A sel surya adalah alat yang mengubah sinar matahari langsung menjadi energi listrik. Konversi ini dicapai dengan memanfaatkan efek fotovoltaik dalam bahan semikonduktor, biasanya silikon. Sel surya adalah komponen kunci dari teknologi energi terbarukan dan banyak digunakan dalam sistem tenaga surya.
Artikel berikut akan memberi Anda gambaran tentang sejarah sel surya pengembangan dan akan menyoroti catatan efisiensi utama hingga saat ini.
Daftar Isi
Perkembangan sel surya
Klasifikasi
Efisiensi sel surya
Rekor dunia untuk sel surya selama bertahun-tahun
Perbedaan antara efisiensi laboratorium dan komersial
Tren utama dalam teknologi sel surya
Membungkus
Perkembangan sel surya
Sejarah dari sel surya berasal dari akhir tahun 1800-an, ketika para ilmuwan menemukan bahwa bahan PV tertentu dapat menghasilkan arus listrik ketika terkena cahaya. Namun baru pada tahun 1954 Bell Labs berhasil mengembangkan sel surya silikon praktis pertama. Pada tahun 1960-an, sel surya mulai digunakan untuk pasokan energi di pesawat ruang angkasa, sehingga memacu pengembangan lebih lanjut teknologinya.
Komersialisasi dan pemasyarakatan dimulai pada tahun 1970an, dengan munculnya krisis energi, sel surya mendapat perhatian lebih sebagai sumber energi terbarukan. Kemajuan teknologi dan biaya produksi yang lebih rendah memungkinkan sel surya mulai digunakan secara luas dalam aplikasi komersial dan residensial.
Klasifikasi
Silikon monokristalin sel surya: mereka terbuat dari kristal silikon tunggal dan lebih efisien tetapi relatif mahal. Mereka biasanya memiliki efisiensi konversi energi yang tinggi dan masa pakai yang lama.
Silikon polikristalin sel surya: terbuat dari beberapa kristal silikon kecil, efisiensinya sedikit lebih rendah dibandingkan silikon monokristalin, namun harganya lebih murah.
Film pendek sel surya: Silikon amorf atau bahan lain (misalnya CdTe, CIGS) dilapisi lapisan yang sangat tipis pada substrat. Sel-sel ini lebih murah, tetapi biasanya kurang efisien dibandingkan sel silikon kristal.
New sel surya: Ini termasuk sel surya organik, sel surya kalkogenida, dll., yang mungkin menawarkan biaya produksi lebih rendah dan kemungkinan penerapan baru. Sel kalkogenida, khususnya, dapat membawa terobosan baru.
Efisiensi sel surya
Sel surya efisiensi adalah metrik utama seberapa efisien sel surya mengubah sinar matahari menjadi listrik. Secara khusus, ini adalah rasio daya listrik yang dihasilkan sel surya dengan daya yang diterimanya dari radiasi matahari. Dengan kata lain menggambarkan seberapa besar energi matahari yang diserap sel surya diubah secara efisien menjadi energi listrik.
Pentingnya efisiensi sel surya
keluaran daya: semakin tinggi efisiensinya, semakin banyak listrik yang dapat dihasilkan oleh sel surya berukuran sama dalam kondisi cahaya yang sama.
Efektivitas biaya: Peningkatan efisiensi mengurangi biaya satuan listrik tenaga surya, menjadikan tenaga surya lebih kompetitif secara ekonomi.
Pemanfaatan ruang: Sel surya berefisiensi tinggi dapat menghasilkan lebih banyak listrik dalam ruang terbatas, yang sangat penting untuk aplikasi dengan ruang terbatas seperti tata surya atap atau instalasi kecil.
Proses peningkatan efisiensi
Perkembangan sel surya dapat dibagi menjadi tiga tahap, yang masing-masing tahap memiliki terobosan teknologi tersendiri:
Fase I: Sel surya silikon kristal
Tahap pertama sel surya terutama didasarkan pada bahan silikon monokristalin dan polikristalin. Sel surya silikon komersial awal memiliki efisiensi sekitar 6%, namun dengan kemajuan teknologi, sel silikon monokristalin modern telah mampu mencapai efisiensi lebih dari 22% dalam kondisi laboratorium.
Proses pencapaian: Peningkatan efisiensi terutama disebabkan oleh kemajuan teknologi dalam kemurnian silikon, optimalisasi struktur kisi, pengurangan reflektifitas, perbaikan desain elektroda, dan pengurangan kehilangan energi di dalam sel.
Fase II: Sel surya film tipis
Ini sel surya termasuk tembaga indium galium selenida (CIGS), kadmium telurium (CdTe) dan sel surya silikon amorf. Efisiensi awal sel film tipis ini rendah, umumnya sekitar 10%, namun seiring dengan perkembangan bahan dan teknologi proses, efisiensi laboratorium sel CIGS dan CdTe telah melampaui 23%.
Hal ini terutama dicapai dengan meningkatkan kemampuan penyerapan cahaya bahan film tipis, meningkatkan efisiensi pengangkutan pembawa dan mengoptimalkan struktur sel.
Fase III: Sel surya kalsium titanit
Kalsium titanit sel surya adalah kelas sel surya dengan pertumbuhan tercepat dalam beberapa tahun terakhir. Sejak laporan pertamanya pada tahun 2009, efisiensinya telah meningkat pesat dari awalnya 3.8% menjadi lebih dari 33.9% saat ini.
Peningkatan efisiensi yang pesat disebabkan oleh keunggulan unik bahan kalkogenida, seperti koefisien penyerapan cahaya yang tinggi, celah pita yang dapat disesuaikan, dan proses fabrikasi yang sederhana.
Rekor dunia untuk sel surya selama bertahun-tahun
Tahap pengembangan yang baru lahir (2009~2012)
2009, efisiensi konversi energi 3.5%: Ilmuwan Jepang Miyasaka menggunakan bahan kalkogenida untuk sel surya peka warna sebagai bahan penyerap cahaya, namun bahan tersebut menjadi tidak stabil dan rusak setelah beberapa menit.
2011, efisiensi konversi energi 6.5%: Nam-Gyu Park, Universitas Sungkyunkwan, Korea Selatan, meningkatkan teknologi sel surya kalkogenida, sehingga meningkatkan efisiensi konversi fotolistrik secara drastis, namun bahan tersebut masih tidak stabil karena elektrolit cair masih digunakan, dan efisiensinya berkurang sebesar 80% setelahnya. beberapa menit.
2012, efisiensi konversi energi 10%: Kelompok Universitas Oxford Henry Snaith memperkenalkan bahan transportasi Spiro-OMeTA, menyadari keadaan padat sel kalkogenida, semakin meningkatkan efisiensi konversi dan kinerja fotovoltaik tidak jelas membusuk setelah 500 jam, menunjukkan kinerja stabilitas yang sangat baik.
Tahap pengembangan awal (2012~2015)
Dalam 2012, Henry Snaith dari Universitas Oxford mengganti TiO2 di dalam sel dengan aluminium (A1203), dan sejak itu kalsit tidak hanya menjadi lapisan penyerap cahaya di dalam sel, tetapi juga berfungsi sebagai bahan semikonduktor untuk mentransfer muatan listrik.
Dalam 2013, chalcogenide terpilih sebagai salah satu dari 10 terobosan ilmiah teratas di Science 2013.
Pada tahun 2015, efisiensi konversi energi sebesar 15%: Tiongkok, Jepang, dan Swiss bekerja sama untuk membuat sel surya chalcogenide dengan area luas (wilayah kerja lebih dari 1 CM2), yang disertifikasi oleh otoritas internasional.
Tahap perkembangan pesat (2016-sekarang)
2016, efisiensi konversi energi 19.6%: Kelompok Prof. Gratzel di Institut Teknologi Federal Swiss di Lausanne meningkatkan efisiensi bersertifikat menjadi 19.6%.
2018, efisiensi konversi energi 23.7%: Institut Penelitian Semikonduktor dari Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok mengusulkan pasivasi garam organik pada cacat permukaan kalkogenida, yang secara berturut-turut meningkatkan efisiensi konversi menjadi 23.3% dan 23.7%.
2021, efisiensi konversi energi 29.8%: Helmholtz Center Berlin (HZB) mengembangkan efisiensi konversi baterai tandem kalkogenida sebesar 29.8%, melebihi batas efisiensi sambungan heterogen (HJT), TOPCon, dan teknologi silikon kristal lainnya.
2022, efisiensi konversi energi sebesar 31.3%: Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) dan Pusat Elektronika dan Mikroteknologi Swiss (CSEM) telah menciptakan sel fotovoltaik bertumpuk silikon kalkogenida dengan efisiensi konversi 31.3%.
2023, efisiensi konversi energi 33.9%: Efisiensi sel tumpuk silikon-kalsit kristal yang dikembangkan secara independen oleh LONGi Green Energy Technology Co. Tiongkok mencapai 33.9%, melampaui batas efisiensi teoritis Shockley-Quayther (SQ) sebesar 33.7% untuk sel sambungan tunggal.
Perbedaan antara efisiensi laboratorium dan komersial
Efisiensi laboratorium dan efisiensi komersialisasi adalah dua metrik berbeda untuk mengevaluasi kinerja sel surya, dan terdapat beberapa perbedaan utama di antara keduanya:
Efisiensi laboratorium
Definisi:
Efisiensi laboratorium merupakan efisiensi maksimum dari a sel surya diukur dalam kondisi laboratorium ideal. Hal ini biasanya melibatkan kondisi pengujian standar (STC) seperti intensitas cahaya spesifik (1000 W/m²), distribusi spektral tertentu, dan suhu tetap (biasanya 25°C).
karakteristik:
Efisiensi laboratorium biasanya diukur dalam kondisi pengujian optimal yang diatur untuk memaksimalkan kinerja sel.
Efisiensi tersebut biasanya diukur untuk sel individual atau sampel sel kecil, bukan untuk keseluruhan panel atau sistem surya.
Efisiensi laboratorium mencerminkan batas atas potensi teknis sel surya.
Efisiensi komersialisasi
Definisi:
Efisiensi komersialisasi adalah efisiensi rata-rata sel surya atau panel surya yang benar-benar diproduksi dan dipasarkan. Ini adalah tingkat kinerja yang diharapkan konsumen saat membeli dan menggunakan sistem sel surya.
karakteristik:
Efisiensi komersialisasi biasanya lebih rendah dibandingkan efisiensi laboratorium karena harus memperhitungkan berbagai faktor praktis dalam proses produksi massal, seperti variasi bahan, toleransi produksi, dan keandalan jangka panjang.
Efisiensi ini diukur dalam kondisi yang mendekati kondisi pengoperasian sebenarnya, termasuk variasi suhu, kondisi cahaya, dan kemungkinan naungan.
Efisiensi yang dikomersialkan lebih mencerminkan kinerja sebenarnya sel surya dalam penggunaan sehari-hari.
Perbedaan
Efisiensi: Efisiensi laboratorium biasanya lebih tinggi dibandingkan efisiensi komersial karena diperoleh dalam kondisi ideal.
Aplikasi: Efisiensi laboratorium lebih banyak digunakan dalam penelitian dan pengembangan untuk mendorong terobosan teknologi baru; sedangkan efisiensi yang dikomersialkan berfokus pada kinerja produk aktual dan daya saing pasar.
Biaya: Ketika efisiensi komersial tercapai, biaya produksi dan kelayakan produksi skala besar juga perlu dipertimbangkan, yang biasanya tidak menjadi pertimbangan utama dalam penentuan efisiensi laboratorium.
Tren utama dalam teknologi sel surya
Terobosan masa depan dalam sel surya teknologi berpusat pada peningkatan efisiensi, pengurangan biaya, peningkatan daya tahan dan adaptasi terhadap kebutuhan beragam aplikasi. Berikut ini adalah gambaran rinci mengenai tren-tren tersebut:
Peningkatan efisiensi konversi energi
Sel surya multi-persimpangan: Dengan menumpuk material semikonduktor dengan celah pita yang berbeda, sel surya multi-persimpangan dapat menyerap sinar matahari dalam rentang yang lebih luas, sehingga meningkatkan efisiensi secara keseluruhan. Lebih banyak sel surya dengan sambungan rangkap tiga dan bahkan sambungan empat kali lipat mungkin akan terlihat di masa depan.
Kombinasi kalkogenida dan silikon: Kombinasi sel surya kalkogenida dengan sel silikon konvensional untuk membentuk sel surya hibrida atau sel surya bertumpuk dapat menawarkan efisiensi lebih tinggi dan respons spektral yang lebih baik.
Mengurangi biaya dan meningkatkan keberlanjutan
Peningkatan skala produksi: Biaya produksi sel surya diperkirakan akan semakin menurun seiring dengan semakin matangnya teknologi dan peningkatan skala produksi yang dapat diwujudkan.
Bahan terbarukan: Penelitian dan pengembangan bahan yang lebih ramah lingkungan dan dapat didaur ulang serta mengurangi ketergantungan pada bahan langka dan beracun akan membantu meningkatkan kelestarian lingkungan dari sel surya.
Peningkatan daya tahan dan keandalan
Meningkatkan stabilitas jangka panjang: Para peneliti bertujuan untuk meningkatkan stabilitas jangka panjang dan ketahanan sel surya terhadap cuaca untuk mengatasi berbagai kondisi lingkungan dan memperpanjang umurnya.
Bahan penyembuhan diri: Mengembangkan bahan sel surya yang dapat memperbaiki sendiri kerusakan kecil untuk mempertahankan efisiensi tinggi dalam jangka panjang.
Membungkus
Peningkatan efisiensi sel surya telah memasuki tahap yang pesat, terutama dengan pemanfaatan praktis sel kalkogenida yang akan membawa vitalitas baru pada bidang ini. Peningkatan berkelanjutan dalam efisiensi sel surya merupakan faktor kunci yang mendorong pengembangan teknologi surya dan adopsi pasar.
Melalui inovasi dalam ilmu material, desain sel yang canggih, dan kemajuan dalam teknologi manufaktur, sel surya menjadi lebih efisien, hemat biaya, dan dapat diandalkan. Dengan peningkatan lebih lanjut dalam efisiensi dan penerapan teknologi baru, kita dapat berharap bahwa teknologi ini akan memberikan solusi energi yang lebih andal dan hemat biaya untuk rumah dan bisnis.
Akhirnya, pergilah ke Alibaba.com untuk mengeksplorasi berbagai tren energi terbarukan dan menelusuri daftar penawaran produk, termasuk sel surya untuk penggunaan rumah dan bisnis.
