Simulasi 2D Karakteristik J-V Sel Surya berbasis a-Si:H pada Berbagai Ketebalan Lapisan-p, Lapisan-i dan Lapisan-n

Abstract

Salah satu faktor yang mempengaruhi karakteristik rapat arus-tegangan (J-V) sel surya adalah ketebalan lapisan dari bahan penyusunnya. Dengan demikian, jika sel surya dibuat dengan konstruksi berbentuk persambungan p-i-n, maka setiap ketebalan lapisan akan berkontribusi terhadap karakteristik kelistrikan yang dihasilkan. Oleh karena pengujian secara eksperimen membutuhkan biaya yang cukup mahal dan waktu yang lama, maka perlu dilakukan optimasi beberapa parameter bahan melalui simulasi agar dapat meminimalisir jumlah tahapan optimasi dalam fabrikasi divais sehingga bisa meminimalisir waktu dan biaya yang dibutuhkan. Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui pengaruh variasi ketebalan lapisan-p, lapisan-i dan lapisan-n terhadap karakteristik rapat arustegangan sel surya berbasis a-Si:H, sehingga diperoleh ketebalan yang sesuai untuk meningkatkan kinerja divais sel surya. Simulasi dalam penelitian dilakukan menggunakan metode elemen hingga (Finite Element Method). Kegiatan simulasi dimulai dengan memasukkan parameter input bahan silikon amorf terhidrogenasi (a-Si:H). Kemudian mengatur geometri sel surya dalam bentuk 2D yang terdiri dari tiga subdomain yaitu lapisanp, lapisan-i dan lapisan-n dengan ketebalan awal lapisan p/i/n sebesar 150 Å/5500 Å/300 Å. Tahap selanjutnya adalah mengatur syarat batas, dan memasukkan persamaan yang digunakan dalam simulasi berupa persamaan Poisson dan Kontinuitas untuk menghasilkan distribusi pembawa muatan yang digunakan untuk menggambarkan karakteristik rapat arus-tegangan (J-V) sel surya. Hasil simulasi karakteristik rapat arus-tegangan (J-V) sel surya berbasis aSi:H pada berbagai ketebalan lapisan-p, lapisan-i dan lapisan-n menunjukkan bahwa ketebalan masing-masing lapisan memiliki pengaruh terhadap karakteristik J-V sel surya. Ketebalan lapisan p memiliki pengaruh cukup besar dilihat dari perubahan nilai rapat arus hubung singkat (𝐽𝑆𝐶) yang diperoleh dengan 𝐽𝑆𝐶 tertinggi sebesar 17,09 𝑚𝐴⁄𝑐𝑚 ketika ketebalan lapisan-p 190 Å dengan 𝑉𝑂𝐶 bernilai konstan sebesar 0,575 𝑣𝑜𝑙𝑡. Ketebalan lapisan-i memiliki pengaruh paling besar dilihat dari perubahan nilai 𝐽𝑆𝐶 dan 𝑉𝑂𝐶 yang diperoleh dengan 𝐽𝑆𝐶 dan 𝑉𝑂𝐶 tertinggi sebesar 49,66 𝑚𝐴⁄𝑐𝑚 dan 0,625 𝑣𝑜𝑙𝑡 ketika lapisan-i paling tebal 7500 Å. Sedangkan lapisan-n memiliki sedikit pengaruh terhadap karakteristik J-V sel surya dengan 𝐽𝑆𝐶 dan 𝑉𝑂𝐶 tertinggi sebesar 15,98 𝑚𝐴⁄𝑐𝑚 dan 0,6 𝑣𝑜𝑙𝑡 diperoleh ketika lapisan-n yang cukup tipis yaitu 150 Å. Rapat arus hubung singkat (𝐽𝑆𝐶) dan tegangan hubung terbuka (𝑉𝑂𝐶) maksimum dalam simulasi diperoleh ketika ketebalan lapisan p/i/n sebesar 190 Å/7500 Å/150 Å dengan nilai 𝐽𝑆𝐶 dan 𝑉𝑂𝐶 secara berurutan 53,3 𝑚𝐴⁄𝑐𝑚 dan 0,65 𝑣𝑜𝑙𝑡 menunjukkan bahwa variasi ketebalan 190 Å/7500 Å/150 Å memiliki pengaruh paling besar dalam meningkatkan kinerja divais sel surya.