Minggu, 06 Mei 2012

Berbagi tentang Sel Surya


Tujuan dari praktikum karakterisasi sel surya yaitu untuk memahami karakteristik rapat arus terhadap tegangan sel surya, menentukan efisiensi sel surya, mengetahui pengaruh intensitas cahaya yang diberikan terhadap efisiensi sel surya, dan mampu membedakan perbedaan prinsip kerja dan karakteristik sel surya organik dengan sel surya anorganik.
Efek fotolistrik merupakan proses perubahan sifat-sifat konduksi listrik di dalam material karena pengaruh cahaya atau gelombang elektromagnetik lain. Efek ini mengakibatkan terciptanya pasangan elektron dan hole di dalam semikonduktor, atau pancaran elektron bebas dan ion yang tertinggal di dalam metal. Fenomena pertama dikenal sebagai efek fotolistrik internal, sedangkan fenomena kedua disebut efek fotolistrik eksternal.[1]
Salah satu aplikasi dari efek fotolistrik yaitu sel surya. Sel surya adalah semikonduktor dengan sambungan p-n yang dapat mengkonversi energi sinar matahari menjadi energi listrik.[2] Prinsip kerja dari sel surya yaitu ketika sel surya diberi sinar matahari, foton akan mengeksitasi elektron. Berbeda dengan pemancaran cahaya ke logam, elektron yang dieksitasi ini akan disalurkan ke rangkaian eksternal sebelum kembali ke keadaan awal. Kelebihan energi yang dihasilkan dari eksitasi elektron tersebut akan menghasilkan beda potensial atau electromotive force (emf). Gaya yang dihasilkan ini menyalurkan elektron tersebut ke rangkaian eksternal untuk menghasilkan energi listrik.[3]
Salah satu dari pengukuran dasar untuk menentukan karakteristik sel surya adalah pengukuran rapat arus–tegangan (J-V). Digunakannya pengukuran J-V karena arus bergantung pada luas daerah aktif sehingga akan lebih baik apabila mengukur rapat arus dibandingkan mengukur arus saja. Pengukuran rapat arus-tegangan dilakukan dengan menyinari divais sel surya di bawah penyinaran standar matahar AM1.5. 
Terdapat beberapa parameter yang penting yang digunakan untuk mengkarakterisasi sel surya dapat diperoleh dari kurva J-V yaitu rapat arus hubung singkat, tegangan rangkaian terbuka, fill factor, dan efisiensi konversi daya.

a.       Karakterisasi J-V dalam keadaan Gelap
Dalam keadaan gelap, sel surya berperilaku seperti dioda semikonduktor. Jika arus seri diberikan pada divais, maka arus akan mengalir melewati divais. Terdapat 2 macam arus yang mengalir pada divais semikonduktor, yaitu arus drift dan arus difusi. Arus drift merupakan arus yang timbul akibat medan listrik yang terdapat di dalam material. Sedangkan arus difusi adalah arus yang ditimbulkan oleh variasi spasial dari konsentrasi muatan di dalam material. Arus tersebut mengalir dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Dalam keadaan setimbang,  kedua arus tersebut akan saling menghilangkan sehingga arus total menjadi nol.
Ketika divais diberi tegangan luar, maka akan terjadi pergeseran tingkat fermi elektron. Pergeseran tingkat fermi ini sama dengan besarnya tegangan luar yang diberikan kepada semikonduktor. Secara eksperimen, persamaan arus dari sel surya dalam keadaan arus gelap diberikan oleh :
J = Jo [exp(qV/nkT) - 1]    (1)
dimana n adalah faktor ideal.

b.      Karakteristik J-V dalam keadaan Disinari
Ketika semikonduktor sel surya disinari di bawah cahaya, maka akan terjadi peningkatan konsentrasi elektron dan hole di dalam daerah muatan ruang. Hal tersebut menghasilkan arus yang lebih banyak dalam keadaan setimbang. Sehingga sebagai ganti J0 = 0, JL akan terukur. Oleh karena itu, arus total dalam sel surya dinyatakan dalam persamaan berikut :
J = Jo [exp(qV/nkT) - 1] - JL (2)
  
Ketika divais diberikan tegangan, pada suatu titik tertentu tidak ada arus yang terukur. Titik tersebut disebut tegangan rangkaian terbuka (Voc). 
Ketika sel surya bekerja pada sebuah keadaan dimana diberikan daya keluaran maksimum (Pmax), rapat arus dan tegangan pada titik tersebut disebut Jmpp dan Vmpp. Rasio Pmax terhadap hasil kali antara Voc dan Jsc didefinisikan sebagai fill factor
Parameter yang paling penting pada sel surya yaitu efisiensi konversi daya (PCE/ ). PCE dari sel surya didefinisikan sebagai perbandingan antara daya keluaran maksimum (Pmax) terhadap daya total dari cahaya datang (Plight).

Referensi :
[1] T. Mart. Mengapa Einstein Mendapat Nobel dari Efek Fotolistrik. 26 Agustus 2005. URL : http://www.fisikanet.lipi.go.id/utama.cgi?cetakartikel&1125385480
[2] Yulia Gushadi. Aplikasi Efek Fotolistrik. 27 Maret 2012. URL : http://yhmetri-physics.blogspot.com/2012/03/aplikasi-efek-fotolistrik.html
[3] Imperial College Press. The Physics of Solar Cells. hlm. 1-2.

Tidak ada komentar:

Posting Komentar