peranan lapisan-i terhadap efisiensi sel surya p-i-n...

PERANAN LAPISAN-i TERHADAP EFISIENSI SEL SURYA p-i-n BERBASIS SILIKON AMORF TERHIDROGENASI (a-Si:H)

SUPRIANTO1109201710

DOSEN PEMBIMBINGProf. Dr. DARMINTO, M.Sc

PROGRAM MAGISTERBIDANG KEAHLIAN MATERIAL

JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA

2011

PENDAHULUAN

GLASSITO

Lapisan p (a-Si:H)

Lapisan i (a-Si:H)Lapisan n (a-Si:H)

Logam Al

LATAR BELAKANG

RUMUSAN MASALAHBagaimana peranan lapisan-i terhadap efisiensi sel surya p-i-n berbasis a-Si:H.

TUJUANFabrikasi Sel Surya p-i-n berbasis Silikon

Amorf TerhidrogenasiMengetahui Peranan lapisan-i Terhadap

Efisiensi Sel Surya p-i-n Berbasis Silikon Amorf Terhidrogenasi

PENDAHULUAN

BATASAN MASALAH

Deposisi lapisan a-Si:H tipe p, tipe-i dan tipe n dilakukan menggunakan sistem RF-PECVD 13,56 MHz di atas substrat glass corning Eagle XG berukuran 10 x 10 cm2

dengan ketebalan 1,1 mm. Sedangkan deposisi sel surya p-i-n

berbasis a-Si:H dilakukan di atas substrat glass ITO berukuran 10 x 10 cm2 dengan ketebalan 1,1 mm.

PENDAHULUAN

Kajian Pustaka

• Kelebihan dan Kekurangan Sel Surya amorf

Kelebihan Optical bandgap a-Si:H ~1,8 eV Koefisien absorbsi cahaya tampak

a-Si:H (~106 cm-1). Temperatur penumbuhannya

rendah, yaitu 150ºC-270ºC.

Kekurangan Memilki struktur kurang baik, dan

efisiensi konversinya lebih rendahdibanding c-Si

p a-Si:H

i a-Si:Hn a-Si:H

elektron

lubang

Cahaya matahari

Lapisan-i yang terlalu tebal dapat menyebabkan:• Semakin efisien cahaya yang diserap• Menurunkan Fill factor

Kajian Pustaka

Lapisan-i yang terlalu tipis dapat menyebabkan:• Semakin berkurang cahaya yang diserap• Meningkatkan Fill Factor• Arus hubungan pendek ISC berkurang

hubungan ketebalan lapisan-i dengankarakteristik I-V sel surya

METODOLOGI PENELITIAN

Tebal lapisan

KonduktivitasVariable aliran H2yang diubah

Lapisan tipe-n

Lapisan tipe-i

Lapisan tipe-p

P = 530 mTorr

SiH4 20 sccm

H2 70 sccm

B2H6 2 sccm

P = 530 mTorr

SiH4 20 sccm

P = 530 mTorr

SiH4 20 sccm

H2 70 sccm

PH3 3 sccm

Metodologi pengaturan parameter pembuatan lapisan tipe-p, tipe-i dan tipe-n

METODOLOGI PENELITIAN

Tipe-p

PL3

T = 270 CP = 530 mTorrt = 30 menit

dummy

PL3

Substrat dipindahkanke ITZ

Tipe-i

PL3

T = 270 CP = 530 mTorrt = 20 menit

Tipe-n

PL3

T = 270 CP = 530 mTorrt = 30 menit

Substrat dimasukkan

T = 270 CP = 530 mTorrt = 30 menit

Sel Surya p-i-n

evaporator Karakteristik I-V-Effisiensi-Fill Factor-Struktur permukaan dan ketebalan

Sel surya p-i-n

Substrat dikeluarkan

Diagram Fabrikasi Sel Surya p-i-n

• Alat dan Bahan• Kaca ITO (100 x 100 x 1,1 mm3)• Corning Glass Eagle XG (100 x 100 x 1,1) mm3

• Alkohol (Ethanol C2H5OH 96%)• Sistem Plasma Enhanced Chemical Vapour

Deposition (PECVD)• Perangkat Nanocalc 2000 dan software• Perangkat 4 point probe• Kawat Tungsten• Aluminium• evaporator

METODOLOGI PENELITIAN

METODOLOGI PENELITIAN

No Tipe

lapisan

Laju

(SiH4)

(sccm)

Laju

(H2)

(sccm)

Laju

(B2H6)

(sccm)

Laju

(PH3)

(sccm)

Suhu

Substrat

(ºC)

Daya

RF

(watt)

Tekanan

deposisi

(mTorr)

Waktu

deposisi

(menit)

1 lapisan-p 20 70 2 - 270 5 530 30

2lapisan-i

20 50 - - 270 5 530 30

3 20 70 - - 270 5 530 30

4 lapisan-n 20 70 - 3 270 5 530 30

optimasi parameter deposisi lapisan p-i-n a-Si:H

METODOLOGI PENELITIANFabrikasi Sel Surya

Fabrikasi Sel Surya METODOLOGI PENELITIAN

Karakteristik I-V

V

A

Vm Voc

METODOLOGI PENELITIAN

Hasil dan Pembahasan

Lapisan tipe-pKetebalan pada lapisan-p yang dideposisi di dalam PECVD selama 30 menit sebesar 315 nm dan laju deposisi sebesar 1,75 Å/s serta konduktivitas terang dan gelap yang masing-masing sebesar 4,0 x 10-3 dan 3,5 x 10-3 S/cm.

Lapisan tipe-nKetebalan pada lapisan-n yang dideposisi di dalam PECVD selama 30 menit sebesar 318 nm dan laju deposisi sebesar 1,77 Å/s serta konduktivitas terang dan gelap yang masing-masing sebesar 3,55 x 10-2 dan 2,37 x 10-2 S/cm

Karakterisasi lapisan tipe-p, tipe-i, dan tipe-n

• Ketebalan dan laju deposisi lapisan-i

Hasil dan Pembahasan

Sampel SiH4

(sccm)

H2

(sccm)

Ketebalan

(nm)

Laju deposisi

(Å/s)

1 20 50 315 1,75

2 20 70 300 1,67

Karakterisasi lapisan tipe-p, tipe-i, dan tipe-n

SampelLaju H2

(sccm)

Laju deposisi

(Å/s)σd (S/cm) σph (S/cm)

Fotorespon

(σph/ σd)

1 50 1,75 3,63 x 10-8 4,33 x 10-4 1,19 x 104

2 70 1,67 3,8 x 10-9 5,87 x 10-5 1,53 x 104

Hasil dan Pembahasan

• Konduktivitas gelap dan konduktivitas terang sampel a-Si:H tipe-i

Karakterisasi lapisan tipe-p, tipe-i, dan tipe-n

Struktur permukaan sel surya p-i-n Hasil dan Pembahasan

Karakteristik I-V sel surya Hasil dan Pembahasan

Grafik karakteristik sel surya a-Si:H pada luas 1 cm2dengan laju Hidrogen 50 sccm

Grafik karakteristik sel surya a-Si:H pada luas 1 cm2 dengan laju Hidrogen 70 sccm

ISC = 1,6 mA/cm2

VOC = 0,454 voltη = 1,18%

ISC = 2,71 mA/cm2

VOC = 0,568 voltη = 2,7%

Hasil dan Pembahasan

Grafik karakteristik sel surya a-Si:H pada luas 0,25 cm2 dengan laju Hidrogen 70 sccm

Karakteristik I-V sel surya

ISC = 6,58 mA/cm2

VOC = 0,449 voltη = 5,31%

KESIMPULAN• Telah berhasil difabrikasi sel surya p-i-n berbasis silikon amorf• Lapisan tipis a-Si:H telah diaplikasikan sebagai lapisan-i sel surya p-

i-n silikon amorf dengan variasi laju Hidrogen 50 sccm dan 70 sccm dengan ketebalan masing-masing sebesar 3150Å dan 3000 Å, sedangkan ketebalan lapisan-p dan lapisan-n dibuat konstan yaitu sebesar 3150Å dan 3180Å. Di bawah penyinaran dengan intensitas 24,7 mWatt/cm2 pada luasan 1 cm2 di dapatkan nilai karakteristik sel surya p-i-n terbaik pada ketebalan sebesar 3000Å dengan ISC dan VOC masing-masing sebesar 2,71 mA/cm2 dan 0,568 volt, denganeffisiensi sebesar 2,7 %.

• Nilai Optimum karakteristik I-V sel surya p-i-n berbasis silikon amorf terhidrogenasi diperoleh pada luas 0,25 cm2 dengan nilai ISC dan VOC masing-masing 6,58 mA/cm2 dan 0,449 volt dengan effisiensi

5,31%.

TERIMAKASIH