Laporan Teknis 2013 P2ET LIPI

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

LAPORAN TEKNIS 

TEMATIK TAHUN 2013 

   

     

Tim

 

Penyusun:

 

Rr.

 

Widhya

 

Yusi

 

Samirahayu,

 

SE.,

 

MT

 

Dr.

 

Purwoko

 

Adhi

 

Yadi

 

Radiansah,

 

ST

 

Zaenul

 

Arifin,

 

SAP

 

Lisdiani

 

                         

PUSAT PENELITIAN ELEKTRONIKA DAN TELEKOMUNIKASI 

LEMBAGA ILMU PENGETAHUAN INDONESIA 

KATA

 

PENGANTAR

 

 

 

Program Tematik tahun 2013 di Pusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi  (PPET)  terdiri  dari  9  kegiatan,  yang  terbagi  dalam  tiga  bidang  yaitu  Elektronika,  Telekomunikasi, dan Bahan dan Komponen Mikroelektronika. 

Laporan  Teknis  ini  disusun  oleh  masing‐masing  tim  peneliti  kegiatan  yang  bersangkutan, dan hanya menampilkan hasil‐hasil yang dicapai selama tahun 2013. Oleh  karena  itu,  laporan  ini  tidak  bersifat  akumulatif  walaupun  beberapa  kegiatan  telah  memasuki tahap akhir. Akan tetapi, laporan ini tetap diharapkan bisa memberikan manfaat  bagi berbagai pihak yang berkepentingan, termasuk masyarakat pada umumnya. 

Kami  menyadari  bahwa  laporan  ini  masih  banyak  kekurangannya,  baik  secara  substansi maupun format penulisannya. Oleh karena itu, kritik dan saran senantiasa kami  harapkan guna perbaikan kualitas laporan teknis PPET dimasa yang akan datang. 

 

Bandung, Januari 2014 

Pusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi  Kepala, 

     

Dr. Hiskia 

NIP.  19650615 199103 1 006 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DAFTAR

 

ISI

 

   

TIM PENYUSUN 

 

ii KATA PENGANTAR 

 

iii DAFTAR ISI 

 

iv

 

1.   Pengembangan Modul Sub‐Sistem Radar Fmcw – Peneliti Utama : Arief  Suryadi Satyawan., M.T. 

 

1

2.   Rancang Bangun Modul Surya Berbasis  

Dye‐Sensitized Solar Cell – Peneliti Utama : Lia Muliani Pranoto, ST.,MT   

28

3.   Pembuatan Sel Surya Berbasis Polimer – Peneliti Utama : Dra. Erlyta Septa  Rosa, MT 

 

53

4.   Rancang Bangun Antena Radar Pengawas Pantai Menggunakan Teknologi  Film Tebal – Peneliti Utama : Dr.Ir. Yuyu Wahyu, MT 

 

80

5.   Pemanfaatan dan Pemasangan Radar Pengawas Pantai – Peneliti Utama :  Ir.Mashury, M.Eng 

 

104

6.   Pembuatan  Magnet  Barium  Ferit  Bonded  Hybrid  Untuk  Aplikasi  Circulator – Peneliti Utama : Tony Kristiantoro, S.ST 

 

132

7.   Rancang  Bangun  Band  Pass  Filter  (BPF) Gelombang Mikro  – Peneliti  Utama : Dadin Mahmudin, S.T 

148 8.   _{Rancang Bangun Transduser  Array untuk  Meningkatkan Daya Pancar} 

Sistem Sonar – Peneliti Utama : Deni Permana Kurniadi, ST 

162

9.   Pengembangan Through‐Wall Radar untuk Life Detector – Peneliti Utama  : Dr. Purwoko Adhi 

187            

                   

Pengembangan

 

Modul

 

Sub

‐

Sistem

 

Radar

 

Fmcw

 

 

Arief

 

Suryadi

 

Satyawan.,

 

M.T.

 

                                           

LEMBAR PENGESAHAN 

 

1.  Judul Kegiatan Penelitian   :  Pengembangan Modul Sub‐Sistem Radar  FMCW 

 

2.  Kegiatan Prioritas  :  Teknologi Informasi dan Komunikasi 

3.  Peneliti Utama  :    

  Nama    :  Arief Suryadi Satyawan. 

  Jenis Kelamin    :  Laki‐laki 

4.  Sifat Penelitian  :  Baru/Lanjutan       Tahun ke ‐ 1  5.  Lama Penelitian  :  …2…. (Dua) Tahun 

6.  Biaya Total 2013  :  Rp. 166.989.000    

     

Bandung,   20 Desember 2013 

 

Ketua PME PPET LIPI,  Peneliti Utama 

     

Dr. Purwoko Adhi, DEA  NIP. 19670911 198701 1 001 

Arief Suryadi Satyawan., M.T.  NIP. 19730801 199403 1 005 

         

                           

ABSTRAK 

Kegiatan ini bertujuan untuk mengembangkan modul subsistem radar yang dapat  diterapkan khususnya pada sistem radar FMCW. Secara umum kegiatan ini dibagi  dalam  dua  tahap  pengerjaan  sesuai  dengan  tahun  anggaran  penelitian  yang  diusulkan. Pada usulan tahun 2013 akan dilakukan pengembangan modul Direct  Digital Synthesizer (DDS) yang berfungsi sebagai pembangkit sinyal FMCW pada  pemancar radar, sedangkan pada tahun 2014 akan dilakukan pengembangan modul  Analog to Digital Converter (ADC) yang berfungsi sebagai data acquisition sinyal  radar pada sisi penerima. 

Berbeda dengan pengembangan sistem atau subsistem radar sebelumnya, pada dua  tahap  kegiatan  ini  akan  dilakukan  rancang  bangun  modul  secara  menyeluruh  meliputi disain rangkaian elektronika beserta perangkat lunak pendukungnya, dan  fabrikasi  hingga  menjadi  modul  yang  siap  pakai.  Dengan  demikian  diharapkan  melalui kegiatan ini akan didapat modul subsistem radar yang dapat menggantikan  peran modul‐modul yang sebelumnya banyak didatangkan dari luar negeri. Selain  itu, disain dan pengembangan modul subsistem radar ini selanjutnya diharapkan  dapat menekan biaya yang harus dikeluarkan dalam pembangunan sistem radar  FMCW. 

Untuk mencapai sasaran kegiatan pada tahun pertama yaitu terwujudnya prototype  modul DDS, maka telah dilakukan beberapa tahapan proses yang meliputi disain  rangkaian DDS dengan menggunakan komponen utama AD9956, realisasi rangkaian  DDS tersebut pada papan PCB multilayer, dan pengukuran kinerja rangkaian DDS di  laboratorium. Pada tahap disain, rangkaian DDS dibuat untuk dapat menghasilkan  sinyal luaran hingga 200 MH dan level sinyal – 10 dBm. Sedangkan pada tahap  realisasi, rangkaian DDS dibentuk pada papan PCB enam layer dengan bantuan  perangkat lunak Altium, sebelum dicetak pada jenis PCB yang sesuai (FR4). Pada  tahap akhir, rangkaian DDS yang telah dilengkapi komponen diukur kinerjanya di  laboratorium. 

 

Kata kunci: Sistem Radar, Direct Digital Synthesizer, Analog to Digital Converter,  Data 

                 Acquisition 

 

1. PENDAHULUAN 

1.1  Latar Belakang Masalah 

Penelitian dan pengembangan sistem radar telah lama dilakukan di PPET‐LIPI (ketika  masih bernama LEN‐LIPI), yang pada saat itu diawali dengan pengembangan sistem  konvensional pulse radar. Hal ini terus berlanjut sehingga pada sekitar awal tahun  2000 kita telah mulai melakukan pengembangan sistem radar baru bebasis teknologi 

merupakan  tantangan  bagi  pengembangan sistem radar  nasional, namun dapat  menjadi peluang bagi para peneliti untuk dapat menghasilkan komponen atau modul  pendukung sistem radar. 

 

1.2  Perumusan Masalah 

Permasalahan  dalam  kegiatan tahun  pertama ini  dapat  dirumuskan  dalam  tiga  bagian, yaitu kegiatan perencanaan dan realisasi, pengukuran dan perbaikan alat dan  dokumentasi kegiatan, yang secara umum dapat diuraikan sebagai berikut: 

 

a) Perancangan dan Realisasi 

Pada tahap perancangan diawali dengan melakukan disain modul rangkaian Direct  Digital Synthesizer. Untuk itu perlu diperhatikan pemilihan jenis komponen yang  diperlukan baik dari sisi spesifikasi teknis maupun kemudahan dalam memperoleh  komponen tersebut di dalam atau luar negeri. Disamping itu disain rangkaian Direct  Digital Synthesizer juga harus memperhitungkan konsumsi daya yang diperlukan,  serta besaran sinyal masukan atau luaran rangkaian yang sesuai. 

Setelah  melalui  tahap  disain  rangkaian  maka  masalah  berikutnya  adalah  merealisasikan disain tersebut kedalam bentukperangkat keras (realisasi pada papan  PCB). Pada tahapan ini perlu dilakukan pengerjaan disain rangkaian elektronika  menggunakan  perangkat  lunak  seperti  Protel,  yang  selanjutnya  hasilnya  dapat  dicetak  pada  papan  PCB.  Terakhir  adalah  pemasangan  komponen‐komponen  elektronika pada papan PCB tersebut yang mungkin akan membutuhkan ketelitian  dalam  hal penyolderan,  mengingat  beberapa  komponen digital  yang digunakan  mungkin berukuran cukup kecil. 

 

b) Pengukuran dan Perbaikan 

Modul Direct Digital Synthesizer selanjutnya diukur untuk mengetahui kinerjanya.  Pada  tahap  ini  diperlukan  beberapa  alat  ukur  pendukung  seperti  osciloscope,  function  generator  atau spectrum analyzer.  Perbaikan  mungkin  perlu  dilakukan  untuk memperbaiki kinerja modul tersebut sehingga sesuai dengan spesifikasi teknis  yang diharapkan dalam disain. 

 

c) Dokumentasi Kegiatan Penelitian 

Dokumentasi  kegiatan  penelitian  dilakukan  dalam  bentuk  laporan  teknis  akhir  kegiatan, disamping pembuatan satu buah makalah ilmiah hasil penelitian ini pada  jurnal nasional. 

 

2. TUJUAN DAN SASARAN  2.1  Tujuan 

Umum 

Tujuan umum kegiatan ini adalah untuk dapat melakukan penguasaan teknologi  rancang bangun modul modul pendukung sistem radar FMCW. 

Khusus 

Sedangkan tujuan khusus penelitian ini adalah untuk dapat melakukan  rancang  bangun modul Direct Digital Synthesizer dan Analog to Digital Converter, yang dapat  diaplikasikan pada sistem radar FMCW. 

 

2.2  Sasaran 

Sasaran yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah terwujudnya modul Direct  Digital Synthesizer pada akhir tahun pertama penelitian dan modul Analog to Digital  Converter pada akhir tahun kedua penelitian. 

 

3. METODE 

Metodologi yang juga mencakup tahapan, sasaran dan luaran dari kegiatan ini dapat  dilihat pada table 1. 

             

Tabel 1. 

 

NO.  TAHAPAN  SASARAN  LUARAN  METODOLOGI 

1  Perencanaan  dan realisasi 

Disain dan realisasi modul DDS  

  • Disainrangkaian skematik DDS  

• Spesifikasi teknis  yang diharapkan 

• Data komponen yang  akan digunakan  beserta rangkaain  yang diperlukan  sistem 

• Modul  perangkat  keras DDS 

• Survey  dan  studi  lapangan:  dari  metoda  ini  diharapkan  terkumpul  data‐data  yang  berkaitan dengan komponen‐komponen yang  dibutuhkan,  serta  aspek‐aspek  teknis  pembuatan Direct Digital Synthesizer (DDS).  

• Perancangan  spesifikasi:  akan  dirancang  spesifikasi yang diseusuaikan dengan data‐data  hasil survey 

• Perancangan prototipe: akan dirancang Direct  Digital  Synthesizer  (DDS)  berdasarkan  spesifikasi yang telah ditentukan serta disain  rangkaian dalam papan PCB. 

• Realisasi  peralatan  pada  papan  PCB  dan  pemasangan komponen. 

2  Pengukuran  dan 

perbaikan 

Prototype DDS sesuai spesifikasi  teknis yang diinginkan 

Prototype DDS  • Pengukuran besaran kelistrikan 

• Perbaikan disain jika diperlukan  3  Dokumentasi 

kegiatan 

• Laporan teknis kegiatan 

• Publikasi 

• Laporan akhir 

• Makalah ilmiah pada  jurnal nasional. 

4. RENCANA CAPAIAN, HASIL, DAN PEMBAHASAN  4.1 Rencana Capaian 

Tabel 2. 

B U L A N  No  Kegiatan/ 

Penanggung Jawab  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12 1.   Study literatur (PU, P) 

Melipiti :  

1. Studi terkait disain  rangkaian DDS.  2. Studi terkait 

pembuatan PCB  multilayer  3. Studi terkait 

komponen  pendukung  DDS  4. Studi terkait 

pengukuran DDS 

       

2.   Survey  komponen  dan  pengadaan bahan dan alat /  (P dan Adm proyek) 

Melipiti : 

1. Survey komponen  penunjang DDS di  dalam dan luar  negeri. 

2. Survey pembuatan  PCB multilayer di  dalam dan luar  negeri. 

       

3.   Perencanaan  dan  Pembuatan alat / (PU, P, PP) Meliputi : 

1. Disain skematik  rangkaian DDS  2. Disain rangkaian 

pada papan PCB  (multilayer) 

3. Pabrikasi rangkaian  DDS pada papan PCB

B U L A N  No  Kegiatan/ 

Penanggung Jawab  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12 DDS 

2. Perbaikan  kekurangan 

5.   Dokumentasi  dan  pembuatan  laporan  dan  realisasi karya ilmiah 

       

   

4.2 Hasil dan Pembahasan 

 

Dasar Teori 

Pada sistem radar FMCW seperti yang diperlihatkan pada gambar 1., Direct Digital  Synthesizer (DDS) digunakan untuk membangkitkan sinyal sinus termodulasi FM. 

 

 

Gambar 1. Blok Diagram Radar FMCW dengan DDS [3]   

Pada dasarnya, DDS merupakan metode untuk menghasilkan sinyal analog, biasanya  sinyal sinus, caranya dengan membangkitkan sinyal yang berubah – ubah terhadap  waktu dalam bentuk digital, dan kemudian dirubah ke dalam bentuk analog dengan  bantuan Digital to Analog Converter (DAC) [10]. Konstruksi yang sederhana dari DDS  menyebabkan  pengaturan  frekuensi keluaran  DDS  ditentukan oleh  sebuah  nilai  tuning word. Konstruksi digital memberi banyak keuntungan dalam penerapan DDS,  diantaranya [1]:  

1. Arsitektur  digital  dapat  mengurangi  kebutuhan  sistem  analog  yang  sensitif  terhadap temperatur.  

2. Interface DDS yang tersedia akan memudahkan sistem untuk dapat dikendalikan  dengan lebih praktis dan lebih dioptimalkan, karena semua berada di bawah  kendali processor. 

Konstruksi  sederhana DDS adalah  terdiri  dari  beberapa blok  komponen yaitu :  Frekuensi clock sebagai referensi, Address Counter, PROM dan DAC, seperti yang  diperlihatkan pada gambar 2. 

 

Gambar 2. Diagram Blok Direct Digital Synthesizer [3] 

 

Secara umum diagram tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut : Address Counter  melewatkan dan mengakses lokasi memori pada PROM. Selain itu Address Counter  juga memuat kesetaraan word amplitudo sinyal sinus yang akan dikonversi ke dalam  bentuk analog. Sine lookup adalah perangkat penyimpan informasi amplitudo digital  yang menghubungkan   satu gelombang penuh dari gelombang sinus dan berfungsi  sebagai sine lookup table. Sedangkan register adalah tempat untuk penyusunan  amplitudo digital. Terakhir, DAC berfungsi untuk merubah sinyal digital yang telah  diolah sebelumnya menjadi sinyal analog. 

Dengan  menerapkan  fungsi  phase  accumulator  pada  rangkaian  sinyal  digital,  arsitektur DDS dapat dirubah agar lebih fleksibel. Blok diagram arsitektur tersebut  terlihat pada gambar 3. 

 

Gambar 3. Frequency – tunable DDS System [3] 

 

Apabila bagian DDS tersebut dilihat lebih detail, masing – masing  mempunyai cara  kerja dan sinyal output yang berbeda. Sinyal output yang berbeda tersebut dapat  dilihat pada diagram seperti pada gambar 4. 

 

Phase Accumulator 

Phase  accumulator  berfungsi  untuk  menjumlahkan  informasi  fasa  dari  tahap  sebelumnya. Karena  yang akan disintesis adalah frekuensi, maka nilai frekuensi  adalah tetap. Frekuensi adalah turunan pertama dari fasa ( ). Turunan pertama  tersebut  bernilai  konstan  jika  grafik  fungsi  fasa  berbentuk  garis  lurus  atau  pertambahan  nilai  fasanya  tetap.  Karena  itu  accumulator  ini  juga  disebut  accumulator fasa. 

Ditinjau dari segi data yang diolah maka terdapat dua struktur accumulator, yaitu  struktur accumulator  yang memanipulasi data biner dan struktur accumulator yang  beroperasi dengan basis desimal. Data yang diakumulasi oleh accumulator adalah  data dengan format BCD (Binary Coded Decimal). 

Accumulator pada dasarnya adalah gabungan antara perangkat yang disebut adder  dan perangkat register. Dari kedua bagian perangkat ini, adder adalah bagian yang  sering dioptimasi ( dilakukan peningkatan kerja ), karena semakin lebar jumlah bit  dalam accumulator, waktu tunda yang diakibatkan bagian adder tidak bisa diabaikan  lagi. Optimasi ( peningkatan kerja ) blok accumulator tersebut menggunakan metode  pipelining  untuk  rangkaian  logika  kecepatan  tinggi,  tetapi  penerapan  metode  pipelining ini berpengaruh terhadap update rate dari DDS.  

 

Gambar 5. Blok Diagram Struktur Phase Accumulator [3] 

 

Nilai  fasa  yang  tersimpan  pada  register  frekuensi  input  ditambahkan  ke  nilai  accumulator fasa , satu kali setiap perioda clock sistem. Hasil penjumlahan tersebut  kemudian dimasukkan ke lookup tabel (LUT). LUT akan merubah informasi fasa tadi  menjadi informasi amplituda.  

Untuk accumulator seperti yang terlihat pada gambar 5., frekuensi output (Fout) dan 

frekuensi clock (Fref) memiliki hubungan dengan nilai penambahan fasa ( ) yang 

dirumuskan dengan persamaan : 

    (1) 

Pada  persamaan  (1),  N  adalah  jumlah  bit  dalam  accumulator  fasa.  Dengan  menggunakan rumus diatas maka akan dapat dihasilkan kenaikan frekuensi dengan  satuan Hertz yang tepat.  

 

Gambar 6. Hubungan Fasa Dengan Amplituda 

 

Gambar 7. Lingkaran Fasa 

 

Proses akumulasi fasa dilakukan dengan lingkaran fasa. Gambar 6., menunjukkan  akumulasi fasa dari sinyal sinus dengan frekuensi 1/8 frekuensi clock. Lingkaran  menunjukkan akumulasi fasa sebesar  π/4 setiap siklus clock. Titik‐titik pada garis  lingkaran menunjukkan nilai fasa pada suatu waktu dan bentuk   gelombang sinus  menunjukkan  representasi  amplituda  yang  bersesuaian.  Perubahan  fasa  ke  amplituda terjadi dalam lookup table.  Terlihat bahwa penambahan fasa selama  periode clock adalah π/4 radian atau 1/8 dari  .  

Osilasi sinus merupakan vektor yang berputar di sekeliling lingkaran fasa seperti  ditunjukkan pada gambar 7. Setiap titik pada lingkaran fasa ini berkorespondensi 

DDS melakukan proses sampling pada saat  , dengan Tref adalah interval 

sampling.  

  adalah frekuensi referensi dan n = 0,1,… 

Setiap amplituda sample x(nTref) dikalkulasi untuk mendapatkan fasa   

 ...(3) 

Dengan Fout=k.Fref. Fref adalah  resolusi frekuensi yang juga merupakan frekuensi 

minimum yang dapat dihasilkan jika menggunakan referensi Fref. Fref sama dengan 

. Sehingga: 

  ...(4) 

Nilai frekuensi keluaran yang diberikan oleh persamaan (4) juga disebut dengan DDS  Tuning Equation. Substitusi persamaan (4) ke persamaan (2) dengan   dan  t=nTref akan menghasilkan : 

         

 ... (5) 

Deretan sampel tergantung dengan besarnya (n) dan (k). Dalam persamaan diatas (n)   sebagai indeks waktu dan (k) sebagai indeks frekuensi. Dengan nilai (k) tetap dan  nilai (n) berubah akan memperoleh alamat untuk sampel pada frekuensi tertentu.  Tetapi jika besarnya nilai (k) dirubah dan nilai (n) tetap, akan diperoleh sampel yang  berbeda,  yaitu  sesuai  dengan  frekuensi  yang  berbeda.  Parameter  inilah  yang  menyebabkan terdapat 2 cara perubahan frekuensi untuk sistem DDS [4].  

Keluaran accumulator merupakan korelasi antara frekuensi yang diinginkan dengan  clock dalam bentuk phase ramp. Keluaran ini selanjutnya akan menjadi masukan bagi  blok ROM atau lookup table. Keluaran dari phasa accumulator adalah seperti seperti  pada gambar 8. 

 

Gambar 8. Keluaran Phase Accumulator 

 

Sine lookup Table 

Komponen kedua DDS adalah memori yang menyimpan pemetaan transformasi  linier  . Karena sinyal keluaran dengan kualitas tinggi memerlukan lebih 

Terdapat beberapa teknik implementasi untuk  ROM ini. Teknik pertama adalah  implementasi penuh PROM untuk 4 kuadran sebesar 360o. Teknik ini memerlukan  memory yang sangat besar. Teknik yang kedua adalah hanya mengimplementasikan  satu  kuadran  sebesar  90o,  sedangkan  untuk  kuadran  lain  dilakukan  operasi  pembalikan dan pencerminan terhadap kuadran  pertama.  Pembalikan dilakukan  oleh  sinyal  sign  dan  pencerminan  dilakukan  oleh  sinyal  quad.  Hal  ini  dapat  dilaksanakan karena informasi seluruh kuadran sudah terkandung pada kuadran  pertama.  

Jika keluaran yang dibutuhkan harus memiliki kecepatan tinggi maka memori hanya  memiliki waktu akses sedikit. Tetapi karena memori merupakan rangkaian paling  lambat  pada  rangkaian  sistem,  maka  diperlukan  pendekatan  (cara)  lain  untuk  memperoleh   efisiensi dan efektifitas. Cara pertama  adalah dengan melakukan  multipleks sebesar N memori, sehingga setiap satu memori hanya beroperasi pada  1/N kecepatan clock sistem. Cara kedua adalah mengeksploitasi sifat monoton fungsi  sinus, sehingga ukuran memori dapat dikecilkan menjadi 1/50 kali. Pada cara kedua  ini melibatkan DSP (Digital Signal Processing).  

Sehubungan dengan pengaturan frekuensi, dengan mengakses semua alamat PROM  yang dikendalikan MSB, quad dan sign dengan kenaikan sebesar satu maka akan  diperoleh frekuensi dasar. Frekuensi yang merupakan kelipatan  tidak bulat dari  frekuensi dasar akan dihasilkan, apabila tidak semua alamat ROM dicacah. Dalam hal  ini selang alamat yang dicacah tidak bernilai satu. 

Suatu sistem DDS yang kompleks dilengkapi dengan kemungkinan untuk modulasi  amplituda, frekuensi, dan fasa secara digital. Masukan blok LUT ini dapat dimodulasi  amplituda. Sehingga keluaran blok ini sudah dianggap keluaran sistem DDS dalam  format digital. Adapun keluaran dari sine lookup table adalah pada gambar 9. 

 

Gambar 9. Keluaran Sine lookup Table 

Digital to Analog Converter (DAC) 

Bagian  terakhir  yang  menjadi  rangkaian  DDS  adalah  bagian  yang  melakukan  perubahan dari sinyal digital menjadi sinyal analog untuk dapat digunakan dalam  domain analog. Untuk memperoleh laju clock yang lebih tinggi dapat dilakukan 

Disain Rancangan 

a) Komponen Utama DDS 

Pada kegiatan ini, pembuatan disain rangkaian DDS menggunakan teknologi yang  terakhir  dikeluarkan  oleh  Analog  Device,  yaitu  produk  komponen  terintegrasi  AD9956  yang  didalamnya  terdapat  rangkaian  DDS  dan  Phase  Lock  Loop  (PLL).  Komponen ini memiliki spesifikasi teknis utama sebagai berikut: 

a) 400 MSPS internal DDS clock speed   b) 48‐bit frequency tuning word   c) 14‐bit programmable phase offset   d) Integrated 14‐bit DAC 

e) 1.8 V supply for device operation 

Diagram blok komponen AD9956 selanjutnya dapat dilihat seperti pada gambar 10.  Mengingat keperluan disain yang akan mengoperasikan DDS pada frekuensi luaran  160 MHz, dari system clock maksimum 400 MHz, maka komponen ini sesuai dengan  keperluan system radar FMCW. Disamping itu, system clock ini dapat diperoleh dari  sinyal masukan RF hingga 2,4 GHz. 

  Gambar 10. Fungsi‐fungsi dalam komponen AD9956 

   

b) Disain Rangkaian 

Disain rangkaian DDS selanjutnya diperlihatkan seperti pada gambar 11 dan 12,  sedangkan gambar 13., adalah bentuk disain PCB yang dibuat berbantukan Protel. 

 

Realisasi Rancangan Pada Papan PCB 

Selanjutnya rangkaian DDS dibuat pada papan PCB dalam konstruksi multilayer, seperti  diperlihatkan pada gambar 14. 

 

   

   

Gambar 14. Realisasi Rangkaian DDS Pada Papan PCB 

     

Realisasi Perangkat Lunak 

Perangkat lunak DDS direalisasikan pada PC dengan menggunakan bahasa pemrograman  C.  Pada  dasarnya  disain  perangkat  lunak  ini  bertujuan  untuk  mengatur  DDS  agar  menghasilkan  sinyal  luaran  yang  berfariasi  pada  rentang  frekuensi  tertentu.  Bentuk  tampilannya dapat dilihat seperti pada gambar 15 dan 16. Pada gambar 15., perangkat  lunak direalisasikan untuk aplikasi Jammer, sedangkan pada gambar 16., untuk aplikasi  pembangkitan sinyal pada system radar FMCW. 

   

 

Gambar 15. Aplikasi DDS untuk Jammer. 

 

Gambar 16. Aplikasi DDS untuk Pembangkitan Sistem Radar FMCW 

   

Pengukuran Awal Kinerja DDS 

                       

DRO

Pembagi 9 DDS

9 GHz

1 GHz 50 MHz

 

Gambar 17. Pengukuran Awal Prototype DDS 

   

Pada pengukuran awal seperti yang diperlihatkan pada gambar 17., ini masukan sinyal  diambil dari sebuah DRO yang bekerja mengeluarkan sinyal dengan frekuensi ± 9 GHz,  kemudian dengan bantuan pembagi 9 maka dihasilkan sinyal dengan frekuensi lebih  rendah yaitu  ± 1 GHz, frekuensi inilah yang menjadi masukan bagi masukan master clock  pada DDS. Karena master clock pada komponen DDS ini maksimum dapat menghasilkan  luaran hingga 400 MHz, maka perlu diatur pembagi internal didalamnya sehingga luaran  master clock kurang dari harga  maksimumnya, Pada  percobaan ini  tingkat pembagi  maksimum (8) digunakan, yaitu dengan merubah parameter pembagi melalui program  pengendali (program pengendali dapat merubah pembagi internal DDS dengan terlebih  dahulu mengkoneksikan DDS dengan perangkat antar muka yang tepat melalui USB pada  PC)  sehingga  diperoleh  luaran  master  clock  sebesar  135,417  MHz.  Frekuensi  ini  selanjutnya  menjadi  system  clock  atau  frekueensi  masukan  pada  mekanisme  DDS.  Selanjutnya jika dikehendaki luaran DDS adalah ± 50 MHz (dengan cara memasukan nilai  50  MHz  pada  box  profil  0),  maka  prototype  rangkaian  DDS  kurang  lebih  telah  menunjukkan luaran yang sesuai, dan diperlihatkan seperti pada gambar 18. 

 

 

 

Gambar 18. Luaran DDS 

Pengukuran Lanjutan 

Pengukuran lanjutan DDS dilakukan dengan memberikan masukan sinyal analog sebagai  sumber clock dan mengatur konfigurasi kerja DDS sehingga menghasilkan sinyal luaran  dengan frekuensi yang diinginkan. Adapun metoda pengukuranya dapat dilihat seperti  pada gambar 19. Sebagai contoh, untuk masukan sinyal 400 MHz, dengan level daya  ‐4  dBm, dan DDS dikonfigurasi agar menghasilkan sinyal luaran 150 MHz, maka sinyal luaran  tersebut terbaca oleh spectrum analyzer seperti yang ditunjukan pada gambar 20. Dimana  sinyal tersebut memiliki level daya  ‐8,48 dBm dan nilai frekuensi 150,3 MHz. Jika level  daya sinyal masukan dikurangi hingga mencapai  ‐23 dBm, luaran sinyal yang dihasilkan  masih terlihat baik. Akan tetapi, jika terus diturunkan maka terlihat level noise yang  cenderung meningkat. Kondisi ini tidak terjadi jika frekuensi sinyal masukan lebih besar  dari 1 GHz, hingga mencapai 2,4 GHz. Dengan konfigurasi DDS yang sama, minimum level  input yang masih menghasilkan sinyal luaran yang baik adalah – 15 dBm. 

+ 1,8 Vdc Gnd

+ 3,3 Vdc

RF input Output Signal Configuration

Signal  

                                                       

Prototype DDS Power

Supply

Signal Generator Spectrum Analyzer PC

 

Gambar 20. Bentuk Spektrum Daya Sinyal Luaran DDS 

 

Level daya luaran untuk sinyal masukan 400 MHz dan level daya – 10 dBm juga tidak  selamanya sama. Pada gambar 21., diperlihatkan level daya yang dihasilkan untuk  setiap frekuensi luaran yang dibangkitkan. 

 

 

Gambar 21. Level Daya Luaran vs Frekuensi Sinyal luaran (untuk sinyal masukan ‐ 10  dBm dengan frekuensi 400 MHz)  

 

Masih dengan sinyal masukan yang sama, nilai frekuensi luaran yang dihasilkan  prototype DDS memiliki simpangan maksimum 0,5 MHz dan minimum 0,3 MHz., 

 

Gambar 22. Simpangan Frekuensi Luaran Terukur 

 

™ OUTPUT    (rencana sesuai yg tercantum dalam proposal)   

No  Output  Rencana  Realisasi  Capaia

n (%) 

Keterangan  1  Jurnal Nasional  1  0  80%  Masih dalam 

penyelesaian 

 

Prototipe, desain,  konsep sosial yang  belum dimanfaatkan  oleh masyarakat dan  pengakuan LIPI 

1  1  100%  Pengukuran kinerja  masih terus 

dilakukan,  disamping  memperbaiki  kekurangan yang  muncul saat  pengukuran  tersebut.   

 

5. KENDALA DAN PERMASALAHAN 

Pembuatan disain rangkaian pada papan PCB multilayer dan pengadaan komponen  harus dilakukan di luar negeri hal ini berakibat pada waktu dan biaya. 

(Usulan yang  perlu  dilakukan  adalah  memberikan  keringanan  pajak  bea  masuk  komponen dari luar negeri untuk keperluan penelitian). 

Perubahan/pemotongan  anggaran  kegiatan  dapat  terjadi  ditengah‐tengah  berlangsungnya  kegiatan,  sehingga  dapat  mempengaruhi  rencana  yang  telah  dilakukan diawal kegiatan. 

Sedangkan peralatan untuk pengukuran (osciloscope dan spectrum analyzer) meski  bisa didapatkan di laboratorium bidang sarana telekomunikasi PPET‐LIPI, namun  jumlah alat ukur yang tersedia masih minimum, sehingga terkadang harus menunggu  kesempatan. 

6. KESIMPULAN 

Kegiatan  disain  dan  realisasi  DDS  telah  dilakukan.  Secara  keseluruhan  meski  beberapa kendala muncul dalam tahapan kegiatannya, namun masih dapat diatasi,  sehingga kegiatan dapat berjalan sesuai dengan jadwalnya. 

   

7. DAFTAR PUSTAKA 

 

[1] “A Technical Tutorial on Digital Signal Synthesis”, Analog Devices, 1999. 

[2] Baracskai, Melinda. Horvart, Richard. Dr. Olah, Ferenc. “CW and FM‐CW Radar  Adaptation for Vehicles Technology”, 2000.  

[3] Crawford,James. “Frequency Synthesizer Design Handbook”. London : Artect  House, 2004. 

[4] Gentile, Ken. Brandon, David. Haris, “Direct Digital Synthesizer Primer”, 2003.  [5] Khrisnan, Sudarsan.,“Modeling and Simulation Analysis of an FMCW Radar for 

Measuring Snow Thickness”. Thesis : University of Madras, 2000. 

www.ittc.ku.edu/research/thesis/documents/ sudarsan_krishnan_thesis.pdf 

[6]  “FMCW Radar Overview”. Engineer Research and Development Center : US  Army Corps of Enginer, Koh. 2001. 

www.nohrsc.nws.gov/~cline/clp/meetings/boulder_nov01/  presentations/koh_fmcw.ppt 

[7] Matlab R2007a, help. Filter, copyright 1984‐2007. 

[8] Murphy, “All About Direct Digital Synthesizer”. Analog Dialogue. 

http://www.analog.com/analogdialogue, Eva. 2004. 

Prentiss,  Dylan.  “Characteristics  of  Radar”.  Department  of  Geography  :  University of California, 2005. 

                           

                   

Rancang

 

Bangun

 

Modul

 

Surya

 

Berbasis

 

Dye

‐

Sensitized

 

Solar

 

Cell

 

 

Lia

 

Muliani

 

Pranoto,

 

ST.,MT

 

                                                           

LEMBAR PENGESAHAN 

 

1.  Judul Kegiatan Penelitian   :  Rancang Bangun Modul Surya Berbasis Dye‐ Sensitized Solar Cell  

2.  Kegiatan Prioritas  :  Solar Cell 

3.  Peneliti Utama  :    

  Nama    :  Lia Muliani Pranoto, ST.,MT 

  Jenis Kelamin    :  Wanita 

4.  Sifat Penelitian  :  Laboratorium  5.  Lama Penelitian  :  3 (Tiga) Tahun  6.  Biaya Total 2013  :  Rp. 194.436.000,‐    

     

Bandung,   20 Desember 2013 

 

Ketua PME PPET LIPI,  Peneliti Utama 

     

Dr. Purwoko Adhi, DEA  NIP. 19670911 198701 1 001 

Lia Muliani Pranoto, ST.,MT  NIP. 19710325 199903 2 005   

                         

Abstrak 

 

Modul surya berbasis Dye‐sensitized solar cell (DSSC) merupakan integrasi  dari beberapa sel surya DSSC yang terhubung secara seri untuk menghasilkan output  daya yang lebih besar. DSSC adalah sel surya generasi baru yang dibentuk melalui  proses mekanisme photoelectrochemical, dimana proses absorbsi cahaya dilakukan  oleh molekul dye dan proses separasi muatan oleh bahan inorganik semikonduktor  berstruktur nano. Pembuatan modul surya berbasis DSSC ini merupakan teknologi  baru  dan  menjanjikan  biaya  produsi  yang  relatif  rendah  dibanding  dengan  pembuatan  modul surya dengan bahan silikon. Teknologi yang akan digunakan  dalam pembuatan modul surya DSSC pada kegiatan ini adalah screen printing, yaitu  teknologi untuk mendeposisikan bahan‐bahan berupa pasta ke atas substrat melalui  pola pada screen. Pasta yang digunakan pada penelitian ini adalah nanocrystalline  TiO2, sedangkan substrat yang digunakan adalah TCO glass. Metode interkoneksi 

antar sel yang akan dibangun adalah berupa rangkaian seri yang terintegrasi secara  internal  mengikuti  pola  interkoneksi  tipe‐Z.  Proses  pembuatan  DSSC  ini  akan  dilakukan secara bertahap di PPET LIPI selama 3 tahun. Tahun 2013 merupakan  tahun pertama telah dilakukan perancangan disain modul DSSC berukuran 5x10 cm2  dengan interkoneksi seri tipe Z dan telah dilakukan uji coba pembuatan modul surya.  Tahun kedua (2014) direncanakan realisasi pembuatan modul surya berukuran 5x10  cm2 serta optimalisasi disain sel dan parameter proses fabrikasinya. Sedangkan pada  tahun 2015 akan dilakukan scale up modul surya DSSC berukuran 10x10 cm2 dan  diharapkan dapat mencapai efisiensi 3%. Penelitian tahun 2013 telah menghasilkan  disain modul surya interkoneksi seri tipe Z yang memiliki 3 buah sel tunggal ukuran  1x9,8  cm  (total  area  aktif  3x9,8  cm2)  dengan  efisiensi  konversi  0,77%  ;  daya  maksimum 10,49mW ; tegangan Voc 1,87V dan arus Isc     10,51 mA. Kegiatan  penelitian  rancang  bangun  modul  surya  dye‐sensitized  solar  cell  masih  harus  dilanjutkan  dan  ditingkatkan  serta  diharapkan  mampu  menunjang  program  pemerintah dalam pembangunan nasional di bidang energi baru dan terbarukan  dengan pengembangan material sel surya berstruktur nano.  

 

Kata kunci : Modul Surya, Dye‐Sensitized Solar Cell, Screen Printing, Interkoneksi seri  tipe Z 

                           

I.  PENDAHULUAN   

1.1Latar Belakang 

Meningkatkan kebutuhan energi di dunia, menjadi suatu tantangan bagi para  ilmuwan,  peneliti  dan  industri  untuk  melakukan  penelitian  dan  pengembangan  pengadaan sumber energi alternative baru dan terbarukan. Energi cahaya dan panas  yang dihasilkan oleh matahari merupakan sumber energi hayati terbesar di dunia,  sehingga matahari tidak kalah penting dengan berbagai sumber energi lain seperti  angin, air, minyak bumi, dan lain sebagainya. Sel surya merupakan suatu divais yang  secara  langsung  mengubah  energi  cahaya  matahari  menjadi  energi  listrik.  Penggunaan  sel  surya  di  dunia  sebagai  pembangkit  energi  listrik  tenaga  surya  mengalami  lonjakan  kebutuhan  yang  relatif  tinggi.  Hal  ini  ditunjukkan  oleh  meningkatnya kapasitas produksi sel surya secara global, sebagaimana ditunjukkan  dalam  gambar  1.  Grafik  tesebut  menunjukkan  peningkatan  signifikan  terhadap  permintaan pasar dunia  akan ketersediaan modul surya (PV module). Tingginya  permintaan  tersebut  diyakini  akan  terus  meningkat  di  masa  datang.  Hal  ini  mengindikasikan  pentingnya  penguasaan  teknologi  pembuatan  modul  surya  di  Indonesia 

 

 

Gambar 1. Grafik peningkatan produksi sel surya global1.   

 

    

  Penelitian  dan  pengembangan  proses  sel  surya  di  dunia  saat  ini  masih  didominasi oleh sel surya berbahan silikon single crystalline maupun polycrystalline.  Namun sel surya silikon ini harganya masih relatif mahal, sehingga berbagai usaha 

bahan‐bahan  organik  dan  nano  partikel  inorganik,  termasuk  didalamnya  Dye‐ Sensitized Solar Cell (selanjutnya disingkat DSSC) 

  Perkembangan  divais  sel  surya  jenis  DSSC  bermula  dari  hasil  penelitian  Michael  Gratzel  dan  rekannya  dari  Laboratorium  Photonic  dan  Interface  EPFL  Switzerland di awal tahun 1990‐an. Konsep ini cukup mendapat perhatian sebagai  teknologi masa depan  sebagai alternatif sel  surya konvensional berbasis  silikon  dikarenakan proses fabrikasinya yang cukup mudah dan bahan yang relatif murah.  Selain itu, dengan tampilannya yang cukup estetis, modul sel surya jenis inipun  semakin  disukai  sebagai  elemen  dekoratif  khususnya  untuk  Building  Integrated  Photovoltaics (BIPV) sebagaimana ditunjukkan pada gambar 2.  

 

 

Gambar 2. Contoh aplikasi modul DSSC pada Building Integrated Photovoltaics (BIPV)  [2]. 

Teknologi  yang  digunakan  dalam  fabrikasi  modul  surya  DSSC  umumnya  adalah  teknologi  screen  printing.  Hal  ini  dikarenakan  teknologi  tersebut  relatif  mudah diterapkan, murah dan cenderung repeatable, sehingga untuk produksi skala  besar teknologi ini dapat diandalkan. Material pendukung untuk proses fabrikasi  DSSC  dengan  screen  printing  sudah  banyak  tersedia  di  pasaran  Indonesia.  Berdasarkan hal tersebut di atas serta didukung tersedianya sarana dan prasarana  yang lengkap dan sumber daya manusia yang mempunyai kompetensi teknologi  proses  yang  baik,  PPET–LIPI  mencoba  turut  mengatasi  permasalahan  untuk  melakukan penelitian dan pengembangan energi alternatif baru dan terbarukan  melalui follow up pengembangan struktur nano dalam kegiatan penelitian kami  sebelumnya, yaitu pembuatan sel surya DSSC menggunakan teknik screen printing  [3].  Teknologi  fabrikasi  DSSC  dengan  teknologi  screen  printing  ini  lambat  laun  diharapkan akan mampu diterapkan untuk diproduksi pada tingkat industri menegah  atau bahkan industri rumahan apabila didukung dengan penyuluhan secara terus  menerus. Kegiatan ini sesuai dengan Renstra PPET‐LIPI dan LIPI secara umum yaitu  program Energi baru dan terbarukan. 

 

1.2 Perumusan Masalah 

Dalam kegiatan ini akan dikembangkan teknologi pembuatan modul surya  berbasis DSSC menggunakan sistem screen printing  yang merupakan salah satu jenis  teknologi fabrikasi yang relatif sederhana dan murah. Pokok permasalahan yang 

berdasarkan penguasaan teknologi pembuatan sel yang sudah diteliti pada kegiatan  penelitian sebelumnya. Oleh karena itu, beberapa permasalahan yang akan diteliti  adalah sebagai berikut: 

a.  Pengaruh  pola  dimensi  area  aktif  sel  terhadap  performa  modul  secara  keseluruhan. 

b. Pengaruh metode interkoneksi antar sel dalam satu modul.     c. Optimalisasi disain modul. 

d. Optimalisasi parameter proses fabrikasi modul. 

 

1.3Tujuan dan Sasaran 

 

‰ Tujuan  

  Penelitian ini bertujuan untuk menguasai teknologi fabrikasi modul berbasis  sel surya jenis dye sensitized menggunakan teknologi screen printing. Kegiatan ini  merupakan follow  up dari kegiatan penelitian kami sebelumnya yang bertujuan  untuk menguasai teknologi pembuatan nanocrystalline TiO2 dye‐sensitized solar cell 

menggunakan  teknologi  yang  sama, yaitu screen printing.   Melalui penguasaan  teknologi pembuatan modul, diharapkan sel surya jenis dye sensitized ini nantinya  dapat diaplikasikan untuk kebutuhan energi pada skala yang lebih besar.  

‰ Sasaran  

  Sasaran  kegiatan  penelitian  penelitian  ini  adalah  penguasaan  teknologi  pembuatan modul surya berbasis dye‐sensitized solar cell, yang direalisasikan melalui  perancangan disain dan fabrikasi modul. Secara umum, hasil kegiatan penelitian ini  juga  diharapkan  mampu  memberikan  konstribusi  ilmiah  dalam  menunjang  perkembangan  ilmu pengetahuan dan teknologi khususnya menunjang program  pemerintah dalam pembangunan nasional di bidang energi baru dan terbarukan.   Keluaran / Output dari penelitian ini :  

‐ disain modul surya  

     ‐  publikasi jurnal nasional 1 buah    

     ‐ publikasi seminar nasional/internasional 1 buah   

1.4Kerangka Analitik   

Dye‐Sensitized Solar Cell 

Dye‐Sensitized Solar Cell (DSSC) merupakan sel surya generasi baru yang  dibentuk  melalui  mekanisme  photoelectrochemical.  Perkembangan  divais  ini  bermula  dari  hasil  penelitian  Michael  Gratzel  dan  rekannya  dari  Laboratorium  Photonic dan Interface EPFL Switzerland di awal tahun 1990‐an. Sel surya pertama  yang dikembangkan oleh O’Regan dan Gratzel tahun 1991 menghasilkan konversi  energi efisiensi hingga 7%, dan di tahun 1993 Nazeeruddin dan kawan menghasilkan 

(anoda). Sedangkan substrat TCO glass kedua, disebut kutub positif (katoda), dilapisi  oleh platinum (Pt) dan berfungsi sebagai counter electrode.  

 

Gambar 3. Skema struktur Dye‐Sensitized Solar Cell  [6] 

 

Prinsip kerja DSSC pada dasarnya merupakan reaksi reduksi‐oksidasi (redox)  dengan tahapan reaksi sebagai berikut: 

‐ Energi photon yang diserap oleh molekul dye mengakibatkan electron tereksitasi  dari orbit terluar (highest occupied molecular orbital – HOMO) D menuju orbit  terdalam (lowest unoccupied molecular orbital – LUMO) D* : 

* D h

D+ υ→       (1) 

Elektron tersebut  kemudian diinjeksikan ke conduction band TiO2 meninggalkan 

molekul dye teroksidasi D+ sesuai persamaan berikut: 

− +₊

→ D e

D*       (2) 

‐ Elektron yang terinjeksi mengalir melalui pori‐pori TiO2 menuju TCO glass sebagai 

elektroda negatif dan kemudian bergerak melalui external load menuju elektroda  positif yaitu counter electrode. Dengan adanya platinum sebagai katalisator, elektron  tersebut berekombinasi dengan hole yang terdapat dalam elektrolit dan membentuk  muatan negatif iodine. 

− −

−_{+ →}

I e

I₃ 2 3       (3) 

Muatan negatif  I−kemudian berdifusi kembali menuju dye dan bereaksi dengan  molekul dye teroksidasi D+ membentuk satu siklus yang akan berulang kembali dan  demikian seterusnya. 

D I

D

I 2 2

3 − + + → ₃− +       (4) 

Modul DSSC 

Modul surya merupakan rangkaian beberapa sel yang dihubungkan secara seri.  Pada sel surya konvensional berbasis silikon, modul surya merupakan rangkaian seri  terdiri atas beberapa sel individual yang terhubung secara eksternal. Sedangkan  pada sel surya thin film (berbasis a‐Si, CIS, atau CdTe), modul surya terbuat dari  beberapa sel yang terintegrasi secara internal pada substrat yang sama (lihat gambar  4 sebagai perbandingan). Modul DSSC sendiri pada umumnya dibuat dengan sistem  integrasi internal, sama halnya dengan modul surya thin film. Struktur integrasi  internal tersebut lebih efisien dan secara ekonomis dapat menghemat biaya produksi  dibanding sistem pembuatan modul eksternal.  

        

         a.         b. 

Gambar 4. Contoh modul surya: a. terkoneksi secara eksternal ; b. terkoneksi  secara internal dalam satu substrat. 

 

Faktor‐faktor yang perlu diperhatikan dalam mendisain modul surya DSSC secara  internal adalah sebagai berikut [7]: 

1. Pengaruh efek shading pada sel. 

2. Resiko terjadinya electrophoresis akibat kebocoran elektrolit. 

3. Efek resistansi shunt (RSH) yang dapat berpengaruh secara electrolytical, bukan 

hanya secara electrical seperti halnya pada sel surya silikon. 

 

  Berdasarkan metode pembuatan interkoneksinya, terdapat 3 tipe rangkaian  integrasi seri yang dapat digunakan untuk membangun modul surya DSSC [8]. Ketiga  metode  tersebut dapat  dibuat menggunakan teknologi screen  printing. Metode  tersebut adalah: 

 

‰ Koneksi tipe‐Z 

Metode  interkoneksi  tipe‐Z  diawali dengan pembuatan pola lubang TCO diatas  substrat glass menggunakan laser, kemudian diikuti dengan pelapisan TiO2 dan perak 

pada satu substrat serta pelapisan Pt dan perak pada substrat lainnya. Proses ini  diikuti dengan proses pelapisan glass frit. Setelah melalui proses sintering, kedua  substrat disatukan pada suhu tinggi sehingga terbentuk hermetic seal diantara sel‐sel  yang bersebelahan. Pada saat seal tersebut terbentuk, terjadilah hubungan listrik  interkoneksi seri antar sel yang berbentuk Z (lihat gambar 5 untuk skema tahapan  prosesnya). 

 

Gambar 5. Tahap fabrikasi interkoneksi tipe‐Z dari tampak samping [7,8]. 

 

‰ Koneksi tipe‐W 

Proses awal pembentukan tipe W serupa dengan tipe Z. Perbedaan tipe W dengan  tipe Z terletak pada pola screen printing pada masing‐masing substrat. Pada tipe W,  masing‐masing substrat berfungsi sebagai  front electrode dan counter electrode  sekaligus karena kedua substrat mendapat pelapisan TiO2 dan Pt dengan struktur 

berselang seling (lihat Gambar 6). Pada tahap interkoneksi akhir, kedua substrat  disatukan dengan pembentukan seal sebagai pembatas antar sel, tanpa adanya  perak sebagai penghubung seperti halnya pada tipe Z. Kontak antar sel terbentuk  dengan cara menyatukan kedua substrat pada bagian front electrode dan counter  electrode yang saling berlawanan. 

 

Gambar 6. Tahap fabrikasi interkoneksi tipe‐W dari tampak samping [7,8].  Keunggulan interkoneksi tipe‐W dibanding tipe‐Z adalah tidak dibutuhkannya pasta  perak,  sehingga  lebih  menghemat  biaya  produksi.  Akan  tetapi,  konfigurasi  interkoneksi  tipe‐W mengakibatkan tidak dimungkinkannya penambahan  lapisan  tambahan  untuk  penyerapan  cahaya  yang  tidak  transparan,  seperti  ZrO2, 

dikarenakan  pada  kedua  substrat  terdapat  elektroda  sehingga  keduanya  harus  bersifat transparan. 

 

‰ Koneksi Monolithic 

Seperti halnya kedua tipe sebelumnya, perbedaan tipe monolithic ini terdapat pada  pola pelapisan substrat. Bedanya, tipe monolithic hanya membutuhkan satu substrat  glass yang terlapisi TCO (lihat gambar 7). Hal ini sangat menguntungkan secara  ekonomis dikarenakan harga TCO glass yang relatif mahal. Sedangkan kelemahan  tipe monolithic ini adalah dibutuhkannya elemen ZrO2 sebagai pemisah anoda dan 

katoda,  serta  dibutuhkannya  graphite  sebagai  penghubung  seri  antar  sel.  Hal  tersebut merupakan factor penghambat karena pembentukan koneksi seri dengan  resistansi rendah menggunakan graphite relatif sulit untuk direalisasikan. 

 

Gambar 7. Tahap fabrikasi interkoneksi tipe monolithic dari tampak samping [7.8]. 

 

Karakterisasi Modul Surya 

Dalam pengukuran sebuah komponen sel maupun modul surya, karakteristik  yang diperlukan adalah Kurva I‐V atau hubungan arus dan tegangan, seperti yang  diperlihatkan dalam gambar 8. 

2. Daya keluaran maksimum diperoleh dari hasil kali tegangan dan arus yang  dihasilkan pada titik maksimum, seperti telihat pada kurva I‐V di atas. 

3. Efisiensi (η) merupakan ratio dari daya keluaran maksimum (Pmax) terhadap 

daya masukan cahaya (Pin) 

in

P P_max

=

η      (5) 

4. Fill Factor adalah ratio daya keluaran maksimum (Pm) terhadap produk arus 

hubung singkat (ISC) dengan tegangan hubung terbuka (VOC). 

SC OCI

V P

FF = max       ₍₆₎ 

Fill factor ini untuk melihat penyimpangan yang terjadi dari karakteristik  I‐V  sebuah sel terhadap sel yang ideal. Penyimpangan yang terjadi ini diakibatkan  pengaruh resistansi seri dan resistansi paralel. 

 

1.5 Hipotesa 

Integrasi sel surya jenis DSSC ke dalam bentuk modul telah diteliti oleh  beberapa narasumber, termasuk oleh Späth et. Al. [9] dan Okada et. Al. [10] yang  telah berhasil memfabrikasi modul surya DSSC berukuran 10x10 cm2 menggunakan  interkoneksi tipe‐Z. Selain itu, berbagai modul surya DSSC serupa dengan ukuran  yang lebih besar juga telah dibuat dan dipublikasikan oleh beberapa peneliti, seperti  contohnya Sastrawan et. Al. Dengan modul surya ukuran 30x30 cm2 [11] dan Dai et.  Al. dengan modul surya ukuran 40x60 cm2 [12]. Kestabilan perfoma modul surya  DSSC jangka panjang juga merupakan faktor penting. Hal inipun telah diteliti dan  terbukti mampu menghasilkan output daya sesuai yang diharapkan dalam kurun  waktu setengah tahun [13].   

Beberapa hasil penelitian diatas menunjukkan bahwa rancang bangun modul  surya berbasis DSSC adalah hal yang dapat direalisasikan. Selain itu perancangan  modul surya DSSC juga sangat mungkin untuk dikembangkan lebih lanjut karena  banyak faktor baik dari segi material maupun teknologi fabrikasi yang dapat diteliti  mengingat teknologi DSSC sendiri masih relatif baru dibanding kompetitornya yaitu  sel surya konvensional berjenis silikon. 

Pada kegiatan ini disain modul yang efektif dan parameter proses  yang  optimal akan diteliti untuk menghasilkan proses fabrikasi yang repeatible sehingga  didapatkan modul surya dengan karakteristik listrik yang baik dan efisiensi yang  tinggi. Faktor yang juga tak kalah penting untuk dioptimalkan adalah pemilihan  material hermatic sealing yang tepat untuk mendukung performa kerja modul surya  dalam jangka panjang.  

                 

II. PROSEDUR DAN METODOLOGI   

2.1Peralatan    

  Peralatan  yang  digunakan  meliputi  peralatan  proses  dan  peralatan  pengukuran. Beberapa peralatan utama meliputi screen printer, conveyor furnace,  sun  simulator,  laser  trimmer  dan  sputtering  system  (Gambar  9).  Peralatan  pendukung  lainnya  seperti    four  point  probe,  screen  maker,  timbangan,  mutimeter,alat ukur intensitas cahaya,  peralatan bor mekanik, hot plate, peralatan  kimia seperti petri disk, pipet, gelas kimia dll. Peralatan analisa material seperti SEM,  XRD, UV‐Vis Spectrofotometer, IPCE menggunakan jasa kerjasama dari instansi lain. 

 

     

 

(a)        (b)      (c)     

        

         

      (d)       (e) 

Gambar 9 : Peralatan proses screen printer (a), conveyor furnace (b), sun simulator  (c), sputtering system (d) dan laser trimmer (e) 

- Pasta Perak temperatur rendah  - Pasta Platinum Pt‐1, produk Dyesol  - Thermoplastik surlyn 50 µm, Glass Frit 

- Nylon Screen, stainless steel screen, ulano line 300, ulano 188  - Etanol, IPA, silicon rubber, Triton X‐100 

 

2.3Metodologi 

Kegiatan ini  seluruhnya dilakukan di laboratorium Bahan  dan Komponen  Mikroelektronika PPET‐LIPI. Untuk kegiatan analisa seperti SEM, XRD, UV‐VIS dan  IPCE dilakukan di laboratorium di luar PPET‐LIPI antara lain ITB dan UNS. 

Rancangan  modul  dibangun menggunakan sel  dengan pola strip  dengan  interkoneksi  tipe‐Z.  Teknologi  fabrikasi yang  digunakan adalah  teknologi  screen  printing.  Struktur  sel  yang  dibangun  akan  menggunakan  bahan  utama  semikonduktor  berupa  nc‐TiO2  dengan  counter  electrode  dilapisi  platinum  (Pt). 

Sedangkan substrat yang akan dipakai adalah TCO glass berbahan fluorine‐tin‐oxide  (FTO) yang paling umum digunakan untuk membangun sel surya DSSC, dikarenakan  FTO memiliki resistansi yang  lebih stabil pada proses  bersuhu tinggi  dibanding  kompetitornya yaitu indium‐tin‐oxide (ITO). Skema proses pembuatan modul surya  DSSC ditunjukan pada gambar 10.  

 

Kegiatan yang dilakukan pada tahun 2013 meliputi :  

o Pembuatan  disain  modul  dan  perancangan  screen  untuk  proses 

printing.  

o Pembuatan sel tunggal dengan luas aktif 1x9,8 mm 

o Percobaan  pembuatan  modul  ukuran  5x10  cm2  dengan  tipe  Z   interkoneksi, (luas area aktif 3x9,8 cm) 

o Pengukuran dan analisa hasil karakterisasi proses    

                                     

.                                                                         

Gambar 10. Skema proses fabrikasi modul DSSC   

 

III. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN   

Tahun 2013  merupakan tahun  pertama penelitian rancang  bagun modul  surya dye sensitized solar cell dengan teknologi screen printing. Pada tahun ini  kegiatan penelitian yang dilakukan adalah disain rangkaian modul DSSC, percobaan 

Persiapan Substrat

Sintering dan Drying

Pembuatan pola TCO menggunakan laser/etsa

Pembentukan electric contact

Pengisian elektrolit Pewarnaan

Sealing

Pengeboran substrat

Persiapan/pencampuran pasta

Pelapisan pasta Pt, glass frit,

dan perak pada counter

electrode Assembly (penyatuan substrat)

Pengukuran dan Analisa Pelapisan pasta TiO2, glass

frit, dan perak pada front electrode

rangkaian  dibuat  dengan  menggunaan  Corel  Draw,  seperti  ditunjukkan  pada  Gambar.11 

Disain rangkaian sub‐modul DSSC memiliki beberapa pola rangkaian untuk  membentuk suatu rangkaian sub‐modul. Dalam pembuatan disain pola rangkaiannya  alligment antar pola harus presisi, sehingga nantinya dapat memudahkan dalam  proses pembuatan sub‐modul dan menghasilkan divais sub‐modul yang memiliki  performa yang baik 

W = seal 1mm W =Ag 0.5mm

wactive area = 10 mm 100 mm

Laser scribed line

FTO

Seal Ag

Glass TiO2

Platina

Seri connected

Glass

FTO

 

Gambar 11. Disain sub‐modul tiga buah grid dengan interkoneksi tipe‐Z 

Parameter listrik (Voc, Isc, FF,  η) dan karakteristik kurva I‐V sub‐modul DSSC 

dipengaruhi oleh parameter internal dan parameter ekternal. Parameter internal  dapat  bervariasi  dipengaruhi  oleh  material  dan  proses  fabrikasinya.  Sedangkan  parameter  eksternal  ditentukan  oleh  dimensi  dan  resistansi  seri  yang  terjadi.   Parameter  ekternal  ditentukan  berdasarkan  literatur  dan  hasil  penelitian  sebelumnya [14] dan ditunjukkan pada tabel 1. 

 

Tabel.1 Parameter Eksternal sub‐modul DSSC yang terdiri dari 3 sel   Parameter  Description  Value 

Wa  width of active area  10 mm 

Wd (Wseal) 

Distance from end of  active are to series 

contact  

1 mm  Wc (WAg)  Width of contact area  0.5 mm 

(4 Wd + 2Wc)  Width of inactive area  5 mm 

L  Length of cell  98 mm 

ρTCO 

Specific sheet 

resistance of TCO  15 Ω/□ 

 

Untuk menghasilkan disain sub‐modul DSSC seperti pada gambar 11 tersebut, 

yaitu pola fotoelektroda TiO2, counter electrode (Pt), dan kontak konduktor (Ag) dan 

pola untuk sealing (glas frit) seperti ditunjukkan pada gambar.12   

Cuting TCO

100mm

Glass Frit Silver TiO2

Platina Pola keseluruhan

50 mm 22.029mm 13.727mm 14.244mm

 

Gambar 12. Rancangan untuk pola screen untuk rangkaian sub‐modul DSSC 

 

Screen yang digunakan untuk pola TiO2 adalah screen dari bahan nylon, 

sedangkan  untuk  pola  konduktor  dan  glass  frit  adalah  stainless  steel  screen.  Pembuatan pola screen dilakukan menggunakan emulsi berupa Ulano line‐3 dan  ulano 133. Screen yang digunakan adalah dari bahan nylon dan stainless steel.  Gambar 13 menunjukkan pola screen yang dihasilkan 

3.2 Pembuatan sel tunggal dengan luas aktif 1x9,8 mm 

  Tujuan  dari  percobaan  pembuatan  sel  tunggal  ini  adalah  mengetahui  karakteristik listrik yang dihasilkan sel tunggal dengan luas aktif sekitar 1x9,8 mm.  Dimensi ini nantinya akan diaplikasikan untuk pembuatan sub‐modul DSSC untuk  tiap selnya. Dengan diketahuinya karalteristik listriknya sel ukuran ini, maka dapat  diperkirakan performa atau karakteristik sub‐modul DSSC yang dihasilkan. 

  Pembuatan sel tunggal dengan luas aktif 1x9,8 mm menggunakan substrat  kaca  konduktif  berlapis  fluorinetin‐oxide  (FTO)  dengan  resistansi  15Ω/ .  Bahan  fotoanoda  berupa  pasta  TiO2  produk  Dyesol  DSL  18NR‐O.  Deposisi  lapisan 

semikonduktor  TiO2  dilakukan  menggunakan  teknik  screen‐printing  yang  relatif 

mudah, murah dan dapat digunakan untuk skala produksi.   Kaca FTO yang sudah  dideposisikan lapisan TiO2, dikeringkan dalam oven dan kemudian dibakar dalam 

conveyor  belt  furnace  pada  suhu  500oC  selama  15  menit.  Proses  pewarnaan  dilakukan dengan perendaman dalam larutan dye berbasis Ruthenium (Z907, Dyesol)  dengan pelarut etanol selama 24 jam pada suhu ruang. Lapisan elektroda lawan  (counter electrode) menggunakan Platina yang dideposisi melalui metoda sputtering  [3].  Perakitan  sel  surya  berbasis  dye‐sensitized  dilakukan  dengan  cara  menggabungkan  lapisan  fotoanoda  dan  lapisan  counter‐elektroda  menggunakan  lapisan  thermoplastic  sealant yang  memiliki  ketebalan  50  mikron.  Pada  proses  penggabungan lapisan, sebagian area dibiarkan terbuka sebagai lubang udara untuk  pengisian larutan elektrolit. Area tersebut kemudian ditutup menggunakan glass frit.  Larutan elektrolit yang digunakan adalah larutan redoks iodine I‐/I3 (Dyesol HSE).  Prototipe sel ditunjukkan pada gambar.14 

 

Gambar 14.  Sel surya dengan luas aktif 1x9,8 mm 

 

Pengukuran karakteristik kurva I‐V sel surya dilakukan menggunakan Sun  Simulator AM1,5 dengan sumber cahaya Xenon intensitas sekitar 50 mA/cm2. Hasil  pengukuran ditunjukkan pada Gambar 15 dan Tabel.2. Terlihat bahwa karakteristik  listrik (Voc, Isc, FF,  η) pada tegangan yang dihasilkan kedua sel hampir sama akan 

tetapi efisiensi sel masih kecil. Berdasarkan data karaketristik listrik sel tunggal  tersebut maka dapat diperkirakan tegangan yang akan dihasilkan pada sub modul  yang terdiri dari 3 buah sel tunggal adalah sekitar 1,8 Volt. Sedangkan arus yang  dihasilkan tergantung pada proses, material serta beban daya yang diberikan. 

 

Gambar.15 Kurva I‐V sel surya luas aktif 1x9,8 mm 

 

Tabel.2 Data karakteristik listrik sel surya dengan luas aktif 1x9,8 mm  Sampel sel surya 

Karakteristik 

Sel‐1  Sel‐2  Open circuit voltage Voc (Volts)  0,639  0,611 

Short circuit current Isc (mA)  9,2  10,2 

Maximum power Pm (Watt)  1,9 x 10‐03  2.16 x 10‐03 

Fill factor, FF  0.329  0.344 

Efisiensi (%)  0,38  0,43 

Resistansi seri (Ohm)  42,26  38,18 

     

    Suatu sel surya memiliki kemampuan untuk menghasilkan arus foton yang  berbeda untuk setiap panjang gelombang cahaya. Cahaya yang memiliki panjang  gelombang yang berbeda akan menghasilkan arus foton yang berbeda pula. Hal ini  disebabkan setiap material mempunyai kemampuan penyerapan cahaya yang tidak  selalu sama untuk tiap panjang gelombang. Kemampuan sel surya menghasilkan  foton arus pada panjang gelombang tertentu diukur dengan efisiensi konversi cahaya  ke arus (IPCE, Insident Photon to Current Convertion Efficiency). Pada gambar 16  diketahui bahwa sel surya ini secara umum memiliki kemampuan penyerapan foton  terbesar pada daerah panjang gelombang 300 nm dan 700 nm yang merupakan  daerah cahaya tampak. Kemampuan sel dalam merubah foton menjadi arus yang  tertinggi  dihasilkan  pada  panjang  gelombang  sekitar  400  nm  dengan  kuantum  efisiensi sekitar 11% untuk Sel‐1 dan 8% untuk Sel‐2  

 

Gambar 16. IPCE Sel surya dengan luas aktif 1x9,8 mm 

 

3.3 Pembuatan sub‐modul surya DSSC 3x9,8 cm 

  Pembuatan sub‐modul surya DSSC dilakukan melalui tahapan proses seperti  yang ditunjukkan pada gambar 10 di atas. 

 

a. Preparasi substrat 

  Substrat yang digunakan adalah kaca konduktif FTO dengan resistivitas bahan  8 Ω/sq. Substrat dipotong dengan ukuran 5x10cm2. Pencucian substrat dilakukan  dalam  ultrasonic  cleaner  menggunakan  cabun  air,  DI  water  dan  IPA.  Proses  pemotongan lapisan konduktor pada kaca FTO (scribbing) tidak dapat dilakukan  menggunakan  laser  dikarenakan  alat  tersebut  mengalami  kerusakan,  sehingga  pemotongan dilakukan menggunakan diamond cutter.  

 

b. Pembuatan lapisan fotoelektroda TiO2 

  Pembuatan  lapisan TiO2  dilakukan  dengan metoda  doctor  blade  printing 

menggunakan pasta TiO2 produk Dyesol DSL NT (TiO2 transparan), sesuai pola disain 

sub‐modul. Kaca FTO yang sudah dideposisikan lapisan TiO2, dikeringkan dalam oven 

dan kemudian dibakar dalam conveyor belt furnace pada suhu 500oC selama 15  menit. Proses pewarnaan dilakukan dengan cara perendaman dalam larutan dye  berbasis Ruthenium (Z907, Dyesol) dengan pelarut etanol selama 24 jam pada suhu  ruang. Gambar 17 menunjukkan lapisan fotoelektroda TiO2 sebelum dan sesudah 

diwarnai. 

       

(a)        (b) 

Gamba 17. Lapisan fotoelektroda TiO2 sebelum (a) dan sesudah diwarnai (b) 

 

c. Pembuatan lapisan elektroda lawan (counter electrode) 

Lapisan  elektroda  lawan  menggunakan  pasta  platina  tansparan  yang  dideposisi melalui screen printing sesuai pola yang dibua. Lapisan Pt, dikeringkan 

dalam oven dan kemudian dibakar dalam conveyor belt furnace pada suhu 500oC  selama 15 menit (Gambar 18). 

 

Gambar 18. Lapisan elektroda lawan Pt transparan   

d. Pelapisan glass frit dan pasta konduktor 

  Pelapisan glass frit bertujuan untuk memisahkan antara sel tunggal. Glass frit  dideposisi melalui metoda screen printing tepat di daerah yang terpotong (scribbing)  pada kedua elektroda, yaitu fotoelektroda dan counter elektroda. Bagian sribbing  harus tertutup rapat olah lapisan glass fris, sehingga ketiga sel tunggal terpisah. 

  Konduktor Perak (Ag) digunakan sebagai penghubung dalam interkoneksi seri  antar sel. Pencetakkan pasta perak juga dilakukan pada kedua elektrodanya, seperti  ditunjukkan pada gambar 18. 

 

e. Perakitan sub‐modul dan pengisian larutan elektrolit 

Perakitan sub‐modul surya berbasis dye‐sensitized dilakukan dengan cara  menggabungkan lapisan fotoanoda TiO2 dan lapisan elektroda Pt. Penggabungan 

kedua elektroda harus dilakukan secara tepat sesuai dengan pola glass frit dan  konduktor Ag, seperti ditunjukkan pada Gambar 19.   Pada proses penggabungan  lapisan, sebagian area dibiarkan terbuka  sebagai  lubang  udara untuk pengisian  larutan  elektrolit.  Setelah  digabungkan  modul  tersebut  dijepit  dan  dipanaskan  sampai ikatan kedua elektrodanya kuat (Gambar 20). Larutan elektrolit redoks iodine  I‐/I3  (Dyesol,EL‐HSE)  disuntikkan  melalui  area  tersebut,    kemudian  ditutup  menggunakan glass frit.  

 

Laser scribed line

FTO

Seal Ag TiO2

Platina Glass

 

Gambar 20. Proses perakitan sub‐modul dye‐senistized   

3.4 Karakteristik kurva I‐V sub‐modul dye‐sensitized 

  Pengukuran  kurva  I‐V  sub‐modul  dilakukan  menggunakan  Sun  Simulator  AM1,5 National Instrument, sumber cahaya Xenon dengan intensitas 50 mW/cm2.  Sub‐modul  surya  berbasis substrat FTO 8  ohm/sq  dibuat menggunakan dengan  elektroda lawan Pt dengan proses yang berbeda, yaitu Pt printing menggunakan  pasta transparan (Tipe‐A) dan Pt sputtering (Tipe‐B). Secara fisik keduanya berbeda.  Sub‐modul  surya  menggunakan  pasta  Pt  transparan  secara  estatika  memiliki  tampilan yang lebih baik.  

Hasil pengukuran kurva I‐V ditunjukkan pada gambar 21 dan diuraikan dalam  tabel 3. Terlihat bahwa karakteristik listrik (Voc, Isc, Daya, FF, η) yang dihasilkan kedua 

sampel hampir sama untuk masing‐masing tipe. Efisiensi konversi energi listrik sub‐ modul surya kaca yang dihasilkan masih relatif kecil yaitu kurang dari 1 % yaitu  sekitar 0,5 ‐ 0,7%. Tegangan, (Voc) yang dihasilkan cukup baik, yaitu sebesar 1,8 – 2 V  menunjukkan bahwa tegangan setiap sel tunggalnya 1x 9,8 cm sekitar 0,6  ‐ 0,7 V.   Daya keluaran masih relatif kecil, Besarnya daya keluaran modul sangat dipengaruhi  oleh arus dan FF yang dihasilkan dan terlihat bahwa arus (Isc) dan fill factor masih  relatuf kecil. Kondisi ini mengindikasikan bahwa resistansi parasitik seperti resistansi  seri dan pararel yang terdistribusi dalam sub‐modul surya masih besar. Ketebalan  lapisan elektroda TiO2 juga berpengaruh pada karakteristik sel tunggalnya. Lapisan 

TiO2 yang tipis menyebabkan kemampuan dalam menyerap pewarna kecil sehingga 

efisiensi pengumpulan elektron juga rendah. Sedikitnya elektron yang tereksitasi  maka difusi elektron berjalan lambat dan dengan demikian menurunkan efisiensi  konversi foton menjadi arus. 

 

 

Gambar 21: Kurva I‐V sub‐modul luas area 3x9,8 cm2 menggunakan Pt printing  (Tipe‐A) dan Pt Sputtering (Tipe‐B) 

Tabel.3 Data karakteristik listrik sel surya dengan luas aktif 3x9,8 cm2  Sub‐modul Tipe‐A  Sub‐modul Tipe‐B  Karakteristik 

Sampel‐1  Sampel‐2    Sampel‐1  Sampel‐2 

     

Resistansi seri (Ohm)  87,31  105,67    45,7  72,7 

 

  Berdasarkan data pada tabel tersebut dapat diketahui bahwa proses pelapisan Pt  sebagai elektroda pembanding dapat mempengaruhi performansi dari sub‐modul  surya yang dibuat. Terlihat bahwa sub‐modul surya dengan Pt sputtering memiliki  karakteristik listrik yang lebih baik dibandingkan dengan Pt printing. Efisiensi konversi  terbaik dari sub‐modul Tipe‐A adalah 0,61% sedangkan sub‐modul Tipe‐B adalah  0,77%. Hal ini disebabkan oleh resistansi kontak untuk lapisan elektroda lawan Pt  sputtering lebih kecil diibanding Pt printing. Pt sputtering lebih murni disbanding Pt  printing yang dibuat dari pasta yang mengandung bahan‐bahan organic sebagai  binder. 

    Selain  optimasi  dan  kompatibilitas  komponen‐komponen  pembentuknya,  kinerja  modul  surya  juga dipengaruhi  oleh  teknik  dan  ketepatan  dalam  proses  perakitan modul  surya  [7].  Pada  proses  perakitan,  perak  dan  lapisan  glass  frit  (Gambar  6)  memegang  peranan  yang  sangat  penting  sebagai  penghubung  dan  pemisah antara sel tunggalnya. Bagian lapisan fotoelektroda dan lapisan elektroda  lawan harus disatukan secara tepat. Pencetakkan pasta perak sebagai penghubung  harus dibuat dengan tepat agar kontak seri antar sel terhubung dengan baik sehingga  memperkecil resistansi seri.. Demikian juga bagian scribbing pada kedua elektroda  harus  tertutup  rapat  oleh  lapisan  glass  frit  sebagai  pemisah.  Kegagalan  dalam  mengisolasi  dan  memisahkan  tiap  sel  tunggal,  akan  mengakibatkan  kebocoran  larutan elektrolit, sehingga akan terjadi resistansi kontak antar sel. 

Gambar 22 menunjukkan contoh produk sub‐modul surya substrat kaca yang  dibuat dengan interkoneksi internal tipe Z  (total area aktif 3 x 9,8 cm2).  

 

Gambar.22 Prototipe sub‐modul surya dye‐sensitized menggunakan Pt spinting  (transparan) 

 

     

       

 

Gambar 11. Bentuk sinyal sesudah dioda penyearah   

Gambar 12. menunjukkan bentuk picopulse di mana oscilloscope diset untuk  mendapatkan 200ps/div. Tinggi pulse terbaca sekitar 4,5 kotak pada 200mV/div,  atau sekitar 900mV.   Pulse diukur dengan attenuator 9dB, dengan demikian level  pulse yang terukur adalah sekitar 2,5V. 

  Gambar 12. Bentuk sinyal diperbesar   

Gambar  13.  menunjukkan  rangkaian  picopulse.  Jarak  antara  picopulse  terbaca sekitar 2,55 kotak, dengan oscilloscope diset untuk mendapatkan 50ns/div,  atau  sekitar 127,5ns. Ini sama dengan PRF sekitar 7,8MHz.    

 

  Gambar 13. Pengulangan pulse 

 

Untuk  mengkonfirmasi  hasil  pengukuran  di  atas,  kami  juga  melakukan  pengukuran  menggunakan  spectrum  analyzer  Anritsu  MS2721A.  Gambar  14.  menunjukkan spektrum frekuensi dari sinyal rangkaian picopulse. Sinyal tersebut  memiliki nul pertama pada frekuensi sekitar 5,6GHz.  

 

 

Gambar 14. Spektrum frekuensi rangkaian picopulse   

Gambar 15. menunjukkan detail dari spektrum frekuensi picopulse. Jarak  antara puncak atau harmonik frekuensi yang berdekatan adalah sekitar 2,6 kotak  pada 3MHz/div, atau sekitar 7,8MHz. Perbedaan frekuensi yang ditunjukkan oleh  marker juga sekitar angka ini.  

   

  Gambar 15. Detail spektrum frekuensi pulse   

 

™ OUTPUT    (rencana sesuai yg tercantum dalam proposal) 

NO.  OUTPUT  RENCANA  REALISASI % 

CAPAIAN 

KETERANGAN  15.   Publikasi Ilmiah 

p. Jurnal Nasional 

  1 buah 

  1 buah 

  75 

 

Judul “Perancangan dan  Realisasi Sistem Radar  Penembus Dinding UWB‐ FM‐CW 500‐3000 Mhz”,  telah disubmit ke Jurnal  Elektronika dan 

  q. Prosiding  Internasional 

‐  ‐  ‐    

 

  r. Prosiding Nasional  ‐  1 buah  100  Judul: “Pembangkit  Picopulse Berbasis  Transistor Bipolar NPN  Untuk Radar Ultra  Wideband”, Prosiding  Seminar Ilmu  Pengetahuan Teknik 2013   

16.   Contoh Produk 

(jelaskan spesifikasi  lengkapnya) 

1 unit  ‐  75  Prototype Radar Through  Wall UWB Impulse, sudah   selesai, namun belum  berfungsi 

Perlu perbaikan modul  sampling down converter 

17.   HKI         

  i. Paten  ‐  ‐     

 

  j. Merk  ‐  ‐      

 

  dst         

   

35.KENDALA DAN PERMASALAHAN 

Kegiatan ini membutuhkan sebuah digital sampling oscilloscope yang belum  dimiliki PPET. Dana telah dianggarkan untuk pembelian alat tersebut. Namun karena  kesalahan survey harga, ternyata dana yang dianggarkan tidak mencukupi untuk  membeli dengan harga normal, sehingga pengadaannya sempat tertunda. Untunglah  pihak pabrikan di luar negeri pada akhirnya bersedia memberi potongan harga,  sehingga pengadaan digital sampling oscilloscope bisa dilakukan.   

Hasil  pengujian  terhadap  modul  sampling  down  converter  yang  telah  direalisasikan menunjukkan bahwa modul tersebut belum berfungsi sebagaimana  yang  diharapkan.  Karena  modul  tersebut  merupakan  modul  utama,  belum  berfungsinya modul tersebut   mengakibatkan belum berfungsinya seluruh sistem  radar.  Modul  sampling  down  converter  merupakan  salah  satu  modul  yang  dikembangkan sendiri. Keberhasilan pengembangan modul ini adalah indikator dari  keberhasilan pengembangan sistem radar ultra wideband pulse. Untuk itu upaya  harus dan akan terus dilakukan untuk merealisasikan prototipe modul sampling  down converter yang berfungsi. 

 

36.KESIMPULAN 

Pengembangan hardware dan software Through Wall Radar untuk aplikasi Life  Detektor dengan teknologi Radar UWB FM‐CW telah dilakukan pada tahun pertama  dan  kedua.  Meskipun  ada  beberapa  masalah  yang  harus  diselesaikan  dan  penyempurnaan yang harus dilakukan, secara prinsip hardware dan software telah  berfungsi. 

Pada tahun ketiga, investigasi terhadap masalah yang masih ada di Radar UWB  FM‐CW masih akan dilakukan. Bersamaan dengan itu dimulai pengembangan Radar  UWB dengan teknologi lain, yaitu Radar UWB impulse.  

Radar UWB impulse ini lebih sederhana dan lebih murah. Namun, karena  belum  ada  pengalaman  mengenai  Radar  dengan  jenis  ini,  resiko  dalam  pengembangannya  tetap  harus  diperhatikan.  Tantangan  utama  dalam  pengembangan radar jenis ini adalah pengembangan pembangkit impulse, yaitu  pulsa yang sangat sempit berorde sekitar puluhan hingga ratusan pico second, dan  pengembangan data akuisi yang mampu mendigitalkan sinyal impulse. 

Prototype Radar UWB impulse telah direalisasikan, namun belum berfungsi  sebagaimana  direncanakan.  Hal  ini disebabkan  oleh belum  berfungsinya modul  sampling  down  converter  yang  diperlukan  untuk  proses  data  akuisisi.  Modul  sampling down converter memungkinkan proses digitalisasi sinyal pulse dengan  durasi sangat pendek menggunakan ADC biasa. 

Hasil  pengukuran  menunjukkan  bahwa  pembangkit  picopulse  yang  dikembangkan telah berfungsi sebagaimana yang diinginkan, di mana picopulse yang  dihasilkan memiliki lebar sekitar 200ps dengan PRF sekitar 7,8MHz. Pengukuran  spektrum frekuensi menggunakan spectrum analyzer menunjukkan bahwa sinyal  berupa rangkaian picopulse memiliki bandwidth sekitar 5,6GHz dan jarak antara  harmonik frekuensi sekitar 7,8MHz. Hasil ini mengkonfirmasi pengukuran lebar pulsa  dan PRF yang dilakukan menggunakan digital sampling oscilloscope. 

Terkait dengan Radar UWB FM‐CW, investigasi belum bisa dilakukan karena  modul switch RF yang dikembangkan tidak memenuhi spesifikasi yang diperlukan.  Untuk  itu  telah  diputuskan  untuk  membeli  modul  switch  RF  yang  memenuhi  spesifikasi. Namun, karena pengadaan yang terlambat dilakukan, modul baru datang  di akhir waktu kegiatan.   

 

37.DAFTAR PUSTAKA 

1. Protiva,  P.,  Mrkvica,  J.,  Macháč,  J., Universal  Generator  of  Ultra‐Wideband  Pulses, Radioengineering, Vol. 17, No. 4, December 2008. 

2. Rulikowski, P., Barrett, J., Truly Balanced Step Recovery Diode Pulse Generator  with Single Power Supply,   

3. Cemin Zhang and Aly E. Fathy, Reconfigurable Pico‐Pulse Generator for UWB  Applications,  

4. Jeongwoo Han And Cam Nguyen, A New Ultra‐Wideband, Ultra‐Short Monocycle  Pulse  Generator  With  Reduced  Ringing,  IEEE  Microwave  And  Wireless  Components Letters, Vol. 12, No. 6, June 2002 

5. Daniels, D.J., Surface Penetrating Radar, IEE, London, 1996 

6. Daniels, David J., Ground Penetrating Radar, 2nd Edision, IEE, London, 2004  7. Jol,  Harry  M.,  Ground  Penetrating  Radar  Theory  and  Applications,  Elsevier 

Science & Technology, 2009 

8. Chia, M Y W, Leong S W, Sim C K, Chan K M‐ “Through‐Wall UWB Radar  Operating Within FCC’s Mask for Sensing Heart Beat and Breathing Rate”, 2005  European Microwave Conference, Oct 4‐6, Paris, France. 

9. Hamran, Svein‐Erik, et all., Gated UWB FMCW/SF Radar for Ground Penetration  and Through the Wall Applications, NATO Publication 

10. Kouemou, Guy, Radar Technology, ISBN 978‐953‐307‐029‐2, INTECH, Croatia,  December 2009. 

11. Aqsa, Patel,  Signal Generation for  FMCW Ultra‐Wideband Radar,  Master of  Science  Thesis,  Electrical  Engineering  and  Computer  Science,  University  of  Kansas, 2009 

12. Jang,  B.‐J.  et al., Wireless  Bio‐Radar  Sensor  For Heartbeat And  Respiration  Detection, Progress In Electromagnetics Research C, Vol. 5, 149–168, 2008  13. D'Urso , M. et al., A Simple Strategy For Life Signs Detection Via An X‐Band 

Experimental Set‐Up, Progress In Electromagnetics Research C, Vol. 9, 119‐129,  2009 

14. Boric‐Lubecke, Olga   et al.,   Doppler Radar Architectures and Signal Processing  for Heart Rate Extraction, Microwave Review, Decembar 2009 

15. Yamaguchi, Yoshio et al., Human Body Detection in Wet Snowpack by an FM‐CW  Radar, IEEE  Transactions  on Geoscience and  Remote Sensing,  Vol.30, No.1,  January 1992 

16. Purdy, Robert J. et al., Radar Signal Processing,   Lincoln Laboratory Journal,   Volume 12, Number 2, 2000 

17. Yamaguchi, Yoshio et al., Detection of Objects Buried in Wet Snowpack by an  FM‐CW Radar, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Vol.29,  No.2, March 1991 

18. Millot, P. and Maaref, N., UWB FM‐CW Radar for Through‐The‐Wall Sensing,   19. Ferrier, Jean Marie, Comparison of Two UWB Techniques: Step Frequency and 

FMCW Technique, 

20. Maaref, Nadia, FMCW Ultra‐Wideband Radar For Through‐The‐Wall Detection of  Human Beings, 

21. Harris,  T.  L.  et  al.,    Range‐Doppler  Radar  Signal  Processing  with  Spectral  Holography, 

22. Hamran, Svein‐Erik et al.,  Gated UWB FMCW/SF Radar for Ground Penetration  and Through the Wall Applications  

23. Ivashov, S.I. et al., Detection of Human Breathing and Heartbeat by Remote  Radar,  Progress in Electromagnetic Research Symposium 2004, Pisa, Italy, March  28 ‐ 31 

24. Immoreev,  I.  Y.  et  al.,  Ultra‐Wideband  Radar  For  Remote  Detection  And  Measurement Of Parameters Of The Moving Objects On Small Range, Ultra  Wideband and Ultra Short Impulse Signals, 19‐22 September, 2004, Sevastopol,  Ukraine pp. 1‐3 

25. Immoreev,  Igor  Y.,  Practical  Application  Of  Ultra‐Wideband  Radars,  Ultrawideband  and  Ultrashort  Impulse  Signals,  18‐22  September,  2006,  Sevastopol, Ukraine