Pada bagian ini akan dipelajari bagaimana
cara sel surya mengubah energi matahari menjadi energi listrik. Sel
surya yang sering kita lihat adalah sekumpulan modul sel photovoltaic
(photo = cahaya, voltaic = listrik) yang disusun sedemikian rupa dan
dikemas dalam sebuah frame. Sel photvoltaic ini yang nantinya akan
merubah secara langsung energi matahari menjadi listrik.
Sel
photovoltaic ini terbuat dari bahan khusus semikonduktor yang sekarang
banyak digunakan dan disebut dengan silikon. Ketika cahaya mengenai sel
silikon, cahaya tersebut akan diserap oleh sel ini, hal ini berarti
bahwa energi cahaya yang diserap telah ditransfer ke bahan semikonduktor
yang berupa silikon. Energi yang tersimpan dalam semikonduktor ini akan
mengakibatkan elektron lepas dan mengalir dalam semikonduktor. Semua
sel photovoltaic ini juga memiliki medan elektrik yang memaksa elektron
yang lepas karena penyerapan cahaya tersebut untuk mengalir dalam suatu
arah tertentu. Elektron yang mengalir ini adalah arus listrik, dengan
meletakkan terminal kontak pada bagian atas dan bawah dari sel
photovoltaic ini akan dapat dilihat dan diukur arus yang mengalir
sehingga dapat digunakan untuk menyuplai perangkat eksternal. Hal diatas
adalah dasar perubahan energi surya menjadi listrik oleh semikonduktor
silikon
Sel silikon mempunyai sifat kimia khusus dalam
format kristalnya. Atom silikon mempunyai 14 elektron yang diatur dalam
tiga kulit atom yang berbeda. Dua kulit atom yang pertama terisi
elektron penuh dan sisanya pada kulit terluar yang hanya terisi empat
elektron. Atom silikon ini akan selalu mencari jalan untuk memenuhi
kulit luarnya (ingin memenuhi sampai punya 8 elektron) dengan cara
melakukan ikatan dengan atom silikon lain yang kulit luarnya sama
mempunyai 4 elektron. Gabungan dari dua atom ini adalah struktur kristal
murni yang merupakan dasar pembentuk sel photovoltaic.
Silikon
murni bersifat sebagai konduktor karena tidak ada satupun elektron yang
bergerak bebas, artinya elektron berada pada bahan yang mempunyai sifat
konduktor yang bagus seperti tembaga, atau dengan kata lain elektron
terkunci dalam struktur kristal silikon murni. Silikon dalam sel surya
sudah dimodifikasi sedemikian rupa sehingga akan bekerja sebagai sel
surya. Sel surya ini mempunyai silikon dengan impurity atom lain yang
dicampur dengan atom silikon. Dalam hal ini atom silikon tidak akan
bekerja tanpa impurity tersebut. Silikon akan dicampur dengan sebuah
atom phospor. Atom phospor mempunyai 5 elektron di kulit terluarnya.
Ketika
energi diberikan ke kristal silikon murni, sebagai contoh misalnya
dalam wujud panas, hal ini akan menyebabkan beberapa elektron akan lepas
dan meninggalkan atomnya. Setiap elektron akan
meninggalkan sebuah hole (lobang) disekitar atom dimana elektron bisa
diikat. Elektron ini kemudian lepas secara acak disekitar kisi – kisi
dari kristal atom tersebut untuk mencari hole lain yang kosong untuk
ditempati. Elektron ini disebut sebagai elektron bebas dan dapat membawa
arus listrik.
Silikon tak murnian yang
dicampur dengan phospor ini membutuhkan sedikit energi untuk melepaskan
salah satu elektron phospor yang tidak diikat dalam suatu ikatan dengan
atom lain tetangganya. Sebagai hasil campuran antara silikon dan phospor
ini, banyak elektron yang lepas dan banyak membawa muatan arus listrik
apabila dibandingkan dengan silikon murni.
Proses
penambahan atom phospor ini disebut sebagai proses doping. Ketika
silikon di doping dengan phospor maka silikon disebut sebagai atom n-type
(n untuk negatif) karena adanya elektron bebas. Silikon n-type yang
telah didoping ini mempunyai sifat konduktor yang lebih bagus daripada
silikon murni. Pada bagian lain silikon yang didoping dengan boron yang
mempunyai elektron pada kulit terluar 3 elektron maka silikon akan
menjadi atom p-type (p untuk positif) yang banyak memilki hole bebas
karena ketiadaan elektron. Sehingga atom p-type ini akan bertugas
berkebalikan dari atom n-type.
Ketika
diletakkan silikon n-type dengan silikon p-type, maka setiap sel
photovoltaic ini memiliki minimal satu medan listrik. Tanpa medan
listrik maka sel tidak akan bekerja, dan pada fase ini antara silikon
n-type dan silikon p-type sedang melakukan ikatan. Dan kemudian elektron
pada slilikon n-type akan mencari hole pada silikon p-type untuk
ditempati elektron tersebut.
Sebelumnya
silikon ini memiliki muatan yang netral. Elektron lebih pada phospor
akan diseimbangkan oleh proton. Ketika hole dan elektron digabung jadi
satu dalam sambungan antara n-type dan p-type maka kenetralan dari
silikon ini akan terganggu. Pada sambungan akan membentuk suatu campuran
elektron dan akhirnya keseimbangan tercapai lagi dan akan terbentuk
suatu medan elektrik yang memisahkan kedua sisi tersebut.
A = n-type ; B = p-type
Medan
elektrik ini bekerja seperti dioda, membiarkan (bahkan mendorong)
elektron untuk mengalir dari sisi P ke sisi N, dan elektron hanya
memiliki satu arah.
No comments:
Post a Comment