Kajian sifat optik dan mekanisme transfer muatan pada sistem multilayer CsSnI3/TiO2 menggunakan spektroskopi elipsometri untuk aplikasi sel surya perovskite

Dewan Merbawana, Dr. Iman Santoso, S.Si., M.Sc.

2026 | Tesis | S2 Ilmu Fisika

Penelitian ini mengkaji sifat optik dan mekanisme transfer muatan pada sistem multilayer CsSnI3 dan TiO2 sebagai lapisan Electron-Transport-Layer (ETL) pada sistem sel surya perovskite bebas timbal. Kajian dilakukan menggunakan spektroskopi elipsometri konfigurasi Rotating-Analyzer pada rentang energi 1,46–5,64 eV untuk mengekstraksi konstanta optik fungsi dielektrik kompleks (e1, e2), dan konduktivitas optik (sigma). Variasi konsentrasi TiO2 (0,1 M; 0,2 M; 0,3 M) digunakan untuk menganalisis pengaruh kualitas antarmuka terhadap mekanisme transfer elektron. CsSnI3 disintesis menggunakan metode solution-based, sedangkan lapisan TiO? dibuat dari larutan prekursor dan dideposisikan menggunakan teknik spin-coating. Karakterisasi pendukung dilakukan menggunakan XRD dan UV-Vis Absorbansi. Hasil XRD menunjukkan terbentuknya fase perovskite ortorombik B-Y CsSnI3 dengan puncak difraksi utama pada 2theta = 29,28° dan ukuran kristalit sebesar 61,3 nm. Spektrum UV-Vis menunjukkan absorbansi yang tinggi pada rentang panjang gelombang 500–700 nm dengan energi celah pita optik sebesar 1,28 eV. Analisis elipsometri menunjukkan keberadaan 4  transisi optik utama, yaitu E1 (~1,6 eV), E2 (~2,3 eV), E3 (~3,9 eV), dan E4 (~4,9 eV), yang berkaitan dengan transisi antarpita pada struktur elektronik CsSnI3. Peningkatan konsentrasi TiO2 memengaruhi respons dielektrik, konduktivitas optik, dan distribusi bobot spektral sistem. Pada konsentrasi TiO2 0,3 M, terjadi penguatan transisi optik pada rentang energi 1,8–3,2 eV yang diikuti pelemahan pada energi yang lebih tinggi. Fenomena ini mengindikasikan redistribusi pembawa muatan dan transfer elektron dari CsSnI3 menuju TiO2 pada antarmuka heterostruktur. 

This study investigates the optical properties and charge-transfer mechanisms in multilayer CsSnI3/TiO2 systems, where TiO2 serves as the electron transport layer (ETL) in lead-free perovskite solar cells. The investigation was carried out using rotating-analyzer spectroscopic ellipsometry in the energy range of 1.46–5.64 eV to extract the optical constants, including the complex dielectric function (e1, e2) and optical conductivity (sigma). Different TiO2 concentrations (0.1 M, 0.2 M, and 0.3 M) were employed to analyze the influence of interface quality on the electron transfer mechanism. CsSnI3 was synthesized using a solution-based method, while the TiO2 layer was prepared from a precursor solution and deposited using the spin-coating technique. Complementary characterizations were performed using X-ray diffraction (XRD) and UV–Vis Absorbance spectroscopy. The XRD results confirmed the formation of the orthorhombic B-Y CsSnI3 perovskite phase, with the main diffraction peak located at 2theta = 29.28° and an estimated crystallite size of 61.3 nm. The UV–Vis spectra revealed strong absorption in the wavelength range of 500–700 nm and an optical bandgap energy of 1.28 eV. Spectroscopic ellipsometry analysis identified four major optical transitions, namely E1 (~1.6 eV), E2 (~2.3 eV), E3 (~3.9 eV), and E4 (~4.9 eV), which are associated with interband transitions in the electronic structure of CsSnI3. An increase in TiO2 concentration significantly affected the dielectric response, optical conductivity, and spectral weight distribution of the system. At a TiO2 concentration of 0.3 M, an enhancement of optical transitions was observed in the energy range of 1.8–3.2 eV, followed by a reduction in transition intensity at higher energies. This phenomenon indicates charge-carrier redistribution and electron transfer from CsSnI3 to TiO2 across the heterostructure interface.

Kata Kunci : CsSnI3, ETL, TiO2, sel surya perovskite, bobot spektral, spektroskopi elipsometri