Preparasi Lapisan Tipis ZnO Dengan Metode Elektrodeposisi Untuk Aplikasi Solar Cell

Oleh:

Hanif Mubarok

2310100049

Yusuf Hasan Habibie

2310100137

Pembimbing :

Ir. Minta Yuwana, MS.

Prof. Dr. Ir. Heru Setyawan, M.Eng

Perlunya energi alternatif pengganti energi konvensional, Solar cell adalah salah satu energi alternatif yang berkembang.

Solar cell di pasaran terbuat dari silicon memiliki harga mahal, sehingga belum digunakan secara massal.

Penelitian menunjukkan bahwa zinc

oxide/tetrasulfonated copper phthalocyanine (ZnO/TSPcCu) bisa digunakan sebagai

material pembuatan solar cell (Xinze Luo, dkk) Perlunya material alternatif pengganti

silikon untuk pembuatan solar cell.

Penumbuhan lapisan tipis ZnO tidak terjadi pada suhu dibawah 34o_{C dengan nilai}

optimum transparansi lapisan dan kristalinity didapat diatas suhu 34o_{C (A.Goux, dkk)}

Metode pembuatan lapisan ZnO seringkali masih menggunakan suhu dan tekanan tinggi, hal ini menyebabkan biaya produksi masih mahal

Perlunya mengembangkan proses yang mudah, sederhana dan biaya operasi yang murah.

Maka penelitian ini mencoba menggunakan metode elektrodeposisi suhu ruang untuk pembuatan lapisan tipis ZnO sebagai

pembuatan solar cell

Lapisan tipis ZnO dapat dibuat dengan metode elektrodeposisi pada suhu ruang dengan menjenuhkan larutan elektrolit dengan oksigen (Pauporte, dkk)

Dengan mempelajari pengaruh flowrate oksigen dan tegangan yang diberikan dan pentesan ekstrak strawberi pada

Mempelajari pengaruh flowrate oksigen dan tegangan

konstan terhadap konduktivitas, morfologi lapisan ZnO

yang terbentuk dan efisiensi solar cell.

Mengevaluasi pengaruh flowrate oksigen dan tegangan

konstan terhadap konduktivitas, morfologi lapisan ZnO

1. Mengetahui flowrate oksigen dan tegangan konstan

yang baik dalam pembuatan lapisan ZnO

2. Memperoleh ZnO dengan lapisan yang homogen

.

Metodologi

Mencuci elektroda dalam ultrasonic bath,

aceton, etanol, dan 45% asam nitrat

Media Klorida 5mM ZnCl

₂

+ 0,1 M KCl

Menggelembungkan oksigen selama 20 menit

Melakukan Elektrodeposisi selama 2 jam

Komposisi fasa dan struktur partikel yang diperoleh diamati dengan Energy Dispersive X-Ray Analysis (EDAX).

Morfologi lapisan yang terbentuk diamati Scanning Electron

Microscopy (SEM).

Kurva DC arus-tegangan dianalisa dengan LED Driver

Konduktivitas lapisan ZnO secara chronoampero (kurva arus vs waktu) dapat dianalisa dengan AUTOLAB 302N

Karakterisasi Produk

Data Chronoampero dengan tegangan -1V vs Ag/AgCl pada berbagai flowrate oksigen (a) pada elektroda Cu ; (b) pada elektroda Indium Tin Oxide (ITO) glass

Zn(OH)₂ sebagai lapisan awal ZnO inti Crystal ZnO nano 1 2 3 4

Mekanisme pembentukan ZnO:

1. Pembentukan Zn(OH)₂ sebagai lapisan awal dengan konduktivitas rendah

2. Saat konsentrasi O₂ cukup dan setelah periode induksi, mulailah terbentuk inti ZnO

3. Munculnya ZnO menyebabkan peningkatan arus sehingga ZnO dihasilkan oleh elektropresipitasi

4. Lapisan awal tumbuh dengan progresif menjadi ZnO dengan pembentukan nanokristal

(a) Elektroda Cu sebelum elektrodeposisi (b) Elektroda Cu setelah elektrodeposisi

Hasil Penelitian

(b) (a)

Elektroda Cu (a) sebelum elektrodeposis (b) rate oksigen 0,5 l/min (c) rate oksigen 1 l/min (d) rate oksigen 1,5 l/min (e) rate oksigen 2 l/min

(a) ITO glass sebelum elektrodeposisi (b) ITO glass setelah elektrodeposisi

Hasil Penelitian

(b) (a)

ITO glass (a) sebelum elektrodeposisi (b) rate oksigen 0,5 l/min

(c) rate oksigen 1 l/min (d) rate oksigen 1,5 l/min (e) rate oksigen 2 l/min

Hasil EDX untuk Cu (a) rate 0,5 l/min (b) rate 1 l/min (c) rate 1,5 l/min (d) rate 2 l/min

Hasil Penelitian

(b) (a)

(c) (d)

Pencitraan SEM untuk Cu (a) rate 0,5 l/min (b) rate 1 l/min (c) rate 1,5 l/min (d) rate 2 l/min

Hasil Penelitian

(b)

A

V

Ampere = 0,1 A (untuk Cu) = 0,003 A (untuk ITO) Area = 2.5 x 2,5 cm Power Supply L L L Multimeter

Hasil Penelitian

SAMPEL R_ave (m) Cu awal 4,16 x 10-6 Cu flowrate 0,5 l/min 5,11 x 10-6 Cu flowrate 1 l/min 5,29 x 10-6 Cu flowrate 1,5 l/min 4,5 x 10-6 Cu flowrate 2 l/min 2,65 x 10-6 SAMPEL R_ave (m) ITO awal 62,5

ITO flowrate 0,5 l/min 6,06

ITO flowrate 1 l/min 4,92

ITO flowrate 1,5 l/min 4,29

ITO flowrate 2 l/min 3,97

(a) (b)

(a) ITO glass sebelum elektrodeposisi ; (b) ITO glass setelah elektrodeposisi (c) ITO glass setelah penetesan ekstrak strawberi

Hasil Penelitian

(b) (a)

Lapisan ZnO-ekstrak strawberi di DSSC (a) rate oksigen 0,5 l/min

(b) rate oksigen 1 l/min (c) rate oksigen 1,5 l/min (d) rate oksigen 2 l/min

(a) (b) (c) (d)

AUTOLAB

LED driver

Komputer

Hasil Penelitian

Hasil Penelitian

Perbedaan kurva I vs V antara ITO glass dengan DSSC (a) rate 0,5 l/min (b) rate 1/min (c) rate 1,5 l/min (d) rate 2 l/min

Hasil Penelitian

Kurva P vs E pada DSSC pada berbagai instensitas cahaya (a) ITO awal (b) rate 0,5 l/min (c) rate 1/min (d) rate 1,5 l/min (e) rate 2 l/min

Kurva power vs tegangan dengan intensitas cahaya 7,59 mW/cm2 _pada lapisan ZnO-Ekstrak strawberi di DSSC

Perbedaan kurva P vs V antara ITO glass dengan DSSC (a) rate 0,5 l/min (b) rate 1/min (c) rate 1,5 l/min (d) rate 2 l/min

(c)

Kurva P vs E pada DSSC pada berbagai instensitas cahaya (a) ITO awal (b) rate 0,5 l/min (c) rate 1/min (d) rate 1,5 l/min (e) rate 2 l/min

-0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0,0 -0,00005 0,00000 0,00005 0,00010 0,00015 0,00020 kurva I-V kurva P-V Voltase (V) Am p e re ( A) -0,00002 -0,00001 0,00000 0,00001 0,00002 0,00003 0,00004 0,00005 0,00006 Po w e r ( W) I_sc V_oc MPP

I_sc (Short-circuit current) : arus listrik cell yang diukur pada saat tegangan 0 V V_oc (Open-circuit voltage): tegangan listrik cell yang diukur saat arus 0 A

Sampel

%FF

average

ITO

70,08

DSSC rate 0,5 l/min

70,09

DSSC rate 1 l/min

70,55

DSSC rate 1,5 l/min

70,03

DSSC rate 2 l/min

70,32

Hasil Penelitian

Efisiensi DSSC pada berbagai flowrate oksigen terhadap intensitas cahaya

Sampel

Efisiensi rata-rata

1. Telah terbentuk lapisan ZnO pada elektroda tembaga dan ITO glass dengan metode elektrodeposisi.

2. Pada elektroda tembaga nilai hambatan listrik terkecil yaitu 2,65 x 10-6

m terjadi pada penggelembungan oksigen dengan flowrate 2 l/min. Pada elektroda ITO glass nilai hambatan listrik terkecil yaitu 3,97m terjadi pada penggelembungan oksigen dengan flowrate 2 l/min.

3. Morfologi lapisan ZnO yang terbentuk berukuran mikrometer dan belum ratanya lapisan ZnO.

4. Arus listrik yang dihasilkan pada lapisan ZnO pada ITO glass memiliki nilai terbesar pada keadaan awal, sedangkan setelah dielektrodeposisi, sesuai dengan peningkatan flowrate nilai arus listrik cenderung semakin kecil. 5. Semakin tinggi intensitas cahaya yang dipancarkan pada DSSC, maka arus

listrik yang didapatkan semakin besar sehingga power yang dihasilkan juga semakin besar.

6. Efisiensi DSSC yang didapatkan masih kecil, untuk nilai efisiensi terbesar pada DSSC 1,5 l/min yaitu 0,133.

Sampel

Effiensi rata

rata

ITO

7,05

DSSC rate 0,5 l/min

6,22

DSSC rate 1 l/min

4,73

DSSC rate 1,5 l/min

6,42

DSSC rate 2 l/min

5,55

Intensitas Cahaya (W/cm2) %eff 7,59 0,16 9,31 0,15 11,07 0,14 13 0,13 efisiensi rata rata 0,146 Intensitas Cahaya (W/cm2) %eff 7,59 0,14 9,31 0,13 11,07 0,12 13 0,12 efisiensi rata rata 0,129 Intensitas Cahaya (W/cm2) %eff 7,59 0,11 9,31 0,1 11,07 0,09 13 0,09 efisiensi rata rata 0,098 Intensitas Cahaya (W/cm2) %eff 7,59 0,15 9,31 0,14 11,07 0,13 13 0,12 efisiensi rata rata 0,13 Intensitas Cahaya (W/cm2) %eff 7,59 0,13 9,31 0,12 11,07 0,11 13 0,11 efisiensi rata rata 0,12

ITO DSSC rate 0,5 l/min DSSC rate 1 l/min

DSSC rate 1,5 l/min DSSC rate 2 l/min

Intensitas Cahaya (W/cm2) %FF 7,59 70,35 9,31 70,19 11,07 70,01 13 69,78 efisiensi rata rata 70,08 Intensitas Cahaya (W/cm2) % FF 7,59 70,32 9,31 70,21 11,07 70,01 13 69,83 efisiensi rata rata 70,09 Intensitas Cahaya (W/cm2) % FF 7,59 70,79 9,31 70,60 11,07 70,49 13 70,32 efisiensi rata rata 70,55 Intensitas Cahaya (W/cm2) % FF 7,59 70,23 9,31 70,13 11,07 69,96 13 69,80 efisiensi rata rata 70,03 Intensitas Cahaya (W/cm2) % FF 7,59 70,54 9,31 70,41 11,07 70,26 13 70,06 efisiensi rata rata 70,32

ITO DSSC rate 0,5 l/min DSSC rate 1 l/min

DSSC rate 1,5 l/min DSSC rate 2 l/min

0 l/min 0,5 l/min 1 l/min 1,5 l/min 2 l/min

Element Wt% At% Element Wt% At% Element Wt% At% Eleme