Perpustakaan Digital ITB

Baterai betavoltaik adalah suatu perangkat yang dapat mengubah energi hasil peluruhan bahan radioaktif menjadi energi listrik secara langsung. Perangat ini memiliki ukuran yang kecil dengan waktu pakai yang panjang, sehingga dapat digunakan sebagai sumber daya untuk perangkat seperti alat pacu jantung ataupun microelectromechanical systems (MEMS). Baterai betavoltaik tersusun atas komponen radioisotop pemancar beta dan sambungan semikonduktor. Partikel beta yang terbentuk berinteraksi dengan sambungan semikonduktor dan membentuk beberapa pasangan elektron-lubang atau electron-hole pair (EHP) yang berdifusi ke daerah deplesi dan meningkatkan potensial sambungan. Dalam Tugas Akhir ini, dilakukan simulasi model baterai betavoltaik planar satu dimensi berdasarkan model analitik dari berbagai sumber literatur. Jenis sambungan pada model baterai adalah sambungan pn berbahan Si. Simulasi dilakukan secara numerik menggunakan bahasa pemrograman Python dengan metode Monte Carlo, yakni metode simulasi dengan membangkitkan sejumlah nilai acak. Parameter keluaran model baterai dikalkulasi dengan membangkitkan nilai-nilai energi beta sebanyak 0,25mCi dan 1mCi. Peubah yang divariasikan selain jumlah partikel adalah model interaksi daya henti, kecepatan rekombinasi permukaan, kerapatan pengotor, suhu baterai, dan dimensi dari baterai. Parameter keluaran model baterai yang diperoleh kemudian dibandingkan dengan hasil dari referensi. Model baterai tersusun atas pemancar beta Ni-63, tipe-P dari material Si setebal 0,7?m, dan tipe-N dari material Si setebal 1?m. Konsentrasi pengotor tipe-P pada kalkulasi dasar adalah 1026/m3 dan untuk tipe-N adalah 1022/m3. Kalkulasi dasar mengasumsikan bahwa tidak terdapat rekombinasi permukaan, sehingga kecepatan rekombinasi permukaan ialah 0m/s. Dari penelitian ini, diperoleh bahwa aktivitas peluruh memiliki hubungan positif terhadap daya keluaran serta efisiensi baterai, dengan daya keluaran model baterai yang diperoleh dengan sumber peluruh 1mCi berada pada rentang 0,568nW-0,915nW dengan efisiensi 0,557%-0,898%, dan sumber peluruh 0,25mCi berada pada rentang 0,097nW-0,161nW dengan efisiensi 0,382%-0,634%. Nilai pada rentang tergantung terhadap model interaksi yang dipakai. Dari pemvariasian kecepatan rekombinasi permukaan ditunjukkan bahwa efisiensi konversi baterai betavoltaik berbanding terbalik terhadap kecepatan rekombinasi permukaan, sehingga efisiensi tertinggi dicapai saat permukaan baterai sepenuhnya terpasivasi. Kemudian dari pemvariasian kerapatan pengotor, ditemukkan bahwa terdapat besar pengotor tipe-P dan tipe-N yang memberikan efisiensi tertinggi. Pada penelitian ini, nilai optimal tersebut adalah pada ???????? = ???????? = 1,468 × 1025/m3. Namun nilai tersebut bergantung kepada nilai koefisien difusi dan panjang difusi muatan di dalam sambungan semikonduktor, tingkat keteraturan kristal semikonduktor, dan rancang bangun baterai betavoltaik. Dengan model matematis yang dipakai ditemukan bahwa efisiensi berbanding terbalik dengan suhu baterai, yakni semakin tinggi suhu, semakin rendah daya keluaran dan efisiensi dari baterai betavoltaik. Lalu pada pemvariasian parameter ketebalan tipe-P dan tipe-N model baterai betavoltaik dengan ketebalan total konstan, terdapat tebal tipe-P dan tipe-N yang optimal yakni 0,294?m untuk tipe-P dan 1,506?m untuk tipe-N.