Transcript SYARAT SEL SURYA DAPAT DITERIMA MASYARAKAT

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
FAKTA TENTANG
POLYMER SOLAR CELL
 Keunggulan
 Dapat diproduksi dalam area coating yang luas dengan
biaya yang sangat murah
2
 Si-wafer dengan ukuran (luas ~88.000 cm ) 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 KONDUKTIF DALAM
POLYMER SOLAR CELLS
PPV (Poly (phenylene vinylene))
P3HT (Poly (3-hexylthiophene))
Fotodegradasi
P3OT (Poly (3-octylthiophene))
P3DDT (Poly (3-dodecylthiophene))
Sel surya berbasis PPV biasanya tidak dioperasikan
lebih dari beberapa jam di udara
(G. Dennler, Thin Solid Film, 2005)
POLIANILIN (PANI)
H
N
*
N
n
m
N
H
*
N
 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)
TUJUAN PENELITIAN
Karakterisasi potensi Polianilin sebagai
material aktif dalam Polymer Solar Cell
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
PRINSIP KERJA TRANSFER MUATAN
PADA POLYMER SOLAR CELLS
e-
LUMO (D)
LUMO (A)
e-
e-
Eg
h+
Anoda
h+
h+
Katoda
hν
HOMO (D)
HOMO (A)
Steffi Sensfuss and Maher Al-Ibrahim,
“Optoelectronic Properties of conjugated Polymer/Fullerene binary pairs
with variety of LUMO level differences”
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”
METODOLOGI PENELITIAN
Pembuatan
TCO on glass
Pembuatan
PANI (D)
Karakterisasi
Pembuatan
Akseptor elektron (A)
Karakterisasi
Blending
Al
A
A+D
TCO on glass
Karakterisasi
ISC, VOC, FF, η
Karakterisasi
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI
POLIANILIN (PANI)
1,82 mL Anilin
Amonium peroksidisulfat
(20 mmol)
25 mmol (5,71 gr)
+ 50 mL larutan HCl
+ 50 mL air suling
Dibiarkan 1 jam
Dibiarkan 1 jam
Larutan Amonium
peroksidisulfat
Larutan Anilin HCl
Diaduk sebentar
Dibiarkan selama 1 hari
Disaring
Endapan PANI
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)
HASIL FTIR PANI UNDOPED (EB)
100
4000
N
3000
2000
*
501.49
829.39
1238.30
1163.08
1303.88
n
m
N
H
OB
N
1,4 disubtituted
benzene
1496.76
H
N
*
Regang
C=C cincin
1589.34
2358.94
Regang
C-H
50
Ulur C-C
aromatik
1379.10
Regang
C=N
3034.03
Regang N-H
1008.77
75
744.52
954.76
%T
414.70
Regang
C-N aromatik
1500
1000
500
1/cm
Silverstein,”Spectrometric Identification
M. Sairam and S. Palaniappan,
of Organic Compound” (1991)
Journal of Material Science 39 (2004)
PERBANDINGAN HASIL FTIR
EB DAN ES
1163.08
N
OB
4000
3000
2000
*
1303.88
n
m
N
H
1500
505.35
1244.09
1303.88
1568.13
Regang
C-H
H
N
*
500
1/cm
4000
Pani Es
Cl
H
N
+
Cl
N
H
N
H
0
1000
1139.93
25
1496.76
N
1589.34
2358.94
H
N
1473.62
Regang
C=C cincin
829.39
1238.30
50
50
*
1982.82
501.49
1379.10
Regang
C=N
3034.03
744.52
954.76
1008.77
75
Regang
C-N aromatik
75
804.32
414.70
%T
%T
879.54
Ulur C-C
aromatik
100
705.95
Regang N-H
100
420.48
Emeraldine Salt (ES)
596.00
Emeraldine Base (EB)
3000
2000
+
n
1,4 disubtituted
benzene
*
1500
1000
500
1/cm
HASIL XRD
Emeraldine salt
Kwanghee Lee et al,
“Nature 441 (2006)”
HASIL SEM
Agregat granular
KONDUKTIFITAS
 Metoda terbaik : metoda Hall
 PANI adalah polimer konduktif tipe -p
 Mass Action Laws
s = n.e.me + n.e.mh
VARIASI KONSENTRASI DOPING
EIS PANI variasi konsentrasi doping
70
Zi (ohm.cm2)
60
50
HCl 1 M
40
HCl 0.5 M
30
HCl 0.1 M
20
10
0
0
50
100
150
Zr (ohm.cm2)
200
250
VARIASI KETEBALAN
EIS dengan variasi pembuatan pelet
60
Zi (ohm.cm2)
50
40
tebal
30
tipis
20
10
0
0
50
100
Zr (ohm.cm2)
150
200
EIS PANi-HCl 1M (TIPIS) DAN EB
Emeraldine Salt (ES)
Emeraldine Base (EB)
PERBANDINGAN ES (HCL 1 M)
DENGAN EB
ES HCL 1M
ρ 1 = 78,79 mΩ.cm2
ρ2 = 31,11 Ω.cm2
σgrain = 1,27 S/cm
σtot = 2,57 x 10-3 S/cm
1 l
s =
RA
EB
ρ1 = 6,55 Ω.cm2
ρ 2 = 28,36 kΩ.cm2
σgrain = 1,53 x 10-2 S/cm
σtot = 3,52 x 10-6 S/cm
PENGUKURAN UV-VIS
UV VIS EB
UV VIS ES
0.5000
0.3000
308
0.4500
0.2500
0.4000
0.3500
Abs
Abs
0.2000
630
0.3000
308
0.2500
0.2000
0.1500
0.1000
0.1500
0.0500
0.1000
0.0500
0.0000
275
325
375
425
475
525 575
λ (nm )
625
675
725
775
0.0000
275 325 375 425 475 525 575 625 675 725 775
λ (nm )
-1/2
-1/2
10
8
-13
1200
(10 M cm )
10
1400
1/2
-2
1600
1000
800
600
400
200
1,53 eV
0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
E (eV)
Eg
4.0
4.5
(Koefisien absorpsi molar)
-2
1800
2
(Koefisien absorpsi molar) (10 M cm )
NILAI DAN JENIS BANDGAP PANI EB
6
4
2
0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
E (eV)
Eg
4.0
4.5
CYCLIC VOLTAMETRY (CV)
 Pelarut : N-methyl-2-pyrrolidone (NMP)
 Elektrolit pendukung : tetra-butil ammonium perklorat 0,1 M
-6
1.0x10
-6
8.0x10
-7
6.0x10
-7
4.0x10
-7
2.0x10
-7
I (A)
1.2x10
FERROCENE (NMP)
0.0
-2.0x10
-7
-4.0x10
-7
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
0.55
Evs Ag/AgCl(V)
0.60
0.65
0.70
0.75
CV ES DAN RHODAMIN B
2.0x10
-6
1.0x10
-6
Emeraldine Salt (NMP)
-6
3.0x10
Rhodamin B (NMP)
-6
2.0x10
-6
1.0x10
I (A)
-1.0x10
I (A)
0.0
-6
0.0
oks
-6
-1.0x10
-2.0x10
-6
-6
-2.0x10
-3.0x10
-6
-4.0x10
-6
-5.0x10
-6
-6
-3.0x10
red
red
-6
-4.0x10
-6
-5.0x10
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
Evs Ag/AgCl (V)
Evs Ag/AgCl (V)
ES (NMP)
-7
6.0x10
-7
5.0x10
COOH
-7
4.0x10
-7
3.0x10
-7
I (A)
2.0x10
-7
1.0x10
0.0
oks
-7
-1.0x10
-7
-2.0x10
-7
-3.0x10
-0.1
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
EAg/AgCl(V)
0.5
0.6
0.7
0.8
N
O
N
1.5
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
-0.5
-1.5
Energi (eV)
LUMO
-2.5
-3.5
-3.683
-4.5
-4.572
-4.7
-5.5
-6.5
-4.041
-4.3
-4.982
HOMO
ITO
ES
RHOD B
Al
PEMBENTUKAN p-n JUNCTION
PADA SEMIKONDUKTOR
CV ES DAN ANTHRAQUINON
2.0x10
-6
1.0x10
-6
Emeraldine Salt (NMP)
0.0
-2.0x10
-7
-4.0x10
-7
-6.0x10
-7
-8.0x10
-7
-1.0x10
-6
-1.2x10
-6
-1.4x10
-6
-1.6x10
-6
-6
-2.0x10
-6
-3.0x10
-6
-4.0x10
-6
-5.0x10
-6
I (A)
I (A)
-1.0x10
ANTRAQUINON (NMP)
0.0
-1.0
-0.5
0.0
Evs Ag/AgCl (V)
0.5
1.0
-0.85
-0.80
-0.75
-0.70
-0.65
EAg/AgCl(V)
-0.60
-0.55
-0.50
PENELITIAN SELANJUTNYA
 Melakukan pengukuran UV-VIS untuk sampel
ES hingga λ yang lebih besar
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
POLIMER KONDUKTIF
 Karena adanya ikatan rangkap terkonjugasi /
elektron phi yang terdelokalisasi
 Contoh : Poliasetilen, polimer turunan
Thiophene (P3OT, PEDOT, P3AT, P3HT),
polimer turunan phyrol, polianilin
CARA KERJA POLYMER SOLAR
CELLS
SPEKTRUM EMISI MATAHARI
(AM 1,5)
ELECTROCHEMICAL IMPEDANCE
SPECTROSCOPY (EIS)
 Metode yang sangat
powerful dalam
karakteristik material
 Menghindari
penumpukan ion
pembawa muatan di
elektroda
Grain
Grain electrode
Zi (Ω.cm2) interior boundary
Zr (Ω.cm2)
MODEL-MODEL RC CIRCUIT
PEMBUATAN FTO ON GLASS
Kaca
2,19 gr SnCl2. 2 H2O
+ 97 mL Etanol
Sonifikasi sebanyak
3 kali @ 10 menit
Substrat kaca
Dip coating
Pemanasan 100° C
@ 3 kali
Larutan SnCl2
+ 0,347 mL larutan HF 40%
+ 1 mL NH4OH pekat
Koloid SnCl2 doping F
(Sn : F = 90 : 10)
FTO on Glass
Biswas, P.K
Aquo-organic sol based F-doped SnO2 (Sn : F = 90 : 10) coatings on glass
KONDUKTIFITAS FTO ON GLASS
1 l
s =
RA
 ρ1
= 316,8 Ω cm2
 ρ2
= 239,9 kΩ cm2
 σtotal = 1,01 x 10-6 S/cm
KETIDAKSTABILAN POLYMER
SOLAR CELLS DI UDARA
 PPV + O2  teroksidasi
 Elektroda logam + O2  lapisan oksida