APLIKASI MATERIAL SEMIKONDUKTOR

UNTUK SEL SURYA, LED, DAN LASER

MAKALAH

Disusun untuk Memenuhi Salah Satu Tugas

Mata Kuliah Fisika Material Elektrik

Disusun Oleh :

Ai Fitri Silvia (1001155)

JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS PENDIDIKAN TEKNOLOGI DAN KEJURUAN

UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA

2011

LEMBAR PENGESAHAN/PENERIMAAN

Makalah ini telah diterima pada hari ....................... tanggal .......................

Oleh

Dosen Mata Kuliah Fisika Material Elektrik

Dr. Hj. Budi Mulyanti, M.Si.

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT. Karena berkat rahmat

dan hidayah-Nya penulis telah mampu menyelesaikan makalah yang berjudul

“Aplikasi Material Semikonduktor Untuk Sel Surya, LED dan Laser”. Makalah

ini disusun untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Fisika Material Elektrik

di Jurusan Pendidikan Teknik Elektro prodi S-1 Pendidikan Teknik Elektro

Fakultas Pendidikan Teknologi dan Kejuruan Universitas Pendidikan Indonesia

tahun 2011 (JPTE S1-PTE FPTK UPI 2011).

Salah satu perkembangan teknologi saat ini yaitu dengan adanya aplikasi

material semikonduktor dalam bentuk Sel Surya, LED dan Laser. Pada Sel Surya,

tersusun dari material semikonduktor yang dapat mengubah sinar matahari

menjadi tenaga listrik secara langsung dengan memanfaatkan p-n junction silicon.

Sel Surya tersebut dapat dimanfaatkan sebagai energy alternative.Pada LED,

terdiri dari sebuah chip bahan semikonduktor yang diisi penuh dengan

ketidakmurnian untuk menciptakan sebuah struktur yang disebut p-n junction.

Aplikasinya bisa digunakan dalam lampu penerangan jalan. Pada Laser, terdiri

dari senyawa semikonduktor gallium arsenide. Dalam aplikasinya laser memiliki

kegunaan dalam berbagai bidang, misalnya dalam bidang elektronika, yaitu

system penyimpanan memori optik dalam computer. Dengan uraian yang

komprehensif ini, diharapkan pemahaman akan aplikasi material semikonduktor

yang lebih kreatif, hemat energy, ramah lingkungan dan memiliki banyak

kegunaan.

Penulis menyadari bahwa selama penulisan makalah ini penulis banyak

mendapat bantuan dari berbagai pihak. Oleh sebab itu, penulis mengucapkan

terimakasih kepada :

1. Ibu Dr. Hj. Budi Mulyanti, M.Si. selaku dosen mata kuliah Fisika Material

Elektrik yang telah membantu penulis selama penyusunan makalah ini ;

2. Ayahanda dan ibunda tercinta Bapak H.Zenal Arifin dan Hj. Atik surtika,

atas segala bentuk kasih sayangnya, dukungan moril dan spiritual, yang

telah mendidik, mengurus dan membesarkan penulis dengan penuh rasa

cinta dan kasih sayang juga selalu menyertakan doa untuk kebahagiaan

dan kesuksesan penulis;

3. Kakak-Kakakku tersayang Iwan Kustiawan, S.Pd., MT., Elis Hernawati

A.Md., Alek Iskandar, S.T., dan D.Eva Latifah,S.Psi yang selalu

memotivasi penulis serta menyertakan do’a untuk kesukesan penulis;

4. Rekan-Rekan Elektro seangkatan yang telah memotivasi penulis untuk

penyusunan makalah ini;

5. Semua pihak yang tisak bisa penulis sebut satu per satu.

Makalah ini bukanlah karya yang sempurna karena memiliki banyak

kekurangan, baik dalam hal isi maupun sistematika dan teknik penulisannya. Oleh

sebab itu, penulis sangat mengharapkan kritik yang membangun demi

kesempurnaan makalah ini. Akhirnya semoga makalah ini bisa memberikan

manfaat bagi penulis dan bagi pembaca. Amin.

Bandung, 15 November 2011

Penulis

DAFTAR ISI

1. KATA PENGANTAR ……………………………………………………….....i

2. DAFTAR ISI …………………………………………………………………..iii

3. BAB I PENDAHULUAN……………………………………………………....1

1.1 Latar Belakang Masalah.......................................................................1

1.2 Rumusan Masalah.................................................................................1

1.3 Tujuan Makalah....................................................................................1

1.4 Kegunaan Makalah.............................................................................. 2

1.5 Prosedur Makalah................................................................................ 2

4. BAB II PEMBAHASAN……………………………………………………… 3

2.1 Aplikasi Material Semikonduktor Untuk Sel Surya............................ 3

2.2 Aplikasi Material Semikonduktor Untuk LED.................................. 12

2.3 Aplikasi Material Semikonduktor Untuk Laser................................. 19

5. BAB III SIMPULAN DAN SARAN………………………………………… 24

3.1 Simpulan............................................................................................ 24

3.2 Saran.................................................................................................. 24

6. DAFTAR PUSTAKA……………………………………………………….. .25

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Listrik merupakan salah satu kebutuhan masyarakat yang sangat penting dan

sebagai sumber daya ekonomis yang paling utama yang dibutuhkan dalam suatu

kegiatan usaha. Dalam waktu yang akan datang kebutuhan listrik akan meningkat

seiring dengan adanya peningkatan dan perkembangan baik dari jumlah

penduduk, jumlah investasi yang semakin meningkat akan memunculkan berbagai

industri-industri baru. Penggunaan listrik merupakan factor yang penting dalam

kehidupan masyarakat, baik pada sektor rumah tangga, penerangan, komunikasi,

industri dan sebagainya.

Seiring dengan perkembangan dan kemajuan teknologi, pembangunan

teknologi industri berkaitan erat dengan tenaga listrik yang merupakan salah satu

faktor yang penting yang sangat mendukung perkembangan pembangunan

khususnya sektor industri, dalam kehidupan modern tenaga listrik merupakan

unsur mutlak untuk meningkatkan kesejahteraan masyarakat oleh karena itu

energi listrik merupakan tolak ukur kemajuan masyarakat.

Oleh karena itu perlu energi alternative sebagai sumber energi untuk tenaga

listrik . Dewasa ini teknologi baru yang mulai digunakan adalah teknologi aplikasi

dari material semikonduktor seperti Sel Surya, LED dan Laser.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah diatas, penulis merumuskan rumusan

masalah sebagai berikut.

1. Bagaimana aplikasi material semikonduktor untuk sel surya (solar cell) ?

2. Bagaimana aplikasi material semikonduktor untuk LED?

3. Bagaimana aplikasi material semikonduktor untuk Laser?

1.3 Tujuan Makalah

Sejalan dengan rumusan masalah diatas, makalah ini disusun dengan

tujuan untuk mengetahui dan mendeskripsikan :

1. Aplikasi material semikonduktor untuk sel surya (solar cell)

2. Aplikasi material semikonduktor untuk LED

3. Aplikasi material semikonduktor untuk Dioda

1.4 Kegunaan Makalah

Makalah ini disusun dengan harapan memberikan kegunaan baik secara

teoritis maupun secara praktis. Secara teoritis makalah ini berguna sebagai

perkembangan kemajuan teknologi yaitu dengan mengaplikasikan material

semikondukor diantaranya sel surya, LED dan Dioda. Secara praktis makalah ini

dihgarapkab bermanfaat bagi :

1. Penulis, sebagai wahana penambah pengetahuan dan konsep keilmuan

khususnya tentang aplikasi material semikonduktor untuk Sel Surya, LED

dan Dioda.

2. Pembaca/dosen, sebagai media informasi tentang aplikasi material

semikonduktor untuk Sel Surya, LED dan Dioda.

1.5 Prosedur Makalah

Makalah ini ditulis dengan menggunakan metode deskriptif kualitatif,

yakni suatu metode yang menggambarkan suatu fenomena secara sistematis,

dengan hasil yang dinyatakan bukan dalam bentuk angka (non statistik). Teknik

pengumpulan data yang digunakan dalam proses penulisan makalah ini adalah

melalui studi literatur (literature reseach).

Penulis melakukan telaah pustaka yang berupa buku-buku teks, jurnal-

jurnal ilmiah, artikel-artikel di internet, dan sumber-sumber lain yang berkaitan

dengan rumusan masalah yang akan dibahas.

Metode analisis data yang digunakan pada penulisan makalah ini adalah

metode analisis deskriptif kualitatif, dimana analisa deskriptif kualitatif

merupakan suatu metode yang digunakan untuk mengumpulkan, mengolah, dan

menyajikan data ke dalam bentuk penyajian yang sesuai.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Aplikasi Material Semikonduktor Untuk Sel Surya

Sel surya ialah sebuah alat yang tersusun dari material semikonduktor

yang dapat mengubah sinar matahari menjadi tenaga listrik secara langsung.

Sering juga dipakai istilah photovoltaic atau fotovoltaik. Sel surya pada dasarnya

terdiri atas sambungan p-n yang sama fungsinya dengan sebuah dioda (diode).

Sederhananya, ketika sinar matahari mengenai permukaan sel surya, energi yang

dibawa oleh sinar matahari ini akan diserap oleh elektron pada sambungan p-n

untuk berpindah dari bagian dioda p ke n dan untuk selanjutnya mengalir ke luar

melalui kabel yang terpasang ke sel.

Energi surya telah banyak diterapkan dalam kehidupan sehari-hari.

Beberapa diantara aplikasi tersebut antara lain :

1. Pencahayaan bertenaga surya

2. Pemanasan bertenaga surya, untuk memanaskan air, memanaskan dan

mendinginkan ruangan,

3. Desalinisasi dan desinfektisasi

4. Untuk memasak,

Ketika trio Bell Laboratories, Chapin, Fuller dan Pearson, menemukan

sebuah fenomena p-n junction yang dapat mengubah radiasi sinar matahari

menjadi tenaga listrik pertama kalinya pada tahun 1954, material yang

dipergunakan berupa silikon (Si).

Sel surya dengan berbahan baku silikon hingga saat ini masih merupakan

jenis sel surya yang paling banyak diteliti, dikembangkan serta dipasarkan. Selain

dilatarbelakangi oleh penemuan pertama sel surya, mapannya pengetahuan akan

silikon, terbuktinya kehandalan silikon dalam aplikasi sel surya, dan jumlah

cadangan silikon di perut bumi berupa pasir silica yang berlimpah menjadi

beberapa bahan pertimbangan utama. Belum ditambah oleh dukungan

infrastruktur industri semikonduktor yang memang mengambil material silikon

sebagai bahan dasar utama produk elektronika yakni microchip atau

microprocessor.

Sebagaimana disinggung di atas, sel surya pertama memanfaatkan p-

njunction silikon, yang menjadi cara kerja fundamental sel surya jenis apapun.

Silikon jenis p (p-type) disambung dengan silikon jenis n (n-type) menghasilkan

sambunagn p-n. p-type ini maksudnya silikon dengan kelebian muatan positif

(surplus hole) dan n-type merupakan material silikon berkelebihan muatan negatif

(surplus elektron). Adanya sambungan p-n ini memungkinkan kedua muatan

positif (hole) maupun negatif (elektron) dapat berpindah dan mengalir ke arah

yang berlawanan. Jika kedua ujung sambungan p-n ini dihubungkan dengan

sebuah rangkaian listrik, maka elektron dan hole dapat mengalir ke rangkaian.

Sinar mataharilah (photon) yang menggerakkan elektron dan hole tersebut menuju

rangkaian tadi. (Mekanisme sel surya ini disederhanakan demikian saja,

mekanisme sel surya yang lebih detail ditulis pada artikel Melihat prinsip kerja

sel surya lebih dekat (Bagian Pertama).

Dalam aplikasi semikonduktor untuk sel surya, tahap yang pertama

dilakukan adalah dengan pembuatan Silikon. Tahap pertama pembuatan silikon

dimulai dengan jalan memisahkan silikon dari SiO2. Pemisahan ini dilakukan di

dalam sebuah tanur (furnace) yang disuplai dengan listrik berkekuatan tinggi.

Skema tanur untuk pemisahan silikon dapat dilihat di bawah ini.

Gambar 1. Skema pemisahan/pembuatan silikon dari pasir silika.

Pasir silika dan karbon (C) secara bersamaan (gambar paling kiri)

dimasukkan ke dalam tanur yang dilengkapi dengan elektroda tempat arus listrik

mengalir masuk (gambar tengah). Silikon dipisahkan dengan jalan mereaksikan

pasir silika dengan karbon pada suhu tinggi, yakni di atas 1900 hingga 2100

derajat celcius. Hal ini mengingat baik pasir maupun karbon merupakan dua zat

padat yang mana reaksi akan berlangsung hanya pada saat mereka

melebur/mencair/meleleh, ditambah lagi dengan titik leleh pasir silika yang di atas

1800 derajat Celcius. (Reaksi kimia tidak disertakan).

Gambar 2. PLTU Muara Karang. Sepersepuluh dari kapasitasnya yang 300 MW

itu dibutuhkan untuk memisahkan silikon dari pasir silika.

Tahapan berikutnya, ialah persiapan dan pemurnian silikon untuk bahan

dasar sel surya maupun semikonduktor atau yang disebut dengan semiconductor

grade silicon. Tahap ini dilakukan di tempat lain yang terpisah dari proses

pemisahan silikon. Untuk diketahui, silikon untuk keperluan semikonduktor

membutuhkan kadar kemurnian yang sangat sangat tinggi yang berbeda

dari metallurgical grade silicon. Di dunia semikonduktor, dikenal dengan

„eleven-nine“ atau 11 angka 9 yang menyatakan kadar kemurnian silikon dalam

persen; 99,999999999%. Silikon untuk keperluan semikonduktor harus memiliki

unsur pengotor dalam satuan bagian per semilyar (ppb, parts per billion) atau

bagian per setrilyun (ppt, parts per trillion). Sederhana saja, jika kadar kemurnian

silikon di bawah nilai nominal tersebut, dapat dijamin bahwa sebuah prosesor atau

memori komputer atau sel surya tidak dapat berjalan dengan baik.

Pemurnian silikon untuk keperluan sel surya maupun semikonduktor lain

dilakukan dalam bentuk gas melalui proses yang disebut dengan proses Siemens.

Silikon dari tahap pemurnian pertama (metallurgical grade silicon) direaksikan

dengan gas asam klorida (HCl) untuk membuat gas silikon klorida. Proses reaksi

ini dilakukan pada suhu 350 derajat Celcius.

Silikon klorida kemudian dimasukkan ke dalam reaktor Siemens (gambar

di bawah) bersama-sama dengan gas hydrogen. Di dalam reaktor Siemens terdapat

batangan umpan silikon (silicon feed rod) berbentuk U terbalik yang dipanaskan

pada suhu 1100 derajat Celcius dan pendingin. Silikon klorida mengalami reaksi

dekomposisi atau reaksi penguraian menjadi silikon pada permukaan batangan

umpan silikon, dan silikon hasil penguraian ini menempel dan terendap di

batangan tersebut. Semakin lama proses, semakin banyak silikon yang mengendap

yang kemudian membesar menjadi silikon dengan kadar kemurnian 11 angka 9 di

atas (reaksi kimia tidak disertakan).

Gambar 3. Skema diagram proses dan reaktor Siemens untuk memurnikan silikon.

Sampai di sini, silikon sudah memiliki kemurnian yang dapat

dimanfaatkan untuk keperluan sel surya.

Sel surya dibuat dari silikon yang berbentuk bujur sangkar pipih dengan

ukuran 5 x 5 cm atau 10 x 10 cm persegi. Ketebalan silikon ini sekitar 2 mm.

Lempengan bujur sangkar pipih ini disebut dengan wafer silikon untuk sel surya.

Bentuk wafer silikon sel surya berbeda dengan wafer silikon untuk semikonduktor

lain (chip, prosesor komputer, RAM memori) yang berbentuk bundar pipih meski

memiliki ketebalan yang sama (lihat gambar bawah).

Gambar 4. Wafer silikon untuk keperluan elektronika (bundar pipih) dan sel surya

(persegi berwarna biru).

Wafer silikon ini dibuat melalui proses pembuatan wafer silikon dengan

memanfaatkan silikon berkadar kemurnian tinggi sebelumnya (semiconductor

grade silicon).

Secara umum, proses pembuatan sel surya mulai dari dari silikon dapat

dilihat pada gambar di bawah ini. Proses pembuatan sel surya sendiri telah

diterangkan sebelumnya.

Gambar 5. Proses pembuatan sel surya

Pada dasarnya, pembuatan sel surya tidak ubahnya pembuatan microchip

yang ada di dalam peralatan elektronika semisal komputer, televisi maupun alat

pemutar musik digital MP3. Banyak teknologi yang dipakai oleh sel surya

mengadopsi dan mengadaptasi teknologi pembuatan microchip karena teknologi

microchip sudah mapan jauh sebelum booming sel surya yang baru muncul

belakangan di akhir 1980-an.

Teknologi pembuatan microchip maupun sel surya sama-sama bersandar

pada konsep nanoteknologi. Yakni sebuah konsep revolusioner dalam merekayasa

perilaku dan fungsi sebuah sistem pada skala molekul atau skala nanometer

(berdimensi ukuran se-per-milyar meter). Sistem yang dimaksud ini dapat berupa

molekul-molekul, ikatan kimia, hingga atom-atom yang menyusun sebuah produk.

Yang direkayasa ialah perilaku atom atau molekul-molekulnya tadi dengan jalan

menyesuaikan kondisi pembuatan atau lingkungan molekul atau atom yang

dimaksud.

Standar pembuatan sel surya jenis silikon melalui beberapa proses

implantasi (pemasukan) atom-atom lain ke dalam material silikon yang

melibatkan proses kimiawi difusi gas pada temperatur di atas 800 derajat Celcius.

Proses ini apabila tidak teliti akan mengakibatkan kebocoran dan sangat

berbahaya karena mempergunakan gas yang beracun bagi kesehatan. Alat yang

dipergunakan sendiri jelas harus mampu membangkitkan, mengatur dan

mempertahankan proses di dalam temperatur tinggi tersebut. Pembuatan sel surya

sendiri melalui beberapa tahap proses yang serupa dengan proses implantasi ini

dalam temperatur yang berbeda-beda. Jelas tidak boleh terdapat adanya pengotor

semacam debu yang ditolerir selama proses berlangsunng karena bila ada, maka

sel surya akan gagal total.

Ada beberapa hal yang perlu dicermati sebagai pintu masuk terlibatnya

masyarakat kita turut aktif mengembangkan sel surya. Penulis urutkan dari

tingkatan paling ideal hingga yang paling realistis untuk dilakukan.

1. Peleburan dan pembuatan wafer silikon

Kalau negara kita mengklaim memiliki kekayaan alam pasir silika yang

dapat diolah menjadi silikon, maka ini perlu dibuktikan dengan memproduksi

sendiri silikon yang diperlukan. Negara kita cukup mampu dalam mengolah bijih-

bijih logam dan mustinya mampu pula mengolah pasir silika menjadi bijih silikon.

Namun, jika kemampuan finansial maupun teknik bangsa kita masih kalah jauh

dengan negara yang sudah maju dalam pembuatan wafer silikon monokristal

untuk semikonduktor, maka cukuplah membidik pangsa pasar wafer silikon

polikristal untuk sel surya yang level pembuatannya relatif lebih mudah

dilakukan.

Gambar 6. pasir silika, menunggu untuk diubah menjadi sel surya.

Sejatinya, industri wafer silikon ialah sebuah industri strategis

berteknologi tinggi. Posisinya sama dengan industri dirgantara, kapal laut maupun

industri baja. Hal ini berkaitan dengan peran vital silikon dalam industri

elektronik. Tidak ada industri elektronik manapun yang tidak membutuhkan

silikon. Bila sebuah gedung dapat berdiri tegak karena memanfaatkan baja dan

pesawat dapat terbang karena menggunakan aluminium, maka komputer dan alat

elektronika lain dapat berfungsi karena adanya wafer silikon ini.

Apabila negara kita dapat memiliki industrri strategis di bidang ini, maka

kontribusi Indonesia terhadap industri dunia menjadi sangat siginifikan. Sebagai

contoh terdekat dengan penulis saat ini, Korea Selatan saat ini menjadi pemimpin

dalam bidang memori RAM komputer dengan merek Samsung maupun Hynix.

Meski demikian, merka tetap bersikeras membuat wafer silikon sendiri demi

mengurangi ketergantungan industri memorinya dari wafer silikon buatan luar.

Efek positif dari pembuatan wafer sendiri ialah tingkat kecepatan suplai bahan

baku wafer serta meningkatnya sisi konpetitif dan ekonomis dari memori buatan

Korea di pasar dunia.

2. Impor mesin-mesin pembuatan sel surya.

Langkah China dalam memasarkan sel surya di negaranya maupun di

pasaran dunia cukup menarik untuk dicermati. Industri-industri China tidak

membuat material dasar wafer silikon untuk sel surya karena mereka tahu

investasinya akan sangat besar. Mereka juga tidak memiliki kemampuan dalam

membuat mesin-mesin yang dipergunakan pabrik-pabrik mereka untuk membuat

sel surya dalam skala besar.

Gambar 7. Mesin pembuat sel surya yang telah terintegrasi. Perlu ada investasi

untuk membelinya dari luar negeri.

Hanya saja, strategi mereka ialah, mengimpor mesin-mesin pabrik dari

Jerman sebagai bahagian dari investasi, serta mengimpor material silikon khusus

untuk sel surya dari negaa-negara lain semisal, Jerman, Jepang dan Korea Selatan.

Keunggulan komparatif upah pekerja yang murah, membuat sel-sel surya made in

China saat ini bersaing di pasaran sel surya Eropa selain menjadi tuan rumah di

negara sendiri tentunya. Hal ini penulis saksikan sendiri dalam ajang pameran dan

konferensi ilmiah sel surya tahun 2005 di Shanghai, China. Mungkin strategi ini

dalam jangka pendek bisa diterapkan di Indonesia.

3. Industri assembly.

Kerumitan pembuatan sel surya tidak terlalu ditemui pada proses

enkapsulasi sel surya menjadi sebuah modul surya. Sebagai informasi, sel surya

sendiri berukuran sekitar 5 x 5 atau 10 x 10 cm persegi. Sel sebesar ini hanya

dapat mengkonversi cahaya matahari menjadi listrik berdaya sekitar 1 – 2 Watt

saja. Untuk dapat digunakan secara praktis, seitar 30 hingga 50 buah sel surya ini

dirangkaikan satu sama lain agar menghasilkan daya keluaran sekitar 50 hingga

75 Watt. Rangkaian sel surya ini disebut dengan modul surya dan modul surya-lah

yang sebenarnya dijual dipasaran yang terdiri atas sekian buah sel surya (Gambar

8). Dengan menata seberapa besar kebutuhan listrik, maka tinggal dihitung saja

berapa banyak modul surya yang perlu dibeli, kemudian digabung dan

dirangkaikan kembali agar menghasilkan daya keluaran sesuai dengan kebutuhan

listrik rumah tangga misalnya. Rangkaian modul surya ini disebut dengan panel

surya.

Gambar 8. Contoh modul sel surya yang dipasarkan. Perhatikan adanya sel surya

di dalam modul yang telah dirangkai dan dienkapsulasi menjadi satu susunan

besar modul surya.

Proses enkapsulasi sel surya menjadi modul surya relatif lebih mudah

dilakukan oleh industri menengah karena inti kegiatannya sama dengan

proses assembly, atau merangkai sesuatu dari komponen-komponen yang sudah

jadi. PT LEN, sebuah BUMN konon kabarnya sudah mampu meng-assembly sel

surya menjadi modul surya yang siap dipasarkan. Melalui langkah ini. industri

assembly sel surya tidak perlu berinvestasi pada penambangan, peleburan dan

pembuatan wafer silikon. Jalan umum yang diambil hanyalah mengimpor sel

surya yang sudah jadi, kemudian merangkainya menjadi modul dan menjualnya

kembali ke pasaran.

4. Pembuatan komponen pelengkap sel surya.

Hal terakhir yang mungkin penulis sarankan ialah menekuni pembuatan

komponen sel surya (disebut dengan balance of systemlihat Gambar 8), semacam

inverter DC ke AC, kabel-kabel, aki atau baterei, beberapa kontroler yang penulis

yakin sudah cukup dikuasai industri elektronika di Indonesia. Jelas keuntungan

produk Indonesia yang relatif murah mustinya dapat merajai pasar komponen

untuk sel surya di tanah air. Sebagai tambahan, mungkin desain perumahan atau

gedung yang siap merespon pemakaian sel surya di Indonesia dapat menjadi lahan

bagus buat para arsitek.

Gambar 9. Komponen-komponen pelengkap sel surya agar dapat bekerja (Balance

of System)

2.2 Aplikasi Material Semikonduktor untuk LED

Sebuah LED adalah sejenis dioda semikonduktor istimewa. Seperti sebuah

dioda normal, LED terdiri dari sebuah chip bahan semikonduktor yang diisi

penuh, atau di-dop, dengan ketidakmurnian untuk menciptakan sebuah struktur

yang disebut p-n junction. Pembawa-muatan - elektron dan lubang mengalir ke

junction dari elektroda dengan voltase berbeda. Ketika elektron bertemu dengan

lubang, dia jatuh ke tingkat energi yang lebih rendah, dan melepas energi dalam

bentuk photon.

Tidak seperti lampu pijar dan neon, LED mempunyai kecenderungan

polarisasi. Chip LED mempunyai kutub positif dan negatif (p-n) dan hanya akan

menyala bila diberikan arus maju. Ini dikarenakan LED terbuat dari bahan

semikonduktor yang hanya akan mengizinkan arus listrik mengalir ke satu arah

dan tidak ke arah sebaliknya. Bila LED diberikan arus terbalik, hanya akan ada

sedikit arus yang melewati chip LED. Ini menyebabkan chip LED tidak akan

mengeluarkan emisi cahaya.

Chip LED pada umumnya mempunyai tegangan rusak yang relatif rendah.

Bila diberikan tegangan beberapa volt ke arah terbalik, biasanya sifat isolator

searah LED akan jebol menyebabkan arus dapat mengalir ke arah sebaliknya.

Karakteristik chip LED pada umumnya adalah sama dengan karakteristik

dioda yang hanya memerlukan tegangan tertentu untuk dapat beroperasi. Namun

bila diberikan tegangan yang terlalu besar, LED akan rusak walaupun tegangan

yang diberikan adalah tegangan maju.

Tegangan yang diperlukan sebuah dioda untuk dapat beroperasi adalah

tegangan maju (Vf). Sirkuit LED dapat didesain dengan cara menyusun LED

dalam posisi seri maupun paralel. Bila disusun secara seri, maka yang perlu

diperhatikan adalah jumlah tegangan yang diperlukan seluruh LED dalam

rangkaian tadi. Namun bila LED diletakkan dalam keadaan paralel, maka yang

perlu diperhatikan menjadi jumlah arus yang diperlukan seluruh LED dalam

rangkaian ini.

Menyusun LED dalam rangkaian seri akan lebih sulit jika warna LED

berbeda-beda, karena tiap warna LED yang berlainan mempunyai tegangan maju

(Vf) yang berbeda. Perbedaan ini akan menyebabkan bila jumlah tegangan yang

diberikan oleh sumber daya listrik tidak cukup untuk membangkitkan chip LED,

maka beberapa LED akan tidak menyala. Sebaliknya, bila tegangan yang

diberikan terlalu besar akan berakibat kerusakan pada LED yang mempunyai

tegangan maju relatif rendah.

Pada umumnya, LED yang disusun secara seri harus mempunyai tegangan

maju yang sama atau paling tidak tak berbeda jauh supaya rangkaian LED ini

dapat bekerja secara baik. Jika LED digunakan untuk indikator pada voltase lebih

tinggi dari operasinya dirangkai seri dengan resistor untuk menyesuaikan arus

agar tidak melampaui arus maksimum LED, kalau arus maksimum terlampau

LED jadi rusak.

Pengembangan LED dimulai dengan alat inframerah dan merah dibuat

dengan gallium arsenide. Perkembagan dalam ilmu material telah memungkinkan

produksi alat dengan panjang gelombang yang lebih pendek, menghasilkan

cahaya dengan warna bervariasi.

LED konvensional terbuat dari mineral inorganik yang bervariasi,

menghasilkan warna sebagai berikut:

aluminium gallium arsenide (AlGaAs) - merah dan inframerah

gallium aluminium phosphide - hijau

gallium arsenide/phosphide (GaAsP) - merah, oranye-merah, oranye, dan

kuning

gallium nitride (GaN) - hijau, hijau murni (atau hijau emerald), dan biru

gallium phosphide (GaP) - merah, kuning, dan hijau

zinc selenide (ZnSe) - biru

indium gallium nitride (InGaN) - hijau kebiruan dan biru

indium gallium aluminium phosphide - oranye-merah, oranye, kuning, dan

hijau

silicon carbide (SiC) - biru

diamond (C) - ultraviolet

silicon (Si) - biru (dalam pengembangan)

sapphire (Al2O3) - biru

LED = light emitting diode adalah sebuah dioda yang dapat memancarkan

cahaya jika mendapat bias maju. Karakteristik LED mirip dengan dioda p-n. LED

ini sibuat dengan berbagai macam panjang gelombang sehingga dapat dibedakan

dari warnanya, umumnya adalah warna merah (~ 650 nm), hijau (~550 nm) dan

kuning (~600 nm).

Disamping ada LED yang memancarkan cahaya infra merah (~950 nm)

yang biasanya dipakai sebagai sumber cahaya pada sistem sensor, sedangkan LED

cahaya tampak dipakai untuk indikator, peraga dalam instrumen digital, dll.

Proses pembentukan pasangan elektron-hole bersifat reversibel, energi

cahaya dipancarkan pada saat terjadi rekombinasi elektron-hole. Pada Si dan Ge

umumnya rekombinasi terjadi pada cacat kristal, namun kadang-kadang dapat

juga sebuah elektron langsung terjatuh ke hole sambil memancarkan energi

cahaya, keadaan ini lebih banyak terjadi pada GaAs. Pada kondisi khusus cahaya

yang dipancarkan bersifat koheren, dan devais ini dikenal sebagai laser

semikonduktor. Ada beberapa keunggulan penggunaan LED dibandingkan dengan

lampu pijar untuk sistem elektronika, seperti:

1. LED beroperasi pada tegangan rendah dan kompatibel dengan level

tegangan logika TTL 5 volt, disamping juga butuh konsumsi daya yang

rendah sekitar ~ 20 - 30 mW.

2. berumur panjang, MTBF ~ 100.000 jam

3. konstruksi semikonduktor lebih andal dibandingkan dengan konstruksi

filamen yang mudah pecah.

4. ukurannya kecil.

5. murah

6. emisi LED hampir monokromatis dan tersedia dalam beberapa warna.

7. dapat diberi pulsa pada frekuensi tinggi

Untuk pemasangan LED perlu dibatasi arus maju yang lewat pada LED

tsb, umumnya hambatan pembatas sekitar 200 Ω. Untuk menghitung hambatan

pembatas perlu diketahui karakteristik I-V dari LED yang dipakai. Sebagai

contoh LED warna merah dari GaAsP, arus maju minimum agar cahaya dari LED

tsb tampak pada ruangan normal (diterangi dengan lampu) sekitar ~ 20 mA,

tegangan jatuh pada LED pada saat IF = 20 mA adalah VF = 1,6 volt (perlu di-

check dari data sheet LED ybs). Maka hambatan pembatasnya adalah: (dengan

tegangan supply = 5 volt)

Selanjutnya untuk mengemudikan LED dari rangkaian logika perlu juga

diberi hambatan pembatas, hal ini karena pada gerbang TTL standar dapat

menerima (sink) arus hingga 16 mA (yaitu IOL), sedangkan TTL standar hanya

dapat menyalurkan (source) arus hingga 1 mA. Kondisi ini tidak cukup terang

untuk sebagian besr aplikasi LED. Kesulitan ini dapat diatasi dengan gerbang

yang dapat di-pull-up dengan sebuah

hambatan, seperti gerbang 7410, seperti ditunjukkan pada rangkaian berikut ini.

Gambar 10, LED dikendalikan oleh gerbang NAND Peraga numerik biasanya

menggunakan sistem 7-segmen, seperti ditunjukkan pada Gambar 3, sedangkan

untuk peraga alfanumerik biasanya menggunakan matrik titik 5 x 7 atau LCD.

Peraga 7-segmen merpakan peraga yang paling umum dijumpai untuk

peraga numerik karena menggunakan IC standar dan cukup sederhana untuk

mengendalikannya, misalnya untuk menampilkan angka 2 perlu memberikan bias

maju pada segmen a, b, g, e, d. Untuk memperagakan pada peraga 7-segmen perlu

decoder, umumnya yang tersedia adalah decoder BCD ke 7-segmen, sehingga

format data input berupa format BCD. Disamping decoder perlu driver untuk

memberikan arus ke peraga minimum ~ 10 mA agar dapat menyalakan 7-segmen.

Decoder dan driver tersedia dalam satu chip IC, seperti 7447. IC 7447 digunakan

untuk peraga dengan tipe anoda bersama. Rangkaiannya ditunjukkan pada

Gambar 4.

Gambar 11, Rangkaian peraga 7-segmen

Untuk memperagakan bilangan besar misalnya ada 4 atau lebih digit

biasanya dipergunakan teknik multiplek. Dengan teknik ini hanya menggunakan

satu buah decoder/driver yang dipakai untuk men-decode nilai BCD ke peraga 7-

segmen dengan menyalakan masing-masing peraga secara bergantian. Jika

pergantian peraga tsb terjadi > 100 Hz, mata kita tidak akan merasakan

berkedipnya peraga tsb.

Salah satu aplikasi material semikonduktor untuk LED yaitu adanya lampu

jalan, lampu jalan adalah lampu yang digunakan untuk penerangan jalan dimalam

hari sehingga pejalan kaki, pesepeda dan pengendara dapat melihat dengan lebih

jelas jalan yang akan dilalui pada malam hari, sehingga dapat meningkatkan

keselamatan lalu lintas dan keamanan dari para pengguna jalan.

Ganbar 12. Lampu Jalan

Salah satu alternative sumber energi adalah dengan Menggunakan Lampu

LED jenis hi-power yang sangat terang, hemat energi dan tahan lama . Masa

pemakaian Lampu LED bisa mencapai 50.000 jam dengan sumber daya DC.

Dengan lamanya interval penggantian lampu berarti juga mengurangi frekuensi

dan menghemat biaya operasional pemeliharaan untuk ongkos jasa penggantian

bola lampunya saja. Baterai yang digunakan adalah baterai bebas perawatan

(maintenance free) jenis VRLA dan tipe Deep Cycle.Dengan menggunakan

perangkat ini, kita sudah memiliki sumber energi sendiri tanpa ketergantungan

dengan pihak lain, hemat BBM, dan ramah lingkungan. Lampu ini beroperasi

secara mandiri dan tidak memerlukan kabel jaringan antar tiang sehingga

installasinya menjadi sangat mudah, praktis, sangat ekonomis dan tentunya dapat

terhindar dari black out total jika terjadi gangguan.

Secara keseluruhan sistem ini dirancang untuk penyediaan cahaya

penerangan umum dengan sumber energi terbarukan, bebas biaya perawatan dan

berumur ekonomis lama. Dengan sistem pemasangan yang cepat dan mudah, LED

Street Light dapat menjadi solusi yang cepat dalam mengatasi kebutuhan

penerangan jalan umum.

Keunggulan:

Terang dan tahan lama

Hemat energi

Ramah lingkungan

Bebas polusi

Cepat dan mudah dalam pemasangan

Hemat biaya perawatan

Life time yang lama (lampu LED hingga 11 tahun & solar panel hingga 25

tahun)

Cocok dipasang di segala lokasi

Tersedia dengan daya mulai dari lampu dengan daya 15w (950Lm) -168w

(14.558 Lm)

KOMPONEN:

Lampu LED/CFL + Cobra Head Lamp

Charge Controller Automatic Timer

Battery SLA/VLRA Deep Cycle Free Maintenance

Battery Box

Various Brackets

Wiring Harnesses

Manual Book

2.3 Aplikasi Material Semikonduktor Untuk Laser

Sebuah laser, yang merupakan singkatan dari Light Amplifikasi oleh

Merangsang Emisi Radiasi, adalah sebuah alat yang mengubah energi menjadi

cahaya. Energi listrik atau optik digunakan untuk merangsang atom atau molekul,

yang kemudian memancarkan cahaya. Laser terdiri dari rongga, dengan cermin

datar atau bulat pada ujungnya, yang diisi dengan bahan lasable. Bahan ini dapat

bersemangat untuk keadaan semistable oleh cahaya atau mengalirkan

listrik. Materi yang dapat menjadi kristal, kaca, cair, pewarna, atau gas asalkan

bisa senang dengan cara ini.

Sebuah laser semikonduktor mengubah energi listrik menjadi cahaya. Hal

ini dimungkinkan dengan menggunakan bahan semikonduktor, yang memiliki

kemampuan untuk menghantarkan listrik adalah antara yang konduktor dan

isolator. Dengan doping semikonduktor dengan jumlah tertentu dari kotoran,

jumlah elektron bermuatan negatif atau lubang bermuatan positif dapat diubah.

Dibandingkan dengan jenis laser lainnya, laser semikonduktor yang

kompak, dapat diandalkan dan bertahan lama. Laser tersebut terdiri dari dua

komponen dasar, sebuah amplifier optik dan resonator. Penguat adalah terbuat

dari bahan semikonduktor celah pita langsung didasarkan pada baik gallium

arsenide (GaAs) atau substrat InP. Ini adalah senyawa berdasarkan Kelompok III

dan V Grup unsur dalam tabel periodik. Paduan bahan-bahan yang terbentuk ke

substrat sebagai struktur berlapis mengandung jumlah yang tepat dari bahan lain.

Kinerja dan biaya semikonduktor tergantung pada daya output, kecerahan,

dan masa operasi. Power penting karena menentukan throughput maksimum atau

laju umpan dari sebuah proses. Kecerahan tinggi, atau kemampuan untuk fokus

output laser ke tempat kecil, menentukan efisiensi daya. Seumur hidup ini penting

karena semakin lama laser berlangsung, semakin sedikit biaya untuk beroperasi,

yang terutama penting dalam aplikasi industri.

Laser semikonduktor yang paling sederhana terdiri dari emitor tunggal

yang memproduksi lebih dari satu watt daya gelombang kontinu. Untuk

meningkatkan daya, bar dan modul multibar atau tumpukan telah

dikembangkan. Sebuah bar adalah array dari 10 sampai 50 sisi-by-side laser

semikonduktor individu terintegrasi ke dalam sebuah chip tunggal dan tumpukan

adalah array dua dimensi bar ganda. Bar dapat menghasilkan 50 watt daya output

dan terakhir lebih dari 5.000 jam. Karena kekuatan tinggi seperti menghasilkan

banyak panas, sistem pendingin harus dimasukkan ke dalam desain.

Laser semikonduktor konvensional terdiri dari senyawa semikonduktor,

gallium arsenide. Bahan ini datang dalam bentuk ingot yang kemudian diproses

lebih lanjut menjadi substrat yang lapisan bahan lain yang ditambahkan. Bahan

yang digunakan untuk membentuk lapisan ini tepat ditimbang sesuai dengan

formula khusus. Bahan lainnya yang

Gambar 13. laser ganda heterostructure.

Sebuah laser ganda heterostructure digunakan untuk membuat jenis laser

termasuk logam tertentu (seng, emas, dan tembaga) sebagai aditif (dopan) atau

elektroda, dan silikon dioksida sebagai isolator.

Desain dasar dari laser semikonduktor terdiri dari "heterostructure

ganda." Ini terdiri dari beberapa lapisan yang memiliki fungsi yang

berbeda. Amplifikasi lapisan aktif atau cahaya terjepit di antara dua lapisan

cladding. Lapisan-lapisan cladding memberikan injeksi elektron ke lapisan

aktif. Karena lapisan aktif memiliki indeks bias lebih besar dari orang-orang dari

lapisan cladding, cahaya terbatas dalam lapisan aktif.

Kinerja laser dapat ditingkatkan dengan mengubah desain persimpangan

sehingga difraksi kerugian dalam rongga optik berkurang. Hal ini dimungkinkan

dengan memodifikasi bahan laser untuk mengontrol indeks bias rongga dan lebar

dari junction. Indeks bias bahan tergantung pada jenis dan kuantitas

kenajisan. Misalnya, jika bagian dari galium dalam lapisan bermuatan positif

diganti dengan aluminium, indeks bias berkurang dan sinar laser lebih baik

terbatas pada rongga optik.

Lebar persimpangan juga dapat mempengaruhi kinerja. Sebuah batas-batas

dimensi sempit arus ke satu baris sepanjang laser, meningkatkan kerapatan

arus. Output daya puncak harus dibatasi tidak lebih dari 400 watt per cm (0,4 in)

panjang persimpangan dan kepadatan saat ini untuk kurang dari 6.500 per

sentimeter kuadrat ampere di persimpangan untuk memperpanjang kehidupan

laser.

Kegunaan laser sebagai salah satu aplikasi material semikonduktor dalam

kehidupan sehari-hari, laser digunakan pada berbagai bidang. Dalam

penggunaannya, energi laser yang terpancar tiap satuan waktu dinyatakan dengan

orde dari beberapa mW(Laser yand digunakan dalam system audio laser disk)

sampai dengan beberapa MW(Laser yang digunakan untuk senjata). Besarnya

energi laser yang dipilih bergantung pada penggunaannya. Pemanfaatan sinar

laser misalnya pada bidang kedokteran, pelayanan (jasa), industri, astronomi,

fotografi, elektronika, dan komunikasi.

1. Dalam bidang kedokteran dan kesehatan, sinar laser digunakan antara lain

untuk mendiagnosis penyakit, pengobatan penyakit, dan perbaikan suatu

cacat serta penbedahan.

2. Pada bidang industri, sinar laser bermanfaat untuk pengelasan,

pemotongan lempeng baja, serta untuk pengeboran.

3. Pada bidang astronomi, sinar laser berdaya tinggi dapat digunakan untuk

mengukur jarak Bumi Bulan dengan teliti.

4. Dala bidang fotografi, laser mampu menghasilkan bayangan tiga dimensi

dari suatu benda, disebut holografi.

5. Dalam bidang elektronika, laser solid state berukuran kecil digunakan

dalam system penyimpanan memori optik dalam computer.

6. Dalam bidang komunikasi, laser berfungsi untuk memperkuat cahaya

sehingga dapat menyalurkan suara dan sinyal gambar melalui serat optik.

Terdapat beberapa jenis laser yang umum digunakan untuk perawatan

kecantikan khususnya di Indonesia, diantaranya :

1. Fractional CO2 : Laser Fractional CO2 adalah laser yang menggunakan

teknologi fractional carbon dioxide (SmartXide DOT) untuk mengatasi

masalah jaringan parut (skar) dan kerut-kerut karena penuaan kulit. Sinar

laser yang dihasilkan oleh alat ini secara akurat melakukan pengangkatan

kulit lapis perlapis dan mampu merangsang pembentukan kolagen baru

dengan cara memberi panas hanya pada kedalaman dan area kulit yang

tertimpa sinar laser (teknologi SmartXide DOT). Biasa digunakan untuk

peremajaan kulit, mencerahkan kulit serta mengatasi masalah kulit lainnya

seperti keriput, pigmentasi, tumor jinak, jerawat,kutil dan bekas luka.

2. Nd YAG : Teknik laser ini sangat baik digunakan untuk menghilangkan

bulu-bulu atau rambut yang yang tumbuh pada area-area tertentu seperti di

ketiak, area bikini, diatas bibir (kumis), di lengan dan tungkai.

3. Q Switched Nd YAG : Laser pigmen (Q-switch Nd:YAG laser) digunakan

untuk mengatasi kelainan pigmentasi pada kulit karena photoaging seperti

lentigo senilis, freckles, tanda lahir berupa bercak hitam

keabuan/kecoklatan dan juga dapat menghilangkan tattoo pada tubuh.

Adapun keunggulan laser diantaranya :

1. Hemat waktu: area perawatan lebih luas menggunakan kluster laser BTL

berdaya tinggi (hingga 1800mW),

2. Berbagai pilihan probe laser BTL (hingga 400mW) untuk lapisan jaringan

permukaan dan dalam,

3. Ensiklopedi online dengan protokol yang sudah ditetapkan sebelumnya

berdasarkan riset medis bertahun-tahun,

4. Aplikasi yang disarankan untuk berbagai bidang kedokteran (rehabilitasi,

dermatologi, ginekologi, ENT, kedokteran olahraga, dll.),

5. Layar sentuh mudah dioperasikan.

BAB III

SIMPULAN DAN SARAN

3.1 Simpulan

Berdasarkan uraian bab sebelumnya penulis dapat mengemukakan

kesimpulan sebagai berikut :

1. Salah satu perkembangan teknologi saat ini yaitu dengan adanya aplikasi

material semikonduktor dalam bentuk Sel Surya, LED dan Laser.

2. Pada Sel Surya, tersusun dari material semikonduktor yang dapat

mengubah sinar matahari menjadi tenaga listrik secara langsung dengan

memanfaatkan p-n junction silicon. Sel Surya tersebut dapat dimanfaatkan

sebagai energy alternative.

3. Pada LED, terdiri dari sebuah chip bahan semikonduktor yang diisi penuh

dengan ketidakmurnian untuk menciptakan sebuah struktur yang disebut

p-n junction. Aplikasinya bisa digunakan dalam lampu penerangan jalan.

4. Pada Laser, terdiri dari senyawa semikonduktor gallium arsenide. Dalam

aplikasinya laser memiliki kegunaan dalam berbagai bidang, misalnya

dalam bidang elektronika, yaitu system penyimpanan memori optik dalam

computer.

3.2 Saran

Sejalan dengan simpulan di atas, penulis merumuskan saran sebagai

berikut :

1. Dalam perkembangan teknologi material semikonduktor, hendaknya bisa

memiliki kegunaan yang bermanfaat dalam kehidupan sehari-hari yang

efektif dan efisien dalam pembuatannya sehingga mudah untuk

membawanya.

2. Dalam perkembangan teknologi material semikonduktor, hendaknya

memiliki kriteria hemat biaya, hemat waktu, hemat energy, ramah

lingkungan dan memiliki banyak kegunaan.

DAFTAR PUSTAKA

Zebua, Rahmat Syukur. (2011). Jenis Laser yang Digunakan Sebagai Modalitas Fisioterapi. TA Poltekes YRSU DR. RUSDI Medan : tidak diterbitkan.

Wijaya, Sastra Kusuma. (2010). Optoelektronika. Diktat Elektronika I FPMIPA UI : tidak diterbitkan.

Samadikun, Samaun. (1989).” Perkembangan Dalam Bidang Mikroelektronika dan Dampaknya pada Bidang Instrumentasi.” Makalah pada Seminar Sistem Instrumentasi dan Kontrol Berbasis Komputer ITB. Bandung.

Eric. (2008). Pembuatan Sel Surya Silikon. [Online]. Tersedia : http://energisurya.wordpress. com /2008/10/10/membuat-sel-surya-sendiri-bagian-1-pengolahan-silikon/ . [13 November 2011]

Eric. (2008). Pembuatan Energi Surya dimulai. [Online]. Tersedia : http://energisurya.wordpress.com/2008/10/10/membuat-sel-surya-sendiri-bagian-2-proses-pembuatan-sel-surya/. [13 November 2011]

Frost & Sullivan . (2008). Laser. [Online]. Tersedia : http:// www. scribd. com /doc/57085965/Laser. [13 November 2001]

Adhi. (2007). Aplikasi Sel Surya Sebagai Sumber Altrnatif. [Online]. Tersedia : http://www.forumsains.com/artikel/aplikasi-sel-surya-sebagai-sumber-energi-alternatif/. [13 November 2011]

Macintyre. (2010). Semiconductor-Laser. [Online]. Tersedia : http://translate.google.co.id/translate?hl=id&langpair=en|id&u=http://www.madehow.com/Volume-6/Semiconductor-Laser.html. [13 November 2011]

Miller. (2010). Modul 3-11 Semiconductor Lasers. [Online]. Tersedia : http://translate.google.co.id/translate?hl=id&langpair=en|id&u=http://utopia.cord.org/cm/leot/course03_mod11/mod03_11.htm. [13 November 2011]

Mattetal. (2009). Leds Light Emitting – Diodes. [Online]. Tersedia : http://translate.google.co.id/translate?hl=id&langpair=en|id&u=http://www.radio-electronics.com/info/data/semicond/leds-light-emitting-diodes/technology-tutorial.php. [13 November 2011]