Karakterisasi Optik, Struktur dan Kandungan Unsur Karbon Amorf Berbasis Sekam Padi Terdoping Nitrogen untuk Potensi Aplikasi Fotovoltaik

Abstract

Kebutuhan energi terbarukan yang terus meningkat mendorong pengembangan berbagai sumber energi, salah satunya energi surya untuk aplikasi fotovoltaik. Silikon yang selama ini digunakan sebagai material utama sel surya memiliki keterbatasan berupa biaya yang relatif tinggi dan proses fabrikasi yang kompleks. Oleh karena itu, diperlukan material alternatif yang lebih ekonomis, ramah lingkungan, dan mudah diproduksi. Karbon amorf berbasis biomassa, khususnya sekam padi, menjadi salah satu kandidat yang menjanjikan karena ketersediaannya yang melimpah serta karakteristiknya yang dapat dimodifikasi melalui proses aktivasi dan doping. Penelitian ini bertujuan untuk mensintesis karbon amorf berbasis arang sekam padi yang didoping nitrogen menggunakan urea sebagai sumber dopan sebagai upaya pengembangan material berbasis biomassa yang berpotensi untuk aplikasi fotovoltaik. Penelitian ini menggunakan karbon amorf yang disintesis dari arang sekam padi melalui proses karbonisasi, aktivasi termal, aktivasi KOH, dan doping nitrogen menggunakan urea. Variasi sampel yang digunakan, yaitu sampel tanpa aktivasi termal (SM), sampel dengan aktivasi termal pada suhu 300°C (S300), dan sampel dengan aktivasi termal pada suhu 500°C (S500), serta variasi rasio massa karbon terhadap urea (1:1, 1:1,5, 1:2, 1:2,5, 1:3). Berbagai karakterisasi material dilakukan untuk mengetahui karakteristik hasil sintesis material. Karakterisasi material dilakukan menggunakan XRD untuk analisis struktur, SEM-EDX untuk morfologi dan komposisi unsur, FTIR untuk identifikasi gugus fungsi, serta UV-Vis untuk analisis sifat optik dan perhitungan band gap menggunakan metode Tauc plot. Hasil sintesis material yang diperoleh berbentuk serbuk karbon amorf berbasis sekam padi terdoping nitrogen. Hasil XRD menunjukkan bahwa material memiliki struktur dominan amorf dengan keberadaan fase mineral calcite (CaCO₃). Hasil SEM menunjukkan morfologi permukaan yang kasar, berpori, dan mengalami aglomerasi partikel, sedangkan EDX mengonfirmasi keberadaan unsur karbon, nitrogen, oksigen, serta mineral lain seperti Si, Ca, dan K. Analisis FTIR menunjukkan keberhasilan doping nitrogen yang ditandai dengan munculnya gugus fungsi C–N, N–H, dan C≡N, serta keberadaan gugus karbon dan silika. Hasil UVVis menunjukkan peningkatan absorbansi dan pergeseran spektrum ke panjang gelombang yang lebih besar setelah doping nitrogen. Selain itu, hasil Tauc plot menunjukkan penurunan band gap yang signifikan. Hal ini menunjukkan bahwa doping nitrogen berhasil memodifikasi struktur elektronik karbon sehingga meningkatkan kemampuan penyerapan cahaya dan potensi aplikasinya sebagai material pendukung fotovoltaik berbasis karbon biomassa