LED (LIGHT EMITTING DIODA), DIODA PHOTO DAN SEL SURYA Disusun Oleh : RITA PERMATA SARI SITORUS (41431 1!4") #ISI$A DI$ D !14 %URUSAN #ISI$A #A$ULTAS MATEMATI$A DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNI&ERSITAS NEGERI MEDAN !1' LED (LIGHT EMITTING DIODA), DIODA PHOTO DAN SEL SURYA Page 1
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
!esuai dengan perkem$angan 7aman, alat 8 alat elektronika sudah $anyak jenisnya#
Piranti 8 piranti yang akan di$ahas di$a&ah ini merupakan piranti yang penting untuk
merangkai alat 8 alat elektronik yang $anyak $erguna $agi kehidupan masyarakat# Masing 8
masing komponen yang akan di$ahas dalam makalah ini mempunyai 2ungsi dan man2aat
yang penting di $idang elektronika#
II Tu/u*n
Tujuan di$uatnya makalah ini adalah untuk memenuhi pem$uatan tugas dari Mata1uliah Elektronika Dasar dan untuk mengetahui le$ih lanjut tentang LED(Light Emitting
Dioda, Dioda Photo dan juga !el !urya#
III Ru0us*n M*s*l*h
. )pakah yang dimaksud dengan LED (Light Emitting Dioda, Dioda Photo dan juga !el
!urya 9
agaimana $entuk dari LED (Light Emitting Dioda, Dioda Photo dan juga !el !urya 9
4 agaimana %ara prinsip kerja dari LED (Light Emitting Dioda, Dioda Photo dan juga
!el !urya9
A III
LED (LIGHT EMITTING DIODA), DIODA PHOTO DAN SEL SURYA Page 4
LED (Light Emitting Dioda adalah dioda yang dapat meman%arkan %ahaya pada saat
mendapat arus $ias maju (2or&ard $ias# LED (Light Emitting Dioda dapat meman%arkan
%ahaya karena menggunakan dopping galium, arseni% dan phosporus# :enis doping yang $er$eda diata dapat menhasilkan %ahaya dengan &arna yang $er$eda# LED (Light Emitting
Dioda merupakann salah satu jenis dioda, sehingga hanya akan mengalirkan arus listrik satu
arah saja#
LED akan meman%arkan %ahaya apa$ila di$erikan tegangan listrik dengan kon2igurasi
2or&ard $ias# er$eda dengan dioda pada umumnya, kemampuan mengalirkan arus pada
LED (Light Emitting Dioda %ukup rendah yaitu maksimal * m)# )pa$ila LED (Light
Emitting Dioda dialiri arus le$ih $esar dari * m) maka LED akan rusak, sehingga pada
rangkaian LED dipasang se$uah resistor se$gai pem$atas arus# !im$ol dan $entuk 2isik dari
LED (Light Emitting Dioda dapat dilihat pada gam$ar $erikut#
Dari gam$ar diatas dapat kita ketahui $ah&a LED memiliki kaki $uah seperti
dengan dioda yaitu kaki anoda dan kaki katoda# Pada gam$ar diatas kaki anoda memiliki %iri2isik le$ih panjang dari kaki katoda pada saat masih $aru, kemudian kaki katoda pada LED
(Light Emitting Dioda ditandai dengan $agian $ody LED yang di papas rata# 1aki anoda
dan kaki katoda pada LED (Light Emitting Dioda disim$olkan seperti pada gam$ar diatas#
Pinsi $e/* Di2* E0isi *h*5* (LED)
Pemasangan LED (Light Emitting Dioda agar dapat menyala adalah dengan mem$erikan
tegangan $ias maju yaitu dengan mem$erikan tegangan positi2 ke kaki anoda dan tegangan
negati2 ke kaki katoda# 1onsep pem$atas arus pada dioda adalah dengan memasangkan
resistor se%ara seri pada salah satu kaki LED (Light Emitting Dioda# 0angkaian dasar untuk
menyalakan LED (Light Emitting Dioda mem$utuhkan sum$er tegangan LED dan resistor se$gai pem$atas arus seperti pada rangkaian $erikut#
LED (LIGHT EMITTING DIODA), DIODA PHOTO DAN SEL SURYA Page 5
$agian Collector nya# Namun demikian, &aktu respons dari Transistor-2oto se%ara umum akan
le$ih lam$at dari pada Dioda-Coto#
Pinsi $e/* Di2* Ph+
Prinsip kerja dari 2otodioda jika se$uah sam$ungan-pn di$ias maju dan di$erikan%ahaya padanya maka pertam$ahan arus sangat ke%il sedangkan jika sam$ungan pn di$ias
mundur arus akan $ertam$ah %ukup $esar# Aahaya yang dikenakan pada 2otodioda akan
mengaki$atkan terjadinya pergeseran 2oton yang akan menghasilkan pasangan electron#
hole dikedua sisi dari sam$ungan# 1etika elektron-elektron yang dihasilkan itu masuk ke pita
konduksi maka elektron-elektron itu akan mengalir ke arah positi2 sum$er tegangan
sedangkan hole yang dihasilkan mengalir ke arah negati2 sum$er tegangan sehingga arus
akan mengalir di dalam rangkaian# esarnya pasangan elektron ataupun hole yang dihasilkan
tergantung dari $esarnya intensitas %ahaya yang dikenakan pada 2otodioda#
Photodiode akan mengalirkan arus yang mem$entuk 2ungsi linear terhadap intensitas
%ahaya yang diterima# )rus ini umumnya teratur terhadap po$er densit% (Dp# Per$andinganantara arus keluaran dengan po$er densit% dise$ut se$agai current responsiti&it%# )rus yang
dimaksud adalah arus $o%or ketika photodioda terse$ut disinari dan dalam keadaan dipanjar
mundur#
!e$agai %ontoh aplikasi photo diode dapat digunakan se$agai sensor api# Penggunaan
sensor photo diode se$agai pendeteksi ke$eradaan api didasarkan pada 2akta $ah&a pada
nyala api juga terpan%ar %ahaya in2ra merah# >al ini tidak dapat di$uktikan dengan mata
telanjang karena %ahaya in2ra merah merupakan %ahaya tidak tampak, namun ke$eradaan
%ahaya in2ra merah dapat dirasakan yaitu ketika ada rasa hangat atau panas dari nyala api
yang sampai ke tu$uh kita#
3 SEL SURYA
!el surya atau juga sering dise$ut 2otooltaik adalah diais yang mampu
mengkonersi langsung %ahaya matahari menjadi listrik# !el surya $isa dise$ut se$agai
pemeran utama untuk memaksimalkan potensi sangat $esar energi %ahaya matahari yang
sampai ke$umi, &alaupun selain dipergunakan untuk menghasilkan listrik, energi dari
matahari juga $isa dimaksimalkan energi panasnya melalui sistem solar thermal#
!el surya dapat dianalogikan se$agai diais dengan dua terminal atau sam$ungan,
dimana saat kondisi gelap atau tidak %ukup %ahaya $er2ungsi seperti dioda, dan saat disinari
dengan %ahaya matahari dapat menghasilkan tegangan# 1etika disinari, umumnya satu selsurya komersial menghasilkan tegangan d% se$esar *,/ sampai . olt, dan arus short-%ir%uit
dalam skala milliampere per %m# esar tegangan dan arus ini tidak %ukup untuk $er$agai
aplikasi, sehingga umumnya sejumlah sel surya disusun se%ara seri mem$entuk modul surya#
!atu modul surya $iasanya terdiri dari 6-4 sel surya, dan total menghasilkan tegangan d%
se$esar . dalam kondisi penyinaran standar ()ir Mass .#/# Modul surya terse$ut $isa
diga$ungkan se%ara paralel atau seri untuk memper$esar total tegangan dan arus outputnya
sesuai dengan daya yang di$utuhkan untuk aplikasi tertentu# ;am$ar di$a&ah menunjukan
ilustrasi dari modul surya#
LED (LIGHT EMITTING DIODA), DIODA PHOTO DAN SEL SURYA Page 8
'odul sur%a biasan%a terdiri dari ()#3* sel sur%a %an diran+ai seri untu+ memperbesar
total da%a output. ,Gambar -he Ph%sics o0 Solar Cell1 2enn% Nelson
S+u-+u Sel Su5*
!esuai dengan perkem$angan sainsFteknologi, jenis-jenis teknologi sel surya pun
$erkem$ang dengan $er$agai inoasi# )da yang dise$ut sel surya generasi satu, dua, tiga dan
empat, dengan struktur atau $agian-$agian penyusun sel yang $er$eda pula (:enis-jenis
teknologi surya akan di$ahas di tulisan “!el !urya < :enis-jenis teknologi"# Dalam tulisan ini
akan di$ahas struktur dan %ara kerja dari sel surya yang umum $erada dipasaran saat ini yaitu
sel surya $er$asis material silikon yang juga se%ara umum men%akup struktur dan %ara kerjasel surya generasi pertama (sel surya silikon dan kedua (thin 2ilmGlapisan tipis#
Stru+tur dari sel sur%a +omersial %an menuna+an material sili+on sebaai semi+ondu+tor.
,Gambar-4o$Stu005or+s
LED (LIGHT EMITTING DIODA), DIODA PHOTO DAN SEL SURYA Page 9
;am$ar diatas menunjukan ilustrasi sel surya dan juga $agian-$agiannya# !e%ara umum
terdiri dari <
1 Su8s+*+9Me+*l 8*-in.
!u$strat adalah material yang menopang seluruh komponen sel surya# Materialsu$strat juga harus mempunyai kondukti2itas listrik yang $aik karena juga $er2ungsi se$agai
kontak terminal positi2 sel surya, sehinga umumnya digunakan material metal atau logam
seperti aluminium atau moly$denum# @ntuk sel surya dye-sensiti7ed (D!!A dan sel surya
organik, su$strat juga $er2ungsi se$agai tempat masuknya %ahaya sehingga material yang
digunakan yaitu material yang kondukti2 tapi juga transparan sepertii ndium tin oHide (3T'
dan 2lourine doped tin oHide (CT'#
M*+ei*l se0i-n2u-+
Material semikonduktor merupakan $agian inti dari sel surya yang $iasanya
mempunyai te$al sampai $e$erapa ratus mikrometer untuk sel surya generasi pertama(silikon, dan .-4 mikrometer untuk sel surya lapisan tipis# Material semikonduktor inilah
yang $er2ungsi menyerap %ahaya dari sinar matahari# @ntuk kasus gam$ar diatas,
semikonduktor yang digunakan adalah material silikon, yang umum diaplikasikan di industri
elektronik# !edangkan untuk sel surya lapisan tipis, material semikonduktor yang umum
digunakan dan telah masuk pasaran yaitu %ontohnya material Au(3n,;a(!,!e (A3;!, AdTe
(kadmium telluride, dan amorphous silikon, disamping material-material semikonduktor
potensial lain yang dalam sedang dalam penelitian intensi2 seperti AuIn!n(!,!e+ (AIT!
dan Au' (%opper oHide#
agian semikonduktor terse$ut terdiri dari jun%tion atau ga$ungan dari dua material
semikonduktor yaitu semikonduktor tipe-p (material-material yang dise$utkan diatas dan tipe-n (silikon tipe-n, Ad!,dll yang mem$entuk p-n jun%tion# P-n jun%tion ini menjadi kun%i
dari prinsip kerja sel surya# Pengertian semikonduktor tipe-p, tipe-n, dan juga prinsip p-n
jun%tion dan sel surya akan di$ahas di$agian “%ara kerja sel surya"#
3 $n+*- 0e+*l 9 n+*+ .i2
!elain su$strat se$agai kontak positi2, diatas se$agian material semikonduktor $iasanya
dilapiskan material metal atau material kondukti2 transparan se$agai kontak negati2#
4 L*is*n *n+ie;le-+i;
0e2leksi %ahaya harus diminimalisir agar mengoptimalkan %ahaya yang terserap oleh
semikonduktor# 'leh karena itu $iasanya sel surya dilapisi oleh lapisan anti-re2leksi# Material
anti-re2leksi ini adalah lapisan tipis material dengan $esar indeks re2rakti2 optik antara
semikonduktor dan udara yang menye$a$kan %ahaya di$elokkan ke arah semikonduktor
sehingga meminimumkan %ahaya yang dipantulkan kem$ali#
' En-*sul*si 9 <e .l*ss
agian ini $er2ungsi se$agai enkapsulasi untuk melindungi modul surya dari hujan atau
kotoran#
LED (LIGHT EMITTING DIODA), DIODA PHOTO DAN SEL SURYA Page 10
!el surya konensional $ekerja menggunakan prinsip p-n jun%tion, yaitu jun%tion
antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n# !emikonduktor ini terdiri dari ikatan-ikatan atom
yang dimana terdapat elektron se$agai penyusun dasar# !emikonduktor tipe-n mempunyai
kele$ihan elektron (muatan negati2 sedangkan semikonduktor tipe-p mempunyai kele$ihanhole (muatan positi2 dalam struktur atomnya# 1ondisi kele$ihan elektron dan hole terse$ut
$isa terjadi dengan mendoping material dengan atom dopant# !e$agai %ontoh untuk
mendapatkan material silikon tipe-p, silikon didoping oleh atom $oron, sedangkan untuk
mendapatkan material silikon tipe-n, silikon didoping oleh atom 2os2or# 3lustrasi di$a&ah
menggam$arkan jun%tion semikonduktor tipe-p dan tipe-n#
2unction antara semi+ondu+tor tipe#p ,+elebihan hole dan tipe#n ,+elebihan ele+tron.
,Gambar - eere.ener%.o&
Peran dari p-n jun%tion ini adalah untuk mem$entuk medan listrik sehingga elektron(dan hole $isa diekstrak oleh material kontak untuk menghasilkan listrik# 1etika
semikonduktor tipe-p dan tipe-n terkontak, maka kele$ihan elektron akan $ergerak dari
semikonduktor tipe-n ke tipe-p sehingga mem$entuk kutu$ positi2 pada semikonduktor tipe-
n, dan se$aliknya kutu$ negati2 pada semikonduktor tipe-p# )ki$at dari aliran elektron dan
hole ini maka ter$entuk medan listrik yang mana ketika %ahaya matahari mengenai susuna p-
n jun%tion ini maka akan mendorong elektron $ergerak dari semikonduktor menuju kontak
negati2, yang selanjutnya diman2aatkan se$agai listrik, dan se$aliknya hole $ergerak menuju
kontak positi2 menunggu elektron datang, seperti diilustrasikan pada gam$ar di$a&ah#
Ilustrasi cara +er!a sel sur%a denan prinsip p#n !unction. ,Gambar - sun#nr.or
LED (LIGHT EMITTING DIODA), DIODA PHOTO DAN SEL SURYA Page 11
Dioda emisi %ahaya merupakan akan meman%arkan %ahaya apa$ila di$erikan
tegangan listrik dengan kon2igurasi 2or&ard $ias, agar dapat menyala adalah denganmem$erikan tegangan $ias maju yaitu dengan mem$erikan tegangan positi2 ke kaki anoda
dan tegangan negati2 ke kaki katoda# !edangkan dioda photo akan mengu$ah %ahaya menjadi
arus listrik# Aahaya yang dapat dideteksi oleh dioda 2oto ini mulai dari %ahaya in2ra
merah, %ahaya tampak, ultra ungu sampai dengan sinar-B# Prinsip kerja dari 2otodioda jika
se$uah sam$ungan-pn di$ias maju dan di$erikan %ahaya padanya maka pertam$ahan arus
sangat ke%il sedangkan jika sam$ungan pn di$ias mundur arus akan $ertam$ah %ukup $esar#
!el surya merupakan alat untuk memaksimalkan potensi sangat $esar energi %ahaya
matahari yang sampai ke$umi, &alaupun selain dipergunakan untuk menghasilkan listrik,
energi dari matahari juga $isa dimaksimalkan energi panasnya melalui sistem solar thermal#
!el surya ini sangat $erguna jika di aplikasikan oleh masyarakat pedalaman yang dimanamasih tidak ada tenaga listrik disana, karena sel surya mampu mengu$ah energi panas dari
matahari menjadi tenaga listrik#
LED (LIGHT EMITTING DIODA), DIODA PHOTO DAN SEL SURYA Page 12