Penelitian

sel-surya-antariksa-iss.jpg

Sel surya merupakan sebuah bidang penelitian yang sangat luas, melibatkan berbagai disiplin ilmu dan dana investasi maupun penelitian yang besar.

Tidak kurang dari 10 jenis sel surya tengah dikembangkan saat ini. Penerapan dari teknologi sel surya sendiri sangat luas sebagai salah satu sumber energi masa depan. Mulai dari pedesaan, perkotaan hingga luar angkasa, sel surya tengah diposisikan sebagai salah satu bentuk energi ideal masa depan yang bersih yang ketersediaannya berlangsung dalam jangka waktu yang relatif panjang. Sebagai contoh, International Space Station (ISS) sebagai stasiun dan laboratorium luar angkasa memiliki sel surya sebagai sumber energi utamanya, bisa dilihat di cuplikan gambar di atas.

Teknologi sel surya dapat dikatan menyangkup banyak hal; teori mengenai proses mekanisme bekerjanya sel surya, pembuatan dan pengamatan sifat-sifat material penyusun sel, pencarian material alternatif penyusun sel, integrasi material penyusun menjadi satu sel utuh, pembuatan alat (device) sel hingga modul surya, simulasi serta optimalisasi rangkaian listrik untuk sel surya dsb dsb. Masing-masing bidang ini membutuhkan spesialisasi khusus atau displin ilmu yang berbeda untuk mewujudkan tujuan utama penelitian dan pengembangan sel surya di dunia; yakni meningkatkan efisiensi sel surya. Gambar di bawah ini ialah peta jalan (road map) efisiensi sel surya dalam kurun waktu 25 tahunan.

peta-jalan-sel-surya.jpg

Latar belakang ilmu dan rekayasa material (material science and engineering) memaksa saya untuk menekuni beberapa bidang dasar yang menunjang aktifitas penelitian sel surya; teknologi vakum (vacuum technology), teknologi lapis tipis (thin film technology), solid state physics and chemistry, semiconductor physics and devices dan sebagainya.

Bidang garapan penelitian saya sendiri ialah berkutat pada sintesis atau pembuatan material sel surya jenis lapis tipis (thin film solar cells) dengtan menggunakan jenis material tipe chalcopyrite CuInSe2 dan turunannya CuInGaSe2 sebagai bahan penyerap sinar matahari. Struktur kristal dan atom dari CuInSe2 dapat dicermati di gambar berikut. Atom Indium (In) dapat diganti dengan atom Galium (Ga) membentuk CuInGaSe2.

struktur-kristal-chalcopyrite-cuinse2.jpg

Menggunakan peralatan physical vapor deposition, lapisan penyerap sinar matahari ini dapat disintesa dengan ketebalan 1-2 micrometer. Saya menggunakan teknik sputtering (lihat skema di bawah berikut ini) untuk membuat lapisan CuInSe2 pada substrat kaca degan ketebalan sekitar 1-2 mikron.

teknik-sputtering.jpg

Aspek penelitiannya terkonsentrasi pada sintesa dan pengamatan sifat-sifat material lapis tipis yang berhasil dibuat; semisal analisa kristal struktur, analisa sifat optik dan elektrik. Perlu diketahui, lahan penelitian di bidang ini sudah menjadi sebuah hot topics di dunia sel surya.

Struktur sel surya lapis tipis CuInSe2 dapat dicermati melalui skema di bawah ini.

cis-struktur-sel.jpg

 

Sel tersebut terdiri atas substrat kaca yang dilapisi berturut-turut lapisan Molibdenum (Mo) setebal 1 mikron sebagai elektroda bawah (kutub positif), lapisan CuInSe2 setebal 1-2 mikron sebagai lapisan penyerap matahari (semikonduktor tipe p), lapisan CdS sebaagai lapisan buffer dengan ketebalan ~50 nanometer, lapisan ZnO (semikonducktor tipe n) sebagai lapisan transparans elektroda dengan ketebalan ~500 nanometer, dan sedikit lapisan Nikel sebagai elektroda atas (kutub negatif).

Lantas mengapa sel surya lapis tipis?

Well, hal ini dapat dimengerti mengingat semakin tipisnya material sel surya, maka semakin sedikit pula bahan baku yang dibutuhkan untuk membuat sebuah sel surya. Di samping itu, sel surya konvensional jenis silikon seperti yang sekarang ini dipasarkan memiliki keterbatasan suplai bahan baku silikonnya. Dan yang juga cukup penting dipertimbangkan ialah, dengan mempelajari jenis material baru bertipe CuInSe2, potensi peningkatan sel surya merupakan sebuah keniscayaan. Secara proses produksi, pembuatan sel surya lapis tipis lebih singkat dan relatif tidak membutuhkan investasi sebesar sel surya silikon.

Melihat masih panjangnya penelitian sel surya jenis lapis tipis, CuInSe­2 ini diproyeksikan untuk apliaksi sel surya masa depan.

Advertisements