DEPOSISI LAPISAN TIPIS CuInSe2 TIPE-P UNTUK SEL SURYA CIS DENGAN TEKNIK DC SPUTTERING

164 ISSN 0216-3128 Wirj(J{uli. dkk.

DEPOSISI

LAPISAN TIPIS

CuInSe2 TIPE-P

UNTUK SEL

SURYA CIS DENGAN TEKNIK DC SPUTTERING

Wirjoadi, Yunanto, Bambang Siswanto, Sri Sulamdari, Tri Mardji Atmono

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

ABSTRAK

DEPOSISI LAP/SAN TIP/S CulnSe2 TIPE-P UNTUK SEL SURYA CIS DENGAN TEKNIK DC

SPUTTERING. Telah dilakulwn deposisi lapisan tipis CulnSe] tipe-P pada substrat lwca untuk sel surya CIS dengan teknik dc sputtering. Target dibuat dari paduan tiga bahan Cu, In dan Se dengan metode Bridgman. Parameter sputtering yang dilakulwn yaitu variasi waktu deposisi 30; 40; 50; 60 dan 70 menit. yang lain dibuattetap yaitu telwnan gas /x

ur'

Torr, suhu substrat 200

"c,

tegangan 4 kV dan arus 15 mA ..

Dari hasil pengukuran dengan probe empat titik diperoleh nilai resistivitas p lapisan tipis CulnSe] optimum pada waktu deposisi 60 menit yaitu 6.17 1:0.41 fkm. Pengamatan struktur kristal dengan XRD diperoleh hasil struktur kristal CulnSe2 adalah tetragonal. sedanglwn dari ana/isa unsur menggunalwn EDS diperoleh hasil 0=31,45 %; Cu=31.19 %; In=14,32 %; Se=23,04 %. Hasil pengamatan strukturmikro dengan SEM diperoleh butiran-butiran yang terdistribusi cukup homogen dan mempunyai ketebalan lapisan 0,9 f.Jm.

ABSTRACT

DEPOSITION OF THE P-TYPE CulnSez THIN FILM USING DC SPUTTERING TECHNIQUE FOR

CIS SOLAR CELL. The P-type ofCulnSez thin films were deposited on the glass substrate. The target of Cu, In and Se alloy have made by Bridgman method. Variations of the time deposition was 30, 40, 50, 60 and 70 min, and other sputtering parameters such as a gas pressure, substrate temperature, voltage and current were kept constant at

/xur'

Torr, 200 "C. 4kV and /5 mA, respectively. From the resistivity measurement using four-point probe that the optimum resistivity of CulnSez thin film was p =(6,17 1:

0,41) fkm this resistivity was achieved on the time deposition 60 min. The crystal structure and element composition have been observed by XRD and EDS. The result of crystal structure is tetragonal with a compositions 0 =3/,45 %; Cu =31,/9 %; In = 14.32%; Se =23,04 %. From microstructure analysis it was observed that the grains were distributed homogenously with the thickness of the thin film was in order of 0,9 f.Jm.

PENDAHULUAN

Pada

_{litian dan pengembangan pembuatan bermacam-}tahun terakhir ini banyak dilakukan pene-macam sel surya, salah satunya adalah sel surya CIS dimana efisiensinya lebih tinggi dibanding dengan sel surya lainnya. Selain sel surya CIS, biasanya digunakan bahan semikonduktor murni yang dib~ri pengotor bahan lain, sehingga konduktivitasnya masih rendah. Dengan demikian efisiensi yang dihasilkan juga lebih rendah dari sel surya CIS.II]

Sel surya CIS dibuat dari bahan pokok paduan serbuk Cu, In dan Se. Paduan bahan Cu, In, Se ini dibuat target untuk membuat lapisan tipis CulnSe2 tipe-P. Bahan Cu adalah bahan konduktor yang mempunyai konduktivitas tinggi dan bahan Se juga termasuk bahan semikonduktor tipe-P dengan

konduktivitas tinggi, sedangkan In termasuk bahan konduktor yang mempunyai valensi tiga yang biasanya untuk membuat lapisan tipis tipe-P pada

bahan silikon. Ketiga bahan terse but akan mem-bentuk bahan-bahan CIS dengan tipe_p.[1.2J

Bahan Cu digunakan untuk memperbesar konduktivitas dan InSe digunakan untuk membentuk tipe-P. Komposisi ketiga bahan ini diharapkan sesuai, sehingga paduan CulnSe mempunyai sifat konduktivitas dan serapan tinggi. Selain mempunyai sifat-sifat tersebut, juga harus mempunyai struktur kristal, sehingga bila disambung dengan lapisan tipis tipe-N, aliran elektron dan hole bisa mengalir secara maksimal. [1.2J

Untuk membuat sel surya CIS lapisan tipis tipe-P dari CulnSe ini juga akan dilapiskan pada lapisan tipis elektroda belakang yang dibuat dari bahan Mo. Bahan Mo ini sebelumnya telah di-lapiskan pada substrat kaca, karena bahan ini bila dilapisi bahan CIS tidak terdifusi ke lapisan tipis Mo. Apabila paduan CIS berdifusi ke lapisan tipis Mo, maka akan menyebabkan menurunnya konduk-tivitas maupun reflektivitas. Penurunan

konduk-Prosldlng PPI - PDIPTN 2006

Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta. 10 Juli 2006

JI';r;(/(/lIi. tlkk. ISSN 0216 - 3128 16.'i

tivitas dan retlektivitas ini pada akhirnya akan menurunkan efisiensi yang tidak kita kehendaki. Untuk membuat sambungan peN lapisan tipis CulnSe disambung dengan lapisan tipis tipe-N dari bahan CdS untuk penyangga dan baru dilapisi lapisan tipis tipe-N dari bahan ZnO. Lapisan tipis dari ZnO dan CdS sebagai jendela, sedangkan untuk lapisan tipis elektroda transparan dari ZnOAI.13!

Paduan dari tiga bahan serbuk Cu, In dan Se yang masing-masing dengan kemumian 99,9 % dibuat untuk target CulnSe2 berbentuk pelet dengan persentase perbandingan berat Cu:In:Se

=

25% : 25% : 50% atau I: I :2, dimasukkan ke dalam tabung kaea pireks, kemudian divakumkan dengan pompa vakum rotari sampai tekanan 5 x 10.2 Torr. Selanjutnya tabung pireks beserta isinya dipanasi sampai 600°C selama 5 jam. Ketiga bahan target tersebut akan meleleh menjadi satu dalam tabung pireks setelah dipanaskan, sedangkan dalam ruang vakum berfungsi untuk menghindari terjadinya senyawa ketiga bahan dengan unsur

a

(tanpa terjadi oksidasi). Sebelum dibuat target, kaea pireks dipeeah, kemudian paduan ketiga bahan dalam kaea pireks digerus sampai halus untuk dibuat target dan metode ini sering disebut dengan metode Bridg-man.[41 Pembuatan lapisan tip is CuInSe tipe-p untuk sel surya CIS ini dengan menggunakan teknik de sputtering. Proses pembuatan lapisan tipis CulnSe tipe-P yaitu target CulnSe ditempatkan pada katode dalam ruang vakum reaktor plasma. Kemudian gas argon dialirkan sehingga bahan target ditumbuki oleh ion-ion Ar, maka atom paduan dari CulnSe terpereik ke substrat kaea yang ditempatkan pada anode dalam ruang vakum reaktor plasma untuk membentuk ]apisan tipis CulnSe. Hasil ]apisan tipis CulnSe tipe-P yang diperoleh diharapkan mem-punyai konduktivitas dan serapan yang tinggi.

TATA KERJA

Persiapan Cup/ikan

Substrat dibuat dari kaea preparat yang dipotong I mm x 2 mm dieuei sampai bersih menggunakan air yang diberi deterjen. Kemudian substrat dieuei lagi menggunakan peneuei ultrasonik dengan alkohol untuk menghilangkan kotoran dan lemak yang menempel di kaea. Selanjutnya substrat dipanaskan dengan pemanas/oven 150°C, berfungsi untuk menguapkan eairan yang menempel pada s ubstrat.

Pembuatan

Target

Pembuatan target metode Bridgman

Ketiga bahan serbuk Cu, In dan Se dengan perbandingan I: 1:2 dimasukkan ke dalam tabung kaea pireks. Kemudian kaea pireks divakumkan dengan menggunakan pompa vakum rotari sampai tekanan 5 x 10.2 Torr. Selanjutnya ketiga bahan target da]am kaea pireks yang divakum tersebut dipanasi sampai suhu 600°C se]ama 5 jam. Ketiga bahan target tersebut akan mele]eh menjadi satu dalam tabung pireks setelah dipanaskan tanpa terjadi oksidasi. Sebelum dibuat target, kaea pireks dipeeah, kemudian paduan ketiga bahan digerus sampai ha]us untuk dibuat target berbentuk pelet dengan diameter = 65 mm dan tebal = 2 mm yang dipress dengan tekanan sebesar 500 kg/em2.

Pendeposisian

Lapisan Tipis

Deposisi lapisan tipis menggunakan DC sputtering

Substrat kaea· diletakkan pada anoda, sedangkan target CulnSe diletakkan pada katoda dan kedua elektrode terse but terletak di dalam ruang vakum reaktor plasma. Tabung reaktor plasma divakumkan dengan menggunakan pompa rotari dan pompa turbo, sehingga tekanan da]am tabung turun menjadi 5 x 10.5 Torr. Target CulnSe hasil dari paduan tiga bahan yang dibuat dengan metode Bridgman didinginkan dengan aliran air pendingin AC yang disirkulasi menggunakan pompa air. Gas Ar dialirkan melalui kran gas, sehingga tekanan gas menjadi 7 x 10.2 Torr. Tegangan DC dipasang ke elektroda sehingga gas Argon terionisasi yang akan menumbuki pada target CuInSe dan terpereik ke substrat kaca. Untuk mendapatkan lapisan tipis yang mempunyai resistivitas rendah dan absorbansi tinggi telah dilakukan var1asi waktu deposisi. Kondisi parameter sputtering lainnya dibuat tetap yaitu tekanan gas I x 10.1Torr, suhu 200°C, tegangan 4 kV dan arus 15 mA.

Pengukuran

Resistivitas dan Tipe Konduksi

Untuk mengetahui pengukuran nilai resistansi, resistivitas dan tipe konduksi lapisan tipis CulnSe pada substrat kaea, dilakukan dengan menggunakan peralatan probe empat titik .. Peralatan FPP-5000 (probe empat titik) ini dapat untuk mengukur resistivitas ]apisan tipis dari (I, I x 10.3 -0,45 x 106) ohm.em. Pada a]at ini dilengkapi sumber tegangan untuk lapisan tip is. Tegangan V timbul pada probe bagian dalam, karena lapisan tipis dialiri arus I pada probe bagian luar yang berasal dari sumber tegangan yang nilainya sudah ditentukan. Untuk mengetahui tipe konduksi ]apisan tipis dengan alat ini, salah satu titiknya diberi

Prosldlng PPI •PDIPTN 2006

Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2006

166 _{ISSN 0216 - 3128}

Wirjoudi. dU. pemanas, sehingga dapat juga untuk mengetahui

jenis tipe konduksi dari lapisan tipis yang diukur.

Pengukuran

Absorbansi

Lapi.mn

Tipis

CulnSe2

Untuk mengetahui sifat-sifat optik (absor-bansi) lapisan tipis CulnSe2 menggunakan spektro-fotometer UV-vis. Peralatan ini terdiri dari sumber cahaya dari lampu wolfram, lampu lucutan hidrogen monokromatis, tempat cuplikan, detektor, penguat tegangan dan penampil. Pad a peralatan UV-vis ini panjang gelombang dapat di skan secara halus dari panjang gelombang (190 - 950) nm menggunakan monokromator. Cahaya yang keluar dari monokromator dideteksi, sehingga berubah menjadi sinyal Iistrik. Kemudian sinyal Iistrik ini diperkuat oleh penguat dan ditampilkan pada penampil.

Pengamatan Struktur Kristal Lapisan Tipis

CulnSe2 Dengan XRD

Untuk mengamati apakah lapisan tipis CulnSe2 yang terdeposisi pada substrat kaca adalah kristal, maka perlu diamati struktur kristalnya

dengan menggunakan XRD. Salah satu prinsip kerja dari XRD yang biasa digunakan adalah metode pemutaran kristal tunggal dalam suatu berkas sinar X. Berkas sinar X ini berasal dari suatu elektrode yang ditembaki dengan elektron kecepatan tinggi. Struktur kristal ditentukan oleh pola difraksinya, yaitu intensitas atom yang dihamburkan sebagai fungsi sudut hamburan. Arah berkas sinar X yang dipantul-kan ditentukan oleh geometri kisi atau sebaliknya geometri kisi ditentukan oleh orientasi dan jarak antar bidang kristal. Dengan demikian akan memenuhi hukum Bragg yaitu masing-masing kristal yang berbeda pad a orientasi bidangnya akan mempunyai posisi pantulan tertentu untuk masing-masing bidang yang berputar pada cuplikan.!S]

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil pengukuran sifat-sifat listrik atau nilai resistivitas lapisan tipis CulnSe2 dengan variasi waktu deposisi, pad a tekanan gas I x 10.1Torr, suhu 200°C, tegangan 4 kV dan arus 15 mA dengan menggunakan teknik DC Sputtering ditunjukkan pad a Gambar I.

600

500

-I

9\

-

5

400

E

'§

300

(;J

-

_""

en

~

C'G

200

@\ffi

>

_+::

_.~

en

100

Q) fl'::

°L

30

40

50

60

70

Waktu deposisi (menit)

Gambar 1. Grafik nilai resistivitas lapisan tipis CulnSez vs waktu depo-sisi, pada tekanangas 1 x 10.1 Torr dan suhu 200°C dengan teknik DCSpuUering.

Prosidlng PPI - PDIPTN 2006

Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2006

Wirjoadi, dkk. ISSN 0216 - 3128

167

Hasil nilai resistivitas (sifat listrik) lapisan

tipis CulnSe2 tergantung pada ketebalan lapisan tipis, sedangkan ketebalan lapisan tip is tergantung pada jumlah pereikan atom target yang terdeposisi pad a substrat kaea. Jumlah pereikan atom target tergantung dari jumlah ion dan energi ion Argon. Untuk variasi waktu deposisi, jumlah dan energi ion Ar dibuat tetap yaitu dengan parameter sputtering (tekanan gas, suhu substrat, tegangan elektroda dan arus) ditentukan. Pada saat waktu deposisi (30 - 60) men it, nilai resistivitas mengalami penurunan dari p = (488,66

±

20,07) Oem menjadi p = (6,17

±

0,41) Oem. Nilai resistivitas mengalami penurunan ini karena dengan bertambahnya waktu deposisi menyebabkan jumlah partikel yang tersputter per satuan luas juga akan meningkat Kemudian kebolehjadian atom-atom target yang ~rdeposit pada permukaan substrat juga semakin besar, sehingga lapisan tipis CulnSe2 yang terbentuk juga akan bertambah rapat dan tebal. Untuk penambahan waktu deposisi dari (60 - 70) menit, nilai resistivitas lapisan akan mengalami kenaikan lagi menjadi p

=

(267

±

0,82) Oem. Hal ini dimungkinkan karena terjadinya penumpukan atom-atom tersputter pada permukaansubstrat akibat penambahan ketebalan, sehingga kualitasdari lapisan CulnSe2 menjadi kurang baik dan hasil lapisan tipis akan mudah terkelupas. Menurut hand book deposisi lapisan CIS mempunyai nilai resistivitas berkisar an tara (1 - 550) Oem.

Hasil pengukuran sifat optik atau nilai absorbansi lapisan tipis CulnSe2 menggunakan spektrofotometer UV -vis dengan variasi panjang

100

90

80

~

70

~

'in

60

c

_.c

_cu"-

50

0

_.c

_I/)

c(

40

30

20

gelombang, untuk waktu deposisi 40 dan 60 menit ditunjukkan pada Gambar 2.

Hasil dari karakterisasi dengan spektro-fotometer UV-vis menunjukkan bahwa untuk waktu deposisi (40 - 60) menit diperoleh nilai absorbansi semakin besar (69,97 - 90,30) %, pada panjang gelombang 550 nm dan (30,67 - 29,55) %, pada panjang gelombang 790 nm. Nilai absorbansi untuk waktu deposisi 60 menit lebih besar bila dibandingkan dengan nilai absorbansi untuk waktu deposisi 40 menit. Hal ini dimungkinkan karena semakin lama waktu deposisi, jumlah atom yang terdeposisi pada substrat kaea semakin banyak, sehingga lapisan tipis CulnSe2 yang dihasilkan semakin tebal.

Besarnya nilai absorbansi suatu bahan ter-gantung pada warna dan ketebalan bahan yang dikenai eahaya. Dalam pengukuran sifat optik (absorbansi) dengan spektrofotometer UV-vis, pada Gambar 2 dapat dilihat bahwa nilai absorbansi lapisan tipis pada panjang gelombang (400 - 800) nm eenderung menurun, karena energi foton yang datang mengenai material menurun. Apabila hasil lapisannya semakin tebal dan warn a bahan semakin gelap, maka nilai absorbansi bahan tersebut akan semakin besar. Untuk lapisan tipis yang dibuat dari target CulnSe2, warna dari target adalah gelap, sehingga warn a dari lapisan tipis yang dihasilkan juga gelap. Dengan demikian lapisan yang tebal eenderung akan semakin banyak menyerap eahaya, sehingga nilai absorbansi yang dihasilkan juga akan semakin besar.

• 40menit

--L:,.--60menit

550

600

650

700

750

800

Panjang Gelombang (nm)

Gambar 2. Grafik nilai absorbansi lapisan tipis CulnSez versus panjang gelombang, untuk waktu deposisi 40 dan 60 menit.

Prosiding PPI - POIPTN 2006

Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Jull 2006

168

ISSN 0216 - 3128 _{Wirjoadi, dU.} T I ~ I

..

Lt

I

.

! •• ~ ~M' I ! I ! ..".~..".- ..

:

...

Hasil lapisan . tipis CulnSez (metode Bridgman) pada tekanan gas I x 10-1Torr, suhu 200 °C, waktu 60 menit dan daya 60 W dideposisi dengan teknik DC Sputtering, kemudian hasil lapisan dikarakterisasi dengan difraksi sinar X (XRD) ditunjukkan pada Gambar 3.

Untuk pembuatan target paduan beberapa unsur bahan Cu, In dan Se yang mempunyai suhu leleh yang agak jauh berbeda, maka salah satu metode diantaranya adalah menggunakan metode Bridgman. Tabung kaea pireks berisi ketiga bahan serbuk Cu, In dan Se divakum dengan menggunakan pompa vakum rotari sampai tekanan 5 x 10-2 Torr. Kemudian kaea pireks dipanasi sampai suhu 600°C selama 5 jam, sehingga ketiga bahan tersebut meleleh menjadi satu. Selanjutnya kaea pireks dipeeah, paduan ketiga bahan digerus sampai halus untuk dibuat target berbentuk pelet dengan diameter = 65 mm dan tebal = 2 mm. Dengan demikian terbentuklah target CuInSe2 yang akan digunakan untuk deposisi lapisan.

Lapisan tipis CuInSe tipe-P untuk sel surya CIS diharapkan berbentuk kristal sehingga bila digabungkan dengan lapisan tipe-N elektron akan dengan mudah lewat, yang akhimya akan menaikkan efisiensi. Untuk karakterisasi struktur kristallapisan tipis CuInSe2 dari hasil deposisi, diamati dengan difraksi sinar X (XRD). Berdasarkan analisis pola difraksi terlihat bahwa pad a hasil deposisi lapisan tipis terjadi beberapa pertumbuhan kristal yang terorientasi pada bidang (112), (200) dan (220), dengan sudut 29 masing-masing 26,94°; 30,85° dan 44,63°. Pada bidang (hkl) tersebut diatas menunjuk-kan puneak paduan CulnSe, sedangmenunjuk-kan pada puneak lain dengan intensitas yang lebih kecil terorientasi

8000

~

i

::

~ .! ..IC 6000 _

_j

..

I

~

i

"C I i

g

:c

~

•..

j

4000 ~J •... _ •..•. Ih . I'll

-'U; C 1 II)

:5

2000

pad a bidang (312) dengan sudut 20

=

52,83° adalah puneak paduan antara Cu dengan unsur

0

yang ikut terionisasi dan bersenyawa dengan atom Cu.

Hasil pengukuran karakterisasi lapisan tipis CulnSe2 DC Sputtering dengan EDS ditunjukkan pada Gambar 4.

Untuk mengetahui apakah lapisan tipis yang terbentuk pada substrat kaea terse but benar-benar mengandung unsur CulnSe, maka komposisi unsur yang terbentuk pad a lapisan tipis diatas substrat kaca diamati dengan menggunakan EDS. Hasil karakteri-sasi lapisan tipis yang diamati dengan EDS, telah diperoleh beberapa kandungan komposisi unsurnya yaitu unsur

0

= 31,45 %; Cu = 31,19 %; In = 14,32 % dan Se =23,04 %. Unsur

0

pada lapisan ini timbul karena vakum didalam tabung plasma masih rendah, karena pad a tekanan vakum 10.6 Torr didalam tabung masih ada sejumlah partikel 3,25x101O mol/em3 diantaranya unsur

0

(5). Selain

itu unsur

0

masuk ke dalam tabung plasma pada saat gas Ar dialirkan dalam tabung untuk menumbuki target. Proses oksidasi akan lebih eepat terjadi apabila suhu didalam substrat kaea semakin tinggi. Un sur Cu yang terdeposisi dari tempat target yang dibuat dari bahan Cu terhadap substrat kaca, akan menghasilkan tambahan percikan atom Cu, sehingga prosentasenya paling tinggi. Unsur Se dan In prosentasenya menurun dari yang diharapkan, karena bahan Se dan In ini mempunyai energi ikat atom lebih besar. Jumlah percikan atom target yang terlepas akan melapisi permukaan substrat, selain tergantung dari energi ion Ar yang akan menumbuki permukaan target juga tergantung dari energi ikat bahan target. Energi ikat atom tergantung dari jenis bahan yang digunakan untuk target.

j .••I.._,.•~._•.• •._.OM._.w,.,.,._." •. " I o 10 20

i

30 T 40 50 60

Sudut29

'~---'-"T""""""-- I 70 89 90 100

Gambar 3. Hasil struktur kristal lapisan tipis CulnScz (mctodc Bridgmall)

dcngan XRD, (Cu

=

25

%;

In = 25

%;

Sc = 50

%).

Prosiding PPI ..PDIPTN 2006

Pustek Akselerator dan Proses Bahan ..BATAN

Wirjoadi, dkk.

~

~w

-

UW 111.1>6

,-~

1'JW 14W1ft 11.1>6 400'Zft ISSN 0216 -3128 169 Element C,K~

o

K 0.525 cuL 0.930 89L 1.379 In L 3.285 Talal

loW 2AIIOIQ_u.QaWoUW>7.(10t.Ol>

0-

5.0l>

100V _miU;:S% Error% 1!.1% Compound m<ls&% Calion K 8.46 11.20 3U5 , 0.3 S3J 33.32 0.16 31.18 51.0740 3D.5Q 0.51 :13.0'1 34.0771 J7.64 1.12 14.3J 37.S171 100.00 100.00

Gambar 4. Grafik hubungan antara intensitas dengan energi hasil karakterisasi dengan EDS lapisan tipis CulnSe2.

Oalam penelitian ini telah dilakukan peng-amatan morfologi atau struktur mikro lapisan tipis CulnSe2 menggunakan SEM. Pada Gambar 5a dan b ditampilkan morfologi permukaan (perbesaran

10.000 kali), dan tampang Iintang atau tebal

(perbesaran 20.000 kali) hasil SEM, lapisan tipis CulnSe2 pada tekanan I x 10-1Torr, suhu substrat 200°C, waktu deposisi 60 menit, tegangan 4 kV dan arus 15 mA dengan metode (DC sputtering).

Gambar 5. Hasil foto SEM struktur mikro lapisan tipis CulnSe (perbesaran 10.000 kali) (a) dan ketebalan lapisan (perbesaran 20.000 kali) (b).

Prosiding PPI - PDIPTN 2006

Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2006

170 _{ISSN 0216-3128}

Wirjoadi, dkk. Pada Gambar 5a ditampilkan morfologi

per-mukaan hasil pengamatan SEM lapisan tipis CulnSe2 yang didepositkan pad a substrat kaca dengan waktu deposisi 60 men it terlihat butiran-butiran yang terdistribusi cukup homogen. Pada umumnya pertumbuhan lapisan tipis terjadi dalam dua tingkat pertumbuhan yaitil pertumbuhan awal dan pertumbuhan sebenarnya. Selama pertumbuhan awal berlangsung,sifat-sifat kimia dan fisika dari substrat,akan berinteraksi antara substrat dan partikel yang datang dari target memegang peranan utama. Setelah lapisan awal yang menutupi per-mukaan substrat terbentuk, pertumbuhim sebenarnya mulai berlangsung yaitu pada tahap ini hanya terjadi interaksi antara partikel yang datang dengan partikel dari bahan lapisan tipis yang terbentuk sebelumya. Butiran-butiran (atau ukuran kristal) dari lapisan. tipis yang terdeposit pada permukaan substrat untuk waktu deposisi pendek ditentukan oleh rapat nukleasi awal rendah, sehingga diperoleh butiran yang terdistribusi cukup homogen .. Jika waktu deposisi lebih panjang, maka akan terjadi fase penggabungan serta rapat nukleasinya meningkat, karena terjadi interaksi antara partikel yang datang dengan lapisan tipis yang telah· terbentuk. Selanjutnya ketebalan lapisan yang terdeposit bertambah tebal, sehingga butiran-butiran yang dihasilkan lebih besar dan Gambar 5b diperoleh teballapisan tipis sekitar 0,9 Jlm.

KESIMPULAN

Berdasarkan hasil karakterisasi dan pem-bahasan tentang deposisi lapisan tipis CulnSe2 seperti yang diuraikan diatas, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :

I. Bahan sel surya CulnSe2 dapat dibuat dengan metode DC sputtering dengan target dibuat menggunakan metode Bridgman.

2. Parameter deposisi lapisan tipis CulnSe2 yang optimum diperoleh pad a waktu deposisi 60 men it, tekanan gas 1 x 10,1 Torr, suhu substrat 200 °C, tegangan 4 kV, arus 15 mA dengan kom-posisi bahan Cu

=

3 1,19 %; In

=

14,32 % dan Se

=

23,04 %.

3. Hasil analisis spektrofotometer UV-vis menyata-kan bahwa sifat optik atau nilai absorbansi terbesar sekitar 90,3 %, pada waktu deposisi 60 menit dan panjang gelombang 550 nm.

4. Hasil analisis dengan metode probe empat titik menyatakan bahwa hasil deposisi lapisan tipis CulnSe2, variasi waktu deposisi untuk metode Bridgman (dc sputtering) menghasilkan tipe-p. 5. Nilai resistivitas lapisan terkecil p = (6,17

±

0,41) Qcm, optimum pada waktu deposisi 60

men it, tekanan gas Ix 10.1 Torr, suhu substat 200 °C, tegangan 4 kV dan arus 15 mA.

6. Hasil analisis struktur mikro dengan SEM memperlihatkan bahwa lapisan tipis CulnSe2 terbentuk butiran yang terdistribusi cukup homogen dengan ketebalan lapisan 0,9 /.1m.

UCAP AN TERIMA

KASIH

Dengan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada Sdr Giri Siamet, J. Karmadi dan Ridwan Suseno yang telah membantu pelaksanaan penelitian ini, terutama pada saat melakukan eksperimen deposisi lapisan dan pengambilan data. Semoga segala bantuan dan budi baik Saudara mendapat balasan dari Allah SWT. Amien.

DAFTAR PUSTAKA

I. JONG WON LlM, JAE JOON CHOI, IN

HW AN CHOI, Characteristics of CulnSe Thin Film Prepared by Sputtering of CU2Se-ln2Sej Target, Journal of the Korean Physical Society, vol. 30, No.2 April 1997.

2. ALBERT PAUL MALVINO, Electronics

Principles, Mc Graw Hill, Foothill College, California, 1979.

3. KIYOTAKA WASA, SHIGERU· HAY

A-KA W A, Handbook of Sputtering Deposition Technology, Noyes Publication, Park Rudge. 1911.

4. SHUKRI AND CHAMPNES, Effect of

Nonstoichiometry on Conductivity Type in Bridgman-grown CulnSe2, Journal, Mc Gill University, 1997.

5. A.ROTH, Vacum Technology, North Holland Publishing Company-Amsterdam.

6. J. BEKKER, V. ALBERTS, A.W.R. LEITCH, J.R. BOTHA, Properties of Culn(Se,S); Thin Film Prepared by Two-Step Growth Processes, Thin Solid Films 431-432, 2003, IJ6-12J.

TANYAJAWAB

Sam into

- Mengapa pada metode Bridgman harus divakum? - Apakah tingkat kevakuman mempengaruhi hasil

paduan?

- Bagaimana kalau ketiga bahan CulnSe diletakkan dalam tabung tertutup dan dipanasi?

Prosldlng PPI - PDIPTN 2006

Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2006

Wirjoadi, dkk. ISSN 0216 - 3128 171 Wirjoadi

- Pada me/ode Bridgman harus divakun karena un/uk mencegah proses oksidasi an/ara ketiga bahan dengan oksigen.

- Tingkat kevakuman akan mempengaruhi hasi/ paduan, karena semakin tinggi tingkat

ke-vakuman akan mengurangi oksigen da/am

tabung, sehingga proses oksidasi dapat dikurangi.

- Ka/au ketiga bahan hanya ditempatkan da/am tabung ter/utup dan dipanasi, maka akan terjadi senyawa CuO, InO dan SeO.

Sunardi

- Untuk membuat lapisan tipis CIS, apakah ada metode lain selain teknik sputtering?

- Apakah sifat optik dan elektrik dari target CIS sama dengan lapisan tipis yang dihasilkan?

Untuk mengetahui hasil lapisan tipis CIS sudah sesuai dengan target CIS dengan menggunakan alat apa?

Wirjoadi

- Untuk membuat /apisan /ipis CIS, se/ain dengan teknik sputtering ada/ah dengan evaporasi tetapi tungkunya harus jum/ahnya

3

dengan suhu yang berbeda-beda sesuai dengan titik didih ketiga bahan.

- Sifat optik dan e/ektrik /apisan tipis dan target yang dihasi/kan tidak dapat sama tetapi hampir sam a tergantung dari parameter sputtering yang digunakan.

- Untuk mengetahui hasi//apisan tipis CIS apakah sudah sesuai dengan target yaitu dengan menggunakan XRD.

Prosiding PPI - PDIPTN 2006

Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2006