Pengaruh Temperatur Substrat FTO dan Konsentrasi Prekursor ZnO:Mg terhadap Performa Solar Cell Heterojunction Cu₂O/ZnO

Marfitra. S; Lety Trisnaliani; Iriani Reka Septiana

doi:10.59945/jpnm.v4i3.1536

Authors

Marfitra. S Politeknik Negeri Sriwijaya
Lety Trisnaliani Politeknik Negeri Sriwijaya
Iriani Reka Septiana Politeknik Negeri Sriwijaya

DOI:

https://doi.org/10.59945/jpnm.v4i3.1536

Keywords:

Solar Cell, Heterojunction, Cu2O/ZnO/FTO, Spray Pyrolisis

Abstract

Energi surya merupakan salah satu sumber energi terbarukan yang memiliki potensi besar untuk dikembangkan sebagai alternatif pemenuhan kebutuhan energi listrik yang ramah lingkungan. Salah satu teknologi yang terus dikembangkan adalah solar cell heterojunction berbasis Cu₂O/ZnO/FTO yang memanfaatkan kombinasi material semikonduktor tipe-p dan tipe-n untuk meningkatkan proses pemisahan serta transport pembawa muatan. Performa perangkat sangat dipengaruhi oleh kualitas lapisan penyusun yang dipengaruhi oleh parameter fabrikasi. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh variasi temperatur pemanasan substrat FTO dan konsentrasi larutan prekursor ZnO terhadap performa solar cell heterojunction Cu₂O/ZnO/FTO serta mengevaluasi efisiensi konversi energi yang dihasilkan. Lapisan ZnO dideposisikan menggunakan metode spray pyrolysis pada temperatur 425°C, 450°C, 475°C, dan 500°C dengan variasi konsentrasi larutan ZnO sebesar 0,3 M:0,03 M; 0,4 M:0,04 M; dan 0,5 M:0,05 M. Selanjutnya, lapisan Cu₂O dibentuk menggunakan metode electrodeposition sehingga diperoleh struktur heterojunction Cu₂O/ZnO/FTO. Karakterisasi dilakukan melalui pengukuran parameter keluaran listrik yang meliputi open-circuit voltage (Voc), short-circuit current (Isc), daya keluaran (P), power density (Parea), dan efisiensi konversi energi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa variasi temperatur pemanasan substrat dan konsentrasi larutan ZnO berpengaruh terhadap peningkatan karakteristik listrik solar cell. Kondisi optimum diperoleh pada konsentrasi ZnO 0,5 M:0,05 M dengan temperatur pemanasan 500°C yang menghasilkan nilai open-circuit voltage sebesar 120,5 mV, short-circuit current sebesar 145,8 mA, daya keluaran sebesar 17,57 mW, power density sebesar 0,234 mW/cm², dan efisiensi konversi energi sebesar 0,35%. Hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan temperatur pemanasan substrat yang dipadukan dengan konsentrasi larutan prekursor ZnO yang tepat mampu menghasilkan lapisan ZnO dengan kualitas yang lebih baik sehingga meningkatkan performa solar cell heterojunction Cu₂O/ZnO/FTO.

References

Abdurrahman, M., Burari, F. W., & Olasoji, O. W. (2022). Analysis of the ZnO / Cu 2 O and CdSe / Cu 2 O Thin Film Hetero-structure Electrode for Photo Electrochemical Solar Cell Applications. 8(4), 123–132. https://doi.org/10.31695/IJASRE.2022.8.4.10

Al-Ezzi, A. S., & Ansari, M. N. M. (2022). Photovoltaic Solar Cells: A Review. Applied System Innovation, 5(4), 1–17. https://doi.org/10.3390/asi5040067

Alnavis, N. B., Wirawan, R. R., Solihah, K. I., & Nugroho, V. H. (2024). Energi listrik berkelanjutan : Potensi dan tantangan penyediaan energi listrik di Indonesia. 1(2), 119–139.

Cuadra, J. G., Estrada, A. C., Oliveira, C., Abderrahim, L. A., Porcar, S., Fraga, D., Trindade, T., Seabra, M. P., Labrincha, J., & Carda, J. B. (2023). Functional properties of transparent ZnO thin films synthetized by using spray pyrolysis for environmental and biomedical applications. Ceramics International, 49(20), 32779–32788. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.07.246

Efe-onakpojeruo, C. C., Seraj, M., & Ozdeser, H. (2024). Advances in Environmental and Engineering Research Comparative Analysis of the Relationship between Renewable Energy Adoption , Fossil Fuel Energy Consumption , and CO 2 Emission in the United States and China. https://doi.org/10.21926/aeer.2403018

Li, J., Mendoza, H. E. T., Kundmann, A., & Osterloh, F. E. (2024). Effect of ZnO and PEDOT : PSS Charge Selective Layers on Photovoltage of Cuprous Oxide ( Cu 2 O ) Heterojunction Solar Cells. 3–6.

Michael, P. R., Johnston, D. E., & Moreno, W. (2020). A conversion guide : solar irradiance and lux illuminance. 153–166. https://doi.org/10.21595/jme.2020.21667

Najah, M. N., Rahmania, F. A., Cahyanti, I., Hesnaty, M., Hajar, S., Hartanto, D., Prasetyo, W., Sari, R., & Nur, H. (2025). South African Journal of Chemical Engineering Parameter influences of FTO / ZnO / Cu ₂ O photodetectors fabricated by electrodeposition and spray pyrolysis techniques. South African Journal of Chemical Engineering, 51(September 2024), 188–201. https://doi.org/10.1016/j.sajce.2024.11.009

Özdal, T., & Kavak, H. (2020). Fabrication and characterization of ZnO/Cu2O heterostructures for solar cells applications. Superlattices and Microstructures, 146(August). https://doi.org/10.1016/j.spmi.2020.106679

Ramírez-amador, R., Alvarado-pulido, J. J., & Martínez-hernández, H. P. (n.d.). Study of fluorine-doped tin oxide thin films deposited by pneumatic spray pyrolysis and ultrasonic spray pyrolysis : a direct comparison Study of fl uorine-doped tin oxide thin fi lms deposited by pneumatic spray pyrolysis and ultrasonic spray pyrolysis : a direct comparison.

Saehana, S., Siswomiharjo, D., & Aprilia, A. (2025). Investigation of Experimental Parameters in Fabrication of Fluorine-Doped Tin Oxide (FTO) Using Spray Pyrolysis. International Journal of Heat and Technology, 43(3), 1076–1084. https://doi.org/10.18280/ijht.430326

Salim, K., Azzaoui, W., & Development, M. (2023). Physical properties of spray pyrolysed ZnO thin films obtained from nitrate , acetate and chloride precursors : Comparative study for Solar Cell Applications. 3, 1–8.

Silalahi, D. F., Blakers, A., Stocks, M., Lu, B., Cheng, C., & Hayes, L. (2021). Indonesia ’ s Vast Solar Energy Potential.

Silalahi, D. F., & Gunawan, D. (n.d.). Solar Energy Potentials and Opportunity of Floating Solar PV in Indonesia. 2022, 63–88. https://doi.org/10.55981/brin.562.c5

Tran, M. H., Cho, J. Y., Sinha, S., Gang, M. G., & Heo, J. (2018). Cu2O/ZnO heterojunction thin-film solar cells: the effect of electrodeposition condition and thickness of Cu2O. Thin Solid Films, 661, 132–136. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2018.07.023

Wang, B., Chen, Z., & Zhao, F. (2023). Cu2O Heterojunction Solar Cell with Photovoltaic Properties Enhanced by a Ti Buffer Layer. Sustainability (Switzerland), 15(14). https://doi.org/10.3390/su151410876