FABRIKASI KOMPOSIT PEROVSKIT HALIDA - POLIMER UNTUK MENINGKATKAN SIFAT OPTOELEKTRONIK DALAM APLIKASI LUMINESCENT SOLAR CONCENTRATOR DISERTASI Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor dari Institut Teknologi Bandung EA CAHYA SEPTIA MAHEN NIM: 30218003 (Program Studi Doktor Fisika) INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG Juni 2023 i ABSTRAK FABRIKASI KOMPOSIT PEROVSKIT HALIDA - POLIMER UNTUK MENINGKATKAN SIFAT OPTOELEKTRONIK DALAM APLIKASI LUMINESCENT SOLAR CONCENTRATOR Oleh Ea Cahya Septia Mahen NIM: 30218003 (Program Studi Doktor Fisika) Perovskit organometal halida telah mendapatkan perhatian yang luar biasa untuk aplikasi potensial sebagai perangkat optoelektronik, karena sifat optik dan elektroniknya yang sangat baik. Penelitian disertasi ini melaporkan fabrikasi lapisan komposit perovskit methylamonium lead bromide/ polymethil metha acrilate (MAPbBr 3/PMMA) dengan emisi hijau melalui metode drop-casting sederhana. Berdasarkah hasil studi yang dilakukan, Diketahui bahwa ketika MAPbBr 3 digabungkan dengan PMMA, posisi puncak PL dan spektra serapan UV- Vis menunjukkan fenomena red-shift. Karakterisasi komprehensif menggunakan X- ray diffraction (XRD) dan transmission electron microscop (TEM) menunjukkan bahwa fenomena ini mungkin berhubungan dengan dielektric screening dan regangan kristal perovskit yang diinduksi oleh kehadiran PMMA. Salah satu aplikasi potensial dari lapisan komposit MAPPbBr 3/PMMA yaitu sebagai down- converter LED. Penerapan lapisan MAPbBr 3/PMMA pada LED UV telah berhasil menghasilkan warna hijau pada koordinat warna CIE (0,21, 0,71), mendekati standar warna hijau, yaitu pada NTSC 1953 dan Adobe RGB 98. Hasil ini menunjukkan bahwa komposit perovskit MAPbBr 3/PMMA memiliki potensi besar untuk aplikasi LED. Lapisan komposit perovskit/PMMA dapat dimanfaatkan sebagai lapisan luminescent solar concerntrators (LSC) transparan. Dalam penelitian ini perovskit MAPbBr 3 digunakan sebagai material fluorosensi dalam LSC dengan desain sandwitch (SD-TLSC) dimana perovskit MAPbBr 3 yang memiliki pendaran biru (B-MAPbBr 3) dan hijau (G-MAPbBr3) dikompositkan dengan PMMA dan dideposisikan ke bagian atas dan bawah dari subbstrat kaca. SD-TLSC menunjukkan efisiensi optik yang tinggi sebesar 5,75% dan mempertahankan nilai average visual transmission (AVT) yang tinggi sebesar 85,7%. Koordinat warna CIE 1931 (0,33, 0,36) dari SD-TLSC berdekatan dengan koordinat warna CIE 1931 AM 1.5G (0,32, 0,33) sebagai titik acuan. SD-TLSC berbasis material komposit perovskit MAPbBr 3/PMMA telah berhasil difabrikasi dan menghasilkan efisiensi dan transparansi yang tinggi. Hal ini membuka peluang besar untuk aplikasi nyata LSC pada jendela surya dalam aplikasi fotovoltaik yang terintegrasi bangunan. Kata kunci: perovskit halida, Luminescent solar concentrators (LSC), emisi, absorbansi, down converter LED. ii iii ABSTRACT FABRICATION OF PEROVSKIT HALIDE - POLYMERS COMPOSITE TO ENHANCE OPTO ELECTRONIC PROPERTIES IN LUMINESCENT SOLAR CONCENTRATOR APPLICATION By Ea Cahya Septia Mahen NIM: 30218003 (Doctoral Program in Physics) Organometal halide perovskites have been gaining tremendous attention for their potential application as optoelectronic devices, owing to their excellent optical and electronic properties. This dissertation research reports on the fabrication of methylamonium lead bromide/ polymethil metha acrilate (MAPbBr 3/ PMMA) composite film with bright green emission via a simple drop-casting method. It is found that when MAPbBr 3 was combined with PMMA, PL peak position and edge absorption spectra exhibit a redshift phenomenon. Comprehensive characterizations using x-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscope (TEM) suggested that this phenomenon possibly corresponded to the dielectric screening and strain of perovskite crystal induced by the presence of PMMA. Understanding this redshift phenomenon could be beneficial for developing high color purity optoelectronic devices. A potential application of the prepared film as a green down-converter is also demonstrated. Applying the MAPbBr 3/PMMA film on a UV LED has successfully generated green color at CIE color coordinate (0.21, 0.71), close to the green color standards, i.e., NTSC 1953 and Adobe RGB 98. This result suggests that MAPbBr 3 perovskite nanoplatelets/PMMA composite films have great potential for light-emitting device applications. Another application studied from perovskite/PMMA composites is in luminescent solar concentrators (LSC). MAPbBr 3 perovskite nanoparticles were used as fluorescent material in a sandwich design thin film luminescent solar concentrator (SD-TLSC). To fabricate transparent SD-TLSC, blue and green-emitting MAPbBr 3 perovskite nanoparticles were composed with PMMA to deposited on the top and bottom of the glass substrate through doctor blade techniques. The SD-TLSCs showed high optical efficiency of 5.75 % while keeping a high average visible transmission (AVT) of 85.7%. The CIE 1931 color coordinate (0.3338, 0.35647) of the SD-TLSC is closely related to the CIE 1931 color coordinates of incident AM 1.5G (0.32, 0.33) as a point of reference. The SD-TLSC-based MAPbBr 3 in high efficiency and high transparency opens the path for real applications of LSCs in the solar windows for building integrated photovoltaic (BIPV) applications. Keywords: perovskite halides, Luminescent solar concentrators (LSC), emissions, absorbance, LED down converters. iv v vi vii PEDOMAN PENGGUNAAN DISERTASI Disertasi Doktor yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada penulis dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin penulis dan harus disertai dengan kaidah ilmiah untuk menyebutkan sumbernya. Sitasi hasil penelitian Disertasi ini dapat di tulis dalam bahasa Indonesia sebagai berikut: Mahen, Ea Cahya Septia. (2022): Fabrikasi komposit perovskit halida - polimer untuk meningkatkan sifat optoelektronik dalam aplikasi luminescent solar concentrator, Disertasi Program Doktor, Institut Teknologi Bandung. dan dalam bahasa Inggris sebagai berikut: Mahen, Ea Cahya Septia. (2022): Fabrication of perovskit halide - polymers composite to enhance optoelectronic properties in luminescent solar concentrator application, Doctoral Dissertation, Institut Teknologi Bandung. Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh disertasi haruslah seizin Dekan Sekolah Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung. viii ix Dipersembahkan kepada Istri tercinta (Enden Suhila) dan anak-anak tersayang (Khaira Amira Mahen dan Muhammad Yasyfi Mushafa Mahen) Terimakasih telah ikut berjuang bersama dalam perjalanan ini. Dipersembahkan kepada orangtua dan mertua E. Lili Zazuli Mahen dan Nuraeniah Hj. Ade Siti Ruqoyah x xi KATA PENGANTAR Segala puji bagi Allah SWT, pencipta dan penguasa alam semesta, atas berkat pertolongan-Nya, penulis dapat menyelesaikan disertasi ini yang berjudul Fabrikasi komposit perovskit halida - polimer untuk meningkatkan sifat optoelektronik dalam aplikasi luminescent solar concentrator. Dalam proses penelitian dan penyusunan disertasi ini terdapat banyak tantangan yang harus dilalui oleh penulis. Namun, berkat dukungan moril dan material dari berbagai pihak, penulis dapat menyelesaikan disertasi ini. Oleh karena itu, Penulis mengucapkan terimakasih kepada: 1. Dr. Eng. Ferry Iskandar, sebagai ketua tim pembimbing yang senantiasa mendidik, mengarahkan, memfasilitasi dan menyemangati dan menginspirasi penulis dalam proses penelitian dan jenjang pendidikan ini. 2. Prof. Dr. Suprijadi, M.