, yaitu diantaranya adalah TiO2, molekul dye, dan

katalis. Bagian-bagian DSSC dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Gambar 5 : Struktur Dye-sensitized solar cell

Bagian bagian alas sel surya terdiri dari glass yang dilapisi TCO

(Transparent Conducting Oxide) dan bagian elektrodanya biasanya dilapisi

dengan katalis untuk mempercepat terjadinya reaksi didalam elektrolit, yaitu bisa

berupa platina atau karbon. Bagian permukaan DSSC terdiri dari glass yang

dilapisi TCO, TiO2 yang berpori, dan dye yang menempel pada pori TiO2.

Fungsi dari dye yaitu sebagai material pembantu untuk menyerap foton

agar gelombang sinar tampak pun dapat diserap oleh sel surya. TiO2 yang

4 | P a g e

digunakan dapat berbentuk pasta, sedangkan elektrolit yang digunakan biasanya

berupa iodida atau triiodida yang berbentuk cairan atau padatan. TCO merupakan

kaca transparan (bahan konduktif) sebagai kolektor cahaya.

Prinsip kerja DSSC

Gambar 6 : Skema kerja DSSC

Sumber gambar : Septiana W,dkk. Pembuatan Prototipe Solar Cell Murah dengan

Bahan Organik-Inorganik (Dye-sensitized Solar Cell). Institut teknologi bandung,

2007

Penjelasan gambar

1. Foton yang dipancarkan oleh sinar matahari di serap oleh molekul dye.

2. Penyerapan foton oleh molekul dye menyebabkan elektron dalam molekul

dye menjadi tereksitasi dari ground state ke excited state/ HOMO ke

LUMO.

5 | P a g e

3. Molekul dye teroksidasi karena elektron yang tereksitasi tersebut terinjeksi

menuju pita konduksi TiO2.

4. Molekul dye kembali ke ground state karena adanya donor elektron dari

elektrolit yang mencegah penangkapan kembali elektron oleh dye yang

teroksidasi.

5. Elektron mengalir ke elektroda TCO, kemudian mengalir menuju counter

elektroda. Karena elektrolit telah mendonorkan elektron, maka akan

terdapat hole pada elektrolit tersebut.

6. Katalis pada counter elektroda mendonorkan elektron pada elektrolit,

sehingga hole pada elektrolit yang telah terbentuk sebelumnya kemudian

berekombinasi dengan elektron membentuk iodide.

7. Iodide ini berfungsi sebagai pendonor elektron terhadap dye yang

teroksidasi. Hal ini dapat terjadi karena waktu regenerasi dye jauh lebih

cepat dari pada waktu rekombinasi muatan.

8. Terbentuk siklus transport elektron yang merupakan proses konversi

energi cahaya matahari menjadi listrik.

Daftar Pustaka

Akhmad Herman Yuwono, Donanta Dhaneswara, Alfian Ferdiansyah, Arif Rahman; Sel surya tersensitasi zat pewarna berbasis nanopartikel TiO2: Hasil proses sol-gel dan perlakuan pasca-hidrotermal, Jurnal material dan energi indonesia Vol. 01 no. 03 127–140, jurusan fisika fmipa Universitas Padjadjaran, 2011.

http://energisurya.files.wordpress.com

Irmansyah, Akhiruddin Maddu, Mahfuddin Zuhri; Pabrikasi dan karakterisasi sel surya tersensitisasi dye berbasis elektroda komposit TiO2/SnO2 dan

elektrolit polimer, Jurnal ilmu dasar, Vol. 9 No. 2, Juli 2008 : 96-103, departemen fisika fmipa Institut Pertanian Bogor.

Wilman Septina, Dimas Fajarisandi, Mega Aditia; Laporan penelitian bidang energi: Pembuatan prototipe solar cell murah dengan bahan organik-inorganik (dye-sensitized solar cell), Institut teknologi bandung, 2007.

6 | P a g e