Simulasi Pengaruh Variasi Temperatur Operasional Terhadap Distribusi Pembawa Muatan Sel Surya Berbasis Silikon c-Si, a-Si:H, Dan µc-Si:H

Abstract

Kinerja sel surya diperoleh dari pengamatan terhadap karakteristik rapat arus-tegangan (J-V). Perhitungan rapat arus pada sel surya dilakukan berdasarkan analisis perubahan distribusi pembawa muatan (elektron dan hole). Salah satu faktor yang mempengaruhi jumlah distribusi pembawa muatan dalam suatu bahan yaitu temperatur operasional. Kaitannya dengan aplikasi sel surya selalu berhubungan erat dengan temperatur yang selalu berubah-berubah, sehingga perlu dilakukan analisis distribusi pembawa muatan terhadap variasi temperatur. Seiring perkembangannya, bahan yang digunakan untuk divais sel surya tidak hanya silikon kristal (c-Si), namun bahan silikon amorf terhidrogenasi (a-Si:H) maupun mikrokristal terhidrogenasi (µc-Si:H) yang relatif lebih murah biaya fabrikasinya. Oleh sebab itu, pada penelitian ini ketiga bahan tersebut menjadi obyek dalam penelitian dengan tujuan penelitian yaitu menganalisa distribusi pembawa muatan pada sel surya berbasis silikon untuk kristal (c-Si), amorf terhidrogenasi (a-Si:H), dan mikrokristal terhidrogenasi (µc-Si:H) pada beberapa variasi temperatur operasional. Selanjutnya, berdasarkan hasil yang diperoleh, dianalisa pengaruh temperatur operasional terhadap distribusi pembawa muatan. Distribusi pembawa muatan tersebut merepresentasikan konsentrasi pembawa muatan (elektron dan hole) di dalam bahan. Proses simulasi diawali dengan memasukkan parameter input untuk masingmasing

bahan diantaranya: bahan silikon kristal (c-Si), amorf terhidrogenasi (aSi:H),

dan mikrokristal terhidrogenasi (µc-Si:H). Kemudian membuat geometri dalam bentuk 2D yang terdiri dari tiga lapisan yaitu lapisan-p, lapisan-i dan lapisan-n dengan ketebalan tiap-tiap lapisan p/i/n sebesar . Tahapan selanjutnya adalah mengatur syarat batas dan memasukkan persamaan yang digunakan dalam simulasi, berupa persamaan poisson dan kontinuitas. Pada tahapan ini diperoleh hasil berupa distribusi pembawa muatan. Tahapan terakhir yaitu memberi perlakuan berupa variasi temperatur operasional, pada temperatur , dan dan variasi tegangan sebesar dengan kelipatan . Hasil akhir yang diperoleh yaitu data nilai konsentrasi yang diamati pada enam titik yang berbeda dari masing-masing bahan tersebut. Hasil yang diperoleh pada bahan silikon kristal (c-Si), amorf terhidrogenasi (a-Si:H), dan mikrokristal terhidrogenasi (µc-Si:H) menunjukkan nilai konsentrasi elektron dari ketiga bahan tersebut, berada pada nilai konsentrasi paling rendah di lapisan-p. Hal ini dikarenakan elektron pada lapisan-p bertindak sebagai pembawa muatan minoritas elektron. Sedangkan konsentrasi elektron pada daerah lapisan-i relatif konstan, karena daerah tersebut merupakan daerah aktif sehingga jumlah konsentrasi elektron dan hole relatif sama. Adapun konsentrasi elektron pada lapisan-n berada pada nilai konsentrasi paling tinggi, karena bertindak sebagai pembawa muatan mayoritas elektron. Hal ini berlaku sebaliknya, pada konsentrasi hole dikarenakan lapisan-p bertindak sebagai pembawa muatan mayoritas hole. Sedangkan lapisan-n bertindak sebagai pembawa muatan minoritas hole. Hasil yang diperoleh juga memberikan informasi berupa adanya variasi temperatur operasional yang berdampak pada perubahan nilai konsentrasi elektron dan hole. Nilai konsentrasi elektron dan hole menunjukkan peningkatan seiring bertambahnya temperatur operasional pada semua keadaan tegangan input yang diberikan. Disamping itu, jika melihat perubahan konsentrasi elektron dan hole dari ketiga bahan tersebut, perubahan relatif cukup cepat nampak terjadi pada bahan amorf terhidrogenasi (a-Si:H), sehingga dapat diketahui bahwa bahan yang paling sensitif terhadap perubahan temperatur yaitu bahan amorf terhidrogenasi (a-Si:H).