Perpustakaan Digital ITB

Indonesia memiliki potensi energi surya yang sangat besar karena berada di wilayah khatulistiwa dan menerima paparan sinar matahari sepanjang tahun. Potensi energi matahari di Indonesia diperkirakan mencapai 4,8 kWh/m²/hari dan jika dikonversikan setara dengan 112.000 GWp berdasarkan luas lahan yang tersedia. Pengembangan teknologi konversi energi surya menjadi salah satu langkah strategis untuk mendukung transisi energi berkelanjutan. Salah satu teknologi yang berkembang pesat adalah sel surya perovskite karena memiliki efisiensi tinggi, proses fabrikasi sederhana, serta biaya produksi yang relatif rendah. Pada sel surya perovskite konvensional, elektroda logam mulia seperti emas masih umum digunakan sebagai elektroda belakang, namun biaya yang tinggi dan proses fabrikasi yang kompleks menjadi tantangan dalam pengembangan perangkat skala besar. Penggunaan elektroda karbon pada sel surya perovskite tanpa hole transport layer (HTL-free PSC) menjadi alternatif yang menjanjikan karena karbon memiliki fungsi kerja yang sesuai dengan pita valensi perovskite serta biaya yang jauh lebih rendah. Akan tetapi, performa elektroda karbon sangat dipengaruhi oleh formulasi pasta karbon, khususnya terkait struktur, konduktivitas, serta kualitas antarmuka dengan lapisan perovskite. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh parameter formulasi pasta karbon berbasis PVDF terhadap karakteristik struktur dan sifat listrik elektroda karbon, serta mengevaluasi performa pasta karbon tersebut pada sel surya perovskite tanpa HTL dibandingkan dengan pasta karbon komersial. Variasi yang dikaji meliputi perlakuan termal pada carbon black, jenis pelarut PVDF, temperatur annealing pasta karbon, serta komposisi karbon dan PVDF. Elektroda karbon disintesis menggunakan campuran grafit dan carbon black dengan rasio 3:1 dan binder PVDF. Sel surya perovskite difabrikasi menggunakan substrat fluorine-doped tin oxide (FTO), lapisan electron transport layer (ETL) SnO?, serta lapisan aktif methylammonium lead iodide (MAPbI?). Berbeda dengan metode konvensional, elektroda karbon dibuat secara free-standing kemudian diaplikasikan ke atas lapisan perovskite melalui proses hot pressing. Karakterisasi dilakukan menggunakan Raman spectroscopy, Four-Point Probe (FPP), Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS), pengukuran arus-tegangan (I–V), serta External Quantum Efficiency (EQE). Hasil penelitian menunjukkan bahwa parameter formulasi pasta karbon berbasis PVDF memberikan pengaruh yang signifikan terhadap struktur dan sifat listrik elektroda karbon. Analisis Raman menunjukkan bahwa perlakuan termal, jenis pelarut, temperatur annealing, dan komposisi karbon memengaruhi tingkat keteraturan struktur karbon yang ditunjukkan oleh perubahan rasio intensitas pita D terhadap pita G (ID/IG). Perlakuan termal pada carbon black mampu meningkatkan kualitas struktur karbon yang ditandai dengan munculnya puncak 2D pada spektrum Raman serta penurunan hambatan lembar dari 15,1 ?/sq menjadi 2,7 ?/sq. Pada variasi pelarut, dimethylformamide (DMF) menghasilkan pasta karbon yang lebih homogen dibandingkan ethyl acetate, dengan nilai hambatan lembar lebih rendah sebesar 6 ?/sq serta nilai resistansi seri (Rs) dan resistansi transfer muatan (Rct) yang lebih kecil. Variasi temperatur annealing menunjukkan bahwa suhu 120°C menghasilkan struktur karbon paling teratur dengan nilai ID/IG terendah sebesar 0,73, sedangkan temperatur 80°C memberikan karakteristik transport muatan terbaik berdasarkan nilai Rct sebesar 86,3 ? dan konduktivitas sebesar 26,3 S/cm. Pada variasi komposisi karbon, peningkatan kandungan karbon meningkatkan konduktivitas listrik dan menurunkan hambatan lembar elektroda. Komposisi 90 wt% menghasilkan konduktivitas tertinggi sebesar 26,3 S/cm dengan hambatan lembar terendah sebesar 2,7 ?/sq, namun komposisi 85 wt% memberikan keseimbangan terbaik antara nilai Rs, Rct, konduktivitas, dan stabilitas transport muatan sehingga menjadi kondisi optimum untuk aplikasi elektroda karbon pada PSC. Pengujian performa perangkat menunjukkan bahwa sel surya perovskite tanpa HTL berbasis pasta karbon PVDF masih memiliki performa yang lebih rendah dibandingkan pasta karbon komersial. Variasi terbaik diperoleh pada komposisi karbon 85 wt% dengan nilai Voc sebesar 0,427 V, Jsc sebesar 11,223 mA/cm², fill factor (FF) sebesar 30,93%, dan efisiensi konversi daya (PCE) sebesar 1,48%. Hasil analisis EQE dan respon spektral menunjukkan tren yang sejalan dengan pengukuran I–V, di mana komposisi 85 wt% juga menghasilkan nilai EQE maksimum dan spectral response tertinggi, masing-masing sebesar 41,31% dan 0,186 A/W. Hasil ini menunjukkan bahwa komposisi tersebut memiliki kemampuan paling baik dalam proses penyerapan cahaya, pembentukan pembawa muatan, serta konversi energi cahaya menjadi arus listrik. Meskipun demikian, nilai PCE yang diperoleh masih relatif rendah. Hal ini diduga dipengaruhi oleh rekombinasi muatan, hambatan transport muatan, serta degradasi antarmuka antara elektroda karbon dan lapisan perovskite selama proses hot pressing pada temperatur 90°C di luar glovebox. Kondisi tersebut berpotensi menyebabkan degradasi termal dan paparan oksigen pada lapisan MAPbI?, sehingga meningkatkan trap-assisted recombination dan menurunkan kualitas ekstraksi muatan. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa optimasi komposisi pasta karbon dan parameter fabrikasi elektroda memegang peranan penting dalam meningkatkan kualitas transport muatan dan performa sel surya perovskite berbasis karbon berbiaya rendah.