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
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
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.
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]).
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-(p-n, p-i, i-(p-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 (C, 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
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) : -
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
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
![Gambar 3.1. Struktur karbon amorf (a-C) [1].](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/4652580.3408549/10.893.343.555.594.825/gambar-struktur-karbon-amorf-a-c.webp)
![Gambar 3.2 Diagram fase terner dari sistem karbon-hidrogen amorf [1].](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/4652580.3408549/11.893.263.634.221.491/gambar-diagram-fase-terner-sistem-karbon-hidrogen-amorf.webp)
