HASIL DAN PEMBAHASAN Sel Surya Berbasis Film Semikonduktor BaxSr(1-x)TiO3 dengan x = 0,5 ; 0,6 ; 0,7 ; 0,8

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Persiapan Substrat Silikon murni tipe-p adalah substrat yang digunakan pada penelitian ini. Substrat ini dipotong berbentuk persegi dengan ukuran 1 cm x 1 cm dan 2 cm x 2 cm menggunakan mata intan. Setelah dipotong substrat ini kemudian dicuci melalui 5 lima tahap pencucian seperti yang telah dijelaskan pada bagian metodologi. Hasil keseluruhan dari proses persiapan substrat ini tentu saja adalah silikon berukuran 1cm x 1cm dan 2cm x 2cm, dan terlihat pada silikonnya lebih jernih seperti cermin. Tetapi karena proses pemotongan menggunakan mata intan, bentuk substrat silikon yang diperoleh tidak berbentuk persegi sempurna dan. Hasil proses persiapan substrat ini dapat dilihat pada Gambar 12. Pembuatan Larutan BST Larutan BST yang digunakan pada penelitian ini dihasilkan dari pencampuran barium asetat, stronsium asetat, dan titanium isopropoksida. Hasil dari proses ini adalah larutan BST yang memiliki warna putih dan dibawah larutan tersebut terdapat endapan yang merupakan sisa dari proses pencampuran. Larutan BST yang sudah jadi ini harus cepat digunakan karena jika tidak larutan ini akan membeku sehingga tidak dapat dijadikan film. Proses Penumbuhan Film Proses selanjutnya setelah dihasilkan larutan BST adalah penumbuhan film pada substrat yang digunakan. Untuk melakukan proses penumbuhan film ini digunakan proses spin coating yaitu larutan BST yang telah dibuat diteteskan pada substrat dan di spin pada kecepatan 3000 rpm. Hasil dari proses penumbuhan film ini adalah satu per tiga dari luas substrat silikon akan berbentuk film BST dan sisa luasnya adalah bagian substrat silikon murni, hal ini sesuai dengan prinsip dasar yang digunakan dalam pembuatan sel surya ini yaitu persambungan p-n, dengan tipe-p nya adalah substrat silikon murni dan tipe-n nya adalah film BST yang ditumbuhi pada substrat. Hasil proses penumbuhan film BST ini dapat dilihat pada Gambar 13. Proses Annealing Proses annealing adalah proses pemanasan sampel pada suhu tertentu menggunakan furnace. Pada proses ini substrat silikon yang telah ditumbuhi film BST dipanaskan pada suhu 850 C selama 29 jam. Hasil dari proses annealing ini tidak jauh berbeda dari hasil proses penumbuhan film, hanya setelah di- annealing film BST yang ditumbuhkan pada substrat tampak lebih padat dan keras secara kasat mata. Hasil proses annealing dapat dilihat pada Gambar 14. Pembuatan Kontak pada Film BST Setelah sampel di-annealing proses selanjutnya adalah pembuatan kontak. Sebelum dipasang kontak, dilakukan Gambar 12. Hasil proses persiapan substrat. Gambar 13. Hasil proses penumbuhan film. A sel surya V R 1MΩ Gambar 11. Rangkaian pengukuran karakterisasi fotovoltaik. proses evaporasi terlebih dahulu pada substrat menggunakan alumunium. Pada pemasangan kontak ini digunakan pasta perak karena konduktivitas bahannya lebih tinggi jika dibandingkan dengan bahan yang lain. Proses pemasangan kontak ini membutuhkan konsentrasi dan harus hati-hati karena film maupun substrat silikon murni pada sampel tersebut tidak boleh tersentuh oleh tangan. Hasil dari proses pemasangan kontak ini dapat dilihat pada gambar 15. Penghitungan Nilai Efisiensi Program komputasi penghitungan nilai efisiensi ini hanya dapat dijalankan pada software Matlab. Untuk menjalankannya cukup menyalinkan baris pertama program tersebut di bagian command window dari Matlab dan memasukkan nilai Psi, εo, cp, dan C yang sesuai dengan material yang digunakan. Berdasarkan literatur untuk BST nilai Psi nya adalah 7,66 μCcm 2 , Cp = 2,5 x 10 6 J m 3 K , C = 1300 C = 1,573 x 10 3 K , εo = 8,854 x 10 - 16 C 2 N cm 2 . 3,19 Dari program komputasi ini hasil yang akan didapatkan adalah berupa grafik efisiensi � terhadap pergeseran listrik Xo dari sel surya. Hasil kinerja dari program ini dapat dilihat pada Gambar 16. Pada grafik tersebut terlihat nilai efisiensi untuk sel surya dengan material NaNO 2 kurva1, LiTaO3 kurva 2, Triglycine Sulphate dankurva 4 juga Barium Stronsium Titanat BST kurva 3 yang digunakan pada penelitian ini. Dari grafik tersebut terlihat bahwa nilai efisiensi untuk sel surya dengan material BST lebih besar dari NaNO 2 tetapi lebih kecil dibandingkan LiTaO 3 dan TGS. Nilai efisiensi sel surya BST berdasarkan program komputasi ini dihasilkan nilai maksimumnya adalah 6,199474, hasil ini jika dibandingkan dengan praktik di lab sangat jauh berbeda. Berdasarkan hasil lab didapat nilai efisiensi sel surya untuk BST adalah 0,000014285. Perbedaan hasil antara praktik di lab dengan tinjauan teori ini dapat disebabkan karena beberapa hal, diantaranya yang sangat memungkinkan ialah lapisan film BST tidak terdeposisi secara merata pada substrat silikon pada saat spin coating. Tidak terdeposisinya lapisan BST secara merata akan sangat mempengaruhi aliran difusi antara elektron dan hole pada persambungan p-n. Gambar 14. Hasil proses annealing. Gambar 15. Hasil pembuatan kontak pada sampel. Gambar 16. Grafik efisiensi terhadap Xo. 4 2 3 1 E fis ie n si X o Seperti yang telah diketahui bahwa arus listrik merupakan aliran elektron tiap satuan waktu. 19 Hal ini lah yang menyebabkan mengapa arus dan tegangan listrik yang dihasilkan sel surya BST ini sangat kecil, sehingga menyebabkan efisiensi konversi energi foton dari matahari menjadi energi listrik bernilai tidak sesuai dengan tinjauan teori. Seharusnya pada saat sampel telah selesai dibuat, dilakukan karakterisasi terlebih dahulu menggunakan Scanning Electron Microscope SEM untuk memastikan deposisi film BST telah merata sebelum dilakukan karakterisasi lainnya. Karakterisasi I-V Pada karakterisasi I-V ini sampel sel surya yang telah dibuat dihubungkan dengan alat I-V meter secara langsung, kemudian pada alat I-V meter tersebut diatur besar tegangan catunya yaitu dari - 1,0 volt sampai +1,0 volt untuk sampel sel surya yang berukuran 1 cm x 1 cm dan untuk sampel yang berukuran 2 cm x 2 cm tegangan catu yang diberikan adalah dari -1,0 volt sampai +1,0 volt. Hasil dari pengujian I-V ini dapat dilihat pada Gambar 17 untuk sampel yang berukuran 1 cm x 1 cm dan Gambar 18 untuk sampel yang berukuran 2 cm x 2 cm. -6.00E-04 -4.00E-04 -2.00E-04 0.00E+00 2.00E-04 4.00E-04 6.00E-04 8.00E-04 1.00E-03 -1.50E+01 -1.00E+01 -5.00E+00 0.00E+00 5.00E+00 1.00E+01 1.50E+01 A rus A Tegangan V x=0,5 x=0,6 x=0,7 x=0,8 Gambar 18. Hasil Karakterisasi I-V sampel berukuran 2 cm x 2 cm. -6.00E-04 -4.00E-04 -2.00E-04 0.00E+00 2.00E-04 4.00E-04 6.00E-04 8.00E-04 -1.50E+01 -1.00E+01 -5.00E+00 0.00E+00 5.00E+00 1.00E+01 1.50E+01 A rus A Tegangan V x=0,5 x=0,6 x=0,7 x=0,8 Gambar 17. Hasil Karakterisasi I-V sampel berukuran 1 cm x 1 cm. Kurva hasil pengukuran I-V meter tersebut menunjukan hasil bias mundur dan maju yang diberikan kepada sampel sel surya BST dengan cara memberinya tegangan catu. Bias mundur dilakukan pada sampel dengan memberikan tegangan catu yang bernilai minus sampai nol, sedangkan bias maju dilakukan dengan memberikan tegangan catu dari nol sampai positif. Kedua grafik tersebut memperlihatkan pola yang sama yaitu pada saat bias mundur, respon arus listrik yang dihasilkan sama-sama bernilai negatif hingga ketika di nol respon arusnya juga bernilai nol. Dan pada saat bias maju respon arus listrik yang dihasilkan sama-sama bernilai positif. Setelah dibandingkan dengan literatur pola bias mundur dan bias maju pada kurva tersebut menunjukan bahwa sampel yang dibuat baik yang berukuran 1 cm x 1 cm maupun yang berukuran 2 cm x 2 cm sama-sama memiliki sifat dioda. Hal ini menunjukan bahwa prinsip dasar persambungan p-n pada sel surya tersebut bekerja, karena persambungan p-n merupakan dioda yang dibuat dari penghubungan semikonduktor tipe-p dan semikonduktor tipe-n, dimana pada sampel sel surya BST ini yang menjadi 229.8 269.6 270.4 314.1 53.9 54.5 56.6 56.8 4.5 7.6 7.9 10.9 1.6 2.7 3.3 3.4 50 100 150 200 250 300 350 100 200 300 400 500 600 700 K o n d u kt iv itas Li str ik Sc m 10E -7 Intensitas Lux 0,5 0,6 0,7 0,8 Gambar 20. Hasil Karakterisasi konduktivitas listrik sampel 2 cm x 2 cm. 84.9 117.6 146.5 188.2 121.3 118.6 125.01 129.1 0.8 0.81 1.9 2.2 0.6 0.97 0.99 1.56 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 100 200 300 400 500 600 700 K o n d u kt iv itas Li str ik Sc m 10E -7 Intensitas Lux 0,5 0,6 0,7 0,8 Gambar 19. Hasil Karakterisasi konduktivitas listrik sampel 1 cm x 1 cm. semikonduktor tipe-p nya adalah silikon murni sedangkan tipe-n nya adalah film BST. Karakterisasi Konduktivitas Listrik Untuk karakterisasi konduktivitas listrik, pengujiannya dilakukan menggunakan LCR meter dimana sampel sel surya BST ini diberikan perlakuan berupa variasi intensitas penyinaran. Variasi intensitas yang diberikan adalah pada saat kondisi 0 lux, 200 lux, 400 lux, dan 600 lux untuk masing-masing sampel. Data hasil pengujian ini dapat dilihat pada Gambar 19 dan Gambar 20. Data awal yang diperoleh pada karakterisasi ini ialah nilai konduktansi G yang dapat dilihat pada alat LCR meter. Selanjutnya data konduktansi ini diolah dengan menggunakan persamaan 3 untuk mendapatkan nilai konduktivitas listrik. Sehingga dari nilai konduktivitas listrik ini dapat ditentukan apakah sampel yang dibuat ini tergolong kedalam material semikonduktor atau bukan. Berdasarkan hasil karakterisasi ini terlihat bahwa ketika sampel diberikan intensitas penyinaran yang semakin besar maka nilai konduktivitas listrik yang dihasilkan juga menunjukan hasil yang semakin besar. Perubahan yang mencolok terjadi pada sampel BST dengan fraksi mol 0,5 baik yang berukuran 1 cm x 1 cm maupun yang berukuran 2 cm x 2 cm. Terlihat pada hasil karakterisasi tersebut perubahan konduktivitas listriknya sangat signifikan jika dibandingkan dengan perubahan konduktivitas listrik untuk sampel BST dengan fraksi mol yang lain. Dari sini muncul dugaan bahwa banyaknya kehadiran ion-ion stronsium Sr yang merupakan salah satu unsur penyusun dari material BST mempengaruhi juga nilai konduktivitas, karena dari hasil karakterisasi tersebut untuk BST dengan fraksi mol 0,5 jumlah ion-ion stronsiumnya merupakan yang terbanyak dibandingkan dengan sampel BST dengan fraksi mol yang lain. Selain itu konduktivitas listrik yang dihasilkan oleh masing-masing sampel ini juga tidak terlepas dari beberapa faktor yang menentukan seperti besar jarak antar kontak dan besar luas kontak pada sampel itu sendiri. Hal ini bisa menjadi salah satu penyebab mengapa terjadi perbedaan nilai konduktivitas listrik pada sampel selain faktor lain seperti struktur mikroskopis dari film BST itu sendiri. Hal lain yang dapat dilihat dari hasil karakterisasi ini ialah nilai konduktivitas listrik yang dihasilkan semua sampel mempunyai range dari 10 -8 Scm – 10 -5 Scm. Range nilai ini jika dilihat pada literatur jenis material berdasarkan konduktivitas listriknya maka akan menunjukan bahwa sampel BST yang dikarakterisasi ini tergolong material semikonduktor dimana seperti yang diketahui bahwa material semikonduktor memiliki range nilai dari 10 -8 Scm – 10 3 Scm. 20 Karakterisasi Konstanta Dielektrik Pengujian untuk mencari nilai konstanta dielektrik dari masing-masing sampel dilakukan dengan menggunakan rangkaian seperti pada Gambar 10. Dimana sinyal datang dari function generator dialirkan menuju sampel sel surya BST yang kemudian diamati hasil perubahan sinyal tersebut pada osiloskop. Dari osiloskop tersebut akan diperoleh data time constant yang kemudian diolah untuk mendapatkan nilai kapasitansi dari sampel BST tersebut. Kemudian untuk mendapatkan nilai konstanta dielektrik gunakan persamaan kapasitansi. Hasil karakterisasi ini dapat dilihat pada Gambar 21 sampai Gambar 29 dimana kurva tersebut merupakan sinyal gelombang yang muncul di osiloskop pada saat sebelum dan sesudah dihubungkan dengan sampel. Gambar 21. Sinyal awal yang muncul di Osiloskop. Ukuran fraksi mol x CBST nF k konstanta dielektrik 1cm x 1cm 0,5 1,1 16,2 0,6 1 27,8 0,7 1 8,91 0,8 1 21,0 2cm x 2cm 0,5 1,3 16,0 0,6 1,2 4,5 0,7 1,2 6,18 0,8 1 4,15 Gambar 22. Sinyal pada sampel [x = 0,5 1cm x 1cm]. Gambar 23. Sinyal pada sampel [x = 0,6 1 cm x 1 cm]. Gambar 24. Sinyal pada sampel [x = 0,7 1cm x 1cm]. Gambar 25. Sinyal pada sampel [x = 0,8 1cm x 1cm]. Gambar 26. Sinyal pada sampel [x = 0,5 2 cm x 2 cm]. Gambar 27. Sinyal pada sampel [x = 0,6 2 cm x 2 cm]. Gambar 28. Sinyal pada sampel [x = 0,7 2 cm x 2 cm]. Gambar 29. Sinyal pada sampel [x = 0,8 2 cm x 2 cm]. Tabel 2. Nilai konstanta dielektrik sampel. Dari hasil sinyalgelombang yang muncul di osiloskop menunjukan bahwa bagian yang naik pada sinyalgelombang tersebut menunjukan bahwa sampel sedang melakukan charge menyimpan sedangkan bagian yang turun dari sinyalgelombang tersebut adalah kondisi discharge. Kondisi charge-discharge ini menunjukan bahwa sampel memiliki sifat seperti kapasitor dengan bahan dielektriknya sebagai penyebabnya. Bahan dielektrik dalam sampel ini ialah film BST itu sendiri. Dan karakterisasi ini bertujuan untuk mendapatkan nilai dilektrik dari sampel yang telah dibuat, nilai konstanta dielektrik yang diperoleh merupakan gambaran dimana material tersebut dapat menyimpan muatan listrik seiring dengan salah satu fungsi kapasitor sebagai penyimpan muatan. Dari grafik-grafik yang muncul di osiloskop, kelengkungan pada sinyal kotak menunjukan terjadinya aktifitas penyimpanan muatan pada sampel BST tersebut. Dari hasil pengujian didapatkan bahwa nilai konstanta dielektrik dari semua sampel yang diuji memiliki nilai yang berkisar diantara 4,15 sampai 27,8. Perbedaan nilai ini dapat terjadi karena beberapa faktor seperti faktor mikroskopis yang berasal dari struktur film BST itu sendiri dan faktor yang berasal dari luar yaitu karena ukuran luas film dan tebal film BST dari masing-masing sampel. Dari pengukuran terhadap luas film dan tebal film didapat hasil yang tidak homogen dalam artian masing-masing sampel memiliki tebal dan luas film yang berbeda-beda. Karakterisasi Fotovoltaik Karakterisasi fotovoltaik digunakan untuk melihat keluaran dari sel surya yang telah dibuat. Rangkaian untuk karakterisasi fotovoltaik ini dapat dilihat pada Gambar 30 dimana pada rangkaian tersebut digunakan ampermeter dan voltmeter untuk melihat arus dan tegangan yang dihasilkan. Dan hasil karakterisasi ini dapat dilihat pada grafik I-V sel surya pada Gambar 25. Hasil dari karakterisasi fotovoltaik yang telah dilakukan pada prototipe sel surya BST sesuai dengan karakterisasi sel surya pada umumnya dimana hubungan antara arus dan tegangannya berbanding terbalik secara eksponensial. Artinya pada saat pengukuran arus yang terbaca pada ampermeter mengalami kenaikan maka besar tegangan yang terukur di voltmeter mengalami penurunan dan begitu pula sebaliknya. Hasil karakterisasi ini juga 2E-08 4E-08 6E-08 8E-08 0.0000001 1.2E-07 1.4E-07 1.6E-07 1.8E-07 0.0000002 0.00E+00 1.00E-02 2.00E-02 3.00E-02 4.00E-02 5.00E-02 A ru s A Tegangan V karakteristik I-V nilai maksimum Gambar 30. Hasil fotovoltaik untuk 4 buah sel surya yang diparalelkan. 1.0E-07 2.0E-07 menunjukan bahwa tegangan maksimum yang dapat dihasilkan oleh sel surya tersebut ialah 2,6 x 10 -2 volt sedangkan arus maksimum yang dapat dihasilkan bernilai 1,24 x 10 -7 Ampere, dari data arus dan tegangan maksimum ini dapat diperoleh besar daya maksimum yang dihasilkan oleh sel surya tersebut adalah 3,22 x 10 -9 watt. Dari data ini dapat diperoleh nilai Voc yang merupakan tegangan terbesar pada rangkaian tebuka dan Isc yang didapat ketika tegangannya bernilai minimum yaitu 3.89 x 10 -2 volt dan 1.74 x 10 -7 Ampere, dan dari data- data ini diperolehlah nilai FF fill factor sebesar 0,476. Hasil karakterisasi ini merupakan hasil dari 4 empat buah sel yang dipasang secara parallel, hal ini dilakukan karena untuk 1 buah sel ketika dilakukan karakterisasi tidak diperoleh nilai pada ampermeter dan voltmeternya. Besar arus dan tegangan yang diperoleh dari karakterisasi fotovoltaik ini belum memberikan hasil yang mengejutkan, karena untuk satu buah sampel sel surya ditargetkan dapat menghasilkan arus yang besarnya minimal 0,1 atau 0,01 miliampere sedangkan teganganya ditargetkan bernilai 1 atau 0,1 volt. Dan hasil ini sebenarnya masih tergolong kecil untuk ukuran sel surya. Namun dari hasil karakterisasi fotovoltaik ini mengindikasikan bahwa film BST yang dideposisikan di atas substrat silikon dapat menimbukan persambungan p-n. Selain itu arus dan tegangan yang dihasilkan dari efek fotovoltaik ini juga menunjukan adanya gerak difusi dari elektron dan hole yang memperoleh energi foton akibat adanya penyinaran dari sumber cahaya.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN