Pengaruh Penambahan Material Spiro-TAD dan Spiro-TPD Sebagai Hole Transport Material Pada Karakteristik DSSC

JIIF (Jurnal Ilmu dan Inovasi Fisika) Vol. 04, No. 01 (2020) 79 – 85 © Departemen Fisika FMIPA Universitas Padjadjaran PENGARUH PENAMBAHAN MATERIAL SPIRO-TAD DAN SPIRO-TPD SEBAGAI HOLE TRANSPORT MATERIAL PADA KARAKTERISTIK DSSC LUSI SAFRIANI *, WINNA PRASITA PRIMAWATI, EUIS SITI NURAZIZAH, CUKUP MULYANA, ANNISA APRILIA Departemen Fisika Fakultas MIPA Universitas Padjadjaran, Jl. Raya Bandung-Sumedang Km 21, Jatinangor 45363 * email: Abstrak. Dye sensitized solar cells atau DSSC merupakan sel surya yang sedang dikembangkan karena memiliki beberapa kelebihan yaitu biaya fabrikasi yang murah, proses fabrikasi sederhana dan dapat dioperasikan pada intensitas cahaya yang rendah. Akan tetapi, efisiensi DSSC masih jauh lebih rendah dibandingkan sel surya berbasis silikon. Salah satu upaya untuk meningkatkan efisiensi DSSC adalah dengan menambahkan lapisan Hole Transport Material (HTM) untuk membantu proses difusi dan transport muatan sehingga didapatkan efisiensi yang lebih baik. Material spiro merupakan material yang memiliki stabilitas yang baik sehingga cocok untuk dijadikan sebagai HTM pada divais sel surya. Dua di antara contoh material spiro adalah SpiroTAD dan Spiro-TPD. Keduanya memiliki nilai mobilitas hole yang cukup baik. Dalam penelitian ini, DSSC dengan struktur FTO/TiO2/dye-Ru/HTM/mosalyte/Pt/FTO telah berhasil difabrikasi. Selain itu dilakukan pula proses pemanasan sebelum proses perendaman dye-Ru dilakukan dengan tujuan menghilangkan molekul oksigen yang terperangkap pada lapisan mesopori TiO2. Hasil pengukuran rapat arus dan tegangan (JV) menunjukkan bahwa Power Conversion Efficiency (PCE) tertinggi didapatkan dari DSSC dengan HTM Spiro-TPD yaitu sebesar 2,94%. Kata kunci: DSSC, HTM, Spiro-TAD, Spiro TPD, PCE Abstract. Dye sensitized solar cells or DSSC are solar cells that are being developed because they have several advantages. It has a low-cost fabrication, simple fabrication processes and can be operated at low light intensity. However, DSSC efficiency is still far lower than silicon-based solar cells. An effort to improve DSSC efficiency is to add a Hole Transport Material (HTM) layer to facilitate the diffusion and transport of charges, so that better efficiency could be obtained. Spiro material is a material that has good stability and it is suitable to be used as HTM in solar cell devices. Two of the examples of spiro-material are Spiro-TAD and Spiro-TPD which have good hole mobility value. In this study, DSSC with the structure of FTO/TiO2/dye-Ru/HTM/mosalyte/Pt/FTO has been successfully fabricated. Moreover, the heating process that was done before the dyeRu immersion process was carried out to remove oxygen molecules trapped in the mesoporous layer of TiO2. The measurement results of current density and voltage (J-V) shows that the highest Power Conversion Efficiency (PCE) at 2.94% is obtained from DSSC with HTM Spiro-TPD. Keywords: DSSC, HTM, Spiro-TAD, Spiro TPD, PCE 1. Pendahuluan Akhir-akhir ini kebutuhan energi bertambah secara signifikan yang mengakibatkan berbagai masalah khususnya yang berkaitan dengan ketersediaan energi. Sumber energi konvensional yang berasal dari fosil seperti minyak bumi, gas bumi dan _____________________________________________ JIIF (Jurnal Ilmu dan Inovasi Fisika), ISSN: 2549-0516 79 80 Lusi Safriani dkk batubara akan semakin berkurang sehingga diperlukan sumber energi baru yang kemudian dikenal sebagai energi baru dan terbarukan (renewable energy). Dari berbagai sumber energi baru dan terbarukan seperti angin, biomassa ataupun hydropower, penggunaan energi yang berasal dari matahari merupakan alternatif sumber energi yang paling potensial. Hal ini disebabkan karena Indonesia mempunyai potensi energi matahari yang cukup besar. Sel surya merupakan perangkat yang dapat mengkonversi energi matahari menjadi energi listrik. Sel surya menjadi salah satu sumber energi terbarukan yang dapat memecahkan masalah ketersediaan energi [1]. Sel surya memiliki berbagai jenis dan salah satu sel surya yang telah tersedia secara komersil adalah sel surya berbasis teknologi silicon [2]. Namun, harga produksi yang mahal dibanding sumber energi fosil dan efisiensi yang rendah menyebabkan sel surya sulit menjadi sumber energi utama menggantikan sumber energi fosil. Untuk mengatasi masalah tersebut dibutuhkan material baru dengan harga yang murah, proses fabrikasi yang mudah, namun dapat menghasilkan efisiensi sel surya yang lebih baik. Salah satu jenis sel surya yang menarik banyak perhatian adalah sel surya yang dikembangkan oleh Grätzel [3]. Sel surya ini sering juga disebut dengan sel Grätzel atau Dye Sensitized Solar Cells (DSSC) yaitu sel surya tersensitisasi dye. Prinsip kerja DSSC berbeda dengan sel surya konvensional/sel surya berbasis teknologi silicon (inorganic solar cell). Prinsip kerja DSSC berdasarkan proses fotosintesis. Sama halnya dengan peran klorofil pada tumbuhan, molekul dye (sensitizers) mengabsorb cahaya sehingga menghasilkan muatan positif dan negatif [4]. DSSC adalah salah satu kandidat potensial sel surya generasi yang akan datang, hal ini disebabkan tidak diperlukannya material yang punya kemurnian tinggi sehingga biaya produksi yang diperlukan juga relatif rendah. Meskipun murah, sistem ini mampu menghasilkan efisiensi konversi sinar menjadi listrik sekitar 11,1%, tingkat efisiensi yang tidak mudah untuk dicapai sejak konsep ini pertama kali dicetuskan awal tahun 1970 [5]. Meskipun efisiensinya cukup tinggi, pengembangan sel surya ini masih memiliki kelemahan yaitu pada kestabilan sistem. Efisiensi dan kestabilan DSSC dipengaruhi oleh ketiga komponen penyusunnya yaitu (i) lapisan tipis semikonduktor TiO2 dan material dye yang pada umumnya digunakan kompleks ruthenium (II) sebagai sensitizer, (ii) elektroda lawan Pt dan (iii) larutan elektrolit yang merupakan pasangan redoks. Fotodegradasi sensitizer dan penguapan larutan elektrolit cair merupakan penyebab utama terhadap rendahnya kestabilan DSSC [6]. Keberadaan larutan elektrolit cair juga membuat proses pembuatan sel surya ini menjadi sulit. Untuk mengatasi masalah kestabilan dan kesulitan fabrikasi DSSC dengan elektrolit cair, beberapa peneliti menggunakan elektrolit dari material padat [7]. Hal ini dilakukan dengan memodifikasi struktur DSSC melalui penambahan lapisan yang selain berfungsi sebagai lapisan pembawa elektron (Electron Transport Material/ETM) maupun lapisan pembawa hole (Hole Transport Material/HTM) juga berfungsi sebagai media untuk terjadinya proses pasangan reduksi-oksidasi (redoks). HTM merupakan material yang membantu proses difusi muatan positif/hole sehingga mempermudah proses transport hole dan sekaligus mencegah terjadinya proses rekombinasi elektron-hole pada lapisan dye. Material spiro merupakan material yang memiliki stabilitas yang baik sehingga cocok untuk dijadikan HTM pada DSSC [8]. Dua di antara contoh material spiro adalah Spiro-TAD (2,2’,7,7’tetrakis-(diphenylamino)-9,9’-spirobifluorene) dan Spiro-TPD (N,N’- Bis- (...truncated)