cara kerja sel surya
Sel surya, solar cell, photovoltaic, atau fotovoltaik sejak tahun
1970-an telah telah mengubah cara pandang kita tentang energi dan
memberi jalan baru bagi manusia untuk memperoleh energi listrik tanpa
perlu membakar bahan baker fosil sebagaimana pada minyak bumi, gas alam
atau batu bara, tidak pula dengan menempuh jalan reaksi fisi nuklir. Sel
surya mampu beroperasi dengan baik di hampir seluruh belahan bumi yang
tersinari matahari, sejak dari Maroko hingga Merauke, dari Moskow hingga
Johanesburg, dan dari pegunungan hingga permukaan laut.
Sel surya dapat digunakan tanpa polusi, baik polusi udara maupun suara, dan di segala cuaca. Sel surya juga telah lama dipakai untuk memberi tenaga bagi semua satelit yang mengorbit bumi nyaris selama 30 tahun. Sel surya tidak memiliki bagian yang bergerak, namun mudah dipindahkan sesuai dengan kebutuhan.
Semua keunggulan sel surya di atas disebabkan oleh karakteristik khas sel surya yang mengubah cahaya matahari menjadi listrik secara langsung. Artikel ini sengaja ditulis guna menanggapi banyaknya pertanyaan mengenai bagaimana mekanisme atau prinsip kerja sel surya. Sengaja di sini hanya melibatkan penjelasan kualitatif.
Dengan memanfaatkan Energi tak terhabiskan yaitu matahari, dengan memanfaatkan radiasi surya. berikut ulasan mengenai radiasi surya yang saya dapat dari Buletin litbang departemen pertahanan Indonesia. Sel surya terbuat dari potongan silikon yang sangat kecil dengan dilapisi bahan kimia khusus untuk membentuk dasar dari sel surya. Sel surya pada umumnya memiliki ketebalan minimum 0,3 mm yang terbuat dari irisan bahan semikonduktor dengan kutub positif dan negatif. Tiap sel surya biasanya menghasilkan tegangan 0,5 volt. Sel surya merupakan elemen aktif ( Semikonduktor ) yang memanfaatkan efek fotovoltaik untuk merubah energi surya menjadi energi listrik.
secara umum prosesnya adalah sebagai berikut
Pengaruh Medan Listrik Dalam Sel Surya
Cara Kerja Sel Surya
Struktur dasar dari Silikon Sel Surya
Proses konversi energi cahaya menjadi energi listrik
Proses pengubahan atau konversi cahaya matahari menjadi listrik ini dimungkinkan karena bahan material yang menyusun sel surya berupa semikonduktor. Lebih tepatnya tersusun atas dua jenis semikonduktor; yakni jenis n dan jenis p.Semikonduktor jenis n merupakan semikonduktor yang memiliki kelebihan elektron, sehingga kelebihan muatan negatif, (n = negatif). Sedangkan semikonduktor jenis p memiliki kelebihan hole, sehingga disebut dengan p ( p = positif) karena kelebihan muatan positif. Caranya, dengan menambahkan unsur lain ke dalam semikonduktor, maka kita dapat mengontrol jenis semikonduktor tersebut, sebagaimana diilustrasikan pada gambar di bawah ini (tenang sma belajar tentang semi konduktor kok
)
Pada awalnya, pembuatan dua jenis semikonduktor ini dimaksudkan untuk meningkatkan tingkat konduktifitas atau tingkat kemampuan daya hantar listrik dan panas semikonduktor alami. Di dalam semikonduktor alami (disebut dengan semikonduktor intrinsik) ini, elektron maupun hole memiliki jumlah yang sama. Kelebihan elektron atau hole dapat meningkatkan daya hantar listrik maupun panas dari sebuah semikoduktor.
Misal semikonduktor intrinsik yang dimaksud ialah silikon (Si). Semikonduktor jenis p, biasanya dibuat dengan menambahkan unsur boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga) atau Indium (In) ke dalam Si. Unsur-unsur tambahan ini akan menambah jumlah hole. Sedangkan semikonduktor jenis n dibuat dengan menambahkan nitrogen (N), fosfor (P) atau arsen (As) ke dalam Si. Dari sini, tambahan elektron dapat diperoleh. Sedangkan, Si intrinsik sendiri tidak mengandung unsur tambahan. Usaha menambahkan unsur tambahan ini disebut dengan doping yang jumlahnya tidak lebih dari 1 % dibandingkan dengan berat Si yang hendak di-doping.
Dua jenis semikonduktor n dan p ini jika disatukan akan membentuk sambungan p-n atau dioda p-n (istilah lain menyebutnya dengan sambungan metalurgi / metallurgical junction) yang dapat digambarkan sebagai berikut.
1. Semikonduktor jenis p dan n sebelum disambung.
3. Elektron dari semikonduktor n bersatu dengan hole pada semikonduktor p yang mengakibatkan jumlah hole pada semikonduktor p akan berkurang. Daerah ini akhirnya berubah menjadi lebih bermuatan positif.
Pada saat yang sama. hole dari semikonduktor p bersatu dengan elektron yang ada pada semikonduktor n yang mengakibatkan jumlah elektron di daerah ini berkurang. Daerah ini akhirnya lebih bermuatan positif.
4. Daerah negatif dan positif ini disebut dengan daerah deplesi (depletion region) ditandai dengan huruf W.
5. Baik elektron maupun hole yang ada
pada daerah deplesi disebut dengan pembawa muatan minoritas (minority
charge carriers) karena keberadaannya di jenis semikonduktor yang
berbeda.
6. Dikarenakan adanya perbedaan muatan
positif dan negatif di daerah deplesi, maka timbul dengan sendirinya
medan listrik internal E dari sisi positif ke sisi negatif, yang mencoba
menarik kembali hole ke semikonduktor p dan elektron ke semikonduktor
n. Medan listrik ini cenderung berlawanan dengan perpindahan hole maupun
elektron pada awal terjadinya daerah deplesi (nomor 1 di atas).
7. Adanya medan listrik mengakibatkan
sambungan pn berada pada titik setimbang, yakni saat di mana jumlah hole
yang berpindah dari semikonduktor p ke n dikompensasi dengan jumlah
hole yang tertarik kembali kearah semikonduktor p akibat medan listrik
E. Begitu pula dengan jumlah elektron yang berpindah dari smikonduktor n
ke p, dikompensasi dengan mengalirnya kembali elektron ke semikonduktor
n akibat tarikan medan listrik E. Dengan kata lain, medan listrik E
mencegah seluruh elektron dan hole berpindah dari semikonduktor yang
satu ke semiikonduktor yang lain.
Pada sambungan p-n inilah proses konversi cahaya matahari menjadi listrik terjadi.
untuk keperluan sel surya, semikonduktor
n berada pada lapisan atas sambungan p yang menghadap kearah datangnya
cahaya matahari, dan dibuat jauh lebih tipis dari semikonduktor p,
sehingga cahaya matahari yang jatuh ke permukaan sel surya dapat terus
terserap dan masuk ke daerah deplesi dan semikonduktor p.
ketika sambungan semikonduktor ini
terkena cahaya matahari, maka elektron mendapat energi dari cahaya
matahari untuk melepaskan dirinya dari semikonduktor n, daerah deplesi
maupun semikonduktor. Terlepasnya elektron ini meninggalkan hole pada
daerah yang ditinggalkan oleh elektron yang disebut dengan fotogenerasi
elektron-hole (electron-hole photogeneration) yakni, terbentuknya
pasangan elektron dan hole akibat cahaya matahari.
cahaya matahari dengan panjang gelombang
(dilambangkan dengan simbol “lambda” sbgn di gambar atas ) yang
berbeda, membuat fotogenerasi pada sambungan pn berada pada bagian
sambungan pn yang berbeda pula.
Spektrum merah dari cahaya matahari yang memiliki panjang gelombang
lebih panjang, mampu menembus daerah deplesi hingga terserap di
semikonduktor p yang akhirnya menghasilkan proses fotogenerasi di sana.
Spektrum biru dengan panjang gelombang yang jauh lebih pendek hanya
terserap di daerah semikonduktor n.Selanjutnya, dikarenakan pada sambungan pn terdapat medan listrik e, elektron hasil fotogenerasi tertarik ke arah semikonduktor n, begitu pula dengan hole yang tertarik ke arah semikonduktor p.
Apabila rangkaian kabel dihubungkan ke dua bagian semikonduktor, maka elektron akan mengalir melalui kabel. Jika sebuah lampu kecil dihubungkan ke kabel, lampu tersebut menyala dikarenakan mendapat arus listrik, dimana arus listrik ini timbul akibat pergerakan elektron.
