Kesan suhu rendaman dan suhu sepuh lindap dalam penyediaan filem nipis bismut (Bi2S3) terhadap prestasi sel suria organik jenis songsang berasaskan p3ht:pcbm

Abstract

Tenaga suria merupakan sumber tenaga alternatif yang boleh diperbaharui, mesra alam sekitar dan berpotensi berkembang maju dalam pasaran tenaga masa hadapan. Sel suria organik jenis songsang (I-OSC) semakin mendapat perhatian dan memainkan peranan penting dalam teknologi sel suria generasi terkini kerana kestabilan udaranya yang tinggi dan ia boleh dihasilkan dengan kos pengeluaran yang rendah. Zink oksida (ZnO) merupakan salah satu lapisan pengangkut elektron (ETL) konvensional yang sering digunakan di dalam I-OSC. Walau bagaimanapun, ZnO memerlukan suhu sepuh lindap yang tinggi untuk membolehkannya menghasilkan sel suria berprestasi tinggi. Oleh itu, bismut sulfida (Bi2S3) diterokai di dalam kajian ini kerana Bi2S3 boleh dihasilkan dengan mudah pada suhu yang rendah melalui proses pemendapan celupan kimia. Berbanding dengan ETL konvensional, Bi2S3 dapat dihasilkan pada permukaan yang lebih fleksibel, sekaligus menghasilkan sel suria berkos rendah. Dalam kajian ini, I-OSC disusun berdasarkan struktur timah oksida terdop fluorin (FTO)/Bi2S3/ poli(3-heksiltiofen-2,5-diil) (P3HT) : fenil-C61-butirik asid metil ester (PCBM)/perak (Ag) di mana FTO dan Ag masing-masing berfungsi sebagai katod dan anod. Bagi objektif kajian pertama, suhu rendaman dalam penyediaan filem nipis Bi2S3 telah dikaji kesannya terhadap prestasi fotovoltaik I-OSC. Masa rendaman substrat dalam larutan Bi2S3 ditetapkan pada tempoh 30 minit tetapi suhu rendaman dibezakan pada suhu bilik (25℃), 50℃, 70℃ dan 90℃. Hasil kajian menunjukkan suhu rendaman pada suhu bilik memberikan kecekapan penukaran kuasa (PCE) tertinggi iaitu 1.8% dengan nilai ketumpatan arus litar pintas (Jsc,), 8.01 mA.cm-2 dan voltan litar terbuka (Voc), 0.54 V. Apabila suhu rendaman meningkat, ketebalan filem nipis meningkat menyebabkan rintangan pukal lapisan ETL bertambah dan sentuhan langsung antara FTO dengan P3HT berkurang. Akibatnya, PCE sel suria didapati menurun dengan peningkatan suhu rendaman. Selain itu, bagi objektif kajian kedua pula, suhu sepuh lindap yang berbeza (tanpa sepuh lindap, 100℃, 150℃, 200℃ dan 250℃) telah dikenakan selama satu jam ke atas substrat yang telah direndam dalam larutan Bi2S3 pada suhu bilik. Hasilnya, prestasi fotovoltaik I-OSC menurun apabila suhu sepuh lindap yang tinggi dikenakan. Selain itu, apabila suhu sepuh lindap yang tinggi dikenakan, kehabluran Bi2S3 bertambah baik, tetapi permukaan FTO lebih banyak terdedah kepada P3HT akibat pengoksidaan bahan Bi2S3 dalam udara, sekaligus menyebabkan kebocoran arus yang tinggi di dalam I-OSC. Kesimpulannya, kajian ini menunjukkan bahawa lapisan Bi2S3 yang disediakan pada suhu rendaman dan suhu sepuh lindap yang tinggi tidak mampu menghasilkan prestasi fotovoltaik yang lebih baik. Walau bagaimanapun, lapisan Bi2S3 mampu menjadi pilihan utama dalam penghasilan I-OSC yang berkos rendah dan mempunyai fleksibiliti yang tinggi disebabkan kebolehannya menghasilkan PCE terbaik pada suhu bilik, tanpa melalui proses fabrikasi suhu yang tinggi seperti ZnO.