MODIFIKASI AUXILIARY ACCEPTOR DAN PI-SPACER PADA DYE SENSITIZER MAX157 UNTUK MENINGKATKAN KINERJA DALAM SISTEM DYE-SENSITIZED SOLAR CELLS DENGAN KONFIGURASI D-A-PI-A

KENNETH SETIAWAN, Prof. Dr.rer.nat. Harno Dwi Pranowo, M.Si.; Prof. Dr. Drs. Winarto Haryadi, M.Si.

2025 | Skripsi | KIMIA

Telah dilakukan penelitian yang berjudul “Modifikasi Auxiliary Acceptor dan ?-spacer pada Dye Sensitizer MAX157 untuk Meningkatkan Kinerja dalam Sistem Dye-Sensitized Solar Cells dengan Konfigurasi D-A-?-A” dengan tujuan dari penelitian ini adalah mempelajari pengaruh substitusi auxiliary acceptor dan ?-spacer pada struktur dye berbasis karbazol dengan konfigurasi D-A- ?-A terhadap kinerja dye dalam sistem Dye-Sensitized Solar Cells (DSSC) serta mempelajari kestabilan kandidat dye-sensitizer terbaik dari modifikasi MAX157 dalam simulasi adsorpsi semikonduktor TiO2.

Modifikasi dilakukan pada   dengan mengganti gugus benzothiadiazole menjadi [1,2,5]thiadiazolo[3,4-c]pyridine dan [1,2,5]thiadiazolo[3,4-d]pyridazine, serta pada ?-spacer dengan mengganti gugus thiophene menjadi cyclopenta-1,3-diene dan selenophene, sehingga menghasilkan sembilan variasi dye. Perhitungan kimia komputasi dilakukan dengan metode DFT dan TD-DFT, masing-masing menggunakan HSEH1PBE dan WB97XD untuk keadaan dasar dan tereksitasi, serta metode LANL2DZ dalam kondisi doping semikonduktor. Pemodelan berbagai senyawa dilakukan menggunakan software GaussView, dan geometri molekul yang telah dioptimasi selanjutnya digunakan untuk analisis sifat elektronik dan optiknya berdasarkan berbagai parameter.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa untuk sistem D-A-?-A, modifikasi dari gugus auxiliary acceptor dan ?-spacer dapat memberikan peningkatan kinerja yang ditandai oleh penurunan nilai energy band gap, red shift, dan nilai parameter Power Conversion Efficiency (PCE) yang lebih baik. Di antara seluruh modifikasi dye yang dilakukan, model PZC menghasilkan energy band gap paling rendah sebesar 1,539 eV,   paling tinggi dengan serapan panjang gelombang maksimum 549,87 nm, kemampuan respons NLO dengan nilai ?tot yang cukup tinggi, ?Gregn yang rendah, dan ?normal yang tinggi. Pemodelan dye-oxide dari PZC menghasilkan nilai Eads yang negatif dan lebih negatif dibandingkan model dye-oxide BTT (MAX157) sehingga dye-oxide PZC memiliki interaksi yang lebih stabil dengan semikonduktor TiO2.

A study titled "Modification of Auxiliary Acceptor and ?-Spacer in MAX157 Dye Sensitizer to Enhance Performance in Dye-Sensitized Solar Cells Systems with D-A-?-A Configuration" has been conducted. The aim of this research is to investigate the effect of substituting the auxiliary acceptor and ?-spacer in a carbazole-based dye structure with a D-A-?-A configuration on the performance of the dye in Dye-Sensitized Solar Cell (DSSC) systems. Additionally, this study examines the stability of the best dye-sensitizer candidate from the MAX157 modification in a TiO? semiconductor adsorption simulation.

Modifications were made to the auxiliary acceptor by replacing the benzothiadiazole group with [1,2,5]thiadiazolo[3,4-c]pyridine and [1,2,5]thiadiazolo[3,4-d]pyridazine, as well as to the ?-spacer by substituting the thiophene group with cyclopenta-1,3-diene and selenophene, resulting in nine dye variations. Computational chemistry calculations were performed using the DFT and TD-DFT methods, specifically HSEH1PBE and WB97XD for the ground and excited states, and the LANL2DZ method under semiconductor doping conditions. Various compounds were modeled using the GaussView software, and the optimized molecular geometries were subsequently used to analyze their electronic and optical properties based on various parameters.

The results demonstrated that for the D-A-?-A system, modifications to the auxiliary acceptor and ?-spacer groups led to performance improvements, as indicated by a reduction in the energy band gap, redshifts, and enhanced Power Conversion Efficiency (PCE) parameters. Among all the dye modifications performed, the PZC model exhibited the lowest energy band gap of 1.539 eV, the highest redshift with a maximum wavelength absorption of 549.87 nm, a significant nonlinear optical (NLO) response with a relatively high ?tot value, a low ?Gregn, and a high ?normal. The dye-oxide modeling of PZC yielded a negative Eads value, which was more negative than the BTT (MAX157) dye-oxide model. As a result, the PZC dye-oxide exhibited a more stable interaction with the TiO? semiconductor.

Kata Kunci : DFT, dye, kinerja, TD-DFT