Panel fotovoltaik saat ini sudah sangat beragam berkat kerja keras para ilmuwan. Jenis-jenis teknologi sel fotovoltaik pun berkembang dengan berbagai inovasi. Ada yang disebut sel fotovoltaik generasi satu, dua, tiga dan empat, dengan struktur atau bagian-bagian penyusun sel yang berbeda pula. Dibawah, akan dibahas prinsip kerja dan struktur panel fotovoltaik generasi pertama berbasis material silikon.
Sel surya konvensional bekerja menggunakan prinsip aliran elektron positif-negatif (p-n) yang terjadi antara dua material semikonduktor silikon, yaitu antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Material semikonduktor ini memiliki ikatan-ikatan atom dimana terdapat elektron sebagai penyusun dasar. Struktur aton semikonduktor tipe-n mempunyai kelebihan elektron bermuatan negatif sedangkan semikonduktor tipe-p mempunyai kelebihan lubang (hole) dalam struktur atomnya.
Silikon murni bersifat sebagai konduktor karena tidak ada satupun elektron yang bergerak bebas, dengan kata lain elektron terkunci dalam struktur kristal silikon murni. Artinya, silikon murni tidak bisa menghasilkan listrik yang maksimal namun mempunyai sifat konduktor yang bagus seperti tembaga. Agar bisa menghasilkan listrik secara maksimal, silikon dimodifikasi dengan menambah unsur lain (doping) menjadi semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Silikon di doping dengan phospor untuk menghasilkan semikonduktor-n karena adanya elektron bebas. Atom phospor mempunyai 5 elektron di kulit terluarnya. Untuk semikonduktor-p, silikon didoping dengan boron yang mempunyai 3 elektron pada kulit. Boron banyak memilki lubang bebas karena ketiadaan elektron.
Proses doping ini membuat silikon modifikasi lebih banyak melepas elektron dan lebih banyak membawa muatan arus listrik dibandingkan silikon murni. Ketika energi diberikan ke kristal silikon (bisa 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
Peran dari semikonduktor p-n adalah untuk membentuk medan listrik sehingga elektron (dan hole) bisa diekstrak oleh material kontak untuk menghasilkan listrik. Ketika semikonduktor tipe-p dan tipe-n terkontak, maka kelebihan elektron akan bergerak dari semikonduktor tipe-n ke tipe-p sehingga membentuk kutub positif pada semikonduktor tipe-n, dan sebaliknya kutub negatif pada semikonduktor tipe-p. Akibat dari aliran elektron dan hole ini maka terbentuk medan listrik yang mana ketika cahaya matahari mengenai susunan semikonduktor p-n ini maka akan mendorong elektron bergerak dari semikonduktor menuju kontak negatif, yang selanjutnya dimanfaatkan sebagai listrik. Sebaliknya, lubang bergerak menuju kontak positif menunggu elektron datang,
Sel surya konvensional bekerja menggunakan prinsip aliran elektron positif-negatif (p-n) yang terjadi antara dua material semikonduktor silikon, yaitu antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Material semikonduktor ini memiliki ikatan-ikatan atom dimana terdapat elektron sebagai penyusun dasar. Struktur aton semikonduktor tipe-n mempunyai kelebihan elektron bermuatan negatif sedangkan semikonduktor tipe-p mempunyai kelebihan lubang (hole) dalam struktur atomnya.
Silikon murni bersifat sebagai konduktor karena tidak ada satupun elektron yang bergerak bebas, dengan kata lain elektron terkunci dalam struktur kristal silikon murni. Artinya, silikon murni tidak bisa menghasilkan listrik yang maksimal namun mempunyai sifat konduktor yang bagus seperti tembaga. Agar bisa menghasilkan listrik secara maksimal, silikon dimodifikasi dengan menambah unsur lain (doping) menjadi semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Silikon di doping dengan phospor untuk menghasilkan semikonduktor-n karena adanya elektron bebas. Atom phospor mempunyai 5 elektron di kulit terluarnya. Untuk semikonduktor-p, silikon didoping dengan boron yang mempunyai 3 elektron pada kulit. Boron banyak memilki lubang bebas karena ketiadaan elektron.
Proses doping ini membuat silikon modifikasi lebih banyak melepas elektron dan lebih banyak membawa muatan arus listrik dibandingkan silikon murni. Ketika energi diberikan ke kristal silikon (bisa 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
Peran dari semikonduktor p-n adalah untuk membentuk medan listrik sehingga elektron (dan hole) bisa diekstrak oleh material kontak untuk menghasilkan listrik. Ketika semikonduktor tipe-p dan tipe-n terkontak, maka kelebihan elektron akan bergerak dari semikonduktor tipe-n ke tipe-p sehingga membentuk kutub positif pada semikonduktor tipe-n, dan sebaliknya kutub negatif pada semikonduktor tipe-p. Akibat dari aliran elektron dan hole ini maka terbentuk medan listrik yang mana ketika cahaya matahari mengenai susunan semikonduktor p-n ini maka akan mendorong elektron bergerak dari semikonduktor menuju kontak negatif, yang selanjutnya dimanfaatkan sebagai listrik. Sebaliknya, lubang bergerak menuju kontak positif menunggu elektron datang,
No comments:
Post a Comment