Pengaruh Variasi Pi-Linkers dan Gugus Penahan Di Dalam Molekul Zat Warna Berbasis Karbazol Terhadap Efisiensi Sel Surya Tersensitasi Zat Warna (DSSC) Menggunakan Metode DFT/TDDFT

Muhammad Yusuf Abdillah, Prof. Dr.rer.nat. Harno Dwi Pranowo, M.Si.; Dr. Winarto Haryadi, M.Si.

2023 | Skripsi | KIMIA

Telah dilakukan penelitian yang berjudul Pengaruh Variasi pi-linkers  dan Gugus Penahan Di Dalam Molekul Zat Warna Berbasis Karbazol Terhadap Efisiensi Sel Surya Tersensitasi Zat Warna (DSSC) dengan tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui pengaruh modifikasi pi-linkers dan gugus penahan pada struktur zat warna berbasis karbazol dengan konfigurasi sistem D-A-Pi-A terhadap sifat elektronika zat warna serta melakukan pemodelan zat warna pada semikonduktor TiO2 yang dilakukan dengan metode Density Functional Theory (DFT) dan Time Dependent-Density Functional Theory (TD-DFT).

Modifikasi dilakukan pada pi-linkers dengan mengganti tiofena menjadi furan, pirol, dan selenofena dan dua gugus penahan yaitu asam sianoakrilik dan 2-(1,1-disianometilena)rodanin. Penelitian ini dilakukan dengan dengan metode DFT/B3LYP pada keadaan dasar dan TD-DFT/B3LYP pada keadaan tereksitasi dan himpunan basis 6-31G (d,p) dan LanL2DZ untuk atom Ti. Pemodelan senyawa dilakukan dengan program GaussView dan didapatkan koordinat yang selanjutnya digunakan untuk analisis sifat elektronik dan optiknya dengan berbagai parameter.

Hasil penelitian menunjukkan modifikasi gugus penahan dan pi-linkers kompleks dengan sistem D-A-Pi-A dapat memberikan energi band gap yang rendah, pergeseran merah, dan nilai Power Conversion Efficiency (PCE) yang baik ditinjau dari parameter Light Harvesting Efficiency (LHE). Dicari sensitiser hasil modifikasi terbaik dari setiap gugus penahan. Sensitiser dengan kode RN4 yaitu modifikasi heteroatom Selenium (Se) atau senyawa Selenophene pada bagian pi-linkers dan gugus penahan 2-(1,1-disianometilena)rodanin menjadi kandidat paling potensial dengan energi band gap paling rendah yaitu 2,06 eV, pergeseran merah yang tinggi yaitu (709,88 nm), aktivitas NLO yang tinggi, nilai LHE yang tinggi, energi penataan ulang total yang rendah sebesar 0,42 eV, energi bebas injeksi muatan dan energi bebas regenerasi zat warna  yang negatif, serta nilai afinitas elektron sebesar 3,42 eV dan potensial ionisasi sebesar 5,33 eV. Pada pemodelan zat warna pada semikonduktor TiO2, zat warna dengan gugus penahan 2-(1,1-disianometilena)rodanin menjadi kandidat yang paling stabil dengan semua kandidat memiliki energi adsorpsi (Eads) yang lebih negatif dibandingkan dengan zat warna gugus penahan asam sianoakrilik dengan kode senyawa RN1 yang paling stabil dengan Eads sebesar -17,851 eV dan membentuk ikatan bidentate dengan permukaan semikonduktor TiO2.

A research entitled Effect of Pi-Linker and Anchoring Groups Variation On Carbazole-Based Dye Molecules on the Efficiency of Dye-Sensitized Solar Cells (DSSCs) has been conducted with the objective of examining the effects of modifications to pi-linkers and blocking groups within carbazole-based dye molecules on the electronic properties of the dye, as well as of conducting dye modeling on TiO2 semiconductor using the DFT and TD-DFT methods.

Modifications were performed on pi-linkers by replacing thiophene with furan, pyrrole, and selenophene, along with two anchoring groups, namely cyanoacrylic acid and 2-(1,1-dicyanomethylene)rhodanine. This research was conducted using the DFT/B3LYP method in the ground state and TD-DFT/B3LYP in the excited state, employing the 6-31G (d,p) and LanL2DZ basis sets for Ti atoms. Compound modeling was carried out using GaussView software, obtaining coordinates that were subsequently used for analyzing its electronic and optical properties with various parameters.

The research results indicate that modifications were made to the anchoring groups and pi-linkers in the D-A-pi-A complex system, which can lead to a low band gap energy, redshift, and a favorable Power Conversion Efficiency (PCE) as assessed through the Light Harvesting Efficiency (LHE) parameter. The best-modified sensitizers from each anchoring group are being sought. The sensitizer with code RN4, involving the heteroatom Selenium (Se) modification or Selenophene compound on the pi-linkers and the anchoring group 2-(1,1-dicyanomethylene)rhodanine, is identified as the most promising candidate, with the lowest band gap energy of 2.06 eV, a high redshift of 709.88 nm, high NLO activity, a high LHE value, low total rearrangement energy of 0.42 eV, negative charge injection free energy, and negative dye regeneration free energy, along with an electron affinity of 3.42 eV and an ionization potential of 5.33 eV. In the dye modeling on the TiO2 semiconductor, the dye with the anchoring group 2-(1,1-dicyanomethylene)rhodanine is found to be the most stable candidate, with all candidates displaying more negative adsorption energy (Eads) compared to the dye with the anchoring group cyanoacrylic acid, coded as compound RN1, which is the most stable with an Eads of -17.851 eV and forms a bidentate bond with the TiO2 semiconductor surface.

Kata Kunci : DSSC, karbazol, DFT, TD-DFT