Dwilogam iridium-paladium dan aurum- paladium sebagai elektrod lawan sel suria terpeka pewarna

Abstract

Prestasi sel suria terpeka pewarna menggunapakai logam tunggal paladium (Pd) sebagai elektrod lawan lebih rendah berbanding dengan prestasi peranti yang menggunapakai elektrod lawan piawai iaitu platinum (Pt). Prestasi peranti boleh ditingkatkan dengan menggabungkan Pd dengan logam lain seperti iridium (Ir) dan aurum (Au). Tesis ini melaporkan kajian kesan penambahan logam iridium (Ir) dan aurum (Au) secara berasingan ke dalam nanostruktur berasaskan Pd terhadap sifat-sifat Pd dan prestasi peranti yang menggunapakai elektrod lawan berasaskan Pd. Filem berasaskan Pd ini disediakan di atas permukaan substrat ITO menggunakan kaedah pemendapan fasa cecair (LPD) dengan mencelupkan substrat ke dalam larutan penumbuh yang mengandungi prekursor Pd (K2PdCl6), pertambahan prekursor logam pasangan Ir (H4IrCl6), pertambahan prekursor logam pasangan Au (HAuCl4), sodium dodeksil sulfat (SDS) dan asid formik. Struktur kristal yang dihasilkan oleh Pd, IrPd dan AuPd dapat dilihat pada puncak-puncak pembelauan Pd pada 2θ= 40.12o, 46.66o, dan 68.13o sepadan dengan satah hablur (111), (200) dan (220). Melalui analisis FESEM, morfologi sfera berceracak, bunga kubis dan plat heksagon telah terbentuk dalam Pd, IrPd dan AuPd, masing-masingnya. Saiz partikel juga berkurang sebanyak 41% apabila berlakunya pertambahan logam asing, Ir dan Au ke dalam preskursor Pd untuk meningkatkan kadar kecekapan peranti. Analisis XPS yang dilakukan menunjukkan bahawa Ir dalam sistem dwilogam IrPd mengalami pengoksidaan daripada Ir4+ kepada Ir2+ dan Ir(0) manakala tenaga pengikatan bagi Au dalam AuPd berada pada keadaan Au(0). Penambahan Ir dan Au secara berasingan ke dalam Pd telah meningkatkan pemindahan cas, aktiviti katalitik dan seterusnya kecekapan peranti. Dalam skop pertama kajian, kepekatan optimum K2PdCl6 telah diperolehi pada 1.00 mM. Peranti yang menggunakan Pd yang disediakan pada kepekatan 1.00 mM sebagai elektrod lawan menghasilkan ketumpatan arus litarpintas (Jsc), voltan litar-terbuka (Voc), faktor pengisi (FF) dan kecekapan penukaran kuasa (PCE) dengan nilai 12.99 mAcm-2, 0.74 V, 0.42 dan 4.14%, masing-masingnya. Rintangan pemindahan cas (Rct) yang terendah dengan nilai 2.48 Ω telah diperolehi pada kepekatan ini. Dalam skop kedua kajian, kepekatan optimum prekursor Ir (H4IrCl6) ialah 0.70 mM. Peranti yang menggunapakai elektrod lawan IrPd yang disediakan pada kepekatan optimum ini menghasilkan Jsc=20.93 mAcm-2, Voc=0.74 V, FF=0.38 dan PCE=5.85% dengan Rct=0.89 Ω. Dalam skop terakhir kajian, kepekatan optimum prekursor Au (HAuCl4) ialah 0.50 mM. Peranti menggunapakai elektrod lawan AuPd yang disediakan pada kepekatan optimum ini menghasilkan nilai Jsc=17.07 mAcm-2, Voc= 0.80 V, FF=0.49 dan PCE=6.62%. Rct=4.00 Ω. Elektrod lawan IrPd dan AuPd menghasilkan peningkatan kecekapan setinggi 41% dan 60%, masing-masingnya berbanding kecekapan peranti menggunapakai logam tunggal Pd. Elektrod lawan platinum (Pt) menghasilkan kecekapan peranti sebanyak PCE=5.04% lebih tinggi daripada logam tunggal Pd iaitu 4.14% akan tetapi apabila logam tunggal Pd digabungkan dengan Ir dan Au, kecekapan peranti meningkat sebanyak 14% dan 24%, masing-masingnya mengatasi kecekapan peranti mengunapakai Pt. Kesimpulannya, elektrod lawan IrPd dan AuPd mempunyai potensi yang besar untuk mengantikan Pt sebagai elektrod lawan sel suria terpeka pewarna dalam peranti bersaiz besar seperti prototaip dimasa hadapan.