Pengaruh Ion Cl- Terhadap Kestabilan Fasa Dan Energi Celah Pita Perovskit Fapbi₃ Dan Fapbi₃-Xclx

NABILA, ZAINA (2026) Pengaruh Ion Cl- Terhadap Kestabilan Fasa Dan Energi Celah Pita Perovskit Fapbi₃ Dan Fapbi₃-Xclx. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 5001221055-Undergraduated_Thesis.pdf Restricted to Repository staff only Download (4MB) | Request a copy

Abstract

Perkembangan teknologi fotovoltaik menunjukkan kemajuan pesat dalam beberapa dekade terakhir, khususnya melalui pemanfaatan material perovskit yang memiliki efisiensi konversi daya tinggi dan proses fabrikasi berbasis larutan yang sederhana. Salah satu material yang banyak diteliti adalah formamidinium lead triiodide (FAPbI₃) karena memiliki celah pita sempit (~1,47 eV) dan kemampuan serapan cahaya yang baik. Namun, tantangan utama FAPbI₃ adalah ketidakstabilan fase pada suhu ruang akibat transformasi dari fase fotoaktif α menjadi fase nonaktif δ. Berbagai pendekatan seperti doping dan penambahan aditif klorida, seperti PbCl₂, telah dikembangkan untuk meningkatkan stabilitas dan kualitas film perovskit. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh variasi konsentrasi PbCl₂ (5%, 10%, dan 15%) sebagai dopan dan aditif terhadap kestabilan fasa dan energi celah pita pada perovskit FAPbI₃ dan FAPbI₃₋ₓClₓ. Sampel disintesis melalui metode larutan menggunakan pelarut dimetilformamida (DMF), kemudian dideposisikan pada substrat kaca menggunakan metode drop casting dan dipanaskan pada suhu 140 °C untuk menghasilkan film perovskit. Karakterisasi dilakukan secara sistematis untuk mengevaluasi sifat struktur dan optik material. Analisis visual digunakan untuk mengamati perubahan warna film sebagai indikasi pembentukan kristal. Karakterisasi optik dilakukan menggunakan spektrofotometer Vis untuk menentukan nilai energi celah pita melalui metode Tauc plot. Sementara itu, struktur kristal dianalisis menggunakan difraksi sinar-X (XRD) untuk mengidentifikasi fasa dan tingkat kristalinitas, serta morfologi permukaan dan distribusi unsur dikaji menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM). Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan PbCl₂ sebagai aditif menghasilkan ukuran grain yang lebih besar dan kandungan fase α-FAPbI₃ awal yang lebih tinggi, yaitu 59,35%, dibandingkan sistem doping sebesar 52,71%. Namun, selama penyimpanan lima hari, sistem doping menunjukkan kestabilan struktur yang lebih baik dengan penurunan fase α-FAPbI₃ yang lebih kecil, yaitu dari 54,23% menjadi 51,01%, serta peningkatan impuritas yang rendah dari 3,21% menjadi 3,70%. Sementara itu, pada sistem aditif, kandungan fase α-FAPbI₃ menurun dari 59,35% menjadi 50,94% dengan peningkatan impuritas dari 10,62% menjadi 13,47%. Hasil pengukuran Vis dan analisis Tauc Plot menunjukkan bahwa variasi aditif 5% memiliki perubahan energi celah pita paling kecil, yaitu dari 1,44 eV menjadi 1,49 eV selama penyimpanan, sehingga nilainya masih mendekati energi celah pita teoritis FAPbI₃. Penambahan PbCl₂ sebagai aditif lebih efektif meningkatkan kualitas kristalisasi dan pembentukan fase α-FAPbI₃ pada tahap awal sintesis, sedangkan doping Cl⁻ lebih efektif dalam mempertahankan kestabilan struktur kristal selama penyimpanan.
======================================================================================================================================
The development of photovoltaic technology has shown significant progress over the past decades, particularly through the utilization of perovskite materials, which offer high power conversion efficiency and simple solution-based fabrication processes. One of the most widely studied materials is formamidinium lead triiodide (FAPbI₃), due to its narrow bandgap (~1.47 eV) and strong light absorption capability. However, a major challenge of FAPbI₃ is its phase instability at room temperature, where it tends to transform from the photoactive α-phase into the non-photoactive δ-phase. Therefore, various approaches, such as doping and the incorporation of chloride-based additives like PbCl₂, have been developed to enhance the stability and quality of perovskite films. This study aims to investigate the effect of varying PbCl₂ concentrations (5%, 10%, and 15%) as both dopant and additive on the phase stability and bandgap energy of FAPbI₃ and FAPbI₃₋ₓClₓ perovskites. The samples were synthesized using a solution-based method with dimethylformamide (DMF) as the solvent, followed by deposition onto glass substrates via the drop-casting technique and subsequent heating at 140 °C to form perovskite films. Characterization was carried out systematically to evaluate the structural and optical properties of the materials. Visual analysis was performed to observe color changes in the films as an indication of crystal formation. Optical characterization was conducted using Vis spectroscopy to determine the bandgap energy through the Tauc plot method. Meanwhile, the crystal structure was analyzed using X-ray diffraction (XRD) to identify phases and crystallinity, and surface morphology as well as elemental distribution were examined using Scanning Electron Microscopy (SEM). The research results indicate that the addition of PbCl₂ as an additive yields larger grain sizes and a higher initial α-FAPbI₃ phase content (59.35%) compared to the doping system (52.71%). However, during five days of storage, the doping system demonstrated superior structural stability, exhibiting a smaller decline in the α-FAPbI₃ phase from 54.23% to 51.01% and a minimal increase in impurities, rising from 3.21% to 3.70%. In contrast, the additive system saw the α-FAPbI₃ phase content drop from 59.35% to 50.94%, accompanied by an increase in impurities from 10.62% to 13.47%. Vis measurements and Tauc plot analysis revealed that the 5% additive variant underwent the smallest change in bandgap energy shifting from 1.44 eV to 1.49 eV during storage thereby remaining close to the theoretical bandgap energy of FAPbI₃. Thus, adding PbCl₂ as an additive is more effective at enhancing crystallization quality and α-FAPbI₃ phase formation during the initial synthesis stage, whereas Cl⁻ doping is more effective at maintaining crystal structure stability during storage.

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	Aditif, Doping, Kestabilan fasa, dan energi celah pita.
Subjects:	Q Science > QC Physics > QC162 Adsorption and absorption
Divisions:	Faculty of Science and Data Analytics (SCIENTICS) > Physics > 45201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Zaina Nabila
Date Deposited:	28 Jul 2026 04:45
Last Modified:	28 Jul 2026 04:45
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/138483

Actions (login required)

View Item