SIFAT OPTIK STRUKTUR KRISTAL DAN STRUKTUR ......TCO. Ada beberapa jenis lapisan tipis konduksi...

7
Wirjoacli, dkk. ISSN 0216 - 3128 ••..... , 369 SIFAT OPTIK STRUKTUR KRISTAL DAN STRUKTUR MIKRO LAPISAN TIPIS ZnO:Al PADA SUBSTRA T KACA SEBAGAI BAHAN TCO Wirjoadi, Bambang Siswanto Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta ABSTRAK SIFATOPTIK STRUKTUR KRISTAL DAN STRUKTUR MIKRO LAP/SAN TIP/S ZnO:AI PADA SUBSTRAT KACA SEBAGAI BAHAN TCO. Telah dilakukan karakterisasi sifat optik, struktur kristal dan struktur mikro lapisan tipis ZnO:AI hasil deposisi pada substrat kaca sebagai bahan TCO untuk sel surya dengan metode dc spu//ering. Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh hasillapisan tipis ZnO:AI yang dapat digunakan sebagai bahan TCO (Transparent Conducting Oxide) untuk sel surya. Parameter spu/lering optimum diperoleh pada kondisi suhu substrat 450°C, tekanan gas 6 x 1(J2 Torr dan waktu deposisi 1,5 jam. Sifat optik (transmitansi) lapisan tipis ZnO dan ZnO:AI masing-masing (62 - 80) % dan (20 - 68) % pada posisi panjang gelombang (400 - 800) nm. Struktur kristallapisan tipis ZnO dan ZnO:AI terorientasi pada bidang (002) masing-masing dengan sudut hamburan 28 = 34,8](f dan 34,715" atau terorientasi pada arah sumbu- c yang tegak lurus pada permukaan substrat. Hasil pengamatan struktur mikro dengan SEM, menunjukkan bahwa morfologi permukaan berbentuk butiran-butiran kecil yang terdistribusi cukup homogen dan mempunyai ketebalan sekitar 1,5 JD1I untuk lapisan tipis ZnO, sedangkan untuk lapisan tipis ZnO:AI ketebalannya sekitar 1,0 JD1I. ABSTRACT OPTICAL PROPERTIES CRYSTAL STRUCTURE AND MICRO STRUCTURE OF ZnO:AI THIN FILM ON THE GLASS SUBSTRATE FOR TCO MATERIAL. Characterization of optical properties, crystal structure and micro structure of ZnO:AI thin film depasited on glass substrate using dc spu//ering method has been done. The aim of this research is to get a ZnO:AI thin film that can be used as a TCO materials for solar cell. The optimum spu//ering parameter is obtained at 450°C of substrat temperature, 6x 1(J2 Torr of gas pressure and 1,5 hours of time deposition. At this condition the transmitance ofZnO and ZnO:AI thin film at wave length (400 - 800) is (62 - 80) % and (20 - 68) %, respectively. The crystal structure of ZnO and ZnO:AI is oriented at crystal plane (002) with sca//ering angle 28 of 34,8100 and 34,715". or on c-axis direction and upright on substrat surface. From mikro structure observation using SEM is shown that the grains is distributed homogenously with the thickness ofZnO and ZnO:AI thin film is about 1,5 JD1I and 1,0 JD1I respectively. PENDAHULUAN Pada saat ini telah dikembangkan lapisan tipis ZnO:AI pada substrat kaca yang dapat digunakan sebagai bahan TCO (Transparent Conducting Oxide) untuk sel surya. Lapisan tipis ZnO yang dicampur dengan unsur AI dari bahan AI203 adalah merupakan salah satu jenis bahan TCO. Ada beberapa jenis lapisan tipis konduksi transparan yaitu Sn02, ITO dan TCO. Sn02 harganya sangat murah, akan tetapi nilai resis- tivitasnya jauh lebih tinggi dari pada ITO (Indium Tin Oxide), sedangkan ITO adalah merupakan cam- puran dari Sn02 dan In203, adapun perbandingan Sn : In sekitar 5 : 95. Keunggulan dari ITO adalah resistivitasnya rendah, tetapi proses pembuatan In sangat mahal. Oleh karena itu pada saat ini dikembangkan lapisan tipis lainnya untuk lapisan konduktif transparan[l J. Lapisan tipis ZnO:AI telah banyak diteliti karena aplikasinya begitu luas yaitu untuk peralatan permukaan gelombang akustik, sensor tekan, sensor gas, foto diode maupun sel surya. Bahan TCO ini selain mempunyai nilai resistivitas yang rendah dan harganya murah juga mempunyai sifat-sifat optik yang baik. Dalam plasma hidrogen TCO juga mem- punyai kestabilan arus dan tegangan yang tinggi, sehingga dapat ditumbuhkan dalam suhu rendah. Bahan ZnO adalah merupakan bahan semi konduk- tor tipe-N yang mempunyai struktur kristal Wurtzi- te, Lapisan tipis ZnO biasanya menunjukkan resis- tivitas rendah yang disebabkan oleh ke-kosongan (vakansi) oksigen dan penyisipan (inter-stisi) Zn karena komposisinya yang non stoichiometric[2.3] Prosiding PPI - PDIPTN 2007 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2007

Transcript of SIFAT OPTIK STRUKTUR KRISTAL DAN STRUKTUR ......TCO. Ada beberapa jenis lapisan tipis konduksi...

  • Wirjoacli, dkk. ISSN 0216 - 3128

    ••..... ,

    369

    SIFAT OPTIK STRUKTUR KRISTAL DAN STRUKTURMIKRO LAPISAN TIPIS ZnO:Al PADA SUBSTRA T KACASEBAGAI BAHAN TCO

    Wirjoadi, Bambang SiswantoPusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta

    ABSTRAK

    SIFATOPTIK STRUKTUR KRISTAL DAN STRUKTUR MIKRO LAP/SAN TIP/S ZnO:AI PADA SUBSTRAT

    KACA SEBAGAI BAHAN TCO. Telah dilakukan karakterisasi sifat optik, struktur kristal dan struktur mikrolapisan tipis ZnO:AI hasil deposisi pada substrat kaca sebagai bahan TCO untuk sel surya dengan metodedc spu//ering. Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh hasillapisan tipis ZnO:AI yang dapat digunakansebagai bahan TCO (Transparent Conducting Oxide) untuk sel surya. Parameter spu/lering optimumdiperoleh pada kondisi suhu substrat 450°C, tekanan gas 6 x 1(J2 Torr dan waktu deposisi 1,5 jam. Sifatoptik (transmitansi) lapisan tipis ZnO dan ZnO:AI masing-masing (62 - 80) % dan (20 - 68) %pada posisipanjang gelombang (400 - 800) nm. Struktur kristallapisan tipis ZnO dan ZnO:AI terorientasi pada bidang(002) masing-masing dengan sudut hamburan 28 = 34,8](f dan 34,715" atau terorientasi pada arah sumbu-c yang tegak lurus pada permukaan substrat. Hasil pengamatan struktur mikro dengan SEM, menunjukkanbahwa morfologi permukaan berbentuk butiran-butiran kecil yang terdistribusi cukup homogen danmempunyai ketebalan sekitar 1,5 JD1I untuk lapisan tipis ZnO, sedangkan untuk lapisan tipis ZnO:AIketebalannya sekitar 1,0 JD1I.

    ABSTRACT

    OPTICAL PROPERTIES CRYSTAL STRUCTURE AND MICRO STRUCTURE OF ZnO:AI THIN

    FILM ON THE GLASS SUBSTRATE FOR TCO MATERIAL. Characterization of optical properties,crystal structure and micro structure of ZnO:AI thin film depasited on glass substrate using dc spu//eringmethod has been done. The aim of this research is to get a ZnO:AI thin film that can be used as a TCOmaterials for solar cell. The optimum spu//ering parameter is obtained at 450°C of substrat temperature,6x 1(J2 Torr of gas pressure and 1,5 hours of time deposition. At this condition the transmitance ofZnO andZnO:AI thin film at wave length (400 - 800) is (62 - 80) % and (20 - 68) %, respectively. The crystalstructure of ZnO and ZnO:AI is oriented at crystal plane (002) with sca//ering angle 28 of 34,8100 and34,715". or on c-axis direction and upright on substrat surface. From mikro structure observation usingSEM is shown that the grains is distributed homogenously with the thickness ofZnO and ZnO:AI thin film isabout 1,5 JD1I and 1,0 JD1I respectively.

    PENDAHULUAN

    Pada saat ini telah dikembangkan lapisan tipisZnO:AI pada substrat kaca yang dapatdigunakan sebagai bahan TCO (TransparentConducting Oxide) untuk sel surya. Lapisan tipisZnO yang dicampur dengan unsur AI dari bahanAI203 adalah merupakan salah satu jenis bahanTCO. Ada beberapa jenis lapisan tipis konduksitransparan yaitu Sn02, ITO dan TCO. Sn02harganya sangat murah, akan tetapi nilai resis-tivitasnya jauh lebih tinggi dari pada ITO (IndiumTin Oxide), sedangkan ITO adalah merupakan cam-puran dari Sn02 dan In203, adapun perbandingan Sn: In sekitar 5 : 95. Keunggulan dari ITO adalahresistivitasnya rendah, tetapi proses pembuatan Insangat mahal. Oleh karena itu pada saat ini

    dikembangkan lapisan tipis lainnya untuk lapisankonduktif transparan[l J.

    Lapisan tipis ZnO:AI telah banyak ditelitikarena aplikasinya begitu luas yaitu untuk peralatanpermukaan gelombang akustik, sensor tekan, sensorgas, foto diode maupun sel surya. Bahan TCO iniselain mempunyai nilai resistivitas yang rendah danharganya murah juga mempunyai sifat-sifat optikyang baik. Dalam plasma hidrogen TCO juga mem-punyai kestabilan arus dan tegangan yang tinggi,sehingga dapat ditumbuhkan dalam suhu rendah.Bahan ZnO adalah merupakan bahan semi konduk-tor tipe-N yang mempunyai struktur kristal Wurtzi-te, Lapisan tipis ZnO biasanya menunjukkan resis-tivitas rendah yang disebabkan oleh ke-kosongan(vakansi) oksigen dan penyisipan (inter-stisi) Znkarena komposisinya yang non stoichiometric[2.3]

    Prosiding PPI - PDIPTN 2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

    Yogyakarta, 10 Juli 2007

  • 370- ISSN 0216 - 3128 Wirjoadi, dkk.Dalam penelitian deposisi lapisan tipis

    ZnO:AI pada substrat kaca dengan metode dc

    sputtering ini diharapkan dapat diperoleh hasil

    lapisan tipis yang dapat digunakan sebagai bahanTCO untuk sel surya silikon amorf. Untuk

    mendapatkan lapisan tipis ZnO:AI yang optimum,

    maka telah dilakukan variasi pembuatan target ZnO

    yang dicampur dengan beberapa persen berat Aldari Ab03 yaitu 0,53; 0,79; 1,05; 1,32 dan 1,59 %.

    Sifat-sifat lapisan tipis ZnO:AI yang terdeposisi

    pada permukaan substrat kaca sangat tergantungdari parameter sputtering. Dalam hal ini parametersputtering optimum diperoleh pada kondisi suhusubstrat 450 DC, tekanan gas 6 x 10-z Torr dan waktu

    deposisi 1,5 jam.[4,5]

    Karakterisasi sifat optik transmitansi dari

    lapisan tipis ZnO:AI diukur menggunakan peralatan

    Spektrometer UV-vis dan pengukuran sifat listrik

    resistansi digunakan volt meter digital. Anaisis

    struktur kristal dan penentuan ukuran sel satuan

    kristal dapat dilakukan dengan menggunakan pola

    difraksi sinar-X. Informasi yang diperoleh dari pola

    difraksi sinar-X adalah pola difraksi dari suatu

    benda uji yang hasilnya merupakan kurva intensitasversus sudut hamburan. Dari inforrnasi sudut

    hamburan dapat ditentukan struktur kristalnya dan

    dari inforrnasi intensitas hamburan dapat ditentukan

    posisi susunan atom.

    Sel-sel satuan merupakan tempat atom logam

    yang memenuhi ruang tiga dimensi, maka bentuk

    geometrinya bila disusun selalu memenuhi ruang

    tiga dimensi. Dengan batasan ini, maka hanya ada

    tujuh bentuk atau sistem geometri kristal yang

    mungkin yaitu kubus, triklinik, monoklinik, ortho-

    rombik, tetragonal, rombhohedral dan heksagonal.[I]

    Ukuran dan bentuk sel satuan dapat dinyatakan

    dalam panjang sumbu kristal a, b, c dan sudut di

    antara sumbu kristal a, ~, dan y. Panjang sumbudan sudut ini disebut tetapan kisi atau parameter kisi

    dari sel satuan. Apabila dalam ketujuh sistem kisi

    kristal tersebut ditambahkan titik-titik kisi yang lain

    pada posisi pusat tertentu, maka diperoleh tujuh

    sistem kisi kristal lainnya. Jika titik-titik pada

    kristal ini adalah kumpulan atom-atom (basis), maka

    yang dimaksud dengan struktur kristal adalahsusunan atom-atom tertentu di dalam kristal yang

    dapat digambarkan sebagai gabungan an tara kisi

    dan basisYJ Untuk pengamatan spektrum struktur

    kristal lapisan tipis ZnO:AI pada substrat kaca

    dilakukan dengan perlatan XRD, sedangkan untuk

    struktur mikro diamati menggunakan peralatan

    Scanning Electron Microscopy (SEM).

    TAT A KERJA

    Dalam penelitian ini telah dilakukan

    beberapa macam tahapan yaitu preparasi cuplikanuntuk substrat, pembuatan target ZnO yangdicampur dengan beberapa persen berat Al dari

    Alz03 yang divariasi, persiapan peralatan untukpenelitian, proses pendeposisian lapisan tipisZnO:AI pada substrat kaca. Kemudian karakterisasi

    lapisan tipis untuk pengukuran sifat optik (trans-mitansi) digunakan peralatan Spektrometer UV -visdan pengukuran sifat listrik (resistansi) digunakanvolt meter digital. Selanjutnya karakterisasi strukturkristal digunakan difraksi sinar-X (XRD) dan untukstruktur mikro digunakan SEM.

    Persiapan Pembuatan Substrat dan Target

    Bahan yang akan digunakan untuk substrat

    adalah kaca preparat yang dipotong-potong denganukuran 1 cm x 2 cm. Substrat kaca tersebut dicuci

    dengan deterjen, kemudian dengan alkohol yangdigetarkan menggunakan peralatan ultrasoniccleaner. Setelah bersih, substrat dibersihkan lagidengan tissue, dikeringkan dengan pemanas (oven),kemudian dibersihkan lagi dengan aceton, selanjut-nya dimasukkan dalam pembungkus plastik klip.Bahan yang akan digunakan untuk target yaituserb uk ZnO (99,9 %) dicampur dengan beberapapersen berat AI dari Alz03 yaitu 0,53; 0,79; 1,05;1,32 dan 1,59 %. Target ZnO:AI ini telah dibuatberbentuk pelet berdiameter 60 mm, tebal 2 mm,lalu ditekan dan dipres dengan beban 50 N.Sebelum dilakukan pengepresan, serb uk ZnO yangdicampur dengan beberapa persen berat Al dariAb03 diaduk dulu supaya kedua campuran bahantersebut bisa merata atau homogen. Setelah targetdicetak menjadi pelet, kemudian dipanaskan padasuhu 600 DC selama 2 jam.

    Persiapan Peralatan Penelitian

    Dalam penelitian ini peralatan yang di-

    gunakan untuk deposisi lapisan tipis ZnO:AI padasubstrat kaca adalah peralatan dc sputtering, sepertiditunjukkan pada Gambar 1 yang terdiri dari :

    a). Reaktor Plasma

    I. Tabung reaktor dari stainless steel yangdilengkapi dengan 2 elektrode dan jendelakaca.

    2. Pemegang target dan substrat.

    3. Catu daya arus searah.

    4. Alat ukur arus, tegangan dan vakum.

    5. Pompa vakum rotari dan turbo.

    6. Pemanas substrat dan pendingin target.

    7. Gas Argon.

    Prosiding PPI - PDIPTN 2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

    Yogyakarta, 10 Juli 2007

  • Wirjoadi, dkk. ISSN 0216 - 3128 371

    b). Alat-alat karakterisasi

    1. Karakterisasi sifat-sifat optik (transmitansi)dengan spektrofotometer UV-vis.

    2. Karakterisasi sifat listrik (resistansi) diguna-kan digital volt meter.

    3. Karakterisasi struktur kristal lapisan tipisdigunakan difraksi Sinar-X (XRD).

    4. Karakterisasi struktur mikro yaitu morfologipermukaan dan ketebalan lapisan tipisdigunakan peralatan SEM (Scanning Elec-tron Microscope).

    Proses Pelaksanaan Penelitian.

    Proses deposisi lapisan tipis ZnO:AI padasubstrat kaea untuk sel surya telah dilakukan denganmetode dc sputtering dan skema peralatan sepertiyang ditampilkan pada Gambar 1. Oalam prosesdeposisi lapisan tipis ZnO:AI ini telah dibuat variasitarget ZnO yang dieampur dengan beberapa prosenberat AI dari AhO) (99,9%) yaitu 0,53; 0,79; 1,05;1,32 dan 1,59 %. Mula-mula target dari ZnO:Aldipasang pada katode dan substrat kaea diletakkanpada anode. Udara di dalam tabung reaktordivakumkan dengan pompa rotari dan turbo yang

    tekanannya sampai dengan 10-5 Torr dapat diguna-kan untuk membersihkan partikel-partikel yangtidak dikehendaki. Kemudian gas argon dialirkanmelalui kran, sehingga tekanan gas di dalam tabungreaktor akan naik menjadi 10-2 Torr. Pada bagiankatoda (tempat target) didinginkan dengan airpendingin yang disirkulasi supaya suhu pada targettidak naik, karena tertumbuk ion argon. Selanjutnyapada bagian anoda (tempat substrat) justrudipanaskan yang berfungsi untuk memperbesartTekuensi getaran atom substrat. Apabila penyediadaya tegangan tinggi de dihidupkan, maka gas argonyang ada pada eelah elektroda akan terionisasi.Pada saat gas terionisasi, maka ion argonmenumbuki target ZnO:AI dan atom-atom targetakan terpereik ke substrat kaea. Lapisan tipis yangterdeposisi pada substrat kaea ini tergantung padaparameter sputtering, Pada eksperimen awalsebelumnya, kondisi optimum parameter sputteringtelah diketahui yaitu pada suhu substrat 450°C,tekanan gas 6 x 10-2 Torr, waktu deposisi 1,5 jam,daya sekitar 40 W dan jarak elektrode 2 em. HasHdeposisi lapisan tipis ZnO:Al diperoleh nilaioptimum atau resistansi paling rendah R = (45,20 ±0,49) n pada target dengan prosen berat 1,05 %.Kemudian target dengan prosen berat 1,05 % iniyang akan digunakan untuk eksperimen selanjutnya.

    p••• ana.

    Rotari Turltu Pendingin

    Gambar 1. Skema sistem deposisi sputtering.

    Prosiding PPI - PDIPTN2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

    Yogyakarta, 10 Juli 2007

  • 372- ISSN 0216 - 3128 Wirjoadi, dkk.HASIL DAN PEMBAHASAN

    1200

    1000

    E 800.:=o-'ii) 600c

    ('\:J

    't:i 400'ii)111

    0:: 200

    tansi) lapisan tipis ZnO dan ZnO:AI pada substratkaca sebagai bahan TCO diperoleh optimum padasuhu substrat 450°C, tekanan gas 6,0 x 10-2 torr,lama waktu deposisi 1,5 jam dengan spektro-fotometer UV-vis ditunjukkan pada Gambar 3.

    100 ••

    Gambar 2. Resistansi lapisan tipis ZnO:AI seba-gai fungsi target persen berat AI.

    Pada Gambar 2 ditampilkan hasil pengukurannilai resistansi lapisan tipis ZnO:Al variasi persenberat AI 0,53; 0,79; 1,05; 1,32 dan 1,59 % padakondisi suhu substrat 450°C, tekanan gas 6 x 10-2Torr dan waktu deposisi 1,5jam. Berdasarkan hasilpengukuran tersebut dapat dilihat bahwa nilairesistansi lapisan tipis ZnO:AI menurun dari R =(1.094,19 ± 3,33) Q untuk target dengan prosenberat AI 0,53 % hingga mencapai nilai resistansioptimum sebesar R = (45,20 ± 0,49) Q pada targetdengan prosen berat AI 1,05 %. Hasil nilairesistansi akan naik lagi hingga R = (797,24 ± 1,60)Q dengan bertambahnya prosentase berat Al 1,59%. Hal ini terjadi karena pada saat tingkat dopanmeningkat, maka atom-atom dopan akan lebihbanyak menempati pada letak kisi atom Zn sehinggalebih banyak menghasilkan pembawa muatan.Akan tetapi setelah tingkat konsentrasi dopantertentu, atom-atom dopan dalam butiran kristal danbatas-bats butir cenderung mengalami kejenuhansehingga mengakibatkan memirunnya mobilitaslapisan ZnO:AI. Untuk eksperimen selanjutnyadipakai target dengan prosen berat AI yangmempunyai resistansi rendah yaitu pada 1,05 %.

    Dalam penelitian ini untuk mendapatkanlapisan tipis ZnO dan ZnO:Al pada substrat kacayang digunakan sebagai TCO mempunyai sifat-sifatlistrik (resistansi) dan sifat-sifat optik (transmitansi)yang optimum tergantung pada parameter sputter-ing. Karakterisasi sifat-sifat listrik (resistansi) darilapisan tip is ZnO dan ZnO:AI pada substrat kacamasing-masing diperoleh sekitar R = (14.456 ±0,20) kQ dan R = (45,20 ± 0,49) Q. Hasil daripengukuran karakterisasi sifat-sifat optik (transmit-

    Gambar 3. Hubungan transmitansi vs panjanggelombang untuk lapisan tipis ZnOdan ZnO:AI pada substrat kacadengan spektrofotometer UV-vis.

    Dalam penelitian ini juga dilakukankarakterisasi struktur kristal lapisan tipis ZnO danZnO:AI dengan di1Taksi Sinar-X (XRD). Hasilkarakterisasi struktur kristal lapisan tipis ZnO danZnO:AI, pada substrat kaca dengan XRD, pada suhusubstrat 450°C, tekanan gas 6,0 x 10.2 Torr danwaktu deposisi 1,5 jam masing-masing ditunjukkanpada Gambar 4 dan Gambar 5.

    Berdasarkan analisis data pola difraksi Sinar-X telah inemperlihatkan bahwa puncak per-tumbuhan kristal ZnO murni pada Gambar 4terorientasi pada bidang (002) dengan sudut 28 =34,810° dan puncak pertumbuhan kristal ZnO:AI

    800500 600 700

    Panjang Gelombaog (om)

    Pada Gambar 3 menyajikan karakterisasisifat optik (transmitansi) lapisan tip is ZnO danZnO:AI yang masing-masing diperoleh hasil sekitar(62 - 80) % dan (20 - 68) % pada posisi panjanggelombang (400 - 800) nm. Nilai transmitansilapisan tipis ZnO lebih besar bila dibandingkandengan transmitansi lapisan tipis ZnO:AI, karenalapisan tipis ZnO mempunyai sifat ternbus cahayayang cukup besar, sedangkan AI untuk dopan ZnOtidak mempunyai sifat tembus cahaya tetapi bisamemantulkan cahaya. Dengan demikian lapisantipis ZnO yang didopan dengan sedikit AI akanberkurang nilai transmitansinya. Berdasarkankarakterisasi sifat-sifat listrik (resistansi) dan sifat-sifat optik (transmitansi) tersebut diatas, makalapisan tip is ZnO:AI ini bisa diaplikasikan sebagaiTCO.

    1.60.6 0.8 1.0 1.2 1.4

    Persen berat AI (%)

    o0.4

    Prosiding PPI - PDIPTN 2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

    Yogyakarta, 10 Juli 2007

    II

  • Wirjoadi, dkk. ISSN 0216 - 3128 373

    pada Gambar 5 juga terorientasi pada bidang (002)dengan sudut 2e = 34,715°. Hasil analisis strukturkristal pada Gambar tersebut diatas dapat diketahuibahwa ZnO dan ZnO:AI adalah suatu kristal dan

    menunjukkan bahwa arah pertumbuhannyaterorientasi pada sumbu-c yang tegak lurus padapermukaan substrat.

    dengan setengah lebar puncak maksimum (FWHM)= 0,18°. Intensitas puncak (cacah) pada Gambar 5lebih tinggi apabila dibandingkan dengan intensitaspuncak (cacah) pada Gambar 4, dalam hal inimenunjukkan bahwa struktur kristal lapisan tipisZnO:Al lebih teratur bila dibandingkan denganlapisan tipis ZnO.

    ~..~ !~)

    VJI'ril'

    .: ~ IS"'"U

    II"

    ~"I

    819811l1.li6188.c ro S'liau

    roU !III31U211811881.1

    ZI31 (002)

    !I 58 61 71 I'Zo) •.•

    Sudut Hamburan 29

    Gambar 4. Struktur kristal lapisan tipis ZnOmurni dalam pola difraksi Sinar-X,

    Intensitas puncak (cacah) pola difraksi Sinar-Xlapisan tipis ZnO murni Gambar 4 adalah sekitar2.777 cacah dengan setengah lebar puncakmaksimum (PWHM) = 0,16°, sedangkan untuklapisan tipis ZnO:AI Gambar 5 sekitar 9.082 cacah

    (a) ZnO

    Sudut hamburan

    Gambar 5. Sruktur kristallapisan tipis ZnO :AI (dengan persen berat AI 1,05%) dalam pola difraksi Sinar-X.

    Dalam penelitian ini juga dilakukan peng-amatan struktur mikro atau morfologi permukaanlapisan tipis ZnO murni dan ZnO:AI (persen beratAI 1,05 % AI) pada kondisi optimum, yaitu padasuhu substrat 450°C, tekanan 6 x 10-2 Torr danwaktu deposisi 1,5jam.

    (b) ZnO:AI

    Gambar 6, Hasil struktur mikro, morfologi permukaan lapisan tipis dengan SEM(perbesaran 10.000 kali).

    Presiding PPI - PDIPTN 2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

    Yogyakarta, 10 Juli 2007

  • 374-

    (a) ZnO

    ISSN 0216 - 3128

    (b) ZnO:AI

    Wirjoadi, dkk.

    Gambar 7. Hasil foto tampang Iintang, (a). ketebalan lapisan 1,5 /lm, (b). ketebalanlapisan l/lm (perbesaran 10.000 kali).

    Morfologi permukaan lapisan tip is ZnO danZnO:AI yang terdeposit pada permukaan substratkaca dikarakterisasi menggunakan SEM dan hasilpengamatan SEM tersebut berupa foto-foto yangditampilkan pada Gambar 6. Hasil analisis SEMuntuk lapisan tipis ZnO pada Gambar 6(a)memperlihatkan adanya keseragaman struktur butirkecil-kecil yang mempunyai morfologi permukaancukup merata. Hasil analisis SEM lapisan ZnO:AIpada Gambar 6(b) memperlihatkan bahwa ukuranbutirnya tampak lebih besar bila dibandingkandengan ukuran butir pada lapisan ZnO dan keduamorfologi permukaan tersebut terdistribusi cukuphomogen Berdasarkan hasil pengamatan SEMyang ditampilkan pada Gambar 6(a) dan 6(b)terlihat bahwa prosentase berat dopan AI (1,05 %)akan mempengaruhi pertumbuhan inti dari butir-butir kecil yang mengakibatkan terbentuknyabutiran-butiran yang lebih besar. Hasil foto dariSEM tampang lintang lapisan tipis ZnO yangterdeposit pada substrat kaca dengan ketebalanlapisan 1,5 /lm ditampilkan pada Gambar 7(a) dantampang lintang lapisan tipis ZnO:AI yangterdeposit pada substrat kaca dengan ketebalanlapisan 1,0 /lm ditampilkan pada Gambar 7(b).

    KESIMPULAN

    I. Hasil karakterisasi sifat listrik resistansi lapisantipis ZnO:AI pada substrat kaca dengan ohmmeter digital diperoleh nilai resistansi minimumsebesar R = (45,20 ± 0,49) Q untuk dopandengan prosen berat AI 1,05 %.

    2. Hasil karakterisasi sifat optik transmitansilapisan tipis ZnO dan ZnO:AI pada substrat kacamenggunakan spektrofotometer UV-vis diper-oleh hasil nilai transmitansi optimum masing-masing sekitar (62-80) % dan (20-68) % dan inidicapai pada rentang panjang gelombang (400-800) nm.

    3. Hasil karakterisasi struktur kristal lapisan tipisZnO dan ZnO:AI terorientasi pada bidang (002),masing- masing dengan sudut hamburan 28 =34,810° dan 34,715° atau terorientasi pada arahsumbu-c yang tegak lurus pada permukaansubstrat.

    4. Hasil karakterisasi struktur mikro dengan SEM,menunjukkan bahwa morfologi permukaanberbentuk butiran-butiran kecil dari lapisan ZnOdan berbentuk butiran-butiran lebih besar untuklapisan ZnO:AI yang secara keseluruhanterdistribusi cukup merata atau homogen.

    5. Hasil karakterisasi tampang lintang dengan SEMdiperoleh ketebalan sekitar 1,5 /lm untuk lapisantipis ZnO, sedangkan untuk lapisan tipis ZnO:AIketebalannya sekitar 1,0 /lm.

    DAFTAR PUST AKA

    I. KATSUYA TABUCHI, WILSON W.WENAS, MASAHIRO YOSHINO, A.YAMADA, Optimation of 2nO Film forAmorphous Silicon Solar Cells, 11th EuropeanPhoto voltaic Solar Energy Conference and

    Prosiding PPI - PDIPTN 2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BAT AN

    Yogyakarta, 10 Juli 2007

  • Wirjoadi, dkk. ISSN 0216 - 3128 375

    Exhibition, Montreux, Switzerland, 12-16October 1992.

    2. KATSUYA TABUCH1, WILSON W.

    WENAS, AKIRA YAMADA, Optimization of2nO Film for Amorphous Silicon Solar Cells,Jpn, J. App\. Phys, Vol, 33332, 1993, Part I,No. 9A, 3764-3769.

    3. K. TAKAHASHI AND M. KONAGAI,

    Amorphous Silicon Solar Cells, Nort OxfordAcademic Publishers Ltd, 1986.

    4. MAKOTO KONAGAI, Device Physics andOptimum Desaign of (a-Si) Solar Cell, 5th"Sunshine" Workshop on Solar Cells,December 8-9, 1992, Tokyo, Japan ..

    5. TADATSUGU MINAMI, HIDEO SONO-

    HARA, SHINZO TAKATA AND ICHIRO

    FUKUDA, Low Temperature Formation ofTextured 2nO Transparent Electrodes byMagnetron Sputtering, J. Vac. Sci. Techno\. A13 (3), May/Jun, 1995.

    TANYAJAWAB

    Anwar Budianto

    - Apa hubungan antara parameter hasil eksperimendari sifat optik, sifat/struktur kristal dan strukturmikro.

    - Apakah ada optimasi dari ketiga parametertersebut?

    Wirjoadi

    Hubungan antara parameter hasil eksperimendari sifat optik yaitu untuk mengetahui sifatmaterial transmitansi. Spektrum kristal untukmengetahui struktur kristal yang terorientasipada sumbu-c yang tegak lurus pada permukaansubstrat dan struktur mikro untuk mengetahuihomogenitas butiran-butiran lapisan yangterbentuk dan untuk mengetahui ketebalanlapisan.

    - .Dari ketiga parameter tersebut ada optimasiyaitu nilai transmutansi (62 - 80) % untuklapisan 2nO dan (20 -68) % untuk lapisan2nO:AI pada posisi pwyang gelombang (400 -800) nm. Struktur kristal lapisan 2nO dan2nO:AI terorientasi pada bidang (002) masing-masing dengan sudut hamburan 28 = 34,81rtdan 34,715" dan struktur mikro menunjukkanmorfologi permukaan berbentuk butiran-butirankecil yang terdistribusi cukup homogen danmempunyai ketebalan masing-masing sekitar 1,5J.Il1l untuk lapisan tipis 2nO dan 1,0 J.Il1l untuklapisan tipis 2nO:AI.

    Bambang Supardiyono

    - Nilai R = (45,20 ± 0,49) Q dan R = (797,24 ±1,60) Q. Apakah tidak lebih baik ditulis R =(45,0 ± 0,5) Q dan R = (797 ± 2) Q sesuai denganaturan penulisan ralat? Mohon komentar anda.

    Wirjoadi

    - Setuju, terima kasih atas koreksinya.

    Prosiding PPI - PDIPTN 2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

    Yogyakarta, 10 Juli 2007