Perpustakaan Digital ITB

Semakin meningkatnya kebutuhan energi di masa mendatang telah mendorong upaya pencarian sumber energi listrik selain sumber-sumber energi yang telah digunakan selama ini. Salah satu sumber energi yang tersedia melimpah dan potensial untuk dimanfaatkan adalah energi cahaya matahari. Untuk keperluan tersebut, dibutuhkan divais sel surya yang berfungsi untuk mengubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik. Saat ini, salah satu material yang digunakan membuat divais sel surya dengan biaya yang murah adalah lapisan tipis silikon amorf. Namun demikian, efisiensi yang dimiliki divais sel surya berbasis lapisan tipis silikon amorf ini masih rendah dibandingkan dengan divais dari bahan silikon kristal. Di samping itu, sel surya lapisan tipis silikon amorf memiliki stabilitas yang kurang baik akibat terjadinya penurunan efisiensi setelah disinari dengan sinar matahari dalam jangka waktu yang lama atau yang disebut sebagai efek Stabler-Wronski. Oleh karena itu berbagai upaya terus dilakukan untuk dapat meningkatkan efisiensi dan stabilitas sel surya berbasis silikon amorf tersebut. Salah satu upaya yang menarik perhatian saat ini adalah pemanfaatan material berbasis karbon, khususnya grafena, dalam struktur lapisan divais sel surya. Dari berbagai hasil penelitian, diketahui bahwa grafena memiliki sejumlah karakteristik yang potensial untuk diaplikasikan pada divais sel surya antara lain transparansi dan konduktivitas yang cukup tinggi. Sejauh ini grafena telah digunakan sebagai lapisan elektroda transparan dan lapisan aktif dalam divais sel surya. Namun demikian, biaya fabrikasi divais tersebut masih tergolong tinggi sebab penumbuhan grafena umumnya dilakukan pada temperatur yang cukup tinggi dan penggunaan material silikon kristal dalam pembuatan divais sel surya yang juga mensyaratkan temperatur yang tinggi. Selain itu, teknik fabrikasi yang digunakan sejauh ini mengharuskan adanya proses transfer grafena dari substrat sintesisnya ke substrat yang akan digunakan dalam struktur divais sel surya. Proses transfer ini membutuhkan biaya tambahan, sulit dilakukan dan menyita waktu sehingga dianggap kurang ekonomis dan kurang praktis. Sebagai upaya untuk mengatasi kendala tersebut, dalam penelitian ini dilakukan studi tentang penumbuhan grafena pada temperatur rendah dengan menggunakan metode sel kawat panas dalam plasma sistem PECVD berfrekuensi sangat tinggi atau Hot Wire Cell in Plasma Very High Frequency Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (HWC IP VHF PECVD). Lapisan grafena yang dihasilkan kemudian diaplikasikan dalam divais sel surya berbasis silikon amorf/mikrokristal dengan struktur lapisan: kaca corning/TCO/Ni/Grafena/i-?c-Si:H/n-a-Si:H. Grafena yang dihasilkan dalam penelitian ini memiliki ukuran kristal rata-rata yang relatif kecil dalam orde nanometer atau disebut sebagai grafena nanokristal. Penumbuhan grafena nanokristal ini dilakukan pada temperatur yang cukup rendah yaitu sebesar 300 ?C pada tekanan ruang penumbuhan 500 mTorr, daya pembangkit plasma antara 8 watt – 12 watt, selama 10 menit dengan bantuan katalis nikel. Sedangkan penumbuhan lapisan silikon mikrokristal untuk keperluan fabrikasi sel surya dilakukan pada temperatur 275 ?C. Sebagai tahap awal aplikasi, kinerja divais sel surya yang dihasilkan menunjukkan nilai tegangan rangkaian terbuka sebesar 0,68 V, rapat arus hubung singkat sebesar 0,029 mA/cm2 , faktor pengisi sebesar 0,38 dan efisiensi 0,07%. Hasil ini lebih baik dibandingkan dengan divais sel surya berbasis grafena/silikon amorf terhidrogenasi yang pernah dibuat sebelumnya yang hanya menghasilkan efisiensi sebesar 0,00167%, dengan nilai tegangan rangkaian terbuka sebesar 0,15 V, rapat arus hubung singkat sebesar 0,0748 mA/cm2 , dan faktor pengisi 0,2. Dibandingkan dengan sejumlah penelitian lainnya yang mengaplikasikan grafena sebagai lapisan elektroda transparan di atas substrat silikon kristal, penelitian ini merupakan penelitian yang pertama kali menerapkan grafena sebagai alternatif untuk lapisan tipis silikon tipe p pada sel surya lapisan tipis silikon amorf/mikrokristal berstruktur p-i-n. Selain itu, teknik fabrikasi divais sel surya yang digunakan dalam penelitian ini dilakukan secara in-situ mulai dari penumbuhan grafena di atas substrat kaca corning/TCO yang telah dilapisi dengan lapisan tipis nikel sebagai katalis, penumbuhan lapisan tipis silikon mikrokristal tipe intrinsik di atas lapisan grafena tersebut, dan penumbuhan lapisan tipis silikon amorf tipe n di atas lapisan silikon mikrokristal intrinsik. Proses fabrikasi divais secara in-situ ini menyebabkan metode transfer grafena dalam proses fabrikasi divais tidak diperlukan lagi. Dengan demikian, metode yang digunakan dalam penelitian ini lebih ekonomis dan praktis. Hasil awal yang dicapai penelitian ini diharapkan dapat membuka jalan pada upaya peningkatan efisiensi dan stabilitas divais sel surya berbasis lapisan tipis silikon amorf/mikrokristal yang dikenal berbiaya murah, terutama melalui pemanfaatan material-material baru berdimensi dua seperti grafena dan turunannya.