TUJUAN
Eksperimen ini bertujuan untuk memberi pemahaman mengenai prinsip kerja sel surya, bagaimana cara melakukan percobaan efek fotovoltaik untuk menentukan efisiensi sel foto voltaic yang digunakan, memberi pemahaman tentang pengaruh panjang gelombang radiasi terhadap keluaran energi listrik pada sel foto voltaic dan karakteristik sel fotovoltaik.
ALAT DAN BAHAN
Alat
dan bahan yang digunakan dalan eksperimen ini adalah:
1. Sumber
cahaya polikromatik
2. 3
buah filter warna (merah, hijau dan biru)
3. Resistor
variabel
4. Amperemeter
5. Voltmeter
6. Kabel
capit buaya
7. 2
jenis sel surya (p-Si dan c-Si)
8. Box
hitam
TEORI SINGKAT
Sel surya merupakan suatu devais semikonduktor yang dapat menghasilkan listrik jika diberikan sejumlah energi cahaya. Proses penghasilan energi listrik itu diawali dengan proses pemutusan ikatan elektron pada atom-atom yang tersusun dalam kristal semikonduktor ketika diberikan sejumlah energi (hf). Salah satu bahan semikonduktor yang biasa digunakan sebagai sel surya adalah kristal silikon.
Gambar 3.1 Sketsa penampang dua dimensi dari Kristal silikon
Sel surya yang paling sederhana prinsip kerjanya adalah yang berbasiskan sambungan p-n seperti pada sel surya silikon (kristalin). Pada sel surya tersebut silikon yang membentuk sel surya terdiri dari dua tipe material, yaitu silikon tipe-p dan silikon tipe-n. cahaya dengan panjang gelombang tertentu yang masuk ke dalam bahan semikonduktor tersebut dapat menimbulkan pair-generation yang menghasilkan muatan positif (hole) dan muatan negative (electron) pada suatu perangkat PV (fotovoltaik). Muatan positif menyebar pada lapisan-p dan electron-elektron menyebar pada lapisan-n dan mengalir ke masing-masing elektroda.
Efisiensi daya dalam sel surya dirumuskan sebagai:
Yaitu perbandingan daya listrik yang dihasilkan sel surya dengan daya total foton yang masuk ke dalam sel surya.daya maksimum yang dihasilkan sel surya adalah:
Sementara itu, daya yang masuk ke dalam sel surya adalah:
Dengan N(λ) = jumlah foton per unit luas, A = luas penampang sel, dan hc/λ= energy foton
Tegangan sirkuit terbuka pada sel surya adalah:
DATA PENGOLAHAN
Intensitas cahaya tanpa filter = 43〖Wm〗^(-2)
Intensitas cahaya dengan filter merah = 37,1 〖Wm〗^(-2)
Intensitas cahaya dengan filter biru = 33,1 〖Wm〗^(-2)
Intensitas cahaya dengan filter hijau = 32,3 〖Wm〗^(-2)
Luas permukaan Kristal = 2×〖10〗^(-3)
Luas permukaan polikristal = 1.024×〖10〗^(-3)
p-Si tanpa filter
Melalui tabel diatas diperoleh 3 grafik, yaitu :
P-Si dengan filter warna merah
Melalui tabel diatas diperoleh 3 grafik, yaitu :
P-Si dengan filter warna hijau
Melalui tabel diatas diperoleh 3 grafik, yaitu :
P-Si dengan filter warna biru
Melalui tabel diatas diperoleh 3 grafik, yaitu :
c-Si tanpa filter
Melalui tabel diatas diperoleh 3 grafik, yaitu :
c-Si dengan filter warna merah
Tabel 3.5. Data c-Si dengan filter merah
Melalui tabel diatas diperoleh 3 grafik, yaitu :
c-Si dengan filter warna hijau
Melalui tabel diatas diperoleh 3 grafik, yaitu :
c-Si dengan filter warna biru
Melalui tabel diatas diperoleh 3 grafik, yaitu :
ANALISIS PERMASALAHAN
Gejala foto listrik adalah lepasnya muatan elektron dari permukaan sebuah logam ketika sebuah permukaan logam tersebut disinari dengan berkas cahaya yang mempunyai panjang gelombang atau frekuensi tertentu. Hal ini mengakibatkan timbulnya arus listrik.
Gejala ini yang terjadi pada sel surya. Pada saat semikonduktor sambungan p-n diberi sinar maka akan terjadi pelepasan elektron dan hole pada semikonduktor tersebut. Lepasnya pambawa muatan tersebut mengakibatkan penambahan kuat medan listrik di daerah deplesi. Dan adanya kelebihan muatan ini akan mengakibatkan muatan ini bergerak karena adanya medan listrik pada daerah deplesi. Pada keadaan ini, arus drift lebih besar daripada arus difusi sehingga secara keseluruhan dihasilkan arus berupa arus drift, yaitu arus yang dihasilkan karena kemunculan medan listrik. Arus inilah yang kemudian dimanfaatkan oleh sel surya sambungan p-n sebagai arus listrik.
Gambar 3.2 Kurva I-V sel surya pada keadaan gelap dan diberikan cahaya
Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di antara isolator dan konduktor. Sebuah semikonduktor bersifat sebagai isolator pada temperatur yang sangat rendah, namun pada temperatur ruangan bersifat sebagai konduktor.
Ada dua jenis semikonduktor yaitu semikonduktor intrinsik dan ekstrinsik, semikonduktor intrinsik adalah semikonduktor murni dan tidak cacat, contohnya adalah Silikon. Sedangkan semikonduktor ekstrinsik adalah semikonduktor yang telah didoping oleh atom asing.
Semikonduktor jenis n adalah semikonduktor intrinsik yang bercampur dengan atom lain sehingga kenaikan jumlah elektron negatif yang bebas. Misalnya unsur Si dengan arsen (Ar). Pada semikonduktor jenis n, lubang (hole) bertindak sebagai muatan negatif , oleh karena itu komponen ini sering disebut pembawa muatan minoritas , sedangkan elektron sebagai muatan positif disebut pembawa muatan mayoritas. Penggabungan semikonduktor jenis p dan jenis n pada komponen elektronika diantaranya adalah dioda, dan transistor
Silikon Kristal tunggal yang terbaik saat ini hanya mampu mengubah sekitar 25% dari energy matahari menjadi energy listrik. Sel surya silikon polikristalin saat ini memiliki efisiensi penyerapan kurang dari 20% dan sel seilikon amorf sekitar 10%. Adapun hal-hal yang menyebabkan rendahnya nilai efisiensi penyerapan ini adalah:
Radiasi dalam daerah inframerah pada spectrum elektromagnetik tidak memiliki cukup energy untuk menimbulkan pair-generation dalam material tersebut.
Radiasi elektromagnetik bukanlah jenis cahaya monokromatik tetapi terdiri dari sejumlah panjang gelombang yang memiliki tingkat energy yang berbeda.
Hanya sebagian foton yang mengenai sel surya, yang mampu membentuk pasangan electron hole karena hanya sebagian yang memiliki energy yang sesuai dengan tingkat band gap energy material penyusun sel surya (untuk silikon kristalin sekitar 1.1eV).
Tidak semua pasangan electron-hole pada sel surya dapat mengalir hingga ke elektroda masing-masing akibat dari adanya peluang terjadinya rekombinasi selama electron masih dalam semikonduktor.
Sifat pantul silikon yang cukup besar karena permukaannya yang mengkilap. Foton-foton yang terefleksi tidak dapat digunakan oleh sel surya. Untuk itu pelindung anti refleksi dipasang di atas sel untuk mengurangi akibat refleksi sekitar 5%.
Dalam praktikum ini kita melakukan 8 kali percobaan. 4 kali untuk percobaan dengan sel surya p-Si dan 4 kali untuk percobaan dengan sel surya c-Si. Hubungan antara arus dan tegangan, yaitu semakin besar nilai resistor maka nilai arusnya semakin kecil dan nilai tegangannya semakin besar. Karakteristik sel surya sangat ditentukan oleh intensitas cahaya yang jatuh pada permukaan sel. Semakin banyak intensitas cahaya yang mengenai permukaan sel surya maka arus yang dihasilkan akan semakin besar.
KESIMPULAN
Melalui eksperimen ini kita dapat memaham bagaimana prinsip kerja sel surya, dimana proses penghasilan energi listrik itu diawali dengan proses pemutusan ikatan elektron pada atom-atom yang tersusun dalam kristal semikonduktor ketika diberikan sejumlah energy. Parameter-parameter yang diukur dalam eksperimen ini adalah nilai arus (I) dan tegangan (V). dari kedua parameter tersebut dapat dihitung nilai efisiensinya dengan cara membagi nilai Pmax terhadap Pin. Karakteristik sel surya sangat ditentukan oleh intensitas cahaya yang jatuh pada permukaan sel. Semakin banyak intensitas cahaya yang mengenai permukaan sel surya maka arus yang dihasilkan akan semakin besar. Sel fotovoltaik (sel surya) yang mampu mengkonversi energi surya menjadi energi listrik secara langsung dapat dipergunakan sebagai sumber energi alternatif dengan energi radiasi matahari cukup. Daya listrik yang dihasilkan sel surya sangat tergantung pada intensitas radiasi yang diterima.
DAFTAR PUSTAKA
W. Nuryadin, M.Si, Bebeh. 2011. Modul Eksperimen Fisika II . Bandung: Universitas IslamNegeri Sunan Gunung Djati Bandung.
http://saladincom.blogspot.com/2012/04/prinsip-kerja-sel-surya.html diakses hari selasa, pukul 19.30
