Fabrikasi Sel Surya Berbasis Silikon dengan Sistem Hot Wire PECVD

LAPORAN PENELITIAN  – Lembaga Penelitian Universitas Tadulako (Desember 2009).  Laporan hasil penelitian hibah kompetitif Penelitian Sesuai Prioritas Nasional bacth II yang berjudul fabrikasi sel surya berbasis silikon dengan sistem hot wire PECVD yang diketua oleh Drs. Syamsu, M.Si. dengan anggota Amiruddin Kade, S.Pd., M.Si., dan Haeruddin, S.Pd., M.Si. dan dibiayai oleh DP2M DIKTI dengan nomor kontrak: : 323/SP2H/PP/DP2M/VI/2009 tanggal 16 Juni 2009.

RINGKASAN - Sistem HW-PECVD digunakan untuk menumbuhkan lapisan tipis a-Si:H, dan mc-Si:H di atas  gelas corning 7059 dengan menggunakan gas silan (SiH₄) 10% dalam gas hidrogen (H₂) sebagai sumber gas. Lapisan tipis yang telah ditumbuhkan dikarakterisasi untuk mengamati sifat optik dan listrik maupun struktur lapisannya dengan menggunakan spektrometer ultraviolet visible (UV-Vis), DEKTAK IIA, X-ray diffractometer (XRD), dan scanning electron microscope (SEM). Konduktivitas diukur dengan metode dua titik (coplanar). Melalui optimasi parameter penumbuhan diperoleh lapisan tipis a-Si:H berkualitas baik dengan konduktivitas gelap yang relatif tinggi. Lapisan tipis a-Si:H yang ditumbuhkan dengan laju deposisi 0,78 Å/s, memiliki celah pita optik sebesar 1,66 eV, serta konduktivitas gelap 6,94 x 10^-7 S/cm.


Hasil ini menunjukkan bahwa dengan menggunakan sistem HW-PECVD, sifat optik lapisan telah berhasil ditingkatkan tanpa menurunkan sifat listriknya. Lapisan tipis mc-Si:H yang telah berhasil ditumbuhkan dengan optimasi temperatur subtrat, memiliki celah pita optik menurun dari 1,46 eV sampai 1,14 eV dan konduktivitas gelapnya relatif konstan (dalam orde 10^-7 S/cm) dengan meningkatnya temperatur subtrat dari 175 ^oC sampai 225 ^oC. Penurunan celah pita optik ini mengindikasikan adanya perubahan struktur dari amorf ke mikrokristal. Lapisan tipis yang ditumbuhkan berstruktur mikrokristal dengan orientasi kristal <111>, <220>, dan  <311>. Dalam penelitian ini, juga telah berhasil difabrikasi divais sel surya berbasis silikon    (a-Si:H) dengan arus hubung singkat (I_sc), tegangan rangkaian terbuka (V_oc), dan faktor pengisi (FF) masing-masing 3,24 mA cm^-2, 0,42 volt, dan 0,52. Unjuk kerja yang dihasilkan ini masih relatif rendah dibanding yang telah diperoleh peneliti sebelumnya. Namun disisi lain tingkat kestabilan sel surya a-Si:H yang difabrikasi dengan sistem HW-PECVD lebih tinggi dari sel surya a-Si:H yang ditumbuhkan dengan sistem PECVD. Penurunan I_sc-nya adalah 4,94%. Tingginya tingkat kestabilan sel surya a-Si:H yang ditumbuhkan dengan sistem HW-PECVD menunjukkan bahwa kandungan hidrogen pada lapisan tipis a-Si:H yang dihasilkan cukup rendah. Akhirnya dapatlah disimpulkan bahwa telah berhasil ditumbuhkan lapisan tipis berbasis silikon (a-Si:H, dan mc-Si:H) dengan sistem hot wire plasma enhanced chemical vapor deposition (HW-PECVD) dengan kualitas yang baik. Kandungan hidrogen lapisan telah berhasil direduksi dengan tidak menurunkan sifat listriknya. Oleh karena itu, sistem HW-PECVD dapat digunakan untuk menghasilkan radikal hidrogen yang tinggi selama proses penumbuhan lapisan tipis a-Si:H berkualitas tinggi.

SARAN - Dari hasil yang telah diperoleh pada penelitian ini, masih diperlukan adaya penelitian lanjut untuk menghasilkan material-material dan divais sel surya dengan kualitas yang tinggi, yaitu : Sistem HW-PECVD dengan konfigurasi filamen di luar kedua elektroda masih perlu dikembangkan dengan mendesain reaktor (chamber) sehingga jarak antara filamen dengan substrat dapat diubah. Selanjutnya untuk meningkatkan unjuk kerja sel surya a-Si:H, masih perlu dilakukan optimasi tebal dari setiap lapisan penyusunnya (tipe-p, tipe-i, dan tipe-n), dan optimasi konduktivitas khususnya untuk tipe-p dan tipe-n.