2019 : Fabrikasi Sel Surya Berbasis Material Perovskite Barium Titanat (BaTiO3)

Dr. Drs. Yoyok Cahyono M.Si.
Drs. M. Zainul Asrori M.Si

External link

Type

RESEARCH

Keywords

-


Abstract

Sejak akhir pertengahan abad ke-20, konsumsi energi dunia telah meningkat secara dramatis karena peningkatan populasi dunia dan industrialisasi, sehingga dunia telah memasuki ambang krisis energi, tidak terkecuali Indonesia. Disamping itu kondisi geografis Indonesia sebagai negara kepulauan terbesar di dunia merupakan tantangan tersendiri untuk memenuhi kebutuhan energinya secara merata di seluruh wilayah Indonesia. Indonesia memiliki banyak pulau-pulau kecil dengan rata-rata beban listrik sekitar 5 MW. PLTD yaitu pembangkit listrik tenaga diesel, merupakan pilihan pembangkit listrik yang paling banyak digunakan. Tetapi PLTD itu sendiri masih memiliki banyak kendala seperti harga BBM yang mahal, dan logistik BBM yang sangat sulit dilakukan. Karena itu sudah waktunya untuk beralih ke energi baru terbarukan, dan salah satunya adalah pemanfaatan energi matahari dengan menggunakan sel surya. Sel surya yang banyak dipergunakan dan menguasai pasar sebagian besar berupa silikon baik dalam bentuk Kristal tunggal maupun dalam bentuk polikristal. Tetapi sel surya tersebut masih relative mahal jika dibandingkan dengan sumber energy konvensional yang lain, dan efisiensinya juga masih relatif kecil. Perkembangan sel surya berbasis perovskit (SSP) belakangan ini sangat menarik perhatian banyak peneliti karena nilai efisiensi yang meningkat pesat dalam rentang waktu yang singkat. Sel surya generasi ketiga ini berpotensi melewati Shockley-Queisser Limit 31% untuk sel surya single bandgap dan hingga sekarang nilai efisiensi dalam skala laboratorium telah mencapai 23.5%. Efisiensi konversi energi yang tinggi, disebabkan karena perovskit memiliki koefisien absorpsi energi yang tinggi. Disamping itu teknologi sel surya ini secara ekonomis sangat menjanjikan karena biaya fabrikasinya lebih murah. Nilai efisiensi dan biaya fabrikasi merupakan aspek penting untuk produksi massal dan komersialisasi. Kekurangan utama dari SSP adalah stabilitas (lifetime) yang rendah, yang disebabkan oleh degradasi selama masa penggunaan. Sebagian besar SSP yang memiliki efisiensi tinggi, menggunakan timbal (Pb) yang beracun, sehingga SSP ini tidak ramah lingkungan. Beberapa solusi untuk mereduksi kelemahan ini terus dilakukan, akan tetapi hasilnya belum maksimal. Oleh karena itu penelitian ini harus terus dilanjutkan dan dikembangkan. Salah satu material berstruktur perovskite lain yang juga menjanjikan adalah Barium Titanat (BaTiO3). BaTiO3 memiliki sifat yang menarik yaitu secara kimiawi dan mekanis sangat stabil, menunjukan sifat ferroelektrik diatas suhu kamar, memiliki temperatur Curie 120oC, konstanta dielektriknya yang tinggi pada suhu kamar, memiliki dielectric lose rendah, dan memiliki celah pita energi yang besar. Disamping itu SSP yang akan dikembangkan ini tidak menggunakan timbal (digunakan hanya sebagai pembanding). Pada penelitian sel surya berbasis BaTiO3 ini, film tipis BaTiO3 akan dikombinasikan dengan film TiO2, CuO, dan PbO, membentuk struktur BaTiO3/CuO, BaTiO3/ TiO2, BaTiO3/ PbO. Kombinasi atau struktur sel surya ini belum banyak dilakukan. Dalam Renstra ITS 2016-2020 dan 2021-2025, terutama yang berkaitan dengan bidang penelitian, ITS telah memasukkan material energi atau material fotovoltaik sebagai pendukung penelitian unggulan. Hal ini tercantum pada roadmap Pusat Studi Sains, Material, dan Nanoteknologi, untuk dikembangkan dan dimanfaatkan secara efisien dan efektif untuk menghasilkan luaran yang bermanfaat bagi IPTEK dan masyarakat. Ini selaras dengan program pemerintah yang tertuang pada Peraturan Presiden RI, No.22 Tahun 2017, yaitu tentang Rencana Umum Energi Nasional, dimana pengembangan energi terbarukan untuk sel surya ada didalamnya. Penelitian material berbasis perovskite ini adalah implementasi dari renstra ITS dan program pemerintah tersebut, dan merupakan bagian dari rencana jangka panjang penelitian dan pengembangan material sel surya dari ‘Kelompok Penelitian Material Maju’ Departemen Fisika, Fakultas Sains ITS, disamping material sel surya lain yang telah lebih dulu dikembangkan seperti material silikon amorf (a-Si:H) dan silicon kristal (µc-Si:H).