Sel Surya, Sumber Energi yang Tidak Akan Habis

Permintaan akan kebutuhan energi setiap tahunnya terus bertambah, seiring dengan pertumbuhan penduduk yang semakin cepat. Selama bertahun-tahun, energi fosil (minyak bumi, gas alam, dan batu bara) merupakan sumber energi utama untuk memenuhi kebutuhan energi dunia. Namun, sumber energi ini merupakan sumber energi yang akan habis dan tidak dapat diperbaharui. Oleh karena itu, demi memenuhi kebutuhan energi yang semakin meningkat, para peneliti di dunia terus mengembangkan sumber energi alternatif yang dapat dipergunakan sebagai pengganti energi fosil. Salah satu sumber energi alternatif yang cukup populer adalah energi sinar matahari. Energi sinar matahari atau yang sering disebut dengan energi surya, merupakan energi yang berasal dari matahari dan termasuk golongan sumber energi yang tidak akan habis dan tidak terbatas jumlahnya.

Potensi matahari sebagai sumber energi sangat besar. Hal ini dikarenakan jumlah energi matahari yang sampai ke bumi sangat besar, sekitar 700 Megawatt setiap menitnya. Negara-negara yang berada di garis khatulistiwa memiliki potensi besar untuk memanfaatkan energi ini, karena intensitas sinar matahari pada daerah ini cukup besar dan stabil sepanjang tahun, yaitu sekitar 4,8 kWh/m2/hari. Energi surya semacam ini merupakan modal dasar untuk pengembangan sumber energi terbarukan dengan konversi energi surya menjadi listrik melalui sel surya.

Sel Surya

Sel surya bekerja menggunakan energi matahari dengan mengkonversi secara langsung radiasi matahari menjadi listrik. Sel surya merupakan perangkat semikonduktor yang terdiri dari diode tipe p-n (p-n junction) yang mampu mengubah energi cahaya (foton) menjadi energi listrik. Perubahan energi ini biasa disebut dengan efek fotovoltaik.

Efek ini ditemukan oleh Becquerel pada tahun 1839 pada saat Alexandre-Edmond Becquerel mendeteksi adanya tegangan foton ketika sinar matahari mengenai elektroda pada larutan elektrolit. Sel surya pertama kali dibuat oleh Charles Fritts pada 1883 yang melapisi semikonduktor selenium dengan lapisan emas yang sangat tipis untuk membentuk junction. Era modern dalam pembuatan sel surya dimulai pada 1954, pada saat Bell Laboratories bereksperimen dengan semikonduktor dan menemukan bahwa silikon yang didoping dengan beberapa bahan memiliki sensitivitas yang sangat tinggi terhadap cahaya.

Prinsip Kerja Sel Surya Silikon

Semikonduktor tipe-n bisa didapatkan dengan mendoping silikon dengan unsur dari golongan V sehingga terdapat kelebihan elektron valensi dibanding atom sekitar. Sedangkan semikonduktor tipe-p diperoleh dengan doping oleh golongan III sehingga elektron valensinya kurang satu dari atom sekitar. Daerah yang ditinggalkan elektron ini disebut dengan hole. Ketika kedua material tersebut mengalami kontak, maka kelebihan elektron dari tipe-n akan berdifusi ke tipe-p sehingga area doping-n akan bermuatan positif sedangkan area doping-p akan bermuatan negatif. Medan elektrik yang terjadi antara keduanya mendorong elektron kembali ke daerah-n dan hole ke daerah-p. Pada proses ini terbentuklah p-n junction.

Pada saat cahaya mengenai permukaan silikon pada sel surya, ada beberapa hal yang mungkin terjadi. Pertama, foton akan menembus silikon. Hal ini biasanya terjadi pada foton yang memiliki energi yang rendah. Kedua, foton akan dipantulkan oleh permukaan. Ketiga, foton akan diserap oleh silikon. Ketika foton diserap oleh silikon, maka hal tersebut dapat menyebabkan timbulnya panas maupun membentuk pasangan elektron-hole yang terjadi ketika energi foton yang datang lebih tinggi daripada lebar pita energi silikon. Apabila ditempatkan hambatan pada terminal sel surya, maka elektron dari area-n akan kembali ke area-p sehingga arus akan mengalir.

Pemanfaatan energi surya sangat menjanjikan bagi pengembangan energi terbarukan di negara-negara yang berada di sekitar garis khatulistiwa. Sumber energi fosil yang semakin menipis, sangat mendesak penggantian pemanfaatan energi lain yang lebih memiliki prospek di masa mendatang.

Sumber:
1. Septina, Wilman, Pembuatan Prototipe Solar Cell Murah dengan Bahan Organik-Inorganik (Dye-sensitized Solar Cell), Laporan Penelitian Bidang Energi, Bandung, 2007.
2. Suherdiana, Rudi, Pembuatan Prototipe Dye Sensitized Solar Cell Berbasis Nanopori Semikonduktor Anorganik, Laporan Akhir Lomba Karya Ilmiah Antar Himpunan Mahasiswa, Bandung, 2007.
3. http://majalahenergi.com/terbaru/sumber-energi-yang-tidak-akan-habis