PENGGUNAAN ZAT WARNA ORGANIK UNTUK MENINGKATKAN PERFORMA PERALATAN SOLAR CELL MENGGUNAKAN METODA DENSITY FUNCTIONAL THEORY (DFT)
Imelda Universitas Andalas E_mail: imeldai@ymail.com

## Abstract
To  improve  the  performance  of  solar  cell  equipment  can  be  used  dye  as  a  sensitizer,  a sensitizer  role  is  to  help  absorb  visible  light  in  equipment  that  uses  a  semiconductor  with  a wide  band  gap  such  as  TiO2  and  ZnO  .  The  calculation  methods  used  are  computationally DFT  and  TD  -  DFT  to  determine  the  value  of  geometry  optimization  ,  energy  ,  population density  and  optical  properties  .  As  for  knowing  the  performance  of  experimental  equipment can  be  obtained  from  the  value  of  the  open  circuit  voltage  (  Voc  )  ,  short  circuit  current density  (Jsc),  Fill  Factor.  The  dye  can  be  enhanced  sensitivity  capabilities  with  the engineering structure or conformation of the molecule.
Keywords: Dye, solar cell, density functional theory.

## PENDAHULUAN

## 1. Latar Belakang
Dengan  meningkatnya  kebutuhan  terhadap  energi  dan  cadangan  minyak  yang  terbatas, investigasi terhadap sumber energi alternatif dan terbarukan menjadi perhatian utama saat ini. Dalam  beberapa  tahun  terakhir,  banyak  perhatian  ditujukan  kepada  penggunaan  energi matahari sebagai sumber energi alternatif karena sumber energi yang berlimpah, tidak terbatas dan ramah lingkungan.
Sinar  matahari  dapat  diambil  dan  dikonversi  menjadi  energi  listrik  menggunakan peralatan fotovoltaik. DSSCs pertama kali di laporkan oleh Gratzel dan O’regan tahun 1990 adalah  teknologi  solar  cell  generasi  ketiga,  merupakan  peralatan  fotovoltaik  yang  mudah diproduksi  dan  murah  serta  menghasilkan  efisiensi  yang  tinggi  dalam  mengkonversi  sinar matahari  menjadi  energi  lstrik 1 .  Dalam  peralatan  DSSCs  digunakan  zat  warna  organik maupun  anorganik  untuk  meningkatkan  sensitifitas  peralatan  solar  cell  terhadap  sinar matahari.

## 2. Dye sensitizer Solar Cells
DSC  tipeGratzel  pertamakali  dikembangkan  diawal  tahun  1990,  mengkonversi  cahaya matahari  menjadi  energi  listrik  menggunakan  wadah  transfaran  dan  semikonduktor  dengan band gap yang lebar yang dimodifikasi dengan  zat warna anorganik pada permukaan sebagai
sensitizer  pada  peralatan  solar  sel  ,  Skema  peralatan  dapat  dilihat  pada  Gambar  1.Sinar tampak tidak bisa mengeksitasikan elektron pada semikonduktor dengan band gap yang lebar, seperti TiO 2 dan  ZnO.Maka dengan  adanya zat  warna sebagai  sensitizer  menyebabkan sinar tampak dapat mengeksitasikan elektron dari pita valensi ke pita konduksi 1 .
Gambar 1. Skema peralatan DSSCs
Pada  DSSCs  permukaan  semikonduktor  difungsionalkan  dengan  material  berwarna (fotosensitizer) yang menyerap zat warna dan menyerap sinar tampak dengan energi keadaan dasar berada dibawah pita dan keadaan eksitasi berada diatas pita konduksi semikonduktor.
Kebanyakan  DSSCs  dengan  zat  warna  organik  menggunakan  konfigurasi  dasar  D-π-A (Donor  elektron-  jembatan  π-  Aseptor  elektron)  untuk  meningkatkan  sifat  fotofisik  karena efek push-pull .  Salah  satu  cara  untuk  memperbaiki  sifat  fotofisik  adalah  dengan memperpanjang  π-konjugasi  yang  dapat  menggeser  spektrum  adsorpsi  ke  daerah  sinar tampak.  Konfigurasi  lainnya  yaitu  D-D-π-A  yang  tidak  hanya  menyebabkan  pergeseran merah dari pita absorpsi tapi juga meningkatkan koefisien ekstinsi. 3

## METODOLOGI KOMPUTASI
1. Density  Functional  Chemistry  (DFT)  dan  Time  Dependent-  Density  Functional Chemistry (TD-DFT)
Simulasi  komputer  dan  kimia  komputasi  berperan  penting  dalam  perkembangan DSSC karena teknik komputasi  memberikan studi  yang mendalam tentang struktur dan sifat elektronik  dari  sistem.  Saat  ini  metoda  DFT  dan  TD-DFT  sangat  populer  digunakan  untuk perhitungan  sifat  elektronik  sistem  keadaan  dasar  dan  keadaan  eksitasi.Semua  sifat  molekul dalam keadaan dasar dihitung dengan DFT dan keadaan eksitasi dihitung dengan TD-DFT 1-15 .
Menggunakan  basis  set  6-31G(d,p),  Becke  3-parameter-Lee-Yang-Parr  (B3LYP),  C-PCM,

## SVP

## 2. Perhitungan kimia kuantum
Beberapa perhitungan kimia kuantum yang bisa diprediksi secara teori adalah
a. Optimasi geometri
Tahap pertama dalam perhitungan kimia kuantum adalah optimasi geometri molekul dalam keadaan elektronik dasar kemudian dilanjutkan ke keadaan eksitasi
b. Energi
Energi  yang  ditentukan  adalah  Energi  HOMO,  LUMO,  energi  total  molekul,  energi hidrasi, energi eksitasi, energi ikatan
c. Populasi dan densiti
Populasi  yang  bisa  ditentukan  adalah  muatan,  panjang  ikatan,  orde  ikatan  ,  moment dipole,  transfer  muatan.  Selain  itu  juga  bisa  ditentukan  densiti  elektron  pada  pita HOMO maupun LUMO
d. Sifat optik
Sifat  optik  suatu  molekul  bisa  ditentukan  dengan  penentuan  spektrum  absorpsi  dan dapat diketahui terjadi pergeseran merah maupun biru.
Sedangkan  untuk  mengetahui  performa  Solar  Cell  bisa  diketahui  secara  eksperimen  dengan melihat sifat listriknya seperti V oc , J sc , Fill Faktor (FF), efisiensi penyerapan energi. 1-15

## ZAT WARNA ORGANIK
Zat warna yang bisa digunakan dalam peralatan DSSCs adalah zat warna organik dan anorganik.  Zat  warna organik  juga bisa ditingkatkan daya sensitisasinya  dengan merekayasa struktur  molekul  tersebut,  beberapazat  warna  organik  yang  diteliti  pada  peralatan  DSSCs diantaranya:

## 1. Zat warna Betalain dengan berbagai struktur molekul
Hasil penelitian mengkombinasikan eksperimen dan studi teoritik dari zat warna alam betalain  yang  digunakan  sebagai  sensitizer  untuk  dye-sensitized  solar  cells  (DSSCs  TiO2. Untuk  analisa  penuh  dari  bentuk  yang  bervariasi  dari  zat  warna  betalain  digunakan  metoda perhitungan  density  functional  theory  (DFT),  yang  mana  memberikan  geometri  optimasi, struktur  elektronik  dan  spektrum  elektronik  dari  zat  warna  dalam  protonasi  penuh  seperti bentuk  deprotonasi  parsial.  Adsorpsi  diatas  substrat,  kesesuaian  spektrum  adsorpsi  dari  zat warna  dengan  spektrum  matahari,  penjajaran  tingkat  energi  dengan  semikonduktor  dan elektrolit dan transfer muatan ke substrat. Dengan membandingkan hasil teoritik dengan data
eksperimen  diidentifikasi  betasianin  sebagai  konstituen  yang  sangat  berguna  dari  ekstrak betalain dan merupakan ekstrak murni yang utama 2 .

## 2. Zat warna organik tipe –p dengan dasar Malonitril-triphenilamin
Untuk  meningkatkan  daya  sensitifikasi  maka  malonitril  dan  triphenilamin dihubungkan  dengan  berbagai  senyawa  rantai  π.Geometri,  struktur  elektronik  dan  spektrum absorpsi  dan  karakter  keadaan  eksitasi  tipe-p  dari  sensitizer  O2,O6  dan  O7  dan  desain  1-5 dengan rantai-π diteliti menggunakan perhitungan DFT dan TD –DFT, untuk memperlihatkan pengaruh  rantai  π  pada  performa  DSSCs.Ditemukan  IPCE  tertinggi  pada  O7  dibanding  O6 dari peningkatan efisiensi penyerapan cahaya (LHE) dan regenerasi yang efisien. Dan, untuk O2  dan  O6  dengan  IPCB  sebanding,  sedikit  meningkatkan  Jsc  untuk  O2  dapat  dianggap spektrum  lebih  cocok  dengan  spektrum  matahari.  Perhitungan  indek  transfer  muatan  (DCT, matrik  dari  pemisahan  fotoinduksi  -  elektron  hole)  menunjukkan  sensitizer  berkorelasi  baik dengan  pengukuran  waktu  hidup  yang  berhubungan  dengan  Voc.  Yang  sangat  penting,  zat warna  4  candidat  yang  diusulkan  untuk  sensitizer  tipe-p  disebabkan  terjadinya  absorpsi pergeseram merah, LHE yang lebih besar dan DCT yang lebih panjang dibandingkan dengan bentuk asli O7

## 3. Senyawa Indigo dan turunannya
Analisis  teoritik  dari  molekul  zat  warna    indigo  (nila)  dan  turunannya  dengan Substituen  Clorin  (Cl),  Sulfur  (S),  Selenium  (Se)  dan  Bromin  (Br)  diperlihatkan menggunakan  paket  sofware  Gaussian  09.  Perhitungan  berdasarkan  kerangka  kerja  dari density  functional  theory  (DFT)  dengan  fungsional  Becke-3-parameter  -Lee-Yang-Parr (B3LYP)  dimana  basis  set  6-31G(d,p)  digunakan.  Semuanya  untuk  mempelajari  sifat  yang digunakan  bersama  oksida  logam  dalam  dye-sensitized  solar  cells  (DSSC).  Tiap  molekul dianalisa secara teoritik. Berdasarkan hasil ini semua zat warna bersama TiO2  dapat bekerja untuk DSSC, dimana tidak ada dapat bekerja dengan ZnO, dan hanya nila yang dapat bekerja dengan (ZnO) 12 4 .
4. Senyawa  phenotiazin  yang  difungsionalisasi  dengan  senyawa  yang  memiliki  rantai D-π-A ( TMH-CNcis, TMH-CNtrans, TMH-COOH dan TMH-2COOH)
Struktur  dan  sifat  elektronik  dari  empat    sensitizer  phenotiazin  (TMH-Cncis,  TMH- Cntrans,  TMH-COOH  dan  TMH-2COOH)  telah  ditentukan  menggunakan  perhitungan  DFT dan  TD-DFT.  Metoda  DFT  digunakan  untuk  menginvestigasi  adsorpsi  zat  warna  pada permukaan  TiO 2 anatase  dengan  kode  Dmo13.  Hasil  perhitungan  menunjukkan  zat  warna dengan  grup  CN  yang  terikat  kuat  efektif  menginjeksikan  elektron  pada  pita  konduksi  dari
permukaan  TiO 2 yang  berarti  bahwa  TMH-CNcis  dan  TMH-CNtrans  memperlihatkan performa  yang  lebih  baik  dari  keempat  zat  warna.    Energi  adsorpsi  dan  densiti  muatan dihitung untuk menginvestigasi kemungkinan model adsorpsi dari zat warna pada permukaan TiO 2 .   Setelah  membuat  konfigurasi  jangkar  yang  lebih  disukai,  diperlihatkan  analisis  detail dari struktur elektronik dari kompleks zat warna-TiO 2 untuk mengeksplor spektrum absorpsi, distribusi muatan dan komposisi dari keadaan densiti (DOS), deskripsi kuantitatif dari variasi kopling  elektroning  yang  diinduksi  oleh  grup  jangkar  yang  berbeda.  Hasil  perhitungan memperlihatkan,  setelah  terikat  pada  semikonduktor,  keempat  kompleks  zat  warna-TiO 2 secara significan terjadi pergeseran merah spektrum absorpsi  dibandingkan dengan zat warna saja    dan  TMH-CNtrans-TiO 2 akan  mentransfer  lebih  elektron  selama  fotoeksitasi,  yang memperlihatkan karakteristik muatan transfer yang jelas 5
Gambar 2.  Struktur molekul  TMH–CNcis, TMH–CNtrans, TMH–COOH and TMH–2COOH.

## 5. Senyawa DR3TBDT dengan 14 tipe donor elektron A-π-D-π-A.
Dengan  mengambil  donor  DR3TBDT,  seri  dari  A-π-D-π-A  tipe  donor  meliputi  inti donor  planar  yang  berbeda  didesain  dan  diteliti  menggunakan  metoda  DFT  dan  TD-DFT. Perhitungan  pendahuluan  pada  geometri,  tingkat  energi  dan  ssifat  spektrum  memperlihatkan bahwa  empat  molekul  yang  didesain  (4,5,12,13)  dapat  berpotensi  sebagai  donor  pengganti dari  DR3TBDT  disebabkan  keplanaran  yang  baik,  efisiensi  penyerapan  cahaya  yang  lebih besar  dan  kapabilitas  migrasi  exiton  yang  sama,  sebagai  tambahan  beberapa  faktor  yang mempengaruhi  rapatan  arus  sirkuit  terbuka  (Jsc)  dianalisa  secara  investigasi  kimia  kuantum mendalam  pada  matrik  transisi  density,  indek  transfer  muatan,  energi  ikatan  eksiton  dan
energi  bebas  Gibbs  yang  dilepaskan  pada  proses  dissosiasi  muatan.  Analisis  perbandingan memperlihatkan  dimana  4  donor  indaceno[1,2-b:5,6-b0]dithiophene  memiliki  karakter transfer  elektron  yang  signifikan  dan  kemampuan  dissosiasi  eksiton  yang  baik  untuk meningkatkan Jsc, dan berpotensi Sebagai material donor dalam solar cell organik 6 .
6. Senyawa triphenil amin yang memiliki rantai π-konyugasi yang berbeda (PPS, PSP dan PSS).
Penggunaan  teknik  teoritik  dalam  perkembangan  dye-sensitized  solar  cells  (DSSCs) membantu  dalam  screening  zat  warna.  Untuk  proses  desain  zat  warna,  perhitungan  standar dihubungkan  menggunakan  fungsional  long-range  terkoreksi  exchange-correlation.(xc) dengan  parameter  pemisah  bervariasi  agar  dapat  untuk  memprediksi  energi  keadaan  eksitasi dari zat warna berdasarkan triphenilamin, dengan nama: PPS, PSP dan PSS, dimana mereka berbeda  pada  jembatan  π-  konyugasi  menggunakan  thiophen  dan/atau  phenil.  Hasil memperlihatkan  bahwa  fungsional  LC-xPBE  xc  dengan  sebuah  parameter  optimasi memberikan  korelasi  yang  lebih  baik  dengan  hasil  eksperimen  dibandingkan  dengan fungsional  yang lain. Pergeseran relatif dari spektrum absorpsi, efisiensi penyerapan cahaya, momen  dipol  normal,  potensial  ionisasi  dan  afinitas  elektron  dari  zat  warna  dimana berkorelasi  baik  dengan  data  eksperimen.  Set  terbaru  dari  zat  warna  didesain  dalam  upaya. untuk  meningkatkan efisiensi  solar cell  yang dipolakan setelah PSS dengan tambahan donor seperti  fluorene,  cyclopentaindole,  dan  pyrene  dilekatkan  secara  asimetri  pada  cincin tripenilamin.  Diantara  desain  zat  warna  terbaru,  mengandung    4-phenyl-1,2,3,4- tetrahydrocyclopenta[ b]indole (I) dan pyrido[2,3,4-5-imn]phenanthridine-5,10(4H,9H)-dione (P2)  sebagai  donor  tambahan  menghasilkan  sifat  fotofisik  terbaik  dan  karakteristik  transfer muatan untuk zat warna yang diaplikasikan pada solar cell 7 .
7. Senyawa  indolin  dan  triphenilamin  sebagai  donor  elektron,  quinoxalin  dan turunannya  (dengan  berbagai  cincin  heteroatom  (furan,  benzen,  dan  selenophon) sebagai aseptor (IQ2, IQF, IQB, TQ2, TQF, TQB).
Didapatkan  IQS2  dan  IQS3  meningkatkan  sifat  elektronik  dari  Solar  cell  dan  waktu hidup energi eksitasi yang lebih lam. Seri sensitizer dari indolin dan tripenilamin sebagai grup donor,  quinolin  dan  turunannya  sebagai  aseptor,  cincin  heteroatom  yang  berbeda  (furan, benzen  dan  selenophene)  sebagai  grup  π-konyugasi,  asam  2-sianoacrilik  sebagai aseptor/jangkar  yang  diutamakan  pada  arsitektur  D-A-π-A  telah  dirancang  secara  teoritik berdasarkan zat warna IQ2 dan TQ2 yang digunakan pada DSSCs. Untuk melepaskan cahaya bagaimana  aseptor  tambahan  (pembantu)  dan  pengatur  jarak  π  mempengaruhi  performa  zat warna. Hal ini untuk menentukan faktor utama yang mempengaruhi efisiensi DSSCs. Seperti efisiensi  penyerapan  cahaya,  waktu  hidup  keadaan  eksitasi,  energi  ikatan  exciton  ,  energi
reorganisasi total dan daya angkut injeksi elektron serta momen dipole vertikal. Hasil teoritik menunjukkan dibandingkan dengan zat warna IQ2, zat warna IQS2 dan IQS3 memperlihatkan sifat penyerapan cahaya yang lebih baik dan waktu hidup eksitasi pertama lebih lama 8 .
8. Senyawa  phenothiazin  dengan  mengontrol  quinoizdisasi  dari  unit  thiophen  untuk melihat berbagai grup penarik elektron .
Penelitian  dimulai  dari  desain  zat  warna  penotiazin  dengan  mengontrol  quinoidisasi dari unit thiopen. Kami secara sistematis mempelajari pengaruh dari grup fungsional penarik elektron  termasuk  pseodo  dan  superhalogen.  Diusulkan  zat  warna  baru  dimana  unit fumaronitril  menginduksi  peningkatan  panjang  gelombang  berselang  seling  dan  pergeseran merah yang terjadi bersamaan dalam spektrum absorpsi vs zat warna induk. Puncak absorpsi visibel  diprediksi  pada  520  nm,  dalam  CH 2 Cl 2 vs  450  nm  untuk  zat  warna  induk.  Tingkat energi LUMO dan HOMO zat warna baru cocok untuk diinjeksi kedalam TiO 2 dan regenerasi oleh redoks, berturut-turut 9 .
9. Penambahan grup NH untuk menghubungkan phenyl dalam triphenilamin.
Didapatkan  Nitrogen  dengan  hibridisasi  sp 2 berperan  penting  dalam  transfer muatan.Satu  dari  aspek  yang  terpenting  dalam  perkembangan  DSSCs  adalah  ekplorasi  dan desain  dari  zat  warna  efisiensi  tinggi  dan  biaya  murah.  Dalam  paper  sekarang,  kami meloporkan  desain  teoritik  dari  zat  warna  organik  efisiensi  tinggi  yang  dimodifikasi  donor tripenilamin,  menggunakan  TD-DFT  dengan  metoda  CAM-B3LYP.  Metoda  CAM-B3LYP adalah  validasi  pertama  untuk  mempunyai  performa  yang  sangat  bagus  dalam menggambarkan sifat spektrum dari zat warna C214 dan C216. Dengan C214 sebagai bentuk dasar, modifikasi molekular kemudian dibuat dan diskemakan, menggunakan grup NH untuk koneksi  phenil  tetangga  dalam  donor  tripenilamin,  telah  sukses  didemontrasikan  untuk panjang  gelombang  absorpsi  maksimum  pergeseran  merah  secara  signifikan,  perpanjangan waktu  hidup  dari  keadaan  eksitasi  pertama  dan  menurunkan  energi  gap  antara  HOMO  dan LUMO.  Faktanya,  perubahan  jumlah  dari  sifat  ini  tergantung  pada  jumlah  nitrogen  yang ditambahkan,  penemuan  penting  memungkinkan  untuk  pengaturan  sifat  secara  perhitungan dari  sensitizer  organik  untuk  kecocokan  bermacam-macam  keperluan  dalam  pembentukan efisiensi yang tinggi dari DSC. Nitrogen yang seimbang telah dikarakterisasi pada hibridisasi sp2 dan memperlihatkan peran penting  dalam membantu transfer muatan 10 .
10. Senyawa  kopolimer  donor-aseptor  dari  dithiopen  (  memiliki  gugus  C-,  Si-,  N-  ) dengan turunan thienopyrriledion.
Didapatkan  copolimer  dengan  grup  penarik  elektron  sangat  efektif  untuk meningkatkan  performa  solar  cell.Maksud  dari  kerja  ini  adalah  untuk  mengatur  kekuatan penarik elektron dalam donor-aseptor (D-A) polimer konyugasi untuk memperbaiki performa fotovoltaik.  Untuk  mencapai  tujuan  ini,  dimulai  dari  melaporkan  seri  dari  kopolimer  D-A (PCPDTTPD(Pa1), PDTSTPD (Pa2) and PDTPTPD (Pa3)) berdasarkan C kaya elektron, Si-, bitiopen jembatan N dan thienopirrolidin(TPD) kekurangan elektron.kami menggantikan atom nitrogen  dengan  atom  sulfur  atau  oksigen  pada  unit  TPD  untuk  membentuk  dua  tipe  dari kopolimer  D-A  (Pb1-Pb3  and  Pc1-Pc3).  Dibandingkan  dengan  Pa1-Pa3,  desain  kopolimer Pb1-Pb3  dan  Pc1-Pc3  memperlihatkan  performa  yang  lebih  baik  dengan  band  gap  terkecil, tingkat energi HOMO terendah, adsorpsi optik terluas, tegangan sirluit terbuka terbesar (Voc) dan mobiliti hole terbesar. Efisiensi konversi daya (PCEs) dari w8,8%, w10,0%,w8,4%,w8,5%, w9,9% dan w7,9% untuk solar cel organik dibuat dari desain polimer (Pb1,  Pb2,  Pb3,  Pc1,  Pc2,  Pc3)  diprediksi  dengan  model  Scharber.  Kesimpulannya,  bahwa pemasukan dari group penarik elektron kedalam copolimer dapat memperbaiki secara efektif sifat elektronik dari polimer untuk performa yang lebih baik dari organik solar sel 11 .
11. Senyawa  indolin  dengan  berbagai  konformasi  molekul  (16  konformasi  molekul) dengan pengaturan sudut torsi 180 o dan 0 o menggunakan group metil, chlorida dan hidroksil.
Dilakukan  perhitungan  Density  Functional  Chemisry  (DFT)  dan  Time  Dependent- Density  Functional  Chemisry  (TD-DFT)  pada  zat  warna  indolin  D149  untuk  mengelusidasi pengaruh  dan/atau  efek  dari  konformasi  zat  warna  fleksibel  pada  spektrum  cahaya  absorpsi. Perhitungan  energi  konformasi  untuk  D149  memperlihatkan  16  macam  konformasi  yang mungkin dalam pelarut asetonitril. Perhitungan TD-DFT menunjukkan 16 macam konformasi menghasilkan  dua  tipe  spektrum  absorpsi.  Tipe  pertama  memperlihatkan  sekitar  1,3  kali kekuatan  osilator  yang  lebih  tinggi  dari  pada  tipe  yang  kedua  pada  daerah  panjang gelombang-panjang sekitar 530 nm, dimana tipe yang kedua memperlihatkan sekitar 1,7 kali kekuatan  osilator  yang  lebih  tinggi  daripada  tipe  pertama  pada  daerah  panjang  gelombang- pendek sekitar 390 nm.  Terjadinya dua tipe dari spektrum absorpsi karena sudut torsi antara bagian  indolin  dan  rhodanin  adalah  180  atau  0.  Dengan  mengontrol  sudut  torsi  turunan  dari D149 secara komputasi, dilakukan  pemasukan metil, klorida dan grup hidroksil dalam bagian indoline dan memungkinkan untuk  menyempurnakan sudut torsi pada bagian 0 atau 180 dan secara selektif didapatkan zat warna dengan satu dari dua tipe spektrum absorpsi 12 .
12. Senyawa  organik  donor  elektron  tipe  D-A-A  (DTDCTB)  dengan  jembatan heterosiklik yang berbeda (30 senyawa)
Didapatkan  senyawa  [1,2,5]Thiadiazol[3,4-d]pyridazin  sebagai  donor  terbaik  dan meningkatkan efisiensi peralatan.Seri dari molekul kecil tipe D-A-A diturunkan dari sintesis donor  DTDCTB  untuk  melihat  material  donor  band  gap  sempit  efisiensi  tinggi  dalam meningkatkan rapat arus sirkuit pendek (Jsc) pada solar cells organik, dan dengan perbedaan jembatan  heterosiklik  didesain  dan  dikarakterisasi  menggunakan  perhitungan  DFT  dan  TD- DFT.  Berdasarkan  kekuatan  penarik  elektron  dari  jembatan  heterosiklik  dan  energi  molekul yang berhubungan cocok, kami mendesain dan menyatakan empat pilihan ideal donor (3,5,16 dan  19)  yang  mempunyai  tingkat  energi  yang  sesuai  untuk  dicocokkan  dengan  PCBM  dan celah pita sempit dari DTDCTB. Berikutnya, sifat-sifat yang mempengaruhi tegangan sirkuit terbuka  (Voc),  Jsc  dan  fill  faktor  (FF)  diteliti  dengan  perhitungan  struktur  geometri,  tingkat energi  orbital  molekul  perbatasan,  spektrum  absorpsi,  efisiensi  pengambilan  cahaya,  indeks transfer muatan, energi eksitasi ikatan dan mobilitas hole dari donor ideal, efisiensi absorpsi tertinggi,  dissosiasi  lebih  menguntungkan  dan  transpor  hole  daripada  yang  lainnya, memfasilitasi  peningkatan  Voc,jsc  dan  FF.  Kesimpulannya,  donor  3  yang  akan  lebih dipromosikan dari seri ini dan lebih menambah efisiensi peralatan 13 .

## Gambar 6. StrukturDTDCTB
13. Senyawa-senyawa organoimido yang disubstitusi dengan hexamolibdat (1, 2, 3, 4, 5, 6). Senyawa keenam merupakan kandidat yang bagus untuk performa fotovoltaik.
Zat  warna  baru  heksamolybdate  tersubstitusi  organoimido  didesain  melalui  unit  3,4- etilendioksitiopen (EDOT) atau tinotiopen (TT) sebagai donor elektron [Mo6O18(MBTH)] 2- . Struktur  elektronik,  spektrum  absorpsi  dan  transisi  alami  dari  sistem  telah  diteliti  secara teoritik  berdasarkan  perhitungan  DFT  dan  TD-DFT.  Dibandingkan  dengan  zat  warna  1,
spektrum  absorpsi  dari  zat  warna  hexamolybdat  tersubstitusi  organoimido  memperlihatkan absorpsi  yang  kuat  dan  lebar  dari  panjang  gelombang  400-800  nm,  pergeseran  merah  yang sangat baik disebabkan oleh jembatan π-konyugasi dan delokalisasi  yang tinggi.  Khususnya untuk  zat  warna  6,  yang  mengandung  unit  biTT,  mempunyai  absorpsi  maksimum  terbesar pada  733  nm  dan  memperlihatkan  rapat  arus  sirkuit  pendek  (Jsc)  juga  memiliki  efisiensi penyerapan  cahaya  lebih  baik  (LHE)  dan  daya  hantar  yang  layak(DERP).  Penelitian  ini menyatakan bahwa desain molekul 6 adalah kandidat yang diusulkan untuk material solar cel performa tinggi 1 .
14. Senyawa  Benzothiadiazol  dengan  pemasukan  cincin  phenil  (1,2,3,4,5,6,7)  dan senyawa  6  dan  7  yang  diturunkan  dari  senyawa  2  paling  mampu  meningkatkan performa solar cell.
Faktor penggabungan dengan rapatan sirkuit pendek (Jsc) dan tegangan sirkuit terbuka (Voc) dari DSSCs telah dianalisa melalui perhitungan DFT dan TD-DFT untuk mengeksplore keadaan asal dari perbedaan performa penting dengan hanya perbedaan struktur  yang sangat kecil (1,24% untuk 1 dan 8,21 untuk 2) . hasil menunjukkan dimana penyisipan cincin phenil dalam 2 memperbesar jarak antara hole kation zat warna dan permukaan semikonduktor dan membuat  unit  benzothiazol  (BTDA),  yang  mana  mempunyai  interaksi  yang  kuat  dengan elektrolit,  jauh dari semikonduktor, menghasilkan penurunan kecepatan rekombinasi  muatan dibandingkan  dngan  yang  1.  Bagaimanapun,  penyisipancincin  penil  juga  menghasilkan sebuah  penyimpangan  struktur  molekul,  berperan  untuk  menurunkan  kemampuan  menyerap cahaya.karenanya,  dua  zat  warna  (6  dan  7)  diturunkan  dari  2  dengan  derjat  konyugasi  lebih baik,  posisi  lebih  jauh  dari  unit  BTPA  dan  molecul  lebih  panjang  telah  didesain  untuk menjaga keuntungan dan sekaligus mengatasi kerugian dari 2. Hasil memperlihatkan dimana didapatkan sifat yang diinginkan dari zat warna melalui desain molekul yang masuk akal, dan dua  zat  warna  ini  dapat  sebagai  kandidat  yang  diizinkan  dalam  medan  DSSC  dan memperbaiki lebih lanjut performa dari sel 14 .
15. Senyawa  –senyawa tipe donor-π-spacer-  aseptor dimana 1, 3,4-oxadiazol sebagai  π- spacer, triphenilamin sebagai donor dan asam sianoasetat sebagai aseptor.
Molekul  tipe  donor-π-spacer-aseptor  dimana  1,2,4  oksadiazol  adalah  π-spacer, triphenilamin  adalah  donor  dan  asam  sianoasetat  adalah  aseptor  untuk  digunakan  sebagai sensitizer  dalam  DSSCs.  Adsorpsi  detil,  emisi,  elektrokimia,  fotoelektrokimia  dan  studi komputasi telah dilakukan pada lima derivat baru. Zat warna mempunyai range adsorpsi 377- 388  nm  dan  emisi  pada  range  494-540  nm.  Bentuk  baling-baling  dari  tripenilamin  dan substituen  sangat  besar  membantu  mengurangi  aggregasi  zat  warna  pada  permukaan  TiO2.
Zat  warna  menunjukkan  efisiensi  konversi  yang  bagus  secara  keseluruhan  (2,79-3,21%). Perhitungan  gelombang  mengindikasikan  bahwa  zat  warna  mempunyai  ikatan  kuat  yang nyata  pada  permukaan  TiO2  dan  gambar  generasi  dos  memperlihatkan  sebuah  overlap  dari orbital molekul zat warna dan pita TiO2 15 .
Gambar 8. Struktur zat warna oxadiazol -triphenilamin - asam sianoasetat.

## 16. Efek substitusi karboksilat pada zat warna corrol (β-karboksil-corrol)
Penggabungan  eksperimen  dan  studi  komputasi  dari  4  seri  β-karboksil-corroles, keduanya  dalam  bentuk  basa-bebas  dan  kompleks  Cu.Tujuan  utama  dari  kerja  ini  adalah untuk  memahami  perhitungan  DFT  level  tinggi  dan  TD-DFT  yang  dimaksudkan  untuk performa  fotovoltaik  ketika  zat  warna  digunakan  pada  DSSC.  Kami  juga  melaporkan perbandingan  antara  unsubstitusi  5-10-15,  triphenyl-corrol  dan  analognya  3-carboksilasi, untuk menginvestigasi pengaruh asam karboksilat pada geometri, elektrokimia dan sifat optik dari  sensitizer  ini.  Dengan  modelling,  adsorpsi  zat  warna  pada  nanocluster  TiO 2 yang diperpanjang  dan  dengan  analisa  densiti  dari  sistem  dye-TiO 2 ,  didapatkan  barisan  tingkat energy  dye/semikonduktor  yang  tidak  menguntungkan  pada  proses  injeksi  elektron, berkemungkinan perhitungan untuk performa fotovoltaik yang buruk dari senyawa corrol 16 .
17. Senyawa  organik  dengan  struktur  D-π-A  (  Donor  elektron-π  konjugasi  -Aseptor elektron)  terdiri  dari  triphenilamin,  kumarin,  fluoren  dll,  sebagai  donor  elektron dan  sianoakrilik  sebagai  aseptor  elektron  yang  dihubungkan  dengan  rantai  π konyugasi (10 tipe zat warna).
Optimasi struktur dan sifat foto fisik diteliti menggunakan metode Density Functional Theory  (DFT/B3LYP/6-31G(d)).  Zat  warna  ini  terdiri  dari  donor  elektron  (tripenilamin, kumarin,  fluorin,  dsb) dan aseptor/jangkar( sianoacrilik)  yang dihubungkan dengan rantai p- konjugasi  sebagai  pemberi  jarak  elektron.  Faktanya,  rantai  donor  elektron  dan  p-konjugasi penting  dan  membuat  pengaruh  yang  kuat  pada  performa  zat  warna  dalam  DSSCs.  Analisis secara komputasi menunjukkan zat warna dengan grup donor elektron terkuat meningkatkan energi  HOMO  dibandingkan  dengan  grup  donor  elektron  terlemah.  Ditandai  dengan  pita transfer muatan intra molekul (ICT) pada 590-770 nm dan puncak absorpsi lainnya bergabung dengan transisi π/π dari keseluruhan molekul. Rantai p-konjugasi dengan substituen penarik elektron  menghasilkan  pita  absorpsi  pergeseran  biru  dibandingkan  dengan  yang  tanpa substituen.  Analisis  orbital  ikatan  alami  (NBO)  untuk  zat  warna  organik  juga  menunjukkan sumber    transfer  muatan  dari  grup  donor  elektron  ke  penarik-elektron.  Analisis  keadaan densiti(PDOS)  untuk  zat  warna  ini  menunjukkan  elektron  density  dari  pita  HOMO  berada pada  grup  donor  elektron  dan  diperpanjang  pada  rantai  p-konjugasi.  Density  elektron  dari LUMO  berkonsentrasi  pada  rantai  p-konjugasi  dan  pada  bagian  penarik  elektron.  Hasil komputasi  menyimpulkan  bahwa  terjadinya  mekanisme  transfer  muatan  intramolekular  oleh zat warna D-p-A ketika diaplikasikan pada DSSCs 17 .

## 18. Zat warna Triphenilamin
Dipelajari  pengaruh  Injeksi  elektron  pada  zat  warna  triphenilamin  dan  efek  ukuran TiO 2 . Dengan meningkatnya ukuran TiO 2 maka  muatan transfer intramolecular dari molekul zat warna meningkat sehingga meningkatkan performa Solar Cells . Density functional theory (DFT)  dan  time  dependent  DFT  (TD-DFT)  diaplikasikan  pada  sumber  cahaya  pada  sifat elektronik,  sifat    fotofisik  dan  injeksi  elektron  dalam  fotosensitizer  asam  2-cyano-5-(4- (phenyl(4-vinylphenyl)amino)phenyl)penta-2,4-dienoic (TC4) dan turunannya.Struktur keadaan  dasar  telah  dioptimasi  menggunakan  DFT-B3LYP/6-31G**  .  Spektrum  absorpsi dihitung menggunakan PCM-TDBH dan HLYP/6-311 þ G**. Secara umum, HOMO terletak pada  zat  warna  dan  secara  keseluruhan  LUMO  terletak  pada  ligan  C  ,  rantai  konyugasi  dan group  jangkar.  Dengan  mensubstitusikan  Vinyl  pada  posisi  3,30  pada  ligan  A  dan  B menyebabkan  terjadinya  pergeseran  merah.  Grup  metoksi  adalah  donor  yang  lebih  baik daripada  metl  yang  mana  dapat  memperbaiki  injeksi  elektron  dan  konstanta  coupling. Efisiensi  penyerapan  cahaya  dari  mono-  metoksi  derifatif  (11)  dapat  dibandingkan  dengan
TC4.  Efek  ukuran  TiO2(nanopartikel)  diteliti  pada  struktur  elektronik  zat  warna.  Dengan meningkatkan ukuran TiO2 muatan transfer intra molekul dari zat warna ke nanopartikel juga meningkat 18 .
Gambar 10. Zat warna triphenilamin yang diteliti
19. Molecul organik Pentasen-fulleren
Pentasendan turunannya berperan sebagai donor elektron pada fulleren dan didapatkan turunan  pentasen  dengan  grup  donor  elektron  terkuat  meningkatkan  efesiensi  penyerapan cahay  dari  DSSC.  Perhitungan  DFT/TD-DFT  untuk  studi  sifat  optoelektronik  dari  beberapa molekul organik pentasen dan turunannya, yang mana dapat digunakan sebagai donor ketika berikatan dengan aseptor fulleren dalam model bulk-heterojunction solar cell. Optimasi sifat fotovoltaik pada basis perhitungan mekanikal quantum dari tingkat energi perbatasan dan dari sifat absorpsi dari molekul individual dan komposit molekul-fullerens 19 .
Gambar 11.optimasi keadaan dasarmolekul pentasen a)  pentasen diacid 2)

## 20. Zat Warna Kumarin
Efek medan elektrik eksternal terhadap zat warna kumarin dengan cara menambahkan berbagai  grup  fungsional  pada  kumarin  dalam  fasa  gas  dan  pelarut  ethanol    dan  didapatkan medan  elektrik  meningkatkan  konversi  daya  dari  DSSC . Penelitian  dimulai  dengan perhitungan  berbagai  sifat  elektronik  keadaan  dasar  dan  eksitasi  dari  kumarin  NKX-2807. Perhitungan performa, investigasi struktur elektronik dan sifat optik pada fasa gas dan larutan etanol menggunakan Density Functional Theory (DFT) dan Time Dependent-DFT (TD-DFT). Pita  absorpsi  menunjukkan  transisi  p-p.  Juga  dihasilkan  momen  dipol  keadaan  dasar  dan eksitasi dan polarisasi dari zat warna kumarin. Pelarut etanol menginduksi pergeseran merah dari  energi  eksitasi  vertikal  dan  berakibat  pada  geometri  molekular  dan  struktur  elektronik. Medan  elektrik  mempengaruhi  berbagai  proses  atau  transisi  yang  meliputi  muatan  transfe. Efek dari medan elektrik diobservasi sebagai perluasan pita absorpsi jika ada perubahan pada moment  dipole  dan  polarisasi  saat  eksitasi.  Hasil  penelitian  menunjukkan  aplikasi  medan yang  paralel dengan momen dipole sangat efektif untuk meningkatkan efisiensi DSSC 20 .

## KESIMPULAN
Untuk meningkatkan performa dari solar sel dapat digunakan zat warna organik sebagai sensitizer,  zat  warna  ini  berperan  untuk  meningkatkan  kesensitifan  solar  terhadap  cahaya, efisiensi  zat  warna  sebagai  sensitizer  ditentukan  oleh  banyak  faktor,  diantaranya  stuktur molekul, konformasi molekul, sudut torsi, substituen , pelarut dll.

## DAFTAR PUSTAKA
Chin-Kuen Tai, Yu-Jung Chen, Hung- Wei Chang, DFT and TD-DFT investigations of metal- free dye sensitizer for solar cells: Effects of electron donors and π-conjugated linker,
J.Computational and theoretical Chemistry , 971,2011, 42-50
Corneliu  I.  Oprea a ,  Anca  Dumbrav˘a b ,  Irina  Enache ,  a. Combined  experimental  and theoretical  Study  of  Natural  Betalain  Pigments, Journal  of  Photochemistry  and Photobiology A:Chemistry , 2012
Dong-Sheng Liu, Wei-Lu Ding, Kai-Li Zhu, The master Factors Influencing the Efficiency of D-A-π-A  Configurated  Organic  Sensitizers  in  Dye-sensitized  Solar  Cell  Via theoretically Characterization :  Design  and Verification , J.Dyes and Pigments , 105, 2014, 192-201,
Dongmei Wang, Weilu Ding,  Zhiyuan Geng, Rational  design ang Characterization of  High- efficiency  planar  A-π-D-π-A  type  electron  donors  in  small  molecule  organic  solar Cells:  A  quantum  Chemical  Approach, J.Materials  Chemistry  and  Physics ,  145, 2014, 387-396
Dongmei  Wang,  Xinghui  Zhang,  Weilu  Ding,  Density  Functional  Theory  design  and Characterization of D-A-A type electron Donors with Narrow Band Gap for Small- Molecule  Organic  Solar  Cells. J  Computational  and  Theoritical  Chemistry , 1029,2014,68-78
Francisco Cervantes-Navarro, Daniel Glossman-Mitnik, Density Functional Theory Study of Indigo  and  its  Derivatives  as  Photosensitizers  for  dye-sensitized  Solar  Cells, J.Photochemistry and Photobiology A: Chemistry , 255 (2013)24-26.
Hiroaki  Fukunishi,  Shin  Nakamura,  Shinji  Fujieda,  Influence  of  Conformation  on  the Absorption  spectra  of  flexible  organic  dyes  used  in  dye-sensitized  Solar  cells, J. Computational and Theoretical Chemistry , 2013, 29-36.
Irfan, Ahmad,  Quantum  Chemical  Investigation  of electron  Injection in  Triphenylamine-dye sensitized  TiO2  used  in  dye  sensitized  solar  cells, J.Materials  Chemistry  and Physics ,  142,2013,238-247Jian-Zhao  zhang,  Ji  zhang,  Hai-Bin  Li,  Modulation  on charge recombination and light harvesting toward high-performance benzothiadiazole-based  sensitizer  in  dye-sensitized  solar  cells:  A  theoritical investigation, J. A Power Sources ,  2014, 300-308
Jing-Jing  Fu,  Yu-Ai  Duan,  Jian-Zhao  zhang,  Theoritical  Investigation  of  Novel Phenothiazine-based  D-π-A  Conjugated  Organic  dyes  as  dye-sensitizer  in  dye- sensitized Solar Cells, J. Computational and Theoretical Chemistry , 1045, 145-153 Kola Srinivas, G.Sivakumar, Novel 1,3,4-oxadiazole derivatives efficient sensitizers for dye- sensitized solar cells: Acombined experimental and computational study, J. Synthetic metals, 2011,1671-1681
Mannix  P.  Balanay,  Camille  Marie  G.Enopia,  Sang  Hee  lee,  Theoretical  design  of Triphenylamine-based derivatives with asymmetric D-D-π-A Configuration for dye – Sensitized  Solar  Cells, J.  Spectochimica  Acta  part  A:  Molecular  and  Biomolecular Spectroscopy , 140, 2015, 382-391.
Mannix  P.Balanay,  Camille  Marie  G.Enopia,  Sang  Hee  lee,  Theoretical  design  of Triphenylamine-based derivatives with asymmetric D-D-π-A Configuration for dye – Sensitized  Solar  Cells, J.  Spectochimica  Acta  part  A:  Molecular  and  Biomolecular Spectroscopy , 140, 2015, 382-391.
Morteza  Moghimi  Waskasi,  Seyed  Majid  H,  Omolbanin  M,S,  Significant  Enhancement  in Efficiency  of  NKX-2807  Coumarin  dye  by  applying  external  electric  field  in  dye sensitizer solar cell : Theoretical Study, J. Computational and Theoretical Chemistry , 978, 2011,33-40.
Paolo Salvatori, Anna Amat, Mariachiara Pastore, Corrole dyes for dye-sensitized solar cells: The crucial role of the dye/semiconductor energy level alignment, J. Computational and Theoretical Chemistry, 1030,2014, 59-66
Pramanik,  Anup,  Sunandan  Sarkar,  Sougata  Pal,  Pranab  Sarkar,  Pentacene-fullerene  bulk- heterojunction  solar  cell:  A  computational  Study, J.Physics  Letters A,  379,  2015, 1036-1042.
Shi-Lu Chen, Li-Na Yang, Ze-Sheng Li, How to design more efficient organic Dyes for dye Sensitized Solar Cells? Adding more sp2-hybridized nitrogen in  the triphenylamine donor, J. Of Power Sources , 2013, 86-93
Xiaorui  Liu,  Rongxing  He,  Wei  Shen,  Ming  Li,  Molecular  design  of  Donor-Acceptor Conjugated  Copolymer  based  on  C-Si  and  N-Bridged  dithiophene  and Thienopyrroledione  derivatives  units  for  organic  solar  cells, J  of  Power  Sources , 2014, 217-223
Yi Yin Tan, Wei Han Tu, Sergei Manzhos, Computational design of Small Organic Dyes with Strong  Visible  Absorption  by  Controlled  Quinoidization  of  the  Thiophen  Unit, J.Chemichal Physics Letters , 593, 2014, 14-19
Yonghuai Wei, Ting Zhang, Zhongling Lang, Theoretical design of organoimido-substituted hexamolybdates with different  electron donors for dye-sensitized solar cells, J. Dye and Pigments, 2014, 6-12