Sejumlah sel surya tersensitisasi pewarna.
Sel surya tersensitisasi pewarna**Sel 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 anode 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).

Sel surya tersensitisasi pewarna
--------------------------------

Jenis sel yang dibuat di EPFL oleh Grätzel dan O'Regan
Pengoperasian sel Grätzel.
Pada akhir 1960-an ditemukan bahwa pewarna organik yang disinari dapat menghasilkan listrik pada elektrode oksida dalam sel elektrokimia. Dalam upaya untuk memahami dan mensimulasikan proses utama dalam fotosintesis, fenomena tersebut dipelajari di University of California di Berkeley dengan mengekstraksi klorofil dari bayam (pendekatan bio-mimetik atau bionik). Atas dasar percobaan seperti itu, pembangkit tenaga listrik melalui prinsip sel surya kepekaan zat warna (DSSC) ditunjukkan dan didiskusikan pada tahun 1972. Ketidakstabilan sel surya zat pewarna diidentifikasi sebagai tantangan utama. Selama dua dekade berikutnya, efisiensi dapat ditingkatkan dengan mengoptimalkan porositas elektrode yang dibuat dari bubuk oksida halus, tetapi ketidakstabilan tetap menjadi masalah.

DSSC modern terdiri dari lapisan berpori nanopartikel titanium dioksida, ditutupi dengan pewarna molekul yang menyerap sinar matahari, seperti klorofil dalam daun hijau. Titanium dioksida direndam dalam larutan elektrolit, yang di atasnya adalah katalis berbasis platinum. Seperti pada baterai alkalin konvensional, anoda (titanium dioksida) dan katode (platinum) ditempatkan di kedua sisi konduktor cair (elektrolit).

Sinar matahari melewati elektrode transparan ke lapisan pewarna kemudian membangkitkan elektron yang selanjutnya mengalir ke titanium dioksida. Elektron mengalir menuju elektrode transparan tempat elektron dikumpulkan untuk memberi daya pada beban. Setelah mengalir melalui sirkuit eksternal, elektron dimasukkan kembali ke dalam sel pada elektrode logam di bagian belakang, mengalir ke elektrolit. Elektrolit kemudian mengangkut elektron kembali ke molekul pewarna.

Sel surya tersensitisasi pewarna memisahkan dua fungsi yang dilakukan oleh silikon dalam desain sel tradisional. Biasanya silikon bertindak sebagai sumber fotoelektron, serta menyediakan medan listrik untuk memisahkan muatan dan menciptakan arus. Dalam sel surya tersensitisasi pewarna, sebagian besar semikonduktor digunakan semata-mata untuk transportasi muatan, fotoelektron disediakan dari pewarna fotosensitif terpisah. Pemisahan muatan terjadi pada permukaan antara pewarna, semikonduktor, dan elektrolit.

Molekul pewarna cukup kecil (berukuran nanometer), jadi untuk menangkap cahaya masuk dalam jumlah yang cukup, lapisan molekul pewarna harus dibuat cukup tebal, jauh lebih tebal daripada molekul itu sendiri. Untuk mengatasi masalah ini, bahan nano digunakan sebagai perancah untuk menahan sejumlah besar molekul pewarna dalam matriks 3-D, meningkatkan jumlah molekul untuk area permukaan sel tertentu. Dalam desain yang ada, perancah ini disediakan oleh bahan semikonduktor, yang berfungsi ganda.

### Pembuatan

Dalam kasus desain Grätzel dan O'Regan asli, selnya memiliki 3 bagian utama. Di bagian atas adalah anoda transparan yang terbuat dari timah dioksida berfluorida (SnO2:F) yang diendapkan di belakang pelat (biasanya kaca). Berada di belakang pelat konduktif ini adalah lapisan tipis titanium dioksida (TiO2), yang membentuk struktur yang sangat berpori dengan luas permukaan yang sangat tinggi. (TiO2) secara kimia terikat oleh proses yang disebut *sintering*. TiO2 hanya menyerap sebagian kecil dari foton matahari (yang ada di UV). Pelat tersebut kemudian direndam dalam campuran pewarna rutenium-polipiridina fotosensitif (juga disebut sensitizer molekuler) dan pelarut. Setelah merendam film dalam larutan pewarna, lapisan tipis pewarna dibiarkan kovalen ke permukaan TiO2. Ikatan tersebut merupakan hubungan penghubung ester, chelating, atau bidentate.

Pelat yang terpisah kemudian dibuat dengan lapisan tipis elektrolit iodida yang disebarkan di atas lembaran konduktif, biasanya logam platinum. Kedua pelat kemudian disatukan dan disegel bersama untuk mencegah elektrolit bocor. Konstruksi ini cukup sederhana sehingga ada perlengkapan hobi yang tersedia untuk membangunnya secara manual. Meskipun sel ini menggunakan sejumlah bahan "canggih", ini tidak mahal dibandingkan dengan silikon yang dibutuhkan untuk sel surya normal karena tidak memerlukan langkah-langkah pembuatan yang mahal. TiO2 misalnya, sudah banyak digunakan sebagai cat dasar.

Salah satu perangkat DSSC yang efisien menggunakan pewarna molekuler berbasis rutenium, misalnya [Ru(4,4'-dikarboksi-2,2'-bipiridina)2(NCS)2] (N3), yang terikat pada fotoanoda melalui gugus karboksilat. Fotoanoda-nya terdiri dari film setebal 12 μm transparan dari nanopartikel TiO2 berdiameter 10-20 nm yang ditutup dengan film setebal 4 μm dari partikel yang jauh lebih besar (diameter 400 nm) yang menyebarkan foton kembali ke film transparan. Pewarna yang tereksitasi dengan cepat menyuntikkan elektron ke dalam TiO2 setelah penyerapan cahaya. Elektron yang disuntikkan berdifusi melalui jaringan partikel yang disinter untuk dikumpulkan pada elektrode oksida konduktor transparan (TCO) sisi depan, sedangkan pewarna diregenerasi melalui reduksi oleh redoks balik, I3-/I-, dilarutkan dalam larutan.

Referensi
---------

1. ↑  Wan, Haiying "Dye Sensitized Solar Cells", University of Alabama Department of Chemistry, p. 3
2. ↑  "Dye-Sensitized vs. Thin Film Solar Cells", European Institute for Energy Research, 30 June 2006
3. ↑  EarlyHistory Diarsipkan 2016-03-28 di Wayback Machine.. Workspace.imperial.ac.uk. Retrieved on 30 May 2013.
4. ↑  O'Regan, Brian; Grätzel, Michael (1991). "A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films". *Nature*. **353** (6346): 737–40. Bibcode:1991Natur.353..737O. doi:10.1038/353737a0.
5. ↑  Professor Grätzel wins the 2010 millennium technology grand prize for dye-sensitized solar cells, Technology Academy Finland, 14 June 2010.
6. 1 2  "Photovoltaic Cells (Solar Cells), How They Work". specmat.com. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2016-09-13. Diakses tanggal 22 May 2007.
7. ↑  Rühle, Sven (2016). "Tabulated values of the Shockley–Queisser limit for single junction solar cells". *Solar Energy*. **130**: 139–47. Bibcode:2016SoEn..130..139R. doi:10.1016/j.solener.2016.02.015.
8. ↑  Gerischer, H; Michel-Beyerle, M.E; Rebentrost, F; Tributsch, H (1968). "Sensitization of charge injection into semiconductors with large band gap". *Electrochimica Acta*. **13** (6): 1509–15. doi:10.1016/0013-4686(68)80076-3.
9. ↑  Tributsch, H; Calvin, M (1971). "Electrochemistry of Excited Molecules: Photo-Electrochemical Reactions of Chlorophylls". *Photochemistry and Photobiology*. **14** (2): 95–112. doi:10.1111/j.1751-1097.1971.tb06156.x.
10. ↑  Tributsch, Helmut (2008). "Reaction of Excited Chlorophyll Molecules at Electrodes and in Photosynthesis". *Photochemistry and Photobiology*. **16** (4): 261–9. doi:10.1111/j.1751-1097.1972.tb06297.x.
11. ↑  Matsumura, Michio; Matsudaira, Shigeyuki; Tsubomura, Hiroshi; Takata, Masasuke; Yanagida, Hiroaki (1980). "Dye Sensitization and Surface Structures of Semiconductor Electrodes". *Industrial & Engineering Chemistry Product Research and Development*. **19** (3): 415–21. doi:10.1021/i360075a025.
12. 1 2 3  Kalyanasundaram, K. 1949- (2010). *Dye-sensitized solar cells*. Boca Raton, Fla.: CRC Press. ISBN 9782940222360. OCLC 646392128. Pemeliharaan CS1: Banyak nama: authors list (link)
13. ↑  Kezia, Sasitharan (2017). *Dye Sensitized Solar Cells: Basics to Applications*. Arcler Education Incorporated. hlm. 342. ISBN 1773610929.
14. 1 2  Juan Bisquert, "Dye-sensitized solar cells" Error in webarchive template: Check `|url=` value. Empty. Departament de Física, Universitat Jaume I
15. ↑  "Dye Solar Cell Assembly Instructions". Solaronix. Diarsipkan dari versi asli tanggal 28 September 2007. Diakses tanggal 22 May 2007.
16. ↑  Hamann, Thomas W; Jensen, Rebecca A; Martinson, Alex B. F; Van Ryswyk, Hal; Hupp, Joseph T (2008). "Advancing beyond current generation dye-sensitized solar cells". *Energy & Environmental Science*. **1**: 66–78. doi:10.1039/b809672d.

| * l
* b
* s
Fotovoltaik |
| --- |
| Konsep | 

|  |  |
| --- | --- |
| Teknologi | 
* Fotovoltaik
* Efek fotolistrik
* Penyinaran surya
* Konstanta surya
* Efisiensi sel surya
	+ Efisiensi kuantum
* Tenaga nominal (Watt-puncak)
* Sel surya film tipis
* Sel surya multipertemuan
* Sel fotovoltaik generasi ketiga
* Riset sel surya
* Termofotovoltaik
* Ambang efisiensi termodinamika
* Fotovoltaik bebas surya
* Fotovoltaik organik polarisasi

 |
| Material | 
* Daftar material semikonduktor
* Silikon kristal (c-Si)
* Silikon multikristal (multi-Si)
* Silikon kristal tunggal (mono-Si)
* Kadmium telurida
* Tembaga indium galium selenida
* Silikon amorf (a-Si)

 |
| Sejarah | 
* Pertumbuhan fotovoltaik
* Lini masa sel surya

 |

 |  |
| Sistem fotovoltaik | 

|  |  |
| --- | --- |
| Sel surya | 
* Sel surya nanokristal
* Sel surya organik
* Sel surya quantum dot
* Sel surya hibrida
* Sel surya plasmonik
* Tabung nano karbon dalam fotovoltaik
* Sel surya tersensitisasi pewarna
* Fotovoltaik kadmium telurida
* Sel surya tembaga indium galium selenida
* Panel surya cetak
* Sel surya perovskite

 |
| Komponen sistem | 
* Panel surya
* Keseimbangan sistem
* Inverter surya
* Mikroinverter surya
* Kabel surya
* Sistem dudukan fotovoltaik
* Pelacak titik daya maksimum
* Pelacak surya
* Atap surya
* Solar mirror
* Sinkronverter

 |
| Konsep sistem | 
* Faktor pengisian
* Fotovoltaik terkonsentrasi
* Pengumpul surya hibrida termal fotovoltaik
* Tenaga surya di luar angkasa

 |

 |
| Aplikasi | 

|  |  |
| --- | --- |
| Rumah tangga | 
* Kulkas bertenaga surya
* Pengkondisi udara surya
* Lampu surya
* Pengisi surya
* Ransel surya
* Pohon surya
* Pompa bertenaga surya
* Jam tangan bertenaga surya
* Solar Tuki
* Papan ketik fotovoltaik
* Paku jalan surya
* Pengisi ponsel surya
* Laptop surya
* Kalkulator bertenaga surya
* Air terjun bertenaga surya
* Radio bertenaga surya
* Senter bertenaga surya
* Kipas angin bertenaga surya
* Lampu jalan surya
* Lampu lalu lintas surya

 |
| Transportasi darat | 
* Kendaraan surya
* Mobil surya
* Jalan raya surya
* Mobil golf surya
* The Quiet Achiever
* Sunmobile

 |
| Transportasi udara | 
* Pesawat terbang listrik
* Mauro Solar Riser
* Panel surya pada wahana antariksa
* Solar-Powered Aircraft Developments Solar One
* Gossamer Penguin
* Qinetiq Zephyr
* Solar Challenger

 |
| Transportasi air | 
* Perahu surya

 |
| Balap kendaraan surya | 
* Balap mobil surya
* Daftar tim mobil surya
* Solar challenges
* World Solar Challenge
* American Solar Challenge
* Formula Sun Grand Prix
* Solar Cup
* Frisian Solar Challenge
* Solar Splash
* South African Solar Challenge
* Tour de Sol
* Hunt-Winston School Solar Car Challenge
* Victorian Model Solar Vehicle Challenge

 |

 |
| Sistem pembangkit | 

|  |  |
| --- | --- |
| Pembangkit listrik PV | 
* Sistem tenaga surya terkoneksi grid
* Daftar pembangkit listrik fotovoltaik

 |
| Proyek individual | 
* Pembangkit listrik fotovoltaik Alamosa
* Pembangkit listrik fotovoltaik Beneixama
* Pembangkit listrik fotovoltaik Blythe
* Fasilitas Surya Copper Mountain
* Darro Solar Park
* Erlasee Solar Park
* Golmud Solar Park
* Gottelborn Solar Park
* Pembangkit listrik surya Guadarranque
* Köthen Solar Park
* Pembangkit listrik fotovoltaik Moura
* Olmedilla Photovoltaic Park
* Pocking Solar Park
* Puertollano Photovoltaic Park
* Topaz Solar Farm
* Fasilitas surya Wyandot

 |
| Terpasang pada bangunan | 
* Pembangkit listrik fotovoltaik atap
* Fotovoltaik terintegrasi bangunan
* Solar Ark
* Strasskirchen Solar Park

 |
| Menurut negara | 
* Australia
* Belgia
* Bulgaria
* Kanada
* Chili
* Tiongkok
* Republik Ceko
* Prancis
* Jerman
* Yunani
* India
* Italia
* Jepang
* Belanda
* Rumania
* Afrika Selatan
* Spanyol
* Swiss
* Thailand
* Britania Raya
* AS

 |

 |
| Perusahaan PV | 

|  |  |
| --- | --- |
| Menurut negara | 
* Daftar produksi fotovoltaik menurut negara

 |
| Produsen individual | 
* First Solar
* Hanwha Q CELLS
* JA Solar
* Motech Solar
* REC
* Sharp
* Solar Frontier
* Solyndra
* Sungen Solar
* Sunpower
* Suntech
* Trina Solar
* Yingli Solar

 |

 |