Photovoltaic Effect In A CdS/P3HT-Chitosan Junction

Abstract

A CdS/Polymer junction has been fabricated and it’s photovoltaic effect has been studied. The polymer is a blend of poly-3hexyltiophene (P3HT), chitosan and polyethileneglicol (PEG). Boron in situ doping of CdS using Chemical Bath Deposition (CBD) was investigated. The effect of B-doping and annealing on optical properties as well as on electrical and morphology of CdS film were studied. The structure and morphology of the film were detected by XRay Diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM). The polymer film was sandwiched between the CdS semiconductor and an ITO glass to form an ITO/CdS/Polymer/ITO photovoltaic cell. Time constant (τ) and open circuit voltage (Voc) were investigated by using voltage censor. The bandgap of films were determined using absorbance edge method. The results of annealing optical bandgap of undoped CdS shifted from 2,49 eV down to 2,39 eV. Phase transition of CdS due to annealing temperature and induced lattice damage due to doping. The room temperature conductivity of polymer is 3,8 – 6,6 x 10-7 S/cm as function of frequency between 100 – 5000 Hz. The Voc of the fabricated cells ranges between 107 – 286 mV and time constant ranges between 2,5 to 43,75 s.

Energi matahari merupakan energi yang terbesar di permukaan bumi. Energi ini dapat dimanfaatkan secara langsung maupun secara tidak langsung. Energi matahari dapat dikonversi menjadi energi listrik dalam mekanisme fotovoltaik. Piranti pengkonversi energi matahari menjadi energi listrik dapat dibuat dengan menyambungkan antara semikonduktor tipe-p dan semikonduktor tipe-n. Cadmium sulfida merupakan salah satu jenis semikonduktor tipe-n dimana mempunyai dua struktur kristal yaitu kubik dan heksagonal. CdS memiliki gap energi sebesar 2,3-2,5 eV. CdS fase kubik merupakan fase metastabil dimana dapat berubah menjadi fase heksagonal jika diannealing pada suhu di atas 300o Poly3-heksiltiophene adalah semikonduktor tipe-p yang merupakan turunan dari polimer tiophene. Polimer ini memiliki mobilitas hole yang tinggi dan stabil di lingkungan udara maupun dalam air. Jika polimer ini digabungkan dengan polimer jenis lain, maka pembawa muatan pada polimer ini akan bertambah. Dengan adanya pembawa muatan yang banyak ini maka akan meningkatkan kinerja persambungan yang akan dibuat. C. Metode pembuatan CdS dapat dilakukan dengan sangat mudah. Selain itu bahan yang digunakan pula sangat mudah didapatkan. Cadmium sulfida dibuat dengan metode Chemical Bath Deposistion (CBD), menggunakan CdCl2 sebagai sumber ion cadmium, CS(NH2)2 sebagai sumber ion sulfur, NH4OH sebagai agen pengkompleks dan mengatur kecepatan reaksi serta TEA untuk mempertahankan larutan agar tidak cepat mengendap. Dua bahan yang pertama diaduk dengan kelajuan 300 rpm selama 30 menit pada suhu 30oC. Selanjutnya ditambahkan NH4OH dan TEA dan diaduk dengan kelajuan yang sama selama 90 menit pada suhu 70oC. Pemberian doping Boron dilakukan dengan penambahan asam borat (H3BO3) dengan jumlah masing-masing 4% wt, 6%wt dan 8%wt. Pemberian doping Boron ini dimaksudkan untuk mengubah gap energi CdS yang dihasilkan. Selanjutnya film tipis yang dihasilkan diannealing pada suhu 200oC, 300oC dan 400oC selama 1 jam dengan kenaikan suhu 1oC/menit. Film-film ini selanjutnya dikarakterisasi UV-Vis, XRD dan SEM masing-masing untuk mengetahui pita serapan, struktur kristal dan morfologi film yang dihasilkan. Di atas film yang dihasilkan selanjutnya ditetesi dengan polimer campuran antara P3HT dengan kitosan dengan menggunakan metode drop casting agar diperoleh ketebalan polimer yang sama pada permukaan film CdS. Persambungan ini selanjutnya diukur respon dinamik dan kestabilan tegangannya dengan menghubungkannya dengan sensor tegangan. Pengukuran ini sangat penting dilakukan untuk mengetahui seberapa besar tegangan rangkaian terbuka (Voc) yangt dihasilkan pada persambungan ini.