Sel Surya Hibrid Sel Surya

2.5.2 Sel Surya Hibrid

Transpor muatan pada semikonduktor organik bergantung pada kemampuan pembawa muatan untuk melintas dari satu molekul ke molekul lain. Loncatan muatan pembawa dari satu molekul ke molekul lain ditentukan oleh celah energi antara tingkat energi HOMO high occupied molecule orbital dan LUMO lowest unoccupied molecule orbital . Gambar 12 menunjukkan tingkat energi HOMO dan LUMO pada semikonduktor organik. Transpor muatan pada semikonduktor organik lebih ditentukan oleh orbit ikatan π daripada orbit ikatan σ. Hal ini terjadi karena energi eksitasi yang dibutuhkan oleh elektron pada orbital π menuju orbital π yang lebih kecil dibandingkan dengan elektron yang berada pada orbital ikatan σ. Bahan semikonduktor organik yang digunakan sebagai lapisan aktif sel surya dapat berbentuk molekul atau polimer konjugat. Gambar 12 Level energi molekul konjugat- π eksitasi elektron dari orbital π ke π Penemuan penting untuk menemukan sel surya organik dengan efisiensi tinggi yaitu dengan menciptakan sel surya heterojunction dimana material organik menerima elektron dan hole yang lebih banyak jika dibandingkan piranti tunggal saja yang menunjukkkan nilai efisiensi yang lebih baik. Dengan menggunakan heterojunction , eksiton ikatan pasangan elektron-hole yang mengalami fotogenerasi pada polimer dapat secara efisien dipisahkan menjadi pembawa muatan pada interface, sedangkan pada piranti tunggal banyak elektron yang mengalami rekombinasi dalam waktu singkat. Pemisahan muatan terjadi pada interface antara molekul donor dan aseptor, yang dimediasi oleh penurunan potensial yang besar. Setelah terjadi foto-eksitasi elektron dari HOMO ke LUMO, elektron dapat melompat dari LUMO donor bahan dengan LUMO yang tinggi ke LUMO aseptor jika terdapat perbedaan potensial ΔΦ antara potensial ionisasi donor dan afinitas elektron aseptor yang lebih besar dari energi ikat eksiton Gambar 13. Proses ini disebut sebagai transfer muatan terfotoinduksi, dapat mempermudah mobilitas muatan bebas jika hole tertinggal pada donor karena tingkat HOMOnya yang lebih besar. Sebaliknya, jika HOMO aseptor lebih besar, transfer eksiton sepenuhnya terjadi pada bahan dengan bandgap kecil yang disertai dengan kehilangan energi. Pemisahan eksiton yang efisien pada heterojunction, bahan donor dan aseptor sangat berhubungan. Skala jarak optimum berhubungan dengan panjang difusi eksiton, besarnya sekitar dalam skala nanometer. Selain itu, ketebalan lapisan aktif harus sebanding dengan panjang penetrasi cahaya dimana pada semikonduktor organik, nilainya berkisar antara 80–200 nm Kietzke 2007. Gambar 13 Interface antara dua semikonduktor polimer yang berbeda D = donor, A = aseptor yang dapat memfasilitasi transfer muatan oleh pemisahan eksiton atau transfer energi, dimana semua eksiton ditransfer dari donor ke aseptor Keitzke 2007 Bahan organik yang dikonjugasikan dengan polimer menujukkan suatu sifat optoelektronik semikonduktor seperti sifat mekanik dan manfaat yang diharapkan pada bahan polimer. Diantara berbagai jenis sel surya organik, sel surya organik- inorganik merupakan jenis yang sangat menjanjikan dimana tidak hanya memiliki area interface yang luas dimana eksiton, ikatan antara pasangan elektron-hole, yang dapat dipisahkan secara efektif tetapi juga memiliki dua saluran yang terpisah untuk transport elekron dan hole, yaitu masing-masing semikonduktor nanorod dan lapisan polimer Yang et al. 2006. Kajian tentang sel surya hibrid organik-inorganik heterojunction diawali dengan fotovoltaik organik berbasis molekul-molekul kecil, kemudian diikuti oleh sel fotovoltaik berbasis polimer. Lu et al. 2009 membuat sel surya hibrid dengan menyambungkan CdS dengan polimer poly3-octylthiophene P3OT yang merupakan turunan dari polythiophene dan diperoleh efisiensi konversi sebesar 0,015 dengan intensitas penyinaran 100 mWcm 2 . Dari penelitian ini diperoleh rapat arus short circuit yang kecil yang diakibatkan oleh P3OT yang tebal dan mobilitas pembawa muatannya yang rendah. Ketebalan lapisan P3OT ternyata sangat mempengaruhi besarnya I SC dan V OC . Doping bahan HgCl 2 Aktifitas fotofoltaik pada persambungan dua semikonduktor organik tipe-n dan semikonduktor anorganik tipe-p telah dilakukan oleh banyak peneliti. S.A. Mohammad 2007 telah meneliti efek fotofoltaik pada persambungan ZnTe dan polimer konduktif PEOpolyethilene oxide-kitosan. Di dalam polimer itu ditambahkan larutan NH pada CdS mengubah energi gap CdS dan meningkatkan konduktifitas listrik lapisan tipis Salinas et al. 2006. 4 I sebagai elektrolit. Penambahan konsentrasi NH 4 I yang beragam menunjukkan efek fotofoltaik yang beragam pula. Dimana semakin besar konsentrasi NH 4 I yang ditambahkan maka semakin besar I sc dan V oc yang dihasilkan. Hal ini terjadi karena elektrolit berfungsi sebagai aseptor elektron yang bertanggung jawab terhadap terjadinya reaksi redoks dalam polimer.

III. METODE PENELITIAN