PENGARUH SUHU ANNEALING PADA LAPISAN TIPIS TiO2 TRANSPARAN TERHADAP SIFAT OPTIK DAN SIFAT LISTRIK UNTUK APLIKASI SEL SURYA TRANSPARAN

Transkripsi

1 PENGARUH SUHU ANNEALING PADA LAPISAN TIPIS TiO2 TRANSPARAN TERHADAP SIFAT OPTIK DAN SIFAT LISTRIK UNTUK APLIKASI SEL SURYA TRANSPARAN Disusun Oleh : NANDANI M SKRIPSI PROGAM STUDI FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA SEPTEMBER 2017

2 PENGARUH SUHU ANNEALING PADA LAPISAN TIPIS TiO2 TRANSPARAN TERHADAP SIFAT OPTIK DAN SIFAT LISTRIK UNTUK APLIKASI SEL SURYA TRANSPARAN Disusun Oleh : NANDANI M SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagian Persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains PROGAM STUDI FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA SEPTEMBER 2017

3 ii

4 iii

5 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 iv

6 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 Kegagalan itu selangkah dari Keberhasilan v

7 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. 3. Teman-teman EMF 2013, Fisika FMIPA Universitas Sebelas Maret. vi

8 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 450 o C, 500 o C, 550 o C dan 600 o C. 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 550 o C dengan fase anatase. Puncak absorbansi tertinggi lapisan tipis TiO2 transparan terjadi pada panjang gelombang 303 nm saat diberi suhu anil 550 o C. Pemberian variasi suhu annealing pada lapisan tipis TiO2 transparan mengakibatkan nilai resistivitas semakin turun. Nilai resistivitas terkecil didapatkan pada suhu anil 550 o C sebesar 4, Ωm. Kata kunci: Annealing, TiO2 transparan, Screen Printing dan anatase vii

9 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 450 o C, 500 o C, 550 o C dan 600 o C. 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 550 o C temperature. The highest absorbance peak of the transparent TiO2 thin film occurs at a wavelength of 303 nm when given an annealing temperature of 550 o C. 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 550 o C at Ωm. Keyword: Annealing, TiO2 transarent, Screen Printing and anatase viii

10 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 dan menjadi keluarga di Solo. ix

11 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 Nandani x

12 PUBLIKASI No Judul Penulis Jenis Publikasi 1 Effect of Sintering Agus Supriyanto, on Transparent Nandani, Sayekti TiO2 18NR-T Type Wahyuningsih, Thin Films as The Ari Handono Working Electrode Ramelan For Transparent Solar Cells 2 Effect of Annealing Nandani, Agus Temperature on Supriyanto, Ari Optical Properties of Handono TiO2 18NR-T type Ramelan, Fahru Thin Film Nurosyid International Conference on Advanced Material for Better Future, 2017, UNS, Surakarta, 4-5 September 2017 (Oral Presentation) International Conference on Theoretical and Applied Physics, 2017, UGM, Yogyakarta, 6-8 September 2017 (Oral Presentation) xi

13 DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PERSETUJUAN... ii HALAMAN PENGESAHAN... iii HALAMAN PERNYATAAN... iv HALAMAN MOTTO... v HALAMAN PERSEMBAHAN... vi HALAMAN ABSTRAK... vii HALAMAN ABSTRACT... viii KATA PENGANTAR... ix HALAMAN PUBLIKASI... x DAFTAR ISI... xi DAFTAR TABEL... xii DAFTAR GAMBAR... xiii DAFTAR SIMBOL... xiv BAB I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Batasan Masalah Perumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian... 5 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Sel Surya Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) Material Titanium Dioxide (TiO2) Struktur Kristal TiO Fotokatalisis Metode Screen Printing Heat Treatment Karakterisasi Lapisan X-Ray Diffraction (XRD) Scanning Electron Microscope (SEM) Spektofotometer Ultra Violet Visible ( UV-Vis) Pengukuran dengan Four Point Probe Sifat Optik Lapisan Tipis Sifat Listrik Lapisan Tipis BAB III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian Alat dan Bahan Alat Penelitian Bahan Penelitian Metode Penelitian xii

14 Preparasi Subtrat Pelapisan TiO2 Transparan Pasta TiO2 Transparan Deposisi Lapisan TiO2 Transparan Karakterisasi Karakterisasi Fase Kristal Karakterisasi Ketebalan Karakterisasi Absorbansi dan Transmitansi Pengukuran Resistivitas Analis Data BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Karakterisasi XRD Lapisan Tipis TiO2 Transparan Karakterisasi Ketebalan Lapisan Tipis TiO2 Transparan Karakterisasi Lapisan Tipis TiO2 Transparan dengan UV-Vis Resistivitas Lapisan Tipis TiO2 Transparan BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xiii

15 DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Sifat Fisika TiO Tabel 4.1. Energi Bandgap Lapisan Tipis TiO2 Transparan dengan Waktu Anil 1 Jam Tabel 4.2. Nilai Resistivitas Lapisan Tipis TiO2 Transparan dengan Variasi Suhu Annealing 450 o C, 500 o C, 550 o C dan 600 o C.. 36 xiv

16 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1. Struktur TiO2 = (a) Rutil, (b) Anatase, (c) Brookit Gambar 2.2. Hamburan Sinar X Pada Kristal Gambar 2.3. Skema pengukuran karakteristik four point probe Gambar 3.1. Alur Penelitian Gambar 3.2. Alat Ultrasonic Cleaner Gambar 3.3. Larutan TiO2 Transparan Gambar 3.4. Seperangkat Alat Screen Printing Gambar 3.5. Skema Area Deposisi Lapisan TiO2 Transparan Gambar 3.6. (a) TiO2 Transparan sebelum anneling (b) TiO2 Transparan setelah anneling Gambar 4.1. Pola Difraksi Lapisan Tipis TiO2 Transparan dengan Waktu Anil 1 jam dan Variasi Suhu Annealing 450 o C, 500 o C, 550 o C dan 600 o C. 28 Gambar 4.2. Hasil SEM Secara Cross Section Lapisan Tipis TiO2 Transparan Dengan Deposisi Menggunakan Screen Tipe T 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 Gambar 4.6. (a) Grafik Hasil Pengukuran Lapisan Tipis TiO2 Transparan menggunakan Four Point Probe xv

17 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) h Konstanta Plank J s υ Frekuensi Secon Eg Energi bandgap ev J Rapat arus Ampere. m 2 E Medan listrik V.m- 1 σ Konduktivitas (Ωm) -1 A Luas penampang m 2 ρ Resistivitas Ωm V Tegangan Volt I Arus Ampere L Panjang penampang lapisan Meter R Resistansi Ω xvi