Nilai hambatan seri R
s
mempengaruhi jarak antara daerah daya maksimum P
max
dengan V
OC
, semakin besar nilai R
s
akan mengahasilkan nilai V
OC
yang lebih besar sehingga lebih jauh dengan daerah P
max
. Secara sekilas tampak terlihat kurva I-V pada
daerah lebih besar dari V
max
lebih landai jika nilai R
s
semakin besar. Hambatan seri R
s
sel surya pada dasarnya ditentukan oleh kualitas
material sel surya yang dapat meningkat dengan hadirnya cacat di daerah deplesi. Jika
kualitas material sel surya kurang bagus, maka nilai R
s
semakin besar sehingga dapat menurunkan efisiensinya. Sedangkan nilai
R
sh
mempengaruhi jarak antara daerah P
max
dengan I
SC
. Kurva I-V pada saat nilai arus I lebih besar dari I
SC
akan lebih landai jika R
sh
semakin besar. R
sh
untuk kurva I-V sel surya yang ideal bernilai tak hingga ~. Hal ini
dikarenakan R
sh
dapat menghambat
terjadinya proses rekombinasi pembawa muatan dari pita konduksi ke pita valensi.
42.43
Gambar 4.7. menunjukkan contoh pengaruh nilai hambatan R
s
dan R
sh
terhadap bentuk kurva I-V sel surya.
Tabel 4.1. menunjukkan nilai dari R
s
dan R
sh
sel surya BST berdasarkan waktu annealing.
Dilakukan ekstrapolasi pada kemiringan kurva I-V yang nilainya lebih
besar dari V
max
untuk menentukan R
s
dan ekstrapolasi pada kemiringan kurva I-V yang
nilainya lebih kecil dari I
sc
untuk menentukan nilai R
sh
. Nilai hambatan ini merupakan perbandingan tegangan terhadap rapat
arus.
34,42-44
Gambar 4.8
a-d menunjukkan
pengaruh annealing terhadap parameter- parameter sel surya: V
OC
, I
SC
, FF, dan efisiensi
η. Jika dibandingkan nilai fill factor
terbesar pada sampel annealing 15 jam yang bentuk kurvanya mendekati ideal.
Efisiensi terbesar dimiliki oleh sel surya dengan bandgap yang paling besar. Hal ini
dikarenakan pada sel surya dengan bandgap yang lebar, membutuhkan lebih banyak
energi foton yang diserap untuk mengeksitasi elektron dari pita valensi ke pita konduksi.
45
Efisiensi juga dipengaruhi oleh indeks bias Film. Efisiensi terbesar dimiliki oleh sel
surya dengan nilai indeks bias terkecil karena pada saat itu reflektansi bernilai minimum
absorbansi maksimum. Ketika sel surya lebih optimal dalam menyerap cahaya, maka
lebih banyak energi yang didapat untuk dikonversi.
26, 27, 29, 30
Tabel 4.1. Penentuan hambatan seri dan hambatan shunt dari kurva I-V Gambar 4.6.
Parameter hambatan
waktu annealing
jam V
1
V
2
ΔV volt
I
1
I
2
ΔI Am
2
⁄ Ω.m
2
⁄ Ω.cm
2
series resistance
garis merah
8 0.036
0.040 0.004
0.0004 0.0004
10.0 100000
15 0.0145
0.015 0.000
0.00138 0.0014
0.3623 3623
22 0.0220
0.030 0.008
0.0015 0.0015
5.3333 53333
29 0.0188
0.0225 0.004
0.001 0.0010
3.7 37000
shunt resistance
garis biru
8 0.016
0.016 0.0014
0.00118 0.0002
72.73 727273
15 0.0087
0.009 0.0033
0.0028 0.0005
17.40 174000
22 0.0115
0.012 0.00230
0.00225 0.0001
230.0 2300000
29 0.006
0.006 0.0024
0.0023 0.0001
60.0 600000
Gambar 4.7. Contoh Pengaruh R
S
dan R
sh
terhadap bentuk kurva I-V.
44
Waktu penahanan annealing dapat mempengaruhi struktur kristal, keberaturan
morfologi kristal penyusun, dan ketebalan film BST,
19
sehingga mempengaruhi jarak celah difusi elektron dari semikonduktor p-
type ke daerah n-type. Untuk waktu
penahanan annealing yang relatif lama dalam hal ini perlakuan annealing 29 jam
struktur kristal lebih teratur, hal ini menyebabkan elektron membutuhkan energi
foton lebih kecil untuk bereksitasi karena mempunyai bandgap yang lebih kecil.
36,37
Pada annealing yang cukup lama, butir kristal kecil menyusut dan ditelan oleh butir
kristal yang lebih besar. Pertumbuhan butir ini terjadi pada saat kristalisasi primer
terhenti.
17
Dengan waktu
penahanan annealing
yang relatif lebih lama, struktur kristal lebih rapat dan kompak, sehingga
bandgap lebih kecil. Bandgap yang lebih
kecil ini mempengaruhi penyerapan. Agar foton dapat diserap sebanyak-banyaknya,
maka penyerap harus mempunyai bandgap yang lebih lebar, sehingga memungkinkan
untuk bisa menyerap sinar dengan tingkat energi yang bervariasi.
45
Untuk mengeksitasi elektron dari pita valensi ke pita konduksi,
membutuhkan energi foton yang lebih besar dari pada bandgap. Jika energi foton tersebut
terlalu besar, maka diubah menjadi bentuk energi lain pada sel surya. Lain halnya
dengan waktu penahanan annealing tertentu ketika pembentukan kristal belum sempurna
15 jam dan 22 jam, elektron lebih sulit berdifusi daripada sampel dengan waktu
annealing
yang mendekati proses kristalisasi menuju sempurna 29 jam.
Tabel 4.2. menunjukkan parameter sel surya film BST terhadap waktu penahanan
annealing . Hasil pengukuran I-V pada Tabel
4.2, menunjukkan bahwa nilai fill factor yang dihitung berdasarkan Persamaan 2.6
berturut- turut dari yang terkecil sampai yang terbesar berdasarkan penahanan waktu
annealing
yaitu: 15 jam, 22 jam, 29 jam, kemudian 8 jam. Fill factor menentukan
kualitas sel surya, tapi fill factor yang bernilai bagus tidak selalu menghasilkan efisiensi
yang baik pula. Sedangkan efisiensi sel surya BST yang dihitung berdasarkan Persamaan
2.7 berturut-turut dari yang terkecil berdasarkan waktu penahanan annealing
yaitu: 22 jam, 15 jam, 29 jam, lalu 8 jam. 4.8. a
4.8. b
4.8. c
4.8. d Gambar 4. 8. Hubungan parameter-
parameter sel surya BST: aV
OC
, b I
SC
, c fill factor, d Efisiensi
η. terhadap waktu annealing.
Tabel 4.2. Parameter sel surya BST terhadap waktu penahanan annealing.
Karakteristik I-V Sel Surya
waktu annealing jam
8 15
22 29
V
oc
V 0,040
0,015 0,032
0,026 rapat arus - I
sc
mAm
2
1,393 3,281
2,322 2,386
V
max
V 0,031
0,013 0,021
0,015 rapat arus - I
max
mAm
2
0,72 2,25
1,80 1,79
rapat Daya - P
max
mWm
2
0,0223 0,0293
0,0378 0,0269
rapat Daya - P
input
mWm
2
83.400 83.400
83.400 83.400
Fill Factor 40,055
59,442 50,876
43,277 Efisiensi
2,68x10
-5
3,51 x10
-5
4,53 x10
-5
3,22 x10
-5
Secara teoritis, sel surya dengan bahan dasar material ferroelektrik memiliki kisaran
efisiensi antara
2,5-10.
11
Material ferroelektrik yang sudah diuji secara teoritis
untuk dijadikan bahan sel surya diantaranya: triglycine sulphate
TGS [dengan polarisasi spontan TGS P
si
≈ 3 Ccm
2
; kalor jenis TGS c
p
≈ 2 Jcm
3
K; temperatur Curie, C ≈ 10
3
K], lithium tantalate
LiTaO
3
[P
si
≈ 50 Ccm
2
, c
p
≈ 2 Jcm
3
K, dan C ≈ 10
5
K], sodium nitrite NaNO
2
[P
si
≈ 8 Ccm
2
, c
p
≈ 2 Jcm
3
K, dan C
≈ 10
3
K].
11
Untuk film BST memiliki nilai polarisasi spontan P
si
dan kalor jenis c
p
pada orde sama dengan material-material tersebut.
Beda halnya dengan temperatur curie BST pada
≈ 300 K,
11,12
yang jauh lebih kecil dari temperatur Curie material-material tersebut.
8
Hal ini yang kemungkinan menyebabkan perbedaan nilai efisiensi pada BST lebih kecil
dari teori yang didapatkan sebelumnya tentang sel surya berbahan dasar material
ferroelektrik.
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Terjadi proses pengkristalan pada film pada waktu penahanan annealing terhadap
film BST yang dianggap relatif lebih singkat 8 jam, 15 jam, dan 22 jam, namun masih
membentuk struktur kristal yang belum sempurna. Pada saat waktu annealing lebih
lama 29 jam, proses kristalisasi menuju sempurna. Dalam hal ini, sifat optik berupa
spektrum daerah serapan menunjukkan bahwa sel surya film BST dengan lama waktu
penahanan annealing 8 jam, 15 jam, dan 22 jam, bekerja efektif pada daerah serapan
panjang gelombang ≥ 700 nm. Namun untuk sampel dengan waktu penahanan annealing
29 jam, efektif menyerap pada selang panjang gelombang ≤ 450 nm. Pada kondisi
reflektansi maksimum, diambil nilai indeks bias. Pada sampel 8 jam, indeks bias bernilai
3,92. Dengan cara yang sama, untuk sampel 15 jam indeks bias berkisar 6,31. Untuk
sampel 22 jam, indeks bias berkisar pada 7,04. Kemudian untuk sampel 29 jam, indeks
bias berkisar pada 4,09.
Nilai bandgap yang lebih besar pada saat proses kristalisasi yang belum sempurna.
Nilai bandgap didapatkan dari nilai reflektansi menggunakan metode Tauc, Nilai
bandgap sel surya film BST berdasarkan
lama waktu penahanan annealing 8 jam, 15 jam, 22 jam, dan 29 jam berturut-turut
2,60 eV; 3,16 eV; 3,24 eV; dan 2,66 eV. Nilai
kon duktivitas listrik σ yang
didapatkan dari perhitungan menggunakan nilai konduktansi G, menunjukkan bahwa
sel surya film BST tergolong material semikonduktor dengan orde konduktivitas
listrik 10
-5
-10
-4
Scm. Nilai konduktivitas listrik meningkat seiring kenaikan intensitas
cahaya yang datang pada permukaan film. Pada konduktivitas yang lebih besar
didapatkan nilai bandgap yang lebih kecil, hal ini mempermudah elektron bereksitasi
dari pita valensi ke pita konduksi.
Karakterisasi I-V
fotovoltaik menunjukkan bahwa film BST berpotensi
kecil menjadi perangkatbahan dasar sel surya dengan nilai efisiensi sesuai lama waktu
penahanan annealing 8 jam, 15 jam, 22 jam, dan 29 jam berturut-turut yaitu: 2,68 x 10
-5
; 3,51 x10
-5
; 4,53 x 10
-5
; kemudian 3,22 x 10
-5
. Pada sampel dengan bandgap yang lebih besar, mengakibatkan sel surya
BST membutuhkan energi foton yang lebih besar pula. Energi foton yang cukup besar
diserap akan meningkatkan efisiensi konversi
