PENGARUH KOMPOSISI CAMPURAN LAPISAN AKTIF P3HT-ZnO TERHADAP KARAKTERISTIK SEL SURYA POLIMER HIBRID SUBSTRAT FLEKSIBEL.

Rifan Satiadi , 2013

Pengaruh Komposisi Campuran Lapisan Aktif P3ht-Zno Terhadap Karakteristik Sel Surya Polimer Hibrid Substrat Fleksibel

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

PENGARUH KOMPOSISI CAMPURAN LAPISAN AKTIF

P3HT-ZnO TERHADAP KARAKTERISTIK SEL SURYA

POLIMER HIBRID SUBSTRAT FLEKSIBEL

SKRIPSI

Diajukan untuk Memenuhi Sebagian dari Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains

Jurusan Pendidikan Fisika Program Studi Fisika

Oleh Rifan Satiadi

0905791

PROGRAM STUDI FISIKA JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA

BANDUNG 2013

“

Without MUSIC, life would be a mistake

”

(Friedrich Nietzsche)

“Success is to be measured not so much by the position that one has reached in

life as by the obstacles which he has overcome.”

“

Life is INVESTMENT

”

(Rifan Satiadi)

Tulisan ini saya persembahkan untuk orang-orang yang saya cintai dan sayangi. Bapak, Mamah, teteh-tetehku, Adikku, serta keponakanku tersayang. Semoga Allah SWT membalas segala kebaikan dan kasih sayang yang telah diberikan. Amiin.

Rifan Satiadi , 2013

Pengaruh Komposisi Campuran Lapisan Aktif P3ht-Zno Terhadap Karakteristik Sel Surya Polimer Hibrid Substrat Fleksibel

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

PENGARUH KOMPOSISI CAMPURAN LAPISAN AKTIF

P3HT-ZnO TERHADAP KARAKTERISTIK SEL SURYA

POLIMER HIBRID SUBSTRAT FLEKSIBEL

Oleh

Rifan Satiadi

Sebuah skripsi yang diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Sains pada Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

© Rifan Satiadi 2013 Universitas Pendidikan Indonesia

Agustus 2013

Hak Cipta dilindungi undang-undang.

Skripsi ini tidak boleh diperbanyak seluruhya atau sebagian, dengan dicetak ulang, difoto kopi, atau cara lainnya tanpa ijin dari penulis

RIFAN SATIADI 0905791

PENGARUH KOMPOSISI CAMPURAN LAPISAN AKTIF P3HT-ZnO TERHADAP KARAKTERISTIK SEL SURYA POLIMER HIBRID

SUBSTRAT FLEKSIBEL

DISETUJUI DAN DISAHKAN OLEH: Pembimbing 1,

Dra. Erlyta Septa Rosa, M.T. NIP. 196309151992032003

Pembimbing 2,

Dr. Andhy Setiawan, M.Si. NIP. 197310131998021001

Mengetahui,

Ketua Jurusan Pendidikan Fisika

Dr. Ida Kaniawati, M.Si. NIP. 196807031992032001

ii

HALAMAN PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi yang berjudul “PENGARUH KOMPOSISI CAMPURAN LAPISAN AKTIF P3HT-ZnO TERHADAP

KARAKTERISTIK SEL SURYA POLIMER HIBRID SUBSTRAT

FLEKSIBEL” ini dan seluruh isinya adalah benar-benar karya saya sendiri, dan saya tidak melakukan penjiplakan atau pengutipan dengan cara-cara yang tidak sesuai dengan etika ilmu yang berlaku dalam masyarakat keilmuan. Atas pernyataan tersebut, saya siap menanggung resiko yang dijatuhkan kepada saya apabila dikemudian hari ditemukan adanya pelanggaran terhadap etika keilmuan dalam karya ini, atau ada klaim dari pihak lain terhadap karya saya.

Bandung, Agustus 2013 Yang membuat pernyataan,

Rifan Satiadi NIM. 0905791

PENGARUH KOMPOSISI CAMPURAN LAPISAN AKTIF P3HT-ZnO TERHADAP KARAKTERISTIK SEL SURYA POLIMER HIBRID

SUBSTRAT FLEKSIBEL Rifan Satiadi

Pembimbing :1. Dra. Erlyta Septa Rosa, M.T. 2. Dr. Andhy Setiawan, M.Si. Penguji :1. Dra. Erlyta Septa Rosa, M.T.

2. Dr. Lilik Hasanah, M.Si.

3. Drs. Yuyu Rachmat Tayubi, M.Si.

ABSTRAK

Pada penelitian ini telah dilakukan pembuatan sel surya polimer hibrid dengan struktur PET/ITO/PEDOT:PSS/P3HT-ZnO/Al. Lapisan aktif dibuat dari campuran polimer poly(3-hexylthiophene) (P3HT) dan semikonduktor Zinc

Oxide (ZnO). Komposisi campuran P3HT-ZnO yang digunakan adalah 7:3,

1:1, dan 3:7. Deposisi PEDOT:PSS di atas ITO (anoda) dengan metoda screen

printing. Setelah pelapisan P3HT-ZnO di atas PEDOT:PSS dengan metode spin coating, dilakukan karakterisasi morfologi permukaan dan serapan

cahaya lapisan aktif. Evaporasi Al sebagai katoda dengan evaporator thermal dengan luas area aktif sebesar 2,6 cm2. Selanjutnya karakterisasi IPCE untuk mengetahui perbandingan arus yang dihasilkan dengan foton yang masuk dan karakterisasi listrik (I-V) untuk mengetahui karakteristik listrik dan unjuk kerja dari sel surya dengan intensitas penyinaran sebesar 270 W/m2 dan temperatur ruangan 27˚C. Hasil karakterisasi morfologi permukaan lapisan aktif menunjukan bahwa semakin besar jumlah P3HT pada campuran lapisan aktif P3HT-ZnO maka jumlah pori yang terbentuk pada lapisan aktif semakin sedikit. Hasil karakterisasi serapan cahaya memperlihatkan bahwa semakin besar jumlah komposisi P3HT pada campuran lapisan aktif P3HT-ZnO maka semakin tinggi serapan pada lapisan aktif. Hasil IPCE memperlihatkan bahwa semakin besar jumlah P3HT pada campuran lapisan aktif P3HT-ZnO maka nilai EQE rata-rata semakin tinggi. Hasil pengukuran I-V, karakteristik listrik sel surya berupa tegangan open-circuit (Voc) dan arus lisrik short-circuit (Isc) mengalami peningkatan ketika jumlah P3HT pada campuran lapisan aktif P3HT-ZnO semakin besar. Sedangkan unjuk kerja sel surya berupa daya keluran (Pm), fill factor (FF), dan efisiensi (η) mengalami peningkatan ketika jumlah P3HT pada campuran lapisan aktif P3HT-ZnO semakin besar. Lapisan aktif dengan komposisi campuran P3HT-ZnO (7:3) pada sel surya polimer hibrid mempunyai karakteristik listrik dan unjuk kerja paling baik. Sel surya ini menghasilkan Isc sebesar 5,6 x 10-5 A, Voc sebesar 0,477 V, Pm sebesar 1,68 x 10-5watt, FF sebesar 0,63, dan η sebesar 0,024%.

Kata kunci : Komposisi campuran, lapisan aktif P3HT-ZnO, sel surya

iv

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT. karena hanya atas rahman dan rahim-Nya lah penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul

“Pengaruh Komposisi Campuran Lapisan Aktif P3HT-ZnO Terhadap Karakteristik Sel Surya Polimer Hibrid Substrat Fleksibel”.

Shalawat serta salam semoga tetap tercurah kepada Nabi Muhammad SAW, kepada keluarganya, sahabat-sahabatnya, tabi’it tabi’in dan seluruh ummatnya yang selalu taat dan patuh pada ajarannya.

Penulis yakin bahwa dalam penelitian ini tidak akan terlaksana tanpa adanya bimbingan dan arahan dari berbagai pihak. Begitu pula penulis menyadari sepenuhnya penulisan ini masih jauh dari kesempurnaan dikarenakan keterbatasan ilmu pengetahuan yang penulis miliki. Oleh karena itu saran maupun kritik yang sifatnya membangun sangat penulis harapkan demi perbaikan di masa yang akan datang .

Semoga penelitian ini dapat bermanfaat dan menambah wawasan, serta menjadi sumbangan yang cukup berarti bagi dunia ilmu pengetahuan. Semoga semua pihak yang telah memberikan bantuan apapun kepada penulis mendapatkan yang terbaik dari Allah SWT.

Akhir kata semoga Allah SWT senantiasa membuka jalan bagi peningkatan kualitas ilmu pengetahuan dalam upaya mendapatkan ridho-Nya. Amiin

Bandung, Agustus 2013

UCAPAN TERIMA KASIH

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT karena hanya atas rahman dan rahim-Nya lah penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Penulis yakin skripsi ini tidak akan terwujud tanpa adanya do’a, bantuan, motivasi, arahan, dan bimbingan dari orang-orang terdekat. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terimakasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak dan Mamah yang telah mendidik, memberikan kasih sayang yang tulus, memberi dukungan secara materi maupun moril, motivasi serta mengajari penulis hingga saat ini, yang telah banyak memberikan saran dan kritik, yang selalu mendoakan penulis setiap saat, yang selalu memberikan pesan bahwa berdo’a, berusaha sebaik-baiknya dan optimis adalah kunci yang terpenting. 2. Kakak-kakakku yang tercinta Nie Suhardini, Mia Sutiani, adikku Tia

Supartini, kakak iparku Mas Sutar, serta kedua keponakanku Rafi Fajri Ramdani dan Alifa Wirdiyani yang telah memberikan semangat serta memberikan banyak hal dalam proses penulisan skripsi ini.

3. Pusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (PPET-LIPI) Bandung yang telah mendanai penelitian yang dilakukan penulis serta menyediakan fasilitas penelitian.

4. Ibu Dra. Erlyta

Septa Rosa, M.T. selaku pembimbing 1 penulis yang banyak membimbing dan sudah banyak direpotkan dengan ketidak pahaman penulis mengenai sel surya dan dunia penelitian.

5. Bapak Dr. Andhy Setiawan, M.Si. selaku pembimbing 2 yang telah sabar serta banyak membimbing penulis dalam penulisan skripsi ini.

6. Bapak Endi Suhendi, M.Si. selaku pembimbing akademik penulis yang telah membimbing, memberi arahan kepada penulis dalam menjalani studi selama empat tahun di Jurusan Pendidikan Fisika FPMIPA UPI.

7. Bapak Dr. Andi Suhandi selaku Ketua Prodi Fisika yang telah membantu penulis dalam pemilihan mata kuliah.

vi

8. Ibu Dr. Ida Kaniawati, M.Si. selaku Ketua Jurusan Pendidikan Fisika yang telah membantu serta membimbing penulis dalam pemilihan mata kuliah. 9. Bapak Dr. Dadi Rusdiana selaku Sekretaris Jurusan Pendidikan Fisika yang

telah memberikan ilmu di bidang Fisika Material

10. Bapak Shobih,

M.T. di PPET-LIPI yang telah banyak berbagi ilmu dan diskusi tentang sel surya polimer dalam penelitian ini.

11. Bapak Ir. I

Dewa Putu Hermida, M.T. selaku Kasub Bidang BKME PPET-LIPI yang telah membantu penulis dalam perizinan penelitian.

12. Bapak Wahid di

PPET-LIPI yang telah membantu penulis dalam mengoperasikan mesin

printing.

13. Seluruh staff

PPET-LIPI yang telah banyak membantu penulis selama penelitian.

14. Emak dan abah di rahmattullah yang tak henti-hentinya mendo’akan cucu tersayang serta menyemangati penulis hingga akhirnya terselesaikan.

15. Rafitasari Ritonga yang selalu menyemangati penulis serta banyak memberikan dorongan untuk menyelesaikan studi dan penulisan skripsi ini. 16.Sahabat-sahabat seperjuangan Erica Caesariaty HPN, Mariya Alqibtiya,

Almira Anissofira, dan Regina Asri yang telah banyak memberikan masukan, dorongan serta semangat untuk menyelesaikan skripsi.

17.Sahabat-sahabatku, Muhammad Zakaria, Andita Kaesar Fahmi, Rajab Arief Basuki dan Anindyo Wisnu yang selama perkuliahan berjuang bersama-sama. 18.Senior-seniorku, Teh Rani, Teh Zeniar, dan Teh Sri yang selalu membantu

dan mendukung penulis dari perkuliahan hingga penulisan ini, khusus Teh Zeniar yang telah banyak berbagi ilmu tentang sel surya polimer.

19.Keluarga besar Fisika Material 2009 yang telah banyak membantu dan memberi dukungan kepada penulis dari awal perkuliahan hingga penulisan ini. 20.Keluarga besar Fisika C 2009 yang telah banyak membantu dan memberi

21.Seluruh keluarga besar Fisika 2009 yang telah bersama-sama selama empat tahun di Jurusan Pendidikan Fisika.

22.Personil Crash, Bebenk, Tocul dan Toke yang selalu menjadi teman untuk berkarya dalam musik ketika penulis merasa jenuh selama penulisan skripsi ini.

23.Jagur yang telah mengantarkan kemana pun tempat yang penulis tuju dan selalu menemani penulis dalam keadaan suka maupun duka.

24.My multimedia equipments, yang telah mendukung dan menemani penulis selama penulisan skripsi ini.

25.Serta pihak-pihak yang terkait dalam peneltian dan penulisan skripsi ini yang tidak bisa disebutkan satu persatu.

Semoga semua yang telah diberikan kepada penulis menjadikan amal

Rifan Satiadi , 2013

Pengaruh Komposisi Campuran Lapisan Aktif P3ht-Zno Terhadap Karakteristik Sel Surya Polimer Hibrid Substrat Fleksibel

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

PENGARUH KOMPOSISI CAMPURAN LAPISAN AKTIF P3HT-ZnO TERHADAP KARAKTERISTIK SEL SURYA POLIMER HIBRID

SUBSTRAT FLEKSIBEL Rifan Satiadi

Pembimbing :1. Dra. Erlyta Septa Rosa, M.T. 2. Dr. Andhy Setiawan, M.Si. Penguji :1. Dra. Erlyta Septa Rosa, M.T.

2. Dr. Lilik Hasanah, M.Si.

3. Drs. Yuyu Rachmat Tayubi, M.Si.

ABSTRAK

Pada penelitian ini telah dilakukan pembuatan sel surya polimer hibrid dengan struktur PET/ITO/PEDOT:PSS/P3HT-ZnO/Al. Lapisan aktif dibuat dari campuran polimer poly(3-hexylthiophene) (P3HT) dan semikonduktor Zinc

Oxide (ZnO). Komposisi campuran P3HT-ZnO yang digunakan adalah 7:3,

1:1, dan 3:7. Deposisi PEDOT:PSS di atas ITO (anoda) dengan metoda screen

printing. Setelah pelapisan P3HT-ZnO di atas PEDOT:PSS dengan metode spin coating, dilakukan karakterisasi morfologi permukaan dan serapan

cahaya lapisan aktif. Evaporasi Al sebagai katoda dengan evaporator thermal dengan luas area aktif sebesar 2,6 cm2. Selanjutnya karakterisasi IPCE untuk mengetahui perbandingan arus yang dihasilkan dengan foton yang masuk dan karakterisasi listrik (I-V) untuk mengetahui karakteristik listrik dan unjuk kerja dari sel surya dengan intensitas penyinaran sebesar 270 W/m2 dan temperatur ruangan 27˚C. Hasil karakterisasi morfologi permukaan lapisan aktif menunjukan bahwa semakin besar jumlah P3HT pada campuran lapisan aktif P3HT-ZnO maka jumlah pori yang terbentuk pada lapisan aktif semakin sedikit. Hasil karakterisasi serapan cahaya memperlihatkan bahwa semakin besar jumlah komposisi P3HT pada campuran lapisan aktif P3HT-ZnO maka semakin tinggi serapan pada lapisan aktif. Hasil IPCE memperlihatkan bahwa semakin besar jumlah P3HT pada campuran lapisan aktif P3HT-ZnO maka nilai EQE rata-rata semakin tinggi. Hasil pengukuran I-V, karakteristik listrik sel surya berupa tegangan open-circuit (Voc) dan arus lisrik short-circuit (Isc) mengalami peningkatan ketika jumlah P3HT pada campuran lapisan aktif P3HT-ZnO semakin besar. Sedangkan unjuk kerja sel surya berupa daya keluran (Pm), fill factor (FF), dan efisiensi (η) mengalami peningkatan ketika jumlah P3HT pada campuran lapisan aktif P3HT-ZnO semakin besar. Lapisan aktif dengan komposisi campuran P3HT-ZnO (7:3) pada sel surya polimer hibrid mempunyai karakteristik listrik dan unjuk kerja paling baik. Sel surya ini menghasilkan Isc sebesar 5,6 x 10-5 A, Voc sebesar 0,477 V, Pm sebesar 1,68 x 10-5watt, FF sebesar 0,63, dan η sebesar 0,024%.

Kata kunci : Komposisi campuran, lapisan aktif P3HT-ZnO, sel surya

EFFECT OF COMPOSITION OF MIXED LAYER ON THE CHARACTERISTICS P3HT-ZnO HYBRID POLYMER SOLAR CELLS

FLEXIBLE SUBSTRATES Rifan Satiadi

Preceptors :1. Dra. Erlyta Septa Rosa, M.T. 2. Dr. Andhy Setiawan, M.Si. Reviewers :1. Dra. Erlyta Septa Rosa, M.T.

2. Dr. Lilik Hasanah, M.Si.

3. Drs. Yuyu Rachmat Tayubi, M.Si.

ABSTRACT

This research has been conducted on the manufacture of hybrid polymer solar cells with the structure of PET/ITO/PEDOT:PSS/P3HT-ZnO/Al. The active layer is made of a mixture of polymer poly(3-hexylthiophene) (P3HT) and semiconductor zinc oxide (ZnO). P3HT-ZnO composition of the mixture used is 7:3 , 1:1 , and 3:7. Deposition of PEDOT:PSS on ITO (anode) to the screen printing method. After P3HT-ZnO coating on the PEDOT:PSS by spin coating method, characterization and surface morphology of the active layer of light absorption. Evaporated Al as cathode with thermal evaporator with an active area of 2,6 cm2. Further characterization IPCE to compare the current generated by incoming photons and electrical characterization (I-V) to determine the electrical characteristics and performance of solar cells with irradiation intensity of 270 W/m2 and ambient temperature 27˚C. The results of the active layer surface morphology characterization showed that the greater the amount of P3HT in the active layer of a mixture of P3HT-ZnO, the number of pores formed in the active layer of the less. Light absorption characterization results showed that the greater the amount of the composition of P3HT in the active layer of a mixture of P3HT-ZnO, the higher absorption in the active layer. IPCE results showed that the greater the amount of P3HT in the active layer of a mixture of P3HT-ZnO the EQE value of the higher average. I-V measurement results, the electrical characteristics of solar cells in the form of an open-circuit voltage (Voc) and electricity were short-circuit current (Isc) increased when the amount of P3HT in the active layer of a mixture of P3HT-ZnO greater. While the performance of the solar cells in the form of power keluran (Pm), fill factor (FF), and efficiency (η) increased when the amount of P3HT in the active layer of a mixture of P3HT-ZnO greater. Active layer with a mixed composition of P3HT-ZnO (7:3) in the hybrid polymer solar cells have the power and performance characteristics of the good. The solar cells generate Isc of 5.6 x 10-5 A, the Voc of 0.477 V , Pm of 1.68 x 10-5 watts , FF of 0.63 , and η of 0.024%.

Keywords : composition of the mixture , the active layer of P3HT-ZnO,

Rifan Satiadi , 2013

Pengaruh Komposisi Campuran Lapisan Aktif P3ht-Zno Terhadap Karakteristik Sel Surya Polimer Hibrid Substrat Fleksibel

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN

HALAMAN PERNYATAAN ... Error! Bookmark not defined. ABSTRAK ... Error! Bookmark not defined. KATA PENGANTAR ... Error! Bookmark not defined. UCAPAN TERIMA KASIH ... Error! Bookmark not defined.

DAFTAR ISI ... viii

DAFTAR TABEL ... x

DAFTAR GAMBAR ... xi

DAFTAR LAMPIRAN ... xiii BAB I PENDAHULUAN ... Error! Bookmark not defined.

1.1. Latar Belakang ... Error! Bookmark not defined. 1.2. Identifikasi dan Perumusan Masalah ... Error! Bookmark not defined. 1.3. Tujuan ... Error! Bookmark not defined. 1.4. Manfaat ... Error! Bookmark not defined. 1.5. Sistematika Penulisan ... Error! Bookmark not defined.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... Error! Bookmark not defined.

2.1 Sel Surya ... Error! Bookmark not defined. 2.1.1. Sel Surya Anorganik ... Error! Bookmark not defined. 2.1.2. Sel Surya Organik ... Error! Bookmark not defined. 2.2 Sel Surya Polimer Hibrid ... Error! Bookmark not defined.

2.2.1. Substrat ... Error! Bookmark not defined. 2.2.2. Anoda ... Error! Bookmark not defined. 2.2.3. Lapisan Transpor Hole... Error! Bookmark not defined. 2.2.4. Lapisan Aktif ... Error! Bookmark not defined. 2.2.5. Katoda ... Error! Bookmark not defined. 2.3 Cara Kerja Sel Surya Polimer Hibrid ... Error! Bookmark not defined. 2.4 Karakterisasi Sel Surya ... Error! Bookmark not defined.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... Error! Bookmark not defined.

3.1. Metode Penelitian ... Error! Bookmark not defined. 3.2. Lokasi Penelitian ... Error! Bookmark not defined. 3.3. Alat dan Bahan ... Error! Bookmark not defined. 3.3.1. Alat... Error! Bookmark not defined. 3.3.2. Bahan ... Error! Bookmark not defined. 3.4. Alur Pembuatan Sel Surya Polimer HibridError! Bookmark not defined.

3.5. Prosedur Pembuatan Sel Surya Polimer HibridError! Bookmark not

defined.

3.5.1. Litografi ... Error! Bookmark not defined. 3.5.2. Etching ITO ... Error! Bookmark not defined.

3.5.3. Printing pasta PEDOT:PSS ... Error! Bookmark not defined.

3.5.4. Sintesis dan pelapisan larutan P3HT-ZnOError! Bookmark not defined.

3.5.5. Evaporasi aluminium ... Error! Bookmark not defined. 3.5.6. Kapsulasi ... Error! Bookmark not defined. 3.6. Karakterisasi ... Error! Bookmark not defined.

3.6.1. Karakterisasi Morfologi PermukaanError! Bookmark not defined.

3.6.2. Karakterisasi Serapan Cahaya .. Error! Bookmark not defined. 3.6.3. Karakterisasi IPCE ... Error! Bookmark not defined. 3.6.4. Karakterisasi Listrik ... Error! Bookmark not defined.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... Error! Bookmark not defined.

4.1. Morfologi Permukaan Lapisan Aktif ... Error! Bookmark not defined. 4.2. Serapan Cahaya Lapisan Aktif... Error! Bookmark not defined. 4.3. Karakteristik IPCE ... Error! Bookmark not defined. 4.4. Karakteristik Listrik ... Error! Bookmark not defined.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... Error! Bookmark not defined.

5.1. Kesimpulan ... Error! Bookmark not defined. 5.2. Saran ... Error! Bookmark not defined.

Rifan Satiadi , 2013

Pengaruh Komposisi Campuran Lapisan Aktif P3ht-Zno Terhadap Karakteristik Sel Surya Polimer Hibrid Substrat Fleksibel

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Perbandingan Massa P3HT dan ZnO ... Error! Bookmark not defined. Tabel 2. Karakteristik Listrik Sel Surya Polimer Hibrid P3HT-ZnO

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Skema sel surya silikon ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.2. Skema sel surya polimer (Liao et al, 2010)Error! Bookmark not

defined.

Gambar 2.3. Struktur PEDOT:PSS (Gunes et al, 2007)Error! Bookmark not defined.

Gambar 2.4. Struktur organik dari monomer P3HT (Gunes et al , 2007)... Error!

Bookmark not defined.

Gambar 2.5. Struktur kristal ZnO (Janotti dan Walle, 2009)Error! Bookmark not

defined.

Gambar 2.6. Struktur sel surya polimer hibrid berbasis P3HT-ZnO ... Error!

Bookmark not defined.

Gambar 2.7. Skema level energi sel surya polimer hibrid berbasis P3HT-ZnO ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.8. Kurva I-V dan rangkaian ekuivalen sel suryaError! Bookmark not

defined.

Gambar 2.9. Ilustrasi 5 tahapan proses transfer muatan ...Error! Bookmark not defined.

Gambar 3.1. Bagan alur

penelitian...Error! Bookmark not

defined.

Gambar 3.2. Alur proses litografi

...29

Gambar 3.3. Alur etching ITO ...30

Gambar 3.4. Alur printing pasta PEDOT:PSS ...31

Gambar 3.5. Alur sintesis dan pelapisan polimer hibrid P3HT-ZnO ...32

Gambar 3.6. Alur evaporasi aluminium ...33

Gambar 3.7. Alur kapsulasi ...33

Gambar 3.8. Skema sel surya hybrid bulk heterojunction ...34

Gambar 3.9. Pola masker ...35

Gambar 3.10. Hasil develop dengaan MF-319 ...35

Gambar 3.11. Hasil etching ITO ...36

Gambar 3.12. Skema dari teknik screen printing (Krebs, 2008) ...37

Gambar 3.13. Screen PEDOT:PSS (a) dan hasil printing PEDOT:PSS (b) ...38 Gambar 3.14. Larutan P3HT (a) dan larutan ZnO (b) ...40

Gambar 3.15. Campuran P3HT-ZnO

...40

Gambar 3.16. Hasil pelapisan polimer hibrid P3HT-ZnO ...40

Gambar 3.17. Masker evaporasi aluminium (kiri) dan masker setelah evaporasi

aluminium (kanan)

...41

Gambar 3.18. Hasil evaporasi aluminium ...41

Gambar 3.19. Skema kapsulasi sel surya

...42

Gambar 3.20. Proses kapsulasi sel surya tampak atas ...42

Gambar 3.21. Skema pengukuran I-V ...43

Gambar 4.1. Hasil SEM

...45

Gambar 4.2. Spektrum penyerapan UV-Vis dari P3HT-ZnO dengan komposisi campuran yang berbeda ...47 Gambar 4.3. Spektrum penyerapan UV-Vis dari ZnO, P3HT, dan P3HT-ZnO (Das

et al, 2011)

...47

Gambar 4.4. Spektrum efisiensi kuantum dari sel surya dengan struktur ITO/PEDOT:PSS/P3HT-ZnO/Al ...49 Gambar 4.5. Kurva I-V sel surya polimer hibrid variasi komposisi campuran ...50

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran A

Data hasil karakterisasi serapan cahaya dengan spektroskopi UV-Vis

Lampiran B

Data hasil karakterisasi incident photon to current efficiency (IPCE)

Lampiran C

Data hasil karakterisasi listrik arus-tegangan (I-V)

Lampiran D

Dokumentasi Penelitian

1

Rifan Satiadi , 2013

Pengaruh Komposisi Campuran Lapisan Aktif P3ht-Zno Terhadap Karakteristik Sel Surya Polimer Hibrid Substrat Fleksibel

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Sel surya merupakan salah satu divais elektronik yang dapat mengubah secara langsung energi radiasi matahari menjadi energi listrik. Sel surya merupakan sumber energi yang tidak akan pernah habis, selama matahari memancarkan sinarnya ke bumi. Diperkirakan bahwa sel surya akan menjadi sumber pembangkit listrik andalan di masa datang karena penggunaannya yang sangat praktis terutama untuk suplai energi di daerah-daerah terpencil yang sulit terjangkau.

Perkembangan penelitian dan aplikasi sel-surya sebagai sumber energi listrik utama dimasa mendatang sangat pesat, seiring berkurangnya sumber energi listrik berbahan bakar fosil dan masalah pencemaran lingkungan. Pengembangan divais fotovoltaik terkait dengan pengembangan teknologi semikonduktor. Tidaklah mengherankan jika pada awal-awal pengembangannya, dan juga hingga kini, divais fotovoltaik menggunakan prinsip kerja dioda yang dibuat dengan bahan semikonduktor.

Prinsp kerja sel surya adalah dengan memanfaatkan teori cahaya sebagai partikel. Sebagaimana diketahui bahwa cahaya baik yang tampak maupun yang tidak tampak memiliki dua buah sifat yaitu sebagai gelombang dan sebagai partikel yang disebut dengan foton (Beiser, 1987). Dengan menggunakan sebuah divais semikonduktor yang memiliki permukaan yang luas dan terdiri dari rangkaian dioda tipe p dan n, cahaya yang datang akan mampu diubah menjadi energi listrik (Kwok, 1995).

Seiring digunakannya bahan-bahan anorganik seperti silikon (Si) pada pembuatan semikonduktor di masa lalu, divais-divais fotovoltaik yang telah dikembangkan pun menggunakan bahan serupa, sehingga divais-divais semacam itu sering disebut sebagai divais fotovoltaik berbasis semikonduktor. Dewasa ini,

2

perkembangan divais fotovoltaik berbasis semikonduktor dengan bahan anorganik telah mencapai kemajuan yang berarti.

Perkembangan zaman menuntut banyak hal yang dihasilkan dengan proses yang mudah dan murah. Di satu sisi tingkat efisiensi divais fotovoltaik anorganik mencapai angka yang tinggi, tetapi di sisi lain proses pembuatan divais tersebut tidak sederhana, membutuhkan biaya pembuatan yang tinggi dan bentuknya cenderung kaku. Di samping itu dalam pembuatan divais fotovoltaik anorganik terdapat limbah yang dapat merusak lingkungan disekitarnya seperti racun silikon dan polusi udara dari industri pembuatan divais tersebut (Nath, 2010). Hal ini membuat para peneliti berusaha mencari divais sejenis yang dapat dibuat dengan proses yang sederhana, ramah lingkungan serta ongkos pembuatan yang murah. Salah satu bahan yang terus dikembangkan oleh para peneliti untuk mengatasi masalah tersebut adalah bahan organik.

Sel surya dengan bahan semikonduktor organik antara lain polimer terkonjugasi telah dikembangkan karena mempunyai potensi untuk diproduksi dengan harga fabrikasi yang murah, proses pembuatan relatif mudah dan dapat dikembangkan dengan substrat fleksibel (Krebs, 2009). Namun, di sisi lain sel surya polimer masih memiliki kekurangan seperti efisiensi yang masih rendah, mobilitas muatan pembawa yang masih rendah, dan juga masalah stabilitas dari lapisan aktif polimer jika digunakan dalam waktu yang cukup lama (Beek et al, 2005).

Konsep baru dalam pembuatan sel surya organik dilakukan oleh Tang tahun 1979. Dalam penelitiannya Tang menggabungkan 2 material semikonduktor organik pada suatu penghubung dan menghasilkan efek fotovoltaik (Saunders dan Turner, 2008). Setelah penelitian itu muncul istilah heterojunction yang berarti penghubung dari 2 material semikonduktor organik. Tahun 1994 Yu et al. melakukan penelitian dengan mencampurkan dua jenis semikonduktor polimer, yang kemudian dikenal dengan istilah bulk heterojunction (Saunders, 2012). Setelah penelitian itu, dikembangkan dua jenis sel surya bulk heterojunction yaitu

3

Rifan Satiadi , 2013

Pengaruh Komposisi Campuran Lapisan Aktif P3ht-Zno Terhadap Karakteristik Sel Surya Polimer Hibrid Substrat Fleksibel

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

sel surya polimer/polimer dan sel surya polimer/nanopartikel semikonduktor anorganik yang kemudian disebut sel surya polimer hibrid (Saunders, 2012).

Sel surya hibrid polimer ini umumnya menggunakan suatu kombinasi dari polimer terkonjugasi (donor elektron) dengan bahan semikonduktor anorganik (akseptor elektron) sebagai lapisan untuk mengkonversi cahaya matahari menjadi muatan listrik (Beek et al, 2005). Material polimer terkonjugasi yang umumnya digunakan dalam sel surya ini adalah polimer yang mudah untuk diproses dan memiliki energi gap yang rendah (Bundgaard dan Krebs, 2007). Material semikonduktor anorganik yang digunakan adalah material yang memilki mobilitas pembawa muatan yang tinggi, hal ini untuk mengatasi keterbatasan transpor muatan oleh material organik (Beek et al, 2004). Dalam penelitian ini material semikonduktor organik yang berfungsi sebagai donor adalah P3HT

poly(3-hexythiophene) dan material semikonduktor anorganik yang berfungsi sebagai

akseptor adalah ZnO (Zinc Oxide). Selanjutnya P3HT dan ZnO akan dicampur dan dijadikan sebagai lapisan aktif pada sel surya polimer hibrid. Penggunaan P3HT pada lapisan aktif dikarenakan polimer ini memiliki stabilitas yang baik (Wright dan Uddin, 2012) dan dapat menghasilkan arus keluaran yang lebih besar dibandingkan dengan polimer lainnya (Moet et al, 2007). Pemilihan ZnO sebagai akseptor pada lapisan aktif dikarenakan material ini tidak beracun, harganya lebih murah dibandingkan dengan akseptor organik seperti PCBM dan dapat diproses pada temperatur yang cukup rendah (Beek et al, 2004).

Moet et al. (2007) melaporkan hasil penelitian sel surya hibrid campuran polimer P3HT/nc-ZnO dengan efisiensi 1,4% pada komposisi campuran 1:1. Penelitian serupa dilakukan Ji et al. (2010), dengan efisiensi 0,020% pada campuran P3HT-ZnO dengan komposisi campuran 3:7. Ferreira et al. (2011) melakukan penelitian dengan variasi susunan dari lapisan aktif campuran P3HT-ZnO, pada susunan conventional blend 15% ZnO pada campuran P3HT-ZnO menghasilkan efisiensi sebesar 0,62%. Oosterhout (2011) melakukan penelitian sel surya polimer hibrid dengan komposisi campuran P3HT-ZnO 1:1 menghasilkan efisiensi sebesar 2 %. Li et al. (2012) melaporkan efisiensi sel surya polimer hibrid P3HT-ZnO dengan komposisi campuran 1:2 sebesar 0,25%. Baik

4

Moet et al. (2007), Ji et al.(2010), Ferreira et al. (2011), Oosterhout (2011) dan Li

et al. (2012) penelitian sel surya polimer hibrid dibuat di atas substrat kaca.

Pada kesempatan ini penulis melakukan penelitian tentang pengaruh komposisi campuran lapisan aktif P3HT-ZnO tehadap karakteristik sel surya hibrid pada substrat fleksibel/palstik. Sekarang ini penggunaan substrat yang bersifat fleksibel sebagai pengganti kaca telah menjadi penelitian yang sangat menarik karena memiliki beberapa kelebihan dibandingkan substrat kaca. Beberapa kelebihannya adalah proses serta handling yang lebih mudah, aplikasi yang lebih luas, suhu proses fabrikasi rendah (<150OC), serta mudah diproduksi secara massal atau dalam skala industri menggunakan sistem roll to roll (Krebs, 2009). Oleh karena itu dalam penelitian ini digunakan substrat PET (polyethylene

terephthalate) yang bersifat fleksibel. Struktur sel surya polimer hibrid yang

digunakan pada penelitian ini adalah PET/ITO/PEDOT:PSS/P3HT-ZnO/Al. Berdasarkan penelitian Moet et al. (2007), Ji et al.(2010), Ferreira et al. (2011), Oosterhout (2011) dan Li et al. (2012), komposisi campuran lapisan aktif yang digunakan pada sel surya polimer hibrid bervariasi. Topik dalam penelitian ini difokuskan untuk menentukan komposisi campuran lapisan aktif P3HT-ZnO optimum yang menghasilkan karakteristik listrik dan unjuk kerja sel surya terbaik. Komposisi campuran lapisan aktif yang digunakan pada penelitian ini adalah 7:3, 1:1, dan 3:7. Dengan pertimbangan ketiga komposisi campuran tersebut mewakili campuran yang didominasi polimer, campuran polimer dan ZnO seimbang, dan campuran yang didominasi ZnO.

Umumnya sel surya polimer hibrid memiliki struktur yang terdiri dari lapisan yang diapit diantara dua logam dan disebut lapisan aktif sel surya. Lapisan aktif sel surya merupakan salah satu bagian sel surya yang memiliki peran penting untuk menghasilkan karakteristik sel surya yang baik. Lapisan aktif ini juga memiliki peran yang sangat penting dalam proses konversi energi cahaya menjadi energi listrik. Penyerapan cahaya oleh P3HT dilakukan untuk membangkitkan eksiton (pasangan elektron-hole). Eksiton kemudian berdifusi dan terjadi proses pemisahan muatan bebas menjadi elektron dan hole. Elektron dan hole ini kemudian ditranspor ke masing-masing elektroda. Material ZnO pada sel surya

5

Rifan Satiadi , 2013

Pengaruh Komposisi Campuran Lapisan Aktif P3ht-Zno Terhadap Karakteristik Sel Surya Polimer Hibrid Substrat Fleksibel

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

polimer hibrid berperan ketika transpor elektron ke katoda dengan mobilitas yang tinggi dan diharapkan akan mengurangi rekombinasi. Sedangkan hole ditranspor oleh material P3HT ke anoda melalui material PEDOT:PSS. Proses terakhir adalah pengumpulan muatan bebas pada masing-masing elektroda (Saunders, 2012).

Campuran lapisan aktif suatu sel surya polimer ikut berperan dalam menentukan seberapa banyak elektron dan hole terkumpul pada masing-masing elektroda. Penelitian mengenai pengaruh komposisi campuran lapisan aktif pada sel surya bulk heterojunction telah dilakukan oleh Moule et al. (2006) dengan material P3HT-PCBM. Ia menyebutkan bahwa komposisi campuran antara donor-akseptor tidak statis, melainkan bergantung pada ketebalan lapisan aktifnya (Moule et al, 2006).

Apabila dikaji secara teoritik, fakta ini terkait dengan proses penyerapan cahaya oleh P3HT dan proses transpor muatan oleh ZnO. Jika sel surya yang menggunakan P3HT dengan komposisi lebih tinggi dari ZnO, maka cahaya yang diserap akan semakin besar. Hal ini akan menyebabkan eksiton yang dibangkitkan semakin banyak. Akan tetapi pada saat transpor muatan elektron menuju katoda, sebagian elektron yang dihasilkan akan mengalami rekombinasi dan tidak akan sampai menuju katoda. Hal ini terjadi karena jumlah elektron yang dihasilkan tidak sebanding dengan jumlah partikel ZnO. Sebaliknya apabila komposisi ZnO lebih tinggi daripada P3HT, maka cahaya yang akan diserap untuk membangkitkan eksiton semakin sedikit. Muatan bebas hasil pemisahan eksiton tersebut akan menghasilkan elektron dan hole dalam jumlah yang sedikit. Meskipun jumlah partikel ZnO banyak, akan tetapi muatan yang akan ditranspor menuju katoda berjumlah sedikit. Hal ini akan berdampak pada unjuk kerja sel surya polimer hibrid.

1.2. Identifikasi dan Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan, penelitian tentang komposisi campuran lapisan aktif P3HT-ZnO sel surya polimer hibrid substrat fleksibel belum banyak diteliti. Hal tersebut yang mendorong penulis melakukan penelitian sel surya polimer hibrid substrat fleksibel dengan variasi komposisi campuran lapisan aktif P3HT-ZnO. Komposisi campuran ini berupa perbandingan

6

massa masing-masing material yang akan digunakan sebagai campuran lapisan aktif. Material yang digunakan adalah polimer P3HT dan semikonduktor ZnO. Permasalahan yang akan dikaji pada penelitian ini adalah :

1.Bagaimana pengaruh komposisi campuran lapisan aktif P3HT-ZnO terhadap morfologi permukaan lapisan aktif sel surya polimer hibrid substrat fleksibel?

2.Bagaimana pengaruh komposisi campuran lapisan aktif P3HT-ZnO terhadap serapan cahaya lapisan aktif sel surya polimer hibrid substrat fleksibel?

3.Bagaimana pengaruh komposisi campuran lapisan aktif P3HT-ZnO terhadap incident photon to current efficiency (IPCE) sel surya polimer hibrid substrat fleksibel?

4.Bagaimana pengaruh komposisi campuran lapisan aktif P3HT-ZnO terhadap karakteristik listrik dan unjuk kerja sel surya polimer hibrid substrat fleksibel?

Morfologi permukaan lapisan aktif yang ditinjau adalah pori yang terbentuk pada lapisan aktif. Jumlah pori akan mempengaruhi jumlah cahaya yang diserap oleh lapisan aktif. Sedangkan serapan cahaya lapisan aktif yang ditinjau adalah daya serap lapisan aktif terhadap panjang gelombang ultraviolet hingga cahaya tampak (visible). Incident photon to current conversion efficiencies (IPCE) merupakan perbandingan arus yang dihasilkan dengan foton yang masuk pada sel surya. Karakteristik listrik berupa tegangan open-circuit (Voc) dan arus lisrik

short-circuit (Isc). Sedangkan unjuk kerja sel surya berupa daya keluran (Pm), fill

factor (FF), dan efisiensi (η). Batasan masalah pada penelitian ini adalah :

1. Komposisi campuran yang diamati adalah 7:3, 1:1 dan 3:7 untuk perbandingan massa P3HT dan ZnO.

2. Pengukuran karakteristik listrik sel surya dilakukan pada intensitas penyinaran sebesar 270 W/m2.

7

Rifan Satiadi , 2013

Pengaruh Komposisi Campuran Lapisan Aktif P3ht-Zno Terhadap Karakteristik Sel Surya Polimer Hibrid Substrat Fleksibel

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

1.3. Tujuan

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui:

1. Pengaruh komposisi campuran lapisan aktif P3HT-ZnO terhadap morfologi permukaan lapisan aktif sel surya polimer hibrid substrat fleksibel

2. Pengaruh komposisi campuran lapisan aktif P3HT-ZnO terhadap serapan cahaya lapisan aktif sel surya polimer hibrid substrat fleksibel 3. Pengaruh komposisi campuran lapisan aktif P3HT-ZnO terhadap

incident photon to current efficiency (IPCE) sel surya polimer hibrid

substrat fleksibel

4. Pengaruh komposisi campuran lapisan aktif P3HT-ZnO terhadap karakteristik listrik dan unjuk kerja sel surya polimer hibrid substrat fleksibel

1.4. Manfaat

Dengan dilakukannya penelitian pada sel surya organik (polimer hibrid) ini, diharapkan mampu memberikan informasi mengenai karakteristik sel surya polimer hibrid yang sampai saat ini masih menjadi riset untuk dikembangkan hingga dimanfaatkan sebagai aplikasi mikroelektronik berdaya rendah. Memberi kontribusi dalam pengembangan sumber energi yang ramah lingkungan yang dapat diaplikasikan untuk sumber energi baru khususnya sumber energi arus lemah (arus DC). Penelitian sel surya organik sangat memungkinkan dalam kebaruan alih teknologi, yaitu dari teknologi berbahan bakar fosil menjadi teknologi dengan sumber energi dari sel surya organik yang memanfaatkan sinar matahari yang berlimpah_.

1.5. Sistematika Penulisan

BAB I PENDAHULUAN

Dalam bab ini berisikan mengenai latar belakang, identifikasi dan perumusan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian dan sistematika penulisan.

8

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Dalam bab ini dijelaskan tentang tinjauan pustaka pendukung yang digunakan untuk pembahasan sel surya polimer hibrid.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Menyajikan metode-metode apa yang dilakukan oleh penulis untuk menyelesaikan skripsi ini. Yang mana didalamnya berisi prosedur pembuatan sel surya polimer hibrid dan karakterisasi sel surya.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab ini berisikan tentang pembahasan-pembahasan yang dibuat berdasarkan atas latar belakang, tujuan, dan pokok permasalahan yaitu mengenai pengaruh komposisi campuran lapisan aktif terhadap morfologi permukaan dan serapan cahaya lapisan aktif sel surya polimer hibrid. Serta pengaruh komposisi campuran terhadap katakteristik IPCE dan karakteristik listrik.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini merupakan penutup yang meliputi tentang kesimpulan dari pembahasan yang dilakukan dari skripsi ini serta saran apakah sel surya ini agar lebih efisien dalam mengkonversi energi cahaya menjadi energi listrik.

26

Rifan Satiadi , 2013

Pengaruh Komposisi Campuran Lapisan Aktif P3ht-Zno Terhadap Karakteristik Sel Surya Polimer Hibrid Substrat Fleksibel

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Metode Penelitian

Metode penelitian yang digunakan oleh penulis pada penelitian mengenai

“Pengaruh komposisi campuran lapisan aktif P3HT-ZnO terhadap karakteristik sel surya polimer substrat fleksibel” yaitu studi literatur dan eksperimen, dengan skema penelitian seperti pada Gambar 3.1.

START Identifikasi dan

Perumusan Masalah

Litografi

Etching ITO

Printing pasta PEDOT:PSS

Sintesis dan deposisi lapisan aktif P3HT-ZnO Sintesis larutan,

Variasi massa campuran

Karakterisasi morfologi permukaan dan serapan

cahaya lapisan aktif

Evaporasi Al

Kapsulasi

Karakterisasi IPCE dan I-V sel surya

END

Data Sekunder

Persiapan alat dan bahan

27

Persiapan eksperimen berupa penyiapan alat dan bahan tertera dalam sub bab 3.3. Litografi dilakukan dengan bantuan aplikasi Corel Draw X5. Dalam proses ini penulis mendesain bentuk dan ukuran sel surya yang akan dibuat termasuk bentuk komponen didalamnya seperti anoda, lapisan transpor hole, lapisan aktif, dan katoda. Seluruh komponen disusun menumpuk seperti sandwich. Ukuran luas area aktif sel surya sebesar 2,6 cm2 dengan dimensi 6,5 cm x 0,4 cm seperti pada Gambar 3.8b.

Proses berikutnya adalah etching ITO sebagai anoda sesuai dengan pola yang telah dibuat pada proses litografi. Selanjutnya dilakukan deposisi PEDOT:PSS sebagai lapisan transpor hole menggunakan metode screen printing di atas ITO.

Sintesis larutan untuk lapisan aktif dengan mencampur polimer P3HT dengan semikonduktor ZnO. Variasi massa campuran kedua bahan tersebut menjadi variabel bebas dalam penelitian ini. Deposisi larutan P3HT-ZnO dilakukan dengan metode spin coating. Dengan cara ini, larutan P3HT-Zno diteteskan diatas lapisan PEDOT:PSS dan kemudian sampel diputar dengan putaran 1500 rpm selama 0,5 menit. Selanjutnya dilakukan karakterisasi Scanning Electron Microscopy (SEM) untuk mengetahui morfologi permukaan lapisan aktif serta karakterisasi UV-Vis untuk mengetahui serapan optik lapisan aktif.

Deposisi aluminium dengan metode evaporasi akan dilakukan menggunakan

thermal evaporator. Dengan cara ini, aluminium diuapkan pada tekanan yang

sangat rendah. Selanjutnya proses kapsulasi dilakukan dengan meletakkan sealant di antara lapisan aluminium dengan PET kemudian dipanaskan. Kemudian dilakukan karakterisasi induced photon current efficiency (IPCE) untuk mengetahui perbandingan foton yang masuk dengan arus yang dihasilkan sel surya. Serta karakterisasi hubungan arus-tegangan (I-V) dilakukan untuk mengetahui parameter-parameter sel surya seperti arus short circuit, tegangan

28

Rifan Satiadi , 2013

Pengaruh Komposisi Campuran Lapisan Aktif P3ht-Zno Terhadap Karakteristik Sel Surya Polimer Hibrid Substrat Fleksibel

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

3.2. Lokasi Penelitian

Tempat : Laboratorium Bahan dan Komponen Mikroelektronika Pusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi–Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (PPET–LIPI)

Waktu : Februari 2013-Mei 2013

Alamat : Komplek LIPI Jl. Sangkuriang Gd. 20 – Bandung 40135 telp. 022-2505660, 2504661 Fax. 022-2504659.

3.3. Alat dan Bahan 3.3.1. Alat

1. Penggaris 2. Cutter 3. Spin Coating 4. Screen Maker 5. Exposure Unit 6. Mesin Printing 7. Peralatan kimia 8. Oven vacuum 9. Ultrasonic cleaner 10. Vetri Dish

3.3.2. Bahan

1. Substrat PET (Poly Ethylene Thereptalant) yang telah dilapisi oleh ITO (Indium Tin Oxide) dari Sigma Aldrich

2. Fotoresist cair positif dan developer MF-319 dari Shipley 3. Aseton

4. Larutan HCl (asam klorida) 5. DI H20 (DIonized Water) 6. Deterjen Cair

29

8. Chlorobenzene dari Sigma Aldrich 9. Pasta PEDOT:PSS dari Orgacon Agfa 10. ZnO (Zinc Oxide) dari Sigma Aldrich

11. P3HT (poly(3-hexylthiophene)) dari Sigma Aldrich

12. Bahan pembuatan pola screen sablon : Ulano 133, Ulano Line, Ulano 23 dan Ulano 155+emulsi.

3.4. Alur Pembuatan Sel Surya Polimer Hibrid

3.4.1. Litografi

Gambar 3.2. Alur proses litografi Membuat desain sel surya

polimer hibrid

Pencetakan pola masker pada orto film

Aplikasi Corel Draw X5

Pembuatan masker : 1. Etching ITO

2. Printing PEDOT:PSS 3. Pelapisan P3HT-ZnO 4. Evaporasi Al

30

Rifan Satiadi , 2013

Pengaruh Komposisi Campuran Lapisan Aktif P3ht-Zno Terhadap Karakteristik Sel Surya Polimer Hibrid Substrat Fleksibel

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu 3.4.2. Etching ITO

Gambar 3.3. Alur etching ITO Preparasi substrat PET

yang dilapisi ITO

Pelapisan fotoresist cair positif di atas ITO

Teknik spin coating 4000 rpm selama 0,5 menit

Pemanasan pada suhu 80oC selama 10 menit

Exposure UV selama 2 menit Pencetakan pola ITO

Develop dengan MF-319 selama 2 menit

Pemanasan kembali pada suhu 100 oC selama 10 menit

Striping menggunakan aseton

Larutan HCl:DI H₂O (50:50)

Etching

31

3.4.3. Printing pasta PEDOT:PSS

PET + ITO hasil etching

Printing pasta

PEDOT:PSS

Drying suhu kamar 10 menit

Pemanasan pada 120 oC selama 60 menit keadaan

vakum

Mesin printing dengan snap

off 2 mm

Kecepatan 7 satuan skala Tekanan 5 satuan skala

Pembuatan screen PEDOT:PSS

32

Rifan Satiadi , 2013

Pengaruh Komposisi Campuran Lapisan Aktif P3ht-Zno Terhadap Karakteristik Sel Surya Polimer Hibrid Substrat Fleksibel

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu 3.4.4. Sintesis dan Pelapisan Larutan P3HT-ZnO

Penimbangan polimer P3HT 3 variasi 1. 75 mg 2. 54 mg 3. 33 mg

Pecampuran larutan 1 dan larutan 2 dibiarkan selama

± 24 jam

Larutan polimer hibrid P3HT-ZnO

Penimbangan serbuk ZnO 3 variasi

1. 33 mg 2. 54 mg 3. 75 mg

Pencampuran dengan pelarut chlorobenzene 0,5

mL hingga homogen

Pencampuran dengan pelarut chlorobenzene 0,5

mL + 5 tetes ethanol hingga homogen

Larutan 1 Larutan 2

Teknik spin

coating 1500 rpm

selama 0,5 menit Pelapisan polimer hibrid

Drying suhu kamar

selama ± 24 jam di vakum

Karakterisasi morfologi permukaan dan serapan

optik lapisan aktif

33

3.4.5. Evaporasi aluminium

3.4.6. Kapsulasi

Gambar 3.6. Alur evaporasi aluminium Persiapan

1. Masker Al & kawat aluminium

2. Evaporator

Proses evaporasi Al

Masker Al dilepaskan

Parameter

tekanan : 5-6 x 10-5 mBar waktu : 5 menit ketebalan : 50 nm Penempatan masker Al

diatas lapisan polimer hibrid

Persiapan

1. Sealant thermoplastic 2. Kaca penjepit

3. Plastik PET

Sel surya polimer hibrid berbasis P3HT-ZnO

Pemanasan pada suhu 100 OC selama 10 menit Kapsulasi

34

Rifan Satiadi , 2013

Pengaruh Komposisi Campuran Lapisan Aktif P3ht-Zno Terhadap Karakteristik Sel Surya Polimer Hibrid Substrat Fleksibel

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

3.5. Prosedur Pembuatan Sel Surya Polimer Hibrid

Pada penelitian ini pembuatan sel surya polimer hibrid P3HT-ZnO menggunakan konsep hybrid bulk heterojunction pada lapisan aktifnya. Semua material diletakkan secara menumpuk seperti sandwich (Gambar 3.8).

Penelitian ini terdiri dari beberapa tahapan proses yaitu :

3.5.1. Litografi

Proses litografi (sesuai Gambar 3.2) pada penelitian ini terdiri dari:

a. Pembuatan masker ITO untuk proses etching , dengan ukuran panjang 7,5 cm dan lebar 0,65 cm.

b. Pembuatan masker PEDOT:PSS untuk proses printing, dengan ukuran panjang 6,7 cm dan lebar 0,5 cm.

c. Pembuatan masker P3HT/ZnO dengan ukuran panjang 6,6 cm dan lebar 0,5 cm.

d. Pembuatan masker aluminium untuk proses evaporasi, dengan ukuran panjang 6,5 cm dan lebar 0,6 cm.

Keempat proses diatas dilakukan dengan bantuan software Corel X5. Kemudian dicetak pada kertas film transparan sesuai Gambar 3.9.

Gambar 3.8. Skema sel surya hybrid bulk heterojunction tampak samping (a) dan tampak atas (b)

(a)

35

3.5.2. Etching ITO

Proses etching (sesuai dengan Gambar 3.3) pada penelitian ini bertujuan untuk membentuk isolator dengan cara menghilangkan ITO yang tidak diperlukan. Preparasi substrat berukuran 7,5 cm x 1 cm yang telah dilapisi ITO dengan ketebalan 100 nm (Aldrich). Resistansi sheet ITO adalah 60Ω/□. Pelapisan fotoresist cair positif (Shipley) dilakukan dengan teknik spin coating. Sampel diletakkan di atas piringan tepat dibagian tengahnya. Kemudian vakumkan sampel tersebut, tetesi seluruh bagian permukaan ITO dengan fotoresist cair positif. Operasikan alat dengan parameter putaran piringan sebesar 4000 rpm selama 0,5 menit. Setelah itu sampel dipanaskan kedalam oven selama 10 menit pada temperatur 80 OC. Hal ini bertujuan supaya resist cair positif menempel kuat dengan ITO.

36

Rifan Satiadi , 2013

Pengaruh Komposisi Campuran Lapisan Aktif P3ht-Zno Terhadap Karakteristik Sel Surya Polimer Hibrid Substrat Fleksibel

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

Pencetakan pola ITO dilakukan dengan meletakkan masker ITO (Gambar 3.9) diatas fotoresist yang telah melekat pada sampel. Kemudian disinari dengan sinar UV yang dihasilkan oleh alat UV Exposure selama 2 menit. Untuk fotoresist positif bagian yang tidak terkena sinar akan semakin kuat berikatan dengan sampel, sedangkan bagian yang terkena sinar akan semakin lemah berikatan dengan sampel. Setelah disinari, sampel di develop dengan developer MF-319 (Shipley) selama 2 menit tujuannya adalah menghilangkan fotoresist yang terkena sinar UV, hasilnya dapat dilihat pada Gambar 3.10. Panaskan kembali sampel pada temperatur 100oC selama 10 menit, bertujuan supaya fotoresist berikatan semaikn kuat dengan sampel. Hasilnya sampel akan di-etching dengan larutan HCl 50% selama 3 menit. Untuk menghilangkan fotoresist yang menempel pada sampel dilakukan proses stripping dengan menggunakan aseton sebagai pelarut fotoresist.

Setelah proses etching selesai substrat dicuci untuk menghilangkan sisa kotoran atau debu yang menempel pada permukaan substrat. Pencucian sampel terdiri dari beberapa tahap yaitu :

a. Dicelup kedalam air (100 mL) yang telah dicampur dengan deterjen cair (5 mL)

b. Masukan substrat ke dalam DI H2O hingga seluruh permukaannya tercelup

c. Kemudian letakkan kedalam ultrasonic cleaner selama 10 menit

d. Lakukan langkah b-c dengan mengganti DI H2O dengan isopropanol

analysis

e. Keringkan, hasil etching dapat dilihat pada Gambar 3.11

37

3.5.3. Printing pasta PEDOT:PSS

Proses screen printing dilakukan melalui beberapa tahapan. Tahap pertama pasta ditempatkan merata di depan squeegee dengan posisi tegak. Pada tahap kedua squeegee mendorong pasta melalui lubang-lubang pada screen ke atas substrat dengan tekanan yang dapat diatur. Tahap terakhir

squeegee terangkat kembali. Seluruh tahap printing disebut satu kali sapuan printing. Proses printing dapat juga dilakukan dalam beberapa kali sapuan.

Semakin banyak jumlah sapuan printing maka akan semakin tebal pasta yang akan tercetak pada substrat. Berikut skema teknik screen printing pada

Gambar 3.12.

Pada proses pelapisan pasta PEDOT:PSS (sesuai Gambar 3.4), langkah pertama adalah pembuatan screen pola PEDOT:PSS. Screen yang digunakan berbahan nilon dengan mesh 300 (tiap 1 inch terdapat 300 lubang). Langkah-langkah pembuatan screen pola PEDOT:PSS adalah sebagai berikut :

a. Cuci screen yang akan digunakan dengan Ulano 23 untuk menghilangkan lemak yang menempel pada screen, setelah itu keringkan.

b. Siapkan pasta campuran ulano 155 dengan katalisnya, perbandingan 1 kg : 100 mL

Gam bar 3.12. Skema dari teknik screen printing (Krebs, 2008)

38

Rifan Satiadi , 2013

Pengaruh Komposisi Campuran Lapisan Aktif P3ht-Zno Terhadap Karakteristik Sel Surya Polimer Hibrid Substrat Fleksibel

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

c. Proses berikutnya di lakukan di ruang gelap dikarenakan ulano 133 peka terhadap cahaya.

d. Tempelkan ulano line sesuai ukuran pola di depan screen

e. Oleskan pasta ulano 133 pada bagian yang terdapat ulano line menempel f. Keringkan selama 15 menit hingga ulano line menempel pada screen g. Kelupas plastik yang menempel pada ulano line

h. Kemudian letakkan masker PEDOT:PSS (Gambar 3.9) diatas ulano line i. Screen diletakkan di dalam mesin screen maker untuk disinari selama 10

menit, dalam proses ini bagian yang terkena sinar akan semakin kuat berikatan pada screen sedangkan yang terkena sinar akan semakin lemah berikatan.

j. Semprot bagian yang terdapat ulano line tersebut secara perlahan hingga pola PEDOT:PSS muncul (sesuai Gambar 3.13a), lalu keringkan

Pada proses printing, snap off (jarak screen dengan sampel yang akan di

printing) yang digunakan sebesar 2 mm, kecepatan menyapu pasta sebesar 7

satuan skala alat dan tekanan rakel sebesar 5 satuan skala alat. Pasta PEDOT:PSS (Agfa) di printing dengan satu kali sapuan. Dilanjutkan dengan proses drying suhu kamar selama 10 menit lalu di panaskan selama 60 menit keadaan vakum pada temperatur 120o C. Hasil printing PEDOT:PSS ditunjukan oleh Gambar 3.13b.

Gambar 3.13. Screen PEDOT:PSS (a) dan hasil printing PEDOT:PSS (b)

39

3.5.4. Sintesis dan deposisi lapisan aktif P3HT-ZnO

Sintesis dan pelapisan larutan P3HT-ZnO sesuai dengan alur pada Gambar 3.5. Pembuatan larutan P3HT-ZnO ini merupakan parameter yang akan dijadikan variabel pengamatan. Komposisi campuran ini berupa perbandingan massa P3HT dan ZnO pada lapisan aktif. Perbandingan massa antara P3HT dan ZnO yang akan diamati adalah 7:3, 1:1 dan 3:7. Langkah pertama adalah menimbang P3HT (Aldrich) dan ZnO (Aldrich) sesuai dengan perbandingan. Berikut masing-masing massa untuk P3HT dan ZnO pada tabel.1.

Tabel 1. Perbandingan Massa P3HT dan ZnO

Perbandingan Massa Massa P3HT Massa ZnO

7:3 75 mg 33 mg

1:1 54 mg 54 mg

3:7 33 mg 75 mg

Langkah berikutnya adalah melarutkan P3HT dan ZnO ke dalam chlorobenzene 0,5 mL, khusus untuk ZnO ditambahkan ethanol 5 tetes supaya serbuk ZnO tidak mengendap. Diamkan kedua larutan tersebut selama ± 24 jam supaya semua larutan tercampur sempurna. Setelah terlarut semua, campurkan larutan P3HT (Gambar 3.14a) dengan larutan ZnO (Gambar 3.14b) kedalam satu wadah dan aduk hingga tercampur. Gambar 3.14a dari kiri ke kanan komposisi P3HT semakin berkurang dan Gambar 3.14b dari kiri ke kanan komposisi ZnO semakin bertambah. Selanjutnya diamkan selama ± 24 jam supaya larutan tercampur sempurna. Campuran larutan (Gambar 3.15) ini yang akan digunakan sebagai bahan untuk lapisan aktif sel surya polimer hibrid. Gambar 3.15 dari kiri ke kanan komposisi campuran P3HT semakin berkurang.

40

Rifan Satiadi , 2013

Pengaruh Komposisi Campuran Lapisan Aktif P3ht-Zno Terhadap Karakteristik Sel Surya Polimer Hibrid Substrat Fleksibel

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

Pelapisan lapisan aktif P3HT-ZnO (sesuai dengan Gambar 3.5) dilakukan dengan metode spin coating. Sebelumnya sampel telah ditutupi selotip dengan bagian yang terbuka sesuai pola untuk polimer (Gambar 3.9). Setelah itu sampel diletakkan pada bagian tengah piringan alat pada keadaan vakum. Tetesi bagian yang tidak ditutup selotip dengan larutan polimer hibrid yang telah dibuat secara merata. Operasikan alat dengan putaran 1500 rpm selama 0,5 menit. Setelah itu drying sampel pada suhu kamar selama ±24 jam dalam keadaan vakum, hasilnya dapat dilihat pada Gambar 3.16. Untuk mengetahui morfologi permukaan dari lapisan aktif dilakukan karakterisasi Scanning

Electron Microscopy (SEM). Serta untuk mengetahui serapan optik dari

lapisan aktif dilakukan karakterisasi UV-Vis.

Gambar 3.14. Larutan P3HT(a) dan larutan ZnO (b)

Gambar 3.16. Hasil pelapisan polimer hibrid P3HT-ZnO Gambar 3.15. Campuran P3HT-ZnO

41

3.5.5. Evaporasi aluminium

Evaporasi adalah salah satu teknik deposisi lapisan tipis dengan mengubah zat padat menjadi uap. Pada penelitian ini aluminium 99,99% (Aldrich) untuk evaporasi berwujud padat diubah menjadi uap oleh alat evaporator. Prosedur evaporasi sesuai Gambar 3.5, masker evaporasi (Gambar 3.17a) diletakkan di atas substrat hasil proses pelapisan polimer hibrid. Evaporasi dilakukan dalam keadaan vakum dengan tekanan 5-6 x 10-5 mBar selama 5 menit dengan hasil ketebalan 50 nm. Gambar 3.17b menunjukan masker yang digunakan setelah proses evaporasi menjadi tertutup aluminium. Hasil evaporasi aluminium diatas lapisan aktif P3HT-ZnO dapat dilihat pada Gambar 3.18 membentuk lapisan aktif seluas 2,6 cm2.

Gambar 3.17. Masker evaporasi aluminium (kiri) dan masker setelah evaporasi aluminium (kanan)

Gambar 3.18. Hasil evaporasi aluminium

42

Rifan Satiadi , 2013

Pengaruh Komposisi Campuran Lapisan Aktif P3ht-Zno Terhadap Karakteristik Sel Surya Polimer Hibrid Substrat Fleksibel

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

3.5.6. Kapsulasi

Proses kapsulasi (sesuai Gambar 3.7) yang dilakukan adalah dengan menempelkan PET diatas lapisan aluminium dengan menggunakan sealant thermoplastic dari Dyesol sesuai skema pada Gambar 3.18. Kemudian dijepit dengan kaca (Gambar 3.20) supaya perrmukaannya tetap datar dan dipanaskan 100 OC selama 10 menit. Selanjutnya dilakukan karakterisasi induced photon

current effiency (IPCE) dan karakterisasi hubungan arus-tegangan (I-V).

3.6. Karakterisasi

3.6.1. Karakterisasi Morfologi Permukaan

Morfologi permukaan lapisan aktif dikarakterisasi dengan menggunakan SEM (Scanning Electron Microscope). Morfologi permukaan yang ditinjau adalah banyaknya pori pada lapisan tersebut pada variasi komposisi campuran. Sebelum sampel di SEM dilakukan proses coating yaitu pelapisan konduktor pada sampel agar sampel menjadi lebih konduktif. Proses coating dan analisis

Gambar 3.19. Skema kapsulasi sel surya

Gambar 3.20. Proses kapsulasi sel surya tampak atas Sealant

Al P3HT-ZnO PEDOT:PSS

ITO

43

Gambar 3.21. Skema pengukuran I-V

SEM dilakukan di Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam-Institut Teknologi Bandung (FMIPA-ITB).

3.6.2. Karakterisasi Serapan Cahaya

Karakterisasi serapan cahaya dilakukan dengan menggunakan spektroskopi UV-Vis. Karakterisasi ini berguna untuk mengetahui hubungan antara serapan optik material yang digunakan dengan panjang gelombang cahaya pada spektrum ultraviolet sampai cahaya tampak. Proses karakterisasi dilakukan di Universitas Sebelas Maret, Solo.

3.6.3. Karakterisasi IPCE

Karakterisasi Incident Photon to Current Efficiency (IPCE) berguna untuk mengetahui perbandingan antara jumlah muatan yang berkontribusi dalam menghasilkan arus penyinaran dengan jumlah foton yang mengenai peranti. Proses karakterisasi dilakukan di Universitas Sebelas Maret, Solo.

3.6.4. Karakterisasi Listrik

Pengukuran arus–tegangan (I–V) di lakukan dengan menyinari divais sel surya dibawah penyinaran standar spektrum matahari AM1.5 (1000 W/m2). Penyinaran dengan lampu xenon dengan intensitas cahaya 270 W/m2 dan temperatur ruangan 27oC. Alat yang digunakan untuk pengukuran IV sel surya yang digunakan terdiri dari Solar Simulator Oriel, piranometer, alat ukur I-V dari National Instrument, dan sebuah komputer dengan aplikasi Lab View Skema rangkaian pengukuran I-V sel surya dapat dilihat pada Gambar 3.21.

44

Rifan Satiadi , 2013

Pengaruh Komposisi Campuran Lapisan Aktif P3ht-Zno Terhadap Karakteristik Sel Surya Polimer Hibrid Substrat Fleksibel

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

Data hasil pengukuran akan terekam oleh komputer dengan software LabView. Dari hasil pengukuran I-V dengan menggunakan I-V measurement, keluaran data berupa file berformat lvm. File tersebut lalu dibuka dan diolah dengan menggunakan Microsoft Office Excel. Di dalam file tersebut terdapat parameter-parameter dari sel surya yang terukur antara lain daya maksimum (Pm), tegangan open circuit (Voc), arus short circuit (Isc), efisiensi (ɳ), fill

factor (FF), serta intensitas cahaya penyinaran yang digunakan ketika

54

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Sel surya polimer hibrid dengan menggunakan campuran P3HT-ZnO sebagai lapisan aktif telah berhasil dibuat di atas substrat fleksibel (PET). Lapisan aktif tersebut dikarakterisasi morfologi permukaan dan serapan cahaya. Karakterisasi IPCE dan pengukuran I-V dilakukan setelah lapisan aktif itu diaplikasikan menjadi sel surya.

Berdasarkan hasil pengamatan morfologi permukaan lapisan aktif P3HT-ZnO menggunakan SEM memperlihatkan bahwa semakin besar jumlah P3HT pada campuran lapisan aktif P3HT-ZnO maka semakin sedikit jumlah pori yang terbentuk pada lapisan aktif.

Hasil karakterisasi serapan cahaya lapisan aktif P3HT-ZnO dengan menggunakan spektroskopi UV-Vis menunjukan bahwa semakin besar jumlah P3HT pada campuran lapisan aktif P3HT-ZnO maka semakin tinggi serapan cahaya lapisan aktif. Hasil karakterisasi IPCE memperlihatkan bahwa semakin besar jumlah P3HT pada campuran lapisan aktif P3HT-ZnO maka nilai

external quantum effiency (EQE) rata-rata semakin tinggi.

Hasil pengukuran I-V memperlihatkan karakteristik listrik dan unjuk kerja sel surya polimer hibrid substrat fleksibel. Karakteristik listrik sel surya berupa tegangan open-circuit (Voc) dan arus lisrik short-circuit (Isc) mengalami peningkatan ketika jumlah P3HT pada campuran lapisan aktif P3HT-ZnO semakin besar. Sedangkan unjuk kerja sel surya berupa daya keluran (Pm), fill factor (FF), dan efisiensi (η) mengalami peningkatan ketika jumlah P3HT pada campuran lapisan aktif P3HT-ZnO semakin besar.

Lapisan aktif dengan komposisi campuran P3HT-ZnO (7:3) pada sel surya polimer hibrid mempunyai karakteristik listrik dan unjuk kerja paling baik. Sel

55

Rifan Satiadi , 2013

Pengaruh Komposisi Campuran Lapisan Aktif P3ht-Zno Terhadap Karakteristik Sel Surya Polimer Hibrid Substrat Fleksibel

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

surya ini menghasilkan Isc sebesar 5,6 x 10-5 A, Voc sebesar 0,477 V, Pm sebesar 1,68 x 10-5watt, FF sebesar 0,63, dan η sebesar 0,024%.

5.2. Saran

Berdasarkan hasil penelitian dalam studi pengaruh komposisi campuran lapisan aktif P3HT-ZnO terhadap karakteristik sel surya polimer hibrid substrat fleksibel, penulis mengajukan saran untuk optimasi proses adalah sebagai berikut :

1. Optimasi komposisi campuran P3HT-ZnO dengan persentase P3HT diatas 70%.

2. Optimasi waktu pencampuran P3HT-ZnO dengan menggunakan

magnetic stirer, supaya material P3HT dan ZnO tercampur secara

homogen.

3. Optimasi temperatur anealing setelah deposisi lapisan P3HT-ZnO, supaya material P3HT terkristalisasi.

4. Optimasi parameter putaran dan waktu piringan pada mesin spin

coater dalam deposisi lapisan aktif.

5. Penambahan material lain untuk membuat P3HT-ZnO berwujud pasta supaya metode screen printing dapat digunakan dalam deposisi lapisan aktif.

56

DAFTAR PUSTAKA

Al-Ibrahim, M., Roth, H K., Schroedner, M., Konkin, A., Zhokhavets, U., Gobsch, G., Scharff, P. & Sensfuss, S. (2005). The influence of optoelectronic properties of poly(3-alkylthiophenes) on the devices parameters in flexible polymer solar cells. Organic Electronics 6, 65-77. Beek, W J E., Wienk, M M., & Janssen, R A J. (2004). Efficient Hybrid Solar

Cells from Zinc Oxide Nanoparticles and a Conjugated Polymer.

Advanced Materials 16 No 12, 1009-1013.

Beek, W J E, Wienk, M M., & Janssen, R A J. (2005). Hybrid polymer solar cells based on zinc oxide. Journal of Materials Chemistry 15, 2985-2988. Beek, W J E., Wienk, M M., Kemerink, M., Yang, X., & Janssen, R A J.. (2005).

Hybrid Zinc Oxide conjugated polymer bulk heterojunction solar cells.

Journal Physisc Chemistry B 109 , 9505-9516.

Beiser, A. (1987). Konsep Fisika Modern (Alih Bahasa The Houw Liong). Jakarta: Erlangga.

Bundgaard, E., & Krebs, F C. (2007). Low band gap polymers for organic photovoltaics. Solar Energy Materials & Solar Cells 91, 954-985.

Cai, W., Gong, X., & Cao, Y. (2010). Polymer solar cell : Recent development and possible routes for improvement in the performance. Solar Enegy

Matreials & Solar cells 94, 114-127.

Chandrasekaran, J., Nithyaprakash, D., Ajjan, K B., Maruthamuthu, S., Manoharan, D., & Kumar, S. (2011). Hybrid solar cell based on blending of organic and inorganic materials-an overview. Renewable and

Sustaninable Energy Reviews 15, 1228-1238.

Das, N C., Biswas, S., & Sokol, P E. (2011). the photovoltaic performance of ZnO nanorods in bulk heterojunction solar cells. Journal of Renewable and

Sustainable Energy 3, 1-7.

Ferreira, S R., Davis, R J., Lee, Y., Lu, P., & Hsu, J W P. (2011). Effect of devices architecture on hybrid zinc oxide nanoparticle: poly (3-hexylthiophene) blend solar cell performance and stability. Organic

Electronic 12, 1258-1263.

Fitrilawati., Abdussalam, W., Syamsiar, Y S., & Susilawati, T. (2008). Pengaruh Dopan pada sifat optik poly (heksil thiophene). Jurnal Fisika dan

Aplikasinya vol 1 no 1, 1-4.

Gunes, S., Neugebauer, H., & Sariciftci, N S. (2007). Conjugated polymer based organic solar cells. Chemistry Review 107, 1324-1338.

57

Rifan Satiadi , 2013

Pengaruh Komposisi Campuran Lapisan Aktif P3ht-Zno Terhadap Karakteristik Sel Surya Polimer Hibrid Substrat Fleksibel

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

Huynh, W U., Dittmer, J J., & Alivisatos, A P. (2002). Hybrid nanorod-polymer solar cells. Science vol 295, 2425-2427.

Janotti, A., & Walle, C G V (2009). Fundamentals of zinc oxide as a semiconductor. Reports on progress in physics 72, 1-29.

Ji, L W., Shih, W S., Fang, T H., Wu, C Z., Peng, SM., & Meen, T H. (2007). Preparation and characteristics of hybrid ZnO-polymer solar cells. Jornal

Material Sciences 45, 3266-3269.

Kittel, C. (2005). Introduction to Solid State Physics 8th edition. New York:Wiley.

Krebs, F. (2009). Polymer solar cell modules prepared using roll-to-roll methods: knife-over-edge coating, slot-die coating and screen printing. Solar Energy

Materials & Solar Cells 93, 465-475.

Kwok, K Ng. (1994). Complete Guide To Semiconductor Devices (Second Edition). New Jersey: McGraw-Hill, Inc.

Li, F., Du, Y., & Chen, Y. (2012). Hybrid bulk heterojunction solar cells based on poly(3-hexylthiophene) and ZnO nanoparticles modified by side-chain functional polythiophenes. Thin Solid Films 526, 120-126.

Liao, K., Yambem, S D., Haldar, A., Alley, N J., & Curran, S A. (2010). Designs and Architectures for the Next Generation of Organic Solar Cells.

Energies 3, 1212-1250.

Liu, J., Qu, S., Xu, Y., Chen, Y., Zeng, X., Wang, Z., Zhou, H., & Wang, Z. (2007). Photovoltaic and electroluminescence character in hybrid ZnO and conjugated polymer bulk heterojunction devices. China Physics Letter vol

24, 1350-1353.

Lund, J., Roge, R., Petersen, R., & Larsen, T. (2006). Polymer solar cells. Aalborg University:tidak diterbitkan.

Mayer, A C., Scully, S R., Hardin, B E., Rowell, M W., & McGehee, M D. (2007). Polymer based solar cells. Material Today volume 10 nomor 11, 28-33.

Moet, D J D., Koster, J A., Boer, B., & Blom, P W M. (2007). Hybrid polymer solar cells from highly reactive diethylzinc: MDMO-PPV versus P3HT.

Chemistry Materials 19, 5856-5861.

Montibon, E., Lestelius, M., & Jarnstrom, L. (2009). Preparation of electroconductive paper by coating blends of PEDOT:PSS and Organic Solvent. TAPPI Paper Con'09 Conference, 1-3.

Moule, A J., Bonekamp, J B., & Maerholz, K. (2006). the effect of active layer thickness and composition on the performance of bulk heterojunction solar cells. Journal of Applied Physics 100, 1-7.

Nath, I. (2010). Cleaning Up After Clean Energy: Hazardous Waste in the Solar Industry. Stanford Journal of International Vol. XI, 1-9.

58

Nielsen, T. D., Cruickshank, C., Soren, F., Thorsen, J., & Krebs, F C. (2010). Business, market and intellectual property analysis of polymer solar cells’, . Solar Energy Materials & Solar Cells 94, 1553–1571.

Niemann, J. (2004). Understanding Solar Cell Physics : Key to Better Testing

Methodology. Online, Tersedia: HYPERLINK

"http://www.keithley.com/data?asset=15891"

http://www.keithley.com/data?asset=15891 [18 Desember 2012]

Oosterhout, S. D. (2011). Thesis :Hybrid Polymer Solar cells Based on ZnO. Eindhoven: Tidak diterbitkan.

Quist, P A C., Beek, W J E., Wienk, M M., Janssen, R A., Savenije, T J., & Siebbeles, L D A. (2006). Photogeneration and decay of charge carriers in hybrid bulk heterojunction of ZnO nanoparticles and conjugated polymers.

Journal Physics Chemistry 110, 10315-10321.

Rockett, A. (2007). The Materials Science of Semiconductor. Illinois: Springer. Saunders, B R., & Turner, M L. (2008). Nanoparticle–polymer photovoltaic cells.

Advances in Colloid and Interface Science 138, 1–23.

Saunders, B R. (2012). Hybrid nanoparticle/polymer solar cell : preparation, principles, and challanges. Journal of Colloid and Interface Science 369, 1–15.

Scharber, M C., Muhlbacher, D., Koppe, M., Denk, P., Waldauf, C., Heeger, A J., & Brabec, C J. (2006). Design rules for donors in bulk-heterojunction solar cells—towards 10% energy-conversion efficiency. Journal Advanced

Materials 18, 789–794.

Shao, S., Liu, F., Xie, Z., & Wang, L. (2010). High-efficiency hybrid polymer solar cells with inorganic P- and N-type semiconductor nanocrystals to collect photogenerated charges. Journal Physics Chemistry 114, 9161-9166.

Shrotriya, V., Ouyang, J., tseng, R J., Li, G., & Yang, Y. (2005). Absorption spectra modification in Poly(3-hexylthiophene):methanofullerene blend thin films. Chemical Physics Letters 411, 138–143.

Skompska, M. (2010). Hybrid conjugated polymer/semiconductor photovoltaic cells. Synthetic Metals 160 , 1–15.

Slooff, L H., Wienk, M M., & Kroon, J M. (2004). Hybrid TiO2:polymer photovoltaic cells made from a titanium oxide. Thin Solid Films 451 –452,

634–638.

Suresh, P., Balaraju, P., Sharma, S K., Roy, M S., & Sharma, G D. (2008). Photovoltaic devices based on PPHT: ZnO and dye-sensitized PPHT.

59

Rifan Satiadi , 2013

Pengaruh Komposisi Campuran Lapisan Aktif P3ht-Zno Terhadap Karakteristik Sel Surya Polimer Hibrid Substrat Fleksibel

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

Vandewal, K., Goris, L., Haeldermans, I., Nesladek, M., Haenen, K., & Wagner, P. (2008). Fourier-transform photocurrent spectroscopy for a fast and highly sensitive spectral characterization of organic and hybrid solar cells.

Thin Solid Films 516, 7135-7138

Wright, M., & Uddin, A. (2012). Organic-inorganic hybrid solar cells: A comparative review. Solar Energy Materials & Solar Cells 107, 87–111.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Sel surya polimer hibrid dengan menggunakan campuran P3HT-ZnO sebagai lapisan aktif telah berhasil dibuat di atas substrat fleksibel (PET). Lapisan aktif tersebut dikarakterisasi morfologi permukaan dan serapan cahaya. Karakterisasi IPCE dan pengukuran I-V dilakukan setelah lapisan aktif itu diaplikasikan menjadi sel surya.

Berdasarkan hasil pengamatan morfologi permukaan lapisan aktif P3HT-ZnO menggunakan SEM memperlihatkan bahwa semakin besar jumlah P3HT pada campuran lapisan aktif P3HT-ZnO maka semakin sedikit jumlah pori yang terbentuk pada lapisan aktif.

Hasil karakterisasi serapan cahaya lapisan aktif P3HT-ZnO dengan menggunakan spektroskopi UV-Vis menunjukan bahwa semakin besar jumlah P3HT pada campuran lapisan aktif P3HT-ZnO maka semakin tinggi serapan cahaya lapisan aktif. Hasil karakterisasi IPCE memperlihatkan bahwa semakin besar jumlah P3HT pada campuran lapisan aktif P3HT-ZnO maka nilai external quantum effiency (EQE) rata-rata semakin tinggi.

Hasil pengukuran I-V memperlihatkan karakteristik listrik dan unjuk kerja sel surya polimer hibrid substrat fleksibel. Karakteristik listrik sel surya berupa tegangan open-circuit (Voc) dan arus lisrik short-circuit (Isc)

mengalami peningkatan ketika jumlah P3HT pada campuran lapisan aktif P3HT-ZnO semakin besar. Sedangkan unjuk kerja sel surya berupa daya keluran (Pm), fill factor (FF), dan efisiensi (η) mengalami peningkatan ketika

jumlah P3HT pada campuran lapisan aktif P3HT-ZnO semakin besar.

Lapisan aktif dengan komposisi campuran P3HT-ZnO (7:3) pada sel surya polimer hibrid mempunyai karakteristik listrik dan unjuk kerja paling baik. Sel

surya ini menghasilkan Isc sebesar 5,6 x 10-5 A, Voc sebesar 0,477 V, Pm

sebesar 1,68 x 10-5watt, FF sebesar 0,63, dan η sebesar 0,024%.

5.2. Saran

Berdasarkan hasil penelitian dalam studi pengaruh komposisi campuran lapisan aktif P3HT-ZnO terhadap karakteristik sel surya polimer hibrid substrat fleksibel, penulis mengajukan saran untuk optimasi proses adalah sebagai berikut :

1. Optimasi komposisi campuran P3HT-ZnO dengan persentase P3HT diatas 70%.

2. Optimasi waktu pencampuran P3HT-ZnO dengan menggunakan magnetic stirer, supaya material P3HT dan ZnO tercampur secara homogen.

3. Optimasi temperatur anealing setelah deposisi lapisan P3HT-ZnO, supaya material P3HT terkristalisasi.

4. Optimasi parameter putaran dan waktu piringan pada mesin spin coater dalam deposisi lapisan aktif.

5. Penambahan material lain untuk membuat P3HT-ZnO berwujud pasta supaya metode screen printing dapat digunakan dalam deposisi lapisan aktif.

DAFTAR PUSTAKA

Al-Ibrahim, M., Roth, H K., Schroedner, M., Konkin, A., Zhokhavets, U., Gobsch, G., Scharff, P. & Sensfuss, S. (2005). The influence of optoelectronic properties of poly(3-alkylthiophenes) on the devices parameters in flexible polymer solar cells. Organic Electronics 6, 65-77. Beek, W J E., Wienk, M M., & Janssen, R A J. (2004). Efficient Hybrid Solar

Cells from Zinc Oxide Nanoparticles and a Conjugated Polymer. Advanced Materials 16 No 12, 1009-1013.

Beek, W J E, Wienk, M M., & Janssen, R A J. (2005). Hybrid polymer solar cells based on zinc oxide. Journal of Materials Chemistry 15, 2985-2988. Beek, W J E., Wienk, M M., Kemerink, M., Yang, X., & Janssen, R A J.. (2005).

Hybrid Zinc Oxide conjugated polymer bulk heterojunction solar cells. Journal Physisc Chemistry B 109 , 9505-9516.

Beiser, A. (1987). Konsep Fisika Modern (Alih Bahasa The Houw Liong). Jakarta: Erlangga.

Bundgaard, E., & Krebs, F C. (2007). Low band gap polymers for organic photovoltaics. Solar Energy Materials & Solar Cells 91, 954-985.

Cai, W., Gong, X., & Cao, Y. (2010). Polymer solar cell : Recent development and possible routes for improvement in the performance. Solar Enegy Matreials & Solar cells 94, 114-127.

Chandrasekaran, J., Nithyaprakash, D., Ajjan, K B., Maruthamuthu, S., Manoharan, D., & Kumar, S. (2011). Hybrid solar cell based on blending of organic and inorganic materials-an overview. Renewable and Sustaninable Energy Reviews 15, 1228-1238.

Das, N C., Biswas, S., & Sokol, P E. (2011). the photovoltaic performance of ZnO nanorods in bulk heterojunction solar cells. Journal of Renewable and Sustainable Energy 3, 1-7.

Ferreira, S R., Davis, R J., Lee, Y., Lu, P., & Hsu, J W P. (2011). Effect of devices architecture on hybrid zinc oxide nanoparticle: poly (3-hexylthiophene) blend solar cell performance and stability. Organic Electronic 12, 1258-1263.

Fitrilawati., Abdussalam, W., Syamsiar, Y S., & Susilawati, T. (2008). Pengaruh Dopan pada sifat optik poly (heksil thiophene). Jurnal Fisika dan Aplikasinya vol 1 no 1, 1-4.

Gunes, S., Neugebauer, H., & Sariciftci, N S. (2007). Conjugated polymer based organic solar cells. Chemistry Review 107, 1324-1338.

Huynh, W U., Dittmer, J J., & Alivisatos, A P. (2002). Hybrid nanorod-polymer solar cells. Science vol 295, 2425-2427.

Janotti, A., & Walle, C G V (2009). Fundamentals of zinc oxide as a semiconductor. Reports on progress in physics 72, 1-29.

Ji, L W., Shih, W S., Fang, T H., Wu, C Z., Peng, SM., & Meen, T H. (2007). Preparation and characteristics of hybrid ZnO-polymer solar cells. Jornal Material Sciences 45, 3266-3269.

Kittel, C. (2005). Introduction to Solid State Physics 8th edition. New York:Wiley.

Krebs, F. (2009). Polymer solar cell modules prepared using roll-to-roll methods: knife-over-edge coating, slot-die coating and screen printing. Solar Energy Materials & Solar Cells 93, 465-475.

Kwok, K Ng. (1994). Complete Guide To Semiconductor Devices (Second Edition). New Jersey: McGraw-Hill, Inc.

Li, F., Du, Y., & Chen, Y. (2012). Hybrid bulk heterojunction solar cells based on poly(3-hexylthiophene) and ZnO nanoparticles modified by side-chain functional polythiophenes. Thin Solid Films 526, 120-126.

Liao, K., Yambem, S D., Haldar, A., Alley, N J., & Curran, S A. (2010). Designs and Architectures for the Next Generation of Organic Solar Cells. Energies 3, 1212-1250.

Liu, J., Qu, S., Xu, Y., Chen, Y., Zeng, X., Wang, Z., Zhou, H., & Wang, Z. (2007). Photovoltaic and electroluminescence character in hybrid ZnO and conjugated polymer bulk heterojunction devices. China Physics Letter vol 24, 1350-1353.

Lund, J., Roge, R., Petersen, R., & Larsen, T. (2006). Polymer solar cells. Aalborg University:tidak diterbitkan.

Mayer, A C., Scully, S R., Hardin, B E., Rowell, M W., & McGehee, M D. (2007). Polymer based solar cells. Material Today volume 10 nomor 11, 28-33.

Moet, D J D., Koster, J A., Boer, B., & Blom, P W M. (2007). Hybrid polymer solar cells from highly reactive diethylzinc: MDMO-PPV versus P3HT. Chemistry Materials 19, 5856-5861.

Montibon, E., Lestelius, M., & Jarnstrom, L. (2009). Preparation of electroconductive paper by coating blends of PEDOT:PSS and Organic Solvent. TAPPI Paper Con'09 Conference, 1-3.

Moule, A J., Bonekamp, J B., & Maerholz, K. (2006). the effect of active layer thickness and composition on the performance of bulk heterojunction solar cells. Journal of Applied Physics 100, 1-7.

Nath, I. (2010). Cleaning Up After Clean Energy: Hazardous Waste in the Solar Industry. Stanford Journal of International Vol. XI, 1-9.

Nielsen, T. D., Cruickshank, C., Soren, F., Thorsen, J., & Krebs, F C. (2010). Business, market and intellectual property analysis of polymer solar cells’, . Solar Energy Materials & Solar Cells 94, 1553–1571.

Niemann, J. (2004). Understanding Solar Cell Physics : Key to Better Testing Methodology. Online, Tersedia: HYPERLINK "http://www.keithley.com/data?asset=15891"

http://www.keithley.com/data?asset=15891 [18 Desember 2012]

Oosterhout, S. D. (2011). Thesis :Hybrid Polymer Solar cells Based on ZnO. Eindhoven: Tidak diterbitkan.

Quist, P A C., Beek, W J E., Wienk, M M., Janssen, R A., Savenije, T J., & Siebbeles, L D A. (2006). Photogeneration and decay of charge carriers in hybrid bulk heterojunction of ZnO nanoparticles and conjugated polymers. Journal Physics Chemistry 110, 10315-10321.

Rockett, A. (2007). The Materials Science of Semiconductor. Illinois: Springer. Saunders, B R., & Turner, M L. (2008). Nanoparticle–polymer photovoltaic cells.

Advances in Colloid and Interface Science 138, 1–23.

Saunders, B R. (2012). Hybrid nanoparticle/polymer solar cell : preparation, principles, and challanges. Journal of Colloid and Interface Science 369, 1–15.

Scharber, M C., Muhlbacher, D., Koppe, M., Denk, P., Waldauf, C., Heeger, A J., & Brabec, C J. (2006). Design rules for donors in bulk-heterojunction solar cells—towards 10% energy-conversion efficiency. Journal Advanced Materials 18, 789–794.

Shao, S., Liu, F., Xie, Z., & Wang, L. (2010). High-efficiency hybrid polymer solar cells with inorganic P- and N-type semiconductor nanocrystals to collect photogenerated charges. Journal Physics Chemistry 114, 9161-9166.

Shrotriya, V., Ouyang, J., tseng, R J., Li, G., & Yang, Y. (2005). Absorption spectra modification in Poly(3-hexylthiophene):methanofullerene blend thin films. Chemical Physics Letters 411, 138–143.

Skompska, M. (2010). Hybrid conjugated polymer/semiconductor photovoltaic cells. Synthetic Metals 160 , 1–15.

Slooff, L H., Wienk, M M., & Kroon, J M. (2004). Hybrid TiO2:polymer photovoltaic cells made from a titanium oxide. Thin Solid Films 451 –452, 634–638.

Suresh, P., Balaraju, P., Sharma, S K., Roy, M S., & Sharma, G D. (2008). Photovoltaic devices based on PPHT: ZnO and dye-sensitized PPHT. Solar Energy Materials & Solar Cells 92, 900-908.

Vandewal, K., Goris, L., Haeldermans, I., Nesladek, M., Haenen, K., & Wagner, P. (2008). Fourier-transform photocurrent spectroscopy for a fast and highly sensitive spectral characterization of organic and hybrid solar cells. Thin Solid Films 516, 7135-7138

Wright, M., & Uddin, A. (2012). Organic-inorganic hybrid solar cells: A comparative review. Solar Energy Materials & Solar Cells 107, 87–111.