SEL SURYA

Photo-voltaic terdiri dari photo dan voltaic. Photo berasal dari kata Yunani phos yang berarti cahaya. Sedangkan voltaic diambil dari nama Alessandro Volta (1745 - 1827), seorang pelopor dalam pengkajian mengenai listrik. Sehingga photo-voltaic dapat berarti listrik-cahaya. Belakangan ini, photo-voltaic lebih sering disebut solar cell atau sel surya, karena cahaya yang dijadikan energi listrik adalah sinar matahari. Sel surya merupakan sebuah piranti yang mampu mengubah secara langsung energi cahaya menjadi energi listrik. Proses pengubahan energi ini terjadi melalui efek fotolistrik. Efek fotolistrik adalah peristiwa terpentalnya sejumlah elektron pada permukaan sebuah logam ketika disinari seberkas cahaya. Gejala efek fotolistrik dapat diterangkan melalui teori kuantum Einstein. Menurut teori kuantum Einstein, cahaya dipandang sebagai sebuah paket energi (foton) yang besar energinya bergantung pada frekuensi cahaya. Pada sel surya energi foton akan diserap oleh elektron sehingga elektron akan terpental keluar menghasilkan arus dan tegangan listrik.

Pada tahun 1927 metalÐ lain semikonduktor -junction solar cell, dalam hal ini terbuat dari tembaga dan semikonduktor oksida tembaga, telah ditunjukkan. Pada tahun 1930-an baik sel selenium dan tembaga oksida sel sedang bekerja di perangkat yang sensitif terhadap cahaya, seperti fotometer, untuk digunakan dalam fotografi. Sel-sel surya awal, bagaimanapun, masih memiliki efisiensi konversi energi kurang dari 1 persen. Kebuntuan ini akhirnya diatasi dengan pengembangan sel surya silikon oleh Russell Oh  pada tahun 1941. Pada tahun 1954, tiga peneliti Amerika lainnya, GL Pearson, Daryl Chapin, dan Calvin Fuller, menunjukkan sel surya silikon mampu efisiensi 6-persen konversi energi bila digunakan di bawah sinar matahari langsung. Pada tahun 1980-an sel-sel silikon, serta yang terbuat dari gallium arsenide, dengan efisiensi lebih dari 20 persen telah dibuat.Pada tahun 1989 konsentrator sel surya, jenis perangkat di mana sinar matahari terkonsentrasi pada permukaan sel dengan cara lensa, mencapai efisiensi 37 persen karena peningkatan intensitas energi yang dikumpulkan.Secara umum, sel surya secara luas berbagai efisiensi dan biaya sekarang tersedia.

Arus (I) dan tegangan (V) yang dihasilkan ketika sel memperoleh penyinaran merupakan karakteristik setiap sel surya. Karakteristik ini selalu disajikan dalam bentuk kurva hubungan I dan V. Hasil penelitian menunjukkan bahwa karakteristik sel surya dipengaruhi oleh intensitas cahaya dan suhu permukaan sel.

Photo-voltaic terdiri dari photo dan voltaic. Photo berasal dari kata Yunani phos yang berarti cahaya. Sedangkan voltaic diambil dari nama Alessandro Volta (1745 - 1827), seorang pelopor dalam pengkajian mengenai listrik. Sehingga photo-voltaic dapat berarti listrik-cahaya. Belakangan ini, photo-voltaic lebih sering disebut solar cell atau sel surya, karena cahaya yang dijadikan energi listrik adalah sinar matahari. Sel surya merupakan salah satu produk teknologi fotovoltaik yang dikembangkan pada bahan semikonduktor (silikon multikristal, monokristal dan amorf) yang mampu menyerang gelombang elektromagnetik dan konversi energi cahaya (photon) menjadi energi listrik secara langsung. Prinsip dasar sel surya merupakan kebalikan dari LED (Light Emmiting Diode) yang mengubah energi listrik menjadi cahaya atau boleh dikatakan identik dengan sebuah dioda cahaya (photodioda)  

Pada umumnya sel surya terbuat dari bahan semikontor. Salah satu bahan sel surya adalah kristal silikon (c-Si). Bahan ini merupakan silikon murni (elektron valensi 4) yang diberi pengotoran (impuriti) bervalensi 3 sehingga menjadi silikon tak murni (kekurangan sebuah elektron). Silikon jenis ini kemudian diberi nama silikon tipe-p. sebuah silikon murni yang diberi pengotoran bervalensi 5 (kelebihan sebuah elektron) juga menghasilkan silikon tipe-n. Sambungan kedua jenis silikon ini akan membentuk persambungan (junction) PN. Pada batas sambungan akan timbul sebuah celah energi atau energy gap (Eg) yang membatasi pita valensi dengan pita konduksi. Pada semikonduktor c-Si, energi-gapnya sebesar 1,11 eV, artinya bila elektron pada pita valensi Si memperoleh energi foton yang lebih besar dari 1,11 eV maka elektron tersebut akan mampu melewati celah energi dan berpindah menuju pita konduksi (Beaser, 1992). Perpindahan elektron-elektron ini menyebabkan terjadinya aliran elektron pada pita konduksi hingga terjadilah aliran arus listrik.

Deskripsi matematis yang merupakan syarat agar elektron berpindah dari pita valensi ke pita energi dinyatakan dalam bentuk

E = h𝝊 > E_g                                                     (1)

dengan h dan u masing-masing adalah konstanta Planck ( 6,63´ 10- 34 Js) dan frekuensi cahaya yang jatuh pada permukaan sel surya. Frekuensi ini dapat dinyatakan sebagai hubungan

                                     𝝊 =  c / l                                                 (2)

untuk c dan l masing-masing menyatakan laju dan panjang-gelombang cahaya. Perpindahan elektron-elektron dari pita valensi ke pita konduksi menimbulkan dua macam gerak pembawa muatan, yaitu gerak elektron-elektron pada pita konduksi dan gerak hole (lubang) pada pita valensi dengan arah gerak kedua pembawa muatan tersebut saling berlawanan. Total gerak pembawa muatan tersebut menimbulkan arus listrik pada rangkaian luar yang secara sederhana dilukiskan pada Gambar 1.

Gambar 1. Proses pembangkitan arus listrik pada sel surya

Arus keluaran (I) serta tegangan (V) yang dihasilkan ketika sel memperoleh penyinaran merupakan karakteristik setiap sel surya. Karakteristik ini selalu disajikan dalam bentuk kurva hubungan I dan V. Hasil penelitian menunjukkan bahwa karakterisrik sel surya dipengaruhi oleh intensitas cahaya dan suhu permukaan sel.

Kurva I-V yang merupakan karakteritik tersebut tersaji dalam Gambar 2.

Gambar 2. Pengaruh intensitas cahaya terhadap karakteristik arus-tegangan sel surya

Dari gambar 2 terlihat bahwa arus keluaran (I) berbanding lurus dengan intensitas cahaya, sedangkan tegangan (V) berubah secara logaritmik. ISC menyatakan arus hubung singkat dan VOC menyatakan tegangan listrik rangkaian terbuka. Arus dan tegangan maksimun terjadi pada saat sel surya menghasilkan daya ( jumlah watt ) maksimum.

Daftar Pustaka :

Bahan Ajar Universitas Kristen Petrus

Beisher, Arthur. 1992. Konsep Fisika Modern. Jakarta : Erlangga.

http://encyclobamia.solarbotics.net

http://www.therealitystoryoflife.blogspot.com

Krane, Kenneth. 1988. Fisika Modern. Jakarta: UI Press.

Paul, A. Tippler. 1991. Fisika Unuk sains dan teknik. Jakarta : Erlangga.

Supriyato. 2001. Fisika SMA. Jakarta: Erlangga.