SEL SURYA VS FUNGSI KERJA MATERIAL

SEL SURYA VS FUNGSI KERJA MATERIAL PENDAHULUAN Sel surya tercipta dengan menerapkan efek foto listrik. Bahan sel surya umumnya terbuat dari bahan semikonduktor silikon, GaINP/GaAs/GaInAs, CIGS (CuInGaSe2,) Pemahaman tentang prinsip terjadinya arus listrik yang dihasilkan oleh sel surya sangat diperlukan untuk mendapatkan sel surya baru dengan efisiensi tertentu. Tujuan penulisan makalah ini adalah untuk mengetahui hubungan efisiensi sel surya dengan fungsi kerja bahan material. Teori dasar 2.1 Struktur Sel Surya Sel surya atau fotovoltaik adalah perangkat yang mengkonversi radiasi sinar matahari menjadi energi listrik.[1] Struktur inti dari sel surya pada umumnya terdiri dari satu atau lebih jenis material semikonduktor dengan dua daerah berbeda, yaitu daerah positif dan negatif. Dua sisi yang berlainan ini berfungsi sebagai elektroda. Untuk menghasilkan dua daerah muatan yang berbeda digunakan dopant dengan golongan periodik berbeda. Hal ini dimaksudkan agar dopant pada daerah negatif berfungsi sebagai pendonor elektron, sedangkan dopant pada daerah positif berfungsi sebagai acceptor elektron. Selain itu pada sel surya terdapat lapisan anti refleksi, dan substrat logam sebagai tempat mengalirnya arus dari lapisan tipe-n (elektron) dan tipe-p (hole)[3]. 2.2. Prinsip Kerja Sel Surya Prinsip kerja sel surya silikon adalah berdasarkan konsep semikonduktor p-n junction. Semikonduktor tipe-n diperoleh dengan mendoping silikon menggunakan unsur golongan VA sehingga terdapat kelebihan elektron valensi dibanding atom sekitar. Pada sisi lain semikonduktor tipe-p diperoleh dengan doping oleh golongan IIIA sehingga elektron valensinya defisit satu dibanding atom sekitar. Ketika dua tipe material tersebut mengalami kontak maka kelebihan elektron dari tipe-n berdifusi ke tipe-p. Sehingga area doping-n bermuatan positif sedangkan area doping-p bermuatan negatif. Medan elektrik yang terjadi antara keduanya mendorong elektron kembali ke daerah-n dan hole ke daerah-p. Pada proses ini terbentuk p-n junction. Penambahan kontak logam pada area p dan n akan membentuk dioda [1] . Ketika junction disinari, photon yang mempunyai energi sama atau lebih besar dari lebar pita energi material tersebut akan menyebabkan eksitasi elektron dari pita valensi ke pita konduksi dan elektron meninggalkan hole pita valensi. Elektron dan hole bergerak dalam material, sehingga menghasilkan pasangan elektron-hole. Apabila ditempatkan hambatan pada terminal sel surya, maka elektron dari area-n akan kembali ke area-p sehingga menyebabkan perbedaan potensial dan arus akan mengalir [1]. Skema cara kerja sel surya silikon ditunjukkan pada gambar 1.1. Gambar 1.1. Prinsip Kerja Sel Surya[1] 2.3. Fungsi Kerja Fungsi Kerja suatu bahan adalah banyaknya energi yang dibutuhkan untuk melepaskan elektron dari permukaan logam [2]. Untuk mengeluarkan elektron dari permukaan logam dibutuhkan energi sekurang-kurangnya sebesar fungsi kerja (W) [8]. Jika energi foton yang mengenai permukaan logam lebih besar dari fungsi kerjanya, maka elektron akan terpental keluar dan kelebihan energi yang dipasok berubah menjadi energi kinetiknya. Untuk elektron yang berada jauh dibawah permukaan logam, dibutuhkan energi yang lebih besar daripada W dan beberapa diantaranya keluar dengan energi kinetik yang lebih rendah [8]. 2.4. Band Gap Band Gap (Pita terlarang) adalah pita energi diantara pita valensi dan pita konduksi yang tidak boleh ditempati oleh elektron-elektron [1,3]. Band gap dari suatu semikonduktor sangat menentukan banyaknya spektrum cahaya yang dapat diserap oleh sel surya. Ketika semikonduktor diradiasi dengan cahaya yang energinya lebih besar dari energi gap semikonduktor (hν ≥ Eg), elektron dari pita valensi dapat tereksitasi ke pita konduksi. Elektron yang berpindah dari pita valensi ke pita konduksi disebut pembawa muatan negatif, sedangkan lubang (hole) pada pita valensi merupakan pembawa muatan positif. Pergerakan elektron bebas dari pita konduksi dan pergerakan hole dari pita valensi melewati band gap inilah yang menimbulkan energi listrik [3]. Gambar .2. Struktur Energi Material Semikonduktor [1] Energi yang lebih rendah akan terpantul atau menembus sel PV, sedangkan energi yang lebih tinggi akan terserap dan sebagian menjadi energi panas. Material dengan band gap yang lebih rendah mampu mengeksploitasi spektrum cahaya yang lebih banyak, sehingga menghasilkan arus yang lebih tinggi tetapi dengan tegangan yang rendah [3]. 2.5. Efisiensi Sel Surya Daya listrik yang dihasilkan sel surya ketika mendapat cahaya diperoleh dari kemampuan perangkat sel surya tersebut untuk memproduksi tegangan ketika diberi beban dan arus melalui beban pada waktu yang sama. Sehingga efisiensi sel surya didefinisikan sebagai daya yang dihasilkan dari sel (P max) dibagi dengan daya dari cahaya yang datang (P Cahaya)[1]. Secara matematis dinyatakan dengan persamaan berikut: η=P_max/P_cahaya Analisis data Efisiensi berbagai sel surya Efisiensi berbagai bahan sel surya ditunjukkan pada tabel 1.1 Tabel 1.1 Efisiensi Berbagai Sel Surya No Bahan Efisiensi (%) Work function (eV) 1 Silikon 22,3 [4] 4,52[5] 2 GaINP/GaAs/GaInAs 35,8 [4] 4,69 [6] 3 CIGS (CuInGaSe2,) 20,3 [4] 5,3 – 5,4 [7] Berdasarkan data efisiensi dan fungsi kerja yang disajikan pada tabel 1.1 dapat disimpulkan bahwa tidak ada korelasi antara fungsi kerja material sel surya dengan efisiensi yang dihasilkan, hal ini diakibatkan banyaknya elektron yang dihasilkan oleh sel surya sangat dipengaruhi oleh band gap bahan material semikonduktor yang digunakan. Kesimpulan Berdasarkan uraian yang disajikan dalam makalah ini dapat disimpulkan bahwa tidak ada korelasi yang signifikan antara fungsi kerja material sel surya dengan efisiensi yang dihasilkan Daftar Pustaka Wilman Septina dkk, Pembuatan Prototipe Solar Cell Murah dengan Bahan Organik-Inorganik (Dye-sensitized Solar Cell), Institut Teknologi Bandung, Bandung 2007 Serway Jewett, Fisika untuk Sains dan Teknik (Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics), Penerjemah Chriswan Sungkowo, Salemba Jakarta Wulandari Handini, Performansi sel Surya,Skripsi FT UI, Jakarta, 2008 Martin A. Green et al, Solar cell efficiency tables (version 37), www.eecs.berkeley.edu. http://www.kayelaby.npl.co.uk/atomic_and_nuclear_physics/4_3/4_3.html 12/14/2012 jam 4: 25 pm http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/002236975990215X diakses 12/14/2012 jam 4:30 pm http://www.superstrate.net/publications/haug-2003wpvc.pdf diakses 12/14/2012 jam 4:30 pm Kenneth Krane, Fisika Modern, Penerjemah Hans J Wospakrik, Penerbit Universitas Indonesia, 2011