Energi adalah satu kata yang mempunyai makna sangat luas karena tidak ada
aktivitas di alam raya ini yang bergerak tanpa energi dan itulah sebabnya kata
salah seorang professor di Jepang bahwa hampir semua perselisihan di dunia ini,
berpangkal pada perebutan sumber energi.
Secara
umum sumber energi dikategorikan menjadi dua bagian yaitu non-renewable energy
dan renewable energy. Sumber energi fosil adalah termasuk kelompok yang pertama
yang sebagaian besar aktivitas di dunia ini menggunakan energi konvensional
ini.
Sekitar
tahun delapan puluhan ketika para ahli di Indonesia menawarkan sumber energi
alternatif yang banyak digunakan di negara maju yaitu nuklir, banyak terjadi
pertentangan dan perdebatan yang cukup panjang sehingga mengkandaskan rencana
penggunaan sumber energi yang dinilai sangat membahayakan itu. Diantara usulan
yang banyak dilontarkan kala itu adalah mengapa kita tidak menggunakan sumber
energi surya. Memang tidak diragukan lagi bahwa solar cell adalah salah satu
sumber energi yang ramah lingkungan dan sangat menjanjikan pada masa yang akan
datang, karena tidak ada polusi yang dihasilkan selama proses konversi energi,
dan lagi sumber energinya banyak tersedia di alam, yaitu sinar matahari,
terlebih di negeri tropis semacam Indonesia yang menerima sinar matahari
sepanjang tahun.
Permasalahan
mendasar dalam teknologi solar cell adalah efisiensi yang sangat rendah dalam
merubah energi surya menjadi energi listrik, yang sampai saat ini efisiensi
tertinggi yang bisa dicapai tidak lebih dari 20%, itupun dalam skala
laboratorium
Untuk
itu di negara-negara maju, penelitian tentang solar cell ini mendapatkan
perhatian yang sangat besar, terlebih dengan isu bersih lingkungan・yang marak digembar
gemborkan.
Dari
cahaya menjadi Listrik
Secara
sederhana solar cell terdiri dari persambungan bahan semikonduktor bertipe p
dan n (p-n junction semiconductor) yang jika tertimpa sinar matahari maka akan
terjadi aliran electron, nah aliran electron inilah yang disebut sebagai aliran
arus listrik. Sedangkan struktur dari solar cell adalah seperti ditunjukkan
dalam gambar 1.
Gambar
1. Struktur lapisan tipis solar sel secara umum
Bagian
utama perubah energi sinar matahari menjadi listrik adalah absorber (penyerap),
meskipun demikian, masing-masing lapisan juga sangat berpengaruh terhadap
efisiensi dari solar cell. Sinar matahari terdiri dari bermacam-macam jenis
gelombang elektromagnetik yang secara spectrum dapat dilihat pada gambar 2.
Oleh karena itu absorber disini diharapkan dapat menyerap sebanyak mungkin
solar radiation yang berasal dari cahaya matahari.
Gambar
2. Spektrum radiasi sinar matahari
Lebih
detail lagi bisa dijelaskan sinar matahari yang terdiri dari photon-photon,
jika menimpa permukaaan bahan solar sel (absorber), akan diserap, dipantulkan
atau dilewatkan begitu saja (lihat gambar 3), dan hanya foton dengan level
energi tertentu yang akan membebaskan electron dari ikatan atomnya, sehingga
mengalirlah arus listrik. Level energi tersebut disebut energi band-gap yang
didefinisikan sebagai sejumlah energi yang dibutuhkan utk mengeluarkan electron
dari ikatan kovalennya sehingga terjadilah aliran arus listrik. Untuk membebaskan
electron dari ikatan kovalennya, energi foton (hc/v harus sedikit lebih besar
atau diatas daripada energi band-gap. Jika energi foton terlalu besar dari pada
energi band-gap, maka extra energi tersebut akan dirubah dalam bentuk panas
pada solar sel. Karenanya sangatlah penting pada solar sel untuk mengatur bahan
yang dipergunakan, yaitu dengan memodifikasi struktur molekul dari
semikonduktor yang dipergunakan.
Gambar
3. Radiative transition of solar cell
Tentu
saja agar efisiensi dari solar cell bisa tinggi maka foton yang berasal dari
sinar matahari harus bisa diserap yang sebanyak banyaknya, kemudian memperkecil
refleksi dan remombinasi serta memperbesar konduktivitas dari bahannya.
Untuk
bisa membuat agar foton yang diserap dapat sebanyak banyaknya, maka absorber
harus memiliki energi band-gap dengan range yang lebar, sehingga memungkinkan
untuk bisa menyerap sinar matahari yang mempunyai energi sangat bermacam-macam
tersebut. Salah satu bahan yang sedang banyak diteliti adalah CuInSe2 yang
dikenal merupakan salah satu dari direct semiconductor.
Dari
begitu banyak keuntungan solar cell seperti telah diuraikan diatas ternyata
tidak polemik tidak kemudian berhenti begitu saja, masih ada yang mengatakan
memang benar solar cell ketika melakukan proses perubahan energi tidak ada
polusi yang dihasilkan, tetapi sudahkah kita menghitung berapa besar polusi
yang telah dihasilkan dalam proses pembuatannya, dibandingkan kecilnya
efisiensi yang dihasilkan. Nah tantangannya disini adalah memang bagaimana
untuk menaikkan efisiensi, yang tentunya akan berdampak kepada nilai
ekonomisnya. (RTW)
Sumber
:
(Oleh
Rusminto Tjatur WIDODO, Dosen EEPIS-ITS Surabaya dan mahasiswa Program Doktor
jurusan Nano Structure and Advanced Materials, Universitas Kagoshima Jepang)