Aplikasi Keramik Maju untuk Dye Sensitized Solar Cells (DSSC)/TiO2 Nanotubes DSSC

Teknologi DSSC adalah salah satu sumber energi berkelanjutan yang menjanjikan dengan pembangkit listrik bersih untuk lingkungan yang lebih bersih. DSSC adalah bentuk alternatif energi terbarukan karena kemudahan fabrikasi dan biaya rendah. DSSC keramik adalah perangkat yang didasarkan pada sensitisasi foto-katalis oleh pewarna ( dye ) penyerap cahaya tampak untuk menghasilkan sel surya yang efisien. Sensitisasi fotokatalis melibatkan fotoeksitasi zat warna organik ( sensitizer ) ke kondisi tereksitasi singlet atau triplet elektronik yang tepat, diikuti dengan injeksi elektron dari sensitizer tereksitasi ke dalam pita konduksi fotokatalis.
image
Gr├Ątzel berhasil menemukan sel surya yang peka terhadap zat warna (DSSC) dengan photoanodes berbasis struktur nano titanium dioksida (TiO2). Hal ini berpotensi untuk produksi sel surya berbiaya rendah, proses pembuatan yang mudah, dan efisiensi konversi daya yang menjanjikan. Titanium dioksida (TiO2) adalah salah satu material photoanodes yang paling banyak diselidiki untuk DSSC, karena stabilitas kimia dan termal yang tinggi, biaya rendah, indeks bias tinggi, serta tepi pita konduksi yang menguntungkan untuk injeksi elektron yang efisien ke banyak sensitizer . Kinerja fotovoltaik dari DSSC sangat tergantung pada sifat fisik dan struktur TiO2, termasuk ukuran kristal, morfologi, komposisi fasa, porositas, dan ketebalan lapisan TiO2.

Pengembangan struktur nano satu dimensi (1-D) seperti nanotubes telah terbukti memberikan jalur arah superior bagi elektron untuk mencapai substrat konduktif dibandingkan dengan nanopartikel. Struktur nanotubes mengurangi jumlah jalan buntu untuk transpor elektron, meningkatkan area luas permukaan (dengan meningkatkan interaksi dengan molekul dye ), dan memungkinkan penyerapan cahaya matahari pada rentang yang terlihat. Namun, struktur ini memiliki beberapa kelemahan yaitu pengurangan dye loading .
image
Dalam perkembangan selanjutnya, Double-wall TiO2 nanotubes (DWTNTs) disintesis untuk meningkatkan luas permukaan yang lebih kecil pada single-wall TiO2 nanotubes (SWTNTs). Area permukaan yang lebih besar untuk DWTNTs akan memfasilitasi transfer elektron dalam generasi H2, dan karenanya menghasilkan kinerja pemisahan air fotoelektrokimia yang lebih baik. DWTNTs disintesis oleh anodisasi dua langkah dan diterapkan pada photoanode DSSC untuk meningkatkan luas permukaan lapisan transparan agar adsorpsi dye menjadi lebih tinggi. Berbagai ukuran dari pori-pori dan lubang terbentuk pada foil Ti dengan menerapkan tegangan anodisasi yang berbeda, evolusi pori dan lubang ini dalam tiga dimensi mengarah pada pembentukan DWTNTs.
image

Referensi:

  • Selvapriya, R., Mayandi, J., Ragavendran, V., Sasirekha, V., Vinodhini, J., & Pearce, J. (2019). Dual morphology titanium dioxide for dye sensitized solar cells. Ceramics International, 45 (6), 7268-7277. doi:10.1016/j.ceramint.2019.01.008
  • Roy, P., Kim, D., Lee, K., Spiecker, E., & Schmuki, P. (2010). TiO2 nanotubes and their application in dye-sensitized solar cells. Nanoscale, 2 (1), 45-59. doi:10.1039/b9nr00131j
  • Double-Wall TiO2 Nanotubes for Dye-Sensitized Solar Cells: A Study of Growth Mechanism. (n.d.). doi:10.1021/acssuschemeng.7b04250.s001