Perpustakaan Digital ITB

Energi matahari merupakan sumber energi alternatif yang dapat menjawab permasalahan energi di masa yang akan datang. Sel surya sebagai perangkat yang dapat mengubah energi matahari menjadi energi listrik tanpa menimbulkan polusi bagi lingkungan perlu terus dikembangkan sehingga dapat menjadi sumber energi yang dapat memenuhi kebutuhan manusia sekaligus sebagai pengganti sumber energi fosil yang sangat terbatas keseterdiaannya di masa yang akan datang. Untuk dapat memenuhi kebutuhan energi manusia diperlukan sel surya yang diproduksi dengan menggunakan material yang harganya murah, proses produksi yang mudah dan menghasilkan tingkat efisiensi yang cukup tinggi. Sel surya organik muncul sebagai generasi ketiga setelah sel surya silikon bulk dan sel surya lapisan tipis anorganik. Sel surya ini dikembangkan untuk dapat menjawab permasalahan yang ditinggalkan oleh sel surya generasi pertama dan kedua yaitu berupa mahalnya harga sel surya disebabkan oleh rumitnya teknologi untuk memproduksi sel surya tersebut ditambah dengan tingginya harga material yang digunakan walaupun efisiensi yang dihasilkan relatif cukup tinggi. Sel surya organik yang paling banyak dikembangkan adalah Dye-Sensitized Solar Cell (DSSC) yaitu sel surya yang menggunakan dye (pewarna) sebagai material penyerap foton. Secara umum struktur sel surya ini terdiri dari lapisan elektroda depan berupa ITO atau FTO, lapisan transpor elektron berupa TiO2, lapisan penyerap foton berupa dye, lapisan transpor hole berupa elektrolit cair yang mengandung Iodine/Iodide dan platina sebagai counter elektroda. Sel surya ini telah dapat diproduksi dengan menggunakan teknologi yang jauh lebih sederhana dan material yang relatif lebih murah dibandingkan sel surya generasi pertama dan kedua. Akan tetapi efisiensi yang dihasilkan masih kecil dan belum dapat menyamai sel surya generasi pertama dan kedua. Kecilnya efisiensi yang dihasilkan belum sebanding dengan harga material yang digunakan untuk setiap lapisan struktur sel surya tersebut walaupun masih jauh lebih murah dibandingkan dengan sel surya generasi pertama dan kedua. Pengembangan sel surya organik yang menggunakan material yang harganya murah untuk semua lapisan struktur sel surya tersebut sangat diperlukan agar dapat menghasilkan sel surya organik yang murah dengan efisiensi yang cukup baik. Penelitian ini bertujuan untuk menjawab tantangan yang ada dalam pengembangan sel surya organik, yaitu dengan menggunakan material yang murah untuk setiap lapisan strukturnya dan metode pembuatan yang lebih sederhana. Untuk lapisan elektroda depan masih tetap digunakan FTO. Sebagai lapisan transpor elektron yang biasanya menggunakan TiO2 Degusa yang harganya mahal akan digantikan dengan partikel logam tembaga yang akan dideposisikan di ruang kosong material penyerap foton dengan metode elektroplating. Keberadaan jembatan logam berfungsi sebagai electron¬-trapping mencegah elektron kembali berekombinasi dengan hole. Lapisan penyerap foton yang umumnya menggunakan dye sintetis yang mengandung bipyridine ruthenium complexes seperti N719 akan digantikan dengan komposit grafit/TiO2 teknis yang harganya murah. Material grafit yang memiliki bandgap yang kecil bertugas menyerap spektrum cahaya matahari yang energinya kecil sehingga diharapkan akan menghasilkan arus Isc yang besar, sedangkan TiO2 yang memiliki bandgap besar diharapkan menghasilkan tegangan Voc yang besar. Isc dan Voc yang tinggi akan berpengaruh besar terhadap efisiensi sel surya. Deposisi lapisan penyerap foton (Cu/grafit/TiO2) lebih dari satu lapisan dilakukan juga untuk meningkatkan intensitas penyerapan foton yang dapat berefek pada kenaikan arus sekaligus efisiensi sel surya. Sebagai pengganti Iodine/Iodide yang harganya mahal akan digunakan polimer elektrolit PVA.LiOH. Counter elektroda yang umumnya menggunakan platina akan digantikan dengan alumunium yang harganya murah. Dengan struktur lapisan penyerap foton Cu/grafit/TiO2 telah dihasikan efisiensi sebesar 0.12% dengan arus sebesar 85 ?A. Penggunaan lapisan Cu/grafit/TiO2 lebih dari satu lapisan telah menghasilkan efisiensi 1,09% dengan arus sebesar 450 ?A dan jumlah lapisan dua. Kenaikan efisiensi disebabkan oleh semakin lebarnya jangkauan serapan cahaya dari ultraviolet masuk ke area cahaya tampak serta naiknya intensitas penyerapan foton dengan naiknya jumlah lapisan penyerap foton. Selain itu, juga digunakan mekanisme hole-scavenging (penangkapan hole) dengan menempatkan material ionik di ruang kosong antar partikel material penyerap foton yang berfungsi untuk menangkap hole yang tercipta di bagian dalam ruang material penyerap foton. Penempatan material ionik dilakukan dengan menggunakan air mineral ketika proses dispersi. Mineral diharapkan mengendap ketika proses pemanasan film anoda. Mekanisme ini dapat mengurangi proses rekombinasi elektron-hole jauh lebih signifikan dari mekanisme electron-trapping. Optimalisasi kandungan LiOH dalam PVA.LiOH juga dilakukan dengan tujuan untuk meningkatkan konduktifitas polimer elektrolit sehingga dapat mengurangi berekombinasinya elektron dengan hole. Hal ini dapat dilihat dari naiknya nilai fill-factor sekaligus efisiensi sel surya. Dengan struktur ini telah dihasilkan efisiensi tertinggi sebesar 6.97% dengan fill-factor 0,48 menggunakan grafit sebagai material penyerap foton yang disisipi material ionik dan kandungan LiOH optimal dalam PVA.LiOH sebesar 17%. Penggunaan komposit TiO2/grafit sebagai material penyerap foton dengan variasi kandungan TiO2 terhadap grafit juga dilakukan dengan tujuan untuk meningkatkan nilai Voc sekaligus fill-factor dan efisiensi sel surya ini. Dengan struktur ini telah dihasilkan efisiensi tertinggi sebesar 9.77% dengan Voc 1,37 V dan fill-factor 0,56 menggunakan kandungan TiO2 20% terhadap grafit. Penggunaan material murah dan metode fabrikasi yang sederhana pada seluruh lapisan struktur sel surya diprediksi akan menghasilkan sel surya yang murah tetapi memiliki efisiensi yang cukup baik sehingga dapat mempermudah proses fabrikasi masal ke depannya.