Apa itu Efek Fotovoltaik

Efek di mana energi cahaya dikonversi menjadi energi listrik pada bahan semikonduktor tertentu dikenal sebagai efek fotovoltaik. Efek ini mengubah langsung energi cahaya menjadi listrik tanpa proses perantara. Untuk mendemonstrasikan efek fotovoltaik mari kita asumsikan sebuah blok kristal silikon.
Bagian atas dari blok ini didoping dengan impuritas donor dan bagian bawah didoping dengan impuritas penerima. Oleh karena itu, konsentrasi elektron bebas sangat tinggi di wilayah n-tipe dibandingkan dengan wilayah p-tipe, dan konsentrasi lubang sangat tinggi di wilayah p-tipe dibandingkan dengan wilayah n-tipe dari blok. Akan ada gradien konsentrasi yang tinggi dari penghantar muatan di sepanjang garis junsi blok. Elektron bebas dari wilayah n-tipe berusaha difusi ke wilayah p-tipe dan lubang di wilayah p-tipe berusaha difusi ke wilayah n-tipe dalam kristal. Ini karena penghantar muatan secara alami selalu cenderung difusi dari wilayah konsentrasi tinggi ke wilayah konsentrasi rendah. Setiap elektron bebas dari wilayah n-tipe yang datang ke wilayah p-tipe karena difusi, meninggalkan ion donor positif di belakangnya di wilayah n-tipe.

Ini karena setiap elektron bebas di wilayah n-tipe disumbangkan oleh satu atom donor netral. Demikian pula, ketika lubang difusi dari wilayah p-tipe ke wilayah n-tipe, ia meninggalkan ion penerima negatif di belakangnya di wilayah p-tipe.

Karena setiap lubang disumbangkan oleh satu atom penerima di wilayah p-tipe. Kedua ion ini, yaitu ion donor dan ion penerima, tidak dapat bergerak dan tetap pada posisi mereka dalam struktur kristal. Tanpa perlu dikatakan bahwa elektron bebas di wilayah n-tipe yang paling dekat dengan wilayah p-tipe pertama kali difusi ke wilayah p-tipe, sehingga menciptakan lapisan ion donor positif tidak dapat bergerak di wilayah n-tipe yang berdekatan dengan junsi.

Demikian pula, lubang bebas di wilayah p-tipe yang paling dekat dengan wilayah n-tipe pertama kali difusi ke wilayah n-tipe, sehingga menciptakan lapisan ion penerima negatif tidak dapat bergerak di wilayah p-tipe yang berdekatan dengan junsi. Lapisan konsentrasi ion positif dan negatif ini menciptakan medan listrik di sepanjang junsi yang berarah dari positif ke negatif, yaitu dari sisi n-tipe ke sisi p-tipe. Sekarang, karena adanya medan listrik ini, penghantar muatan dalam kristal mengalami gaya untuk bergerak menurut arah medan listrik tersebut. Seperti yang kita tahu, muatan positif selalu bergerak menurut arah medan listrik, sehingga lubang yang bermuatan positif (jika ada) di wilayah n-tipe sekarang bergerak ke sisi p-junsi.

Di sisi lain, elektron yang bermuatan negatif di wilayah p-tipe (jika ada) bergerak ke wilayah n-tipe, karena muatan negatif selalu bergerak berlawanan dengan arah medan listrik. Di sepanjang junsi p-n, difusi dan gerakan penghantar muatan terus berlanjut. Difusi penghantar muatan menciptakan dan meningkatkan ketebalan hambatan potensial di sepanjang junsi, dan gerakan penghantar muatan mengurangi ketebalan hambatan. Dalam kondisi kesetimbangan termal normal dan tanpa adanya gaya eksternal, difusi penghantar muatan sama dan berlawanan dengan gerakan penghantar muatan, sehingga ketebalan hambatan potensial tetap konstan.

Sekarang, permukaan n-tipe dari blok kristal silikon dipaparkan ke sinar matahari. Beberapa foton diserap oleh blok silikon. Beberapa foton yang diserap akan memiliki energi lebih besar dari celah energi antara band valensi dan band konduksi dari elektron valensi atom silikon. Oleh karena itu, beberapa elektron valensi dalam ikatan kovalen akan terexcited dan melompat keluar dari ikatan, meninggalkan lubang di ikatan. Dengan cara ini, pasangan elektron-lubang dihasilkan dalam kristal karena cahaya yang jatuh. Lubang dari pasangan elektron-lubang yang dihasilkan oleh cahaya di sisi n-tipe memiliki probabilitas cukup tinggi untuk rekombinasi dengan elektron yang sangat banyak (penghantar mayoritas). Oleh karena itu, sel surya dirancang sedemikian rupa sehingga elektron atau lubang yang dihasilkan oleh cahaya tidak mendapatkan cukup peluang untuk rekombinasi dengan penghantar mayoritas.

Bahan semikonduktor (silikon) didoping sedemikian rupa sehingga junsi p-n terbentuk di dekat permukaan yang terpapar sel. Jika pasangan elektron-lubang diciptakan dalam jarak satu panjang difusi penghantar minoritas dari junsi, elektron dari pasangan elektron-lubang akan bergerak menuju wilayah n-tipe dan lubang dari pasangan akan disapu ke wilayah p-tipe karena pengaruh medan listrik junsi, dan oleh karena itu, secara rata-rata, akan berkontribusi pada aliran arus dalam rangkaian eksternal.

Pernyataan: Hormati aslinya, artikel yang baik layak dibagikan, jika ada pelanggaran silakan hubungi untuk menghapus.