Modul surya terdiri dari 28-36 sel surya yang dirangkai seri untuk meningkatkan daya keluaran total. Sel surya bekerja dengan mengubah langsung cahaya matahari menjadi listrik melalui prinsip p-n junction antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n, dimana elektron dan lubang bergerak ke arah kontak masing-masing untuk menghasilkan arus listrik.

1. CARA MEMBUAT SEL SURYA
1. Pengertian Solar Cell
Sel surya atau juga sering disebut fotovoltaik adalah divais yang mampu
mengkonversi langsung cahaya matahari menjadi listrik. Sel surya bisa disebut sebagai
pemeran utama untuk memaksimalkan potensi sangat besar energi cahaya matahari yang
sampai kebumi, walaupun selain dipergunakan untuk menghasilkan listrik, energi dari
matahari juga bisa dimaksimalkan energi panasnya melalui sistem solar thermal.
Sel surya dapat dianalogikan sebagai divais dengan dua terminal atau sambungan,
dimana saat kondisi gelap atau tidak cukup cahaya berfungsi seperti dioda, dan saat disinari
dengan cahaya matahari dapat menghasilkan tegangan. Ketika disinari, umumnya satu sel
surya komersial menghasilkan tegangan dc sebesar 0,5 sampai 1 volt, dan arus short-circuit
dalam skala milliampere per cm2. Besar tegangan dan arus ini tidak cukup untuk berbagai
aplikasi, sehingga umumnya sejumlah sel surya disusun secara seri membentuk modul surya.
Satu modul surya biasanya terdiri dari 28-36 sel surya, dan total menghasilkan tegangan dc
sebesar 12 V dalam kondisi penyinaran standar (Air Mass 1.5). Modul surya tersebut bisa
digabungkan secara paralel atau seri untuk memperbesar total tegangan dan arus outputnya
sesuai dengan daya yang dibutuhkan untuk aplikasi tertentu. Gambar dibawah menunjukan
ilustrasi dari modul surya.
Modul surya biasanya terdiri dari 28-36 sel surya yang dirangkai seri untuk memperbesar
total daya output. (Gambar :”The Physics of Solar Cell”, Jenny Nelson)
2. Struktur Sel Surya
Sesuai dengan perkembangan sains&teknologi, jenis-jenis teknologi sel surya pun
berkembang dengan berbagai inovasi. Ada yang disebut sel surya generasi satu, dua, tiga dan
empat, dengan struktur atau bagian-bagian penyusun sel yang berbeda pula (Jenis-jenis
teknologi surya akan dibahas di tulisan “Sel Surya : Jenis-jenis teknologi”). Dalam tulisan ini
akan dibahas struktur dan cara kerja dari sel surya yang umum berada dipasaran saat ini yaitu

2. sel surya berbasis material silikon yang juga secara umum mencakup struktur dan cara kerja
sel surya generasi pertama (sel surya silikon) dan kedua (thin film/lapisan tipis).
Struktur dari sel surya komersial yang menggunakan material silikon sebagai semikonduktor.
(Gambar:HowStuffWorks)
Gambar diatas menunjukan ilustrasi sel surya dan juga bagian-bagiannya. Secara umum
terdiri dari :
2.1 Substrat/Metal backing
Substrat adalah material yang menopang seluruh komponen sel surya. Material
substrat juga harus mempunyai konduktifitas listrik yang baik karena juga berfungsi sebagai
kontak terminal positif sel surya, sehinga umumnya digunakan material metal atau logam
seperti aluminium atau molybdenum. Untuk sel surya dye-sensitized (DSSC) dan sel surya
organik, substrat juga berfungsi sebagai tempat masuknya cahaya sehingga material yang
digunakan yaitu material yang konduktif tapi juga transparan sepertii ndium tin oxide (ITO)
dan flourine doped tin oxide (FTO).
2.2 Material semikonduktor
Material semikonduktor merupakan bagian inti dari sel surya yang biasanya
mempunyai tebal sampai beberapa ratus mikrometer untuk sel surya generasi pertama
(silikon), dan 1-3 mikrometer untuk sel surya lapisan tipis. Material semikonduktor inilah
yang berfungsi menyerap cahaya dari sinar matahari. Untuk kasus gambar diatas,
semikonduktor yang digunakan adalah material silikon, yang umum diaplikasikan di industri
elektronik. Sedangkan untuk sel surya lapisan tipis, material semikonduktor yang umum
digunakan dan telah masuk pasaran yaitu contohnya material Cu(In,Ga)(S,Se)2 (CIGS), CdTe
(kadmium telluride), dan amorphous silikon, disamping material-material semikonduktor
potensial lain yang dalam sedang dalam penelitian intensif seperti Cu2ZnSn(S,Se)4 (CZTS)
dan Cu2O (copper oxide).
Bagian semikonduktor tersebut terdiri dari junction atau gabungan dari dua material
semikonduktor yaitu semikonduktor tipe-p (material-material yang disebutkan diatas) dan
tipe-n (silikon tipe-n, CdS,dll) yang membentuk p-n junction. P-n junction ini menjadi kunci

3. dari prinsip kerja sel surya. Pengertian semikonduktor tipe-p, tipe-n, dan juga prinsip p-n
junction dan sel surya akan dibahas dibagian “cara kerja sel surya”.
2.3 Kontak metal / contact grid
Selain substrat sebagai kontak positif, diatas sebagian material semikonduktor
biasanya dilapiskan material metal atau material konduktif transparan sebagai kontak negatif.
2.4 Lapisan antireflektif
Refleksi cahaya harus diminimalisir agar mengoptimalkan cahaya yang terserap oleh
semikonduktor. Oleh karena itu biasanya sel surya dilapisi oleh lapisan anti-refleksi. Material
anti-refleksi ini adalah lapisan tipis material dengan besar indeks refraktif optik antara
semikonduktor dan udara yang menyebabkan cahaya dibelokkan ke arah semikonduktor
sehingga meminimumkan cahaya yang dipantulkan kembali.
2.5 Enkapsulasi / cover glass
Bagian ini berfungsi sebagai enkapsulasi untuk melindungi modul surya dari hujan atau
kotoran.
3. Cara kerja sel surya
Sel surya konvensional bekerja menggunakan prinsip p-n junction, yaitu junction
antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Semikonduktor ini terdiri dari ikatan-ikatan atom
yang dimana terdapat elektron sebagai penyusun dasar. Semikonduktor tipe-n mempunyai
kelebihan elektron (muatan negatif) sedangkan semikonduktor tipe-p mempunyai kelebihan
hole (muatan positif) dalam struktur atomnya. Kondisi kelebihan elektron dan hole tersebut
bisa terjadi dengan mendoping material dengan atom dopant. Sebagai contoh untuk
mendapatkan material silikon tipe-p, silikon didoping oleh atom boron, sedangkan untuk
mendapatkan material silikon tipe-n, silikon didoping oleh atom fosfor. Ilustrasi dibawah
menggambarkan junction semikonduktor tipe-p dan tipe-n.
Junction antara semikonduktor tipe-p (kelebihan hole) dan tipe-n (kelebihan elektron).
(Gambar : eere.energy.gov)

4. Peran dari p-n junction ini adalah untuk membentuk medan listrik sehingga elektron
(dan hole) bisa diekstrak oleh material kontak untuk menghasilkan listrik. Ketika
semikonduktor tipe-p dan tipe-n terkontak, maka kelebihan elektron akan bergerak dari
semikonduktor tipe-n ke tipe-p sehingga membentuk kutub positif pada semikonduktor tipe-
n, dan sebaliknya kutub negatif pada semikonduktor tipe-p. Akibat dari aliran elektron dan
hole ini maka terbentuk medan listrik yang mana ketika cahaya matahari mengenai susuna p-
n junction ini maka akan mendorong elektron bergerak dari semikonduktor menuju kontak
negatif, yang selanjutnya dimanfaatkan sebagai listrik, dan sebaliknya hole bergerak menuju
kontak positif menunggu elektron datang, seperti diilustrasikan pada gambar dibawah.
Ilustrasi cara kerja sel surya dengan prinsip p-n junction. (Gambar : sun-nrg.org)
4. Cara Membuat Sel Surya Sederahan
Ada 3 contoh pembuatan Sel Surya Sederhana
4.1 Contoh Pertama
a. Lumuri lapisan Titanium Dioksida ( TiO2 ) dengan pewarna alami yang
didapat dari jus buah blackberries, raspberries, biji delima merah, Teh
Hibiscus merah, Starbucks Passionfruit Tea, dsbnya.
b. Melapisi elektroda counter :
Solar cell memerlukan plat positif dan negatif untuk berfungsi. Elektroda
positif disebut elektroda counter dan dirakit dari plat kaca yang dilapisi bahan
penghantar SnO2. Ohmmeter dapat digunakan untuk mengecek bagian
mana yang konduktif, tandanya adalah ketika digores dgn kuku jari ini adalah

5. sisi yang kasar. Sisi yang non konduktif ditandai dgn +. Gunakan ujung
pensil untuk menggores dan membuat lapisan tipis graphite ( catalytic carbon
) pada permukaan plat konduktif.
c. Tambahkan elektrolit dan merakit solar cell tahap akhir
Larutan iodine berfungsi sbg elektrolit solar cell yaitu untuk melengkapi
rangkaian dan meregenerasi pelapisan. Tempatkan plat yang telah dilumuri tadi pada
meja sehingga sisi film ada di atas dan teteskan 1 atau 2 tetes dari elektrolit iodine
pada bagian yang kotor dari film. Kemudian tempatkan elektroda counter pada
bagian atas dari film yang kotor sehingga sisi konduktif dari elektroda counter berada
pada bagian atas dari film. Geserkan plat kaca sehingga pinggir dari plat terlihat. Ini
akan menjadi titik kontak untuk elektroda negatif dan positif sehingga kita dapat
mengukur dan mencoba solar cell tsb.
d. Gunakan 2 penjepit untuk memegang kedua
elektroda bersama-sama pada ujung-ujung
plat. Tegangan output yang dihasilkan sekitar
0,43V dan 1 mA/cm2 ketika cell disinari
cahaya matahari penuh melalui sisi TiO2.
4.2 Contoh Kedua
Dengan memanfaatkan power transistor ( transistor jengkol ) jenis NPN seperti 2N3055.
Dari 1 transistor jengkol bisa menghasilkan tegangan 0,5-0,6Vdc.
Buka penutup casing transistor jengkol dengan cara menggergaji bagian yang menonjol (
yg ada tulisan type dan no kodenya ), lalu arahkan bagian yang telah terbuka ke matahari dan
ukur tegangannya dengan voltmeter dengan posisi seperti gambar di bawah ini. Kaki basis
merupakan kutub negative dan kaki emitter yg dijumper dengan kaki colector merupakan
kutub positif. Arus yang dihasilkan memang sangat kecil, akan tetapi dengan
menghubungkan 3 transistor jengkol secara seri akan diperoleh tegangan 1,8V dan bisa
untuk mencharge 1 battery type AAA/UM4.

7. 4.3 Contoh Ketiga
Dengan menggunakan cuprous oxide sebagai pengganti silicon. Cuprous oxida atau
oksida tembaga adalah satu dari material pertama yang dapat menghasilkan efek
photoelectric yaitu efek cahaya menyebabkan adanya arus listrik yang mengalir di dalam
material.
Bahan-bahan yang digunakan adalah sbb :
a. Selembar lempengan tembaga yang tipis dengan ukuran kira-kira 15cm x 30cm
b. 2 jepit buaya
c. Micro amperemeter yg sensitive yang dapat membaca antara 10 dan 50 micro
ampere.
d. Kompor listrik dengan daya besar 1100 Watt

8. e. Botol plastik besar atau bisa juga menggunakan botol air mineral 2 liter yang
dipotong atasnya. Gelas dgn mulut yang besar juga bisa digunakan.
f. Garam dapur, dibutuhkan beberapa sendok makan garam dapur.
g. Air kran
h. Kertas amplas atau sikat kawat
i. Gunting untuk memotong lembaran tipis tembaga
4.3.1 Cara membuatnya adalah sbb :
1. Potong lempengan tembaga dengan ukuran sebesar pemanas tungku
kompor listrik. Cuci tangan untuk menghilangkan noda lemak di tangan.
Kemudian cuci lembaran tembaga tsb dgn sabun untuk menghilangkan noda-
noda minyak atau lemak di permukaannya. Gunakan kertas amplas atau
sikat kawat untuk membersihkan sepenuhnya permukaan lembaran tembaga
sehingga noda sulfida atau sedikit korosi dapat diangkat.
2. Tempatkan lempengan tembaga yang telah dibersihkan dan dikeringkan di
atas tungku pemanas dan stel kompor listriknya pada angka yg tertinggi.

9. 3. Pada saat lempengan tembaga mulai panas, akan terlihat pola oksidasi yg indah yang
mulai terbentuk. Warna orange, ungu dan merah mulai menutupi permukaan tembaga.

10. 4. Pada saat lempengan tembaganya mulai panas, warnanya akan berubah menjadi kehitaman
yang merupakan lapisan cupric oxide atau oksida tembaga. Tetapi ini bukan oksida yang kita
inginkan, memperlihatkan warna merah, jingga, merah muda dan ungu dari oksida tembaga
di bawah lapisannya.
5. Selanjutnya pola warna tsb akan menghilang seiring dgn pemanas yg mulai merah
membara
6. Ketika pemanas mulai merah membara, lempengan tembaga akan dilapisi
dengan oksida tembaga hitam. Biarkan dipanasi selama setengah jam sehingga
lapisan hitamnya akan semakin tebal. Ini penting lapisan tebal akan mengelupas
dengan mudah, sementara lapisan tipis akan tetap nempel pada tembaga.

11. 7. Setelah setengah jam pemanasan, matikan kompor. Biarkan lempengan
tembaga panas di atas tungku mendingin perlahan-lahan. Bila mendinginkan
terlalu cepat, oksida hitam akan tetap nempel di tembaga.
8. Pada saat tembaga mendingin, maka ia akan menciut. Oksida tembaga hitam
juga menciut, tetapi menciutnya pada rentang yang berbeda, membuat oksida
tembaga hitamnya mengelupas.

12. 9. Si Hitam kecil mengelupas keluar dari tembaga dengan gaya yg cukup untuk
membuat mereka terbang beberapa inchi. Ini berarti semakin kecil usaha
pembersihannya di sekitar kompor, tetapi itu menyenangkan untuk dilihat.
10. Ketika tembaga telah mendingin sesuai dengan temperature ruangan ( kira-
kira membutuhkan waktu 20 menit ), hampir sebagian besar oksida hitam akan
hilang. Gosok secara lembut dengan tangan di bawah air yg mengalir yang akan
mengangkat sebagian besar small bits. Jangan mengangkat semua bintik hitam
dengan keras menggosok atau melenturkan lempengan tembaga tipis ini. Ini
mungkin merusak lapisan lembut oksida tembaga merah yang kita perlukan untuk
membuat solar cell bekerja.
11. Pemasangan selanjutnya adalah sangat sederhana dan cepat. Potong
lempengan tembaga lain yang ukurannya sama seperti yg pertama. Tekuk kedua
ujung perlahan, sehingga dapat muat masuk ke dalam botol plastik tanpa
menyentuh satu sama lain. Lapisan oksida tembaga yg menghadap ke atas di atas
tungku biasanya adalah sisi yg terbaik untuk menghadap ke luar di dalam botol
karena itu adalah permukaan yang terhalus dan terbersih.
12. Pasang 2 jepit buaya, satu untuk plat tembaga yg baru dan yg satunya untuk
plat oksida tembaga. Hubungkan ujung dari plat tembaga bersih dgn terminal positif
dari meter. Hubungkan ujung dari plat oksida tembaga dgn terminal negatif dari
meter.
13. Sekarang campurkan sepasang sendok makan garam dapur ke dalam air
panas. Aduk air garam sampai garamnya larut. Kemudian dengan hati-hati
tuangkan air garam ke dalam botol, hati-hati jangan sampai ujung jepit buayanya
basah. Air garam tidak harus menutupi plat, tinggalkan kira-kira 1 inchi tinggi plat
dari permukaan air garam tsb sehingga kita dapat menggerakkann solar cell ke
sekeliling tanpa membuat jepit buayanya basah.

13. Perhatikan pada gambar di atas bahwa pada meter terbaca arus listrik sebesar 6 mikro
ampere. Solar cell ini adalah battery, meskipun di dalam gelap dan biasanya menunjukkan
arus listrik beberapa mikro ampere.

14. Sedangkan gambar di atas menunjukkan solar cell dalam keadaan terik matahari. Perhatikan
bahwa meter telah menunjukkan arus listrik sekitar 33 mikro ampere. Bahkan kadang-
kadang jarumnya bisa menunjukkan sampai 50 mikro ampere, yang membuat jarum bergerak
penuh ke kanan.