SYARAT SEL SURYA DAPAT DITERIMA MASYARAKAT

Presentasi berjudul: "SYARAT SEL SURYA DAPAT DITERIMA MASYARAKAT"— Transcript presentasi:

1 SYARAT SEL SURYA DAPAT DITERIMA MASYARAKAT
Harga yang murah Efisiensi yang tinggi Umur pakai yang lama Tidak mengandung bahan berbahaya dan beracun seperti logam berat Untuk dapat digunakan di masyarakat ada beberapa persyaratan yaitu: Harganya harus murah, efisiensi yang tinggi, tahan lama dan sebaiknya tidak mengandung / menghasilkan bahan berbahaya dan beracun. Dari beberapa poin diatas, yang menjadi bottle neck dan paling krusial adalah masalah harga karena sebaik apapun sel surya akan sulit untuk digunakan secara massal jika harganya tidak dapat dijangkau

2 FAKTA TENTANG POLYMER SOLAR CELL
Keunggulan Dapat diproduksi dalam area coating yang luas dengan biaya yang sangat murah Si-wafer dengan ukuran (luas ~ cm2) dapat diproduksi dalam 1 tahun Mesin cetak biasa (offset printing press) dapat memproses area yang sama dalam 1-10 jam Fleksibel dan sangat ringan Kelemahan Efisiensi konversi energi masih rendah Polimernya mudah terdegradasi Polimer solar cell dapat menjawab tantangan ini sebagai sel surya dengan biaya produksi termurah karena polymer solar cell dapat diproduksi dengan metode screen printing sehingga efisiensi waktu

3 POLIMER KONDUKTIF DALAM POLYMER SOLAR CELLS
PPV (Poly (phenylene vinylene)) P3HT (Poly (3-hexylthiophene)) P3OT (Poly (3-octylthiophene)) P3DDT (Poly (3-dodecylthiophene)) Fotodegradasi Polimer solar cell dapat menjawab tantangan ini sebagai sel surya dengan biaya produksi termurah Sel surya berbasis PPV biasanya tidak dioperasikan lebih dari beberapa jam di udara (G. Dennler, Thin Solid Film, 2005)

4 Polymer data handbook, Oxford University Press Inc. (1999)
POLIANILIN (PANI) Stabilitas tertinggi terhadap udara dan kelembaban Bahan baku yang murah Tailor made conductivity Mudah berpindah dari bentuk konduktif ke bentuk nonkonduktif Banyak digunakan secara luas dalam organic electronic device seperti: LED, sensor, anti korosi, organic rechargeable batteries Polymer data handbook, Oxford University Press Inc. (1999)

5 TUJUAN PENELITIAN Karakterisasi potensi Polianilin sebagai
material aktif dalam Polymer Solar Cell Oleh karena itulah peneliti tertarik untuk membuat Polimer solar cell dengan material baru yaitu polianilin. Selama ini dari jurnal2 yang saya baca sebagian besar polimer solar cell menggunakan keluarga P3AT (seperti P3OT, P3HT dsb) sebagai donor elektron, padahal keluarga P3AT relatif tidak tahan terhadap oksidasi. Sedangkan Polianilin tahan terhadap oksidasi. Bahkan dari data handbook saya baca dengan jenis dopant yang tepat bisa tahan hingga 5 tahun. Selain itu kita bisa merekayasa (tailor made) sifat konduktifitasnya dengan memvariasikan jenis dopantnya

6 APA ITU POLYMER SOLAR CELLS??
cahaya Substrat TCO A + D Logam Polimer konduktif (PPV, PANi, dll) Material penerima elektron (CNT, fulleren, quantum dots) Dua buah elektroda: logam dan TCO Substrat Sebelumnya marilah kita mengenal terlebih dahulu apakah itu organic solar cells atau polymer solar cells. Kita dapat mengibaratkan polymer solar cells sebagai semangkuk mie bakso, dimana polimer konduktifnya diibaratkan sebagai mie dan material penerima elektron (dalam hal ini adalah fulleren) diibaratkan sebagai bakso. Jika kedua material ini diblend, kemudian disatu sisi diberi lapisan tipis transparent conductive oxide atau TCO dan disisi lain diberi lapisan tipis logam sebagai elektroda, mkamaka jadilah sebuah organic solar cells yang sederhana.

7 PRINSIP KERJA TRANSFER MUATAN PADA POLYMER SOLAR CELLS
LUMO (D) LUMO (A) e- Katoda Eg e- h+ hν h+ h+ Anoda Tingkatan energi HOMO-LUMO suatu material sangat menentukan dalam pemilihan material komposit untuk polimer solar cells. Tingkatan energi HOMO donor seharusnya lebih tinggi daripada HOMO akseptor. Sedangkan tingkatan energi LUMO akseptor harus lebih rendah daripada LUMO donor HOMO (D) HOMO (A) Steffi Sensfuss and Maher Al-Ibrahim, “Optoelectronic Properties of conjugated Polymer/Fullerene binary pairs with variety of LUMO level differences”

8 SYARAT MATERIAL POLYMER SOLAR CELL
Koefisien absorbsi: >105 cm-1 (LD – LA) >0,2 eV  ISC Eg sebaiknya ≤ 2,0 eV  untuk meningkatkan absorbsi cahaya (LA – HD)  Voc Mobilitas hole  ISC (EITO – HD)  ISC Steffi Sensfuss and Maher Al-Ibrahim, “Optoelectronic Properties of conjugated Polymer/Fullerene binary pairs with variety of LUMO level differences”

9 METODOLOGI PENELITIAN
Pembuatan PANI (D) Akseptor elektron (A) TCO on glass Blending Karakterisasi A + D Al A ISC, VOC, FF, η Secara garis besar

10 PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI POLIANILIN (PANI)
1,82 mL Anilin (20 mmol) + 50 mL larutan HCl Dibiarkan 1 jam Larutan Anilin HCl Amonium peroksidisulfat 25 mmol (5,71 gr) Larutan Amonium peroksidisulfat + 50 mL air suling Diaduk sebentar Dibiarkan selama 1 hari Disaring Endapan PANI

11 PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI PANi (lanjutan)
Dicuci dengan 100 mL HCl 0,2 M 3 kali Dicuci dengan aseton 3 kali Serbuk PANI HCl Dikeringkan (60°C) + amonium hidroksida Serbuk PANI EB Karakterisasi J. STEJSKAL and R. G. GILBERT Pure and Applied Chemistry 74, 857–867, 2002 IUPAC (MODIFIKASI)

12 HASIL FTIR PANI UNDOPED (EB)
500 1000 1500 2000 3000 4000 1/cm 50 75 100 %T 954.76 829.39 744.52 501.49 414.70 OB Regang C-N aromatik Regang C=N Regang N-H Ulur C-C aromatik Regang C-H Regang C=C cincin 1,4 disubtituted benzene Silverstein,”Spectrometric Identification of Organic Compound” (1991) M. Sairam and S. Palaniappan, Journal of Material Science 39 (2004)

13 PERBANDINGAN HASIL FTIR EB DAN ES
Emeraldine Base (EB) Emeraldine Salt (ES) 500 1000 1500 2000 3000 4000 1/cm 50 75 100 %T 954.76 829.39 744.52 501.49 414.70 OB Regang N-H 500 1000 1500 2000 3000 4000 1/cm 25 50 75 100 %T 879.54 804.32 705.95 596.00 505.35 420.48 Pani Es Ulur C-C aromatik Regang C-N aromatik Regang C=N Regang C=C cincin 1,4 disubtituted benzene Regang C-H

14 HASIL XRD Emeraldine salt Kwanghee Lee et al, “Nature 441 (2006)”

15 HASIL SEM Agregat granular

16 KONDUKTIFITAS Metoda terbaik : metoda Hall
PANI adalah polimer konduktif tipe -p Mass Action Laws

17 VARIASI KONSENTRASI DOPING

18 VARIASI KETEBALAN

19 EIS PANi-HCl 1M (TIPIS) DAN EB
Emeraldine Salt (ES) Emeraldine Base (EB)

20 PERBANDINGAN ES (HCL 1 M) DENGAN EB
ρ 1 = 78,79 mΩ.cm2 ρ2 = 31,11 Ω.cm2 σgrain = 1,27 S/cm σtot = 2,57 x 10-3 S/cm ρ1 = 6,55 Ω.cm2 ρ = 28,36 kΩ.cm2 σgrain = 1,53 x 10-2 S/cm σtot = 3,52 x 10-6 S/cm

21 PENGUKURAN UV-VIS 308 308 630

22 NILAI DAN JENIS BANDGAP PANI EB
Eg Eg

23 CYCLIC VOLTAMETRY (CV)
Pelarut : N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) Elektrolit pendukung : tetra-butil ammonium perklorat 0,1 M

24 CV ES DAN RHODAMIN B oks red red oks

25 DIAGRAM PITA ENERGI ELUMO = [-e (ERedonset vs Ag/AgCl - EFc/Fc+ vs Ag/AgCl)] – 4,8 eV EHOMO = [-e (Eoksonset vs Ag/AgCl - EFc/Fc+ vs Ag/AgCl)] – 4,8 eV LUMO HOMO ITO ES RHOD B Al -4.7 -4.041 -4.982 -4.3 -4.572 -3.683

26 PEMBENTUKAN p-n JUNCTION PADA SEMIKONDUKTOR

27 CV ES DAN ANTHRAQUINON

28 PENELITIAN SELANJUTNYA
Melakukan pengukuran UV-VIS untuk sampel ES hingga λ yang lebih besar

29 KESIMPULAN SEMENTARA PANi doping HCl berpotensi untuk digunakan sebagai material aktif didalam polymer solar cell Akseptor elektron yang dapat digunakan bersama dengan polianilin adalah Rhodamin B

30 Terima Kasih Atas perhatian hadirin sekalian, saya ucapkan terima kasih dan untuk sesi berikutnya saya serahkan kepada Pak Bunbun

31 POLIMER KONDUKTIF Karena adanya ikatan rangkap terkonjugasi / elektron phi yang terdelokalisasi Contoh : Poliasetilen, polimer turunan Thiophene (P3OT, PEDOT, P3AT, P3HT), polimer turunan phyrol, polianilin

32 CARA KERJA POLYMER SOLAR CELLS
Lalu bagaimana polymer solar cells dapat menghasilkan listrik??? Ketika polimer konduktif dengan ikatan rangkap terkonjugasi menyerap cahaya dengan energi yang cukup, elektronnya akan berpindah dari ground state ke exited state. Pasangan antara elektron dan hole yang ditinggalkannya disebut exciton. Yang jadi masalah adalah setelah terbentuk, exciton ini segera rekombinasi dan hal ini tidak ada gunanya. Untuk dapat menghasilkan listrik, exciton ini harus dipisahkan sebelum terjadinya rekombinasi. Inilah fungsi dari material penerima elektron seperti fulleren. Jadi elektron yang terksitasi akan segera ditangkap oleh fulleren dan disalurkan ke elektroda, melakukan kerja, baru terjadi rekombinasi. Proses inilah yang menghasilkan listrik

33 SPEKTRUM EMISI MATAHARI (AM 1,5)

34 ELECTROCHEMICAL IMPEDANCE SPECTROSCOPY (EIS)
Zi (Ω.cm2) Zr (Ω.cm2) Grain interior boundary electrode Metode yang sangat powerful dalam karakteristik material Menghindari penumpukan ion pembawa muatan di elektroda

35 MODEL-MODEL RC CIRCUIT

36 PEMBUATAN FTO ON GLASS Kaca + 97 mL Etanol Substrat kaca
2,19 gr SnCl2. 2 H2O + 97 mL Etanol Sonifikasi sebanyak 3 10 menit Larutan SnCl2 + 0,347 mL larutan HF 40% + 1 mL NH4OH pekat Substrat kaca Koloid SnCl2 doping F (Sn : F = 90 : 10) Dip coating Pemanasan 100° C @ 3 kali FTO on Glass Biswas, P.K Aquo-organic sol based F-doped SnO2 (Sn : F = 90 : 10) coatings on glass (modifikasi)

37 KONDUKTIFITAS FTO ON GLASS
ρ1 = 316,8 Ω cm2 ρ2 = 239,9 kΩ cm2 σtotal = 1,01 x 10-6 S/cm

38 KETIDAKSTABILAN POLYMER SOLAR CELLS DI UDARA
PPV + O2  teroksidasi Elektroda logam + O2  lapisan oksida Sayangnya polymer solar cells tidak tahan jika diekspos langsung di udara, biasanya hanya tahan beberapa jam di udara Suatu polimer dengan ikatan rangkap terkonjugasi akan sangat mudah diserang oleh oksigen pada gugus vinilnya yang merusak sistem terkonjugasinya. Dengan suasana yang lebih kuat polimer akan rusak karena gugus epoksi akan pecah membentuk gugus karbonil Selain itu elektroda logam yang digunakan biasanya logam reaktif seperti Al dan Ca. jika terekspos diudara, logam ini akan membentuk suatu lapisan tipis oksida yang dapat menjadi penghalang transfer muatan dipermukaan antara kontak logam dengan bagian organik. Oleh karena itulah melapisi device ini dengan lapisan pelindung merupakan suatu keharusan untuk meningkatkan daya tahan device