ix
ix
DAFTAR ISI
PERNYATAAN BEBAS PLAGIARISME ............................................................ ii
HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................ iii
HALAMAN TUGAS ............................................................................................. iv
HALAMAN PERSEMBAHAN ............................................................................. v
HALAMAN MOTO .............................................................................................. vi
KATA PENGANTAR .......................................................................................... vii
DAFTAR ISI .......................................................................................................... ix
DAFTAR TABEL ................................................................................................ xiii
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiv
DAFTAR LAMBANG DAN SINGKATAN .................................................... xviii
INTISARI ............................................................................................................ xxii
ABSTRACT ......................................................................................................... xxiii
BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1
I.1. Latar Belakang .......................................................................................... 1
I.2. Perumusan Masalah ................................................................................... 2
I.3. Tujuan Penelitian ....................................................................................... 2
I.4. Batasan Masalah ........................................................................................ 3
I.5. Manfaat Penelitian ..................................................................................... 3
ANALISIS PENGARUH KEDALAMAN JUNCTION DAN KONSENTRASI PUNCAK DOPAN PADAPROFIL DISTRIBUSI DOPAN ERFCDAN GAUSSIAN TERHADAP EFISIENSI KUANTUM INTERNAL SEL SURYAAGUSTYAS WULAN ARISONAUniversitas Gadjah Mada, 2015 | Diunduh dari http://etd.repository.ugm.ac.id/
x
x
BAB II STUDI PUSTAKA ..................................................................................... 4
BAB III DASAR TEORI ....................................................................................... 8
III.1. Atom ....................................................................................................... 8
III.2. Ikatan Atom ............................................................................................ 8
III.2.1. Ikatan Ion ........................................................................................ 9
III.2.2. Ikatan Kovalen ................................................................................ 9
III.3. Model Pita Energi ................................................................................. 10
III.4. Semikonduktor ...................................................................................... 11
III.5. Semikonduktor Intrinsik ....................................................................... 13
III.6. Semikonduktor Ekstrinsik .................................................................... 13
III.6.1. Semikonduktor Tipe N .................................................................. 14
III.6.2. Semikonduktor Tipe P .................................................................. 15
III.7. PN Junction .......................................................................................... 16
III.8. Pembentukkan PN Junction .................................................................. 16
III.8.1. Difusi dengan Konsentrasi Dopan pada Permukaan Konstan ....... 17
III.8.2. Difusi dengan Konsentrasi Total Dopan Konstan ......................... 18
III.9. Sinar Matahari ...................................................................................... 20
III.10. Absorpsi .............................................................................................. 21
III.11. Generasi .............................................................................................. 22
III.12. Rekombinasi ....................................................................................... 22
III.12.1. Rekombinasi Auger ..................................................................... 23
III.13. Lifetime ............................................................................................... 23
ANALISIS PENGARUH KEDALAMAN JUNCTION DAN KONSENTRASI PUNCAK DOPAN PADAPROFIL DISTRIBUSI DOPAN ERFCDAN GAUSSIAN TERHADAP EFISIENSI KUANTUM INTERNAL SEL SURYAAGUSTYAS WULAN ARISONAUniversitas Gadjah Mada, 2015 | Diunduh dari http://etd.repository.ugm.ac.id/
xi
xi
III.14. Panjang Difusi .................................................................................... 24
III.15. Probabilitas Koleksi ............................................................................ 24
III.16. Prinsip Kerja Sel Surya ....................................................................... 26
III.17. Efisiensi Kuantum .............................................................................. 27
III.18. Karakteristik Sel Surya ....................................................................... 29
III.19. Spectral irradiance ............................................................................. 30
BAB IV PELAKSANAAN PENELITIAN ......................................................... 31
IV.1. Alat Penelitian ...................................................................................... 31
IV.2. Bahan Penelitian ................................................................................... 32
IV.3. Tata Laksana Penelitian ........................................................................ 32
IV.3.1. Studi Literatur ............................................................................... 33
IV.3.2. Simulasi ........................................................................................ 33
IV.3.3. Pengolahan Data ........................................................................... 39
IV.3.4. Analisis dan Penarikan Kesimpulan ............................................. 40
IV.3.5. Rekomendasi Desain Lapisan Emiter ........................................... 40
IV.3.6. Penulisan Laporan ......................................................................... 40
BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................... 41
V.1. Pengaruh Kedalaman Junction dan Konsentrasi Puncak Dopan pada
Profil Distribusi Dopan Erfc dan Gaussian terhadap Nilai EKI pada
Panjang Gelombang 480 nm, 700 nm dan 1000 nm............................. 41
V.1.1. Pengaruh Profil Distribusi Dopan terhadap Nilai EKI ................... 41
V.1.2. Pengaruh Kedalaman Junction pada Konsentrasi Puncak Dopan
1x1017
cm-3
terhadap Nilai EKI ..................................................... 43
ANALISIS PENGARUH KEDALAMAN JUNCTION DAN KONSENTRASI PUNCAK DOPAN PADAPROFIL DISTRIBUSI DOPAN ERFCDAN GAUSSIAN TERHADAP EFISIENSI KUANTUM INTERNAL SEL SURYAAGUSTYAS WULAN ARISONAUniversitas Gadjah Mada, 2015 | Diunduh dari http://etd.repository.ugm.ac.id/
xii
xii
V.1.3. Pengaruh Kedalaman Junction pada Konsentrasi Puncak Dopan
1x1020
cm-3
terhadap Nilai EKI ..................................................... 48
V.1.4. Pengaruh Konsentrasi Puncak Dopan pada Kedalaman Junction
1,56 μm terhadap Nilai EKI .......................................................... 50
V.1.5. Pengaruh Konsentrasi Puncak Dopan pada Kedalaman Junction 15
μm terhadap Nilai EKI .................................................................. 51
V.2. Pemilihan Panjang Gelombang dengan Jumlah Foton Terbanyak ........ 52
V.3. Perbandingan Nilai EKI pada Panjang Gelombang 669 nm dengan
Efisiensi Sel Surya. ............................................................................... 54
V.4. Batasan Desain Lapisan Emiter ............................................................. 62
V.5. Rekomendasi Desain Lapisan Emiter pada Profil Distribusi Dopan Erfc
.............................................................................................................. 62
V.6. Rekomendasi Desain Lapisan Emiter pada Profil Distribusi Dopan
Gaussian................................................................................................ 64
V.7. Perbandingan Rekomendasi Desain Lapisan Emiter pada Profil
Distribusi Dopan Erfc dan Gaussian .................................................... 66
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................. 67
VI.1. Kesimpulan ........................................................................................... 67
VI.2. Saran ..................................................................................................... 68
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 69
LAMPIRAN .......................................................................................................... 71
ANALISIS PENGARUH KEDALAMAN JUNCTION DAN KONSENTRASI PUNCAK DOPAN PADAPROFIL DISTRIBUSI DOPAN ERFCDAN GAUSSIAN TERHADAP EFISIENSI KUANTUM INTERNAL SEL SURYAAGUSTYAS WULAN ARISONAUniversitas Gadjah Mada, 2015 | Diunduh dari http://etd.repository.ugm.ac.id/
xiii
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Rangkuman penelitian-penelitian terkait ............................................... 6
Tabel 4.1 Parameter dasar sel surya referensi [4] ................................................ 34
Tabel 4.2 Variabel bebas simulasi 1 .................................................................... 37
Tabel 4.3 Variabel bebas simulasi 2 .................................................................... 38
Tabel 5.1 Karakteristik sel surya menggunakan desain lapisan emiter pada profil
distribusi dopan Erfc ............................................................................. 64
Tabel 5.2 Karakteristik sel surya menggunakan desain lapisan emiter pada profil
distribusi Gaussian ................................................................................ 66
ANALISIS PENGARUH KEDALAMAN JUNCTION DAN KONSENTRASI PUNCAK DOPAN PADAPROFIL DISTRIBUSI DOPAN ERFCDAN GAUSSIAN TERHADAP EFISIENSI KUANTUM INTERNAL SEL SURYAAGUSTYAS WULAN ARISONAUniversitas Gadjah Mada, 2015 | Diunduh dari http://etd.repository.ugm.ac.id/
xiv
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 3.1 Struktur atom [9] ................................................................................. 8
Gambar 3.2 Skema ikatan ion [9] ........................................................................... 9
Gambar 3.3 Skema ikatan kovalen [9] .................................................................. 10
Gambar 3.4 Skema pita energi [10] ...................................................................... 11
Gambar 3.5 (a) Pita energi konduktor, (b) pita energi isolator, (c) pita energi
semikonduktor [9] ............................................................................ 12
Gambar 3.6 Semikonduktor intrinsik [9] .............................................................. 13
Gambar 3.7 a) Semikonduktor tipe n b) semikonduktor tipe p [9] ....................... 13
Gambar 3.8 a) Posisi elektron donor sebelum eksitasi b) posisi elektron donor
setelah eksitasi [9] ............................................................................ 14
Gambar 3.9 a) Posisi hole aseptor sebelum eksitasi b) posisi hole aseptor setelah
eksitasi [9] ........................................................................................ 15
Gambar 3.10 Mekanisme terbentuknya daerah deplesi [11] ................................. 16
Gambar 3.11 Profil distribusi dopan Erfc [12] ..................................................... 18
Gambar 3.12 Profil distribusi dopan Gaussian [12] .............................................. 19
Gambar 3.13 Spektrum distribusi energi matahari [2] .......................................... 20
Gambar 3.14 Koefisien absorpsi terhadap panjang gelombang [2] ...................... 21
Gambar 3.15 Proses generasi [11] ........................................................................ 22
Gambar 3.16 Proses rekombinasi Auger [13] ....................................................... 23
Gambar 3.17 Probabilitas koleksi [2] ................................................................... 25
ANALISIS PENGARUH KEDALAMAN JUNCTION DAN KONSENTRASI PUNCAK DOPAN PADAPROFIL DISTRIBUSI DOPAN ERFCDAN GAUSSIAN TERHADAP EFISIENSI KUANTUM INTERNAL SEL SURYAAGUSTYAS WULAN ARISONAUniversitas Gadjah Mada, 2015 | Diunduh dari http://etd.repository.ugm.ac.id/
xv
xv
Gambar 3.18 Probabilitas koleksi dan laju generasi [2] ....................................... 26
Gambar 3.19 Interaksi cahaya dengan sel surya [14] ........................................... 27
Gambar 3.20 Grafik kuantum efisiensi [2] ........................................................... 29
Gambar 3.21 Kurva karakteristik sel surya [11] ................................................... 30
Gambar 4.1. Flow chart tata laksana penelitian .................................................... 33
Gambar 4.2. Tampilan PC1D ................................................................................ 34
Gambar 4.3 Flow chart simulasi .......................................................................... 36
Gambar 4.4 Flow chart simulasi 1 ....................................................................... 37
Gambar 4.5 Flow chart simulasi 2 ....................................................................... 38
Gambar 4.6 Flow chart simulasi 3 ....................................................................... 39
Gambar 5.1 Grafik pengaruh profil distribusi dopan terhadap nilai EKI ............ 42
Gambar 5.2 Grafik pengaruh kedalaman junction terhadap nilai EKI pada
konsentrasi puncak dopan 1x1017
cm-3
............................................ 44
Gambar 5.3 Grafik laju generasi pada panjang gelombang 480 nm .................... 45
Gambar 5.4 Grafik laju generasi pada panjang gelombang 700 nm .................... 47
Gambar 5.5 Grafik laju generasi pada panjang gelombang 1000 nm .................. 48
Gambar 5.6 Grafik pengaruh kedalaman junction terhadap nilai EKI pada
konsentrasi puncak dopan 1x1020
cm-3
............................................ 49
Gambar 5.7 Grafik pengaruh konsentrasi puncak dopan pada kedalaman junction
1,56 μm terhadap nilai EKI .............................................................. 50
Gambar 5.8 Grafik pengaruh konsentrasi puncak dopan pada kedalaman junction
15 μm terhadap nilai EKI ................................................................. 52
ANALISIS PENGARUH KEDALAMAN JUNCTION DAN KONSENTRASI PUNCAK DOPAN PADAPROFIL DISTRIBUSI DOPAN ERFCDAN GAUSSIAN TERHADAP EFISIENSI KUANTUM INTERNAL SEL SURYAAGUSTYAS WULAN ARISONAUniversitas Gadjah Mada, 2015 | Diunduh dari http://etd.repository.ugm.ac.id/
xvi
xvi
Gambar 5.9 Distribusi spectral irradiance setiap panjang gelombang ............. 53
Gambar 5.10 Distribusi flux foton per perubahan panjang gelombang setiap
panjang gelombang ........................................................................ 54
Gambar 5.11 Grafik nilai EKI pada panjang gelombang 669 nm terhadap nilai
konsentrasi puncak dopan pada kedalaman junction 2 μm ........... 55
Gambar 5.12 Grafik efisiensi sel surya terhadap nilai konsentrasi puncak dopan
pada kedalaman junction 2 μm ...................................................... 55
Gambar 5.13 Grafik EKI pada panjang gelombang 669 nm terhadap nilai
kedalaman junction pada konsentrasi puncak dopan 5x1019
cm-3
dan 5x1020
cm-3
.............................................................................. 56
Gambar 5.14 Grafik efisiensi sel surya terhadap nilai kedalaman junction pada
konsentrasi puncak dopan 5x1019
cm-3
dan 5x1020
cm-3
................ 57
Gambar 5.15 Grafik nilai EKI pada panjang gelombang 669 nm terhadap nilai
kedalaman junction pada konsentrasi puncak dopan 5x1018
cm-3
. 58
Gambar 5.16 Grafik efisiensi sel surya terhadap nilai kedalaman junction pada
konsentrasi puncak dopan 5x1018
cm-3
.......................................... 59
Gambar 5.17 Grafik arus rangkaian pendek terhadap nilai kedalaman junction
pada konsentrasi puncak dopan 5x1018
cm-3
.................................. 59
Gambar 5.18 Grafik nilai EKI pada panjang gelombang 669 nm terhadap nilai
kedalaman junction pada konsentrasi puncak dopan 5x1017
cm-3
. 60
Gambar 5.19 Grafik efisiensi sel surya terhadap nilai kedalaman junction pada
konsentrasi puncak dopan 5x1017
cm-3
.......................................... 61
Gambar 5.20 Grafik arus rangkaian pendek terhadap nilai kedalaman junction
pada konsentrasi puncak dopan 5x1017
cm-3
.................................. 61
ANALISIS PENGARUH KEDALAMAN JUNCTION DAN KONSENTRASI PUNCAK DOPAN PADAPROFIL DISTRIBUSI DOPAN ERFCDAN GAUSSIAN TERHADAP EFISIENSI KUANTUM INTERNAL SEL SURYAAGUSTYAS WULAN ARISONAUniversitas Gadjah Mada, 2015 | Diunduh dari http://etd.repository.ugm.ac.id/
xvii
xvii
Gambar 5.21 Grafik 3D nilai EKI pada panjang gelombang 669 nm terhadap
kedalaman junction dan konsentrasi puncak dopan pada profil
distribusi dopan Erfc ...................................................................... 63
Gambar 5.22 Grafik 3D nilai resistansi keping terhadap kedalaman junction dan
konsentrasi puncak dopan pada profil distribusi dopan Erfc ......... 64
Gambar 5.23 Grafik 3D nilai EKI pada panjang gelombang 669 nm terhadap
kedalaman junction dan konsentrasi puncak dopan pada profil
distribusi dopan Gaussian .............................................................. 65
Gambar 5.24 Grafik 3D nilai resistansi keping terhadap kedalaman junction dan
konsentrasi puncak dopan pada profil distribusi dopan Gaussian . 65
ANALISIS PENGARUH KEDALAMAN JUNCTION DAN KONSENTRASI PUNCAK DOPAN PADAPROFIL DISTRIBUSI DOPAN ERFCDAN GAUSSIAN TERHADAP EFISIENSI KUANTUM INTERNAL SEL SURYAAGUSTYAS WULAN ARISONAUniversitas Gadjah Mada, 2015 | Diunduh dari http://etd.repository.ugm.ac.id/
xviii
xviii
DAFTAR LAMBANG DAN SINGKATAN
Lambang Romawi
Lambang Kuantitas Satuan
A Luasan sel surya cm2
c Kecepatan cahaya m/s
Cs Konsentrasi dopan permukaan cm-3
C(x) Konsentrasi dopan pada titik x cm-3
D Difusifitas dopan ke dalam wafer cm2/s
DA Konstanta rekombinasi Auger cm6/s
De Difusifitas elektron cm2/s
Dh Difusifitas hole cm2/s
E( ) Energi foton tiap panjang gelombang joule
EKE( ) Efisiensi kuantum eksternal tiap panjang gelombang -
EKI( ) Efisiensi kuantum internal tiap panjang gelombang -
FF Fill factor -
F( ) Spectral irradiance tiap panjang gelombang cm-2
s-1
nm-1
G(x) Laju generasi di posisi x cm-3
s-1
h Konstanta Planck joule.s
I(o) Intensitas awal watt/m2
I(x) Intensitas pada posisi x watt/m2
ANALISIS PENGARUH KEDALAMAN JUNCTION DAN KONSENTRASI PUNCAK DOPAN PADAPROFIL DISTRIBUSI DOPAN ERFCDAN GAUSSIAN TERHADAP EFISIENSI KUANTUM INTERNAL SEL SURYAAGUSTYAS WULAN ARISONAUniversitas Gadjah Mada, 2015 | Diunduh dari http://etd.repository.ugm.ac.id/
xix
xix
Lambang Kuantitas Satuan
I( ) Intensitas tiap panjang gelombang watt/m2
Arus yang dibangkitkan cahaya mA
Imp Arus titik maksimum mA
Io Dark saturation current mA
Isc Arus rangkain pendek mA
k Koefisien ekstingsi -
kb Konstanta Boltzmann joule/K
L Panjang difusi μm
Le Panjang difusi elektron μm
Lh Panjang difusi hole μm
n Konsentrasi elektron cm-3
nb Faktor ideal -
ni Konsentrasi muatan intrinsik silikon cm-3
NA Konsentrasi dopan aseptor cm-3
ND Konsentrasi dopan donor cm-3
p Konsentrasi hole cm-3
PK(x) Probabilitas koleksi di titik x -
Pmax Daya maksimum watt
q Besar muatan listrik 1 elektron C
ANALISIS PENGARUH KEDALAMAN JUNCTION DAN KONSENTRASI PUNCAK DOPAN PADAPROFIL DISTRIBUSI DOPAN ERFCDAN GAUSSIAN TERHADAP EFISIENSI KUANTUM INTERNAL SEL SURYAAGUSTYAS WULAN ARISONAUniversitas Gadjah Mada, 2015 | Diunduh dari http://etd.repository.ugm.ac.id/
xx
xx
Lambang Kuantitas Satuan
R( ) Fraksi intensitas yang dipantulkan pada setiap panjang
gelombang
%
S Total konsentrasi dopan cm-2
t Waktu s
T Temperatur K
T( ) Fraksi intenstias yang ditransmisikan pada setiap panjang
gelombang
%
Vmp Beda potensial titik maksimum mV
Voc Beda potensial rangkaian terbuka mV
W Ketebalan wafer μm
x Jarak dari permukaan μm
xd Letak daerah deplesi μm
ANALISIS PENGARUH KEDALAMAN JUNCTION DAN KONSENTRASI PUNCAK DOPAN PADAPROFIL DISTRIBUSI DOPAN ERFCDAN GAUSSIAN TERHADAP EFISIENSI KUANTUM INTERNAL SEL SURYAAGUSTYAS WULAN ARISONAUniversitas Gadjah Mada, 2015 | Diunduh dari http://etd.repository.ugm.ac.id/
xxi
xxi
Lambang Yunani
Lambang Kuantitas Satuan
Koefisien absorpsi cm-1
Panjang gelombang nm
Pi -
Lifetime rekombinasi Auger s
Lifetime hole s
Efisiensi sel surya %
( Flux foton tiap panjang gelombang cm-2
s-1
( Flux elektron yang mengalir ke rangkaian tiap panjang
gelombang
cm-2
s-1
( Flux foton yang diserap tiap panjang gelombang cm-2
s-1
( Flux foton datang tiap panjang gelombang cm-2
s-1
ANALISIS PENGARUH KEDALAMAN JUNCTION DAN KONSENTRASI PUNCAK DOPAN PADAPROFIL DISTRIBUSI DOPAN ERFCDAN GAUSSIAN TERHADAP EFISIENSI KUANTUM INTERNAL SEL SURYAAGUSTYAS WULAN ARISONAUniversitas Gadjah Mada, 2015 | Diunduh dari http://etd.repository.ugm.ac.id/