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