PEMBUATAN FILM TIPIS Cu2ZnSnS4 SEBAGAI...

PEMBUATAN FILM TIPIS Cu2ZnSnS4 SEBAGAI

LAPISAN PENYERAP CAHAYA PADA SEL SURYA

MENGGUNAKAN METODE ELEKTRODEPOSISI

HENDRI FIRMANSYAH

DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2014

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN

SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pembuatan Film Tipis

Cu2ZnSnS4 sebagai Lapisan Penyerap Cahaya pada Sel Surya Menggunakan

Metode Elektrodeposisi adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi

pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi

mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan

maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan

dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut

Pertanian Bogor.

Bogor, Februari 2014

Hendri Firmansyah

NIM G44090023

ABSTRAK

HENDRI FIRMANSYAH. Pembuatan Film Tipis Cu2ZnSnS4 sebagai Lapisan

Penyerap Cahaya pada Sel Surya Menggunakan Metode Elektrodeposisi.

Dibimbing oleh SRI SUGIARTI dan AHMAD SJAHRIZA.

Film tipis Cu2ZnSnS4 (CZTS) merupakan bahan alternatif semikonduktor

sebagai lapisan penyerap cahaya pada sel surya. CZTS dapat menggantikan

senyawa silikon yang biasa digunakan sebagai bahan penyusun semikonduktor

komersial. Kelebihan CZTS sebagai lapisan penyerap cahaya ialah ketersediaan

bahan yang berlimpah di alam dan nilai koefisien absorpsi yang tinggi. Lapisan

penyerap dibuat dengan menggunakan metode elektrodeposisi pada substrat kaca

ITO. Film dideposisi pada tegangan –1.05 V menggunakan potensiometer pada

suhu kamar selama 30, 45, dan 60 menit. Setelah itu, film dikeraskan pada suhu

yang berbeda, 180 ºC dan 500 °C, selama 45 menit sambil dialiri gas N2/H2S.

Berdasarkan hasil analisis difraksi sinar X, bentuk polikristalin film tipis CZTS

yang terbentuk adalah kristal kesterit. Hasil tersebut diperoleh setelah CZTS

dikeraskan pada suhu 500 °C sambil dialiri gas H2S/N2. Nilai energi celah pita

dari sampel CZTS diperoleh sebesar 2.2 eV dan ketebalan film 1.228–6.366 µm.

Sampel film tipis CZTS dengan waktu elektrodeposisi 45 menit pada suhu

pengerasan 500 °C menunjukkan hasil terbaik dan sesuai dengan kriteria film tipis

CZTS yang digunakan sebagai lapisan penyerap pada sel surya.

Kata kunci: elektrodeposisi, film tipis CZTS, kaca ITO, semikonduktor

ABSTRACT

HENDRI FIRMANSYAH. Fabrication of Cu2ZnSnS4 Thin Film as A Light

Absorber Layer on Solar Cells Using Electrodeposition Method. Supervised by

SRI SUGIARTI and AHMAD SJAHRIZA.

Thin film of Cu2ZnSnS4 (CZTS) is an alternative semiconductor used as

light absorber layer on solar cell. CZTS can replace silicon that commonly used as

commercial semiconductor. The advantage of using CZTS as absorber layer is due

to the abundance of its chemical composer on earth, and its high value of

absorption coefficient. The absorber layer was made by using electrodeposition

method on ITO glass substrates. The films were deposited at room temperature

using potentiostatic mode with a potential of –1.05 V for 30, 45, and 60 minutes.

After that, the films were annealed at two different temperatures, 180 ºC and

500 °C, for 45 minutes in N2/H2S atmosphere. Based on X-ray diffraction analysis,

the polycrystalline thin film obtained fall into kesterite crystal phase. This type of

crystal was obtained when the CZTS was annealed at 500 °C in H2S/N2

atmosphere. The value of optical band gap energy for the CZTS thin film was 2.2

eV with the film thickness about 1.228–6.366 µm. The sample of CZTS with

electrodeposition time of 45 minutes and annealing temperature of 500 °C showed

the best result and in conformity with absorber layers criteria for solar cells.

Key words: electrodeposition,CZTS thin film, ITO glass, semiconductor

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Sains

pada

Departemen Kimia

PEMBUATAN FILM TIPIS Cu2ZnSnS4 SEBAGAI

LAPISAN PENYERAP CAHAYA PADA SEL SURYA

MENGGUNAKAN METODE ELEKTRODEPOSISI

HENDRI FIRMANSYAH

DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2014

Judul Skripsi : Pembuatan Film Tipis Cu2ZnSnS4 sebagai Lapisan Penyerap

Cahaya pada Sel Surya Menggunakan Metode Elektrodeposisi

Nama : Hendri Firmansyah

NIM : G44090023

Disetujui oleh

Sri Sugiarti, PhD

Pembimbing I

Drs Ahmad Sjahriza

Pembimbing II

Diketahui oleh

Prof Dr Dra Purwantiningsih Sugita, MS

Ketua Departemen

Tanggal Lulus:

Judul Skripsi Pembuatan Film Tipis CU2ZnSnS4 sebagai Lapisan Penyerap Cahaya pada Sel Surya Menggunakan Metode Elektrodeposisi

Nama Hendri Finnansyah NIM 044090023

Disetujui oleh

Sri Sugiarti, PhD rs Ahmad S jahriza Pembimbing I Pembimbing II

Prof Dr··

Tanggal Lulus:

PRAKATA

Puji dan syukur kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas rahmat dan karunia-

Nya yang berlimpah penulis dapat menyelesaikan laporan hasil penelitian yang

berjudul Pembuatan Film Tipis Cu2ZnSnS4 sebagai Lapisan Penyerap Cahaya

pada Sel Surya Menggunakan Metode Elektrodeposisi yang dilaksanakan sejak

bulan April sampai Desember 2013.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Sri Sugiarti, PhD selaku

pembimbing pertama dan Bapak Drs Ahmad Sjahriza selaku pembimbing kedua

atas bimbingan dan dukungan yang telah diberikan kepada penulis. Ucapan terima

kasih juga penulis sampaikan kepada orang tua penulis atas doa, dukungan, dan

pengertiannya. Pihak yang telah berkontribusi dalam memberikan masukan teknis,

antara lain Staf Kependidikan Laboratorium Kimia Anorganik, yaitu Bapak

Syawal, Bapak Mulyana, Bapak Sunarca, serta teman satu tim penelitian, yaitu

Trijun, Sarah, Indri, dan Shinta.

Semoga laporan hasil penelitian ini dapat bermanfaat.

Bogor, Februari 2014

Hendri Firmansyah

DAFTAR ISI

DAFTAR TABEL viii DAFTAR GAMBAR viii DAFTAR LAMPIRAN viii PENDAHULUAN 1 METODE 2

Alat dan Bahan 2 Pembersihan Substrat Kaca ITO 500 Ω (Reith 2012) 3 Elektrodeposisi Film (Modifikasi Pawar 2012) 3 Proses Pengerasan Film Tipis CZTS 3 Analisis Struktur Kristal dengan XRD 4 Analisis Morfologi dengan SEM 4 Analisis Energi Celah Pita dengan Spektrofotometer UV-Vis 4

Analisis Unsur Logam dengan AAS 5 HASIL DAN PEMBAHASAN 5

Kaca ITO 500 Ω sebagai Substrat CZTS 5 Elektrodeposisi 6 Proses Pengerasan (Annealing) 7 Struktur Kristal Menurut Hasil XRD 8 Morfologi Berdasarkan Foto SEM 11 Energi Celah Pita Hasil Pengukuran dengan Spektrofotometer UV-Vis 12 Hasil Analisis Unsur Logam dengan AAS 13

SIMPULAN DAN SARAN 14 Simpulan 14 Saran 14

DAFTAR PUSTAKA 15

LAMPIRAN 16

DAFTAR TABEL

1 Suhu pengerasan dan waktu elektrodeposisi pada sampel CZTS 4 2 Puncak 2θ dan nilai hkl CZTS JCPDS 26-0575 (Pawar 2010) 10 3 Hasil analisis spektrum XRD menggunakan program Match 2 10 4 Ukuran ketebalan film sampel CZTS hasil analisis SEM 12 5 Hasil analisis energi celah pita dengan spektrofotometer UV-Vis 13 6 Hasil analisis unsur logam dengan AAS 14

DAFTAR GAMBAR

1 Kaca ITO 5

2 Film CZTS hasil pengerasan pada suhu 500 ºC 7 3 Film CZTS hasil pengerasan pada suhu 180 ºC 8 4 Spektrum XRD sampel CZTS 8 5 Spektrum data XRD hasil analisis program Match 2 pada sampel C45T 9 6 Literatur spektrum XRD pada CZTS JCPDS 26-0575 (Pawar 2010) 9 7 Foto hasil analisis SEM sampel C45T 12

DAFTAR LAMPIRAN

1 Bagan alir penelitian 16

2 Difraktogram XRD 17 3 Difraktogram hasil analisis XRD menggunakan program Match 2 19 4 Hasil analisis XRD menggunakan program Match 2 21

5 Hasil analisis SEM 23 6 Hasil analisis energi celah pita 24

PENDAHULUAN

Beberapa tahun terakhir, pengembangan sumber daya energi terbarukan

telah mendapatkan perhatian khusus dari para ilmuwan dunia. Hal ini terjadi

karena permintaan energi secara global diperkirakan akan meningkat sekitar 50%

dalam 25 tahun ke depan. Gas alam diperkirakan akan habis pada tahun 2047,

minyak bumi pada tahun 2080, dan batu bara pada tahun 2180. Krisis energi ini

disebabkan oleh eksploitasi energi fosil secara besar-besaran dan tidak sebanding

dengan waktu yang diperlukan untuk pembentukannya (Hasan 2012). Saat ini,

lebih dari 80% sumber energi di dunia berupa bahan bakar fosil seperti batu bara,

minyak bumi, dan gas alam. Bahan bakar fosil tersebut akan menimbulkan

permasalahan seperti efek rumah kaca dan pemanasan global sebagai akibat dari

emisi gas karbon dioksida (CO2) selama proses pembakaran. Bahan bakar fosil

tersebut juga semakin mahal dan sumbernya kian terbatas. Permasalahan energi

ini tentunya harus segera ditangani dengan memanfaatkan sumber daya energi

alternatif yang terbarukan. Salah satu sumber daya energi terbarukan yang sangat

potensial untuk dikembangkan ialah energi matahari. Jika dibandingkan dengan

energi yang berasal dari bahan bakar fosil, energi matahari memiliki keunggulan

seperti sumber yang berlimpah dan bebas dari polusi sehingga ramah lingkungan

(Piebalgs 2009).

Energi matahari dapat dimanfaatkan dengan menggunakan alat sel surya.

Perangkat alat sel surya dilengkapi dengan semikonduktor yang memiliki

permukaan luas dan dirangkai membentuk diode tipe-p dan tipe-n. Perbedaan

muatan elektron antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n membuat sel surya

mampu mengubah energi matahari menjadi energi listrik (William 2006). Sel

surya yang lazim digunakan untuk mengubah energi matahari menjadi energi

listrik menggunakan bahan penyusun semikonduktor dari senyawa dengan

kemurnian tinggi seperti kristal silikon. Persyaratan silikon sebagai

semikonduktor ialah memiliki tebal lapisan penyerap sekitar 100 µm dan diproses

pada suhu yang sangat tinggi (> 600 ºC). Hal ini menyebabkan sel surya berbahan

dasar silikon cukup mahal harganya. Selain itu, semikonduktor berbasis silikon

juga masih memiliki nilai efisiensi konversi daya yang rendah (Sarswat 2013).

Alternatif silikon sebagai bahan semikonduktor adalah semikonduktor film tipis.

Semikonduktor film tipis berukuran sekitar 1 µm dan di dalamnya terkandung

bahan seperti kadmium telurida (CdTe) dan tembaga indium galium diselenida

(CIGS). Koefisien penyerapan bahan semikonduktor ini 100 kali lebih tinggi,

ketebalannya 100 kali lebih tipis daripada silikon kristal, dan dapat menyerap

jumlah energi yang setara dengan semikonduktor berbahan silikon, tetapi dengan

biaya yang lebih murah (Wang 2011).

Sel surya berbahan semikonduktor film lapis tipis seperti CIGS dan CdTe

telah mencapai efisiensi konversi daya yang cukup tinggi, yaitu sebesar 15–20%.

Akan tetapi, bahan yang digunakan untuk pembuatannya bersifat racun dan tidak

ramah lingkungan seperti kadmium, indium, dan telurium (Khare 2012). Salah

satu alternatif bahan lain untuk pembuatan semikonduktor film tipis ialah

Cu2ZnSnS4 (CZTS). CZTS terbuat dari bahan seperti tembaga, zink, timah, dan

sulfur yang sumbernya sangat melimpah di muka bumi, murah, dan ramah

lingkungan. Selain itu, CZTS memiliki energi celah pita (band gap energy)

2

sebesar 1.5–2.7 eV (Pawar 2010), nilai yang ideal untuk mengubah sejumlah

energi dari spektrum matahari menjadi energi listrik. CZTS juga memiliki nilai

koefisien penyerapan yang tinggi, yaitu sekitar 104

cm-1

pada daerah spektrum

sinar tampak dan hanya membutuhkan tebal lapisan beberapa mikron saja untuk

menyerap semua foton dengan energi di atas celah pitanya. Ito (1988) melaporkan

efek fotovoltaik pada heterodiode yang terdiri atas oksida timah kadmium dan

film CZTS menghasilkan tegangan 165 mV pada rangkaian terbuka. Setelah itu,

Friedlmeier et al. (1997) membuat film tipis CZTS dengan lapisan jendela

CdS/ZnO menggunakan metode penguapan termal dalam kondisi vakum dan

diperoleh nilai efisiensi konversi daya sebesar 2.3% dengan tegangan mencapai

570 mV pada rangkaian terbuka. Katagiri (2003) membuat semikonduktor dengan

nilai efisiensi daya sebesar 5.45% dengan struktur perangkat elektrolisis ZnO:

Al/CdS/CZTS/Mo/SLG, ketiganya diacu dalam (Jun 2011). Selanjutnya Todorov

(2010) membuat CZTS (S, Se) dengan efisiensi konversi daya sebesar 9.7%

menggunakan substrat kaca dengan metode evaporasi termal (Todorov 2010).

Film tipis CZTS dapat dibuat dengan menggunakan 2 metode, yaitu proses

berbasis vakum yang meliputi gemercikan dan evaporasi serta proses berbasis

larutan non-vakum, yang meliputi elektrodeposisi, pirolisis semprot, chemical

bath deposition (CBD), dan pendekatan berbasis tinta (Lin 2012). Metode

elektrodeposisi digunakan dalam pembuatan film tipis CZTS pada penelitian ini.

Metode ini dipilih karena biayanya relatif murah dan metodenya lebih sederhana

dibandingkan dengan metode yang lain.

Berdasarkan latar belakang di atas, penelitian ini bertujuan membuat dan

mencirikan semikonduktor film tipis CZTS pada kaca indium timah oksida (ITO)

500 Ω menggunakan metode elektrodeposisi dengan ragam waktu 30, 45, dan 60

menit. Proses pengerasan film (annealing) dilakukan pada suhu 180 dan 500 ºC.

Pencirian meliputi identifikasi sifat struktur kristal, ketebalan film, dan nilai

energi celah pita.

METODE

Alat dan Bahan

Alat-alat yang digunakan adalah peralatan kaca, penangas ultrasonik,

lempeng pemanas, potensiometer, difraktometer sinar-X (XRD) Shimadzu XRD-

7000 Maxima, mikroskop elektron pemayaran (SEM) Zeiss EVO 50,

spektrofotometer ultraviolet-tampak (UV-Vis) Ganesys 10, serta spektrometer

serapan atom (AAS) untuk logam Cu dan Zn AA-7000 dan untuk logam Sn AA-

6300.

Bahan-bahan yang digunakan adalah larutan CuSO4·5H2O 0.02 M,

ZnSO4·7H2O 0.02 M, SnSO4 0.01 M, Na2S2O3·5H2O 0.02 M, trinatrium sitrat

(C6H5Na3O7·2H2O) 0.1 M, asam tartarat (C4H6O6) 0.1 M, HNO3 3 M, H2SO4 96%,

air bebas-ion, gas N2, gas H2S, elektrode Ag/AgCl, elektrode Pt, dan substrat kaca

ITO 500 Ω 25.0 × 25.0 × 1.1 mm3 fotonik.

3

Metode

Film tipis CZTS dibuat dengan menggunakan substrat kaca ITO 500 Ω

dengan beberapa tahapan, yaitu pembersihan substrat, elektrodeposisi, dan

pengerasan film (annealing). Proses analisis film tipis CZTS meliputi analisis

energi celah pita dengan spektrofotometer UV-Vis, analisis jenis kristal dengan

XRD, analisis morfologi dengan SEM, dan analisis unsur logam dengan AAS.

Bagan alir penelitian ditunjukkan pada Lampiran 1.

Pembersihan Substrat Kaca ITO 500 Ω (Reith 2012)

Substrat kaca ITO 500 Ω dibersihkan terlebih dahulu dengan cara direndam

dengan larutan detergen selama 12 jam pada suhu 120 °C dengan menggunakan

lempeng pemanas. Setelah itu, kaca ITO dibersihkan dengan cara direndam dalam

alat sonikasi yang berisi air bebas-ion selama 10 menit, kemudian berturut-turut

aseton selama 10 menit, iso-propanol selama 10 menit, dan terakhir dengan

menggunakan air bebas-ion selama 10 menit. Kaca ITO kemudian dikeringkan

dengan aliran gas nitrogen agar kondisi permukaannya menjadi lembam. Kaca

ITO yang sudah dialiri gas nitrogen kemudian disimpan di dalam wadah yang

kering dan bersih.

Elektrodeposisi Film (Modifikasi Pawar 2012)

Proses elektrodeposisi dilakukan dengan menggunakan instrumen

potensiometer. Larutan elektrolit yang berisi 20 mL CuSO4 0.02 M, 10 mL ZnSO4

0.02 M, 20 mL SnSO4 0.01 M, 40 mL Na2S2O3 0.02 M, 15 mL C6H5Na3O7 0.1 M

dan 1 mL C4H6O6 0.1 M disiapkan dalam sebuah gelas piala. pH larutan elektrolit

tersebut diatur hingga nilainya 4.5, untuk digunakan dalam proses elektrodeposisi.

Elektrode kerja yang digunakan ialah substrat kaca ITO 500 Ω, elektrode

pembanding Ag/AgCl, dan elektrode pembantu Pt. Elektrode-elektrode tersebut

direndam dalam larutan elektrolit, kemudian proses elektrodeposisi berjalan dalam

mode linear sweep stripping voltametry dengan kondisi awal –950 mV, akhir –

110 mV, selang 1 V, kecepatan 10 kHz, dan laju 25 mV/s. Tegangan yang

digunakan selama proses elektrodeposisi sebesar –1.05 V pada suhu ruang 28 ºC

dengan ragam waktu elektrodeposisi selama 30, 45, dan 60 menit. Setelah proses

elektrodeposisi selesai dilakukan, kaca ITO akan terlapisi oleh campuran logam

dan akan berubah warna yang semula bening menjadi lebih gelap. Film tipis

CZTS yang terbentuk dialiri gas nitrogen, lalu disimpan dalam wadah kering dan

bersih.

Proses Pengerasan Film Tipis CZTS

Proses pengerasan film tipis CZTS dilakukan pada 2 ragam suhu, yaitu 180

ºC menggunakan lempeng pemanas dan 500 °C menggunakan tanur. Sebelum

4

memulai proses pengerasan, peralatan disiapkan terlebih dahulu seperti tabung

kaca, selang baja, tabung gas nitrogen, dan gas H2S. Seluruh film tipis CZTS hasil

elektrodeposisi dimasukkan ke dalam tabung kaca yang tersambung dengan

tabung gas nitrogen dan gas H2S. Proses pengerasan kemudian dilakukan selama

45 menit bersamaan dengan dialirkannya gas nitrogen dan gas H2S. Sampel film

tipis CZTS yang sudah dipanaskan pada suhu 180 ºC diberi kode sesuai lamanya

waktu elektrodeposisi, yaitu C30H, C45H, dan C60H, sedangkan sampel film tipis

CZTS yang sudah dipanaskan pada suhu 500 ºC diberi kode C30T, C45T, dan

C60T (Tabel 1).

Tabel 1 Suhu pengerasan dan waktu elektrodeposisi pada sampel CZTS

Suhu pengerasan (°C) Lama elektrodeposisi (menit) Kode sampel CZTS

180 30 C30H

180 45 C45H

180 60 C60H

500 30 C30T

500 45 C45T

500 60 C60T

Analisis Struktur Kristal dengan XRD

Sampel film tipis CZTS dianalisis strukturnya dengan menggunakan XRD,

Panjang gelombang sinar Kα yang digunakan sebesar 1.54056 Å, dan sudut 2θ

diprediksi dari 20° sampai 80°.

Analisis Morfologi dengan SEM

Sampel film tipis CZTS dimasukkan ke dalam wadah sampel dengan

perekat ganda tanpa dilapisi logam emas pada keadaan vakum. Sampel kemudian

diamati menggunakan SEM dengan tegangan 10 kV.

Analisis Energi Celah Pita dengan Spektrofotometer UV-Vis

Analisis dilakukan pada kisaran panjang gelombang 250–800 nm. Sampel

film tipis CZTS dimasukkan ke dalam wadah sampel, kemudian diukur nilai

transmitansnya. Nilai persen transmitans (% T) kemudian diubah ke absorbans

(A), yang selanjutnya digunakan untuk menghitung nilai koefisien absorpsi (α).

Setelah itu, nilai energi dasar (Eg) dihitung. Selanjutnya dibuat kurva hubungan

antara (α2) dengan nilai energi dasar (hv). Berdasarkan kurva tersebut, nilai energi

celah pita dapat ditentukan dari perpotongan garis lurus yang melalui titik belok

kurva dengan sumbu x.

5

Keterangan :

A = absorbans

α = koefisien absorpsi (cm-1

)

T = transmitans (%)

d = tebal sampel (nm)

h = tetapan Planck (6.626 × 10-34

Js)

c = kecepatan cahaya ( )

= panjang gelombang (nm)

Eg = energi dasar (Joule atau eV) (Lin 2012)

Analisis Unsur Logam dengan AAS

Sampel film tipis CZTS dilarutkan dalam 25 mL larutan HNO3 3 M.

Larutan sampel kemudian dianalisis unsur logam Cu, Zn, dan Sn menggunakan

AAS.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Kaca ITO 500 Ω sebagai Substrat CZTS

Film tipis Cu2ZnSnS4 (CZTS) dapat dibuat pada berbagai macam jenis

substrat. Substrat yang lazim digunakan pada pembuatan CZTS pada umumnya

ialah kaca oksida konduktif transparan (TCO). Jenis-jenis TCO di antaranya ITO,

fluor oksida timah (FTO), oksida alumunium seng (AZO) dan ZnO. Jenis TCO

yang digunakan pada penelitian ini ialah kaca ITO (Gambar 1). Pengukuran nilai

hambatan listrik dengan ohmmeter menunjukkan bahwa kaca ITO yang digunakan

memiliki nilai hambatan listrik rerata sekitar 505 Ω. Alasan utama menggunakan

kaca ITO sebagai substrat dalam pembuatan CZTS, yaitu sifat konduktif,

kerapatan yang tinggi, sifat transparansi optik yang baik, struktur yang kuat, tahan

terhadap cuaca panas (suhu di atas 500 °C), struktur yang halus, dan dapat

meneruskan gelombang cahaya UV-Vis (Xia 2012).

Gambar 1 Kaca ITO

6

Nilai hambatan listrik dari substrat ITO berpengaruh pada nilai arus listrik

yang kelak akan dihasilkan. Semakin kecil nilai hambatan, akan semakin besar

arus yang dihasilkan. Ketebalan dan besarnya konsentrasi ITO akan berpengaruh

pada nilai konduktivitas dan transparansi. Semakin tinggi nilai konsentrasi dan

ketebalan ITO, nilai konduktivitas akan semakin meningkat, tetapi jika nilai

konsentrasi dan ketebalan terlampau besar, maka transparansi kaca ITO akan

menurun. Hal tersebut menyebabkan kaca ITO tampak lebih gelap dan sulit untuk

ditembus oleh cahaya UV-Vis.

Sebelum dilapisi dengan logam dari larutan elektrolit pada saat

elektrodeposisi, kaca ITO terlebih dahulu dibersihkan dengan menggunakan

larutan detergen selama 12 jam pada suhu 120 °C. Hal tersebut bertujuan agar

kaca ITO bersih dan bebas dari pengotor. Proses pembuatan CZTS memang harus

dilakukan dalam keadaan bersih dan steril. Sedikit saja kotoran pada kaca ITO

mungkin menyebabkan logam-logam seperti Cu, Zn, dan Sn tidak akan menempel

pada substrat kaca ITO. Perendaman kaca dengan menggunakan aseton bertujuan

melarutkan berbagai macam senyawa pengotor yang bersifat polar maupun

nopolar. Perendaman dalam iso-propanol bertujuan membunuh bakteri atau jamur

yang mungkin terdapat dalam kaca, sedangkan perendaman dengan air bebas-ion

mencegah kaca bereaksi dengan ion-ion positif yang mungkin ada pada saat

elektrodeposisi, sehingga kaca dapat terlapisi dengan baik oleh logam-logam

dalam larutan elektrolit. Air bebas-ion lazim digunakan dalam pembuatan

perangkat semikonduktor karena dapat melindungi perangkat semikonduktor dari

gangguan ion-ion positif seperti natrium, kalium, dan magnesium.

Elektrodeposisi

Elektrodeposisi merupakan salah satu cara yang dapat digunakan untuk

pembuatan CZTS. Dalam penelitian ini, digunakan metode elektrodeposisi karena

memiliki banyak keunggulan dibandingkan dengan metode yang lain (gemercik,

evaporasi, pirolisis semprot, dan pulsed laser), seperti dapat dilakukan pada suhu

kamar, peralatan yang digunakan cukup sederhana, biaya lebih murah, dan

prosesnya berjalan cukup cepat. Dalam metode elektrodeposisi, kaca ITO

dielektrolisis dengan bantuan elektrode Pt dan elektrode Ag/AgCl di dalam wadah

berisi larutan elektrolit yang mengandung unsur Cu, Zn, Sn, dan S. Ragam waktu

elektrodeposisi ialah 30, 45, dan 60 menit dengan tegangan –1.05 V pada suhu

kamar sekitar 28 ºC menggunakan potensiometer.

Larutan elektrolit yang digunakan dalam penelitian ini adalah larutan

campuran yang mengandung unsur Cu, Zn, Sn, dan S dengan penambahan bahan

pengompleks, yaitu asam tartarat dan trinatrium sitrat. Fungsi penambahan bahan

pengompleks ialah untuk membuat nilai potensial reduksi dari berbagai unsur

logam yang terdapat di dalam larutan elektrolit menjadi lebih mendekati sama.

Penelitian ini menggunakan 3 buah elektrode pada saat elektrodeposisi, yaitu

elektrode Ag/AgCl sebagai elektrode pembanding, kaca ITO sebagai elektrode

kerja, dan elektrode Pt sebagai elektrode pembantu. Mekanisme elektrodeposisi

logam melibatkan proses reduksi ion logam dari larutan elektrolit. Elektrode kerja

(ITO) berperan sebagai katode dan bermuatan negatif. Reduksi ion akan terjadi

pada elektrode ini. Ion bermuatan positif dari unsur Cu, Zn, dan Sn akan

7

menempel pada kaca ITO, kemudian tereduksi dan membentuk padatan film.

Padatan film terbentuk jika nilai potensial elektrode lebih kecil daripada nilai

potensial reduksi senyawa logam yang akan dideposisi, yaitu Cu, Zn, dan Sn.

Potensial reduksi yang digunakan pada saat elektrodeposisi ialah –1.05 V, lebih

rendah dibandingkan dengan nilai potensial reduksi logam Cu, Zn, dan Sn. Oleh

karena itu ketiga logam tersebut dapat menempel pada substrat kaca ITO. Nilai

potensial reduksi suatu senyawa juga akan memengaruhi kemampuan banyaknya

logam yang dapat terdeposisi pada suatu substrat.

Cu2+

(aq) + 2e– Cu(s) E°= +0.34 V

Zn2+

(aq) + 2e– Zn(s) E°= –0.76 V

Sn2+

(aq) + 2e– Sn (s) E°= +0.13V (Reith 2012)

Proses Pengerasan (Annealing)

Film hasil elektrodeposisi dikeraskan dengan cara memanaskan sampel film

ke suhu 180 °C (menggunakan lempeng pemanas) dan 500 °C (menggunakan

tanur). Proses pengerasan film sangat penting dalam pembentukan struktur kristal

pada film CZTS. Proses kristalisasi akan berlangsung jika suhu pengerasan sekitar

350–500 °C. Kisaran suhu tersebut akan memperkuat ikatan logam dengan

substrat sehingga permukaan substrat menjadi lebih halus dan transparan.

Sebaliknya, suhu pengerasan di bawah 350 °C tidak menimbulkan proses

kristalisasi, sehingga terbentuk struktur amorf, logam tidak terikat kuat dengan

substrat, dan memungkinkan masuknya oksigen atau udara bebas yang dapat

membentuk senyawa lain yang tidak diinginkan. Hasil pengerasan film pada suhu

500 °C (Gambar 2) menunjukkan bahwa film di permukaan substrat kaca lebih

transparan dan lebih kuat dibandingkan film hasil pengerasan pada suhu 180 °C

(Gambar 3). Hal tersebut ditunjukkan oleh gelapnya lapisan film di permukaan

substrat hasil pengerasan pada suhu 180 °C. Kekuatan film ditunjukkan oleh

mudah atau tidaknya butiran endapan logam terlepas dari permukaan kaca ITO.

Hasil pengerasan pada suhu 500 °C menunjukkan butiran endapan CZTS yang

lebih rapat dibandingkan dengan hasil pengerasan pada suhu 180 °C, maka dapat

disimpulkan bahwa daya ikatnya dengan substrat juga lebih baik. Proses

pengerasan juga memengaruhi terjadinya proses sulfurisasi pada film yang akan

terbentuk.

(a) (b) (c)

Gambar 2 Film CZTS hasil pengerasan pada suhu 500 ºC dengan waktu

elektrodeposisi (a) 30, (b) 45, dan (c) 60 menit

8

(a) (b) (c)

Gambar 3 Film CZTS hasil pengerasan pada suhu 180 ºC dengan waktu

elektrodeposisi (a) 30, (b) 45, dan (c) 60 menit

Struktur Kristal Menurut Hasil XRD

Analisis struktur kristal pada awalnya dilakukan pada film yang sudah

dielektrodeposisi, tetapi belum diberi perlakuan pengerasan. Spektrum XRD

memperlihatkan bahwa film yang belum diperkeras tidak memiliki puncak

serapan yang mengindikasikan adanya senyawa CZTS (Gambar 4a). Hal ini

menunjukkan bahwa film yang belum diperkeras belum membentuk kristal, tetapi

masih memiliki struktur yang amorf. Hal ini sesuai dengan teori yang menyatakan

bahwa proses pengerasan sangat memengaruhi pembentukan kristal pada film

(Pawar 2010).

(a)

(b)

Gambar 4 Spektrum XRD sampel CZTS sebelum (a) dan setelah pengerasan

selama 60 menit pada suhu 180 °C pada sampel C45T (b)

9

Ragam suhu pengerasan 180 dan 500 °C dimaksudkan untuk mengetahui

suhu efektif pembentukan struktur kristal CZTS. Berdasarkan hasil analisis

spektrum XRD sampel C45T (Gambar 4b) menggunakan program Match 2

(Gambar 5), senyawa CZTS terbentuk pada film hasil pengerasan pada suhu

500 °C. Hal ini ditunjukkan oleh intensitas puncak tertinggi (112) dengan nilai 2θ

pada 29°, kemudian puncak (220) dengan nilai 2θ pada 47°, yang sesuai dengan

data literatur JCPDS 26-0575 (Gambar 6 dan Tabel 2). Jenis struktur kristal CZTS

yang terbentuk ialah kesterit, dengan sistem kristal tetragonal. Selain itu, terdapat

pula fase senyawa lain di dalam film hasil pengerasan seperti Cu2S, ZnS, dan SnS.

Jenis kristal untuk fase Cu2S ialah kalkosit dengan sistem kristal monoklin, jenis

kristal ZnS ialah wurzit dengan sistem kristal heksagonal, dan jenis kristal SnS

ialah herzenbergit dengan sistem kristal ortorombik. Persentase senyawa yang

terbentuk paling banyak pada setiap film secara berturut-turut ialah senyawa Cu2S,

SnS, ZnS, dan Cu2ZnSnS4 (Tabel 3).

Gambar 5 Spektrum data XRD hasil analisis program Match 2 pada sampel C45T

Gambar 6 Literatur spektrum XRD pada CZTS JCPDS 26-0575 (Pawar 2010)

10

Tabel 2 Puncak 2θ dan nilai hkl CZTS JCPDS 26-0575 (Pawar 2010)

2θ (°) hkl

28.44 112

32.93 200

33.02 400

47.33 204

56.09 312

Tabel 3 Hasil analisis spektrum XRD menggunakan program Match 2

Sampel Senyawa Nama Kristal Jumlah (%)

C30H

Cu2ZnSnS4 Kesterit 4.3

Cu2S Kalkosit 70.3

ZnS Wurzit-2H 9.5

SnS Herzenbergit 15.9

C45H


Cu2S Kalkosit 71.8

ZnS Wurzit-2H 10.8


C60H


Cu2S Kalkosit 65.0

ZnS Wurzit-2H 13.9


C30T


Cu2S Kalkosit 62.6

ZnS Wurzit-2H 15.7


C45T


Cu2S Kalkosit 72.1

ZnS Wurzit-2H 11.3


C60T


Cu2S Kalkosit 62.2

ZnS Wurzit-2H 14.3


Menurut mekanisme reaksi pembentukan senyawa Cu2ZnSnS4, senyawa

yang terbentuk pertama kali adalah Cu2S. Senyawa ini mudah terbentuk, bahkan

tanpa proses pengerasan sekalipun, karena suhu pembentukannya di bawah 100 °C.

Setelah senyawa Cu2S terbentuk, berikutnya senyawa ZnS akan terbentuk disusul

pembentukan senyawa SnS2. Senyawa Cu2S yang sudah terbentuk di awal

kemudian akan bereaksi dengan senyawa SnS2 membentuk senyawa Cu2SnS3

yang selanjutnya akan bereaksi dengan senyawa ZnS membentuk senyawa

Cu2ZnSnS4 (CZTS) pada suhu pembentukan optimum lebih dari 350 °C. Berikut

merupakan mekanisme pembentukan senyawa Cu2ZnSnS4 disertai suhu

pembentukannya :

11

2Cu + S Cu2S (< 300–350 °C)

Zn + S ZnS (< 300–350 °C)

Sn + 2S SnS2 (< 300–350 °C)

Cu2S + SnS2 Cu2SnS3 (>350–400 °C)

Cu2SnS3 + ZnS Cu2ZnSnS4 (>350–500 °C) (Reith 2012)

Senyawa Cu2ZnSnS4 yang terbentuk pada penelitian ini belum terlalu

banyak, yaitu kurang dari 10% dari total campuran penyusun produk. Hal ini

mungkin disebabkan oleh reaksi pembentukan senyawa Cu2ZnSnS4 saat

elektrodeposisi yang tidak berjalan dengan baik. Faktor lingkungan yang kurang

optimum selama proses pengerasan seperti kurang banyaknya gas H2S yang

dihasilkan pada saat proses pengerasan film juga berpengaruh.

Berdasarkan spektrum XRD pada sampel film (Lampiran 2) serta

analisisnya dengan program Match 2 (Lampiran 3 dan 4), suhu optimum

pegerasan untuk membentuk senyawa Cu2ZnSnS4 adalah 500 °C. Suhu pengerasan

180 °C kurang begitu baik dalam membentuk senyawa Cu2ZnSnS4. Persentase

senyawa Cu2ZnSnS4 yang terbentuk pada suhu pengerasan 500 °C lebih besar

dibandingkan dengan 180 °C (Tabel 3). Lamanya waktu elektrodeposisi juga

berpengaruh pada pembentukan senyawa. Waktu elektrodeposisi selama 45 menit

menghasilkan senyawa CZTS lebih banyak daripada 30 dan 60 menit. Hal

tersebut sesuai dengan literatur yang menyebutkan bahwa jika waktu

elektrodeposisi kurang dari 45 menit, material logam belum mampu terbentuk

atau terlapisi dengan baik pada lapisan substrat kaca ITO. Sementara itu, jika

waktu elektrodeposisi lebih dari 50 menit, maka akan terbentuk serbuk pada

material yang tertempel pada substrat. Kondisi tersebut akan membuat hasil

pelapisan logam menjadi lebih rapuh dan mudah terurai (Reith 2012).

Morfologi Berdasarkan Foto SEM

Berdasarkan hasil SEM (Tabel 4 dan Lampiran 5), film CZTS yang telah

dibuat memiliki kisaran ukuran ketebalan film 1.228–6.366 µm. Ukuran ketebalan

film yang ideal untuk film tipis semikonduktor menurut literatur ialah sekitar 3.5

µm (Aissaoui 2007). Ukuran ketebalan film cendrung lebih mendekati 3.5 µm

pada sampel film CZTS dengan suhu pengerasan 500 °C. Film CZTS dengan suhu

pengerasan 180 °C memiliki ukuran ketebalan film yang terlampau besar

(mencapai 6.366 µm) dan tidak stabil. Kristal CZTS yang baik seharusnya

memiliki struktur ketebalan film yang halus dengan ukuran butiran yang seragam,

dengan ukuran sekitar 3.5 µm. Hal tersebut dapat membuat nilai efisiensi dari film

tipis CZTS meningkat dan daya serap energi akan semakin baik (Jun 2011).

Gambar 7 memperlihatkan contoh penentuan ukuran ketebalan film pada sampel

film CZTS yang dielektrodeposisi selama 45 menit pada suhu pengerasan 500 °C

(Gambar 7). Berdasarkan hasil uji ketebalan film yang terbentuk menunjukan

bahwa ketebalan lapisan film bertambah seiring meningkatnya suhu yang

digunakan pada saat pengerasan. Film dengan pengerasan suhu 500 °C memiliki

nilai ukuran ketebalan yang relatif lebih kecil dibandingkan film dengan

pengerasan suhu 180 °C. Hal ini dapat diamati pada Tabel 4 dan Lampiran 5.

12

Tabel 4 Ukuran ketebalan film sampel CZTS hasil analisis SEM

Sampel Tebal Film

(µm)

C30H 3.089

C45H 6.366

C60H 1.950

C30T 3.332

C45T 3.352

C60T 1.228

Gambar 7 Foto hasil analisis SEM sampel C45T

Energi Celah Pita Hasil Pengukuran dengan Spektrofotometer UV-Vis

Energi celah pita ialah energi yang dibutuhkan untuk mengeksitasi

elektron dari pita valensi ke pita konduksi. Suatu material akan digolongkan

sebagai semikonduktor CZTS jika memiliki nilai energi celah pita 1.5–2.7 eV, dan

nilai koefisien absorpsi sekitar 104

cm-1

(Pawar 2010). Jika energi celah pita lebih

dari 5.0 eV, maka materi tersebut tergolong insulator. Nilai energi celah pita yang

terukur akan digunakan sebagai acuan nilai efisiensi sel surya dalam mengubah

energi matahari menjadi energi listrik spektrofotometer UV-Vis pada kisaran

panjang gelombang 250–800 nm. Sampel film tipis CZTS dimasukkan ke dalam

wadah sampel, diukur nilai persen transmitansnya (% T), kemudian dikonversi

menjadi nilai absorbans (A). Nilai A tersebut digunakan untuk menghitung nilai

koefisien absorpsi (α). Setelah itu dicari nilai energi dasarnya (Eg). Selanjutnya

dibuat grafik hubungan (α2) dengan nilai (hv). Berdasarkan kurva tersebut, nilai

energi celah pita dapat ditentukan dari persinggungan garis dengan titik belok

kurva (Lampiran 6).

Berdasarkan hasil pengukuran dan perhitungan energi celah pita (Lampiran

6 dan Tabel 5), energi celah pita terbaik berada pada sampel C45T sebesar 2.2 eV.

Hal tersebut sesuai dengan literatur yang menyebutkan bahwa energi celah pita

13

CZTS berada pada kisaran 1.5–2.7 eV. Sedangkan pada sampel CZTS lainnya

diperoleh energi celah pita 3.8–4.0 eV. Nilai tersebut diperkirakan energi celah

pita senyawa ZnS. Hal ini didukung oleh literatur yang menyebutkan bahwa nilai

energi celah pita ZnS sekitar 3.58 eV (Markvart 2008). Semakin kecil nilai energi

celah pita suatu materi, maka akan semakin mudah materi tersebut mengkonversi

energi matahari menjadi energi listrik. Hal ini berkaitan dengan kemudahan

elektron bereksitasi dari pita valensi menuju pita konduksi. Nilai koefisien

absorpsi yang diperoleh pada sampel CZTS 2.74×103–9.48×10

3 cm

-1. Nilai

koefisien absorpsi yang paling mendekati literatur ialah nilai koefisein absorpsi

sampel C60H, sebesar 9.48×103 cm

-1. Sedangkan koefisein absorpsi literatur,

yaitu sebesar 1.0×104 cm

-1. Semakin besar nilai koefisien absorpsi maka energi

listrik yang dihasilkan akan semakin baik karena materi lebih mudah untuk

menyerap energi matahari. Jika energi matahari banyak terserap, elektron akan

lebih mudah tereksitasi ke pita konduksi dan akhirnya akan membuat aliran p-n

junction, yang nantinya akan menimbulkan arus listrik.

Tabel 5 Hasil analisis energi celah pita dengan spektrofotometer UV-Vis

Sampel Koefisien absorpsi

(cm-1

)

Energi celah pita

(eV)

C30H 5.28×103 3.8

C45H 2.74×103 3.7

C60H 9.48×103 4.0

C30T 3.47×103 3.9

C45T 3.11×103 2.2

C60T 3.88×103 3.8

Hasil Analisis Unsur Logam dengan AAS

Analisis kandungan unsur logam pada film CZTS bertujuan memastikan

film CZTS tersebut mengandung unsur-unsur logam penyusun senyawa

Cu2ZnSnS4. Analisis AAS dilakukan dengan cara sampel film tipis CZTS

dilarutkan dengan larutan HNO3 3 M sebanyak 25 mL. Tujuan penggunaan HNO3

3 M untuk melarutkan logam Cu, Zn, dan Sn yang terdapat dalam film CZTS.

Sampel yang sudah dilarutkan HN03 kemudian dianalisis unsur logam Cu, Zn, dan

Sn menggunakan AAS. Berdasarkan hasil analisis AAS, sampel film hasil

pengerasan suhu 180 dan 500 °C menunjukkan unsur Sn tinggi nilai

konsentrasinya dibandingkan unsur Cu dan Zn (Tabel 5). Berdasarkan hasil AAS

dapat dipastikan bahwa unsur logam penyusun senyawa Cu2ZnSnS4 seperti Cu, Zn,

dan Sn memang terdapat di dalam sampel film tersebut.

Hasil analisis kandungan unsur logam menggunakan AAS menunjukan

bahwa proses pembentukan film kristal CZTS telah berhasil, tetapi hasil ini

kurang sesuai dengan data dari hasil analisis difraksi sinar X. Konsentrasi unsur

logam Sn lebih tinggi paling tinggi dibandingkan dengan logam Cu dan Zn.

Seharusnya logam Cu memiliki konsentrasi yang lebih besar dibandingkan logam

Sn dan Zn. Hal ini dikarenakan nilai potensial reduksi Cu paling besar

dibandingkan Sn dan Zn. Nilai konsentrasi Sn yang tinggi bisa disebabkan karena

ikut terlarutnya lapisan timah pada kaca ITO ketika dilarutkan dengan HNO3.

14

Tabel 6 Hasil analisis unsur logam dengan AAS

Sampel Bobot

(mg)

[Cu]

(ppm)

[Zn]

(ppm)

[Sn]

(ppm)

Terukur Terkoreksi Terukur Terkoreksi Terukur Terkoreksi

Blanko 0.0000 -0.0389 0.0000 -0.0450 0.0000 -0.6000 0.0000

C30H 0.7500 0.4396 2.9307 0.2139 1.4260 0.1800 1.0000

C45H 0.8600 0.6662 3.8733 0.0733 0.4262 0.3400 1.9767

C60H 1.4500 0.8688 2.9961 0.1188 0.4097 0.2500 0.8621

C30T 1.5000 0.1719 0.5730 0.2008 0.6693 1.4300 4.7667

C45T 1.3000 1.7401 6.6927 0.0386 0.1485 1.7800 6.8462

C60T 1.4000 0.4478 1.5992 0.0633 0.2261 2.4400 8.7143

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Film CZTS yang terbentuk dari hasil pengerasan suhu 500 °C dengan waktu

elektrodeposisi 45 menit memiliki kriteria sifat fisik dan optik yang paling baik

dibandingkan sampel CZTS hasil pengerasan suhu 180 °C dengan waktu

elektrodeposisi 30, 45, dan 60 menit. Struktur kristal film CZTS yang didapat dari

hasil analisis XRD, yaitu kesterit dengan sistem kristal tetragonal dan puncak

tertinggi pada (112) dan (204). Ukuran tebal film yang didapat berdasarkan hasil

analisis SEM sekitar 1.228–6.366 µm. Hasil uji spektrofotometer UV-Vis

menunjukkan nilai energi celah pita terbaik yang didapat, yaitu pada sampel

C45T 2.2 eV. Nilai koefisien absorpsi sebesar yang diperoleh 2.74×103–9.48×10

3

cm-1

. Uji AAS menunjukkan konsentrasi unsur logam yang paling besar pada

semua sampel film CZTS, yaitu logam Sn. Film CZTS yang terbentuk sudah

sesuai dengan kriteria lapisan penyerap cahaya pada sel surya umumnya.

Saran

Film CZTS yang didapat belum seutuhnya berada pada satu fase Cu2ZnSnS4,

masih banyak terdapat fase sekunder yang dominan seperti Cu2S, ZnS, dan SnS.

Hal tersebut dapat diperbaiki dengan melakukan optimasi suhu pada saat

pengerasan film. Perlu dilakukannya perhitungan ukuran kristal. Semikonduktor

film CZTS juga masih dalam bentuk single junction dan masih dalam bentuk satu

lapisan, akan lebih baik lagi jika dibuat multijunction dengan penambahan

senyawa semikonduktor lain di beberapa lapisannya, sehingga energi celah pita

yang dihasilkan akan semakin kecil dan nilai efisensi dari semikonduktor akan

semakin besar.

15

DAFTAR PUSTAKA

Aissaoui O, Mehdaoui S, Bechiri L, Benabdeslem M, Benslim N, Amara A,

Mahdjoubi L, Nouet G. 2007. Syntheis and material properties of Cu-III-VI2

chalcopyrite thin films. J Phys D 40: 5663-5665. doi:

10.1016/j.physd.2007.01.005.

Hasan Z, Rani E. 2012. Rancang bangun konversi energi surya menjadi energi

listrik dengan model elevated solar tower. Jurnal Neutrino 2: 154-155.

Jun Z. 2011. Characterization of Cu2ZnSnS4 thin films prepared by sulfurization

of simultaneously evaporated alloy films. BATR 5: 51-53.

Khare A. 2012. Synthesis and characterization of copper zinc tin sulfide (CZTS)

nanoparticles and thin films [disertasi]. Twin Cities: University of

Minnesota.

Lin X, Kavalakkatt J, Kornhuber K, Levcenko S, Martha C, Steiner L, Ennaoui A.

2012. Structural and optical properties of Cu2ZnSnS4 thin film absorbers

from ZnS and Cu3SnS4 nanoparticle precursors. Thin Solid Films: 1-4.

doi: 10.1016/2012.10.034.

Markvart T, Luis C. 2008. Practical Handbook Photovoltaics: Fundamentals and

Applications. San Diego: Elsevier Science.

Pawar SM, Pawar BS, Moholkar AV, Choi DS, Yun JH, Moon JH, Kolekar SS,

Kim JH. 2010. Single step electrosynthesis of Cu2ZnSnS4 (CZTS) thin films

for solar cell application. Electrochimica Acta 55: 4057-4061. doi:

10.0013/2010/4686.

Pawar SM, Pawar BS, Gurav KV, Bae DW, Kwon SH, Kolekar SS, and Kim JH.

2012. Fabrication of Cu2ZnSnS4 thin film solar cell using single step

electrodeposition method. Japanese Journal of Appl Phys 51: 1-4. doi:

10.1143/JJAP.51.10NC27.

Piebalgs A, Potocnik J. 2009. Photovoltaic Solar Energy: Development and

Current Research. Hamburg: European Communities.

Reith P, Gerben H. 2012. Investigating electrodeposition to grow CATS thin film

for solar cell applicatipons [disertasi]. Twin Cities: University of

Minnesota.

Sarswat PK. 2012. Alternative methods to fabricate and evaluate copper zinc tin

sulfide based absorber layers on transparent conducting electrodes

[disertasi]. Utah: The University of Utah.

Todorov T, Wang K,Gunawan O, Shin B, Chey SJ, Bojarczuk NA, Mitzi D,

Guhaa S. 2010. Thermally evaporated Cu2ZnSnS4 solar cells. Appl Phys

Lett 1: 97-99. doi: 10.1063/1.3499284.

Wang H. 2011. Progress in thin film solar cells based on Cu2ZnSnS4.International

Journal of Photo Energy 1: 1-10. doi: 10.1155/IJP/2011/43213.

William H, John A. 2006. Elektromagnetika. Irham, penerjemah. Jakarta:

Erlangga. Terjemahan dari: Engineering Electromagnetics.

Xia J. 2012. Solution-Processed Metallic Conducting Polymer Films of

Optoelectronic Devices. Advanced Materials 24: 2436–2440. doi:

10.1002/adma.200304349.

16

Lampiran 1 Bagan alir penelitian

Pembersihan kaca ITO 500 Ω

Analisis XRD, SEM,

spektrofotometer UV-Vis, dan AAS

Elektrodeposisi film selama 30,

45, dan 60 menit

Pembuatan larutan elektrolit

Proses pengerasan pada suhu 180

dan 500 °C

Film amorf

Film kristal

CZTS

17

Lampiran 2 Difraktogram XRD

Difraktogram XRD C60H

Difraktogram XRD C60T


18

Lanjutan Lampiran 2




19

Lampiran 3 Difraktogram hasil analisis XRD menggunakan program Match 2




20

Lanjutan Lampiran 3




21

Lampiran 4 Hasil analisis XRD menggunakan program Match 2

22

Lanjutan Lampiran 4

23

Lampiran 5 Hasil analisis SEM

\

C30H C30T

C45H C45T

C60H C60T

24

Lampiran 6 Hasil analisis energi celah pita

Energi celah pita C30H Energi celah pita C30T



0,00E+00

1,00E+09

2,00E+09

3,00E+09

4,00E+09

5,00E+09

6,00E+09

7,00E+09

8,00E+09

0,00 2,00 4,00 6,00hv (eV)

α2

(cm

-2)

Eg =

3.8 eV

0,00E+00

1,00E+09

2,00E+09

3,00E+09

4,00E+09

5,00E+09

6,00E+09

7,00E+09

8,00E+09

9,00E+09

0,00 5,00

α2

(cm

-2)

hv (eV)

Eg =

3.9

eV

0,00E+00

2,00E+08

4,00E+08

6,00E+08

8,00E+08

1,00E+09

1,20E+09

1,40E+09

1,60E+09

0,00 2,00 4,00 6,00

α2

(cm

-2)

hv (eV)

Eg =

3.7 eV

0,00E+00

2,00E+09

4,00E+09

6,00E+09

8,00E+09

1,00E+10

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00

α2

(cm

-2)

hv (eV)

Eg =

2.2 eV

0,00E+00

5,00E+09

1,00E+10

1,50E+10

2,00E+10

2,50E+10

3,00E+10

0,00 2,00 4,00 6,00

α2

(cm

-2)

hv (eV)

Eg =

4.0 eV

0,00E+00

5,00E+09

1,00E+10

1,50E+10

2,00E+10

2,50E+10

3,00E+10

3,50E+10

4,00E+10

4,50E+10

5,00E+10

0,00 2,00 4,00 6,00

α2

(cm

-2)

hv (eV)

Eg =

3.8 eV

25

Lanjutan Lampiran 6

Energi celah pita C45T

0,00E+00

2,00E+09

4,00E+09

6,00E+09

8,00E+09

1,00E+10

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00

α2

(cm

-2)

hv (eV)

Eg = 2.2 eV

26

RIWAYAT HIDUP

Penulis lahir di Tangerang, 3 November 1990. Penulis merupakan anak

ketiga dari pasangan Endang Sanusi dan Elis Lisnawati. Pada tahun 2009, penulis

lulus dari SMAN 47 Jakarta dan melanjutkan studi di Departemen Kimia,

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan, Institut Pertanian Bogor melalui jalur

undangan seleksi masuk IPB (USMI). Selama masa kuliah, penulis aktif dalam

berbagai kegiatan, antara lain organisasi mahasiswa. Organisasi yang pernah

diikuti selama kuliah, yaitu anggota Divisi Pengembangan Sumber Daya

Mahasiswa Ikatan Mahasiswa Kimia (2010-2011). Selain itu, penulis pernah

menjadi asisten praktikum, antara lain Asisten Kimia Fisika Mayor dan Layanan

(2012-2013) dan Asisten Kimia Lingkungan (2013). Penulis juga pernah

melakukan praktik lapangan di Laboratorium Spektroskopi, Lembaga Minyak dan

Gas (LEMIGAS) dengan judul laporan Analisis Sifat Fisika Kimia Aditif

Combustion Booster pada Bahan Bakar Bensin Premium 88.

PEMBUATAN FILM TIPIS Cu2ZnSnS4 SEBAGAI...

Documents

Transcript of PEMBUATAN FILM TIPIS Cu2ZnSnS4 SEBAGAI...