PROFIL RISET SEL-SURYA ORGANIK DAN HIBRID

06/03/2018

Sel-surya merupakan piranti yang mampu mengkonversi sumber energi matahari yang tidak terbatas menjadi energi listrik dan diharapkan dapat memenuhi kebutuhan listrik yang ramah lingkungan. Indonesia merupakan negara yang disinari matahari secara kontinu sepanjang tahun, karena itu sel-surya merupakan piranti yang strategis dalam pemenuhan kebutuhan listrik nasional. Saat ini sel-surya yang digunakan dan tersedia di pasaran berbasis material inorganik, seperti Silikon (Si), Galium Arsenida (GaAs) dan Cadmium Telurida (CdTe), yang diproduksi dengan teknologi tinggi sehingga harganya masih mahal.

Saat ini banyak dikembanglan sel-surya berbiaya murah seperti sel-surya dye (DSSC), sel-surya organik/polimer (OSC) dan sel-surya hibrid organik-inorganik, karena dapat dibuat dengan teknologi yang sederhana seperti spin-coating, ink-jet printing, screen-printing/casting. Namun efisiensi konversinya masih lebih rendah dibandingkan dengan sel-surya inorganik, sehingga belum dapat dikomersialkan. Baru-baru ini, sel-surya berbahan aktif material campuran bahan halida-organik/anorganik dengan struktur perovskite CH3NH3PbI3 (metil-amonium timbal halida) telah banyak menarik untuk diteliti, karena mampu menghasilkan efisiensi di atas 20%.

Penelitian sel-surya organik, hibrid dan perovskite telah dilakukan di Fisika Universitas Padjadjaran sejak tahun 2009 yang meliputi beberapa aspek fokus penelitian, yaitu : studi morfologi lapisan aktif sel-surya, sifat transport muatan pembawa dan optimasi pembuatan divais sel-surya dengan sumber dana penelitian dari Penelitian Hibah Bersaing DIKTI (2009-2010), Program Insentif Terapan Kemenristek (2009), Hibah Kompetitif Unpad (2012), Riset Kerjasama Internasional Unpad (2012), Riset Kerjasama Unpad-RIKEN Jepang dalam RIKEN-RAL Muon Grant (2011, 2013), Kerjasama Luar Negeri dan Publikasi Ilmiah Kemenristekdikti (2013-2017) Kerjasama dengan Prof. Furukawa, Waseda University Japan dan Penelitian Unggulan PT/PUPT (2015). Hasil penelitian telah dipublikasikan baik di jurnal Nasional, Internasional maupun didiseminasikan di Seminar Nasional dan Internasional, diantaranya:

  • Physics Procedia Vol. 30, pp. 97-100 (2012).
  • AIP Conf. Proc. Vol. 1554, pp. 12-19 (2013).
  • AIP Conf. Proc. Vol. 1554, pp. 101-104 (2013).
  • AIP Conf. Proc. Vol. 1554, pp. 139-142 (2013).
  • AIP Conf. Proc. Vol. 1554, pp. 143-146 (2014)
  • Advanced Materials Research Vol. 896, pp 477-480, (2014).
  • Material Science Forum Vol. 827, pp. 168-173 (2015).
  • Material Science Forum Vol. 827, pp 119-124, (2015).
  • Material Science Forum Vol. 827, pp. 131-134 (2015).
  • AIP Conf. Proc. Vol. 1712, 050012 (2016).
  • AIP Conf. Proc. Vol. 1712, 050013 (2016).
  • KnE Engineering, vol. 2016, 8 pages. DOI 10.18502/keg.v1i1.495
  • IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering Vol. 196 (2017), 012037.

Sejak tahun 2015, penelitian sel-surya difokuskan pada pengembangan sel-surya perovskite dengan menggunakan material timbal halida (PbI2) dari elektroda baterai bekas mobil sebagai material prekursor perovskite. Studi yang dilakukan meliputi peningkatan kualitas PbI2 dari baterai bekas mobil, pembuatan sel-surya perovskite dengan teknik spin-coating dan screen-printing, optimasi lapisan aktif perovskite dan studi sifat transport muatan pembawa dalam lapisan perovskite serta pembuatan sel-surya perovskite di ruang terbuka dengan kelembaban yang tinggi. Tujuannya adalah untuk menghasilkan sel-surya perovskite dengan kinerja dan stabilitas yang tinggi serta berbiaya murah.

I. PENINGKATAN KEMURNIAN MATERIAL TIMBAL IODIDA

Riset peningkatan kemurnian Timbal iodida (PbI2) yang dihasilkan dari material baterai bekas mobil memiliki kualitas yang sama dibandingkan dengan Produk Komersial seperti produk Sigma Aldrich dan Luminescence Inc. Taiwan.  Riset tahun 2017 menghasilkan PbI2 yang memiliki komposisi atomik yang lebih baik dibandingkan produk Sigma Aldrich dan telah berhasil menghasilkan sel-surya berbasis mesopori karbon sebagai elektroda [AIP Conf. Proc. Vol. 1712, 050013 (2016); Jurnal Ilmu dan Inovasi Fisika Vol. 01, 8-15 (2017)].

II. STUDI MORFOLOGI LAPISAN PEROVSKITE

Morfologi lapisan perovskite sangat menentukan kinerja sel-surya. Lapisan harus memiliki ukuran bulir lebih besar dari 500 nm dan bebas “pin-hole”. Melalui teknik spin-coating yang terkontrol, telah dihasilkan lapisan perovskite yang memiliki ukuran bulir > 500 nm dan bebas “pin-hole” [IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering Vol. 196 (2017), 012037].

Stabilitas lapisan perovskite juga sangat penting untuk kinerja sel-surya. Perovskite bersifat higroskopis dan mudah bereaksi dengan udara lembab merusak kinerja sel-surya. Melalui pemberian lapisan oksida grafena tereduksi (RGO), lapisan perovskite lebih stabil di udara terbuka dengan kelembaban tinggi selama 72 jam, sehingga berpotensi sebagai sel-surya yang stabil [Journal of Physics:Conference Series 2018, in press).

III. PEMBUATAN SEL-SURYA DENGAN TEKNIK SCREEN-PRINTING

Efisiensi yang tinggi (> 20%) saat ini baru dicapai sel-surya dengan luas area sangat kecil (< 1 cm2). Oleh karena itu membuat sel-surya ukuran besar menjadi tantangan para peneliti. Pengembangan sel-surya dilakukan dengan teknik screen-printing yang memungkinkan pembuatan lapisan sel-surya dengan luas area yang besar.  Di Fisika Unpad dikembangkan sel-surya mesopori berbasis elektroda karbon dengan struktur Gelas/FTO/TiO2/ZrO2/perovskite/Karbon, yang dibuat dengan teknik screen printing. Struktur dan teknik ini dikembangkan karena berbiaya murah. Optimasi dilakukan dengan komputerisasi screen-printing dan optimasi melalui studi sifat transport muatan pembawa menggunakan gabungan SCLM (Scanning Confocal Laser Microscopy) dan AFM (Atomic Force Microscopy), bekerjasama dengan Dr. Kaloian Koynov dan Dr. Rudiger Berger dari Max-Planck Institute for Polymer Research, Germany.