Orasi Ilmiah Guru Besar Institut Teknologi Bandung – Eksplorasi Material Maju dan Kinetika Transpor Pembawa Muatan untuk Pengembangan Sel Surya Generasi Baru

Description

Buku ini memaparkan secara ringkas hasil-hasil penelitian terkait pengembangan sel surya generasi ketiga, khususnya untuk tipe sel surya polimer, sel surya tersentisisasi pewarna (DSSC) dan sel surya perovskit. Buku ini secara khusus juga memaparkan hasil-hasil penelitian dari penulis, yang dilaksanakan bersama beberapa kolega dan mahasiswa bimbingan, yang terkait dengan penelitian sel surya tersebut. Meskipun gambaran secara umum ketiga sel surya tersebut memiliki karakteristik sel seperti sel surya silikon, tetapi sebenarnya ada perbedaan-perbedaan yang mendasar. Perbedaan tersebut sangat terkait dengan proses optik dan elektronik yang terjadi pada bahan aktif, mulai dari proses penyerapan cahaya (foton) hingga ekstraksi pembawa muatan (arus listrik) keluar dari sel surya. Pemahaman yang baik terkait sifat-sifat material aktif tersebut akan membantu dalam mendesain kembali dan memodifikasi baik material aktifnya maupun struktur sel suryanya, sehingga bisa diperoleh peningkatan performa sel surya tersebut dan proses up-scaling-nya.

Buku ini terdiri dari 5 bab, yakni Bab I berisi tentang pendahuluan, Bab II berisi tentang sel surya polimer dan DSSC, sedangkan Bab III dan Bab IV terkait dengan sel surya perovskit, dan terakhir Bab V berisi kata-kata penutup. Pada Bab I, penulis mencoba memaparkan dengan ringkas tentang kondisi persoalan energi dan emisi gas secara global, yang menjadi latar belakang peluang untuk pemanfaatan energi matahari dan pengembangan sel surya. Pada Bab I ini juga diuraikan secara ringkas sejarah pengembangan sel surya dan prinsip kerja sel surya secara umum. Pada Bab II. penulis mencoba memaparkan tentang material aktif polimer dan prinsip kerja sel surya polimer serta aspek-aspek penting yang berbeda dengan sel surya silikon. Dibahas juga tentang peran penulis dan tim peneliti dalam upaya memahami dan menekan efek rekombinasi rugi pada sel surya polimer ini. Pada bab yang sama juga dipaparkan secara ringkas tentang material aktif dan prinsip kerja sel surya DSSC, serta pengembangan elektrolit gel polimer yang telah kami kembangkan untuk pemakaian pada DSSC semi-padat. Selain itu, pada bab tersebut dipaparkan juga bagaimana karakterisasi transpor pembawa muatan, seperti pengukuran impedansi sederhana, dapat memberikan informasi tentang proses-proses rekombinasi rugi yang mengurangi performa sel surya tersebut.

Sel surya perovskit merupakan salah satu emerging solar cells saat ini. Perovskit halida ini berbeda dengan perovskit oksida yang telah lebih dulu dikenal karena perovskit halida menunjukkan sifat-sifat material semikonduktor. Akan tetapi, kristal perovskit halida dibangun oleh ikatan ionik sehingga berbeda dengan kristal silikon yang dibangun oleh ikatan kovalen. Bab III ini memaparkan bagaimana bentuk kristal perovskite dan hasil perhitungan struktur elektroniknya dengan menggunakan metode komputasi berbasis Density Funstional Theory (DFT). Dari hasil komputasi ini dapat dipahami bagaimana terbentuknya pita valensi dan pita konduksi serta celah pita energi, yang merupakan ciri-ciri khusus material semikonduktor. Bab IV memaparkan karakteristik sel surya yang terbuat dari material perovskit halida tersebut, termasuk hasil-hasil penelitian penulis dan tim terkait efek dari kehadiran keadaan cacat kristal dan cacat permukaan pada karakteristik sel suryanya. Karena perovskit terbentuk dari ikatan ionik maka cacat kristal dan cacat permukaan akan lebih mudah terbentuk. Pada bab ini, penulis juga memaparkan bagaimana mengidentifikasi efek dari kehadiran keadaan cacat pada kinetika transpor pembawa muatan melalui metode pengukuran sederhana transien fototegangan. Buku ini ditutup oleh Bab 5, yang menyampaikan pandangan secara umum dari penulis bagaimana penelitian bidang sel surya ini berlangsung dan status ke depannya, yang jelas masih akan tetap berjalan karena peningkatan performa sel surya silikon terbatasi oleh batas Shockley–Queisser. Tertera juga dalam bab penutup ini harapan-harapan untuk perkembangan penelitian dan industri sel surya di dalam negeri.