daftar isi -...

13
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 PADA PROFIL DISTRIBUSI DOPAN ERFC DAN GAUSSIAN TERHADAP EFISIENSI KUANTUM INTERNAL SEL SURYA AGUSTYAS WULAN ARISONA Universitas Gadjah Mada, 2015 | Diunduh dari http://etd.repository.ugm.ac.id/

Upload: lexuyen

Post on 20-Jun-2019

245 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

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/