Efek Fotovoltaik Pada Sel Fotoelekttrokimia

2
aplikasi sel surya.
Perumusan Masalah
Apakah sel fotoelektrokimia berbasis
fotoelektroda timah sulfida dan elektrolit
polimer padat kitosan/PEG/KI+I2 dapat
menghasilkan efek fotovoltaik?
Hipotesis
Sistem sel fotoelektrokimia berbasis
fotoelektroda timah sulfida dan elektrolit
polimer padat kitosan/PEG/KI+I2 dapat
menghasilkan efek fotovoltaik yaitu
mengonversi energi cahaya menjadi
energi listrik secara langsung.
TINJAUAN PUSTAKA
Semikonduktor
Bahan zat padat diklasifikasikan
menjadi isolator, semikonduktor, dan
konduktor.
Pada
isolator,
semikonduktor, dan konduktor terdapat
pita energi yang memperbolehkan
keberadaan elektron, yaitu pita valensi
berenergi rendah yang terisi penuh dan
pita konduksi berenergi tinggi yang
kosong. Celah energi atau yang disebut
juga band gap (Eg) merupakan pita
energi yang memisahkan pita valensi
dan pita konduksi pada suatu bahan.
Besarnya celah energi dapat menentukan
sifat suatu bahan. Elektron yang terdapat
pada pita valensi dapat loncat menuju
pita konduksi dengan menyerap
sejumlah energi yang melebihi celah
energi.12
Bahan isolator, semikonduktor, dan
konduktor memiliki pita energi dengan
celah energi yang berbeda. Pada bahan
isolator terdapat celah energi yang besar
antara pita valensi dan pita konduksi
sehingga dibutuhkan energi yang besar
untuk menaikkan elektron dari pita
valensi ke tingkat yang lebih tinggi. Hal
ini mengakibatkan bahan isolator
memiliki konduktivitas yang rendah.
Pada bahan konduktor, pita energinya
tumpang-tindih sehingga elektron pada
pita valensi dengan mudah naik ke
tingkat energi yang lebih tinggi. Dengan
demikian, bahan konduktor memiliki
konduktivitas yang tinggi.12
Pada bahan semikonduktor, celah
energinya relatif kecil. Celah energi
yang kecil ini memungkinkan sebuah
elektron memasuki tingkat energi yang
lebih tinggi. Perpindahan elektron ini
dapat terjadi karena pengaruh suhu,
penyinaran dan pemberian tegangan.
Ketika bersuhu rendah (T = 0 K), bahan
semikonduktor akan berperilaku seperti
bahan isolator. Ketika bersuhu tinggi,
elektron pada pita valensi akan
memperoleh energi kinetik yang
memudahkan elektron melompat ke pita
konduksi sehingga pada pita konduksi
terdapat elektron yang dapat bergerak
bebas dan berpartisipasi dalam konduksi
listrik. Dengan demikian, bahan
semikonduktor memiliki konduktivitas
yang cukup tinggi. Konduktivitas listrik
bahan semikonduktor berada diantara
bahan
konduktor
dan
isolator.
Resistivitas semikonduktor berkisar
antara 10-6 -104 Ωm.13
Ketika semikonduktor diiradiasi
dengan cahaya yang energinya lebih
besar dari celah energi semikonduktor
(hv ≥ Eg), elektron dari pita valensi
dapat tereksitasi ke pita konduksi.
Elektron yang melompat dari pita
valensi ke pita konduksi menjadi
pembawa muatan negatif, sedangkan
lubang (hole) pada pita valensi
merupakan pembawa muatan positif.
Pada umumnya, pembuatan semikonduktor murni dicampurkan dengan
bahan lain. Bahan ini disebut sebagai
bahan
pengotor
atau
dopant.
Semikonduktor yang tidak diberi dopant
disebut
semikonduktor
intrinsik,
sedangkan yang diberi dopant disebut
semikonduktor
ekstrinsik.
Semikonduktor ekstrinsik terdiri dari dua
tipe,
yaitu
tipe-n
dan
tipe-p.
Semikonduktor tipe-n memiliki elektron
sebagai pembawa muatan mayoritas.
Semikonduktor tipe ini memiliki
kelebihan elektron (atom donor). Hal ini
mengakibatkan kelebihan elektron di
dalam kristal sehingga semikonduktor
menjadi
bermuatan
negatif.
2
3
Semikonduktor tipe-p memiliki hole
sebagai pembawa muatan mayoritas.
Semikonduktor
tipe
ini
atom
pengotornya kekurangan elektron (atom
akseptor). Hal ini menyebabkan
kekosongan di dalam kristal sehingga
semikonduktor menjadi bermuatan
positif.14 Gambar 1 menunjukkan
semikonduktor intrinsik dan ekstrinsik
(tipe-p dan tipe-n) untuk silikon, dimana
boron sebagai semikonduktor tipe-p dan
fosfor sebagai semikonduktor tipe-n.
Atom
Tambahan
(Boron)
Hole
Tambahan
Atom
Tambahan
(Fosfor)
Elektron
Tambahan
Gambar 1. Semikonduktor silikon intrinsik
dan ekstrinsik (tipe-p dan tipe-n).15
Semikonduktor Timah Sulfida
Timah sulfida adalah senyawa kimia
dari timah (Sn) dan sulfida (S) dengan
rumus kimia SnS. Senyawa yang terdiri
atas timah dan sulfida memiliki fase
yang bervariasi diantaranya SnS, SnS2,
Sn2S3, dan Sn2S4.9 SnS (timah (II)
sulfida) terdapat di alam sebagai mineral
herzenbergite dan SnS2 (timah (IV)
sulfida) terdapat di alam sebagai mineral
berndtite. SnS dan SnS2 dapat dibuat
dengan mereaksikan timah dengan
sulfida, timah (II) klorida dengan
hidrogen sulfida atau timah (IV) klorida
dengan hidrogen sulfida. SnS berwarna
coklat tua, bersifat tidak larut dalam air,
tetapi larut dalam asam klorida pekat.16
SnS memiliki struktur kristal kubik dan
ortorombik.6, 9 Sedangkan SnS2 memiliki
struktur kristal heksagonal.17
Senyawa timah sulfida memiliki
sifat optik dan listrik yang cocok untuk
aplikasi sel surya selain untuk piranti
optoelektronik lainnya. Timah sulfida
memiliki koefisien absorpsi yang tinggi
sehingga sebagian besar cahaya dapat
diabsorpsi dalam bentuk film.8
SnS merupakan semikonduktor tipep
yang berfungsi sebagai material
penyerap cahaya dalam aplikasi
fotovoltaik.8 Struktur pita energi dari
SnS ideal ketika digabung dengan
material konduktif-bermuatan yang
memiliki lebar celah pita ~2.4 eV dalam
susunan heterojunction. Celah energi
SnS berada pada rentang 1.3-1.83 eV.
Pada rentang celah energi ini SnS
menghasilkan
efisiensi
(konversi)
maksimum. Celah energi untuk transisi
langsung dan tidak langsung dapat
berbeda tergantung pada kondisi sintesis
dan lamanya deposisi.6 Celah energi
SnS2 berada pada rentang 2.05-2.4 eV.7
SnS2
dapat
digunakan
sebagai
semikonduktor
pada
sistem
fotoelektrokimia.18
Film SnS dapat dibuat dengan
melarutkan thin dichloride dihidrat dan
thioacetamide dengan agen kompleks
seperti
trisodium citrate
(TSC),
triethanolamine (TEA), dan ammonium
hidroksida di dalam etilen glikol dan
aquades yang dipanaskan pada suhu
antara 60-80oC. Reaksi kimia dari film
SnS dengan menggunakan kompleks
TEA adalah sebagai berikut:
[Sn(TEA)]2+ + CH3CSNH2 + 2OH- →
SnS + TEA + CH3CONH2 + H2O
(1)
Selama deposisi, ion Sn2+ membentuk
ikatan dengan ligand-TEA untuk
membentuk [Sn]TEA. Ligand-TEA
berperan untuk mencegah munculnya
bentuk yang tidak diinginkan material
seperti [Sn(OH)2] yang timbul akibat
terjadinya presipitasi pada kompleks,
selanjutnya kompleks dipecah untuk
membuat ikatan dengan ion S- dan
komponen lain pembentuk SnS. Peran
TSC yakni sebagai agen kompleks sama
halnya dengan TEA. Persamaan yang
serupa dapat ditulis dengan mengganti
TEA dengan TSC.6
3
4
Sistem Sel Fotoelektrokimia
Potensial elektrokimia
Sel fotoelektrokimia merupakan
sistem sel surya yang didasarkan pada
persambungan antara semikonduktor
dan elektrolit. Sel fotoelektrokimia
terdiri atas elektroda kerja (working
electrode), elektroda lawan (counter
dan
elektroda
yang
electrode),
mengandung kopel redoks (elektrolit
cair atau padat). Elektroda kerja dapat
berupa bahan semikonduktor sehingga
disebut juga elektroda semikonduktor.
Elektroda
semikonduktor
dapat
berbentuk
lapisan
tipis
yang
dideposisikan pada substrat kaca ITO.19
Elektroda semikonduktor seperti SnS
berperan sebagai fotoelektroda atau
fotoanoda yang berfungsi menyerap
energi foton sedangkan elektroda lawan
(counter electrode) seperti ITO berperan
sebagai
katoda.
Baik
elektroda
semikonduktor maupun elektroda lawan
dicelupkan ke dalam larutan elektrolit
yang mengandung kopel redoks. Larutan
yang digunakan mengandung kompleks
redoks seperti sulfida, selenida, iodida,
tellurida, dan sebagainya.19 Selanjutnya,
kedua elektroda tersebut dihubungkan
dengan rangkaian luar seperti yang
ditunjukkan oleh Gambar 2.
Pada
semikonduktor,
potensial
elektrokimia
elektron
(Eredoks)
ditunjukkan oleh level Fermi. Perubahan
potensial elektrokimia berhubungan
dengan perubahan dalam posisi level
Fermi yang bergantung pada energi
referensi yaitu energi elektron pada
keadaan vakum. Sedangkan untuk
elektrolit yang mengandung kopel
redoks, potensial elektrokimia (Eredoks)
dari suatu elektron ditentukan oleh
potensial redoks.20
e-
R
Potensial elektrokimia dari sistem
redoks ini biasanya mengacu pada
normal hydrogen elektrode (NHE)
sebagai referensi. Proses yang terjadi
pada sel fotoelektrokimia secara
kuantitatif adalah level Fermi dari
semikonduktor
dan
elektrolit
ditempatkan
pada
skala
energi.
Penggunaan skala energi absolut, energi
dari kopel redoks (EF, redoks) diberikan
oleh Persamaan (2) :
EF, redoks = Eref - Eredoks
(2)
dimana Eredoks merupakan
potensial
redoks terhadap NHE dan Eref
merupakan energi elektroda referensi
terhadap level vakum. Nilai dari Eref
untuk NHE20 biasanya adalah -4,5 eV
sehingga Persamaan (2) dapat ditulis
sebagai berikut :
EF, redoks = -4,5 eV - Eredoks
Mekanisme Konversi
Fotoelektrokimia
Larutan
elektrolit
cahaya
Elektroda
semikonduktor
Elektroda
counter
Gambar 2. Sel fotoelektrokimia.20
(3)
Energi
Sel
Konversi energi sel fotoelektrokimia
memanfaatkan efek fotovoltaik yang
dihasilkan
dari
persambungan
semikonduktor-elektrolit. Persambungan
semikonduktor-elektrolit identik dengan
persambungan
semikonduktor-logam
(dioda
Schottky)19
seperti
yang
diperlihatkan pada Gambar 3.
Ketika persambungan semikonduktor
tipe-n - elektrolit disinari cahaya, foton
yang mempunyai energi lebih besar dari
celah pita diserap sehingga elektron
terlepas dari pita valensi dan bergerak
menuju
pita
konduksi.
Elektron
4
5
tereksitasi tersebut bergerak ke bagian
dalam semikonduktor akibat adanya
gaya tolak dari ruang muatan negatif di
antarmuka elektrolit dan persambungan.
Kemudian
elektron
meninggalkan
semikonduktor melalui kontak ohmik
(rangkaian luar). Elektron tersebut
diinjeksikan pada elektroda lawan untuk
menghasilkan reaksi reduksi, dimana
akseptor A direduksi menjadi donor Ayang kemudian bergerak menuju
elektroda
semikonduktor
untuk
mendonasikan elektron melalui reaksi
oksidasi kepada hole di permukaan
persambungan. Pada saat yang sama,
pada pita valensi terbentuk hole yang
berdifusi ke daerah deplesi untuk
selanjutnya
berekombinasi
dengan
elektron yang didonasikan oleh ion
donor dari elektrolit. Karena elektron
dan hole bergerak dalam arah yang
belawanan, arus yang kontinyu akan
mengalir selama sel disinari dan
terhubung dengan rangkaian luar.20
Gambar 3. Persambungan
semikonduktor – logam.21
Jenis spesies redoks yang digunakan
tergantung dari tipe semikonduktor dan
posisi pita energi. Untuk semikonduktor
tipe-n, pembawa minoritas diinjeksikan
untuk menghasikan reaksi oksidasi
sedangkan pada semikonduktor tipe-p
pembawa minoritas diinjeksikan untuk
menghasilkan reaksi reduksi. Oksidasi
untuk semikonduktor tipe-n akan terjadi
dari hole pada pita valensi jika level
fermi dari elektrolit berada di atas level
pita valensi sedangkan reduksi untuk
semikonduktor tipe-p akan terjadi dari
elektron-elektron pada pita konduksi
jika level fermi elektrolit berada di
bawah level pita konduksi.20
Ketika
terjadi
kontak
antara
semikonduktor tipe-p dengan elektrolit,
maka terjadi pertukaran elektron dengan
cepat antara jenis redoks dan elektroda
yang disebabkan oleh perbedaan
potensial elektrokimia yang ditunjukkan
oleh level fermi. Level fermi awal dalam
semikonduktor lebih rendah dari level
fermi awal elektrolit sehingga akan
terjadi pertukaran elektron dari elektrolit
ke semikonduktor. Proses ini berhenti
ketika level fermi keduanya sama yakni
ketika mencapai kesetimbangan. Pada
saat kesetimbangan tersebut dihasilkan
daerah lapisan muatan negatif pada
semikonduktor yang disebut juga daerah
deplesi (karena daerah dideplesi oleh
pembawa muatan mayoritas). Daerah
deplesi dalam semikonduktor tipe-p
dibentuk dengan menurunnya pita
valensi
dan
konduksi
untuk
menghasilkan potensial penghalang
yang melawan pertukaran hole ke dalam
elektrolit. Daerah bermuatan tersebut
disebut daerah Helmholtz yang juga
terdapat
dalam
elektrolit
yang
berdampingan dengan elektroda padat
antarmuka
dan
berperan
dalam
pembelokan pita pada semikonduktor
saat
keadaan
setimbang
dengan
elektrolit. Keadaan sebelum dan setelah
kontak
pada
persambungan
semikonduktor tipe-p - elektrolit dapat
dilihat pada Gambar 4 dan Gambar 5.20
Gambar 4. Persambungan
semikonduktor tipe-p - elektrolit
sebelum terjadi kontak.
5
6
Sel Fotoelektrokimia Berbasis Timah
Sulfida dan Kitosan/PEG/KI+I2
Gambar 5. Persambungan
semikonduktor tipe-p - elektrolit setelah
terjadi kontak.
Fotogenerasi menyebabkan level
fermi pada semikonduktor kembali pada
posisi asalnya sebelum persambungan
semikonduktor-elektrolit
terbentuk.
Elektron dan hole bergerak dalam arah
yang berlawanan. Pada saat rangkaian
terbuka, antara elektroda semikonduktor
yang disinari dan elektroda lawan
dihasilkanlah
fotovoltase
sehingga
timbul arus. Fotovoltase yang dihasilkan
diantara kedua elektroda sama dengan
perbedaan antara level fermi pada
semikonduktor dan potensial redoks
pada elektrolit. Pada kondisi rangkaian
tertutup, level fermi dalam sistem sama
dan tidak ada fotovoltase yang muncul
diantara kedua elektroda.20 Model sel
fotoelektrokimia persambungan semikonduktor tipe-p - elektrolit pada
keadaan disinari ditunjukkan oleh
Gambar 6.
Gambar 6. Model sel fotoelektrokimia
persambungan semikonduktor tipe-p
elektrolit pada keadaan disinari.19
Sel
fotoelektrokimia
berbasis
fotoelektroda timah sulfida dan elektrolit
polimer padat kitosan/PEG/KI+I2 adalah
sel fotovoltaik yang memanfaatkan
fenomena
fotoelektrokimia.
Sel
fotoelektrokimia ini terdiri dari lapisan
timah
sulfida
(SnS)
sebagai
semikonduktor tipe-p yang dibentuk
pada substrat kaca ITO yang bersifat
sebagai penangkap atau penyerap
cahaya sehingga dapat menghasilkan
aliran elektron. Pada permukaan film
SnS dilakukan penetesan gel elektrolit
kitosan/PEG/KI+I2 yang selanjutnya
ditutup dengan subtrat kaca ITO dan
dikeringkan
pada
suhu
kamar.
Pengukuran tegangan dilakukan di
bawah cahaya matahari menggunakan
voltmeter. Voltmeter dipasangkan pada
substrat ITO yang dilapisi SnS sebagai
kontak di permukaan dan dan substrat
kaca ITO tanpa lapisan SnS sebagai
kontak di dasar.
Prinsip dasar sel surya ini adalah
foton yang datang diserap oleh elektroda
semikonduktor sehingga membangkitkan elektron dan hole dalam senyawa
semikonduktor tersebut. Konversi energi
cahaya menjadi energi listrik pada sel
fotoelektrokimia dihasilkan melalui
pembangkitan elektron oleh cahaya
dalam
kisaran
cahaya
tampak.
Penyerapan foton oleh atom atau
molekul
menghasilkan
lompatan
elektron dari keadaan dasar ke keadaan
eksitasi yang memiliki tingkat energi
yang lebih tinggi. Cahaya yang
dibutuhkan untuk transisi tersebut harus
memiliki energi foton yang lebih besar
atau sama dengan selisih energi antara
dua keadaan (hv ≥ Eg). Keadaan ini
biasanya disebut sebagai celah energi
(energy gap). Jika foton yang diserap
memiliki energi lebih besar dari celah
pita energi maka foton mampu membuat
elektron berpindah dari pita valensi ke
pita konduksi. Pemisahan pembawa
muatan antara hole dan elektron
menghasilkan arus faradaik melalui
konduktor pada rangkaian luar. Arus
6
7
faradaik muncul akibat perubahan
senyawa redoks dalam elektrolit. Efek
langsung dari fotolektrokimia ialah
perubahan potensial (rangkaian terbuka)
atau perubahan arus (rangkaian tertutup)
pada sistem elektroda sebagai hasil dari
penyinaran.19
Elektrolit Polimer Padat
Elektrolit berbasis polimer cocok
untuk aplikasi dalam sistem elektrokimia
karena memiliki sifat mekanis yang
baik, dapat membentuk film, dan
sebagai kontak yang baik dengan bahan
elektroda. Secara umum, elektrolit
polimer dapat diklasifikasikan menjadi
tiga kategori yaitu elektrolit polimer
kering padatan, elektrolit polimer
komposit, dan elektrolit polimerplasticized.22
Elektrolit polimer padat dapat
digunakan sebagai alternatif untuk
menggantikan elektrolit cair. Elektrolit
ini berbentuk padatan atau seperti gel.
Elektrolit polimer padat dikenal sebagai
bahan padat yang memiliki kemampuan
untuk menghantarkan arus listrik dengan
cara pergerakan ion dan memiliki fungsi
yang sama seperti larutan elektrolit.23
Penambahan elektrolit padat dapat
mencegah kebocoran larutan dan
mengatasi permasalahan penyegelan
pada sel fotoelektrokimia. Elektrolit
polimer padat sering digunakan dalam
pembuatan sel fotoelektrokimia padat.
Elektrolit polimer pada dasarnya terdiri
atas polimer dan garam yang secara
bersama membentuk pasangan redoks.
Contohnya PEO-KI-I2, kitosan-PEONH4I-I2, I2-PEONH4I, PVC-LiClO4, dan
kitosan-PVA-KOH.23,24
Adapun ciri yang harus dimiliki oleh
suatu polimer agar dapat berfungsi
sebagai host dalam elektrolit polimer24
adalah:
-
Memiliki atom atau kumpulan atom
yang cukup untuk mendonorkan
elektron sehingga dapat membentuk
ikatan koordinasi dengan kation.
-
Memiliki hambatan yang kecil
terhadap pemutaran ikatan sehingga
memungkinkan pergerakan ion pada
ikatan polimer.
Kitosan
Kitosan merupakan bahan dasar
polielektrolit yang mengandung gugus
amina dan gugus hidroksil yang banyak
digunakan sebagai bahan molekul
transport aktif suatu anion dalam
larutan. Kitosan memiliki sifat mudah
terdegradasi, biocompatible, dan tidak
beracun. Kitosan tidak larut dalam air,
larutan alkali pada pH di atas 6,5 dan
pelarut organik, tetapi dapat larut cepat
dalam asam organik encer seperti asam
asetat, asam format, asam sitrat, dan
mineral lain kecuali sulfur. Kitosan
dalam media asam juga dapat menjadi
polielektrolit melalui protonasi gugus
amina.25
Oleh karena sifat kristalin kitosan,
bagian kristalin pada kitosan akan
menghalangi masuknya molekul air ke
dalam membran kitosan sehingga
menghambat transport ion hidroksida di
dalam membran. Hal ini didukung
dengan adanya gugus polar dan non
polar yang dikandungnya sehingga
kitosan dapat digunakan sebagai
pengental,
pengikat,
penstabil,
pembentuk tekstur, dan pembentuk gel.
Bila kitosan dilarutkan di dalam asam,
maka kitosan akan menjadi polimer
kationik dengan struktur linear sehingga
dapat digunakan dalam proses flekulasi
dan pembentukan film. Kelebihan
polielektrolit kationik dibandingkan
dengan koagulan lain adalah lebih
sedikitnya jumlah flok yang dihasilkan
karena polielektrolit tidak membentuk
endapan. Flok yang terbentuk lebih kuat
dan tidak membutuhkan pengaturan
pH.25 Adanya gugus amina dan
karboksil yang terikat mengakibatkan
kitosan mempunyai reaktivitas kimia
yang baik dan penyumbang sifat
elektrolit kation sehingga dapat berperan
sebagai amino exchange. Gambar 7
(halaman 8) menunjukkan struktur
kitosan.
7
8
Lapisan yang dihasilkan dari deposisi
dengan metode CBD relatif tebal.
Deposisi akan berhenti ketika terjadi
kesetimbangan antara lapisan pada
substrat dan larutan.11 Gambar 9
memperlihatkan komponen alat dan
bahan yang digunakan pada metode
CBD.
Gambar 7. Struktur kitosan.26
Polietilen Glikol (PEG)
Polietilen glikol (PEG) termasuk
dalam golongan alkohol dengan dua
buah
gugus-OH
berulang
yang
merupakan bahan yang sesuai dengan
sebagian besar pelarut organik serta
dapat dilarutkan dalam air. PEG
memiliki bentuk berupa padatan hingga
cairan kental atau gel bergantung pada
komposisi dan berat molekulnya.
PEG
tidak
beracun,
tidak
menyebabkan iritasi pada kulit, dan
tidak mudah menguap karena memiliki
titik didih yang tinggi. PEG pada
umumnya digunakan pada industri
tekstil sebagai bahan pewarna, logam,
obat-obatan, kosmetik, resin, salah satu
bahan pembuat cat, dan berbagai
aplikasi lain.27 Struktur kimia PEG
ditunjukkan pada Gambar 8.
Termometer
Larutan
Magnetic Stirrer
Gambar 9. Komponen alat dan bahan
yang digunakan pada metode CBD.11
BAHAN DAN METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan pada bulan
Oktober 2010 sampai Februari 2012.
Bertempat di Laboratorium Biofisika
Material Departemen Fisika IPB.
Alat dan Bahan
Gambar 8. Struktur polietilen glikol.27
Metode Chemical Bath Deposition
(CBD)
Chemical bath deposition (CBD)
merupakan metode deposisi yang
didasarkan pada proses reduksi kimia
dimana elektron yang diperlukan dalam
reaksi akan disediakan oleh senyawa
yang berfungsi sebagai pereduksi dalam
larutan. Film hasil deposisi akan
menempel pada permukaan substrat
yang dicelupkan dalam larutan. Hasil
deposisi
tersebut
akan
terus
mengkatalisasi reaksi reduksi sehingga
proses deposisi menjadi autokatalis.
Peralatan yang digunakan adalah
gelas ukur, gelas piala, neraca analitik,
sudip, selotip, hot plate, pengaduk
magnetik, furnace, multimeter digital,
power supply, spectrophotometer UVVis GenesysTM 10 Series, X-Ray
Diffractometer SHIMADZU, dan I-V
meter KHETLEY 2400.
Bahan-bahan yang digunakan adalah
substrat kaca ITO, detergen, etanol,
etilen glikol, aquades, thin dichloride
dihidrat
(SnCl2.2H2O),
larutan
ammonium
hidroksida
(NH4OH),
thioacetamide (CH3CSNH2), trisodium
citrate (C6H5Na3O7), triethanolamine
(N[CH2CH2OH]3), kitosan padat, asam
asetat
(CH3COOH)
1%,
larutan
elektrolit KI+I2, dan PEG.
8
9
Tahapan Penelitian
Karakterisasi XRD
Pembuatan Film Timah Sulfida
Karakterisasi XRD dilakukan untuk
mengetahui struktur kristal yang
terbentuk dan memastikan SnS telah
tumbuh pada substrat. Spektra difraksi
sinar-X memberikan informasi tentang
fase kristal yang terbentuk dan tingkat
kristalinitasnya. Jenis fase kristal sampel
ditunjukkan oleh puncak difraksi pada
sudut 2θ. Spektra dari hasil analisis
difraksi sinar X dicocokan nilai 2θ pada
data JCPDS sehingga akan diketahui
fase kristal sampel.
Mula-mula substrat kaca ITO
dibersihkan dengan detergen dan dibilas
dengan etanol. Perlakuan ini bertujuan
untuk menghilangkan lemak yang
menempel pada substrat. Potongan
substrat berukuran 1,5x1 cm diletakkan
secara vertikal dan dilekatkan pada sisi
bagian dalam gelas ukur. Film timah
sulfida (SnS) dideposisi dengan
menggunakan metode CBD. Pembuatannya yaitu dengan mencampurkan 0.1 M
thin dichloride dihidrat, 0.1 M
thioacetamide, dan 0.1 M trisodium
citrate ke dalam 15 ml etilen glikol yang
diaduk
menggunakan
pengaduk
magnetik dengan laju 500 rpm selama 5
menit pada suhu 30oC. Secara perlahan
ditambahkan 1 ml triethanolamine, 5
ml ammonium hidroksida dan 15 ml
aquades dengan tambahan waktu
pengadukan 15 menit. Selanjutnya,
larutan dimasukkan ke dalam wadah air
dan diaduk dengan laju 550 rpm selama
1 jam pada suhu 80oC. Hasil deposisi
berupa film SnS yang berwarna cokelat,
lalu substrat dengan film SnS tersebut
dibersihkan dari sisa larutan dengan
aquades dan dikeringkan pada suhu
kamar. Sampel film SnS yang dibuat
diberikan kode sesuai dengan Tabel.
Setelah itu dilakukan proses pemanasan
(annealing) di dalam furnace selama 1
jam untuk sampel S2, S3, dan S4
masing-masing
dengan
annealing
100oC, 200oC, dan 300oC sedangkan
sampel S1 tidak diberikan perlakuan
annealing. Setelah proses annealing,
terjadi perubahan warna pada ketiga
sampel dari yang sebelumnya berwarna
coklat terang menjadi lebih coklat.
Tabel Kode Film SnS
Kode Film
S1
S2
S3
S4
Keterangan
tanpa annealing
annealing 100oC
annealing 200oC
annealing 300oC
Karakterisasi Serapan Optik
Karakterisasi serapan dilakukan
untuk mengetahui besar serapan film
tipis terhadap cahaya. Hasil karakterisasi
ini dapat menentukan celah energi dari
bahan semikonduktor. Analisis celah
energi dilakukan secara manual dengan
menggunakan
kurva
serapan
(absorbansi)
sehingga
panjang
gelombang absorpsi bahan yang disebut
dengan absorption edge wavelength
(λedge) dapat ditentukan. Dari data
panjang gelombang pita absorpsi
tersebut besar celah energi dapat
dihitung
dengan
menggunakan
persamaan berikut:
Eg 
hc
edge
(4)
Keterangan : Eg adalah celah energi
(eV) dimana 1 eV = 1,6x10-19 J, h adalah
konstanta Planck (6,63x 10-34 J.s), c
adalah kecepatan cahaya di ruang hampa
(3x108 m/s) dan edge adalah panjang
gelombang tepi absorpsi (nm).
Pembuatan Elektrolit Polimer Padat
Elektrolit polimer padat yang
digunakan merupakan campuran larutan
kitosan, PEG dan larutan KI+I2. Larutan
elektrolit polimer dibuat dengan
melarutkan 0.25 g kitosan ke dalam 10
ml asam asetat 1% selanjutnya ke dalam
larutan tersebut ditambahkan 0.25 gram
PEG. Proses pelarutan dilakukan dengan
menggunakan hotplate dan pengaduk
magnetik dengan laju stirring 350 rpm
pada suhu 60oC hingga menghasilkan
9