Sel surya tersensitisasi pewarna

Sel surya tersensitisasi pewarnaSel surya tersensitisasi pewarna (DSSC, DSC, DYSC  atau sel Grätzel) adalah sel surya berbiaya rendah dari kelompok sel surya film tipis. Ini didasarkan pada semikonduktor yang terbentuk antara anoda peka-cahaya dan elektrolit, sistem fotoelektrokimia. Versi modern dari sel surya pewarna, juga dikenal sebagai sel Grätzel, awalnya diciptakan bersama pada tahun 1988 oleh Brian O'Regan dan Michael Grätzel di UC Berkeley dan karya ini kemudian dikembangkan oleh para ilmuwan tersebut di École Polytechnique Fédérale de Lausanne hingga penerbitan DSSC efisiensi tinggi pertama pada tahun 1991. Michael Grätzel telah dianugerahi Penghargaan Teknologi Milenium 2010 untuk penemuan ini.

Teknologi saat ini

Jenis sel surya yang sudah banyak tersedia di pasar adalah turunan dari teknologi sel surya semikonduktor. Dalam semikonduktor padat tradisional, sel surya terbuat dari dua kristal yang didoping, satu didoping dengan pengotor tipe-n (semikonduktor tipe-n), yang menambahkan elektron pita konduksi gratis tambahan, dan yang lainnya didoping dengan pengotor tipe-p (semikonduktor tipe-p), yang menambahkan lubang elektron tambahan. Ketika bersentuhan, beberapa elektron di bagian tipe-n mengalir ke tipe-p untuk "mengisi" elektron yang hilang, juga dikenal sebagai lubang elektron. Akhirnya elektron yang cukup akan mengalir melintasi batas untuk menyamakan tingkat Fermi dari dua bahan. Hasilnya adalah wilayah di antarmuka, pertemuan p-n, tempat pembawa muatan habis dan/atau diakumulasikan di setiap sisi antarmuka. Dalam silikon, transfer elektron ini menghasilkan penghalang potensial sekitar 0,6 hingga 0,7 V.
Ketika ditempatkan di bawah sinar matahari, foton cahaya matahari dapat membangkitkan elektron pada sisi tipe-p semikonduktor, suatu proses yang dikenal sebagai fotoeksitasi. Dalam silikon, sinar matahari dapat menyediakan energi yang cukup untuk mendorong elektron keluar dari pita valensi berenergi lebih rendah ke pita konduksi berenergi lebih tinggi. Seperti namanya, elektron dalam pita konduksi bebas untuk bergerak di dalam silikon. Ketika suatu beban ditempatkan melintasi sel secara keseluruhan, elektron-elektron ini akan mengalir keluar dari sisi tipe-p ke sisi tipe-n, kehilangan energi saat bergerak melalui sirkuit eksternal, dan kemudian mengalir kembali ke bahan tipe-p, ketika elektron sekali lagi dapat bergabung dengan lubang pita valensi yang ditinggalkan. Dengan cara ini, sinar matahari menciptakan arus listrik.
Dalam semikonduktor apa pun, celah pita berarti bahwa hanya foton dengan jumlah energi itu, atau lebih, akan berkontribusi untuk menghasilkan arus. Dalam kasus silikon, sebagian besar cahaya tampak dari merah ke ungu memiliki energi yang cukup untuk mewujudkannya. Sayangnya foton energi yang lebih tinggi yang ada di ujung spektrum biru dan ungu, memiliki energi lebih dari cukup untuk melintasi celah pita; meskipun sebagian energi ekstra ini ditransfer ke dalam elektron, sebagian besar terbuang sebagai panas. Masalah lain adalah bahwa untuk memiliki kesempatan yang wajar untuk menangkap foton, lapisan tipe-n harus cukup tebal. Ini juga meningkatkan kemungkinan bahwa elektron yang baru dikeluarkan akan bertemu dengan lubang yang dibuat sebelumnya di material sebelum mencapai persimpangan p-n. Efek ini menghasilkan batas atas pada efisiensi sel surya silikon, saat ini sekitar 12 hingga 15% untuk modul umum dan hingga 25% untuk sel laboratorium terbaik (33,16% adalah efisiensi maksimum teoritis untuk sel surya celah pita tunggal, lihat batas Shockley – Queisser).