Prinsip Kerja Sel Surya P-N
[oleh: Ady Iswanto, Staf Divisi Riset 102FM]
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.
[Sketsa penampang dua dimensi dari kristal silikon.]
» SEMIKONDUKTOR TIPE-P DAN TIPE-N
Ketika suatu kristal silikon di-doping dengan unsur golongan kelima, misalnya arsen, maka atom-atom arsen itu akan menempati ruang diantara atom-atom silikon yang mengakibatkan munculnya elektron bebas pada material campuran tersebut. Elektron bebas tersebut berasal dari kelebihan elektron yang dimiliki oleh arsen terhadap lingkungan sekitarnya, dalam hal ini adalah silikon. Semikonduktor jenis ini kemudian diberi nama semikonduktor tipe-n. Hal yang sebaliknya terjadi jika kristal silikon di-doping oleh unsur golongan ketiga, misalnya boron, maka kurangnya elektron valensi boron dibandingkan dengan silikon mengakibatkan munculnya hole yang bermuatan positif pada semikonduktor tersebut. Semikonduktor ini dinamakan semikonduktor tipe-p. Adanya tambahan pembawa muatan tersebut mengakibatkan semikonduktor ini akan lebih banyak menghasilkan pembawa muatan ketika diberikan sejumlah energi tertentu, baik pada semikonduktor tipe-n maupun tipe-p.
[Semikonduktor tipe-p (kiri) dan tipe-n (kanan).]
[Diagram pita energi semikonduktor tipe-p (kiri) dan tipe-n (kanan).]
» SAMBUNGAN P-N
Ketika semikonduktor tipe-p dan tipe-n disambungkan maka akan terjadi difusi hole dari tipe-p menuju tipe-n dan difusi elektron dari tipe-n menuju tipe-p. Difusi tersebut akan meninggalkan daerah yang lebih positif pada batas tipe-n dan daerah lebih negatif pada batas tipe-p. Batas tempat terjadinya perbedaan muatan pada sambungan p-n disebut dengan daerah deplesi. Adanya perbedaan muatan pada daerah deplesi akan mengakibatkan munculnya medan listrik yang mampu menghentikan laju difusi selanjutnya. Medan listrik tersebut mengakibatkan munculnya arus drift. Namun arus ini terimbangi oleh arus difusi sehingga secara keseluruhan tidak ada arus listrik yang mengalir pada semikonduktor sambungan p-n tersebut.
[Diagram energi sambungan p-n dan munculnya daerah deplesi.]
Lantas, bagaimana elektron-elektron yang terlepas dari atom-atom kristal semikonduktor dapat mengalir sehingga menimbulkan energi listrik?
Sebagaimana yang kita ketahui bersama, elektron adalah partikel bermuatan yang mampu dipengaruhi oleh medan listrik. Kehadiran medan listrik pada elektron dapat mengakibatkan elektron bergerak. Hal inilah yang dilakukan pada sel surya sambungan p-n, yaitu dengan menghasilkan medan listrik pada sambungan p-n agar elektron dapat mengalir akibat kehadiran medan listrik tersebut.
[Kurva I-V sel surya pada keadaan gelap dan diberikan cahaya.]
Ketika semikonduktor sambungan p-n disinari maka akan terjadi pelepasan elektron dan hole pada semikonduktor tersebut. Lepasnya pambawa muatan tersebut mengakibatkan penambahan kuat medan listrik di daerah deplesi. 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.
Untuk menghidupkan sebuah TV butuh berapa keping sel surya ya?
Seumpama nih sebagian besar listrik telah bersumber dari surya, maksudnya pembangkit listrik telah tergantikan dengan sel surya. Kira2 ada pengaruhnya terhadap panas yang diperoleh bumi dari matahari apa enggak?
Ditulis dengan#Jatmiko
] yang malah bikin sel surya dengan ukuran kecil dengan alasan elektronnya cenderung lebih mudah tereksitasi, jadi sebenernya mana sih yang lebih efisien? Ditunggu nih jawaban dari admin blog ini yang udah lama bergulat dengan fisika material hehe…
Ditulis denganmenurut sy tergantung luas sel surya yang dipake tuh, semakin luas energi yang dihasilkan pasti semakin besar…
Nah yang jadi pertanyaan sampai sekarang berapa sih ukuran sel surya yang paling gede?
Trus baru2 nih sy baca di Kompas ada dosen pakar sel surya di ITB [sok2 ga tau
Atau…
Ditulis denganBukannya Energi yang dihasilkan ama panel surya itu cuman terpengaruh ama frekuensi cahayanya yah?
Jadi intensitas ga berpengaruh…
*gw ni cuman asal jawab 1/2 mikir nih… gw bahkan belum jadi mahasiswa, lulus aja belom, baru juga maw klas 3 (Naek apa ngga juga blom taw)
Oh…iya btw sebenernya ada ga sih teknologi yang gunanya ngubah kalor dari lingkungan jadi usaha buat sistem gitu…
Kalo’ ngga Kalor yang ngubah entropi dimanfaatkan biar jadi usaha sistem…
ada ngga?
Ditulis dengan#Jatmiko,
Menurut saya (A.R.T. Nugraha), tidak ada pengaruhnya berapapun banyaknya sel surya yg digunakan jika dikaitkan dengan jumlah panas yg diterima Bumi dari matahari. Sel surya sebanyak apapun ga akan bikin matahari ga mau ngasih lagi cahayanya.
He.he.
Yah analoginya gini aja, kalo loe keluar rumah dan matahari bersinar sangat cerah, maka kulit loe bisa hitam, tapi hitamnya kulit loe ga akan bikin matahari berhenti nyinarin loe.
Bener gak?
#Hyaweh,
[Tanggapan 1]
Sebetulnya ga cuman frekuensi yg berpengaruh di sini, tapi ada juga faktor intensitas cahaya.
Ruang yang sangat gelap dengan ruang yg sangat terang tentu beda dalam urusan keluaran energi yg dihasilkan. Tapi di sini memang tidak ditampilkan rumus lengkapnya, cukup prinsip dasar sel surya yg serupa dengan efek fotolistrik, makanya seolah cuma frekuensi aja yg berpengaruh
[Tanggapan 2]
Bukankah memang demikian prinsip mesin kalor sesuai hukum Termodinamika II? (CMIIW)
#Fran,
Ditulis denganApa sih? siapa yg kau maksud “ditunggu”?
Saya atau Anto? atau Tri Fathir? Atau bukan tiga-tiganya?
Saya sih nunggu Ady Iswanto yg bikin tulisan ini biar cepet2 tengok tulisannya sendiri.
He.he.
#fisikawan muda
kata “sangat” nya itu artinya apa yah?apa kalo’ bedany dikit ga terlalu berpengaruh ato gmana?
Terus intensitas cahaya itu sebenernya hubungannya ama gelombang cahaya itu gimana yah? apa dia mempengaruhi amplitudonya?
=========
Ditulis denganAneh juga, padahal dulu si Einstein dapet nobel gara2 penemuanny tentang ini kan… (ini efek fotolistrik bukan yah btw…), kenapa yang terkenal malah teori relativitas ama E = m c2 ya?
#Hyaweh Hoshikawa,
Kalo untuk “beda dikit” saya kurang paham rumusannya, tapi kalo “beda jauh” memang beda keluaran daya sel-suryanya. Di Fisika ITB kami pernah eksperimen dengan sel surya.
Hmm… ntar saya tanyakan dulu pada teman untuk “beda dikit”. Tapi kalo melihat rumus efisiensi dan daya keluaran sel surya sih memang “beda dikit” pun akan beda pula keluaran dayanya.
Tentang persamaan-perbedaan fenomena efek fotolistrik biasa dengan prinsip kerja sel surya, ntar saya cari orang yg bikin artikel ini dulu.
Dia kayaknya lagi enak2 liburan makanya jarang kunjungan ke sini
Oya, untuk Einstein, sebenarnya wajar kalo yang terkenal adalah teori relativitasnya karena itu memang menggugah, mengubah, kerangka berpikir (cara pandang) kita terhadap alam semesta. Yang paling fenomenal adalah Teori Relativitas Umum (Gravitasi). Dikisahkan bahwa ketika awal mula Einstein mengemukakan idenya, hanya 3 orang yg mengerti teori tersebut. Ketiganya adalah: Arthur Eddington, Subrahmanyan Chandrasekhar, dan Einstein sendiri.
Tapi penting untuk diperhatikan bahwa pemikiran Einstein tentang efek fotolistrik merupakan salah satu gagasan paling fundamental dalam perkembangan fisika modern. Bahkan Planck sendiri sebagai orang yang pertama mengemukakan kuantisasi energi justru sepanjang hidupnya meragukan penjelasan Einstein yang mengambil ide dari Planck juga.
Untuk nobel 1921 yang diperoleh Einstein, sebetulnya tersirat juga penghargaan thd karya-karya teoretik lainnya, tidak hanya efek fotolistrik. Coba cari di situs Nobel tentang “alasan apa” yg menyebabkan Einstein dapat nobel. Ini yang saya dapat:
for his services to Theoretical Physics,
Ditulis denganPrinsip kerja sel surya apakah menggunakan bahan semikonduktor? Bahan semikonduktornya termasuk golongan berapa? dan tahan sampai berapa lama?
Ditulis denganYang saya maksud ya mahasiswa fisika itb angkatan 2004 yang paling pertama daftar di fisika itb (mungkin karena lulus sma-nya terburu-buru)
Oh iya tolong jawab juga pertanyaannya #Hamna dong saya ga tau pasti sih tapi pertanyaan 1 jawabnya iya pake bahan semikonduktor, nomor 2 golongan ‘BERAPA’ sy ga tau. nomor 3 yah mungkin tergantung nomor 2 kali…sori ya kalo salah saya juga ga yakin 
Ditulis denganKenapa sel surya disebut sel? Adakah jaringan, organ surya? (nggak lah)
Daripada memperluas permukaan, bagaimana dengan memasang cermin dan atau lensa supaya cahaya yg menyinari permukaan luas difokuskan ke sel surya yg sempit? Hemat bahan, tapi bikin leleh.
Ditulis denganMenurut saya, selaku pelajar yang masih belajar (apa sih maksudnya), memang benar untuk menghasilkan energi yang lebih besar dibutuhkan ukuran sel surya yang lebih besar. Hal ini dimaksudkan agar jumlah foton yang berenergi cukup (energi foton berhubungan dengan frekuensinya) untuk mengeksitasi elektron semakin besar. Dari penjelasan di atas juga sebenarnya dapat ditangkap bahwa intensitas penyinaran berpengaruh besar terhadap energi atau jumlah elektron yang dihasilkan karena intensitas berhubungan dengan jumlah foton asalkan energi masing-masing fotonnya cukup untuk mengeksitasi elektron dalam material tersebut.
Kalo membedakannya dengan efek fotolistrik memang agak mirip tapi sebenarnya beda deh. Pada fenomena fotolistrik foton yang datang pada material tersebut mampu mengionisasi elektron dalam material. Mengion di sini berarti elektron tersebut terlepas dari materialnya. Sedangkan pada fenomena yang terjadi pada sel surya elektronnya tidak benar-benar lepas, hanya saja energinya bertambah sehingga menempati keadaan /level energi yang lain yang memungkinkannya untuk bergerak. Nah aliran elektron itulah yang kemudian dimanfaatkan sebagai listrik.
Untuk sel surya sambungan p-n kan udah dijelasin di artikelnya bahwa pada sel surya ini digunakan sambungan semikonduktor tipe p dan tipe n. Semikonduktor tipe-p bisa jadi kristal silikon (tipe 4) yang didoping dengan unsur golongan 3 sedangkan tipe n didoping dengan unsur golongan 5.
Kenapa disebut sel? Kenapa ya? Saya sendiri kurang tau. Tapi menurut saya (mungkin) karena dalam penyusunannya pada perangkat fotovoltaik sel surya ini dibentuk dalam sel-sel kecil yang kemudian disusun secara seri untuk meningkatkan nilai tegangannya. Sebagai info, sel surya yang lebar-lebar yang suka kamu lihat di atap-atap rumah sebagai heater itu merupakan suatu rangkaian seri dari sel surya yang kecil-kecil.
Hehe, itu saja yang saya tau untuk nanggapin komentarnya, walaupun belum tentu bener lho (maksudnya biar sama-sama dan terus belajar tentang masalah ini). Yang perlu saya tekankan disini ialah teknologi ini harus mampu dikuasai indonesia yang katanya berada di sekitar khatulistiwa yang melimpah dengan sinar matahari. Jika sekarang kita sempat mengimpor BBM masa’ sih di masa depan kita juga menjadi pengimpor sel surya (atau devais fotovoltaik secara keseluruhan). Ngeri…
(Buat AhmadRidwan/Admin, maaf kalo uda nunggu lama…^_^…)
Ditulis dengan#Ady,
akhirnya datang juga
#Eko,
Ditulis denganhahahahahahaha…
ternyata kemampuan gokil-mu belum habis
Saya suka dengan rubrik ini kalau bisa diperbanyak biar dapat menambah wawasan bagi saudara2 dan anak sekolahan.
Ditulis denganSaya mau cari selsurya yang fleksibel buat rumahan dengan harga yang murah lengkap dengan inventer, ada yang bisa bantu?
Mohon izin copy sebagian buat tugas…
Ditulis denganTerima kasih banyakss…