Sel surya: Perbedaan antara revisi

Sel surya [[ Silikon monokristalin|silikon monokristalin]] (mono-Si) lebih efisien dan lebih mahal daripada kebanyakan jenis sel lainnya. Sudut-sudut sel terlihat terpotong, seperti segi delapan, karena bahan wafer dipotong dari ingot silinder, yang biasanya dibuat melalui [[proses Czochralski]]. Panel surya menggunakan sel mono-Si menampilkan pola khas berlian putih kecil.

[[ Wafer epitaxial|Wafer epitaksial]] silikon kristalin dapat ditumbuhkan pada wafer "benih" silikon monokristalin oleh [[Pengendapan uap kimia|deposisi uap kimia]] (CVD), dan kemudian terlepas sebagai wafer yang menopang diri sendiri dengan ketebalan standar (misalnya, 250 μm) yang dapat dimanipulasi dengan tangan, dan secara langsung diganti dengan sel wafer yang dipotong dari ingot silikon monokristalin. Sel surya yang dibuat dengan teknik "tanpa [[Gergaji|kerf]]" ini dapat memiliki efisiensi mendekati sel-sel ''wafer-cut'', tetapi dengan biaya yang jauh lebih rendah jika CVD dapat dilakukan pada [[tekanan atmosfer]] dalam proses inline dengan ''throughput'' yang tinggi.<ref name="NexWafe">{{Cite web|url=https://www.ise.fraunhofer.de/en/press-and-media/press-releases/press-releases-2015/nexwafe|title=20% Efficient Solar Cell on EpiWafer|last=Janz|first=Stefan|last2=Reber|first2=Stefan|date=14 September 2015|publisher=[[Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics|Fraunhofer ISE]]|access-date=15 October 2015}}</ref><ref name="DrießenAmiri2016">{{Cite journal|last=Drießen|first=Marion|last2=Amiri|first2=Diana|last3=Milenkovic|first3=Nena|last4=Steinhauser|first4=Bernd|last5=Lindekugel|first5=Stefan|last6=Benick|first6=Jan|last7=Reber|first7=Stefan|last8=Janz|first8=Stefan|year=2016|title=Solar Cells with 20% Efficiency and Lifetime Evaluation of Epitaxial Wafers|journal=Energy Procedia|volume=92|pages=785–790|doi=10.1016/j.egypro.2016.07.069|issn=1876-6102}}</ref> Permukaan wafer epitaksial mungkin bertekstur untuk meningkatkan penyerapan cahaya.<ref name="pyramid">{{Cite journal|last=Gaucher|first=Alexandre|last2=Cattoni|first2=Andrea|last3=Dupuis|first3=Christophe|last4=Chen|first4=Wanghua|last5=Cariou|first5=Romain|last6=Foldyna|first6=Martin|last7=Lalouat|first7=Loı̈c|last8=Drouard|first8=Emmanuel|last9=Seassal|first9=Christian|year=2016|title=Ultrathin Epitaxial Silicon Solar Cells with Inverted Nanopyramid Arrays for Efficient Light Trapping|journal=Nano Letters|volume=16|issue=9|pages=5358–64|bibcode=2016NanoL..16.5358G|doi=10.1021/acs.nanolett.6b01240|pmid=27525513}}</ref><ref name="ChenCariou2016">{{Cite journal|last=Chen|first=Wanghua|last2=Cariou|first2=Romain|last3=Foldyna|first3=Martin|last4=Depauw|first4=Valerie|last5=Trompoukis|first5=Christos|last6=Drouard|first6=Emmanuel|last7=Lalouat|first7=Loic|last8=Harouri|first8=Abdelmounaim|last9=Liu|first9=Jia|year=2016|title=Nanophotonics-based low-temperature PECVD epitaxial crystalline silicon solar cells|deadurl=Cabarrocas|journal=Journal of Physics D: Applied Physics|volume=49|issue=12|pages=125603|bibcode=2016JPhD...49l5603C|doi=10.1088/0022-3727/49/12/125603|issn=0022-3727}}</ref>

Pada Juni 2015, dilaporkan bahwa sel surya [[ Heterjunction|heterojunction]] yang ditumbuhkan secara epitaksial pada wafer silikon tipe-n monokristalin telah mencapai efisiensi 22,5% dari total luas sel 243,4 cm<math>^2</math>.<ref name="KobayashiWatabe2015">{{Cite journal|last=Kobayashi|first=Eiji|last2=Watabe|first2=Yoshimi|last3=Hao|first3=Ruiying|last4=Ravi|first4=T. S.|year=2015|title=High efficiency heterojunction solar cells on n-type kerfless mono crystalline silicon wafers by epitaxial growth|journal=Applied Physics Letters|volume=106|issue=22|pages=223504|bibcode=2015ApPhL.106v3504K|doi=10.1063/1.4922196|issn=0003-6951}}</ref>

[[ Silikon polikristalin|Sel silikon polikristalin]], atau silikon multikristalin (multi-Si) dibuat dari ingot kotak — blok besar silikon cair yang didinginkan dan dipadatkan dengan hati-hati. Sel ini terdiri dari kristal-kristal kecil yang memberikan material [[ Kristalit|efek serpihan logam]] yang khas. Sel polisilikon adalah jenis yang paling umum digunakan dalam fotovoltaik dan lebih murah, tetapi juga kurang efisien, dibandingkan dengan yang dibuat dari silikon monokristalin.

[[Silikon pita]] adalah jenis silikon polikristalin — dibentuk dengan menarik film tipis rata dari silikon [[Pencairan|cair]] dan menghasilkan struktur polikristalin. Sel-sel ini lebih murah daripada multi-Si, karena pengurangan besar dalam limbah silikon, karena pendekatan ini tidak memerlukan [[Gergaji|penggergajian]] dari [[ Ingot|ingot]].<ref>{{Cite book|url=http://www.ece.gatech.edu/research/UCEP/papers/3world/STRING%20RIBBON%20SILICON%20SOLAR%20CELLS%20WITH%2017.8%25%20EFFICIENCY.pdf|title=String ribbon silicon solar cells with 17.8% efficiency|last=Kim, D.S.|date=18 May 2003|work=Proceedings of 3rd World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, 2003|isbn=978-4-9901816-0-4|volume=2|pages=1293–1296|display-authors=etal}}</ref> Namun, sel ini juga kurang efisien.

Bentuk sel ini dikembangkan pada 2000-an dan diperkenalkan secara komersial sekitar 2009. Juga disebut cor-mono, desain ini menggunakan ruang pencetakan polikristalin dengan "biji" kecil material monokristalin. Hasilnya adalah material seperti monokristalin yang dikelilingi polikristalin di permukaan luarnya. Ketika diiris untuk diproses, bagian dalam adalah sel seperti monokristalin efisiensi tinggi (tetapi bentuknya persegi bukannya "terpotong"), sedangkan tepi luarnya dalah polikristalin konvensional. Metode produksi ini menghasilkan sel seperti monokristalin dengan harga mirip polikristalin.<ref>Wayne McMillan, [http://btimaging.com/Downloads/bt_PV_eng-Advertorial3_Final.pdf "The Cast Mono Dilemma"] {{Webarchive}}, BT Imaging</ref>

Teknologi film tipis mengurangi jumlah bahan aktif dalam sel. Sebagian besar desain menempatkan bahan aktif di antara dua panel kaca. Karena panel surya silikon hanya menggunakan satu panel kaca, panel film tipis kira-kira dua kali lebih berat dari panel silikon kristal, meskipun mereka memiliki dampak ekologis yang lebih kecil (ditentukan dari [[analisis siklus nyala]]).<ref>{{Cite book|title=Solar Energy|last=Pearce|first=J.|last2=Lau|first2=A.|year=2002|isbn=978-0-7918-1689-9|page=181|chapter=Net Energy Analysis for Sustainable Energy Production from Silicon Based Solar Cells|doi=10.1115/SED2002-1051|chapter-url=http://www.cede.psu.edu/users/alau/ases02_net_energy_pv.pdf}}{{Pranala mati}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Edoff|first=Marika|date=March 2012|title=Thin Film Solar Cells: Research in an Industrial Perspective|journal=AMBIO|volume=41|issue=2|pages=112–118|doi=10.1007/s13280-012-0265-6|issn=0044-7447|pmc=3357764|pmid=22434436}}</ref>

Kadmium telurida adalah satu-satunya bahan film tipis sejauh ini yang mampu menyaingi silikon kristal dalam hal biaya/watt. Namun kadmium sangat beracun dan persediaan [[telurium]] ([[Ion|anion]]: "[[telurium]]") terbatas. [[Kadmium]] yang ada dalam sel akan beracun jika dilepaskan begitu saja. Namun, pelepasan tidak mungkin terjadi selama operasi normal sel dan tidak mungkin terjadi saat ada kebakaran di atap rumah.<ref name="Fthenakis 303–334">{{Cite journal|last=Fthenakis|first=Vasilis M.|year=2004|title=Life cycle impact analysis of cadmium in CdTe PV production|url=http://www.clca.columbia.edu/papers/Life_Cycle_Impact_Analysis_Cadmium_CdTe_Photovoltaic_production.pdf|journal=Renewable and Sustainable Energy Reviews|volume=8|issue=4|pages=303–334|doi=10.1016/j.rser.2003.12.001}}</ref> Satu meter persegi CdTe mengandung kira-kira jumlah Cd yang sama dengan [[baterai nikel kadmium]] sel C tunggal, dalam bentuk yang lebih stabil dan kurang terlarut.<ref name="Fthenakis 303–334" />

Tembaga indium galium selenida (CIGS) adalah bahan [[Celah pita langsung dan tidak langsung|celah pita langsung]]. Sel ini memiliki efisiensi tertinggi (~ 20%) di antara semua bahan film tipis yang signifikan dan tersedia secara komersial (lihat [[ Sel surya tembaga indium gallium selenide|sel surya CIGS]]). Metode fabrikasi tradisional melibatkan proses vakum termasuk co-evaporasi dan ''sputtering''. Perkembangan terbaru di [[IBM]] dan [[ Nanosolar|Nanosolar]] berupaya untuk menurunkan biaya dengan menggunakan proses solusi non vakum.<ref>[https://www-03.ibm.com/press/us/en/pressrelease/24464.wss "IBM and Tokyo Ohka Kogyo Turn Up Watts on Solar Energy Production"], IBM</ref>

[[ Sel film tipis silikon|Sel film tipis silikon]] terutama disimpan oleh [[Pengendapan uap kimia|deposisi uap kimia]] (biasanya ditingkatkan plasma, PE-CVD) dari gas [[silena]] dan gas [[hidrogen]]. Tergantung pada parameter deposisi, proses ini dapat menghasilkan [[silikon amorphous|silikon amorf]] (a-Si atau a-Si:H), silikon [[ Protokristalin|protokristalin]] atau [[ Silikon nanokristalin|silikon nanokristalin]] (nc-Si atau nc-Si:H), juga disebut silikon mikrokristalin.<ref>{{Cite journal|last=Collins|first=R. W.|last2=Ferlauto|first2=A. S.|last3=Ferreira|first3=G. M.|last4=Chen|first4=C.|last5=Koh|first5=J.|last6=Koval|first6=R. J.|last7=Lee|first7=Y.|last8=Pearce|first8=J. M.|last9=Wronski|first9=C. R.|year=2003|title=Evolution of microstructure and phase in amorphous, protocrystalline, and microcrystalline silicon studied by real time spectroscopic ellipsometry|journal=Solar Energy Materials and Solar Cells|volume=78|issue=1–4|page=143|doi=10.1016/S0927-0248(02)00436-1}}</ref>

Silikon amorf adalah teknologi film tipis yang paling berkembang saat ini. Sel surya silikon amorf (a-Si) terbuat dari silikon nonkristal atau mikrokristalin. Silikon amorf memiliki celah pita yang lebih tinggi (1,7 eV) dari silikon kristalin (c-Si) (1,1 eV), yang berarti sel itu cenderung menyerap bagian dari spektrum matahari yang terlihat daripada bagian spektrum [[inframerah]] dengan kepadatan daya yang lebih tinggi. Produksi sel surya film tipis-Si menggunakan kaca sebagai substrat dan menyimpan lapisan silikon yang sangat tipis dengan [[ Deposisi uap kimia yang ditingkatkan plasma|deposisi uap kimia yang ditingkatkan plasma]] (PECVD).

Silikon protokristalin dengan fraksi volume rendah silikon nanokristalin optimal untuk tegangan rangkaian terbuka tinggi.<ref>{{Cite journal|last=Pearce|first=J. M.|last2=Podraza|first2=N.|last3=Collins|first3=R. W.|last4=Al-Jassim|first4=M. M.|last5=Jones|first5=K. M.|last6=Deng|first6=J.|last7=Wronski|first7=C. R.|year=2007|title=Optimization of open circuit voltage in amorphous silicon solar cells with mixed-phase (amorphous+nanocrystalline) p-type contacts of low nanocrystalline content|url=http://me.queensu.ca/people/pearce/publications/documents/t14.pdf|journal=Journal of Applied Physics|volume=101|issue=11|pages=114301–114301–7|bibcode=2007JAP...101k4301P|doi=10.1063/1.2714507|archive-url=http://archive.wikiwix.com/cache/20090613201701/http://me.queensu.ca/people/pearce/publications/documents/t14.pdf|archive-date=13 June 2009|url-status=dead}}</ref> Nc-Si memiliki celah pita yang hampir sama dengan c-Si dan nc-Si dan a-Si secara menguntungkan dapat dikombinasikan dalam lapisan tipis, menciptakan sel berlapis yang disebut sel tandem. Sel atas berupa a-Si menyerap cahaya tampak dan meninggalkan bagian spektrum inframerah untuk sel bawah yang berupa nc-Si.

Bahan semikonduktor [[ Gallium arsenide|galium arsenida]] (GaAs) juga digunakan untuk sel surya film tipis kristal tunggal. Meskipun sel-sel GaAs sangat mahal, sel ini memegang rekor dunia dalam efisiensi untuk sel surya [[Pertemuan p-n|pertemuan tunggal]] pada 28,8%.<ref>{{Cite book|title=2012 38th IEEE Photovoltaic Specialists Conference|last=Yablonovitch|first=Eli|last2=Miller|first2=Owen D.|last3=Kurtz|first3=S. R.|year=2012|isbn=978-1-4673-0066-7|page=001556|chapter=The opto-electronic physics that broke the efficiency limit in solar cells|doi=10.1109/PVSC.2012.6317891}}</ref> GaAs lebih umum digunakan dalam [[sel fotovoltaik multipertemuan]] untuk [[fotovoltaik terkonsentrasi]] (CPV, HCPV) dan untuk [[panel surya pada wahana antariksa]], karena industri lebih menyukai efisiensi daripada biaya untuk [[tenaga surya berbasis antariksa]]. Berdasarkan literatur sebelumnya dan beberapa analisis teoritis, ada beberapa alasan mengapa GaAs memiliki efisiensi konversi daya yang tinggi. Pertama, celah pita GaAs adalah 1,43 ev yang hampir ideal untuk sel surya. Kedua, karena Gallium adalah produk sampingan dari peleburan logam lain, sel-sel GaAs relatif tidak sensitif terhadap panas dan dapat menjaga efisiensi tinggi ketika suhu cukup tinggi. Ketiga, GaAs memiliki berbagai pilihan desain. Menggunakan GaAs sebagai lapisan aktif dalam sel surya, para insinyur dapat memiliki banyak pilihan lapisan lain yang dapat menghasilkan elektron dan lubang lebih baik pada GaAs.