SIMULASI KARAKTERISTIK I-V DIODA SEL SURYA PADA VARIASI KETEBALAN LAPISAN-P MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA

Abstract

Tingkat kebutuhan akan ketersediaan listrik yang semakin meningkat, sel surya menjadi salah satu sumber energi terbarukan yang mengkonversi langsung energi matahari menjadi energi listrik. Pembangkit energi listrik tenaga surya merupakan sumber energi alternatif yang bersih, aman dan mudah digunakan dimanapun. Perkembangan kegiatan penelitian terhadap peningkatan kinerja sel surya terus dilakukan. Peningkatan kinerja sel surya dapat dilakukan dengan mempertimbangkan beberapa parameter penting, salah satunya ketebalan lapisan. Ketebalan lapisan sel surya dapat mempengaruhi proses konversi fotovoltaik di dalam divais. Divais dioda sel surya dengan struktur persambungan p-n, apabila ketebalan lapisan-p tebal maka akan mengurangi energi foton yang dibutuhkan oleh lapisn-n untuk proses generasi. Namun demikian, apabila lapisan-p terlalu tipis potensial difusi tidak dapat terbentuk sehingga dapat mengurangi rapat arus listrik yang dihasilkan. Rapat arus listrik yang dihasilkan dapat diketahui pada perubahan kurva karakteristik arus-tegangan (I-V). Berdasarkan kurva karakteristik I-V ini, maka kinerja dari sebuah divais sel surya, yang menjadi parameter kualitas dari sel surya, dapat diidentifikasi. Pada penelitian ini pengaruh variasi ketebalan lapisan-p dioda sel surya khususnya pada material Si jenis persambungan p-n, akan disimulasikan berdasarkan kurva karakteristik I-V menggunakan metode elemen hingga. Metode elemen hingga merupakan suatu metode yang dilakukan dengan membagi geometri material menjadi elemen-elemen kecil dengan menggunakan pendekatan berupa persamaan diferensial semikonduktor. Semakin kecil elemen yang didefinisikan, hasil yang diperoleh semakin akurat. Parameter fisis dioda sel surya Silikon merujuk berdasarkan penelitian sebelumnya. Pengolahan parameter fisis dioda sel surya Silikon secara matematis berdasarkan persamaan Poisson dan persamaan kontinuitas. Ketebalan lapisan-p yang diaplikasikan dari 0,7 μm sampai dengan 1,5 μm dengan kelipatan 0,1 μm, sedangkan ketebalan lapisan-n dibuat tetap 3,5 μm. Berdasarkan hasil penelitian yang diperoleh menunjukkan bahwa variasi ketebalan lapisan-p memberikan pengaruh terhadap karakteristik arus-tegangan yang dihasilkan dioda sel surya. Semakin besar ketebalan lapisan-p yang diaplikasikan maka rapat arus dioda sel surya semakin menurun, sebaliknya semakin tipis ketebalan lapisan-p yang diaplikasikan maka rapat arus dioda sel surya semakin meningkat. Peningkatan ketebalan lapisan-p membuat energi yang diterima lapisan-p semakin meningkat, namun mengurangi energi yang diterima lapisan-n. Lapisan-p sebagai lapisan jendela (window layer) akan menerima energi dalam porsi lebih besar dibandikan lapisan-n, oleh karenanya lapisan-p harus lebih tipis agar proses generasi dalam lapisan-n berlangsung secara maksimal. Dengan demikian lapisan-p yang tipis pada dioda sel surya persambungan p-n akan menghasilkan arus lebih besar dibandingkan lapisan-p yang tebal. Kinerja sel surya dapat diketahui dari parameter sel surya yang dihasilkan. Parameter yang lebih mudah digunakan untuk menentukan kinerja sel surya yang optimum dengan menentukan rapat arus yang dihasilkan. Hasil simulasi menunjukkan bahwa pada ketebalan lapisan-p sebesar 0,7 dan lapisan-n sebesar 3,5 memiliki nilai rapat arus yang lebih tinggi dibandingkan variasi ketebalan lapisan-p lainnya. Besar rapat arus hubung singkat paling optimum yang dihasilkan yaitu sebesar 1,41 x 10-11 A/ dan tegangan dengan nilai rapat arus minimum diperoleh sebesar 0,375 volt. Hal tersebut menunjukkan bahwa kinerja atau performance dioda sel surya Si yang optimum pada penelitian ini didapatkan ketika ketebalan lapisan-p sebesar 0,7 .