Berbagi pengetahuan, dari mana saja, dari siapa saja, untuk semua

Lebih Dekat dengan Peralatan Elektronik Berbasis Material Organik

Mungkin kita semua masih ingat dan mungkin juga masih mempunyai televisi yang kita kenal dengan televisi tabung dari teknologi tabung Brown atau layar cathode ray tube (CRT). Perkembangan teknologi dari waktu ke waktu yang semakin pesat telah menggeser keberadaan televisi tabung ini dengan televisi yang monitornya sangat pipih (flat display), kontras warna yang sangat bagus dan resolusi yang tinggi. Teknologi ini sering kita jumpai pada saat pertunjukan-pertunjukan spektakuler dengan layar monitor raksasa yang dipasang pada arena tertentu. Teknologi ini berbasis matriks aktif dari molekul organik yang diaplikasikan pada monitor LED (light emitting diode). Ini adalah salah satu contoh dari beberapa peralatan elektronik berbasis material organik (organic electronic devices).

Lalu bagaimana sebenarnya material organik bisa diterapkan sebagai komponen peralatan elektronik? Mari kita simak pembahasannya dalam artikel ini.

Peralatan elektronik organik adalah peralatan elektronik yang strukturnya berdasar pada material organik seperti senyawa organik atau polimer, baik yang bersifat dielektrik, konduktif ataupun semikonduktor yang dideposisikan pada substrat. Awal dari perkembangan elektronik organik muncul sejak penemuan molekul aromatik yang mempunyai karakteristik konduktif seperti anthracene dan pentacene. Sejak saat itu, molekul aromatik yang disebut dengan semikonduktor organik dengan elektron jenis π yang terkonjugasi ini, beserta transfer muatannya, mulai banyak dipelajari. Di sisi lain, pada tahun 1970, studi mengenai polimer konduktif dengan sistem elektron π terkonjugasi juga banyak dikembangkan sejak penemuan superkonduktivitas dalam \textrm{(SN)}x^2.

(a) Anthracene, dan (b) pentacene: molekul aromatik dengan elektron π terkonjugasi yang bersifat konduktif.

(a) Anthracene, dan (b) pentacene: molekul aromatik dengan elektron π terkonjugasi yang bersifat konduktif.

Material untuk peralatan elektronik organik di antaranya meliputi

  1. semikonduktor organik (pentacene, rubrene dan polimer PEDOT:PSS),
  2. konduktor seperti PPy, PEDOT-PSS dan polyaniline,
  3. material organik yang bersifat dielektrik seperti polycarbonate, PMMA, PP, PVA, dan PET,
  4. material organik yang lain seperti material pemancar cahaya (light emitters).

Perkembangan peralatan elektronik berbasis material organik saat ini dikarenakan material organik memiliki banyak keunggulan dibandingkan dengan material anorganik yang biasa (logam/semikonduktor pada umumnya),  antara lain:

  • Material organik pada umumnya lebih murah dan lebih ringan.
  • Proses pembuatan yang lebih sederhana dengan biaya yang rendah, yaitu dengan metode larutan yang dapat diaplikasikan untuk peralatan skala luas tanpa perlu kondisi vakum.
  • Material organik dapat dibuat pada bermacam-macam substrat yang sangat fleksibel.

Salah satu keunggulan peralatan elektronik organik ini dibuktikan oleh tim peneliti Amerika dan Australia dalam kolaborasinya pada tahun 2011 yang mengembangkan metode printing polymer. Dengan metode ini, polimer dapat dicetak pada CD atau DVD komersial biasa dengan sinar laser inframerah menggunakan teknologi LightScribe yang tersedia di pasaran.

Metode membuat pola polimer beresolusi tinggi: sebuah laser inframerah membuat pola dari gambar yang dihasilkan komputer pada sebuah DVD berlapis nanofiber polyaniline konduktif (sumber gambar:  http://phys.org/news/2011-09-electronic-devices-ordinary-cds-dvds.html).

Metode membuat pola polimer beresolusi tinggi: sebuah laser inframerah membuat pola dari gambar yang dihasilkan komputer pada sebuah DVD berlapis nanofiber polyaniline konduktif (sumber gambar: http://phys.org/news/2011-09-electronic-devices-ordinary-cds-dvds.html).

Karena keunggulan material organik tersebut, saat ini peralatan elektronik organik dianggap menjadi teknologi terkini yang penting untuk diteliti dan dikembangkan. Di antara peralatan-peralatan elektronik jenis baru yang berbasis material organik ini antara lain: OLED (organic light emitting diode), sel surya organik (organic photovoltaic), hingga transistor organik. Dari beberapa contoh tersebut, OLED adalah peralatan elektronik organik yang sudah banyak  dipasarkan pada aplikasi skala luas seperti, layar panel tipis (thin-panel display) pada peralatan seperti layar televisi, monitor komputer dan peralatan portable seperti telepon genggam.

Perkembangan teknologi terkini berbasis material organik (sumber gambar:http://reviews.cnet.com/8301-33199_7-57495108-221/oled-what-we-know/, http://www.nature.com/naturejobs/2011/111124/pdf/nj7374-557a.pdf)

Perkembangan teknologi terkini berbasis material organik (sumber gambar:http://reviews.cnet.com/8301-33199_7-57495108-221/oled-what-we-know/, http://www.nature.com/naturejobs/2011/111124/pdf/nj7374-557a.pdf)

Berdasarkan material pembentuknya terdapat dua macam OLED, yaitu yang materialnya berdasar pada molekul dan kedua adalah berasal dari polimer. Pada prinsipnya, sebuah OLED terdiri atas lapisan material organik yang ditempatkan di antara dua elektrode (anode dan katode) dan dideposisikan di atas substrat. Molekul organik yang digunakan bersifat konduktif disebabkan oleh delokalisasi elektron jenis p yang terkonjugasi. Konduktivitas molekul organik yang digunakan pada OLED bersifat di antara insulator dan konduktor sehingga disebut semikonduktor organik.

Pada awalnya, polimer yang paling banyak digunakan pada OLED terdiri dari lapisan organik tunggal seperti PPV. Seiring dengan perkembangannya, OLED modern banyak yang menggunakan struktur dua lapis (bilayer), yaitu terdiri dari lapisan organik konduktif serta lapisan emisi (emissive layer seperti polyfluorene) untuk meningkatkan efisiensinya.

Gambar atas: Struktur dari OLED dengan material Alq3 sebagai media transpor elektron dan lapisan emisi serta material NPB sebagai media transpor hole. Gambar bawah: OLED fleksibel siap pakai. Sumber gambar: http://electronics.howstuffworks.com/oled1.htm, http://en.wikipedia.org/wiki/OLED

Gambar atas: Struktur dari OLED dengan material Alq3 sebagai media transpor elektron dan lapisan emisi serta material NPB sebagai media transpor hole. Gambar bawah: OLED fleksibel siap pakai. Sumber gambar: http://electronics.howstuffworks.com/oled1.htm, http://en.wikipedia.org/wiki/OLED

Proses deposisi OLED pada substrat fleksibel bisa dilakukan dengan beberapa teknik seperti deposisi vakum (vacuum deposition atau vacuum thermal evaporation), organic vapor phase deposition dan inkjet printing. Dari ketiga teknik ini, inkjet printing paling banyak digunakan untuk produksi skala besar karena selain mudah prosesnya, OLED hanya perlu dilapisi di atas substrat persis seperti halnya tinta yang dilapisi di atas kertas saat printing. Teknik inkjet printing ini juga menghemat biaya produksi karena OLED dapat dicetak di atas lembaran lapisan yang sangat lebar sehingga dapat diaplikasikan pada layar TV 80 inci dan pada papan iklan elektronik.

Contoh lain dari peralatan elektronik organik adalah sel surya organik (organic solar cell atau organic photovoltaic). Seperti hal nya OLED, sel surya organik menggunakan material organik berbasis senyawa karbon dalam bentuk molekul kecil, dendrimer dan polimer untuk mengubah energi matahari menjadi energi listrik. Molekul organik semikonduktif ini mempunyai kemampuan menyerap cahaya dan menginduksi muatan listrik diantara ‘conduction band’ dari penyerap (absorber) ke ‘conduction band’ molekul penerima (acceptor). Ada dua kelompok utama sel surya organik, yaitu sel surya lapisan tunggal (single layer) dan lapis banyak (multilayer).

Struktur, material dan aplikasi sel surya organik (gambar dari: http://en.wikipedia.org/wiki/Organic_Photovoltaic).

Struktur, material dan aplikasi sel surya organik (gambar dari: http://en.wikipedia.org/wiki/Organic_Photovoltaic).

Kelebihan sel surya organik adalah proses produksi yang lebih mudah jika dibandingkan dengan sel surya dari silikon. Molekul organik lebih mudah digunakan pada substrat yang lapisannya 1000 kali lebih tipis dibanding dengan sel surya silikon sehingga secara tidak langsung akan mengurangi biaya produksi. Namun, penggunaan energi untuk membuat sel surya organik lebih kecil dibandingkan dengan sel surya silikon sehingga mengakibatkan efisiensi konversi energinya masih di bawah sel surya berbasis silikon. Saat ini penggunaan sel surya organik banyak ditujukan pada aplikasi yang “ringan” seperti handphone, MP3 player, hingga kalkulator. Meskipun sel surya organik belum mampu menggantikan sel surya silikon dikarenakan tingkat efesiensinya yang masih rendah dan waktu hidup yang lebih pendek, tetapi prospek penelitian dan penggunaan solar sel organik terus berkembang. Apalagi saat ini kita dituntut untuk selalu menggunakan sel surya yang lebih ramah lingkungan dan terbarukan (renewable energy).

Bahan bacaan:

Penulis:
Murni Handayani, Peneliti LIPI, saat ini sedang melanjutkan studi di Osaka University, Jepang.
Kontak: murnie_h(at)yahoo(dot)com.