## RENEWABLE ENERGY: PHOTOVOLTAICS, AN INTRODUCTION
Iswadi 1
1 Jurusan Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, UIN Alauddin Makassar wadi.phys.uin@gmail.com
Abstract: Energy  is  one  of  the  most  hot  issue  today. Energy consumption has increasing every year around the world but the sources  not increasing significanly.  Most of the energy source come from coal and  oil  with decrease  every  year. However oil and  charcoal  tends  to  be  distinctive  near  future  since  it  not renewable.  Besides,  it  is  polluting,  environmentally  harmful and rather expensive. As consequence  it is important to explore another renewable energy resources. One good example is solar energy,  with  using  sel  phovoltaics  technology.  Photovoltaics technology have been presented with higher efficiency and low cost in production such as perovskite solar cell.
Keywords : Renewable energy, photovoltaics, efficiency.

## 1. PENDAHULUAN
Energi merupakan  salah  satu  kebutuhan primer yang saat ini jumlahnya  semakin hari semakin banyak yang diperlukan. Sumber energi  saat ini didominasi dari minyak bumi, batu bara dan gas. Ketiga sumber energi tersebut merupakan sumber energi yang tidak  dapat  diperbaharui  sehingga  jumlah  cadangannya  semakin  hari  semakin berkurang.  Diperlukan  sumber  energi  baru  dan  terbarukan  untuk  mendukung kebutuhan  komsumsi  energi  dunia.  Sumber  energi  yang  dimaksud  antara  lain Geotermal,  energi  surya,  air/gelombang    laut  dan  biodiesel.  Dua  yang  pertama merupakan sumber energi yang melimpah di Indonesia.
Indonesia  sebagai  negara  yang  terbentang  dari  timur  ke  barat  di  bawah  ekuator sangat melimpah akan energi surya. Potensi energi ini sangat besar, rata-rata daerah di Indonesia  memperoleh  energi  radiasi  dari  matahari  sebesar  4  kWh/m 2 (Handayani, 2012),  sayangnya  sumber  energi  ini  belum  dilirik  oleh  pemerintah  sebagai  sumber energi  yang  baru  dan  terbarukan.  Selain  berada  dibawah  ekuator,  Indonesia  juga berada  pada  lingkaran  cincin  api  ( ring  of  fire )  yang  menyebabkan  sumber  energi geotermal  menjadi  terbesar  di  dunia  yakni  40%  dari  total  energi  geotermal  dunia berada di Indonesia, namun baru sekitar 4 persen yang dikelola (ESDM, 2014).
Pada tulisan ini akan di  uraikan lebih khusus mengenai energi surya  yang secara fisis  dikenal  sebagai  photovoltaics.  Tujuan  utama  tulisan  ini  adalah  untuk memperkenalkan sumber energi surya,  jenis, perkembangan dan teknologinya.

## 2. PHOTOVOLTAICS
Photovoltaics  adalah  sistem  konversi  cahaya  matahari  menjadi  energi  listrik dengan  mekanisme  fisika  tertentu.  Listrik  yang  diperoleh  berupa  listrik  arus  searah ( direct current , DC) yang jumlah Watt-nya ditentukan oleh efisiensi panel surya yang digunakan.  Karena  berupa  arus  DC  maka  diperlukan  konventer  untuk  mengubahnya menjadi  arus bolak balik ( alternative  current ) agar dapat digunakan dalam  komsumsi elektronik rumah tangga.
Photovoltaics (solar  sel atau solar energi) saat ini masih tergolong mahal yakni $ 7-10 /Watt, namun dengan masa pakai hingga 20 tahun dan maintanance yang rendah secara  keseluruhan  masih  terbilang  murah  (UCEP,  2014).  Dengan  makin  banyaknya pilihan  teknologi  solar  sel  yang  tersedia  diaharapkan  kedepan  harganya  semakin murah.  Solar  sel  dengan  harga  yang  murah  ( manufacturing  cost )  dan  efisiensi  tinggi menjadi  fokus  riset  para  peneliti  di  berbagai  laboratorium  didunia  saat  ini.  Tabel berikut    memberikan  gambaran  mengenai  harga  produksi  berbagai  jenis  solar    sell yang telah diproduksi.
Tabel 1. Production cost beberapa jenis solar sell yang pernah di produksi
Copra K L, et.el., 2004.

## Jenis dan Teknologi Photovoltaics
Jenis  photovoltaics  ditentukan  oleh  bahan  dasar  yang  digunakan,  misalnya Silikon  (Si),  CdTe,  GaAs,  dye-Sensitized,  Organik  atau  gabungan  beberapa  unsur misalnya  pada  unsur  III-V.  Selain  dari  bahan  dasarnya,  photovoltaik  juga  dibedakan berdasarkan  teknologi  yang  digunakan  dalam  proses  pembuatannya.  Teknologi  yang digunkan  misalnya,  Kristal,  amorf-Si,  lapisan  tipis  ( thin  film )  atau  melalui  bahan organik.  Secara  umum  perkembangan  teknologi  photovoltaics  dapat  di  bedakan  pada tiga tahap atau generasi, Generasi pertama (Konvensional, Si), generasi kedua (lapisan tipis, CdTe) dan generasi ketiga (Organik) seperti yang diperlihatkan pada gambar 4.

## Efisiensi
Setiap  sell  photovoltaics  memiliki  effisiensi  yang  berbeda,  semakin  tinggi efisiensi  sebuah  sel  photovoltaics  semakin  baik  dalam  mengkonversi  energi  matahari menjadi energi listrik. Berdasarkan hasil riset berbagai lembaga riset dan laboratorium di  dunia  yang  fokus  pada  photovoltaics  menunjukkan  peningkatan  yang  cukup significan. (Green, M.A., et.el . 2014; Dimroth, F., et.el. 2014; Fujii, H., 2013).
Tabel 2 Efisiensi berbagai jenis sel photovoltaics
Green, M.A., et. El. Solar efficeincy tables (version 43), Prog. Photovolt: Res. Appl. 2014; 22:1–9; DOI: 10.1002/pip.2452.
Data  tersebut  menunjukkan  bahwa  effisiensi  tertinggi  dimiliki  oleh  multi  junction dengan  efisiensi  diatas  38  %.  Salah  satu  hasil  riset  (skala  laboratorium)  telah mengkonfirmasi  effisiensi  sebesar  44.7%  (Dimroth,  F., et.el. 2014).  Meskipun  telah
ditemukan  efisiensi  tinggi  namun  biaya  produksi  dan  ketersedian  bahan  bakunya menjadi persoalan karena mahal.
Photovoltaics  yang  sifatnya low  cost-high  efficiency and  sustainable menjadi fokus  riset  yang  makin  diminati.  Tercatat  Gratzel  dari  EPFL  Swiss  mengkonfirmasi jenis photovoltaics yang murah dengan efisiensi tinggi, dye-sensitized solar cells. Jenis solar  sel  ini  sangat  murah  dari  segi  produksi  karena  hanya  menggunakan  Titanium oksida  (TiO 2 )  sebagai  bahan  dasar  lalu  di  celup  (dye)  ke  bahan  elektrolit,  hasilnya sangat baik, namun dari segi kestabilan kurang baik.
Gambar 1 Ilustrasi lapisan pada dye-sensitized solar sell
Henry  Snaith  dari  jurusan  fisika  Universitas  Oxford  memberikan  solusi  dari kekurangan  pada  dye-sensitized  solar  cell  dengan  mengganti dye dengan  bahan  yang disebut perovskite .  Bahan  ini  pada  dasarnya  adalah  bahan  kimia  biasa  dengan  rumus ABX , misalnya CH 3 NH 3 PbI 3 .
Gambar 3 Karakteristik sebuah sel photovoltaics berbasis perovskite
Hasil  riset  tersebut  menunjukkan  bahwa  photovoltaics  berbahan  dasar perovskite  menjadi    menjadi  sell  yang  paling  murah  dengan  efisiensi  tertinggi,  selain itu jenis sell ini juga dapat bekerja dengan intensitas cahaya yang minim.
Gambar 2 Fokus riset perovskite (IOP Science)
Grafik  pada  gambar  2  menunjukkan  minat  riset  pada  bidang  perovskite  solar  sel meningkat  tajam  hanya  dalam  kurung  waktu    delapan  tahun.  Hasil  riset  terkahir mengkonfirmasi besaran efisiensi  yang diperoleh berada pada angka 15% dan sedang dipelajari kemungkinannya untuk diterapkan dalam teknologi lapisan tipis ( thin film ).
Gambar 3 Konfirmasi effisiensi berbagai jenis (teknologi) sel phovoltaics
Grafik  pada  gambar  3  menunjukkan  konfirmasi  efisiensi  seluruh  jenis  sel photovoltaics yang di publikasikan oleh departemen energi Amerika, NREL ( National Renuwable  Energy  Laboratory ).  Data  tersebut  menunjukkan  bahwa  perovskite  solar sel  sudah  berada  pada  posisi  15%  dalam  kurung  waktu  yang  sangat  singkat dibandingkan  dengan  jenis  sel  yang  lain  yang  umumnya  dimulai  sebelum  tahun 1980an.
Gambar 4 Ilustrasi perbandingan efisiensi dari generasi sel photvoltaics
Gambar 4 menunjukkan efisiensi terbaik dari jenis sel photovoltaics dari tiga generasi. Generasi  pertama  ( single  crystal  silicon dan amorphous  silicon )  yang  dimulai  dari tahun  70an    memberikan  efisiensi  terbaik  masing-masing  sekitar  25%  dan  11%, generasi  kedua, thin  film ( cadmium  telluride dan copper  indium  gallium  selenide ) dengan rentang riset yang hampir sama dengan generasi pertama memebrikan efisiensi terbaik  masing-masing  sekitar    17%  dan  20%.  Sedangkan  generasi  ketiga  ( dye- sensitized solar sell, organic dan perovskite ) memberikan efisiensi sebesar 12%, 10% dan 15% secara berurutan dengan masa riset yang pendek .
3. KESIMPULAN
Energi surya  merupakan salah satu jenis energi terbarukan yang sangat melimpah terutam  di  negara  tropis.  Energy  tersebut  dapat  dikonversi  menjadi  energi  listrik dengan  menggunakan  sel  photovoltaics.  Teknologi  sel  photovoltaics  terbaru  (genersi ketiga) memberikan harapan besar bahwa kedepan konversi energi matahari akan lebih murah  dari  segi  biaya  namun  dengan  efisiensi  sel  yang  makin  baik.  Sebagai  negara
tropis  seharusnya  Indonesia  menjadikan  riset  sel  photovoltaics  khususnya  perovskite solar sel sebagai salah satu riset unggulan di bidang energi.

## DAFTAR PUSTAKA
Handayani, N.A, Aryanti,D., Potency of Solar Energy Applications in Indonesi, Int. Journal of Renewable Energy Development 1(2) 2012:33-38, 2012.
Fujii  H, Toprasertpong K, Wang Y, Watanabe K, Sugiyama M, dan Nakano Y. 100- period, 1.23-eV bandgap InGaAs/GaAsP quantum wells for high-efficiency GaAs solar cells: toward current-matched Ge-based tandem cells. Prog. Photovolt: Res. Appl. 2014; 22:784–795. DOI: 10.1002/pip.2454.
Dimroth  F, Grave M, Beutel P, Fiedeler U, Karcher C, Tibbits T N D, Oliva E, Siefer G, Schachtner M, Wekkeli A, Bett A W, Krause R, Piccin M, Blanc N, Drazek C, Guiot  E,  Ghyselen  B,  Salvetat  T,  Tauzin  A,  Signamarcheix  T,  Dobrich  A,
Hannappel T, dan Schwarzburg K. Wafer bonded four-junction GaInP/GaAs//GaInAsP/GaInAs  concentrator  solar  cells  with  44.7%  efficiency . rog.Photovolt: Res. Appl. 2014; 22:277–282; DOI: 10.1002/pip.2475.
UCEP home page.htm/Georgia Institute of  Technology. USA.  Update: Desember 2014.
Grätzel  M,  Review  Dye-sensitized  solar  cells,  Journal  of  Photochemistry  and Photobiology C: Photochemistry Reviews 4 (2003) 145–153, 2003.
IOP Science. Update: Desember 2014
Department of Energy, National Renewable Energy Laboratory (NREL), Best research efficiency , USA. Update: Desember 2014.
T  Leijtens,  B  Lauber,  GE  Eperon,  SD  Stranks,  HJ  Snaith. The  Importance  of Perovskite  Pore  Filling  in  Organometal  Mixed  Halide  Sensitized  TiO2-Based Solar  Cells .  JOURNAL  OF  PHYSICAL  CHEMISTRY  LETTERS 5 (2014)
1096-1102.
,