Perpustakaan Digital ITB

Peningkatan kebutuhan manusia mengakibatkan konsumsi energi meningkat, sehingga sumber energi perlu ditingkatkan. Pada saat ini, sebagian besar sumber energi masih berasal dari energi tak terbarukan yang dapat habis serta tidak ramah lingkungan. Oleh karena itu, dibutuhkan peningkatan sumber energi terbarukan. Sel surya menjadi salah satu sumber energi terbarukan yang paling berkembang dan diharapkan mampu menggantikan sumber energi tak terbarukan sehingga upaya peningkatan efisiensi serta penekanan biaya terus dilakukan. Material perovskite halida seperti MAPbI3 merupakan salah satu material maju yang banyak dikembangkan sebagai aplikasi material optoelektronik, dikarenakan tingkat absorbansi yang tinggi serta nilai energi band gap yang sesuai untuk sel surya. Namun, penggunaan Pb berpotensi mencemari lingkungan serta adanya perubahan struktur dan sifat elektronik yang teramati pada kondisi atmosfer membuat perovskite ini belum mencapai tahap komersialisasi. Perovskite halida berbasis Sn menjadi material alternatif, dengan sifat elektronik yang cukup baik dan tingkat pencemaran yang rendah. Kendati demikian, oksidasi Sn2+ menjadi Sn4+ memunculkan masalah ketidakstabilan baru yang perlu diselesaikan. Oksidasi ini mengubah struktur serta sifat elektronik CsSnI3 dan menghambat penerapannya dalam sel surya. Dalam beberapa penelitian sebelumnya, diketahui bahwa penggunaan doping mampu meningkatkan stabilitas dari material perovskite. Dalam penelitian ini, dilakukan simulasi doping pada material perovskite CsSnI3 fase kubik untuk membuktikan kemampuan metode doping secara teoretis dalam meningkatkan kestabilan material CsSnI3. Material yang digunakan sebagai dopan adalah Ca dan Mn. Struktur perovskite CsSnI3 terlebih dahulu dioptimasi geometrinya menggunakan metode interpolasi sehingga diperoleh konstanta kisi sebesar 6,28 ?. Struktur ini kemudian diekspansi untuk dapat melakukan pemodelan vakansi serta doping. Vakansi Sn diketahui menjadi penyebab perubahan keadaan oksidasi dari Sn pada CsSnI3. Pada penelitian ini, kami menemukan bahwa muatan Bader Sn pada struktur bervakansi meningkat menjadi +0,934 yang menunjukkan keberadaan Sn4+. Selanjutnya dilakukan pemodelan doping untuk mengidentifikasi pengaruh doping dalam menghambat kemunculan Sn4+ dalam struktur perovskite. Konsentrasi dopan divariasikan sebesar 3,7% dan 7,4% untuk mengetahui konsentrasi dopan yang memberikan kestabilan paling tinggi. Berdasarkan analisis muatan Bader, diamati bahwa struktur terdoping masih mempertahankan keadaan Sn2+ dikarenakan nilai muatan bader Sn pada struktur tersebut masih di bawah nilai muatan bader Sn4+ dan Sn pada struktur vakansi. Dari perhitungan energi pembentukan, CsSnI3:Ca memiliki energi pembentukan yang negatif, yang menandakan bahwa struktur tersebut lebih mudah terbentuk. Sementara itu, CsSnI3:Mn memiliki energi pembentukan yang positif sehingga dapat dikatakan bahwa struktur tersebut lebih sulit terbentuk. Kemudian kami memodelkan vakansi Sn pada struktur terdopan seperti pada struktur murni. Kami menemukan bahwa energi pembentukan vakansi Sn pada CsSnI3:Ca dan CsSnI3:Mn cenderung lebih rendah dibandingkan pada struktur murni. Namun pada dopan Ca dengan konsentrasi 7,4% diperoleh energi pembentukan vakansi Sn yang positif yang menandakan bahwa vakansi Sn cenderung terhambat pada struktur ini. Dari analisis DOS dan struktur pita, diperoleh peningkatan energi band gap pada CsSnI3:Ca. Sementara itu, pada CsSnI3:Mn muncul keadaan di dekat energi Fermi yang berasal dari orbital Mn 3d. Keadaan ini menjadi pita konduksi minimum dari CsSnI3:Mn. Dari perhitungan band gap pada struktur pita, diperoleh peningkatan energi band gap pada CsSnI3:Mn, dengan nilai band gap tertinggi pada pemberian 3,7% Mn. Data energi band gap ini kemudian digunakan untuk mengestimasi efisiensi sel surya dari setiap variasi struktur dan diperoleh efisiensi tertinggi dicapai oleh CsSnI3:Ca dengan konsentrasi Ca sebesar 7,4%. Berdasarkan hasil yang telah diperoleh, CsSnI3:Ca dengan konsentrasi 7,4% memberikan peningkatan kestabilan yang lebih baik. Hal ini didukung oleh energi pembentukan struktur yang rendah dengan energi pembentukan vakansi Sn yang lebih tinggi dibandingkan pada struktur murni. Kemudian dari perhitungan efisiensi sel surya, diperoleh bahwa CsSnI3:Ca dengan konsentrasi 7,4% menghasilkan efisiensi sel surya tertinggi sehingga dengan meninjau performa dan stabilitas, penggunaan dopan Ca dengan konsentrasi 7,4% dapat menjadi solusi untuk memperoleh CsSnI3 yang stabil dan memiliki performa baik.