LAPORAN PENELITIAN

PENENTUAN CELAH OPTIK DAN KONSENTRASI H PADA LAPISAN-i a-Si:H YANG DIDEPOSISI

DALAM PECW GANlDA

Dra. Syakbaniah, M.Si (Ketua Tim Peneliti)

Penelitian ini dibiayai oleh : Dana Rutin Universitas Negeri Padang

Tahun Anggaran 2000 Surat perjanjian kerja Nomor : 14981K 12/KU/Rutin/2000

Tanggal 1 Mei 2000

UNIVERSITAS NEGERI PADANG 2000

ABSTRAK

Sampel berupa film tipis lapisan-i a-Si:H (lapisan intrinsik) difabrikasi

dengan parameter tertentu dalam reaktor PECVD (Plasma Enhanced Chemical

Vapo~ir Deposition) ganda yang berada di laboratorium Fisika Material Elektronik

Jurusan Fisika ITB Bandung. Setelah sampel di fabrikasi lalu dilakukan

pengukuran UV-Vis, untuk menentukan energi E(h9 dan koefisien absorpsi a.

Dari pengukuran dengan Dektak II untuk sampel 1, 2 dan sampel 3

diperoleh tebal berturut-turut : 7.032 A' , 7.049 A' dan 4.783 A", dan setelah

dihitung energi E@V) dan koefisien absorpsi a lalu dengan menggunakan metode

Tazic-Plot, didapat harga celah optik untuk masing-masing sampel berturut-turut:

1,77 eV, 1,67 eV dan 1,75 eV. Bila dibandingkan hasil yang diperoleh melalui

penelitian ini, celah optik untuk ketiga sampel harganya berada di dalam rentang

daerah celah optik hasil pengukuran peneliti terdahulu (Takahashi dan Konagai,

1986 ; Kanicki, 1992). Selanjutnya dari hasil perhitungan konsentrai hidrogen,

sampel 1, CII = 16% dan sampel 3, CII = 14,67 % sudah dapat dikatakan baik

karena mempunyai harga sekitar 15% (Takahashi dan Konagai, 1986,

Kanicki, 1992). Sedangkan untuk sampel 1, CI-I = 9,33 % masih dapat dikatakan

baik karena harganya terletak didaerah harga konsentrasi yang diperoleh

Takahashi dan Konagai (1986) antara 8 - 15 %, dan Street (1991) antara 8 - 40%.

Dari ketiga sampel tersebut diperoleh hubungan yang linier antara harga celah

optik dengan konsentrasi hidrogen, sehingga dapat dikatakan bahwa sampel hasil

deposisi dalam reaktor PECVD ganda dengan parameter yang digunakan sudah

dapat dikatakan baik.

PENGANTAR

Kegiatan penelitian merupakan bagian dari darrna perguruan tinggi, di samping pendidikan dan pengabdian kepada masyarakat. Kegiatan penelitian ini hams dilaksanakan oleh Universitas Negeri Padang yang dikerjakan oleh staf akademikanya ataupun tenaga fungsional lainnya dalam rangka meningkatkan mutu pendidikan, melalui peningkatan mutu staf akademik, baik sebagai dosen maupun peneliti.

Kegiatan penelitian mendukung pengembangan ilmu serta terapannya. Dalam ha1 ini, Lembaga Penelitian Universitas Negeri Padang berusaha mendorong dosen untuk melakukan penelitian sebagai bagian yang tidak terpisahkan dari kegiatan mengajamya, baik yang secara langsung dibiayai oleh dana Universitas Negeri Padang maupun dana dari sumber lain yang relevan atau beke rja sama dengan instansi terkait. Oleh karena itu, peningkatan mutu tenaga akademik peneliti dan hasil penelitiannya dilakukan sesuai dengan tingkatan serta kewenangan akademik peneliti.

Kami menyarnbut gembira usaha yang dilakukan peneliti untuk menjawab berbagai permasalahan pendidikan, baik yang bersifat interaksi berbagai faktor yang mempengaruhi praktek kependidikan, penguasaan materi bidang studi, ataupun proses pengajaran dalam kelas yang salah satunya muncul dalarn kajian.ini. Hasil penelitian seperti ini jelas menarnbah wawasan dan pemahaman kita tentang proses pendidikan. Walaupun hasil penelitian ini munglun masih menunjukkan beberapa kelemahan, narnun karni yakin hasilnya dapat dipakai sebagai bagian dari upaya peningkatan mutu pendidikan pada umumnya. Kami mengharapkan di masa yang akan datang semakin banyak penelitian yang hasilnya dapat langsung diterapkan dalam peningkatan dan pengembangan teori dan praktek kependidikan.

Hasil penelitian ini telah ditelaah oleh tim pereviu usul dan laporan penelitian Lembaga Penelitian Universitas Negeri Padang, yang dilakukan secara "blind reviewing'. Kemudian untuk tujuan diseminasi, hasil penelitian ini telah diseminarkan yang melibatkan dosedtenaga peneliti Universitas Negeri ~ a d a n g sesuai dengan fakultas peneliti. Mudah- mudahan penelitian ini bermanfaat bagi pengembangan ilmu pada umumnya, dan peningkatan mutu staf akademik Universitas Negeri Padang.

Pada kesempatan ini karni ingin mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak yang membantu terlaksananya penelitian ini, terutarna kepada pimpinan lembaga terkait yang menjadi objek penelitian, responden yang menjadi sampel penelitian, tim pereviu Lembaga Pen~litian dan dosen senior pada setiap fakultas di lingkungan Universitas Negeri Padang yang menjadi pembahas utarna dalam seminar penelitian. Secara khusus kami menyarnpaikan terima kasih kepada Rektor Universitas Negeri Padang yang telah berkenan memberi bantuan pendanaan bagi penelitian ini. Kami yakin tanpa dedikasi dan ke jasarna yang te rjalin selama ini, penelitian ini tidak akan dapat diselesaikan sebagaimana yang diharapkan dan semoga ke rjasarna yang baik ini akan menjadi lebih baik lagi di masa yang akan datang.

Terima kasih.

ang, Desember 2000 tua Lembaga Penelitian versitas Negeri Padang,

Drs. Kumaidi, MA., Ph.D.

DAFTAR IS1

Halaman

ABSTRAK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i

PENGANTAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ii

... DAFTAR IS1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i l l

BAB I PENDAHULUAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.1. Latar Belakang Masalah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.2. Pembatasan Masalah ............................................... 3

1.3. Tujuan Penelitian .................................................... 3

1.4. Kegunaan Penelitian ................................................. 3

BAB I1 TINJAUAN PUSTAKA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.1. Struktur Atom Silikon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.2. Silikon Amorf Terhidrogenasi ...................................... 6

2.3. Celah Pita Optik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.4. Spektrum Absorpsi UV-Vis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.5. Konsentrasi Hidrogen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6. Mekanisme Deposisi Lapisan Tipis a-Si:H 17

BAB 111 METODE PENELITIAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.1. Penyiapan Sampel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.2. Jenis dan Teknik Pengumpulan Data ....... . . 22

BABIV HASILDANPEMBAHASAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

4.1. Hasil Pengukuran .................................................. 23

4.2. Pembahasan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................... 34

5.1. Kesimpulan .......................................................... 34

5.2. Saran . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

DAFTAR PUSTAKA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

LAMPIRAN ................... ................................. 37

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Disadari dengan menipisnya persediaan sumber energi konvensional di

bumi sebagai energi listrik, orang berusaha beralih ke energi radiasi matahari

sebagai sumber energi alternatif. Radiasi matahari sebagai salah satu sumber

energi, ketersediaannya melimpah, tidak akan pernah habis dan berlangsung

sepanjang masa.

Dengan adanya energi radiasi matahari sebagai sumber energi alternatif

ini, maka para ilmuwan berupaya mengembangkan penelitian mengenai

konversi energi matahari menjadi energi listrik yang dikenal sebagai konversi

fotovoltaik. Salah satu alat yang berfungsi untuk mengubah energi matahari

menjadi energi listrik secara langsung disebut sel surya (solar cell) dalam

bentuk padat. Keunggulan sel surya sebagai sumber energi listrik adalah

bahwa ia dapat di bangkitkan dimana saja, tidak memerlukan jaringan

distribusi dan lagi pula penggunaannya tidak menimbulkan polusi

lingkungan.

Pada saat ini secara konvensional pembuatan sel surya banyak

digunakan silikon amorf terhidrogenasi (a-Si:H). Walaupun sel surya dari

material silikon amorf ini mempunyai efisiensi konversi rendah (13,2 %)

dibandingkan bahan silikon kristal (24 % untuk skala laboratorium), tapi sel

surya silikon amorf ini biaya produksinya lebih murah dibanding material

silikon kristal (Konagai M, 1997)

Sel surya silikon amorf mempunyai prospek yang lebih baik

dibandingkan silikon kristal karena: (1) celah optik (optical bandgap) lebih

lebar; (2) dalam proses pembuatannya daya yang dibutuhkan relatif kecil dan

temperatur deposisi rendah; (3) dapat dibuat dalam ukuran yang lebih luas

karena silikon amorf ini dapat dideposisi diatas substrat gelas, metal dan

substrat insulator (seperti polimer keramik); (4) koefisien absorpsi lebih

besar.

Untuk meningkatkan efisiensi sel surya, orang selalu berusaha

mengembangkan penelitian agar tercapai kualitas yang baik. Ada beberapa

kriteria untuk menentukan kualitas sel surya, diantaranya : (a) celah optik; (b)

rapat keadaan terlokalisasi ; (c) konduktivitas; (d) absorpsi infra-merah dan

(e) luminisense (Takahashi dan Konagai, 1986). Selanjutnya karena pada a-

Si:H terdapat hidrogen, dan terdapat hubungan yang linier antara celah optik

dengan konsentrasi H (hidrogen), maka dengan demikian secara tidak

langsung konsentrasi H juga ikut menentukan kualitas sel surya

Pada umumnya sel surya silikon amorf berupa divais dengan struktur

p-i-n atau n-i-p. Srruktur p-i-n atau n-i-p tersebut terdiri dari gabungan

lapisan-p, lapisan-i dan lapisan-n atau sebaliknya. Lapisan-p, lapian-i dan

lapisan-n sering juga disebut dengan istilah tipe-p, tipe-i dan tipe-n. Untuk

mengetahui kualitas sel surya maka orang mengadakan penelitian untuk

masing-masing lapisan tersebut. Mengingat lapisan-i pada sel surya

merupakan lapisan aktif, dimana koefisien absorpsi yang tinggi dan

konsentrasi H tertentu diperlukan pada lapisan ini serta mengingat pentingnya

mcngctahui kr-itcria untuk rnenentukan kualitas sel surya agar tercapai

efisiensi yang tinggi, dan juga rnengingat pentingnya menjalin kerjasama

dengan Jurusan Fisika ITB Bandung sebagai kerjasama antar perguruan tinggi

di Indonesia, peneliti tertarik untuk mengadakan penelitian untuk menentukan

lebar celah optik dan konsentrasi H pada lapisan-i a-Si:H yang dideposisi

dengan parameter tertentu dalam reaktor PECVD (Ylasnia Enhanced

Chemical Vnyorrr Deposiiiorl) ganda.

1.2. Pembatasan dan Perumrlsan Masalah

Seperti dikatakan sebelumnya bahwa kualitas sel surya ditentukan oleh

beberapa kriteria, tapi pada penelitian ini dibatasi hanya pada penentuan celah

optik dan konsentrasi hidrogen. Penentuan lebar celah optik dengan metoda

Tauc-plot dan menentukan konsentrasi hidrogen dibatasi hanya pada lapisan

intrinsik film tipis silikon amorf terhidrogenasi (lapisan-i a-Si:H). Film tipis

ini difabrikasi dengan parameter deposisi tertentu dalam reaktor PECVD

ganda yang dilakukan di laboratorium Fisika Material Elektronik Jurusan

Fisika ITB. Berapa besar konsentrasi hidrogen (H) pada lapisan-i a-Si:H yang

dideposisi dengan parameter tertentu juga akan dibahas dalam penelitian ini.

1.3. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui besar celah optik

serta konsentrasi H pada lapisan-i a-Si:H yang dideposisi dengan parameter

deposisi tertentu dalam reaktor PECVD ganda.

1.4. Manfaat Penelitian

Dengan mengetahui besarnya celah optik serta konsentrasi H pada

lapisan-i a-Si:H dapat diketahui apakah hasil deposisi dengan parameter

deposisi tertentu dalam PECVD ganda mempunyai kualitas baik yang

akhirnya nanti akan dapat meningkatkan efisiensi sel surya.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. S t r ~ ~ k t r ~ r Atom Silikon

Silikon (Si) termasuk unsur golongan IV dalam sistem berkala

merupakan bahan semikonduktor. Berdasarkan struktur atomnya, silikon

dapat berstruktur kristal atau berstruktur amorf. Kedua struktur ini memiliki

jenis ikatan kovalen, yaitu ikatan yang terjadi karena pembentukan pasangan

elektron dengan spin anti paralel. Ikatan kovalen ini dinamakan ikatan

bersama.

Silikon kristal mempunyai struktur intan (diamond), dimana satu atom

Si dikelilingi oleh empat buah atom Si dalam bentuk tetrahedral dan

mempunyai ikatan kovalen serta susunan atom yang teratur dan simetris.

Sedangkan silikon amorf mempunyai susunan yang tidak beraturan, sehingga

disebut bahan bukan kristal atau nonkristalin (Gambar 2.1) karena silikon

amorf tidak mempunyai perioditas atom atau sifat simetrik atomik (Takahashi

dan Konagai, 1986). Pada dasarnya silikon amorf juga mempunyai suatu

keteraturan, tetapi keteraturannya berjangkauan pendek.

(a) Silikon kristal (b) Silikon amorf

Gambar 2.1. Struktur atom silikon

Silikon Amorf Terhidrogenasi

Pada silikon kristal, atom Si di pusat dihubungkan secara tetrahedral

dengan empat atom Si terdekat membentuk delapan hibrida orbital sp3 yang

terpisah menjadi empat orbital ikatan dan empat orbital bebas. Keadaan

berikatan membentuk pita valensi, sedangkan keadaan bebas membentuk pita

konduksi. Banyaknya ikatan Si yang terjadi menyebabkan adanya interaksi

antara elektron-elektron atau ion-ion yang berdekatan sehingga ikatan energi

melebar. Elektron-elektron terluar Si berpasangan rnembentuk ikatan

kovalen, sehingga pita valensi akan terisi penuh oleh elektron-elektron dan

pada keadaan ini pita konduksi kosong.

Berbeda dengan silikon kristal, pada silikon amorf atom Si di pusat

dikelilingi tiga atom tetangga terdekat, elektron keempat pada pusat atom

menempati orbit anti ikatan dan menghasilkan ikatan bebas (dangling bond).

Pada silikon amorf terdapat banyak ikatan bebas (dangling bond) yang

mengakibatkan timbulnya cacat pita (defect level). Cacat pita biasanya te rjadi

dengan energi sekitar 1 eV di bawah tepi pita konduksi, yang merupakan

pusat aksi rekombinasi (recombination center) dari pembawa foto

(photogenerated carrier).

Bila ikatan bebas (dangling bond) pada silikon amorf diisi oleh atom H

(atom hidrogen), maka silikon amorf ini disebut dengan silikon amorf

terhidrogenasi (a-Si:H). Struktur silikon amorf ini seperti diperlihatkan pada

Gambar 2.2 (Sukirno, 1995).

(a) a-Si tanpa hidrogen (b) a-Si:H

Gambar 2.2. Struktur silikon amorf (a-Si)

Adanya perbedaan jenis ikatan pada bahan silikon kristal (dimana

energi ikat Si-Si sebesar 2,2 eV) dan silikon amorf terhidrogenasi (dengan

energi ikat 3,4 eV), menyebabkan terjadinya perbedaan celah energi (energy

gap), yaitu jarak antara pita valensi dan pita konduksi pada kedua bahan

tersebut. Lebar celah energi pada silikon kristal sebesar 1,l eV, sedangkan

untuk a-Si:H sebesar 1,7 eV (Takahashi dan Konagai, 1986), seperti

diperlihatkan pada Gambar 2.3.

pita konduksi pita konduksi

-=f F- keadaan terlokalisasi

pita terlarang - -

i y l C v 117y:'-.--- (a) Silikon kristal (b) Silikon amorf terllidrogenasi

Gambar 2.3. Celah enegri pada bahan silikon kristal dan a-Si:H

Dengan adanya danglirig bond pada silikon amorf juga akan

menyebabkan timbulnya keadaan terlokalisasi (localized state, yaitu :

keadaan dimana elektronnya tidak dapat bergerak bebas) yang berada diantara

pita konduksi dan pita valensi. Bila dangling bond pada silikon amorf yang

diisi oleh atom H, mengakibatkan jumlah keadaan terlokalisasi atau

keadaan yang ada pada pita terlarang akan menumn (Gambar 2.4) \

Gambar 2.4. Efek penambahan H pada a-Si.

Pada umumnya ada tiga ciri penting dari struktur semi konduktor amorf

yaitu: (a) shorf range order (seperti bahan kristal); (b) long range disorder dan

(c) cacat koordinat. Dengan adanya ketiga ciri tersebut struktur elektronik

bahan amorf berbeda dengan bahan kristal, dimana pada ujung-ujung pita

energi terdapat ekor pita yang masuk pada daerah celah energi dan pada bagian

dalam celah energi terdapat keadaan terlokalisasi, seperti pada Gambar 2.3.

Ujung-ujung pita energi mempunyai peranan yang penting meskipun

konsentrasinya relatif kecil, karena transport elektronik te jadi pada ujung-

ujung pita ini. Karena tersedianya keadaan-keadaan elektronik (Elektronik

State) dekat tepi pita yang disebut keadaan ekor (fail state) yang dapat

bertransisi optik menyebabkan koefisien absorpsi silikon amorf lebih besar

dibandingkan silikon kristal.

2.3. Celah Optik a-Si:H

Kualitas devais sel surya p-i-n a-Si:H terutama ditentukan oleh kualitas

lapisan-i. dimana lapisan ini merupakan lapisan aktif, karena pada lapisan ini

terjadi pembangkitan pembawa muatan. Bila cahaya dijatuhkan pada suatu

semikonduktor, maka energi foton hv yatlg diabsorpsi akan menyebabkan

terjadinya pasangan elektron-hole dimana akan terjadi transisi intrinsik

(infrii~sic frailsition) dan transisi eksrinsik (extrinsic transition} seperti

ditunjukkan pada Gambar 2.5 (Sze, 1985).

Optical absorption for (a) h 11 : ( b ) h I, > I ; , and (c) h r < - . .-- -- -- . - . .____.a_ .. ._

Gambar 2.5. Proses absorpsi optik pada a-Si

Dari Gambar 2.5 di atas dapat dilihat bahwa pada transisi intrinsik,

kemungkinan perlama : (a) jika energi foton sama dengan energi celah, maka

h v = Lg. Kemungkinan kedrta .. (b) jika hv lebih besar dari energi celah Eg,

maka akan te rjadi generasi pasangan elekton dan hole, tambahan energi sebesar

(h v- Eg) yang akan berubah menjadi energi panas. Pada transisi ekstrinsik, (c)

jika h v lebih kecil Eg foton akan diserap jika pada daerah celah energi terdapat

keadaan terlokalisasi. Sebagai ilustrasi, bila sebuah elektron pada ujung pita

konduksi bergabung dengan sebuah hole pada ujung pita valensi akan terjadi

emisi foton dengan energi (selanjutnya energi ini disebut energi optik atau

celah optik, disingkat Eqt ) yang sama dengan energi celah. Atau dengan kata

lain besarnya energi yang diabsorpsi adalah selisih antara energi tertinggi yang

dicapai pada pita konduksi dengan energi terendah pada pita valensi.

Probabilitas absorpsi tergantung pada kerapatan elektron pada tingkat

energi pada pita konduksi dan pita valensi serta tingkat energi cahaya yang

datang, seperti yang didapatkan oleh Sze (1986) bahwa koefisien absorpsi a

merupakan hngsi dari h v , begitu juga Street (1991) menemukan melalui

penelitiannya bahwa terdapat hubungan antara koefisien absorpsi dengan

energi foton yang diemisikan.

Ada beberapa metoda untuk menentukan celah optik pada semikonduktor

amorf, tetapi masalah penentuan celah optik pada semikonduktor amorf ini

masih merupakan masalah yang hangat diperdebatkan. Cara yang biasa

digunakan untuk menentukan celah optik adalah dengan mengekstrapolasi

bagian linier dari hngsilgrafik yang diplot antara koefisien absorpsi a dengan

energi foton hv untuk a = 0. Mengenai fungsi mana yang akan digunakan

tergantung pada metoda yang dipilih dimana fungsi yang digunakan untuk

menentukan celah optik ini berbeda untuk tiap metoda yang akan digunakan.

Tauc Grigorovici da t~ Vancu yang dikutip Street (1991) dan Trijssenaar

(1995) menentukan celah optik dengan ektrapolasi dari rapat keadaan (den.rity

of state, DOS). Diasumsikan bahwa rapat keadaan (DOS) pada sisi pita valensi

dan pita konduksi sebagai berikut:

jika E E,

jika E 2 E,

dimana: N(E) adalah distribusi rapat keadaan.

E , Ec adalah energi valensi dan konduksi pada sisi mobilitas

NP;~, N E ~ adalah rapat keadaan pada sisi mobilitas

Ea, fib adalah energi valensi dan konduksi terektrapolasi

p,q adalah konstanta yang menunjukkan hubungan energi dengan

rapat keadaan.

Celah optik sekarang didefinisikan sebagai beda antara Ea dan Eh dan

konstanta p,q digunakan untuk menunjukkan hubungan antara energi dengan

rapat keadaan. Bila hubungan diasumsikan linier p=q=l sedangkan bila

hubungan diasumsikan parabolik y=q=1/2. Besarnya absorpsi dari lapisan tipis

amorf dapat diturunkan dari rapat keadaan. Untuk tujuan tersebut, dimulai dari

perumusan fotokonduktivitas dari semikonduktor amorf yang ditulis sebagai :

dimana: e adalah muatan elektron

adalah volume spesimen

me adalah massa elektron

f@) adalah probabilitas energi yang dimiliki sebesar E

N(E) adalah distribusi rapat keadaan

D adalah matriks elemen transisi antara keadaan inisial dan keadaan

akhir

Untuk elektron, hngsi probabilitas f(E) digunakan fingsi Fermi-Dirac

sebagai berikut :

Dengan mensubstitusi Persamaan (2.3) ke Persamaan (2.2) diperoleh:

dimana: NO adalah distribusi rapat keadaan (DOS) yang kosong

N' adalah distribusi rapat keadaan (DOS) yang terisi

Selanjutnya hubungan antara koefisien absorpsi a(o) dan

fotokonduktivitas dinyatakan oleh persamaan :

Dengan menggunakan hubungan Persamaan (2.5) dapat dituliskan perumusan

koefisien absorpsi a(w) sebagai berikut:

2 2 3 dengan c, adalah konstanta yang sama dengan 8 x e h 0 / m e 2 c

Untuk mendapatkan koefisien absorpsi maka matriks elemen D dan

distribusi rapat keadaan N(E) hams ditentukan terlebih dahulu. Untuk matriks

elemen D ada dua tipe matriks yaitu matriks elemen momentum P dan matriks

elemen dipole I?. Begitu juga untuk distribusi rapat keadaan ada dua jenis

pemodelan sehubungan dengan energi, yaitu hubungan antara energi dan rapat

keadaan diasumsikan linier p-q- 1 dan diasumsikan parabolik p=q= 112.

Dengan menggunakan kedua tipe matriks ini dan model rapat keadaan yang

digunakan, setelah dilakukan substitusi dan reduksi, maka Persamaan (2.6)

menjadi :

h o - lXo,,, a [a(ru)n(o)hru] I l(p+q-I) (2.7)

hw - ,Copt i,, [a(a(w)n(w) l h a ] 1 P-q-1 1 ( 2 . 8 )

Dengan bergantung pada asumsi model distribusi rapat keadaan, apakah

dimodelkan linier atau parabolik, maka kita mendapatkan hubungan antara

koefisien absorpsi dengan energi foton yang datang, salah satu diantaranya

adalah metode Tauc-plot yang mengannggap elemen matrik P konstan dan

dinyatakan dengan rumusan sebagai berikut:

dimana a adalah koefisien absorpsi; B adalah konstanta yang tergantung pada

bahan, dan h adalah konstanta Plank.

Takahashi dan Konagai (1986) menggunakan Persamaan (2.9) di atas

untuk menentukan lebar celah optik bila suatu foton melewati lapisan a-Si:H

pada celah pita energi (energi gap atau E,). Dengan mengambil E = h v dan

memplot harga terhadap E maka dapat ditentukan besar celah optik.

Gambar 2.6. memperlihatkan cara menentukan lebar celah optik dengan

rnetode Tauc-plot dari lapisan-i a-Si:H. Dari grafik pada Gambar (2.6) dapat

dilihat bahwa hubungan secara linier sangat baik pada energi relatif tinggi.

No-

hv (cv)

Gambar 2.6. Metode menentukan E,,, a-Si:H

Dengan mempertimbangkan pada linieritas pada energi rendah dan kenyataan

bahwa koefisien absorpsi a tidak mungkin berharga no1 walaupun untuk

hv = Ew, yang disebabkan karena adanya keadaan terlokalisasi. Dengan dasar

tersebut, maka kita dapat menghitung koefisien absorpsi hanya untuk daerah

energi rendah

Beberapa peneliti terdahulu telah melakukan penelitian untuk mengukur

besar celah optik ini, diantaranya Takahashi dan Konagai (1986) mengukur

celah optik pada lapisan-i a-Si:H yang dideposisi dengan metoda high

frequency glow dischaege besarnya sekitar 1.65 - 1.80 eV dan Street (1991)

juga telah menpkur celah optik lapisan-i a-Si:H yang dideposisi dengan

metoda glow discharge dan hasil yang diperolehnya adalah sebesar 1,7eV.

2.4. Spektrum Absorpsi UV-Vis

Spektrum absorpsi I n / - y i s (Ullra Violet-Visible Speclr-oscope)

digunakan untuk mengetahui absorpsi lapisan-i a-Si:H pada spektrum cahaya

tampak dan ultra violet (300 - 800 nm). Koefisien absorpsi ditentukan

berdasarkan hubungan antara persen transmisi sebagai fungsi gelombang

dengan ketebalan lapisan sebagai berikut

dimana a = koefisien absorpsi; d = tebal lapisan; T = transmittansi.

Dengan menggunakan Persamaan (2.9) dan mernplot harga E(h u) dan

diperoleh harga celah optik (EopI).

2.5. Konserltrasi Hidroger1

Silikon amorf mernpunyai banyak ikatan bebas (dnnglir~g bond) yang

rnengakibatkan timbulnya cacat pita (defect Ielal). Dengan adanya dnngIing

borid ini juga menyebabkan timbulnya keadaan terlokalisasi (localized state)

yang berada diantara pita konduksi dan pita valensi.

Adanya hidrogen pada ikatan bebas mengakibatkan jumlah keadaan

terlokalisasi atau keadaan yang berada pada pita terlarang akan menurun.

Menurunnya keadaan yang berada pada pita terlarang ini akan menyebabkan

mobilitas elektron dan hole pada pita konduksi atau pita valensi menjadi

besar. Celah energi pada a-Si:H adalah 1,65 - 1,80 eV, sedangkan pada Si

kristal sekitar 1,l eV, ha1 ini disebabkan karena energi ikat Si-H sekitar

3,4 eV, sedangkan energi ikat Si-Si hanya sekitar 2,2 eV. Jadi dengan

kehadiran hidrogen celah energi pada a-Si:H bertambah besar (Van Sark,

dkk, 1998).

Berdasarkan hasil eksperimen, celah optik sel surya a-Si:H berkaitan

dengan konsentrasi hidrogennya. Dari berbagai hasil pengukuran dengan

menggunakan berbagai metoda, terdapat hubungan linier antara lebar celah

optik dengan konsentrasi hidrogen (Gambar 2.7) (Fritzsche, 1980). Sampel

lapisan-i a-Si:H yang dideposisi dengan metoda High Grequency Glow

Discharge diperoleh konsentrasi hidrogen 8 - 15 %. Konsentrasi hidrogen

yang optimum pada a-Si:H sekitar 15% dan perbandingan SiHz/SiH

mendekati nol. Bila konsentasi hidrogen lebih besar dari 20 % maka akan

terbentuk SiHz dimana dengan kehadiran SiHz dalam a-Si:H akan

mengurangi kualitas devais sel surya (Takahashi dan Konagai, 1986).

- E M R G Y GAP N C R E A S E S WITH A 1 'I. U

13- a 18- so

- 0 / O

* GLOW DlSCH ( E X X O N ) REACT SPUT. IEXXON1 G L W M S C H ( 1 9 1 e l a [ ) CVO I J A N A I c l a1 1

~ L L L L L l l f l l l l l l 0 10 2 0

r\TOMIC PERCENT HYDROGEN

Gambar 2.7. Hubungan konsentrasi hidrogen dengan lebar celah optik

Lebar celah optik pada a-Si:H dapat dikontrol besarya antara 1,5 eV

sampai 2.0 eV. Variasi lebar celah optik (E,,) dalam eV dengan konsentrasi

hidrogen (CH) dalam % diberikan oleh persamaan (Kanicki, 1991):

Konsentrasi hidrogen dalam a-Si:H dapat mengurangi rapat keadaan

terlokalisasi. Hal ini menyebabkan jumlah elektron yang tereksitasi ke daerah

sekitar pita konduksi bertambah, sehingga memperbesar celah optik.

2.6. Mekanisme Deposisi Lapisan Tipis a-Si:H

Proses deposisi lapisan tipis a-Si:H di dalam reaktor PECVD secara

garis besar dapat terbagi atas tiga tahap (Takahashi dan Konagai, 1986),

yaitu:

1. Dekomposisi plasma molekul Si& menjadi H, Si-H, Si-H2 dan molekul

aktif lainnya.

2. Proses transport dan difbsi radikal H, Si-H dan Si-Iq2 ke permukaan

substrat.

3. Reaksi permukaan molekul-molekul terabsorpsi pada permukaan substrat.

Mekanisme deposisi silane dengan proses glow discharge lapisan tipis a-Si:H

digambarkan seperti pada Gambar 2.8 berikut (Pankove, 1984):

Transport 4 [ w j Reaksi permdaan

Substrat

Gambar 2.8. Mekanisme deposisi silane dengan proses glow discharge lapisan tipis a-Si:H.

Akibat tumbukan elektron yang berkecepatan tinggi, molekul-molekul gas

terionisasi membentuk plasma. Molekul-molekul tereksitasi dan mencapai

permukaan substrat dengan proses dihsi. Partikel-partikel yang mencapai

substrat, bermigrasi untuk menemukan tempat absorpsi pada substrat dan

atom-atom bereaksi satu sama lain untuk membentuk film. Dalam reaksi

pembentukan ikatan Si-Si diperlukan ikatan bebas pada permukaan substrat

dan dua radikai SXJ. liadikal SiH3 yang pertama, daiang pada permukaan

substrat dan memindahkan atom-atom H menjadi Si-I& dengan meninggalkan

ikatan bebas pada permukaan dengan reaksi :

G SiH-H+SB3 j = Si - -+SB4

Radikal yang kedua, bereaksi dengan ikatan bebas untuk membentuk ikatan

Si-Si:

E SiH-+ SiH3 j r Si --+ SiH3

Mekanisme deposisi di atas dapat menjelaskan konsentrasi hidrogen dalam

film, yang dibagi kedalam konfigurasi SiH dan SiH2.

BAB LIZ

METODE PENELITIAN

Penelitian ini menggunakan rancangan eksperimental dalam bidang kajian

Fisika Material Elektronik, khususnya film tipis lapisan-i Silikon Amorf

Terhidrogenasi (a-Si:H) yang merupakan bagian dari bahan delvais sel surya p-i-n

atau n-i-p.

3.1. Penyiapan Sampel

Sampel berupa lapisan tipis a-Si:H tipe-i (intrinsik) atau disebut juga

lapisan-i a-Si:H difabrikasi dengan menggunakan metoda Plasma Enhanced

Chemical Vapor Deposition (PECVD) ganda. Metoda ini menggunakan

reaktor yang dihubungkan dengan generator fiekwensi rf. Reaktor PECVD

ganda yang digunakan berada di laboratorium Fisika Material Elektronik

Jurusan Fisika ITB Bandung. Skema reaktor PECVD ganda seperti Gambar

3.1 (Amiruddin, 1998).

Gambar 3.1. Skema reaktor PECVD ganda

Adapun komponen-komponen dari reaktor PECVD ganda ini adalah :

a. Chamber, tempat berlangsungnya reaksi deposisi, berbentuk silinder

vertikal terbuat dari stainles steel dengan diameter 8 inchi dan tinggi 12

inchi.

b. Pompa vakum, untuk memvakumkan ruangan chamber. Sistem pompa ini

menggunakan jenis rotary plrmp EC80I ULVAC .Corporation dengan

menggunakan gas balance Nz.

c. Pengontrol temperatur substrat menggunakan SR-22 SHIMADEN

(Microprocessor-Based Auto Tzcning PID-Controller).

d. Mass Flow Controller (MSC' jenis 247C-4 Channels read out untuk

mengukur laju aliran gas. MSC ini terdiri dari 4 channel, yaitu : channel-]

untuk gas Si:%, channel-2 untuk gas PH3, channel-3 untuk gas B2H6, dan

channel-4 untuk gas CH4.

e. Presmremeter digunakan untuk mengukur tekanan chamber.

f. Daya pembangkit rf, menggunakan sistem tabung di mana semua

parameter dapat diubah-ubah.

g. Blower digunakan untuk membuang gas keluar dari chamber.

h. Leak detector digunakan untuk mendeteksi kebocoran gas.

i. Shzrfter sebagai penutup substrat.

Sampel lapisan-i a-Si:H atau lapisan tipis tipe-i ini terbentuk dengan

mengalirkan gas Silane (SiH4) ke dalam reaktor dengan temperatur deposisi

200" C di atas substrat glas Coming dengan ukuran 3 x 4 cm. Sebelum

melakukan deposisi, substrat telah dibersihkan terlebih dahulu menggunakan

akuades lalu dikeringkan dengan kompressor gas N2 setelah itu dicuci dengan

methanol lalu dikeringkan lagi dengan kompressor gas N2. Kegiatan

pencucian ini dilakukan sebanyak tiga kali dan terakhir dicuci dengan

akuades lalu dikeringkan seperti sebelumnya.

Frekuensi yang digunakan pada penumbuhan sampel adalah 16,06

MHz. Variabel kontrol dalam penumbuhan sampel ini adalah temperatur,

tekanan, daya pembangkit, arus pembangkit dan frekuensi dibuat konstan,

sedangkan parameter lainnya seperti laju aliran gas silane, lama deposisi,

dibuat bervariasi untuk memperoleh tebal sampel yang berbeda. Sebelum

deposisi lapisan, terlebih dahulu dilakukan pemvakuman chamber (sekitar 80

mT) dengan menggunakan Rotary Vaccz~m Pump. Setelah tekanan menurun,

dilakukan pencucian chamber dengan purging gas N2 sementara itu heater

diaktifkan untuk memanaskan substrat. Setelah target temperatur tercapai,

dilakukan uji kesetabilan plasma dengan mengalirkan gas N2 yang

sebelumnya sumber rf telah diaktifkan. Untuk memperoleh plasma yang

stabil, dapat dilakukan dengan mengatur power meter dari sumber rf. Setelah

plasma Nz yang stabil diperoleh, maka untuk penumbuhan lapisan tipis tipe-i

dialirkan gas silane dengan kecepatan aliran tertentu seiring dengan itu aliran

gas N2 dihentikan maka akan terbentuk plasma. Warna plasma pada saat

pembentukan lapisan tipe-i ini adalah berwarna ungu. Setelah plasma

terbentuk, kemudian gugus atom radikal tersebut akan terdeposisi pada

substrat dengan melalui reaksi pembentukan a-Si:H

3.2. Jenis dar~ Tekriik Pengr~mpula~i Data

Setelah sampel di fabrikasi lalu dilakukan pengukuran W-Vis,

diperoleh data tentang panjang gelombang (h) dan data transmittansi (T), dari

data ini akan ditentukan lebar celah optik dengan menggunakan metode Ta14c-

Ploi. Dari data panjang gelombang (A) dapat ditentukan spektrum energi

E@v) = hc/A dan dari data transmittansi (7') dapat dihitung spektrum absorpsi

a dengan menggunakan Persamaan (2.1) dimana untuk menentukan tebal

sampel (d) diukur dengan menggunakan Dektak II (dalam A").

Selanjutnya dengan menggunakan Persamaan (2.9) dan (2.10) dibuat

grafik dengan memplot harga E@v) dan &. Dengan bantuan membuat

persamaan garis lurus yang menyinggung grafik dan titik potong garis

singgung ini pada absis EFV) merupakan harga dari lebar celah pita optik

tersebut. Untuk memperoleh garis singgung tersebut pada grafik, maka daerah

panjang gelombang yang diambil sesuai dengan daerah energi rendah dimana

kelengkungan grafik dapat ditentukan. Pengolahan data ini menggunakan

program Microsoft Excel (versi 97). Selanjutnya dari harga celah pita optik

E,,, dan dengan menggunakan persamaan (2.11) selanjutnya kita dapat

menghitung konsentrasi hidrogen dalam % (persentase) juga dengan bantuan

Microsoft Excel (versi 97).

BAB 1V

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil Pengukuran

Sesuai dengan jenis dan teknik pengumpulan data yang telah

dikemukakan sebelumnya, data pada penelitian ini berupa hasil pengukuruan

UV-Vis yaitu berupa data tentang panjang gelombang (1) dan data tentang

transmittansi (T). Pengukuran W-VIS ini dilakukan di Jurusan Kimia ITB

Bandung langsung setelah sampel selesai dideposisi.

Sampel 1, sampel 2 dan sampel 3 berupa film tipis a-Si:H intrinsik

(lapisan-i) yang dideposisi dalam reaktor PECVD ganda, dengan parameter

deposisi yang dibuat tetap sebagai variabel kontrol adalah : temperatur,

frekwensi pembangkit, daya pembangkit dan arus pembangkit, sedangkan

variabel yang diubah adalah : laju aliran gas silane dan lama deposisi.

Adapun parameter deposisi dari ketiga sampel tersebut diperlihatkan

pada Tabel 4.1. berikut:

Tabel 4.1. Parameter deposisi sampel lapisan-i a-Si:H

Hasil pengukuran W-Vis untuk ketiga sampel dengan menggunakan

program Microsoft Excel versi 97 diplot harga panjang gelombang terhadap

Parameter Deposisi Sampel 1

200" 16,02 MHz

25 Watt 75 mA

40 sccm 124 menit

Tetap

Berubah

1. temperatur 2.frekwensi

pembangkit 3 .daya pembangkit 4.arus pembangkit

1. laju aliran 2. lama deposisi

Sampel2

200" 16,02 MHz

25 Watt 75 mA

50 sccm 134 menit

Sampel3

200° 16,02 MHz

25 Watt 75 mA

60 sccm 105 menit

persen transmitansi, grafiknya untuk ketiga sampel tersebut bertunrt-turut

seperti diperlihatkan pada Gambar 4.1, Gambar 4.2. dan Gambar 4.3:

I Pa~jang Gelornbang (nm) I Gambar 4.1. Grafik hubungan antara panjang gelombang

dan transmitansi sampel 1

100 -

P 80 - - .- !n 60 - C m .= 40 - E

20 - E

0 , 300 500 700 900

Panjang Gelombang (nrn)

Gambar 4.2. Grafik hubungan antara panjang gelombang dan transmitansi sampel 2

I 100 200 300 400 5W 6W 700 8W 900

Panjang Gelornbang (nrn)

Gambar 4.3. G r a f i hubungan antara panjang gelombang dan transmitansi sampel 3

Masih dengan bantuan program Microsoft Excel selanjutnya dari data

panjang gelombang (A) ditentukan spektrum energi EFV) = Efic/;l) dengan

h = konstanta Plank yang harganya 6,6262~10"I'~dt dan c adalah kecepatan

cahaya yang harganya 3x10~ m/dt dan dari data transmittansi (T) dihitung

spektrum absorpsi a dengan menggunakan Persamaan (2.10). Untuk

menentukan tebal sampel yang diperlukan pada Persamaan (2.10), dilakukan

pengukuran dengan menggunakan Dektnk I1 di laboratorium Fisika Material

Elektronik Jurusan Fisika ITB Bandung.

Untuk sampel I yang dideposisi dengan laju aliran gas 40 sccm selama

124 menit diperoleh tebalnya sebesar 7.032 A' (0,7032 pm), atau laju

deposisi sebesar 0,945 AO/dt. Bila diplot energi E (dalam eV) terhadap &

(dalam cm-lev-') diperoleh grafi k seperti pada Gambar 4.4 berikut :

Gambar 4.4. Grafik E(eV) terhadap & sampel 1

Data untuk sampel 2 yang dideposisi dengan laju aliran gas silene 50

sccm, lama deposisi 134 menit dan tebalnya 7.049 A' (0.7049 pm), atau laju

deposisi sebesar 0,877 AO/dt, bila diplot energi E (dalam eV) terhadap &

diperoleh grafik seperti pada Gambar 4.5 berikut:

Gambar 4.5. Grafik E(eV) terhadap & sampel 2

Sedangkan data untuk sampel 3 yang dideposisi dengan laju aliran gas

silene 60 sccm, lama deposisi 105 menit dan tebalnya 4.783 A" (0.4783 pm),

atau laju deposisi sebesar 0,759 Ao/dt, bila diplot energi E (dalam eV)

terhadap & diperoleh grafik seperti pada Gambar 4.6. berikut:

Gambar 4.6. Grafik E(eV) terhadap a sarnpel3

Untuk menentukan besar celah optik dari data W-Yis ini, sesuai

dengan metoda Tazrc-Plot yang digunakan dimana diambil daerah energi

rendah yang sesuai daerah energi celah a-Si:H. Untuk sampel 1 dari Gambar

4.4 dapat dilihat bahwa untuk dapat membuat garis singgung yang akan

memotong sumbu horizontal pada harga sumbu vertikal = 0, maka energi

yang diarnbil terletak kira-kira antara 2 - 2.6 eV. Selanjutnya membuat

persamaan garis lurus yang menyinggung kurva, dan akan ditentukan titik

potongnya dengan sumbu horizontal yang merupakan harga dari celah optik

(E,J yang akan ditentukan, seperti diperlihatkan pada Gambar 4.7

Gambar 4.7. Penentuan celah optik sampel 1 lapisan-i a-Si:H

Setelah ditarik garis lurus yang menyiggung kurva, terlihat bahwa garis lurus

tersebut memotong sumbu horizontal pada harga I ,77eV yang sekaligus

harga ini merupakan harga dari celah optik sampel 1.

Selanjutnya untuk sampel 2 yang tebalnya 7.049 A' (0.7049 pm),

untuk penentuan besar celah optik, caranya sama seperti pada sampel 1 di

atas, dimana untuk sampel 2 ini daerah energi yang diambil berada pada

daerah 1,85 - 2,4 eV, diperlihatkan pada Gambar 4.8. Setelah ditarik garis

lurus yang menyinggung kurva, didapatkan titik potong garis lurus ini dengan

sumbu horizontal pada harga 1,67 eV, dan ini merupakan harga dari celah

optik dari sampel 2

Gambar 4.8. Penentuan celah optik sampel2 lapisan-i a-Si:H

Begitu juga untuk sampel 3 yang tebalnya 7.032 A' (0,7032 pm), penentuan

harga celah optiknya diperlihatkan pada Gambar 4.9 berikut.

Gambar 4.9. Penentuan celah optik sampel 3 lapisan-i a-Si:H

Setelah diperoleh harga celah optik, maka dengan menggunakan

Persamaan (2.1 1) diperoleh konsentrasi hidrogen untuk masing-masing

sampel sebagai berikut seperti diperlihatkan pada Tabel 4.2 berikut:

Tabel 4.2. Konsentrasi Hidrogen lapisan-i a-Si:H

Bila dibuat grafik hubungan antara besarnya celah optik dengan konsentrasi

hidrogen dengan cara memplot harga celah optik terhadap besarnya

konsentrasi hidrogen yang dikandung oleh setiap sampel lapisan-i a-Si:H,

hasilnya diperlihatkan pada Gambar 4.10 berikut:

No.

1

2

3

1.78 - 1.76 -

- 1.72 Y - 8 1.7 -

f - 1.68 -

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Konsentrasl Hidrogen (%)

Gambar 4.10. Grafik hubungan konsentrasi hidrogen dengan celah optik sampel 1, 2 dan sampel 3

Dapat dilihat dari grafik bahwa hubungan antara konsentrasi hidrogen dengan

celah optik merupakan hubungan berbentuk linier.

4.2. Pembahasan

Untuk harga celah optik silikon amorf terhidrogenasi yang mempunyai

kualitas yang baik, telah dilakukan pengukuran oleh peneliti terdahulu.

Takahashi dan Konagai (1986) menggunakan metoda High Frequency Glow

Discharge pada temperatur deposisi 200 - 300" C, besar celah optik untuk

Konsentrasi Hidrogen (YO) 16

9,33

14,67

Sarnpel

1

2

3

Celah Optik (eV) 1,77

1.67

1,75

lapisan tipis yang berkualitas baik harganya berkisar antara 1,65 - 1,80 eV,

Kanicki (1992) juga telah melakukan pengukuran terhadap sampel lapisan-i

a-Si:H yang dideposisi dengan metoda Glow-Discharge dengan temperatur

deposisi 240°C, harga celah optik yang diperolehnya sekitar 1,75 eV, Street

(1991) mengukur celah energi dengan pendekatan metoda Tauc hasilnya 1,7

eV. Bila dibandingkan hasil yang diperoleh melalui penelitian ini yaitu untuk

sampel 1 harganya 1,77 eV, sampel2 harganya 1,67 eV dan sampel3 sebesar

1,75 eV, ternyata besar celah optik sampel silikon amorf terhidrogenasi

lapisan-i untuk ketiga sampel yang dideposisi dengan metoda PECVD ganda

harganya berada di dalam rentang daerah celah optik hasil pengukuran

peneliti terdahulu. Dari hasil yang diperoleh ini ternyata harga celah optik

dari sampel yang digunakan sudah baik.

Selanjutnya dalam penentuan konsentrasi hidrogen (CH) yang terdapat

dalam lapisan-i a-Si:H dari hasil penelitian ini dimana sampel dideposisi pada

temperatur 200' C dan daya pembangkit Rf 25 Watt, diperoleh harga

konsentrasi hidrogen untuk sampel 1 yang besar celah optiknya 1,77 eV,

didapatkan CH = 16 %; sampel 2 yang besar celah optiknya 1,76 eV,

didapatkan CH = 9,33 %; dan sampel 3 yang besar celah optiknya 1,75eV

diperoleh CH = 14,67 %.

Dari hasil perhitungan yang diperoleh melalui penelitian ini ternyata

sampel 1 yang dideposisi dengan laju deposisi 0,945 Aodt, dan sampel 3 yang

dideposisi dengan laju deposisi 0.877 AOdt mempunyai harga konsentrasi

hidrogennya berada sekitar harga kualitas film yang baik (untuk lapisan-i

yang baik konsentrasi hidrogen (&) mempunyai harga sekitar 15%,

(Takahashi dan Konagai, 1986, Kanicki,l992), sementara sampel 2 yang

dideposisi dengan laju deposisi 0,759 Ao/dt hasilnya masih dapat dikatakan

baik karena harganya berada dalam daerah rentang konsentrasi hidrogen yang

diperoleh oleh Takahashi dan Konagai (1986) antara 8 - 15 %, dan Street

(1991) antara 8 - 40 %.

Menurut Street (1991) terdapat hubungan antara konsentrasi hidrogen

dengan temperatur deposisi dan daya pembangkit Rf yang digunakan seperti

diperlihatkan pada Gambar 4.1 1.

0 100 200 300 400 0 10 20 30 Ternpcrarurc ("C) R f power (W)

Gambar 4.11. Ilustrasi konsentrasi hidrogen dan temperatur deposisi serta daya rf a-Si:H dengan metode PECVD

Dari Gambar 4.11 di atas dapat dilihat bahwa untuk temperatur deposisi

sekitar 200°C konsentrasi hidrogennya sekitar 9 % dan untuk daya

pembangkit rf sekitar 25 Watt, besar konsentrasi hidrogennya sekitar 16 %,

sehingga konsentrasi hidrogen yang diperoleh untuk ketiga sampel lapisan-i

a-Si:H yang dideposisi dengan temperatur 200°C dan daya rf 25 Watt

harganya sesuai dengan yang dikemukakan oleh Street (1991) di atas.

Selanjutnya bila dibandingkan dengan harga yang diperoleh peneliti

terdahulu, antara celah optik dengan konsentrasi hidrogen (CH) yang terdapat

dalam a-Si:H dengan berbagai metoda deposisi terdapat hubungan secara

linier (Takahashi dan Konagai, 1986), untuk lapisan-i yang dideposisi

dengan metoda High Frequency Glow Discharge, konsentrasi hidrogen

sekitar 8 - 15 % untuk celah optik sekitar 1,7 - 1,8 eV, seperti yang

ditunjukkan dengan tanda A pada Gambar 4.12. berikut:

Gambar 4.12. Hubungan konsentrasi H dengan celah optik dari a-Si:H

Kemudian dari hasil perhitungan celah optik dan konsentrasi hidrogen

pada lapisan-i a-Si:H didapatkan hubungan linier antara konsentrasi hidrogen

dengan celah optik seperti diperlihatkan pada Gambar 4.10 di atas, ternyata

hasil ini sesuai dengan hasil yang diperoleh peneliti terdahulu (seperti yang

diperlihatkan pada Gambar 2.9 dan Gambar 4.12) sehingga dapat dikatakan

bahwa sampel lapisan-i a-Si:H hasil deposisi dalam reaktor PECVD ganda

pada suhu deposisi rendah (200°C, dibanding silikon kristal sekitar 1500°C)

dan daya pembangkit rf 25 Watt serta parameter lain yang digunakan sudah

dapat dikatakan baik sebagai bahan devais sel surya p-i-n atau n-i-p. Dari

hasil yang diperoleh ini diharapkan secara akan dapat meningkatkan efesiensi

devais sel surya

BAB V

PENUTUP

5.1. Kesimpulan

1. Setelah dilakukan pengukuran W-Vis untuk sampel 1, sampel 2 dan

sampel 3 diperoreh data tentang panjang gelombang dan data tentang

transmittansi. Dari data hasil UV-Vis ini dapat ditentukan lebar celah optik

mengguna.kan Metode Tauc-Plot, dan diperoleh hasil untuk sampel I

besar celah optikya 1,77 eV, sampel 2 sebesar 1,67 eVdan sampel 3

sebesar 1,75 eV. Dari hasil yang diperoleh di atas, ternyata hasil

penelitian ini terletak dalam rentang harga celah optik yang diperoleh

peneliti terdahulu (Takahashi dan Konagai, 1986, sebesar 1,65 - 1,8 eV

dan Street 1991, 1,7 eV), sehingga dapat disimpulkan bahwa sampel

lapisan-i a-Si:H yang dideposisi dengan metode PECVD ganda sudah

dapat dikatakan baik sebagai bahan untuk devais sel surya.

2. Dari hasil besar celah optik yang diperoleh untuk setiap sampel dapat

ditentukan konsentrasi hidrogen yang dikandung oleh lapisan-i a-Si:H.

Dari hasil perhitungan diperoleh harga konsentrasi hidrogen sampel 1

sebesar 16 %, sampel 2 sebesar 9,33 % dan sampel 3 sebesar 14,67 %.

Bila dibandingkan dengan konsentrasi hidrogen untuk lapisan-i a-Si:H

yang baik (sekitar 15 %, Takahashi dan Konagai, 1986, Kanicki,l992),

ternyata konsentrasi hidrogen hasil penelitian ini sampel 1 dan sampel 3

mempunyai harga yang berada dalam rentang daerah konsentrasi hidrogen

yang baik tersebut, sementara sampel 2, konsentrasi hidrogennya masih

dapat dikatakan baik, karena harganya berada dalam daerah rentang

konsentrasi hidrogen yang diperoleh oleh Takahashi dan Konagai (1986)

yaitu: antara 8 - 15 %, dan Street (1991) antara 8 - 40 %.

3. Begitu juga dari hasil penelitian ini diperoleh hubungan linier antara

konsentrasi hidrogen dengan celah optik seperti dikemukakan peneliti

terdahulu, dengan demikian dapat dikatakan sampel lapisan-i a-Si:H hasil

deposisi dengan metoda PECVD ganda sudah dapat dikatakan baik,

sehingga dengan parameter deposisi yang sama dapat digunakan untuk

devais sel surya.

5.2. Saran

1. Pada penelitian ini pengukuran yang dilakukan baru untuk menentukan

lebar celah optik lapisan-i a-Si:H dan menghitung konsentrasi hidrogen

yang dikandungnya, sementara devais untuk sel surya tidak hanya terdiri

dari lapisan-i tapi juga terdiri dari lapisan-p dan lapisan-n. Oleh sebab itu

perlu penelitian lanjutan untuk menghitung celah optik serta konsentrasi

hidrogen untuk masing-masing lapisan tersebut.

2. Untuk menentukan kualitas sel surya yang baik ditentukan ole11 beberapa

faktor, diantaranya konduktivitas, absorpsi infra merah, luminisense, oleh

sebab itu perlu penelitian lanjutan untuk mengetahui ha1 tersebut.

DAFTAR PUSTAKA

1 . Amiruddin, . Karakterisasi Reaklor PECYD Ganda Untuk FabrlJikasi Sel Szrrya a- Si:Hp-i-n yang Didoping Delta, Thesis S1 Program Pasca Sarjana ITB, Bandung. 1998

2. Kanicky, Amorpho~rs and Microcristaline Semiconductor, Vol. II, Material and Device Physics, Artech House, Inc. Nonvood, 1992

3. Konagai, M.. Itrodtrction to Amorphous Silicon Solar Cell, Proceedings of Japan- Indonasia Join Seminar on Photovoltaics, ITB, Bandung, ,3-1-1. 1997.

4. Pankove,J.I., Semiconductor and Semimetal, Vo1.21; Hydrogenated Amorphous Silicon, Part A: Preparation and Structure, Academic Press Inch., 1984.

5. Street,R. a., HydrogenatedAmorphous Silicon, Cambridge University Press, Cambridge, 199 1

6. Sukirno, H., Perancangan dan Pembztatan Sel Surya Lapisan Tipis Tahap II, ITP, 1995

7. Sze, S. M., Semiconductor Devices, Physics and Technology, John Wiley & Sons, New Jersey, 1985

8. Takahashi. K., and Konagai, M., Amorphozcs Silicon Solar Cell, North Oxford Academic, London, 1986.

9. Trijssenaar, M., Hydrogenated Amorphous Silicon and@ Heterojunctions Optical and Electrical Modeling and Technology as Applied to Solar Cell, Faculty of Electronic Component, Technology and Material, Delft University of Technology, Netherlands, 1995.

10. Van Sark, W. G. J.H.M., Bezemer, J., and Van Der Weg, W,F., W F aSi:H Solar Cell: A Systematic Material and Cell Study, J. Matter. Res., 1 998, 1 3.

11. Venecek. M., Kocka,J., Muclik., Kozicek., Z., Stika., O., and Triska., A., Solar Energ Material, 8, 1983,4 1 1-423.

Lam~iran 1 Sampel 1

Lampiran 2 Sampel2

I NO. 1 A I TIIOO I E 1 a 1-1