Sel surya merupakan salah satu potensi sumber energi terbaharukan yang dalam beberapa dekade ke depan akan memainkan peran yang semakin dominan. Dengan letak geografis yang berada di khatulistiwa, Indonesia sebenarnya memiliki beberapa kelebihan dalam hal pengembangan teknologi sel surya. Salah satunya adalah intensitas sinar matahari yang lebih tinggi dibanding negara-negara yang terletak jauh di lintang utara maupun selatan. Hal ini berarti efisiensi konversi energi diharapkan akan lebih tinggi. Di samping itu, Indonesia tidak memiliki permasalahan fluktuasi tahunan yang diakibatkan oleh perubahan empat musim.

Akan tetapi, masih banyak permasalahan teknis sel surya yang perlu dikaji lebih mendalam. Salah satu bidang kajian yang menarik banyak perhatian adalah mengenai energy loss (kehilangan energi) dalam panel sel surya. Salah satu sumber energy loss yang berkontribusi terhadap penurunan efisiensi yang cukup signifikan pada sel surya adalah refleksi (pemantulan). Kehilangan energi akibat refleksi cahaya datang ini dapat diatasi dengan menggunakan pelapisan Anti Reflection Coating (ARC) ataupun dengan memodifikasi tekstur permukaan sel surya. Pelapisan ARC mengurangi reflektansi hanya untuk rentang panjang gelombang tertentu, sedangkan teksturisasi permukaan dapat mengurangi reflektansi total dari range panjang gelombang (l) yang pendek hingga l yang panjang. Prinsip teksturisasi permukaan adalah menyebabkan cahaya yang datang dipantulkan berkali-kali sehingga memperbesar kesempatan foton (partikel cahaya) untuk masuk ke dalam material tersebut.

Beberapa metoda yang dilakukan untuk teksturisasi permukaan antara lain dengan menggunakan larutan alkalin, wet etching berbasis asam, ataupun teknik RIE (Reactive Ion Etching) [1-3]. Akan tetapi, karena wet etching memiliki selektivitas etching yang kurang memadai dan teknik RIE menyebabkan kenaikan biaya (cost) yang signifikan; Ibottoson, Saito, dan Momma [4-6] mengusulkan teknik dry etching menggunakan gas klorin trifluoride (ClF₃). Teknik ini dapat dilakukan pada suhu ruang, mudah dikontrol, tidak menyebabkan kerusakan pada substrat serta relatif ramah lingkungan. Dalam 10 tahun terakhir ini, gas ClF₃ juga telah banyak digunakan dalam pembersihan aparatus CVD (Chemical Vapor Deposition) yang terkait dengan material silikon.

Saito [7] telah melakukan dry etching ClF₃ ini pada substrat silikon kristal. Hasil dari dry etching ini adalah substrat dengan tekstur permukaan menyerupai tekstur permukaan sarang tawon seperti ditunjukkan dari hasil SEM (Scanning Electron Microscopy) pada gambar 1. Dengan menggunakan pengukuran spektrometer, didapati bahwa permukaan tekstur sarang tawon ini ternyata mengurangi reflektansi secara signifikan dibanding tekstur permukaan rata (gambar 2). Substrat yang telah bertekstur sarang tawon ini kemudian dibentuk sambungan p-n melalui difusi fosfor secara termal pada suhu 1000°C. Lapisan aluminium juga dideposisi pada permukaan substrat untuk membentuk elektroda-elektroda sehingga substrat dapat berfungsi sebagai sel surya. Sel surya yang telah difabrikasi ini kemudian juga diukur spektrum reflektansinya dan dibandingkan dengan ketika masih berupa substrat (gambar 2).

Gambar 1. Hasil SEM dari tekstur permukaan substrat single-crystallin, dengan waktu etching (a) 17 menit dan (b) 20 menit.

Beberapa parameter fisis lainnya yang juga diukur oleh Saito [7] yaitu respon spektral dan intensitas cahaya yang diserap. Respon spektral diperoleh dari perbandingan jumlah foton yang menumbuk sel surya tersebut dengan arus-foton yang dihasilkan. Kedua parameter fisis ini dibandingkan untuk sel surya bertekstur rata dengan sel surya tekstur sarang tawon yang ditunjukkan oleh gambar 3. Dari gambar 3a dan 3b, tampak bahwa efisiensi kuantum maupun intensitas cahaya terserap pada sel surya bertekstur sarang tawon lebih tinggi dibanding sel surya tanpa tekstur (rata).

Gambar 2. Spektra Reflektansi yang terukur dari substrat single crystallin tanpa tekstur (rata) dan bertekstur sarang tawon (waktu etching 17 menit).

Karakteristik arus-tegangan untuk kedua jenis tekstur sel surya ini juga diukur di bawah penyinaran AM 1.5 dan hasilnya disarikan pada tabel 1 (Saito [7]). Dari tabel 1 tampak bahwa pada sel surya tekstur sarang tawon terjadi peningkatan rapat arus short-circuit (J_sc) yang cukup signifikan, sehingga terjadi juga peningkatan Fill Factor (FF) dan efisiensi (h) sel surya tersebut.

Dengan demikian, teksturisasi sarang tawon terhadap permukaan sel surya memberikan banyak pengaruh positif dalam parameter-parameter fisis yang terkait. Penurunan reflektansi cahaya datang; peningkatan efisiensi kuantum dan intensitas cahaya yang diserap; hingga peningkatan J_sc dan FF merupakan beberapa diantaranya. Efisiensi sel surya secara keseluruhan juga mengalami peningkatan yang sangat signifikan. Efisiensi sel surya ini dapat ditingkatkan lebih jauh lagi dengan melakukan deposisi lapisan anti-refleksi di atas tekstur sarang tawon tersebut.

Gambar 3. Rasio respon spektral (a) dan rasio intensitas cahaya diserap (b) pada sel surya bertekstur sarang tawon dengan sel surya tanpa tekstur.

Tabel 1: Nilai karakteristik sel surya silikon single crystallin di bawah penyinaran AM 1.5

Referensi

[1] Zhao J, Wang A, Green MA. Proceedings of the Second World Conference and Exhibition on Photovoltaic Solar Energy Conversion, 1998.

[2] Shultz O, Emanuel G, Glunz SW, Willeke GP. Proceedings of the Third World Conference on Photovoltaic Solar Energy Conversion, 2003, pp. 1360-1363.

[3] Manshanden P, Burgers AR, Nositschuka WA, Voigt O, Weeber AW. Conference Record of 29^th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 2002, pp. 324-327.

[4] Ibottoson DE, Mucha JA, Flamm DL, Cook JM. J. Appl. Phys. 56 (1984) 2939-2942.

[5] Saito Y, Yamaoka O, Yoshida A. J. Vac. Sci. Technol. B9 (1991) 2503-2506.

[6] Momma T, Ishizaki Y, Saito Y. IEICE Trans. C-II J80-C-II (1997) 412-413 (in Japanese)

[7] Saito Y, Kosuge T. Solar Energy Materials & Solar Cells 91 (2007) 1800-1804.