TRANSPARAN TERHADAP SIFAT OPTIK DAN SIFAT LISTRIK UNTUK APLIKASI SEL SURYA TRANSPARAN

PENGARUH SUHU ANNEALING PADA LAPISAN TIPIS TiO

  2 TRANSPARAN TERHADAP SIFAT OPTIK DAN SIFAT

  

Disusun Oleh :

NANDANI

M0213063

SKRIPSI

PROGAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

SEPTEMBER 2017

PENGARUH SUHU ANNEALING PADA LAPISAN TIPIS TiO

  2 TRANSPARAN TERHADAP SIFAT OPTIK DAN SIFAT LISTRIK UNTUK APLIKASI SEL SURYA TRANSPARAN

Disusun Oleh :

  

NANDANI

M0213063

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian

Persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains

  

PROGAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

  PERNYATAAN

  Dengan ini saya menyatakan bahwa isi skripsi saya yang berjudul

  2 Transparan Terhadap Sifat

  “Pengaruh Suhu Annealing Pada Lapisan Tipis TiO

Optik dan Sifat Listrik Untuk Aplikasi Sel Surya Transparan ” adalah hasil

  penelitian saya dan benar-benar sepengetahuan saya hingga saat ini. Materi Skripsi tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain untuk mendapatkan gelar Sarjana di Universitas Sebelas Maret Surakarta atau di Perguruan Tinggi lainya kecuali telah dituliskan dibagian daftar pustaka Skripsi ini. Segala bentuk banuan dari semua pihak telah ditulis dibagian ucapan terima kasih. Isi Skripsi ini boleh menjadi rujukan dan difotocopy secara bebas tanpa harus memberitahu penulis.

  Surakarta, 4 September 2017 Nandani

  

MOTTO

  “Kalau kamu capek, Kamu boleh marah, Kamu boleh sedih” “TAPI………..”

  “Jangan Pernah Nyerah, Kalau kamu nyerah, Berarti KALAH!!”

• L I Y- “Man Jadda Wajada”

  Barang siapa yang bersungguh-sungguh, maka dia kan berhasil (Mahfudzat)

  “Allah tidak membebani seserorang melainkan sesuai dengan kesanggupanya” “Jika kamu tidak ingin belajar, maka tak seorang pun yang akan menolong kamu.

  Sebaliknya, jika kamu memutuskan untuk belajar maka tak seorangpun yang mampu menghentikan kamu” “Kegagalan itu selangkah dari Keberhasilan”

  

PERSEMBAHAN

  Karya ini saya persembahkan untuk:

  1. Bapak, Ibu, Adik, Kakek dan Nenek yang selalu memberikan doa, kasih sayang, motivasi dan materiil kepada saya selama saya menuntut ilmu. Maaf hanya bisa memberikan secuil karyaku ini untuk saat ini.

  2. Keluarga Material Research Group.

  3. Teman-teman EMF 2013, Fisika FMIPA Universitas Sebelas Maret.

  Pengaruh Suhu Annealing Pada Lapisan Tipis TiO

  2 Transparan Terhadap

Sifat Optik dan Sifat Listrik Untuk Aplikasi Sel Surya Transparan

  NANDANI Prodi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

  Universitas Sebelas Maret

  

ABSTRAK

Titanium dioksida (TiO 2 ) merupakan bahan serbaguna dalam beberapa aplikasi

  baik dalam penyerapan cahaya atau transparansi untuk penambahan konduktivitas listrik. Titanium dioksida memiliki tiga struktur kristal yang berbeda: rutil (tetragonal), anatase (tetragonal) dan brookite (ortorombik). Jenis fase kristal dari TiO

  2 yang sering digunakan pada DSSC adalah fase anatase, hal ini dikarenakan

  fase anatase memiliki tingkat fotoaktivitas yang tinggi serta luas permukaan yang besar. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh suhu annealing pada

  2 lapisan tipis TiO transparan yang dapat diaplikasikan pada sel surya transparan.

  Lapisan tipis TiO

  2 transparan dideposisi dengan menggunakan metode screen printing . Screen yang digunakan yaitu tipe T-49 sedangkan pasta TiO 2 yang

  digunakan merupakan merk dyesol dengan spesifikasi 18NR-T. Lapisan tipis TiO

  2

  transparan yang telah terdeposisi kemudian diberi perlakuan annealing dengan

  o o o o

  variasi suhu 450

  C, 500

  C, 550 C dan 600

  C. Karakterisasi dilakukan dengan menggunakan X-Ray Diffraction (XRD) untuk mengetahui pengaruh suhu

  annealing terhadap kekristalan lapisan tipis TiO 2 transparan. Karakterisasi

  morfologi permukaan menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM). Sifat optik absorbansi, transmitansi dan energi celah optik (bandgap) menggunakan UV-Vis Spectrophotometer. Sifat listrik yaitu resistivitas diukur dengan menggunakan four point probe. Puncak difraksi muncul paling banyak pada suhu

  o

  anil 550 C dengan fase anatase. Puncak absorbansi tertinggi lapisan tipis TiO

  2 o

  transparan terjadi pada panjang gelombang 303 nm saat diberi suhu anil 550 C. Pemberian variasi suhu annealing pada lapisan tipis TiO

  2 transparan

  mengakibatkan nilai resistivitas semakin turun. Nilai resistivitas terkecil

  o −2

  4,12 × 10 Kata kunci: Annealing, TiO

  didapatkan pada suhu anil 550 C sebesar Ωm.

  2 transparan , Screen Printing dan anatase

  Effect of Annealing Temperature on Thin Film of TiO

  2 Transparent on

Optical Properties and Electrical Properties for Transparent Solar Cell

Applications

  

NANDANI

Physics Departement, Faculty of Mathematics and Natural Saint

Sebelas Maret University

  

ABSTRACT

Titanium dioxide (TiO 2 ) is a versatile material in several applications whether in

light absorption or transparency for the addition of electrical conductivity.

Titanium dioxide had three distinct crystalline structures: rutile (tetragonal),

anatase (tetragonal) and brookite (orthorhombic). The type of crystal phase of

TiO 2 frequently used in DSSC is the anatase phase, this is because the anatase

phase had a high degree of photoactivity and large surface area. The purpose of

this research is to determine the effect of annealing temperature on a transparent

  2

  2 TiO thin film can be applied to transparent solar cells. The transparent TiO thin

film is deposited used screen printing method. Screen used is type T-49 while

TiO

  2 paste that used is brand dyesol with specification 18NR-T. The transparent o

  TiO

2 thin film was then treated with annealing temperature variations of 450

  C,

  o o o

  500

  C, 550 C dan 600 C . Characterization was by using X-Ray Diffraction (XRD)

  to determine the effect of annealing temperature on crystalline transparent TiO

  2

thin film. Characterization of surface morphology used Scanning Electron

Microscopy (SEM). The optical properties of absorbance, transmittance and

bandgap energy used UV-Vis Spectrophotometer. The electrical properties of

resistivity are measured used four point probes. The diffraction peaks appear most

o

at an annealed anode 550 C temperature. The highest absorbance peak of the

  2

transparent TiO thin film occurs at a wavelength of 303 nm when given an

o annealing temperature of 550

  C. Provision of annealing temperature variation on the transparent TiO 2 thin film results in decreasing resistivity values. The smallest o

  −2 resistivity value is obtained an annealing temperature of 550 C at

  4.12 × 10 Ωm. Alhamdulillah irrobil’alamin. Puji syukur atas kehadirat Allah SWT yang telah memberikan kemudahan, kelancaran dan nikmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan Skripsi ini. Skripsi dengan judul

  “Pengaruh Suhu Annealing Pada Lapisan Tipis TiO

  2 Transparan Terhadap

Sifat Optik dan Sifat Listrik Un tuk Aplikasi Sel Surya Transparan” merupakan

  salah satu syarat wajib untuk mendapatkan gelar Sarjana Sains di Progam Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret Surakarta. Penulisan Laporan Skripsi ini dapat terselesaikan berkat bantuan dari berbagai pihak, maka dari itu penulis sampaikan ucapan terima kasih kepada :

  1. Allah SWT yang telah memberikan kelancaran sehingga skripsi ini bisa terselesaikan.

  2. Ayah, ibu, adik, kakek dan nenek tercinta yang selalu mendoakan dan mendukung secara moril dan materil.

  3. Bapak Dr. Fahru Nurosyid, S.Si., M.Si. selaku Kepala Progam Studi Fisika FMIPA UNS.

  4. Bapak Dr. Agus Supriyanto, S.Si., M.Si selaku pembimbing pertama yang telah membimbing saya dengan sabar dan selalu memberikan arahan dari metopel II hingga Skripsi ini terselesaikan.

  5. Bapak Prof. Ir. Ari Handono Ramelan M.Sc (Hons). Ph.D selaku pembimbing kedua yang telah membimbing dan memberi tambahan arahan sehingga Skripsi ini terselesaikan.

  6. Bapak Budi Legowo, S.Si., M.Si. selaku pembimbing akademik dari semester awal hingga akhir yang selalu memberi arahan mengenai mata kuliah.

  7. Ajeng, Jakiyah, Rizki dan Uswa sudah menemani saya selama masa kuliah dan menjadi keluarga di Solo.

  8. Anggit, Regina, Nilam, Errin, Sistha, Yasin, Julian dan teman-teman

  Material Research Group Progam Studi Fisika yang telah mewarnai selama penelitian.

  9. Teman

• – teman bimbingan Bapak Agus yang telah membersamai dalam belajar sel surya.

  10. Ayu, Aini, Lian, Azka, Sinta, Yani dan Nurul yang telah menambah warna pertemanan.

  11. Teman – teman EMF 2013 yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu yang telah menemani masa kuliah hingga akhir perkuliahan.

  Semoga Allah SWT memberikan balasan atas kebaikan dan bantuan yang telah diberikan kepada penulis. Penulis menyadari dalam penulisan Skripsi ini masih banyak kekurangan pada penulisan, isi dan kajian materi. Dengan segala kekurangan yang terdapat pada Skripsi ini, semoga Skripsi ini dapat bermanfaat.

  Surakarta, 4 September 2017 Nandani

  

PUBLIKASI

  No Judul Penulis Jenis Publikasi

  1 Effect of Sintering on Transparent TiO

  2

  18NR-T Type Thin Films as The Working Electrode For Transparent Solar Cells

  Agus Supriyanto, Nandani, Sayekti Wahyuningsih , Ari Handono Ramelan

  “International Conference on Advanced Material for Better Future

  ”, 2017, UNS, Surakarta, 4-

  5 September 2017 (Oral Presentation)

  2 Effect of Annealing Temperature on Optical Properties of TiO

  2

  18NR-T type Thin Film

  Nandani, Agus Supriyanto, Ari Handono Ramelan, Fahru Nurosyid

  “International Conference on Theoretical and Applied Physics ”, 2017, UGM, Yogyakarta, 6-8 September 2017 (Oral Presentation)

  

DAFTAR ISI

  Halaman

  HALAMAN JUDUL ..................................................................................... i HALAMAN PERSETUJUAN ..................................................................... ii

HALAMAN PENGESAHAN ...................................................................... iii

HALAMAN PERNYATAAN ...................................................................... iv

HALAMAN MOTTO .................................................................................. v

HALAMAN PERSEMBAHAN ................................................................... vi

HALAMAN ABSTRAK .............................................................................. vii

HALAMAN ABSTRACT ............................................................................ viii

KATA PENGANTAR .................................................................................. ix

HALAMAN PUBLIKASI ............................................................................ x

DAFTAR ISI ................................................................................................ xi

DAFTAR TABEL ........................................................................................ xii

DAFTAR GAMBAR .................................................................................... xiii

DAFTAR SIMBOL ...................................................................................... xiv

  BAB I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ............................................................................... 1 1.2. Batasan Masalah ............................................................................ 4 1.3. Perumusan Masalah ....................................................................... 4 1.4. Tujuan Penelitian ........................................................................... 4 1.5. Manfaat Penelitian ......................................................................... 5 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Sel Surya ....................................................................................... 6 2.1.1. Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) ........................................... 7

  2.1.2. Material Titanium Dioxide (TiO

  2 ) ........................................... 8

  2.1.3. Struktur Kristal TiO

  2 ............................................................... 9 2.2.

  Fotokatalisis ................................................................................... 11 2.3. Metode Screen Printing ................................................................. 11 2.4. Heat Treatment .............................................................................. 12 2.5. Karakterisasi Lapisan ..................................................................... 13 2.5.1.

  X-Ray Diffraction (XRD) ........................................................ 13 2.5.2. Scanning Electron Microscope (SEM) ..................................... 14 2.5.3. Spektofotometer Ultra Violet – Visible ( UV-Vis) .................... 15 2.5.4. Pengukuran dengan Four Point Probe ..................................... 16 2.6. Sifat Optik Lapisan Tipis ............................................................... 17 2.7. Sifat Listrik Lapisan Tipis .............................................................. 17

  BAB III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ......................................................... 19 3.2. Alat dan Bahan .............................................................................. 19 3.2.1. Alat Penelitian ......................................................................... 19 3.2.2. Bahan Penelitian ..................................................................... 20 3.3. Metode Penelitian ........................................................................... 20

  3.3.1. Preparasi Subtrat ..................................................................... 22 3.3.2.

  2 Transparan

  ………………………... 35

  2 Transparan

  …….. 31 4.4. Resistivitas Lapisan Tipis TiO

  2 Transparan dengan UV-Vis

  …………. . 30 4.3. Karakterisasi Lapisan Tipis TiO

  2 Transparan

  ……………….. 27 4.2. Karakterisasi Ketebalan Lapisan Tipis TiO

  BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Karakterisasi XRD Lapisan Tipis TiO

  Pelapisan TiO

  Karakterisasi Fase Kristal ................................................... 24 3.3.3.2. Karakterisasi Ketebalan ...................................................... 25 3.3.3.3. Karakterisasi Absorbansi dan Transmitansi ......................... 25 3.3.3.4. Pengukuran Resistivitas ...................................................... 25 3.4. Analis Data .................................................................................... 26

  Karakterisasi ........................................................................... 24 3.3.3.1.

  2 Transparan ...................................... 23 3.3.3.

  Deposisi Lapisan TiO

  2 Transparan ......................................................... 22 3.3.2.2.

  Pasta TiO

  2 Transparan ...................................................... 22 3.3.2.1.

  BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan .................................................................................... 39 5.2. Saran .............................................................................................. 40

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... 41

LAMPIRAN ................................................................................................. 46

  

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1.

  2

  ……………………………………….................. 9 Sifat Fisika TiO Tabel 4.1.

  2 Transparan dengan Waktu

  Energi Bandgap Lapisan Tipis TiO Anil 1 Jam ................................................................................... 34

Tabel 4.2. Nilai Resistivitas Lapisan Tipis TiO

  2 Transparan dengan Variasi o o o o

  Suhu Annealing 450

  C, 500

  C, 550 C dan 600 C ……………….. 36

  

DAFTAR GAMBAR

  o

  2 Transparan

  dengan Waktu Anil 1 Jam ……………………………………. 34 Gambar 4.6. (a) Grafik Hasil Pengukuran Lapisan Tipis TiO

  2 Transparan

  Kurva Energi Bandgap Lapisan Tipis TiO

  dengan Waktu Anil 1 Jam ……………………………………. 33 Gambar 4.5.

  2 Transparan

  Waktu Anil 1 Jam ……………………………………………. 32 Gambar 4.4. Kurva Transmitansi Lapisan Tipis TiO

  2 Transparan dengan

  Kurva Absorbansi Lapisan Tipis TiO

  Tipe T-49 …………………………………………………….. 31 Gambar 4.3.

  2 Transparan Dengan Deposisi Menggunakan Screen

  C ……………………………………………………. 28 Gambar 4.2. Hasil SEM Secara Cross Section Lapisan Tipis TiO

  o

  C dan 600

  C, 550

  Halaman Gambar 2.1. Struktur TiO

  2 Transparan sebelum anneling ................................... 23

  2 = (a) Rutil, (b) Anatase, (c) Brookit ................. 10 Gambar 2.2.

  Hamburan Sinar X Pada Kristal ............................................ 14 Gambar 2.3. Skema pengukuran karakteristik four point probe ................. 16 Gambar 3.1. Alur Penelitian ...................................................................... 20 Gambar 3.2. Alat Ultrasonic Cleaner ........................................................ 21 Gambar 3.3. Larutan TiO

  2 Transparan ....................................................... 21 Gambar 3.4.

  Seperangkat Alat Screen Printing ......................................... 22 Gambar 3.5. Skema Area Deposisi Lapisan TiO

  2 Transparan .................... 23 Gambar 3.6.

  (a) TiO

  (b) TiO

  o

  2 Transparan setelah anneling .................................... 23 Gambar 4.1.

  Pola Difraksi Lapisan Tipis TiO

  2 Transparan dengan Waktu

  Anil 1 jam dan Variasi Suhu Annealing 450

  o

  C, 500

  menggunakan Four Point Probe ……………...…………….... 35

  

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Satuan

• n Orde pemantulan

  d Jarak antar atom nanometer (nm)

  Panjang gelombang nanometer (nm)

  T Transmitansi %

• 1 -1

  Absortivitas lt mol .cm Tebal lapisan Cm

  b

• 1

  c Konsentrasi sampel mol lt

I o Intensitas awal Candela

  

I Intensitas akhir Candela

  Koefisien serap meter (m)

  α h Konstanta Plank J s

  Frekuensi Secon

  υ g

  E Energi bandgap eV −2

  J Rapat arus Ampere.

  1 E Medan listrik V.m-

• 1

  Konduktivitas

  σ

  (Ωm)

  2 A Luas penampang

  Resistivitas

  ρ

  Ωm

  V Tegangan Volt

  Arus Ampere

  I L Panjang penampang lapisan Meter R Resistansi

  Ω