b. PolycrystallineMulti-crystalline Si, dibuat dari peleburan silikon dalam
tungku keramik, kemudian pendinginan perlahan untuk mendapatkan bahan campuran silikon yang akan timbul di atas lapisan silikon. Sel ini kurang
efektif dibanding dengan sel mono-crystalline efektivitas 18, tetapi biaya pembuatannya lebih murah.
c. Gallium Arsenide GaAs. Galium Arsenide pada unsur periodik III-V
berbahan semikonduktor ini sangat efisien dan efektif dalam menghasilkan energi listrik sekitar 25. Banyak digunakan pada aplikasi pemakaian sel
surya Rahardjo 2008. Sampai saat ini modul sel surya komersial memiliki efisiensi berkisar antara
5 hingga 15 persen tergantung material penyusunnya. Tipe silikon kristal merupakan jenis piranti sel surya yang memiliki efisiensi tinggi meskipun biaya
pembuatannya relatif lebih mahal dibandingkan sel surya jenis lainnya. Tipe modul sel surya inilah yang banyak beredar di pasaran.
Sebenarnya ada produk sel surya yang efisiensinya bisa mencapai 40, namun belum dijual secara massal. Prestasi ini dicapai oleh DoE yang sudah
mengembangkannya sejak awal tahun 1980. Pencapaian efisiensi hingga 40 tersebut dilakukan dengan mengkonsentrasikan cahaya matahari. Teknologi ini
menggunakan konsentrator optik yang mampu meningkatkan intensitas cahaya matahari sehingga konversi listriknya pun juga meningkat. Sedangkan pada
umumnya teknologi sel surya hanya mengandalkan cahaya matahari alami atau dikenal dengan one sun insolation yang hanya mampu menghasilkan efisiensi
12 hingga 18 persen Suhono 2009.
2.4.1 Sel Surya Persambungan Semikonduktor p-n Solid State p-n Junction
Ketika bahan semikonduktor diiluminasi cahaya misalkan dari cahaya matahari dengan energi yang lebih besar daripada energi bandgap
semikonduktor, maka akan terjadi eksitasi elektron dari pita valensi ke pita konduksi Hummel 2001. Dengan kata lain terbentuk pasangan hole-elektron
karena elektron meninggalkan hole di pita valensi Gambar 10. Cahaya foton yang jatuh pada permukaan sel surya akan diserap dan
dikonversikan menjadi energi listrik. Tetapi tidak semua energi foton yang diserap
dikonversikan menjadi energi listrik. Hanya foton yang mempunyai energi foton cukup h
νE
g
untuk mengatasi celah energi yang dapat dikonversikan. Dalam pertidaksamaan di atas h adalah konstanta Planck 6,626 x 10
-34
J.s.,
ν adalah
frekuensi foton Hz dan E
g
Semakin tinggi intensitas cahaya dengan energi foton h ν E
adalah energi celah energi eV.
g
ε , maka
semakin banyak jumlah foton yang diterima sel surya, sehingga jumlah pasangan elektron dan hole yang dibangkitkan semakin besar. Karena pengaruh medan
listrik maka pembawa muatan bebas elektron dan hole yang terdapat di daerah lapisan deplesi akan mendapat gaya listrik sebesar
F = q ε
1 dimana q adalah muatan elektron atau hole Yani 2008.
Ketika persambungan dihubung singkat short-circuit maka pemisahan muatan yang terjadi menyebabkan timbulnya arus pada kawat penghubung
disebut arus hubung singkat, Isc pada Gambar 11a. Ketika kawat penghubung dibuka open circuit, maka hole akan bergerak dari daerah deplesi menuju sisi p,
demikian pula elektron bergerak menuju sisi n menghasilkan perbedaan potensial antara kedua sisi disebut tegangan open circuit, V
oc
pada Gambar 11b. Karakteristik arus-tegangan persambungan p-n setelah diiluminasi cahaya
didapatkan pada persamaan 4 dikurangi rapat arus short-circuit.
Gambar 10 Semikonduktor yang diiluminasi cahaya dengan energi foton yang lebih besar daripada bandgap semikonduktor Soga 2006
Gambar 11 Diagram energi pada persambungan p-n ketika diiluminasi cahaya dengan energi foton h
ν yang lebih besar dari bandgap a ketika dihubung singkat short circuit dan b ketika hubung singkat dibuka
open circuit Soga 2006
sebagai berikut:
SC nkT
qV o
J e
J J
− −
= 1
2 Jika diasumsikan luas permukaan sel surya adalah satu satuan luas, maka
karakteristik arus-tegangan dapat dinyatakan oleh persamaan berikut :
SC nkT
qV o
I e
I I
− −
= 1
3 Ketika dihubung-buka open circuit, arus yang mengalir
= I
, sehingga tegangan open circuit bisa dinyatakan sebagai
+ =
1 ln
O SC
OC
I I
q nkT
V 4
Pemanfaatan persambungan semikonduktor seperti ini menghasilkan perubahan energi dari energi foton cahaya menjadi energi listrik secara langsung.
Sehingga persambungan ini disebut juga sel photovoltaic atau lebih sering disebut sebagai sel surya solar cell. Karena kedua tipe semikonduktor yang digunakan
umumnya zat padat, maka sel surya yang dibuat dari persambungan p-n sering pula disebut sebagai solid-state solar cell. Dan karena telah banyak diaplikasikan,
sel surya jenis ini sering juga disebut sel surya konvensional untuk membedakannya dengan jenis sel surya baru yang memiliki prinsip kerja yang
berbeda Fonash 2010.
2.5.2 Sel Surya Hibrid
