1

PROPOSAL

PROGRAM PENELITIAN DOKTOR BARU (PDB)

DANA ITS TAHUN 2020

OPTIMASI LAPISAN TIPIS KARBON AMORF (a-C) BERBAHAN

DASAR GULA SIWALAN SEBAGAI SEL SURYA

Tim Peneliti:

Retno Asih, M.Si, Ph.D. (Departemen Fisika/ FSAD/ ITS)

Prof. Dr. Darminto, M.Sc. (Departemen Fisika/ FSAD/ ITS)

Dr. Malik Anjelh Baqiya, M.Si. (Departemen Fisika/ FSAD/ ITS)

DIREKTORAT PENELITIAN DAN PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

2020

2

DAFTAR ISI

Hal.

HALAMAN JUDUL .......................................................................................................... 1

DAFTAR ISI ....................................................................................................................... 2

DAFTAR TABEL ............................................................................................................... 3

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................................... 4

DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................................... 5

BAB I RINGKASAN PENELITIAN ......................................................................... 6

BAB II LATAR BELAKANG .................................................................................... 7

2.1. Latar Belakang Penelitian ........................................................................ 7

2.2. Rumusan Masalah Penelitian ................................................................... 8

2.3. Tujuan Penelitian ..................................................................................... 8

2.4. Urgensi Penelitian .................................................................................... 8

BAB III TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................. 10

3.1. Karbon Amorf .......................................................................................... 10

3.2. Lapisan Karbon Amorf sebagai Lapisan Sel Surya ................................... 12

3.3 Studi Hasil Penelitian Sebelumnya ........................................................... 13

3.4. Peta Jalan (Roadmap) Penelitian .............................................................. 14

BAB IV METODE ........................................................................................................ 17

4.1. Metode Penelitian .................................................................................... 17

4.2. Diagram Alir Penelitian ........................................................................... 21

4.3. Bagan Penelitian ...................................................................................... 22

BAB V JADWAL DAN ANGGARAN BIAYA ......................................................... 24

5.1. Jadwal Kegiatan ....................................................................................... 24

5.2. Anggaran Biaya ....................................................................................... 24

BAB VI DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 25

BAB VII LAMPIRAN .................................................................................................... 27

Biodata Tim Peneliti ....................................................................................... 27

Detail Rincian Anggaran Biaya ...................................................................... 30

3

DAFTAR TABEL

Hal.

Tabel 3.1 Perbandingan karakteristik karbon amorf (a-C), senyawa alotrop karbon dan

polyethylene ......................................................................................................

11

Tabel 3.2 Ringkasan dari studi penelitian sebelumnya terkait dengan penelitian yang

diusulkan ...........................................................................................................

13

Tabel 3.2 Kesesuaian usulan penelitian yang diajukan dengan roadmap Pusat Penelitian

ITS .....................................................................................................................

15

Tabel 4.1 Bagan penelitian terkait tahapan, luaran dan indikator capaian serta rincian

tugas anggota pengusul ......................................................................................

22

Tabel 5.1 Rincian jadwal pelaksanaan kegiatan dari proposal penelitian yang diajukan .. 24

Tabel 5.2 Rincian anggaran biaya yang diusulkan dalam penelitian ................................. 24

4

DAFTAR GAMBAR

Hal.

Gambar 3.1 Struktur karbon amorf (a-C) ......................................................................... 10

Gambar 3.2 Diagram fase terner dari sistem karbon-hidrogen amorf ............................. 11

Gambar 3.3 Perkembangan teknologi fotovoltaik ............................................................ 15

Gambar 3.4 Klasifikasi sel surya berdasarkan material aktif yang digunakan ................. 16

Gambar 4.1 Ilustrasi lapisan dari jenis sambungan (a) p-i, (b) i-n and (c) p-i-n ………… 18

Gambar 4.2 Skema Four Point Probe ………………………………………………….. 19

Gambar 4.3 Rangkaian untuk pengukuran I dan V pada pengamatan efek fotovoltaik

dari lapisan a-C …………………………………………………………….

20

Gambar 4.4 Diagram alir penelitian ................................................................................. 21

5

DAFTAR LAMPIRAN

Hal.

Lampiran 1 Biodata Tim Peneliti ..................................................................................... 27

Lampiran 2 Rincian Anggaran Biaya …………………………………………………... 30

6

BAB I

RINGKASAN PENELITIAN

Keterbatasan fabrikasi dan biaya yang mahal dalam penggunaan silikon (Si) sebagai sel

fotovoltaik mendorong dikembangkannya material semikonduktif alternatif yang lebih murah dan

ramah lingkungan, diantaranya adalah bahan semikonduktor berbasis karbon. Salah satu alotrop

karbon yang banyak dikembangkan sebagai lapisan tipis semikonduktif adalah karbon amorf (a-

C). Keberadaan hibridisasi campuran sp2 dan sp3 menjadikan a-C memiliki rentang celah pita

(band gap) yang lebar yakni antara 0,0 - 5,5 eV. a-C memiliki sifat diantara grafit dan intan yang

mana sifat tersebut dapat dikontrol dengan mengatur rasio sp2/ sp3. Merujuk pada keunggulan sifat

ini, berbagai metode banyak dikembangkan, termasuk dengan mensintesis a-C dari biomassa dan

bioproduk. Pada usulan penelitian ini, lapisan a-C disiapkan dari bahan dasar nira siwalan (lontar)

yang merupakan salah satu bioproduk lokal Indonesia. Letak geografis Indonesia yang berada di

khatulistiwa mendukung dikembangkannya sel surya sebagai alternatif pemenuhan kebutuhan

energi terutama di daerah-daerah yang sulit sumber listrik. Oleh karena itu, usulan penelitian ini

mencoba untuk menginvestigasi parameter terbaik dalam usaha pegembangan lapisan a-C

berbasis gula siwalan sebagai sel fotovoltaik. Lapisan a-C akan didoping dengan Boron (B) dan

Nitrogen (N) untuk mendapatkan semikonduktor ekstrinsik tipe-p (a-C:B) dan tipe-n (a-C:N),

yang selanjutnya akan digunakan untuk membuat berbagai jenis sambungan (junction) guna

mendapatkan performa sel fotovoltaik yang lebih baik. Selain analisa struktur lapisan a-C

menggunakan XRD, FTIR, SEM-EDS, PES dan XAS, detail analisis pada sifat optik dan listrik

juga akan dilakukan menggunakan UV-Vis, spektroskopi ellipsometer dan metode four point

probe. Karakteristik fotovoltaik juga diinvestigasi dengan mengamati respon perubahan arus (I)

dan tegangan (V) saat dan tanpa penyinaran. Topik dari usulan penelitian ini merupakan fokusan

terkini dalam pengembangan fotovoltaik generasi teknologi multi-junction berbasis bahan

organik. Usulan penelitian ini juga sesuai dengan topik dan roadmap dari 3 pusat penelitian di

ITS, yaitu (i) pusat penelitian material maju dan teknologi nano, (ii) pusat penelitian sains

fundamental, dan (iii) pusat penelitian energi berkelanjutan. Penelitian ini juga diharapkan dapat

mendorong kolaborasi internasional dengan lembaga riset semisal SLRI Thailand (untuk

pengukuran PES) dan NUS Singapura (untuk pengukuran XAS dan Ellipsometer). Target luaran

dari usulan penelitian ini adalah publikasi satu artikel pada jurnal international terindeks Scopus

berkategori minimal Q2.

Kata kunci: karbon amorf, semikonduktor, fotovoltaik, sel surya

7

BAB II

LATAR BELAKANG

2.1. Latar Belakang Penelitian

Penggunaan bahan semikonduktor mengalami perkembangan yang pesat dan menjadi

topik yang banyak diteliti dalam perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi. Salah satu bahan

semikonduktor yang populer digunakan adalah silikon (Si), yang umumnya dimanfaatkan dalam

komponen sel surya maupun komponen elektronik lainnya seperti transistor, dioda, dan IC

(Integrated Circuit). Meskipun memiliki konversi energi yang tinggi, sel surya berbasis Si

memiliki keterbatasan fabrikasi dan biaya yang mahal. Selain itu, penggunaan Si pada periode

waktu yang lama dapat mengalami proses degradasi yang membatasi masa pakai dan stabilitasnya.

Hal ini mendorong peneliti mencari alternatif pengganti Si untuk mendapatkan bahan yang murah

dan memiliki efisiensi serta kualitas yang mampu menandinginya. Salah satu alternatif yang

menjanjikan adalah karbon (C). Dalam tabel periodik, C dan Si berada pada golongan yang sama

sehingga keduanya memiliki kemiripan dalam sifat dan struktur ikatan. Karbon merupakan unsur

yang berlimpah dan berbagai alotropnya telah dikenal memiliki sifat-sifat unggul yang berpotensi

dimanfaatkan dalam berbagai aplikasi.

Salah satu alotrop karbon yang saat ini mendapat perhatian cukup besar untuk diteliti lebih

lanjut karena sifatnya yang unik dan menarik adalah karbon amorf (a-C). Karakteristik dari a-C

dapat dirancang pada rentang yang luas, yang menjadikannya mampu diaplikasikan dalam bidang

semikonduktor. a-C memiliki daerah rentang celah pita yang lebar yakni antara 0,0 - 5,5 eV.

Struktur ikatan a-C tersusun atas campuran antara hibridisasi sp2 dan sp3, yang membuatnya

memiliki sifat diantara grafit (100% sp2) dan intan (100% sp3). Menariknya, ratio antara ikatan

karbon sp2 dan sp3 pada a-C dapat dikendalikan. Ketika jumlah hibridisasi sp3 lebih besar dari pada

sp2, maka a-C akan bersifat insulatif sebagaimana intan. Sebaliknya, a-C akan bersifat konduktif

ketika jumlah hibridisasi sp2 lebih besar dari pada sp3 [1-3].

Upaya penelitian terhadap pembuatan semikonduktor berbasis karbon telah berkembang

dalam dekade terakhir [4-19]. Alotrop karbon yang digunakan sebagai sel fotovoltaik

menunjukkan perkembangan nilai efisiensi konversi energi. Penelitian terkait pembuatan senyawa

karbon, termasuk a-C, dari bahan alam juga telah dilakukan [20, 21]. a-C yang dihasilkan dari

bioproduk berupa nira kelapa, nira siwalan, legen dan gula merah menunjukan sifat semikonduktif

yang memungkinkan untuk dikembangkan sebagai sel fotovoltaik. Di Indonesia, bioproduk

tersebut merupakan salah satu produk lokal yang cukup mudah didapat karena pohon lontar dan

kelapa tumbuh dengan baik di beberapa wilayah termasuk pulau Jawa. Hal ini dapat menjadi salah

8

satu potensi dalam mengembangkan bahan semikonduktor berbasis a-C dari produk lokal yang

murah dan ramah lingkungan. Selain itu, letak geografis Indonesia yang berada di khatulistiwa

juga mendukung dikembangkannya sel surya sebagai alternatif pemenuhan kebutuhan energi

terutama di daerah-daerah yang sulit sumber listrik. Oleh karena itu, usulan penelitian ini mencoba

untuk menginvestigasi parameter terbaik dalam usaha pegembangan lapisan a-C berbasis gula

siwalan sebagai sel fotovoltaik. Dalam penelitian ini, lapisan a-C akan didoping dengan Boron

dan Nitrogen untuk mendapatkan semikonduktor ekstrinsik tipe-p dan n, yang selanjutnya akan

digunakan untuk membuat berbagai jenis sambungan (junction) guna mendapatkan performa sel

fotovoltaik yang lebih baik.

2.2. Rumusan Masalah Penelitian

Perumusan masalah yang harus diselesaikan dalam usulan penelitian ini adalah:

1) Bagaimana preparasi lapisan karbon amorf (a-C) semikonduktif dari bioproduk gula

siwalan?

2) Bagaimana pengaruh konsentrasi doping Boron dan Nitrogen pada struktur dan sifat

lapisan a-C?

3) Bagaimanakah jenis sambungan (junction) yang mampu menghasilkan karakteristik

fotovoltaik yang lebih baik?

2.1. Tujuan Penelitian

Berdasarkan rumusan masalah tersebut, tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:

1) Untuk mendapatkan lapisan a-C semikonduktif dari bioproduk gula siwalan

2) Untuk mengetahui pengaruh pendopingan Boron dan Nitrogen pada struktur dan sifat

lapisan a-C

3) Untuk mengetahui jenis sambungan dari lapisan karbon amorf yang paling baik dalam

menghasilkan karakteristik fotovoltaik

2.4 Urgensi Penelitian

Usulan penelitian ini mendukung Rencana Strategis (RENSTRA) Penelitian ITS 2020-

2024, dan termasuk dalam topik penelitian pada roadmap 3 pusat penelitian di ITS, yaitu (i) pusat

penelitian material maju dan teknologi nano, (ii) pusat penelitian sains fundamental, dan (iii) pusat

penelitian energi berkelanjutan. Karbon amorf (a-C) memberikan potensi luas untuk digunakan

sebagai lapisan sel surya berbahan organik non-silikon karena memiliki celah pita (band gap)

yang lebar serta sifatnya dapat dikontrol dengan mengatur komposisi hibridisasi sp2/sp3. Struktur

9

ikatan karbon memungkinkan a-C untuk didoping baik dengan boron ataupun nitrogen untuk

membuat semikonduktor tipe-p atau tipe-n. Dengan demikian, persimpangan p-n (p-n junction)

dapat dibuat dari lapisan a-C untuk memunculkan karakteristik fotovoltaik yang merupakan dasar

dari sel surya. Pengembangan sel fotovoltaik merupakan solusi realistis bagi pemenuhan

kebutuhan energi di beberapa wilayah Indonesia. Topik penelitian ini juga merupakan fokusan

terkini yaitu dalam teknologi fotovoltaik heterojunction dan berbasis pada bahan organik. Usulan

penelitian ini juga mendukung pengembangan sains fundamental yaitu dalam mempelajari

mekanisme perubahan celah pita energi dan konduktivitas listrik yang diinduksi oleh perubahan

struktur lokal lapisan a-C. Selain itu, pemanfaatan bahan dasar berupa gula siwalan yang

merupakan produk lokal Indonesia (bio-product) dapat menjadi upaya peningkatan potensi bahan

alam sebagai bahan semikonduktor yang murah dan ramah lingkungan.

10

BAB III

TINJAUAN PUSTAKA

3.1 Karbon Amorf

Karbon amorf (a-C) merupakan salah satu jenis alotropik karbon padatan nonkristalin.

Keteraturan posisi atom karbonnya tidak berjangkauan panjang, melainkan keteraturannya hanya

dapat diamati dalam jangkauan pendek. Struktur karbon amorf diilustrasikan seperti pada Gambar

3.1. Karbon amorf mengandung campuran ikatan sp2 dan sp3 dengan sedikit bukti adanya ikatan

sp1. Oleh karena itu, karbon amorf dapat dianggap sebagai struktur antara grafit (100% ikatan sp2)

dan intan (ikatan 100% sp3), dan menunjukkan beberapa karakter keduanya, tergantung pada

fraksi sp2/sp3 [1]. Karena karbon amorf secara termodinamika berada dalam keadaan metastabil

dan rasio sp2/sp3 merupakan variabel, maka sifat karbon amorf sangat bervariasi tergantung pada

metode dan kondisi pembentukannya. Rasio yang berbeda akan menunjukkan sifat mekanik,

listrik, dan optik yang sangat berbeda juga. Ketika rasio sp3 lebih besar maka dapat disebut karbon

amorf tetrahedral (ta-C) atau karbon seperti intan. Karbon amorf tetrahedral bersifat keras,

transparan, merupakan isolator listrik serta memiliki kepadatan yang lebih tinggi dari a-C [2].

Gambar 3.1. Struktur karbon amorf (a-C) [1].

Gambar 3.2 menyajikan diagram fase terner dari sistem karbon-hidrogen amorf, dengan

masing-masing sisi mewakili persentase karbon sp2, karbon sp3, dan hidrogen. Sisi kiri diagram

menunjukkan variasi kandungan sp2/sp3 untuk lapisan karbon dengan kandungan hidrogen 0%,

sehingga dikenal sebagai lapisan karbon amorf nonterhidrogenasi. Sudut kiri bawah diagram fase

menunjukkan ikatan 100% sp2 yang dimiliki oleh grafit serta glassy carbon. Sputtered a-C

memiliki lebih sedikit kandungan sp2 dibandingkan grafit dan glassy carbon. Dengan

meningkatnya jumlah ikatan sp3, lapisan a-C mulai menunjukkan sifat seperti intan. Oleh karena

itu, lapisan a-C yang mengandung sejumlah besar ikatan sp3 disebut sebagai diamond-like carbon

11

(DLC). DLC memiliki beberapa sifat yang hampir sama seperti intan seperti kekerasan dan

modulus elastisitasnya. Namun pembentukan DLC membutuhkan biaya yang relatif lebih murah

dibandingkan dengan pembentukan intan dan memiliki banyak keunggulan untuk berbagai macam

aplikasi [3].

Gambar 3.2 Diagram fase terner dari sistem karbon-hidrogen amorf [1].

Tabel 3.1 Perbandingan karakteristik karbon amorf (a-C), senyawa alotrop karbon dan

polyethylene [3].

Prosentase

sp3 (%)

Prosentase H

(%)

Densitas

(g.cm-3)

Energi gap

(eV)

Kekerasan

(GPa)

Diamond 100 0 3,515 5,5 100

Grafit 0 0 2,267 0

C-60 0 0 1,6

Glassy C 0 0 1,3 – 1,55 0,01 3

Evaporated C 0 0 1,9 0,4 – 0,7 3

Sputtered C 5 0 2,2 0,5

ta-C 80 -88 0 3,1 2,5 80

a-C:H hard 40 30 - 40 1,6 – 2,2 1,1 – 1,7 10 – 20

a-C:H soft 60 40 - 50 1,2 – 1,6 1,7 - 4 <10

ta-C:H 70 30 2,4 2,0- 2,5 50

polyethylene 100 67 0,92 6 0,01

Sudut kanan bawah pada diagram fase menunjukkan adanya hidrogen. Kandungan hidrogen juga

memainkan peran penting dalam menentukan sifat lapisan tipis a-C. Atom hidrogen

dimungkinkan masuk ke dalam struktur a-C dan membentuk karbon amorf terhidrogenasi (a-C:H)

[2]. Lapisan tipis a-C:H yang memiliki kandungan 40-60% H dikenal sebagai polymer-like a-C:H

12

(PLCH). Sedangkan lapisan tipis a-C:H dengan kandungan hidrogen menengah (20-40%) dan

memiliki rasio sp3 yang relatif lebih tinggi daripada PLCH disebut sebagai DLC terhidrogenasi.

Lapisan a-C:H yang memiliki kandungan hidrogen rendah (10-20%) dikenal sebagai graphite-like

a-C:H (GLCH). Perbandingan karakteristik karbon amorf, senyawa alotrop karbon dan

polyethylene ditinjau dari ikatan sp3, H, densitas, energi gap dan kekerasannya disajikan pada

Tabel 3.1.

3.2 Lapisan Karbon Amorf sebagai Lapisan Sel Surya

Karbon amorf merupakan kandidat potensial untuk aplikasi sel surya karena sifat

semikonduktornya. Karbon amorf memiliki celah pita yang lebar yakni antara 0,0 - 5,5 eV, serta

rasio ikatan karbon sp2 dan sp3 dapat diatur. Hal ini memungkinkan kemampuan yang luas dari

sifat optik, yang mengarah pada efisiensi penyerapan sinar matahari yang sebanding dengan

silikon amorf. Karbon amorf memiliki keunggulan dibandingkan silikon konvensional dalam

fotovoltaik karena penggunaan silikon pada periode waktu yang lama dapat mengalami proses

degradasi yang membatasi masa pakai dan stabilitasnya. Sementara karbon amorf memiliki

keunggulan lebih lanjut seperti biaya rendah, stabilitas udara, ketahanan termal yang lebih tinggi,

penyerapan cahaya yang sangat baik, dan sifat elektronik yang dapat diatur secara luas [4]. Selain

itu lapisan karbon amorf dapat dideposisikan pada suhu ruang menggunakan teknik deposisi yang

sederhana. Hal ini menjadikan karbon amorf sebagai alternatif pilihan untuk membuat lapisan

tipis sel surya [5].

Proses perubahan energi cahaya matahari menjadi energi listrik dapat berlangsung pada

material semikonduktor yang mempunyai dua area yang berbeda, dimana satu area mempunyai

kelebihan elektron dan area yang lain kekurangan elektron, yang tidak lain adalah pn-junction.

Suatu sistem untuk mentransfer radiasi matahari atau energi cahaya menjadi energi listrik disebut

photovoltaic (PV), dimana sistem ini bekerja dengan prinsip efek fotovoltaik. Efek fotovoltaik

didefinisikan sebagai suatu fenomena munculnya voltase listrik akibat kontak dua elektroda yang

dihubungkan dengan sistem saat diletakkan dibawah energi cahaya. Ketika foton dari energi

matahari mengenai permukaan sel fotovoltaik, maka foton tersebut dapat dibiaskan, diserap,

ataupun diteruskan menembus sel. Foton yang diserap oleh sel fotovoltaik inilah yang akan

memicu timbulnya energi listrik, dimana foton dengan tingkat energi tertentu akan membebaskan

elektron dari ikatan atomnya sehingga mengalirlah arus listrik. Tingkat energi tertentu yang

dimaksud adalah energi gap [6].

Saat ini karbon telah banyak dikembangkan dan diaplikasikan dalam berbagai perangkat

optoelektronik seperti sel fotovoltaik [7]. Salah satu karakteristik penting dari bahan

13

optoelektronik adalah memiliki celah pita langsung (direct band gap), sehingga memungkinkan

terjadinya transisi elektron antara pita valensi dan pita konduksi tanpa adanya intervensi fonon.

Sejak ditemukannya fenomena transfer elektron dari polimer konduktif ke fullerene dengan proses

ultra-fast photoinduction, maka telah diprediksi secara teoritis dan eksperimen bahwa material

fullerenes (C-60) menunjukkan struktur semikonduktor tipe-n dengan celah pita langsung karena

memiliki struktur kristal face center cubic (fcc) yang padat, sehingga dapat menghasilkan

mobilitas elektron tinggi [8]. Carbon Nanotube (CNT) umumnya ditemukan sebagai

semikonduktor tipe-p dengan mobilitas tinggi. Semua struktur pita CNT memiliki celah pita

langsung dan energi gap sekitar 0,5 eV. Penggabungan CNT dari berbagai diameter dan kiralitas

dapat menghasilkan respons kontinu pada rentang spektrum cahaya yang lebih luas, sehingga

kemampuannya dalam fotovoltaik lebih optimum. Saat ini banyak dikembangkan heterojunctions

berbasis CNT karena memiliki struktur geometri yang unik, sifat elektronik, termal, dan mekanik

yang sangat baik. Lapisan tipis grafena dengan tebal 10 nm yang direduksi dari oksida grafit secara

termal memiliki konduktivitas 550 S/cm dan transparansi lebih dari 70% pada rentang panjang

gelombang 1000 - 3000 nm. Graphene nanoribbons (GNRs) memiliki dua konfigurasi, yaitu

zigzag atau armchair yang menunjukkan tipe konduksi. Dimana GNRs zigzag selalu bersifat

logam, sedangkan GNRs armchair dapat bersifat logam atau semikonduktor. Energi gap GNRs

armchair dapat diatur dan nilainya berbanding terbalik dengan lebar, semisal energi gap GNRs

dengan lebar 15 nm adalah sekitar 0,2 eV [8]. Penggunaan karbon amorf sebagai lapisan sel surya

telah dikembangkan dalam beberapa tahun terakhir [9-21]. Selain menggunakan karbon

komersial, studi pendahuluan terkait sintesis karbon amorf dari biomassa dan bioproduk juga telah

dilakukan [20, 21]. Meskipun riset terkait lapisan karbon aktif dari tempurung kelapa, nira dan

gula kelapa telah diinisiani, akan tetapi studi mendetail mengenai efek fotolistrik dan sifat

kelistrikannya belum dilakukan.

3.3 Studi Hasil Penelitian Sebelumnya

Ringkasan mengenai beberapa penelitian sebelumnya terkait dengan tema penelitian yang

diusulkan disajikan pada Tabel 3.2.

Tabel 3.2 Ringkasan dari studi penelitian sebelumnya terkait dengan penelitian yang diusulkan

No. Studi pendahulu Ringkasan

1. Ma dkk., 2001 [9] Lapisan tipis karbon menyerupai intan (DLC) berhasil dibuat

diatas substrat n-silikon dengan menggunakan teknik PCVD.

Hasil pengujian fotovoltaik menunjukan bahwa efisiensi

14

konversi energi dari divais in sekitar 7,9% pada 1,5 AM dan

disinari 100 mW/cm2.

2. Zhou dkk. 2002 [10] Karakteristik fotovoltaik teramati pada lapisan tipis karbon

nitrit (a-CNx) pada substrat ITO

3. Veerappan dkk. 2012

[11]

Dye sensitized solar cells (DSCs) yang difabrikasi dengan

elektroda karbon amorf menghasilkan efisiensi konversi

energi yang sebanding dengan DSCs dengan elektroda Pt

4. Silva dkk. 2011 [12] a-C dan a-C:H berpotensi untuk digunakan sebagai coating

pada sel surya kristallin silikon

5. Tian dkk. 2003 [13] Lapisan karbon amorf didoping boron (a-C:B) menunjukan

fitur fotovoltaik dengan efesiensi sekitar 0.3%

6. Han dkk. 2007 [14] Penambahan lapisan karbon amorf ta-C:B pada silikon amorf

a-Si:H dapat meningkatkan performa sel fotovoltaik

7. Ismail dkk. 2014 [15] a-C/Si yang disipakan melalui proses anelling cepat memiliki

efisiensi konversi energi yang lebih baik dari pada a-C/Si yang

disiapkan dengan proses anelling normal

8. Cui dkk. 2012 [16] Graphitic a-C pada subtrat nikel menjanjikan sebagai sel surya

berbasis karbon yang sederhana dan murah

9. Rusop dkk. 2005 [17] a-C terdoping nitrogen (a-C:N) yang disiapkan melalui PLD

dengan variasi tekanan parsial nitrogen menunjukan

karakteristik fotovoltaik dimana nilai efisiensi konversi energi

meningkat dengan meningkatnya tekanan parsial yang

digunakan.

10. Pamungkas dkk. 2019

[20]

a-C yang disintesis dari bioproduk (nira kelapa, nira siwalan,

gula kelapa) memiliki sifat listrik dan lebar celah pita pada

rentang semikonduktor

11. Mukharomah dkk.

2019 [21]

Lapisan a-C yang disintesis dari nira siwalan memiliki

keadaan hibridisasi campuran dan band gap dalam rentang

material semikonduktor

3.4 Peta Jalan (Road Map) Penelitian

Usulan penelitian ini mendukung Rencana Strategis (RENSTRA) Penelitian ITS 2020-

2024, dan termasuk dalam topik penelitian pada roadmap 3 pusat penelitian di ITS, yaitu (i) pusat

15

penelitian material maju dan teknologi nano, (ii) pusat penelitian sains fundamental, dan (iii) pusat

penelitian energi berkelanjutan. Kesesuaian usulan penelitian dengan roadmap pusat penelitian

dapat dilihat pada Tabel 3.2.

Tabel 3.2 Kesesuaian usulan penelitian yang diajukan dengan roadmap Pusat Penelitian ITS

Pusat Penelitian ITS Topik Penelitian Roadmap tahun 2020

Material Maju dan

Teknologi Nano

Topik Unggulan Solar cell & solar fuel

Teknologi pengolahan mineral

strategis berbahan baku lokal

Pengembangan sel surya berbasis

non silikon

Sains Fundamental

Teknologi pengolahan mineral

strategis berbahan baku lokal

dan eksplorasi potensi material

baru

Pengembangan material

fungsional berbahan baku lokal,

Pengembangan produk energetik

material

Energi Berkelanjutan Energi surya Kajian solar cell berbahan

organik

Peta jalan dalam bidang penelitian ini disajikan pada Gambar 3.3. Di generasi awal

(generasi 1 dan 2), perkembangan teknologi fotovoltaik berfokus pada silikon dan lapisan tipis a-

Si. Sedangkan saat ini (generasi ke-3) teknologi fotovoltaik beralih ke hetero junction.

Gambar 3.3 Perkembangan teknologi fotovoltaik. (Gambar diadaptasi dari ref. [22]).

Fokus usulan penelitian

16

Ditinjau dari segi materialnya, perkembangan sel surya/ sel fotovoltaik juga telah beralih ke

material-material baru seperti dye (DSSC), colloidal quintum dot semisal CNT, perovskit dan

organik. Merujuk pada hal ini maka usulan penelitian mengenai aplikasi lapisan a-C berbasis

bioproduk (gula siwalan) dengan variasi jenis sambungan sebagai sel surya merupakan topik

terkini yang sedang dikembangkan dalam peta jalan penelitian teknologi fotovoltaik.

Gambar 3.4 Klasifikasi sel surya berdasarkan material aktif yang digunakan.

(Gambar diadaptasi dari ref. [23]).

Fokus usulan penelitian

17

BAB IV

METODE

4.1. Metode Penelitian

Metode dari setiap tahapan penelitian diuraikan sebagai berikut

1. Persiapan Alat dan Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain gula siwalan, asam borat

(H3BO3), ammonium hidroksida (NH4OH), larutan DMSO (Dimethyl Sulfoxide), alkohol, dan

aquades. Alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain crucible 50 ml, furnace, mortar

dan alu, spatula, gelas beker, neraca digital O’Hauss, ultrasonic cleaner, kertas saring, gelas

ukur, tabung reaksi, luxmeter, sentrifuge, hotplate, dan nanospray.

2. Sintesis serbuk karbon amorf (a-C)

Sintesis serbuk karbon dilakukan dengan cara memanaskan gula siwalan yang masih cair

menggunakan hotplate pada temperatur suhu 100°C dan distirrer dengan kecepatan 200 rpm

sampai strukturnya mengental membentuk karamel. Selanjutnya, karamel yang terbentuk

dipanaskan dengan menggunakan furnace pada suhu 250°C selama 2,5 jam sehingga terbentuk

karbon. Serbuk karbon hasil pemanasan tersebut dicuci dengan aquades yaitu dengan cara

diultrasonik menggunakan ultrasonic cleaner selama 30 menit, dan disaring. Proses ini

berulang sebanyak 3 kali, kemudian serbuk hasil penyaringan terakhir dikeringkan dan

ditumbuk menggunakan mortar sehingga dihasilkan serbuk karbon yang halus.

3. Sintesis larutan karbon amorf (a-C)

Sintesis larutan karbon dilakukan dengan melarutkan serbuk karbon kedalam campuran

larutan DMSO (Dimethyl Sulfoxide) dan aquades, dengan perbandingan 1:10. Pada sampel

dengan doping B (a-C:B) dan N (a-C:N), sebelumnya perlu dilakukan proses pendopingan

terlebih dahulu. Pada pendopingan B, asam borat (H3BO3) dilarutkan terlebih dahulu ke dalam

aquades pada suhu 170°C. Karbon dicampurkan ke dalam larutan asam borat tersebut dengan

rasio mol untuk B dan C divariasikan sebesar 1:5, 1:10, 1:15 dan 1:20. Pencampuran dilakukan

dengan cara distirrer pada suhu 300°C dengan kecepatan 200 rpm hingga sampel mengering.

Pada pendopingan nitrogen, karbon dilarutkan ke dalam 1 M NH4OH dengan rasio mol untuk

N dan C divariasikan sebesar 1:5, 1:10, 1:15 dan 1:20. Pencampuran tersebut dilakukan

menggunakan hotplate pada suhu 150°C dan distirrer dengan kecepatan 200 rpm hingga

sampel mengering. Setelah itu, serbuk hasil pendopingan dilarutkan ke dalam campuran

DMSO (Dimethyl Sulfoxide) dan aquades dengan perbandingan 1:10, larutan tersebut

18

diultrasonik selama 2 jam. Selanjutnya dilakukan proses sentrifugasi dengan menggunakan

alat sentrifuge yang dilakukan selama 45 menit dengan kecepatan 3500 rpm sehingga

dihasilkan larutan karbon.

4. Pembuatan lapisan karbon amorf (a-C)

Pembuatan lapisan karbon dilakukan dengan mendeposisikan larutan karbon diatas

substrat kaca ITO. Kaca ITO yang digunakan berukuran 2x1 cm2. Sebelum dilakukan proses

deposisi, kaca ITO dibersihkan terlebih dahulu dengan cara dicuci dengan alkohol

menggunakan ultrasonic cleaner selama 1 jam dan dikeringkan. Larutan karbon dilapiskan

diatas kaca ITO dengan menggunakan metode nanospray. Jarak spray dengan substrat sebesar

5 cm dan waktu deposisi divariasikan selama 5, 10, 15 dan 20 detik. Pembuatan lapisan ini

dilakukan membentuk lapisan karbon amorf tanpa doping (a-C), karbon amorf dengan doping

nitrogen (a-C:N), dan karbon amorf dengan doping boron (a-C:B).

5. Pembuatan lapisan karbon amorf dengan variasi jenis sambungan

Untuk membuat variasi jenis sambungan digunakan larutan a-C sebagai bahan

semikonduktor instrinsik (tipe-i), larutan a-C:N sebagai bahan semikonduktor tipe-n dan

larutan a-C:B sebagai bahan semikonduktor tipe-p. Setengah bagian dari substrat ITO yang

berukuran (2x1) cm2 dilapisi dengan plastisin agar tidak terlapisi a-C. Pada bagian sisi yang

lain dideposisi a-C untuk lapisan pertama dengan menggunakan teknik nanospray. Setelah itu,

lapisan a-C dikeringkan di ruangan atmosfer kemudian, dibagian atas lapisan a-C

dideposisikan kembali larutan a-C:N sehingga diperoleh sambungan i-n (i-n juction). Proses

serupa dilakukan untuk membuat jenis sambungan yang lain, diantaranya p-n, p-i-n, p-i, n-i-

p, p-i-i-n. Ilustrasi lapisan dari beberapa jenis sambungan ditunjukan pada Gambar 4.1.

(a) (b)

(c)

Gambar 4.1 Ilustrasi lapisan dari jenis sambungan (a) p-i, (b) i-n and (c) p-i-n.

Kaca ITO

a-C:B (p)

a-C (i)

Kaca ITO

a-C (i)

a-C:N (n)

Kaca ITO

a-C:B (p)

a-C (i)

a-C:N (n)

19

6. Karakterisasi struktur lapisan karbon amorf

Karakterisasi struktur lapisan karbon amorf (a-C) dilakukan dengan menggunakan

beberapa alat karakterisasi, diantaranya XRD, FTIR, PES, SEM, XAS. Pengujian XRD

dilakukan untukmengkonfirmasi terbentunya fase a-C pada serbuk yang dihasilkan.

Pengukuran akan dilakukan dengan menggunakan difraktometer tipe Philips X’Pert MPD

dengan radiasi Cu-Kα (λ = 1,54056 Å). Pengujian Fourier Transform Infra Red (FTIR)

dilakukan untuk menganalisa gugus fungsi pada serbuk dan lapisan a-C. Keadaan hibridisasi

dari lapisan a-C dievaluasi dengan menggunakan Photoemission Spectroscopy (PES).

Pengukuran PES akan dilakukan pada beamline 3.2 di SLRI Thailand. Mikrostruktur dari

lapisan a-C termasuk evaluasi ketebalan lapisan yang dideposisikan pada kaca ITO

dikonfirmasi menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM). Disamping itu struktur

lokal disekitar atom karbon pada lapisan a-C juga akan dianalisis menggunakan X-ray

Absorption Spectroscopy (XAS) yang dilakukan di National University of Singapore.

7. Pengukuran sifat listrik lapisan a-C

Pengukuran sifat listrik lapisan a-C meliputi pengukuran konduktifitas listrik dan lebar

celah pita (band gap). Pengukuran konduktifitas dilakukan dengan metode four point probe

(FPP). Faktor geometris merupakan faktor yang perlu diperhatikan dalam pengukuran

menggunakan metode ini. Mekanisme pengukuran didasarkan pada pengaliran arus listrik (I)

dari sebuah sumber tegangan konstan melalui dua probe terluar yang menghasilkan distribusi

arus secara laminar melalui lapisan tipis. Beda potensial (V) yang ditimbulkan diukur melalui

dua probe pada bagian dalam sebagaimana diilustrasikan pada Gambar 4.2.

Gambar 4.2 Skema Four Point Probe

Sifat optik (termasuk pengukuran band gap) dilakukan menggunakan spektroskopi UV-

Vis. Energi gap optik dapat ditentukan dengan metode Tauc Plot, yang dilakukan dengan

20

menarik ekstrapolasi pada daerah linear dari grafik hubungan antara hν dengan (ahν)1/2

sehingga memotong sumbu energi gap. Adapun persamaan Tauc dinyatakan sebagai berikut.

(ɑhυ)1/2 = B (hυ – Eg) (3.1)

dengan B merupakan konstanta absorpsi, hυ = E adalah energi foton, Eg merupakan band gap

dan ɑ merupakan koefisien absorpsi yang diperoleh dengan menggunakan persamaan:

ɑ(λ) = -1

𝑑 lnT(λ) (3.2)

dengan d merupakan ketebalan lapisan (Saleh, 2018).

Secara lebih detail, sifat optik dari lapisan a-C akan dianalisis menggunakan

Ellipsometer. Pengukuran akan dilakukan di NUS Singapura. Ellipsometer merupakan Teknik

optikal untuk mengamati sifat dielektrik dari sebuah lapisan tipis dengan mengukur perubahan

polarisasi selama proses pemantulan dan transmisi dan membandingkannya dengan suatu

model. Alat ini dapat digunakan untuk mengkarakterisasi komposisi, kekasaran, ketebalan,

sifat kristalin, konsentrasi doping dan konduktifitas listrik dari suatu lapisan. Hasil Analisa

ellipsometer ini akan sangat membantu dalam proses simulasi untuk mengetahui susunan

lapisan a-C dengan sifat fotovoltaik optimum.

8. Karakterisasi fotovoltaik lapisan karbon amorf

Pengamatan efek fotovoltaik dilakukan dengan cara pengukuran arus listrik (I) dan

tegangan (V) dengan menggunakan ampremeter dan voltmeter. Rangkaian dari pengukuran

ini dapat dilihat pada Gambar 4.3. Pengamatan dilakukan dalam kondisi gelap (intensitas

cahaya minimum) dan terang (intensitas cahaya maksimum). Pengukuran I-V dilakukan pada

seluruh lapisan karbon amorf termasuk lapisan a-C dengan berbagai variasi jenis sambungan.

Gambar 4.3 Rangkaian untuk pengukuran I dan V pada pengamatan efek fotovoltaik dari

lapisan a-C

21

4.2. Diagram Alir Penelitian

Diagram alir dari usulan penelitian disajikan pada Gambar 4.4. Dalam diagram ini

dijelaskan tahapan yang telah ( ), telah dan sedang ( ) dan akan ( ) dilakukan.

Gambar 4.4 Diagram alir penelitian.

Studi pustaka mutakhir terkait topik penelitian

Persiapan alat dan bahan

Sintesis serbuk karbon amorf (a-C)

Sintesis larutan karbon amorf (a-C, a-C:B, a-C:N)

Deposisi pada substrat kaca ITO

variasi a-C:doping = 1:5, 1:10, 1:15, 1:20

Serbuk a-C

murni

XRD

Variasi tebal lapisan: lama waktu deposisi

Lapisan karbon

amorf

Lapisan karbon amorf dengan

variasi jenis sambungan

Karakterisasi dan analisis

XRD FTIR

PES

SEM/EDX

XAS

FPP UV-Vis Ellipsometer

Uji fotovoltaik

Finish

22

4.3. Bagan Penelitian

Tabel 4.1 Bagan penelitian terkait tahapan, luaran dan indikator capaian serta rincian tugas anggota pengusul

No. Proses/ tahapan Luaran Indikator capaian Tugas masing-masing anggota

pengusul*)

1. Persiapan bahan dan alat Alat dan bahan untuk

keperluan penelitian

Tersedianya peralatan dan

bahan untuk keperluan

penelitian

K, A1 dan A2 mendiskusikan

persiapan penelitian

K dibantu mahasiswa memesan dan

membeli bahan dan alat habis pakai

2. Penelusuran pustaka

mutakhir/terbaru

Informasi terkait topik

penelitian terkini

Pemahaman terkait topik

penelitian

K, A1 dan A2 mendiskusikan pustaka

terkini terkait topik penelitian

3. Sintesis serbuk karbon amorf (a-C)

dari gula siwalan

Serbuk karbon amorf (a-

C) berukuran seragam

Didapatkan serbuk a-C

berukuran seragam

K dibantu mahasiswa melakukan

sintesis serbuk a-C, kemudian

mendiskusikan hasil dengan A1 dan

A2

4. Sintesis larutan a-C, a-C didoping

Boron (a-C:B) dan a-C didoping

Nitrogen (a-C:N)

Larutan a-C, a-C:B dan

a-C:N

Didapatkan larutan a-C, a-C:B

dan a-C:N

K dibantu mahasiswa membuat larutan

a-C, kemudian mendiskusikan hasil

dengan A1 dan A2

5. Pembuatan lapisan karbon amorf (a-C, a-C:B dan a-C:N) pada substrate

kaca ITO

Lapisan a-C, a-C:B dan a-C:N pada substrate

kaca ITO

Didapatkan lapisan a-C, a-C:B dan a-C:N pada substrate kaca

ITO

K dibantu mahasiswa menyiapkan lapisan a-C, kemudian mendiskusikan

hasil dengan A1 dan A2

6. Pembuatan lapisan karbon amorf

dengan variasi jenis sambungan (p-

n, p-i-n, p-i, i-n, n-i-p, p-i-i-n)

Lapisan karbon amorf

dengan variasi jenis

sambungan

Didapatkan lapisan karbon

amorf dengan variasi jenis

sambungan

K dibantu mahasiswa, A1 dan A2

menyiapkan lapisan a-C dengan variasi

jenis sambungan

7. Karakterisasi struktur lapisan

karbon amorf dengan menggunakan

XRD, FTIR, PES, SEM dan XAS

Hasil karakterisasi

struktur lapisan a-C

Diperoleh hasil karakterisasi

dari pengukuran XRD, FTIR,

PES, SEM dan XAS

K, A1 dan A2 mendiskusikan hasil

pengukuran dan analisis

8. Pengukuran konduktifitas dan lebar

celah pita (band gap) pada lapisan

karbon amorf menggunakan metode

Four Point Probe (FPP),

spektroskopi UV-vis dan

ellipsometer

Data hasil pengukuran

konduktifitas dan band

gap dari FPP,

spektroskopi UV-vis

dan ellipsometer

Mendapatkan alokasi

pemakaian ellipsometer di

NUS Singapore

Diperoleh data hasil

pengukuran FPP, UV-Vis dan

Ellipsometer

A1 melakukan kolaborasi dengan

National University of Singapore

(NUS). K dan A2 melakukan

karakterisasi dan mendiskusikan

hasilnya dengan A1.

23

9. Karakterisasi fotovoltaik lapisan

karbon amorf

Data I-V dari hasil

karakterisasi fotovoltaik

Diperoleh data I-V dari hasil

karakterisasi fotovoltaik

K, A1 dan A2 mendiskusikan hasil

pengukuran dan analisis

10. Pelaporan kemajuan penelitian Laporan kemajuan,

logbook dan rincian

pemakaian anggaran

Tersusunnya laporan

kemajuan, logbook dan

rincian pemakaian anggaran

Dilaporkannya progress

penelitian pada MONEV

kemajuan

K, A1 dan A2 menyusun laporan

kemajuan, logbook penelitian dan

rekapitulasi anggaran biaya. K

melaporkan laporan progress pada

MONEV kemajuan

11. Penyusunan laporan akhir Laporan akhir

penelitian, logbook dan

SPTB anggaran

Tersusunnya laporan akhir,

logbook dan SPTB anggaran

Dilaporkannya laporan akhir

penelitian pada MONEV

akhir

K, A1 dan A2 menyusun laporan akhir,

logbook penelitian dan SPTB

anggaran. K melaporkan laporan akhir

pada MONEV akhir DRPM ITS

12. Penyusunan makalah/ publikasi Manuskrip artikel yang

siap untuk disubmit

Tersusunnya manuskrip artikel

yang telah siap untuk disubmit

K, A1 dan A2 menyusun manuskrip

artikel untuk disubmit ke jurnal

internasional terindeks Scopus

*) K: Ketua peneliti, A1: Anggota-1, A2: Anggota-2

24

BAB V

JADWAL DAN ANGGARAN BIAYA

5.1 Jadwal Kegiatan

Jadwal pelaksanaan kegiatan dari usulan penelitian yang diajukan disajikan pada Tabel 5.1

berikut. Rincian setiap tahapan kegiatan telah diuraikan pada metodologi di Bab IV.

Tabel 5.1 Rincian jadwal pelaksanaan kegiatan dari proposal penelitian yang diajukan

No.

KEGIATAN

Bulan ke

1 2 3 4 5 6 7 8

1. Pemesanan & pembelian bahan dan alat habis pakai X X X

2. Penelusuran pustaka mutakhir/terbaru X X X X X X X X

3. Sintesis serbuk karbon amorf (a-C) dari gula siwalan X X

4. Sintesis larutan a-C, a-C didoping Boron (a-C:B) dan

a-C didoping Nitrogen (a-C:N) X X

5. Pembuatan lapisan karbon amorf (a-C, a-C:B dan a-

C:N) pada substrate kaca ITO X X

6. Pembuatan lapisan karbon amorf dengan variasi jenis

sambungan (p-n, p-i-n, p-i, i-n, n-i-p, p-i-i-n) X X

7. Karakterisasi struktur lapisan karbon amorf dengan

menggunakan XRD, FTIR, PES, SEM dan XAS X X X X

8. Pengukuran konduktifitas dan lebar celah pita (band

gap) pada lapisan karbon amorf menggunakan

metode Four Point Probe (FPP), spektroskopi UV-

vis dan ellipsometer

X X X X

9. Karakterisasi fotovoltaik lapisan karbon amorf X X X X

10. Pelaporan kemajuan penelitian X X

11. Penyusunan laporan akhir X X

12. Penyusunan makalah/ publikasi X X X

5.2 Anggaran Biaya

Tabel 5.2 Rincian anggaran biaya yang diusulkan dalam penelitian

NO URAIAN Biaya yang Diusulkan (Rp)

1. Honorarium -

2. Peralatan Penunjang (termasuk biaya pengujian) 23.500.000

3. Bahan Habis Pakai 12.970.000

4. Perjalanan 11.000.000

5. Lain-lain (maksimum 10%) 2.300.000

Jumlah 49.770.000

25

BAB VI

DAFTAR PUSTAKA

[1] R.J. Yeo, 2017. Overview of Amorphous Carbon Films, in: Ultrathin Carbon-Based Overcoats

for Extremely High Density Magnetic Recording. Springer Singapore, Singapore, pp. 29–37.

https://doi.org/10.1007/978-981-10-4882-1_2

[2] A. Kouchi, 2014. Amorphous Carbon, in: Amils, R., Gargaud, M., Cernicharo Quintanilla,

J., Cleaves, H.J., Irvine, W.M., Pinti, D., Viso, M. (Eds.), Encyclopedia of Astrobiology.

Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg, pp. 1–2. https://doi.org/10.1007/978-3-642-

27833-4_70-2

[3] Robertson, J., 2002. Diamond-like amorphous carbon. Materials Science and Engineering:

R: Reports 37, 129–281. https://doi.org/10.1016/S0927796X(02)00005-0

[4] A.N. Fadzilah, K. Dayana, M. Rusop, 2012. Carbon-Based Solar Cell from Amorphous

Carbon with Nitrogen Incorporation. Advanced Materials Research 576, 785–788.

https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.576.785

[5] P. Mahtani. 2010. Optical and Structural Characterization of Amorphous Carbon Films,

Magister Thesis, University of Toronto, Canada, pp. 146.

[6] P.S. Karthik, A.L. Himaja, S.P. Singh. 2014. Carbon-allotropes: synthesis methods,

applications and future perspectives. Carbon letters 15, 219–237.

https://doi.org/10.5714/CL.2014.15.4.219

[7] Darminto, Malik Anjelh Baqiya, Retno Asih. 2018. Pengembangan Bahan Karbon dari

Biomassa. Surabaya: ITS PRESS.

[8] R. Zhu, Q. Tao, M. Lian, X. Feng, J. Liu, M. Ye, X. Wang, S. Dong, T. Cui, P. Zhu. 2019.

Modulating Band Gap of Boron Doping in Amorphous Carbon Nano - Film. MDPI.

Materials, 12(1780). DOI: 10.3390/ma12111780.

[9] Z. Q. Ma, B. X. Liu. 2001. Boron-doped diamond-like amorphous carbon as photovoltaic films

in solar cell. Solar Energy Materials and Solar Cells 69, 339-344.

https://doi.org/10.1016/S0927-0248(00)00400-1

[10] Z. B. Zhou, R. Q. Cui, Q. J. Pang, G. M. Hadi, Z. M. Ding, W. Y. Li. 2002. Schottky solar cells

with amorphous carbon nitride thin films prepared by ion beam sputtering technique. Solar

Energy Materials and Solar Cells 70, 487-493.

[11] G. Veerappan, K. Bojan, S.-W. Rhee. 2012. Amorphous carbon as a flexible counter electrode

for low cost and efficient dye sensitized solar cell. Renewable Energy 41, 383-388.

https://doi.org/10.1016/j.renene.2011.10.020

26

[12] D. S. da Silva, A. D. S. Cortes, M. H. Oliveira, E. F. Motta, G. A. Viana, P. R. Mei, F. C.

Marques. 2011. Application of amourphous carbon based materials as antireflective coatings on

crystalline silicon solar cells. J. of App. Phys. 110, 043510. https://doi.org/10.1063/1.3622515

[13] X. M. Tian, M. Rusop, Y. Hayashi, T. Soga, T. Jimbo, M. Umeno. 2003. A photovoltaic cell

from p-type boron-doped amorphous carbon film. Solar Energy Materials and Solar Cells 77,

105-112. https://doi.org/10.1016/S0927-0248(02)00461-0

[14] J. Han, M. Tan, J. Zhu, S. Meng. 2007. Photovoltaic charateristics of amorphous silicon solar

cells using boron doped tetrahedral amorphous carbon flms as p-type window materials. Appl.

Phys. Lett. 90, 083508. https://doi.org/10.1063/1.2539767

[15] R. A. Ismail, W. K. Hamoudi, K. K. Saleh. 2014. Effect of rapid thermal annealing on the

characteristics of amorphous carbon/n-type crystalline silicon heterojunction solar cells.

Material science in Semiconductir Processing 21, 194-199.

[16] T. Cui, Z.-H. Huang, H. Zhu, Y. Jia, S. Chen, K. Wang, D. Wu, F. Kang. 2012. Low-temperature

synthesis of multilayer graphene/ amorphous carbon hybrid films and their potential application

in solar cells. Nanoscale Research Letters 7, 453.

[17] M. Rusop, S. M. Mominuzzaman, T. Soga, T. Jimbo, M. Umeno. 2005. Nitrogen doped n-type

amorphous carbon films obtained by pulsed laser deposition with a natural camphor source

target for solar cell applications. J. Phys.: Condens. Matter 17, 22.

[18] F. Risplendi, M. Bernardi, G. Cicero, J. C. Grossman. 2014. Structure-Property Relations in

Amorphous Carbon for Photovoltaics. Applied Physics Letters, 105. DOI: 10.1063/1.4891498.

[19] Q. Xu, B. Cheng, J. Yu, and G. Liu. 2017. Making co-condensed amorphous carbon/g-C3N4

composites with improved visible-light photocatalytic H2-production performance using Pt

as cocatalyst,” Carbon, vol. 118, pp. 241–249, Jul. 2017.

[20] D. I. Pamungkas, A. Haikal, M. A. Baqiya, Y. Cahyono, Darminto. 2018. Synthesis of

amorphous carbon from bio-product by drying method. AIP Conference Proceedings 1945.

[21] Mukharomah, D. I. Pamungkas, Darminto. 2019. Structural characterization of amorphous

carbon films from palmyra sap. AIP Conference Proceedings 2120, 050011.

[22] F. Bayrak, K. A. Alnefaie, N. H. Abu-Hamdeh, H. K. Oztop. 2017. A review on energy analysis

of solar electricity production. Renewable and Sustainable Energy Reviews 75, 755 – 770.

[23] T. Ibn-Mohammed, S.C.L. Koh, I.M. Reaney, A. Acquaye, G. Schileo, K.B. Mustapha, R.M.

Greenough. 2017. Perosvkite solar cells: An integrated hybrid lifecycle assessment and review

in comparison with other photovoltaic technologies. Renewable and Sustainable Energy

Reviews 80, 1321 - 1344.

27

BAB VII

LAMPIRAN

Biodata Tim Peneliti

1. Ketua

a. Nama lengkap : Retno Asih

b. NIP /NIDN : 1990201912066/ 0016069006

c. Fungsional/ Pangkat/ Gol. : - / Penata / III C

d. Bidang Keahlian : Fisika Material, Kemagnetan, Spektroskopi Muon

e. Departemen/ Fakultas : Fisika/ Sains dan Analitika Data (FSAD)

f. Alamat Rumah & No. Telp : Dsn. Tegal Rejo RT.01/ RW.04, Ds. Lembeyan Wetan,

Kec. Lembeyan, Magetan & 082229840119

g. Riwayat penelitian/pengabdian yang paling relevan dengan penelitian yang diusulkan :

1. Penelitian dana lokal ITS tahun 2019, Program Doktor Baru, berjudul “Studi

Kemagnetan Oksida Grafena Tereduksi (rGO)-Hasil Sintesis dari Tempurung

Kelapa”, no. kontrak: 1135/PKS/ITS/2019, tanggal 25 Maret 2019

2. Pengabdian Masyarakat dana local ITS tahun 2019, program reguler, berjudul

“Workshop pemanfaatan media interaktif untuk menunjang pembelajaran fisika bagi

guru dan siswa SMA/SMK di pulau Sapudi, kabupaten Sumenep, Madura”.

h. Publikasi (2) yang paling relevan:

1. Darminto, R. Asih, Kurniasari, M. A. Baqiya, S. Mustofa, Suasmoro, T. Kawamata,

M. Kato, I. Watanabe, and Y. Koike. “Enhanced Magnetism by Temperature Induced

Defects in reduced Graphene Oxide Prepared from coconut Shells.” IEEE Trans. on

Magnetics 54(10), 1-5 (2018). doi: 10.1109/TMAG.2018.2864946

2. R. Asih, E. B. Yutomo, D. Ristiani, M. A. Baqiya, T. Kawamata, M. Kato, I.

Watanabe, Y. Koike, Darminto. “Comparative study on magnetism of reduced

graphene oxide (rGO) prepared from coconut shells and the commercial product”

Mat. Sci. Forum 966, 290-295 (2019).doi:10.4028/www.scientific.net/MSF.966.290

i. Paten (2) : -

j. Tugas Akhir/ Tesis/ Disertasi yang sudah selesai dibimbing (2): -

28

2. Anggota 1

a. Nama lengkap : Darminto

b. NIP /NIDN : 196003031987011002

c. Fungsional/ Pangkat/ Gol. : Guru Besar / Pembina Utama Muda / IV C

d. Bidang Keahlian : Fisika Material, Superkonduktor, Kemagnetan

e. Departemen/ Fakultas : Fisika/ Sains dan Analitika Data (FSAD)

f. Alamat Rumah & No. Telp : Jl. Wiguna Timur VIII/10, Wisma Gunung Anyar,

Surabaya 60294 & 081330489698

g. Riwayat penelitian/pengabdian yang paling relevan dengan penelitian yang diusulkan :

1. Hibah Penelitian Dasar Unggulan Perguruan Tinggi (PDUPT), Ditjen Dikti, 2018-

2019, Bahan Magnetik Lunak Berbasis Karbon dari Biomassa

2. Hibah Kerjasama Luar Negeri (KLN), Ditjen Dikti, 2017-2019, Defect-induced

Magnetism in Non-magnetic Compounds

h. Publikasi (2) yang paling relevan :

1. Darminto, R. Asih, Kurniasari, M. A. Baqiya, S. Mustofa, Suasmoro, T. Kawamata,

M. Kato, I. Watanabe, and Y. Koike. “Enhanced Magnetism by Temperature Induced

Defects in reduced Graphene Oxide Prepared from coconut Shells.” IEEE Trans. on

Magnetics 54(10), 1-5 (2018). doi: 10.1109/TMAG.2018.2864946

2. Triwikantoro, Malik Anjelh Baqiya, Tomi Heriyanto, Mashuri, Darminto, “Nano-

coating of Aluminum Surface Using Fe3O4-based Magnetic Fluids”, Journal of

Superconductivity and Novel Magnetism 30, 555-560 (2017). Doi: 10.1007/s10948-

016-3813-7

i. Paten (2):

1. “Metoda percampuran basah dan sintering singkat nanokrtistalin superkonduktor

keramik Bi-Sr-Ca-Cu-O berfasa 2212 danb 2223”, Paten (granted) IDP000045650, 8

Mei 2017.

2. “Metoda pembuatan nanokomposit Ag/Zn0,5Ni0,5Fe2O4“, Paten (granted)

IDP000049029, 27 Desember 2017.

j. Tugas Akhir/ Tesis/ Disertasi yang sudah selesai dibimbing (2):

1. Dwi Noor Jayanti, “Studi fotoluminesensi larutan grafena oksida tereduklsi disintesis

dari tempurung kelapa“, Tesis, 2017.

2. Soni Prayogi, “Fabrikasi sel surya berbasis a-Si:H lapisan intrinsic ganda (p-i-i-n)

dengan PECVD dan analisis efisiensinya“, Tesis, 2017.

29

3. Anggota 2

a. Nama lengkap : Malik Anjelh Baqiya

b. NIP /NIDN : 198210202008121003 / 0020108204

c. Fungsional/ Pangkat/ Gol. : Lektor / III/C

d. Bidang Keahlian : Fisika Material

e. Departemen/ Fakultas : Fisika / FSAD ITS Surabaya

f. Alamat Rumah & No. Telp : Jl. Pandugo Baru VIII, Blok I, No. 17 Rungkut, Surabaya

g. Riwayat penelitian/pengabdian yang paling relevan dengan penelitian yang diusulkan :

1. Penelitian Pendidikan Magister menuju Doktor untuk Sarjana Unggul (PMDSU) 2018-

2021 dengan judul : Struktur dan Cacat Ikatan Grafitik pada Senyawa Karbon sebagai

Bahan Magnetik Lunak, sebagai co-promotor.

2. Penelitian Dasar (Nasional) tahun 2018-2020 dengan judul: Defect-induced

Magnetism in Non-magnetic Compounds, sebagai anggota.

h. Publikasi (2) yang paling relevan :

1. Darminto, Asih, R., Kurniasari, Baqiya, M.A., Mustofa, S., Suasmoro, Kawamata, T.,

Kato, M., Watanabe, I., Koike, Y.: Enhanced Magnetism by Temperature Induced

Defects in Reduced Graphene Oxide Prepared From Coconut Shells. IEEE

Transactions on Magnetics 54(10) 1-5 (2018). doi:10.1109/TMAG.2018.2864946

2. Pamungkas, D.I., Haikal, A., Baqiya, M.A., Cahyono, Y., Darminto: Synthesis of

amorphous carbon from bio-products by drying method. AIP Conference

Proceedings 1945(1), 020059 (2018). doi:10.1063/1.5030281

i. Paten (2) :

1. Judul: Metode Pembuatan Nanomaterial Magnetik Fe3O4 (Magnetit) dari Pasir Besi

Alam, Tahun 2012, Common Patent: IDP000043106 (GRANTED)

2. Judul: Metode Pembuatan Nanokomposit Ag/Zn0.5Ni0.5Fe2O4, Tahun 2010,

Common Patent: IDP000049029 (GRANTED)

j. Tugas Akhir/ Tesis/ Disertasi yang sudah selesai dibimbing (2) :

1. Judul: Efek Doping Ce dan Reduksi Oksigen pada Sifat Kemagnetan Serbuk Nano

Pr2-xCexCuO4, Tahun 2018, sebagai Pembimbing II.

2. Judul: ANALISIS DISTORSI IKATAN ATOM DALAM KRISTAL NANO

SUPERKONDUKTOR Pr2-xCexCuO4 DENGAN X-RAY ABSORPTION

SPECTROSCOPY (XAS), Tahun 2018, sebagai: Pembimbing II.

30

Detail Rincian Anggaran Biaya

NO URAIAN Biaya yang Diusulkan (Rp)

1. Honorarium -

2. Peralatan Penunjang (termasuk biaya pengujian) 23.500.000

3. Bahan Habis Pakai 12.970.000

4. Perjalanan 11.000.000

5. Lain-lain (maksimum 10%) 2.300.000

Jumlah 49.770.000

Uraian :

1. Honorarium

No. Pelaksana Jumlah

Pelaksana

Jumlah

Jam/Minggu Honor/Jam Biaya

1. Ketua Peneliti 1 12 - -

2. Anggota Peneliti 2 10 - -

3. Pembantu Peneliti 1 10 - -

Jumlah Biaya -

2. Peralatan Penunjang

No. Nama Alat Jumlah Biaya

Satuan Biaya

1. Pengujian XRD 15× 100.000 1.000.000

2. Pengujian SEM-EDX 6× 500.000 3.000.000

3. Pengujian FTIR 10× 300.000 3.000.000

4. Biaya pemakaian PES 10× 300.000 3.000.000

5. Biaya pemakaian XAS 10× 350.000 3.500.000

6. Pengujian FPP 35× 50.000 1.750.000

7. Pengujian UV-Vis 35× 50.000 1.750.000

8. Pengujian Ellipsometer 10× 300.000 3.000.000

9. Karakterisasi Fotovoltaik 35x 100.000 3.500.000

Jumlah Biaya 23.500.000

3. Bahan Habis Pakai

No. Nama Barang Volume Biaya

Satuan Biaya

1. H3BO3 100 g 8.000 800.000

2. NH4OH 250 mL 3.000 750.000

3. DMSO 1 botol 3.722.000 3.720.000

4. Crucible “Haldenwanger” porcelain

230 mL

20 Buah 300.000 6.000.000

5. Kaca ITO 10 lembar 70.000 700.000

6. Bahan habis laboratorium (aquades,

gelas ukur, pipet, kertas saring,

masker, sarung tangan, kertas pH)

1.000.000 1.000.000

Jumlah Biaya 12.970.000

31

4. Perjalanan

No. Kota/Tempat Tujuan Volume Biaya

Satuan Biaya

1. Surabaya-Singapura 2× 1.500.000 3.000.000

2. Surabaya-Thailand 2× 3.800.000 7.600.000

2. Transpor lokal 4× 100.000 400.000

Jumlah Biaya 11.000.000

5. Lain-lain

No. Uraian Kegiatan Volume Biaya

Satuan Biaya

1. ATK (cartridge, kertas,

transparansi dll) – termasuk untuk

laporan

1× 300.000 300.000

2. Publikasi ilmiah – seminar 1× 2.000.000 2.000.000

Jumlah Biaya 2.300.000