perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
PEMBUATAN SURFACE TEXTURINGKACAFLUORINE-
DOPED TIN OXIDE (FTO) MENGGUNAKAN TEKNIK DRY
ETCHING DENGAN VARIASI WAKTU UNTUK
MENINGKATKAN EFISIENSI DSSC
Disusunoleh:
LINDHA JAYANTI
M0211048
SKRIPSI
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
Januari, 2016
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
i
PEMBUATAN SURFACE TEXTURINGKACAFLUORINE-
DOPED TIN OXIDE (FTO) MENGGUNAKAN TEKNIK DRY
ETCHING DENGAN VARIASI WAKTU UNTUK
MENINGKATKAN EFISIENSI DSSC
Disusunoleh:
LINDHA JAYANTI
M0211048
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian
persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
Januari, 2016
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ii
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iii
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iv
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual Skripsi saya yang berjudul
“Pembuatan Surface Texturing Kaca Fluorine-doped Tin Oxide (FTO)
Menggunakan Teknik DryEtching dengan Variasi Waktu untuk Meningkatkan
Efisiensi DSSC” adalah hasil kerja saya dan sepengetahuan saya hingga saat ini
Skripsi tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain
atau materi yang telah diajukan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di
Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan Tinggi lainnya kecuali telah
dituliskan di daftar pustaka. Skripsi ini dan segala bentuk bantuan dari semua
pihak telah ditulis di bagian ucapan terimakasih. Isi Skripsi ini boleh dirujuk atau
difotokopi secara bebas tanpa harus memberitahu penulis.
Surakarta, 05Januari 2016
Lindha Jayanti
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
v
MOTTO
Do’a Rabithah
“Ya Allah, sesungguhnya Engkau Maha Mengetahui bahwa hati-hati ini telah
berkumpul untuk mencurahkan mahabbah hanya kepada-Mu, bertemu untuk taat
kepada-Mu, bersatu dalam rangka menyeru ( dakwah di jalan)-Mu, maka
kuatkanlah ikatan pertaliannya, ya Allah, abadikanlah kasih sayangnya,
tunjukanlah jalannya, dan penuhilah dengan cahaya-Mu yang tidak akan pernah
redup, lapangkanlah dadanya dengan limpahan iman dan tawakal kepada-Mu,
hidupkanlah dengan marifah-Mu, dan matikanlah dalam keadaan syahid di jalan-
Mu. Sesungguhnya Engkau sebaik-baik pelindung dan sebaik-baik penolong.
Amin. Dan semoga sholawat serta salam selalu tercurahkan kepada muhammad,
kepada keluarganya, dan kepada semua sahabatnya”
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vi
PERSEMBAHAN
Karya ini penulis persembahkan untuk :
1. Allah SWT, Tuhan seluruh alam yang telah memberi rahmat, nikmat,
hidayah dan inayahNya kepada penulis.
2. Nabi Muhammad SAW yang selalu menjadi suri tauladan penulis.
3. Untuk Bapak, Ibu dan keluarga tersayang yang selalu memberi dukungan
dan doa.
4. Murobbiyah dan sahabat lingkaran yang selalu penulis rindukan
5. Teman-teman fisika 2011.
6. Untuk para pembaca yang menyukai bidang fisika energi khususnya
DSSC.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vii
Pembuatan Surface Texturing Kaca Fluorine-doped Tin Oxide
(FTO)Menggunakan Teknik Dry Etching dengan Variasi Waktu untuk
Meningkatkan Efisiensi DSSC
Lindha Jayanti
Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,
Universitas Sebelas Maret
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pembuatan surface texturing
menggunakan teknik dry etching dengan plasma Argon pada kaca fluorine-doped
tin oxide (FTO). Penelitian awal menggunakan tegangan plasma etching yang
fluktuatif dengan range 296–376 Volt. Terdapat tiga sampel pada penelian ini,
yaitu sampel tanpa etching sebagai referensi, dan sampel dengan waktu plasma
etching 3 menit dan 10 menit. Karakterisasi menggunakan AFM diperoleh hasil
bahwa morfologi permukaan dan roughness sampel berubah. Karakterisasi
menggunakan spektrometer UV-Vis diperoleh hasil plasma etching dapat
meningkatkan transmitansi. Penelitian selanjutnya menggunakan tegangan 335-
336 V selama plasma etching. Di dalam penelitian ini, teknik dry etching
dilakukan dengan menggunakan holder berpola sebagai hard mask yang dipasang
diatas permukaan FTO untuk memfabrikasi Surface texturing.Ada dua jenis
sampel dalam penelitian ini, yaitu sampel berpola dan sampel tidak berpola. Hasil
karakterisasi menggunakan instrument SEM menunjukkan bahwa morfologi
sampel sedikit berubah setelah proses dry etching menggunakan holder berpola.
Sedangkan morfologi sampel tanpa pola hampir tidak berubah. Hasil karakterisasi
menggunakan spektrometer UV-Vis menunjukkan bahwa waktu dry etching pada
sampel berpola dapat meningkatkan transmitansinya. Hal ini mengindikasikan
adanya surface texturing pada sampelberpola. Sheet resistance pada sampel
berpola dengan waktu dry etching 3, 6 dan 10 menit adalah 0,813 ± 0,010 Ω/sq,
0,816 ± 0,011 Ω/sq dan 1,646 ± 0,035 Ω/sq.
Kata kunci: FTO, dry etching, transmitansi, SEM, sheet resistance
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
viii
Fabrication ofSurface Texturing on Fluorine-doped Tin Oxide (FTO) Glass
using Dry Etching Technique with Time Variation to Enhance Efficiency of
DSSC
Lindha Jayanti
Physics Department, Faculty of Mathematics and Natural Sciences,
Sebelas Maret University
ABSTRACT
This research aim is to identify the manufacture of surface texturing using dry
etchingtechnique withArgon plasma on fluorine-doped tin oxide (FTO) glass.
Preliminary research used plasma etching fluctuating voltage with range of 296-
376 volts. There are three samples in this research, those aresamples without
etching as a reference sample, and samples with plasma etching time of 3 min and
10 min. The result of characterization using AFM instrument showed that the
surface morphology and roughness of sample changed. The results of
characterization using UV-Vis spectrometer confirm that plasma etching can
enhance the transmittance. Further study used voltage of 335-336 V for plasma
etching. In this research, the dry etching technique used patterned holder as a hard
mask which was mounted on the FTOsurface to fabricate surface texturing. Dry
etching times were varied for 3 min, 6 min and 10 min. There were two kinds of
sample in this research, those were patterned sample and not patterned sample.The
result of characterization using SEM showed thatmorphology of samples was little
changed after the dry etching process using patterned holder. Meanwhile,the
morphology of the samples without patternwere almost unchanged.The result of
characterization using UV-Vis spectrometer showed that the dry etching time on
the patterned samples can increase the transmittance. Theseindicate the surface
texturing of patterned samples. Sheet resistancesof thepatterned sample with the
dry etching time at3 min, 6 min, and 10 min are 0.813 ± 0.010 Ω / sq, 0.816 ±
0.011 Ω / sq and 1.646 ± 0.035 Ω / sq.
Keyword: FTO, dry etching, transmittance, SEM, sheet resistance.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur alhamdulillah penulis panjatkan kepada Allah SWT ataspenyusunan
skripsi sebagai bagian dari syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Sains ini yang
berjudul “Pembuatan Surface Texturing Kaca Fluorine-doped Tin Oxide (FTO)
Menggunakan Teknik DryEtching dengan Variasi Waktu untuk Meningkatkan
Efisiensi DSSC” dapat diselesaikan dengan baik.
Penulisan skripsi ini tidak lepas dari dukungan dan bantuan dari berbagai pihak.
Oleh karena itu pada kesempatan kali ini penulis menyampaikan penghargaan dan
terima kasih kepada :
1. Bapak Dr.Susilo Widodo selaku Kepala Pusat Sains dan Teknologi
Akselerator (PSTA) BATAN.
2. Bapak Ir. Slamet Santoso, M.Sc., selaku Ketua Bidang Fisika Partikel
(BFP) PSTA BATAN.
3. Bapak Dr. Fahru Nurosyid, S.Si, M.Si selaku Kepala Program Studi Fisika
FMIPA UNS.
4. Ibu Dr.Eng. Kusumandari,S.Si., M.Si selaku pembimbing Iyang selalu
membimbing dengan sabar, memberi pengarahan dan memberi nasehat
selama penulisan skripsi.
5. Bapak Drs. B.A. Tjipto Sujitno, M.T, APU selaku pembimbing II yang
selalu membimbing dengan sabar, memberi pengarahan dan memberi
nasehat selama penulisan skripsi.
6. Pak Irianto dan pak Sumarmo yang selalu membantu penulis dalam
menyelesaikan penelitian
7. Staff Fisika FMIPA UNS yang telah membantu dalam kelancaran
penyelesaian skripsi.
8. Kedua orang tua, mas, kakek dan segenap keluarga besar yang selalu
memberi dukungan serta doa agar penulis dapat menyelesaikan penulisan
skripsi.
9. Engkau yang selalu ku sebut dalam do’a
10. Sahabatku tercinta “Tyni Company” yang selalu memberikan dukungan
motivasi dan selalu mengingatkan penulis dikala sibuk beragenda di luar.
11. Jazakumullah Khairan Katsiran untuk murobbiyah yang selalu
memberikan ilmu dan motivasi
12. Sahabat-sahabat dilingkaran kecil yang selalu penulis rindukan
13. Sahabat seperjuangan dalam dakwah (Ar Ruhul Jadid, Garuda 2011, BIRO
AAI FMIPA UNS, BIRO AAI UNS, SKI FMIPA UNS)
14. Adik-adik binaan AAI penulis
15. Teman-teman Fisika 2011 yang memberi dukungan dan do’a.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
x
16. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebut satu persatu yang telah
membantu dalam penyelesaian penulisan skripsi.
Akhirnya, dengan segala kerendahan hati penulis menyadari masih banyak
terdapat kekurangan-kekurangan.Penulis berharap dari skripsi ini semoga dapat
bermanfaat.
Surakarta, 05 Januari 2016
Lindha Jayanti
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xi
HALAMAN PUBLIKASI
No Judul Penulis Jenis Publikasi
1 The study of FTO
surface texturing
fabrication using
Argon plasma
etching technique for
DSSC applications
Lindha Jayanti,
Kusumandari,
Tjipto Sujitno
Risa Suryana
Seminar International: 10th
International Joint Conference
On Chemistry (JCC 2015), 8
September 2015 (Poster
Presentation)
2 Pembuatan Surface
Texturing Pada Kaca
FTO Menggunakan
Teknik Dry Etching
Dengan Variasi
Waktu
Lindha Jayanti,
Kusumandari,
Tjipto Sujitno
Risa Suryana
Repository di:
http://diligib.mipa.uns.co.id/deta
ilartikel-2287, 03 Januari 2016
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xii
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ......................................................................................... i
HALAMAN PERSETUJUAN ......................................................................... ii
HALAMAN PENGESAHAN .......................................................................... iii
HALAMAN PERNYATAAN .......................................................................... iv
HALAMAN MOTTO ....................................................................................... v
HALAMAN PERSEMBAHAN ...................................................................... vi
HALAMAN ABSTRAK ................................................................................. vii
HALAMAN ABSTRACT .............................................................................. viii
KATA PENGANTAR ...................................................................................... ix
HALAMAN PUBLIKASI ................................................................................ xi
DAFTAR ISI .................................................................................................... xii
DAFTAR TABEL .......................................................................................... xiv
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xv
DAFTAR SIMBOL ....................................................................................... xvii
DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................ xviii
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................. 1
1.1. Latar Belakang ................................................................................. 1
1.2. Batasan Masalah .............................................................................. 3
1.3. Perumusan Masalah ......................................................................... 3
1.4. Tujuan Penelitian ............................................................................. 3
1.5. Manfaat Penelitian ........................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ....................................................................... 4
2.1. Dye sensitized Solar Cell (DSSC) ................................................................ 4
2.1.1. Material DSCC .......................................................................................... 5
2.1.2.1. Substrat ................................................................................................... 5
2.1.2.2. Titanium Dioksida (TiO2) ...................................................................... 5
2.1.2.3. Dye ......................................................................................................... 5
2.1.2.4. Elektrolit ................................................................................................. 6
2.1.2.5. Elektroda Lawan .................................................................................... 6
2.1.2. Prinsip Kerja DSSC .................................................................................. 6
2.2. Metode Light Trapping ................................................................................ 8
2.2.1. Antireflection Coating ............................................................................... 8
2.2.2. Surface Texturing ...................................................................................... 9
2.3. Metode Fabrikasi Surface Texturing .......................................................... 11
2.3.1. Wet Etching ............................................................................................. 11
2.3.2. Dry Etching ............................................................................................. 11
2.4. Karakterisasi FTO ...................................................................................... 15
2.4.1. Spektrophotometer UV-Vis ..................................................................... 15
2.4.2. Atomic Force Microscopy (AFM) ........................................................... 16
2.4.3. Scanning Electron Microscopy (SEM) ................................................... 17
2.4.4. Probe Empat Titik ................................................................................... 18
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xiii
Halaman
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ..................................................... 20
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian .................................................................... 20
3.2. Alat dan Bahan ........................................................................................... 21
3.3.1. Alat Penelitian ......................................................................................... 21
3.2.2. Bahan Penelitian...................................................................................... 22
3.3. Metodologi Penelitian ............................................................................... 23
3.2.1. Preparasi Sampel FTO ............................................................................ 23
3.2.2. Teknik Dry Etching ................................................................................. 23
3.2.2.1. Set up mesin plasma etching ................................................................ 23
3.2.2.2. Proses Pemvakuman............................................................................. 24
3.2.2.3. Proses Plasma Etching ......................................................................... 24
3.4.Karakterisasi ................................................................................................ 25
BAB IVHASIL DAN PEMBAHASAN ......................................................... 26
4.1. Pendahuluan ............................................................................................... 26
4.2. Proses plasma etching menggunakan range tegangan ( 296 – 376 V) ...... 26
4.3. Proses plasma etching tanpa pola dan dengan holderpola menggunakan
tegangan stabil ( 335-336 Volt)......................................................................... 29
4.3.1. Proses plasma etching tanpa pola ........................................................... 29
4.3.2. Proses plasma etchingholder berpola ..................................................... 34
4.3.3. Perbandingan mekanisme transmitansi cahaya pada struktur DSSC
dengan lapisan FTO tanpa etching, lapisan FTO dengan plasma etching tanpa
pola dan dengan holder berpola ........................................................................ 39
3.2.2.1. Perbandingan FTO tanpa etching dan proses plasma etching tanpa pola39
3.2.2.2. Perbandingan FTO tanpa etching dan proses plasma etching dengan
holder berpola ................................................................................................... 40
BAB VPENUTUP ............................................................................................ 44
5.1. Kesimpulan ................................................................................................ 44
5.2. Saran ........................................................................................................... 44
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 45
LAMPIRAN ..................................................................................................... 49
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xiv
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 4.1.Sheet resistansi FTO ......................................................................... 27
Tabel 4.2. Sheet resistansi FTO tanpa pola....................................................... 33
Tabel 4.3. Sheet resistance FTO dengan holder berpola .................................. 38
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xv
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Struktur Dye sensitized Solar Cell .................................. 5
Gambar 2.2. Prinsip Kerja DSSC ........................................................ 7
Gambar 2.3. Mekanisme Light Trapping metode surface texturing .... 8
Gambar 2.4. Pembentukan surface texturing pada sel surya silikon ... 9
Gambar 2.5. Perbandingan antara permukaan datar dan surface
texturing ........................................................................ 10
Gambar 2.6. Skema Mesin Plasma Etching ...................................... 12
Gambar 2.7. Bagian dalam tabung reaktor plasma etching ............... 13
Gambar 2.8. Foto pompa vakum rotary Edward seri 2 ...................... 14
Gambar 2.9. Foto mesin plasma etching ........................................... 15
Gambar 2.10. Skema cara kerja AFM ................................................ 17
Gambar 2.11. Skema mekanisme kerja probe empat titik ................... 18
Gambar 3.1. Diagram alir penelitian .................................................. 22
Gambar 3.2. Preparasi sampel sebelum proses plasma etching
dengan (a) Proses pembersihan kotoran (b) Proses
pencucian dan pembersihan (c) Proses pengeringan
(d) Proses pengamplasan (e) Proses penempatan
sampel dalam holder ..................................................... 23
Gambar 3.3. Set up mesin plasma etching sebelum dioperasikan ..... 24
Gambar3.4. Alat uji karakteristik (a) Probe empat titik PSTA-
BATAN (b) UV-Vis (FMIPA terpadu UNS) ................ 25
Gambar 4.1. Hasil AFM permukaan FTO ukuran 5 x 5 𝜇m dengan
tegangan fluktuatif (a) tanpa Plasma etching dan
dengan plasma etching (b) 3 menit dan (c) 10 menit .... 27
Gambar 4.2. Transmitansi sampel FTO tanpa plasmaetching, dan
dengan plasma etching selama 3 menit dan 10 menit ... 28
Gambar 4.3. Morfologipermukaan FTO (a) tanpa plasma etching
dan dengan plasma etching (b) 3 menit (c) 6 menit
dan (d) 10 menit tanpa pola hasil karakterisasi SEM .... 30
Gambar 4.4. Crossection permukaan FTO (a) tanpa plasma etching
dan dengan plasma etching (b) 3 menit (c) 6 menit
dan (d) 10 menit tanpa pola hasil karakterisasi SEM .... 31
Gambar 4.5. Transmitansi sampel FTO tanpa plasma etching, dan
dengan plasma etching selam 3 menit, 6 menit dan 10
menit dengan tanpa pola................................................ 32
Gambar 4.6. Absorbansi sampel FTO tanpa etching, plasma
etching 3 menit, 6 menit dan 10 menit tanpa pola ........ 33
Gambar 4.7. (a) Foto holder, FTO dan Pola dan (b) Ukuran pola
dilihat dari mikroskop ................................................... 34
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xvi
Halaman
Gambar 4.8. Morfologipermukaan FTO (a) tanpa plasma etching
dan dengan plasma etching (b) 3 menit (c) 6 menit
dan (d) 10 menit dengan holder berpola hasil
karakterisasi SEM ......................................................... 35
Gambar 4.9.Crossection permukaan FTO (a) tanpa plasma etching
dan dengan plasma etching (b) 3menit (c) 6 menit dan
(d) 10 menit dengan holder berpola hasil karakterisasi
SEM .............................................................................. 36
Gambar 4.10.Transmitansi sampel FTO tanpa plasma etching,
plasma etching 3 menit, 6 menit dan 10 menit dengan
holder berpola ............................................................... 37
Gambar 4.11.Absorbansi sampel FTO tanpa etching, plasma etching
3 menit, 6 menit dan 10 menit dengan holder berpola .. 38
Gambar 4.12. Transmitansi cahaya pada permukaan FTO (a) tanpa
plasma etching dan pada permukaan FTO hasil
plasma etching (b) tanpa pola dan (c) dengan holder
berpola ........................................................................... 39
Gambar 4.13. Ilustrasi proses terjadinya plasma etching FTO (a) ion
Ar menumbuk FTO (b) FTO mulai ter-etching (c)
Hasil akhir FTO yang ter-etching ................................. 40
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xvii
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Nilai/Satuan
Ketebalan lapisan
Sheet resistance
Konduktivitas
Jumlah elektron bebas
Muatan elektron -1,602 x 10-19
C
𝜇 Mobilitas elektron
𝜇 Grain boundary scattering
Ukuran butir
Massa efektif elektron
Grain boundary potensial barier
Konstanta Boltzmann 1,380658 x
10−23
JK−1
T Temperatur
Resistivitas listrik penghantar
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xviii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1.Sheet Resistancerange tegangan 296 – 376 Volt........................... 49
Lampiran 2.Sheet Resistance tegangan stabil 335-336 Volt. ............................ 49