PEMBUATAN SURFACE TEXTURINGKACAFLUORINE- … · redup, lapangkanlah dadanya dengan limpahan iman...

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

commit to user

PEMBUATAN SURFACE TEXTURINGKACAFLUORINE-

DOPED TIN OXIDE (FTO) MENGGUNAKAN TEKNIK DRY

ETCHING DENGAN VARIASI WAKTU UNTUK

MENINGKATKAN EFISIENSI DSSC

Disusunoleh:

LINDHA JAYANTI

M0211048

SKRIPSI

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

Januari, 2016


commit to user

i

PEMBUATAN SURFACE TEXTURINGKACAFLUORINE-

DOPED TIN OXIDE (FTO) MENGGUNAKAN TEKNIK DRY

ETCHING DENGAN VARIASI WAKTU UNTUK

MENINGKATKAN EFISIENSI DSSC

Disusunoleh:

LINDHA JAYANTI

M0211048

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian

persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

Januari, 2016


commit to user

ii


commit to user

iii


commit to user


commit to user

iv

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual Skripsi saya yang berjudul

“Pembuatan Surface Texturing Kaca Fluorine-doped Tin Oxide (FTO)

Menggunakan Teknik DryEtching dengan Variasi Waktu untuk Meningkatkan

Efisiensi DSSC” adalah hasil kerja saya dan sepengetahuan saya hingga saat ini

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 kecuali 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, 05Januari 2016

Lindha Jayanti


commit to user

v

MOTTO

Do’a Rabithah

“Ya Allah, sesungguhnya Engkau Maha Mengetahui bahwa hati-hati ini telah

berkumpul untuk mencurahkan mahabbah hanya kepada-Mu, bertemu untuk taat

kepada-Mu, bersatu dalam rangka menyeru ( dakwah di jalan)-Mu, maka

kuatkanlah ikatan pertaliannya, ya Allah, abadikanlah kasih sayangnya,

tunjukanlah jalannya, dan penuhilah dengan cahaya-Mu yang tidak akan pernah

redup, lapangkanlah dadanya dengan limpahan iman dan tawakal kepada-Mu,

hidupkanlah dengan marifah-Mu, dan matikanlah dalam keadaan syahid di jalan-

Mu. Sesungguhnya Engkau sebaik-baik pelindung dan sebaik-baik penolong.

Amin. Dan semoga sholawat serta salam selalu tercurahkan kepada muhammad,

kepada keluarganya, dan kepada semua sahabatnya”


commit to user

vi

PERSEMBAHAN

Karya ini penulis persembahkan untuk :

1. Allah SWT, Tuhan seluruh alam yang telah memberi rahmat, nikmat,

hidayah dan inayahNya kepada penulis.

2. Nabi Muhammad SAW yang selalu menjadi suri tauladan penulis.

3. Untuk Bapak, Ibu dan keluarga tersayang yang selalu memberi dukungan

dan doa.

4. Murobbiyah dan sahabat lingkaran yang selalu penulis rindukan

5. Teman-teman fisika 2011.

6. Untuk para pembaca yang menyukai bidang fisika energi khususnya

DSSC.


commit to user

vii

Pembuatan Surface Texturing Kaca Fluorine-doped Tin Oxide

(FTO)Menggunakan Teknik Dry Etching dengan Variasi Waktu untuk

Meningkatkan Efisiensi DSSC

Lindha Jayanti

Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,

Universitas Sebelas Maret

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pembuatan surface texturing

menggunakan teknik dry etching dengan plasma Argon pada kaca fluorine-doped

tin oxide (FTO). Penelitian awal menggunakan tegangan plasma etching yang

fluktuatif dengan range 296–376 Volt. Terdapat tiga sampel pada penelian ini,

yaitu sampel tanpa etching sebagai referensi, dan sampel dengan waktu plasma

etching 3 menit dan 10 menit. Karakterisasi menggunakan AFM diperoleh hasil

bahwa morfologi permukaan dan roughness sampel berubah. Karakterisasi

menggunakan spektrometer UV-Vis diperoleh hasil plasma etching dapat

meningkatkan transmitansi. Penelitian selanjutnya menggunakan tegangan 335-

336 V selama plasma etching. Di dalam penelitian ini, teknik dry etching

dilakukan dengan menggunakan holder berpola sebagai hard mask yang dipasang

diatas permukaan FTO untuk memfabrikasi Surface texturing.Ada dua jenis

sampel dalam penelitian ini, yaitu sampel berpola dan sampel tidak berpola. Hasil

karakterisasi menggunakan instrument SEM menunjukkan bahwa morfologi

sampel sedikit berubah setelah proses dry etching menggunakan holder berpola.

Sedangkan morfologi sampel tanpa pola hampir tidak berubah. Hasil karakterisasi

menggunakan spektrometer UV-Vis menunjukkan bahwa waktu dry etching pada

sampel berpola dapat meningkatkan transmitansinya. Hal ini mengindikasikan

adanya surface texturing pada sampelberpola. Sheet resistance pada sampel

berpola dengan waktu dry etching 3, 6 dan 10 menit adalah 0,813 ± 0,010 Ω/sq,

0,816 ± 0,011 Ω/sq dan 1,646 ± 0,035 Ω/sq.

Kata kunci: FTO, dry etching, transmitansi, SEM, sheet resistance


commit to user

viii

Fabrication ofSurface Texturing on Fluorine-doped Tin Oxide (FTO) Glass

using Dry Etching Technique with Time Variation to Enhance Efficiency of

DSSC

Lindha Jayanti

Physics Department, Faculty of Mathematics and Natural Sciences,

Sebelas Maret University

ABSTRACT

This research aim is to identify the manufacture of surface texturing using dry

etchingtechnique withArgon plasma on fluorine-doped tin oxide (FTO) glass.

Preliminary research used plasma etching fluctuating voltage with range of 296-

376 volts. There are three samples in this research, those aresamples without

etching as a reference sample, and samples with plasma etching time of 3 min and

10 min. The result of characterization using AFM instrument showed that the

surface morphology and roughness of sample changed. The results of

characterization using UV-Vis spectrometer confirm that plasma etching can

enhance the transmittance. Further study used voltage of 335-336 V for plasma

etching. In this research, the dry etching technique used patterned holder as a hard

mask which was mounted on the FTOsurface to fabricate surface texturing. Dry

etching times were varied for 3 min, 6 min and 10 min. There were two kinds of

sample in this research, those were patterned sample and not patterned sample.The

result of characterization using SEM showed thatmorphology of samples was little

changed after the dry etching process using patterned holder. Meanwhile,the

morphology of the samples without patternwere almost unchanged.The result of

characterization using UV-Vis spectrometer showed that the dry etching time on

the patterned samples can increase the transmittance. Theseindicate the surface

texturing of patterned samples. Sheet resistancesof thepatterned sample with the

dry etching time at3 min, 6 min, and 10 min are 0.813 ± 0.010 Ω / sq, 0.816 ±

0.011 Ω / sq and 1.646 ± 0.035 Ω / sq.

Keyword: FTO, dry etching, transmittance, SEM, sheet resistance.


commit to user

ix

KATA PENGANTAR

Puji syukur alhamdulillah penulis panjatkan kepada Allah SWT ataspenyusunan

skripsi sebagai bagian dari syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Sains ini yang

berjudul “Pembuatan Surface Texturing Kaca Fluorine-doped Tin Oxide (FTO)

Menggunakan Teknik DryEtching dengan Variasi Waktu untuk Meningkatkan

Efisiensi DSSC” dapat diselesaikan dengan baik.

Penulisan skripsi ini tidak lepas dari dukungan dan bantuan dari berbagai pihak.

Oleh karena itu pada kesempatan kali ini penulis menyampaikan penghargaan dan

terima kasih kepada :

1. Bapak Dr.Susilo Widodo selaku Kepala Pusat Sains dan Teknologi

Akselerator (PSTA) BATAN.

2. Bapak Ir. Slamet Santoso, M.Sc., selaku Ketua Bidang Fisika Partikel

(BFP) PSTA BATAN.

3. Bapak Dr. Fahru Nurosyid, S.Si, M.Si selaku Kepala Program Studi Fisika

FMIPA UNS.

4. Ibu Dr.Eng. Kusumandari,S.Si., M.Si selaku pembimbing Iyang selalu

membimbing dengan sabar, memberi pengarahan dan memberi nasehat

selama penulisan skripsi.

5. Bapak Drs. B.A. Tjipto Sujitno, M.T, APU selaku pembimbing II yang

selalu membimbing dengan sabar, memberi pengarahan dan memberi

nasehat selama penulisan skripsi.

6. Pak Irianto dan pak Sumarmo yang selalu membantu penulis dalam

menyelesaikan penelitian

7. Staff Fisika FMIPA UNS yang telah membantu dalam kelancaran

penyelesaian skripsi.

8. Kedua orang tua, mas, kakek dan segenap keluarga besar yang selalu

memberi dukungan serta doa agar penulis dapat menyelesaikan penulisan

skripsi.

9. Engkau yang selalu ku sebut dalam do’a

10. Sahabatku tercinta “Tyni Company” yang selalu memberikan dukungan

motivasi dan selalu mengingatkan penulis dikala sibuk beragenda di luar.

11. Jazakumullah Khairan Katsiran untuk murobbiyah yang selalu

memberikan ilmu dan motivasi

12. Sahabat-sahabat dilingkaran kecil yang selalu penulis rindukan

13. Sahabat seperjuangan dalam dakwah (Ar Ruhul Jadid, Garuda 2011, BIRO

AAI FMIPA UNS, BIRO AAI UNS, SKI FMIPA UNS)

14. Adik-adik binaan AAI penulis

15. Teman-teman Fisika 2011 yang memberi dukungan dan do’a.


commit to user

x

16. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebut satu persatu yang telah

membantu dalam penyelesaian penulisan skripsi.

Akhirnya, dengan segala kerendahan hati penulis menyadari masih banyak

terdapat kekurangan-kekurangan.Penulis berharap dari skripsi ini semoga dapat

bermanfaat.

Surakarta, 05 Januari 2016

Lindha Jayanti


commit to user

xi

HALAMAN PUBLIKASI

No Judul Penulis Jenis Publikasi

1 The study of FTO

surface texturing

fabrication using

Argon plasma

etching technique for

DSSC applications

Lindha Jayanti,

Kusumandari,

Tjipto Sujitno

Risa Suryana

Seminar International: 10th

International Joint Conference

On Chemistry (JCC 2015), 8

September 2015 (Poster

Presentation)

2 Pembuatan Surface

Texturing Pada Kaca

FTO Menggunakan

Teknik Dry Etching

Dengan Variasi

Waktu

Lindha Jayanti,

Kusumandari,

Tjipto Sujitno

Risa Suryana

Repository di:

http://diligib.mipa.uns.co.id/deta

ilartikel-2287, 03 Januari 2016


commit to user

xii

DAFTAR ISI

Halaman

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

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

HALAMAN PENGESAHAN .......................................................................... iii

HALAMAN PERNYATAAN .......................................................................... iv

HALAMAN MOTTO ....................................................................................... v

HALAMAN PERSEMBAHAN ...................................................................... vi

HALAMAN ABSTRAK ................................................................................. vii

HALAMAN ABSTRACT .............................................................................. viii

KATA PENGANTAR ...................................................................................... ix

HALAMAN PUBLIKASI ................................................................................ xi

DAFTAR ISI .................................................................................................... xii

DAFTAR TABEL .......................................................................................... xiv

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xv

DAFTAR SIMBOL ....................................................................................... xvii

DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................ xviii

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

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

1.2. Batasan Masalah .............................................................................. 3

1.3. Perumusan Masalah ......................................................................... 3

1.4. Tujuan Penelitian ............................................................................. 3

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

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

2.1. Dye sensitized Solar Cell (DSSC) ................................................................ 4

2.1.1. Material DSCC .......................................................................................... 5

2.1.2.1. Substrat ................................................................................................... 5

2.1.2.2. Titanium Dioksida (TiO2) ...................................................................... 5

2.1.2.3. Dye ......................................................................................................... 5

2.1.2.4. Elektrolit ................................................................................................. 6

2.1.2.5. Elektroda Lawan .................................................................................... 6

2.1.2. Prinsip Kerja DSSC .................................................................................. 6

2.2. Metode Light Trapping ................................................................................ 8

2.2.1. Antireflection Coating ............................................................................... 8

2.2.2. Surface Texturing ...................................................................................... 9

2.3. Metode Fabrikasi Surface Texturing .......................................................... 11

2.3.1. Wet Etching ............................................................................................. 11

2.3.2. Dry Etching ............................................................................................. 11

2.4. Karakterisasi FTO ...................................................................................... 15

2.4.1. Spektrophotometer UV-Vis ..................................................................... 15

2.4.2. Atomic Force Microscopy (AFM) ........................................................... 16

2.4.3. Scanning Electron Microscopy (SEM) ................................................... 17

2.4.4. Probe Empat Titik ................................................................................... 18


commit to user

xiii

Halaman

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ..................................................... 20

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian .................................................................... 20

3.2. Alat dan Bahan ........................................................................................... 21

3.3.1. Alat Penelitian ......................................................................................... 21

3.2.2. Bahan Penelitian...................................................................................... 22

3.3. Metodologi Penelitian ............................................................................... 23

3.2.1. Preparasi Sampel FTO ............................................................................ 23

3.2.2. Teknik Dry Etching ................................................................................. 23

3.2.2.1. Set up mesin plasma etching ................................................................ 23

3.2.2.2. Proses Pemvakuman............................................................................. 24

3.2.2.3. Proses Plasma Etching ......................................................................... 24

3.4.Karakterisasi ................................................................................................ 25

BAB IVHASIL DAN PEMBAHASAN ......................................................... 26

4.1. Pendahuluan ............................................................................................... 26

4.2. Proses plasma etching menggunakan range tegangan ( 296 – 376 V) ...... 26

4.3. Proses plasma etching tanpa pola dan dengan holderpola menggunakan

tegangan stabil ( 335-336 Volt)......................................................................... 29

4.3.1. Proses plasma etching tanpa pola ........................................................... 29

4.3.2. Proses plasma etchingholder berpola ..................................................... 34

4.3.3. Perbandingan mekanisme transmitansi cahaya pada struktur DSSC

dengan lapisan FTO tanpa etching, lapisan FTO dengan plasma etching tanpa

pola dan dengan holder berpola ........................................................................ 39

3.2.2.1. Perbandingan FTO tanpa etching dan proses plasma etching tanpa pola39

3.2.2.2. Perbandingan FTO tanpa etching dan proses plasma etching dengan

holder berpola ................................................................................................... 40

BAB VPENUTUP ............................................................................................ 44

5.1. Kesimpulan ................................................................................................ 44

5.2. Saran ........................................................................................................... 44

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 45

LAMPIRAN ..................................................................................................... 49


commit to user

xiv

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 4.1.Sheet resistansi FTO ......................................................................... 27

Tabel 4.2. Sheet resistansi FTO tanpa pola....................................................... 33

Tabel 4.3. Sheet resistance FTO dengan holder berpola .................................. 38


commit to user

xv

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Struktur Dye sensitized Solar Cell .................................. 5

Gambar 2.2. Prinsip Kerja DSSC ........................................................ 7

Gambar 2.3. Mekanisme Light Trapping metode surface texturing .... 8

Gambar 2.4. Pembentukan surface texturing pada sel surya silikon ... 9

Gambar 2.5. Perbandingan antara permukaan datar dan surface

texturing ........................................................................ 10

Gambar 2.6. Skema Mesin Plasma Etching ...................................... 12

Gambar 2.7. Bagian dalam tabung reaktor plasma etching ............... 13

Gambar 2.8. Foto pompa vakum rotary Edward seri 2 ...................... 14

Gambar 2.9. Foto mesin plasma etching ........................................... 15

Gambar 2.10. Skema cara kerja AFM ................................................ 17

Gambar 2.11. Skema mekanisme kerja probe empat titik ................... 18

Gambar 3.1. Diagram alir penelitian .................................................. 22

Gambar 3.2. Preparasi sampel sebelum proses plasma etching

dengan (a) Proses pembersihan kotoran (b) Proses

pencucian dan pembersihan (c) Proses pengeringan

(d) Proses pengamplasan (e) Proses penempatan

sampel dalam holder ..................................................... 23

Gambar 3.3. Set up mesin plasma etching sebelum dioperasikan ..... 24

Gambar3.4. Alat uji karakteristik (a) Probe empat titik PSTA-

BATAN (b) UV-Vis (FMIPA terpadu UNS) ................ 25

Gambar 4.1. Hasil AFM permukaan FTO ukuran 5 x 5 𝜇m dengan

tegangan fluktuatif (a) tanpa Plasma etching dan

dengan plasma etching (b) 3 menit dan (c) 10 menit .... 27

Gambar 4.2. Transmitansi sampel FTO tanpa plasmaetching, dan

dengan plasma etching selama 3 menit dan 10 menit ... 28

Gambar 4.3. Morfologipermukaan FTO (a) tanpa plasma etching

dan dengan plasma etching (b) 3 menit (c) 6 menit

dan (d) 10 menit tanpa pola hasil karakterisasi SEM .... 30

Gambar 4.4. Crossection permukaan FTO (a) tanpa plasma etching


dan (d) 10 menit tanpa pola hasil karakterisasi SEM .... 31

Gambar 4.5. Transmitansi sampel FTO tanpa plasma etching, dan

dengan plasma etching selam 3 menit, 6 menit dan 10

menit dengan tanpa pola................................................ 32

Gambar 4.6. Absorbansi sampel FTO tanpa etching, plasma

etching 3 menit, 6 menit dan 10 menit tanpa pola ........ 33

Gambar 4.7. (a) Foto holder, FTO dan Pola dan (b) Ukuran pola

dilihat dari mikroskop ................................................... 34


commit to user

xvi

Halaman

Gambar 4.8. Morfologipermukaan FTO (a) tanpa plasma etching


dan (d) 10 menit dengan holder berpola hasil

karakterisasi SEM ......................................................... 35

Gambar 4.9.Crossection permukaan FTO (a) tanpa plasma etching

dan dengan plasma etching (b) 3menit (c) 6 menit dan

(d) 10 menit dengan holder berpola hasil karakterisasi

SEM .............................................................................. 36

Gambar 4.10.Transmitansi sampel FTO tanpa plasma etching,

plasma etching 3 menit, 6 menit dan 10 menit dengan

holder berpola ............................................................... 37

Gambar 4.11.Absorbansi sampel FTO tanpa etching, plasma etching

3 menit, 6 menit dan 10 menit dengan holder berpola .. 38

Gambar 4.12. Transmitansi cahaya pada permukaan FTO (a) tanpa

plasma etching dan pada permukaan FTO hasil

plasma etching (b) tanpa pola dan (c) dengan holder

berpola ........................................................................... 39

Gambar 4.13. Ilustrasi proses terjadinya plasma etching FTO (a) ion

Ar menumbuk FTO (b) FTO mulai ter-etching (c)

Hasil akhir FTO yang ter-etching ................................. 40


commit to user

xvii

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Nilai/Satuan

Ketebalan lapisan

Sheet resistance

Konduktivitas

Jumlah elektron bebas

Muatan elektron -1,602 x 10-19

C

𝜇 Mobilitas elektron

𝜇 Grain boundary scattering

Ukuran butir

Massa efektif elektron

Grain boundary potensial barier

Konstanta Boltzmann 1,380658 x

10−23

JK−1

T Temperatur

Resistivitas listrik penghantar


commit to user

xviii

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1.Sheet Resistancerange tegangan 296 – 376 Volt........................... 49

Lampiran 2.Sheet Resistance tegangan stabil 335-336 Volt. ............................ 49

PEMBUATAN SURFACE TEXTURINGKACAFLUORINE- … · redup, lapangkanlah dadanya dengan limpahan iman...

Documents

Transcript of PEMBUATAN SURFACE TEXTURINGKACAFLUORINE- … · redup, lapangkanlah dadanya dengan limpahan iman...