Visiting Researcher – Nanyang Technological Unviersity

Singapore, 1 December 2019

Dr. Eka Cahya Prima has visited Nanyang Technological University for Visiting Researcher. He worked at the School of Materials Science and Engineering for investigating Kesterite Solar Cells. Prof. Lydia H. Wong, Ph.D. facilitated the work at the laboratory during preparing the standard fabrication for Solar Cell devices. The work has obtained an excellent result of solar cell efficiency by about 7.5%. Here is the details of the daily work:

Minggu, 1 Desember 2019

Sampai di Changi Airport jam 15.41, lalu berangkat ke penginapan dan keliling area kampus

 

Senin, 2 Desember 2019

Kegiatan hari ini adalah berkeliling ke tiga laboratorium photonic, lab. Solar Fuel energy, Energy Research Institute @ NTU (ERIAN), dan Facility for Analysis Characterization Testing and Simulations (FACTS). Lab. Solar Fuel Energy dan ERIAN difungsikan untuk fabrikasi sampel sel surya dan photocatalyst, sedangkan FACTS adalah fasislitas yang ditujukan untuk karakterisasi. Karakterisasi yang tersedia diantaranya adalah, XRD, SEM, ESEM, TEM, dll. Setelah itu dilakukan diskusi bersama Prof. Lydia H. Wong, P. hD, terkait penelitian sel surya kesterit yang akan dilakukan di Indonesia.

Selasa, 3 Desember 2019

Observasi pembuatan sel surya CZTS dimulai pada hari ini. Pada hari ini dilakukan persiapan substrat molybdenum (Mo), pembuatan prekursor CZTS, deposisi lapisan absorber CZTS, dan Sulfurisasi.

Substrat molybdenum yang dipakai memiliki ketebalan sekitar 1mm, lalu substrat dipotong sehingga memiliki luas sekitar 3×3 cm. setelah itu substrat dicuci manual menggunakan sabun dan spons, lalu dicuci menggunakan sonikasi menggunakan larutan Isopropyl Alcohol (IPA) dan dibilas menggunakan DI Water (Aquadest).

Pembuatan prekursor CZTS mula-mula dilakukan dengan menyiapkan Copper Acetate Monohydrate, Zinc Acetate dihydrate, Tin Chloride dihydrate, Thiourea, Triethanolamine (TEA), ethanolamine (MEA), dan 2-methoxyethanol. Setelah disiapkan masukkan powder Copper Acetate Monohydrate, Zinc Acetate dihydrate, Tin Chloride dihydrate, dan Thiourea sesuai dengan Molaritas yang tercantum pada paper ke dalam botol vial, dengan perbandingan per elemen Zn/Sn dan Cu/(Zn+Sn) sebesar 1.25 dan 0.86. lalu tambahkan 2-methoxyethanol, TEA, dan MEA, lalu aduk pada suhu 50^oC selama 2 jam.

Deposisi dilakukan dengan menyiapkan pipet, spin coater, Hotplate, vakum, kain, dan pinset. Mula-mula posisikan substrat Mo kedalam spincoater, lalu nyalakan vakum agar substrat tidak terlempar ketika proses spin coating, teteskan prekursor diatas substrat Mo (pada pelapisan pertama, teteskan larutan prekursor sehingga permukaan substrat Mo tertutupi dengan larutan prekursor). Setelah itu dilakukan spin coating dengan putaran sekitar 4000 rpm. Lalu substrat dipindahkan keatas Hotplate yang telah diatur pada suhu ~200^oC untuk mengeringkan larutan prekursor CZTS selama 2 menit, lalu pindahkan keatas kain dan diamkan selama 3-5 min, ulangi proses spin coating dan pemanasan menggunakan Hotplate selama 14 kali. Blower digunakan untuk menghempas debu yang jatuh diatas sampel (dilakukan setiap sebelum penetesan prekursor)

Setelah itu dilakukan proses sulfurisasi. Sulfurisasi dilakukan dengan mula-mula memasukkan sampel dan powder sulfur kedalam furnace tube, setelah itu tabung divakum, lalu diisi dengan gas Argon (Ar), proses divakum dan diisi kembali dengan gas Ar dilakukan sebanyak 3 kali. Setelah itu proses sulfurisasi dimulai, dimulai dari suhu ruangan, lalu dipanaskan selama 30 menit hingga mencapai 600^oC dan ditahan selama 40 menit, lalu sampel di diamkan hingga suhu ruangan.

Dihasilkan 2 sampel CZTS diatas Molybdenum (Mo/CZTS) berukuran 3×3 cm

Rabu, 4 Desember 2019

Dilakukan pembuatan larutan prekursor CdS dan deposisinya menggunakan metode Chemical Bath Deposition (CBD). Setelah itu dilakukan deposisi ITO, dan dilakukan pengukuran XRD untuk sampel CZTS yang tidak dideposisi CdS dan ITO diatasnya. Setelah itu dilakukan post annealing.

Pembuatan prekursor CdS dilakukan dengan mula-mula menyiapkan CdSO₄, Thiourea, NH₄OH, dan Aquadest. Setelah itu larutkan CdSO₄ dan Thiourea masing-masing kedalam Aquadest, lalu diaduk selama ~15 menit. Sampel Mo/CZTS ukuran 3×3 cm mula-mula dipotong menjadi masing-masing 2 bagian sehingga menjadi 4 sampel 3×1.5 cm, (2 sampel digunakan untuk XRD, dan 2 lainnya akan digunakan untuk CBD). setelah itu Mo/CZTS ditempelkan ke dinding wadah yang nantinya akan diisi dengan larutan prekursor CdS. Setelah siap, masukkan bahan-bahan yang sebelumnya telah disiapkan kedalam wadah dengan urutan CdSO₄, NH₄OH, Thiourea, lalu Aquadest. Lalu masukkan kedalam CBD Chamber dan aduk. CBD dilakukan pada suhu 80^oC selama 9 menit. Setelah itu sampel diangkat dan dibersihkan dengan mengalirkan aquadest lalu dikeringkan menggunakan blower dan terakhir dioven pada suhu 50^oC selama ~15 menit. Jadilah sampel Mo/CZTS/CdS

Setelah itu 2 sampel 3×1.5 cm Mo/CZTS/CdS dimasukkan kedalam sputtering chamber untuk mendeposisi ITO diatasnya. ITO dideposisi menggunakan metode RF-Sputtering dengan menggunakan power yang rendah dan chamber dalam keadaan vakum dan dialiri dengan gas inert. Proses deposisi ITO memakan waktu sekitar 1 jam untuk mendapatkan ketebalan sekitar 200nm. Dengan begitu didapatkan 2 sampel Mo/CZTS/CdS/ITO.

Selama menunggu proses deposisi ITO, kami melakukan pengukuran XRD pada 2 sampel 3×1.5 cm Mo/CZTS menggunakan Advance Bruker D8.

 

Kamis, 5 Desember 2019

Dilakukan mechanical scraping, dan pelapisan kontak silver. Sampel selesai dibuat dan dilanjut dengan pengukuran I-V dan EQE

Mechanical scraping dilakukan dengan mula-mula menyiapkan cutter, plat kisi dengan lebar sekitar 5mm yang digunakan sebagai cetakan, dan ampelas dengan kekasaran yang paling halus. Plat kisi mula-mula dibersihkan menggunakan blower, sehingga tidak ada debree yang menempel pada plat kisi lalu ditempelkan diatas sampel dan sampel digores menggunakan cutter melalui celah kisi, plat kisi diputar 90 derajat lalu kembali ditempelkan diatas sampel, dan sampel dogores menggunakan cutter melalui celah kisi yang ada. Sehingga dihasilkan area garis berpola kotak-kotak tanpa CZTS/CdS/ITO yang berfungsi sebagai separator antara 1 kotak cell dan cell lainnya. Setelah itu kotak paling ujung dikikis juga menggunakan ampelas paling halus, yang selanjutnya akan digunakan untuk area back contact.

Setelah itu dilakukan deposisi lapisan kontak silver dengan mula-mula menyiapkan pasta silver lalu dicairkan pada suhu 35^oC. gambar pola titik menggunakan cairan pasta silver pada ujung-ujung cell yang dipisahkan dengan garis (hati-hati agar pasta silver tidak menyentuh pola garis, atau akan terjadi short contact). Setelah itu sampel Mo/CZTS/CdS/ITO/Ag dioven pada suhu 50^oC selama 5 menit.

Setelah sampel selesai , dilakukan pengukuran I-V dan pengukuran EQE, best device mendapatkan efesiensi sebesar 7.5% dan band gap sebesar 1.55 eV.

 

Jumat, 6 Desember 2019

Pengamatan singkat tentang eksperimen pengukuran photocatalyst yang menggunakan sensor dengan bahan dan desain arsitektur yang sama dengan sel surya CZTS.