PENGARUH SUHU ANNEALING PADA LAPISAN TIPIS TiO2
TRANSPARAN TERHADAP SIFAT OPTIK DAN SIFAT
LISTRIK UNTUK APLIKASI SEL SURYA TRANSPARAN
Disusun Oleh :
NANDANI M0213063
SKRIPSI
PROGAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET
PENGARUH SUHU ANNEALING PADA LAPISAN TIPIS TiO2
TRANSPARAN TERHADAP SIFAT OPTIK DAN SIFAT
LISTRIK UNTUK APLIKASI SEL SURYA TRANSPARAN
Disusun Oleh :
NANDANI M0213063
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian Persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains
PROGAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET
iv PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa isi skripsi saya yang berjudul “Pengaruh Suhu Annealing Pada Lapisan Tipis TiO2 Transparan Terhadap Sifat
Optik dan Sifat Listrik Untuk Aplikasi Sel Surya Transparan” adalah hasil
penelitian saya dan benar-benar sepengetahuan saya hingga saat ini. Materi
Skripsi tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain
untuk mendapatkan gelar Sarjana di Universitas Sebelas Maret Surakarta atau di
Perguruan Tinggi lainya kecuali telah dituliskan dibagian daftar pustaka Skripsi
ini. Segala bentuk banuan dari semua pihak telah ditulis dibagian ucapan terima
kasih. Isi Skripsi ini boleh menjadi rujukan dan difotocopy secara bebas tanpa
harus memberitahu penulis.
Surakarta, 4 September 2017
Nandani
v MOTTO
“Kalau kamu capek, Kamu boleh marah, Kamu boleh sedih” “TAPI………..”
“Jangan Pernah Nyerah, Kalau kamu nyerah, Berarti KALAH!!” -L I Y-
“Man Jadda Wajada”
Barang siapa yang bersungguh-sungguh, maka dia kan berhasil (Mahfudzat)
“Allah tidak membebani seserorang melainkan sesuai dengan kesanggupanya”
“Jika kamu tidak ingin belajar, maka tak seorang pun yang akan menolong kamu. Sebaliknya, jika kamu memutuskan untuk belajar maka tak seorangpun yang
mampu menghentikan kamu”
vi
PERSEMBAHAN
Karya ini saya persembahkan untuk:
1. Bapak, Ibu, Adik, Kakek dan Nenek yang selalu memberikan doa, kasih
sayang, motivasi dan materiil kepada saya selama saya menuntut ilmu. Maaf
hanya bisa memberikan secuil karyaku ini untuk saat ini.
2. Keluarga Material Research Group.
vii
Pengaruh Suhu Annealing Pada Lapisan Tipis TiO2 Transparan Terhadap Sifat Optik dan Sifat Listrik Untuk Aplikasi Sel Surya Transparan
NANDANI
Prodi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret
ABSTRAK
Titanium dioksida (TiO2) merupakan bahan serbaguna dalam beberapa aplikasi baik dalam penyerapan cahaya atau transparansi untuk penambahan konduktivitas listrik. Titanium dioksida memiliki tiga struktur kristal yang berbeda: rutil (tetragonal), anatase (tetragonal) dan brookite (ortorombik). Jenis fase kristal dari TiO2 yang sering digunakan pada DSSC adalah fase anatase, hal ini dikarenakan fase anatase memiliki tingkat fotoaktivitas yang tinggi serta luas permukaan yang besar. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh suhu annealing pada lapisan tipis TiO2 transparan yang dapat diaplikasikan pada sel surya transparan. Lapisan tipis TiO2 transparan dideposisi dengan menggunakan metode screen printing. Screen yang digunakan yaitu tipe T-49 sedangkan pasta TiO2 yang digunakan merupakan merk dyesol dengan spesifikasi 18NR-T. Lapisan tipis TiO2 transparan yang telah terdeposisi kemudian diberi perlakuan annealing dengan variasi suhu 450oC, 500oC, 550oC dan 600oC. Karakterisasi dilakukan dengan menggunakan X-Ray Diffraction (XRD) untuk mengetahui pengaruh suhu annealing terhadap kekristalan lapisan tipis TiO2 transparan. Karakterisasi morfologi permukaan menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM). Sifat optik absorbansi, transmitansi dan energi celah optik (bandgap) menggunakan UV-Vis Spectrophotometer. Sifat listrik yaitu resistivitas diukur dengan menggunakan four point probe. Puncak difraksi muncul paling banyak pada suhu anil 550oC dengan fase anatase. Puncak absorbansi tertinggi lapisan tipis TiO2 transparan terjadi pada panjang gelombang 303 nm saat diberi suhu anil 550oC. Pemberian variasi suhu annealing pada lapisan tipis TiO2 transparan mengakibatkan nilai resistivitas semakin turun. Nilai resistivitas terkecil didapatkan pada suhu anil 550oC sebesar 4,12 × 10−2Ωm.
viii
Effect of Annealing Temperature on Thin Film of TiO2 Transparent on Optical Properties and Electrical Properties for Transparent Solar Cell
Applications
NANDANI
Physics Departement, Faculty of Mathematics and Natural Saint Sebelas Maret University
ABSTRACT
Titanium dioxide (TiO2) is a versatile material in several applications whether in light absorption or transparency for the addition of electrical conductivity. Titanium dioxide had three distinct crystalline structures: rutile (tetragonal), anatase (tetragonal) and brookite (orthorhombic). The type of crystal phase of TiO2 frequently used in DSSC is the anatase phase, this is because the anatase phase had a high degree of photoactivity and large surface area. The purpose of this research is to determine the effect of annealing temperature on a transparent TiO2 thin film can be applied to transparent solar cells. The transparent TiO2 thin film is deposited used screen printing method. Screen used is type T-49 while TiO2 paste that used is brand dyesol with specification 18NR-T. The transparent TiO2 thin film was then treated with annealing temperature variations of 450oC, 500oC, 550oC dan 600oC. Characterization was by using X-Ray Diffraction (XRD)
to determine the effect of annealing temperature on crystalline transparent TiO2 thin film. Characterization of surface morphology used Scanning Electron Microscopy (SEM). The optical properties of absorbance, transmittance and bandgap energy used UV-Vis Spectrophotometer. The electrical properties of resistivity are measured used four point probes. The diffraction peaks appear most at an annealed anode 550oC temperature. The highest absorbance peak of the transparent TiO2 thin film occurs at a wavelength of 303 nm when given an annealing temperature of 550oC. Provision of annealing temperature variation on the transparent TiO2 thin film results in decreasing resistivity values. The smallest resistivity value is obtained an annealing temperature of 550oC at 4.12 × 10−2
Ωm.
ix
KATA PENGANTAR
Alhamdulillahirrobil’alamin. Puji syukur atas kehadirat Allah SWT yang
telah memberikan kemudahan, kelancaran dan nikmat-Nya sehingga penulis dapat
menyelesaikan penelitian dan penulisan Skripsi ini. Skripsi dengan judul “Pengaruh Suhu Annealing Pada Lapisan Tipis TiO2 Transparan Terhadap Sifat Optik dan Sifat Listrik Untuk Aplikasi Sel Surya Transparan” merupakan salah satu syarat wajib untuk mendapatkan gelar Sarjana Sains di Progam Studi
Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas
Maret Surakarta. Penulisan Laporan Skripsi ini dapat terselesaikan berkat bantuan
dari berbagai pihak, maka dari itu penulis sampaikan ucapan terima kasih kepada :
1. Allah SWT yang telah memberikan kelancaran sehingga skripsi ini bisa
terselesaikan.
2. Ayah, ibu, adik, kakek dan nenek tercinta yang selalu mendoakan dan
mendukung secara moril dan materil.
3. Bapak Dr. Fahru Nurosyid, S.Si., M.Si. selaku Kepala Progam Studi Fisika
FMIPA UNS.
4. Bapak Dr. Agus Supriyanto, S.Si., M.Si selaku pembimbing pertama yang
telah membimbing saya dengan sabar dan selalu memberikan arahan dari
metopel II hingga Skripsi ini terselesaikan.
5. Bapak Prof. Ir. Ari Handono Ramelan M.Sc (Hons). Ph.D selaku
pembimbing kedua yang telah membimbing dan memberi tambahan arahan
sehingga Skripsi ini terselesaikan.
6. Bapak Budi Legowo, S.Si., M.Si. selaku pembimbing akademik dari
semester awal hingga akhir yang selalu memberi arahan mengenai mata
kuliah.
7. Ajeng, Jakiyah, Rizki dan Uswa sudah menemani saya selama masa kuliah
x
8. Anggit, Regina, Nilam, Errin, Sistha, Yasin, Julian dan teman-teman
Material Research Group Progam Studi Fisika yang telah mewarnai selama
penelitian.
9. Teman – teman bimbingan Bapak Agus yang telah membersamai dalam
belajar sel surya.
10. Ayu, Aini, Lian, Azka, Sinta, Yani dan Nurul yang telah menambah warna
pertemanan.
11. Teman – teman EMF 2013 yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu yang
telah menemani masa kuliah hingga akhir perkuliahan.
Semoga Allah SWT memberikan balasan atas kebaikan dan bantuan yang telah
diberikan kepada penulis. Penulis menyadari dalam penulisan Skripsi ini masih
banyak kekurangan pada penulisan, isi dan kajian materi. Dengan segala
kekurangan yang terdapat pada Skripsi ini, semoga Skripsi ini dapat bermanfaat.
Surakarta, 4 September 2017
xi PUBLIKASI
No Judul Penulis Jenis Publikasi 1 Effect of Sintering
“International Conference on Advanced Material for Better Future”, 2017, UNS, Surakarta, 4 -5 September 2017
“International Conference on Theoretical and Applied Physics”, 2017, UGM, Yogyakarta, 6-8 September 2017
xii
BAB I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Batasan Masalah ... 4
1.3. Perumusan Masalah ... 4
1.4. Tujuan Penelitian ... 4
1.5. Manfaat Penelitian ... 5
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Sel Surya ... 6
2.1.1. Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) ... 7
2.1.2. Material Titanium Dioxide (TiO2) ... 8
2.1.3. Struktur Kristal TiO2 ... 9
2.2. Fotokatalisis ... 11
2.3. Metode Screen Printing ... 11
2.4. Heat Treatment ... 12
2.5. Karakterisasi Lapisan ... 13
2.5.1. X-Ray Diffraction (XRD) ... 13
2.5.2. Scanning Electron Microscope (SEM) ... 14
2.5.3. Spektofotometer Ultra Violet – Visible ( UV-Vis) ... 15
2.5.4. Pengukuran dengan Four Point Probe ... 16
2.6. Sifat Optik Lapisan Tipis ... 17
2.7. Sifat Listrik Lapisan Tipis ... 17
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ... 19
3.2. Alat dan Bahan ... 19
3.2.1. Alat Penelitian ... 19
3.2.2. Bahan Penelitian ... 20
xiii
3.3.1. Preparasi Subtrat ... 22
3.3.2. Pelapisan TiO2 Transparan ... 22
3.3.2.1. Pasta TiO2 Transparan ... 22
3.3.2.2. Deposisi Lapisan TiO2 Transparan ... 23
3.3.3. Karakterisasi ... 24
3.3.3.1. Karakterisasi Fase Kristal ... 24
3.3.3.2. Karakterisasi Ketebalan ... 25
3.3.3.3. Karakterisasi Absorbansi dan Transmitansi ... 25
3.3.3.4. Pengukuran Resistivitas ... 25
3.4. Analis Data ... 26
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Karakterisasi XRD Lapisan Tipis TiO2 Transparan ……….. 27
4.2. Karakterisasi Ketebalan Lapisan Tipis TiO2 Transparan …………. . 30
4.3. Karakterisasi Lapisan Tipis TiO2 Transparan dengan UV-Vis …….. 31
4.4. Resistivitas Lapisan Tipis TiO2 Transparan ………... 35
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ... 39
5.2. Saran ... 40
DAFTAR PUSTAKA ... 41
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Sifat Fisika TiO2 ………... 9 Tabel 4.1. Energi Bandgap Lapisan Tipis TiO2 Transparan dengan Waktu
Anil 1 Jam ... 34 Tabel 4.2. Nilai Resistivitas Lapisan Tipis TiO2 Transparan dengan Variasi
xv
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Struktur TiO2 = (a) Rutil, (b) Anatase, (c) Brookit ... 10
Gambar 2.2. Hamburan Sinar X Pada Kristal ... 14
Gambar 2.3. Skema pengukuran karakteristik four point probe ... 16
Gambar 3.1. Alur Penelitian ... 20
Gambar 3.2. Alat Ultrasonic Cleaner ... 21
Gambar 3.3. Larutan TiO2 Transparan ... 21
Gambar 3.4. Seperangkat Alat Screen Printing ... 22
Gambar 3.5. Skema Area Deposisi Lapisan TiO2 Transparan ... 23
Gambar 3.6. (a) TiO2 Transparan sebelum anneling ... 23
(b) TiO2 Transparan setelah anneling ... 23
Gambar 4.1. Pola Difraksi Lapisan Tipis TiO2 Transparan dengan Waktu Anil 1 jam dan Variasi Suhu Annealing 450oC, 500oC, 550oC dan 600oC ………. 28
Gambar 4.2. Hasil SEM Secara Cross Section Lapisan Tipis TiO2 Transparan Dengan Deposisi Menggunakan Screen Tipe T-49 ……….. 31
Gambar 4.3. Kurva Absorbansi Lapisan Tipis TiO2 Transparan dengan Waktu Anil 1 Jam ………. 32
Gambar 4.4. Kurva Transmitansi Lapisan Tipis TiO2 Transparan dengan Waktu Anil 1 Jam ………. 33
Gambar 4.5. Kurva Energi Bandgap Lapisan Tipis TiO2 Transparan dengan Waktu Anil 1 Jam ………. 34
xvi
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Satuan
n Orde pemantulan -
d Jarak antar atom nanometer (nm)
𝛌 Panjang gelombang nanometer (nm)
T Transmitansi %
𝜀 Absortivitas lt mol-1 .cm-1
b Tebal lapisan Cm
c Konsentrasi sampel mol lt-1
Io Intensitas awal Candela
I Intensitas akhir Candela α Koefisien serap meter (m)
L Panjang penampang lapisan Meter
