Language
Country/Area
No result found
Evolusi sel surya: Mengapa efisiensi awal begitu rendah?
Sebelum kita mendalami pengembangan sel surya, kita perlu memahami konsep dasar efek fotovoltaik. Efek fotovoltaik mengacu pada fenomena bahwa material menghasilkan tegangan dan arus saat terkena cahaya. Proses fisik ini terkait erat dengan efek fotolistrik. Meskipun keduanya melibatkan eksitasi elektron, efek fotovoltaik secara khusus mengacu pada apa yang terjadi ketika elektron tetap berada di dalam material, sedangkan efek fotolistrik mengacu pada fenomena di mana elektron dikeluarkan dari material. Seiring kemajuan teknologi surya, kita dapat memperoleh beberapa perspektif historis untuk memahami mengapa sel surya awal sangat tidak efisien.
Lebih dari satu abad yang lalu, Edmond Becquerel pertama kali menunjukkan efek fotovoltaik pada tahun 1839, menunjukkan bahwa pelat logam yang direndam dalam larutan asam atau basa dapat menghasilkan arus listrik dalam pencahayaan yang tidak merata.
Eksperimen awal dengan sel surya dimulai pada tahun 1884, ketika Charles Fritts bereksperimen dengan sel fotovoltaik berbasis selenium, yang menjadi pelopor dalam bidang ini meskipun efisiensinya sangat rendah. Namun, saat ini, perangkat solid-state seperti fotodioda telah menjadi teknologi utama dan telah meningkatkan efisiensi konversi energi cahaya.
Pada fotodioda, ketika sinar matahari atau cahaya lain dengan energi yang cukup menyinari material, elektron dalam pita valensi menyerap energi dan tereksitasi ke pita konduksi dan menjadi bebas. Elektron yang tereksitasi ini akan bergerak ke berbagai arah yang didorong oleh medan listrik bawaan, sehingga membentuk arus listrik. Proses ini tidak hanya bergantung pada struktur material tetapi juga dipengaruhi oleh kondisi lingkungan.
Efek fotovoltaik ini memanfaatkan struktur p-n yang dibangun oleh material semikonduktor. Ketika cahaya mengenai struktur ini, arus yang dihasilkan mengarah ke arah yang berlawanan dengan cahaya, sehingga membentuk keluaran arus efektif.
Prinsip Fisika dan Efek Termal
Selain eksitasi fotovoltaik, efek Seebeck juga ada di alam. Ketika bahan konduktif atau semikonduktor dipanaskan dengan menyerap radiasi elektromagnetik, gradien suhu akan terjadi, yang pada gilirannya menghasilkan tegangan dan arus. Fenomena ini terkait erat dengan efisiensi sel surya karena memengaruhi tingkat energi elektron dan konsentrasi pembawa di dalamnya.
Penelitian telah menunjukkan bahwa ada hubungan terbalik yang signifikan antara tegangan rangkaian terbuka dan suhu, yang berarti bahwa ketika suhu meningkat, tegangan rangkaian terbuka menurun, sedangkan arus hubung singkat sebanding dengan suhu, tetapi tidak dapat sepenuhnya mengimbangi tegangan rangkaian terbuka. Akibatnya, daya keluaran maksimum menurun dengan meningkatnya suhu.
Evolusi sel surya
Seiring berkembangnya teknologi, jenis dan efisiensi sel surya juga meningkat. Misalnya, struktur sambungan p-n yang sederhana telah digantikan oleh banyak material dan desain baru, yang dapat meningkatkan efisiensi konversi dalam berbagai kondisi dan meningkatkan stabilitas dan keandalan sistem.
Pada tahun 2017, para peneliti di Georgia Institute of Technology untuk pertama kalinya mendemonstrasikan efek fotovoltaik arus bolak-balik (AC PV), sebuah teknik untuk menghasilkan arus bolak-balik dalam keadaan tidak seimbang, yang menunjukkan terobosan baru dalam pengembangan sel surya. .
Tantangan dan peluang masa depan
Meskipun ada kemajuan signifikan dalam teknologi surya, tantangan tetap ada dalam mencapai adopsi global dan meningkatkan efisiensi sel. Faktor lingkungan, pemilihan material, dan biaya produksi merupakan faktor utama yang memengaruhi penerapan sel surya secara luas. Seiring meningkatnya permintaan energi terbarukan, para peneliti dan insinyur berupaya mengembangkan material dan teknologi baru untuk lebih meningkatkan efisiensi konversi dan mengurangi biaya.
Meskipun ada berbagai material energi surya baru seperti material fotovoltaik organik dan sel surya multi-sambungan yang bermunculan, mereka masih perlu mengatasi masalah seperti stabilitas dan biaya untuk mencapai aplikasi komersial yang ideal.
Seiring kemajuan teknologi, mungkin kita dapat menemukan solusi yang lebih baik untuk masalah efisiensi rendah awal sel surya. Dengan perhatian konsumen terhadap energi bersih dan promosi kebijakan, bagaimana sel surya akan berkembang di masa depan?
