BAB III METODOLOGI
Waktu dan Tempat
Penelitian ini
dilakukan di
Laboratorium Fisika
Material, Laboratorium
Biofisika, Departemen
Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian
Bogor, dan juga di Laboratorium Fisika Material Institut Teknologi Bandung dari
bulan September 2011 sampai Februari 2012.
Alat dan Bahan
Alat yang akan digunakan pada penelitian ini ialah isolasi, LCR meter,
masker, potensiometer, resistor, kaca preparat, alumunium foil, tabung reaksi,
pipet, pinset, gunting, sarung tangan karet, double tape, masker, kawat, kabel,
cawan petri, mortar, gelas ukur Iwaki 10 ml, cawan petri, neraca analitik model
BL 6100, reaktor spincoater hotplate, stopwatch, tissue.
Bahan yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah barium asetat
[BaCH
3
COO
2
, 99], stronsium asetat [SrCH
3
COO
2
, 99],
titanium isopropoksida [TiC
12
O
4
H
28
, 97.999], asam asetat, dye water, HF asam
florida, etilane glykol, 2-metoksietanol, aseton pro-analisis.
Prosedur Penelitian
Penelitian ini dilakukan mengikuti diagram alir pada Gambar 6.
Gambar 5. Perbedaan material berdasarkan konduktivitas listrik.
20
Pengolahan Data Penulisan Laporan Akhir
I-V Konduktivitas
Konstanta Dielektrik Fotovoltaik
Karakterisasi Gagal
Berhasil MULAI
Pemotongan Substrat Silikon Pencucian Substrat Silikon
Pembuatan Larutan BST untuk Spin Coating
Pemasangan Kontak Annealing
SELESAI
Gambar 6. Diagram alir penelitian.
Pembuatan Program
Pembuatan Film BST Persiapan Substrat Silikon Tipe-P
Substrat yang
digunakan pada
penelitian ini adalah silikon tipe-p. Substrat
ini merupakan
tempat penumbuhan film BST yang harus hati-
hati memegangnya, hal ini dimaksudkan agar film BST tersebut dapat tumbuh baik
dan merata. Pada tahap pertama yang dilakukan adalah pemotongan substrat
membentuk persegi dengan ukuran 1 cm
x 1 cm dan 2 cm x 2 cm menggunakan mata
intan. Potongan substrat ini selanjutnya dicuci melalui beberapa tahap sambil
digetarkan dengan gelombang ultrasonik 22 kHz. Tahap pertama potongan substrat
ini direndam di dalam larutan aseton pro analisis selama 10 menit, berikutnya tahap
kedua direndam menggunakan larutan dye water selama 10 menit juga, begitu juga
dengan tahap ketiga potongan substrat tersebut direndam dalam larutan methanol
pro analisis selama 10 menit, tetapi pada tahap keempat potongan substrat hanya
direndam selama 30 detik dalam larutan asam fluoride HF dicampur dengan dye
water dengan perbandingan 5:1. Terakhir yaitu tahap kelima potongan substrat
direndam dengan dye water lagi selama 10 menit. Selesai proses pencucian
potongan substrat tersebut ditimbang untuk didapatkan massanya.
Pembuatan Larutan BST
Pembuatan Film
BST dilakukan
menggunakan metode sol-gel process dengan
mereaksikan barium
asetat [BaCH
3
COO
2
, 99], stronsium asetat [SrCH
3
COO
2
, 99],
titanium isopropoksida [TiC
12
O
4
H
28
, 97,999], serta 2-metoksietanol sebanyak 2,5 ml
sebagai bahan pelarut. Komposisi massa untuk barium asetat, stronsium asetat, dan
titanium isopropoksida
disesuaikan dengan masing-masing fraksi molnya
menggunakan persamaan stoikiometri reaksi
kimia, kemudian
dilakukan penimbangan
dengan menggunakan
neraca analitik untuk ketiga bahan tersebut. Selanjutnya barium asetat dan
stronsium asetat
dicampur secara
bersamaan diikuti pencampuran titanium isopropoksida, ketiga bahan tersebut tidak
dicampur bersamaan karena titanium isopropoksida sangat cepat membeku.
Setelah tercampur semua, larutan tersebut ditambah dengan larutan 2-metoksietanol
sebanyak 2,5 ml. Kemudian larutan tersebut dikocok selama satu jam dengan
menggunakan
gelombang ultrasonik
menggunakan alat Bransonic 2510 dengan frekuensi 22 kHz dan suhu 45
C.
Proses Penumbuhan Film
Proses penumbuhan film dari larutan BST yang telah selesai dibuat dilakukan
dengan menggunakan reaktor spincoater. Langkah pengerjaannya diawali dengan
menempelkan double tape pada bagian tengah reaktor spincoater dan kemudian
substrat silikon diletakkan di atasnya. Hal ini dilakukan agar potongan substrat yang
telah selesai dicuci dan ditimbang tersebut tidak lepas ketika reaktor
spincoater dinyalakan. Substrat ini selanjutnya
ditetesi larutan BST sebanyak 3 tetes. Kemudian reaktor spincoater diputar
dengan kecepatan 3000 rpm selama 30 detik. Pengulangan penetesan dilakukan
sebanyak 3 kali untuk mendapatkan lapisan berkala.
Proses Annealing
Proses annealing pada suhu yang berbeda akan menghasilkan karakterisasi
film yang berbeda dalam hal struktur kristal, ketebalan, dan ukuran butir.
Proses annealing pada suhu tetap dalam waktu yang tetap diharapkan akan
menghasilkan karakterisasi film yang baik dalam hal struktur kristal, ketebalan dan
ukuran butir. Potongan substrat silikon yang telah ditumbuhi lapisan film BST ini
selanjutnya dilakukan proses annealing pada suhu 850
C dengan lama waktu 29
jam.
Pembuatan Kontak pada Film BST
Setelah potongan
substrat di-
annealing, proses selanjutnya adalah pembuatan kontak. Proses ini diawali
dengan penganyaman film menggunakan alumunium foil. Bahan kontak yang
dipilih adalah Alumunium 99,999. dengan cara evaporasi di atas permukaan
substrat Silikon tipe-p dan film BST yang dibuat dengan memvariasikan fraksi
molnya. Proses evaporasi dilakukan di laboratorium fisika material MOCVD
ITB.
Setelah terbentuk,
kontak dihubungkan dengan kabel tembaga
halus. Gambar rancangan sel surya dapat dilihat pada Gambar 7 dan Gambar 8.
Pembuatan
Program Penghitungan
Efisiensi
Pada penelitian ini untuk penghitungan nilai efisiensi dari sel surya BST
dilakukan dengan dua tinjauan yaitu tinjauan pertama dari hasil praktik di lab
dan tinjauan kedua nilai efisiensi sel surya BST ini dihitung menggunakan program
komputasi berbasis Matlab. Program ini dibuat
berdasarkan tinjauan
dari persamaan Landau-Chalatnikov dimana
nilai efisiensi yang dicari divariasikan terhadap nilai pergeseran listrik electric
displacement dari sel surya. Nilai maksimum dari penghitungan efisiensi ini
nantinya akan dibandingkan dengan nilai efisiensi hasil praktik di lab, apakah hasil
eksperimen sesuai dengan tinjauan teori atau tidak. Bentuk programnya seperti
berikut. function
[ef,x,T]=efisiensiPsi ,εo,cp
,C,xi,n x=[];ef=[];
x1=xi; T=Psi
2εocpCexp1; ef1=T
for i=1
xi+1=x1+0.2; efi+1=T1+xi+1;
end for
i=2:n xi+1=xi+0.2;
efi+1=T1+xi+1; end
xlabel Xo
; ylabel
efisiensi ;
plotx,ef hold
on ;
Dengan Psi adalah nilai polarisasi spontan,
εo adalah permitivitas ruang hampa, cp adalah kalor jenis pada tekanan
tetap, dan C adalah nilai konstanta curie dari material yang digunakan dalam hal
ini adalah material BST. Sedangkan xi adalah nilai dari electric displacement
awal dan n adalah banyaknya iterasi. Selanjutnya untuk menjalankan program
ini cukup memasukkan nilai Psi,
εo, cp, C, xi dan n lalu jalankan di command
window Matlab. Hasil dari program ini adalah grafik yang menghubungkan nilai
efisiensi dan electric displacement dari sel surya.
Karakterisasi
Karakterisasi I-V Sebuah piranti elektronik memiliki
karakteristik yang berbeda-beda. Ada yang memiliki sifat seperti resistor,
transistor, atau dioda. Karakterisasi I-V merupakan suatu cara untuk menentukan
apakah sebuah piranti elektronik memiliki sifat seperti resistor, transistor, atau dioda.
Karakterisasi ini dilakukan menggunakan alat I-V meter. Sampel yang telah dibuat
diberi tegangan catu dengan perlakuan bias mundur dan bias maju. Dari
perlakuan tersebut nantinya akan terlihat respon arus listrik yang dihasilkan sampel
pada saat bias mundur dan maju. Keluaran dari karakterisasi ini adalah
Kabel tembaga halus
Substrat silikon tipe-p
Film BST Kontak
alumun
Gambar 7. sel surya tampak samping.
Kontak alumunium Film BST
Substrat silikon Kabel tembaga halus
Gambar 8. Rancangan sel surya tampak atas.
sebuah grafik arus terhadap tegangan, yang mana pada penelitian ini diharapkan
grafiknya mencerminkan sifat dioda, karena sel surya yang dibuat ini adalah
berbasis dioda dengan persambungan p-n. Grafik I-V dioda menurut literatur dapat
dilihat pada Gambar 9.
Karakterisasi Konduktivitas Listrik Konduktivitas listrik adalah besaran
fisik yang mencerminkan apakah suatu material bersifat isolator, semikonduktor,
atau konduktor. Dari hasil karakterisasi ini akan terlihat apakah sampel yang
dibuat bersifat sebagai salah satu diantara ketiga
jenis tersebut.
3
Karakterisasi konduktivitas listrik dilakukan dengan
mengukur besarnya kuantitas tersebut menggunakan
alat LCR
meter. Konduktivitas listrik sel surya film BST
diukur dengan berbagai variasi keadaan yaitu pada kondisi gelap 0 lux, kondisi
terang dengan variasi intensitas cahaya 200 lux, 400 lux, dan 600 lux. Nilai
konduktansi yang didapatkan dari LCR meter nantinya akan diolah untuk
mendapatkan nilai konduktivitas listrik sel surya
menggunakan Persamaan 4.
Kemudian, dari data yang diperoleh, akan dapat ditentukan bahwa film BST yang
digunakan termasuk
bahan isolator,
semikonduktor, atau konduktor setelah hasil
karakterisasi ini
dibandingkan dengan data literatur.
Karakterisasi Konstanta Dielektrik Konstanta dielektrik merupakan suatu
konstantanilai dari bahan dielektrik yang berada di sampel. Dielektrik didefinisikan
sebagai bahan isolator yang disisipkan dalam ruang antar keping-keping sebuah
kapasitor, dielektrik
ini memiliki
kekuatan yang berbeda-beda bergantung dari bahannya. Kekuatan dielektrik adalah
kuat medan listrik maksimum yang dapat dihasilkan dalam dielektrik sebelum
dielektrik tersebut tembusrusak dan mulai konduksi menghantarkan muatan
listrik.
12
Karakterisasi untuk
mendapatkan nilai konstanta dielektrik ini dilakukan dengan menggunakan set-up
alat seperti pada Gambar 10. Function generator sebagai pemberi sinyal dan
osiloskop
untuk melihat
adakah perbedaan sinyal yang terjadi pada saat
rangkaian pengukuran
tersebut dihubungkan dengan sampel. Jika terjadi
perubahan bentuk sinyal maka sampel yang dibuat dapat dikatakan berhasil dan
dari grafik yang muncul di osiloskop dapat dihitung besar konstanta dielektrik
dari masing-masing sampel.
Karakterisasi Fotovoltaik Gambar 11 adalah rangkaian untuk
karakterisasi fotovoltaik. Pada rangkaian tersebut
voltmeter digunakan
untuk mengukur tegangan dan amperemeter
untuk mengukur arus listriknya. Sebuah sumber cahaya dengan intensitas tertentu
ditempatkan pada jarak tertentu dari sampel sel surya sehingga cahaya
mengenai seluruh permukaan sel surya. Posisi potensiometer mula-mula pada
nilai
minimum, kemudian
dinaikan hingga mencapai titik maksimum. Nilai
pembacaan masing-masing alat ukur dicatat pada setiap perubahan resistansi.
Dari pengukuran ini akan diperoleh data hubungan
arus terhadap
tegangan sehingga data ini kemudian digunakan
untuk menentukan
daya maksimum
P
max
, Fill Factor FF, serta efisiensi konversi
η energi sel surya.
Function generator
Sampel Sel Surya
Osiloskop
Gambar 10. Rangkaian karakterisasi konstanta dielektrik
sel surya.
R = 10
Gambar 9. Grafik I-V dioda.
10
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Kategori