Tenaga surya terbukti paling murah, dan riset kami menemukan teknologi yang membuatnya lebih murah lagi

Peristiwa cuaca ekstrem baru-baru ini telah menekankan pentingnya mengurangi emisi karbon dioksida yang meningkatkan suhu global. Transisi cepat dari ekonomi energi ke sumber energi terbarukan diperlukan untuk merealisasikan target pengurangan emisi. Sumber energi terbarukan yang termurah adalah panel surya. Penelitian kami yang baru terbit menunjukkan cara untuk menurunkan biaya penggunaan panel surya dengan menggunakan bahan silikon yang lebih murah dengan tingkat efisiensi tinggi.

Australia telah selangkah lebih maju dalam instalasi panel surya, tetapi perjalanan tenaga surya kita baru saja dimulai. Tahun ini, umat manusia mencapai tonggak sejarah dengan 1 terawatt (TW ) – 1 juta x 1 juta watt – kapasitas surya terpasang. Namun, para ahli memperkirakan bahwa 70TW fotovoltaik mungkin diperlukan pada tahun 2050 untuk mendukung semua sektor ekonomi.

Untuk membantu mendorong penyerapan fotovoltaik surya yang cepat ini, kita membutuhkan panel surya dengan efisiensi tinggi dan biaya rendah. Selama sepuluh tahun terakhir, beberapa desain sel surya baru telah menghasilkan efisiensi dengan rekor tertinggi. Namun, desain ini juga membutuhkan bahan berkualitis tinggi yang membuatnya lebih mahal.

Penelitian terbaru kami menemukan jenis silikon yang dibutuhkan untuk membuat sel surya dengan efisiensi tinggi.

Lire la suite: Australia is the runaway global leader in building new renewable energy

Tidak semua silikon sama

Lebih dari 95% panel surya terbuat dari silikon. Silikon yang digunakan untuk membuat sel surya mirip dengan yang digunakan dalam chip komputer. Pada dasarnya adalah pasir yang sangat murni.

Untuk membuat sel surya bekerja, kita perlu membentuk medan listrik agar semua arus yang dihasilkan dapat mengalir dalam satu arah. Hal ini dilakukan dengan menambahkan atom pengotor ke dalam silikon. Proses ini dikenal sebagai “doping.”

Dalam manufaktur panel komersial, jenis silikon yang paling umum digunakan adalah silikon “tipe p.” Material ini di-doping dengan atom yang memiliki satu elektron lebih sedikit daripada silikon, seperti boron atau yang lebih baru, galium.

Lapisan sangat tipis pada permukaan yang penuh dengan atom kemudian dapat disambungkan dengan silikon “tipe n.” Menempatkan kedua jenis silikon ini secara bersamaan akan membentuk “pertemuan p-n.” Wilayah tipe-p dan wilayah tipe-n memiliki perbedaan besar dalam jumlah elektron. Ini memaksa elektron untuk bergerak cepat dan menciptakan medan listrik yang menggerakkan arus di sel surya kita.

Panel surya konvensional pada atap yang dapat ditemukan di Australia saat ini dibuat menggunakan silikon tipe p karena harganya sekitar 10% lebih murah daripada silikon tipe n yang diolah dengan fosfor.

Lire la suite: The sunlight that powers solar panels also damages them. 'Gallium doping' is providing a solution

Efisiensi lebih tinggi membutuhkan biaya

Para peneliti terus berusaha untuk meningkatkan efisiensi panel surya agar dapat menghasilkan lebih banyak daya bagi konsumen. Pada tahun 2017, rekor efisiensi 26,7% dicapai untuk sel surya silikon. Beberapa bulan lalu, LONGi Solar mengumumkan efisiensi 26,5% - sangat mendekati rekor dunia - untuk jenis sel surya sejenis yang dibuat di pabrik, bukan di laboratorium.

Jenis sel surya ini disebut “heterojungsi berbasis silikon.” Elemen khusus sel surya heterojungsi berbasis silikon adalah permukaannya ditutupi lapisan yang sangat tipis – sekitar 1.000 kali lebih tipis dari rambut manusia – dari silikon amorf. Lapisan tipis ini menghaluskan permukaan dan mengurangi hilangnya energi dalam jumlah banyak.

Sanyo mengembangkan desain sel ini pada tahun 1990-an. Pada saat itu, penghantar silikon tipe n berkualitas tinggi digunakan untuk membuat sel heterojungsi berbasis silikon, meskipun penghantar ini lebih mahal.

Alasan utamanya adalah bahwa sinar matahari menurunkan kualitas penghantar tipe p yang lebih murah. Namun, pemahaman mengenai fenomena ini dan cara mengatasinya telah jauh berkembang sejak tahun 1990-an.

Penemuan kami

Selama 30 tahun terakhir, semua sel surya heterojungsi berbasis silikon, termasuk sel-sel pemecah rekor, telah dibuat menggunakan penghantar silikon tipe n. Dalam proyek penelitian kami, kami ingin menguji jika wafer tipe p yang lebih murah juga dapat digunakan.

Melalu pengujian komprehensif, kami menemukan bahwa sel surya heterojungsi yang dibuat dengan silikon tipe p tidak bekerja dengan baik. Hal ini membingungkan kami. Namun, suatu hari kami menyadari sebuah hal secara tiba-tiba.

Kami menyadari bahwa paparan pencahayaan ruangan yang tidak disengaja hanya selama sepuluh detik sebelum pengujian mengurangi tegangan sel tipe p sebanyak 30mV. Ini dapat mengurangi efisiensinya sebesar 1 persen, yaitu dari 22% menjadi 21%. Akibatnya, sel-sel kami bekerja jauh lebih buruk dari yang diharapkan. Sama seperti seseorang dengan alergi parah yang lebih sensitif terhadap serbuk sari di musim semi, kami menyadari bahwa sel surya heterojungsi berbasis silikon efisiensi tinggi yang dibuat dengan penghantar tipe p jauh lebih sensitif terhadap degradasi yang disebabkan oleh cahaya.