PROPOSAL PROGRAM PENELITIAN DOKTOR BARU (PDB) …
Transcript of PROPOSAL PROGRAM PENELITIAN DOKTOR BARU (PDB) …
1
PROPOSAL
PROGRAM PENELITIAN DOKTOR BARU (PDB)
DANA ITS TAHUN 2020
OPTIMASI LAPISAN TIPIS KARBON AMORF (a-C) BERBAHAN
DASAR GULA SIWALAN SEBAGAI SEL SURYA
Tim Peneliti:
Retno Asih, M.Si, Ph.D. (Departemen Fisika/ FSAD/ ITS)
Prof. Dr. Darminto, M.Sc. (Departemen Fisika/ FSAD/ ITS)
Dr. Malik Anjelh Baqiya, M.Si. (Departemen Fisika/ FSAD/ ITS)
DIREKTORAT PENELITIAN DAN PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA
2020
2
DAFTAR ISI
Hal.
HALAMAN JUDUL .......................................................................................................... 1
DAFTAR ISI ....................................................................................................................... 2
DAFTAR TABEL ............................................................................................................... 3
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................................... 4
DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................................... 5
BAB I RINGKASAN PENELITIAN ......................................................................... 6
BAB II LATAR BELAKANG .................................................................................... 7
2.1. Latar Belakang Penelitian ........................................................................ 7
2.2. Rumusan Masalah Penelitian ................................................................... 8
2.3. Tujuan Penelitian ..................................................................................... 8
2.4. Urgensi Penelitian .................................................................................... 8
BAB III TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................. 10
3.1. Karbon Amorf .......................................................................................... 10
3.2. Lapisan Karbon Amorf sebagai Lapisan Sel Surya ................................... 12
3.3 Studi Hasil Penelitian Sebelumnya ........................................................... 13
3.4. Peta Jalan (Roadmap) Penelitian .............................................................. 14
BAB IV METODE ........................................................................................................ 17
4.1. Metode Penelitian .................................................................................... 17
4.2. Diagram Alir Penelitian ........................................................................... 21
4.3. Bagan Penelitian ...................................................................................... 22
BAB V JADWAL DAN ANGGARAN BIAYA ......................................................... 24
5.1. Jadwal Kegiatan ....................................................................................... 24
5.2. Anggaran Biaya ....................................................................................... 24
BAB VI DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 25
BAB VII LAMPIRAN .................................................................................................... 27
Biodata Tim Peneliti ....................................................................................... 27
Detail Rincian Anggaran Biaya ...................................................................... 30
3
DAFTAR TABEL
Hal.
Tabel 3.1 Perbandingan karakteristik karbon amorf (a-C), senyawa alotrop karbon dan
polyethylene ......................................................................................................
11
Tabel 3.2 Ringkasan dari studi penelitian sebelumnya terkait dengan penelitian yang
diusulkan ...........................................................................................................
13
Tabel 3.2 Kesesuaian usulan penelitian yang diajukan dengan roadmap Pusat Penelitian
ITS .....................................................................................................................
15
Tabel 4.1 Bagan penelitian terkait tahapan, luaran dan indikator capaian serta rincian
tugas anggota pengusul ......................................................................................
22
Tabel 5.1 Rincian jadwal pelaksanaan kegiatan dari proposal penelitian yang diajukan .. 24
Tabel 5.2 Rincian anggaran biaya yang diusulkan dalam penelitian ................................. 24
4
DAFTAR GAMBAR
Hal.
Gambar 3.1 Struktur karbon amorf (a-C) ......................................................................... 10
Gambar 3.2 Diagram fase terner dari sistem karbon-hidrogen amorf ............................. 11
Gambar 3.3 Perkembangan teknologi fotovoltaik ............................................................ 15
Gambar 3.4 Klasifikasi sel surya berdasarkan material aktif yang digunakan ................. 16
Gambar 4.1 Ilustrasi lapisan dari jenis sambungan (a) p-i, (b) i-n and (c) p-i-n ………… 18
Gambar 4.2 Skema Four Point Probe ………………………………………………….. 19
Gambar 4.3 Rangkaian untuk pengukuran I dan V pada pengamatan efek fotovoltaik
dari lapisan a-C …………………………………………………………….
20
Gambar 4.4 Diagram alir penelitian ................................................................................. 21
5
DAFTAR LAMPIRAN
Hal.
Lampiran 1 Biodata Tim Peneliti ..................................................................................... 27
Lampiran 2 Rincian Anggaran Biaya …………………………………………………... 30
6
BAB I
RINGKASAN PENELITIAN
Keterbatasan fabrikasi dan biaya yang mahal dalam penggunaan silikon (Si) sebagai sel
fotovoltaik mendorong dikembangkannya material semikonduktif alternatif yang lebih murah dan
ramah lingkungan, diantaranya adalah bahan semikonduktor berbasis karbon. Salah satu alotrop
karbon yang banyak dikembangkan sebagai lapisan tipis semikonduktif adalah karbon amorf (a-
C). Keberadaan hibridisasi campuran sp2 dan sp3 menjadikan a-C memiliki rentang celah pita
(band gap) yang lebar yakni antara 0,0 - 5,5 eV. a-C memiliki sifat diantara grafit dan intan yang
mana sifat tersebut dapat dikontrol dengan mengatur rasio sp2/ sp3. Merujuk pada keunggulan sifat
ini, berbagai metode banyak dikembangkan, termasuk dengan mensintesis a-C dari biomassa dan
bioproduk. Pada usulan penelitian ini, lapisan a-C disiapkan dari bahan dasar nira siwalan (lontar)
yang merupakan salah satu bioproduk lokal Indonesia. Letak geografis Indonesia yang berada di
khatulistiwa mendukung dikembangkannya sel surya sebagai alternatif pemenuhan kebutuhan
energi terutama di daerah-daerah yang sulit sumber listrik. Oleh karena itu, usulan penelitian ini
mencoba untuk menginvestigasi parameter terbaik dalam usaha pegembangan lapisan a-C
berbasis gula siwalan sebagai sel fotovoltaik. Lapisan a-C akan didoping dengan Boron (B) dan
Nitrogen (N) untuk mendapatkan semikonduktor ekstrinsik tipe-p (a-C:B) dan tipe-n (a-C:N),
yang selanjutnya akan digunakan untuk membuat berbagai jenis sambungan (junction) guna
mendapatkan performa sel fotovoltaik yang lebih baik. Selain analisa struktur lapisan a-C
menggunakan XRD, FTIR, SEM-EDS, PES dan XAS, detail analisis pada sifat optik dan listrik
juga akan dilakukan menggunakan UV-Vis, spektroskopi ellipsometer dan metode four point
probe. Karakteristik fotovoltaik juga diinvestigasi dengan mengamati respon perubahan arus (I)
dan tegangan (V) saat dan tanpa penyinaran. Topik dari usulan penelitian ini merupakan fokusan
terkini dalam pengembangan fotovoltaik generasi teknologi multi-junction berbasis bahan
organik. Usulan penelitian ini juga sesuai dengan topik dan roadmap dari 3 pusat penelitian di
ITS, yaitu (i) pusat penelitian material maju dan teknologi nano, (ii) pusat penelitian sains
fundamental, dan (iii) pusat penelitian energi berkelanjutan. Penelitian ini juga diharapkan dapat
mendorong kolaborasi internasional dengan lembaga riset semisal SLRI Thailand (untuk
pengukuran PES) dan NUS Singapura (untuk pengukuran XAS dan Ellipsometer). Target luaran
dari usulan penelitian ini adalah publikasi satu artikel pada jurnal international terindeks Scopus
berkategori minimal Q2.
Kata kunci: karbon amorf, semikonduktor, fotovoltaik, sel surya
7
BAB II
LATAR BELAKANG
2.1. Latar Belakang Penelitian
Penggunaan bahan semikonduktor mengalami perkembangan yang pesat dan menjadi
topik yang banyak diteliti dalam perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi. Salah satu bahan
semikonduktor yang populer digunakan adalah silikon (Si), yang umumnya dimanfaatkan dalam
komponen sel surya maupun komponen elektronik lainnya seperti transistor, dioda, dan IC
(Integrated Circuit). Meskipun memiliki konversi energi yang tinggi, sel surya berbasis Si
memiliki keterbatasan fabrikasi dan biaya yang mahal. Selain itu, penggunaan Si pada periode
waktu yang lama dapat mengalami proses degradasi yang membatasi masa pakai dan stabilitasnya.
Hal ini mendorong peneliti mencari alternatif pengganti Si untuk mendapatkan bahan yang murah
dan memiliki efisiensi serta kualitas yang mampu menandinginya. Salah satu alternatif yang
menjanjikan adalah karbon (C). Dalam tabel periodik, C dan Si berada pada golongan yang sama
sehingga keduanya memiliki kemiripan dalam sifat dan struktur ikatan. Karbon merupakan unsur
yang berlimpah dan berbagai alotropnya telah dikenal memiliki sifat-sifat unggul yang berpotensi
dimanfaatkan dalam berbagai aplikasi.
Salah satu alotrop karbon yang saat ini mendapat perhatian cukup besar untuk diteliti lebih
lanjut karena sifatnya yang unik dan menarik adalah karbon amorf (a-C). Karakteristik dari a-C
dapat dirancang pada rentang yang luas, yang menjadikannya mampu diaplikasikan dalam bidang
semikonduktor. a-C memiliki daerah rentang celah pita yang lebar yakni antara 0,0 - 5,5 eV.
Struktur ikatan a-C tersusun atas campuran antara hibridisasi sp2 dan sp3, yang membuatnya
memiliki sifat diantara grafit (100% sp2) dan intan (100% sp3). Menariknya, ratio antara ikatan
karbon sp2 dan sp3 pada a-C dapat dikendalikan. Ketika jumlah hibridisasi sp3 lebih besar dari pada
sp2, maka a-C akan bersifat insulatif sebagaimana intan. Sebaliknya, a-C akan bersifat konduktif
ketika jumlah hibridisasi sp2 lebih besar dari pada sp3 [1-3].
Upaya penelitian terhadap pembuatan semikonduktor berbasis karbon telah berkembang
dalam dekade terakhir [4-19]. Alotrop karbon yang digunakan sebagai sel fotovoltaik
menunjukkan perkembangan nilai efisiensi konversi energi. Penelitian terkait pembuatan senyawa
karbon, termasuk a-C, dari bahan alam juga telah dilakukan [20, 21]. a-C yang dihasilkan dari
bioproduk berupa nira kelapa, nira siwalan, legen dan gula merah menunjukan sifat semikonduktif
yang memungkinkan untuk dikembangkan sebagai sel fotovoltaik. Di Indonesia, bioproduk
tersebut merupakan salah satu produk lokal yang cukup mudah didapat karena pohon lontar dan
kelapa tumbuh dengan baik di beberapa wilayah termasuk pulau Jawa. Hal ini dapat menjadi salah
8
satu potensi dalam mengembangkan bahan semikonduktor berbasis a-C dari produk lokal yang
murah dan ramah lingkungan. Selain itu, letak geografis Indonesia yang berada di khatulistiwa
juga mendukung dikembangkannya sel surya sebagai alternatif pemenuhan kebutuhan energi
terutama di daerah-daerah yang sulit sumber listrik. Oleh karena itu, usulan penelitian ini mencoba
untuk menginvestigasi parameter terbaik dalam usaha pegembangan lapisan a-C berbasis gula
siwalan sebagai sel fotovoltaik. Dalam penelitian ini, lapisan a-C akan didoping dengan Boron
dan Nitrogen untuk mendapatkan semikonduktor ekstrinsik tipe-p dan n, yang selanjutnya akan
digunakan untuk membuat berbagai jenis sambungan (junction) guna mendapatkan performa sel
fotovoltaik yang lebih baik.
2.2. Rumusan Masalah Penelitian
Perumusan masalah yang harus diselesaikan dalam usulan penelitian ini adalah:
1) Bagaimana preparasi lapisan karbon amorf (a-C) semikonduktif dari bioproduk gula
siwalan?
2) Bagaimana pengaruh konsentrasi doping Boron dan Nitrogen pada struktur dan sifat
lapisan a-C?
3) Bagaimanakah jenis sambungan (junction) yang mampu menghasilkan karakteristik
fotovoltaik yang lebih baik?
2.1. Tujuan Penelitian
Berdasarkan rumusan masalah tersebut, tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1) Untuk mendapatkan lapisan a-C semikonduktif dari bioproduk gula siwalan
2) Untuk mengetahui pengaruh pendopingan Boron dan Nitrogen pada struktur dan sifat
lapisan a-C
3) Untuk mengetahui jenis sambungan dari lapisan karbon amorf yang paling baik dalam
menghasilkan karakteristik fotovoltaik
2.4 Urgensi Penelitian
Usulan penelitian ini mendukung Rencana Strategis (RENSTRA) Penelitian ITS 2020-
2024, dan termasuk dalam topik penelitian pada roadmap 3 pusat penelitian di ITS, yaitu (i) pusat
penelitian material maju dan teknologi nano, (ii) pusat penelitian sains fundamental, dan (iii) pusat
penelitian energi berkelanjutan. Karbon amorf (a-C) memberikan potensi luas untuk digunakan
sebagai lapisan sel surya berbahan organik non-silikon karena memiliki celah pita (band gap)
yang lebar serta sifatnya dapat dikontrol dengan mengatur komposisi hibridisasi sp2/sp3. Struktur
9
ikatan karbon memungkinkan a-C untuk didoping baik dengan boron ataupun nitrogen untuk
membuat semikonduktor tipe-p atau tipe-n. Dengan demikian, persimpangan p-n (p-n junction)
dapat dibuat dari lapisan a-C untuk memunculkan karakteristik fotovoltaik yang merupakan dasar
dari sel surya. Pengembangan sel fotovoltaik merupakan solusi realistis bagi pemenuhan
kebutuhan energi di beberapa wilayah Indonesia. Topik penelitian ini juga merupakan fokusan
terkini yaitu dalam teknologi fotovoltaik heterojunction dan berbasis pada bahan organik. Usulan
penelitian ini juga mendukung pengembangan sains fundamental yaitu dalam mempelajari
mekanisme perubahan celah pita energi dan konduktivitas listrik yang diinduksi oleh perubahan
struktur lokal lapisan a-C. Selain itu, pemanfaatan bahan dasar berupa gula siwalan yang
merupakan produk lokal Indonesia (bio-product) dapat menjadi upaya peningkatan potensi bahan
alam sebagai bahan semikonduktor yang murah dan ramah lingkungan.
10
BAB III
TINJAUAN PUSTAKA
3.1 Karbon Amorf
Karbon amorf (a-C) merupakan salah satu jenis alotropik karbon padatan nonkristalin.
Keteraturan posisi atom karbonnya tidak berjangkauan panjang, melainkan keteraturannya hanya
dapat diamati dalam jangkauan pendek. Struktur karbon amorf diilustrasikan seperti pada Gambar
3.1. Karbon amorf mengandung campuran ikatan sp2 dan sp3 dengan sedikit bukti adanya ikatan
sp1. Oleh karena itu, karbon amorf dapat dianggap sebagai struktur antara grafit (100% ikatan sp2)
dan intan (ikatan 100% sp3), dan menunjukkan beberapa karakter keduanya, tergantung pada
fraksi sp2/sp3 [1]. Karena karbon amorf secara termodinamika berada dalam keadaan metastabil
dan rasio sp2/sp3 merupakan variabel, maka sifat karbon amorf sangat bervariasi tergantung pada
metode dan kondisi pembentukannya. Rasio yang berbeda akan menunjukkan sifat mekanik,
listrik, dan optik yang sangat berbeda juga. Ketika rasio sp3 lebih besar maka dapat disebut karbon
amorf tetrahedral (ta-C) atau karbon seperti intan. Karbon amorf tetrahedral bersifat keras,
transparan, merupakan isolator listrik serta memiliki kepadatan yang lebih tinggi dari a-C [2].
Gambar 3.1. Struktur karbon amorf (a-C) [1].
Gambar 3.2 menyajikan diagram fase terner dari sistem karbon-hidrogen amorf, dengan
masing-masing sisi mewakili persentase karbon sp2, karbon sp3, dan hidrogen. Sisi kiri diagram
menunjukkan variasi kandungan sp2/sp3 untuk lapisan karbon dengan kandungan hidrogen 0%,
sehingga dikenal sebagai lapisan karbon amorf nonterhidrogenasi. Sudut kiri bawah diagram fase
menunjukkan ikatan 100% sp2 yang dimiliki oleh grafit serta glassy carbon. Sputtered a-C
memiliki lebih sedikit kandungan sp2 dibandingkan grafit dan glassy carbon. Dengan
meningkatnya jumlah ikatan sp3, lapisan a-C mulai menunjukkan sifat seperti intan. Oleh karena
itu, lapisan a-C yang mengandung sejumlah besar ikatan sp3 disebut sebagai diamond-like carbon
11
(DLC). DLC memiliki beberapa sifat yang hampir sama seperti intan seperti kekerasan dan
modulus elastisitasnya. Namun pembentukan DLC membutuhkan biaya yang relatif lebih murah
dibandingkan dengan pembentukan intan dan memiliki banyak keunggulan untuk berbagai macam
aplikasi [3].
Gambar 3.2 Diagram fase terner dari sistem karbon-hidrogen amorf [1].
Tabel 3.1 Perbandingan karakteristik karbon amorf (a-C), senyawa alotrop karbon dan
polyethylene [3].
Prosentase
sp3 (%)
Prosentase H
(%)
Densitas
(g.cm-3)
Energi gap
(eV)
Kekerasan
(GPa)
Diamond 100 0 3,515 5,5 100
Grafit 0 0 2,267 0
C-60 0 0 1,6
Glassy C 0 0 1,3 – 1,55 0,01 3
Evaporated C 0 0 1,9 0,4 – 0,7 3
Sputtered C 5 0 2,2 0,5
ta-C 80 -88 0 3,1 2,5 80
a-C:H hard 40 30 - 40 1,6 – 2,2 1,1 – 1,7 10 – 20
a-C:H soft 60 40 - 50 1,2 – 1,6 1,7 - 4 <10
ta-C:H 70 30 2,4 2,0- 2,5 50
polyethylene 100 67 0,92 6 0,01
Sudut kanan bawah pada diagram fase menunjukkan adanya hidrogen. Kandungan hidrogen juga
memainkan peran penting dalam menentukan sifat lapisan tipis a-C. Atom hidrogen
dimungkinkan masuk ke dalam struktur a-C dan membentuk karbon amorf terhidrogenasi (a-C:H)
[2]. Lapisan tipis a-C:H yang memiliki kandungan 40-60% H dikenal sebagai polymer-like a-C:H
12
(PLCH). Sedangkan lapisan tipis a-C:H dengan kandungan hidrogen menengah (20-40%) dan
memiliki rasio sp3 yang relatif lebih tinggi daripada PLCH disebut sebagai DLC terhidrogenasi.
Lapisan a-C:H yang memiliki kandungan hidrogen rendah (10-20%) dikenal sebagai graphite-like
a-C:H (GLCH). Perbandingan karakteristik karbon amorf, senyawa alotrop karbon dan
polyethylene ditinjau dari ikatan sp3, H, densitas, energi gap dan kekerasannya disajikan pada
Tabel 3.1.
3.2 Lapisan Karbon Amorf sebagai Lapisan Sel Surya
Karbon amorf merupakan kandidat potensial untuk aplikasi sel surya karena sifat
semikonduktornya. Karbon amorf memiliki celah pita yang lebar yakni antara 0,0 - 5,5 eV, serta
rasio ikatan karbon sp2 dan sp3 dapat diatur. Hal ini memungkinkan kemampuan yang luas dari
sifat optik, yang mengarah pada efisiensi penyerapan sinar matahari yang sebanding dengan
silikon amorf. Karbon amorf memiliki keunggulan dibandingkan silikon konvensional dalam
fotovoltaik karena penggunaan silikon pada periode waktu yang lama dapat mengalami proses
degradasi yang membatasi masa pakai dan stabilitasnya. Sementara karbon amorf memiliki
keunggulan lebih lanjut seperti biaya rendah, stabilitas udara, ketahanan termal yang lebih tinggi,
penyerapan cahaya yang sangat baik, dan sifat elektronik yang dapat diatur secara luas [4]. Selain
itu lapisan karbon amorf dapat dideposisikan pada suhu ruang menggunakan teknik deposisi yang
sederhana. Hal ini menjadikan karbon amorf sebagai alternatif pilihan untuk membuat lapisan
tipis sel surya [5].
Proses perubahan energi cahaya matahari menjadi energi listrik dapat berlangsung pada
material semikonduktor yang mempunyai dua area yang berbeda, dimana satu area mempunyai
kelebihan elektron dan area yang lain kekurangan elektron, yang tidak lain adalah pn-junction.
Suatu sistem untuk mentransfer radiasi matahari atau energi cahaya menjadi energi listrik disebut
photovoltaic (PV), dimana sistem ini bekerja dengan prinsip efek fotovoltaik. Efek fotovoltaik
didefinisikan sebagai suatu fenomena munculnya voltase listrik akibat kontak dua elektroda yang
dihubungkan dengan sistem saat diletakkan dibawah energi cahaya. Ketika foton dari energi
matahari mengenai permukaan sel fotovoltaik, maka foton tersebut dapat dibiaskan, diserap,
ataupun diteruskan menembus sel. Foton yang diserap oleh sel fotovoltaik inilah yang akan
memicu timbulnya energi listrik, dimana foton dengan tingkat energi tertentu akan membebaskan
elektron dari ikatan atomnya sehingga mengalirlah arus listrik. Tingkat energi tertentu yang
dimaksud adalah energi gap [6].
Saat ini karbon telah banyak dikembangkan dan diaplikasikan dalam berbagai perangkat
optoelektronik seperti sel fotovoltaik [7]. Salah satu karakteristik penting dari bahan
13
optoelektronik adalah memiliki celah pita langsung (direct band gap), sehingga memungkinkan
terjadinya transisi elektron antara pita valensi dan pita konduksi tanpa adanya intervensi fonon.
Sejak ditemukannya fenomena transfer elektron dari polimer konduktif ke fullerene dengan proses
ultra-fast photoinduction, maka telah diprediksi secara teoritis dan eksperimen bahwa material
fullerenes (C-60) menunjukkan struktur semikonduktor tipe-n dengan celah pita langsung karena
memiliki struktur kristal face center cubic (fcc) yang padat, sehingga dapat menghasilkan
mobilitas elektron tinggi [8]. Carbon Nanotube (CNT) umumnya ditemukan sebagai
semikonduktor tipe-p dengan mobilitas tinggi. Semua struktur pita CNT memiliki celah pita
langsung dan energi gap sekitar 0,5 eV. Penggabungan CNT dari berbagai diameter dan kiralitas
dapat menghasilkan respons kontinu pada rentang spektrum cahaya yang lebih luas, sehingga
kemampuannya dalam fotovoltaik lebih optimum. Saat ini banyak dikembangkan heterojunctions
berbasis CNT karena memiliki struktur geometri yang unik, sifat elektronik, termal, dan mekanik
yang sangat baik. Lapisan tipis grafena dengan tebal 10 nm yang direduksi dari oksida grafit secara
termal memiliki konduktivitas 550 S/cm dan transparansi lebih dari 70% pada rentang panjang
gelombang 1000 - 3000 nm. Graphene nanoribbons (GNRs) memiliki dua konfigurasi, yaitu
zigzag atau armchair yang menunjukkan tipe konduksi. Dimana GNRs zigzag selalu bersifat
logam, sedangkan GNRs armchair dapat bersifat logam atau semikonduktor. Energi gap GNRs
armchair dapat diatur dan nilainya berbanding terbalik dengan lebar, semisal energi gap GNRs
dengan lebar 15 nm adalah sekitar 0,2 eV [8]. Penggunaan karbon amorf sebagai lapisan sel surya
telah dikembangkan dalam beberapa tahun terakhir [9-21]. Selain menggunakan karbon
komersial, studi pendahuluan terkait sintesis karbon amorf dari biomassa dan bioproduk juga telah
dilakukan [20, 21]. Meskipun riset terkait lapisan karbon aktif dari tempurung kelapa, nira dan
gula kelapa telah diinisiani, akan tetapi studi mendetail mengenai efek fotolistrik dan sifat
kelistrikannya belum dilakukan.
3.3 Studi Hasil Penelitian Sebelumnya
Ringkasan mengenai beberapa penelitian sebelumnya terkait dengan tema penelitian yang
diusulkan disajikan pada Tabel 3.2.
Tabel 3.2 Ringkasan dari studi penelitian sebelumnya terkait dengan penelitian yang diusulkan
No. Studi pendahulu Ringkasan
1. Ma dkk., 2001 [9] Lapisan tipis karbon menyerupai intan (DLC) berhasil dibuat
diatas substrat n-silikon dengan menggunakan teknik PCVD.
Hasil pengujian fotovoltaik menunjukan bahwa efisiensi
14
konversi energi dari divais in sekitar 7,9% pada 1,5 AM dan
disinari 100 mW/cm2.
2. Zhou dkk. 2002 [10] Karakteristik fotovoltaik teramati pada lapisan tipis karbon
nitrit (a-CNx) pada substrat ITO
3. Veerappan dkk. 2012
[11]
Dye sensitized solar cells (DSCs) yang difabrikasi dengan
elektroda karbon amorf menghasilkan efisiensi konversi
energi yang sebanding dengan DSCs dengan elektroda Pt
4. Silva dkk. 2011 [12] a-C dan a-C:H berpotensi untuk digunakan sebagai coating
pada sel surya kristallin silikon
5. Tian dkk. 2003 [13] Lapisan karbon amorf didoping boron (a-C:B) menunjukan
fitur fotovoltaik dengan efesiensi sekitar 0.3%
6. Han dkk. 2007 [14] Penambahan lapisan karbon amorf ta-C:B pada silikon amorf
a-Si:H dapat meningkatkan performa sel fotovoltaik
7. Ismail dkk. 2014 [15] a-C/Si yang disipakan melalui proses anelling cepat memiliki
efisiensi konversi energi yang lebih baik dari pada a-C/Si yang
disiapkan dengan proses anelling normal
8. Cui dkk. 2012 [16] Graphitic a-C pada subtrat nikel menjanjikan sebagai sel surya
berbasis karbon yang sederhana dan murah
9. Rusop dkk. 2005 [17] a-C terdoping nitrogen (a-C:N) yang disiapkan melalui PLD
dengan variasi tekanan parsial nitrogen menunjukan
karakteristik fotovoltaik dimana nilai efisiensi konversi energi
meningkat dengan meningkatnya tekanan parsial yang
digunakan.
10. Pamungkas dkk. 2019
[20]
a-C yang disintesis dari bioproduk (nira kelapa, nira siwalan,
gula kelapa) memiliki sifat listrik dan lebar celah pita pada
rentang semikonduktor
11. Mukharomah dkk.
2019 [21]
Lapisan a-C yang disintesis dari nira siwalan memiliki
keadaan hibridisasi campuran dan band gap dalam rentang
material semikonduktor
3.4 Peta Jalan (Road Map) Penelitian
Usulan penelitian ini mendukung Rencana Strategis (RENSTRA) Penelitian ITS 2020-
2024, dan termasuk dalam topik penelitian pada roadmap 3 pusat penelitian di ITS, yaitu (i) pusat
15
penelitian material maju dan teknologi nano, (ii) pusat penelitian sains fundamental, dan (iii) pusat
penelitian energi berkelanjutan. Kesesuaian usulan penelitian dengan roadmap pusat penelitian
dapat dilihat pada Tabel 3.2.
Tabel 3.2 Kesesuaian usulan penelitian yang diajukan dengan roadmap Pusat Penelitian ITS
Pusat Penelitian ITS Topik Penelitian Roadmap tahun 2020
Material Maju dan
Teknologi Nano
Topik Unggulan Solar cell & solar fuel
Teknologi pengolahan mineral
strategis berbahan baku lokal
Pengembangan sel surya berbasis
non silikon
Sains Fundamental
Teknologi pengolahan mineral
strategis berbahan baku lokal
dan eksplorasi potensi material
baru
Pengembangan material
fungsional berbahan baku lokal,
Pengembangan produk energetik
material
Energi Berkelanjutan Energi surya Kajian solar cell berbahan
organik
Peta jalan dalam bidang penelitian ini disajikan pada Gambar 3.3. Di generasi awal
(generasi 1 dan 2), perkembangan teknologi fotovoltaik berfokus pada silikon dan lapisan tipis a-
Si. Sedangkan saat ini (generasi ke-3) teknologi fotovoltaik beralih ke hetero junction.
Gambar 3.3 Perkembangan teknologi fotovoltaik. (Gambar diadaptasi dari ref. [22]).
Fokus usulan penelitian
16
Ditinjau dari segi materialnya, perkembangan sel surya/ sel fotovoltaik juga telah beralih ke
material-material baru seperti dye (DSSC), colloidal quintum dot semisal CNT, perovskit dan
organik. Merujuk pada hal ini maka usulan penelitian mengenai aplikasi lapisan a-C berbasis
bioproduk (gula siwalan) dengan variasi jenis sambungan sebagai sel surya merupakan topik
terkini yang sedang dikembangkan dalam peta jalan penelitian teknologi fotovoltaik.
Gambar 3.4 Klasifikasi sel surya berdasarkan material aktif yang digunakan.
(Gambar diadaptasi dari ref. [23]).
Fokus usulan penelitian
17
BAB IV
METODE
4.1. Metode Penelitian
Metode dari setiap tahapan penelitian diuraikan sebagai berikut
1. Persiapan Alat dan Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain gula siwalan, asam borat
(H3BO3), ammonium hidroksida (NH4OH), larutan DMSO (Dimethyl Sulfoxide), alkohol, dan
aquades. Alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain crucible 50 ml, furnace, mortar
dan alu, spatula, gelas beker, neraca digital O’Hauss, ultrasonic cleaner, kertas saring, gelas
ukur, tabung reaksi, luxmeter, sentrifuge, hotplate, dan nanospray.
2. Sintesis serbuk karbon amorf (a-C)
Sintesis serbuk karbon dilakukan dengan cara memanaskan gula siwalan yang masih cair
menggunakan hotplate pada temperatur suhu 100°C dan distirrer dengan kecepatan 200 rpm
sampai strukturnya mengental membentuk karamel. Selanjutnya, karamel yang terbentuk
dipanaskan dengan menggunakan furnace pada suhu 250°C selama 2,5 jam sehingga terbentuk
karbon. Serbuk karbon hasil pemanasan tersebut dicuci dengan aquades yaitu dengan cara
diultrasonik menggunakan ultrasonic cleaner selama 30 menit, dan disaring. Proses ini
berulang sebanyak 3 kali, kemudian serbuk hasil penyaringan terakhir dikeringkan dan
ditumbuk menggunakan mortar sehingga dihasilkan serbuk karbon yang halus.
3. Sintesis larutan karbon amorf (a-C)
Sintesis larutan karbon dilakukan dengan melarutkan serbuk karbon kedalam campuran
larutan DMSO (Dimethyl Sulfoxide) dan aquades, dengan perbandingan 1:10. Pada sampel
dengan doping B (a-C:B) dan N (a-C:N), sebelumnya perlu dilakukan proses pendopingan
terlebih dahulu. Pada pendopingan B, asam borat (H3BO3) dilarutkan terlebih dahulu ke dalam
aquades pada suhu 170°C. Karbon dicampurkan ke dalam larutan asam borat tersebut dengan
rasio mol untuk B dan C divariasikan sebesar 1:5, 1:10, 1:15 dan 1:20. Pencampuran dilakukan
dengan cara distirrer pada suhu 300°C dengan kecepatan 200 rpm hingga sampel mengering.
Pada pendopingan nitrogen, karbon dilarutkan ke dalam 1 M NH4OH dengan rasio mol untuk
N dan C divariasikan sebesar 1:5, 1:10, 1:15 dan 1:20. Pencampuran tersebut dilakukan
menggunakan hotplate pada suhu 150°C dan distirrer dengan kecepatan 200 rpm hingga
sampel mengering. Setelah itu, serbuk hasil pendopingan dilarutkan ke dalam campuran
DMSO (Dimethyl Sulfoxide) dan aquades dengan perbandingan 1:10, larutan tersebut
18
diultrasonik selama 2 jam. Selanjutnya dilakukan proses sentrifugasi dengan menggunakan
alat sentrifuge yang dilakukan selama 45 menit dengan kecepatan 3500 rpm sehingga
dihasilkan larutan karbon.
4. Pembuatan lapisan karbon amorf (a-C)
Pembuatan lapisan karbon dilakukan dengan mendeposisikan larutan karbon diatas
substrat kaca ITO. Kaca ITO yang digunakan berukuran 2x1 cm2. Sebelum dilakukan proses
deposisi, kaca ITO dibersihkan terlebih dahulu dengan cara dicuci dengan alkohol
menggunakan ultrasonic cleaner selama 1 jam dan dikeringkan. Larutan karbon dilapiskan
diatas kaca ITO dengan menggunakan metode nanospray. Jarak spray dengan substrat sebesar
5 cm dan waktu deposisi divariasikan selama 5, 10, 15 dan 20 detik. Pembuatan lapisan ini
dilakukan membentuk lapisan karbon amorf tanpa doping (a-C), karbon amorf dengan doping
nitrogen (a-C:N), dan karbon amorf dengan doping boron (a-C:B).
5. Pembuatan lapisan karbon amorf dengan variasi jenis sambungan
Untuk membuat variasi jenis sambungan digunakan larutan a-C sebagai bahan
semikonduktor instrinsik (tipe-i), larutan a-C:N sebagai bahan semikonduktor tipe-n dan
larutan a-C:B sebagai bahan semikonduktor tipe-p. Setengah bagian dari substrat ITO yang
berukuran (2x1) cm2 dilapisi dengan plastisin agar tidak terlapisi a-C. Pada bagian sisi yang
lain dideposisi a-C untuk lapisan pertama dengan menggunakan teknik nanospray. Setelah itu,
lapisan a-C dikeringkan di ruangan atmosfer kemudian, dibagian atas lapisan a-C
dideposisikan kembali larutan a-C:N sehingga diperoleh sambungan i-n (i-n juction). Proses
serupa dilakukan untuk membuat jenis sambungan yang lain, diantaranya p-n, p-i-n, p-i, n-i-
p, p-i-i-n. Ilustrasi lapisan dari beberapa jenis sambungan ditunjukan pada Gambar 4.1.
(a) (b)
(c)
Gambar 4.1 Ilustrasi lapisan dari jenis sambungan (a) p-i, (b) i-n and (c) p-i-n.
Kaca ITO
a-C:B (p)
a-C (i)
Kaca ITO
a-C (i)
a-C:N (n)
Kaca ITO
a-C:B (p)
a-C (i)
a-C:N (n)
19
6. Karakterisasi struktur lapisan karbon amorf
Karakterisasi struktur lapisan karbon amorf (a-C) dilakukan dengan menggunakan
beberapa alat karakterisasi, diantaranya XRD, FTIR, PES, SEM, XAS. Pengujian XRD
dilakukan untukmengkonfirmasi terbentunya fase a-C pada serbuk yang dihasilkan.
Pengukuran akan dilakukan dengan menggunakan difraktometer tipe Philips X’Pert MPD
dengan radiasi Cu-Kα (λ = 1,54056 Å). Pengujian Fourier Transform Infra Red (FTIR)
dilakukan untuk menganalisa gugus fungsi pada serbuk dan lapisan a-C. Keadaan hibridisasi
dari lapisan a-C dievaluasi dengan menggunakan Photoemission Spectroscopy (PES).
Pengukuran PES akan dilakukan pada beamline 3.2 di SLRI Thailand. Mikrostruktur dari
lapisan a-C termasuk evaluasi ketebalan lapisan yang dideposisikan pada kaca ITO
dikonfirmasi menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM). Disamping itu struktur
lokal disekitar atom karbon pada lapisan a-C juga akan dianalisis menggunakan X-ray
Absorption Spectroscopy (XAS) yang dilakukan di National University of Singapore.
7. Pengukuran sifat listrik lapisan a-C
Pengukuran sifat listrik lapisan a-C meliputi pengukuran konduktifitas listrik dan lebar
celah pita (band gap). Pengukuran konduktifitas dilakukan dengan metode four point probe
(FPP). Faktor geometris merupakan faktor yang perlu diperhatikan dalam pengukuran
menggunakan metode ini. Mekanisme pengukuran didasarkan pada pengaliran arus listrik (I)
dari sebuah sumber tegangan konstan melalui dua probe terluar yang menghasilkan distribusi
arus secara laminar melalui lapisan tipis. Beda potensial (V) yang ditimbulkan diukur melalui
dua probe pada bagian dalam sebagaimana diilustrasikan pada Gambar 4.2.
Gambar 4.2 Skema Four Point Probe
Sifat optik (termasuk pengukuran band gap) dilakukan menggunakan spektroskopi UV-
Vis. Energi gap optik dapat ditentukan dengan metode Tauc Plot, yang dilakukan dengan
20
menarik ekstrapolasi pada daerah linear dari grafik hubungan antara hν dengan (ahν)1/2
sehingga memotong sumbu energi gap. Adapun persamaan Tauc dinyatakan sebagai berikut.
(ɑhυ)1/2 = B (hυ – Eg) (3.1)
dengan B merupakan konstanta absorpsi, hυ = E adalah energi foton, Eg merupakan band gap
dan ɑ merupakan koefisien absorpsi yang diperoleh dengan menggunakan persamaan:
ɑ(λ) = -1
𝑑 lnT(λ) (3.2)
dengan d merupakan ketebalan lapisan (Saleh, 2018).
Secara lebih detail, sifat optik dari lapisan a-C akan dianalisis menggunakan
Ellipsometer. Pengukuran akan dilakukan di NUS Singapura. Ellipsometer merupakan Teknik
optikal untuk mengamati sifat dielektrik dari sebuah lapisan tipis dengan mengukur perubahan
polarisasi selama proses pemantulan dan transmisi dan membandingkannya dengan suatu
model. Alat ini dapat digunakan untuk mengkarakterisasi komposisi, kekasaran, ketebalan,
sifat kristalin, konsentrasi doping dan konduktifitas listrik dari suatu lapisan. Hasil Analisa
ellipsometer ini akan sangat membantu dalam proses simulasi untuk mengetahui susunan
lapisan a-C dengan sifat fotovoltaik optimum.
8. Karakterisasi fotovoltaik lapisan karbon amorf
Pengamatan efek fotovoltaik dilakukan dengan cara pengukuran arus listrik (I) dan
tegangan (V) dengan menggunakan ampremeter dan voltmeter. Rangkaian dari pengukuran
ini dapat dilihat pada Gambar 4.3. Pengamatan dilakukan dalam kondisi gelap (intensitas
cahaya minimum) dan terang (intensitas cahaya maksimum). Pengukuran I-V dilakukan pada
seluruh lapisan karbon amorf termasuk lapisan a-C dengan berbagai variasi jenis sambungan.
Gambar 4.3 Rangkaian untuk pengukuran I dan V pada pengamatan efek fotovoltaik dari
lapisan a-C
21
4.2. Diagram Alir Penelitian
Diagram alir dari usulan penelitian disajikan pada Gambar 4.4. Dalam diagram ini
dijelaskan tahapan yang telah ( ), telah dan sedang ( ) dan akan ( ) dilakukan.
Gambar 4.4 Diagram alir penelitian.
Studi pustaka mutakhir terkait topik penelitian
Persiapan alat dan bahan
Sintesis serbuk karbon amorf (a-C)
Sintesis larutan karbon amorf (a-C, a-C:B, a-C:N)
Deposisi pada substrat kaca ITO
variasi a-C:doping = 1:5, 1:10, 1:15, 1:20
Serbuk a-C
murni
XRD
Variasi tebal lapisan: lama waktu deposisi
Lapisan karbon
amorf
Lapisan karbon amorf dengan
variasi jenis sambungan
Karakterisasi dan analisis
XRD FTIR
PES
SEM/EDX
XAS
FPP UV-Vis Ellipsometer
Uji fotovoltaik
Finish
22
4.3. Bagan Penelitian
Tabel 4.1 Bagan penelitian terkait tahapan, luaran dan indikator capaian serta rincian tugas anggota pengusul
No. Proses/ tahapan Luaran Indikator capaian Tugas masing-masing anggota
pengusul*)
1. Persiapan bahan dan alat Alat dan bahan untuk
keperluan penelitian
Tersedianya peralatan dan
bahan untuk keperluan
penelitian
K, A1 dan A2 mendiskusikan
persiapan penelitian
K dibantu mahasiswa memesan dan
membeli bahan dan alat habis pakai
2. Penelusuran pustaka
mutakhir/terbaru
Informasi terkait topik
penelitian terkini
Pemahaman terkait topik
penelitian
K, A1 dan A2 mendiskusikan pustaka
terkini terkait topik penelitian
3. Sintesis serbuk karbon amorf (a-C)
dari gula siwalan
Serbuk karbon amorf (a-
C) berukuran seragam
Didapatkan serbuk a-C
berukuran seragam
K dibantu mahasiswa melakukan
sintesis serbuk a-C, kemudian
mendiskusikan hasil dengan A1 dan
A2
4. Sintesis larutan a-C, a-C didoping
Boron (a-C:B) dan a-C didoping
Nitrogen (a-C:N)
Larutan a-C, a-C:B dan
a-C:N
Didapatkan larutan a-C, a-C:B
dan a-C:N
K dibantu mahasiswa membuat larutan
a-C, kemudian mendiskusikan hasil
dengan A1 dan A2
5. Pembuatan lapisan karbon amorf (a-C, a-C:B dan a-C:N) pada substrate
kaca ITO
Lapisan a-C, a-C:B dan a-C:N pada substrate
kaca ITO
Didapatkan lapisan a-C, a-C:B dan a-C:N pada substrate kaca
ITO
K dibantu mahasiswa menyiapkan lapisan a-C, kemudian mendiskusikan
hasil dengan A1 dan A2
6. Pembuatan lapisan karbon amorf
dengan variasi jenis sambungan (p-
n, p-i-n, p-i, i-n, n-i-p, p-i-i-n)
Lapisan karbon amorf
dengan variasi jenis
sambungan
Didapatkan lapisan karbon
amorf dengan variasi jenis
sambungan
K dibantu mahasiswa, A1 dan A2
menyiapkan lapisan a-C dengan variasi
jenis sambungan
7. Karakterisasi struktur lapisan
karbon amorf dengan menggunakan
XRD, FTIR, PES, SEM dan XAS
Hasil karakterisasi
struktur lapisan a-C
Diperoleh hasil karakterisasi
dari pengukuran XRD, FTIR,
PES, SEM dan XAS
K, A1 dan A2 mendiskusikan hasil
pengukuran dan analisis
8. Pengukuran konduktifitas dan lebar
celah pita (band gap) pada lapisan
karbon amorf menggunakan metode
Four Point Probe (FPP),
spektroskopi UV-vis dan
ellipsometer
Data hasil pengukuran
konduktifitas dan band
gap dari FPP,
spektroskopi UV-vis
dan ellipsometer
Mendapatkan alokasi
pemakaian ellipsometer di
NUS Singapore
Diperoleh data hasil
pengukuran FPP, UV-Vis dan
Ellipsometer
A1 melakukan kolaborasi dengan
National University of Singapore
(NUS). K dan A2 melakukan
karakterisasi dan mendiskusikan
hasilnya dengan A1.
23
9. Karakterisasi fotovoltaik lapisan
karbon amorf
Data I-V dari hasil
karakterisasi fotovoltaik
Diperoleh data I-V dari hasil
karakterisasi fotovoltaik
K, A1 dan A2 mendiskusikan hasil
pengukuran dan analisis
10. Pelaporan kemajuan penelitian Laporan kemajuan,
logbook dan rincian
pemakaian anggaran
Tersusunnya laporan
kemajuan, logbook dan
rincian pemakaian anggaran
Dilaporkannya progress
penelitian pada MONEV
kemajuan
K, A1 dan A2 menyusun laporan
kemajuan, logbook penelitian dan
rekapitulasi anggaran biaya. K
melaporkan laporan progress pada
MONEV kemajuan
11. Penyusunan laporan akhir Laporan akhir
penelitian, logbook dan
SPTB anggaran
Tersusunnya laporan akhir,
logbook dan SPTB anggaran
Dilaporkannya laporan akhir
penelitian pada MONEV
akhir
K, A1 dan A2 menyusun laporan akhir,
logbook penelitian dan SPTB
anggaran. K melaporkan laporan akhir
pada MONEV akhir DRPM ITS
12. Penyusunan makalah/ publikasi Manuskrip artikel yang
siap untuk disubmit
Tersusunnya manuskrip artikel
yang telah siap untuk disubmit
K, A1 dan A2 menyusun manuskrip
artikel untuk disubmit ke jurnal
internasional terindeks Scopus
*) K: Ketua peneliti, A1: Anggota-1, A2: Anggota-2
24
BAB V
JADWAL DAN ANGGARAN BIAYA
5.1 Jadwal Kegiatan
Jadwal pelaksanaan kegiatan dari usulan penelitian yang diajukan disajikan pada Tabel 5.1
berikut. Rincian setiap tahapan kegiatan telah diuraikan pada metodologi di Bab IV.
Tabel 5.1 Rincian jadwal pelaksanaan kegiatan dari proposal penelitian yang diajukan
No.
KEGIATAN
Bulan ke
1 2 3 4 5 6 7 8
1. Pemesanan & pembelian bahan dan alat habis pakai X X X
2. Penelusuran pustaka mutakhir/terbaru X X X X X X X X
3. Sintesis serbuk karbon amorf (a-C) dari gula siwalan X X
4. Sintesis larutan a-C, a-C didoping Boron (a-C:B) dan
a-C didoping Nitrogen (a-C:N) X X
5. Pembuatan lapisan karbon amorf (a-C, a-C:B dan a-
C:N) pada substrate kaca ITO X X
6. Pembuatan lapisan karbon amorf dengan variasi jenis
sambungan (p-n, p-i-n, p-i, i-n, n-i-p, p-i-i-n) X X
7. Karakterisasi struktur lapisan karbon amorf dengan
menggunakan XRD, FTIR, PES, SEM dan XAS X X X X
8. Pengukuran konduktifitas dan lebar celah pita (band
gap) pada lapisan karbon amorf menggunakan
metode Four Point Probe (FPP), spektroskopi UV-
vis dan ellipsometer
X X X X
9. Karakterisasi fotovoltaik lapisan karbon amorf X X X X
10. Pelaporan kemajuan penelitian X X
11. Penyusunan laporan akhir X X
12. Penyusunan makalah/ publikasi X X X
5.2 Anggaran Biaya
Tabel 5.2 Rincian anggaran biaya yang diusulkan dalam penelitian
NO URAIAN Biaya yang Diusulkan (Rp)
1. Honorarium -
2. Peralatan Penunjang (termasuk biaya pengujian) 23.500.000
3. Bahan Habis Pakai 12.970.000
4. Perjalanan 11.000.000
5. Lain-lain (maksimum 10%) 2.300.000
Jumlah 49.770.000
25
BAB VI
DAFTAR PUSTAKA
[1] R.J. Yeo, 2017. Overview of Amorphous Carbon Films, in: Ultrathin Carbon-Based Overcoats
for Extremely High Density Magnetic Recording. Springer Singapore, Singapore, pp. 29–37.
https://doi.org/10.1007/978-981-10-4882-1_2
[2] A. Kouchi, 2014. Amorphous Carbon, in: Amils, R., Gargaud, M., Cernicharo Quintanilla,
J., Cleaves, H.J., Irvine, W.M., Pinti, D., Viso, M. (Eds.), Encyclopedia of Astrobiology.
Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg, pp. 1–2. https://doi.org/10.1007/978-3-642-
27833-4_70-2
[3] Robertson, J., 2002. Diamond-like amorphous carbon. Materials Science and Engineering:
R: Reports 37, 129–281. https://doi.org/10.1016/S0927796X(02)00005-0
[4] A.N. Fadzilah, K. Dayana, M. Rusop, 2012. Carbon-Based Solar Cell from Amorphous
Carbon with Nitrogen Incorporation. Advanced Materials Research 576, 785–788.
https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.576.785
[5] P. Mahtani. 2010. Optical and Structural Characterization of Amorphous Carbon Films,
Magister Thesis, University of Toronto, Canada, pp. 146.
[6] P.S. Karthik, A.L. Himaja, S.P. Singh. 2014. Carbon-allotropes: synthesis methods,
applications and future perspectives. Carbon letters 15, 219–237.
https://doi.org/10.5714/CL.2014.15.4.219
[7] Darminto, Malik Anjelh Baqiya, Retno Asih. 2018. Pengembangan Bahan Karbon dari
Biomassa. Surabaya: ITS PRESS.
[8] R. Zhu, Q. Tao, M. Lian, X. Feng, J. Liu, M. Ye, X. Wang, S. Dong, T. Cui, P. Zhu. 2019.
Modulating Band Gap of Boron Doping in Amorphous Carbon Nano - Film. MDPI.
Materials, 12(1780). DOI: 10.3390/ma12111780.
[9] Z. Q. Ma, B. X. Liu. 2001. Boron-doped diamond-like amorphous carbon as photovoltaic films
in solar cell. Solar Energy Materials and Solar Cells 69, 339-344.
https://doi.org/10.1016/S0927-0248(00)00400-1
[10] Z. B. Zhou, R. Q. Cui, Q. J. Pang, G. M. Hadi, Z. M. Ding, W. Y. Li. 2002. Schottky solar cells
with amorphous carbon nitride thin films prepared by ion beam sputtering technique. Solar
Energy Materials and Solar Cells 70, 487-493.
[11] G. Veerappan, K. Bojan, S.-W. Rhee. 2012. Amorphous carbon as a flexible counter electrode
for low cost and efficient dye sensitized solar cell. Renewable Energy 41, 383-388.
https://doi.org/10.1016/j.renene.2011.10.020
26
[12] D. S. da Silva, A. D. S. Cortes, M. H. Oliveira, E. F. Motta, G. A. Viana, P. R. Mei, F. C.
Marques. 2011. Application of amourphous carbon based materials as antireflective coatings on
crystalline silicon solar cells. J. of App. Phys. 110, 043510. https://doi.org/10.1063/1.3622515
[13] X. M. Tian, M. Rusop, Y. Hayashi, T. Soga, T. Jimbo, M. Umeno. 2003. A photovoltaic cell
from p-type boron-doped amorphous carbon film. Solar Energy Materials and Solar Cells 77,
105-112. https://doi.org/10.1016/S0927-0248(02)00461-0
[14] J. Han, M. Tan, J. Zhu, S. Meng. 2007. Photovoltaic charateristics of amorphous silicon solar
cells using boron doped tetrahedral amorphous carbon flms as p-type window materials. Appl.
Phys. Lett. 90, 083508. https://doi.org/10.1063/1.2539767
[15] R. A. Ismail, W. K. Hamoudi, K. K. Saleh. 2014. Effect of rapid thermal annealing on the
characteristics of amorphous carbon/n-type crystalline silicon heterojunction solar cells.
Material science in Semiconductir Processing 21, 194-199.
[16] T. Cui, Z.-H. Huang, H. Zhu, Y. Jia, S. Chen, K. Wang, D. Wu, F. Kang. 2012. Low-temperature
synthesis of multilayer graphene/ amorphous carbon hybrid films and their potential application
in solar cells. Nanoscale Research Letters 7, 453.
[17] M. Rusop, S. M. Mominuzzaman, T. Soga, T. Jimbo, M. Umeno. 2005. Nitrogen doped n-type
amorphous carbon films obtained by pulsed laser deposition with a natural camphor source
target for solar cell applications. J. Phys.: Condens. Matter 17, 22.
[18] F. Risplendi, M. Bernardi, G. Cicero, J. C. Grossman. 2014. Structure-Property Relations in
Amorphous Carbon for Photovoltaics. Applied Physics Letters, 105. DOI: 10.1063/1.4891498.
[19] Q. Xu, B. Cheng, J. Yu, and G. Liu. 2017. Making co-condensed amorphous carbon/g-C3N4
composites with improved visible-light photocatalytic H2-production performance using Pt
as cocatalyst,” Carbon, vol. 118, pp. 241–249, Jul. 2017.
[20] D. I. Pamungkas, A. Haikal, M. A. Baqiya, Y. Cahyono, Darminto. 2018. Synthesis of
amorphous carbon from bio-product by drying method. AIP Conference Proceedings 1945.
[21] Mukharomah, D. I. Pamungkas, Darminto. 2019. Structural characterization of amorphous
carbon films from palmyra sap. AIP Conference Proceedings 2120, 050011.
[22] F. Bayrak, K. A. Alnefaie, N. H. Abu-Hamdeh, H. K. Oztop. 2017. A review on energy analysis
of solar electricity production. Renewable and Sustainable Energy Reviews 75, 755 – 770.
[23] T. Ibn-Mohammed, S.C.L. Koh, I.M. Reaney, A. Acquaye, G. Schileo, K.B. Mustapha, R.M.
Greenough. 2017. Perosvkite solar cells: An integrated hybrid lifecycle assessment and review
in comparison with other photovoltaic technologies. Renewable and Sustainable Energy
Reviews 80, 1321 - 1344.
27
BAB VII
LAMPIRAN
Biodata Tim Peneliti
1. Ketua
a. Nama lengkap : Retno Asih
b. NIP /NIDN : 1990201912066/ 0016069006
c. Fungsional/ Pangkat/ Gol. : - / Penata / III C
d. Bidang Keahlian : Fisika Material, Kemagnetan, Spektroskopi Muon
e. Departemen/ Fakultas : Fisika/ Sains dan Analitika Data (FSAD)
f. Alamat Rumah & No. Telp : Dsn. Tegal Rejo RT.01/ RW.04, Ds. Lembeyan Wetan,
Kec. Lembeyan, Magetan & 082229840119
g. Riwayat penelitian/pengabdian yang paling relevan dengan penelitian yang diusulkan :
1. Penelitian dana lokal ITS tahun 2019, Program Doktor Baru, berjudul “Studi
Kemagnetan Oksida Grafena Tereduksi (rGO)-Hasil Sintesis dari Tempurung
Kelapa”, no. kontrak: 1135/PKS/ITS/2019, tanggal 25 Maret 2019
2. Pengabdian Masyarakat dana local ITS tahun 2019, program reguler, berjudul
“Workshop pemanfaatan media interaktif untuk menunjang pembelajaran fisika bagi
guru dan siswa SMA/SMK di pulau Sapudi, kabupaten Sumenep, Madura”.
h. Publikasi (2) yang paling relevan:
1. Darminto, R. Asih, Kurniasari, M. A. Baqiya, S. Mustofa, Suasmoro, T. Kawamata,
M. Kato, I. Watanabe, and Y. Koike. “Enhanced Magnetism by Temperature Induced
Defects in reduced Graphene Oxide Prepared from coconut Shells.” IEEE Trans. on
Magnetics 54(10), 1-5 (2018). doi: 10.1109/TMAG.2018.2864946
2. R. Asih, E. B. Yutomo, D. Ristiani, M. A. Baqiya, T. Kawamata, M. Kato, I.
Watanabe, Y. Koike, Darminto. “Comparative study on magnetism of reduced
graphene oxide (rGO) prepared from coconut shells and the commercial product”
Mat. Sci. Forum 966, 290-295 (2019).doi:10.4028/www.scientific.net/MSF.966.290
i. Paten (2) : -
j. Tugas Akhir/ Tesis/ Disertasi yang sudah selesai dibimbing (2): -
28
2. Anggota 1
a. Nama lengkap : Darminto
b. NIP /NIDN : 196003031987011002
c. Fungsional/ Pangkat/ Gol. : Guru Besar / Pembina Utama Muda / IV C
d. Bidang Keahlian : Fisika Material, Superkonduktor, Kemagnetan
e. Departemen/ Fakultas : Fisika/ Sains dan Analitika Data (FSAD)
f. Alamat Rumah & No. Telp : Jl. Wiguna Timur VIII/10, Wisma Gunung Anyar,
Surabaya 60294 & 081330489698
g. Riwayat penelitian/pengabdian yang paling relevan dengan penelitian yang diusulkan :
1. Hibah Penelitian Dasar Unggulan Perguruan Tinggi (PDUPT), Ditjen Dikti, 2018-
2019, Bahan Magnetik Lunak Berbasis Karbon dari Biomassa
2. Hibah Kerjasama Luar Negeri (KLN), Ditjen Dikti, 2017-2019, Defect-induced
Magnetism in Non-magnetic Compounds
h. Publikasi (2) yang paling relevan :
1. Darminto, R. Asih, Kurniasari, M. A. Baqiya, S. Mustofa, Suasmoro, T. Kawamata,
M. Kato, I. Watanabe, and Y. Koike. “Enhanced Magnetism by Temperature Induced
Defects in reduced Graphene Oxide Prepared from coconut Shells.” IEEE Trans. on
Magnetics 54(10), 1-5 (2018). doi: 10.1109/TMAG.2018.2864946
2. Triwikantoro, Malik Anjelh Baqiya, Tomi Heriyanto, Mashuri, Darminto, “Nano-
coating of Aluminum Surface Using Fe3O4-based Magnetic Fluids”, Journal of
Superconductivity and Novel Magnetism 30, 555-560 (2017). Doi: 10.1007/s10948-
016-3813-7
i. Paten (2):
1. “Metoda percampuran basah dan sintering singkat nanokrtistalin superkonduktor
keramik Bi-Sr-Ca-Cu-O berfasa 2212 danb 2223”, Paten (granted) IDP000045650, 8
Mei 2017.
2. “Metoda pembuatan nanokomposit Ag/Zn0,5Ni0,5Fe2O4“, Paten (granted)
IDP000049029, 27 Desember 2017.
j. Tugas Akhir/ Tesis/ Disertasi yang sudah selesai dibimbing (2):
1. Dwi Noor Jayanti, “Studi fotoluminesensi larutan grafena oksida tereduklsi disintesis
dari tempurung kelapa“, Tesis, 2017.
2. Soni Prayogi, “Fabrikasi sel surya berbasis a-Si:H lapisan intrinsic ganda (p-i-i-n)
dengan PECVD dan analisis efisiensinya“, Tesis, 2017.
29
3. Anggota 2
a. Nama lengkap : Malik Anjelh Baqiya
b. NIP /NIDN : 198210202008121003 / 0020108204
c. Fungsional/ Pangkat/ Gol. : Lektor / III/C
d. Bidang Keahlian : Fisika Material
e. Departemen/ Fakultas : Fisika / FSAD ITS Surabaya
f. Alamat Rumah & No. Telp : Jl. Pandugo Baru VIII, Blok I, No. 17 Rungkut, Surabaya
g. Riwayat penelitian/pengabdian yang paling relevan dengan penelitian yang diusulkan :
1. Penelitian Pendidikan Magister menuju Doktor untuk Sarjana Unggul (PMDSU) 2018-
2021 dengan judul : Struktur dan Cacat Ikatan Grafitik pada Senyawa Karbon sebagai
Bahan Magnetik Lunak, sebagai co-promotor.
2. Penelitian Dasar (Nasional) tahun 2018-2020 dengan judul: Defect-induced
Magnetism in Non-magnetic Compounds, sebagai anggota.
h. Publikasi (2) yang paling relevan :
1. Darminto, Asih, R., Kurniasari, Baqiya, M.A., Mustofa, S., Suasmoro, Kawamata, T.,
Kato, M., Watanabe, I., Koike, Y.: Enhanced Magnetism by Temperature Induced
Defects in Reduced Graphene Oxide Prepared From Coconut Shells. IEEE
Transactions on Magnetics 54(10) 1-5 (2018). doi:10.1109/TMAG.2018.2864946
2. Pamungkas, D.I., Haikal, A., Baqiya, M.A., Cahyono, Y., Darminto: Synthesis of
amorphous carbon from bio-products by drying method. AIP Conference
Proceedings 1945(1), 020059 (2018). doi:10.1063/1.5030281
i. Paten (2) :
1. Judul: Metode Pembuatan Nanomaterial Magnetik Fe3O4 (Magnetit) dari Pasir Besi
Alam, Tahun 2012, Common Patent: IDP000043106 (GRANTED)
2. Judul: Metode Pembuatan Nanokomposit Ag/Zn0.5Ni0.5Fe2O4, Tahun 2010,
Common Patent: IDP000049029 (GRANTED)
j. Tugas Akhir/ Tesis/ Disertasi yang sudah selesai dibimbing (2) :
1. Judul: Efek Doping Ce dan Reduksi Oksigen pada Sifat Kemagnetan Serbuk Nano
Pr2-xCexCuO4, Tahun 2018, sebagai Pembimbing II.
2. Judul: ANALISIS DISTORSI IKATAN ATOM DALAM KRISTAL NANO
SUPERKONDUKTOR Pr2-xCexCuO4 DENGAN X-RAY ABSORPTION
SPECTROSCOPY (XAS), Tahun 2018, sebagai: Pembimbing II.
30
Detail Rincian Anggaran Biaya
NO URAIAN Biaya yang Diusulkan (Rp)
1. Honorarium -
2. Peralatan Penunjang (termasuk biaya pengujian) 23.500.000
3. Bahan Habis Pakai 12.970.000
4. Perjalanan 11.000.000
5. Lain-lain (maksimum 10%) 2.300.000
Jumlah 49.770.000
Uraian :
1. Honorarium
No. Pelaksana Jumlah
Pelaksana
Jumlah
Jam/Minggu Honor/Jam Biaya
1. Ketua Peneliti 1 12 - -
2. Anggota Peneliti 2 10 - -
3. Pembantu Peneliti 1 10 - -
Jumlah Biaya -
2. Peralatan Penunjang
No. Nama Alat Jumlah Biaya
Satuan Biaya
1. Pengujian XRD 15× 100.000 1.000.000
2. Pengujian SEM-EDX 6× 500.000 3.000.000
3. Pengujian FTIR 10× 300.000 3.000.000
4. Biaya pemakaian PES 10× 300.000 3.000.000
5. Biaya pemakaian XAS 10× 350.000 3.500.000
6. Pengujian FPP 35× 50.000 1.750.000
7. Pengujian UV-Vis 35× 50.000 1.750.000
8. Pengujian Ellipsometer 10× 300.000 3.000.000
9. Karakterisasi Fotovoltaik 35x 100.000 3.500.000
Jumlah Biaya 23.500.000
3. Bahan Habis Pakai
No. Nama Barang Volume Biaya
Satuan Biaya
1. H3BO3 100 g 8.000 800.000
2. NH4OH 250 mL 3.000 750.000
3. DMSO 1 botol 3.722.000 3.720.000
4. Crucible “Haldenwanger” porcelain
230 mL
20 Buah 300.000 6.000.000
5. Kaca ITO 10 lembar 70.000 700.000
6. Bahan habis laboratorium (aquades,
gelas ukur, pipet, kertas saring,
masker, sarung tangan, kertas pH)
1.000.000 1.000.000
Jumlah Biaya 12.970.000
31
4. Perjalanan
No. Kota/Tempat Tujuan Volume Biaya
Satuan Biaya
1. Surabaya-Singapura 2× 1.500.000 3.000.000
2. Surabaya-Thailand 2× 3.800.000 7.600.000
2. Transpor lokal 4× 100.000 400.000
Jumlah Biaya 11.000.000
5. Lain-lain
No. Uraian Kegiatan Volume Biaya
Satuan Biaya
1. ATK (cartridge, kertas,
transparansi dll) – termasuk untuk
laporan
1× 300.000 300.000
2. Publikasi ilmiah – seminar 1× 2.000.000 2.000.000
Jumlah Biaya 2.300.000