Pengembangan Kunci Pada Teknologi Sel Surya

Kelvin Lynn, seorang profesor di Washington State University School of Mechanical and Materials Engineering and Department of Physics, membantu peneliti mencapai tonggak pada fabrikasi sel surya.(Credit: Washington State University photo)

Bhataramedia.com – Para peneliti telah mencapai suatu tonggak penting pada fabrikasi sel surya, yang membantu membuka jalan bagi energi matahari untuk bersaing langsung dengan listrik yang dihasilkan oleh sumber energi konvensional.

Dipimpin oleh US Department of Energy’s National Renewable Energy Laboratory dan bekerjasama dengan Washington State University dan University of Tennessee, para peneliti meningkatkan tegangan maksimum yang tersedia dari sel surya cadmium telluride (CdTe). Temuan ini mengatasi batas praktikal yang telah ditempuh selama enam dekade dan merupakan kunci untuk meningkatkan efisiensi. Karya ini diterbitkan di jurnal Nature Energy tanggal 29 Februari.

Sel surya silikon saat ini mewakili 90% dari pasar sel surya, tetapi akan sulit untuk secara signifikan mengurangi biaya produksinya. Sel surya CdTe menawarkan alternatif murah. Sel surya ini memiliki jejak karbon terendah dari setiap teknologi surya lain dan melakukan lebih baik daripada sel surya silikon pada kondisi dunia nyata, termasuk di tempat yang panas, cuaca lembab dan di bawah cahaya rendah. Namun, sampai saat ini, sel-sel CdTe belum seefisien sel berbasis silikon.

Salah satu area utama di mana CdTe bekerja di bawah performa, berada di tegangan maksimum yang tersedia dari sel surya, yang disebut tegangan rangkaian terbuka. Dibatasi oleh kualitas bahan CdTe, para peneliti selama 60 tahun terakhir tidak dapat mendapatkan lebih dari 900 milivolt dari bahan ini, yang dianggap merupakan batas praktikal.

Tim peneliti meningkatkan tegangan sel dengan mengganti langkah pengolahan standar menggunakan kadmium klorida. Sebaliknya, mereka menempatkan sejumlah kecil atom fosfor di situs kisi telurium dan kemudian dengan hati-hati membentuk interface yang ideal antara bahan dengan jarak atom yang berbeda untuk menyelesaikan sel surya.

Pendekatan ini meningkatkan konduktivitas dan rentang waktu CdTe, sehingga memungkinkan pembuatan sel surya CdTe dengan tegangan rangkaian terbuka melampaui penghalang 1-volt untuk pertama kalinya. Inovasi ini menetapkan jalur penelitian baru untuk sel surya menjadi lebih efisien dan menyediakan listrik dengan biaya lebih rendah daripada bahan bakar fosil.

“Ini adalah tonggak penting. Kami selalu berada di bawah 900 milivolt selama puluhan tahun,” kata Kelvin Lynn, profesor di WSU’s School of Mechanical and Materials Engineering and Department of Physics, yang memimpin upaya WSU ini.

Para peneliti NREL mengerjakan kristal, membangun dan mengkarakterisasi sel surya ini, sementara peneliti WSU, termasuk Santosh Swain dan Tursun Ablekim, mengembangkan bahan kristal menggunakan teknik yang disebut “melt growth”.

Para peneliti WSU menumbuhkan kristal mereka dalam teknik yang disebut melt growth, yang memungkinkan kontrol kemurnian yang lebih tepat dan komposisi. Kemurnian sangat penting untuk proses, sehingga para peneliti mencampur, menyiapkan dan memvakum bahan di dalam ruangan standar industri. Mereka kemudian mensintesis kristal di dalam tungku dengan suhu di atas 1.100°C dan kemudian mendinginkannya dari bawah ke atas dengan laju sekitar satu milimeter per jam. Para peneliti kemudian memotong kristal dengan ukuran tertentu untuk membuat sel surya.

“Peneliti lain telah mencoba dopan, tetapi mereka tidak memiliki kontrol dan kemurnian yang kita miliki, dan kemurnoan adalah hal yang penting. WSU telah dikenal untuk mengembangkan kristal kualitas tinggi dengan kemurnian yang benar-benar tinggi. Anda harus mengontrol setiap langkah,” kata Lynn, seperti dilansir Washington State University (29/02/2016).

Sementara para peneliti telah meningkatkan sel berbasis silikon hampir mencapai batas teoritis mereka, ada ruang yang signifikan untuk peningkatan efisiensi pada kadmium telluride, yang dapat lebih baik dengan tambahan 30 persen, kata Lynn.

Penelitian ini didanai oleh Energy Department’s SunShot Initiative, yang bertujuan untuk membuat biaya sel surya yang kompetitif dengan sumber energi tradisional. Penelitian ini sebagian juga didukung oleh Oak Ridge National Laboratory’s Center for Nanophase Materials Sciences.

Referensi Jurnal :

J. M. Burst, J. N. Duenow, D. S. Albin, E. Colegrove, M. O. Reese, J. A. Aguiar, C.-S. Jiang, M. K. Patel, M. M. Al-Jassim, D. Kuciauskas, S. Swain, T. Ablekim, K. G. Lynn, W. K. Metzger. CdTe solar cells with open-circuit voltage breaking the 1 V barrier. Nature Energy, 2016; 16015 DOI: 10.1038/nenergy.2016.15.