BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangDalam kehidupan sehari-hari, manusia memerlukan energi, salah satunya energi listrik. Di Indonesia misalnya, berdasarkan sumber data dari Perusahaan Listrik Negara (PLN) konsumsi listrik pada awal tahun 2013 mencapai 90,48 twh (tera watt hour), sementara pada akhir tahun 2012 konsumsinya hanya 84,43 twh. Kebutuhan energi listrik menjadi kebutuhan utama bagi masyarakat umumnya saat ini, padahal energi listrik itu sendiri bersumber dari energi yang tidak dapat diperbaharui, oleh karena itulah dikembangkan teknologi sel surya, yang saat ini tengah populer dikalangan masyarakat.Sel surya bisa disebut sebagai pemeran utama untuk memaksimalkan potensi sangat besar energi cahaya matahari yang sampai kebumi, walaupun selain dipergunakan untuk menghasilkan listrik, energi dari matahari juga bisa dimaksimalkan energi panasnya melalui sistem solar thermal.Pada pembangkit listrik tenaga surya atau dalam bahasan kali ini menggunakan solar cell (sel surya). Solar cell panel terdiri dari silikon, dimana silikon tersebut mengubah intensitas sinar matahari menjadi energi listrik. Apabila kita menambah solar cell panel, maka hal yang akan terjadi yaitu bertambahnya konversi tenaga surya dan akan meningkatkan jumlah pasokan energi listrik yang didapat. Jenis solar cell yang digunakan bermacam-macam tergantung kebutuhan, dan juga dari sisi ekonomisnya.Pada dasarnya, Sel surya adalah elemen aktif dimana dapat mengubah energi cahaya menjadi energi listrik, prinsipnya disebut dengan efe photovoltaic. Sel surya itu sendiri terbuat dari kepingan bahan semikonduktor, dimana memiliki dua kutub yaitu positif dan negatif, seperti macamnya dioda namun memiliki permukaan yang lebih luas. Permukaan dibuat luas agar dapat menangkap cahaya matahari seefesien mungkin.Namun, pada penjelasan kali ini, akan lebih ditekankan pada bahan-bahan yang dapat membuat solar cell tersebut bekerja, dengan kata lain yaitu materi konduktornya.1.2 Tujuan PenulisanTujuan penulisan karya tulis ini yaitu untuk memberikan informasi mengenai material semi konduktor yang terdapat pada solar cell kepada para pembaca serta untuk memenuhi tugas mata kuliah Teknik Bahan.

1.3 Rumusan MasalahFokus masalah dari karya tulis ini adalah menjelaskan tentang material semi konduktor solar cell, yaitu amorphous cell.

1.4 Batasan MasalahBatasan masalah yang diambil pada karya tulis ini yaitu seputar material semi konduktor dengan hanya membahas material amorphous cell dan metodologi yang dipakai untuk membuat material tersebut.

BAB IILANDASAN TEORI

2.1Definisi Material Amorphous SiliconAmorphous (juga dikenal dengan istilah padatan nonkristal) adalah jenis padatan yang partikel penyusunnya tidak memiliki keteraturan yang sempurna. Amorphous tidak memiliki jenis struktur internal panjang yang berulang seperti yang ditemukan pada kristal (en:amorphous solid)(1)

2.2Komposisi Material Amorphous SiliconAmorphous Silicon atau dikenal silikon amorf merupakan elemen kedua yang jumlahnya paling berlimpah di Bumi. Namun, berbeda dari pengertian silicon pada umumnya, amorphous ini merupakan padatan nonkristal. Zat ini disebut juga a-Si.Silikon amorft memiliki kisaran komposisi sebagai berikut(2) :*catatan : Komposisi ini beralih antara a-Si dan a-Si: H (10% silikon amorf terhidrogenasi) secara acak.PropertyValueReferenceImage/URL (optional)

Mass densityFor Silicon: 2.33 g/cm3McGuire, G.E., Semiconductor Materials and Process Technology Handbook William Andrew Publishing/Noyes, 1988

Young's modulus8020GPaFreund, L.B. and Suresh, S., Thin film materials, Cambridge University Press, 2003, page 96

Poisson ratio0.22Freund, L.B. and Suresh, S., Thin film materials, Cambridge University Press, 2003, page 96

1. Dikutip dari http://glossary.kimiawan.org/wiki/Padatan_amorphous2.Dikutip dari http://www.mit.edu/~6.777/matprops/asi.htmStiffness Constants(1) ForSi[dynes/cm2]: C11= 1.67x1012C12= 0.65x1012C44= 0.79x1012(2) ForSi[GPa]:E11 = 164.8E12 = 63.5E44 = 79.0(1) McGuire, G.E., Semiconductor Materials and Process Technology Handbook William Andrew Publishing/Noyes, 1988(2)Madou, M.J., Fundamentals of Microfabrication, CRC Press, 2001, page 198.

Tensile or fracture strength

Residual stress on siliconFor Poly-Sideposited with LPCVD (560-670 degrees C):-0.1 to -0.3GPaOhring, M. Material science of thin films, Academic Press, 2002, page 743.

Specific heat

Thermal conductivityFor a-SI:H:4x10-6[1/K]Street, R.A., Technology and application of amorphous silicon, Springer, 2000, p242

Dielectric constantForSi: 11.8McGuire, G.E., Semiconductor Materials and Process Technology Handbook William Andrew Publishing/Noyes, 1988

Index of refraction4.5 @ 600nm wavelengthMadou, M.J., Fundamentals of Microfabrication, CRC Press, 2001, page 298.

Electrical conductivity = 3x10-5(=0.33eVat T=310 K) = 270 (=0.77eVat T=400 K)Values[-1cm-1]given for a-Si, prepared with glow discharge technique and has strong dependence on activation energy[eV]and temperature[K].Le Comber, P.G. and Mort, J., Electronic and structural properties of amorphous semiconductors, Academic Press,New York, 1973, page 377.

Magnetic permeability

PiezoresistivityMadou, M.J., Fundamentals of Microfabrication, CRC Press, 2001, page 200 gives an overview forSi, but does not mention anything for a-Si. He does state that thecoefficient dodepend on the crystal orientation of the material, so it is unclear whether or not a-Siwill exhibitPiezoresistivity.

Piezoelectricity

Wet etching methodKOH (1)a-Siis etched by HF, but poly-Siis not (2)(1) Perry, R.H. and Green, D.W., Perry's Chemical Engineers' Handbook (7th Edition), McGraw-Hill, 1997(2) O'Mara, W.C., Herring, R.B. and Hunt, L.P., Handbook of Semiconductor Silicon Technology, William Andrew Publishing, 1990

Plasma etching methodForSi: CF4or SF6Senturia,S.D., Microsystem design,KluwerAcademic Publishers, 2001, page 69.

Adhesion to silicon dioxide

BiocompatibilityForSi: yes, but cell- and protein adhesion remains problematic and there is considerable room for improvement.Madou, M.J., Fundamentals of Microfabrication, CRC Press, 2001, page 511.

Selain itu, Amorphous metal sheet yang digunakan untuk konstruksi inti adalah alloy yang terdiri dari 92% besi, 5% silikon dan 3% boron. Material ini bukan crystalline. Sheet ini memiliki 70% no-load loss lebih rendah dibandingkan silicon steel. Ketebalan dari amorphous metal sheet adalah 0.025 mm, sekitar 10 kali lebih tipis dibandingkan ketebalan silicon steel.

2.3Penjelasan Umum Amorphous SiliconSilikon Amorf diubah menjadi sel surya film tipis untuk penggunaannya pada solar cell. Selain itu, material ini dikenal sebagai bahan dasar pembuatan flat panel display untuk layar komputer atau televisi portabel. Ini dimungkinkan karena material ini bisa ditumbuhkan dalam ukuran besar dengan lebar lebih dari satu meter. Film tipis silikon amorf biasanya dibuat dengan menguraikan gas monosilane (SiH4 ) dalam plasma yang dibangkitkan oleh penguat frekuensi radio (glow discharge) pada suhu yang relatif rendah (250o C). Material ini tergolong yang paling murah di antara semua sel surya film tipis.Secara teoritik, dapat menghasilkan efisiensi sekitar 15-16%. Kelemahannya adalah adanya degrasi/penurunan efisiensi sekitar 30hari harga awal, saat pertama kali disinari walaupun pada akhirnya menjadi stabil (efek Staebler Wronski). Panel sel surya dengan efisiensi (setelah terdegradasi) 10udah berhasil dibuat. Walaupun nilai efisiensi tersebut sudah masuk kategori layak produksi, usaha untuk menyempurnakan proses pembuatannya masih terus berlangsung guna menekan serendah mungkin harga jualnya.Dalam pengembangannya menjadi sel surya single-junction cell struktur p-i-n, silikon amorf didoping menjadi tipe-n atapun tipe-p. Namun rapat keadaan yang terelokasi tinggi dalam silikon amorf membuat proses dopingan kurang efektif. Proses hidrogenasi pada silikon amorf mampu menurunkan rapat keadaan hingga 1015 cm-3 eV-1. Melalui proses tersebut didapan silikona morf terhidrogenasi (a-Si-H).

2.4Proses Pembentukan Amorphous Silicon menjadi thin FilmSilikon Amorf merupakan komponen penting dalam pembuatan thin film (film tipis) pada solar cell. Lapisan thin film merupakan lapisan yang solid dan ketebalannya antara nm hingga pM pada suatu substrat.Sebelum silikon amorf dapat diterapkan sebagai film tipis bahan tertentu, seperti misalnya sel surya, terlebih dahulu harus melalui hidrogenasi dan CVD Termal untuk meminjamkan stabilitas dan ketahanan material yang lebih besar.

Persiapan a-Si film tipis dengan metode CVD ThermalSebuah film karbon amorf tipis dilakukan dengan metode CV Termal. Unit CVD termal terdiri dari tabung kuarsa (terdapat pada point A) dilengkapi dengan sendi pada kedua ujungnya, kemudian tanur listrik dan tabung gas argon. Tabung itu dimasukkan ke dalam tungku (point B dan point C). Didalam tabung kuarsa, pada bagian tengah tungku kedua, substrat dari silikon (F) (dimana kamper harus pyrolysed) disimpan, sementara itu pada bagian tengah tungku pertama, point E disimpan (Point E isinya yaitu kamper dengan kualitas yang diinginkan). Ujung taung kuarsa kemudian dihubungkan dengan silinder gas argon (Point G) dan sistem penggeledak air (point H) pada masing-masingnya.Laju aliran dipertahankan pada 100 hingga 130 gelembung tiap menitnya. Suhu controller (Point D) pada tungku digunakan untuk mengontrol suhu tungku dan mengaturnya. Tungku kedua (point C) dipanaskan sampai suhu deposisi yang diinginkan dan dijaga agar tetap konstan selama tiga puluh menit. Sedangkan, suhu tungku pertama disimpan pada suhu kamar.Setelah itu, bila kita amati suhu tungku pertama meningkat pesat menjadi 1400C. Titik ini adalah titik dimana deposisi dimulai, waktu yang ditetapkan sekitar 45 menit. Uap karbon dibawa ke zona panas dari tungku gas pembawa dimana pirolisis berlangsug dan arbon diendapkan pada substrat pengendapan (http://scitation.aip.org/termsconditions).

BAB IIIPEMBAHASAN

3.1Morfologi Permukaan Film Tipis Amorphous SiliconMorfologi permukaan film tipis amorphous diperoleh dari proses pyrolosis kamper pada temperature deposisi yang berbeda.Dari gambar (3) dapat dilihat terjadi kenaikan deposisi suhu, kemudian ukuran butir semi konduktor pun meningkatkan karbon yang ada padanya.Hal ini menunjukkan bahwa peningkatan karbon membuat thin film dengan ukuran lebih kecil namun tetap saling berhubungan.Dengan memvariasikan temperature deposisi akan mengubah morfolog permukaan dan komposisi strukturnya.Figure 3 : SEM mikrograf untuk film tipis substrat silicon pada 6500CPenambahan selanjutnya pada suhu ditambah +500C

Meningkatnya temperatur deposisi akan mengakibatkan menurunnya resistansi film dan akan berakibat pada kurangnya efesiensi film dalam mengambil cahaya matahari. Resistivitas film tpis sebanding dengan nilai resistansi. Dengan meningkatnya temperature deposisi, maka resistivitas film tipis akan meningkat. Hal ini dapat menjawab pertanyaan dan menjelaskan mengapa konduktivitas meningkat karena suhu deposisi meningkat.

3.2Keuntungan dan Kerugian AmorphousFilm silikonamorfmemanfaatkan segi bahannya yang tipis di atas silikon kristal, mampu menyerap hingga 40kali lebih banyak radiasi matahari dibandig monokrystal silicon .Lapisanfilm yang sangat tipisdiperlukan untuk menyerap90persen atau lebih darisinar matahari langsung.Bahkan, lapisanhanya harus0,00003937inci, atausatu mikrometerketebalan.Untukmeletakkan ini dalam perspektif, untai tunggal rambut manusia memiliki ketebalan 100 kali lebih besar. Atribut ini menambah efektivitas biayamenggunakan silikonamorf dalam teknologifilm tipis. Dapat disimpan pada berbagai substrat, termasuk yang fleksibel, melengkung, dan tipe roll. Secara keseluruhan efisiensi sekitar 10%, masih lebih rendah dari silikon kristal tetapi meningkatkan kekuranganmenggunakan silikonamorfdalam aplikasisel suryaadalah sesuatu yang dikenal sebagai efek Staebler-Wronski. Untuk alasan yang tidak sepenuhnya dipahami,sel-sel dalam material cenderung menuruntegangan output hingga 20 persen setelah paparan awalsinar matahari alami. Namun, bahantersebut mencapai titik stabilitas output listriksetelah satuhingga dua bulan.

BAB IVPENUTUP

4.1KesimpulanDapat disimpulkan bahwa amorphous atau lebih dikenal dengan nama silikon amorf dapat dibuat dengan menggunakan CVD. Silikon amorf ini meskipun telah tertinggal generasinya, namun penggunaannya hingga saat ini sekitar 50% digunakan diseluruh dunia, yang berarti amorphous masih bisa bersaing, baik dalam hal efesiensi energinya maupun dari cost atau segi ekonomisnya.Amorphous dapat memiliki nilai efesiensi yang besar dan menghasilkan energi yang besar dengan cara memperbesar luasan permukaannya sendiri, dengan nilai efesiensi yang besar dan biaya yang murah menyebabkan material ini sekali lagi dikatakan sangat menjanjikan di pasaran.

DAFTAR PUSTAKA

Journal by Mohamad, N. M. Hanib, U. M. Noor, and M. Rusop. 2010. Properties of Amorphous Carbon Thin Films for Solar Cell Applications F. AIP Publising.Takashi, K & M. Konagai. 1986. Amorphous Silicon Solar Cell. North Oxford Academichttp://en.wikipedia.org/wiki/Amorphous_solidhttp://xteknologi.blogspot.com/2010/11/amorphous-silicon.htmlhttp://www.mit.edu/~6.777/matprops/asi.htm

1.1