ringkasan penelitian - eprints.uny.ac.ideprints.uny.ac.id/36738/2/laporan penelitian_2015...

33
1 RINGKASAN PENELITIAN Penelitian ini secara umum bertujuan melakukan preparasi dan karakterisasi sambungan p-n dalam merealisasikan piranti sel surya. Piranti sel surya direalisasikan dengan dua bahan lapisan tipis yang masing- masing polikristalin. Realisasi Sel surya tersebut dirancang menggunakan teknik sambungan dua semikonduktor lapisan tipis SnSe yang memiliki tipe p dan lapisan tipis kedua adalah SnS atau CdS yang memiliki jenis pembawa muatan tipe n. Pada penelitian tahun pertama ini target khusus penelitian ini adalah berupa preparasi dan karakterisasi lapisan tipis SnSe dan SnS dengan teknik evaporasi termal. Riset ini dilakukan atas dasar pengalaman riset sebelumnya yaitu telah berhasil melakukan hal yang sama pada lapisan tipis Cd(Se,S). Karakterisasi yang dilakukan pada penelitian ini meliputi sifat- sifat listrik, sifat- sifat optik, struktur Kristal yang terbentuk pada lapisan tipis dan komposisi kimia serta merfologi permukaan bahan. Sifat- sifat listrik dan optik tersebut menjadi informasi penting dalam terapan bahan pada teknologi yang sesuai misalnya pada sel surya. Preparasi bahan semikonduktor lapisan tipis yang dihasilkan pertama- tama dari bentuk paduan SnSe dan SnS. Seperti telah disebutkan bahwa, penelitian ini lebih difokuskan pada studi material dalam bentuk lapisan tipis kedua bahan tersebut. Oleh karena itu sampel hasil preparasi selanjutnya dilakukan karakterisasi untuk mengetahui sifat fisis dari bahan tersebut. Pertama- tama Struktur kristal dan parameter kristal akan ditentukan menggunakan sinar-X yang dikenakan pada sampel, kemudian sinar mengalami difraksi sehingga teknik pengukuran ini dikenal dengan sebutan Difraksi Sinar- X (X - Ray Difraction (XRD). Selanjutnya sifat sifat optik yang dalam hal ini adalah lebar bandgap setiap sampel ditentukan dengan UV- VIS Spektroscopi dan sifat- sifat listrik kedua bahan yang dalam hal ini konduktivitas akan diketahui dengan teknik empat probe. Berikutnya komposisi kimia lapisan tipis akan ditentukan dengan teknik Energy Dispersive Analysis of X- Ray (EDAX) yang terintegrasi dengan teknik Scanning Electron Microscop (SEM) untuk menentukan bentuk morfologi permukaan sampel. Hasil karakterisasi tersebut menunjukkan bahwa lapisan SnSe dan SnS berbentuk polikristalin mengikuti system ortorombik dengan parameter kisi masing- masing a= 11,47 Å, b= 4,152 Å dan c = 4,439 Å untuk SnSe dan a= 4,317 Å , b= 11,647 Å dan c = 3,981 Å untuk SnS. Selanjutnya bandgap (Eg) baik SnSe maupun SnS ditentukan dengan UV- VIS Spectroscopy memberikan hasil sebesar 2,58 eV untuk SnSe dan 2,9 eV untuk SnS. Komposisi Kimia yang telah ditentukan dengan Energy Dispersive analysis of X- Ray dan menghasilkan paduan non stoichiometri dengan komposiis kimia berturu- turut Sn : Se adalah 1;0,97 dan Sn : S adalah 1:0,85. Morfologi permukaan menggambarkan ukuran butir (grain) kristal pada lapisan tipis tersebut dan hasilnya tampak jelas berkisar antara 0,2 sampai 0,5 mikron. Temuan mengenai kuantitas fisis sangat diperlukan sehingga dapat diketahui bagaimana aplikasi bahan SnSe dan SnS pada teknologi khususnya pada sel surya berbasis selain silikon. Oleh karena itulah dapat dikatakan bahwa penelitian ini masih merupakan penelitian dasar yang membuthkan penelitian lanjutan untuk merealisasikan sel surya.

Upload: trandang

Post on 06-Feb-2018

221 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

Page 1: RINGKASAN PENELITIAN - eprints.uny.ac.ideprints.uny.ac.id/36738/2/LAPORAN PENELITIAN_2015 DIPAUNY.pdf · RINGKASAN PENELITIAN Penelitian ini secara umum bertujuan melakukan preparasi

1

RINGKASAN PENELITIAN

Penelitian ini secara umum bertujuan melakukan preparasi dan karakterisasi

sambungan p-n dalam merealisasikan piranti sel surya. Piranti sel surya direalisasikan

dengan dua bahan lapisan tipis yang masing- masing polikristalin. Realisasi Sel surya

tersebut dirancang menggunakan teknik sambungan dua semikonduktor lapisan tipis SnSe

yang memiliki tipe p dan lapisan tipis kedua adalah SnS atau CdS yang memiliki jenis

pembawa muatan tipe n. Pada penelitian tahun pertama ini target khusus penelitian ini

adalah berupa preparasi dan karakterisasi lapisan tipis SnSe dan SnS dengan teknik

evaporasi termal. Riset ini dilakukan atas dasar pengalaman riset sebelumnya yaitu telah

berhasil melakukan hal yang sama pada lapisan tipis Cd(Se,S). Karakterisasi yang

dilakukan pada penelitian ini meliputi sifat- sifat listrik, sifat- sifat optik, struktur Kristal

yang terbentuk pada lapisan tipis dan komposisi kimia serta merfologi permukaan bahan.

Sifat- sifat listrik dan optik tersebut menjadi informasi penting dalam terapan bahan pada

teknologi yang sesuai misalnya pada sel surya.

Preparasi bahan semikonduktor lapisan tipis yang dihasilkan pertama- tama dari

bentuk paduan SnSe dan SnS. Seperti telah disebutkan bahwa, penelitian ini lebih

difokuskan pada studi material dalam bentuk lapisan tipis kedua bahan tersebut. Oleh

karena itu sampel hasil preparasi selanjutnya dilakukan karakterisasi untuk mengetahui

sifat fisis dari bahan tersebut. Pertama- tama Struktur kristal dan parameter kristal akan

ditentukan menggunakan sinar-X yang dikenakan pada sampel, kemudian sinar mengalami

difraksi sehingga teknik pengukuran ini dikenal dengan sebutan Difraksi Sinar- X (X - Ray

Difraction (XRD). Selanjutnya sifat sifat optik yang dalam hal ini adalah lebar bandgap

setiap sampel ditentukan dengan UV- VIS Spektroscopi dan sifat- sifat listrik kedua bahan

yang dalam hal ini konduktivitas akan diketahui dengan teknik empat probe. Berikutnya

komposisi kimia lapisan tipis akan ditentukan dengan teknik Energy Dispersive Analysis of

X- Ray (EDAX) yang terintegrasi dengan teknik Scanning Electron Microscop (SEM) untuk

menentukan bentuk morfologi permukaan sampel.

Hasil karakterisasi tersebut menunjukkan bahwa lapisan SnSe dan SnS berbentuk

polikristalin mengikuti system ortorombik dengan parameter kisi masing- masing a= 11,47

Å, b= 4,152 Å dan c = 4,439 Å untuk SnSe dan a= 4,317 Å , b= 11,647 Å dan c = 3,981

Å untuk SnS. Selanjutnya bandgap (Eg) baik SnSe maupun SnS ditentukan dengan UV-

VIS Spectroscopy memberikan hasil sebesar 2,58 eV untuk SnSe dan 2,9 eV untuk SnS.

Komposisi Kimia yang telah ditentukan dengan Energy Dispersive analysis of X- Ray dan

menghasilkan paduan non stoichiometri dengan komposiis kimia berturu- turut Sn : Se

adalah 1;0,97 dan Sn : S adalah 1:0,85. Morfologi permukaan menggambarkan ukuran

butir (grain) kristal pada lapisan tipis tersebut dan hasilnya tampak jelas berkisar antara 0,2

sampai 0,5 mikron. Temuan mengenai kuantitas fisis sangat diperlukan sehingga dapat

diketahui bagaimana aplikasi bahan SnSe dan SnS pada teknologi khususnya pada sel

surya berbasis selain silikon. Oleh karena itulah dapat dikatakan bahwa penelitian ini masih

merupakan penelitian dasar yang membuthkan penelitian lanjutan untuk merealisasikan sel

surya.

Page 2: RINGKASAN PENELITIAN - eprints.uny.ac.ideprints.uny.ac.id/36738/2/LAPORAN PENELITIAN_2015 DIPAUNY.pdf · RINGKASAN PENELITIAN Penelitian ini secara umum bertujuan melakukan preparasi

2

BAB 1. PENDAHULUAN

Dewasa ini kebutuhan manusia dalam hal energi listrik terus mengalami peningkatan

karena tuntutan penggunaan piranti- piranti di era kemajuan teknologi. Dalam era

kemajuan teknologi ini memungkinkan manusia dapat memilih sumber energi listrik mana

yang akan dikembangkan sesuai dengan tuntutan kehidupannya. Sebagai gambaran dewasa

ini riset mengenai energi terbarukan menjadi sangat intensif mengingat sumber daya

konvensional terutama bahan bakar minyak yang sumber dayanya semakin menipis.

Disamping itu sumber energi jenis ini menimbulkan problem polusi udara yang harus

dihindari dalam kehidupan modern sekarang ini. Salah satu sumber energi terbarukan yang

harus dikembangkan terutama di Indonesia adalah konversi energi surya menjadi energi

listrik. Sudah sangat paham bahwa untuk itu diperlukan sebuah piranti yang disebut sel

surya yang karena efek fotovoltaik sel surya tersebut dapat mengubah energi surya secara

langsung menjadi energi listrik.

Sel surya merupakan sebuah piranti terdiri dari sambungan dua bahan semikonduktor

dengan tipe konduktivitas berbeda. Jika dua buah semikonduktor tipe p dan tipe n

disambungkan dalam rekayasa fisika dapat dihasilkan sel surya. Banyak bahan

semikonduktor yang dapat dijadikan sebagai bahan sel surya. Namun dalam penelitian

akan dilakukan studi bahan semikonduktor tipe p/n yaitu Sn(Se,S) yang sangat promotif

menjadi bahan sel surya. Ketertarikan para peneliti untuk meneliti bahan ini disebabkan

karena telah diketahui energi gap bahan sebesar 1,3 eV untuk SnS (O.E Ogah,2008) dan

1,92 eV untuk SnSe (N.Kumar, 2011), merupakan energi gap yang sesuai dengan spektrum

energi surya, karena nilai tersebut diantara nilai energi dimana efisiensi konversi energi

surya teoritis mencapai puncaknya yaitu pada 1,5 eV (A. Goetzberger, 2000).

Setelah melakukan riset ini dapat ditunjukkan bahwa riset ini tetap penting dilakukan

karena pertimbangan berikut ini.

- Pertama, masih diperlukanya data- data semikonduktor untuk meningkatkan efisiensi

konversi sel surya berbasis Sn(Se,S)/Cd(S,Se), yaitu bahan sel surya selain silikon.

- Kedua, keberhasilan penelitian ini akan menjadi dasar penelitian lebih lanjut dalam

merealisasikan peningkatan efisiensi konversi sel surya berbasis Sn(Se,S)/Cd(S,Se,Te)

dengan teknik evaporasi.

- Ketiga, keberhasilan penelitian ini akan mendorong pada penelitian lanjutan yaitu realisasi

sel surya berbasis Sn(Se,S)/Cd(S,Se,Te) yang selaras dengan RIP UNY dalam bidang energy

baru dan terbarukan.

Page 3: RINGKASAN PENELITIAN - eprints.uny.ac.ideprints.uny.ac.id/36738/2/LAPORAN PENELITIAN_2015 DIPAUNY.pdf · RINGKASAN PENELITIAN Penelitian ini secara umum bertujuan melakukan preparasi

3

- Keempat, penelitian ini telah memberikan kontribusi kepada 2 (dua) mahasiswa tingkat

sarjana (S1) dalam menyelesaikan tugas akhir studinya. Tidak menutup kemungkinan

membantu mahasiswa program S2 bidang Fisika di seluruh Indonesia yang ingin membuat

tugas akhir/skripsi dalam bidang Fisika Material khususnya semikonduktor sel surya.

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

Sesuai dengan tujuan penelitian ialah menentukan struktur Kristal, sifat- sifat optic

dalam bentuk energi gap, serta sifat- sifat listrik dalam hal rapat pembawa muatan dan

konduktivitas listrik bahan semikonduktor lapisan tipis SnSe dan SnS . Penelitian ini

sangat penting dilakukan, oleh karena bahan tersebut sangat promotif dalam aplikasi

material dalam teknologi sel surya (S.S. Hegde, 2011). Bahan SnS dan SnSe memiliki

efisiensi konversi yang layak untuk diteliti mengingat besarnya absorbsi yang sesuai

dengan celah energi yang dimiliki sebesar 1.3 eV- 1,92 eV. Disamping itu keunggulan

yang dimiliki kedua bahan ini telah banyak diketahui merupakan bahan semikonduktor

yang memiliki stabilitas yang sangat bagus, dan yang terpenting adalah proses

pembuatannya dapat didanai dalam orde laboratorium..

Studi awal realissi sel surya berbasis SnS telah dilakukan oleh . A. Akkari, (2010) dan

SnSe oleh N.A Okereke (2010) yang menunjukkan bahwa material ini terus menjadi pusat

perhatian para peneliti sebagaimana bahan promotif yang lain seperti Cu(In,Ga)Se2.

Sementara itu telah dipahami bahwa kualitas sel surya ditentukan oleh kemampuan sel

surya tersebut menkonversi energi surya langsung menjadi energi listrik.

Sel surya tersebut merupakan persambungan (junction) yang kualitas persambungan

ditentukan oleh kesesuaian konstanta kisi (a

a 0.01) ( G. Hanna, 2001), sedangkan

efisiensi energi surya salah satunya tergantung pada energi gap (A. Goetzberger,2000).

A. Goetzberger telah menemukan hubungan antara efisiensi konversi energi matahari

sebagai fungsi dari energi gap bahan seperti ditunjukkan pada gambar 1.

Page 4: RINGKASAN PENELITIAN - eprints.uny.ac.ideprints.uny.ac.id/36738/2/LAPORAN PENELITIAN_2015 DIPAUNY.pdf · RINGKASAN PENELITIAN Penelitian ini secara umum bertujuan melakukan preparasi

4

Gambar 1. Efisiensi konversi energi surya sebagai fungsi dari energi gap (A.

Goetzberger, 2000)

Studi tentang besarnya efisiensi konversi sebagai fungsi dari energi gap (gambar1),

meyakinkan pada para peneliti bahwa semikonduktor Sn(Se,S) merupakan bahan yang

sangat promotif untuk sel surya karena energy gap kedua material memiliki efisisensi

konversi yang dekat dengan nilai efisiensi teoritis maksimal. Penelitian yang telah

dilakukan sebatas pada bahan SnS lapisan tipis dengan teknik Close Spaced Vapor transpot

(Yanuar, 2001), penentuan mikrostruktur pada SnS dan sifat- sifat listrik bahan SnSe (Katy

Hartman,2011), sedangkan pada system Sn(S,Se) dengan teknik evaporasi vakum belum

banyak informasi yang diperoleh dari para peneliti Fisika Material.

Penentuan Struktur Kristal

Bahan padat merupakan zat yang tersusun oleh atom-atom, ion-ion, atau molekul-

molekul yang sangat berdekatan dan ikatannya membentuk padatan. Zat padat memiliki

beberapa sifat antara lain memiliki volum dan bentuk tetap, jarak antar partikel sangat

rapat, gerak partikel tetap dan gaya tarik antar partikel sangat kuat. Zat padat juga

cenderung mempertahankan bentuknya ketika gaya luar mempengaruhinya. Dilihat dari

struktur atom penyusunnya, zat padat dibedakan menjadi tiga yaitu kristal tunggal

(monocrystal), polikristal (polycrystal), dan amorf. Kristal tunggal (monocrystal)

merupakan suatu zat padat yang memiliki susunan atom atau molekul yang teratur, dimana

(

Energi gap

( eV)

Page 5: RINGKASAN PENELITIAN - eprints.uny.ac.ideprints.uny.ac.id/36738/2/LAPORAN PENELITIAN_2015 DIPAUNY.pdf · RINGKASAN PENELITIAN Penelitian ini secara umum bertujuan melakukan preparasi

5

keteraturannya dalam pola tiga dimensi dan berulang secara periodik dalam rentang yang

panjang tak berhingga. Polikristal didefinisikan sebagai kumpulan dari kristal-kristal yang

memiliki ukuran terbatas dan saling menumpuk yang membentuk benda padat. Amorf

memiliki pola susunan atom-atom, ion-ion atau molekul-molekul yang tidak teratur dengan

jangka yang pendek. Amorf bisa saja terbentuk karena proses pendinginan yang terlalu

cepat sehingga atom-atom tidak dapat dengan tepat menempati lokasi kisinya.

Penentuan struktur krital di atas dapat dilakukan dengan difraksi sinar-X. Sinar-X

monokromatis dengan panjang gelombang berorde beberapa angstrom yang dilewatkan

pada suatu bahan maka akan terjadi beberapa fenomena yaitu penyerapan (absorbsi) dan

penghamburan (scaterring) berkas sinar oleh atom-atom dalam bahan tersebut. Berkas

sinar- X yang jatuh dihamburkan ke segala arah, akan tetapi karena keteraturan letak atom-

atom, pada arah-arah tertentu gelombang hambur menjadi gelombang yang terdefraksikan

dan akan mengalami interferensi konstruktif (penguatan), sedang yang lainnya akan

mengalami interferensi deskruktif (saling menghilangkan).

Seberkas sinar-X terarah jatuh pada kristal dengan sudut θ dan sebuah detektor

diletakkan untuk mencatat sinar yang sudut defraksinya sebesar 2θ. Ketika 2θ diubah,

detektor akan mencatat puncak intensitas yang bersesuaian dengan orde-n yang

divisualisasikan dalam bentuk difraktogram. Menurut Bragg berkas yang terdifraksi oleh

kristal terjadi jika pemantulan oleh bidang sejajar atom menghasilkan interferensi

konstruktif. Pemantulan sinar-X oleh sekelompok bidang paralel dalam kristal pada

hakekatnya merupakan gambaran dari difraksi atom-atom kristal, seperti terlihat pada

Gambar 2. Arah difraksi sangat ditentukan oleh geometri kisi yang sangat bergantung pada

orientasi dan jarak antar bidang Kristal. Seberkas sinar mengenai kisi pada atom A dan di

atom B pada bidang

Selanjutnya seperti yang ditunjukkan pada gambar 2, bila Jarak antara bidang kisi

adalah d, sedangkan sudut datang pada bidang kristal tertentu adalah yaitu merupakan

sudut difraksi. Berkas-berkas sinar x tersebut mempunyai panjang gelombang λ, maka

detektor akan mencacah berkas difraksi sinar x yang maksimum ketika berkas- berkas sinar

x itu memenuhi hukum Bragg, yaitu

2 d sin = λ (1)

Page 6: RINGKASAN PENELITIAN - eprints.uny.ac.ideprints.uny.ac.id/36738/2/LAPORAN PENELITIAN_2015 DIPAUNY.pdf · RINGKASAN PENELITIAN Penelitian ini secara umum bertujuan melakukan preparasi

6

Gambar 2. Difraksi sinar- X dalam penurunan Hukum Bragg

Sementara itu untuk struktur ortorombik jarak antar bidang kristal d memenuhi persamaan

(2)

Dari persamaan (1) dan (2) dapat ditentukan parameter kisi a, b, c, dengan cara

menyatukan dua persaman di atas dan diperoleh (disebut metode analitik):

( C. Suryanarayana and M. Grant Norton, 1998).

(3)

dengan

Scanning Electron Microscopy (SEM)

Karakterisasi SEM digunakan untuk melihat struktur morfologi permukaan, ukuran butiran,

cacat struktural, dan komposisi pencemaran suatu bahan. Hasil yang didapatkan dari

karakterisasi ini dapat dilihat secara langsung pada hasil SEM yaitu berupa Scanning Electron

Micrograph yang menyajikan gambar atau foto. SEM digunakan untuk mempelajari struktur

permukaan objek, yang secara umum diperbesar antara 1.000-40.000 kali. SEM merupakan jenis

mikroskop elektron yang gambar sampelnya diperoleh dari pembacaan menggunakan berkas

electron datang yang kemudian menghasilkan elektron sekunder.

Seperti telah dijelaskan bahwa prinsip kerja SEM adalah munculnya elektrom sekunder

ketika sampel ditumbuk oleh berkas elektron datang. Hasilnya berupa foto- foto yang merupakan

citra yang terjadinya elektron sekunder tersebut. Scanning pada permukaan bahan yang

dikehendaki dapat dilakukan dengan mengatur scanning generator dan scanning coils. Elektron

sekunder hasil interaksi antara berkas electron datang dengan permukaan bahan ditangkap oleh

detector kemudian diubah menjadi sinyal listrik. Sinyal listrik ini diperkuat oleh penguat

(amplifier) yang kemudian divisualisasikan dalam monitor sinar katoda (CRT).

Page 7: RINGKASAN PENELITIAN - eprints.uny.ac.ideprints.uny.ac.id/36738/2/LAPORAN PENELITIAN_2015 DIPAUNY.pdf · RINGKASAN PENELITIAN Penelitian ini secara umum bertujuan melakukan preparasi

7

EDAX (Energy Dispersive of Analysis X-Ray)

Karakterisasi bahan semikonduktor untuk menentukan komposisi kimia suatu

bahan dapat dilakukan menggunakan Energy Dispersive Analysis of X-Ray (EDAX).

Sistem analisis EDAX bekerja sebagai fitur yang terintegrasi dengan SEM dan tidak dapat

bekerja tanpa SEM (Scanning Electron Microscopy). Prinsip kerja dari alat ini adalah

menangkap dan mengolah sinyal fluoresensi sinar-X yang keluar apabila berkas electron

mengenai daerah tertentu pada bahan (specimen). Sinar-X tersebut dapat dideteksi dengan

detektor zat padat, sehingga menghasilkan pulsa intensitas yang sebanding dengan panjang

gelombang sinar-X.

Komposisi kimia suatu bahan dapat diketahui dengan melihat interaksi yang terjadi ketika

specimen dikenai berkas electron datang. Berkas elektron yang mengenai specimen akan

menghasilkan sejumlah energy dalam bentuk sinar-X yang akan diterima oleh detektor

kemudian diproses melalui MCA (Multi Channel Analizer), ADC (Analog To Digital

Converter), interface selanjutnya diproses dalam komputer yang menampilkan output

dalam bentuk spektrum berupa plot yang menggambarkan seberapa intensitas sinar-X

diterima untuk setiap level energi. Spektrum pada EDAX menunjukkan hubungan dengan

puncak tingkat energi dari sinar-X yang diterima. Puncak energi adalah unik untuk setiap

atom yang menunjukkan elemen tertentu, sehingga pada energy tertentu dimana

menghasilkan intesitas maka dapat diketaui atom apa yang terdapat pada sampel.

Sementara intu tinggi pulsa pada sinar x yang terjadi menggambarkan berapa konsentrasi

atom tersebut pada sampel.

BAB 3. METODE PENELITIAN

Bahan yang diperlukan untuk preparasi paduan masif adalah Tin Sulfida (SnS) dan Tin

Selenida (SnSe) masing- masing memiliki derajat kemurnian 99.99 %. Penelitian ini

dibedakan dalam tiga langkah :

- Pertama, preparasi lapisan tipis dengan teknik vakum evaporasi, dengan skema preparasi

seperti tampak pada gambar 3.

Page 8: RINGKASAN PENELITIAN - eprints.uny.ac.ideprints.uny.ac.id/36738/2/LAPORAN PENELITIAN_2015 DIPAUNY.pdf · RINGKASAN PENELITIAN Penelitian ini secara umum bertujuan melakukan preparasi

8

Gambar 3. Skema teknik Evaporasi

Sistem evaporasi terbuat dari tabung kuarsa diameter 30 cm ditempatkan di atas sistem

vakum yang terdiri dari pompa primer dan pompa sekunder. Sumber adalah paduan SnS dan

SnSe terlebih dulu digerus sehingga berbentuk serbuk. Serbuk ditempatkan pada cawan

pemanasan sumber berbentuk perahu yang bisa dipanaskan sampai suhu diatas 1500o C

terbuat dari bahan Molybdenum (Mo). Suhu cawan tersebut dapat diketahui menggunakan

termokopel. Antara sumber dan substrat dipisahkan oleh suatu pemisah yang jaraknya dapat

divariasi namun dalam penelitian ini dipilih pada nilai 15 cm. Sementara itu di sekitar

substrat dipasang pemanas substrat karena kristalisasi lapisan tipis akan terjadi dengan suhu

substrat di atas 300oC (A. Zouaoui, 1999). Variasi suhu substrat juga dilakukan pada

peelitian ini yaitu pada kisaran antara tanpa pemanas substrat sampai suhu mencapai 500oC.

Kelebihan teknik ini adalah bahwa hasil lapisan tipis memiliki komposisi dan struktur yang

mirip/ sama dengan sumber target paduan masifnya dan tekanan kerja berorde 10-6

Torr,

sehingga tekanan sebesar itu dapat dicapai dengan menggunakan pompa primer dan

sekunder.

- Kedua, karakterisasi massif dan lapisan tipis yang meliputi :

1. X-Ray Difraction (XRD), untuk menentukan struktur dan parameter kisi (a, b dan c).

Penentuan parameter kisi dihitung dengan metode Analitis, sehingga dihasilkan

perhitungan yang akurat. Prinsip metode analitis adalah perhitungan parameter kisi

Catu

Daya

Pompa

Primer Pompa

Sekunder

Tabung vakum

yang di dalamnya

terdapat target

dan substrat

Page 9: RINGKASAN PENELITIAN - eprints.uny.ac.ideprints.uny.ac.id/36738/2/LAPORAN PENELITIAN_2015 DIPAUNY.pdf · RINGKASAN PENELITIAN Penelitian ini secara umum bertujuan melakukan preparasi

9

dilakukan dengan melibatkan seluruh bidang (hkl) dari hasil difraksi sinar X, sehingga

hasil perhitungan tersebut memenuhi seluruh puncak - puncak difraksi. Hal ini jelas

memungkinkan interpretasi hasil XRD menggambarkan material yang riil terjadi dalam

preparasi bahan.

2. Karakterisasi lainnya adalah Energy Dispersive Analysis of X- Ray (EDAX) dapat

memastikan senyawa yang terbentuk pada lapisan tipis dengan komposisi yang

direncanakan sesuai dengan bahan masifnya.

3. Sedangkan untuk mengetahui bagaimana ukuran grain yang terbentuk pada lapisan tipis

digunakan Scanning Electronic Microscopy (SEM). SEM mampu memperbesar sampai

40.000 kali, sehingga dapat diketahui pula tingkat homogenitas sampel.

4. UV- VIS Spektroscopy yang hasilnya berupa Spektrum Absorbansi dan Transmitansi

sebagai fungsi panjang gelombang (energi) foton yang dikenakan pada bahan khususnya

lapisan tipis. Data ini dapat digunakan untuk menentukan bagaimana tanggap bahan

terhadap energi foton yang dikenakan dan selanjutnya dengan data tersebut dapat

ditentukan lebar bandgap bahan hasil preparasi penelitian.

5. Resistivitas atau konduktivitas ditentukan dengan menggunakan metode empat probe

karakterisasi ini dapat dilakukan di BATAN Yogyakarta

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. PREPARASI SAMPEL

Preparasi sampel telah selesai dilakukan dengan teknik Evaporasi vakum yaitu menyangkut

pengambilan beberapa variable berikut ini. Variable kontrol meliputi tekanan vakum,

massa bahan, dan temperature sumber (cawan) dan jarak antara cawan dan substrat.

Sedangkan variabel bebas dalam penelitian ini yaitu variasi temperature substrat yaitu

dengan memiilih empat variasi antara tanpa pemanas substrat sampai temperature 500oC .

Perlakuan tersebut untuk menentukan variable terikat yaitu struktur dan kualitas kristalisasi

lapisan tipis SnSe dan SnS.

Page 10: RINGKASAN PENELITIAN - eprints.uny.ac.ideprints.uny.ac.id/36738/2/LAPORAN PENELITIAN_2015 DIPAUNY.pdf · RINGKASAN PENELITIAN Penelitian ini secara umum bertujuan melakukan preparasi

10

B. KARAKTERISASI STRUKTUR

Hasil XRD Lapisan Tipis SnSe

Seperti telah disebutkan di atas XRD (X-Ray Diffraction) dapat digunakan untuk

mengetahui parameter kisi dan struktur kristal lapisan tipis SnSe dan SnS. Karakterisasi

XRD ini menggunakan sumber Cu yang memiliki panjang gelombang Cu (K) sebesar

1,54060 Å. Data yang diperoleh dari analisis XRD berupa difraktogram yaitu grafik

hubungan antara intensitas (I) puncak spektrum dan sudut difraksi (2θ). Difraktogram

menunjukkan puncak-puncak spektrum yang muncul pada sampel. Setelah menganalisis

XRD maka dapat diketahui jarak antara bidang hkl (dhkl). Pola difraksi yang terbentuk dari

sampel penelitian selanjutnya dibandingkan dengan data pada JCPDS (Join Committee on

Powder of Diffraction Standard) sehingga dapat ditentukan indeks miller pada puncak

difraksi yang terbentuk. Perhitungan parameter secara manual juga dapat dilakukan setelah

struktur kristal diketahui. Berikut beberapa gambar grafik yang merupakan difraktogram

dari tiap sampel penelitian dengan bantuan software Microcal Origin. Sedangkan mesin

XRD yang digunakan bermerk Miniflex 600 Rigaku.

Hasil-hasil empat sampel yang diperoleh dengan melakukan variasi suhu substrat

ditunjukkan pada gambar 4 . berikut ini.

(a). SnSe, suhu substrat 250oC

Meas. data:Sampel I 250 C/Data 1

BG data:Sampel I 250 C/Data 1

Calc. data:Sampel I 250 C/Data 1

2-theta (deg)

Inte

nsi

ty (

cou

nts

)

20 40 60 80

0

500

1000

1500

2000

Page 11: RINGKASAN PENELITIAN - eprints.uny.ac.ideprints.uny.ac.id/36738/2/LAPORAN PENELITIAN_2015 DIPAUNY.pdf · RINGKASAN PENELITIAN Penelitian ini secara umum bertujuan melakukan preparasi

11

(b). SnSe, pada suhu substrat 350oC

( c).SnSe, pada suhu substrat 500oC

Meas. data:Sampel sn seII 350C/Data 1

BG data:Sampel sn seII 350C/Data 1

Calc. data:Sampel sn seII 350C/Data 1

2-theta (deg)

Inte

nsity

(co

un

ts)

20 40 60 80

0

100

200

300

400

500

600

Meas. data:Sn se III 500C/Data 1

BG data:Sn se III 500C/Data 1

Calc. data:Sn se III 500C/Data 1

2-theta (deg)

Inte

nsity (

co

un

ts)

20 40 60 80

0

500

1000

1500

2000

2500

Page 12: RINGKASAN PENELITIAN - eprints.uny.ac.ideprints.uny.ac.id/36738/2/LAPORAN PENELITIAN_2015 DIPAUNY.pdf · RINGKASAN PENELITIAN Penelitian ini secara umum bertujuan melakukan preparasi

12

( d) SnSe, pada tanpa pemanas substrat

Gambar 4.. Hasil XRD sampel SnSe dengan temperatut substrat berbeda

Meas. data:Sn Se IV TP/Data 1

BG data:Sn Se IV TP/Data 1

Calc. data:Sn Se IV TP/Data 1

2-theta (deg)

Inte

nsity (

co

un

ts)

20 40 60 80

0

500

1000

1500

Page 13: RINGKASAN PENELITIAN - eprints.uny.ac.ideprints.uny.ac.id/36738/2/LAPORAN PENELITIAN_2015 DIPAUNY.pdf · RINGKASAN PENELITIAN Penelitian ini secara umum bertujuan melakukan preparasi

13

Puncak- puncak difraksi SnSe dicocokkan dengan data JCPDS kemudian diperoleh

puncak- puncak difrkasi dan dapat ditunjukkan dalam table 1 berikut ini.

Tabel 1. Hasil XRD sampel Lapisan Tipis SnSe dengan variasi suhu substrat.

No. Sampel SnSe ke

I (250oC) II (350

oC)

2 Int. hkl 2 Int. hkl

1. 29,40 21 011 - - -

2. 30,45 100 111 30,42 100 111

3. - - - 31,40 52 400

4. 37,71 6 311 - - -

5. 43,49 9 020 - - -

6. - - - 38,70 13 410

7. 47,11 2 112 44,34 5 501

III (500oC) IV (Kamar)

2 Int. hkl 2 Int. hkl

1 - - - 29,43 22 011

2 30,59 100 111 30,50 100 111

3 31,16 52 400 - - -

4 37,87 5 311 - - -

5 43,56 12 020 43,57 14 020

Parameter kisi Kristal dihitung dengan persamaan 3 dan diperoleh bahwa bahan SnSe

lapisan tipis merupakan Kristal dengan mengikuti system orthorombik dengan parameter

kisi Kristal masing- masing sampel ditunjukkan pada table berikut ini.

Page 14: RINGKASAN PENELITIAN - eprints.uny.ac.ideprints.uny.ac.id/36738/2/LAPORAN PENELITIAN_2015 DIPAUNY.pdf · RINGKASAN PENELITIAN Penelitian ini secara umum bertujuan melakukan preparasi

14

Tabel 2. Parameter kisis kristal SnSe hasil preparasi dengan beberapa temperatur substrat.

Parameter

kisi

(Å)

Sampel

1

250°C

Sampel

2

350°C

Sampel

3

500°C

Sampel 4

Tanpa

Pemanas

Substrat

JCPDS

a 11,7 11,384 11,47 11,32 11,49

b 4,158 4,042 4,152 4,151 4,153

c 4,442 4,608 4,439 4,439 4,440

Berdasarkan perhitungan dan distribusi nilai sudut difraksi tampak bahwa bidang yang

memberikan intensitas tertinggi pada bidang 111 untuk semua sampel dan nilai parameter

kisi hampir sama. Namun demikian dalam riset berikutnya tentu akan dipilih variable

preparasi bahan dengan suhu substrat 500oC mengingat hasil perhitungan sangat dekat

dengan hasil pada JCPDS.

Identik dengan pengukuran pada SnSe, sampel SnS dikarakterisasi dengan XRD

dengan peralatan yang sama hasilnya ditunjuukan pada gambar 5 berikut ini.

(a). SnS pad suhu substrat 200oC

Page 15: RINGKASAN PENELITIAN - eprints.uny.ac.ideprints.uny.ac.id/36738/2/LAPORAN PENELITIAN_2015 DIPAUNY.pdf · RINGKASAN PENELITIAN Penelitian ini secara umum bertujuan melakukan preparasi

15

(b). SnS pada suhu substrat 300oC

(c ). SnS, pada suhu substrat 450oC

Page 16: RINGKASAN PENELITIAN - eprints.uny.ac.ideprints.uny.ac.id/36738/2/LAPORAN PENELITIAN_2015 DIPAUNY.pdf · RINGKASAN PENELITIAN Penelitian ini secara umum bertujuan melakukan preparasi

16

(d). SnS pada tanpa pemanas

Gambar 5. Hasil XRD sampel SnS hasil preparasi dengan teknik evaporasi termal dengan

temperature substrat berbeda- beda.

Seperti halnya SnSe, puncak- puncak difraksi SnS dapat dinyataakan daam table 2 berikut ini.

Tabel 2. Hasil XRD SnS

No. Sampel SnSe ke

I (200oC) II (300

oC)

2 Int. hkl 2 Int. hkl

1 27,36 100 021 26,76 5 120

2 30,52 53 101 28,08 69 021

3 31,49 87 111 31,14 63 111

4 38,89 15 131 32,18 100 040

5 45,26 34 002 39,62 9 131

6 51.02 40 211 49,29 3 211

7 53,01 67 122 51,75 9 151

8 56,47 43 042 53,78 19 160

9 63,97 11 202 57,30 16 042

10 75,07 32 113 64,60 7 251

Page 17: RINGKASAN PENELITIAN - eprints.uny.ac.ideprints.uny.ac.id/36738/2/LAPORAN PENELITIAN_2015 DIPAUNY.pdf · RINGKASAN PENELITIAN Penelitian ini secara umum bertujuan melakukan preparasi

17

No. Sampel SnS ke

III (450oC) IV (Kamar)

2 Int. hkl 2 Int. hkl

1. 26,60 72 120 26,0 67 120

2. 28,24 100 021 27,46 70 021

3. 32,51 20 040 31,52 100 111

4. 39,78 13 131 31,97 69 040

5. 57,35 21 042 45,51 26 002

6. 59,94 7 250 48,53 27 211

Identik dengan perhitungan pada SnSe di atas, parameter kisi Kristal dihitung dengan

persamaan 3 dan diperoleh bahwa bahan SnSe lapisan tipis merupakan Kristal dengan mengikuti

system orthorombik dengan parameter kisi Kristal masing- masing sampel ditunjukkan pada

table 3 berikut ini.

Tabel 3. Hasil perhitungan parameter kisi SnS klapisan tipis hasil preparasi teknik

Evaporasi Vakum.

Param

eter

kisi

(A)

Sampel I

Suhu

Substrat

200oC

Sampel II

Suhu Substrat

300oC

Sampel III

Suhu

Substrat

450oC

Sampel IV

Tanpa

Pemanas

Substrat

JCPDS

a 4,317 4,226 4,321 4,203 4,334

b 11,647 11,165 11,007 11,070 11,200

c 3,981 4,870 3,064 4,169 3,987

Page 18: RINGKASAN PENELITIAN - eprints.uny.ac.ideprints.uny.ac.id/36738/2/LAPORAN PENELITIAN_2015 DIPAUNY.pdf · RINGKASAN PENELITIAN Penelitian ini secara umum bertujuan melakukan preparasi

18

Berdasarkan perhitungan dan distribusi nilai sudut difraksi tampak bahwa bidang yang

memberikan intensitas tertinggi pada bidang 021 pada temperature substrat 200oC dan 450

oc,

namun berubah pada bidang 040 pada suhu substrat 300oC dan tanpa pemanas substrat. Semua

sampel dan nilai parameter kisi hampir sama. Namun demikian dalam riset berikutnya tentu akan

dipilih variable preaparsi bahan dengan suhu substrat antar 200oC dan 300

oC mengingat hasil

perhitungan sangat dekat dengan hasil pada JCPDS.

C. KARAKTERISASI SEM DAN EDAX

HASIL SEM dan EDAX PADA SAMPEL SnSe

Riset ini dilakukan dengan variasi temperature substrat pada variable kontrol tekanan operasi,

massa bahan, temperature sumber (cawan), jarak antara sumebr dan substrat. Namun demikian

mengingat keterbatasan yang ada karakterisasi SEM hanya dilakukan pada satu sampel yaitu atas

pertimbangan hasil karakterisasi XRD.

Scanning Electron Microscopy (SEM) merupakan instrumen yang digunakan untuk

mengetahui morfologi permukaan lapisan tipis SnSe. Bentuk morfologi dari permukaan lapisan

tipis SnSe diperoleh dari penangkapan dan pengolahan electron sekunder yang dipancarkan oleh

lapisan tipis tersebut. Hasil dari karakterisasi SEM berupa foto permukaan suatu kristal yang

terbentuk. Pada karakterisasi dengan menggunakan SEM ini, sampel lapisan tipis yang dianalisis

adalah sampel dengan suhu substrat 500°C. Pemilihan sampel ini karena sampel ini memiki

tingkat keteraturan atom pada kristal yang paling baik dan nilai parameter kisinya yang paling

mendekati dengan data standar JCPDS dibanding sampel lainnya. Morfologi permukaan hasil

karakterisasi sampel SnSe dengan perbesaran 40.000 kali dan 10.000 kali serta komposisi kimia

EDAX ditunjukkan pada Gambar 6 berikut ini.

Page 19: RINGKASAN PENELITIAN - eprints.uny.ac.ideprints.uny.ac.id/36738/2/LAPORAN PENELITIAN_2015 DIPAUNY.pdf · RINGKASAN PENELITIAN Penelitian ini secara umum bertujuan melakukan preparasi

19

(a) . SEM ( 40.000 x)

(b). SEM SnSe (30.000 x)

(c).EDAX lapisan tipis SnSe

Page 20: RINGKASAN PENELITIAN - eprints.uny.ac.ideprints.uny.ac.id/36738/2/LAPORAN PENELITIAN_2015 DIPAUNY.pdf · RINGKASAN PENELITIAN Penelitian ini secara umum bertujuan melakukan preparasi

20

Gambar 6. Hasil SEM dan EDAX sampel SnSe

(a). Hasil SEM dengan perbesaran 40.000 kali. (b) Perbesaran 30.000 kali dan (c ). Hasil

EDAX berupa Komposisi Kimia sampel SnSe

Page 21: RINGKASAN PENELITIAN - eprints.uny.ac.ideprints.uny.ac.id/36738/2/LAPORAN PENELITIAN_2015 DIPAUNY.pdf · RINGKASAN PENELITIAN Penelitian ini secara umum bertujuan melakukan preparasi

21

Berdasarkan foto yang dihasilkan dari karakterisasi SEM pada Gambar 6 dapat diketahui

homogenitas dari kristal lapisan tipis SnSe yang terbentuk. Pada gambar terlihat bahwa struktur

sampel berupa butiran butiran (grain) yang berbentuk balok dan bersiku yang tersebar secara

teratur dan sesuai dengan struktur kristal orthorombik yang memiliki sumbu saling tegak lurus

dan memiliki salah satu parameter yang panjang. Dari hasil karakterisasi SEM terlihat bahwa

semakin diperbesar ukuran foto, maka semakin tampak butiran kristal yang terdapat dalam

lapisan tipis SnSe yang terbentuk sehingga dapat diketahui ukuran grain (butiran) sekitar 0,1-

0,5μm dengan homogenitas bahan yang ditandai dengan warna yang seragam pada permukaan

lapisan.

Karakterisasi dengan menggunakan Energy Dispersive of Analysis X-Ray (EDAX)

dilakukan untuk mengetahui komposisi kimia lapisan tipis SnSe hasil preparasi dengan teknik

evaporasi vakum. EDAX bekerja sebagai fitur yang terintegrasi dengan SEM dan tidak dapat

bekerja tanpa SEM karena perangkat EDAX menjadi satu dengan perangkat SEM. Sampel yang

dianalisi dengan menggunakan EDAX sama dengan sampel yang dianalisis menggunakan SEM

yaitu sampel 3 dengan suhu 500°C. Pemilihan sampel 3 untuk di karakterisasi dengan EDAX

karena sampel 3 mempunyai nilai parameter kisi yang paling mendekati dengan standar JCPDS

dan mempunyai keteraturan atom yang paling baik. Hasil analisis EDAX berupa spektrum

hubungan antara energi dengan intensitas yang dihasilkan dari penembakan berkas elektron pada

sampel. Dari hasil pengujian EDAX terdapat dua hasil yang ditampilkan yaitu analisa kualitatif

dan analisa kuantitatif. Analisa kualitatif digunakan untuk menentukan jenis unsur yang ada pada

sampel. Pada analisa ini akan muncul puncak-puncak energi pada kurva yang telah dianalisis.

Sedangkan analisa kuantitatif digunakan untuk mengetahui komposisi unsur-unsur penyusun

material yang telah dianalisis. Dari analisa kuantitatif ini akan ditampilkan unsur-unsur yang

teridentifikasi lengkap dengan persentase massa dan persentase atomik. Berdasarkan teori

perbandingan presentase atomik Sn dan Se adalah 50% : 50%, dan perbandingan mol Sn dan Se

adalah 1 : 1. Hasil karakterisasi EDAX lapisan tipis SnSe ditunjukkan pada gambar 6 di atas..

Berdasarkan hasil karakterisasi EDAX untuk lapisan tipis SnSe yang ditunjukkan dapat diketahui

bahawa preparasi lapisan tipis SnSe mengandung unsur Tin (Sn) dan Selenium (Se). Adapun

perbandingan presentase komposisi kimia bahan dasarnya, yaitu Sn dan dan Se adalah 50,82% :

49,18%. Persentase komposisi kimia dan mol suatu unsur merupakan perbandingan yang

berdasarkan presentase atomiknya, karena nilai mol berkaitan dengan jumlah partikel atau atom

pada suatu unsur.

Berdasarkan hasil penentuan EDAX, dapat dilihat bahwa komposisi unsur lapisan tipis

SnSe memiliki perbandingan mol sebesar 1 : 0,97. Perbandingan mol unsur ini sedikit

Page 22: RINGKASAN PENELITIAN - eprints.uny.ac.ideprints.uny.ac.id/36738/2/LAPORAN PENELITIAN_2015 DIPAUNY.pdf · RINGKASAN PENELITIAN Penelitian ini secara umum bertujuan melakukan preparasi

22

menyimpang secara teori yaitu 1 :1. Hasil karakterisasi dengan EDAX menunjukkan bahwa

komposisi kimia lapisan tipis SnSe yang terbentuk hasilnya hampir sama dengan teori.

SEM dan EDAX sampel SnS

Seperti telah disebutkan di atas bahwa SEM merupakan instrumen yang digunakan untuk

mengetahui morfologi permukaan lapisan tipis SnS. Karakterisasi yang dihasilkan dari SEM

berupa foto permukaan dari kristal yang terbentuk. Pada penelitian ini, lapisan tipis yang

dianalisis dengan SEM adalah sampel 4 dengan suhu substrat 450˚C. Pemilihan sampel ini

dikarenakan dilihat dari hasil perbandingan secara fisik dan hasil analisis data XRD pada suhu

450˚C memiliki suhu tertinggi dibanding dengan sampel yang lain. Dari foto yang dihasilkan

dengan alat SEM dapat diketahui homogenitas dari lapisan tipis SnS yang terbentuk. Gambar 4

berikut menunjukkan hasil karakterisasi sampel dengan perbesaran 30.000x dan 40.000x.

Selanjutnya EDAX merupakan instrumen yang digunakan untuk mengetahui komposisi

kimia lapisan tipis SnS yang terbentuk. Hasil analisis EDAX berupa spektrum yang

menunjukkan grafik hubungan antara intensitas dengan energi yang menyatakan hasil spektrum

energi snar-X karakteristik dari bahan sampel yang dikarakterisasi. Pada penelitian ini, lapisan

tipis SnS yang dianalisis dengan EDAX adalah sampel 4 dengan suhu substrat 450˚C karena

perangkat EDAX bekerja secara terintegritas dengan SEM. Hasil EDAX berupa spektrum yang

menunjukkan hubungan antara energi dan intensitas yang menyatakan hasil spektrum energi

sinar-X karakteristik dari bahan yang dikarakterisasi. Berdasarkan hasil karakterisasi EDAX

dapat berupa spektrum yang menunjukkan hubungan antara energi dan intensitas. Spektrum

terjadi sebagai akibat dari penembakan berkas elektron pada target, sehingga atom-atom pada

target mengalami ionisasi dan atau eksitasi. Hal tersebut menyebabkan atom-atom menjadi tidak

stabil. Untuk menjadi kembali stabil, maka sejumlah energy dilepas agar elektron dapat kembali

pada keadaan dasar atau groundstate. Elektron yang berada tingkat energi lebih tinggi akan

melakukan transisi ke tingkat energi yang berada di bawahnya. Pada saat transisi elektron akan

melepaskan energi dalam bentuk sinar-X yang akan ditangkap oleh detector dan ditampilkan

dalam bentuk spektrum. Gambar 7 merupakan hasilkarakterisasi EDAX lapisan tipis SnS pada

sampel 4 dengan suhu 450oC.

Page 23: RINGKASAN PENELITIAN - eprints.uny.ac.ideprints.uny.ac.id/36738/2/LAPORAN PENELITIAN_2015 DIPAUNY.pdf · RINGKASAN PENELITIAN Penelitian ini secara umum bertujuan melakukan preparasi

23

(a). SEM SnS (40.000 x)

(b). SEM SnS

( c). EDS SnS (30.000 x)

Page 24: RINGKASAN PENELITIAN - eprints.uny.ac.ideprints.uny.ac.id/36738/2/LAPORAN PENELITIAN_2015 DIPAUNY.pdf · RINGKASAN PENELITIAN Penelitian ini secara umum bertujuan melakukan preparasi

24

Gambar 7. Hasil SEM dan EDAX sampel SnS

(a). Hasil SEM dengan perbesaran 40.000 kali. (b) Perbesaran 10.000 kali dan (c ). Hasil

EDAX berupa Komposisi Kimia sampel SnSe

Page 25: RINGKASAN PENELITIAN - eprints.uny.ac.ideprints.uny.ac.id/36738/2/LAPORAN PENELITIAN_2015 DIPAUNY.pdf · RINGKASAN PENELITIAN Penelitian ini secara umum bertujuan melakukan preparasi

25

Berdasarkan foto SEM pada Gambar 7, foto yang dihasilkan terlihat butiran (grain) yang

berbentuk balok bersiku dengan ukuran 0,1-0,5 μm. Hal ini sesuai dengan struktur kristal

orthorombik yaitu memiliki salah satu parameter kisi yang panjang dimana a≠b≠c. Terlihat

juga homogenitas pada permukaan yang terbentuk. Homogenitas ini ditunjukkan dari bentuk dan

warna kristal yang hampir seragam.

Berdasarkan gambar 7 tersebut juga dapat diketahui bahwa preparasi lapisan tipis SnS

mengandung unsur Sn (Stannum/Tin) dan S (Sulfur). Adapun persentase komposisi kimia unsur

penyusunnya, yaitu unsur Sn = 55% dan S = 45%. Perbandingan mol unsur Sn dan S dapat

dilihat bahwa komposisi unsur lapisan tipis SnS memiliki perbandingan molaritas 1 : 0,8.

Sedangkan perbandingan mol secara teori adalah 1 : 1. Hasil karakterisasi EDAX menunjukkan

bahwa hasil komposisi kimia ada perbedaan dibandingkan dengan teori namun telah muncul fase

SnS dengan penyimpangan yang tidak terlalu besar. Tetapi ada perbedaan perbandingan mol

pada unsur S yang hanya 0,8 sedangkan secara teori yakni 1. Hal ini menunjukkan bahwa sampel

hasil preparasi adalah non stoichiometry. Hal ini disebabkan diantaranya uap atom sulfur yang

bergerak ke atas lebih cepat dibandingkan dengan uap atom Sn, sehingga sangat mungkin uap

atom S tidak sampai menempel ke substrat, karena uap atom S memiliki kecepatan yang tinggi

dan akhirnya terpental dari substrat dan tidak menempel pada substrat.

D. KARAKTERISASI OPTIK

Dalam hal karakterisasi optic riset ini menggunakan UV- VIS spektroskopi dengan renatng

panjang gelombang dari 200 nm sampai dengan 900 nm. Sistem peralatan ini memang belum

sempurna karena tidak bisa menjangkau sampai NIR yaitu panjang gelombang sekitar 4000 nm.

Namun demikian khusus pada bahan SnSe dan SnS dapat dipergunakan mengingat lebar

bandgap kedua material pada rentang panjang gelombang system peralatannya.

Pada pengukurannya peralatan disesuaikan sehingga panjang gelombang diatur dari Ultra

Violet (UV) sampai dengan Visible (VIS). Pada rentang panjang gelombnag tersebut absorbs

dapat terjadi ketika melewati lebar bandgap materialnya. Fenomena yang muncul adalah ketiga

energy di bawah lebar bandgap, maka energy diteruskan sehingga absorbs sangat kecil. Ketika

energy foton sama atau lebih besar dari lebar bandgap maka akan terjadi serapan sehingga

absorbansi A akan naik secara signifikan. Hasil Spektrum Absorbansi sebagai fungsi energy

foton dapat ditunjukkan pada gambar 8 berikut ini.

Page 26: RINGKASAN PENELITIAN - eprints.uny.ac.ideprints.uny.ac.id/36738/2/LAPORAN PENELITIAN_2015 DIPAUNY.pdf · RINGKASAN PENELITIAN Penelitian ini secara umum bertujuan melakukan preparasi

26

(a). Absorbansi Lapisan Tipis SnSe pada variasi suhu substrat

sebagai fungsi energy foton

(b). ). Absorbansi Lapisan Tipis SnS pada variasi suhu substrat

sebagai fungsi energy foton

Gambar 8. Absorbansi sebagai fungsi panjang gelombang foton

(a). Untuk SnSe dan (b). SnS

Page 27: RINGKASAN PENELITIAN - eprints.uny.ac.ideprints.uny.ac.id/36738/2/LAPORAN PENELITIAN_2015 DIPAUNY.pdf · RINGKASAN PENELITIAN Penelitian ini secara umum bertujuan melakukan preparasi

27

Hasil eksperimen menunjukkan juga adanya efek interferensi pada lapisan tipis, namun

karena panjang gelombang yang kurang menjangkau sampai panjang gelombang panjang di

sekitar dekat infra merah (keterbatasan system peralatan) efek interferensi belum bisa sebagai

data dalam perhitungan ketebalan lapisan tipis. Berdasarkan data Absorbasi dapat diturunkan

fungsi koefisien serapan dengan melakukan asumsi kontata bebas sehingga pada grafik

dimasukkan sebagai satuan bebas. Oleh karena konstanta- konstanta tersebut tidak berpengaruh

pada bentuk grafik ( hf)2 sebagai fungsi dari energy foton (hf). Hal ini dapat dijelaskan berikut

ini.

Absorbansi A dapat dinyatakan dalam bentuk :

A = log (1/T) = log (exp d) = .d log e = C , dengan C adalah konstanta yang

diturunkan sehingga C= d. log (e ). Dari bentuk terakhir dapat dinyatakan bahwa

sehingga dapat menyatakan keberlakukan persamaan 4 berikut ini.

(H. Sakata, and H. Ogawa, 2000)

(hf )2 = B

2 ( hf – Eg). (4)

Persamaan terkahir inilah yang dipakai untuk ektrapolasi fungsi dimana akhirnya dipeoleh

lebar celah (band gap), yaitu dengan melakukan ektrapolasi dan memilih ketika ( . hf)2 = 0.

Langkah ini akan memperoleh nilai lebar celah pita (Band Gap Eg), karena ketika itu berlaku Eg

= hf, seperti ditampilkan pada gambar berikut ini.

Hasil penelitian ini disampaikan dengan keterbatasan pengukuran absorbansi dengan

panjang gelombang tidak dimulai pada panjang gelombang 900 nm namun pada panjang

gelombnag 800 nm (dengan energi foton sekitar 1,5 eV), sehingga respon spektral muncul pada

panjang gelombang di sekitar 700 nm atau pada energo foton 1,7 eV. Pada material SnSe respon

spektral menunjukkan bahwa serapan mulai naik secara cepat pada energi sekitar 2,3 eV dan

mengalami konstanta pada energi sekitar 3,0 eV, sehingga bandgap bahan SnSe lapisan tipis

nilainya diantara 2,3 eV dan 3,0 eV. Hasilnya tampak pada gambar 9.a yaitu sebesar antara 2,58

eV dan 2,93 eV. Begitu pula pada bahan SnS respon spektral mulai naik secara tajam pada

energi 2,5 eV dan mencapai konstan energi foton sekitar 3,5 eV. Hasil ektrapolasi sesuia dengan

rentang itu yaitu sebesar 2,9 eV. Meskipun bentuk kurva (.hf)2 terhadap energi foton hf berbeda

namun memberikan nilai ektrapolasi yang sama yaitu pada energi 2,9 eV.

Page 28: RINGKASAN PENELITIAN - eprints.uny.ac.ideprints.uny.ac.id/36738/2/LAPORAN PENELITIAN_2015 DIPAUNY.pdf · RINGKASAN PENELITIAN Penelitian ini secara umum bertujuan melakukan preparasi

28

(a)

Gambar 9. Ektrapolasi untuk material Lapisan Tipis variasi temperatur substrat

(a). Untuk sampel SnSe; dan (b) Sampel SnS

(b)

.

Page 29: RINGKASAN PENELITIAN - eprints.uny.ac.ideprints.uny.ac.id/36738/2/LAPORAN PENELITIAN_2015 DIPAUNY.pdf · RINGKASAN PENELITIAN Penelitian ini secara umum bertujuan melakukan preparasi

29

Berdasarkan data UV- VIS spektoscopy dapat diperoleh bagaimana bentuk spectrum

absorbansi sebagai fungsi energy foton hf. Bentuk garfik memang sudah menunjukkan adanya

perubahan serapan dari sangat rendah pada energy di bawah lebar bandgap, kemudian naik

secara tajam pada panjang gelombang mendekati panjang gelombang yang sesuai dengan energy

gap (lebar band gap) material yang bersangkutan. Berdasarkan data tersebut dapat dilakukan

ekstrapolasi karena pada fungsi persamaan 4, apabila (. hf)2 = 0, maka memang Eg = hf.Teknik

ekstrapolasi telah memberikan hasil yang berbeda dari peneliti lain yaitu bandgap SnSe dan SnS

berturut- turut sebesar !,76 eV dan 1,3 eV tentu memerlukan analisa dengan karakterisasi lain

yang lebih lengkap.

E. KARAKTERISASI SIFAT LISTRIK

Hasil karakterisasi dengan teknik empat probe ( Four Point Probe) sifat listrik diukur dengan

FPP 5000 dan hasilnya seperti ditunjukkan pada table berikut ini.

Tabel 4. Hasil pengukuran FPP pada sampel SnSe dengan preparasi pada temperature

berbeda.

a. Tempertur substrat 350oC dengan posisi Tegak

Pengukuran Resistansi (x Ω) Tipe

1 2,660 P

2 2,620 P

3 2,580 P

Page 30: RINGKASAN PENELITIAN - eprints.uny.ac.ideprints.uny.ac.id/36738/2/LAPORAN PENELITIAN_2015 DIPAUNY.pdf · RINGKASAN PENELITIAN Penelitian ini secara umum bertujuan melakukan preparasi

30

b. Suhu substrat 350oC dengan posisi Melintang

Pengukuran Resistansi (x Ω) Tipe

1 3,420 P

2 2,960 P

3 3,050 P

c. Suhu Substrat 500oC, dengan posisi Tegak

Pengukuran Resistansi (x Ω) Tipe

1 0,181 P

2 0,178 P

3 0,157 P

d. Suhu Substrat 500oC, dengan posisi melintang

Pengukuran Resistansi (x Ω) Tipe

1 0,023 P

2 0,169 P

3 0,177 P

Page 31: RINGKASAN PENELITIAN - eprints.uny.ac.ideprints.uny.ac.id/36738/2/LAPORAN PENELITIAN_2015 DIPAUNY.pdf · RINGKASAN PENELITIAN Penelitian ini secara umum bertujuan melakukan preparasi

31

Pengukuran FPP pada bahan Sn S untuk berbagai temperature substrat ditunjukkan pada table 5

berikut ini.

Tabel 5. Hasil PPP pada lapisan tipis SnS berbagai temperature substrat.

(a ). Temperatur 300oC, dengan posisi melintang

Pengukuran Resistansi (x Ω) Tipe

1

1,267

N

2

1,537

N

3

1,585

N

b. Temperatur 300oC, dengan posisi tegak

Pengukuran Resistansi (x Ω) Tipe

1

1,899

N

2

1,825

N

3

1,821

N

Berdasarkan pengukuran sifat- sifat listrik dapat diketahui bahwa seluruh sampel SnSe memiliki

tipe konduktivitas p dengan hambatan rata-rata sebesar 2,88. 105

ohm pada sampel dengan suhu

substrat 350oC, dan turun menjadi sekitar sekitar 1,47 . 10

4 ohm pada suhu substrat 500

oC.

Sedangkan pada SnS memiliki tipe konduktivitas n dengan hambatan rata- rata sebesar

1,65. 105 ohm pada preparasi dengan temperatur substrat sebesar 300

oC.

Page 32: RINGKASAN PENELITIAN - eprints.uny.ac.ideprints.uny.ac.id/36738/2/LAPORAN PENELITIAN_2015 DIPAUNY.pdf · RINGKASAN PENELITIAN Penelitian ini secara umum bertujuan melakukan preparasi

32

F. KESIMPULAN

Setelah melakukan penelitian ini dapat disimpulkan berikut ini.

1. SnSe dan SnS keduanya tersusun oleh atom- atom dalam struktur kristal orthorombik

dengan parameter kisi terbaik berturut- turut a= 11,47 A; b= 4,152 A dan c = 4,439 A untuk

SnSe yaitu dengan preparasi pada temperatur substrat 500oC dan parameter kisi SnS adalah

sebesari a= 4,314 A , b= 11,647 A dan c = 3,981 A yang diperoleh pada preparasi dengan

temperatur sustrat 300oC.

2. Hasil SEM menunjukkan adanya butiran dengan warna homogen menunjukkan homogenitas

lapisan tipis dengan komposisi kimia non stoichiometri masing- masin dengan perbandingan

mole Sn dibanding Se sebesar 1:0,97 untuk SnSe dan Sn berbanding S sebesar 1: 0,8 untuk

SnS

3. Kedua bahan dapat sesuai dengan terapannya pada sel surya oleh karena memiliki band-gap

berturut- turut sebesar sekitar 2,58 eV untuk SnSe dan SnS sebesar 2,98 eV.

4. SnSe memiliki sifat kondutivitas tipe p dengan hambatan rata- rata sebesar 1,47 . 104 ohm

sedangkan SnS memiliki sifat konduktivitas tipe n dengan hambatan rata-rata sebesar

1,65. 105 ohm.

G. UCAPAN TERIMA KASIH

Peneliti menyampaikan terimakasih kepada UNY yang telah membiayai penelitian ini

sehingga hasil- hasilnya dapat diperoleh dengan baik. Peneliti berharap dari hasil- hasil

penelitian ini bisa dimuat pada jurnal Internasional sehingga menambah jumlah publikasi

internasional sebagai tangungjawab peneliti pada institusi.

Page 33: RINGKASAN PENELITIAN - eprints.uny.ac.ideprints.uny.ac.id/36738/2/LAPORAN PENELITIAN_2015 DIPAUNY.pdf · RINGKASAN PENELITIAN Penelitian ini secara umum bertujuan melakukan preparasi

33

H. DAFTAR PUSTAKA

A. Akkari, C. Guasch, N. Kamoun-Turki, (2010), Journal of Alloys and Compounds 490 (2010)

180

C. Suryanarayana and M. Grant Norton. 1998. X- Ray Diffraction A Practical Approach. Plenum

Press- New York and London, 1998.

Goetzberger, A; Hebling,C.(2000), Solar Energy Materials and solar cells, 62 (2000) p.1

Hanna, G; Jasenek, A. ; Rau, U and Schock,H.W. (2001), Thin Solid Films 387 (2001) p.71

H. Sakata, and H. Ogawa, Optical and electrical properties of flash- evaporated amorphous

CuInSe2 films. Solar Energy Materials and Solar Cells 63, 2000. P.259

Katy Hartman ,, J.L. Johnson , Mariana I. Bertoni , Daniel Recht , Michael J. Aziz , Michael A.

Scarpulla, Tonio Buonassisi, (2011), Thin Solid Films 519 (2011) 7421–7424

O.E Ogah,G. Zoppi, I. Forbes, R.W Milles. 2008, Properties of Thin Films of Tin Sulphide

Produced Using The Thermal Evaporation Method. 23rd European Photovoltac Solar

Energy Conference, September 2008.

N. Kumar, V. Sharma, U.Parihar, R. Sachdewa, N.Padha, C.J. Panchal. Journal. of Nano

Electron. Physics 3 (2011) p. 117-126

N.A. Okereke, A.J.Ekpunobi, Journal of Chalcogenide Letters, Vol.7, No.9 , 2010 p.531

S.S. Hegde, A.G. Kunjomana, K. Ramesh, K.A. Chandrasekharan, M. Prashantha, International

Journal of Soft Computing and Engineering (IJSCE) ISSN: 2231-2307, Volume-1,

Issue-NCRAMT2011, July 2011

Yanuar, F.Guastavino, C. Llinares,(2001), Jurnal of Materials Sciences, 2001

Zouaoui, A; Lachab,M ; Hidalgo,M.L; Chaffa, A, Llinares,C; and Kesri,N, (1999)

Thin Solid Films 339 (1999)p.10