IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.2. Karakteristik Film Tipis CdS
4.2.2 Karakteristik Optik CdS
C selama 15 menit meningkatkan spasi interplanar film.
a. CdS Tanpa Doping
Dalam penelitian ini, film tipis CdS yang dihasilkan dari proses deposisi diannealing pada temperatur 200oC, 300oC dan 400oC selama 1 jam. Selanjutnya film tersebut dianalisis serapan dan struktur kristalnya. Gambar 18 memperlihatkan pita absorbsi CdS dengan temperatur annealing yang berbeda. Dari gambar terlihat bahwa terjadi pergeseran puncak serapan CdS jika diannealing pada temperatur yang berbeda. Hal ini menunjukkan bahwa annealing dapat mempengaruhi besarnya gap energi CdS seperti diperlihatkan pada tabel 3. Dari gambar terlihat bahwa CdS menyerap cahaya pada panjang gelombang 400 - 500 nm. Hal ini sesuai dengan literatur lainnya yang memperlihatkan bahwa pita absorbsi CdS pada panjang gelombang 350 – 500 nm (Devi et al. 2007). Film CdS yang dihasilkan memiliki transmitansi yang cukup
besar yaitu 20 – 70% di daerah cahaya tampak. Pita absorbsi yang cukup landai menunjukkan tingkat kristalinitas film yang rendah (Lesmana, 2009).
Gambar 18 Absorbsi film tipis CdS dengan temperatur annealing yang berbeda
Tabel 3 Gap energi CdS berdasarkan temperatur annealing Temperatur Annealing (oC) Gap Energi (eV)
Tanpa Annealing 200 300 400 2,49 2,44 2,393 2,390
Dari tabel terlihat bahwa band gap CdS tergantung pada temperatur annealing. Di mana semakin besar suhu annealing maka gap energinya semakin kecil. Selain itu, warna film CdS berubah dari kuning menjadi kuning brownish dengan peningkatan suhu annealing. Pada film yang tidak diannealing dan film yang diannealing pada suhu 200oC terjadi perubahan gap energi yang cukup signifikan. Penurunan gap energi yang cukup besar terjadi pada film yang diannealing pada temperatur 200oC dan 300oC. Penurunan gap energi dapat disebabkan oleh dua hal yaitu terjadinya penguapan sulfur pada suhu antara 250oC sampai 300oC dan pembentukan CdO pada permukaan film karena terjadi oksidasi pada suhu di atas 300oC (Cetinourgu 2006). Selain itu, dalam beberapa literatur penurunan gap energi dapat disebabkan pula oleh perubahan struktur amorf menjadi kristal (reorganisasi film) pada suhu di atas 300oC. Penurunan gap energi berarti gap antara pita konduksi dan pita valensi pada film tersebut makin kecil. Annealing juga dapat mengakibatkan terjadinya penguapan air yang diserap pada saat deposisi.
b. CdS Doping Boron
Dari penelitian sebelumnya oleh diketahui bahwa CdS yang dibuat dengan metode ini memiliki resistivitas dark sebesar 1,03 x 102 Ωcm. Selanjutnya diperoleh bahwa besarnya resistivitas dark CdS bergantung pada prekursor Cd yang digunakan dan stoikiometri film. CdS-CBD yang memiliki resistivitas dark yang rendahlah yang banyak dimanfaatkan terutama untuk diaplikasikan dalam sel surya.
Oleh karena itu salah satu cara untuk mereduksi resistivitas dark CdS yang besar adalah dengan in situ doping boron terhadap CdS. Telah banyak penelitian yang melakukan doping terhadap CdS terutama doping tersebut berasal dari golongan IIIA seperti Al, Cu, Li, Ni dan Ag.
Doping Boron terhadap CdS dilakukan dengan penambahan asam borat (H3BO3) ketika dilakukan proses CBD. Penambahan asam borat dilakukan 5 menit setelah CBD dimulai. Penambahan asam borat dilakukan dengan konsentrasi yang sekecil mungkin. Karena penambahan konsentrasi asam borat yang besar akan mempercepat proses deposisi yang nantinya akan menghasilkan morfologi CdS yang kurang baik yakni berpori, film yang dihasilkan sangat tipis dan menghasilkan bubuk yang banyak yang akan menghalangi proses deposisi. Banyaknya asam borat yang ditambahkan bergantung pada massa CdCl2. Dalam penelitian ini dilakukan 3 variasi penambahan asam borat yakni 4%, 6% dan 8% wt.
Gambar 19 menunjukkan spektrum absorbansi CdS doping 4% wt berdasarkan suhu annealing. Pada gambar terlihat bahwa pita absorbsi CdS bergeser jika film diannealing dengan suhu 200, 300 dan 400 oC. Pita absorbansi CdS dengan pemberian doping 6% dan 8% wt masing-masing diperlihatkan pada Gambar 20 dan 21. Dimana spektrum absorbansi masing-masing film bergeser ketika diannealing.
Gambar 19 Absorbsi CdS doping Boron 4% wt
Gambar 20 Absorbsi CdS doping Boron 6% wt
Dari hasil analisis bandgap terlihat bahwa terjadi perubahan gap energi. Tabel 4 menunjukkan perubahan gap energi yang terjadi ketika diberikan doping Boron dengan jumlah doping dan temperatur annealing yang berbeda. Gap energi ini diperoleh dengan menggunakan persamaan (5). Makin banyak jumlah doping, gap energinya makin kecil. Dipercaya bahwa dengan penambahan Boron, maka terjadi penambahan jumlah ion B3+ pada film sama dengan terjadi pengurangan jumlah sulfur yang meningkatkan level donor pada bandgap CdS.
Akibat peningkatan konsentrasi ion B3+
Jumlah Doping (%)
, yang juga meningkatkan penurunan jumlah sulfur, level donor menurun dan mendekati pita konduksi CdS yang menyebabkan bandgap semakin lebar (Khallaf 2009). Semakin besar gap maka semakin seditik jumlah elektron yang dapat mencapai level pita konduksi. Atau diperlukan energi yang lebih besar untuk mengeksitasi elektron pada pita konduksi. Pemberian doping Boron dalam jumlah yang sedikit tidak mengganggu molekul lainnya yang terbentuk. Jika Boron mengganggu pembentukan senyawa dalam proses CBD maka dapat dipastikan jumlah CdS yang terbentuk akan semakin sedikit karena Boron akan menggantikan posisi ion Cadmium.
Tabel 4 Gap Energi CdS berdasarkan jumlah doping Boron dan Suhu Annealing
Suhu Annealing (oC) Eg (eV)
4 Tanpa Annealing 200 300 400 2.5236 2.4747 2.4277 2.4202 6 Tanpa Annealing 200 300 400 2.5034 2.4620 2.4240 2.4221 8 Tanpa Annealing 200 300 400 2.5165 2.4553 2.3972 2.3917
Gambar 22 menunjukkan perubahan gap energi berdasarkan jumlah doping tanpa dilakukan annealing terhadap sampel. Dari grafik terlihat bahwa pemberian doping 4% wt memperbesar gap energi antara pita konduksi dan pita valensi CdS. Celah energi CdS yang diperoleh berkisar antara 2,3 sampai 2,5 eV. Hal ini sesuai dengan banyak penelitian lainnya diantaranya Khallaf (2007).
Gambar 22 Grafik perubahan gap energi film CdS berdasarkan jumlah doping
Telah diketahui bahwa CdS merupakan semikonduktor tipe-n dimana pembawa muatan mayoritasnya adalah elektron. Jadi ketika didoping dengan Boron yang bermuatan positf maka akan menaikkan level donor semakin mendekati pita konduksi sehingga dapat memperbesar gap energi. Hal ini sesuai dengan penelitian yang dilakukan oleh Khallaf (2007) yang juga memberikan doping Boron terhadap CdS. Namun, pemberian doping Boron ke dalam larutan CBD pada jumlah yang sangat sedikit. Khallaf mengemukakan bahwa pemberian doping Boron dalam jumlah banyak akan mempengaruhi reaksi yang terjadi dalam larutan bath. Karena paramter utama dalam proses CBD adalah konsentrasi NH4OH yang diberikan di mana senyawa ini dapat memisahkan ion Cd2+ dari CdCl2 melalui pembentukan ion kompleks. Jadi dengan penambahan asam borat yang cukup banyak dapat mempengaruhi kinerja basa (NH4OH).
Terjadinya perubahan gap energi pada gambar 22 dipengaruhi oleh fase CdS yang muncul (diperlihatkan pada bagian selanjutnya). Besarnya gap energi untuk kristal tunggal CdS fase heksagonal yaitu 2,3-2,4 eV sedangkan untuk fase kubik, gap energinya sebesar 2,5 eV (Martinez et al. 1997). CdS doping 4% wt puncak yang muncul didominasi oleh fase kubik sedangkan untuk doping 6 dan 8% wt juga muncul puncak CdS fase kubik namun juga terdapat puncak-puncak yang lain yang menunjukkan CdS dengan fase heksagonal. Namun CdS dengan struktur kubik lebih banyak dimiliki oleh CdS dengan doping 4% wt.
