Volume 5, Nomor 1, Oktober 2003 ISSN1411-1349

0 PTIMASI IND EKS BIAS DAN KETEBALAN LAPISAN ANTIREFLEKSI TCO SEBAGAI JENDELA SEL SURY A a-Si:H

Sudjatmoko, Wirjoadi, Sri Sulamdari, Bambang Siswanto, Tono WibowoBadan Tenaga Nuk/ir Nasiona/, Pusat Pene/itian don Pengembangan Tekn%gi Majuil. Babarsari Kotak Pas 1008, Yogyakarta 55010

ABSTRAKOptimasi Indeks Bias don Keteba/an Lapisan Anti Refleksi TCO Sebagai Jende/a Se/ Surya a-Si.:H. Te/ahdi/akukan deposisi /apisan tipis ZnO:A/ pada substrat kaca dengan metode sputtering DC don karakterisasisifat flsisnya. Struktur krista/ /apisan yang dikarakterisasi dengan XRD menunjukkan bahwa /apisan tipisZnO:A/ ada/ah po/ikrista/ yang terorientasi dengan sumbu-c tegak /urus pada permukaan substrat, donorientasi krista/ografl dipengaruhi o/eh suhu substrat don konsentrasi doping A/]OJ' Morf%gi permukaan/apisan tipis ZnO:A/ ditentukan dengan SEM dan hasi/nya memper/ihatkan bahwa ukuran butir bertambahdengan naiknya konsentrasi doping A/]OJ dan terdistribusi secara merata. Hasi/ ana/isis komposisi unsurdengan EDS diketahui bahwa komposisi /apisan tipis ZnO:A/ pada konsentrasi doping A/]OJ 2%, tekanan 6x 10-] torr, waktu deposisi 1,5 jam dan suhu substrat 450 .C ada/ah 43,55% atom Zn, 42,59% atom 0 dan3,11% atom A/. Sifat optis /apisan tipis ZnO:A/ tersebut ditentukan dengan spektrofotometer UV-Vis danhasi/nya menunjukkan bahwa transmitansinya menurun dengan meningkatnya suhu substrat padakonsentrasi doping A/]OJ 2%. dan transmitansi rata-rata /apisan tipis ada/ah 85% da/am rentang panjangge/ombang 350 -1./00 nm. Penambahan aluminium da/am /apisan tipis ZnO meningkatkan ni/ai indeksbias don cenderung mempunyai ni/ai J ,9 pada suhu substrat rendah, don ni/ai 2,3 pada suhu substrat tinggidan keteba/an orde 0,73 .urn do/am daerah tampak.

Kata Kunci : indeks bias, anti refleksi TCO, krista/ografl, morf%gi

ABSTRACTThe Refractive Index Optimization and the Thickness of TCO Anti-Reflection Film for a-Si:H Solar CellWindow. The ZnO:AI thin films were prepared on the glass substrate by using the DC sputtering methodand its physical properties were characterized. The crystalline structure of the films were characterized byXRD. And it showed that the deposited ZnO:AI thin films are polycrystalline of c-axis orIented whichperpendicular to the surface of substrate and the crystallographic orientation was influenced by substratetemperature and the AI]Oj doped concentration. The surface morphology of ZnO:AI thi;1 films weredetermined by SEM and the result showed that the grain size increase with increasing of ;'.1]Oj dopingconcentration and distributed homogeneously. The result of element composition analysis by 5DS. It wasfound that the composition of ZnO:AI thin films at AI]Oj doping concentration of 2%. pressure of 6 x 10-]torr, deposition time of 1,5 hours and substrate temperature of 450 DC was 43.55 at. % Zn, 42.59 at. % 0 and3.11 at.%AI. The optical properties ofZnO:AI thin films were determined by UV-Vis spectrophotometer andthe result exhibit that transmittance of ZnO: Al thin films decrease with increasing of substrate temperatureat AI]Oj doping concentration of 2% and the average transmittance of the films is 85% in the wavelengthrange of 350 -1,100 nm. The aluminium incorporation at ZnO thin films raises the value of the refractionindex, and tending to get a value of 1.9 at lower substrate temperature and a value of 2.3 for high subst~atetemperature and the thickness ofO. 73.urn in the visible region.

Key Words :refractive index, TCO anti-reflection, crystallography, morphology

PENDAHULUAN transistor), fotodetektor, rangkaian hibrid daD gelsurya lapisan tipis. Sel surya berbasis lapisan tipisyang menarik minat para peneliti daD ka!anganindustri saat ini adalah gel surya a-Si (silikon amort)dan gel surya dari bahan non semikonduktor sepertiCuInSe2 (CIS). Sel surya a-Si tersebut mempunyaibeberapa keunggulan antara lain proses pern-buatannya lebih efisien daD memerlukan sedikit

I saat ini teknologi lapisan tipis danpernanfaatalU1ya telah berkembang sangatpesat, dan lapisan tipis yang sedang diteliti

dan dikembangkan secara intensif adalah dalambidang semikonduktor untuk pembuatan pirantielektronika, seperti transistor lapisan tip is (thin film

~--

Prosiding Pertemuan dan Presentasi I/miahTekn%gi Akse/erator dan Ap/ikasinyaVa/. 5, No. J. Oktober 2003 ..252 -260

252

bahan sehingga harganya lebih murah, dapatdidepositkan atau dibentuk pada permukaan substratkaca atau metal, akan tetapi kekurangannya adalahefisiensi konversi energinya masih rendah clan barnmencapai nilai sekitar 13%[1], Hingga saat ini masihbanyak di!akukan penelitian untuk meningkatkanefisiensi konversi energi sel surra a-Si dengan caramencari jenis bahan TCO (Transparent ConductiveOxide) clan memperbaiki kualitasnya sebagai lapisan

jendela clan elektrode depan yang transparan [2],

mempunyai titik leleh tinggi, hampir semua bahanpadat seperti semikonduktor, logam dan paduannya,keramik maupun isolator dapat dideposisikan,lapisan yang terbentuk mempunyai daya lekat yanglebih kuat, dan ketebalan lapisan dapat dikendalikansecara akurat. Karakterisasi sifat fisisnya meliputiorientasi kristal dianalisis menggunakan XRD (X-rayDiffraction), mofologi permukaan lapis an dan kom-posisi unsur diamati menggunakan SEM (ScanningElectron Microscope) yang dikopel dengan EDS

(Energy Dispersive X-ray Spectrometer), sedangkansifat optisnya ditentukan menggunakan spektro-fotometer UV -Vis. Tujuan penelitian ini adalahuntuk mengoptimasikan konsentrasi doping Al2O3clan pengaruh suhu substrat serta waktu deposisiterhadap lapisan tipis ZnO:AI yang kristal-kristalnyaterorientasi pada sumbu-c clan tegak lurnspermukaan substrat, clan mempunyai sifat-sifat optisyang baik dengan nilai indeks bias clan ketebalanoptimum, sehingga ZnO:Al dapat dimanfaatkanuntuk lapisan anti refleksi TCO sebagai jendela gelsurya a-Si:H.

Bahan TCO pada umumnya dibuat dari bahansemikonduktor yang memiliki celah pita lebar,seperti oksida-oksida logam dari indium, tin,kadmium, seng clan paduannya[3J. Bahan TCO yangumumnya digunakan untuk jendela clan elektrode gelsurya bermutu tinggi adalah ITO (Indium Tin Oxide)yang terdiri dari campuran antara SnO2 clan In203yang memiliki resistivitas lebih kecil dari 1,5 x 10-4,(2cm. Akan tetapi pemakaian ITO terbatas karenaindium harganya mahal clan laju deposisinyarendah[4J. SnO2 sudah digunakan untuk bahan TCOpada set surya, namun pemakaian SnO2 juga terbataskarena resistivitasnya lebih tinggi dari ITO, suhupenumbuhannya tinggi sekitar 500 DC daD te~adidegradasi sifat-sifat optik dalam plasma hidrogen sJ. TATAKERJADANPERCOBAAN

Penelitian yang dilakukan beberapa tahuntcrakhir ini 1:erhubungnn dengan pengembanganbahan TCO altematif yang memiliki resistivitasrendah, sifat optiknya (transmitansi clan indeks bias)bagus clan sebanding dengan ITO. Bahan TCOaltematif yang telah berhasil diuji adalah ZnO (ZincOxide) karena resistivitasnya yang rendah, dapatclitumbuhkan pada suhu substrat relatif rendahsekitar 200 -250 °C dibandingkan dengan SnO2atau ITO, stabilitasnya baik dalam plasma bidrogenclan harganya murah[6]. Pemanfaatan lapisan tipisZnO tersebut disebabkan karena ZnO adalah bahanoksida yang mempunyai sifat listrik, sifat optik danpiezoelektrik yang khas, semikonduktor intrinsiktipe-n dengan celah pita energi sekitar 3,2 eV, daninempunyai strktur kristal wurtzite. Sifat-sifat yangmenarik daTi bahan ZnO lainnya adalah anisotropidalam struktur kristalnya, struktur cacat nonstoichiometric, transparansi optik dalam daerahtampak (visible) dan indeks biasnya tinggi[7].

Persiapan Bahan daD Pcralatan Pcnclitian

Dalam penelitian ini bahan target yangdigunakan adalah serbuk ZnO dan serbuk Al2O3dengan kemurnian 99,98%. Target ZnO:Al dibuatdalam beberapa konsentTasi doping Al2O3 yang

berbeda-beda, rnasing-rnasing dengan konsentTasi1 %, 2%, dan 3% atom aluminium. Masing-masingbahan target tersebut dicarnpur secara merata,kemudian dipanaskan pacta suhu 600 °C selarna 15menit. Serbuk panas tersebut selanjutnya ditekandengan tekanan sebesar 17 kN/m2 sehingga ber-bentuk pellet dengan diameter 60 rom clan teba!sekitar 2 mm, kemudian pellet dipanaskan lagi padasuhu 650 °c selama satu jam, clan target yangterbentuk berdiameter 60 mm dengan tebal 2 rom.

Bahan substrat kaca dipotong dengan ukuran10 mm x 25 rnm, dibersihkan dengan air, deterjenclan alkohol dalam ultrasonic cleaner. Substratdikeringkan dalam oven, selanjutnya dirnasukkandalam plastik klip clan disimpan dalam desikator.

Teknik deposisi lapisan tipis yang digunakanuntuk menghasilkan bahan lapisan tipis padaberbagai macam substrat antara lain adalahsputtering, spray pyrolysis, ion plating, evaporasiclan CVD (Chemical Vapor Deposition). Dalampenelitian ini dilakukan deposisi lapisan tipisZnO:AI yang didepositkan pada permukaan substratkaca dengan metode DC sputtering, karena teknik inimempunyai beberapa kelebihan antara lain adalahdapat menghasilkan lapisan tipis daTi bahan yang

Peralatan yang digunakan untuk prosesdeposisi lapisan tipis ZnO:Al adalah DC sputteringyang komponen utarnanya terdiri dari tabung silinderyang di dalarnnya terpasang elektrode, pada katodedilengkapi dengan sistem pendingin target,sedangkan pada anode dipasang sistem pernanassubstrat clan pengatur suhu; sistem vakum yang

-~ ---OPTIMASI INDEKS BIAS DAN KETEBALAN LAPISAN ANTIREFLEKSI TCO SEBAGAI JENDELA SEL SURrA a-Si:H

Sudjatmoko, dkk.

25

Volume 5. Nomor J. Ok/obey 2003 ISSN 1411-1349

terdiri daTi pompa rotari clan pompa turbomolekul;sistem tegangan tinggi DC yang menghasilkantegangan tinggi hingga 5 kV clan sistem pengaturmasukan gas.

Proses Deposisi Lapisan Tipis ZnO:Al

Proses deposisi lapis an tipis ZnO:AIdilakukan dalam gas argon yang dialirkan ke dalamtabung lucutan clan dipertahankan pada tekanan 6 x10.2 torr. Dalam penelitian ini suhu substratdivariasi daTi 100 °C hingga 450 °c dengan intervalsuhu 50 °c, clan waktu deposisi masing-masingadalah 0,5 jam, 1,0 jam, 1,5 jam clan 2,0 jam.Sedangkan target yang digunakan masing-masingadalah ZnO:AI dengan konsentrasi doping A12O3sebesar 1 %, 2% clan 3%.

Karakterisasi Basil Lapisan Tipis ZnO:AI

Karakterisasi hasillapisan tipis ZnO:Al yangterdeposit pada substrat kaca meliputi penentuanorientasi pertumbuhan kristal yang dilakukan denganXRD, morfologi permukaan lapisan clan komposisiunsur yang terdeposisi diamati menggunakan SEMyang dikopel dengan EDS. Sifat optis lapisan tipisZnO:Al ditentukan menggunakan spektrofotometerUV-Vis.

cacah, clan hanya disertai dua puncak (103) dan(004); sedangkan pada konsentrasi doping A12O3 3%teramati puncak difraksi (002) dengan intensitas9.177,10 cacab yang disertai dengan puncak-puncak(100), (101), (110), (103), (112) dan (004) denganintensitas puncak (112) sangat kecil.

Pola difraksi sinar-X pada Gambar 1 tersebutmemperlihatkan intensitas yang re1atif besar padapuncak (002) dibandingkan dengan puncak-puncak1ainnya. Intensitas puncak difraksi (002) yangpaling tinggi diperoleh pada konsentrasi dopingAl2O3 2% dan mengalami penurunan sangat signi-flkan pada konsentrasi doping Al2O3 3%. Penurunantinggi puncak (002) berhubungan dengan pemben-tukan partikel AI2O3 yang tersegregasi pada batasbutir akibat kandungan Al yang berlebihan dalamlapisan pada suhu tinggi dan meughalangi pertum-buhan kristal ZnO [3J. lntensitas puncak (002) meru-pakan indikasi terjadinya pertumbuhan kristal ZnO:Al yang terorientasi ke arab sumbu-c clan tegak luruspada permukaan substrat. Orientasi sumbu-c 1apisantipis ZnO:AI perlu diketahui karena bidang c daTikrista1-kristal ZnO:A1 berhubungan dengan bidangtumpukan padat clan mekanisme pertumbuh-anlapisan. Berdasarkan basil analisis difraktogramyang ditunjukkan pada Gambar I, Lerlihat bahwapola difraksi sinar-X lapisr.n tipis ZnO:AI yangpaling baik adalah pada konsentrasi doping Al2O32%, karena kristal-kristalnya lebih banyak ter-orientasi ke arab sumbu-c tegak lurus padapermukaan substrat.

Gambar 2 menunjukkan pola difraksi sinar-Xlapisan tipis ZnO:AI yang terdeposit pada permuka-an substrat kaca dengan tekanan 6 x 10.2 torr, waktudeposisi 1,5 jam clan konsentrasi doping A12O3 2%,untuk variasi suhu substrat 100 °C, 200 °C, 300 °C,400 °C clan 450 °c. Pola difraksi sinar-X lapis alltipis ZnO:AI yang didepositkan pada substrat kacadengan suhu substrat 100 °c menunjukkan puncakdifraksi (002) dengan intensitas sangat rendahdisertai deng~ puncak-puncak (100), (101), (110)dan (103), serta puncak (112) dengan intensitassangat kecil. Ketika suhu substrat dinaikkanmencapai 200 °c teramati puncak (002) yangdisertai puncak-puncak (100), (101) dan (103).Pada suhu 300 °c memper1ihatkan puncak (002) danpuncak-puncak lain (100), (101), (110), dan puncak(103) yang intensitasnya sangat kecil. Pola yangserupa juga teramati pada lapisan tipis ZnO:AIdengan suhu substrat 400 °c, tetapi muncul puncak(004), sedangkan pada suhu substrat 450 °c hanyateramati 3 puncak difraksi yang bersesuaian denganpuncak (002), (103) clan (004). Pada suhu substrat450 °c terjadi peningkatan intensitas puncak (002)sangat dominan yang menunjukkan bahwa kristallapisan tipis ZnO:AI terorientasi pada sumbu-c dantegak lurus permukaan substrat.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Dalam penelitian ini telah dilakukan deposisilapisan tipis ZnO:Al sebagai bahan TCO denganmenggWlakan teknik sputtering DC Wltuk berbagaivariasi parameter, yaitu konsentrasi doping A12O3,suhu substrat, tekanan gas argon dan waktu deposisi.ZnO:Al adalah suatu padatan yang terkoordinasisecara tetrahedral dimana kristalnya dalam strukturwurtzite. Apabila ZnO:Al didepositkan pada suatusubstrat akan memperlihatkan kecenderungan kuatWltuk tumbuh dengan sumbu kristalnya (sumbu-c)tegak lurus pada permukaan substrat.

Gambar 1 memperlihatkan pola difraksisinar-X lapisan tipis ZnO:A1 yang terdeposit padapermukaan substrat kaca pada kondisi tekanan gasargon 6 x 10-2 torr, waktu deposisi 1,5 jam dan suhusubstrat 450 DC, Wltuk variasi konsentrasi dopingAl2O3 1 %, 2% dan 3%. Berdasarkan analisisstruktur kristallapisan tipis ZnO:Al pada konsentrasidoping Al2O3 1 % terarnati bahwa pertumbuhankristal ZnO:Al terorientasi pada arab sumbu-c yangtegak lurus pada permukaan substrat dengan pWlCakdifraksi (002) yang nilai intensitasnya 34.620,44cacah, disertai beberapa pWlCak (100), (101), (110)daD (004) yang berasal dari rase hexagonal ZnO.Pada konsentrasi doping A12O3 2% teramatiintensitas pWlcak difraksi (002) adalah 41.568,41

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IlmiahTeknologi Akselerator dan AplikasinyaVol. 5, No. J. Oktober 2003.. 252 -260

254

Gambar 1. Pola difraksi sinar-X lapisan tipis ZnO:Al yang didepositkan pada substratkaca untuk tekanan gas argon 6 x 10.2 torr, waktu deposisi 1,5 jam daD suhusubstrat 450 °c dengan konsentrasi doping AIIOJ 1 %,2% daD 3%.

=nt.

A (t(X»)0 (()()2)

0 (101)

.(102)c (110)0 (103).(112) (004)

mJJ.

.~

11.1W

2$J},

~~~~~~~~~~ ,0 ~..- ~ ~... ~ """. -A.~,~~~ II _111\. Q.:~ ~==. InO.~~j.'C

::2;: ---InC: 1oJ~,D 7J\n'~'Xt.~..-

\.,.~~ .~. _'O_. ~-~-.! ~-C~O:_-~:~ ~~.: -Ij-. ...I ..., , .-I ..., , .-I -., .,', I ,.. , ..,...".. , -I

ZJ 31 ~ W ~. 10 ~ ~D~J~II~'

Gambar 2. Pol a difraksi sinar-X lapisan tipis ZnO:AI pada konsentrasi doping AI2O32% dengan tekanan gas argon 6 x 10-1 torr, waktu deposisi 1,5 jam pad aberbagai suhu substrat 100 °C, 200 °C, 300 °C, 400 °C daD 450 °C.

tipis ZnO:Al. Peningkatan intensitas puncak (002)menunjukkan bahwa struktur kristal lapisan tipisZnO:Al menuju ke orientasi yang bersesuaian(preferential orientation), sehingga kristal-kristalyang mempunyai orientasi pada puncak (002)bertambah jumlahnya.

Pola difraksi sinar-X lapisan tipis ZnO:AIyang ditunjukkan pada Gambar 2 terlihat intensitaspuncak (002) meningkat terhadap kenaikan suhusubstrat. Hal ini disebabkan karena difusipennukaan yang terjadi pada lapisan semakinbertambah, terutama pada suhu substrat lebih tinggidan mempengaruhi peningkatan kristalinitas lapisan

255--

OPTIMA,S'I INDEKS BIAS DAN KETEBALAN LAPISAN ANTIREFLEKSI TCO SEBAGAI JENDELA SEL SURrA a-Si:H

Sudiatmoko. dkk.

Struktur mikro lapisan tipis ZnO:AI yangterdeposit pada permukaan substrat kaca dikarak-terisasi menggunakan SEM, dan basil pengamatanSEM tersebut berupa foto-foto yang ditampilkanpada Garnbar 3 clan 4. Hasil analisis SEM untuklapisan tipis ZnO:AI dengan konsentrasi dopingAl2O3 2% pada Garnbar 3(a) memperlihatkan adanyakeseragaman struktur butir, narnun morfologipermukaannya kurang rata atau masih terdapatkekosongan, sedangkan garnbar 3(b) menarnpilkantarnpang lintang lapisan tipis ZnO:AI yang terdepositpada substrat k~ca dengan ketebalan orde 0,73 J.1m.

yang terdistribusi secara homogen dengan morfologipermukaannya tampak merata, sedangkan Gambar4(b) menampilkan tampang lintang lapisan tipisZnO:AI yang terdeposit pada permukaan suustratkaca. Berdasarkan basil pengarnatan SEM yangditunjukkan pada Gambar 3 dan 4 terlihat bahwaprosentase penambahan doping Al2O3 mem-pengaruhi pertumbuhan inti daTi butir-butircolumnar yang mengakibatkan terbentuknya butiran-butiran yang lebih besar pada suhu substrat 450 DC.Butir-butir tersebut akan twnbuh semakin besardengan meningkatnya suhu, dan mereka salingbersentuhan satu sarna lain pada antarmuka(interface) menjadi kolom-kolom yang berbentukkerucut untuk menghasilkan struktur columnar yanglebih merata dan tersusun rap at (close packed).

Gambar 4( a) menampilkan struktur mikrolapisan tipis ZnO:Al dengan konsentrasi dopingA12O3 3%. Hasil analisis SEM tersebut mem-perlihatkan bahwa ukuran butir bertambah besar

(a) (b)

Gambar 3. (a) Struktur mikro lapis an tip is ZnO:AI, (b) roto tampang lintang lapisan tip isZnO:Al pada konsentrasi doping Al1O3 2% pad a tekanan 6 x 10.1 torr, waktudeposisi 1,5 jam daD suhu substrat 450 °c dengan perbesaran 5000 kali.

(a) (b)

Gambar 4. (a) Struktur mikro lapis an tipis ZnO:Al, (b) tampang lintang lapisan tip is ZnO:Alpada konsentrasi doping Al1O3 3% pada tebnan 6 x 10-1 torr, waktu deposisi 1,5jam daD suhu substrat 450 °c dengan perbesaran 5000 bU.

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah TeknologiAkselerator dan AplikasinyaVol. 5, No. I, Oktober 2003.. 252 -260

256

Volume 5, Nomor I, Oktober 2003 l.\'.\'N 1411-1349

Komposisi unsur lapis an tipis ZnO:Al yangterdeposit pada permukaan substrat kaca dapatdiketahui dengan menggunakan EDS. Gambar 5 clan6 masing-masing memperlihatkan spektrurn hasilEDS untuk lapisan tipis ZnO:Al dengan konsentrasidoping AI2O3 2% clan 3%. Kornposisi unsur padapermukr.an lapisan tip is ZnO:AI dengan konsentrasidoping AI2O3 2% adalah 43,55% atom Zn, 42,59%atCJm 0 clan 3,11 % atom AI, sedangkan komposisiunsur pada permukaan lapisan tipis ZnO:AI dengan

konsentrasi doping A12O3 3% adalah 36,49% atomZn, 38,12% atom 0 clan 1,20% atom AI. Selainunsur Zn, 0 clan AI, muncul juga unsur-unsurIainnya seperti Si dan Ca dengan prosentase cukuptinggi yang kemungkinan berasal daTi bahan substratkaca, karena Iapisan yang terdeposit padapermukaan substrat kaca sangat tipis sehingga padasaat uji komposisi muncu1 unsur-unsur daTi bahansubstrat.

!~t~::ff.!

SIKIII~ KJ I AlA ~~~ Z~~O K InK~~~~~ -It ~ ~

1.00 2.00 3.00 ~ 8.00 8.00 7.00 8.00 '.00 10.00 1100 12.00 I

Gambar 5. Spektrum basil EDS lapisan tipis ZnO:AI dengan konsentrasidoping Al2O3 2% yang terdeposit pad a substrat kaca padatekanan 6 x 10.2 torr, waktu deposisi 1,5 jam daD suhusubstrat 450 °C.

Spektrum basil EDS lapisan tipis ZnO:AI dengankonsentrasi doping Al1O3 3% yang terdeposit padasubstrat kaca pada tekanan 6 x 10.1 torr, waktu deposisi1,5 jam dan subu substrat 450 °C.

Gambar 6.

OPT/MAS/ /NDEKS B/AS DAN KETEBALAN LAP/SAN ANT/REFLEKS/ TCO SEBAGA/ JENDELA SEL SURrA a-Si:H

Sudiatmoko, dkk.

jSSN 1411-1349Volume 5. Nomor Oktober 2003

suhu substrat dalam rentang panjang gelombang 350-1.100 DIn. Hal ini disebabkan karena peng-gabungan Al dalam lapisan tipis ZnO. Peningkatansuhu substrat rnempengaruhi pembentukan defectdalam kristal Zno, seperti kekosongan oksigen clansisipan Zn, sedangkan atom Al akan mensubstitusipada tempat-tempat Zn. Substitusi atom Al dalamlapisan tipis Zno semakin mudah terjadi denganmeningkatnya suhu substrat clan menghasilkanbutiran yang lebih besar. Substitusi atom Al yangsemakin bertambah dengan meningkatnya suhusubstrat menyebabkan nilai transmitansi lapisan tipisZno menjadi turun, karena Al merupakan logamyang bersifat memantulkan cahaya datang clanreflektansinya cukup tinggi di daerah tampak.Transmitansi rata-rata lapisan tipis ZnO:Al padakonsentrasi doping Al2O3 2% untuk varia~i suhusubstrat sekitar 85% dalam rentang panjanggelombang 35 -1.100 DIn.

Karakterisasi sifatoptik lapisan tipis ZnO:Almeliputi penentuan transparansi dan nilai indeks biaslapis an. Transparansi lapisan tipis ZnO:AI di-karakterisasi untuk mengetahui lapisan tipis tersebutsesuai untuk aplikasi jendela sel surra, daDtransparansi tersebut dinilai dati transmitansi yangdiukur dengan spektrofotometer UV-Yis yanghasilnya ditunjukkan dalam Gambar 7.

Gambar 7 menunjukkan spektrum trans-mitansi sebagai fungsi panjang gelombang datilapisan tipis ZnO:Al dengan konsentrasi dopingA12O3 2% untuk variasi suhu substrat. Gambar 8memperlihatkan hubungan antara suhu substratterhadap transmitansi lapisan tipis ZnO:AI dengankonsentrasi doping Al2O3 2% pada berbagai panjanggelombang. Hasil pengukuran transmitansi yangditunjukkan dalam Gambar 7 dan 8 terlihat bahwatransmitansi lapisan tipis ZnOAl dengan konsentrasidoping A12O3 2% menurun der.gan meningkatnya

100

80

l .'; 60.,'s2 40...~

20

.0

l00"C '

200.C If ...~=I 300"C 400"C--4SO"C

350 SOO 650 ~ 9SO 1100

Panjan& &eloml8D& (am)

Gambar 7. Spektrum transmitansi sebagai fungsi panjang gelombang darilapisan tip is ZnO:Al dengan konsentrasi doping AlzOJ 2% untukvariasi suhu substrat 100 °C, 200 °C, 300 °C, 400 °c daD 450 °c.

100

80

60

40"20

~'-'"2oS

'sM

~~

00 100 200 300

Subu .ubstrat (C)400 50()

Gambar 8. Hubungan antara suhu substrat terhadap transmitansi lapisan tipisZnO:Al dengan konsentrasi doping Al1O3 2% pad a berbagaipanjang gelombang.

Prosiding Pertemuan dan Presentasi llmiah TeknologiAkselerator dan AplikasinyaVol. 5, No.1, Oktober 2003,' 252 -260

258

Volume 5, Nomor J, Oklober2003 ISSN /4//-/349

Gambar 9 menampilkan grafik hubunganindeks bias lapisan tipis ZnO:Al dengan konsentrasidoping A12O3 2% terhadap variasi suhu substrat padatekanan 6 x 10-2 torr clan waktu deposisi 1,5 jam.Berdasarkan hasil yang ditunjukkan pada Gambar 9terlihat bahwa nilai indeks bias lapisan tipis ZnO:Almeningkat dengan naiknya suhu substrat, namunfluktuasi nilai indeks bias terjadi pada cuplikan yangdideposisi dengan suhu substrat 200 °C, 300 °C clan350 °c. Peningkatan nilai indeks bias Iapisan tipisZnO:Al terhadap suhu substrat disebabkan karena

penggabungan Al dalam Iapisan tipis ZnO mening-katkan ukuran butir clan mempercepat pertumbuhankristal ke arab bidang (002). Ukuran butir kristalakan meningkat dengan ketebalan Iapisan clan

mempengaruhi kerapatan Iapisan tipis yangterdeposit pada permukaan substrat. FIuktuasi nilaiindeks bias yang terjadi pada suhu substrat 200 °C,300 °C clan 350 °c disebabkan karena kerapatanlapisan tipis ZnO:AI menurun akibat terbentuknyakekosongan clan pori-pori mikro pada permukaansubstrat.

0 100 200 300S1J1tu robstrat [OC]

3]0400

Gambar 9. Crafik hubungan indeks bias lapisan tipis ZnO:AI dengankonsentrasi doping AI1O3 2% terhadap variasi suhu substratpad a tekanan 6 x 10.1 torr dan waktu deposisi 1,5 jam.

Grafik hubungan indeks bias terhadap suhusubstrat dan lapisan tipis ZnO:Al yang ditampilkanpada Gambar 9 mernperlihatkan bahwa nilai indeksbias cenderung memiliki nilai sekitar 1,9 pada suhurendah, sedangkan untuk suhu substrat tingginilainya sekitar 2,3. Hasil indeks bias lapisan tipisZnO:Al tersebut hampir sarna dengan basil yangdilaporkan oleh peneliti lain yang mendepositkanZnO:Al menggunakan teknik spray pyrolysis [8].Nilai indeks bias lapisan tipis ZnO:Al yang merekaperoleh pada suhu substrat tinggi cenderungmemiliki nilai 1,9 clan 2,0; sedangkan suhu substratrendah nilainya 1,8 clan 1,9 dalam rentang panjanggelombang 400 -900 nrn. Berdasarkan basil-basilyang diperoleh seperti tersebut diatas, lapisan tipisZnO:Al yang didepositkan pada substrat kacadengan konsentr'lsi doping Al203 2%, tekanan gasargon 6 x 10-2 torr, waktu deposisi 1,5 jam clan pada

suhu substrat 450 °C memberikan optimasi sifatoptis, terutarna nilai transmitansi daD indeks bias,yang sesuai untuk lapisan anti refleksi TCO sebagaijendela set surra a-Si:H.

KESIMPULAN

Berdasarkan basil clan pembahasan yangdisajikan diatas dapat disimpulkan beberapa halsebagai berikut.

.Lapisan tipis ZnO:Al yang didepositkan padasuhu substrat 450 °c, tekanan gas argon 6 x 10.2torr, waktu deposisi 1,5 jam, clan konsentrasidoping Al2O3 2% kristal-kristalnya terorientasikuat pada sumbu-c clan tegak lurns pacta per-mukaan substrat.

---

OPTIMASI INDEKS BIAS DAN KETEBAUN LAPIS AN ANTIREFLEKSI TCO SEBAGAI JENDELA SEL SURrA a-Si:H

Sudjatmoko, dkk.

259

Morfologi peimukaan lapisan tip is ZnO:Al yangterdeposit pada permukaan substrat kaca me-miliki ukuran butir lebih besar dan terdistribusisecara merata. Sedangkan komposisi lapisantipis ZnO:Al yang te'rdeposit pada substratadalah 43,55% atom Zn, 42,59% atom 0 dan3,11% atom AI.

Penambahan doping A12O3 2% pada ZnOmenurunkan nilai transmitansinya dengan nilaitransmitansi rata-rata sekitar 85% dalam rentangpanjang gelombang 350 -1.100 nm. Indeks biaslapisan tipis ZnO:Al meningkat dengan ber-tambahnya suhu substrat dan cenderung mem-punyai nilai 1,9 pada suhu substrat rendah dan2,3 pada suhu substrat tinggi, serta ketebalanorde 0,73 J:lm dalam daerah tampak.

[4] SZYSZKA, B., Transparent and ConductiveAluminium Doped Zinc Oxide Films Preparedby mid-frequency Reactive Magnetron Sput-tering, Thin Solid Films, 351, 1999, 164-169.

[5] YAMADA, A. and KONAGAI, M., Applicationof Transparent Conducting ZnO Films to a-SiSolar Cells, J. Appl. Phys. 32(9), 1993, 3764-3769.

[6] TOMINAGA, K., Transparent Conductive ZnOFilms Preparation by Alternating Sputtering ofZnO:AI and Zn or Al Targets, Thin Solid Films,334, 1998,35-39.

[7] VAN DE POL, F.C.M., Thin Films ZnO -Properties and Application, J. CeralnicBulletin, 69 (12), 1990,741-745.

[8] SANCHEZ, J.A., Electrical and OpticalProperties of Aluminium-doped ZnO Thin FilmsPrepared by Spray Pyrolysis, Tl1ul Solid Films333, 1998, 196-202.

UCAP AN TERIMA KASIH

Pada kesempatan ini penulis mengucapkanterima kasih kepada Sdr. Sri Yani Purwaningsih,mahasiswa S2 Program Studi Ilmu Fisika, JurusanIlmu-ilmu Matematika clan Pengetahuan Alam,Program Pasca Sarjana, Universitas Gadjah Mada,yang melakukan penelitian tugas akhir di bawahbimbingan penulis, yang telah membantu melakukaneksperimen clan pengambilan data, serta melakukanevaluasi data-data basil eksperimen. Tidak lupapenulis juga mengucapkan terima kasih kepada Sdr.Sumadji dan Sdr. Slamet Riyadi yang telahmembantu melakukan persiapan peralatan yangdigunakan dalam penelitian ini. Semoga amalkebaikan Saudara sekalian mendapatkan balasan dariAllah SWT.

TANYAJAWAB

Djoko Sujono-Secara opus, apa saja syaratnya agar supaya

lapisan ZnO:Al dapat berfungsi sebagai jendelaset surya ?

-Apakah lapisan ZnO:Al hasil penelitian ini sudahsesuai sebagai jendela set surya ?

ACUANSudjatmoko

-Paling tidak ada tiga syarat bahwa secara optislapisan ZnO:AI dapat berfungsi sebagai jendelagel surra, yaitu nilai transrnitansinya di atas 85%dan nilai indeks biasnya dalam orde 2,2 rnasing-masing pada daerah tarnpak, serta pertumbuhankristal ZnO:AI terorientasi ke arab surnbu-c yangtegak lurus pada perrnukaan substrat.

-Berdasarkan optiritasi sifat-sifat optis ZnO:Alyang telah dilakukan, rnaka diperoleh bahwalapisan tip is ZnO:AI mempunyai sifat optis yangsesuai untukjendela sel surra.

[1] TAKAHASHI, K., and KONAGAI, M.,Amorphous Silicon Solar Cells, North OxfordAcademic Publishers Ltd., Tokyo, Japan, 1986.

[2] MINAMI, T., Highly Conductive andTransparent Zinc Oxide Films Prepared by RFMagnetron Sputtering Under an AppliedExternal Magnetic Field, Appl. Phys. Lett.41(10),1982.

[3] GORDON, R.G., Criteria for ChoosingTransparent Conductors, Mrs. Bulletin August,2000,52-57.

Prosiding Pertemuan dan Presentasi llmiah TeknologiAkselerator dan AplikasinyaVol. 5. No. I. Oktober 2003: 252 -260

260

KE DAFTAR ISI0PTIMASI IND EKS BIAS DAN KETEBALAN LAPISAN ANTI REFLEKSI TCO SEBAGAI JENDELA SEL SURY A a-Si:HABSTRAKPENDAHULUANHASIL DAN PEMBAHASANKESIMPULANUCAP AN TERIMA KASIHTANYA JAWABACUAN