Dokumen tersebut membahas tentang percobaan photovoltaic menggunakan dua buah solar cell berukuran berbeda untuk mengetahui pengaruh intensitas cahaya, lebar solar cell, dan panjang gelombang cahaya terhadap daya output. Hasilnya menunjukkan bahwa semakin besar intensitas cahaya dan lebar solar cell, daya output akan semakin besar, sedangkan semakin panjang gelombang cahaya, daya output akan semakin kecil.

1. JURNAL FISIKA MODERN PHOTOVOLTAIC
1
Photovoltaic
Latifatul Hidayah, Budiana, Setyawan Abdillah, friska Ayu F.
Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi
Sepuluh Nopember
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
E-mail: latifaya58@yahoo.com
Abstrak— Telah dilakukan percobaan photovoltaic yang
bertujuan untuk mengetahui fenomena photovoltaic pada solar
cell, mengetahui pengaruh intensitas cahaya lampu, lebar solar
cell, dan panjang gelombang cahaya terhadap daya output solar
cell. Pada percobaan ini, dilakukan pengukuran arus output
serta tegangan output. Untuk mengukur arus, multimeter
disusun seri dengan solar cell, sedangkan untuk mengukur
tegangan, multimeter disusun paralel dengan solar cell. Dari
percobaan photovoltaic ini dapat disimpulkan bahwa fenomena
pada solar cell yaitu cahaya jatuh pada permukaan solar cell
yang terbuat dari semikonduktor, membawa energi foton. Energi
foton ini ditransfer ke elektron sehingga elektron tereksitasi dan
terjadi aliran arus dalam semikonduktor. Semakin besar
intensitas cahaya maka daya output solar cell juga akan semakin
besar dan semakin lebar solar cell maka daya output solar cell
juga semakin besar. Serta semakin panjang gelombang cahaya,
semakin besar daya output solar cell, hal ini bertoak belakang
dengan teori yang masih berlaku bila panjang gelombang cahaya
semakin besar maka daya output solar cell akan semakin kecil.
berada diantara isolator dan konduktor. Semikonduktor yang
belum
mendapatkan
pengotoran
(doping)
disebut
semikonduktor instinsik (murni). Beberapa semikonduktor
yang terdoping disebut semikonduktor ekstrinsik, dan
mendasari perangkat-perangkat semikonduktor. Jika pembawa
muatan utamanya adalah elektron, material tersebut
dinamakan semikonduktor tipe-n (dari kata “negatif”);
sedangkan jika lubang yang bertindak sebagai pembawa
muatannya, maka material tersebut dinamakan semikonduktor
tipe-p (dari kata “positif”)[1].
Karakteristik solar cell, pada dasarnya solar cell adalah
suatu dioda dengan daerah luas permukaan yang lebih lebar.
Dari gambar 1.1 menunjukkan bahwa kurva dari arus (I) dan
tegangan (V) sebagai suatu dioda dalam 2 kondisi, yaitu pada
saat kondisi (i) dimana sel surya terkena iradiasi dan kondisi
(ii) pada saat tidak terkena iradiasi.[2]
Kata Kunci—Photovoltaic, solar cell, panjang gelombang
cahaya, intensitas cahaya.
I. PENDAHULUAN
E
nergi banyak sekali bentuknya di alam ini , dan dibagi
menjadi energi terbarukan dan energi tak terbarukan,
mayoritas energi yang banyak digunakan adalah energi
tak terbarukan misal batubara , migas yang lama-kelamaan
akan habis maka perlu penggunaan sistem energi terbarukan
slah satunya yakni energi listrik yang dibangkitkan dari energi
cahaya dengan bantuan solar cell. Solar sel tersusun dari unit
terkecilnya yakni sel, lalu kumpulan sel membentuk modul,
kumpulan modul membentuk area. Pada sel terjadi peristiwa
ketika terkena cahaya maka dihasilkan pasangan elektron dan
hole. Elektron meninggalkan sel surya dan mengalir pada
rangkaian luar sehingga timbul arus listrik[3][4]. Untuk lebih
jelasnya, ketika solar cell mendapat sinar matahari, maka
energi yang diserap sebesar h.v atau biasanya energi ini
disebut dengan foton. Ketika foton diserap, energi foton
ditransfer ke elektron di dalam sebuah atom dari solar cell
(semikonduktor).Dengan energi baru tersebut, elektron dapat
berpindah dari posisi normal di dalam atom sehingga menjadi
bagian arus di dalam sebuah rangkaian listrik[2]. Pada solar cell
ini biasanya digunakan N-Si sebagai kutub negatif dan P-Si
sebagai kutub positif. Apabila kutub positif dan negatif
dihubungkan dengan voltmeter, maka akan terlihat adanya
beda potensial dan bila dihubungkan dengan beban, maka
akan mengalir arus listrik.[3]
Semikonduktor merupakan bahan utama pembentuk solar
cell. Semikonduktor memiliki sifat-sifat penghantar yang
Gambar 1.1 Hubungan I-V pada suatu karakteristik solar cell
Daya yang dihasilkan oleh solar cell sangat dipengaruhi oleh
besarnya kuat sinar yang diterima oleh sel solar cell. Gambar
1.2 memperlihatkan pengaruh kuat sinar terhadap daya yang
dihasilkan.[4]
Gambar 1.2 Pengaruh Kuat Penyinaran Terhadap Daya Solar cell

2. JURNAL FISIKA MODERN PHOTOVOLTAIC
II. METODE
Langkah – langkah yang harus dilakukan untuk
melaksanakan praktikum ini yaitu, disiapkan peralatanperalatan yang diperlukan dalam praktikum ini yaitu solar cell
sebanyak dua buah dengan ukuran yang berbeda yaitu 2.5 cm
x 5.2 cm dengan luas 13 cm2 dan 5.2 cm x 5.2 cm dengan luas
27.04 cm2, circuit diagram, lighting module, base unit, filter
warna (merah, kuning, biru), multimeter, power supply, test
lead black, dan test lead red. Setelah peralatan disiapkan,
percobaan ini terdiri dari dua pengamatan, yaitu pengukuran
arus dan pengukuran tegangan. Untuk pengukuran arus,
rangkaian disusun seri (antara multimeter dengan solar cell),
sedangkan untuk pengukuran tegangan, rangkaian disusun
paralel (antara multimeter dengan solar cell). Kemudian
sebelum dilakukan pengambilan data, power supply
dikalibrasi terlebih dahulu dengan menggunakan multimeter
agar sesuai dengan tegangan input yang diinginkan. Dalam
praktikum ini, digunanakan variasi Vinput sebesar 1.587V,
2.222V, 3.225V, 4.06V . Sumber cahaya yang digunakan
disini ialah lampu polikromatik sejumlah 4 buah dengan daya
sebesar 2.5watt tiap lampunya .
Pada pengukuran arus, multimeter dirangkai seri dengan
solar cell seperti pada Gambar 1.
2
Kemudian dengan menggunakan langkah sama dengan
pengukuran arus, pengukuran tegangan dilakukan yaitu
dengan melakukan pengulangan percobaan sebanyak 3 kali,
dengan menggunakan filter warna yang tersedia dan solar cell
yang berbeda ukuran. Kemudian didapatkan nilai Vout nya.
Flow chart percobaan photovoltaic:
Start
Peralatan dirangkai
Filter warna dipasang
Penentuan Vinput pada power
supply
Lampu dihidupkan
Ganti ukuran
solar cell
Arus listrik di ukur
Ganti filter warna
Tegangan diukur
Solar cell sudah
dipakai semua?
Gambar 1. Rangkaian seri multimeter-solar cell
Percobaan dilakukan sebanyak 3 kali pengulangan dengan
menggunakan filter warna merah yang ditaruh di atas solar
cel. Sehingga didapatkan nilai Iout nya. Demikian percobaan
diulangi dengan menggunakan variasi warna filter (merah,
kuning, biru) dan juga lebar solar cell yang berbeda pula.
Sedangkan pada pengukuran tegangan, multimeter dirangkai
parallel dengan solar cell seperti pada Gambar 2 di bawah.
Filter sudah
dipakai semua?
Finish
Gambar 3. Flowchart
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambar 2. Rangkaian paralel multimeter-solar cell
Setelah percobaan selesai dilakukan, maka didapatkan data
nilai Ioutput dan Voutput yang digunakan untuk mendapatkan
nilai daya melalui perhitungan. Berikut adalah tabel data nilai
Poutput (daya output) yang dihasilkan oleh solar cell yang
bebeda.

3. JURNAL FISIKA MODERN PHOTOVOLTAIC
3
Tabel 1. Daya (P) yang dihasilkan oleh solar cell kecil
No.
Filter
Vin
Vout
Iout
Pout
warna
(v)
(v)
(A)
(watt)
1
Merah
1.587 0.423
0.003
0.0013
2
Kuning
1.587
0.411
0.0027
0.001
3
Biru
1.587
0.406
0.002
0.00081
4
Merah
2.222
0.468
0.011
0.005
5
Kuning
2.222
0.457
0.008
0.0036
6
Biru
2.222
0.453
0.007
0.0031
7
merah
3.225
0.504
0.03
0.0154
8
kuning
3.225
0.4963
0.024
0.012
9
biru
3.225
0.4896
0.021
0.01
10
11
12
merah
kuning
biru
4.06
4.06
4.06
0.522
0.514
0.508
0.052
0.0403
0.035
0.027
0.0207
0.0178
Tabel 2. Daya yang dihasilkan oleh solar 2 (besar)
Filter
Vin
Vout
Iout
No.
warna
(v)
(v)
(A)
1.587 0.3675 0.006
1
merah
1.587 0.3492 0.005
2
kuning
Pout
(watt)
0.0022
0.00174
biru
1.587
0.342
0.004
4
merah
2.222
0.441
0.019
0.0084
5
kuning
2.222
0.4223
0.015
0.00633
6
biru
2.222
0.414
0.013
0.00538
7
merah
3.225
0.494
0.052
0.0257
8
kuning
3.225
0.482
0.04
0.019
3
0.00137
3.225
9
biru
0.474
0.035
0.0166
10
merah
4.06
0.5163 0.091
0.0469
11
4.06
0.506
0.07
0.035
kuning
12
4.06
0.498
0.061
0.0303
biru
Dari data – data yang diperoleh di atas, dapat dianalisis
bahwa ,pada percobaan ini digunakan tegangan sumber yang
berbeda-beda, yaitu 1.587 V, 2.222V, 3.225V, dan 4.06V.
Dari Tegangan input yang berbeda – beda ini, didapatkan nilai
dari arus output dan tegangan output yang nantinya akan
digunakan untuk menghitung daya. Perhitungan daya
dilakukan dengan menggunakan rumus :
..................................................(1)
Daya yang dihitung di sini adalah daya output, jadi yang
diunakan adalan Voutput dan Ioutput. Daya pada lampu yang
digunakan adalah 2.5 watt. Daya lampu ini digunakan untuk
menghitung intensitas cahaya lampu. Intensitas cahaya
dihitung menggunakan persamaan:
...................................................(2)
Dan pada percobaan kali ini, digunakan lampu sebanyak
empat buah yang masing – masing memiliki daya 2.5 watt,
maka daya total lampu adalah sebesar 10 watt. Sedangkan
untuk luas dari solar cell yaitu yaitu 2.5 cm x 5.2 cm dengan
luas 13 cm2 dan 5.2 cm x 5.2 cm dengan luas 27.04 cm2 . Besar
intensitas cahaya lampu pada solar cell kecil yaitu 7692.30 C
sedangkan untuk intensitas cahaya lampu pada solar cell besar
yaitu 3698.22 C. Kembali pada tujuan praktikum ini yaitu
untuk mengetahui fenomena photovoltaic pada solar cell,
mengetahui pengaruh intensitas cahaya lampu, lebar solar cell,
dan panjang gelombang cahaya terhadap daya output solar
cell.
Pada tujuan yang pertama yaitu mengenai fenomena
photovoltaic pada solar cell, dapat dijelaskan bahwa
terjadinya aliran arus dapat dijelaskan dengan
menggunakan
prinsip
bahan
semikonduktor,
dikarenakan pada solar cell menggunakan bahan
semikonduktor. Proses terjadinya arus pada solar cell
yaitu, ketika cahaya mengenai permukaan solar cell,
maka cahaya akan mengenai pita valensi pada bahan
semikonduktor, dimana pada pita valensi tersebut,
terdapat elektron – elektron. Pada daerah lain terdapat
pita konduksi, yaitu daerah yang banyak terdapat hole
(muatan positif/proton). Diantara pita valensi dan pita
konduksi terdapat celah yang disebut gap. Pada bahan
semikonduktor, gap/celah tersebut lebarnya diantara
konduktor dan isolator, jadi hal ini yang menyebabkan
bahan semikonduktor memiliki sifat konduktor atau
bahkan isolator . Sedangkan kalau pada konduktor
celahnya sangat sempit bahkan tidak ada (sehingga
mudah menghantarkan arus) , sedangkan pada isolator,
celahnya sangat lebar (sehingga sulit bahkan tidak bisa
menghantarkan arus). Pada pita valensi, elektron –
elektron mendapatkan energi yang cukup besar dari
cahaya lampu yang disebut energi foton. Karena energi
yang dimiliki oleh elektron sudah cukup besar, maka
elektron dapat berpindah dari pita valensi ke pita
konduksi, demikian seterusnya hingga terjadilah arus.
Kemudian untuk tujuan yang kedua yaitu mengenai
pengaruh intensitas cahaya terhadap daya output dapat dilihat
perbandingannya pada tabel data. Intensitas pada dasarnya
berbanding terbalik dengan luas solar cell, melihat pada
persamaan (2). Ketika luas solar cell lebih kecil, maka
intensitas cahayanya lebih besar begitu pula sebaliknya. Pada
solar cell kecil, dengan mengunakan penyinaran lampu yang
sama, daya yang dihasilkan lebih kecil dibandingkan dengan
daya output pada solar cell yang besar. Pada dasarnya,
besarnya arus bergantung pada intensitas cahayanya. Semakin
banyak intensitas cahaya yang masuk semakin banyak pula
energi foton yang diserap yang mengakibatkan semakin
banyak elektron yang berpindah, sehingga arus yang
dihasilkan juga semakin besar. Variasi yang dilakukan pada
praktikum ini juga pada luasan solar cell. Dengan
membandingkan data daya output solar cell pada tabel 1
dengan tabel 2, menunjukkan bahwa daya output solar cell
dengan luas yang besar, lebih besar dari pada solar cell
dengan luasan yang kecil. Sedangkan variasi filter warna
bertujuan untuk membedakan panjang gelombang cahaya.
Panjang gelombang merah 620-750, kuning 570-590 nm,

4. JURNAL FISIKA MODERN PHOTOVOLTAIC
nm biru 450-495 nm. Prinsip filter warna disini seperti
saringan pada tahu. Jadi, cahaya polikromatis tiba
mengenai permukaan filter warna, kemudian cahaya
polikromatis terfiltrasi sehingga hanya ada satu panjang
gelombang yang bisa tersaring. Dan itulah yang disebut
cahaya monokromatis.Berdasarkan data pada tabel 1 dan
tabel 2, semakin besar panjang gelombang semakin besar pula
daya output solar cell. Data ini bertolak belakang dengan teori.
Berdasarkan teori, semakin besar panjang gelombang,
energinya semakin kecil dan daya output solar cell juga
semakin kecil. Sehingga pada percobaan kali ini, belum bisa
membuktikan kebenaran teori tersebut.
Untuk mempermudah pembacaan data pada tabel, dibuatlah
grafik hubungan Vinput dengan Poutput seperti pada gambar di
bawah ini:
grafik Pout terhadap Vin
Vin
0.03
y = 0.008x - 0.013
0.02
R² = 0.908
grafik Pout
terhadap Vin
0
2
4
6
Pout
Gambar 1. Grafik daya output solar cell 1 (kecil)
grafik Pout terhadap Vin
Vin
0.06
y=
0.04 0.014x - 0.023
R² = 0.896
0.02
grafik Pout
terhadap Vin
0
-0.02 0
2
aliran arus dalam semikonduktor. Semakin besar intensitas
cahaya maka daya output solar cell juga akan semakin besar
dan semakin lebar solar cell maka daya output solar cell juga
semakin besar. Serta semakin panjang gelombang cahaya,
semakin besar daya output solar cell, hal ini bertoak belakang
dengan teori yang masih berlaku bila panjang gelombang
cahaya semakin besar maka daya output solar cell akan
semakin kecil.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada asisten
laboratorium fisika modern, Budiana, Setyawan Abdillah, dan
Friska Ayu F. selaku asisten dalam percobaan photovoltaic,
yang telah bersedia membantu baik sebelum maupun pada saat
percobaan hingga jurnal ini dapat terselesaikan. Penulis juga
mengucapkan terima kasih kepada rekan – rekan satu
kelompok atas kerja samanya dalam melaksanakan praktikum
ini, serta seluruh pihak yan telah membantu dalan
penyelesaian jurnal ini.
DAFTAR PUSTAKA
0.01
-0.01 0
4
4
6
Pout
Gambar 2. Grafik daya output solar cell (besar)
Dari tampilan grafik di atas dapat disimpulkan bahwa semakin
besar tegangan yang masuk, maka daya yang dihasilkan
pun semakin besar.
IV. KESIMPULAN
Dari percobaan photovoltaic yang telah dilakukan, dapat
disimpulkan bahwa fenomena pada solar cell yaitu cahaya
jatuh pada permukaan solar cell yang terbuat dari
semikonduktor, membawa energi foton. Energi foton ini
ditransfer ke elektron sehingga elektron tereksitasi dan terjadi
Savin, Gautreau, “Schaum’s Outline of Theory and Problem of Modern
Physics, second edition” Erlangga, Jakarta, pp.258, 2006.
[2] S.Kessler Dipl.Ing.ETH, R Nutzi Dipl.Ing.HTL. 1995.
Photovoltaik, Malang: VEDC.
[3] Antonio, Handbook of Photovoltaic Science and
Engineering.chichester:wiley ltd,2011.
[4] Donald, Semiconductor Physics and Devices.North America:Mc
grawhill,2003.
[1]