Program Studi Teknik Mesin
SURAKARTA 2013
Oleh
 NIP. 19740902 2001121 002
 NIP. 19710831 2000031 005
 
E.  Sistematika Penulisan ............................................................................. 6 
II.  TINJAUAN PUSTAKA  ............................................................................ 7 
A.  Studi Awal  .............................................................................................. 7 
B.  Dasar Teori ........................................................................................... 20 
2)  Pencampuran metode liquid (pencampuran serbuk dalam larutan). ...... 26 
3)  Kalsinasi (Calcination).  ....................................................................... 26 
4)  Kompaksi (Compaction).  ..................................................................... 27 
 
3)  Pembuatan termoelektrik berbasis ZnO. ................................ ............... 33 
4)  Pengujian.  ............................................................................................ 34 
F.  Jadwal Penelitian  ................................................................................. 38 
DAFTAR PUSTAKA  ......................................................................................... 41 
Gambar 2. Termoelectric Generator  (TEG) ........................................................ 21 
 
Tabel 2. Parameter penting Cu doped ZnO  ......................................................... 15 
Tabel 3. Parameter penting Al doped ZnO  .......................................................... 17 
Tabel 4. Komponen penting manufaktur  termoelektrik. ...................................... 19 
Tabel 5. Thermal decomposition Zn(NO3)2.6H2O (Nikolic, et al., 2006) ............. 27 
Tabel 6. Parameter pengujian morfologi, struktur kristal dan kandungan  ............ 36 
Tabel 7. Parameter pengujian semikonduktor ZnO tipe- p ................................... 36 
Tabel 8. Parameter pengujian semikonduktor ZnO tipe-n ................................... 37 
Tabel 9. Parameter pengujian termoelektrik ZnO   ............................................... 37 
 
Salah satu potensi yang menjanjikan dan dimiliki oleh piranti elektronik
yang berbasiskan material semikonduktor adalah penyimpan energi ( harvesting
energy). Aplikasi memanen energi dengan menggunakan semikonduktor antara
lain sel surya ( solar cell ) (Chang et al., 2011; Hosono, Fujihara, Honma, & Zhou,
2005; K. E. Kim, Jang, Park, Vittal, & Kim, 2007) , piezoelektrik (Dai, Dunn, &
Park, 2010;  Qiu, Tani, Kobayashi, Um, & Takahashi, 2003)   dan termoelektrik
(Min, JingFeng, & Heng, 2007; Choi, Lee, Lim, & Seo, 2010; Han et al., 2011) .
Fokus dari penelitian ini adalah termoelektrik. Termoelektrik merupakan salah
satu teknologi konversi pasokan listrik, yang bertindak sebagai interchanger  
antara panas dan listrik melalui bahan semikonduktor (Min, et al., 2007). Pada
termoelektrik, material semikonduktor yang digunakan harus mempunyai
konduktivitas listrik yang tinggi, konduktivitas panas yang rendah dan koefisien
 seebeck   yang tinggi (Min, et al., 2007;  Fergus, 2012). Oleh karena itu, tidak
semua material semikonduktor dapat digunakan untuk material termoelektrik.  
Sampai saat ini, material yang biasa digunakan untuk termoelektrik antara
lain Mg2Si1−xSnx (Song, Aizawa, & Sun, 2007), Ag-Pb-Se-Te (Min, et al., 2007) 
(Bi,Sb)2(Te,Se)3 (Navone, Soulier, Plissonnier, & Seiler, 2010;  M. Y. Kim, Yeo,
Park, & Oh, 2012), WO3/CoSb3 (Zhao, Zuo, Leng, & Geng, 2013), Sr 0.29CoO2 (J.
Liu, Huang, Xu, & Chen, 2013), Co1-xPdxSb3/Co1-x NixSb3  (Alleno, Zehani, &
Rouleau, 2013). Namun demikian, material semikonduktor tersebut mempunyai
 
2 
tidak ramah lingkungan (Han, et al., 2011;  Fergus, 2012). Salah satu solusinya
adalah menggunakan material semikonduktor jenis oksida (Fergus, 2012).
Material semikonduktor oksida merupakan material yang menjanjikan sebagai
material termoelektrik karena tahan suhu tinggi, stabil terhadap reaksi kimia, dan
ramah lingkungan (Choi, et al., 2010; Han, et al., 2011; Fergus, 2012) .
Dalam termoelektrik terdapat semikonduktor tipe- p dan tipe-n (Choi, et
al., 2010; Han, et al., 2011;  Navone, et al., 2010). Sampai saat ini, semikonduktor
oksida yang digunakan untuk tipe - p antara lain Ca3Co4O9 (Choi, et al., 2010; 
Fergus, 2012;  Madrea et al., 2013;  Zhu, An, Ge, Li, & Tang, 2013),
Ca3Co4−xAgxO9 (Han, et al., 2011), NaxCoO2, LaCoO3, LaCuO4, CuAlO2 (Fergus,
2012) dan La1-xSr xCoO3 (Arifin, Diantoro, & Fuad, 2011). Semikonduktor oksida
yang digunakan untuk tipe-n antara lain (ZnO)7Ln2O3 (Choi, et al., 2010),
Ca1−ySmyMnO3(Han, et al., 2011), SiTrO3 dan CaMnO3(Fergus, 2012).
Sampai saat ini, salah satu material semikonduktor oksida yang menarik
untuk diteliti sebagai material termoelektrik adalah material semikonduktor ZnO.
Material ZnO memiliki wide band gap yang cukup besar (3,37 eV), tahan suhu
tinggi dan ramah lingkungan (Fergus, 2012;  I. S. Kim, Jeong, Kim, Kumar, &
Choi, 2009). Selain itu, material ZnO juga telah digunakan dalam berbagai
aplikasi harvesting energy antara lain  Dye Sensitized Solar Cell  (DSSC) (Hosono,
et al., 2005; K. E. Kim, et al., 2007)  dan piezoelektrik (Dai, et al., 2010). Material
ZnO yang murni merupakan material semikonduktor tipe -n (Li, Lv, & Liang,
2012). Material semikonduktor ZnO dapat diubah menjadi semikonduktor tipe - p
dengan proses doping. Proses doping juga dilakukan untuk mengubah
 
3 
cukup besar yaitu 2,3 x 10 8 cm (Li, et al., 2012). Material doping untuk ZnO
tipe-n antara lain boron, alumunium (Choi, et al., 2010;  Li, et al., 2012)  dan
fluorine, sedangkan untuk tipe- p antara lain kalium (Zhang et al., 2011), lithium,
copper , phosporus dan arsenic (Janotti & Walle, 2009). Namun demikian, sampai
saat ini belum ada termoelektik yang menggunakan material semikonduktor ZnO
tipe- p. 
semikonduktor ZnO tipe- p dan tipe-n sehingga menghasilkan semikonduktor yang
stabil. Proses manufaktur semikonduktor ZnO tipe - p kebanyakan menghasilkan
 bentuk thin film. Metode pembuatan thin film telah dilakukan dengan metode
mechanical alloys-kompaksi- sintering - pulse laser deposition  (PLD) (Zhang, et
al., 2011)  dan metode  RF–magnetron sputtering (Kobayashi et al., 2012).
Sedangkan pembuatan semikonduktor ZnO tipe-n selain berbentuk thin film  juga
telah diteliti untuk bentuk material  pellet . Pembuatan semikonduktor ZnO tipe-n
 pellet   telah dilakukan dengan metode mechanical alloys-kalsinasi-kompaksi-
 sintering (Choi, et al., 2010;  Han, et al., 2011)  dan metode  sol gel methode-
dikeringkan- sintering -anilling  dalam kondisi gas Ar -kompaksi (Li, et al., 2012),
dan metode magnetic stirring -dikeringkan-kalsinasi-kompaksi- sintering (Qu,
Wang, Lv, & Jia, 2010). Namun demikian, untuk metode pembuatan
semikonduktor ZnO berbentuk  pellet   sampai saat ini belum diteliti secara
mendalam khususnya untuk semikonduktor tipe - p sehingga menarik untuk diteliti
lebih jauh. 
 
Cu dan Al dengan proses manufakturnya mechanical alloy-kalsinasi-annealing -
kompaksi- sintering . Doping Cu ditujukan untuk mengubah material ZnO tipe -n
menjadi tipe- p, sedangkan doping Al dimaksudkan untuk meningkatkan
konduktivitas listrik ZnO. Hasilnya akan diuji dan dianalisa dengan menggunakan
 X - Ray Diffraction  (XRD),  X - Ray Fluorescence  (XRF), Scanning Electron
 Microscope (SEM), 4- point probe, dan Differential Scanning Calorimetry (DSC).
Selanjutnya ZnO tipe- p dan tipe-n akan difabrikasi menjadi termoelektrik dan
diuji performa dari termoelektrik tersebut. 
B.  Batasan masalah 
Dalam penelitian ini permasalahan dibatasi pada: 
1.  Proses manufaktur pembuatan material ZnO tipe- p dengan material doping
Cu untuk termoelektrik.
konduktivitas termal semikonduktor ZnO tipe - p dengan material doping Cu. 
3.  Mencari besarnya suhu  sintering  dalam proses pembuatan material ZnO tipe-
 p dengan material doping Cu untuk termoelektrik.  
4.  Mencari besarnya nilai  figure of merit   (ZT) sebagai nilai optimalisasi dari
termoelektrik berbasis ZnO yang telah didoping Cu dan Al dan mencari
tegangan, arus dan power output.
C.  Perumusan masalah 
 
1.  Bagaimana proses manufaktur pembuatan material ZnO tipe- p dengan
material doping Cu untuk termoelektrik.  
2.  Berapa besarnya nilai koefisien  seebeck , konduktivitas listrik dan
konduktivitas termal semikonduktor ZnO tipe - p dengan material doping Cu
untuk termoelektrik. 
3.  Berapa besarnya suhu  sintering   yang optimal dalam proses pembuatan
material ZnO tipe- p dengan material doping Cu untuk termoelektrik.  
4.  Berapa besarnya figure of merit , nilai tegangan, arus dan  power output  yang
optimal dari termoelektrik berbasis ZnO yang telah didoping Cu dan Al.  
D.  Tujuan dan Manfaat Penelitian  
Penelitian ini bertujuan untuk:  
1.  Mempelajari proses manufaktur pembuatan material ZnO tipe - p dengan
material doping Cu untuk termoelektrik.
2.  Mempelajari dan menganalisa besarnya nilai koefisen  seebeck , konduktivitas
listrik dan konduktivitas termal semikonduktor ZnO tipe - p dengan material
doping Cu. 
3.  Mempelajari besarnya suhu  sintering  yang optimal dalam proses pembuatan
material ZnO tipe- p dengan material doping Cu untuk termoelektrik. 
4.  Mempelajari dan menganalisa berapa besarnya nilai  figure of merit , tegangan,
arus dan  power output   yang optimal dari termoelektrik berbasis ZnO yang
telah didoping Cu dan Al.
 
1.  Memberikan solusi proses manufaktur pembuatan material ZnO tipe- p
dengan material doping Cu untuk termoelektrik.
2.  Mendapatkan nilai koefisen  seebeck , konduktivitas listrik dan konduktivitas
termal semikonduktor ZnO tipe p dengan material doping Cu.  
3.  Mendapatkan suhu  sintering  yang optimal untuk proses pembuatan material
ZnO tipe- p dengan material doping Cu untuk termoelektrik.  
4.  Mendapatkan nilai  figure of merit , tegangan, arus dan  power output   yang
optimal dari termoelektrik berbasis ZnO yang telah didoping Cu dan Al.
E.  Sistematika Penulisan 
BAB I :  Pendahuluan, menjelaskan tentang latar belakang masalah, tujuan
dan manfaat penelitian, perumusan masalah, batasan masalah, dan
sistematika penulisan. 
BAB II :  Dasar teori, berisi tinjauan pustaka yang berkaitan dengan sejarah
 perkembangan, teori termoelektrik, teori semikonduktor ZnO dan
 proses manufaktur semikonduktor ZnO dan termoelektrik. 
BAB III :  Metodologi penelitian, menjelaskan peralatan yang digunakan,
tempat dan pelaksanaan penelitian, langkah -langkah percobaan dan
 pengambilan data. 
BAB IV :  Data dan analisa, menjelaskan data hasil pengujian, perhitungan data
hasil pengujian, dan analisa hasil dari perhitungan.  
BAB V :  Penutup, berisi tentang kesimpulan dan saran.  
 
 pembangkit listrik adalah material semikonduktor. Terdapat dua jenis material
semikonduktor, yaitu tipe- p dan tipe-n. Sebuah semikonduktor disebut tipe- p jika
memiliki pembawa muatan yang bernilai positif sedangkan tipe -n jika memiliki
 pembawa muatan yang bernilai negatif (Armen, 2007;  Chena, GuangHan,
LeiYang, LinaCheng, & JinZoua, 2012). Maka dari itu, semikonduktor tipe - p jika
diuji dengan menggunakan hall effect measurement  menghasilkan tegangan yang
 bernilai positif sedangkan tipe-n menghasilkan tegangan yang bernilai negatif
(Armen, 2007).
Pembawa muatan dalam material semikonduktor termoelektrik akan
 bergerak ketika ada perbedaan suhu antara sisi yang satu dengan yang lainnnya.
Pembawa muatan dalam semikonduktor tipe- p membawa muatan positif dari sisi
yang panas ke sisi yang dingin sedangkan semikonduktor tipe -n membawa
muatan negatif (Hilaal & Seeram, 2012; Kasap, 2001). Hal ini berpengaruh pada
nilai koefisien  seebeck   dari material semikonduktor tersebut yaitu untuk tipe - p
 bernilai positif dan tipe-n bernilai negatif. Koefisien  seebeck   yang dihasilkan
merupakan besarnya perbedaan tegangan yang berbanding lurus terhadap
 perubahan temperatur (Chena, et al., 2012). 
Material semikonduktor tipe- p yang digunakan pada termoelektrik antara
 
(Hilaal & Seeram, 2012), oksida Na2Co2O4  dengan nilai 100 V/K pada
temperatur 300 K (Fergus, 2012; Hilaal & Seeram, 2012) dan oksida La1-xSr xCrO3 
dengan nilai 200 – 300 V/K pada temperatur 2073 K (Ohtaki, 2010).
Sedangkan untuk material semikonduktor tipe n antara lain berasal dari
Ti0.5Zr 0.5CoSb dengan nilai koefisien  seebeck  sekitar 420 V/K pada suhu 600 K,
Sr 8Ga16Ge30 dengan nilai koefisien  seebeck  sebesar 320 V/K pada suhu 300 K,
dan Ba8Ga16Sn30  dengan nilai koefisien  seebeck   300 V/K pada suhu 600 K
(Hilaal & Seeram, 2012). Material semikonduktor tipe- p dan tipe-n tersebut rata-
rata menghasilkan nilai koefisien seebeck  di atas 100 V/K.
Material semikonduktor dikatakan memiliki nilai konduktivitas termal
yang tinggi jika nilainya diatas 10 W/mK (Hilaal & Seeram, 2012). Material
semikonduktor yang memiliki nilai konduktivitas termal dibawah 10 W/mK
antara lain TiFexCo1-xSb dengan nilai konduktivitas termalnya 3,7 W/mK (Hilaal
& Seeram, 2012), La1-xSr xCrO3 dengan nilai konduktivitas termalnya 2-3,5 W/mK
(Ohtaki, 2010)  dan Ba8Ga16Ge30  dengan nilai konduktivitas termalnya 1,25 -1,8
W/mK (Chena, et al., 2012). Material-material tersebut memiliki konduktivitas
termal dibawah 10 W/mK sehingga cocok untuk material termoelektrik.  
Selain itu, kelebihan lain yang harus dimiliki oleh material semikonduktor
yang digunakan untuk termoelektrik adalah memiliki konduktivitas listrik yang
tinggi (Fergus, 2012;  Hilaal & Seeram, 2012;  Ohtaki, 2010;  Bergman, Lavine,
Incropera, & Dewitt, 2011; Snyder & Toberer, 2008). Semikonduktor memiliki
konduktivitas listrik yang rendah karena memiliki hambatan ( resistivity) yang
tinggi yaitu sekitar 10 8   cm (Li, et al., 2012). Oleh karena itu, material
semikonduktor tersebut biasanya didoping dengan logam atau dibuat komposit
 
9 
yang berukuran nano (Chena, et al., 2012;  Hilaal & Seeram, 2012). Nilai
hambatan material semikonduktor yang digunakan untuk termoelektrik antara lain
Bi2Te3  dengan nilai hambatannya 5,5 – 10 m dan LaPdBi dengan nilai
hambatannya 10 -6  m (Hilaal & Seeram, 2012). 
Ada beberapa macam metode manufaktur yang digunakan dalam membuat
material semikonduktor tipe p dan n yang digunakan untuk termoelektrik. Metode
manufakturnya antara lain mechanical alloy  (MA) dan  spark plasma sintering  
(SPS), nanoprecipitation (NP), high energy ball milling   (HEBM) dan hot press 
(HP), melting, anilling, grounding   (MAG),  solid state reaction  (SSR), melt
 spinning   (MS),  solvothermal synthesis  (SS), hydro thermal synthesis  (HS),
electroless etching  (EE), dan  self assembled nano phase  (SNAP) (Chena, et al.,
2012). Dalam membuat termoelektrik dengan material semikonduktor tipe - p
 
kompaksi  sintering   (KKS). Material semikonduktor yang dihasilkan berbentuk
 pellet dan  power output   termoelektrik tersebut 423 mW (Choi, et al., 2010).
Metode thermal co-evaporation digunakan untuk membuat material Bi2Te3 dan
Sb2Te3  dalam bentuk  flexibel thin film. Berdasarkan berbagai macam metode
tersebut, metode yang umum digunakan adalah metode MA, MAG dan KKS
karena bahannya yang murah dan tidak memerlukan peralatan yang sangat mahal.
Parameter utama dalam proses manufaktur semikonduktor tipe- p dan-n dapat
dilihat pada Tabel 1. 
 
1 Ag0.8Pb22.5SbTe20  p MA dengan ball
mill   + gas Ar dan
Comment [R2]: Metode mana? 
 
H 350 rpm 4 jam + ethanol .
Dikeringkan Dicetak dengan
MPA, 5 menit
 blade) 76% wt mat
+ 22% wt toluene  + 2% wt  polystyrene  pada  plat Al2O3  atau  polyethylen
napthalate (PEN).  Dievaporasi 60
 pada ruangan gas
st+gas Ar 15 jam.
Pasta (doctor
napthalate (PEN).  Dievaporasi 60
Laser annil   250 o C
 pada ruangan gas
o C
wt  polyvinyl
alcohol  (PVA).
selama 24 jam
Dikalsinasi 1100 o C
 jam kondisi udara.
dan citric acid   sampai cukup
kental. Dipanaskan pada
suhu 753 K.
Digiling sampai halus.
selama 2 jam. Dipress 600 Mpa.
Di  sintering   1193
dan citric acid   sampai cukup
kental. Dipanaskan pada
suhu 753 K.
Digiling sampai halus.
selama 2 jam.
K selama 10 jam.
dengan ultrasonic samapai
2012) 
Di  sintering
973 K pada kondisi Ar selama 1.5 jam.
Dipress 2 Mpa.
Dikeringkan 50 o C
selama 24 jam. Dipress.
Disinter 800 o C
selama 2 jam dan
 jam.
O2.
Dikeringkan
 jam.
dengan oli.
(Li, et al., 2012) 
Dari Tabel 1 terlihat jelas bahwa parameter utama dari proses manufaktur
semikonduktor tipe- p dan tipe-n yang paling berpengaruh dapat diurutkan sebagai
 berikut. 
 
13 
dan waktunya, metode liquid   yaitu material dasar yang akan dibuat dicampur
aquades dan material pencampur lain seperti citrid acid  hingga menjadi prekusor,
dan metode sol-gel yaitu mencampur material dasar dengan
 
2)  Proses pengeringan. 
Proses untuk menghilangkan cairan yang berada dalam material semikonduktor.
Temperatur proses pengeringan bervariasi ada yang 50 o C (Zhang, et al., 2011) dan
ada yang 130 o C-150
o C (H. L. Liu et al., 2012; Yang et al., 2012) . 
3)  Proses penggilingan. 
menggunakan
Proses ini berfungsi untuk menghilangkan komponen -komponen pengotor
terutama kandungan cairan atau gas sehingga dihasilkan material
 
o C (Han, et al.,
2011). 
5)  Proses pencetakan ( press). 
Pada proses ini material yang berupa serbuk dipress menjadi  pellet . Dalam
 prosesnya memerlukan pelumas agar material yang dipress tidak lengket pada
cetakannya. Besarnya tekanan press yang digunakan adalah antara 20 Bar (Li, et
al., 2012) – 2000 Bar (Choi, et al., 2010). 
 
6)  Proses sintering . 
Pada proses ini material yang telah dipress dipanaskan sampai mendekati titik
lelehnya untuk memperkuatan ikatan partikel yang ada dalam material
semikonduktor.
 
Temperatur sintering yang digunakan antara 920 o C (Han, et al.,
2011) – 1550 o C (Choi, et al., 2010). 
Seperti yang telah dijelaskan pada pendahuluan, material semikonduktor
ZnO merupakan material menjanjikan sebagai material termoelektrik karena
mempunyai direct wide band gap  cukup besar yaitu 3,1 – 3,37 eV dan exiton
binding energy yang besar yaitu 60 meV pada suhu
 
Behera, Panigrahi, & Acharya, 2011)   dan memiliki nilai konduktivitas termal
yang cukup kecil yaitu 0,75 W/mK dalam ukuran mikro dan 1,16 W/mK dalam
ukuran nano (Bharathi, 2010). Namun demikian dalam bentuk material padat
(bulk ) nilainya masih cukup besar sekitar 60 – 100 W/mK (Coleman & Jagadish,
2006). Begitu juga dengan nilai konduktivitas listrik dari ZnO masih sangat kecil
karena nilai hambatannya masih besar sekitar 2,3 x 10 8  cm (Li, et al., 2012) 
namun dapat dirubah nilainya dengan proses doping. Material pendoping ZnO
sehingga menghasilkan hambatan yang kecil antara lain lithium (Li) dengan
resistivity  380 cm, nitrogen (N) 100-200 cm, Li- N-oksigen (O) 40 cm,
galium (Ga)- N 2 cm (Janotti & Walle, 2009)  dan kalium (K)-mangan oksida
(MgO) menghasilkan 15,21 cm (Zhang, et al., 2011). Walaupun nilai
konduktivitas listrik dan termal belum sebaik material termoelektrik yang lainnya,
ZnO memiliki kelebihan lain yaitu tersedia cukup banyak, tahan suhu tinggi,
 
15 
2010; Han, et al., 2011; Fergus, 2012) yang juga menjadi pertimbangan sebagai
material yang menjanjikan untuk termoelektrik .  
Fokus penelitian ini adalah manufaktur material semikonduktor ZnO
tipe- p untuk termoelektrik. Material doping untuk ZnO tipe- p antara lain kalium
(Zhang, et al., 2011), lithium, copper ,  phosporus  dan arsenic  (Janotti & Walle,
2009). Pada penelitian ini, semikonduktor tipe - p yang dibuat menggunakan
material ZnO yang didoping dengan Copper (Cu). Kelebihan material Cu adalah
merupakan material non ferromagnetic (H. L. Liu, et al., 2012). Selain itu jari- jari
Cu (80 – 98 pm) hampir mirip dengan jari - jari Zn (83 pm) sehingga kemungkinan
 besar Cu dapat mendoping ZnO (Behera, et al., 2011). Hal yang lain adalah nilai
konduktivitas listrik Cu yang tinggi karena nilai resistivity dari Cu sebesar 1,75 x
10 -8   m (Hanaoka, Hinode, Takeda, & Kodama, 2002). Beberapa parameter
 penting yang digunakan dalam penelitian mendoping ZnO dengan Cu dapat
dilihat pada Tabel 2. 
No Material
dan citric acid .
130 o C.
Digiling dengan agate
selama 10 jam.
al., 2012) 
2 ZnO: Cu Dibuat dengan ethanol  dan lactic acid . Diteteskan dengan metoda  spin coating .
Dikeringkan suhu 150 o C.
Di anil suhu 600 o C.
Berupa thin
Material serbuk
(Nikolic, Zec,
 
o C
Maksimo vic, &
Mentus, 2006) 
Dari Tabel 2 terlihat jelas bahwa parameter utama dari proses manufaktur
semikonduktor ZnO tipe- p yang paling berpengaruh dapat diurutkan sebagai
 berikut. 
Proses pencampuran dilakukan dengan metode liquid   yaitu material dasar yang
akan dibuat dicampur aquades dan material pencampur lain seperti citrid acid  
hingga menjadi prekusor, dan metode  sol - gel   yaitu mencampur material dasar
dengan ethanol dan diberi perlakuan tertentu sehingga menjadi  gel . 
2)  Proses pengeringan. 
Proses untuk menghilangkan cairan yang berada dalam material semikonduktor.
Temperatur proses pengeringan bervariasi antara 130 o C (H. L. Liu, et al., 2012) 
dan 150 o C (Yang, et al., 2012). 
3)  Proses kalsinasi dan sintering.  
Proses ini berfungsi untuk menghilangkan komponen -komponen pengotor
terutama kandungan cairan atau gas sehingga dihasilkan material  solid .
Temperatur yang digunakan antara 400oC (Nikolic, et al., 2006)  – 600oC (H. L.
Liu, et al., 2012; Yang, et al., 2012)  
Hal yang lain, material semikonduktor tipe-n untuk termoelektrik juga
menggunakan material ZnO.
 
17 
tetap harus didoping yaitu dengan material boron, alumunium (Choi, et al., 2010; 
Li, et al., 2012) dan fluorine (Janotti & Walle, 2009).
Salah satu material yang didoping pada semikonduktor ZnO adalah
 
aluminium (Al). Alumunium memiliki nilai konduktivitas listrik yang tinggi
karena nilai resistivitynya 2,92 x 10 -8   m (Hanaoka, et al., 2002). Beberapa
 parameter penting yang digunakan dalam penelitian mendoping ZnO dengan Al
dapat dilihat pada tabel 3.  
Tabel 3. Parameter penting Al doped ZnO  
 
Dicampur dengan  Aquades  dan citric acid  suhu 373 K
selama 4 jam. Dikeringkan suhu 573 K
selama 2 jam laju 20 K/min.
Digiling dengan agate
 jam. Digiling dengan agate
10 jam.
Material  pellet  
(Vogel- Schauble,
Dujardin, Weidenka
ff, & Aguirre,
60 o C.
Aquades PVA dicampur 3 hari 60
o C.
selama 6 jam. Di buat nanofibers dengan
Berupa nanofibers 
(Lee et
al., 2008) 
o C selama
serbuk ZnO.
 sonic.
Dikeringkan pada suhu 373 K.
Disintering 1173 K selama 3 jam dan dikalsinasi 973
K kondisi Argon selama 1,5 jam.
Di press 20 Mpa.
2012) 
Dari tabel 3. terlihat jelas bahwa parameter utama dari proses manufaktur
semikonduktor ZnO tipe-n yang paling berpengaruh dapat diurutkan sebagai
 berikut. 
Proses pencampuran dilakukan dengan metode liquid   yaitu material dasar yang
akan dibuat dicampur aquades dan material pencampur lain seperti citrid acid  
hingga menjadi prekusor, dan metode  sol - gel   yaitu mencampur material dasar
dengan ethanol  dan diberi perlakuan tertentu sehingga menjadi  gel . 
2)  Proses pengeringan. 
Proses untuk menghilangkan cairan yang berada dalam material semikonduktor.
Temperatur proses pengeringan bervariasi antara 80 o C (Lee, et al., 2008), 130
o C
(Li, et al., 2012; Vogel-Schauble, et al., 2011)  dan 300oC (Vogel-Schauble, et al.,
2011). 
Proses ini berfungsi untuk menghilangkan komponen -komponen pengotor
terutama kandungan cairan atau gas sehingga dihasilkan material  solid .
Temperatur yang digunakan antara 400 o C (Lee, et al., 2008)  – 900
o C (Li, et al.,
2012) 
Semikonduktor ZnO tipe- p dan tipe-n selanjutnya disusun dan dirakit
menjadi termoelektrik seperti yang terlihat pada gambar 1.  
Gambar 1. Termoelektrik (Sigma-Aldrich, 2013). 
Termoelektrik terdiri dari material semikonduktor tipe- p dan-n, conductive metal  
/metal interconnects sebagai penghubung antara semikonduktor juga penghubung
dengan beban atau output  dan ceramic substrate sebagai pelindung penahan panas
atau dingin. Komponen penting yang digunakan menyusun dan merakit
termoelektrik dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4. Komponen penting manufaktur  termoelektrik. 
No Termoelektrik Parameter Bentuk Referens
i
mm. Connector  : Ag pasta 
i
 Metal interconnect :  Ag
 foils 0,02 mm Ceramic Substrate  : Alumina 15 x 20 x 0,6 mm
Dikeringkan 473 K selanjutnya dipanaskan
1073 K selama 2 jam.
2 Ca3Co4O9 and (ZnO)7In2O3
Semikonduktor : 15 x 15 x 18 mm. Connector : Ag pasta
 Metal interconnect: Ag
Termoelektrik  pellet  
Semikonduktor : 5 x 4 x 4 mm. Connector : Ag pasta
 Metal interconnect: Ag
CuO foils 150 m. Ceramic Substrate : Alumina 0,25 x 30 x 30
mm Dipanaskan 1243
Dari Tabel 4 dapat dilihat komponen penting dalam termoelektrik adalah
material semikonduktor, connector , metal interconnect , dan ceramic substrat e.
Material semikonduktor dihubungkan secara seri sedangkan ceramic substrate,
metal interconnects, dan semikonduktor disusun secara paralel.  
B.  Dasar Teori 
Termoelektrik merupakan salah satu teknologi konversi pasokan listrik
 
sambungan material semikonduktor yang didoping dengan logam. Material
semikonduktor terdiri dari dua buah tipe yaitu tipe - p dan tipe-n. Kedua buah
material semikonduktor tersebut dihubungkan secara seri dengan sebuah plat
logam (metal interconnects). Di atas dan di bawah sambungan tersebut diberi
 substrates  dari bahan keramik sebagai penahan panas dan dihubungkan secara
 paralel dan dapat dilihat pada gambar 1 dan gambar 2.  
(a) Aliran energi pada termoelektrik
(Snyder & Toberer, 2008) 
(Electropeida, 2005) 
Sebagai generator energi, panas yang diberikan menyebabkan pembawa
muatan (charge carriers) dalam logam semikonduktor bergerak bebas (berdifusi)
seperti molekul gas. Ketika terjadi perbedaan suhu antara dua sisi dari
termoelektrik, maka pembawa muatan cenderung bergerak dan menyebar dari sisi
yang panas ke sisi yang lebih dingin. Pada sisi dingin termoelektrik terjadi
Comment [R16]: Logam dan
22 
 penumpukan muatan (negatif untuk tipe-n dan positif untuk tipe- p) yang
menghasilkan  potential elektrostatis  (tegangan). Tegangan satu pasangan
termoelektrik disebut thermopile. Tegangan yang dihasilkan oleh thermopile 
 biasanya masih rendah sehingga disusun secara seri beberapa thermopile untuk
menghasilkan tegangan yang cukup besar (Snyder & Toberer, 2008;  Sparks,
2013).
 panas dikenal sebagai  seebeck effect yang merupakan prinsip dasar dari
termoelektrik (Snyder & Toberer, 2008). Nilai koefisien  seebeck merupakan sifat
suatu material yang dipengaruhi oleh perubahan tegangan yang terjadi pada
material semikonduktor terhadap perubahan perbedaan suhu pada material
tersebut (Kasap, 2001).
 ......................................................... (2.1) 
S adalah koefisien  seebeck dengan satuan V K -1. V adalah besarnya perbedaan
voltase dengan satuan V.  adalah besarnya perbedaan temperatur dengan
satuan K (Kelvin). 
Koefisien  seebeck ini sangat berpengaruh dalam menghitung  performance 
dari termoelektrik yang diukur dengan suatu besaran yang dikenal dengan sebutan
 figure of merit (Navone, et al., 2010; Hilaal & Seeram, 2012; Tervo, Manninen,
Ilola, & Hänninen, 2009;  Tritt, 2002;  Iwasaki, Yamamoto, Kim, & Nakamoto,
2013). 
Gambar 3. menunjukkan ZT ( figure of merit ) dari material isolator,
,  
termal dengan satuan W·m −1
·K  −1  dan T adalah temperatur termoelektrik dengan
satuan Kelvin. Berdasarkan persamaan (2.2), sifat material lain yang
mempengaruhi  performance  dari termoelektrik adalah konduktivitas listrik ()
dan konduktivitas termal () dari material semikonduktor. Semua sifat material
semikonduktor antara yang satu dengan yang lain saling berkaitan dan tidak
 berdiri sendiri. Fenomena inilah yang menyebabkan material logam dan non
logam tidak dapat menjadi bahan untuk termoelektrik. Material yang memiliki
sifat konduktivitas listrik dan konduktivitas termal yang tinggi akan memiliki sifat
koefisien  seebeck yang rendah sedangkan material yang memiliki sifat
konduktivitas listrik dan konduktivitas termal yang rendah akan memiliki sifat
koefisien  seebeck yang tinggi. Untuk termoelektrik dibutuhkan material yang
 
karena besarnya charge carriers 1018 – 1019 cm-3 (Sparks, 2013).
Sifat konduktivitas listrik   material dipengaruhi oleh nilainya resistivity 
material tersebut. Nilai dari resistivity  berbanding terbalik dengan konduktivitas
listrik  nya (Snyder & Toberer, 2008). 
=  1
  .......................................................... (2.3) 
material semikonduktor dengan satuan m. Semakin besar nilai resistivity suatu
material maka semakin kecil nilai konduktivitas listrik nya.  
Sifat konduktivitas termal berkaitan dengan perpindahan panas melalui
material. Berdasarkan pandangan para ahli mengenai material, material yang
 padat terdiri dari elektron bebas dan atom yang terikat dalam susunan periodiknya
yang disebut dengan lattice  (kisi). Oleh sebab itu, perpindahan panas
kemungkinan terjadi karena perpindahan elektron yang bebas dan getaran
gelombang kisi. Bila dilihat sebagai fenomena partikel, getaran gelombang kisi
tersebut disebut dengan fonon. Pada saat elektron dan fonon bersama -sama
membawa energi panas sehingga menyebabkan perpindahan panas pada material,
 besarnya konduktivitas termal dinyatakan dalam persamaan (Bergman, et al.,
2011; Tritt, 2002) 
  adalah konduktivitas termal, e  adalah konduktivitas termal  elektron dan  ph 
adalah konduktivitas termal  foton. Konduktivitas termal dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan (Zhao, et al., 2013): 
  =   
2 /s dan C p adalah heat
capacity dengan satuan J/(kg. K). Besarnya nilai konduktivitas termal elektron
 berkaitan dengan besarnya nilai resistivity yang dihitung dengan menggunakan
hukum Wiedemann- Franz  sebagai berikut (Wang et al., 2012). 
  =  
  ...................................................... (2.6) 
e  adalah konduktivitas termal  elektron dalam W/mK, L adalah lorentz   number
yang besarnya 2.45 x 10 -8  WK 
-2 , T adalah temperatur dengan satuannya K dan  
adalah resistivity dengan satuan m. Besarnya nilai konduktivitas termal foton
dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:  
  =  1
3     ........................................ (2.7) 
 ph  adalah konduktivitas termal  foton dalam W/mK, C p  adalah heat capacity
dengan satuan J/(kg. K), S adalah kecepatan suara (m/s 2 ) dan PH adalah lintasan
 bebas dari fonon dengan satuan mph.  
Untuk temperatur dari termoelektrik merupakan temperatur rata-rata (Tm)
 pada termoelektrik. Besarnya temperatur rata-rata pada termoelektrik dinyatakan
dalam persamaan (Sparks, 2013). 
 ................................................. (2.8) 
Tm  adalah temperatur rata-rata dengan satuanya K, TC  adalah temperatur sisi
dingin dengan satuannya K dan T H adalah temperatur sisi panas dengan satuannya
K. 
2)  Pencampuran metode liquid (pencampuran serbuk dalam larutan). 
Pencampuran serbuk dalam larutan adalah suatu teknik pencampuran
material dengan mencampur material serbuk dalam suatu larutan. Maka dari itu,
ada dua buah zat dalam larutan yaitu zat terlarut ( solute) dan suatu pelarut
( solvent ). Faktor yang mempengaruhi kelarutan suatu zat adalah jenis pelarut,
suhu dan pengadukan.
Pelarut umumnya merupakan suatu cairan yang yang dapat berupa zat
murni atau campuran. Pelarut yang biasa digunakan aquades (demineralized
water ) dan dicampur dengan pelarut lain seperti citric acid dengan tujuan agar zat
terlarut lebih larut dalam pelarut (H. L. Liu, et al., 2012;   Nikolic, et al., 2006; 
Vogel-Schauble, et al., 2011).
Suhu yang digunakan dalam pengadukan ada yang diaduk dalam kondisi
ruangan atau dipanaskan dengan suhu tertentu. Salah satunya pembuatan
Zn0.98Al0.02O dicampur dengan dilakukan pengadukan pada suhu 60 o C (Lee, et al.,
2008). 
Larutan yang telah selesai dibuat kemudian diberi perlakuan panas
sehingga pelarutnya hilang dan yang tertinggal hanyalah zat terlarut yang telah
menjadi serbuk kembali.
3)  Kalsinasi (Calcination). 
melalui proses pemanasan dibawah melting point   nya tanpa peleburan atau
meleleh dengan tujuan untuk membawanya ke tingkat dan kondisi thermal
decomposition  dan fase transisi serta menghilangkan fraksi volatile  nya seperti
CO2 dan H2O.
material yang akan diproses. Sebagai contoh thermal decomposition dari material
zinc nitrate hexahydrate Zn(NO3)2.6H2O dapat dilihat pada tabel 5. 
Tabel 5. Thermal decomposition Zn(NO3)2.6H2O (Nikolic, et al., 2006) 
No Temperatur Formula
2 205 – 305°C Zn(NO3)2.2Zn(OH)2(s) 3ZnO(s) +2NO2(g) +
+H2O(g) +O2(g)
Dari tabel 5. dapat dilihat ZnO akan terbentuk setelah dikalsinasi pada
suhu diatas 205oC. 
4)  Kompaksi (Compaction). 
Compaction adalah teknik pemadatan material dengan bentuk material
awal berupa serbuk menjadi bentuk yang  solid   sesuai dengan cetakannya. Hasil
dari proses adalah material dengan bentuk  pellet . Pada proses ini gaya gesek antar
 partikel dan antar partikel dengan dinding cetakan mempengaruhi kerapatan dari
material yang dihasilkan sehingga kerapatan yang terjadi antara bagian tengah
dengan bagian tepi tidak merata. Oleh sebab itu, pada proses compaction ini perlu
diberi pelumas (lubricant ).
 penggilingan material dengan teknik MA. Bahan pelumas yang diberikan hanya
sebesar 1 – 5 %wt (Suryanarayana, 2004). Salah satu bahan pelumas yang
digunakan adalah ethanol  dengan jumlah yang diberikan 4 % wt (Suryanarayana,
2004).
Hal lain yang mempengaruhi proses kompaksi adalah besarnya gaya tekan
yang diberikan. Besarnya gaya tekan yang diberikan kemungkinan dapat berada
dibawah  yield strength matrik serta filler atau di atas  yield strength matrik serta
filler. Besarnya tekanan press yang digunakan adalah antara 20 (Li, et al., 2012) –
2000 Bar (Choi, et al., 2010) 
5)  Sintering .
Sintering  adalah adalah suatu metode yang dipakai untuk membuat benda
yang material awalnya berupa serbuk. Bahan serbuk yang telah dikompaksi
selanjutnya dipanaskan pada suhu tinggi. Pada proses sintering partikel - partikel
didalam bahan diikat pada suhu tinggi namun masih dibawah melting point  nya
sehingga terjadi transportasi atom pada material padat atau melibatkan
 pembentukan pada fasa cair (German, 2006). Suhu  sintering   adalah sebesar 0,5
melting point   nya namun lebih khususnya sekitar 0,7 – 0,9 melting point   nya
(Schey, 2009). Dengan suhu yang tinggi, ikatan partikel yang loggar diperkuat dan
dipadatkan menjadi sebuah bagian yang koheren dan lebih padat.  
6)  Pengujian. 
Morfologi semikonduktor ZnO tipe- p diuji dengan Scanning Electron
 Microscope  (SEM), struktur kristal dari semikonduktor ZnO tipe - p diuji dengan
menggunakan  X - Ray Diffraction  (XRD). Kandungan yang ada dalam material
tersebut diuji dengan menggunakan  X - Ray Fluorence (XRF). 
 
Konduktivitas listrik semikonduktor ZnO tipe - p dan tipe-n diuji dengan
menggunakan metode 4- point probe  dan dihitung dengan menggunakan
 persamaan (Arifin, et al., 2011): 
= 2
  ...............................................................   (2.9) 
 adalah resistivity listrik (m), d adalah jarak antara V dan I (m), V adalah beda
 potensial listrik (volt) dan I adalah kuat arus (A) (Arifin, et al., 2011).
Berdasarkan persamaan (2.3), nilai dari resistivitas listrik menghasilkan nilai
konduktivitas listrik material semikonduktor.  
c)  Koefisien seebeck . 
 Nilai koefisien  seebeck   setiap semikonduktor diuji dengan memberikan
suhu yang panas pada satu sisi semikonduktor atau termoelektrik dan memberikan
suhu dingin pada sisi yang lain. Suhu yang panas dirubah dari suhu yang rendah
200 o C sampai 800
o C. Perubahan tersebut akan menghasilkan perubahan tegangan
yang keluar dari bahan semikonduktor atau termoelektrik tersebut. Berdasarkan
 
temperatur menghasilkan nilai koefisien seebeck.  
d)  Konduktivitas termal. 
menggunakan persamaan (2.5). Density material diuji dengan metode archimides,
thermal diffusivity  diuji dengan menggunakan holometrix thremaflash machine
dan heat capacity diuji dengan menggunakan  Differential Scanning Calorimetry 
(DSC). DSC mengukur hal-hal yang terkait dengan temperatur dan aliran panas
yang berhubungan dengan perubahan dalam material terhadap fungsi waktu dan
temperatur dalam kondisi udara yang terkendali. Pengukuran dari DSC
menghasilkan heat flow terhadap temperatur dalam fungsi waktu dengan
 persamaan 
  ................................................................ (3.0)  
dengan dH/dt adalah heat flow (J/min), Cp adalah spesifik heat (J/g o C) dan dT/dt
adalah perubahan suhu dalam fungsi waktu (oC/min).
 
laboratorium Biofuel Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universtias Sebelas
Maret Surakarta. 
Semikonduktor ZnO tipe- p dibuat dengan menggunakan bahan
Zn(NO3)2.4H2O (99.9%) dari merck, serbuk Cu (NO3)2.3H2O (99.9%) dari merck
dan citric acid [C6H8O7] (99.5%) dari P.T. Budi Acid Jaya. Larutan Zn xCu1-xO
disiapkan yang mana kandungan Cu sebanyak 2 at%. Larutan tersebut didapat
dengan mencampur serbuk Zn (NO3)2.4H2O (99.9%) dari Merck dan serbuk Cu
(NO3)2.3H2O (99.9%) dengan perbandingan 99%:1%. Campuran tersebut
dicampur lagi dengan Aquades/air suling dengan perbandingan 1:5 wt%. Proses
homogenisasi larutan yang didoping dilakukan dengan cara pengadukan selama 4
 jam dengan menjaga suhu larutan ketika diaduk konstan sebesar 60 - 70°C dengan
menggunakan mesin magnetic stirrer  Nesco MS-H280-Pro. Larutan yang sudah
 jadi dicampur lagi dengan citric acid  [C6H8O7] (99.5%) dari P.T. Budi Acid Jaya
dengan perbandingan 4:1 selama 4 jam dengan suhu 60 o C – 70
o C. Selanjutnya
 
Selanjutnya larutan tersebut dikeringkan dengan cara memanaskannya
 pada suhu 130°C selama 2 jam untuk mendapatkan  xerogel   yang benar - benar
kering dengan menggunakan furnace merk XD-1700M. Setelah itu, material yang
sudah menjadi padatan dihancurkan dengan agate mortar  hingga menjadi serbuk
secara manual. Serbuk tersebut kemudian dikalsinasi pada suhu 400°C selama 1
 jam dan diteruskan dengan sintering pada suhu 840°C selama 2 jam. Serbuk
tersebut selanjutnya dicampur dengan ethanol sebanyak 4% dan di press menjadi
 pelet ukuran  13 x 3 mm menggunakan mesin  press hidraulik  dengan tekanan
sebesar 30 bar.
o C dengan range
kenaikan 100oC selama 2 jam. Selesai di sintering,  pellet   tersebut dibentuk
menjadi ukuran 10 x 10 x 3 mm.  
2)  Pembuatan semikonduktor ZnO tipe n.  
Pada pembuatan semikonduktor ZnO tipe -n bahan yang digunakan adalah
Zn(NO3)2.4H2O (99.9%) dari merck, serbuk Al (NO3)3.9H2O (99.9%) dari merck
dan citric acid [C6H8O7] (99.5%) dari P.T. Budi Acid Jaya. Larutan Zn xAl1-xO
disiapkan yang mana kandungan Al sebanyak 2 at%. Larutan tersebut didapat
dengan mencampur serbuk Zn (NO3)2.4H2O (99.9%) dari Merck dan serbuk Al
(NO3)3.9H2O (99.9%) dengan perbandingan 99%:2%. Campuran tersebut
dicampur lagi dengan Aquades/air suling dengan perbandingan 1:5 wt%. Proses
homogenisasi larutan yang didoping dilakukan dengan cara pengadukan selama 4
 jam dengan menjaga suhu larutan ketika diaduk konstan sebesar 60 - 70°C dengan
menggunakan mesin magnetic stirrer  merck Nesco MS-H280-Pro. Larutan yang
 
33 
Jaya dengan perbandingan 4:1 selama 4 jam dengan suhu 60 o C – 70
o C.
Selanjutnya didiamkan hingga void dan busa menghilang pada suhu ruang selama
24 jam. 
Selanjutnya larutan tersebut dikeringkan dengan cara memanaskannya
 pada suhu 120°C selama 3 jam untuk medapatkan  xerogel   yang benar - benar
kering dengan menggunakan furnace merk XD-1700M. Setelah itu, material yang
sudah menjadi padatan dihancurkan dengan agate mortar  hingga menjadi serbuk
secara manual. Serbuk tersebut kemudian dikalsinasi pada suhu 550°C selama 2
 jam. Serbuk tersebut selanjutnya dicampur dengan ethanol   sebanyak 4% dan di
 press menjadi pelet ukuran   13 x 3 mm menggunakan mesin press hidraulik
dengan tekanan sebesar 30 bar.
Selanjutnya material disintering pada suhu 1400 oC selama 2 jam. Selesai
di sintering, pellet tersebut dibentuk menjadi ukuran 10 x 10 x 3 mm.  
3)  Pembuatan termoelektrik berbasis ZnO. 
Semikonduktor ZnO tipe- p dan tipe-n dibuat dalam ukuran 10 x 10 x 3
mm yang selanjutnya dihubungkan antara tipe - p dan tipe-n secara seri dengan
menggunakan connector  berupa silver pasta yang akan menghubungkan keduanya
dengan bantuan plat tembaga tipis ukuran 0,06 mm sebagai metal interconnectors.
Semikonduktor tipe- p dan tipe-n yang selanjutnya disebut sebagai kaki ( leg )
disusun secara seri sebanyak 2 buah kaki tipe - p dan tipe-n. Kedua sisi yang telah
dihubungkan diberi penahan panas berupa block   alumina yang disusun secara
 paralel dengan ukuran 25 x 25 x 1 mm. Selanjutnya setelah semua komponen
disusun kemudian dikeringkan dengan suhu 150 o C – 200
o C selama 1 jam dan
 
o C selama 2 jam untuk menguatkan
ikatan antar kaki-kakinya dengan menggunakan furnace merk XD -1700M .
4)  Pengujian. 
Pengujian yang utama dilakukan pada material ZnO tipe - p. Morfologi
semikonduktor ZnO tipe- p diuji SEM dengan menggunakan mesin SEM-FEI
Inspect-S50 untuk setiap perubahan suhu sintering. Struktur kristalnya diuji XRD
dengan menggunakan mesin XRD type  Philip Expert pro untuk setiap perubahan
suhu sinteringnya. Selanjutnya, kandungan oksidanya diuji XRF dengan
menggunakan mesin XRF merek PANalytical seri Mini Pal 4.  
Pada semikonduktor tipe- p akan diuji nilai konduktivitas listrik,
konduktivitas termal dan koefisien Seebeck. Nilai konduktivitas listrik diuji
dengan menggunakan metode 4- point    probe methode. Nilai konduktivitas
termalnya dihitung dengan persamaan (2.5). Nilai koefisien  seebeck  diuji dengan
menganalisa hubungan linear   antara perbedaan tegangan dengan perbedaan
temperatur pada saat material semikonduktor tersebut diberi perbedaan suhu.
Dengan mengetahui nilai konduktivitas listrik, konduktivitas termal dan koefisien
seebecknya kita dapat mengetahui besarnya optimalisasi dari termoelektrik
tersebut melalui nilai figure of merit  (ZT).
Selanjutnya untuk termoelektrik akan dianalisa pula besarnya  power
output   dengan menguji besarnya tegangan dan arus yang keluar ketika
termoelektrik diberi perbedaan suhu.
 
35 
1.  Material dasar pembuatan semikonduktor ZnO tipe - p adalah  zinc nitrate
tetrahydrate  (Zn (NO3)2.4H2O dari Merck) dan cooper nitrate trihydrate 
Cu (NO3)2.3H2O dari merck. 
2.  Material dasar pembuatan semikonduktor ZnO tipe -n adalah  zinc acetate
dihydrate ((CH3COO)2Zn.2H2O, Merck) dan aluminium nitrate ninehydrate 
(Al(NO3)3.9H2O, Merck).
dikeringkan, digiling, dikalsinasi, digiling, dikompaksi dan disintering.  
4.  Pembuatan semikonduktor ZnO tipe-n menggunakan metode larutan,
dikeringkan, digiling, dikalsinasi, digiling, dikompaksi dan disintering.  
5.  Pembuatan semikonduktor ZnO tipe- p, konsentrasi pendopingan Cu adalah
2 at% dari  zinc dan semikonduktor ZnO tipe-n konsentrasi pendopingan Al
adalah 2 at% terhadap zinc.
6.  Proses pengeringan dan sintering menggunakan tungku XD -1700M. 
7.  Pada semikonduktor ZnO tipe- p, suhu sintering yang diberikan adalah
1000 o C – 1400
o C. 
8.  Ukuran semikonduktor ZnO tipe- p dan tipe-n dibuat dengan ukuran 10 x 10
x 3 mm. 
9.  Jumlah kaki pada termoelektrik adalah 2 buah kaki tipe - p dan 2 buah tipe-n
yang disusun secara seri (p-n juction). 
10.  Connector  untuk semikonduktor menggunakan  silver conductive paste. 
11.   Metal interconnectors menggunakan plat tembaga dengan tebal 0,2 mm.  
12.  Plat penahan panas menggunakan Alumina tebal dengan ukuran 25 x 25 x 1
mm. 
Analisa data dibuat setelah mendapatkan hasil dari pengujian morfologi,
struktur kristal dan kandungannya, nilai hambatan dan konduktivitas listrik, nilai
konduktivitas termal, nilai koefisien seebeck, nilai  figure of merit   dan  power
output  dari termoelektrik. Parameter pengujian yang akan dilakukan dapat dilihat
 pada tabel-tabel berikut ini.
No Material SEM XRD XRF
1 ZnO tipe-p 840 o C    
2 ZnO tipe-p 1000 o C    
3 ZnO tipe-p 1100 o C      
4 ZnO tipe-p 1200 o C      
5 ZnO tipe-p 1300 o C      
6 ZnO tipe-p 1400 o C    
7 ZnO tipe-n 550 o C    
8 ZnO tipe-n 1400 o C    
Tabel 7. Parameter pengujian semikonduktor ZnO tipe- p 
Suhu sintering: 1000 o C, 1100
o C, 1200
o C, 1300
1 200 o C
2 300 o C
3 400 o C
4 500 o C
5 600 o C
No T Tipe-n Nilai
1 200 o C
2 300 o C
3 400 o C
4 500 o C
5 600 o C
No T Termoelektrik
Voutput  Ioutput  Poutput 
Uraian analisa data yang dilakukan adalah sebagai berikut:  
1.  Analisa gambar SEM, diagram XRD dan kandungan XRF dari material
serbuk semikonduktor ZnO tipe- p suhu sintering 1000 o C, 1100
o C, 1200
o C terhadap karakteristik semikonduktor tersebut.  
2.  Analisa nilai konduktivitas listrik semikonduktor ZnO tipe - p dan tipe-n
terhadap berbagai perbedaan temperatur panas yang diberikan.  
3.  Analisa nilai konduktivitas termal semikonduktor ZnO tipe - p dan tipe-n
terhadap berbagai perbedaan temparatur panas yang diberikan.  
4.  Analisa nilai koefisien seebeck semikonduktor ZnO tipe - p dan tipe-n
terhadap berbagai perbedaan temperatur panas yang diberikan.  
 
38 
5.  Analisa nilai  figure of merit   termoelektrik terhadap perbedaan panas yang
diberikan. 
6.  Analisa nilai  power output   termoelektrik didapat dari hasil pengujian
tegangan dan arus yang keluar terhadap perbedaan panas yang diberikan.  
E.  Diagram Alir Penelitian 
F.  Jadwal Penelitian 
Jadwal penelitian dilakukan sesuai jadwal yang ditunjukkan pada tabel 3.  
Tabel 3. Jadwal penelitian 
1  Studi Pustaka 
Mulai 
Zn(NO3)2.4H2O/Cu (NO3)2.3H2O:H2O = 1:5 (wt%) 
Larutan Zn(NO3)2.4H2O/Cu (NO3)2.3H2O:H2O/  C6H8O7 
 jam 
 jam 
 jam dilanjutkan 840 o C
selama 2 jam 
Green Powder  ZnxCu1-xO 
Zn(NO3)2.4H2O/Al (NO3)3.3H2O:H2O = 1:5 (wt%) 
Larutan Zn(NO3)2.4H2O/Al (NO3)3.9H2O:H2O/  C6H8O7 
 jam 
ZnxAl1-xO 
Proses Giling Manual  Selama 30 menit + Ethanol 4 % wt Proses Giling Manual 
Selama 30 menit + Ethanol 4 % wt 
Karakterisasi 
1  2 
Silver Pasta  Copper metal interconector 0,2 mm 
 Alumina plat 1 mm 
measurement) 
Selesai 
1400 o C selama 2 jam 
Karakterisasi  SEM, XRD, XRF, 4- point probe,
konduktifitas termal, koefisien 
Karakterisasi 
 seebeck, figure of merit  
DAFTAR PUSTAKA 
Chang, H., Kao, M.-J., Cho, K.-C., Chen, S.-L., Chu, K.-H., and Chen, C.-C.,
2011,  Integration of Cuo Thin Films and Dye-Sensitized Solar Cells for
Thermoelectric Generators, Current Applied Physics , Vol. 11 pp. S19-S22. 
Hosono, E., Fujihara, S., Honma, I., and Zhou, H., 2005, The Fabrication of an
Upright -Standing Zinc Oxide Nanosheet for Use in Dye-Sensitized Solar
Cells, Advances Materials , Vol. 17 pp. 2091-2094. 
Kim, K.E., Jang, S.-R., Park, J., Vittal, R., and Kim, K. -J., 2007, Enhancement in
the Performance of Dye-Sensitized Solar Cells Containing Zno-Covered
Tio2 Electrodes Prepared by Thermal Chemical Vapor Deposition, Solar
Energy Materials & Solar Cells , Vol. 91 pp. 366-370. 
Dai, S., Dunn, M.L., and Park, H.S., 2010,  Piezoelectric Constants for Zno
Calculated Using Classical Polarizable Core–Shell Potentials ,
 Nanotechnology , Vol. 21 pp. 1-8. 
Qiu, J., Tani, J., Kobayashi, Y., Um, T.Y., and Takahashi, H., 2003,  Fabrication of
 Piezoelectric Ceramic Fibers by Extrusion of Pb(Zr, Ti)O3 Powder and
 Pb(Zr, Ti)O3  Sol Mixture, Smart Materials And Structures , Vol. 12 pp.
331–337. 
Min, Z., JingFeng, L., and Heng, W., 2007,  Fabrication and Property of High-
 Performance Ag - Pb-Sb-Te System Semiconducting Thermoelectric
 Materials, Chinese Science Bulletin , Vol. 52 (-), pp. 990-996. 
Choi, S.-M., Lee, K.-H., Lim, C.-H., and Seo, W.-S., 2010, Oxide- Based
Thermoelectric Power Generation Module Using P -Type Ca3co4o9and N -
Type (Zno)7 in2o3 Legs, Energy Conversion and Management , Vol. 52 pp.
335-339. 
Han, L., Jiang, Y., Li, S., Su, H., Lan, X., Qin, K., et al., 2011,  High Temperature
Thermoelectric Properties and Energy Transfer Devices of Ca3co4−X ag  xo9 
and Ca1−Y  sm ymno3, Journal of Alloys and Compounds , Vol. 509 (-), pp.
8970-8977. 
Fergus, J.W., 2012, Oxide Materials for High Temperature Thermoelectric Energy
Conversion, Journal of the European Ceramic Society , Vol. 32 pp. 525– 
540. 
Song, R.B., Aizawa, T., and Sun, J.Q., 2007, Synthesis of Mg 2 si1−X  sn x  Solid
Solutions as Thermoelectric Materials by Bulk Mechanical Alloying and
 
42 
 Navone, C., Soulier, M., Plissonnier, M., and Seiler, A.L., 2010,  Development of
(Bi,Sb)2(Te,Se)3- Based Thermoelectric Modules by a Screen- Printing
 Process, Journal of Electronic Materials , Vol. 39 pp. 1755-1759. 
Kim, M.Y., Yeo, Y.H., Park, D.H., and Oh, T.S., 2012, Thermoelectric
Characteristics of the (Bi,Sb)2(Te,Se)3  Nanocomposites Processed with
 Nanoparticle Dispersion, Ceramic International , Vol. 38S pp. S529-S533. 
Zhao, D., Zuo, M., Leng, J., and Geng, H., 2013, Synthesis and Thermoelectric
 Properties of Cosb3 /Wo3 Thermoelectric Composites, Intermetallics , Vol. 40 pp. 71-75. 
Liu, J., Huang, X., Xu, G., and Chen, L., 2013, Thermoelectric Properties of
 Layered Sr 0.29coo2 Crystals, Journal of Alloys and Compounds , Vol. 576  pp. 247-249. 
Alleno, E., Zehani, E., and Rouleau, O., 2013,  Metallurgical and Thermoelectric
 Properties in Co1- X  pd  x sb3 and Co1- X ni x sb3 Revisited , Journal of Alloys and
Compounds , Vol. 572 pp. 43-48. 
Madrea, M.A., Costa, F.M., Ferreira, N.M., Sotelo, A., Torres, M.A.,
Constantinescu, G., et al., 2013,  Preparation of High- Performance
Ca3co4o9 Thermoelectric Ceramics Produced by a New Two-Step Method ,
Journal of the European Ceramic Society , Vol. 33 pp. 1747-1754. 
Zhu, C., An, H., Ge, W., Li, Z., and Tang, G., 2013,  Enhancing the Thermoelectric
 Properties of Ca3co4o9 Thin Films by Nb Ion Injection, Journal of Alloys
andCompounds , Vol. 567 pp. 122-126. 
Arifin, M., Diantoro, M., and Fuad, A., 2011, Sintesis Dan Karakterisasi Partikel
 Nano La1- Xsrxcoo3 Dengan Metode Kopresipitasi, Universitas Malang ,
Vol. - (-), pp. 1-10. 
Kim, I.S., Jeong, E.-K., Kim, D.Y., Kumar, M., and Choi, S. -Y., 2009,  Investigation of P -Type Behavior in Ag - Doped Zno Thin Films by E - Beam
 Evaporation, Applied Surface Science , Vol. 255 pp. 4011–4014.  
Li, C., Lv, J., and Liang, Z., 2012,  Effects of Al Doping on the Optical and
 Electrical Properties of Pre-Synthesized Zno Powders by Solid State
 Method , Journal Material Science , Vol. 23 (-), pp. 1673-1677. 
Zhang, L., Ye, Z., Huang, J., Lu, B., He, H., Lu, J., et al., 2011,  Fabrication and
 Propeties of P -Type K Doped Zn1- Xmgxo Thin Film, Journal of Alloys and Compounds , Vol. 509 pp. 7405-7409. 
Janotti, A., and Walle, C.G.V.d., 2009,  Fundamental of Zinc Oxide as a
Semiconductor , Rep. Prog. Phys. , Vol. 126501 pp. 29.  
 
43 
Kobayashi, K., Koyama, T., Zhang, X., Kohono, Y., Tomita, Y., Maeda, Y., et al.,
2012,  Preparation of P -Type Zno Films by Alternate Deposition of Zno
and Mg3n2 Films, Procedia Engineering , Vol. 36 pp. 427-433. 
Qu, X., Wang, W., Lv, S., and Jia, D., 2010, Thermoelectric Properties and
 Electronic Structure of Al - Doped Zno, Solid State Communications , Vol.
151 pp. 332-336. 
Chena, Z.-G., GuangHan, LeiYang, LinaCheng, and JinZoua, 2012,  Nanostructured Thermoelectric Materials: Current Research and Future
Challenge, Progress in Natural Science: Materials International , Vol. 6 pp.
535-549. 
Hilaal, A., and Seeram, R., 2012,  A Review on the Enhancement of Figure of
 Merit from Bulk to Nano-Thermoelectric Materials, Nano energy , Vol. pp. 1-23. 
Kasap, S.O., 2001, Thermoelectric Effects in Metals: Thermocouples . 
Ohtaki, M., 2010, Oxide Thermoelectric Materials for Heat -to- Electricity Direct
 Energy Conversion, pp. 1-6. 
Bergman, T.L., Lavine, A.S., Incropera, F.P., and Dewitt, D.P., 2011,  Fundamentals of Heat and Mass Transfer - Seventh Edition. 
Snyder, G.J., and Toberer, E.S., 2008, Complex Thermoelectric Materials, nature
materials , Vol. 7 pp. 105-114. 
Liu, H.L., Yang, J.H., Hua, Z., Zhang, Y.J., Liu, Y., Cao, J., et al., 2012,  Effects of
 Different Sintering Atmosphere on the Structure and Properties of Cu-
 Doped Zno Powders Prepared by Sol–Gel Method , J Mater Sci: Mater
Electron , Vol. 23 pp. 832-836. 
Yang, H., Xu, X., Wu, S., Wu, K., Ai, C., Miao, J., et al., 2012,  Effects of Dopants on Magnetic Properties of Cu- Doped Zno Thin Films, J Mater Sci , Vol. 47
 pp. 530-533. 
Behera, D., Panigrahi, J., and Acharya, B.S., 2011,  Probing the Effect of Nitrogen
Gas on Electrical Conduction Phenomena of Zno and Cu- Doped Zno Thin
 Films Prepared by Spray Pyrolysis, Ionics , Vol. 17 pp. 741-749. 
Bharathi, A.K., 2010,  Analysis of the Thermal Properties of Zinc Oxide Using the
 Reaxff Reactive Force Field , Master pp. 115. 
 
44 
Hanaoka, Y., Hinode, K., Takeda, K., and Kodama, D., 2002,  Increase in
 Electrical Resistivity of Copper and Aluminium Fine Lines, Material Transactions , Vol. 43 pp. 1621-1623. 
 Nikolic, R., Zec, S., Maksimovic, V., and Mentus, S., 2006,  Physico-Chemical
Characterization of Thermal Decomposition Course in Zinc Nitrate-
Copper Nitrate Hexahydrates, Journal of Thermal Analysis and
Calorimetry , Vol. 86 pp. 423-428. 
Vogel-Schauble, N., Dujardin, R.L., Weidenkaff, A., and Aguirre, M.H., 2011,  Influence of Thermal Aging Phenomena on Thermoelectric Properties of
 Al -Substituted Zno, Journal of ELECTRONIC MATERIALS , Vol. 41 pp.
1606-1614. 
Lee, D.Y., Cho, J.-E., Cho, N.-I., Lee, M.-H., Lee, S.-J., and Kim, B.-Y., 2008, Characterization of Electrospun Aluminum- Doped Zinc Oxide Nanofibers, Thin Solid Films , Vol. 517 pp. 1262-1267. 
Sigma-Aldrich, 2013, Materials for Advanced Thermoelectrics. 
Tomes, P., Robert, R., Trotmann, M., Bocher, L., Aguirre, M.H., Bitschi, A., et al.,
2010, Synthesis and Characterization of New Ceramic Thermoelectrics
 Implemented in a Thermoelectric Oxide Module, Journal of
ELECTRONIC MATERIALS , Vol. 39 pp. 1696-1703. 
Electropeida, 2005, Thermocouple Electric Generators. 
Sparks, T.D., 2013, Oxide Thermoelectrics: The Role of Crystal Structure on
Thermopower in Strongly Correlated Spinels, Dr pp. 200. 
Tervo, J., Manninen, A., Ilola, R., and Hänninen, H., 2009, State-of -the- Art of
Thermoelectric Materials Processing , VVT working paper  , Vol. 124 pp. 1- 30. 
Tritt, T.M., 2002, Thermoelectric Materials: Principles, Structure, Properties, and  Applications. 
Iwasaki, H., Yamamoto, T., Kim, H., and Nakamoto, G., 2013,  Development of a
 Measurement System for the Figure of Merit in the High-Temperature
 Region, Journal of ELECTRONIC MATERIALS , Vol. 10.1007/s11664-
012-2448-0 pp. -. 
Wang, L.M., Ching-Yu, b, C., Yeh, S.-T., b, S.W.C., Peng, Z.A., et al., 2012, Synthesis and Post - Annealing Effects on the Transport Properties of
Thermoelectric Oxide (Zno)Min2o3 Ceramics, Ceramic International , Vol.
38 pp. 1167-1174. 
 
45 
German, R.M., 2006, P/M Processing: A Brief Tutorial on Powder Metallurgy and
 Particulate Materials, pp. 1-13. 
Charmant, J., 2013, Four Point Probe Resistance Measurements.