Pembuatan Film Tipis Cu2ZnSnS4 sebagai Lapisan Penyerap Cahaya pada Sel Surya Menggunakan Metode Elektrodeposisi

PEMBUATAN FILM TIPIS Cu2ZnSnS4 SEBAGAI
LAPISAN PENYERAP CAHAYA PADA SEL SURYA
MENGGUNAKAN METODE ELEKTRODEPOSISI

HENDRI FIRMANSYAH

DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pembuatan Film Tipis
Cu2ZnSnS4 sebagai Lapisan Penyerap Cahaya pada Sel Surya Menggunakan
Metode Elektrodeposisi adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi
pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi
mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan
maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan
dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Februari 2014
Hendri Firmansyah
NIM G44090023

ABSTRAK
HENDRI FIRMANSYAH. Pembuatan Film Tipis Cu2ZnSnS4 sebagai Lapisan
Penyerap Cahaya pada Sel Surya Menggunakan Metode Elektrodeposisi.
Dibimbing oleh SRI SUGIARTI dan AHMAD SJAHRIZA.
Film tipis Cu2ZnSnS4 (CZTS) merupakan bahan alternatif semikonduktor
sebagai lapisan penyerap cahaya pada sel surya. CZTS dapat menggantikan
senyawa silikon yang biasa digunakan sebagai bahan penyusun semikonduktor
komersial. Kelebihan CZTS sebagai lapisan penyerap cahaya ialah ketersediaan
bahan yang berlimpah di alam dan nilai koefisien absorpsi yang tinggi. Lapisan
penyerap dibuat dengan menggunakan metode elektrodeposisi pada substrat kaca
ITO. Film dideposisi pada tegangan –1.05 V menggunakan potensiometer pada
suhu kamar selama 30, 45, dan 60 menit. Setelah itu, film dikeraskan pada suhu
yang berbeda, 180 ºC dan 500 °C, selama 45 menit sambil dialiri gas N2/H2S.
Berdasarkan hasil analisis difraksi sinar X, bentuk polikristalin film tipis CZTS

yang terbentuk adalah kristal kesterit. Hasil tersebut diperoleh setelah CZTS
dikeraskan pada suhu 500 °C sambil dialiri gas H2S/N2. Nilai energi celah pita
dari sampel CZTS diperoleh sebesar 2.2 eV dan ketebalan film 1.228–6.366 µm.
Sampel film tipis CZTS dengan waktu elektrodeposisi 45 menit pada suhu
pengerasan 500 °C menunjukkan hasil terbaik dan sesuai dengan kriteria film tipis
CZTS yang digunakan sebagai lapisan penyerap pada sel surya.
Kata kunci: elektrodeposisi, film tipis CZTS, kaca ITO, semikonduktor

ABSTRACT
HENDRI FIRMANSYAH. Fabrication of Cu2ZnSnS4 Thin Film as A Light
Absorber Layer on Solar Cells Using Electrodeposition Method. Supervised by
SRI SUGIARTI and AHMAD SJAHRIZA.
Thin film of Cu2ZnSnS4 (CZTS) is an alternative semiconductor used as
light absorber layer on solar cell. CZTS can replace silicon that commonly used as
commercial semiconductor. The advantage of using CZTS as absorber layer is due
to the abundance of its chemical composer on earth, and its high value of
absorption coefficient. The absorber layer was made by using electrodeposition
method on ITO glass substrates. The films were deposited at room temperature
using potentiostatic mode with a potential of –1.05 V for 30, 45, and 60 minutes.
After that, the films were annealed at two different temperatures, 180 ºC and

500 °C, for 45 minutes in N2/H2S atmosphere. Based on X-ray diffraction analysis,
the polycrystalline thin film obtained fall into kesterite crystal phase. This type of
crystal was obtained when the CZTS was annealed at 500 °C in H2S/N2
atmosphere. The value of optical band gap energy for the CZTS thin film was 2.2
eV with the film thickness about 1.228–6.366 µm. The sample of CZTS with
electrodeposition time of 45 minutes and annealing temperature of 500 °C showed
the best result and in conformity with absorber layers criteria for solar cells.
Key words: electrodeposition,CZTS thin film, ITO glass, semiconductor

PEMBUATAN FILM TIPIS Cu2ZnSnS4 SEBAGAI
LAPISAN PENYERAP CAHAYA PADA SEL SURYA
MENGGUNAKAN METODE ELEKTRODEPOSISI

HENDRI FIRMANSYAH

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

DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014

Judul Skripsi : Pembuatan Film Tipis Cu2ZnSnS4 sebagai Lapisan Penyerap
Cahaya pada Sel Surya Menggunakan Metode Elektrodeposisi
Nama
: Hendri Firmansyah
NIM
: G44090023

Disetujui oleh

Sri Sugiarti, PhD
Pembimbing I

Drs Ahmad Sjahriza

Pembimbing II

Diketahui oleh

Prof Dr Dra Purwantiningsih Sugita, MS
Ketua Departemen

Tanggal Lulus:

Judul Skripsi
Nama
NIM

Pembuatan Film Tipis CU2ZnSnS4 sebagai Lapisan Penyerap
Cahaya pada Sel Surya Menggunakan Metode Elektrodeposisi
Hendri Finnansyah
044090023

Disetujui oleh

Sri Sugiarti, PhD
Pembimbing I

rs Ahmad S j ahriza
Pembimbing II

Prof Dr··

Tanggal Lulus:

PRAKATA
Puji dan syukur kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas rahmat dan karuniaNya yang berlimpah penulis dapat menyelesaikan laporan hasil penelitian yang
berjudul Pembuatan Film Tipis Cu2ZnSnS4 sebagai Lapisan Penyerap Cahaya
pada Sel Surya Menggunakan Metode Elektrodeposisi yang dilaksanakan sejak
bulan April sampai Desember 2013.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Sri Sugiarti, PhD selaku
pembimbing pertama dan Bapak Drs Ahmad Sjahriza selaku pembimbing kedua
atas bimbingan dan dukungan yang telah diberikan kepada penulis. Ucapan terima
kasih juga penulis sampaikan kepada orang tua penulis atas doa, dukungan, dan
pengertiannya. Pihak yang telah berkontribusi dalam memberikan masukan teknis,

antara lain Staf Kependidikan Laboratorium Kimia Anorganik, yaitu Bapak
Syawal, Bapak Mulyana, Bapak Sunarca, serta teman satu tim penelitian, yaitu
Trijun, Sarah, Indri, dan Shinta.
Semoga laporan hasil penelitian ini dapat bermanfaat.

Bogor, Februari 2014

Hendri Firmansyah

DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
PENDAHULUAN
METODE
Alat dan Bahan
Pembersihan Substrat Kaca ITO 500 Ω (Reith 2012)
Elektrodeposisi Film (Modifikasi Pawar 2012)
Proses Pengerasan Film Tipis CZTS
Analisis Struktur Kristal dengan XRD

Analisis Morfologi dengan SEM
Analisis Energi Celah Pita dengan Spektrofotometer UV-Vis
Analisis Unsur Logam dengan AAS
HASIL DAN PEMBAHASAN
Kaca ITO 500 Ω sebagai Substrat CZTS
Elektrodeposisi
Proses Pengerasan (Annealing)
Struktur Kristal Menurut Hasil XRD
Morfologi Berdasarkan Foto SEM
Energi Celah Pita Hasil Pengukuran dengan Spektrofotometer UV-Vis
Hasil Analisis Unsur Logam dengan AAS
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN

viii
viii
viii

1
2
2
3
3
3
4
4
4
5
5
5
6
7
8
11
12
13
14
14

14
15
16

DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
6

Suhu pengerasan dan waktu elektrodeposisi pada sampel CZTS
Puncak 2θ dan nilai hkl CZTS JCPDS 26-0575 (Pawar 2010)
Hasil analisis spektrum XRD menggunakan program Match 2
Ukuran ketebalan film sampel CZTS hasil analisis SEM
Hasil analisis energi celah pita dengan spektrofotometer UV-Vis
Hasil analisis unsur logam dengan AAS

4

10
10
12
13
14

DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7

Kaca ITO
Film CZTS hasil pengerasan pada suhu 500 ºC
Film CZTS hasil pengerasan pada suhu 180 ºC
Spektrum XRD sampel CZTS
Spektrum data XRD hasil analisis program Match 2 pada sampel C45T
Literatur spektrum XRD pada CZTS JCPDS 26-0575 (Pawar 2010)
Foto hasil analisis SEM sampel C45T

5
7
8
8
9
9
12

DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6

Bagan alir penelitian
Difraktogram XRD
Difraktogram hasil analisis XRD menggunakan program Match 2
Hasil analisis XRD menggunakan program Match 2
Hasil analisis SEM
Hasil analisis energi celah pita

16
17
19
21
23
24

PENDAHULUAN
Beberapa tahun terakhir, pengembangan sumber daya energi terbarukan
telah mendapatkan perhatian khusus dari para ilmuwan dunia. Hal ini terjadi
karena permintaan energi secara global diperkirakan akan meningkat sekitar 50%
dalam 25 tahun ke depan. Gas alam diperkirakan akan habis pada tahun 2047,
minyak bumi pada tahun 2080, dan batu bara pada tahun 2180. Krisis energi ini
disebabkan oleh eksploitasi energi fosil secara besar-besaran dan tidak sebanding
dengan waktu yang diperlukan untuk pembentukannya (Hasan 2012). Saat ini,
lebih dari 80% sumber energi di dunia berupa bahan bakar fosil seperti batu bara,
minyak bumi, dan gas alam. Bahan bakar fosil tersebut akan menimbulkan
permasalahan seperti efek rumah kaca dan pemanasan global sebagai akibat dari
emisi gas karbon dioksida (CO2) selama proses pembakaran. Bahan bakar fosil
tersebut juga semakin mahal dan sumbernya kian terbatas. Permasalahan energi
ini tentunya harus segera ditangani dengan memanfaatkan sumber daya energi
alternatif yang terbarukan. Salah satu sumber daya energi terbarukan yang sangat
potensial untuk dikembangkan ialah energi matahari. Jika dibandingkan dengan
energi yang berasal dari bahan bakar fosil, energi matahari memiliki keunggulan
seperti sumber yang berlimpah dan bebas dari polusi sehingga ramah lingkungan
(Piebalgs 2009).
Energi matahari dapat dimanfaatkan dengan menggunakan alat sel surya.
Perangkat alat sel surya dilengkapi dengan semikonduktor yang memiliki
permukaan luas dan dirangkai membentuk diode tipe-p dan tipe-n. Perbedaan
muatan elektron antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n membuat sel surya
mampu mengubah energi matahari menjadi energi listrik (William 2006). Sel
surya yang lazim digunakan untuk mengubah energi matahari menjadi energi
listrik menggunakan bahan penyusun semikonduktor dari senyawa dengan
kemurnian tinggi seperti kristal silikon. Persyaratan silikon sebagai
semikonduktor ialah memiliki tebal lapisan penyerap sekitar 100 µm dan diproses
pada suhu yang sangat tinggi (> 600 ºC). Hal ini menyebabkan sel surya berbahan
dasar silikon cukup mahal harganya. Selain itu, semikonduktor berbasis silikon
juga masih memiliki nilai efisiensi konversi daya yang rendah (Sarswat 2013).
Alternatif silikon sebagai bahan semikonduktor adalah semikonduktor film tipis.
Semikonduktor film tipis berukuran sekitar 1 µm dan di dalamnya terkandung
bahan seperti kadmium telurida (CdTe) dan tembaga indium galium diselenida
(CIGS). Koefisien penyerapan bahan semikonduktor ini 100 kali lebih tinggi,
ketebalannya 100 kali lebih tipis daripada silikon kristal, dan dapat menyerap
jumlah energi yang setara dengan semikonduktor berbahan silikon, tetapi dengan
biaya yang lebih murah (Wang 2011).
Sel surya berbahan semikonduktor film lapis tipis seperti CIGS dan CdTe
telah mencapai efisiensi konversi daya yang cukup tinggi, yaitu sebesar 15–20%.
Akan tetapi, bahan yang digunakan untuk pembuatannya bersifat racun dan tidak
ramah lingkungan seperti kadmium, indium, dan telurium (Khare 2012). Salah
satu alternatif bahan lain untuk pembuatan semikonduktor film tipis ialah
Cu2ZnSnS4 (CZTS). CZTS terbuat dari bahan seperti tembaga, zink, timah, dan
sulfur yang sumbernya sangat melimpah di muka bumi, murah, dan ramah
lingkungan. Selain itu, CZTS memiliki energi celah pita (band gap energy)

2
sebesar 1.5–2.7 eV (Pawar 2010), nilai yang ideal untuk mengubah sejumlah
energi dari spektrum matahari menjadi energi listrik. CZTS juga memiliki nilai
koefisien penyerapan yang tinggi, yaitu sekitar 104 cm-1 pada daerah spektrum
sinar tampak dan hanya membutuhkan tebal lapisan beberapa mikron saja untuk
menyerap semua foton dengan energi di atas celah pitanya. Ito (1988) melaporkan
efek fotovoltaik pada heterodiode yang terdiri atas oksida timah kadmium dan
film CZTS menghasilkan tegangan 165 mV pada rangkaian terbuka. Setelah itu,
Friedlmeier et al. (1997) membuat film tipis CZTS dengan lapisan jendela
CdS/ZnO menggunakan metode penguapan termal dalam kondisi vakum dan
diperoleh nilai efisiensi konversi daya sebesar 2.3% dengan tegangan mencapai
570 mV pada rangkaian terbuka. Katagiri (2003) membuat semikonduktor dengan
nilai efisiensi daya sebesar 5.45% dengan struktur perangkat elektrolisis ZnO:
Al/CdS/CZTS/Mo/SLG, ketiganya diacu dalam (Jun 2011). Selanjutnya Todorov
(2010) membuat CZTS (S, Se) dengan efisiensi konversi daya sebesar 9.7%
menggunakan substrat kaca dengan metode evaporasi termal (Todorov 2010).
Film tipis CZTS dapat dibuat dengan menggunakan 2 metode, yaitu proses
berbasis vakum yang meliputi gemercikan dan evaporasi serta proses berbasis
larutan non-vakum, yang meliputi elektrodeposisi, pirolisis semprot, chemical
bath deposition (CBD), dan pendekatan berbasis tinta (Lin 2012). Metode
elektrodeposisi digunakan dalam pembuatan film tipis CZTS pada penelitian ini.
Metode ini dipilih karena biayanya relatif murah dan metodenya lebih sederhana
dibandingkan dengan metode yang lain.
Berdasarkan latar belakang di atas, penelitian ini bertujuan membuat dan
mencirikan semikonduktor film tipis CZTS pada kaca indium timah oksida (ITO)
500 Ω menggunakan metode elektrodeposisi dengan ragam waktu 30, 45, dan 60
menit. Proses pengerasan film (annealing) dilakukan pada suhu 180 dan 500 ºC.
Pencirian meliputi identifikasi sifat struktur kristal, ketebalan film, dan nilai
energi celah pita.

METODE
Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan adalah peralatan kaca, penangas ultrasonik,
lempeng pemanas, potensiometer, difraktometer sinar-X (XRD) Shimadzu XRD7000 Maxima, mikroskop elektron pemayaran (SEM) Zeiss EVO 50,
spektrofotometer ultraviolet-tampak (UV-Vis) Ganesys 10, serta spektrometer
serapan atom (AAS) untuk logam Cu dan Zn AA-7000 dan untuk logam Sn AA6300.
Bahan-bahan yang digunakan adalah larutan CuSO4·5H2O 0.02 M,
ZnSO4·7H2O 0.02 M, SnSO4 0.01 M, Na2S2O3·5H2O 0.02 M, trinatrium sitrat
(C6H5Na3O7·2H2O) 0.1 M, asam tartarat (C4H6O6) 0.1 M, HNO3 3 M, H2SO4 96%,
air bebas-ion, gas N2, gas H2S, elektrode Ag/AgCl, elektrode Pt, dan substrat kaca
ITO 500 Ω 25.0 × 25.0 × 1.1 mm3 fotonik.

3

Metode
Film tipis CZTS dibuat dengan menggunakan substrat kaca ITO 500 Ω
dengan beberapa tahapan, yaitu pembersihan substrat, elektrodeposisi, dan
pengerasan film (annealing). Proses analisis film tipis CZTS meliputi analisis
energi celah pita dengan spektrofotometer UV-Vis, analisis jenis kristal dengan
XRD, analisis morfologi dengan SEM, dan analisis unsur logam dengan AAS.
Bagan alir penelitian ditunjukkan pada Lampiran 1.
Pembersihan Substrat Kaca ITO 500 Ω (Reith 2012)
Substrat kaca ITO 500 Ω dibersihkan terlebih dahulu dengan cara direndam
dengan larutan detergen selama 12 jam pada suhu 120 °C dengan menggunakan
lempeng pemanas. Setelah itu, kaca ITO dibersihkan dengan cara direndam dalam
alat sonikasi yang berisi air bebas-ion selama 10 menit, kemudian berturut-turut
aseton selama 10 menit, iso-propanol selama 10 menit, dan terakhir dengan
menggunakan air bebas-ion selama 10 menit. Kaca ITO kemudian dikeringkan
dengan aliran gas nitrogen agar kondisi permukaannya menjadi lembam. Kaca
ITO yang sudah dialiri gas nitrogen kemudian disimpan di dalam wadah yang
kering dan bersih.

Elektrodeposisi Film (Modifikasi Pawar 2012)
Proses elektrodeposisi dilakukan dengan menggunakan instrumen
potensiometer. Larutan elektrolit yang berisi 20 mL CuSO4 0.02 M, 10 mL ZnSO4
0.02 M, 20 mL SnSO4 0.01 M, 40 mL Na2S2O3 0.02 M, 15 mL C6H5Na3O7 0.1 M
dan 1 mL C4H6O6 0.1 M disiapkan dalam sebuah gelas piala. pH larutan elektrolit
tersebut diatur hingga nilainya 4.5, untuk digunakan dalam proses elektrodeposisi.
Elektrode kerja yang digunakan ialah substrat kaca ITO 500 Ω, elektrode
pembanding Ag/AgCl, dan elektrode pembantu Pt. Elektrode-elektrode tersebut
direndam dalam larutan elektrolit, kemudian proses elektrodeposisi berjalan dalam
mode linear sweep stripping voltametry dengan kondisi awal –950 mV, akhir –
110 mV, selang 1 V, kecepatan 10 kHz, dan laju 25 mV/s. Tegangan yang
digunakan selama proses elektrodeposisi sebesar –1.05 V pada suhu ruang 28 ºC
dengan ragam waktu elektrodeposisi selama 30, 45, dan 60 menit. Setelah proses
elektrodeposisi selesai dilakukan, kaca ITO akan terlapisi oleh campuran logam
dan akan berubah warna yang semula bening menjadi lebih gelap. Film tipis
CZTS yang terbentuk dialiri gas nitrogen, lalu disimpan dalam wadah kering dan
bersih.

Proses Pengerasan Film Tipis CZTS
Proses pengerasan film tipis CZTS dilakukan pada 2 ragam suhu, yaitu 180
ºC menggunakan lempeng pemanas dan 500 °C menggunakan tanur. Sebelum

4
memulai proses pengerasan, peralatan disiapkan terlebih dahulu seperti tabung
kaca, selang baja, tabung gas nitrogen, dan gas H2S. Seluruh film tipis CZTS hasil
elektrodeposisi dimasukkan ke dalam tabung kaca yang tersambung dengan
tabung gas nitrogen dan gas H2S. Proses pengerasan kemudian dilakukan selama
45 menit bersamaan dengan dialirkannya gas nitrogen dan gas H2S. Sampel film
tipis CZTS yang sudah dipanaskan pada suhu 180 ºC diberi kode sesuai lamanya
waktu elektrodeposisi, yaitu C30H, C45H, dan C60H, sedangkan sampel film tipis
CZTS yang sudah dipanaskan pada suhu 500 ºC diberi kode C30T, C45T, dan
C60T (Tabel 1).
Tabel 1 Suhu pengerasan dan waktu elektrodeposisi pada sampel CZTS
Kode sampel CZTS
Suhu pengerasan (°C) Lama elektrodeposisi (menit)
180
30
C30H
180
45
C45H
180
60
C60H
500
30
C30T
500
45
C45T
500
60
C60T

Analisis Struktur Kristal dengan XRD
Sampel film tipis CZTS dianalisis strukturnya dengan menggunakan XRD,
Panjang gelombang sinar Kα yang digunakan sebesar 1.54056 Å, dan sudut 2θ
diprediksi dari 20° sampai 80°.

Analisis Morfologi dengan SEM
Sampel film tipis CZTS dimasukkan ke dalam wadah sampel dengan
perekat ganda tanpa dilapisi logam emas pada keadaan vakum. Sampel kemudian
diamati menggunakan SEM dengan tegangan 10 kV.

Analisis Energi Celah Pita dengan Spektrofotometer UV-Vis
Analisis dilakukan pada kisaran panjang gelombang 250–800 nm. Sampel
film tipis CZTS dimasukkan ke dalam wadah sampel, kemudian diukur nilai
transmitansnya. Nilai persen transmitans (% T) kemudian diubah ke absorbans
(A), yang selanjutnya digunakan untuk menghitung nilai koefisien absorpsi (α).
Setelah itu, nilai energi dasar (Eg) dihitung. Selanjutnya dibuat kurva hubungan
antara (α2) dengan nilai energi dasar (hv). Berdasarkan kurva tersebut, nilai energi
celah pita dapat ditentukan dari perpotongan garis lurus yang melalui titik belok
kurva dengan sumbu x.

5

Keterangan :
A
α
T
d
h
c



Eg

= absorbans
= koefisien absorpsi (cm-1)
= transmitans (%)
= tebal sampel (nm)
= tetapan Planck (6.626 × 10-34 Js)
)
= kecepatan cahaya (
= panjang gelombang (nm)
= energi dasar (Joule atau eV)

(Lin 2012)

Analisis Unsur Logam dengan AAS
Sampel film tipis CZTS dilarutkan dalam 25 mL larutan HNO3 3 M.
Larutan sampel kemudian dianalisis unsur logam Cu, Zn, dan Sn menggunakan
AAS.

HASIL DAN PEMBAHASAN
Kaca ITO 500 Ω sebagai Substrat CZTS
Film tipis Cu2ZnSnS4 (CZTS) dapat dibuat pada berbagai macam jenis
substrat. Substrat yang lazim digunakan pada pembuatan CZTS pada umumnya
ialah kaca oksida konduktif transparan (TCO). Jenis-jenis TCO di antaranya ITO,
fluor oksida timah (FTO), oksida alumunium seng (AZO) dan ZnO. Jenis TCO
yang digunakan pada penelitian ini ialah kaca ITO (Gambar 1). Pengukuran nilai
hambatan listrik dengan ohmmeter menunjukkan bahwa kaca ITO yang digunakan
memiliki nilai hambatan listrik rerata sekitar 505 Ω. Alasan utama menggunakan
kaca ITO sebagai substrat dalam pembuatan CZTS, yaitu sifat konduktif,
kerapatan yang tinggi, sifat transparansi optik yang baik, struktur yang kuat, tahan
terhadap cuaca panas (suhu di atas 500 °C), struktur yang halus, dan dapat
meneruskan gelombang cahaya UV-Vis (Xia 2012).

Gambar 1 Kaca ITO

6
Nilai hambatan listrik dari substrat ITO berpengaruh pada nilai arus listrik
yang kelak akan dihasilkan. Semakin kecil nilai hambatan, akan semakin besar
arus yang dihasilkan. Ketebalan dan besarnya konsentrasi ITO akan berpengaruh
pada nilai konduktivitas dan transparansi. Semakin tinggi nilai konsentrasi dan
ketebalan ITO, nilai konduktivitas akan semakin meningkat, tetapi jika nilai
konsentrasi dan ketebalan terlampau besar, maka transparansi kaca ITO akan
menurun. Hal tersebut menyebabkan kaca ITO tampak lebih gelap dan sulit untuk
ditembus oleh cahaya UV-Vis.
Sebelum dilapisi dengan logam dari larutan elektrolit pada saat
elektrodeposisi, kaca ITO terlebih dahulu dibersihkan dengan menggunakan
larutan detergen selama 12 jam pada suhu 120 °C. Hal tersebut bertujuan agar
kaca ITO bersih dan bebas dari pengotor. Proses pembuatan CZTS memang harus
dilakukan dalam keadaan bersih dan steril. Sedikit saja kotoran pada kaca ITO
mungkin menyebabkan logam-logam seperti Cu, Zn, dan Sn tidak akan menempel
pada substrat kaca ITO. Perendaman kaca dengan menggunakan aseton bertujuan
melarutkan berbagai macam senyawa pengotor yang bersifat polar maupun
nopolar. Perendaman dalam iso-propanol bertujuan membunuh bakteri atau jamur
yang mungkin terdapat dalam kaca, sedangkan perendaman dengan air bebas-ion
mencegah kaca bereaksi dengan ion-ion positif yang mungkin ada pada saat
elektrodeposisi, sehingga kaca dapat terlapisi dengan baik oleh logam-logam
dalam larutan elektrolit. Air bebas-ion lazim digunakan dalam pembuatan
perangkat semikonduktor karena dapat melindungi perangkat semikonduktor dari
gangguan ion-ion positif seperti natrium, kalium, dan magnesium.

Elektrodeposisi
Elektrodeposisi merupakan salah satu cara yang dapat digunakan untuk
pembuatan CZTS. Dalam penelitian ini, digunakan metode elektrodeposisi karena
memiliki banyak keunggulan dibandingkan dengan metode yang lain (gemercik,
evaporasi, pirolisis semprot, dan pulsed laser), seperti dapat dilakukan pada suhu
kamar, peralatan yang digunakan cukup sederhana, biaya lebih murah, dan
prosesnya berjalan cukup cepat. Dalam metode elektrodeposisi, kaca ITO
dielektrolisis dengan bantuan elektrode Pt dan elektrode Ag/AgCl di dalam wadah
berisi larutan elektrolit yang mengandung unsur Cu, Zn, Sn, dan S. Ragam waktu
elektrodeposisi ialah 30, 45, dan 60 menit dengan tegangan –1.05 V pada suhu
kamar sekitar 28 ºC menggunakan potensiometer.
Larutan elektrolit yang digunakan dalam penelitian ini adalah larutan
campuran yang mengandung unsur Cu, Zn, Sn, dan S dengan penambahan bahan
pengompleks, yaitu asam tartarat dan trinatrium sitrat. Fungsi penambahan bahan
pengompleks ialah untuk membuat nilai potensial reduksi dari berbagai unsur
logam yang terdapat di dalam larutan elektrolit menjadi lebih mendekati sama.
Penelitian ini menggunakan 3 buah elektrode pada saat elektrodeposisi, yaitu
elektrode Ag/AgCl sebagai elektrode pembanding, kaca ITO sebagai elektrode
kerja, dan elektrode Pt sebagai elektrode pembantu. Mekanisme elektrodeposisi
logam melibatkan proses reduksi ion logam dari larutan elektrolit. Elektrode kerja
(ITO) berperan sebagai katode dan bermuatan negatif. Reduksi ion akan terjadi
pada elektrode ini. Ion bermuatan positif dari unsur Cu, Zn, dan Sn akan

7
menempel pada kaca ITO, kemudian tereduksi dan membentuk padatan film.
Padatan film terbentuk jika nilai potensial elektrode lebih kecil daripada nilai
potensial reduksi senyawa logam yang akan dideposisi, yaitu Cu, Zn, dan Sn.
Potensial reduksi yang digunakan pada saat elektrodeposisi ialah –1.05 V, lebih
rendah dibandingkan dengan nilai potensial reduksi logam Cu, Zn, dan Sn. Oleh
karena itu ketiga logam tersebut dapat menempel pada substrat kaca ITO. Nilai
potensial reduksi suatu senyawa juga akan memengaruhi kemampuan banyaknya
logam yang dapat terdeposisi pada suatu substrat.
Cu2+(aq) + 2e–  Cu(s)
Zn2+(aq) + 2e–  Zn(s)
Sn2+(aq) + 2e–  Sn (s)

E°= +0.34 V
E°= –0.76 V
E°= +0.13V

(Reith 2012)

Proses Pengerasan (Annealing)
Film hasil elektrodeposisi dikeraskan dengan cara memanaskan sampel film
ke suhu 180 °C (menggunakan lempeng pemanas) dan 500 °C (menggunakan
tanur). Proses pengerasan film sangat penting dalam pembentukan struktur kristal
pada film CZTS. Proses kristalisasi akan berlangsung jika suhu pengerasan sekitar
350–500 °C. Kisaran suhu tersebut akan memperkuat ikatan logam dengan
substrat sehingga permukaan substrat menjadi lebih halus dan transparan.
Sebaliknya, suhu pengerasan di bawah 350 °C tidak menimbulkan proses
kristalisasi, sehingga terbentuk struktur amorf, logam tidak terikat kuat dengan
substrat, dan memungkinkan masuknya oksigen atau udara bebas yang dapat
membentuk senyawa lain yang tidak diinginkan. Hasil pengerasan film pada suhu
500 °C (Gambar 2) menunjukkan bahwa film di permukaan substrat kaca lebih
transparan dan lebih kuat dibandingkan film hasil pengerasan pada suhu 180 °C
(Gambar 3). Hal tersebut ditunjukkan oleh gelapnya lapisan film di permukaan
substrat hasil pengerasan pada suhu 180 °C. Kekuatan film ditunjukkan oleh
mudah atau tidaknya butiran endapan logam terlepas dari permukaan kaca ITO.
Hasil pengerasan pada suhu 500 °C menunjukkan butiran endapan CZTS yang
lebih rapat dibandingkan dengan hasil pengerasan pada suhu 180 °C, maka dapat
disimpulkan bahwa daya ikatnya dengan substrat juga lebih baik. Proses
pengerasan juga memengaruhi terjadinya proses sulfurisasi pada film yang akan
terbentuk.

(a)

(b)

(c)

Gambar 2 Film CZTS hasil pengerasan pada suhu 500 ºC dengan waktu
elektrodeposisi (a) 30, (b) 45, dan (c) 60 menit

8

(a)

(b)

(c)

Gambar 3 Film CZTS hasil pengerasan pada suhu 180 ºC dengan waktu
elektrodeposisi (a) 30, (b) 45, dan (c) 60 menit

Struktur Kristal Menurut Hasil XRD
Analisis struktur kristal pada awalnya dilakukan pada film yang sudah
dielektrodeposisi, tetapi belum diberi perlakuan pengerasan. Spektrum XRD
memperlihatkan bahwa film yang belum diperkeras tidak memiliki puncak
serapan yang mengindikasikan adanya senyawa CZTS (Gambar 4a). Hal ini
menunjukkan bahwa film yang belum diperkeras belum membentuk kristal, tetapi
masih memiliki struktur yang amorf. Hal ini sesuai dengan teori yang menyatakan
bahwa proses pengerasan sangat memengaruhi pembentukan kristal pada film
(Pawar 2010).

(a)

(b)
Gambar 4 Spektrum XRD sampel CZTS sebelum (a) dan setelah pengerasan
selama 60 menit pada suhu 180 °C pada sampel C45T (b)

9
Ragam suhu pengerasan 180 dan 500 °C dimaksudkan untuk mengetahui
suhu efektif pembentukan struktur kristal CZTS. Berdasarkan hasil analisis
spektrum XRD sampel C45T (Gambar 4b) menggunakan program Match 2
(Gambar 5), senyawa CZTS terbentuk pada film hasil pengerasan pada suhu
500 °C. Hal ini ditunjukkan oleh intensitas puncak tertinggi (112) dengan nilai 2θ
pada 29°, kemudian puncak (220) dengan nilai 2θ pada 47°, yang sesuai dengan
data literatur JCPDS 26-0575 (Gambar 6 dan Tabel 2). Jenis struktur kristal CZTS
yang terbentuk ialah kesterit, dengan sistem kristal tetragonal. Selain itu, terdapat
pula fase senyawa lain di dalam film hasil pengerasan seperti Cu2S, ZnS, dan SnS.
Jenis kristal untuk fase Cu2S ialah kalkosit dengan sistem kristal monoklin, jenis
kristal ZnS ialah wurzit dengan sistem kristal heksagonal, dan jenis kristal SnS
ialah herzenbergit dengan sistem kristal ortorombik. Persentase senyawa yang
terbentuk paling banyak pada setiap film secara berturut-turut ialah senyawa Cu2S,
SnS, ZnS, dan Cu2ZnSnS4 (Tabel 3).

Gambar 5 Spektrum data XRD hasil analisis program Match 2 pada sampel C45T

Gambar 6 Literatur spektrum XRD pada CZTS JCPDS 26-0575 (Pawar 2010)

10
Tabel 2 Puncak 2θ dan nilai hkl CZTS JCPDS 26-0575 (Pawar 2010)
hkl
2θ (°)
28.44
112
32.93
200
33.02
400
47.33
204
56.09
312
Tabel 3 Hasil analisis spektrum XRD menggunakan program Match 2
Sampel
Senyawa
Nama Kristal
Jumlah (%)
Cu2ZnSnS4
Kesterit
4.3
Cu2S
Kalkosit
70.3
C30H
ZnS
Wurzit-2H
9.5
SnS
Herzenbergit
15.9
Cu2ZnSnS4
Kesterit
5.6
Cu2S
Kalkosit
71.8
C45H
ZnS
Wurzit-2H
10.8
SnS
Herzenbergit
12.8
Cu2ZnSnS4
Kesterit
4.5
Cu2S
Kalkosit
65.0
C60H
ZnS
Wurzit-2H
13.9
SnS
Herzenbergit
15.5
Cu2ZnSnS4
Kesterit
5.5
Cu2S
Kalkosit
62.6
C30T
ZnS
Wurzit-2H
15.7
SnS
Herzenbergit
16.3
Cu2ZnSnS4
Kesterit
5.7
Cu2S
Kalkosit
72.1
C45T
ZnS
Wurzit-2H
11.3
SnS
Herzenbergit
11.9
Cu2ZnSnS4
Kesterit
4.6
Cu2S
Kalkosit
62.2
C60T
ZnS
Wurzit-2H
14.3
SnS
Herzenbergit
17.8
Menurut mekanisme reaksi pembentukan senyawa Cu2ZnSnS4, senyawa
yang terbentuk pertama kali adalah Cu2S. Senyawa ini mudah terbentuk, bahkan
tanpa proses pengerasan sekalipun, karena suhu pembentukannya di bawah 100 °C.
Setelah senyawa Cu2S terbentuk, berikutnya senyawa ZnS akan terbentuk disusul
pembentukan senyawa SnS2. Senyawa Cu2S yang sudah terbentuk di awal
kemudian akan bereaksi dengan senyawa SnS2 membentuk senyawa Cu2SnS3
yang selanjutnya akan bereaksi dengan senyawa ZnS membentuk senyawa
Cu2ZnSnS4 (CZTS) pada suhu pembentukan optimum lebih dari 350 °C. Berikut
merupakan mekanisme pembentukan senyawa Cu2ZnSnS4 disertai suhu
pembentukannya :

11
2Cu + S
Zn + S
Sn + 2S
Cu2S + SnS2
Cu2SnS3 + ZnS

 Cu2S
 ZnS
 SnS2
 Cu2SnS3
 Cu2ZnSnS4

(< 300–350 °C)
(< 300–350 °C)
(< 300–350 °C)
(>350–400 °C)
(>350–500 °C)

(Reith 2012)

Senyawa Cu2ZnSnS4 yang terbentuk pada penelitian ini belum terlalu
banyak, yaitu kurang dari 10% dari total campuran penyusun produk. Hal ini
mungkin disebabkan oleh reaksi pembentukan senyawa Cu2ZnSnS4 saat
elektrodeposisi yang tidak berjalan dengan baik. Faktor lingkungan yang kurang
optimum selama proses pengerasan seperti kurang banyaknya gas H2S yang
dihasilkan pada saat proses pengerasan film juga berpengaruh.
Berdasarkan spektrum XRD pada sampel film (Lampiran 2) serta
analisisnya dengan program Match 2 (Lampiran 3 dan 4), suhu optimum
pegerasan untuk membentuk senyawa Cu2ZnSnS4 adalah 500 °C. Suhu pengerasan
180 °C kurang begitu baik dalam membentuk senyawa Cu2ZnSnS4. Persentase
senyawa Cu2ZnSnS4 yang terbentuk pada suhu pengerasan 500 °C lebih besar
dibandingkan dengan 180 °C (Tabel 3). Lamanya waktu elektrodeposisi juga
berpengaruh pada pembentukan senyawa. Waktu elektrodeposisi selama 45 menit
menghasilkan senyawa CZTS lebih banyak daripada 30 dan 60 menit. Hal
tersebut sesuai dengan literatur yang menyebutkan bahwa jika waktu
elektrodeposisi kurang dari 45 menit, material logam belum mampu terbentuk
atau terlapisi dengan baik pada lapisan substrat kaca ITO. Sementara itu, jika
waktu elektrodeposisi lebih dari 50 menit, maka akan terbentuk serbuk pada
material yang tertempel pada substrat. Kondisi tersebut akan membuat hasil
pelapisan logam menjadi lebih rapuh dan mudah terurai (Reith 2012).

Morfologi Berdasarkan Foto SEM
Berdasarkan hasil SEM (Tabel 4 dan Lampiran 5), film CZTS yang telah
dibuat memiliki kisaran ukuran ketebalan film 1.228–6.366 µm. Ukuran ketebalan
film yang ideal untuk film tipis semikonduktor menurut literatur ialah sekitar 3.5
µm (Aissaoui 2007). Ukuran ketebalan film cendrung lebih mendekati 3.5 µm
pada sampel film CZTS dengan suhu pengerasan 500 °C. Film CZTS dengan suhu
pengerasan 180 °C memiliki ukuran ketebalan film yang terlampau besar
(mencapai 6.366 µm) dan tidak stabil. Kristal CZTS yang baik seharusnya
memiliki struktur ketebalan film yang halus dengan ukuran butiran yang seragam,
dengan ukuran sekitar 3.5 µm. Hal tersebut dapat membuat nilai efisiensi dari film
tipis CZTS meningkat dan daya serap energi akan semakin baik (Jun 2011).
Gambar 7 memperlihatkan contoh penentuan ukuran ketebalan film pada sampel
film CZTS yang dielektrodeposisi selama 45 menit pada suhu pengerasan 500 °C
(Gambar 7). Berdasarkan hasil uji ketebalan film yang terbentuk menunjukan
bahwa ketebalan lapisan film bertambah seiring meningkatnya suhu yang
digunakan pada saat pengerasan. Film dengan pengerasan suhu 500 °C memiliki
nilai ukuran ketebalan yang relatif lebih kecil dibandingkan film dengan
pengerasan suhu 180 °C. Hal ini dapat diamati pada Tabel 4 dan Lampiran 5.

12
Tabel 4 Ukuran ketebalan film sampel CZTS hasil analisis SEM
Tebal Film
Sampel
(µm)
C30H
3.089
C45H
6.366
C60H
1.950
C30T
3.332
C45T
3.352
C60T
1.228

Gambar 7 Foto hasil analisis SEM sampel C45T

Energi Celah Pita Hasil Pengukuran dengan Spektrofotometer UV-Vis
Energi celah pita ialah energi yang dibutuhkan untuk mengeksitasi
elektron dari pita valensi ke pita konduksi. Suatu material akan digolongkan
sebagai semikonduktor CZTS jika memiliki nilai energi celah pita 1.5–2.7 eV, dan
nilai koefisien absorpsi sekitar 104 cm-1 (Pawar 2010). Jika energi celah pita lebih
dari 5.0 eV, maka materi tersebut tergolong insulator. Nilai energi celah pita yang
terukur akan digunakan sebagai acuan nilai efisiensi sel surya dalam mengubah
energi matahari menjadi energi listrik spektrofotometer UV-Vis pada kisaran
panjang gelombang 250–800 nm. Sampel film tipis CZTS dimasukkan ke dalam
wadah sampel, diukur nilai persen transmitansnya (% T), kemudian dikonversi
menjadi nilai absorbans (A). Nilai A tersebut digunakan untuk menghitung nilai
koefisien absorpsi (α). Setelah itu dicari nilai energi dasarnya (Eg). Selanjutnya
dibuat grafik hubungan (α2) dengan nilai (hv). Berdasarkan kurva tersebut, nilai
energi celah pita dapat ditentukan dari persinggungan garis dengan titik belok
kurva (Lampiran 6).
Berdasarkan hasil pengukuran dan perhitungan energi celah pita (Lampiran
6 dan Tabel 5), energi celah pita terbaik berada pada sampel C45T sebesar 2.2 eV.
Hal tersebut sesuai dengan literatur yang menyebutkan bahwa energi celah pita

13
CZTS berada pada kisaran 1.5–2.7 eV. Sedangkan pada sampel CZTS lainnya
diperoleh energi celah pita 3.8–4.0 eV. Nilai tersebut diperkirakan energi celah
pita senyawa ZnS. Hal ini didukung oleh literatur yang menyebutkan bahwa nilai
energi celah pita ZnS sekitar 3.58 eV (Markvart 2008). Semakin kecil nilai energi
celah pita suatu materi, maka akan semakin mudah materi tersebut mengkonversi
energi matahari menjadi energi listrik. Hal ini berkaitan dengan kemudahan
elektron bereksitasi dari pita valensi menuju pita konduksi. Nilai koefisien
absorpsi yang diperoleh pada sampel CZTS 2.74×103–9.48×103 cm-1. Nilai
koefisien absorpsi yang paling mendekati literatur ialah nilai koefisein absorpsi
sampel C60H, sebesar 9.48×103 cm-1. Sedangkan koefisein absorpsi literatur,
yaitu sebesar 1.0×104 cm-1. Semakin besar nilai koefisien absorpsi maka energi
listrik yang dihasilkan akan semakin baik karena materi lebih mudah untuk
menyerap energi matahari. Jika energi matahari banyak terserap, elektron akan
lebih mudah tereksitasi ke pita konduksi dan akhirnya akan membuat aliran p-n
junction, yang nantinya akan menimbulkan arus listrik.
Tabel 5 Hasil analisis energi celah pita dengan spektrofotometer UV-Vis
Koefisien absorpsi Energi celah pita
Sampel
(eV)
(cm-1)
C30H
5.28×103
3.8
3
C45H
2.74×10
3.7
3
C60H
9.48×10
4.0
C30T
3.47×103
3.9
3
C45T
3.11×10
2.2
C60T
3.88×103
3.8

Hasil Analisis Unsur Logam dengan AAS
Analisis kandungan unsur logam pada film CZTS bertujuan memastikan
film CZTS tersebut mengandung unsur-unsur logam penyusun senyawa
Cu2ZnSnS4. Analisis AAS dilakukan dengan cara sampel film tipis CZTS
dilarutkan dengan larutan HNO3 3 M sebanyak 25 mL. Tujuan penggunaan HNO3
3 M untuk melarutkan logam Cu, Zn, dan Sn yang terdapat dalam film CZTS.
Sampel yang sudah dilarutkan HN03 kemudian dianalisis unsur logam Cu, Zn, dan
Sn menggunakan AAS. Berdasarkan hasil analisis AAS, sampel film hasil
pengerasan suhu 180 dan 500 °C menunjukkan unsur Sn tinggi nilai
konsentrasinya dibandingkan unsur Cu dan Zn (Tabel 5). Berdasarkan hasil AAS
dapat dipastikan bahwa unsur logam penyusun senyawa Cu2ZnSnS4 seperti Cu, Zn,
dan Sn memang terdapat di dalam sampel film tersebut.
Hasil analisis kandungan unsur logam menggunakan AAS menunjukan
bahwa proses pembentukan film kristal CZTS telah berhasil, tetapi hasil ini
kurang sesuai dengan data dari hasil analisis difraksi sinar X. Konsentrasi unsur
logam Sn lebih tinggi paling tinggi dibandingkan dengan logam Cu dan Zn.
Seharusnya logam Cu memiliki konsentrasi yang lebih besar dibandingkan logam
Sn dan Zn. Hal ini dikarenakan nilai potensial reduksi Cu paling besar
dibandingkan Sn dan Zn. Nilai konsentrasi Sn yang tinggi bisa disebabkan karena
ikut terlarutnya lapisan timah pada kaca ITO ketika dilarutkan dengan HNO3.

14

Sampel
Blanko
C30H
C45H
C60H
C30T
C45T
C60T

Tabel 6 Hasil analisis unsur logam dengan AAS
[Cu]
[Zn]
Bobot
(ppm)
(ppm)
(mg)
Terukur Terkoreksi Terukur Terkoreksi
0.0000 -0.0389 0.0000
-0.0450 0.0000
0.7500 0.4396
2.9307
0.2139 1.4260
0.8600 0.6662
3.8733
0.0733 0.4262
1.4500 0.8688
2.9961
0.1188 0.4097
1.5000 0.1719
0.5730
0.2008 0.6693
1.3000 1.7401
6.6927
0.0386 0.1485
1.4000 0.4478
1.5992
0.0633 0.2261

[Sn]
(ppm)
Terukur Terkoreksi
-0.6000 0.0000
0.1800 1.0000
0.3400 1.9767
0.2500 0.8621
1.4300 4.7667
1.7800 6.8462
2.4400 8.7143

SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Film CZTS yang terbentuk dari hasil pengerasan suhu 500 °C dengan waktu
elektrodeposisi 45 menit memiliki kriteria sifat fisik dan optik yang paling baik
dibandingkan sampel CZTS hasil pengerasan suhu 180 °C dengan waktu
elektrodeposisi 30, 45, dan 60 menit. Struktur kristal film CZTS yang didapat dari
hasil analisis XRD, yaitu kesterit dengan sistem kristal tetragonal dan puncak
tertinggi pada (112) dan (204). Ukuran tebal film yang didapat berdasarkan hasil
analisis SEM sekitar 1.228–6.366 µm. Hasil uji spektrofotometer UV-Vis
menunjukkan nilai energi celah pita terbaik yang didapat, yaitu pada sampel
C45T 2.2 eV. Nilai koefisien absorpsi sebesar yang diperoleh 2.74×103–9.48×103
cm-1. Uji AAS menunjukkan konsentrasi unsur logam yang paling besar pada
semua sampel film CZTS, yaitu logam Sn. Film CZTS yang terbentuk sudah
sesuai dengan kriteria lapisan penyerap cahaya pada sel surya umumnya.

Saran
Film CZTS yang didapat belum seutuhnya berada pada satu fase Cu2ZnSnS4,
masih banyak terdapat fase sekunder yang dominan seperti Cu2S, ZnS, dan SnS.
Hal tersebut dapat diperbaiki dengan melakukan optimasi suhu pada saat
pengerasan film. Perlu dilakukannya perhitungan ukuran kristal. Semikonduktor
film CZTS juga masih dalam bentuk single junction dan masih dalam bentuk satu
lapisan, akan lebih baik lagi jika dibuat multijunction dengan penambahan
senyawa semikonduktor lain di beberapa lapisannya, sehingga energi celah pita
yang dihasilkan akan semakin kecil dan nilai efisensi dari semikonduktor akan
semakin besar.

15

DAFTAR PUSTAKA
Aissaoui O, Mehdaoui S, Bechiri L, Benabdeslem M, Benslim N, Amara A,
Mahdjoubi L, Nouet G. 2007. Syntheis and material properties of Cu-III-VI2
chalcopyrite thin films. J Phys D 40: 5663-5665. doi:
10.1016/j.physd.2007.01.005.
Hasan Z, Rani E. 2012. Rancang bangun konversi energi surya menjadi energi
listrik dengan model elevated solar tower. Jurnal Neutrino 2: 154-155.
Jun Z. 2011. Characterization of Cu2ZnSnS4 thin films prepared by sulfurization
of simultaneously evaporated alloy films. BATR 5: 51-53.
Khare A. 2012. Synthesis and characterization of copper zinc tin sulfide (CZTS)
nanoparticles and thin films [disertasi]. Twin Cities: University of
Minnesota.
Lin X, Kavalakkatt J, Kornhuber K, Levcenko S, Martha C, Steiner L, Ennaoui A.
2012. Structural and optical properties of Cu2ZnSnS4 thin film absorbers
from ZnS and Cu3SnS4 nanoparticle precursors. Thin Solid Films:
1-4.
doi: 10.1016/2012.10.034.
Markvart T, Luis C. 2008. Practical Handbook Photovoltaics: Fundamentals and
Applications. San Diego: Elsevier Science.
Pawar SM, Pawar BS, Moholkar AV, Choi DS, Yun JH, Moon JH, Kolekar SS,
Kim JH. 2010. Single step electrosynthesis of Cu2ZnSnS4 (CZTS) thin films
for solar cell application. Electrochimica Acta 55: 4057-4061. doi:
10.0013/2010/4686.
Pawar SM, Pawar BS, Gurav KV, Bae DW, Kwon SH, Kolekar SS, and Kim JH.
2012. Fabrication of Cu2ZnSnS4 thin film solar cell using single step
electrodeposition method. Japanese Journal of Appl Phys 51: 1-4. doi:
10.1143/JJAP.51.10NC27.
Piebalgs A, Potocnik J. 2009. Photovoltaic Solar Energy: Development and
Current Research. Hamburg: European Communities.
Reith P, Gerben H. 2012. Investigating electrodeposition to grow CATS thin film
for solar cell applicatipons [disertasi].
Twin Cities: University of
Minnesota.
Sarswat PK. 2012. Alternative methods to fabricate and evaluate copper zinc tin
sulfide based absorber layers on transparent conducting electrodes
[disertasi]. Utah: The University of Utah.
Todorov T, Wang K,Gunawan O, Shin B, Chey SJ, Bojarczuk NA, Mitzi D,
Guhaa S. 2010. Thermally evaporated Cu2ZnSnS4 solar cells. Appl Phys
Lett 1: 97-99. doi: 10.1063/1.3499284.
Wang H. 2011. Progress in thin film solar cells based on Cu2ZnSnS4.International
Journal of Photo Energy 1: 1-10. doi: 10.1155/IJP/2011/43213.
William H, John A. 2006. Elektromagnetika. Irham, penerjemah. Jakarta:
Erlangga. Terjemahan dari: Engineering Electromagnetics.
Xia J. 2012. Solution-Processed Metallic Conducting Polymer Films of
Optoelectronic Devices. Advanced Materials 24: 2436–2440. doi:
10.1002/adma.200304349.

16
Lampiran 1 Bagan alir penelitian

Pembersihan kaca ITO 500 Ω

Pembuatan larutan elektrolit

Elektrodeposisi film selama 30,
45, dan 60 menit

Film amorf

Proses pengerasan pada suhu 180
dan 500 °C

Film kristal
CZTS

Analisis XRD, SEM,
spektrofotometer UV-Vis, dan AAS

17
Lampiran 2 Difraktogram XRD

Difraktogram XRD C60H

Difraktogram XRD C60T

Difraktogram XRD C45H

18
Lanjutan Lampiran 2

Difraktogram XRD C45T

Difraktogram XRD C30H

Difraktogram XRD C30T

19
Lampiran 3 Difraktogram hasil analisis XRD menggunakan program Match 2

Difraktogram XRD C30H

Difraktogram XRD C30T

Difraktogram XRD C45H

20
Lanjutan Lampiran 3

Difraktogram XRD C45T

Difraktogram XRD C60H

Difraktogram XRD C60T

21
Lampiran 4 Hasil analisis XRD menggunakan program Match 2

22
Lanjutan Lampiran 4

23
Lampiran 5 Hasil analisis SEM

\
C30H

C30T

C45H

C45T

C60H

C60T

24

α2 (cm-2)

8,00E+09
7,00E+09
6,00E+09
5,00E+09
4,00E+09
3,00E+09

Eg =
3.8 eV

2,00E+09
1,00E+09
0,00E+00
0,00

2,00

4,00

α2 (cm-2)

Lampiran 6 Hasil analisis energi celah pita

9,00E+09
8,00E+09
7,00E+09
6,00E+09
5,00E+09
4,00E+09
3,00E+09
2,00E+09
1,00E+09
0,00E+00

6,00

Eg =
3.9
eV

0,00

hv (eV)

hv (eV)

Energi celah pita C30H

5,00

Energi celah pita C30T

α2 (cm-2)

α2 (cm-2)

1,00E+10

1,60E+09
1,40E+09
1,20E+09
1,00E+09
8,00E+08
6,00E+08
4,00E+08
2,00E+08
0,00E+00

8,00E+09
6,00E+09
Eg =
3.7 eV

Eg =
2.2 eV

4,00E+09
2,00E+09
0,00E+00

0,00

2,00

4,00

hv (eV)

6,00

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00

hv (eV)

Energi celah pita C45H

Energi celah pita C45T

5,00E+10

α2 (cm-2)

3,00E+10

4,00E+10

(cm-2)

2,00E+10

4,50E+10
3,50E+10

α2

2,50E+10

3,00E+10
Eg =
4.0 eV

1,50E+10

Eg =
3.8 eV

2,50E+10
2,00E+10

1,00E+10

1,50E+10
1,00E+10

5,00E+09

5,00E+09
0,00E+00

0,00E+00
0,00

2,00

4,00

hv (eV)

Energi celah pita C60H

6,00

0,00

2,00

4,00

hv (eV)

6,00

Energi celah pita C60T

25
Lanjutan Lampiran 6

8,00E+09
6,00E+09

α2 (cm-2)

1,00E+10

Eg = 2.2 eV

4,00E+09
2,00E+09
0,00E+00
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00

hv (eV)

Energi celah pita C45T

26
RIWAYAT HIDUP
Penulis lahir di Tangerang, 3 November 1990. Penulis merupakan anak
ketiga dari pasangan Endang Sanusi dan Elis Lisnawati. Pada tahun 2009, penulis
lulus dari SMAN 47 Jakarta dan melanjutkan studi di Departemen Kimia,
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan, Institut Pertanian Bogor melalui jalur
undangan seleksi masuk IPB (USMI). Selama masa kuliah, penulis aktif dalam
berbagai kegiatan, antara lain organisasi mahasiswa. Organisasi yang pernah
diikuti selama kuliah, yaitu anggota Divisi Pengembangan Sumber Daya
Mahasiswa Ikatan Mahasiswa Kimia (2010-2011). Selain itu, penulis pernah
menjadi asisten praktikum, antara lain Asisten Kimia Fisika Mayor dan Layanan
(2012-2013) dan Asisten Kimia Lingkungan (2013). Penulis juga pernah
melakukan praktik lapangan di Laboratorium Spektroskopi, Lembaga Minyak dan
Gas (LEMIGAS) dengan judul laporan Analisis Sifat Fisika Kimia Aditif
Combustion Booster pada Bahan Bakar Bensin Premium 88.