KAJIAN FENOMENA TRANSPORT LAPISAN TIPIS …/Kajian...Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

KAJIAN FENOMENA TRANSPORT LAPISAN TIPIS KLOROFIL (SPIRULINA SP) HASIL DEPOSISI SPIN

COATING

Disusun Oleh :

RACHMAN HAKIM ADITYA

M 0207052

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian

persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Fisika

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

Juni, 2012


commit to user ii

HALAMAN PENGESAHAN

Skripsi dengan judul: Kajian Fenomena Transport Lapisan Tipis Klorofil (Spirulina Sp) Hasil Deposisi Spin Coating

Yang ditulis oleh :

Nama : Rachman Hakim Aditya

NIM : M 0207052

Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan penguji pada

Hari : Senin

Tanggal : 18 Juni 2012

Dewan Penguji :

1. Drs. Usman Santosa M. S. .

NIP. 19510407 197503 1 003

2. Viska Inda Variani, S. Si., M. Si.

NIP. 19720617 199702 2 001

3. Dr. Eng. Budi Purnama, M.Si ..

NIP. 19731109 200003 1 001

4. Utari, S.Si, M.Si. .

NIP. 19701206 200003 2 001

Disahkan oleh

Ketua Jurusan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sebelas Maret Surakarta

Ahmad Marzuki., S.Si., Ph.D NIP. 19680508 199702 1 001


commit to user

iii

HALAMAN PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual skripsi saya yang berjudul

Kajian Fenomena Transport Lapisan Tipis Klorofil (Spirulina Sp) Hasil

Deposisi Spin Coating adalah hasil kerja saya atas arahan pembimbing dan

sepengetahuan saya hingga saat ini, isi skripsi tidak berisi materi yang telah

dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain atau materi yang telah diajukan untuk

mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan

Tinggi lainnya, jika ada maka telah dituliskan di daftar pustaka skripsi ini dan

segala bentuk bantuan dari semua pihak telah ditulis di bagian ucapan

terimakasih. Isi skripsi ini boleh dirujuk atau difotokopi secara bebas tanpa harus

memberitahu penulis.

Surakarta, 5 Juni 2012 Rachman Hakim A.


commit to user

iv

KAJIAN FENOMENA TRANSPORT LAPISAN TIPIS KLOROFIL (SPIRULINA SP) HASIL DEPOSISI SPIN

COATING

RACHMAN HAKIM ADITYA M0207052

Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta

ABSTRAK

Telah dilakukan pengukuran celah energi Eg pada bahan semikonduktor

organik spirulina sp yang ditumbuhkan di atas subtrat PCB dengan spin coating. Pengukuran energi gap berdasarkan karakterikstik I-V pada suhu 276 K-298 K dengan metode pengukuran four-point probe yang sudah dimodifikasi. Hal tersebut bertujuan untuk mengetahui pengaruh kecepatan putar deposisi terhadap gap energi suatu bahan semikonduktor organik. Diperoleh hasil bahwa energi gap Eg meningkat dengan bertambahnya kecepatan putar dan kemudian menunjukkan tren konstan pada Eg Eg ini disinyalir akibat perubahan struktur lapisan tipis yang terbentuk. Ketika kecepatan

apisan tipis berubah menjadi diskrit dengan kenaikan kecepatan putar deposisi.

Kata Kunci : energi gap, spin coating, four-point probe, bahan semikonduktor

organik, spirulina sp


commit to user

v

STUDY OF TRANSPORT PHENOMENA ON THIN FILM CHLOROPHYLL (SPIRULINA SP) DEPOSITED BY SPIN

COATING

RACHMAN HAKIM ADITYA M0207052

Physics Department, Faculty of Mathematics and Natural Sciences Sebelas Maret University (UNS)

ABSTRACT

In this research, has been measured energy gap of organic semiconductor

Spirulina sp fabricated above PCB substrate by spin coating. Four point probe modification is performed to measure an energy gap through I-V dependence of temperature at range 276 K-298 K. It aims to know a rotational speed dependence of the energy gap on organic semiconductor materials. The results show that the energy gap Eg increases with the increased of rotational speed and then it tend a constant in at Eg 4000 rpm. Eg change is presumably due to changes in the structure of a thin layer is formed. When the rotational speed is low, a thin continuous layer is formed. Meanwhile, the structure transformed into discrete thin layers with increasing rotational speed.

Keywords: energy gap; spin coating; four-point probe; semiconduktor organics


commit to user

vi

MOTTO

Diwajibkan atas kamu berperang padahal itu tidak menyenangkan bagimu. Tetapi boleh jadi kamu tidak menyukai sesuatu, padahal itu baik bagimu, dan

boleh jadi kamu menyukai sesuatu, padahal itu tidak baik bagimu. Allah mengetahui, sedang kamu tidak mengetahui.

(QS.Al Baqarah:216)

Barangsiapa menempuh jalan untuk mencari ilmu, maka Allah mudahkan baginya jalan menuju Surga.

(HR. Muslim)


commit to user

vii

PERSEMBAHAN

Dengan rahmat Allah SWT, karya ini kupersembahkan

kepada:

bapakku, yang selalu memberi semangat dan arahan.

Ibuku tercinta yang sudah berada disurga

Keluarga besarku, aku yang malas selalu tercambuk

oleh kesuksesan kalian, bukan iri tapi usaha untuk sama

suksesnya.

Tika adiwena sang pemberi semangat

Teman seperjuanganku, aku tidak pernah berhenti

berharap karena dukungan dan motivasi kalian.

Almamater yang kubanggakan, khususnya Jurusan

Fisika Fakultas MIPA Universitas Sebelas Maret.


commit to user viii

KATA PENGANTAR

-Nya berupa ilmu sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi yang berjudul Kajian Fenomena Transport Lapisan Tipis Klorofil (Spirulina Sp) Hasil Deposisi Spin Coating

Laporan penelitian ini tidak akan selesai tanpa adanya bantuan dari

berbagai pihak. Oleh karena itu, Penulis menyampaikan terima kasih kepada:

1. Ahmad Marzuki, S.Si., Ph.D. selaku Ketua Jurusan Fisika FMIPA

Universitas Sebelas Maret Surakarta dan pembimbing Akademik yang

telah memberi lecutan semangat kepada penulis.

2. Dr. Eng. Budi Purnama, M.Si selaku Dosen Pembimbing I atas bimbingan,

saran, serta persahabatan yang berarti banyak bagi penulis selama

penyusunan skripsi.

3. Utari, M.Si selaku Dosen Pembimbing II, atas bimbingan, saran, serta

dukungan yang berarti banyak bagi penulis selama penyusunan skripsi.

4. Segenap staff jurusan dan laborat atas bantuan yang diberikan, semoga

Allah membalas kebaikan kalian.

Semoga segala kebaikan dan pertolongan semuannya mendapat berkah

dari Allah S.W.T. Akhir kata penulis mohon maaf apabila masih banyak

kekurangan dalam penyusunan skrip siini. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat

bagi semua pihak yang membutuhkan. Amin.

.

Surakarta, 5 Juni 2012

Rachman Hakim A.


commit to user

ix

DAFTAR ISI

halaman

HALAMAN JUDUL ...................................................................................... i

HALAMAN PERSETUJUAN....................................................................... ii

HALAMAN PERNYATAAN.. ...................................................................... iii

HALAMAN ABSTRAK ................................................................................ iv

HALAMAN ABSTRACT .............................................................................. v

HALAMAN MOTTO .................................................................................... vi

HALAMAN PERSEMBAHAN..................................................................... vii

KATA PENGANTAR .................................................................................... viii

DARTAR ISI .................................................................................................. ix

DAFTAR SIMBOL ........................................................................................ xi

DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xii

DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................. xiv

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

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

1.2. Rumusan Masalah ................................................................... 2

1.3. Tujuan Penelitian ...................................................................... 2

1.4. Batasan Masalah......................................................................... 2

1.5. Manfaat Penelitian ..................................................................... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................. 4

2.1. Material Semikonduktor............................................................. 4

2.2. Pita Energi Semikonduktor ........................................................ 4

2.3. Material semikonduktor organik ................................................ 6

2.4. Klorofil ....................................................................................... 7

2.5. Spirulina sp ................................................................................ 9

2.6. Fenomena Transport................................................................... 9

2.6.1. Kecepatan Termal ............................................................. 10

2.6.2.Kecepatan Hanyut .............................................................. 10

2.6.3. Mobilitas dan Konduktivitas ............................................. 11

2.7. Konduktivitas Semikonduktor sebagai Fungsi Suhu ................. 12

2.8. Spin Coating ............................................................................... 12

2.9. Piknometer .................................................................................. 14

2.10.Scanning Tunneling Microscopy (STM) ................................... 15


commit to user

x

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ................................................... 17

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian .................................................... 17

3.2. Alat dan Bahan Penelitian .......................................................... 17

3.2.1. Alat penelitian ................................................................... 17

3.2.2. Bahan penelitian ................................................................ 20

3.3. Tahapan Prosedur Penelitian ...................................................... 21

3.3.1. Persiapan Alat dan Bahan ................................................. 21

3.3.2. Isolasi Dye Klorofil ........................................................... 22

3.3.2.1 Ekstraksi................................................................... 22

3.3.2.2 Kromatografi ............................................................ 22

3.3.3. Karakteristik Absorbansi Klorofil Larutan Spirulina Sp . 24

3.3.4. Simulasi Data Lapisan Tipis ............................................. 26

3.3.5. Penumbuhan Lapisan Tipis ............................................... 29

3.3.6. Ketebalan Lapisan Tipis Klorofil ..................................... 31

3.3.7. Pengamatan Fenomena Transport .................................... 33

3.3.8. Analisis Celah Energi ....................................................... 34

3.3.9. Mikrostruktur Lapisan Klorofil ........................................ 35

3.3.10. Analisa dan Kesimpulan ................................................. 36

BAB IV PEMBAHASAN .............................................................................. 37

4.1. Ketebalan Lapisan Tipis Klorofil................................................ 37

4.2. Hasil Preparasi Larutan Klorofil ................................................ 39

4.3 Hasil Uji Absorbansi Larutan Klorofil ....................................... 40

4.4 Energi Gap .................................................................................. 42

4.5 Morfologi Permukaan Lapisan Tipis Spirulina pada Subtrat

PCB ............................................................................................. 45

BAB V PENUTUP ........................................................................................ 46

5.1. Simpulan .................................................................................... 46

5.2. Saran .......................................................................................... 46

DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... xv

LAMPIRAN LAMPIRAN .......................................................................... xviii


commit to user xi

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Satuan

Resitivitas Ohm. Meter

Kecepatan putar sudut Radian P er Menit

Konduktivitas (Ohm-Centimeter)-1

Mobilitas listrik Meter/Volt Detik

Rapat Arus Ampere/Centimeter2

Konstanta Boltzman Joule/Kelvin

n Jumlah muatan (elektron atau hole)

Eg Energi gap elektron Volt

t Tebal Meter

h Tebal Meter

A Luas penampang Meter2

m Massa Gram

Vikositas Kilogram/Detik Meter

V Volume Meter3

Massa jenis Gram/Mililiter

T Suhu Kelvin

R Hambatan Ohm


commit to user

xii

DAFTAR GAMBAR

halaman

Gambar 2.1.(a) Isolator, (b) Semikonduktor, dan (c) Konduktor ................................ 5

Gambar 2.2. Struktur elektronik material semikonduktor organik .............................. 7

Gambar 2.3. Struktur klorofil ....................................................................................... 8

Gambar 2.4.Spektrum absorbsi cahaya tampak klorofil a dan klorofil b..................... 8

Gambar 2.5. Proses Spin Coating ................................................................................ 13

Gambar 2.6.Skema komponen penyusun STM............................................................ 16

Gambar 3.1. Substrat PCB (Printed Circuit Board ) dengan konfigurasi jarak antar

elektroda 0,25×103 m ............................................................................ 19

Gambar 3.2. Skema pengukuran I-V meter terhadap perubahan suhu ......................... 19

Gambar 3.3. Bagan prosedur penelitian ....................................................................... 21

Gambar 3.4. Proses kromatografi larutan klorofil ....................................................... 23

Gambar 3.5. Set UV-Visible Spectrophotometer Perkin Elmer Lambda 25 ................ 24

Gambar 3.6. Grafik hubungan ketebalan terhadap kecepatan putar dengan

perubahan massa jenis .......................................................................... 26

Gambar 3.7.Larutan Grafik hubungan ketebalan terhadap kecepatan putar dengan

variasi luas penampang ........................................................................... 27

Gambar 3.8.Grafik hubungan ketebalan terhadap kecepatan putar dengan

perubahan jumlah tetes .............................................................................. 28

Gambar 3.9. Grafik hubungan ketebalan terhadap kecepatan putar dengan

perubahan vikositas ................................................................................. 29

Gambar 3.10. spin coater merk Chemat Technology ................................................... 30

Gambar 3.11. Proses penumbuhan lapisan tipus dengan metode spin coating ............ 31

Gambar 3.12. Piknometer ............................................................................................. 32

Gambar 3.13. Set Alat Fenomena Current Drift .......................................................... 34

Gambar 3.14. Set Alat STM ......................................................................................... 35

Gambar 4.1. Grafik ketebalan lapisan spirulina sp terhadap jumlah lapis .................. 38

Gambar 4.2. Larutan hasil ekstraksi bubuk spirulina sp .............................................. 39

Gambar 4.3. Tiga fraksi warna larutan klorofil hasil kromatografi ............................. 40


commit to user

xiii

Gambar 4.4. (a) Grafik serapan larutan klorofil untuk 3 fraksi warna hasil

kromatografi dan (b). Perbandingan grafik serapan fase larutan dan

lapisan tipis klorofil spirulina Sp hasil spin coating dengan substrat

kaca ......................................................................................................... 40

Gambar 4.5. Grafik hubungan arus I sebagai fungsi suhu T pengukuran lapisan

tipis spirulina sp hasil deposisi spin coating .......................................... 42

Gambar4.6. Grafik hubungan ln R terhadap 1/T, dengan variasi kecepatan putar ........ 43

Gambar 4.7.Nilai Eg sebagai fungsi kecepatan putar untuk lapisan tipis

spirulina sp dengan 7 lapis ................................................................... 44

Gambar 4.8. Modifikasi morfologi permukaan lapisan tipis klorofil spirulina sp

hasil STM dengan 5 lapis untuk jangkauan scan 450 nm × 450 nm

untuk kecepatan putar (a) 3000 rpm, (b) 3500 rpm, (c) 4000 rpm,

serta (d) 5000 rpm. ............................................................................... 45


commit to user

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 : Simulasi Perhitungan Ketebalan LapisanTipis Metode Spin Coating

Lampiran 2 : Perhitungan Ketebalan LapisanTipis Klorofil

Lampiran 3 : Perhitungan Nilai Energi Gap


commit to user

1

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah

Dewasa ini, bahan semikonduktor organik menjadi objek penelitian sangat

menarik setelah diketahui luasnya aplikasi devais pada bidang optik dan elektronik,

antara lain seperti Field Effect Transistor (FET), Organics Light Emitting Diodes

(OLED), dan Sel Surya (Agus dkk, 2007). Salah satu bahan semikonduktor organik

adalah warna hijau daun atau dye dari berbagai macam daun ataupun buah-buahan.

Ketersediaan bahan tersebut di Indonesia melimpah dan karakteristik mengingat letak

geografi berada pada daerah tropis.

Pengkajian pemanfaatan dye sebagai bahan dasar devais diawali dengan

penemuan Grätzel mengenai dye-sensitized solar cell (DSSC) (Halme, 2002). Kunci

teknologi dari hasil penemuan tersebut adalah adanya struktur sambungan (junction)

seperti/like p-n pada dye. Semenjak itu, para peneliti mengkaji secara lebih mendetail

mekanisme transfer energi foton menjadi energi listrik pada bahan semikonduktor

organik. Meskipun demikian fenomena transport dari bahan organik semikonduktor

masih belum dipahami secara detail, sehingga dipandang perlu untuk melakukan

kajian pada masalah tersebut.

Mekanisme pengubahan energi cahaya menjadi energi kimia pada bahan

semikonduktor organik adalah eksitasi pembawa muatan klorofil dari aras bawah

menuju aras atas. Kedua level energi tersebut dikenal sebagai HOMO (Highest

Occupied Molecular Orbital) untuk level energi teratas dan LUMO (Lowest

Unoccupied Molecular Orbital) untuk level energi terbawah. Selisih energi HOMO-

LUMO dikenal sebagai lebar celah energi atau energi gap (Triyana dkk, 2004).

Dye/klorofil yang tereksitasi kemudian mengalir menjadi muatan dalam satu

rangkaian tertutup. Sehingga bahan semikonduktor organik dengan energi gap kecil


commit to user

2

2

menarik untuk diteliti selain klarifikasi mekanisme melalui reaksi redoks yang

mengakibatkan dye tereksitasi (Zahn et.al, 2006; Koeppea et.al, 2007;Lin et.al, 2011;

Operamolla et.al, 2011)

Pada penelitian ini, fenomena transport eksitasi pembawa muatan (dye)

lapisan tipis Spirulina Sp hasil deposisi spin coating akibat pengaruh suhu akan

dikaji. Lebar celah energi yang dilampaui akan dievaluasi ketergantungannya

terhadap kecepatan putar deposisi.

1.2. Perumusan Masalah

Pada penelitian ini, akan mencari keterkaitan energi gap dengan kecepatan

putar deposisi lapisan tipis semikonduktor organik Spirulina Sp hasil deposisi spin

coating di atas subtrat PCB (Printed Circuit Board) dari pengamatan fenomena

trasport pembawa muatan.

1.3. Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah :

1. Menumbuhkan lapisan tipis klorofil Spirulina sp di atas PCB (Printed Circuit

Board) dan kaca preparat dengan menggunakan metode spin coating.

2. Mengetahui pengaruh kecepatan putar terhadap nilai energi gap klorofil

Spirulina sp.

3. Mengetahui karakteristik morfologi permukaan lapisan klorofil terhadap

perubahan kecepatan putar.

1.4. Batasan Masalah

Penelitian ini diberi batasan sebagai berikut:

1. Penumbuhan lapisan tipis klorofil Spirulina sp dilakukan dengan

menggunakan metode spin coating.


commit to user

3

3

2. Pengukuran hanya dibatasi pada suhu di bawah suhu kamar (276 K) hingga

mendekati suhu kamar (298 K).

3. Metode uji I-V dengan metode four point probe yang sudah dimodifikasi.

1.5. Manfaat Penelitian

Dari penelitian diharapkan dapat memberikan informasi mengenai fenomena

transport dan dapat mengkaji lebih lanjut untuk penelitian selanjutnya tentang

fenomena transport dari bahan organik semikonduktor.


commit to user

4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Material Semikonduktor

Berdasarkan sifat daya hantar listriknya, material zat padat dikelompokkan

ke dalam tiga bagian yaitu isolator, semikonduktor, dan konduktor. Material

semikonduktor merupakan material yang mempunyai celah energi relatif kecil.

Semikonduktor memiliki sifat antara konduktor dan isolator, dimana pada

temperatur yang sangat rendah dia akan bersifat isolator dan ketika suhu

dinaikkan maka dapat bersifat konduktor. Daya hantar semikonduktor ini

berkaitan erat dengan keadaan elektron pada pita valensi dan pita konduksi

(Omar, 1974).

Semikonduktor mempunyai energi gap (Eg) relatif kecil (~ 1eV) dan

terdapat pita valensi dan konduksi. Pita valensi yang penuh dengan elektron dan

pita konduksi yang kosong, sehingga bahan ini akan bersifat isolator pada

temperatur rendah. Akan tetapi bila temperatur dinaikan, sebagian dari elektron

valensi akan mendapat energi termal yang lebih besar dari Eg, sehingga elektron

akan bergerak menuju pita konduksi. Elektron-elektron akan bebas dan mudah

bergerak walaupun hanya dipengaruhi oleh medan yang kecil, sehingga mudah

untuk menghantarkan listrik. Kekosongan elektron dalam pita valensi disebut hole

(Sanyoto dkk, 2010).

2.2. Pita Energi Semikonduktor

Berdasarkan struktur pita energi, zat padat diklasifikasikan sebagai

isolator, semikonduktor dan konduktor menurut populasi elektron dalam pita-pita

energi tersebut.


commit to user

5

Gambar 2.1. (a) Isolator, (b) Semikonduktor, dan (c) Konduktor

Pada gambar 2.1a. terlihat bahwa pita valensi terisi penuh dan pita

konduksi keadaan kosong namun memiliki celah energi yang cukup lebar untuk

elektron tereksitasi ke pita konduksi. Perpindahan ini hampir tidak mungkin

kecuali ditambahkan energi yang cukup besar misalnya dengan pemanasan.

Material yang memiliki diagram pita energi seperti ini tidak mudah

menghantarkan arus listrik, sehingga termasuk dalam kelompok material isolator.

Pada gambar 2.1b. memiliki celah energi sempit, maka jika temperatur

naik sebagian elektron di pita valensi naik ke pita konduksi dengan mudah dan

meninggalkan tempat kosong (hole) di pita valensi. Baik elektron yang telah

berada di pita konduksi maupun hole di pita valensi akan bertindak sebagai

pembawa muatan untuk terjadinya arus listrik. Konduktivitas listrik naik dengan

cepat dengan naiknya temperatur.

Pada 0 K elektron terdistribusi dalam pita valensi sampai tingkat tertinggi

yang disebut tingkat Fermi. Pada temperatur kamar elektron di sekitar tingkat

energi Fermi mendapat tambahan energi dan mampu naik ke orbital di atasnya

yang masih kosong. Elektron yang naik ini relatif bebas sehingga medan listrik


commit to user

6

dari luar akan menyebabkan elektron bergerak dan terjadilah arus listrik. Oleh

karena itu material dengan struktur pita energi seperti ini, di mana pita energi

yang tertinggi tidak terisi penuh, merupakan konduktor yang baik (juga disebut

metal) seperti pada gambar 2.1c (Sudaryatno dkk, 2006)

2.3. Material semikonduktor organik

Material semikonduktor organik adalah material organik yang memiliki

karakteristik semikonduktor dan memiliki struktur utama yaitu atom karbon. Pada

semikonduktor organik, masing-masing atom karbon bergabung membentuk suatu

rantai utama. Ikatan yang terjadi antara atom-atom karbon pada semikonduktor

organik menentukan sifat elektronik semikonduktor organik tersebut.

Semikonduktor organik dapat digolongkan menjadi dua yaitu semikonduktor

organik jenuh yang mana keempat elektron valensi pada tiap atom karbon

digunakan untuk membentuk ikatan kovalen dengan atom lain, sedangkan

semikonduktor organik tidak jenuh masih mempunyai elektron bebas pada atom-

atom karbonnya, yang tidak terikat yang pada akhirnya menimbulkan sifat

konduktif bahan. Keberadaan orbital molekular yang tumpang tindih antara setiap

elektron valensi yang terikat pada rantai atom karbon merupakan penyebab utama

munculnya sifat semikonduktor pada bahan organik.

Molekul-molekul dalam bahan organik berinteraksi melalui interaksi Van

der Waals yang lemah, sehingga mengakibatkan pita valensi dan pita konduksi

terbentuk pada setiap molekul (Ishii dkk., 1999). Bagian teratas dari keadaan yang

ditempati oleh elektron pada pita valensi disebut Highest Occupied Molecular

Orbital (HOMO), sedangkan bagian terbawah dari keadaan yang tidak ditempati

elektron pada pita disebut dengan Lowest Unoccupied Molecular Orbital

(LUMO), atau dapat juga dikatakan bahwa HOMO merupakan analog bagi pita

valensi dalam kajian semikonduktor berbasis bahan anorganik, sedangkan LUMO

merupakan analog bagi pita konduksi (Triyana dkk, 2004).

Struktur elektronik bahan yang digunakan pada piranti fotovoltaik organik

dapat digambarkan pada Gambar 2.2. Level vakum (Vacuum Level) selanjutnya


commit to user

7

ditulis VL, yaitu suatu level energi sedemikian rupa sehingga tidak ada muatan

bebas pada level itu. Energi ionisasi (I) merupakan celah energi yang memisahkan

HOMO dengan VL. Afinitas elektron (A) merupakan energi yang memisahkan

LUMO dengan VL. Fungsi kerja ( ) merupakan energi yang memisahkan antara

VL dengan lefel fermi. Celah energi (Eg) merupakan lebar celah energi antara

HOMO (pita valensi) dan LUMO (pita konduksi).

Gambar 2.2. Struktur elektronik material semikonduktor organik

(Ishii et.al, 1999)

2.4. Klorofil

Klorofil merupakan pigmen utama yang berperan dalam reaksi fotokimia

pada pusat reaksi fotosintesis. Fungsi utama klorofil di dalam perangkat

fotosintesis diantaranya sebagai penyerap cahaya, pentransfer energi eksitasi ke

pusat reaksi dan pemisah muatan pada membran fotosintetik (Budiyanto dan Ma

Chung, 2008). Dalam proses fotosintesis, radiasi yang terbesar adalah cahaya

tampak. Proses penyerapan cahaya dalam fotosintesis yang berperan adalah

molekul pigmen yang terdapat di dalam kloroplas yang dikenal sebagai klorofil

(Sanyoto dkk, 2010).

Klorofil memiliki struktur molekuler seperti yang ditunjukkan pada

Gambar 2.3. Klorofil mengandung satu inti porfirin dengan satu atom Mg yang

terikat kuat ditengah, dan satu rantai dihidrokarbon panjang tergabung melalui

gugus asam karboksilat.


commit to user

8

Gambar 2.3. Struktur klorofil (Rothemund, 1956)

Klorofil dibedakan menjadi yaitu klorofil a dan klorofil b. Tetapi klorofil a

dan klorofil b mempunyai komposisi yang hampir sama. Klorofil a dan klorofil b

mempunyai sifat serapan pada spektrum yang sama. Semua klorofil memiliki sifat

dapat berfluorescense, yakni apabila mendapat penyinaran dengan spektrum

cahaya tertentu (excitation spectrum), maka cahaya yang diteruskan (emission

spectrum) adalah cahaya pada spektrum yang berlainan. Klorofil a banyak

menyerap cahaya biru violet dan merah. Klorofil b banyak menyerap cahaya

biru dan orange dan memantulkan cahaya kuning hijau. Grafik absorbansi

klorofil a dan b ditunjukkan pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4. Spektrum absorbsi klorofil a dan klorofil b (Solomon et.al, 1993).


commit to user

9

Pigmen klorofil menyerap lebih banyak cahaya terlihat pada warna biru

(400-450 nm) dan merah (650-700) dibandingkan pada warna hijau (500-600)

tumbuhan dapat memperoleh seluruh kebutuhan energi mereka dari spektrum

merah dan biru didalam wilayah cahaya tampak, warna hijau pada daun

disebabkan karena klorofil menyerap cahaya merah dan biru serta meneruskan

dan mementulkan cahaya hijau.

2.5. Spirulina sp

Spirulina sp merupakan salah satu jenis dari Mikro Alga yang banyak

hidup di danau- danau atau perairan dengan kadar garam yang tinggi. Karena

memilki kandungan nutrisi yang cukup tinggi. Spirulina sp adalah sianobakteria

yang berbentuk filamen yang menghasilkan berbagai senyawa bioaktif yang

bernilai tinggi antara lain karotenoida (Tri dan Suharyanto dkk, 2001). Spirulina

sp mempunyai pigmen fotosintesis, pigmen fotosintesis yang mendominasi

Spirulina sp adalah klorofil a, klorofil b dan beta karoten. Spirulina sp memiliki

kandungan klorofil lebih tinggi dibandingkan pigmen lainnya yang dimiliki

Spirulina sp.

2.6. Fenomena Transport

Beberapa proses fenomena transport pada perangkat semikonduktor

mencakup current drift, diffusion current, rekombinasi, generasi, emisi termionik,

dan ionisasi dampak. Fenomena transport merupakan suatu proses kejadian yang

menyebabkan bergeraknya pembawa muatan dalam bahan semikonduktor dari

pita valensi ke pita konduksi. Bergeraknya pembawa muatan pada bahan antara

lain pengaruh medan listrik dan gradien konsentrasi pembawa. Sifat pembawa

muatan bergantung pada jenis penghantarnya, pada semikonduktor pembawanya

elektron dan hole. Selain pengaruh medan listrik pembawa muatan juga

dipengaruhi proses bergeraknya muatan yaitu kecepatan termal, kecepatan hanyut,

tumbukan, hamburan, mobilitas dan konduktivitas.


commit to user

10

2.6.1. Kecepatan Termal

Pada semikonduktor tipe-n dalam kesetimbangan termal, elektron dalam

pita konduksi semikonduktor merupakan partikel bebas. Gerakan elektron dan

hole dalam semikonduktor yang menerima energi termal yaitu energi yang

disebabkan oleh pengaruh suhu elektron dan hole tersebut yang bergerak secara

acak atau random sering disebut juga kecepatan random. Oleh karena itu,

persamaan energi kinetik dari elektron yaitu :

12 2 = 32 (2.1)

dengan merupakan massa efektif konduksi pada elektron bebas,

merupakan kecepatan termal, k adalah konstanta Boltzman, dan T adalah suhu

dalam derajat Kelvin (Sze, 1985).

2.6.2. Kecepatan Hanyut

Kecepatan hanyut terjadi Jika pada semikonduktor diberikan medan listrik

E, elektron akan mendapatkan gaya -q dari medan listrik yang dipercepat

sepanjang arah medan (elektron berlawanan arah terhadap medan listrik).

kecepatannya akan terus meningkat selama belum bertumbukan dengan ion.

Namun jika elektron menumbuk ion, elektron akan kehilangan energinya, dan

masuk ke dalam kondisi steady state dan mendapatkan kecepatan tertentu yang

disebut kecepatan hanyut, yang arahnya berlawanan dengan arah medan listrik.

Sehingga kecepatan hanyut dapat dirumuskan sebagai berikut (Sze, 1985)

= (2.2)

= (2.3)

dengan vn merupakan kecepatan hanyut, q adalah muatan listrik, adalah waktu

antara bertumbukan, adalah massa elektron, adalah medan listrik. Tanda

negatif menunjukan muatan negatif elektron.


commit to user

11

2.6.3. Mobilitas dan Konduktivitas

Dari persamaan kecepatan hanyut diatas dapat ditentukan mobilitas

elektron. Mobilitas elektron merupakan perbandingan antara kecepatan hanyut

terhadap medan listrik atau kecepatan per satuan medan, sehingga persamaan

mobilitas menjadi

= µ (2.4)

µ = (2.5)

mobilitas µ merupakan salah satu parameter dalam gerakan pembawa muatan,

karena mobilitas menunjukkan gerakan elektron dalam medan listrik.

µ adalah mobilitas listrik dengan satuan (SI) meter/volt detik, jika dihubungkan

dengan rapat arus listrik dengan arah arus searah dengan medan listrik. Satuan

kerapatan arus dalam A/cm2.

= = µ (2.6)

Konduktifitas didefinisikan sebagai aliran muatan listrik melalui sebuah benda

karena pengaruh medan listrik. Perpindahan panas terjadi karena perpindahan

elektron-elektron yang bergerak cepat diikuti oleh tumbukan antara elektron-

elektron tersebut, satuan konduktifitas dalam (ohm-cm)-1. Ekivalen sebelumnya,

rapat arus hole dirumuskan

= µ (2.7)

Sehingga rapat hanyut total

= + = ( µ + µ ) (2.8)

Serta konduktivitas total adalah

= ( µ + µ ) (2.9)

Kontribusi elektron dan hole untuk konduktivitas dihubungkan dengan

resistivitas dari semikonduktor, yaitu kebalikan dari , yaitu:

= 1 = 1( µ + µ ) (2.10)


commit to user

12

2.7. Konduktivitas Semikonduktor sebagai Fungsi Suhu

Konduktivitas semikonduktor meningkat seiring dengan naiknya suhu. Hal

ini dapat dijelaskan bahwa jumlah pembawa muatan n bertambah sebanding

dengan jumlah elektron yang dapat melompat dari pita terlarang. Pada suhu 0 K

tidak ada elektron yang mempunyai cukup energi untuk melompat, akan tetapi

dengan naiknya suhu, energi elektron bertambah. Pada suhu di atas 0 K sejumlah

elektron valensi dalam silikon, germanium, dan timah tereksitasi dan

menyeberangi celah energi. Hal yang sama terjadi pada semikonduktor senyawa.

Distribusi elektron yang mendapat energi termal adalah

= 2 2 2 3 2 3 4 exp 2 (2.11)

dengan n merupakan jumlah elektron / m3 pada pita konduksi (atau jumlah lubang

/m3 dalam pita valensi). Pada pita terlarang bahan semikonduktor intrinsik, energi

rata rata E terdapat di tengah tengah celah, Eg/2. Oleh karena itu

~ 0 2 (2.12)

~ 2 (2.13)

T merupakan suhu absolut (K) dan k merupakan konstanta Boltzman.

Konduktivitas berbanding lurus dengan jumlah pembawa muatan n, oleh karena

itu

= 0 2 (2.14)

Dengan 0 konstanta pembanding yang mencakup faktor faktor q dan

(Omar, 1974).

2.8. Spin Coating

Metode spin coating merupakan metode penumbuhan film tipis pada

substrat dengan cara meneteskan cairan ke pusat substrat yang diputar. Material

coating dideposisi atau diletakkan dibagian tengah substrat baik dengan cara


commit to user

13

manual ataupun dengan bantuan robot. Material tersebut dituangkan atau

disemprotkan di atas substrat. Prinsip fisika dari spin coating adalah

keseimbangan antara gaya viskositas pelarut dengan gaya sentrifugal dikontrol

oleh kecepatan spin. Variabel parameter proses yang termasuk dalam spin coating

adalah viskositas atau kekentalan larutan, kandungan material, kecepatan anguler

dan waktu putar (Faozi, 2011).

Bahwa ketebalan maupun keseragaman lapisan tipis bergantung pada

proses spin coater dengan variasi kecepatan serta viskositas yang berbeda pula.

Secara umum jika viskositas berkurang dan kecepatan spin coater tinggi maka

akan diperolah lapisan film yang seragam. Perhitungan ketebalan lapisan tipis

pada waktu tertentu dituliskan sesuai persamaan (2.15)

= 0 1 + 4 2 03 12 (Huang dan Ken, 2003) (2.15)

dimana

h(t) : Ketebalan pada waktu (cm) t : Waktu putar (waktu)

: Kecepatan putar (rpm) : Massa jenis bahan (gr/cm2) 0 : Ketebalan awal (cm) : Viskositas (kg/s.cm)

Gambar 2.5. Proses Spin Coating (Luurtsema, 1997)

Pada Gambar 2.5. menunjukkan beberapa tahapan dalam proses spin

coating, antara lain:

a. Tahap penetesan cairan (Dispense)


commit to user

14

Pada bagian cairan ini dideposisisikan di atas permukaan substrat, kemudian

diputar dengan kecepatan tinggi. Kemudian lapisan yang telah dibuat akan

dikeringkan sampai pelarut pada lapisan tersebut benar-benar sudah menguap.

Proses dispense tersebut dibagi menjadi dua macam, yaitu:

1) Static dispense, proses disposisi sederhana yang dilakukan pada larutan di

atas pusat substrat. Pada proses ini menggunakan kecepatan 1 sampai 10

cc, bergantung pada kekentalan cairan dan ukuran substrat yang

digunakan. Adanya kecepatan yang sangat tinggi dan ukuran substrat yang

lebih besar dapat memastikan cairan tersebut benar-benar telah tersebar

rata di atas substrat.

2) Dynamic dispense, proses deposisi dengan kecepatan putar yang kecil kira-

kira 500 rpm. Pada proses ini cairan yang tersebar di atas substrat akan

sedikit terbuang dan substrat menjadi lebih basah, sehingga lapisan yang

terbentuk akan lebih tebal.

b. Tahap percepatan dan penyebaran (spreading)

Setelah tahap penetesan cairan, larutan dipercepat dengan kecepatan yang

relatif tinggi. Kecepatan yang digunakan substrat ini akan mengakibatkan

terjadinya gaya sentrifugal dan turbulensi cairan sehingga larutan tersebar

merata di atas substrat. Kecepatan yang digunakan antara 1500-6000 rpm

dan tergantung sifat cairan terhadap substrat yang digunakan. Waktu yang

digunakan kira-kira 10 menit.

c. Tahap pengeringan (drying)

Pada tahap ini tebentuk lapisan tipis murni dengan suatu ketebalan tertentu.

Tingkat ketebalan lapisan yang terbentuk tergantung pada tingkat kelembaban

tingkat substrat. Adanya kelembaban yang kecil menyebabkan ketebalan

lapisan murni yang terbentuk akan menjadi semakin besar.

2.9. Piknometer

Piknometer merupakan metode pengukuran massa jenis yang lebih teliti

daripada metode yang lain, karena faktor pengaruh udara dan suhu sangat

berpengaruh terhadap pengukuran piknometer. Piknometer digunakan untuk


commit to user

15

menentukan kerapatan benda padat homogen yang tidak larut dalam cairan.

Piknometer juga dapat mengukur benda padat berbutir seperti pasir, tepung,

bubuk, dan sebagainya. Pertama, mengukur berat piknometer bersama dengan

obyek, dari pengukuran berat piknometer dan obyek maka dapat mencari volume

dari obyek dengan persamaan (Gallova, 1999): = 3 0 2 1 (2.16)

Keterangan :

2 = massa pikno + larutan 0 = massa pikno 1 = massa pikno + obyek 3 = massa pikno + larutan + obyek

Massa jenis atau kerapatan zat merupakan karakteristik mendasar yang

dimiliki zat. Massa jenis suatu zat merupakan perbandingan massa dan volume

zat, sehingga nilai massa jenis dapat diukur melalui pengukuran massa dan

volumenya, besar massa jenis obyek ditentukan dengan rumus (Gallova, 1999):

= (2.17)

2.10. Scanning Tunneling Microscopy (STM)

Prinsip kerja sistem STM (Scanning Tunneling Microscopy) adalah

menggunakan prinsip arus tunel yang ditimbulkan oleh dua buah elektroda yang

saling berdekatan, dalam hal ini adalah permukaan sampel terukur dan ujung

jarum pengukur yang bergerak diatas permukaan sampel selama pengukuran,

seperti terlihat pada gambar 2.6. Bila ada dua buah bahan konduktor yang

didekatkan satu sama lain pada orde angstrom, maka awan elektron dari kedua

bahan konduktor tersebut akan saling bergabung dan bila kedua konduktor ke

konduktor lain, arus yang ditimbulkan tersebut merupakan arus tunel. Arus tunel

yang timbul diantara permukaan sampel dan jarum ukur, dikarenakan oleh

terjadinya proses emisi medan listrik. Dengan tegangan bias sebesar 10 volt


commit to user

16

proses emisi medan listrik dapat terjadi, jika jarak antara permukaan sampel dan

jarum ukur sangat dekat sekitar 100 A0.

Gambar 2.6. Skema komponen penyusun STM (Muller, 2010)

Pengaturan jarum ukur menggunakan elektrik yang berupa tegangan bias

yang berfungsi untuk merubah posisi piezoelektrik yang merupakan dudukan bagi

jarum ukur STM. Pengaturan posisi jarum ukur STM dengan elektrik dibagi

dalam dua tahap yaitu pertama jarum ukur akan bergerak cepat mendekati

permukaan sampel sampai jarak tertentu, tahap kedua jarum ukur akan bergerak

secara perlahan-lahan sampai jarum ukur pada posisi sistem STM sudah dapat

untuk mengukur permukaan sampel. Dengan demikian piezeoelektrik akan

bergerak dengan perubahan yang dapat diatur sesuai dengan kondisi yang

diinginkan (Arjadi, 2000).


commit to user

17

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Material Jurusan Fisika dan

Laboratorium Pusat Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas

Maret Surakarta. Penelitian dimulai dari bulan September 2011 sampai April 2012.

3.2. Alat dan Bahan Penelitian

3.2.1. Alat Penelitian

Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah:

1. Isolasi Dye Klorofil Spirulina sp

a. Ekstraksi

- Tabung erlenmeyer PYREX 250 ml berfungsi

menampung sampel hasil ekstraksi 1 buah.

- Neraca digital merk METTLER TOLEDO,

digunakan untuk menimbang

bahan-bahan yang akan diekstrak 1 buah.

- Vortex stirrer, digunakan 1 buah.

untuk mengaduk larutan dalam gelas bekker

- Gelas ukur 10 ml 1 buah.

- Gelas ukur 50 ml 1 buah.

- Corong untuk mempermudah menuangkan 1 buah

larutan pada wadah

- Pipet plastik untuk mengambil larutan 3 buah.

17


commit to user

18

b. Kromatografi

- Set kolom kromatografi, digunakan untuk

memisahkan klorofil Spirulina sp dari pigmen

fotosintesis yang ikut larut pada proses ekstraksi 1 set.

- Botol kaca 2 ml, digunakan untuk menampung larutan

hasil kromatografi pemisahan fraksi 12 buah.

- Gelas Beker untuk menampung sisa larutan 1 buah

2. Alat Pembuatan Lapisan Tipis Klorofil

a. Spin coater merk CHEMAT TECHNOLOGY

Spin coater KW-4A, sebagai alat penumbuhan lapisan tipis 1 buah.

b. Kaca preparat, sebagai substrat 1 buah.

c. Pipet tetes plastik untuk meneteskan larutan diatas substrat 3 buah.

d. Hot Plate merk IKA(R) C.MAG, sebagai alat untuk

melakukan hidrolisis 1 buah.

3. Morfologi dan Ketebalan Lapisan Tipis

a. Scaning Tunneling Microscopy (STM) merk Easy Scan

Nano Surf Microscopy, sebagai uji morfologi permukaan 1 buah

b. Piknometer 10 ml, untuk mencari massa jenis suatu bahan 1 buah

c. Neraca digital merk METTLER TOLEDO, untuk

menimbang bubuk spirulina 1 buah

4. Fenomena Current Drift

a. Set alat ELKAHFI I-V meter, berfungsi untuk mengukur arus yang

melalui lapisan tipis klorofil pada saat pengukuran konduktivitas.

b. Printed Circuit Board (PCB) sebagai substrat ber-elektroda Cu tempat

menumbuhkan lapisan tipis klorofil. Dimensi panjang dan lebar satu

sampel keseluruhan adalah 15,00×103 m dan 10,00×103 m, jarak antar


commit to user

19

celahnya 0,25×103 m dengan tebal PCB 0,08×103 m dan tebal

elektrodanya 35 m, seperti pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1. Substrat PCB (Printed Circuit Board ) dengan konfigurasi jarak

antar elektroda 250 m.

c. Termometer digital merk Key® HI 98517 sebagai alat untuk mengukur

suhu, dengan range (jangkauan) dari suhu -40oC sampai suhu 550oC,

dengan resolusi 1oC.

d. Set tabung tempat sampel. Tabung rancangan sendiri ini terdiri dari wadah

tempat air es, gelas beker sebagai tempat ruang sampel, dan busa gabus

sebagai penutup, seperti pada Gambar 3.2.

e. Kabel penghubung secukupnya.

Gambar 3.2. Skema pengukuran I-V meter terhadap perubahan suhu.


commit to user

20

3.2.2. Bahan Penelitian

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:

a. Isolasi Dye Klorofil Spirulina sp

- Bubuk Spirulina sp, sebagai bahan ekstrak 100 gr.

- Aseton, sebagai pelarut pigmen klorofil 1 liter.

- Kertas saring Whatman no.42

untuk menyaring larutan ekstrak secukupnya.

- Alumunium foil, untuk melindungi larutan

dan lapisan tipis dari kontak langsung dengan

cahaya matahari secukupnya.

- Tissue, sebagai bahan pembersih secukupnya.

- N-Heksan,

sebagai pelarut pada proses kromatografi Secukupnya.

- Silica gel untuk proses kromatografi 30 gr.

b. Penumbuhan Lapisan Tipis

- Larutan hasil kromatografi, sebagai bahan

yang akan diteteskan di atas substrat secukupnya

- Kaca preparat dan PCB, sebagai substrat

dalam pembuatan lapisan tipis secukupnya

c. Morfologi dan Ketebalan Lapisan Tipis

- Subtrat PCB yang terlapisi klorofil secukupnya

- Bubuk spirulina secukupnya

- Larutan klorofil secukupnya


commit to user

21

3.3. Tahapan Prosedur Penelitian

Secara umum bagan prosedur penelitian ditunjukkan pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3. Bagan prosedur penelitian

3.3.1. Persiapan Alat dan Bahan

Tahap persiapan secara umum meliputi persiapan dan pembersihan semua

alat dan bahan yang nantinya akan digunakan untuk melakukan ekstraksi klorofil,

kromatografi, uji absorbansi, deposisi lapisan tipis dan kajian fenomena current

drift. Alat dan bahan tersebut dibersihkan dengan menggunakan aseton dan

ultrasonic cleaner.


commit to user

22

Proses persiapan selanjutnya meliput kegiatan pengadaan alat dan bahan

yang dibutuhkan. Bubuk Spirulina sp pesan di BBPBAP Jepara. Pengadaan PCB

dilakukan dengan memesan ke Spectra Bandung, sedangkan pembuatan desain

PCB dengan cara mendesain skema elektroda menggunakan software Corel Draw

X3 Portable. Peralatan lain yang tidak disebutkan sudah tersedia di Lab. Material

Jurusan Fisika FMIPA UNS dan Lab Kimia jurusan Kimia FMIPA UNS.

3.3.2. Isolasi Dye Klorofil

3.3.2.1. Ekstrakasi

Tahap awal penelitian yang dilakukan yaitu proses ekstrasi bubuk sprirulina.

Bubuk spirulina terlebih dahulu ditimbang seberat 50 gr, kemudian melarutkan bubuk

spirulina sp yang sudah ditimbang dengan aseton ke dalam tabung erlenmeyer

dengan perbandingan 5 ml aseton : 1 gr bubuk spirulina sp. Setelah dicampur, larutan

ekstrak diaduk dengan menggunakan vortex stirrer pada kecepatan 200 rpm selama

30 menit hingga semua bubuk spirulina sp larut. Larutan ekstrak yang sudah terlarut

siap disaring dengan kertas saring whatman agar sisa bubuk spirulina sp tertinggal.

Menyimpan hasil ekstraksi klorofil spirulina sp dalam botol yang tertutup rapat dan

dilapisi aluminium foil agar tidak terjadi kontak dengan cahaya matahari dan

disimpan ditempat yang tertutup.

3.3.2.2. Kromatografi

Setelah melakukan ekstrasi bubuk spirulina sp tahap selanjutnya yaitu

kromatografi, seperti pada Gambar 3.4.


commit to user

23

Gambar 3.4. Proses kromatografi larutan klorofil hasil ekstraksi

Sebelum proses kromatografi, larutan ekstrasi klorofil terlebih dahulu

dievaporasi dengan tujuan untuk menguapkan larutan aseton dari campuran larutan

klorofil. Beberapa persiapan kromotografi, antara lain yaitu memasang kolom

kromotografi dengan statif dan pastikan keadaan kolom dengan statif tegak lurus

agar larutan mengalir dengan lancar. Silica gel dituangkan ke dalam kolom

kromatografi, kemudian diikuti dengan memasukan N-Heksan berulang-ulang

hingga campuran silica gel dan N-Heksan terlihat rapat. Larutan klorofil beserta N-

Heksan kemudian dituangkan ke dalam kolom kromatografi hingga setinggi tiga

perempat tinggi kolom dan terlihat pemisahan warna saat melewati silica gel.

Kemudian menutup kolom dan menyambungkan tutup kolom dengan selang pompa

udara untuk memperlancar larutan mengalir hingga menetes. Dari proses

kromatografi akan dihasilkan 3 fraksi warna yang berbeda. Sehingga masing-

masing fraksi warna ditampung dalam wadah yang nantinya ditandai dengan kode

yang berbeda untuk mengetahui perbedaan hasil isolasi dye klorofil spirullina sp.


commit to user

24

3.3.3. Karakteristik Absorbansi Klorofil Larutan Spirulina Sp

Klorofil hasil kromatografi dalam bentuk larutan kemudian diuji

absorbansinya dengan menggunakan UV-Visible Spectrophotometer Perkin Elmer

Lambda 25. Dalam uji absorbansi ada 2 pengujian yaitu pengujian untuk fraksi

larutan klorofil hasil kromatografi dan uji absorbansi lapisan tipis hasil dari

penumbuhan spin coating pada subtrat kaca preparat, hal ini untuk membandingkan

nilai absorbansi larutan klorofil dengan lapisan klorofil pada panjang gelombang

yang sama.

Sebelum pengujian absorbansi terlebih dahulu melakukan baseline bertujuan

untuk kalibrasi, baseline untuk uji absorbansi larutan menggunakan sampel

pembanding yaitu N-Heksan dan untuk uji absorbansi lapisan klorofil dengan

subtrat kaca preparat. Pengaturan panjang gelombang diatur pada panjang

gelombang 350 nm-800 nm. Dari uji absorbansi larutan klorofil dan lapisan tipis

klorofil nantinya akan diperoleh data berupa grafik hubungan antara absorbansi

dengan panjang gelombang.

Gambar 3.5. Set UV-Visible Spectrophotometer Perkin Elmer Lambda 25

Langkah langkah dalam melakukan uji absorbansi menggunakan UV-

Visible Spectrophotometer Perkin Elmer Lambda 25 (seperti pada Gambar 3.5)

adalah sebagai berikut :

1. Menyalakan CPU.


commit to user

25

2. Menyalakan layar monitor.

3. Menyalakan UV-Vis spectrophotometer

UV-Vis spectrophotometer). Kemudian menunggu sampai ± 15 menit,

tujuannya adalah untuk pemanasan alat.

4. UV lambda 25

5.

a.

- Start wavelenght : 800 nm ( max cahaya tampak)

- End wavelenght : 350 nm

- Data interval : 1 nm

-

-

-

- Method info : ketik nama metode

b.

- Ordinate mode : A

- Scan speed : 240 nm

-

-

c.

-

- Number of sample : 5 (tergantung jumlah sampel yang akan diuji)

6. ai berwarna hijau, dan kemudian

7.

8.


commit to user

26

9. Ambil terlebih dahulu pelarut pada cuvet 2, kemudian masukkan sampel 1

10. Masukkan sampel sampai 5 kali (tergantung jumlah sampel yang akan

diuji).

11.

3.3.4. Simulasi Data Lapisan Tipis

Ketebalan lapisan tipis selama waktu deposisi t pada proses spin coating,

diekspresikan dengan menggunakan persamaan 2.15. Dari persamaan 2.15, ketebalan

lapisan tipis dapat dievaluasi terkait dengan variabel-variabel deposisi spin coating

seperti massa jenis, kecepatan putar, waktu putar dan lama waktu putar. Berikut

beberapa hasil simulasi ketergantungan ketebalan lapisan tipis klorofil pepaya

(Rozak, 2008) terhadap beberapa variabel beb

gr/ml, = 66,76 kg/s.m, saat penumbuhan lapisan dengan spin coating menggunakan

waktu putar 20 s, ketebalan awal 16,7 µm dan banyak tetes sebanyak 2 tetes.

Gambar 3.6. Grafik hubungan ketebalan terhadap kecepatan putar dengan perubahan massa jenis.

0

50

100

150

200

250

300

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

h (n

m)

(rpm)

massa jenis 1,692 gr/ml




commit to user

27

Teramati dengan jelas pada Gambar 3.6. dari grafik simulasi ketebalan

menunjukan bahwa ketebalan menurun secara eksponensial dengan kenaikan pada

kecepatan putar 1.000 rpm sampai 3.000 rpm, pada kecepatan putar 3.000 rpm

sampai 5.000 rpm ketebalannya cenderung konstans. Grafik ini juga menegaskan

bahwa ketebalan sensitif terhadap perubahan massa jenis bahan yang dideposisikan.

Artinya perubahan massa jenis sangat menentukan perbedaan ketebalan akhir lapisan

tipis yang diperoleh. Semakin besar massa jenis larutan yang akan dideposisi maka

ketebalan lapisan tipis akan lebih tipis.

Gambar 3.7. Grafik hubungan ketebalan terhadap kecepatan putar dengan variasi luas penampang.

Perhitungan dilakukan dengan waktu putar t sebesar 20 detik, jumlah tetesan

larutan sebanyak 2 tetes, massa jenis 0,846 gr/ml dan vikositas 66,76 kg/s.m.

Simulasi ketebalan lapisan dengan evaluasi perubahan luas penampang, dimana pada

luas penampang subtrat bertujuan untuk mencari nilai ketebalan awal saat ditetesi

larutan, penetuan ketebalan awal dengan persamaan,

A (1x1) cmA (2x2)cmA(3x3)cm


commit to user

28

dengan ketentuan diasumsikan bahwa larutan menyebar merata di atas

permukaan subtrat dan tidak keluar. Teramati dengan jelas pada Gambar 3.7. bahwa

luas permukaan tidak berpengaruh terhadap ketebalan lapisan tipis yang diperoleh.

Artinya luasan permukaan substrat tidak berpengaruh terhadap perubahan nilai

ketebalan suatu lapisan tipis hasil deposisi spin coating.

Gambar 3.8. Grafik hubungan ketebalan terhadap kecepatan putar dengan perubahan jumlah tetes

Simulasi ketebalan terhadap perubahan jumlah tetes, seperti halnya hasil

simulasi ketebalan dengan perubahan luas penampang. Perubahan jumlah tetes juga

bertujuan untuk mencari ketebalan awal saat ditumbuhkan dengan larutan klorofil

Gambar 3.8 memperlihatkan grafik hubungan ketebalan terhadap kecepatan putar

dengan variasi jumlah tetes. Nilai ketebalan dengan jumlah tetes hampir tidak ada

perubahan nilai ketebalan, sehingga jumlah tetesan larutan tidak berpengaruh

terhadap perubahan nilai ketebalan suatu lapisan tipis dengan metode spin coating.


commit to user

29

Gambar 3.9. Grafik hubungan ketebalan terhadap kecepatan putar dengan perubahan vikositas.

Gambar 3.9. memperlihatkan ketebalan lapisan tipis sebagai fungsi

kecepatan putar dengan modifikasi viskositas. Simulasi numerik ini dilakukan pada

luas penampang 1 cm × 2 cm, jumlah tetes 2 tetes, massa jenis 0,846 gr/ml dan lama

waktu deposisi 20 detik. Hasil ini menegaskan viskositas merupakan salah satu

variabel yang sangat mempengaruhi ketebalan lapisan tipis hasil deposisi spin

coating. Hasil simulasi numerik yang diperoleh ini menjadi dasar guna penumbuhan

lapisan tipis spirulina sp pada tahapan eksperimen berikutnya.

3.3.5. Penumbuhan Lapisan Tipis

Pada proses deposisi lapisan tipis larutan klorofil menggunakan metode spin

coating pada subtrat PCB dengan menggunakan alat spin coater merk Chemat

Technology KW-4A (seperti pada gambar 3.10).

0

50

100

150

200

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

h(n

m)

(rpm)

vikositas 267.04

vikositas 133.52

vikositas 66,76

vikositas 33.38

kg/s.m

kg/s.m kg/s.m

kg/s.m


commit to user

30

Gambar 3.10. Spin coater Chemat Technology KW-4A

Tujuan penumbuhan lapisan tipis klorofil dalam penelitian ini ada 3 yaitu

untuk mencari ketebalan lapisan tipis klorofil spirulina sp, untuk pengamatan

fenomena transport, dan untuk uji morfologi permukaan lapisan klorofil.

Langkah langkah dalam penumbuhan lapisan tipis dengan metode spin

coating terlihat seperti Gambar 3.11. Langkah pertama menyalakan vacuum dan

spinner dengan cara menghubungkan kabel kontak dengan sumber tegangan dan

menekan tombol On. Sebelum melakukan spin pada subtar PCB sebaiknya

mengatur kecepatan dan lama waktu putar pada panel spin coater, kecepatan putar

yang digunakan dalam penelitian ini yaitu 2.500 rpm sampai 5.000 rpm melanjutkan

penelitian sebelumnya. Waktu putar yang digunakan yaitu 20 detik dari hasil

optimasi percobaan. Meletakkan subtrat PCB di atas piringan (holder) spin coater,

kemudian meneteskan larutan klorofil diatas PCB sebanyak 2 tetes. Setelah

diteteskan, kemudian memutar spin coater dengan menekan tombol "vakum" lalu

spin kemudian PCB yang terdeposisi tersebut

dipanaskan pada pemanas (hot plate) sebesar 500C selama 1 menit dan kemudian

setelah dipanaskan PCB didinginkan. Melakukan spin kembali sampai 7 lapis, dan


commit to user

31

melakukan penumbuhan lapisan tipis dengan variasi kecepatan putar 2.500 rpm,

3.000 rpm, 3.500 rpm, 4.000 rpm, 4.500 rpm, dan 5.000 rpm

Gambar 3.11. Proses penumbuhan lapisan tipis dengan metode spin coating

3.3.6. Ketebalan Lapisan Tipis Klorofil

Dalam Pengambilan data ada 2 tahap yaitu penentuan massa jenis klorofil dan

penentuan massa lapisan klorofil. Penentuan massa jenis klorofil menggunakan alat

pikno meter dan neraca digital. Penentuan massa lapisan klorofil menggunakan alat

spin coater dan neraca digital, massa yang ditentukan dari 1 lapis sampai 8 lapis.

Pengukuran ini dimaksudkan untuk mencari ketebalan lapisan klorofil yang

terbentuk pada permukaan substrat PCB.

Proses penentuan massa lapisan terlebih dahulu substrat PCB tanpa lapisan

ditimbang. Kemudian menumbuhan larutan klorofil diatas subtrat PCB dengan alat

spin coater, setelah terjadi proses pelapisan dengan menggunakan spin coater,


commit to user

32

substrat PCB ditimbang kembali sehingga diketahui massa substrat PCB sesudah

proses pelapisan. Setelah diketahui massa dari lapisan klorofil, kemudian

menghitung nilai massa jenis dari klorofil dengan menggunakan piknometer (seperti

pada Gambar 3.12).

Gambar. 3.12. Piknometer

Dalam pengukuran massa jenis klorofil spirulina sp dengan menggunakan

piknometer dilakukan 4 tahap pengukuran, yaitu :

1. Mengukur massa pikno kosong ( 0)

2. Mengukur massa pikno + aseton ( 3)

3. Mengukur massa pikno + sampel bubuk spirulina ( 1)

4. Mengukur massa pikno + sampel bubuk spirulina + aseton ( 2)

Menghitung nilai massa jenis klorofil dengan menggunakan persamaan = 3 0 2 1 (3.1)

Keterangan : 3 = massa pikno + aseton

0 = massa pikno

1 = massa pikno + sampel

2 = massa pikno + aseton + sampel = 0,7899 gr/ml (Handayani, 2006)

= (3.2)


commit to user

34

Menghitung nilai ketebalan dengan menggunakan persamaan 3.3 dengan

massa jenis adalah 1,85 gr/ml. Sehingga untuk menghitung ketebalan lapisan tipis

klorofil yang terbentuk dapat ditulis dengan persamaan sebagai berikut

(Lowenheim,1978) : = (3.3)

Dimana, = tebal lapisan yang terbentuk (cm)

A = luas penampang sampel (m2) = massa jenis lapisan tipis (gr/cm2) = massa lapisan yang terbentuk (gr)

3.3.7. Pengamatan Fenomena Transport

Setelah tahapan penumbuhan lapisan tipis, dilakukan pengamatan fenomena

transport pembawa muatan untuk pengukuran energi gap dengan menggunakan alat

Elkahfi I-V meter, skema pengamatan fenomena transport seperti pada Gambar 3.13.

Pengukuran energi gap berdasarkan karakteristik I-V dengan metode empat titik atau

four point probe yang sudah dimodifikasi. Pengukuran karakteristik I-V dilakukan

pada suhu dibawah suhu kamar (276 K) hingga mendekati suhu kamar (298 K) dan

mengatur tegangan sebesar 0,8 volt. Pengukuran karakteristik I-V tiap kenaikan suhu 10 kemudian mengamati nilai arus pada tegangan 0,8 volt. Dari pengamatan

fenomena transport akan diperoleh grafik hubungan arus terhadap suhu.


commit to user

35

Gambar. 3.13. Set alat fenomena current drift.

3.3.8. Analisis Celah Energi

Besarnya celah energi (Eg) dapat ditentukan dari grafik hubungan ln R

dengan 1/T untuk daerah di bawah suhu kamar yang dibatasi dari suhu 276 K

sampai suhu 298 K. Grafik hubungan ln R dengan 1/T didapat dari turunan

persamaan konduktivitas (Omar, 1974).

= 0 2 (3.4)

1 = 10 2 (3.5)

1~ 10 2 (3.6)

= 0 2 1 + (3.7)

= 2 1 + 0 (3.8)

Dari persamaan di atas, nilai celah energi lapisan tipis klorofil dapat

diperoleh. Dengan R adalah resistivitas, Eg adalah celah energi, kB adalah konstanta

Boltzman, dan T adalah suhu dalam Kelvin. Dari grafik hubungan ln R vs 1/T dapat

ditentukan nilai gradien kurva untuk masing masing variasi sampel dengan analisis

persamaan regresi linier. Metode yang dipakai dengan menggunakan persamaan

regresi linier adalah y = mx + c, dengan y adalah nilai dari ln R, m adalah gradien


commit to user

36

grafik, x adalah nilai dari 1/T, dan c adalah konstanta. Berdasarkan persamaan

tersebut dan data grafik hubungan ln R vs 1/T dapat disimpulkan bahwa nilai gradien

pada kurva adalah Eg/2kB. Sehingga nilai celah energi sampel lapisan tipis klorofil

dapat dihitung persamaan:

= 2 (3.9)

= 2 . (3.10)

3.3.9. Mikrostruktur Lapisan Klorofil

Pengambilan data morfologi permukaan lapisan klorofil diperoleh dari

pengujian sampel dengan menggunakan alat Scanning Tunneling Microscopy (STM)

yang berada di laboratorium pusat (seperti pada Gambar 3.14).

Gambar.3.14. Set Alat STM

Prosedur langkah kerja alat STM untuk pengujian lapisan tipis klorofil hasil

deposisi spin coating sebagai berikut :

1. Memotong subtrat PCB menjadi ukuran kecil yang dapat ditempelkan

pada holder.

2. Menumbuhkan larutan klorofil di atas subtrat PCB yang sudah terpotong.


commit to user

37

3. Menjepit subtrat PCB yang terlapisi klorofil menggunakan lempeng seng.

Penjepitan ini bertujuan untuk lapisan tipis klorofil terkoneksi dengan

holder.

4. Membuka software easyscan di dekstop pada layar komputer. Tunggu

mikroskop terhubung dengan komputer, yang ditandai dengan menyalanya

lampu merah pada mikroskop.

5. Meletakkan lapisan PCB yang sudah terlapisi pada holder sampai warna

lampu merah pada mikroskop berubah menjadi hijau.

3.3.10. Analisa dan Kesimpulan

Setelah mendapatkan data berupa grafik nilai absorbansi dan grafik I vs T

dari sampel lapisan tipis klorofil, kemudian dilakukan analisis tren grafik yang

terbentuk dengan mengacu pada jurnal-jurnal internasional yang medukung.

Setelah proses analisis selesai, kemudian bisa ditarik kesimpulan yang sesuai

dengan tujuan dari penelitian ini.


commit to user

34

BAB IV

PEMBAHASAN

Paling tidak terdapat tiga hal pokok yang didiskusikan pada pembahasan ini.

Pertama adalah hasil kajian ketebalan lapisan tipis klorofil spirlina sp dari hasil

penumbuhan lapisan tipis dengan spin coating. Kajian ini penting untuk memberi

gambaran secara teoritis ketergantungan parameter penumbuhan spin coating

terhadap ketebalan lapisan tipis yang dihasilkan. Kedua berkenaan dengan hasil

preparasi sediaan spirulina sp. Klarifikasi sediaan spirulina sp alam sebagai bahan

dasar lapis tipis. Ketiga adalah diskusi hasil pengamatan energi gap lapisan tipis

spirulina sp untuk variasi kecepatan putar( ).

4.1. Hasil Ketebalan Lapisan Tipis Klorofil

Pada penelitian ini, ketebalan lapisan tipis yang dihasilkan akan dihitung

secara kasar dengan metode grafitimeter yaitu perhitungan ketebalan berdasarkan

berat massa terdeposit pada substrat. Metode ini terlebih dahulu dimulai dengan

perhitungan massa jenis spirulina sp. Prosedur penentuan massa jenis ini akan

dilakukan dengan alat piknometer. Pengukuran volume klorofil spirulina sp sesuai

dengan rumus persamaan 3.1. Dari hasil pengukuran volume tersebut selanjutnya

digunakan untuk menentukan massa jenis klorofil spirulina sp dengan menggunakan

persamaan sebagai berikut:

= (4.1)

Dari hasil pengukuran dengan piknometer didapatkan nilai massa jenis

klorofil spirulina sebesar 1,85 gr/ml, dari nilai massa jenis tersebut dapat diketahui

nilai ketebalan lapisan tipis dari konversi rumus :

Dari konversi rumus : = . (4.2)

37


commit to user

38

= . . (4.3) = . (4.4)

Gambar 4.1. Grafik ketebalan lapisan tipis spirulina sp terhadap jumlah lapis.

Gambar 4.1 menunjukkan ketebalan lapisan tipis sebagai fungsi jumlah lapis

yang difabrikasi dengan kecepatan putar ( ) spin coating3.500 rpm di atas substrat

PCB. Dari grafik ketebalan lapisan larutan klorofil yang ditumbuhkan pada subtrat

PCB. Teramati dengan jelas nilai ketebalan lapisan larutan klorofil sebanding dengan

bertambahnya jumlah lapis yang dideposisikan, sehingga semakin banyak jumlah

lapis yang dideposisikan maka nilai ketebalan suatu lapisan mengalami

kenaikan.Ekstrapolasi data eksperimen memperlihatkan bahwa saat N = 0, titik

potong terhadap sumbu y tidak menunjukkan nilai 0. Sehingga kurva tersebut

memerlukan koreksi sebelum digunakan sebagai kurva standar penentuan ketebalan

lapisan tipis. Teramati pula dari kurva bahwa kurva standar setelah dikoreksi

ditunjukkan dengan kurva garis lurus melalui titik nol.


commit to user

39

4.2. Hasil Preparasi Larutan Klorofil

Pada tahapan ini, terdapat dua prosedur penting dalam penyiapan larutan

klorofil untuk digunakan sebagai bahan dasar lapisan tipis organik spirulinasp.

Tahapan ini merupkan hasil optimum yang diperoleh pada penelitian-penelitian yang

telah dilakukan sebelumnya (Torig, 2011; Suryono, 2011). Dua prosedur tersebut

adalah ekstraksi dan dilanjutkan kromatografi. Ekstraksi adalah proses pemisahan

komponen yang diinginkan dari zat penyusun lain dalam suatu campuran berdasarkan

pada perbedaan kelarutan komponen tersebut terhadap pelarut yang digunakan.

Pelarut yang digunakan pada proses ekstraksi adalah aseton, karena sifatnya yang

inert dan mempunyai titik didih rendah. Sehingga aseton tidak ikut bereaksi dan

mudah dihilangkan dengan teknik pemanasan sederhana, dalam penelitian ini dengan

proses evaporasi pada tekanan atmosfer.

Gambar 4.2. Larutan hasil ekstraksi bubuk spirilina sp

Larutan yang didapat dari hasil ekstraksi (seperti pada gambar 4.2) kemudian

dikromatografi, yaitu metode pemisahan dan pemurnian kandungan klorofil/hijau

daun (dye) yang bertujuan untuk mendapatkan fraksi warna larutan klorofil spirulina

yang berbeda-beda. Metode kromatografi ini adalah pemisahan campuran komponen-

komponen unsur melalui dua fase tahapan proses yaitu fase diam dengan

menggunakan silica gel dan fase bergerakdengan menggunakan N-Heksan. Dari hasil

kromatografi didapat tiga fraksi warna yang berbeda yang ditunjukan pada Gambar

4.3.


commit to user

40

Gambar 4.3. Tiga fraksi warna larutan klorofil hasil kromatografi

4.3. Hasil Uji AbsorbansiLarutanKlorofil

Absorbansi merupakan kuantitas yang menyatakan kemampuan bahan dalam

menyerap (mengabsorbsi) cahaya. Senyawa organik mampu mengabsorbsi cahaya

sebab senyawa organik mengandung elektron valensi yang dapat dieksitasi ke tingkat

energi yang lebih tinggi. Salah satu senyawa organik tersebut adalah klorofil. Pada

pengukuran absorbansi larutan klorofil, spektrum absorbansi diukur pada rentang

panjang gelombang 400 nm 800 nm yang merupakan spektrum sinar tampak.

Gambar 4.4. (a) Grafik serapan larutan klorofil untuk 3 fraksi warna hasil kromatografi dan (b). Perbandingan grafik serapan fase larutan dan lapisan

tipis klorofil spirulina sp hasil spin coating dengan substrat kaca.

500 600 7000

1

2

3 Sp1Sp2Sp3

Panjang Gelombang (nm)

(a)

500 600 7000

1

2

3

0.015

0.02

0.025

Panjang Gelombang (nm)

larutan chlorofil lapisan tipis

(b) ,

,

,

Sp 1 Sp 2 Sp 3


commit to user

41

Hasil spektrum serapan/absorbansi larutan klorofil spirulina sp dalam bentuk

larutan maupun lapisan tipis ditunjukkan pada Gambar 4.4. Gambar 4.4a.

memperlihatkan perbedaan kurva serapan larutan untuk tiga fraksi warna yang

berbeda dalam proses kromatografi yaitu Sp1, Sp2 dan Sp3 berturut-turut adalah warna

hijau tua hingga hijau muda. Perbedaan tingkat serapan menunjukkan perbedaan

kandungan klorofil pada masing-masing larutan (Sumaryanti, 2010; Fiscia, 2010).

Pada ketiga fraksi warna terlihat bahwa serapan larutan klorofil spirulina Sp terletak

pada tipikal panjang gelombang yang sama yaitu = 669 nm. Proses penumbuhan

lapisan tipis menggunakan Sp2 karena pada Sp2 pada rentang panjang gelombang

450 650 nm zat pengotor pada serapannya lebih kecil dibandingkan Sp3, dan serapan

Sp2lebih tinggi dibandingkan dengan Sp1. Sehingga dalam proses penumbuhan

lapisan tipis menggunakan Sp2.

Pada Gambar 4.4b. memperlihatkan perbandingan serapan larutan klorofil dan

lapisan tipis yang ditumbuhkan di atas substrat kaca. Teramati dengan jelas bahwa

tipikal serapan maksimum larutan dan lapisan tipis klorofil spirulina Sp terletak pada

panjang gelombang serapan yang sama yaitu = 669 nm. Tingkat serapan antara

larutan klorofil dan lapisan klorofil juga berbeda yaitu serapan pada larutan klorofil

lebih tinggi dibandingkan lapisan klorofil karena pada larutan klorofil lebih pekat

dibandingkan dengan lapisan klorofil. Hasil ini menegaskan bahwa bahan yang

terdeposit menjadi lapisan tipis adalah sama dengan bahan yang terlarut dalam fase

larutan sebelumnya, yaitu klorofil.


commit to user

42

4.4. Energi Gap

Gambar 4.5 Grafik hubungan arus I sebagai fungsi suhu T pengukuran lapisan tipis spirulina sp hasil deposisi spin coating

Pada Gambar 4.5 dalam pengamatan fenomena transport eksitasi pembawa

muatan yang dilihat sebagai fungsi arus. Terlihat dengan jelas bahwa pembawa

muatannya semakin besar seiring dengan kenaikan suhu pengukuran. Pada grafik

terlihat bahwa dengan perbedaan sampel yaitu sampel dengan = 3000 rpm dan =

4500 rpm terlihat bahwa pada kecepatan putar 3000 rpm pembawa muatan yang

tereksitasi dari HOMO ke LUMO saat dipengaruhi suhu lebih besar dibandingkan

dengan kecepatan putar 4500 rpm. Pebedaan jumlah pembawa muatan disinyalir

akibat perubahaan morfologi permukaan dari perbedaan kecepatan putar tersebut,

untuk mengetahui perbedaan morfologi tersebut melakukan uji morfologi dengan

STM. Perbedaan jumlah pembawa muatan juga dipengaruhi oleh lebar celah yang

dilewati pembawa muatan dari HOMO ke LUMO yang nantinya untuk mengetahui

energi gap dari perbedaan kecepatan putar tersebut.

Pada grafik hubungan arus terhadap suhu diatas dapat dicari nilai energi gap,

dari persamaan hukum ohm yaitu V = I.R, dimana telah didapatkan data V dan I

280 290 3000

100

200

300

400

Suhu, T (K)

3000 rpm 4500 rpm


commit to user

43

sehingga didapatkan nilai R. dari nilai R tersebut sehingga bisa kita plot ke grafik

hubungan ln R sebagai fungsi 1/T untuk mencari nilai energi gap dari persamaan 4.5.

Gambar 4.6.Grafik hubungan ln R terhadap 1/T, dengan variasi kecepatan putar

Dari data pengukuran arus I terhadap suhu T, maka dapat disusun menjadi

kurva linier antara Rln sebagai fungsi T1 yang terlihat pada Gambar 4.6. menurut

persamaan

CRTk

ER

B

g0ln

12

ln (4.5)

Gradien persamaan di atas adalah B

g

k

Em

2sehingga, nilai energi gap Eg

lapisan tipis klorofil dapat diperoleh untuk mengetahui lebar celah antara HOMO dan

LUMO. Dengan memodifikasi kecepatan putar spin coating maka diperoleh

ketergantungan energi gap sebagai fungsi kecepatan putar seperti di tampilkan pada

Gambar 4.7.

3.3 3.4 3.5 3.6 3.714

15

16

17

18

1/T (K-1), , , , ,

= 3.000 rpm = 4.500 rpm


commit to user

44

Gambar 4.7. Nilai Eg sebagai fungsi kecepatan putar untuk lapisan tipis spirulina sp dengan 5 lapis.

Gambar 4.7. menunjukkan ketergantungan enegi gap Eg lapisan tipis klorofil

terhadap kecepatan putar deposisi spin coating. Teramati dengan jelas bahwa energi

gap Eg pada kecepatan putar 2.500 rpm sampai 4.000 rpm meningkat secara dratis

dengan lebar celah yang lebih kecil dari kecepatan putar diatas 4000 rpm dimana

menunjukkan tren konstan pada Eg= 1,41 eV, hal ini dikatakan bahwa pembawa

muatan yang tereksitasi dari HOMO ke LUMO perpindahannya lebih cepat karena

memiliki labar celah yang relatif kecil dibandingkan dengan kecepatan putar diatas

4000 rpm. Perubahan Eg ini disinyalir akibat perubahan struktur lapisan tipis yang

terbentuk. Ketika kecepatan putar masih rendah, lapisan tipis kontinu terbentuk.

Sedangkan, struktur lapisan tipis berubah menjadi diskrit dengan kenaikan kecepatan

putar. Untuk menegaskan hasil ini dilakukan pengamatan perubahan struktur

permukaan lapisan tipis dengan Scanning Tunneling Microscopy (STM).

2000 3000 4000 50000

0.5

1

1.5

Kecepatan putar (rpm)

,

,


commit to user

45

4.5. Morfologi Permukaan Lapisan Tipis Spirulina Sp

Gambar 4.8.Modifikasi morfologi permukaan lapisan tipis klorofil spirulinasp hasil STM dengan 5 lapis untuk jangkauan scan 450 nm × 450 nm untuk kecepatan putar (a) 3000 rpm, (b) 3500 rpm, (c) 4000 rpm, serta

(d) 5000 rpm.

Teramati dengan jelas pada Gambar 4.8 bahwa morfologi permukaan lapisan

tipis spirulina sp berubah dengan kenaikan kecepatan putar saat deposisi. Ketika

= 3000 rpm, morfologi permukaan lapisan tipis kontinu terbentuk. Dan kemudian

berangsur-angsur berubah menjadi lapisan tipis diskrit dengan kenaikan kecepatan

putar deposisi seperti yang terlihat pada Gambar 4.8(b-d). Hasil ini menegaskan

bahwa modifikasi struktur permukaan lapisan tipis akan mempengaruhi energi gap Eg

lapisan tipis spirulina sp.

(a) (b)

(c) (d)


commit to user 46

BAB V

PENUTUP

5.1. Simpulan

Berdasarkan hasil penelitian didapatkan beberapa kesimpulan sebagai berikut:

1. Telah berhasil difabrikasi lapisan tipis klorofilSpirulina sp di atas kaca

preparat dan PCB berpola, guna pengamatan fenomena transport.

2. Hasil pengamatan fenomena transport dengan pengaruh suhu memperlihatkan

bahwa energi

gapEgmeningkatdenganbertambahnyakecepatanputar dankemudianmenunju

kkantrenkonstanpadaEg= 1,41 eVuntuknilai 4.000 rpm.

3. Hasilpengamatanmorfologipermukaandengan STM

terlihatbahwamorfologipermukaanlapisan tipis

spirulinaspberubahdengankenaikankecepatanputar . Ketika = 3000 rpm,

morfologipermukaanlapisan tipis kontinuterbentukdankemudianberangsur-

angsurberubahmenjadilapisan tipis

diskritdengankenaikankecepatanputardeposisi

5.2. Saran

Penelitian lebih lanjut disarankan dalam penentuan energi gap, pengamatan

fenomena transport pembawa muatan sebaiknya menggunakan variasi kecepatan

putar kurang dari 3.500 rpm.

KAJIAN FENOMENA TRANSPORT LAPISAN TIPIS …/Kajian...Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan...

Documents

Transcript of KAJIAN FENOMENA TRANSPORT LAPISAN TIPIS …/Kajian...Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan...