Solar Cell : The Beginner

Kinerja Organic Solar Cell dapat dievaluasi dengan berbagai macam alat. Beberapa yang pokok adalah menggunakan Solar Simulator, Spektroskopi UV-Vis + Spektroskopi Fluoresensi, Mikroskop Laser, Scanning Electron Microscopy (SEM) serta Atomic Force Microscopy (AFM). Berikut adalah hasil Pengukuran kinerja Organic Solar Cell tipe Bulk Hetero Junction (BHJ) yang saya buat menggunakan metoda dan bahan standar yaitu P3HT:PCBM.

Struktur Bulk Heterojunction Organic Solar Cell

1. Solar Simulator

Merupakan alat utama dalam karakterisasi kinerja Solar Cell. Grafiknya seperti yang saya tampilkan di bawah. Secara sederhana dapat dikatakan bahwa Solar Simulator adalah penggantinya matahari, namum dalam kondisi yang terkontrol di mana Intensitas sinar yang dipancarkannya konstan selama pengujian. Di Jepang dan Negara-negara lintang utara lainnya Solar Simulator yang digunakan memiliki kode AM 1.5. Artinya intensitas sinar yang dipancarkan sama dengan dengan intensitas sinar matahari yang sampai ke Bumi lintang atas dengan posisi matahari 45^o terhadap garis horizon atau ufuk. Untuk daerah khatulistiwa kode sinar matahari adalah AM 1 (1000 watt/m2) dan di luar atmosphere bumi kode sinar matahari adalah AM 0 yang berarti tidak ada hambatan udara serta kemiringan sudut terhadap intensitas sinar yang datang.

Kurva Rapat arus vs Tegangan

External Quantum Efficiency

Para Sesepuh Organic Solar Cell dapat mengambil banyak hikmah dari 4 garis di atas. Hanya dengan sekali lihat mereka bisa mengetahui efisiensi, rapat arus yang mengalir, tegangan sirkuit, jarak antara energi HOMO donor elektron ke tingkat energi LUMO akseptor elektron, Efisiensi kuantum, resistensi elektroda, dan stabilitas cell.

2. Spektroskopi fluoresensi + UV-Vis

Berguna untuk mengetahui di mana puncak-puncak serapan lapisan aktif di dalam organic solar cell sebagai fungsi panjang gelombang. Menggabungkan data UV-Vis dengan data Fluoresensi memungkinkan peneliti untuk menganalisis posisi panjang gelombang tempat perubahan kuantum, foton yang datang menghasilkan arus listrik.

UV-Vis Spectra

Fluorescene Spectra

3. Mikroskop elektron

Menganalisis ketebalan lapisan organic pada solar cell. Tidak begitu spesial, terlalu mudah dan akurasinya rendah.

Hasil analisis Mikroskop elektron

4. SEM

Teknik yang digunakan adalah cross section (penampang lintang), 2 kali lebih sulit dari pada melihat morfologi permukaan. Cross section mewajibkan kita mengiris sampel pada bagian yang tepat secara hati-hati. Berkas elektron dari peralatan SEM diarahkan pada sisi samping, bukan pada permukaan. Jika kerjanya dilakukan secara hati-hati dan akurat, peneliti akan mendapatkan pencitraan lapis-demi lapis material yang menyusun sebuah organic solar cell serta menghitung ketebalan tiap lapisan secara akurat.

Penampang Lintang Solar Cell

5. AFM

Sains terkadang sangat sederhana. AFM ini prinsip kerjanya sama seperti prinsip kerja orang buta yang berjalan memakai tongkat. Dengan meraba-raba permukaan jalan yang ada didepannya menggunakan tongkat, orang buta dapat berjalan menuju arah yang tepat tanpa nyasar ke rumah orang atau nyemplung ke kali. Tongkat pada AFM disebut cantilever, terbuat dari logam konduktif murni yang sangat-sangat halus. Tongkat ini dapat meraba permukaan sampel dalam jarak 10 nm sampai 1 mikrometer. Permukaan yang melengkung ke atas seperti gunung voltasenya tinggi, sedangkan yang melengkung  ke bawah seperti lembah voltasenya rendah. Data yang dihasilkan merupakan perubahan dari voltase-voltase tadi menjadi bentuk topografi permukaan dengan bantuan sinar laser sebagai penterjemah voltase. Alat ini cukup akurat untuk menghitung grain size, roughness dan mengetahui sebaran partikel di permukaan sampel.

AFM Image

Sebetulnya masih banyak instrument lain yang di pakai dalam menguji kinerja solar cell tapi kurang umum karena membahas perbahagian lapisan solar cell dan rumit.