BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah Seiring pertumbuhan penduduk di dunia yang semakin meningkat, kebutuhan akan sumber energi meningkat pula. Termasuk kebutuhan akan sumber energi listrik. Pemanfaatan energi listrik terus berkembang tidak hanya berfokus pada penerangan, pemanfaatannya terus meluas mencakup berbagai bidang. Sementara itu sumber energi bahan bakar fosil sebagai bahan bakar utama energi listrik (terutama di Indonesia) yang selama ini digunakan jumlahnya semakin berkurang. Krisis energi konvensional dimana bahan bakar fosil sebagai sumber utamanya sudah terjadi dan akan semakin parah di masa mendatang. Pengembangan dan penggunaan energi terbarukan (renewable energy) makin menjadi hal yang sangat penting dan pengembangan aplikasi energi terbarukan sudah sangat mendesak. Pemerintah Indonesia menanggapi kondisi ini dengan serius,
pemerintah sudah mengeluarkan Inpres No. 1 tahun 2006 tentang
Penyediaan dan Pemanfaatan Bahan Bakar Altenatif pada tanggal, 25 Januari 2006. Tentu hal ini merupakan kondisi positif, momentum yang tepat bagi seluruh komponen bangsa terkait, untuk segera memikirkan dan mengambil langkah serius guna pengembangan sumber energi alternatif masa depan. Dalam konteks Indonesia, sebenarnya ada sumber energi alternatif potensial yang sudah sejak lama digunakan yaitu energi radiasi matahari. Matahari meradiasikan energi dalam bentuk gelombang elektromagnetik dengan spektrum panjang gelombangnya meliputi bentangan antara 250 nm dan 2500 nm 1
(Ariswan, 2011: 1). Indonesia menerima energi radiasi harian rata-rata persatuan luas waktu kira-kira sebesar 4,8 kW/m2 (Ariswan, 2011: 2). Ditambah letak Indonesia yang berada pada garis khatulistiwa, memungkinkan pengembangan dan pemanfaatan teknologi ini lebih optimal. Energi radiasi matahari memiliki potensi paling besar untuk digunakan sebagai sumber energi alternatif, karena selain persediaannya yang tidak terbatas juga dalam pemanfaatannya tidak menimbulkan polusi. Teknologi fotovoltaik mampu mengkonversi energi radiasi matahari langsung menjadi energi listrik dengan menggunakan piranti semikonduktor yang disebut Sel Surya (Solar Cell). Sel surya bisa menjadi solusi yang dapat diandalkan dalam mengatasi masalah energi. Kendala untuk penggunaan teknologi fotovoltaik secara masal di Indonesia pada saat ini yaitu harga piranti semikonduktor yang masih terlalu mahal untuk kebanyakan kalangan dan efisiensi energi yang masih rendah. Karenanya rekayasa bahan semikonduktor masih terus dikembangkan guna mendapat piranti semikonduktor yang lebih murah, dan kemungkinan memiliki efisiensi energi yang lebih baik. Dalam penelitian kali ini, penumbuhan kristal dilakukan untuk mendapatkan kristal dari bahan semikonduktor paduan Sn(S0,2Se0,8). Kristal dari bahan semikonduktor Sn(S0,2Se0,8) merupakan hasil paduan dari tiga unsur (ternary), yaitu Sn (golongan IV A), S (golongan VI A) dan Se (golongan VI A) dengan perbandingan mol secara berturut-turut yaitu 1 : 0,2 : 0,8. Energi gap bahan semikonduktor ini berada diantara energi gap dari kristal bahan semikonduktor paduan SnS dan kristal bahan semikonduktor paduan SnSe, yaitu 2
1,8 eV untuk Semikonduktor paduan SnS dan 1 eV untuk bahan semikonduktor paduan SnSe. Berdasarkan range energi gap kedua bahan semikonduktor tersebut, kristal dari bahan semikonduktor paduan Sn(S0,2Se0,8) sangat mungkin untuk dimanfaatkan sebagai bahan dasar pembuatan sel surya. Penumbuhan kristal dilakukan dengan metode Bridgman. Metode Bridgman digunakan untuk penumbuhan kristal dalam semikonduktor masif atau ingot dengan cara memanaskan bahan yang mempunyai tingkat kemurnian tinggi sampai mencapai titik leleh dari masing-masing bahan. Metode Bridgman dipilih karena dalam pengaturan suhu yang dipakai dan tekanan mekanis dalam bahan lebih mudah dikontrol. Prinsip kerja metode Bridgman adalah dengan memanaskan bahan dasar yang memiliki tingkat kemurnian tinggi (99,9%) menggunakan tabung Pyrex yang telah divakumkan dan dipanaskan di dalam furnace, dengan massa masing-masing bahan yang sesuai dengan material yang akan dibuat. Informasi titik leleh bahan sangat diperlukan untuk menentukan alur pemanasan. Setelah mendapatkan hasil dari proses penumbuhan kristal tersebut maka selanjutnya dilakukan karakterisasi untuk menyatakan kualitas hasil penumbuhan kristal tersebut. Pada teknik Bridgman pengaturan temperatur pemanasan sangat diperhatikan karena dimungkinkan mempengaruhi kualitas dari kristal yang terbentuk. Pada temperatur yang sangat tinggi, kristal dapat tumbuh dengan cepat, namun cacat kristal yang terbentuk juga akan lebih banyak. Jika temperatur sangat rendah, maka proses penumbuhan kristal yang akan terjadi sangat lambat. Proses penumbuhan kristal dengan metode Bridgman kemudian dilanjutkan dengan 3
pendinginan perlahan-lahan yang disebut dengan annealing (Adi Kurniawan, 2008: 3). Annealing bertujuan untuk merekristalisasi atau menata kembali struktur kristal. Masih minimnya rujukan informasi tentang kristal bahan semikonduktor paduan Sn(S0,2Se0,8) yang sudah ada dan juga untuk mengetahui hasil preparasi kristal bahan semikonduktor paduan Sn(S0,2Se0,8) yang terbentuk dengan metode Bridgman, maka perlu dilakukan karakterisasi bahan. Karakterisasi bahan difokuskan untuk mengetehatui struktur kristal dan parameter kisi kristal dengan menggunakan XRD (X-Ray Difffraction), morfologi permukaan kristal dengan menggunakan SEM (Scanning Electron Microscopy), kandungan kimia kristal dengan menggunakan EDAX (Energi Dispersive Analysis X-Ray) dan juga variasi temperatur maksimum pada alur pemanasan bahan diduga mempengaruhi hasil akhir kristal yang terbentuk.
4
B. Identifikasi Masalah Berdasarkan pada latar belakang, dapat diidentifikasikan beberapa permasalahan sebagai berikut: 1. Terus meningkatnya kebutuhan akan energi listrik yang tidak diimbangi dengan pemenuhan akan sumber energi tersebut. 2. Krisis energi konvensional berbahan bakar fosil sudah terjadi dan akan semakin parah dimasa mendatang. 3. Pengembangan dan penggunaan energi terbarukan (renewable energy) sudah sangat mendesak. 4. Mahalnya biaya produksi dan penggunaan piranti semikonduktor sebagai bahan dasar sel surya. 5. Belum diketahui struktur dan parameter kisi kristal paduan Sn(S0,2Se0,8) yang terbentuk hasil preparasi dengan metode Bridgman. 6. Belum diketahui komposisi kimia kristal paduan Sn(S0,2Se0,8) yang terbentuk hasil preparasi dengan metode Bridgman. 7. Belum diketahui morfologi permukaan kristal paduan Sn(S0,2Se0,8) yang terbentuk hasil preparasi dengan metode Bridgman. 8. Belum diketahui pengaruh temperatur maksimum pada alur pemanasan bahan untuk penumbuhan kristal paduan Sn(S0,2Se0,8) dengan metode Bridgman terhadap hasil akhir kristal yang terbentuk.
5
C. Batasan Masalah Dalam penelitian ini masalah dibatasi hanya pada karakterisasi kristal paduan Sn(S0,2Se0,8) hasil preparasi dengan metode Bridgman untuk mengetahui struktur kristal dan parameter kisi kristal dengan menggunakan XRD, untuk mengetahui morfologi permukaan kristal dengan menggunakan SEM, untuk mengetahui komposisi kimia kristal dengan menggunakan EDAX dan untuk mengetahui pengaruh temperatur maksimum pada alur pemanasan terhadap kristal bahan paduan Sn(S0,2Se0,8) yang terbentuk.
D. Rumusan Masalah Berdasarkan uraian dalam identifikasi masalah dan batasan masalah, masalah dalam penelitian ini dapat dirumuskan sebagai berikut: 1. Bagaimana struktur kristal dan parameter kisi kristal paduan Sn(S0,2Se0,8) yang terbentuk hasil preparasi dengan metode Bridgman? 2. Bagaimana morfologi permukaan kristal paduan Sn(S0,2Se0,8) yang terbentuk hasil preparasi dengan metode Bridgman? 3. Bagaimana komposisi kimia kristal paduan Sn(S0,2Se0,8) yang terbentuk hasil preparasi dengan metode Bridgman? 4. Bagaimana pengaruh temperatur maksimum pada alur pemanasan terhadap hasil akhir kristal paduan Sn(S0,2Se0,8) yang terbentuk dengan metode Bridgman?
6
E. Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah: 1. Mengetahui struktur kristal dan parameter kisi kristal paduan Sn(S0,2Se0,8) yang terbentuk hasil preparasi dengan metode Bridgman. 2. Mengetahui morfologi permukaan kristal paduan Sn(S0,2Se0,8) yang terbentuk hasil preparasi dengan metode Bridgman. 3. Mengetahui komposisi kimia kristal paduan Sn(S0,2Se0,8) yang terbentuk hasil preparasi dengan metode Bridgman. 4. Mengetahui pengaruh temperatur maksimum pada alur pemanasan terhadap hasil akhir kristal Sn(S0,2Se0,8) yang terbentuk dengan metode Bridman.
F. Manfaat Penelitian Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah: 1. Memperoleh kristal bahan semikonduktor paduan Sn(S0,2Se0,8) sebagai bahan dasar pembuatan sel surya. 2. Memperoleh pengetahuan tentang struktur kristal dan parameter kisi kristal paduan Sn(S0,2Se0,8) yang terbentuk hasil preparasi dengan metode Bridgman. 3.
Memperoleh pengetahuan tentang bentuk morfologi Kristal bahan semikonduktor paduan Sn(S0,2Se0,8).
4. Memperoleh pengetahuan tentang komposisi kimia kristal bahan semikonduktor paduan Sn(S0,2Se0,8).
7
5. Memperoleh pengetahuan tentang pengaruh temperatur maksimum pada alur pemanasan bahan paduan kristal Sn(S0,2Se0,8) yang terbentuk hasil preparasi dengan metode Bridgman. 6. Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat digunakan sebagai sumber informasi dan referensi untuk penelitian lebih lanjut. 7. Penelitian ini dapat bermanfaat sebagai dasar dalam pengembangan teknologi piranti elektronika berbasis semikonduktor terutama sel surya.
8
