Pengertian Sel Surya, Prinsip Kerja dan Strukturnya

Belajar Online -  Sel Surya atau Solar Cell adalah suatu perangkat atau komponen yang dapat mengubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik dengan menggunakan prinsip efek Photovoltaic.

Efek photovoltaic dipahami sebagai fenomena di mana tegangan listrik dibuat oleh koneksi atau kontak dari dua elektroda, yang terhubung ke sistem padat atau cair ketika menghasilkan energi cahaya. 

Karena itu, sel surya sering disebut sebagai sel fotovoltaik (PV). Efek fotovoltaik ini ditemukan pada tahun 1839 oleh Henri Becquerel.

Arus listrik timbul karena adanya energi foton cahaya matahari yang diterimanya berhasil membebaskan elektron-elektron dalam sambungan semikonduktor tipe N dan tipe P untuk mengalir. 

Seperti fotodioda, sel surya ini juga memiliki kaki positif dan kaki negatif yang terhubung ke sirkuit atau perangkat yang membutuhkan sumber daya.

Pada dasarnya, sel surya adalah fotodioda dengan luas permukaan yang sangat besar. Permukaan sel surya yang luas membuat perangkat sel surya ini lebih sensitif terhadap cahaya yang terjadi dan menghasilkan tegangan dan arus yang lebih kuat dari pada fotodioda pada umumnya. 

Contohnya, sebuah Sel Surya yang terbuat dari bahan semikonduktor silikon mampu menghasilkan tegangan setinggi 0,5V dan Arus setinggi 0,1A saat terkena (expose) cahaya matahari.

Saat ini, banyak yang menggunakan perangkat sel surya ini untuk berbagai aplikasi. Dari sumber daya untuk kalkulator, mainan, pengisi daya baterai, hingga pembangkit listrik, dan bahkan sebagai sumber daya untuk pergerakan satelit yang mengorbit bumi kita.

By Belajar Online

Prinsip Kerja Sel Surya

Sinar Matahari terdiri dari partikel sangat kecil yang disebut dengan Foton. Ketika terpapar sinar matahari, foton yang merupakan partikel sinar matahari menyerang atom semikonduktor sel surya silikon dan menciptakan energi yang cukup untuk memisahkan elektron dari struktur atom. 

Elektron yang dipisahkan dan bermuatan negatif (-) dapat bergerak bebas di daerah pita konduksi dari bahan semikonduktor. 

Atom yang kehilangan elektron ini memiliki kekosongan dalam strukturnya yang disebut “lubang muatan positif” (+).

Wilayah semikonduktor dengan elektron bebas negatif dan bertindak sebagai donor elektron. Wilayah semikonduktor ini disebut sebagai semikonduktor tipe-N. Sementara wilayah semikonduktor positif dengan lubang dan bertindak sebagai akseptor elektron yang disebut semikonduktor tipe-P.

Di persimpangan daerah positif dan negatif (persimpangan PN), energi dihasilkan yang mendorong elektron dan lubang ke arah yang berlawanan. Elektron menjauh dari area negatif ketika lubang bergerak menjauh dari area positif. 

Ketika ada beban dalam bentuk lampu dan peralatan listrik lainnya pada titik persimpangan positif dan negatif (PN Junction), arus listrik dihasilkan.

Struktur Sel Surya

Sesuai dengan perkembangan sains dan teknologi, jenis-jenis teknologi sel surya pun berkembang dengan berbagai inovasi. Ada yang disebut sel surya generasi pertama, kedua, ketiga dan keempat dengan struktur atau bagian sel yang berbeda (jenis teknologi surya dibahas dalam kata-kata “sel surya: jenis teknologi”). 

Pada artikel ini, kita akan membahas struktur dan operasi sel surya yang umum di pasaran saat ini, yaitu sel surya berbasis silikon, yang umumnya juga menggambarkan struktur dan operasi generasi pertama sel surya generasi pertama (sel surya silikon) dan kedua (thin film/lapisan tipis).

1. Substrat/ Metal Backing

Substrat adalah material yang menopang seluruh komponen sel surya. Bahan substrat juga harus memiliki konduktivitas listrik yang baik, karena ia juga bertindak sebagai kontak positif untuk sel surya. Karena itu, bahan logam atau logam seperti aluminium atau molibdenum umumnya digunakan. 

Untuk sel surya dye-sensitized (DSSC) dan sel surya organik, substrat juga berfungsi sebagai tempat masuknya cahaya sehingga material yang digunakan yaitu material yang konduktif tapi juga transparan sepertii ndium tin oxide (ITO) dan flourine doped tin oxide (FTO).

2. Material Semikonduktor

Material semikonduktor merupakan bagian inti dari sel surya yang biasanya mempunyai tebal sampai beberapa ratus mikrometer untuk sel surya generasi pertama (silikon), dan 1-3 mikrometer untuk sel surya lapisan tipis. Bahan semikonduktor menyerap cahaya matahari. Dalam kasus gambar di atas, semikonduktor yang digunakan adalah bahan silikon yang biasa digunakan dalam industri elektronik. 

Untuk sel surya film tipis, selain bahan semikonduktor, bahan semikonduktor yang umum digunakan dan tersedia secara komersial seperti Cu (In, Ga) (S, Se) 2 (CIGS), CdTe (cadmium telluride) dan silikon amorf digunakan, lainnya potensi yang diteliti secara intensif seperti Cu 2 ZnSn (S, Se) 4 (CZTS) dan Cu2O (tembaga oksida).

Bagian semikonduktor terdiri dari persimpangan atau kombinasi dua bahan semikonduktor, yaitu semikonduktor tipe-p (bahan yang disebutkan di atas) dan tipe-n (silikon tipe-n, CdS, dll.) Yang membentuk persimpangan p-n. 

Persimpangan P-n adalah kunci prinsip sel surya. Pemahaman tentang semikonduktor tipe-p dan n serta prinsip persimpangan-pn dan sel surya dibahas dalam bagian “Berfungsi Sel Surya”.

3. Kontak Metal / Contact Grid

Selain substrat sebagai kontak positif, biasanya sebagian bahan semikonduktor dilapisi dengan logam atau bahan konduktif transparan sebagai kontak negatif.

4. Lapisan Antireflektif

Refleksi cahaya harus diminimalisir agar mengoptimalkan cahaya yang terserap oleh semikonduktor. Karena itu, sel surya biasanya dilapisi dengan lapisan antirefleksi. 

Bahan antirefleksi ini adalah lapisan tipis bahan yang memiliki indeks bias optik tinggi antara semikonduktor dan udara yang menyebabkan cahaya dibelokkan ke arah semikonduktor, sehingga meminimalkan cahaya yang dipantulkan.

5. Enkapsulasi / Cover Glass

Bagian ini berfungsi sebagai enkapsulasi untuk melindungi modul surya dari hujan atau kotoran.

Jenis-jenis Sel Surya

Jenis-jenis sel surya ini digolongkan dengan berdasarkan teknologi pembuatannya. Secara garis besar sel surya ini dibagi dalam tiga jenis, yaitu:

1. Monocrystalline

Monocrystalline adalah modul surya paling efisien yang diproduksi menggunakan teknologi terbaru dan juga menghasilkan daya listrik yang tinggi. Sel surya monokristalin ini terbuat dari silikon kristalin murni yang telah mengalami proses Czochralski, menghasilkan ingot.

Batang-batang ini kemudian dipotong menjadi irisan tipis. Bentuk bulat atau bulat ini adalah hasil dari proses Czochralski.

2. Polycrystalline

Sedangkan Polycrystaline silicon, tersebut ialah suatu panel surya yang mempunyai/memiliki susunan kristal acak. Jenis/ tipe ini terdiri dari beberapa batang kristal silikon yang meleleh atau dicairkan, setelah itu mereka dituangkan kembali ke dalam bentuk persegi. polikristalin silikon diluncurkan pada tahun 1981. Untuk silikon polikristalin, proses Czochralski tidak diperlukan.

Dalam proses Czochralski ini, suatu bahan dimurnikan dengan kristalisasi. Bahan yang akan dikristalisasi dibawa ke tempat di mana sulit untuk bereaksi dengan zat lain seperti kuarsa dan argon gas mulia.

3. Thin Film Solar Cell (TFSC)

Thin Film Solar Cell (TFSC) adalah modul surya yang terdiri dari dua lapisan yang dibentuk dengan menambahkan satu atau lebih lapisan tipis atau bahan fotovoltaik film tipis ke substrat seperti kaca, plastik atau logam.

Demikianlah artikel tentang Pengertian Sel Surya, Prinsip Kerja, Struktur dan Jenisnya ini semoga bisa bermanfaat.

Share this post