Selama ini mungkin kita hanya akrab dengan solar cell berbahan utama silicon sebagai semikonduktor. Padahal, di luar dari silicon, masih banyak bahan yang sesuai untuk semikonduktor pada solar cell. Selain dari sisi bahan baku, struktur kristal solar cell juga sudah banyak dikaji. Semua kajian material ini dilakukan untuk memenuhi tuntutan ekonomi solar cell. Berikut ini disajikan beberapa tipe solar cell dengan struktur kristal dan material yang berbeda – beda.
Solar Cell dengan Efisiensi Tertinggi pada Skala Lab
Sumber: Solar Cell and Their Application
Pada dasarnya terdapat 3 struktur kristal pada solar cell. Tipe pertama adalah model crystalline. Model ini merupakan model yang paling pertama dikembangkan. Ketiga tipe ini meliputi crystalline, polycrystalline, dan amorphous. Masing-masing tipe memiliki struktur dengan ciri dan performa yang berbeda.
Tipe crystalline mimiliki ciri rangkaian atom atau molekul teratur berulang dengan orde tinggi (lattice)
sehingga menyusun unit – unit blok berulang. Tipe ini merupakan tipe
yang paling pertama dikembangkan. Bahkan, tipe ini masih banyak
digunakan saat ini. Solar cell dengan tipe film ini memiliki umur alat yang lebih panjang dari pada tipe polycrystalline dan amorphous.
Terdapat 14 tipe kisi kristal di alam. Dari 14 tipe yang ada terdapat 4
tipe yang umum untuk semikonduktor. Keempat tipe tersebut meliputi Simple Cubic (SC), Face Centered Cubic (FCC), Body Centered Cubic (BCC), dan Simple Hexagonal (SH). Keempat struktur ini digambarkan sebagai berikut.
Empat Struktur Kristal Paling Umum untuk Kebutuhan Solar Cell
Poly crystalline solid berbeda dari single crystal solid. Polycrystalline tersusun atas beberapa single crystal dengan orientasi kisi yang berbeda. Antara kristal tunggal dengan orientasi berbeda satu dengan yang lain dipisahkan oleh grain boundaries. Keberadaan grain boundary ini mempengaruhi pergerakan elektron antar kisi pada solid juga kemampuan absorpsi energi surya. Selain itu dari segi harga, fabrikasi polycrystalline lebih mudah dan terjangkau dibanding single crystal. Untuk itu pengadaan film poly crystalline untuk solar cell menjadi marak sejak ia ditemukan pada tahun 1954. Beberapa contoh produk tipe ini antara lain CdS/Cu2S, CIS (Copper Indium Selenide), Polycrystalline Silicon, pc-CuIn(Ga)Se2, Thin Film Cadmium Telluride, dsb.
Film sel surya dengan struktur polycrystalline diklasifikasikan dalam 4 kategori, yaitu nano particle, nanocrystalline material, microcrystalline material, dan multicrystalline atau semi-crystalline material. Spesifikasi untuk keempat kategori ini ditunjukkan table berikut.
Klasifikasi untuk Struktur Polycrystalline
Amorphous solids merupakan material yang tidak
memiliki keteraturan struktur sama sekali. Material ini tidak memiliki
orde struktur yang panjang. Karena ketidakteraturan yang tinggi ini
sulit untuk mengidentifikasi sifat dari material amorphous. Contoh produk ini adalah Amorphous Silicon.
Dari sisi operasional, meski umur pakai dari kristal dengan sistem crystalline lebih panjang seringkali sistem polycrystalline dan amorphous memiliki daya serap chaya yang lebih baik dari struktur crystalline. Untuk itu sistem polycrystalline dan amorphous saat ini banyak dikembangkan untuk sel surya tipe thin film.
Ketebalan dari film dengan kedua struktu ini mampu mereduksi ketebalan
film hingga tiga kali lipat ketebalan film dengan struktur crystalline
dengan demikian harga material untuk fabrikasi akan menjadi lebih
rendah. Selain itu proses fabrikasi untuk menghasilkan struktur solid
dengan keteraturan kualitas crystalline juga memerlukan biaya tinggi.
Meski demikian, bukan berarti sistem crystalline tidak memiliki keunggulan disbanding kedua struktur lainnya. Struktur crystalline selain lebih awet karena kisi tidak mengalami beban akumulasi energi pada grain boundary seperti polycrystalline,
juga memiliki efisiensi konversi energy yang lebih tinggi. Umumnya
efisiensi energi yang dicapai pada operasi normal hampir 20 %. Efisiensi
konversi yang dicapai sistem polycrystalline dan amorphous pada umumnya masih di bawah 10 %.
