Jalur Evolusi Teknologi Fotovoltaik: Dari Al-BSF ke Tandem Perovskit

Industri fotovoltaik telah berubah sangat cepat karena teknologi selama lima puluh tahun terakhir. Pencarian akan efisiensi yang lebih besar, levelized cost of electrical (LCOE) yang lebih rendah, dan kemampuan manufaktur yang lebih baik telah melahirkan banyak generasi teknologi sel surya. Dari desain silikon kristal sederhana hingga struktur tandem canggih, setiap generasi mewakili perkembangan ilmu pengetahuan dan persaingan agresif antar produsen yang mengarah ke-implementasi skala besar di Industri. Dalam esai di bawah ini kita akan mengkaji tonggak paling signifikan dalam kemajuan teknologi PV termasuk teknologi dominan, inovasinya, dan teknologi baru dan berkembang yang mengubah cara kita memproduksi dan mengonsumsi energi surya.

Selama beberapa dekade, standar industrinya adalah sel Aluminium Back Surface Field (Al-BSF). Struktur sederhana namun efektif ini, biasanya didasarkan pada silikon monokristalin atau multikristalin tipe p-, dilengkapi kontak belakang aluminium-area penuh. Proses produksinya relatif matang dan-berbiaya rendah, memungkinkan komersialisasi-tenaga surya skala besar yang pertama. Namun, Al-BSF memiliki keterbatasan mendasar: rekombinasi permukaan-belakang yang parah. Elektron yang dihasilkan di dekat permukaan belakang akan mudah bergabung kembali, sehingga membatasi tegangan sirkuit terbuka sel dan, akibatnya, efisiensi praktisnya mencapai maksimum sekitar 18–19%. Pada awal tahun 2010-an, menjadi jelas bahwa Al-BSF tidak dapat lagi memenuhi target efisiensi industri, sehingga memicu pencarian struktur yang lebih baik.

Terobosan datang dengan arsitektur Passivated Emitter and Rear Cell (PERC). Awalnya ditemukan pada tahun 1980-an tetapi baru dikomersialkan dalam skala besar sekitar tahun 2015-2018, PERC memperkenalkan inovasi penting: lapisan pasivasi (biasanya aluminium oksida) di permukaan belakang. Lapisan ini menolak pembawa minoritas dan secara dramatis mengurangi rekombinasi, memungkinkan tegangan lebih tinggi dan meningkatkan perangkap cahaya. Sel PERC dengan cepat meningkatkan efisiensi-produksi massal dari 19% menjadi lebih dari 23%, dan proses produksinya hanya memerlukan sedikit modifikasi pada lini Al-BSF yang ada. Akibatnya, PERC menjadi teknologi arus utama yang tidak terbantahkan selama hampir satu dekade. Namun, pada tahun 2022–2023, PERC mulai mendekati batas efisiensi teoritisnya yaitu sekitar 24,5%, menghadapi penurunan keuntungan dan masalah degradasi akibat cahaya (LID), yang membuka jalan bagi generasi berikutnya.

Saat batas atas PERC semakin dekat, perhatian beralih ke wafer silikon jenis n-yang menawarkan masa pakai pembawa minoritas yang unggul dan tanpa TUTUP. Dua arsitektur muncul sebagai-yang terdepan.

Pembuatan TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) dimulai dengan pengembangan struktur mirip PERC-. Peningkatan ini melibatkan penggunaan lapisan oksida terowongan dielektrik yang sangat tipis yang dikombinasikan dengan lapisan polisilikon permukaan-doped belakang{3}}yang sangat tinggi. Hal ini menghasilkan kualitas luar biasa dalam kontak dan pasivasi. TOPCon dengan cepat melampaui efisiensi 25% dalam produksi sel massal, dengan beberapa produsen sel terbesar melaporkan efisiensi lebih dari 26%. Keuntungan signifikan lainnya bagi TOPCon adalah kemampuannya untuk bekerja pada lini produksi PERC yang sudah ada, yang hanya memerlukan sedikit penambahan peralatan, memberikannya keuntungan ekonomi yang jelas dan memantapkan dirinya sebagai teknologi arus utama pada akhir tahun 2025.

HJT (Heterojunction Technology) memasivasi permukaan wafer kristal tipe n-menggunakan lapisan silikon amorf. HJT memberikan tegangan sirkuit terbuka yang sangat tinggi (lebih besar dari 750mV), langkah proses yang lebih sedikit (pemrosesan yang tidak terlalu rumit), koefisien suhu yang lebih rendah, dan secara alami bersifat bifasial. Meskipun efisiensi HJT sedikit lebih rendah dibandingkan TOPCon (sekitar 25,5% dalam produksi massal/catatan efisiensi di laboratorium telah melebihi 26,8%), investasi yang diperlukan secara signifikan lebih tinggi (karena biaya peralatan PECVD dan PVD) dan penggunaan indium yang besar telah menghambat kecepatan teknologi tersebut dalam menembus pasar. Namun, HJT masih menjadi pesaing kuat di pasar, terutama ketika memanfaatkan teknologi-pelapisan tembaga atau-penghemat perak.

Ke depan, ada dua teknologi yang menjanjikan definisi ulang batas efisiensi. Sel Kontak Belakang Interdigitasi (BC) memindahkan semua kontak listrik ke sisi belakang, sehingga menghilangkan bayangan-jaringan depan seluruhnya. Hal ini menghasilkan tampilan-hitam yang ramping dan peningkatan efisiensi sebesar 0,5–1% absolut dibandingkan TOPCon standar. Para pemimpin industri telah mendorong BC ke dalam produksi massal, memposisikannya sebagai produk besar berikutnya.

Bentuk teknologi sel surya yang lebih disruptif lagi adalah sel surya tandem, yang terdiri dari sel atas perovskit (untuk menangkap-foton berenergi lebih tinggi) dan sel bawah silikon (untuk menangkap-foton berenergi lebih rendah) yang ditumpuk menjadi satu unit, telah mendorong efisiensi sel surya melampaui ambang batas 30% dan saat ini memiliki efisiensi laboratorium di atas 33%. Hambatan yang tersisa pada teknologi ini meliputi: stabilitas, area produksi yang luas, dan toksisitas timbal. Pabrikan besar telah menetapkan jalur produksi percontohan untuk mengantisipasi penyelesaian masalah ini, dan jika rintangan ini dapat diatasi, maka tandem perovskit akan berdampak signifikan terhadap penggunaan energi surya, dan kemungkinan besar akan mendorong efisiensi produk-yang diproduksi secara massal lebih dari 35%.

Perulangan teknologi dalam industri PV adalah narasi menarik mengenai perbaikan berkelanjutan dan substitusi strategis. Dari kesederhanaan Al-BSF hingga dominasi PERC, dan dari perlombaan efisiensi TOPCon dan HJT hingga janji radikal dari tandem BC dan perovskit, setiap fase telah membuka tingkat kinerja dan-efektivitas biaya yang baru. Saat ini, industri ini berada di persimpangan jalan yang menarik: sementara TOPCon mendorong volume saat ini, BC dan teknologi tandem siap untuk menentukan dekade berikutnya. Evolusi tanpa henti ini menggarisbawahi kebenaran sederhana – dalam bidang tenaga surya, satu-satunya hal yang konstan adalah pencarian cara yang lebih efisien untuk memanen energi matahari yang tak terbatas.