Pembuatan Sel Fotoelektrokimia Padat dengan Struktur ITO/CdS/Elektrolit/ITO

PEMBUATAN SEL FOTOELEKTROKIMIA PADAT DENGAN
STRUKTUR ITO/CdS/ELEKTROLIT/ITO

HAQQI GUSRA

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013

ABSTRAK
HAQQI GUSRA. Pembuatan Sel Fotoelektrokimia Padat dengan Struktur
ITO/CdS/Elektrolit/ITO. Dibimbing oleh Dr. AKHIRUDDIN MADDU dan
Drs. M. NUR INDRO, M.Sc.
Pada penelitian ini, telah dibuat sel fotoelektrokimia padat dengan susunan
ITO/CdS/Elektrolit/ITO. Material sel fotoelektrokimia yang digunakan ialah lapisan
cadmium sulfida di atas substrat kaca ITO. Lapisan CdS berperan sebagai elektroda kerja
pada sel. Elektrolit padat yang digunakan ialah campuran kitosan-PEG-KI/I2. Konsentrasi
KI/I2 divariasikan dari 0.1/0.01 M hingga 0.5/0.05 M. Arus – tegangan keluaran sel
diukur di bawah penyinaran cahaya dari lampu tungsten dan sinar matahari. Tegangan

output didapatkan meningkat sekitar 50 % saat konsentrasi KI/I2 ditingkatkan dari
0.1/0.01 M hingga 0.5/0.05 M. Saat intensitas penyinaran ditingkatkan dari 1,074 mW/m2
ke 4,147 mW/m2, tegangan Voc meningkat dua kali lipat, arus Isc meningkat tiga kali,
dan efisiensi meningkat dua kalinya pada konsentrasi tetap. Efisiensi sel surya tertinggi
pada pengukuran sel tunggal diperoleh pada konsentrasi KI/I2 0.5/0.05 M. Pada rangkaian
yang terdiri dari 4 sel surya, efisiensi dan FF tertinggi dihasilkan pada rangkaian seri.

Kata kunci : Sel fotoelektrokimia padat, CdS, kitosan, KI-I2, efisiensi

ABSTRACT
HAQQI GUSRA. Fabrication of The Photoelectrochemical Solid Cell with
ITO/CdS/Electrolyte/ITO structure. Under direction of Dr. AKHIRUDDIN MADDU
and Drs. M. NUR INDRO, M.Sc.
A photoelectrochemical solid cell in ITO/CdS/Electrolyte/ITO structure has been
succesfully composed through this research. The photoelectrochemical cell material is a
layer of cadmium sulfide deposited onto an ITO-covering glass substrate. The CdS layer
is used as a working electrode of the cell. The solid electrolyte used is a combination of
chitosan-PEG-KI/I2. The concentration of KI/I2 was varied from 0.1/0.01 M to
0.5/0.05 M. The current-voltage output of the cell was measured under a light
illumination of a tungsten lamp and the sun. The output voltage found increases around

50% when the KI/I2 consentration was raised from 0.1/0.01 M to 0.5/0.05 M. When the
radiation intensity increased from 1.074 mW/m2 to 4.147 mW/m2, Voc voltage increased
around threefold, Isc current increased around twice, and power efficiency increased
around twice at a fixed concentration. The highest efficiency of the solar cells (on singlecell measurements) obtained at the concentrations of 0.5/0.05 M KI/I2. In a circuit consist
of 4 solar cells, the highest power eficiency and FF produced by the serial circuit.
Keywords: photoelectrochemical solid cell, CdS, chitosan, KI-I2, efficiency

PEMBUATAN SEL FOTOELEKTROKIMIA PADAT DENGAN
STRUKTUR ITO/CdS/ELEKTROLIT/ITO

HAQQI GUSRA

Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains pada
Departemen Fisika

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR
2013

Judul

: Pembuatan Sel Fotoelektrokimia Padat dengan Struktur
ITO/CdS/Elektrolit/ITO

Nama

: Haqqi Gusra

NIM

: G74070065

Disetujui,

Pembimbing 1

Pembimbing 2

Dr. Akhiruddin Maddu, M.Si

Drs. M. Nur Indro, M.Sc

NIP. 19660907 199802 1 006

NIP. 19561015 198703 1 001

Diketahui,
Ketua Departemen Fisika
Institut Pertanian Bogor

Dr. Akhiruddin Maddu, M.Si
NIP. 19660907 199802 1 006

Tanggal Lulus :

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT yang hingga saat ini
selalu memberikan nikmat bimbingan-Nya. Dengan izin-Nya pula, penulis dapat
menyelesaikan penulisan skripsi ini dengan judul “Pembuatan Sel
Fotoelektrokimia Padat dengan Struktur ITO/CdS/Elektrolit/ITO”. Skripsi ini
disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains di
Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut
Pertanian Bogor.
Penyusunan skripsi ini tidak dapat terlaksana dengan baik tanpa adanya
bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin
mengucapkan terima kasih kepada:
 Bapak Akhiruddin Maddu, selaku dosen pembimbing yang selalu
memberikan bimbingan dalam menyelesaikan skripsi ini serta motivasi
kepada penulis.
 Bapak Nur Indro, selaku dosen pembimbing akademik sekaligus
pembimbing dalam penelitian, yang selalu memberikan motivasi kepada
penulis selama kuliah dan penyusunan skripsi ini.
 Teman-teman fisika 43, 44, dan 45 yang selalu bersedia untuk berdiskusi
dan membantu memberikan dukungan.
 Bapak dan Mama, Kak Dyan, Anci, Wela, Nisa, Kris dan Nidal, cinta

kalian mengalir menjadi kekuatan untuk menyelesaikan tugas ini.
 Akang, dan semua saudara saudari yang tidak pernah berhenti memberikan
doa, semangat dan dukungan serta mengajarkan arti sebuah kesabaran dan
keikhlasan kepada penulis.
 Untuknya, syukurku untuk sebuah pandangan yang indah dan sederhana.
Penulis menyadari bahwa tulisan ini masih jauh dari sempurna. Karena itu,
kritik dan saran yang bersifat membangun sangat penulis harapkan untuk hasil
yang lebih baik. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi penulis dan para
pembaca.
Bogor, Februari 2013

Penulis

DAFTAR ISI

Halaman
DAFTAR TABEL.............................................................................................................. vi
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................................ vii
DAFTAR LAMPIRAN....................................................................................................viii
PENDAHULUAN .............................................................................................................. 1

Latar Belakang ................................................................................................................ 1
Rumusan Masalah........................................................................................................... 1
Tujuan Penelitian ............................................................................................................ 1
Hipotesis ......................................................................................................................... 1
TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................................................... 1
Semikonduktor................................................................................................................ 1
Kadmium Sulfida (CdS) ................................................................................................. 3
Elektrolit Polimer Padat.................................................................................................. 4
Kitosan ............................................................................................................................ 4
Sel Surya Fotoelektrokimia............................................................................................. 5
Mekanisme Konversi Sel Fotoelektrokimia.................................................................... 6
Karakteristik I-V Sel Surya............................................................................................. 7
METODE PENELITIAN.................................................................................................... 8
Tempat dan Waktu.......................................................................................................... 8
Alat dan Bahan................................................................................................................ 8
Tahapan Penelitian.......................................................................................................... 8
Pembuatan Film CdS .................................................................................................. 8
Karakterisasi Film CdS ............................................................................................... 8
Pembuatan Elektrolit Polimer Kitosan dan Karakterisasi ........................................... 9
Pembuatan Sel Fotoelektrokimia Padat ...................................................................... 9

Karakterisasi Arus-Tegangan (I-V) Sel surya............................................................. 9
Model Rangkaian Sel Surya...................................................................................... 10
HASIL DAN PEMBAHASAN......................................................................................... 10
Deposisi Film CdS ........................................................................................................ 10
Karakterisasi XRD film CdS ........................................................................................ 11
Karakteristik Optik CdS................................................................................................ 11
Konduktivitas Elektrolit Polimer .................................................................................. 12
Karakteristik Fotovoltaik Sel CdS/Kitosan+KI/I2 ........................................................ 13
Karakteristik Respon Dinamik.................................................................................. 13
Karakteristik Arus-Tegangan (I-V)........................................................................... 13
KESIMPULAN DAN SARAN......................................................................................... 16
Kesimpulan ................................................................................................................... 16
Saran ............................................................................................................................. 16
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................................... 16
LAMPIRAN...................................................................................................................... 19

DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1 Kode gel kitosan dengan variasi konsentrasi elektrolit.......................................... 9
Tabel 2 Variasi susunan rangkaian pengujian I-V sel surya ............................................. 10

Tabel 3 Karakteristik sel surya pada uji respon dinamik .................................................. 13
Tabel 4 Sampel sel surya pada kondisi tanpa dan dengan penambahan elektrolit............ 14
Tabel 5 Nilai karakteristik I-V sel surya untuk kondisi penyinaran yang berbeda ........... 15
Tabel 6 Nilai karakteristik I-V untuk variasi susunan rangkaian sel surya....................... 15

DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1 Perpindahan elektron dari pita valensi (PV) ke pita konduksi (PK) ................. 2
Gambar 2 (a) Struktur kristal silikon (b) Lepasnya elektron dari ikatan kovalen
pada silikon.................................................................................................. 2
Gambar 3 Perubahan keadaan energi gap pada silikon...................................................... 2
Gambar 4 (a) Atom pengotor valensi tiga menggantikan posisi salah satu atom
silikon (b) Pita energi semikonduktor tipe-p..................................................... 3
Gambar 5 (a) Atom pengotor valensi lima menggantikan posisi salah satu atom
silikon (b) Pita energi semikonduktor tipe-n..................................................... 3
Gambar 6 (a) Struktur kristal kubik CdS (b) Struktur kristal hexagonal CdS ................... 4
Gambar 7 Struktur kimia dari kitosan................................................................................ 4
Gambar 8 Sel fotoelektrokimia .......................................................................................... 5
Gambar 9 Tingkat energi pada semikonduktor dan potensial elektrokimia pada
elektrolit ............................................................................................................ 6

Gambar 10 (a) Level energi pada persambungan semikonduktor tipe-n dan elektrolit
saat sebelum kontak, dan (b) Sesudah kontak dan setimbang tanpa
disinari ............................................................................................................ 6
Gambar 11 Mekanisme aliran elektron pada ...................................................................... 6
Gambar 12 Kurva karakteristik I-V sel............................................................................... 7
Gambar 13 Metode CBD pada deposisi CdS. ..................................................................... 8
Gambar 14 Susunan sel fotoelektrokimia padat.................................................................. 9
Gambar 15 Rangkaian pengujian I-V sel surya. ................................................................ 9
Gambar 16 Hasil deposisi CdS di atas substrat kaca ITO................................................ 10
Gambar 17 Pola XRD untuk film CdS.............................................................................. 11
Gambar 18 Kurva absorbansi sampel CdS ....................................................................... 12
Gambar 19 Gambar 19 Kurva Konduktansi dengan berbagai molaritas KI/I2.................. 12
Gambar 20 Grafik respon dinamik untuk sel S1, S2, dan S3............................................ 13
Gambar 21 Kurva I-V sel surya pada 2 kondisi elektrolit polimer yang berbeda............. 14
Gambar 22 Kurva I-V dengan intensitas sumber cahaya yang berbeda ........................... 15
Gambar 23 Kurva I-V untuk 4 sel surya dengan susunan rangkaian berbeda .................. 16

DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1 Data perhitungan konduktivitas polimer kitosan........................................... 20

Lampiran 2 Perhitungan nilai celah energi pada kurva absorbansi CdS........................... 22
Lampiran 3 Riwayat hidup penulis ................................................................................... 23

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kebutuhan energi dunia yang semakin
meningkat diiringi dengan ketersediaan
sumber energi minyak bumi yang semakin
menipis menjadikan manusia tertuntut untuk
mencari energi baru demi mengatasi
terjadinya krisis energi. Sebagian besar
energi yang terpakai selama ini bersumber
dari minyak bumi. Dalam pemanfaatannya,
sumber-sumber energi tersebut menimbulkan
beberapa masalah, seperti pencemaran dari
zat
sisa
pembakaran
yang
dapat
membahayakan
kelangsungan
makhluk
hidup. Selain itu, sumber energi minyak bumi
merupakan sumber energi yang tidak dapat
diperbaharui yang pada akhirnya akan habis.1
Energi radiasi matahari merupakan
sumber energi alternatif yang dapat
digunakan dalam jangka waktu yang lama.
Salah satu cara pemanfaatan energi radiasi
matahari dilakukan berdasarkan sistem
konversi fotovoltaik melalui suatu piranti
optoelektronik yang disebut sel surya (Solar
Cell).2 Penelitian tentang efek fotovoltaik
pertama kali dilakukan oleh Becquerel pada
tahun 1839, dimana Becquerel mendeteksi
adanya tegangan listrik ketika sinar matahari
mengenai elektroda pada larutan elektrolit.3
Kemudian pada tahun 1954, para peneliti dari
Bell Laboratories melakukan pengembangan
efek fotovoltaik menjadi sel surya dengan
menggunakan material silikon kristal
terdifusi, efisiensi konversi sel surya yang
diperoleh sekitar 4,5%.4
Piranti sel surya menggunakan bahan
semikonduktor sebagai komponen utama.
Semikonduktor yang banyak digunakan
dalam sel surya saat ini adalah silikon. Pada
sel surya terjadi dua proses yang
berkelanjutan, yaitu absorbsi cahaya dan
pemisahan muatan listrik.5
Sel fotoelektrokimia adalah sistem sel
surya
yang
menggunakan
elektroda
semikonduktor di dalam sistem elektrokimia.
Salah satu semikonduktor
yang dapat
digunakan sebagai fotoelektroda pada sistem
fotoelektrokimia adalah CdS.1
Sel surya fotoelektrokimia merupakan sel
surya dengan struktur persambungan
semikonduktor-elektrolit.5
Dibandingkan
dengan struktur sel surya lainnya, seperti
persambungan p-n dan persambungan
Schottky, sel surya fotoelektrokimia memiliki
kelebihan diantaranya: peralatan yang
digunakan lebih sederhana, mudah dalam

pembuatannya, dan biaya produksi yang
relatif murah. Sel surya fotoelektrokimia
menggunakan elektrolit dalam bentuk cair.
Sel surya ini dapat menghasilkan efisiensi
hingga 12,4%, tetapi keberadaannya kurang
stabil karena elektrolit berupa cairan atau
larutan dapat menguap sehingga mengalami
degradasi dan menjadi tidak stabil.3
Pada penelitian ini digunakan elektrolit
padat dan film semikonduktor CdS sebagai
fotoelektroda
pada
sistem
sel
fotoelektrokimia. Elektrolit yang digunakan
adalah campuran polimer PEG-Kitosan dan
elektrolit KI/I2. Jika dibandingkan dengan sel
surya dengan elektrolit cair, sel surya dengan
elektrolit padat akan lebih stabil.3 Saat ini sel
surya fotoelektrokimia padat mencapai
tingkat efisiensi konversi energi sekitar
19,6%.6

Rumusan Masalah
Rumusan Masalah dari penelitian ini
adalah:
1) Apakah peningkatan konsentrasi elektrolit
dari 0,1/0,01 M hingga 0,5/0,05 M pada
gel kitosan dapat meningkatkan nilai I-V
pada sel surya fotoelektrokimia?
2) Apakah sel fotoelektrokimia padat dengan
struktur ITO/CdS/Kitosan/ITO dapat
menghasilkan nilai efisiensi tinggi?

Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini ialah membuat sel
fotoelektrokimia
ITO/CdS/Kitosan/ITO
untuk aplikasi konversi energi cahaya
menjadi energi listrik.

Hipotesis
Pada sel surya fotoelektrokimia, variasi
komposisi KI dan I2 di dalam larutan
elektrolit dengan kitosan menghasilkan
karakteristik I-V yang bervariasi. Efisiensi sel
fotoelektrokimia ITO/CdS/Kitosan/ITO dapat
ditingkatkan
dengan
meningkatkan
konsentrasi elektrolit pada polimer kitosan.

TINJAUAN PUSTAKA
Semikonduktor
Semikonduktor adalah material zat padat
yang memiliki konduktivitas listrik diantara
konduktor
dan
isolator.
Resistivitas
semikonduktor berkisar antara 10-5 sampai
105 Ω m.7 Pada semikonduktor terdapat pita

2

energi yang memperbolehkan keberadaan
elektron, yaitu pita valensi berenergi rendah
yang terisi penuh oleh elektron dan pita
konduksi berenergi tinggi yang kosong.8
Celah energi yang memisahkan kedua pita
tersebut disebut sebagai pita terlarang atau
disebut juga energi gap (Eg). Celah energi
pada material semikonduktor ditunjukkan
pada Gambar 1.
Salah satu sifat penting semikonduktor
adalah memiliki celah energi 0,2 – 2,5 eV.
Nilai celah energi tersebut lebih kecil dari
nilai celah energi isolator.7 Sifat ini
memungkinkan suatu elektron memasuki
level energi yang lebih tinggi. Beberapa
faktor yang mempengaruhi elektron untuk
berpindah dari pita valensi ke pita konduksi
ialah suhu dan penyinaran.8 Perpindahan
elektron terjadi apabila elektron pada pita
valensi menyerap energi sama dengan atau
lebih besar dari nilai celah energi antara pita
valensi dan pita konduksi seperti terlihat pada
Gambar 1. Elektron dan hole inilah yang
menjadi pembawa muatan listrik pada
material semikonduktor.7
Sifat listrik kristal semikonduktor yang
mempunyai ikatan kovalen dapat juga
diterangkan dengan memperhatikan keadaan
ikatannya. Kristal semikonduktor yang murni
atau tidak ditambahkan bahan pengotor
dalam pembuatannya disebut semikonduktor
intrinsik, sedangkan yang ditambahkan bahan
pengotor disebut semikonduktor ekstrinsik.9
Semikonduktor intrinsik, pada suhu 0 K
semua elektron berada pada ikatan kovalen.
Pada suhu tersebut, tidak ada elektron bebas
atau tidak ada pembawa muatan sehingga
bersifat isolator. Struktur ikatan pada
semikonduktor dapat dilihat pada Gambar 2.
Saat semikonduktor intrinsik berada pada
suhu 300 K, celah energi antara pita valensi
dan pita konduksi berkurang sehingga
beberapa elektron valensi dapat keluar dari
ikatan kovalen menjadi elektron bebas
sebagai pembawa muatan negatif.

Gambar 1 Perpindahan elektron dari pita
valensi (PV) ke pita konduksi
(PK)8

(a)

(b)
Gambar 29(a) Struktur kristal silikon
(b) Lepasnya elektron dari ikatan
kovalen pada silikon
Berkurangnya
celah
energi
pada
semikonduktor dapat dilihat pada Gambar 3.
Munculnya elektron bebas diikuti dengan
terbentuknya hole sebagai pembawa muatan
positif.10
Semikonduktor ekstrinsik dapat diperoleh
dengan menambahkan (doping) atom-atom
asing dalam pembuatannya. Tujuan dari
pemberian
doping
ini
ialah
untuk
memperoleh elektron valensi bebas dalam
jumlah yang lebih banyak dan permanen dan
diharapkan dapat menghantarkan listrik.8
Semikonduktor ekstrinsik terdiri dari dua tipe
yaitu semikonduktor tipe-p dan semiknduktor
tipe-n.

Gambar 3 Perubahan keadaan energi gap
pada silikon10

3

Semikonduktor tipe-p diperoleh dengan
menambahkan sejumlah kecil atom pengotor
dari golongan IIIA (atom trivalen seperti
Aluminium (Al), Boron (B), Galium (G) atau
Indium (In)) pada semikonduktor murni,
misalnya silikon murni.11 Atom – atom
pengotor ini memiliki tiga elektron valensi
sehingga dapat membentuk tiga ikatan
kovalen. Saat sebuah atom trivalen
menempati posisi atom silikon dalam kristal
maka hanya ada tiga elektron yang dapat
membentuk ikatan kovalen dan tersisa sebuah
muatan positif (hole) dari atom silikon yang
tidak berpasangan.11 Struktur semikonduktor
tipe-p dapat dilihat pada Gambar 4 (a) .
Material yang dihasilkan dari proses
pengotoran ini dinamakan semikonduktor
tipe-p karena menghasilkan pembawa muatan
positif pada kristal yang netral. Karena atom
pengotor menerima elektron, maka atom
pengotor ini disebut atom aseptor.11
Penambahan atom aseptor ini akan
menimbulkan tambahan tingkat energi sedikit
di atas pita valensi. Peningkatan energi pada
semikonduktor tipe-p dapat dilihat pada
Gambar 4 (b).10
Semikonduktor tipe-n dapat diperoleh
dengan
cara
yang
sama
seperti
semikonduktor tipe-p, dengan menambahkan
atom pengotor pentavalen (golongan VA,
seperti arsenik (As), fosfor (P), atau antimon
(Sb)) pada silikon murni.

(a)

(a)

(b)
Gambar 5 (a) Atom pengotor valensi lima
menggantikan posisi salah satu
atom silikon.9
(b) Pita energi semikonduktor
tipe-n.12
Atom pentavalen yang menempati posisi
atom silikon dalam kristal, lima elektron
valensi dari atom pengotor akan membentuk
empat ikatan kovalen lengkap dan tersisa satu
elektron yang tidak berpasangan. Sisa
elektron ini akan menjadi elektron bebas dan
menjadi pembawa muatan dalam proses
hantaran listirk. Struktur semikonduktor
tipe-n dapat dilihat pada Gambar 5 (a).8
Material dari proses pengotoran ini
disebut
semikonduktor
tipe-n
karena
menghasilkan pembawa muatan negatif.
Karena atom pengotor memberikan elektron,
maka atom pengotor ini disebut atom donor.11
Penambahan atom donor ini akan menambah
satu tingkat energi baru di bawah pita
konduksi.10 Penambahan energi pada
semikonduktor tipe-n dapat dilihat pada
Gambar 5 (b).

Kadmium Sulfida (CdS)

(b)
Gambar 4 (a) Atom pengotor valensi tiga
menggantikan posisi salah satu
atom silikon.11
(b) Pita energi semikonduktor
tipe-p.12

CdS adalah salah satu semikonduktor
Chalcogenide dari senyawa golongan II dan
VI. CdS memiliki celah energi sebesar
2.3-2.5 eV, indeks bias 2, dan merupakan
semikonduktor tipe-n.13 CdS dapat memiliki
struktur kristal kubik (Zinc Blende) dan
hexagonal (Wurtzite) seperti terlihat pada
Gambar 6.

4

(a)

(b)
Gambar 6 (a) Struktur kristal kubik CdS19
(b) Struktur kristal hexagonal
CdS20
Semikonduktor CdS memiliki sifat optik
dan listrik yang sesuai untuk aplikasi sel
surya. CdS memiliki koefisien penyerapan
(absorbansi) yang tinggi sehingga sebagian
besar cahaya dapat diserap olehnya. Lapisan
tipis CdS sangat efektif untuk sel surya
lapisan tipis.13
Semikonduktor CdS banyak diaplikasikan
sebagai bahan optoelektronik seperti pada
pembuatan sel surya, filter optik, dan
fotodetektor.14,15,16 CdS merupakan bahan
yang sifat kelistrikannya dapat merespon
cahaya sehingga CdS disebut sebagai bahan
yang memiliki efek optoelektronik (listrikoptik).17 Efek fotovoltaik pada CdS pertama
kali diperkenalkan oleh D. C. Reynolds pada
tahun 1954.18
Salah satu teknik deposisi untuk
menumbuhkan sifat optik, listrik, dan struktur
yang diinginkan dari film CdS ialah chemical
deposition.15 Pada pembuatan deposisi kimia
CdS, ada beberapa jenis garam kadmium
yang digunakan sebagai sumber kadmium
seperti kadmium asetat, kadmium klorida,
dan kadmium sulfat.13,21,22, 23

Secara umum, elektrolit polimer dapat
diklasifikasikan menjadi tiga kategori:
elektrolit polimer kering padatan, elektrolit
polimer komposit dan elektrolit polimerplasticized.24
Elektrolit polimer padat sering digunakan
dalam pembuatan sel fotoelektrokimia (PEC)
padat. Konfigurasi sel-sel tersebut secara
umum adalah elektroda fotoaktif, elektrolit
polimer, dan elektroda lawan (counter
electrode). Elektrolit polimer pada dasarnya
terdiri dari polimer dan garam yang bersama
membentuk pasangan redoks. Contohnya
polietilen oksida (PEO)-KI-I2, kitosan-PEONH4I-I2, I2-PEONH4I, polyvinylchloride
(PVC)-LiClO4, dan kitosan-PVA-KOH.25,26
Elektrolit
polimer
padat
dapat
dikelompokkan sebagai bahan padat yang
memiliki kemampuan untuk menghantarkan
arus listrik dengan cara pergerakan ion dan
memiliki fungsi yang sama seperti larutan
elektrolit. Sistem polimer yang memiliki
konduktivitas ionik tinggi dapat disiasati
dengan memberikan bahan tambahan seperti
bahan anorganik ke dalam matriks polimer
tersebut.26 Konduktivitas ionik suatu polimer
bergantung pada kerapatan dan mobilitas ion.
Secara fisik, elektrolit polimer terlihat seperti
bahan yang berfase padat tetapi di dalamnya
memiliki struktur seperti fase cair yang
berpengaruh pada perubahan konduktivitas.26
Beberapa ciri yang harus dimiliki oleh
suatu polimer agar dapat berfungsi sebagai
host dalam elektrolit polimer adalah:26
i. Memiliki atom atau kumpulan atom yang
cukup untuk mendonorkan elektron
sehingga dapat membentuk ikatan
koordinasi dengan kation.
ii. Memiliki hambatan yang kecil terhadap
pemutaran
ikatan
sehingga
memungkinkan pergerakan ion pada
ikatan polimer.

Kitosan
Kitosan merupakan bahan dasar suatu
polielektrolit yang mengandung gugus amina
dan gugus hidroksil, yang banyak digunakan
sebagai bahan molekul transport aktif suatu

Elektrolit Polimer Padat
Elektrolit berbasis polimer memiliki potensi
untuk aplikasi di bidang teknologi, khususnya
dalam sistem elektrokimia karena memiliki
sifat mekanis yang baik, dapat membentuk
film, kontak yang baik dengan bahan
elektroda.

Gambar 7 Struktur kimia dari kitosan23

5

anion dalam kitosan.8 Kitosan berbentuk
padatan amorf dan dapat larut dalam asam
organik seperti asam asetat.27 Kitosan
merupakan polimer alam yang memiliki sifat
mudah terdegradasi, tidak beracun, dan
biokompatibel.8,27 Struktur kimia dari kitosan
dapat dilihat pada Gambar 7. Sifat – sifat
kitosan dihubungkan dengan adanya gugus
amina dan kardoksil yang terikat. Adanya
gugus tersebut menyebabkan kitosan
memiliki reaktivitas kimia yang baik dan
penyumbang sifat elektrolit kation.8

Sel Surya Fotoelektrokimia
Sel surya fotoelektrokimia bekerja
berdasarkan proses yang diakibatkan adanya
persambungan antara semikonduktor dan
elektrolit untuk mengkonversi energi cahaya
menjadi listrik. Komponen utama pada
sel
fotoelektrokimia
ialah
elektroda
semikonduktor dan elektrolit cairan maupun
padatan. Sel fotoelektrokimia dengan
elektrolit cair dirancang sangat sederhana
menggunakan dua elektroda yang terdiri dari
bahan logam dan semikonduktor. Kedua
elektroda tersebut dicelupkan ke dalam
larutan elektrolit yang mengandung kopel
redoks. Sel fotoelektrokimia dapat dilihat
pada Gambar 8. Larutan yang digunakan
mengandung kompleks-kompleks redoks
seperti Sulfida, Selenida, Iodida, Tellurida
dan sebagainya.1
Elektroda kerja (working electrode) dari
bahan semikonduktor berperan sebagai
fotoelektroda atau fotoanoda yang berfungsi
menyerap energi foton sedangkan elektroda
lawan (counter electrode) dari bahan logam,
misalnya ITO, sebagai katoda. Kedua
elektroda tersebut dihubungkan dengan
rangkaian luar. Elektroda kerja dapat berupa
bahan bulk semikonduktor atau bentuk
lapisan tipis yang dideposisikan pada substrat
gelas konduktif transparan (ITO).1
Sifat antarmuka semikonduktor-elektrolit
berkaitan
dengan
tingkat
energi
semikonduktor dan potensial elektrokimia
dalam elektrolit. Pada semikonduktor,
potensial elektrokimia ditunjukkan oleh

Gambar 8 Sel fotoelektrokimia28

level Fermi yang mengacu pada energi
referensi. Pada elektrolit yang mengandung
kopel redoks, potensial elektrokimia (Eredoks)
dari elektrolit ditentukan oleh potensial
redoks. Hal ini diberikan oleh persamaan
Nerst:1

Eredoks = E0 redoks +

(aox ared)

(1)

Biasanya konsentrasi dinyatakan sebagai
pengganti aktivitas ditunjukkan oleh a=γc
dimana γ adalah koefisien aktivitas. Potensial
elektrokimia dari sistem redoks mengacu
pada NHE (Normal Hydrogen Electrode)
sebagai referensi. Proses yang terjadi pada sel
fotoelektrokimia secara kuantitatif adalah
level Fermi dari semikonduktor dan elektrolit
ditempatkan pada skala energi. Penggunaan
skala energi absolut, energi dari kopel redoks
(EF, redoks) diberikan oleh Persamaan (2):1

EF, redoks = Eref

Eredoks

(2)

Nilai dari Eref untuk NHE biasanya adalah
-4,5 eV dimana interval pengukurannya
(-4,54,7) eV, sehingga Persamaan (2) dapat
ditulis sebagai berikut:

EF, redoks = -4,5 - Eredoks

(3)

dengan mengacu pada level vakum.
Perbandingan
tingkat
energi
pada
semikonduktor dan potensial elektrokimia
dalam
elektrolit
diperlihatkan
pada
Gambar 9.1
Prinsip dasar sel fotoelektrokimia ialah
(a) Ketika foton diserap oleh elektroda
semikonduktor, elektron tereksitasi ke tingkat
energi yang lebih tinggi.3 (b) Akibat gaya
tolak dari ruang muatan negatif di antarmuka
elektrolit-semikonduktor, elektron tersebut
bergerak
meninggalkan
semikonduktor
melalui rangkaian luar dan kemudian
diinjeksikan pada elektroda lawan untuk
menghasilkan reaksi reduksi.3,28 (d) Akseptor
A direduksi menjadi donor A- yang kemudian
bergerak menuju elektroda semikonduktor
untuk mendonasikan elektron kepada hole
melalui proses oksidasi.3,28 (e) Pada saat yang
sama, pita valensi terbentuk hole yang
berdifusi ke daerah deplesi, kemudian
berekombinasi dengan elektron yang
didonasikan oleh ion donor dari elektrolit.
Karena elektron dan hole bergerak dalam
arah yang berlawanan, arus akan mengalir
secara berkelanjutan selama sel disinari dan
tersambung dengan rangkaian luar.3,28
Konversi energi cahaya menjadi energi
listrik pada sel fotoelektrokimia dihasilkan

6

Sebagai hasilnya, pita konduksi dan pita
valensi meningkat untuk menghasilkan
potensial barrier yang melawan pertukaran
elektron ke dalam elektrolit.28 Kondisi energi
pada persambungan semikonduktor tipe-n
dan elektrolit saat sebelum dan sesudah
kontak dapat dilihat pada Gambar 10 (a) dan
(b).
Ketika elektroda semikonduktor disiniari,
elektron-elektron pada pita valensi tereksitasi
ke pita konduksi. Pada pita konduksi,
elektron tersebut akan bebas bergerak
sehingga
jika
disambungkan
dengan
rangkaian luar sebagian elektron tersebut
mengalir melewati rangkaian luar
Gambar 9 Tingkat energi pada
semikonduktor dan potensial
elektrokimia pada elektrolit.1
melalui pembangkitan elektron oleh cahaya
dalam kisaran cahaya tampak. Cahaya yang
dibutuhkan untuk transisi tersebut harus
memiliki energi foton yang lebih besar atau
sama dengan selisih energi antara dua
keadaan (hv ≥ Eg).1 Jika foton yang diserap
memiliki energi lebih besar dari celah pita
energi maka foton mampu membuat elektron
berpindah dari pita valensi ke pita konduksi.1

(a)

Mekanisme Konversi Sel
Fotoelektrokimia
Mekanisme
konversi
sel
surya
fotoelektrokimia
memanfaatkan
efek
fotovoltaik
yang
dihasilkan
dari
persambungan
semikonduktor-elektrolit.
Persambungan
semikonduktor-elektrolit
identik dengan persambungan logamsemikonduktor atau dioda Schottky.1
Ketika
terjadi
kontak
antara
semikonduktor tipe-n dengan elektrolit, maka
terjadi pertukaran elektron denga cepat antara
jenis redoks dan elektroda yang disebabkan
oleh perbedaan potensial elektrokimia.28 Jika
level Fermi awal (potensial elektrokimia)
pada semikonduktor diatas level Fermi awal
pada elektrolit maka akan terjadi pertukaran
elektron dari semikonduktor ke elektrolit.1
Proses ini berhenti ketika potensial
elektrokimia kedua fase sama pada
saat mencapai kondisi kesetimbangan.28 Pada
kondisi kesetimbangan tersebut dihasilkan
daerah lapisan muatan positif pada
semikonduktor yang dinamakan daerah
deplesi, dan daerah muatan negatif pada
elektrolit yang disebut daerah Helmholtz.1,28

(b)
Gambar 101 (a) Level energi pada
persambungan
semikonduktor tipe-n dan
elektrolit saat sebelum
kontak, dan
(b) Sesudah kontak dan
setimbang tanpa disinari.

Gambar 11 Mekanisme aliran elektron pada
sel fotoelektrokimia
semikonduktor tipe-n.28

7

menuju katoda dan melintasi elektrolit yang
mengandung kompleks-kompleks redoks
menuju pita valensi semikonduktor dan
berekombinasi dengan hole. Arah aliran
elektron bebas dan hole pada semikonduktor
tipe-n terlihat seperti pada Gambar 11.1

Karakteristik I-V Sel Surya
Karakterisasi arus tegangan sel surya pada
persambungan
semikonduktor-elektrolit
identik dengan persambungan logamsemikonduktor (dioda Schottky). Pada
kondisi tidak disinari (dark condition),
hubungan arus-tegangan sebuah dioda ideal
dinyatakan dalalam Persamaan (4) sebagai
berikut:29

=

1

I0

(4)

Ketika sel surya disinari, akan dihasilkan
arus yang disebut dengan arus foto
(photocurrent) akibat pembangkitan arus oleh
cahaya, sehingga persamaan (4) dapat ditulis
menjadi:1

= Iph

1

I0

(5)

dengan Iph adalah arus foto, I0 adalah arus
saturasi pada kesetimbangan, dan V adalah
tegangan bias. Untuk Iph > I0 maka Persamaan
(5) dapat ditulis menjadi:1

Iph

I0

(6)

Pada rangkaian terbuka (open circuit), I = 0,
sehingga diperoleh

Voc =

Iph
I0

(7)

sedangkan pada rangkaian pendek (short
circuit), V = 0, sehingga diperoleh Iph = I0
dengan I0 disebut arus rangkaian pendek
(I0 = Isc).1,29
Berdasarkan
pengukuran-pengukuran
yang dilakukan maka karakteristik sel surya
dapat digambarkan seperti pada Gambar 12,
dimana VOC adalah tegangan rangkaian
terbuka sel surya dan ISC adalah arus
rangkaian pendek pada sel surya. Pada kurva
I-V sel surya, ISC merupakan perpotongan
kurva dengan sumbu arus (V=0) dan VOC
adalah perpotongan kurva dengan sumbu
tegangan (I=0).4
Dari gambar kurva di bawah terlihat titik
pengoperasian terletak di sepanjang kurva.
Terdapat titik khusus yang merupakan daya
output sel surya maksimum, yaitu pada titik
(Vmax, Imax). Daya output akan maksimum

jika letak (Vmax, Imax) pada kurva mempunyai
luasan yang lebih besar pada persegi panjang
yang diarsir tersebut. Titik (Vmax, Imax) akan
dipergunakan
untuk
mendefinisikan
parameter sel surya yaitu pengisian (Fill
Factor).4
Fill
Factor
merupakan
perbandingan antara daya maksimum dengan
hasil kali tegangan terbuka dan arus
rangkaian singkat pada sel surya. Secara
matematis dapat ditulis sebagai berikut:4,29

=

Vmax Imax
Voc Isc

(8)

Efisiensi konversi merupakan ukuran
kemampuan sel surya mengkonversi energi
cahaya menjadi listrik yang ditentukan
melalui hubungan arus-tegangan keluaran
yang dihasilkan sebuah sel surya saat disinari
dengan energi foton yang sesuai. Secara
matematis dapat dituliskan sebagai berikut:29

=

Pout
Pin

(9)

dengan Pout adalah daya output sel surya
(watt) dan Pin adalah daya input sel surya
(watt).
Efisiensi maksimum sel surya adalah:
P
= max × 100%
(10)
Pin
Pmax adalah daya maksimum yang dihasilkan.
Pmax dihasilkan dari Persamaan (11):

Pmax = Vmax x Imax = Voc x Isc x FF

(11)
Pin adalah daya energi cahaya yang menyinari
permukaan sel surya. Pin ditentukan dengan
menggunakan Persamaan (12):

Pin = Iin x A
(12)
dengan Iin adalah intensitas sumber cahaya
dan A adalah luas sel surya yang disinari.29

Gambar 12 Kurva karakteristik I-V sel
surya29

METODE PENELITIAN
Tempat dan Waktu
Penelitian
ini
dilaksanakan
di
laboratorium
Biofisika
Material
dan
Membran Departemen Fisika FMIPA-IPB,
LIPI BATAN. Penelitian dilaksanakan pada
bulan Oktober 2011 sampai dengan
September 2012.

Alat dan Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian
ini adalah kaca ITO (Indium Tin Oxide),
cadmium klorida (CdCl2), thiourea (CN2H4S),
trietanolamina (TEA), ammonium hidroksida
(NH4OH), kitosan padat, asam asetat
(CH3COOH) 1%, padatan KI, padatan kristal
I2, polietilen glikol (PEG), dan aquades.
Alat yang digunakan adalah statip,
hotplate, pengaduk magnetik, gelas kimia,
neraca analitik, multimeter, furnace, LCRmeter, Spektrofotometer UV-Vis GenesysTM
10 Series, X-Ray Diffractometer, Lampu
Tungsten 160 Watt, Potensiometer 100 k
dan 500 k, sensor tegangan.

Tahapan Penelitian
Pembuatan Film CdS
Pembuatan film CdS menggunakan
metode Chemical Bath Deposition (CBD).
Melalui metode ini, film terdeposisi di atas
substrat kaca ITO dengan cara mencelupkan
substrat ke dalam larutan prekursor CdS
sambil dipanaskan dan diaduk. Metode
deposisi CdS diperlihatkan pada Gambar 13.
Sebelum digunakan, kaca ITO dicuci
menggunakan sabun, dibilas dengan aquades,
di rendam dengan ethanol lalu dikeringkan di
suhu ruang.
Larutan prekursor CdS dibuat dengan
mencampurkan larutan CdCl2 sebagai sumber
ion Cd2+ (20 ml; 0,1 M) dan Thiourea sebagai
ion S2- (20 ml; 1 M). Selain itu, ditambahkan
pula NH4OH (10 ml; 96%), dan TEA (5 ml)
ke dalam gelas kimia yang dinding gelas
bagian dalamnya telah ditempeli kaca ITO.
Gelas tersebut direndam di dalam gelas kimia
yang berukuran lebih besar yang berisi air.
Larutan diputar di atas hotpalte dengan
kecepetan 300 rpm selama 2 jam pada suhu
70oC. Hasil deposisi yang terbentuk diatas
substrat ITO diangkat dan dibersihkan.
Penambahan NH4OH di dalam larutan
berperan sebagai larutan buffer untuk
mempertahankan pH larutan selama deposisi

berlangsung dan pengontrol kelajuan reaksi.
Sedangkan
TEA
berperan
sebagai
penghambat terjadinya pengendapan selama
deposisi berlangsung. Pembentukan CdS
mengggunakan metode CBD dibuat dalam
bentuk larutan yanng bersifat basa. Sumber
basa yang digunakan adalah NH4OH yang
juga berperan sebagai agen pengkompleks
ion cadmium.8,
Pembentukan ion kompleks diawali
dengan terbentuknya Cd(OH)2 berupa
endapan dengan reaksi kimianya sebagai
berikut.8,30
CdCl2 + NH4OH  Cd(OH)2 + 2NH4Cl
Selanjutnya endapan ini bereaksi dengan
larutan amonium hingga terbentuk ion
kompleks [Cd(NH3)4]2+.
Cd(OH)2 + 4NH4OH  [Cd(NH3)4](OH)2 +
4H2O
[Cd(NH3)4](OH)2  [Cd(NH3)4]2+ + 2OHIon kompleks yang terurai kembali menjadi
[Cd(NH3)4]2+ selanjutnya terdekomposisi di
dalam larutan
[Cd(NH3)4]2+  Cd2+ + 4NH3
Di sisi lain, terjadi hidrolisis thiourea di
dalam larutan basa membentuk ion S2-,
(NH2)2CS + 2OH-  CH2N2 +H2O + S2Ion Cd2+ dan S2- yang dihasilkan kemudian
bereaksi membentuk CdS.
Cd2+ + S2-  CdS

Karakterisasi Film CdS
Film CdS yang berhasil terdeposisi
selanjutnya dikarakterisasi menggunakan
XRD
dan
spektroskopi
UV-Vis.
Karakterisasi XRD dilakukan pada sampel
untuk memastikan kristal yang tumbuh pada
substrat adalah mayoritas CdS dengan
cara membandingan sudut difraksi yang

Gambar 13 Metode CBD pada deposisi
CdS.31

9

dihasilkan
sampel
dengan
literatur
berdasarkan rujukan jurnal dan JCPDS.
Uji spektroskopi UV-Vis dilakukan untuk
mengetahui
sifat
optik
film
CdS.
Karakterisasi optik diukur menggunakan alat
spektrofotometer dengan kisaran panjang
gelombang yang digunakan ialah 300 – 900
nm. Melalui uji optik, dapat ditentukan
daerah
panjang
gelombang
serapan
maksimum film CdS dari kurva absorbansi
yang terbentuk. Dari data panjang gelombang
tersebut dapat diperkirakan nilai celah
energinya.

Pembuatan Elektrolit Polimer Kitosan
dan Karakterisasi
Polimer kitosan dibuat dengan cara
melarutkan 0,15 gram kitosan ke dalam 6 mL
asam asetat 1%. Larutan ditambahkan PEG
sebanyak 0,15 gram. Proses pencampuran
dilakukan di atas hotplate stirrer pada suhu
60oC hingga larutan homogen. Sebelumnya,
telah dibuat beberapa larutan KI/I2 dengan 5
konsentrasi molar yang berbeda yaitu
0,1/0,01 M; 0,2/0,02 M; 0,3/0,03 M;
0,4/0,04 M; dan 0,5/0,05 M.
Polimer kitosan yang telah homogen
ditambahkan 1mL larutan elektrolit KI/I2 dan
sambil diaduk hingga homogen dan
membentuk gel. Gel yang telah dibuat,
diteteskan di atas kaca konduktif dan ditindih
dengan kaca konduktif pula lalu didiamkan
pada suhu ruang. Dengan cara yang sama,
dibuat 5 sampel gel kitosan lainnya dengan
konsentrasi elektrolit yang berbeda. Tabel 1
menunjukkan kode gel kitosan yang akan
dilakukan
pengukuran
konduktivitas
menggunakan LCR-meter.
Sampel yang telah siap, diuji sifat
listriknya menggunakan LCR meter untuk
mengetahui
nilai
konduktivitas
dari
masing – masing sampel. Selanjutnya, akan
dibuat sel surya dengan dua
perbandingan
keadaan
yaitu
sel
dengan
struktur
ITO/CdS/Kitosan+PEG
dan
ITO/CdS/Kitosan+PEG+KI/I2 dengan nilai
konduktivitas yang tertinggi.
Tabel 1 Kode gel kitosan dengan variasi
konsentrasi elektrolit
Konsentrasi elektrolit KI/I2
Kode gel
pada polimer kitosan (M)
1
(tanpa elektrolit)
2
0,1/0,01
3
0,2/0,02
4
0,3/0,03
5
0,4/0,04
6
0,5/0,05

Pembuatan
Padat

Sel

Fotoelektrokimia

Lapisan CdS pada substrat kaca ITO
ditetesi dengan elektrolit gel polimer hingga
menutupi permukaan film CdS. Selanjutnya
ditutupi dengan kaca ITO sebagai elektroda
lawan menyerupai bentuk sandwich, seperti
yang terlihat pada Gambar 14, lalu didiamkan
selama sehari hingga mengering dan kedua
elektroda saling merekat dengan kuat.

Karakterisasi Arus-Tegangan (I-V) Sel
surya
Sel surya yang telah terbentuk selanjutnya
dilakukan pengukuran I-V untuk mengetahui
performa sel surya yang dihasilkan.
Karakterisasi ini diujikan pada dua jenis sel
berbeda. Salah satu sel menggunakan
elektrolit KI/I2 pada konsentrasi maksimum,
dan lainnya hanya menggunakan kitosanPEG tanpa penambahan elektrolit KI/I2.
Kedua sel ini diuji pada sumber cahaya
matahari. Selanjutnya untuk sel dengan
konsentrasi elektrolit KI/I2 0,5/0,05 M diuji
karasteristik I-V dengan perbandingan cahaya
matahari dan lampu.
Sel
surya
dihubungkan
dengan
amperemeter dan voltmeter seperti yang
terlihat pada Gambar 15. Dari pengukuran
ini, diperoleh data yang menghasilkan
kurva hubungan arus-tegangan (I-V).

Gambar 14 Susunan sel fotoelektrokimia
padat.

Gambar 15 Rangkaian pengujian I-V sel
surya.

Dari kurva dapat ditentukan parameterparameter sel surya yaitu tegangan opencircuit (Voc), arus short-circuit (Isc), tegangan
maksimum (Vmax), arus maksimum (Imax), dan
daya maksimum (Pmax).

Model Rangkaian Sel Surya
Hasil pengukuran I-V pada salah satu sel
dengan nilai efisiensi dan FF tertinggi
selanjutnya
dibuat
beberapa
variasi
rangkaian. Sel surya PEC sebanyak empat
buah sel dihubungkan satu dengan yang lain
menggnakan kabel penghubung dan penjepit
hingga terbentuk rangkaian seri empat sel
surya PEC. Dengan prosedur yang sama,
dibentuk pula 2 macam rangkaian sel surya
yang berbeda. Model rangkaian yang akan
diuji digambarkan pada Tabel 2.
Ketiga jenis rangkaian ini diuji hubungan
arus dan tegangannya untuk membandingkan
parameter-parameter
sel
surya
yang
dihasilkan. Dari data yang diperoleh, dapat
ditentukan nilai efisiensi tertinggi dari ketiga
jenis rangkaian sel surya.
Tabel 2 Model susunan rangkaian pengujian
I-V sel surya
Kode
Rangkaian

R1

R2

R3

Gambaran

HASIL DAN PEMBAHASAN
Deposisi Film CdS
Pada penelitian ini, semikonduktor CdS
dibentuk dari 20 mL CdCl2 0,1 M dan 10 mL
NH4OH 96%. Pada pencampuran tersebut
selanjutnya ditambahkan 20 mL Thiourea
(NH2)2CS dan diaduk selama 30 menit pada
temperatur 30oC. Proses deposisi dilakukan
dengan mencelupkan substrat ke dalam
larutan (CdCl2+ NH4OH+(NH2)2CS) pada
temperatur 70oC selama 120 menit diatas
hotplate yang diaduk pada 300 rpm.
Melalui metode CBD ini, dihasilkan
lapisan CdS berwarna kuning diatas substrat
ITO dengan ukuran 1 x 1,5 cm2. Selain itu,
terbentuk pula koloid CdS yang mengendap
pada larutan bath. Hasil deposisi film CdS
dapat dilihat pada Gambar 16.
Terdapat 3 fase pembentukan CdS, yaitu
fase awal disebut proses nucleation center,
fase pembentukan ion per ion (mekanisme
heterogen), dan pembentukan kluster per
kluster (mekanisme homogen).8 Proses
nucleation
center
merupakan
proses
pembentukan ion cadmium dan ion sulfur
baik pada permukaan substrat maupun pada
larutan bath.8 Pada pembentukan CdS ion per
ion dapat menghasilkan CdS dengan
morfologi yang lebih baik dibandingkan jika
yang terjadi adalah kluster per kluster
Dalam
penelitian
ini,
terlihat
pembentukan CdS terjadi pada mekanisme
homogen yang ditandai dengan banyak
terbentuknya koloid berwarna kuning di
dalam larutan bath sehingga mempengaruhi
struktur kristal CdS yang terbentuk.
Waktu
deposisi
mempengaruhi
karakteristik fisik CdS yang dihasilkan. Jika
deposisi dilakukan dalam jangka waktu yang
lama akan menghasilkan film yang tebal.
Selain itu, jika waktu deposisi cukup lama
maka akan semakin banyak kluster CdS yang
menempel pada permukaan sampel sehingga
menghasilkan morfologi film yang kurang
baik. Sebaliknya, jika jangka waktu deposisi
terlalu singkat maka film yang dihasilkan
sangat tipis.

ITO

Gambar 16

CdS

Hasil deposisi CdS di atas
substrat kaca ITO

11

Temperatur deposisi juga mempengaruhi
karakteristik fisik film. Jika deposisi
dilakukan pada temperatur yang rendah maka
akan membutuhkan waktu yang lama untuk
menumbuhkan film pada substrat ITO. Jika
temperatur deposisi dinaikkan hingga
melebihi 100oC maka film yang dihasilkan
tidak merata, hal ini karena lebih banyak
koloid yang terbentuk pada larutan bath yang
menempel pada permukaan film CdS.8 Pada
penelitian ini digunakan waktu deposisi
selama 120 menit pada temperatur 70oC.

Karakterisasi XRD film CdS
Karakterisasi XRD sampel CdS dilakukan
di Pusat Penelitian dan Pengembangan Ilmu
Pengetahuan dan Teknologi Material, Badan
Tenaga Nuklir Nasional (BATAN), Serpong.
Tangerang. Gambar 17 merupakan hasil
karakterisasi XRD sampel CdS yang
dideposisi selama 2 jam pada suhu 70oC.
Pada Gambar 17 memperlihatkan puncakpuncak CdS berada pada 2 = 24,88o; 28,48o;
36,18o; 43,86o; dan 52,92o. Menurut Yani
yang mengacu pada data JCPDS No. 80-006
diketahui bahwa pada 2 = 24,929o (100);
28,328o (101); 36,821o (102); 43,905o (110);
53,077o (201) merupakan puncak CdS dengan
struktur kristal Wurtzite (hexagonal).8
Berdasarkan data XRD yang dihasilkan
menunjukkan bahwa CdS telah tumbuh pada
permukaan ITO. Selain puncak CdS, kurva
XRD juga menunjukkan puncak 2 pada
30,06o dan 35,02o yang merupakan sudut

difraksi untuk ITO. Munculnya permukaan
ITO pada pola XRD disebabkan karena film
CdS yang terdeposisi terlalu tipis dan tidak
merata. Terbentuknya lapisan film yang tidak
merata dapat disebabkan oleh suhu deposisi
yang rendah sehingga mengurangi dispersi
ion di dalam larutan. Kondisi ini
mengakibatkan permukaan film yang
terbentuk kasar dan dapat menurunkan
kristalinitas film yang dihasilkan.
Puncak-puncak CdS yang teramati pada
pola XRD menunjukkan bahwa struktur
kristal CdS yang terbentuk adalah polikristal
heksagonal pada 2 = 15o hingga 80o. Hal ini
dapat diamati dengan adanya puncak-puncak
yang tidak terindentifikasi yang diakibatkan
oleh impuritas-impuritas yang muncul dari
bahan-bahan yang digunakan selama proses
pembuatan sampel.

Karakteristik Optik CdS
Karakteristik optik film CdS diukur
menggunakan alat spektrofotometer UV-Vis.
Gambar 18 memperlihatkan spektrum
serapan dari film CdS yang dideposisi pada
suhu 70oC. Dari gambar terlihat bahwa film
CdS menyerap cahaya pada panjang
gelombang 300-500 nm. Hasil ini sesuai
dengan beberapa literatur yang menunjukkan
bahwa pita serapan CdS terjadi pada panjang
gelombang 350-500 nm.8,32

Gambar 17 Pola XRD untuk film CdS

12

Gambar 18 Kurva absorbansi sampel CdS
Celah energi pada semikonduktor
berpengaruh pada sifat konduktivitasnya.
Semakin besar nilai celah energy maka
konduktivitasnya semakin menurun.33 Pola
absorbansi
dapat
digunakan
untuk
memperkirakan nilai celah energi (Eg) yang
dimiliki oleh sampel CdS melalui Persamaan
(13):

=

λ

(13)

dimana h adalah konstanta Planck, c adalah
kecepatan cahaya, dan e adalah panjang
gelombang tepi absorbsi sampel CdS.
Berdasarkan kurva absorbansi CdS diketahui
nilai e = 506,31 nm dan diperoleh nilai
celah energi (Eg) dari CdS sebesar 2,449 eV.
Nilai Eg ini sesuai dengan beberapa literatur
dengan nilai celah energi CdS sekitar
2,3 – 2,5 eV.13 Pita absorbsi yang landai
menunjukkan tingkat kristalinitas film yang
rendah.8,33

Konduktivitas Elektrolit Polimer
Gel kitosan pada penelitian ini dibuat
dengan melarutkan 0,15 gram kitosan dan
0,15 gram PEG di dalam pelarut asam asetat
1% sebanyak 6 mL. Proses pelarutan
dilakukan di atas hotplate dengan temperatur
60OC hingga homogen. Pada larutan tersebut

selanjutnya ditambahkan larutan KI/I2
sebanyak 1 mL. Penambahan KI/I2 dilakukan
sedikit demi sedikit untuk memudahkan
pelarutan hingga larutan membentuk gel.
Hasil akhir pelarutan ini adalah berupa gel
tak berwarna (bening) untuk semua sampel
Gel yang telah terbentuk kemudian
diteteskan pada kaca konduktif (ITO) untuk
diukur nilai konduktansiya. Pada penelitian
ini, pengukuran konduktansi dan impedansi
dilakukan dengan memvariasikan nilai
frekuensi dari 100 Hz hingga 5 kHz. Dari
hasil
pengukuran
diketahui
nilai
konduktivitas
kitosan-PEG
tanpa
penambahan KI/I2
(sampel 1) berkisar
antara 2,0703 sampai 21,9541 x 10-8 S/cm
pada fungsi frekuensi. Nilai ini menjelaskan
bahwa kitosan mampu berfungsi sebagai
matriks konduktif bagi larutan elektrolit
sehingga dapat melewatkan ion-ion redoks
yang dihasilkan pada elektrolit saat sel
bekerja.
Nilai konduktivitas meningkat ketika
ditambahkan KI/I2 ke dalam polimer tersebut.
Peningkatan konduktivitas polimer semakin
bertambah ketika molaritas dari elektrolit
KI/I2 diperbesar. Konduktivitas tertinggi
diperoleh pada sampel 6 yaitu saat
konsentrasi KI/I2 sebesar 0,5/0,05 M yang
berkisar antara 1,46876 x 10-5 hingga
1,20728 x 10-3 S/cm. Secara rinci nilai
konduktivitas masing-masing sampel dari
hasil pengukuran dapat dilihat pada
Lampiran 1 (Tabel B).
Peningkatan
nilai
konduktivitas
disebabkan adanya penambahan molaritas
KI/I2 yang berkaitan dengan meningkatnya
jumlah ion I-/I3- sebagai pembawa muatan
dan reaksi ion tersebut di dalam rantai
polimer.
Gambar
19
memperlihatkan
nilai
konduktivitas meningkat ketika konsentrasi
KI/I2 meningkat pada frekuensi 1 kHz. Hasil

Gambar 19 Kurva Konduktansi dengan berb