Teknologi sel surya terdiri dari beberapa jenis berdasarkan material semikonduktornya, di antaranya kristal silikon, amorfous silikon, dan thin film. Kristal silikon dapat berbentuk monokristal maupun polikristal, dengan monokristal memiliki efisiensi tertinggi. Proses pembuatan sel surya kristal silikon meliputi persiapan wafer silikon, pembuatan lapisan n-type dan anti-refleksi, serta metalisasi untuk men

2. APA ITU PHOTOVOLTAIC?

3. SIAPAKAH PENEMU TEKNOLOGI INI?
Efek photovotaic di temukan
pertama kali oleh Henri Becquerel
pada tahun 1893.

4. STRUKTUR SEL SURYA
Sel surya berbasis material silikon yang juga secara umum mencakup
struktur dan cara kerja sel surya generasi pertama (sel surya silikon)
dan kedua (thin film/lapisan tipis).

5. struktur dari sel surya komersial yang menggunakan material silikon
sebagai semikonduktor. (gambar:howstuffworks)
Gambar disamping menunjukan ilustrasi sel surya
dan juga bagian-bagiannya. secara umum terdiri
dari :
1. Substrat/metal backing
Substrat adalah material yang menopang seluruh
komponen sel surya. material substrat juga harus
mempunyai konduktifitas listrik yang baik karena
juga berfungsi sebagai kontak terminal positif sel
surya, sehinga umumnya digunakan material metal
atau logam seperti aluminium atau molybdenum.
untuk sel surya dye-sensitized (dssc), substrat juga
berfungsi sebagai tempat masuknya cahaya
sehingga material yang digunakan yaitu material
yang konduktif tapi juga transparan sepertii ndium
tin oxide (ito) dan flourine doped tin oxide (fto).

6. 2. Material semikonduktor
Material semikonduktor merupakan bagian inti dari sel surya yang
biasanya mempunyai tebal sampai beberapa ratus mikrometer untuk sel
surya generasi pertama (silikon), dan 1-3 mikrometer untuk sel surya
lapisan tipis. material semikonduktor inilah yang berfungsi menyerap
cahaya dari sinar matahari. semikonduktor yang digunakan adalah material
silikon, yang umum diaplikasikan di industri elektronik. sedangkan untuk
sel surya lapisan tipis, material semikonduktor yang umum digunakan dan
telah masuk pasaran yaitu contohnya material cu(in,ga)(s,se)2 (cigs), cdte
(kadmium telluride), dan amorphous silikon, disamping material-material
semikonduktor potensial lain yang dalam sedang dalam penelitian intensif
seperti cu2znsn(s,se)4 (czts) dan cu2o (copper oxide).
Bagian semikonduktor tersebut terdiri dari junction atau gabungan dari dua
material semikonduktor yaitu semikonduktor tipe-p (material-material yang
disebutkan diatas) dan tipe-n (silikon tipe-n, cds,dll) yang membentuk p-n
junction. p-n junction ini menjadi kunci dari prinsip kerja sel surya.

7. 3. Kontak metal / contact grid
Selain substrat sebagai kontak positif, diatas sebagian material
semikonduktor biasanya dilapiskan material metal atau material
konduktif transparan sebagai kontak negatif.
4. Lapisan antireflektif
Refleksi cahaya harus diminimalisir agar mengoptimalkan cahaya
yang terserap oleh semikonduktor. oleh karena itu biasanya sel surya
dilapisi oleh lapisan anti-refleksi. material anti-refleksi ini adalah
lapisan tipis material dengan besar indeks refraktif optik antara
semikonduktor dan udara yang menyebabkan cahaya dibelokkan ke
arah semikonduktor sehingga meminimumkan cahaya yang
dipantulkan kembali.
5. Enkapsulasi / cover glassBagian ini berfungsi sebagai enkapsulasi
untuk melindungi modul surya dari hujan atau kotoran.

9. Sel fotovoltaik terdiri dari semikonduktor tipe-p dan tipe n dengan sifat listrik yang berbeda, digabungkan
bersama. gabungan antara kedua semikonduktor ini disebut p-n junction. Peran dari p-n junction ini adalah
untuk membentuk medan listrik sehingga elektron (dan hole) bisa diekstrak oleh material kontak untuk
menghasilkan listrik. Ketika semikonduktor tipe-p dan tipe-n terkontak, maka kelebihan elektron akan
bergerak dari semikonduktor tipe-n ke tipe-p sehingga membentuk kutub positif pada semikonduktor tipe-n,
dan sebaliknya kutub negatif pada semikonduktor tipe-p. Akibat dari aliran elektron dan hole ini maka
terbentuk medan listrik yang mana ketika cahaya matahari mengenai susuna p-n junction ini maka akan
mendorong elektron bergerak dari semikonduktor menuju kontak negatif, yang selanjutnya dimanfaatkan
sebagai listrik, dan sebaliknya hole bergerak menuju kontak positif menunggu elektron datang..5

11. •POLIKRISTAL (POLY-CRYSTALLINE)
Memiliki susunan kristal acak karena
dipabrikasi dengan proses pengecoran. Type ini
memerlukan luas permukaan yang lebih besar
dibandingkan dengan jenis monokristal untuk
menghasilkan daya listrik yang sama. Panel
surya jenis ini memiliki efisiensi lebih rendah
dibandingkan type monokristal, sehingga
memiliki harga yang cenderung lebih murah.

12. •MONOKRISTAL (MONO-CRYSTALLINE)
Silikon monocrystalin merupakan silikon yang tersusun
atas saatu kristal digunakan sebagai bahan dasar dari
bagian semikonduktor pada microchip, processor,
transistor, memori dan sebagainya. Sehingga panel yang
paling efisien, menghasilkan daya listrik persatuan luas
yang paling tinggi. Memiliki efisiensi sampai dengan
15% Sayangnya, panel jenis ini adalah tidak dapat
bekerja optimal ditempat dengan cahaya mataharinya
kurang (teduh), efisiensinya akan turun drastis dalam
cuaca berawan, ditambah dengan bahan dan proses
pembuatannya yang relatif mahal.

13. •AMORPHOUS
Silikon Amorf (a-Si) telah digunakan sebagai bahan
sel photovoltaic untuk kalkulator selama beberapa
waktu.Meskipun mempunyai kinerja yang lebih
rendah dibandingkan sel surya tradisional c-Si, hal
ini tidak penting dalam kalkulator, yang
menggunakan daya sangat rendah.
Teknologi terbaru saat ini dengan perbaikan dalam
teknik konstruksi telah membuat a-Si lebih menarik
sebagian besar wilayah pemanfaatan sel surya.
Disini efisiensi yang lebih tinggi dapat dicapai
dengan menyusun beberapa sel tipis-film di atas satu
sama lain, masing-masing sesuai untuk bekerja
dengan baik pada frekuensi cahaya tertentu.

15. •CRYSTAL SILICON
Sejarah panjang perkembangan teknologi
dalam pemakaian silikon telah menghasilkan
kualitas material yang tinggi. Keuntungan
dari silikon sebagai bahan fotovoltaik
meliputi pasokan berlimpah, toksisitas
rendah, biaya yang cukup rendah, dan teknik
fabrikasi terukur. Hanya saja crystal silicon
ini berpotensi memiliki resiko inheren
seperti blackbody radiation dan hilangnya
spektrum sehingga untuk meningkatkan
efisiensinya sulit.

16. •THIN FILMS
Teknologi berbasis silikon menyumbang 92% dari semua produksi fotovoltaik secara global. Sebanyak 8% terdiri dari thin
films terdiri dari satu atau lebih lapisan tipis bahan fotovoltaik yang disimpan ke substrat seperti plastik atau kaca.
Kelebihan thin films :
1. Memiliki efisiensi yang lebih rendah daripada sel surya silikon kristal tunggal
2. Menghemat biaya dengan menggunakan lebih sedikit material
3. Koefisien penyerapan yang tinggi
Sayangnya dominasi pasar bagi jenis thin-film masih jauh dibawah jenis wafer yakni dengan wafer silikon kristal tunggal
dan poli kristal mendominasi lebih dari 84% sel surya yang ada dipasaran

17. Multi-juctions merupakan konsep dari solar cell
yang memanfaatkan semua panjang gelombang.
Solar cell ini dapat memiliki maksimal efisiensi
teori sebesar 86%.
Konsep solar cell ini adalah harmonisasi dari
banyak material semi konduktor yang dapat
memanfaatkan panjang gelombang matahari yang
berbeda-beda. Material yang digunakan harus lah
cocok permukaannya satu sama lain. Oleh karena
itu metode yang digunakan untuk memproduksi
materialnya adalah metal-organic chemical vapor
deposition (MOCVD).
•MULTI-JUNCTIONS

18. Di bawah ini keterangan material yang cocok digunakan untuk kombinasi
solar cell multi-junction.

19. •ORGANIC AND DYE SENSITIZED SOLAR CELLS
DSSC ini pertama kali ditemukan oleh Michael Gratzel dan
Brian O’Regan pada tahun 1991 di École Polytechnique
Fédérale de Lausanne, Swiss. DSSC merupakan sel surya
fotoelektrokimia sehingga menggunakan elektrolit sebagai
medium transport muatan.
DSSC terbagi menjadi beberapa bagian yang terdiri dari :
1. nanopori TiO2
2. molekul dye yang teradsorpsi di permukaan TiO2
3. katalis yang semuanya dideposisi diantara dua kaca
konduktif
DSSC itu sendiri merupakan bahan semikonduktor yang
terkenal dengan harga yang terjangkau akan tetapi,
penggunaan dari bahan bahan kimia dalam proses
pembuatannya dapat membahayakan pada proses
fabrikasinya, serta memiliki ketidakstabilan temperatur.

21. • 1. PEMESANAN DAN SPESIFIKASI SILIKON WAFER YANG DIBUTUHKAN
Pembuatan sel surya silikon ini bermula dari pemesanan silikon khusus untuk aplikasi
sel surya yang dikenal sebagai “cz-si wafers (czochralski silicon wafers) di mana cz
merupakan proses utama pembuatan silikon wafer dari bijih silikon. yang disebut
dengan khusus ialah silikon wafer ini telah dimodifikasi menjadi silikon p-type dari
pabrikan. silikon wafer untuk sel surya ini berbentuk bujur sangkar dengan sudut yang
diratakan, sebagaimana ditunjukkan pada di bawah. dimensi silikon wafer ini ialah 10-
15 cm dengan ketebalan antara 200-350 micron (0.2-0.35 mm).

22. • 2. PEMBERSIHAN PERMUKAAN SILIKON WAFER.
• 3. TEKSTURISASI PERMUKAAN SILIKON WAFER
Agar silikon wafer yang dipergunakan dapat secara optimal menyerap
sinar matahari, pada umumnya permukaan silikon diberi perlakuan
khusus berupa teksturisasi dengan menggunakan larutan basa NaOH
atau KOH dengan konsentrasi, temperatur maupun lama perlakuan
tertentu dengan mencelupkan wafer ke dalam laruan tersebut,
permukaan silikon menjadi kasar dengan tekstur menyerupai piramida.
tekstur wafer seperti piramida ini dapat mengurangi pemantulan sinar
matahari yang datang serta meningkatkan penyerapan sinar matahari
oleh permukaan wafer
Silikon wafer yang dipesan ini memiliki tipikal permukaan yang
sangat kasar akibat pemotongan atau pengerjaan selama di pabrik
pembuatan wafer. untuk itu, permukaan silikon di etch (dikikis)
dengan menggunakan larutan asam atau basa cukup dengan
merendam silikon wafer ke dalam larutan tersebut, maka
permukaan silikon wafer kira-kira sedalam 10 mikron akan terkikis
secara merata.

23. • 4. DIFUSI FOSFOR DAN PEMBUATAN LAPISAN N-TYPE SILIKON
Fosfor dikenal luas sebagai elemen tambahan (dopant) untuk membuat semikonduktor silikon berjenis n atau
silikon n-type setelah proses teksturisasi, silikon wafer ini dimasukkan ke dalam dapur pemanas bertemperatur
tinggi yang dilengkapi dengan larutan POCl3 sebagai sumber fosfor dengan meniupkan gas inert nitrogen ke
dalam larutan, maka uap fosfor akan keluar dan dapat dialirkan ke dalam dapur suhu di dalam furnace dijaga
sekitar 900-9500 derajat C sehingga uap fosfor tersebut dapat berdifusi masuk ke dalam silikon melalui sisi sisi
permukaannya. proses difusi biasanya dihentikan setelah 10-15 menit hingga terbentuknya lapisan silikon n-
type di permukaan silikon dengan ketebalan lapisan sekitar 10-20 micron. lapisan n-type ini berfungsi sebagai
pelengkap sambungan p-n pada struktur sel surya dan lapisan konduktif yang mengalirkan elektron ke
rangkaian listrik.

24. •5. PENGHILANGAN LAPISAN SILIKON N-TYPE PADA BAGIAN SISI WAFER
Sebagaimana ditunjukkan pada gambar 4, lapisan silikon n-type terdapat pula di bagian sisi wafer
yang bila ini terjadi maka ia dapat menghubungkan dua permukaan wafer untuk itu lapisan silikon
n-type di sisi wafer perlu dihilangkan dengan memotong lapisan tersebut atau yang lebih presisi
ialah dengan menggunakan plasma yang mengikis habis lapisan silikon n-type ini.

25. •6. PEMBUATAN LAPISAN ANTI-REFLEKSI
Selain teksturisasi untuk memaksimumkan penyerapan sinar matahari, maka penggunaan lapisan anti-
refleksi (anti-reflection coating/arc) di atas lapisan silikon n-type. lapisan arc ini merupakan lapisan
transparan/tembus cahaya yang dapat meneruskan sinar matahari yang jatuh di permukaan wafer namun
tidak memantulkannya. indeks refraksi lapisan arc yang besar ini-lah yang menyebabkan ia tidak
memantulkan sinar matahari. material untuk arc ini biasanya ialah tio2 /titanium dioksida atau
magnesium fluorida (Mgf2). teknik pembuatannya dapat memanfaatkan teknik penguapan kimia
(chemical vapor deposition/cvd) yang mereaksikan uap senyawaan titanium atau magnesium organik
yang dicampur dengan uap air pada suhu yang relatif rendah yakni 2000c.

26. •7. METALISASI
Agar dapat dihubungkan dengan kabel, silikon diberi lapisan
metal yang konduktif sehingga dapat mengalirkan elektron/hole
dari sel surya. logam yang cocok untuk bertuas sebagai
konduktor ini ialah ag (perak). ia memiliki sifat konduktifitas
yang tinggi, memiliki daya rekat ke silikon wafer yang sangat
baik serta berdaya tahan tinggi. perak yang dipasang di silikon
wafer sangat tipis dan pemasangannya menggunakan metode
screen printing. pasta larutan perak dioleskan di atas sebuah
pola dengan bagian bagin tertentu yang memungkinkan pasta
larutan perak mengisi permukaan wafer. setelah selesai
dioleskan di atas wafer, dengan pemanasan dan pengeringan
100-2000c, pasta akan mengering. proses metalisasi ini
dikerjakan pula di bagian belakang silikon wafer

27. •8. PEMANASAN (CO-FIRING)
Pemanasan pada suhu yang tinggi diperlukan untuk memantapkan lapisan metal konduktif karena masih
terdapatnya residu/bahan bahan sisa organik selama pengeringan pada suhu rendah. Pada pemasan yang
lebih tinggi, perak sebagai komponen konduktif menjadi semakin padat dan mampu mempenetrasi lapisan
arc dan akhirnya menyentuh lapisan silikon n-type tanpa merusak lapisan arc sendiri. Hingga tahap ini,
komponen sel surya sudah secara utuh terbuat.

28. • 9. Pengujian dan pemilihan sel
Ini ialah tahap akhir dari pembuatan sel surya yakni menguji sel dan memeriksa
efisiensi sel maupun akititas quality control lainnya.
• 10. Enkapsulasi dan pembuatan modul sel.
Sebagaimana disebutkan di awal, sel surya hanya berukuran 10×10 atau 15×15 cm.
Agar sel dapat dipergunakan, dan menghasilkan daya yang bias dipasarkan, sel
dirangkai menjadi sebuah modul yang lebih besar dan tersusun atas 20-30 sel.
Dalam tahap ini, proses enkapsulasi modul dengan kaca/plastik dan pemasangan
frame aluminum dikerjakan hingga siap untuk dipakai (lihat gambar modul surya
di bawah). Tanpa enkapsulasi yang berfungsi pula sebagai pelindung sel surya
terhadap lingkungan luar, sel atau modul tidak dapat dimanfaatkan secara optimal.

29. KEUNGGULAN PENGUNAAN PANEL SURYA
- Panel surya ramah lingkungan dan tidak memberikan kontribusi terhadap perubahan iklim pada
kasus penggunaan bahan bakar fosil karena panel surya tidak memancarkan gas rumah kaca yang
bernahaya seperti karbon dioksida
- Panel surya memanfaatkan energi matahari dan matahari adalah bentuk energi paling berlimpah
yang tersedia di planet kita
- Panel surya mudah dipasang dan memiliki iaya pemeliharaan yang sangat rendah karena tidak ada
bagian yang bergerak
- Panel surya tidak memberikan kontribusi terhadap polusi suara dan bekerja sangat dia
- Harga panel surya terus turun meskipun masih harus bersasing dengan bahan bakar fosil
- Panel surya tidak kehilangan banyak efisiensi dalam masa pakai mereka lebih dari 20 tahun
- Masa pakainya yang panjang mencapai 20 – 30 tahun menggaransi penggunaannya akan
menghemat biaya energi dala, jangka panjang pula

30. KELEMAHAN PENGGUNAAN SEL SURYA
- Panel surya masih relatif mahal, bahkan meskipun setelah banyak mengalami penurunan harga.
Harga panel rumah saat ini kira – kira 12000% - 18000%
- Panel surya masih perlu meningkatkan efisiensi secara signifikan karean banyak sinar matahari
terbuang sia sia menjadi panas. Rata – rata panel surya saat ini mencapai efisiensi kurang dari 20%
- Jika tidak terpasang dengan baik dapat terjadi overheating pada panel surya
- Panel surya terbuat dari beberapa bahan yang tidak ramah lingkungan
- Daur ulang panel surya yang tak terpakai lagi dapat menyebabkan kerusakan lingkungan jika tidak
dilakukan dengan hati hati karena silikon, selenium ,kadmium, dan sulfur hekafluorida (merupakan
gas rumah kaca), kesemuanya dapat diterumakn di panel surya dan bisa menjadi sumber pencemaran
selama proses daur ulang
- Memiliki ketergantungan pada cuaca. Saat mendung kemampuannya berkurang
- Memerlukan area yang luas untuk pemasangan modul surya untuk mendapatkan daya keluaran yang
tinggi. Panel surya memiliki efisiensi yang rendah dibanding pembangkit lainnya