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 Si-wafer dengan ukuran (luas ~88.000 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 KONDUKTIF DALAM POLYMER SOLAR CELLS

PPV (Poly (phenylene vinylene))

P3HT (Poly (3-hexylthiophene))

P3OT (Poly (3-octylthiophene))

P3DDT (Poly (3-dodecylthiophene))

Fotodegradasi

Sel surya berbasis PPV biasanya tidak dioperasikan lebih dari beberapa jam di udara

(G. Dennler, Thin Solid Film, 2005)

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)

N*

N

NH

*m

NH

n

TUJUAN PENELITIAN

Karakterisasi potensi Polianilin sebagai

material aktif dalam Polymer Solar Cell

APA ITU POLYMER SOLAR CELLS??

Polimer konduktif (PPV, PANi, dll) Material penerima elektron (CNT, fulleren, quantum

dots) Dua buah elektroda: logam dan TCO Substrat

Substrat

TCO

A + D

Logam

cahaya

PRINSIP KERJA TRANSFER MUATAN PADA POLYMER SOLAR CELLS

h+h+

e-

e-

e-

h+

LUMO (D)

LUMO (A)

HOMO (D)

HOMO (A)

Eg

hνAnoda

Katoda

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 PANI (D)

Pembuatan Akseptor elektron (A)

PembuatanTCO on glass

Blending

Karakterisasi Karakterisasi Karakterisasi

TCO on glass

A + D

Al

A

Karakterisasi ISC, VOC, FF, η

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI POLIANILIN (PANI)

1,82 mL Anilin(20 mmol)

+ 50 mL larutan HClDibiarkan 1 jam

Larutan Anilin HCl

Amonium peroksidisulfat 25 mmol (5,71 gr)

Larutan Amonium peroksidisulfat

+ 50 mL air sulingDibiarkan 1 jam

Diaduk sebentarDibiarkan selama 1 hariDisaring

Endapan PANI

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI PANi (lanjutan)

Dicuci dengan 100 mL HCl 0,2 M 3 kaliDicuci dengan aseton 3 kali

Serbuk PANI HCl

Dikeringkan (60°C)+ amonium hidroksida

Serbuk PANI EB

Karakterisasi

J. STEJSKAL and R. G. GILBERTPure and Applied Chemistry 74, 857–867, 2002 IUPAC (MODIFIKASI)

HASIL FTIR PANI UNDOPED (EB)

500100015002000300040001/cm

50

75

100

%T

303

4.0

3

235

8.9

4

158

9.3

4

149

6.7

6

137

9.1

0

130

3.8

8

123

8.3

0

116

3.0

8

100

8.7

7

954

.76

829

.39

744

.52

501

.49

414

.70

OB

Regang N-H

1,4 disubtituted benzene

Regang C=C cincin

Regang C-N aromatik

Regang C=N

Regang C-H

Ulur C-C aromatik

M. Sairam and S. Palaniappan, Journal of Material Science 39 (2004)

Silverstein,”Spectrometric Identification of Organic Compound” (1991)

N*

N

NH

*m

NH

n

PERBANDINGAN HASIL FTIR EB DAN ES

500100015002000300040001/cm

0

25

50

75

100

%T

198

2.8

2

156

8.1

3

147

3.6

2

130

3.8

81

244.

09

113

9.9

3

879

.54

804

.32

705

.95

596

.00

505

.35

420

.48

Pani Es500100015002000300040001/cm

50

75

100

%T

303

4.0

3

235

8.9

4

158

9.3

4

149

6.7

6

137

9.1

01

303.

88

123

8.3

01

163.

08

100

8.7

79

54.7

6

829

.39

744

.52

501

.49

414

.70

OB

Regang N-H

1,4 disubtituted benzene

Regang C=C cincin

Regang C-N aromatik

Regang C=N

Regang C-H

Ulur C-C aromatik

Emeraldine Base (EB) Emeraldine Salt (ES)

N*

N

NH

*m

NH

n

Cl

NH

NH

* NH

*n

NH

Cl

+ +

HASIL XRD

Emeraldine saltKwanghee Lee et al,“Nature 441 (2006)”

HASIL SEM

Agregat granular

KONDUKTIFITAS

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

. . . .e hn e n es m m= +

VARIASI KONSENTRASI DOPING

EIS PANI variasi konsentrasi doping

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200 250

Zr (ohm.cm2)

Zi

(oh

m.c

m2)

HCl 1 M

HCl 0.5 M

HCl 0.1 M

VARIASI KETEBALAN

EIS dengan variasi pembuatan pelet

0

10

20

30

40

50

60

0 50 100 150 200

Zr (ohm.cm2)

Zi

(oh

m.c

m2)

tebal

tipis

EIS PANi-HCl 1M (TIPIS) DAN EB

Emeraldine Salt (ES) Emeraldine Base (EB)

PERBANDINGAN ES (HCL 1 M)DENGAN EB

ES HCL 1M EB

ρ 1 = 78,79 mΩ.cm2

ρ2 = 31,11 Ω.cm2

σgrain = 1,27 S/cmσtot = 2,57 x 10-3 S/cm

ρ1 = 6,55 Ω.cm2

ρ 2 = 28,36 kΩ.cm2

σgrain = 1,53 x 10-2 S/cmσtot = 3,52 x 10-6 S/cm

1 l

R As =

PENGUKURAN UV-VIS

UV VIS EB

0.0000

0.0500

0.1000

0.1500

0.2000

0.2500

0.3000

0.3500

0.4000

0.4500

0.5000

275 325 375 425 475 525 575 625 675 725 775

λ (nm)

Ab

s

308

630

UV VIS ES

0.0000

0.0500

0.1000

0.1500

0.2000

0.2500

0.3000

275 325 375 425 475 525 575 625 675 725 775

λ (nm)

Ab

s

308

NILAI DAN JENIS BANDGAP PANI EB

Eg Eg

1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

(Koe

fisie

n ab

sorp

si m

olar

)2 (10

10M

-2cm

-2)

1,53 eV

E (eV)1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

0

2

4

6

8

10

E (eV)

(Ko

efis

ien

ab

sorp

si m

ola

r)1/2 (

10-1

3 M-1

/2cm

-1/2)

CYCLIC VOLTAMETRY (CV)

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

0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75

-4.0x10-7

-2.0x10-7

0.0

2.0x10-7

4.0x10-7

6.0x10-7

8.0x10-7

1.0x10-6

1.2x10-6 FERROCENE (NMP)

I (A

)

Evs Ag/AgCl

( V)

CV ES DAN RHODAMIN B

-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5-5.0x10

-6

-4.0x10-6

-3.0x10-6

-2.0x10-6

-1.0x10-6

0.0

1.0x10-6

2.0x10-6

3.0x10-6

Rhodamin B (NMP)

I (A

)

Evs Ag/AgCl

(V)-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0

-5.0x10-6

-4.0x10-6

-3.0x10-6

-2.0x10-6

-1.0x10-6

0.0

1.0x10-6

2.0x10-6 Emeraldine Salt (NMP)

I (A

)

Evs Ag/AgCl

(V)

-0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8-3.0x10-7

-2.0x10-7

-1.0x10-7

0.0

1.0x10-7

2.0x10-7

3.0x10-7

4.0x10-7

5.0x10-7

6.0x10-7 ES (NMP)

I (A

)

EAg/AgCl

( V)

ON N

COOH

red red

oks

oks

DIAGRAM PITA ENERGI

-6.5

-5.5

-4.5

-3.5

-2.5

-1.5

-0.5

En

erg

i (e

V)

LUMO

HOMO

ITO ES RHOD B Al

-4.7-4.041

-4.982-4.3-4.572

-3.683

EELUMOLUMO = [-e (E = [-e (ERedRedonset vs Ag/AgClonset vs Ag/AgCl - E - EFc/Fc+ vs Ag/AgClFc/Fc+ vs Ag/AgCl)] – 4,8 eV)] – 4,8 eV

EEHOMOHOMO = [-e (E = [-e (Eoksoksonset vs Ag/AgClonset vs Ag/AgCl - E - EFc/Fc+ vs Ag/AgClFc/Fc+ vs Ag/AgCl)] – 4,8 eV)] – 4,8 eV

PEMBENTUKAN p-n JUNCTION PADA SEMIKONDUKTOR

CV ES DAN ANTHRAQUINON

-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0-5.0x10

-6

-4.0x10-6

-3.0x10-6

-2.0x10-6

-1.0x10-6

0.0

1.0x10-6

2.0x10-6 Emeraldine Salt (NMP)

I (A

)

Evs Ag/AgCl

(V)-0.85 -0.80 -0.75 -0.70 -0.65 -0.60 -0.55 -0.50

-1.6x10-6

-1.4x10-6

-1.2x10-6

-1.0x10-6

-8.0x10-7

-6.0x10-7

-4.0x10-7

-2.0x10-7

0.0 ANTRAQUINON (NMP)

I (A

)

EAg/AgCl( V)

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

Zi (Ω.cm2)

Zr (Ω.cm2)

Graininterior

Grainboundary

electrode

MODEL-MODEL RC CIRCUIT

PEMBUATAN FTO ON GLASS

2,19 gr SnCl2. 2 H2O

+ 97 mL Etanol

Larutan SnCl2

Koloid SnCl2 doping F(Sn : F = 90 : 10)

+ 0,347 mL larutan HF 40%+ 1 mL NH4OH pekat

Biswas, P.K Biswas, P.K Aquo-organic sol based F-doped SnO2 (Sn : F = 90 : 10) coatings on glass

(modifikasi)

Substrat kaca

Kaca

Sonifikasi sebanyak 3 kali @ 10 menit

FTO on Glass

Dip coatingPemanasan 100° C@ 3 kali

KONDUKTIFITAS FTO ON GLASS

ρ1 = 316,8 Ω cm2

ρ2 = 239,9 kΩ cm2

σtotal = 1,01 x 10-6 S/cm

1 l

R As =

KETIDAKSTABILAN POLYMER SOLAR CELLS DI UDARA

PPV + O2 teroksidasi

Elektroda logam + O2 lapisan oksida