Prinsip Kerja Photovoltaik

Photovoltaics adalah konversi langsung cahaya menjadi listrik pada tingkat atom. Beberapa bahan menunjukkan sebuah properti yang dikenal sebagai efek fotolistrik yang menyebabkan mereka untuk menyerap foton elektron cahaya dan lepaskan. Ketika elektron bebas ditangkap, sebuah hasil arus listrik yang dapat digunakan sebagai listrik.

Efek fotolistrik pertama diungkapkan oleh seorang fisikawan Perancis, Edmund Bequerel, pada tahun 1839, yang menemukan bahwa bahan-bahan tertentu akan menghasilkan sejumlah kecil arus listrik bila terkena cahaya. Pada tahun 1905, Albert Einstein menggambarkan sifat cahaya dan efek fotolistrik yang berbasis teknologi fotovoltaik, di mana dia kemudian memenangkan hadiah Nobel dalam fisika.

Modul fotovoltaik pertama dibangun oleh Bell Laboratories pada tahun 1954. Itu ditagih sebagai baterai surya dan kebanyakan hanya rasa ingin tahu karena terlalu mahal untuk mendapatkan digunakan secara luas. Pada tahun 1960, industri ruang mulai memanfaatkan teknologi serius pertama untuk memberikan listrik kapal angkasa.

Melalui program-program ruang, teknologi canggih, kehandalan didirikan, dan biaya mulai menurun. Selama krisis energi pada 1970-an, teknologi fotovoltaik mendapat pengakuan sebagai sumber daya untuk aplikasi non-space.

Diagram di atas menggambarkan operasi dari sebuah sel fotovoltaik dasar, yang dikenal juga dengan sel surya. Sel surya terbuat dari jenis yang sama dari bahan semikonduktor, seperti silikon, digunakan dalam industri mikroelektronika. Untuk sel surya, wafer semikonduktor tipis khusus diperlakukan untuk membentuk medan listrik, di satu sisi positif dan negatif di sisi lain.

Ketika energi cahaya mengenai sel surya, elektron mengetuk longgar dari atom dalam bahan semikonduktor. Jika konduktor listrik yang melekat pada sisi positif dan negatif, membentuk sebuah sirkuit listrik, elektron dapat ditangkap dalam bentuk arus listrik - listrik. Listrik ini kemudian dapat digunakan untuk daya beban, seperti cahaya atau alat lainnya.

Beberapa modul dapat dirangkai bersama-sama untuk membentuk array. Secara umum, semakin besar wilayah modul atau array, lebih banyak listrik yang akan dihasilkan. Modul fotovoltaik dan array menghasilkan arus searah (dc) listrik. Mereka dapat dihubungkan pada kedua seri dan pengaturan listrik paralel untuk menghasilkan suatu tegangan yang diperlukan dan kombinasi arus.

Paling umum saat ini perangkat PV menggunakan sambungan tunggal, atau interface, untuk menciptakan medan listrik dalam semikonduktor seperti sel PV. Dalam sebuah sel PV tunggal-junction, hanya foton yang energinya sama dengan atau lebih besar dari celah pita dari bahan sel dapat membebaskan elektron untuk sebuah sirkuit listrik.

Dengan kata lain, respons fotovoltaik sel tunggal-junction terbatas dengan porsi spektrum matahari yang berada di atas energi celah pita dari bahan penyerap, dan lebih rendah-energi foton tidak digunakan.

Salah satu cara untuk mengatasi pembatasan ini adalah dengan menggunakan dua (atau lebih) sel yang berbeda, dengan lebih dari satu band gap dan lebih dari satu persimpangan, untuk menghasilkan tegangan. Ini disebut sebagai sel "multijunction" (juga disebut "cascade" atau "tandem" sel). Perangkat Multijunction dapat mencapai efisiensi total konversi yang lebih tinggi karena mereka bisa mengkonversi lebih dari spektrum energi cahaya untuk listrik.

Seperti ditunjukkan di bawah ini, perangkat multijunction adalah setumpuk sel tunggal-persimpangan individu dalam urutan band gap (Eg). Sel atas menangkap foton energi tinggi dan melewati sisa foton diserap oleh sel-sel celah pita rendah.

Saat ini banyak penelitian pada sel multijunction berfokus pada arsenide galium sebagai salah satu dari komponen sel. Sel tersebut telah mencapai efisiensi sekitar 35% di bawah konsenreasi sinar matahari. Bahan lain telah dipelajari untuk perangkat multijunction silikon amorf dan diselenide tembaga indium.

Sebagai contoh, perangkat multijunction dibawah menggunakan sel atas phosphide gallium indium, "sebuah Tunnel Junction", untuk membantu aliran elektron antara sel-sel, dan sel bawah gallium arsenide.