Elektronika Organik

Eka Maulana, ST., MT., MEng.

Teknik ElektroUniversitas Brawijaya

#4.2 Karakterisasi dan Pemodelan DSSC (Dye-Sensitized Solar Cell)

Senin, 24 Maret 2014

Outline

2Karakterisasi dan Pemodelan DSSC| Elektonika Organik

1. Pengantar Solar Cell2. Prinsip Kerja DSSC3. Pemodelan DSSC4. Karakterisasi DSSC5. Performansi DSSC6. Optimasi dan Peluang

Solar Sel

3Karakterisasi dan Pemodelan DSSC| Elektonika Organik

• Unit yang memiliki kemampuan mengkonversi cahayamatahari menjadi listrik

• Dibuat dari bahan semikonduktor• Dapat digunakan untuk berbagai tujuan

ex. power resource, light houses, power to the electrical grids, dan smart vehicle

Efisiensi Konversi

4Karakterisasi dan Pemodelan DSSC| Elektonika Organik

• How do they work?– Light is absorbed by semiconductor– Energy of the electrons increases– Electrons move in the material– Charge carriers have to be present

• Limitations– Band gap of the semi-conducting material – Maximum efficiency of a solar cell (single material)

is about 30 %

Perkembangan Solar Sel

5Karakterisasi dan Pemodelan DSSC| Elektonika Organik

Three Generations of solar cell technology:1. Single-crystal silicon based photovoltaic devices

• Good efficiency• High Cost Higher than traditionally-produced electricity

2. CuInGaSe2 (CIGS) polycrystalline semiconductor thin films• Low Cost• Less Efficiency

3. Nanotechnology-enhanced solar cells• Low Cost• Medium Efficiency

Sejarah Perkembangan DSSC

6Karakterisasi dan Pemodelan DSSC| Elektonika Organik

• 1991– Nature paper by O'Regan and Grätzel– First suggestion of workable DSSC

• 2006– Use of nanowires and nanoparticles– Demonstrated good chemical and thermal

resistance• 2007, 2008

– Use of low-cost organic dyes and solvent-free electrolyte solution investigated

(Dye-Sensitized Solar Cell)

Prinsip Kerja DSSC

7Karakterisasi dan Pemodelan DSSC| Elektonika Organik

Lapisan DSSC:

1. Glass coated with fluorine-doped tin oxide

2. Titanium dioxide layer (n-type semiconductor)

3. Ruthenium dye4. Electrolyte solution5. Glass coated with

platinum/C

Mekanisme

8Karakterisasi dan Pemodelan DSSC| Elektonika Organik

E(V

)vs

NH

E

Efisiensi Konversi DSSC

9Karakterisasi dan Pemodelan DSSC| Elektonika Organik

• High chance of photon absorption and high chance of electron movement– 90% Quantum Efficiency for green light

• Quantum Efficiency-chance that one photon will convert one electron

• Overall efficiency is 11% or less, depending on materials of construction

• Medium efficiency and Low cost• Problems to be addressed:

– Liquid electrolyte (freezing, expanding, volatility)– Poor performance in red region of light

Faktor-faktor pengaruh Efisiensi

10Karakterisasi dan Pemodelan DSSC| Elektonika Organik

Model Solar Sel (basic)

11Karakterisasi dan Pemodelan DSSC| Elektonika Organik

Model Solar Sel Organik

12Karakterisasi dan Pemodelan DSSC| Elektonika Organik

Model Rangkaian Equivalen DSSC (Ideal)

13Karakterisasi dan Pemodelan DSSC| Elektonika Organik

Model Tegangan dan Arus dalam DSSC

14Karakterisasi dan Pemodelan DSSC| Elektonika Organik

Model Rangkaian Ekuivalen DSSC (Aktual)

15Karakterisasi dan Pemodelan DSSC| Elektonika Organik

Model Resistansi Dinamik

16Karakterisasi dan Pemodelan DSSC| Elektonika Organik

Tegangan Hubung Buka (Voc) dan Arus Hubung Singkat (Isc)

17Karakterisasi dan Pemodelan DSSC| Elektonika Organik

Titik Daya Maksimum (MPP)

18Karakterisasi dan Pemodelan DSSC| Elektonika Organik

Tegangan (V)

Arus (I)

Voc

Isc VR

Vmp

Imp

Grafik Karakteristik

Definisi Fill Factor

19Karakterisasi dan Pemodelan DSSC| Elektonika Organik

Fill Factor

20Karakterisasi dan Pemodelan DSSC| Elektonika Organik

Efisiensi Optik ( )

21Karakterisasi dan Pemodelan DSSC| Elektonika Organik

Traping cahaya

22Karakterisasi dan Pemodelan DSSC| Elektonika Organik

Penyerapan cahaya

23Karakterisasi dan Pemodelan DSSC| Elektonika Organik

Efisiensi Absorbsi ( )

24Karakterisasi dan Pemodelan DSSC| Elektonika Organik

Efisiensi Disosiasi Eksiton ( )

25Karakterisasi dan Pemodelan DSSC| Elektonika Organik

Mekanisme untuk optimalisasi

26Karakterisasi dan Pemodelan DSSC| Elektonika Organik

Development of DSSC

Glass-based DSSC Module

Green Principle

27Karakterisasi dan Pemodelan DSSC| Elektonika Organik

Proses mekanisme konversi

28Karakterisasi dan Pemodelan DSSC| Elektonika Organik

Proses dalam fotovoltaik

29Karakterisasi dan Pemodelan DSSC| Elektonika Organik

Komponen DSSC

The DSSC device consists of 4 components:

semiconducting electrode • TiO2

Dye-sensitizer• Light harvesting and electronic transition

Redox mediator• I- / I3

- or CoII / CoIII complexes

Counter electrode• Carbon or Pt

Sensitasi Dye

31Karakterisasi dan Pemodelan DSSC| Elektonika Organik

Tested Organic Dyes

NKX2587 (n=1)NKX2697 (n=3)

MK1: (R=C6H13) n=3MK2: (R=C6H13) n=4MK3: (R=H) n=3MK11: (R=C6H13) n=5

D77

D149

32Karakterisasi dan Pemodelan DSSC| Elektonika Organik

Review

33DSSC| Elektonika Organik

Baca Paper tentang DSSC berikut dan pelajari tentang: metode, karakteristik, dan performansinya

ORGANIC SOLAR CELL BASED ON EXTRACTION OFPAPAYA (Carica papaya) AND JATROPHA (Ricinus communis) LEAVES IN

DSSC (DYE SENSITIZED SOLAR CELL)

Sholeh Hadi Pramono, Eka Maulana, M. Julius St., and Teguh UtomoElectrical Engineering Department, Brawijaya University

Jl. MT Haryono 167 Malang 65145, Ph./Fax: 0341-554166sholehpramono@ub.ac.id, ekamaulana@ub.ac.id

http://maulana.lecture.ub.ac.id/2014/03/nets-2013-proceeding-dssc/