Abstrak — Penelitian  yang  berjudul  “pemodelan  dan  fabrikasi modul thermoelektrik generator (TEG) berbasis semikonduktor Bi 2 Te 3 dengan  metode  penyusunan  thermoelement  untuk menghasilkan  daya  listrik”  bertujuan  untuk  mengetahui  nilai tegangan,  daya  dan  efesiensi  terbaik  dari  simulasi  dan pengujian modul thermoelektrik generator. Variasi penyusunan  thermoelement  yang  digunakan  yaitu  modul  TEG dengan  desain  modul  kesatu  P-N,  modul  kedua  P-P  N-N,  dan modul ketiga P-P-P N-N-N. Proses simulasi digunakan software Ansys  12.0  dan  Solid  Work  2013.  Dilakukan  simulasi  dengan Open Circuit tanpa beban dan Close Circuit dengan beban satu Ohm. Dari simulasi dihasilkan nilai tegangan output, arus, dan daya.  Pada  proses  pengujian  dilakukan  variasi  yang  sama dengan simulasi yaitu dengan Open Circuit dan Close Circuit . Dilakukan  tiga  kali  pengulangan  untuk  setiap  modul.  Telah didapatkan  besar  tegangan  keluaran  maksimum  pada perbedaan  temperatur  100 o Kelvin  yaitu  pada  modul  kesatu sebesar  0,511±0,005  mVolt  dalam  kondisi  sirkuit  terbuka dengan keakuratan 93,7%. Hasil tegangan output tertinggi dari pemodelan  sirkuit  tertutup  yaitu  pada  modul  kesatu menghasilkan  0,452±0,001  mVolt.  Didapatkan  nilai  daya keluaran  tertinggi  sebesar.0,204±0,005  mWatt  pada  modul kesatu dengan efisiensi 2,06% .
Kata Kunci —Daya, Efisiensi, Tegangan, Termoelektrik.

## I. PENDAHULUAN
NERGI listrik adalah sumber utama kebutuhan manusia dalam memenuhi kebutuhan hidup sehari-hari, Kebutuhan  energi  listrik  bukan  hanya  dibutuhkan  di  daerah perkotaan,  namun  daerah  pedesaan  juga  memerlukannya, oleh  sebab  itu  berbagai  cara  dilakukan  untuk  mendapatkan energi  listrik  dengan  membangun  pembangkit  pembangkit energi  listrik  baik  menggunakan  energi  air  (hydro),  energi fosil,  maupun  energi  angin. Sumber  energi  dalam  skala mikro  yang  menghasilkan  daya  orde  milliwatts  berasal  dari solar,  vibrasi,  thermal  dan  sumber  biologis.  Namun  saat  ini teknologi  berdaya  rendah  telah  menyediakan  pembangkit daya  tenaga  mikro  dan  menjadi  bagian  dari  perancangan elektronik  [1].  Beberapa  penelitian  yang  sudah  pernah dilakukan untuk menciptakan energi alternatif. Zuhal (1989), melakukan  penelitian  karakteristik  alat  pendingin  sistem termoelektrik dengan catu daya sel surya. Bahan modul yang digunakan  adalah Bismuth-Tellurium (Bi 2 Te 3 )  dengan jumlah 4 buah untuk satu kotak pendingin dengan ukuran 20 cm x 15 cm x 15 cm, dengan ketebalan alumunium 0.8 mm. Dari  jenis  bahan  modul,  dapat  diketahui  nilai  koefisien Seebeck Bismuth-Tellurium sebesar 0.410 x 10 -3 V/K. Hasil
yang  didapatkan  adalah  suhu  modul  terminal  dingin  (T d ) sebesar  17.0 o C,  suhu  modul  terminal  panas  (T p )  sebesar 27.6 o C,  arus  yang  mengalir  (I)  sebesar  0.84  A,  dan  suhu lingkungan  (T l )  sebesar  25.5 o C,  sehingga  diperoleh  nilai figure  of  merit (Z)  sebesar  0.0028.  Kemudian  Al  Hababeh (2016)  melakukan  penelitian  pendesaianan  optimasi  dari termoelektrik  generator  dengan  ukuran  yang  berbeda.  Dari peneltian  itu  menghasilkan  daya  keluaran  sebesar  0,2  Watt dan efisiensi 5% pada perbedaan temperatur sebesar 100 o C. [2]  meneliti  modul  termoelektrik  generator  oksida berdasarkan simulasi dan fabrikasi pada satu desain. Prinsip yang  digunakan  yaitu Efek  Seebeck ,  dengan  memberi  beda temperatur  masksimum  200 o C  dan  menghasilkan  56,2  mW dengan hasil yang linier antara simulasi dan pengukuran.Berdasarkan  penelitian  yang  sudah  dilakukan dengan  hasil  yang  sudah  disebutkan  diatas,  maka  dilakukan penelitian termoelektrik generator (TEG) dengan membanding  hasil  simulasi  dengan  pengukuran.  Digunakan tiga  jenis  struktur  modul  yang  berbeda  kemudian  di  uji kemudian  dibandingkan  untuk  mengetahui  stuktur  modul termoelektrik terbaik [3].
Pada  tahun  1821,  Thomas  Johann Seebeck menemukan bahwa  perbedaan  atau  gradient  termal  yang  terbentuk diantara  dua  konduktor  berbeda  menghasilkan  tegangan. Perbedaan temperatur pada sebuah material konduktor dapat menyebabkan  terjadinya  aliran  panas.  Hal  ini  menyebabkan terjadinya perpindahan elektron juga. Jika suatu metal dalam sebuah  rangkaian  dipanaskan  pada  salah  satu  sisinya,  maka sisi  tersebut  menjadi  aktif  dan  memiliki  kecepatan  transfer elektron  yang  lebih  tinggi  dibandingkan  dengan  sisi  yang satunya.  Hal  ini  menyebabkan  timbulnya  perbedaan potensial  yang  kemudian  dapat  menghasilkan  arus  listrik. Fenomena  inilah  yang  kemudian  dikenal  dengan  efek Seebeck atau dikenal juga dengan efek termoelektrik [4]. Efek Seebeck termoelektrik adalah peristiwa pengkonversian  secara  langsung  dari  energi  panas  menjadi energi  listrik  atau  sebaliknya  karena  perbedaan  temperatur suatu material. Material generator termoelektrik terbuat dari bahan  semikonduktor  yang  terdiri  dari  tipe-p  yang kekurangan  elektron  ( hole )  dan  tipe-n  kelebihan  elektron. Apabila  suatu  material  diberikan  beda  suhu,  maka  elektron bergerak  dari  sisi  bersuhu  panas  ke  sisi  yang  bersuhu  lebih dingin [5].
Pemodelan Dan Fabrikasi Modul Thermoelectric Generator (TEG) Berbasis Semikonduktor Bi 2 Te 3 dengan Metode Penyusunan Thermoelement untuk Menghasilkan Daya Listrik
Nanda Rico Famas Putra, Melania Suweni Muntini, Diky Anggoro Departemen Fisika, Fakultas Ilmu Alam, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
e-mail : nanda14@mhs.physics.its.ac.id
E
Gambar 1. Prinsip kerja termoelektrik.
Efek Seebeck menjelaskan bahwa GGL akan timbul dalam rangkaian  dari  dua  buah  material  yang  berbeda  (A  dan  B) dirangkaikan  dan  pada  masing-masing  ujung  diletakkan dengan  suhu  yang  berbeda,  maka  dapat  terjadi  arus  listrik pada rangkaian tersebut. Arus listrik tersebut tetap mengalir selama  dua  ujung  tersebut  berada  pada  suhu  yang  berbeda. Jika  logam  A  bersifat  lebih  positif  (+)  terhadap  logam  B, maka arus akan mengalir dari A ke B melalui T 1 . Fenomena ini  banyak  diterapkan  pada  mekanisme  pengukuran  suhu dengan  termokopel.    Gaya  Gerak  Listrik  (GGL)  yang menghasilkan  arus  tersebut  dikenal  dengan  “GGL  termal Seebeck ”. Hubungan antara besar suhu dengan GGL tersebut adalah [2]:
E =  α (T p - T d )                                (1) dengan:
E = tegangan termoelektrik terinduksi (Volt) α = koefisien Seebeck atau daya termoelektrik (V/K) T p = suhu terminal panas (K)
T d = suhu terminal dingin (K)
Modul  termoelektrik  merupakan  suatu  alat  yang mengaplikasikan  fenomena  termoelektrik.  Gambar  1 menunjukan  aliran  elektron  dari  semikonduktor  tipe-p menuju  semikonduktor  tipe-n.  Agar  elektron  pada  tipe-n dapat  mengalir,  maka  elektron  menyerap  kalor  yang mengakibatkan  sisi  tersebut  menjadi  dingin,  sedangkan pelepasan  kalor  ke  lingkungan  terjadi  pada  sisi  panas sehingga  elektron  pada  tipe-n  dapat  mengalir  menuju semikonduktor  tipe-p.Pada  kondisi ideal, jumlah kalor yang diserap  pada  sisi  dingin  dan  dilepas  pada  sisi  panas bergantung  pada  koefisien Peltier dan  arus  listrik  yang digunakan.  Modul  termoelektrik  adalah  sebuah  alat  yang mengaplikasikan  fenomena  termoelektrik  sebagai  dasar kerjanya  yang  berfungsi  sebagai  alat  pengkonversi  energi panas  menjadi  energi  listrik,  demikian  juga  sebaliknya mengkonversi  energi  listrik  menjadi  energi  panas.  Modul termoelektrik tersusun dari sekumpulan matrik yang tersusun atas beberapa sambungan konduktor, yang mana konduktor- konduktor  tersebut  tersusun  secara  seri  dan  paralel.  Setiap susunan  dari  pada  konduktor  tersebut  memiliki  fungsinya masing-msing,  susunan  seri  untuk  meningkatkan  tegangan keluaran  yang  dihasilkan  oleh  modul  dan  susunan  paralel untuk meningkatkan arus keluaran dari modul termoelektrik. Dalam  pembuatan  sebuah  modul  termoelektrik  yang  harus diperhatikan  adalah Figure  of  merit dari  bahan  pembentuk [6].
Gambar 2. Modul Termoelektrik.
Figure  of  merit merupakan  faktor  utama  yang  harus diperhatikan  dari  suatu  bahan  konduktor  dalam  pembuatan sebuah  modul  termoelektrik.  Kesanggupan  bahan  untuk menghantarkan  listrik  dengan  baik,  dapat  terjadinya perpindahan  elektron  pada  bahan  dengan  beda  suhu  yang relatif  rendah,  dan  kesanggupan  bahan  untuk  menerima panas  yang  tinggi  secara  terus  menerus  dalam  waktu  yang lama,  itu  semua  diperlukan  untuk  membentuk  modul  yang baik.  Termoelektrik  merupakan  perangkat  solid-state  yang sangat  andal,  tidak  memiliki  bagian  yang  bergerak,  tidak memerlukan  perawatan  khusus,  dan  memiliki  rentang  umur yang panjang. Figure of Merit dilambangkan dengan, zT
(2)
Di  mana  T  adalah  suhu  absolut,  S  adalah  koefisien Seebeck , ρ adalah tahanan listrik, dan κ adalah konduktivitas termal. Semakin tinggi zT material, semakin tinggi efisiensi konversi  termal  ke  listrik  dari  sistem  termoelektrik.  Dari persamaan  2.2  tersebut  maka  dapat  diketahui  karakteristik termoelektrik yang baik yaitu :
1. Konduktivitas  listrik  yang  tinggi  untuk  meminimalkan Joule heating (kenaikan  temperatur  dari  hambatan  ke arus listrik yang mengalir melaluinya).
2. Koeefisien Seebeck yang  besar  untuk  perubahan maksimal dari panas ke daya listrik atau daya listrik ke kinerja pendinginan.
3. Konduktivitas  panas  yang  rendah  untuk  mencegah konduksi panas melalui bahan [7] .

## II. METODOLOGI PENELITIAN

## A. Desain Modul TEG dengan SOLIDWORKS 2013
Proses  desain  pada  penelitian  ini  digunakan  untuk membuat  desain  modul  termoelektrik  generator.  Kemudian dari hasil desain ini digunakan pada proses selanjutnya yaitu pemodelan  atau  simulasi.  Progam  yang  digunakan  untuk pendesaianan  adalah Solidworks 2013.  Dalam  proses pendesainan  modul  termoelektrik  generator  terdapat  tiga desain dengan struktur termoelemen yang berbeda satu sama lain.  Penyusunan  termoelemen  disusun  secara  seri,  paralel, dan seri paralel. Adapun rincian masing-masing penyusunan pada Tabel 1 yaitu variasi penyusunan termoelement, Tabel 2  merupakan  dimensi  dari  setiap  bahan.  Spesifikasi  dari material Bi 2 Te 3 tembaga dan alumina yang digunakan dalam penelitian ditunjukan oleh Tabel 3 dan Tabel 4.
Tabel 1. Variasi penyusunan termoelemen setiap modul MODUL PENYUSUNAN TERMOELEMENT Modul 1 18 pasang kaki modul seri Modul 2 9 pasang kaki modul seri, 2 pasang kaki modul paralel sebagai satu grup Modul 3 6 pasang kaki modul seri, 3 pasang kaki modul paralel sebagai satu grup Tabel 2. Dimensi alumina, material, dan tembaga pada modul MATERIAL PANJANG (mm) LEBAR (mm) TEBAL (mm) Alumina 22 20 10 Bi 2 Te 3 2,5 2,5 1,5 Tembaga disesuaikan disesuaikan 0,3
Berikut adalah desain variasi struktur termoelement untuk ketiga modul :
(a) (b) (c)
Gambar 3. Desain modul termoelektrik kesatu(a), kedua(b), dan ketiga(c)
B. Pemodelan Modul TEG dengan ANSYS 12.0
Berikut  adalah  langkah  kerja  yang  dilakukan  dalam pemodelan  yaitu  dilakukan  proses  desain  sebanyak  tiga model yang berbeda seperti pada Gambar 3 dengan program Solidwork  2013 .  Setelah  proses  desain  selesai  kemudian
dibuka  progam  Ansys  12.0  untuk  proses  simulasi.  Pada menu Ansys dipilih  tombol Thermal  Electric kemudian diklik.  Setelah  itu  diisi  bagian Engineering  Data dengan dimasukan spesisifikasi material yang sesuai seperti Tabel 3 dan Tabel 4. Lalu ditekan Geometry untuk dimasukan desain dari Solidwork yang  telah  dibuat.  Selanjutnya  masuk  pada menu Model dan diklik Geometry Materials untuk disisipkan material  yang  telah  disusun  pada Engineering  Data. Kemudian  dipilih Mesh  All Body agar semua bagian modul dapat  tersimulasi.  Pada Steady  State  Thermal  Electric Condition disisipkan Thermal1 sebagai sisi panas modul dan Thermal2 sebagai  sisi  dingin  modul  kemudian  dimasukan nilai  temperatur  yang  sesuai  dan  sisipkan  set  nol  pada Voltage, karena  pada  simulasi  yang  dicari  adalah  tegangan keluarannya.  Terakhir,  pada  pilihan Voltage  Output  Result diklik Solve untuk menjalankan progam, dan tegangan keluar telah didapatkan.

## C. Fabrikasi Modul TEG
Fabrikasi  adalah  proses  pembuatan  modul  termoelektrik. Fabrikasi  modul  TEG  dilakukan  dengan  metode  pelelehan solder.  Berikut  merupakan  langkah  kerja  yang  dilakukan pada proses fabrikasi pertama disiapkan alat dan bahan yang diperlukan. Kemudian tembaga salah satu sisi diamplas agar permukaan  terbebas  dari  kotoran  dan  supaya  mudah  untuk menempel  dengan  Bi 2 Te 3 .  Dibuat  sketsa  menggunakan pensil  dan  penggaris  diatas  alumina.  Tembaga  dipotong kecil-kecil  menggunakan  gunting  sesuai  ukuran  dan  di rekatkan  diatas  alumina  dengan  lem  sesuai  sketsa.  Timah disolder  untuk  merekatkan  tembaga  yang  telah  tertempel dengan  Bi 2 Te 3 .  Kemudian  solder  kembali  timah  beserta tembaga  untuk  menyambungkan  sisi  atas  Bi 2 Te 3 .  Terakhir, direkatkan alumina sisi atas dengan lem.
Berikut  ini  adalah  spesifikasi  dari  material  Bi 2 Te 3 , tembaga dan alumina yang digunakan.
Tabel 3.

## Spesifikasi tembaga dan alumina
Material Konduktivitas Elektrik (10 2 S/m) Koefisien Seebeck (V/K) Konduktivitas Thermal (W/m.K) Resistivitas (mΩm) Tembaga - - 400 1.7e-8 Alumina - - 40 Tabel 4. Spesifikasi material Bi 2 Te 3 Tipe Temper atur ( o C) Konduktivitas Listrik (10 2 S/m) (mΩcm) Koefisien Seebeck (V/K) Konduktivitas Thermal (W/m.K) Tipe-P 50 1,5 2,2 0,9 Tipe-N 50 1,3 -1,8 0,98 Tipe-P 100 1,9 2,3 0,83 Tipe-N 100 1,6 -1,9 0,93 Tipe-P 150 2,25 2,3 0,85 Tipe-N 150 1,85 -1,9 0,93 Tipe-P 200 2,65 2,2 1,15 Tipe-N 200 2,1 -1,8 1,08

## D. Pengujian Kinerja Modul TEG
Proses  pengujian  TEG  dilakukan  di  Thermoelectric Laboratory  CEAE  Sakon  Nakhon  Rajabhat  University  pada bulan  februari  2018.  Adapun  langkah  langkah  yang dilakukan  yaitu  disiapkan  alat  dan  bahan  yang  dibutuhkan.
Kemudian  modul  TEG  yang  telah  terfabrikasi  pada  sisi dingin  diletakan  diatas Water  Block .  Sebelumnya  Water Block telah terpasang dengan dispenser dan Heatsink ditaruh bawah Water  Block agar  pendinginan  semakin  bagus.  Pada sisi  atas  modul  TEG  diletakan Heater yang  telah  terpasang dengan Power Supply. Kemudian diletakan ujung termokopel tipe-K pada bagian sisi panas TEG dan pada sisi dingin  TEG.  Sedangkan  ujung  termokopel  dihubungkan dengan  ADC  agar  hasil  konversi  temperatur  berupa  data analog  ke  digital  yang  dapat  terbaca  komputer.  Proses pengujian  dilakukan  dua  hal,  yaitu Open  Circuit dan Close Circuit .  Pada  pengujian Open  Circit kabel  positif  negatif TEG  dihubungkan  pararel  secara  langsung  dengan Multimeter.  Multimeter  yang  digunakan  bertipe  Picotest M3500A  6  3/2  digit  Multimeter.  Selanjutnya  multimeter terhubung  dengan  komputer.  Pada  pengujian Close  Circuit kabel negatif TEG dihubungkan seri dengan beban satu ohm dan  kabel  positif  dihungkan  pararel  dengan  multimeter. Selanjutnya  multimeter  terhubung  dengan  komputer. Software yang digunakan pada komputer yaitu TRC-PEM 3 Multi  Device  Link  yang  dapat  menyajikan  hasil  temperatur sisi  panas  dan  dingin,  perbedaan  temperatu  dan  tegangan output dari modul TEG secara realtime dan dapat tersimpan otomatis.  Terakhir,  dinyalakan  power  supply  dengan  1A, 1.5A,  2A,  dan  2.5A  secara  berurutan  sampai  perbedaan temperature  maksimum  100 o K  dengan  pengulangan  sebesar tiga  kali.  Rangkaian  uji  modul  TEG seperti pada Gambar  4 berikut :
Gambar 4. Skema uji modul TEG

## III. HASIL DAN DISKUS I

## A. Analisis Pemodelan Bentuk Geometri
Modul  termoelektrik  memiliki  komponen  dasar  yaitu alumina  sisi  bawah, thermoelement dan  konektor  sisi tengah,  dan  alumina  sisi  atas.  Pada  penelitian  ini thermoelement yang digunakan yaitu material semikonduktor bismuth  tellurid (Bi 2 Te 3 ).  Sedangkan konektor  yang  digunakan  yaitu  tembaga  yang  berfungsi sebagai penghubung antar thermoelement dengan penyusunan P-N , P-P N-N dan P-P-P N-N-N.  Pemodelan ini  dimulai  dengan  membuat    alumina  sisi  bawah,  yang berfungsi  sebagai  pondasi  awal  dalam  penataan  struktur semikonduktor.  Alumina  dimodelkan  berbentuk  persegi dengan  ukuran  panjang 22 mm, lebar 20 mm, dan tebal 1 mm. Pada pemodelan open circuit , alumina bagian bawah dibuat  sketsa  struktur  untuk  proses  peletakan  tembaga sebagai  penghubung.  Tembaga  yang  digunakan  dengan ketebalan  0,3  mm.  Kemudian,  setelah  tembaga  tersusun pada  alumina  bawah  diletakan  material  Bi 2 Te 3 diatas tembaga  tersebut.  Material  Bi 2 Te 3 memiliki  dimensi 2,5mm  x  2,5mm  x  1,5mm.  Banyaknya  material semikonduktor  yang  digunakan  untuk  setiap  modul sebanyak  36  buah,  dengan  18  buah  tipe-n  dan  18  buah
tipe-p.  Setelah  itu  dilakukan  pemasangan  tembaga  pada sisi atas untuk menghubungkan antar material semikonduktor.  Terakhir,  yaitu  pemasangan  alumina  sisi atas  dengan  dimensi  yang  sama  dengan  alumina  sisi bawah.
Pada  pemodelan close  circuit dilakukan  melalui penambahan  beban  sebesar  satu  ohm  yang  terhubung dengan  kutub  positif  dan  negatif  modul.  Dimensi  dari beban  tersebut  berbentuk  balok  dengan  panjang  1  mm, lebar  2  mm,  dan  tebal 0,3 mm. Dari dimensi tersebut dan dengan  menggunakan  rumus  pada  (1),  yaitu: diperoleh  nilai  resistivitas  beban  sebesar  0,0006  ohm meter.    Nilai  dari  resistivitas  beban  yang  diperoleh digunakan untuk proses selanjutnya yaitu simulasi. Bentuk dari pemodelan dari kondisi open circuit dan close circuit dapat diperlihatkan seperti Gambar 5.
Gambar 5. Hasil pemodelan modul termoelektrik generator berstuktur P-N tanpa beban(a) dan menggunakan beban(b).
B. Analisis Proses Diskritisasi (Meshing) dan Solution Pada  proses  simulasi open  circuit dilakukan  pemberian material properties. Material properties adalah proses untuk memberikan  spesifikasi  material  yang  dianalisispada penyusun modul thermolektrik generator. Adapun spesifikasi material yang digunakan sesuai dengan daftar lampiran yang ditunjukan  pada  Tabel  3  dan  Tabel  4.  Sedangkan  untuk kondisi close circuit ditambahkan spesifikasi material beban sesuai  perhitungan  sebesar  0,0006  ohm  meter.  Setelah pemberian  spesifikasi  material  dilakukan  proses meshing. Tujuan dilakukan meshing yaitu untuk mendiskritisasi setiap bagian  menjadi  luasan  luasan  atau  area  kecil  agar  modul TEG  dapat  dilakukan solving pada  tahap  berikutnya. Pertimbangan  penting  selama  membuat  model  adalah  untuk memastikan  bahwa  seluruh  bagian  model  dapat  di meshing . Analisis  yang  dilakukan  pada  model mesh adalah  analisis tegangan keluaran dari modul termoelektrik.
Setelah proses meshing dilakukan selanjutnya yaitu proses Steady  State  Thermal  Electric  Condition. Pada  proses  ini dilakukan  untuk  diberikan  parameter  temperatur  panas, temperatur  dingin,  dan  tegangan  keluaran  untuk  modul termoelektrik.  Temperatur  panas  diberikan  pada  alumina bagian atas dengan set nilai 40 o Celcius sampai 130 o Celcius dengan kenaikan sepuluh derajat setiap simulasi.
Gambar 6. Hasil pemodelan modul termoelektrik generator berstuktur P-N tanpa beban(a) dan menggunakan beban(b).
Temperatur  dingin  diberikan  pada  alumina  sisi  dingin modul  TEG  dengan set nilai  sebesar  30 o Celcius  secara konstan. Dari pemberian nilai temperatur sisi panas dan sisi dingin tersebut diperoleh perbedaan temperatur 10 o sampai 100 o C.  Hasil  dari  proses Steady  State  Thermal  Electric Condition kemudian  dilakukan Solving .  Pada  tahapan solving merupakan  tahap  simulasi  yang  mendekati  proses akhir,  yaitu  proses  analisisdan  perhitungan  tegangan  keluar modul  TEG.  Setelah  proses  desain  dan  analisisselesai, langkah berikutnya adalah proses General Postprocesseing . Proses  ini  digunakan  untuk  melihat  hasil  analisis,  animasi gerakan benda yang dianalisisdan melihat hasil perhitungan serta  grafik  tegangan  keluaran  yang  dihasilkan.  Tegangan keluaran  yang  digunakan  adalah  tegangan  tertinggi  atau tegangan  maksimum  yang  dihasilkan  pada  simulasi.  Hasil tegangan  keluaran  maksimum  adalah  nilai  tegangan  terbaik pada  setiap  modul.  Pada  Gambar  7  diperlihatkan  hasil tegangan keluaran dari simulasi.
Gambar  7.  Hasil solution tegangan  keluaran  modul  termoelektrik generator modul kesatu tanpa beban(a) dan menggunakan beban(b).
Gambar 8. Hasil solution tegangan keluaran modul termoelektrik generator modul kedua tanpa beban(a) dan menggunakan beban(b).
Gambar 9. Hasil solution tegangan keluaran modul termoelektrik generator modul ketiga tanpa beban(a) dan menggunakan beban(b).

## C. Hasil Fabrikasi Modul TEG
Tujuan  dilakukan  fabrikasi  adalah  untuk  mengahasilkan thermoelectric module (TEM) sesuai dengan variasi struktur material  yang  digunakan  pada  penelitian  ini.  Terdapat bagian  bagian  penting  yang  harus  ada  dalam  penyusunan TEM.  Adapun  bagian  tersebut  adalah  alumina,  bimuth tellurid(Bi 2 Te 3 ), tembaga dan timah. Alumina memiliki sifat sebagai insulator digunakan untuk mempertahankan temperatur  panas  maupun  dingin  pada  sisinya  dan  supaya aliran listrik bisa terfokus melewati diantara alumina sisi atas dan  sisi  bawah.  Tembaga  yang  bersifat  konduktor dibutuhkan  untuk  menghubungkan  material  tipe-p  dan  tipe- n.  Konduktor  memiliki  awan  elektron  yang  banyak  pada permukaannya  sehingga  dapat  menghantarkan  arus  listrik. Kemudian  material bismuth  telluride yang  bersifat semikonduktor.  Bahan  semikonduktor  pada  saat  temperatur 0  K  bersifat  insulator  dan  ketika  temperatur  dinaikan menjadi konduktor yang kemudian dapat menghasilkan arus listrik.  Timah  memiliki sifat konduktor dimanfaatkan dalam pembuatan  TEM  sebagai  perekat  antara  material  dan tembaga agar dapat terhubung satu sama lain.
Termoelektrik disusun oleh dua buah semikonduktor yang berbeda,  satu  tipe-n  dan  tipe-p. Dari  kedua  tipe  ini memiliki kerapatan elektron  berbeda  yang dibutuhkan untuk menghasilkan  arus  atau  tegangan  listrik. Tipe-p  memiliki kelebihan  pembawa  muatan  positif  dan  tipe-n  memiliki kelebihan  pembawa  muatan  negatif.  Kedua  semikonduktor diletakkan  paralel  secara  termal  dan  bagian  ujung digabungkan dengan lempeng tembaga sebagai kutub positif dan  negatif. Bismuth  Telluride adalah  bahan  terbaik  dalam pembuatan  TEM. Bismuth  Tellurid e  memiliki  dua karakteristik yaitu pertama memiliki struktur kristal, Bismuth Telluride sangat anisotropic .  Sebuah  medium  dikatakan
anisotropic jika dari makroskopik optiknya tergantung pada arah.  Perilaku anisotropic perlawanan  lebih  besar  daripada konduktivitas termalnya. Sehingga anisotropic ini dimanfaatkan  untuk  pendinginan  yang optimal. Kedua yaitu kristal Bismuth  Telluride (Bi 2 Te 3 )  terdiri  dari  lapisan heksagonal atom yang sama.

## D. Analisis Hasil Tegangan
Dilakukan analisis hasil tegangan keluar dari pemodelan dan proses uji seperti pada Gambar 10 berikut.
(a) (b)
Gambar 10. Grafik hasil tegangan dari uji dan simulasi terhadap perbedaan temperatur  pada  modul  1,2,3  dengan  kondisi Open  Circuit (a)  dan Close Circuit (b).
Setelah  dilakukan  pembuatan  termoelektrik  modul  yaitu proses  pengujian.  Hasil  dari  pengujian  modul  yang  telah dibuat  adalah  nilai  tegangan  dan  arus  keluaran  yang dihasilkan.  Dari  parameter  ini  kemudian  dapat  diketahui juga  nilai  daya  dan  efesiensi  dari  masing-masing  modul. Pada  proses  uji  modul  dilakukan  dua  jenis  pengujian  yaitu open circuit dan close circuit. Open circuit dilakukan untuk mengetahui nilai tegangan maksimum yang dihasilkan modul tanpa pengaruh beban. Sedangkan uji close circuit bertujuan untuk  mendapatkan  daya  keluaran  yang  dihasilkan  dengan pemberian  hambatan  luaran  satu  ohm  untuk  semua  variasi modul. Pada penelitian ini digunakan beban satu ohm karena disesuaikan  dengan  hasil  hambatan  internal  yang  terukur pada tahap fabrikasi. Hambatan internal pada modul dengan struktur P-N sebesar satu ohm, struktur P-P N-N sebesar 0,7 ohm  dan  struktur  P-P-P  N-N-N  sebesar  0,4  ohm.  Dari masing-masing  pengujian  dilakukan  pengulangan  sebanyak tiga kali.
Konsep dari termoelektrik menyatakan apabila dua logam yang  berbeda  pembawa  muatannya  diberi  beda  temperatur pada  kedua  sisinya  menghasilkan  tegangan  dan  arus  listrik. Pada  penelitian  ini  sisi  panas  dihasilkan  dari  pemanas  atau
heater . Heater dibangkitkan dengan pemberian arus dari DC power  supply  sebesar  satu  amper  sampai  temperatur  naik perlahan-  lahan.  Apabila  temperatur  tidak  menunjukan kenaikan  lagi  makan  nilai  arus  dari  DC  power  supply dinaikan  lagi  menjadi  1,5  A  ,  2  A  dan  2,5  A  sampai menghasilkan  perbedaaan  temperatur  antara  panas  dan dingin  sebesar  100 o K.  Hasil  nilai  tegangan  terhadap temperatur  dari  pemodelan Ansys dan  pengujian  kemudian dibandingkan. Dari Gambar 4.7 dapat diketahui bahwa hasil tegangan  dari  pemodelan  maupun  pengujian  memiliki  garis yang  linier  sebanding  dengan  meningkatnya  perbedaan temperatur.  Adapun  hasil  tegangan  dari  pemodelan Open Circuit didapatkan  nilai  tegangan  maksimum  pada  modul kesatu  sebesar  0,511±0,005  mVolt  ,  modul  kedua  sebesar 0,256±0,005 mVolt dan modul ketiga sebesar 0,170 ±0,005 mVolt pada delta temperatur 100 o K. Sedangkan untuk hasil pengujian  juga  didapatkan  modul  kesatu  dengan  tegangan keluaran  tertinggi.  Adapun  hasil  pengujian  tegangan keluaran  pada  modul  kesatu,  kedua  dan  ketiga  pada perbedaan  temperatur  100 o K  adalah  0,465±0,001  mVolt, 0,231±0,011  mVolt  dan  0,150±0,002  mVolt  dalam  kondisi Open Circuit.
Hasil  dari  pemodelan Close  Circuit yaitu  pada  modul kesatu  menghasilkan  0,452±0,005  mVolt,  modul  kedua sebesar  0,226±0,005  mVolt  dan  modul  ketiga  sebesar 0,169±0,005 mVolt pada beda temperatur 100 o K. Sedangkan  pengujian  tegangan  keluaran  maksimum  dari Close  Circuit mengahasilkan  0,443±0,003  mVolt  untuk modul  kesatu,  0,216±0,003  mVolt  untuk  modul  kedua  dan 0,161  Volt  pada  modul  ketiga  dengan  beda  temperatur 100 o K.  Ketika  dua  material  pembawa  muatan  yang berbeda diberikan  beda  temperatur  panas  dan  dingin,  menyebabkan elektron  mengalir  dari  satu  konduktor  yang  mempunyai elektron  kurang  terikat  ke  konduktor  yang  mempunyai elektron  yang  lebih  terikat.  Hal  ini  terjadi  akibat  tingkat perbedaan  Fermi  antara  dua  konduktor.  Perbedaan  Fermi adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan bagian atas kumpulan tingkat energi elektron pada suhu nol absolut. Konsep ini berasal dari statistik Fermi-Dirac. Konsep energi Fermi  adalah  konsep  yang  sangat  penting  untuk  memahami sifat  listrik  dan  termal  pada  benda  padat.  Kedua  proses listrik  dan  termal  biasanya  melibatkan  energi  elektron. Ketika  dua  konduktor  dengan  tingkat  Fermi  yang  berbeda digabungkan, elektron akan mengalir dari konduktor dengan tingkat  yang  lebih  tinggi  ke  tingkat  yang  lebih  rendah, hingga  perubahan  potensial  elektrostatik  membawa  dua tingkat  Fermi  menjadi  nilai  yang  sama.  Akibat  temperatur dinaikan  menyebabkan  elektron  yang  berada  pada  pita valensi  tereksitasi  menuju  pita  valensi  dengan  melewati energi gap yang  terdapat  diantara  energi  konduksi  dan energi  valensi.  Energi gap adalah  energi  minimum  yang dibutuhkan  elektron  agar  dapat  tereksitasi.  Pita  konduksi memiliki hole yang  sangat  banyak  sehingga  memungkinkan elektron pada pita valensi untuk meloncat ke pita konduksi. Semakin  tinggi  temperatur  yang  diberikan  maka  semakin banyak juga elektron yang dapat tereksitasi ke pita konduksi yang kemudian mengalir terus menerus. Peristiwa ini disebut difusi  yang  kemudian  dapat  menghasilkan  beda  potensial yang terukur pada multimeter.
Pada penelitian ini penyusunan struktur modul termoelektrik  juga  dapat  mempengaruhi  hasil  tegangan keluaran.  Untuk  modul  kesatu  dengan  struktur  P-N  secara seri  mengahasilkan  nilai  paling  tinggi  untuk  sirkuit  terbuka maupun  tertutup.  Sedangkan  tegangan  keluaran  terendah pada modul ketiga dengan struktur material paralel P-P-P N- N-N  yang  kemudian  diserikan.  Hal  ini  sesuai  apabila perhitungan  tegangan  secara  seri  yaitu  dijumlahkan, sedangkan  pada  paralel  dibagi  terlebih  dahulu.  Sehingga modul  dengan  struktur  P-N  seri  memiliki  tegangan  yang tertinggi.  Resistivitas  atau  tahanan  jenis  listrik  dipengaruhi oleh  nilai  resistivitas  bahan  kaki  modul  yaitu  panjang  kaki dan  luas  penampang  kaki  modul  juga  dapat  mempengaruhi besarnya  tegangan  keluaran.  Semakin  panjang  kaki  modul semakin besar nilai resistansinya, namun sebaliknya semakin besar  luas  penampang  kaki modul maka semakin kecil nilai resistansinya.  Kaki-kaki  atau  elemen-elemen  dari  modul termoelektrik  dihubungkan  seri  untuk  aliran  listrik  dan dihubungkan  paralel  untuk  aliran  panas.  Penelitian  ini  juga membuktikacn  hukum  Ohm  yang  menyatakan  bahwa tegangan keluaran sebanding dengan hambatannya. Sedangkan  resistivitas  sendiri  berdasarkan  rumus  hambatan dalam  kawat  juga  sebanding  dengan  hambatan  yang dihasilkan. Sehingga dari analisis dua persamaan ini apabila hambatan dalam besar menghasilkan tegangan keluaran yang besar  pula.  Untuk  modul  kesatu  dengan  struktur  P-N memfiliki  kaki  terpanjang  dan  luas  penampang terkecil dari modul  lainnya  sehingga  memiliki  tegangan  keluaran  paling besar.  Sedangkan modul ketiga memiliki panjang kaki yang pendek  dan  luas  penampang  yang  lebar  sehingga resistivitasnya  kecil  sehingga  menghasilkan  tegangan keluaran yang terkecil.

## E. Analisis Hasil Daya Keluaran
Berdasarkan  dari  grafik  hasil  uji  perbandingan  daya modul  TEG  masing  masing  modul  pada  Gambar  7 didapatkan daya maksimum modul kesatu dengan struktur P- N  adalah  0,204±0,005  mWatt modul kedua dengan struktur P-P  N-N  adalah  0,0514±0,005  mWatt  dan  modul  ketiga dengan  struktur  P-P-P  N-N-N  adalah  0,028±0,005  mWatt. Modul  dengan  struktur  P-N  memiliki  daya  keluaran  yang paling  baik  karena  efek  dari  tegangan  keluaran  yang dihasilkan pula, sehingga daya keluaran yang dihasilkan juga baik.  Grafik  daya  pada  gambar  4.8  menunjukan  garis  yang eksponensial.  Hal  ini  dapat  dijelaskan  karena  perubahan temperatur yang semakin besar menghasilkan nilai tegangan yang  semakin  besar  pula.  Sehingga  dapat  dikatakan  bahwa perubahan temperatur sebanding dengan perubahan tegangan yang dihasilkan. Berdasarkan persamaan:
P=V.I                                      (3) Nilai  arus(I)  dapat  diubah  dalam  bentuk  V/R,  sehingga apabila dimasukan persamaan kembali menjadi:
P=V 2 /R                                    (4) Dari  persamaan  diatas  dapat  dikatan  pula  daya(P) sebanding  dengan  kuadrat(V 2 )  atau  dapat  dituliskan  P sebanding  V.  Sehingga,  hubungan  antara  daya  dan perubahan  temperatur  berupa  fungsi  kuadrat  P ( T) 2 yang menghasilkan grafik yang eksponensial.
Gambar  11.  Grafik  hasil  uji  perbandingan  daya  modul  termoelektrik terhadap perbedaan temperatur pada modul 1,2,3

## F. Analisis Hasil Efisiensi
Daya  keluaran  yang  dihasilkan  modul  termoelektrik diperlukan  untuk  menghitung  besarnya  efesiensi  TEG. Efisiensi  TEG  merupakan  perbandingan  antara  daya keluaran modul dibanding dengan kapasitas temperatur pada sisi  panas  modul.  Untuk  meningkatkan  efesiensi  tersebut adalah  dengan  meningkatkan  kapasitas  sisi  panas  modul termoelektrik(Qh).  Peningkatan  Qh  terjadi  bila  nilai-nilai parameter  bahan  modul  termoelektrik  dapat  meningkatkan pula nilai figure of merit (Z). Pada penelitian ini didapatkan nilai  efesiensi  maksimum  pada  modul  struktur  P-N  adalah 2,060  %  ,  modul  dengan  struktur  P-P  N-N  adalah  0,556  % dan  modul  dengan  struktur  P-P-P  N-N-N  adalah  0,313  %. Modul dengan struktur P-N memiliki nilai efisiensi tertinggi hal ini terjadi karena parameter daya keluran yang dihasilkan juga  tinggi  dan  juga  koefisien  seebeck  yang  tinggi  pula. Sehingga  memiliki  hasil  nilai  yang  linier  dengan  efisiensi yang didapatkan seperti pada Gambar 12.
Gambar  12.  Grafik  hasil  uji  perbandingan  efesiensi  modul  termoelektrik terhadap perbedaan temperatur pada modul 1,2,3.

## IV. KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  penelitian  yang  telah  dilakukan  dapat disimpulkan sebagai berikut.
1. Besar  tegangan  keluaran  maksimum  pada  perbedaan temperatur  100 o K  yaitu  pada  modul  kesatu  sebesar 0,511±0,005 mVolt , modul kedua sebesar 0,256±0,005  mVolt  dan  modul  ketiga  sebesar 0,170±0,005  mVolt  dalam  kondisi Open  Circuit memiliki  keakuratan  93,7%  .  Pada  tegangan Close Circuit modul  kesatu  menghasilkan  0,452±0,005 mVolt,  modul  kedua  sebesar  0,226±0,005  mVolt  dan modul  ketiga  sebesar  0,1694±0,005  mVolt  pada
perbedaan  temperatur  100 o K  memiliki  keakuratan 95,9% .
2. Daya  maksimum  pada  perbedaan  temperatur  100 o K untuk modul kesatu adalah 0,204±0,005 mWatt, modul kedua  adalah  0,051±0,005  mWatt  dan  modul  ketiga adalah 0,028±0,005 mWatt.
3. Efesiensi  maksimum  pada  modul  kesatu  adalah  2,060 %  ,  modul  kedua  0,556%  dan  modul  ketiga  sebesar 0,313%.
4. Modul  kesatu  dengan  struktur  P-N  memiliki  nilai efisiensi terbaik.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]
H. J. Goldsmid, Materials, Preparation, and Characterization in
Thermoelectrics . Taylor and Francis Group, 2012.
[2] et  al  Muntini,  Melania  S,  Risse  E,  “Comparison  of  Electrical Power  for  Thermoelectric  Oxide  Module,” J.  Mater.  Sci.  Appl. Energy , vol. 6, no. 3, pp. 238–242, 2017.
[3] N.  Aimable,  “Design,  Modeling,  and  Fabrication  of Thermoelectric  Generator  for  Waste  Heat  Recovery  in  Local Process Industry,” University of Agder, 2017.
[4] D. Hwang, Junphil, “More than Half Reduction in Price per Watt of Thermoelectric Device Without Increasing the Thermoelectric Figure of Merit of Materials,” Yonsei University, 2017.
[5]
W.  D.  J.  Callister, Fundamental  of  Materials  Science  and Engineering . New York: John Wiley & Son, 2001.
[6] J.  Kim,  Tae  Young.,  Lee,  Seokhwan,  and  Lee,  “Fabrication  of Thermoelectric  Module  and  Heat  Transfer  Analysis  on  Internal Plate  Fin  Structures  of  Thermoelectric  Generator,” Sci.  Direct , vol. 124, pp. 470–479, 2016.
[7] S.  Puspita,  “Generator  Termoelektrik  untuk  Pengisian  Aki,” J. Fis. dan Apl. , vol. 13, no. 2, 2017.