ELEKTRO INDONESIA             Edisi ke Dua Belas, Maret 1998
SAJIAN UTAMA 

Sel Surya Menggunakan Bahan Organik

Krisis moneter yang dialami Indonesia dewasa ini secara langsung akan membawa dampak yang semakin nyata terhadap berbagai program pemerintah seperti distribusi penggunaan tenaga listrik ke seluruh wilayah Indonesia dan berbagai pengembangan teknologi lainnya termasuk di dalamnya program riset yang merupakan embrio bagi lahirnya revolusi teknologi. Dengan realita tersebut maka pengembangan listrik tenaga surya yang berbasis kepada efek photovoltaic dari piranti Sel Surya sebagai salah satu sumber tenaga listrik yang murah, bebas polusi, dan alami menjadi suatu pilihan yang tepat. Namun realita yang ada sekarang ini penggunaan Sel Surya sebagai sumber listrik masih sangat minim dan belum bisa diandalkan sebagai suatu sumber tenaga alternatif yang dapat mengganti tenaga listrik. Hal ini disebabkan oleh beberapa faktor seperti : kemampuan Sel Surya yang belum optimal dalam menghasilkan tenaga listrik, proses pembuatan Sel yang memerlukan operasi pembiayaan yang mahal, apalagi jika Sel tersebut masih harus diimpor bagi pembuatan modul Sel Surya [1], dan lain sebagainya. Teknologi Sel Surya merupakan salah satu jenis teknologi masa depan yang hingga kini para peneliti dari berbagai negara berlomba-lomba untuk memperoleh piranti Sel Surya yang murah dengan kualitas yang rasional serta dapat dijadikan produk industri yang dapat dipasarkan. Dengan beberapa faktor tersebut di atas diharapkan juga akan semakin mendorong para peneliti Indonesia di bidang ini untuk lebih memfokuskan kemampuan membuat Sel secara riil yang kompetitif dengan berbagai cara termasuk mencari terobosan baru yang sesuai dengan kondisi di Indonesia.

Berbagai bahan inorganik telah dibuat untuk piranti Sel seperti In0.5Ga0.5P/GaAs, kristal silikon, dll dengan struktur yang komplek [2-3]. Desain Sel tersebut biasa dilakukan dengan menggunakan teknik pemendapan bahan thin film (lapisan tipis) seperti Metal Organic Chemical Vapour Deposition (MOCVD), Molecular Beam Epitaxy (MBE), Screen-printing, dll. Tentu saja beberapa keuntungan dan kerugian akan diperoleh untuk masing-masing teknik. Perlu diketahui bahwa untuk mendapatkan bahan Sel tersebut diperlukan beaya yang tidak murah juga proses pembuatannya tidak sederhana, sehingga hanya beberapa kelompok peneliti saja yang memungkinkan dapat meneliti dan membuat desain Sel tersebut. Jika ada alternatif lain untuk mendapatkan bahan dan teknik pembuatan Sel yang bisa dijangkau oleh masyarakat peneliti Indonesia maka akan semakin banyak kelompok peneliti dapat melakukannya sehingga akan terjadi kompetisi yang konstruktif bagi pengembangan teknologi tersebut. Dalam artikel ini akan diberikan contoh fenomena photovoltaic yang diperoleh dari desain Sel Surya yang dibuat menggunakan bahan organik. Bahan organik relatif mudah diperoleh di Indonesia dengan harga yang relatif murah mengingat sumber alam yang melimpah yang ada perlu untuk dioptimalkan penggunaannya. Selain itu teknik yang dipergunakan untuk memendapkan lapisan thin film bahan tersebut adalah menggunakan teknik yang relatif sederhana, tidak memerlukan teknologi yang rumit sehingga diharapkan dapat memberikan gambaran bagi variasi pengembangan pembangkit listrik tenaga surya (PLTS) di Indonesia.

Sel Surya Bahan Organik

Berbagai jenis bahan organik telah dapat dipergunakan untuk men-desain berbagai piranti seperti Sel Surya, sensor, transistor, diode, reflektor sinar-X, dan lain-lain serta yang menarik adalah prospek teknologi elektronika molekul yaitu teknologi men-desain berbagai piranti elektronika dalam skala molekul didasarkan kepada rekayasa molekul dari bahan organik dan kombinasi bahan organik-logam (organometallic) [4-6]. Banyak bahan organik yang memungkinkan untuk dibuat Sel Surya dengan beberapa kelebihan dan kekurangannya yang perlu untuk dikembangkan dari waktu ke waktu sebagai contoh adalah desain Sel menggunakan bahan Metal-free Phtalocyanine (Pc), yaitu bahan organik phtalocyanine yang memiliki struktur molekul tanpa ada ikatan logam yang dicampur dengan bahan Polyvinylacetate (PVA) menjadi senyawa baru yang untuk mudahnya diberi istilah x-H2Pc,PVA [7]. Bahan tersebut dibuat film dan dimendapkan di atas substrat dengan cara meratakannya menggunakan mata pisau tipis atau dengan teknik spin-coating. Bahan x-H2Pc sendiri merupakan bahan semikonduktor jenis p, sedangkan bahan PVA dalam desain Sel ini berfungsi sebagai pengikat antara substrat dengan bahan x-H2Pc. Spektrum serapan untuk perubahan panjang gelombang dari bahan x-H2Pc,PVA dengan ketebalan 2 m m seperti ditunjukkan pada Gambar 1. Dari spektrum tersebut dapat dilihat intensitas serapan maximum cahaya tampak oleh bahan pada panjang gelombang sekitar 670 nm.
 
Gambar 1
Gambar 1. Spektrum serapan bahan x-H2Pc,PVA terhadap
perubahan panjang gelombang
 
Dalam membuat desain Sel, bahan x-H2Pc,PVA dimendapkan di atas substrat yang terbuat dari bahan SnO2/Sb (disebut dengan NESA), sementara itu lapisan elektrode transparan (dengan persentase transmisi optik sebesar 10% - 50%) dibuat dengan memendapkan bahan aluminium (Al) di atas bahan Sel menggunakan teknik evaporation. Skema desain Sel Surya adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2
Gambar 2. Skema desain Sel Surya dengan struktur NESA / (x-H2Pc,PVA) / Al.
Karakterisasi Sel dalam keadaan gelap (tidak ada sinaran) dan sewaktu ada sinaran ditunjukkan seperti pada Gambar 3(a dan b). Selama penyinaran berlangsung, elektrode aluminium menjadi bermuatan negatif terhadap elektrode NESA. Cahaya dengan panjang gelombang 670 nm dan kerapatan tenaga sebesar 6 u W/cm2 yang disinarkan ke Sel akan diperoleh tegangan open circuit (VOC) sebesar 0.86 V dengan kerapatan arus short circuit (JSC) sebesar 1.4 u A/cm2. Nilai fill-factor (ff) Sel diperoleh sekitar 0.33. Sehingga dari karaketrisasi tersebut diperoleh nilai koefisien konversi tenaga sebesar 6.6 %. Karakteristik Sel dengan struktur NESA / (x-H2Pc,PVA) / Al bergantung kepada konsentrasi bahan x-H2Pc di dalam bahan polimer PVA, juga ketebalan film yang dibuatnya.
Gambar 3
Gambar 3. Hubungan kerapatan arus-tegangan (J-V) Sel Surya pada keadaan
(a) gelap, dan (b) sewaktu ada sinaran.

Penutup

Dari hasil karakterisasi Sel Surya menggunakan bahan x-H2Pc,PVA di atas telah diperoleh efisiensi konversi tenaga lebih besar dari 6 %. Meskipun nilai tersebut masih jauh dibandingkan dengan Sel Surya yang dibuat dengan bahan inorganik dengan struktur yang komplek, namun desain Sel tersebut dapat dikatakan relatif murah dan sederhana. Dari fenomena yang sederhana ini dapat dikembangkan kualitas piranti Sel Surya dengan mengkaji secara intensif bahan baru yang sesuai untuk Sel melalui penelitian inter-disipliner seperti bidang fisika dan kimia sehingga bisa diperoleh nilai efisiensi yang lebih tinggi lagi yang kompetitif dengan bahan inorganik.

Referensi

  1. Deni Almanda, ‘Prospek PLTS di Indonesia’, majalah ELEKTRO INDONESIA, edisi ke-10, November 1997.
  2. T. Takamoto, E. Ikeda, H. Kurita, M. Ohmori, M. Yamaguchi, dan M.J. Yang, Jpn. J. Appl. Phys., 36(part 1) No. 10, 1997, hal. 6215 - 6220.
  3. J. Szlufcik, , S. Sivothaman, J.F. Nijs, R.P. Mertens, dan R.V. Overstraeten, Proc. of The IEEE, 85(5), 1997, hal. 711 - 730.
  4. Hariyadi, ‘Elektronika Molekul’, majalah ELEKTRO INDONESIA, edisi ke-11, Januari - Pebruari 1998.
  5. F.L. Carter (editor), Molecular Electronic Devices, Marcel Dekker, New York, 1982.
  6. F.L. Carter, R.E. Siatkowski, dan H. Wohltjen (editor), Molecular Electronic Devices, North-Holland, Amsterdam, 1988.
  7. R.O. Loutfy, dan J.H. Sharp, J. Chem. Phys., 71(3), 1979, hal. 1211 - 1217.
Oleh :
Hariyadi
Dept. of Physics University of Essex Wivenhoe Park
Colchester CO4 3SQ England .
Dan Staff Pengajar Universitas Achmad Dahlan Yogyakarta

Artikel lain: Prospek Bisnis Panasbumi

[Sajian Khusus]
[KOMPUTER] [KOMUNIKASI] [ MULTIMEDIA ] [KENDALI] [ENERGI] [TUTORIAL]
Please send comments, suggestions, and criticisms about ELEKTRO INDONESIA.
Click here to send me email.
[ Halaman Muka] 
© 1996-1998 ELEKTRO Online.
All Rights Reserved.
1