Perpustakaan Digital ITB

CZTS (Cu2ZnSnS4) adalah salah satu material sel surya lapisan tipis yang ramah lingkungan dan tersedia melimpah di alam. Sayangnya, perkembangan performa konversi energi sel surya CZTS terhambat di nilai 12,6% sejak tahun 2014 walaupun memiliki efisiensi teoretis sebesar 28%. Sebagian besar penyebab rendahnya efisiensi sel surya CZTS adalah defisiensi Voc. Pembentukan ketidakteraturan Cu-Zn pada bulk CZTS yang disinyalir akibat adanya band tailing merupakan salah satu kontributor utama permasalahan defisiensi ini. Beberapa studi sebelumnya telah melaporkan bahwa penggunaan doping isovalen yang memiliki perbedaan radius ionik dengan kation Cu dan Zn dapat meningkatkan Voc melalui penekanan pembentukan ketidakteraturan Cu-Zn. Pada penelitian ini, dilakukan kalkulasi berbasis teori fungsional kerapatan terhadap delapan dopant isovalen (Ag, Li, Na, K, Cd, Be, Mg, dan Ca) dengan berbagai variasi ukuran. Seleksi kandidat dopant terbaik dipilih berdasarkan potensinya untuk menekan pembentukan ketidakteraturan Cu-Zn. Perhitungan diimplementasikan pada perangkat lunak Vienna Ab-Initio Simulation Package (VASP) melalui fungsional GGA (Generalized Gradient Approximation) untuk optimisasi geometri sistem dan GGA dengan koreksi parameter U untuk memperoleh struktur elektronik. Konfigurasi sistem yang digunakan adalah sistem CZTS murni, CZTS dengan cacat Cu-Zn, dan CZTS dengan doping substitusional maupun interstisial. Seluruh dopant menunjukkan kestabilan secara termodinamika di situs substitusional. Ag, Li, Na, dan Be menghasilkan energi pembentukan cacat Cu-Zn yang tinggi dibandingkan kandidat lainnya, di mana Ag adalah yang paling tinggi. Keempat dopant ini mengindikasikan karakteristik tail states yang berbeda-beda. Doping isovalen golongan IA mampu mencegah pembentukan band tail pada daerah VBM sehingga meningkatkan nilai sela pita yang turun akibat keberadaan cacat Cu-Zn. Selain itu, hasil analisis muatan Bader menunjukkan bahwa Li dan Be diprediksi dapat menambah konsentrasi pembawa muatan. Oleh karena itu, Li dipilih sebagai kandidat dopant terbaik yang berpotensi mengatasi defisiensi Voc pada sel surya CZTS.