3 -
Keempat, penelitian ini telah memberikan kontribusi kepada 2 dua mahasiswa tingkat sarjana S1 dalam menyelesaikan tugas akhir studinya. Tidak menutup kemungkinan
membantu mahasiswa program S2 bidang Fisika di seluruh Indonesia yang ingin membuat tugas akhirskripsi dalam bidang Fisika Material khususnya semikonduktor sel surya.
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
Sesuai dengan tujuan penelitian ialah menentukan struktur Kristal, sifat- sifat optic dalam bentuk energi gap, serta sifat- sifat listrik dalam hal rapat pembawa muatan dan
konduktivitas listrik bahan semikonduktor lapisan tipis SnSe dan SnS . Penelitian ini sangat penting dilakukan, oleh karena bahan tersebut sangat promotif dalam aplikasi
material dalam teknologi sel surya
S.S. Hegde, 2011
. Bahan SnS dan SnSe memiliki efisiensi konversi yang layak untuk diteliti mengingat besarnya absorbsi yang sesuai
dengan celah energi yang dimiliki sebesar 1.3 eV- 1,92 eV. Disamping itu keunggulan yang dimiliki kedua bahan ini telah banyak diketahui merupakan bahan semikonduktor
yang memiliki stabilitas yang sangat bagus, dan yang terpenting adalah proses pembuatannya dapat didanai dalam orde laboratorium..
Studi awal realissi sel surya berbasis SnS telah dilakukan oleh .
A. Akkari
,
2010 dan SnSe oleh N.A Okereke 2010 yang menunjukkan bahwa material ini terus menjadi pusat
perhatian para peneliti sebagaimana bahan promotif yang lain seperti CuIn,GaSe
2
. Sementara itu telah dipahami bahwa kualitas sel surya ditentukan oleh kemampuan sel
surya tersebut menkonversi energi surya langsung menjadi energi listrik. Sel surya tersebut merupakan persambungan junction yang kualitas persambungan
ditentukan oleh kesesuaian konstanta kisi
a a
0.01 G. Hanna, 2001, sedangkan efisiensi energi surya salah satunya tergantung pada energi gap A. Goetzberger,2000.
A. Goetzberger telah menemukan hubungan antara efisiensi konversi energi matahari sebagai fungsi dari energi gap bahan seperti ditunjukkan pada gambar 1.
4 Gambar 1. Efisiensi konversi energi surya sebagai fungsi dari energi gap A.
Goetzberger, 2000 Studi tentang besarnya efisiensi konversi sebagai fungsi dari energi gap gambar1,
meyakinkan pada para peneliti bahwa semikonduktor SnSe,S merupakan bahan yang sangat promotif untuk sel surya karena energy gap kedua material memiliki efisisensi
konversi yang dekat dengan nilai efisiensi teoritis maksimal. Penelitian yang telah dilakukan sebatas pada bahan SnS lapisan tipis dengan teknik Close Spaced Vapor transpot
Yanuar, 2001, penentuan mikrostruktur pada SnS dan sifat- sifat listrik bahan SnSe
Katy Hartman
,2011, sedangkan pada system SnS,Se dengan teknik evaporasi vakum belum
banyak informasi yang diperoleh dari para peneliti Fisika Material.
Penentuan Struktur Kristal
Bahan padat merupakan zat yang tersusun oleh atom-atom, ion-ion, atau molekul- molekul yang sangat berdekatan dan ikatannya membentuk padatan. Zat padat memiliki
beberapa sifat antara lain memiliki volum dan bentuk tetap, jarak antar partikel sangat rapat, gerak partikel tetap dan gaya tarik antar partikel sangat kuat. Zat padat juga
cenderung mempertahankan bentuknya ketika gaya luar mempengaruhinya. Dilihat dari struktur atom penyusunnya, zat padat dibedakan menjadi tiga yaitu kristal tunggal
monocrystal, polikristal polycrystal, dan amorf. Kristal tunggal monocrystal merupakan suatu zat padat yang memiliki susunan atom atau molekul yang teratur, dimana
Energi gap eV
5 keteraturannya dalam pola tiga dimensi dan berulang secara periodik dalam rentang yang
panjang tak berhingga. Polikristal didefinisikan sebagai kumpulan dari kristal-kristal yang memiliki ukuran terbatas dan saling menumpuk yang membentuk benda padat. Amorf
memiliki pola susunan atom-atom, ion-ion atau molekul-molekul yang tidak teratur dengan jangka yang pendek. Amorf bisa saja terbentuk karena proses pendinginan yang terlalu
cepat sehingga atom-atom tidak dapat dengan tepat menempati lokasi kisinya. Penentuan struktur krital di atas dapat dilakukan dengan difraksi sinar-X. Sinar-X
monokromatis dengan panjang gelombang berorde beberapa angstrom yang dilewatkan pada suatu bahan maka akan terjadi beberapa fenomena yaitu penyerapan absorbsi dan
penghamburan scaterring berkas sinar oleh atom-atom dalam bahan tersebut. Berkas sinar- X yang jatuh dihamburkan ke segala arah, akan tetapi karena keteraturan letak atom-
atom, pada arah-arah tertentu gelombang hambur menjadi gelombang yang terdefraksikan dan akan mengalami interferensi konstruktif penguatan, sedang yang lainnya akan
mengalami interferensi deskruktif saling menghilangkan. Seberkas sinar-X terarah jatuh pada kristal dengan sudut
θ dan sebuah detektor diletakkan untuk mencatat sinar yang sudut defraksinya sebesar 2
θ. Ketika 2θ diubah, detektor akan mencatat puncak intensitas yang bersesuaian dengan orde-n yang
divisualisasikan dalam bentuk difraktogram .
Menurut Bragg berkas yang terdifraksi oleh kristal terjadi jika pemantulan oleh bidang sejajar atom menghasilkan interferensi
konstruktif. Pemantulan sinar-X oleh sekelompok bidang paralel dalam kristal pada hakekatnya merupakan gambaran dari difraksi atom-atom kristal, seperti terlihat pada
Gambar 2. Arah difraksi sangat ditentukan oleh geometri kisi yang sangat bergantung pada orientasi dan jarak antar bidang Kristal. Seberkas sinar mengenai kisi pada atom A dan di
atom B pada bidang Selanjutnya seperti yang ditunjukkan pada gambar 2, bila Jarak antara bidang kisi
adalah d, sedangkan sudut datang pada bidang kristal tertentu adalah yaitu merupakan
sudut difraksi. Berkas-berkas sinar x tersebut mempunyai panjang gelombang , maka
detektor akan mencacah berkas difraksi sinar x yang maksimum ketika berkas- berkas sinar x itu memenuhi hukum Bragg, yaitu
2 d sin =
1
6 Gambar 2. Difraksi sinar- X dalam penurunan Hukum Bragg
Sementara itu untuk struktur ortorombik jarak antar bidang kristal d memenuhi persamaan 2
Dari persamaan 1 dan 2 dapat ditentukan parameter kisi a, b, c, dengan cara menyatukan dua persaman di atas dan diperoleh disebut metode analitik:
C. Suryanarayana and M. Grant Norton, 1998. 3
dengan
Scanning Electron Microscopy SEM
Karakterisasi SEM digunakan untuk melihat struktur morfologi permukaan, ukuran butiran, cacat struktural, dan komposisi pencemaran suatu bahan
. Hasil yang didapatkan dari
karakterisasi ini dapat dilihat secara langsung pada hasil SEM yaitu berupa Scanning Electron Micrograph yang menyajikan gambar atau foto. SEM digunakan untuk mempelajari struktur
permukaan objek, yang secara umum diperbesar antara 1.000-40.000 kali. SEM merupakan jenis mikroskop elektron yang gambar sampelnya diperoleh dari pembacaan menggunakan berkas
electron datang yang kemudian menghasilkan elektron sekunder. Seperti telah dijelaskan bahwa prinsip kerja SEM adalah munculnya elektrom sekunder
ketika sampel ditumbuk oleh berkas elektron datang. Hasilnya berupa foto- foto yang merupakan citra yang terjadinya elektron sekunder tersebut. Scanning pada permukaan bahan yang
dikehendaki dapat dilakukan dengan mengatur scanning generator dan scanning coils. Elektron sekunder hasil interaksi antara berkas electron datang dengan permukaan bahan ditangkap oleh
detector kemudian diubah menjadi sinyal listrik. Sinyal listrik ini diperkuat oleh penguat amplifier yang kemudian divisualisasikan dalam monitor sinar katoda CRT.
7
EDAX Energy Dispersive of Analysis X-Ray
Karakterisasi bahan semikonduktor untuk menentukan komposisi kimia suatu bahan dapat dilakukan menggunakan Energy Dispersive Analysis of X-Ray EDAX.
Sistem analisis EDAX bekerja sebagai fitur yang terintegrasi dengan SEM dan tidak dapat bekerja tanpa SEM Scanning Electron Microscopy. Prinsip kerja dari alat ini adalah
menangkap dan mengolah sinyal fluoresensi sinar-X yang keluar apabila berkas electron mengenai daerah tertentu pada bahan specimen. Sinar-X tersebut dapat dideteksi dengan
detektor zat padat, sehingga menghasilkan pulsa intensitas yang sebanding dengan panjang gelombang sinar-X.
Komposisi kimia suatu bahan dapat diketahui dengan melihat interaksi yang terjadi ketika specimen dikenai berkas electron datang. Berkas elektron yang mengenai specimen akan
menghasilkan sejumlah energy dalam bentuk sinar-X yang akan diterima oleh detektor kemudian diproses melalui MCA Multi Channel Analizer, ADC Analog To Digital
Converter, interface selanjutnya diproses dalam komputer yang menampilkan output dalam bentuk spektrum berupa plot yang menggambarkan seberapa intensitas sinar-X
diterima untuk setiap level energi. Spektrum pada EDAX menunjukkan hubungan dengan puncak tingkat energi dari sinar-X yang diterima. Puncak energi adalah unik untuk setiap
atom yang menunjukkan elemen tertentu, sehingga pada energy tertentu dimana menghasilkan intesitas maka dapat diketaui atom apa yang terdapat pada sampel.
Sementara intu tinggi pulsa pada sinar x yang terjadi menggambarkan berapa konsentrasi atom tersebut pada sampel.
BAB 3. METODE PENELITIAN
