Pembuatan dan Karakterisasi Sel Surya Hibrid ITO

26
BAHAN DAN METODE
Waktu dan tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan dari bulan September 2008 – Juni 2009 di
Laboratorium Biofisika, Laboratorium Material dan Laboratorium Fisika lanjut
Departemen Fisika IPB. Karakterisasi x-ray diffraction (XRD) dan scanning
electron microscope (SEM) dilaksanakan di PPGL Bandung.
.
Alat dan Bahan
Alat yang digunakan adalah neraca analitik, beaker glasss, statip, pengaduk,
crucible (cawan keramik), pipet mohr, magnetic strirrer, hotplate, furnace, pH
meter digital, termometer digital, labu takar, tabung reaksi, ultrasonic bath dan
gelas kimia. Bahan yang digunakan adalah kompleks klorofil-Cu, kaca TCO, HCl,
etanol, acetyl aceton, Polietilenglikol 4000 (PEG), film alumunium, akuades,
CdCl2 (cadmium sulfat), H2NCSNH2 (thiourea), TEA, C6H5NH2 (aniline) dan
(NH4)2S2O8 (Ammoniumperoxodisulfat), kertas saring wheatman.
Metode Pembuatan dan Karakterisasi
Karakterisasi Optik dan Listrik Kompleks Klorofil-Cu
Sebanyak 20 gram kompleks klorofil-Cu 0 ppm, 50 ppm, 100 ppm dan 150
ppm dilarutkan di dalam 5 ml etanol. Larutan dihomogenkan dengan distirrer di
atas magnetic strirrer, kemudian diukur absorpsinya dengan Ocean Optic
Spectrophotometer.
Sifat listrik kompleks klorofil-Cu di uji dengan membentuk sel
ITO/Klorofil/Al. Kaca TCO (kaca berlapis ITO) dibersihkan di dalam ultrasonic
bath dengan akuades. Sebanyak 50 mg kompleks klorofil-Cu dilarutkan dengan
0.5 ml acetylaceton. Larutan dihomogenkan di dalam ultrasonic bathselama 10
menit. Sebanyak 0.2 ml larutan kompleks klorofil-Cu dicampur dengan 80 mg
PEG, untuk menghasilkan gel klorofil kemudian dihomogenkan di dalam
ultrasonic bath selama 10 menit.
Lapisan tipis klorofil dibuat dengan meneteskan 4 – 5 tetes Klorofil di atas
film alumunium. Luas daerah penetesan pada film alumunium kurang lebih
27
10 mm x 9 mm. Klorofil di atas film alumunium kemudian ditutup dengan kaca
TCO dan dipanaskan pada suhu 60 0C selama satu jam. Sel tersebut kemudian
didinginkan sampai mengering. Sifat semikonduktif klorofil diukur dengan
menggunakan Keithly 2400 Source Meter dengan memasangkan elektroda negatif
pada kontak Al, dan elektroda positif pada kontak ITO. Tegangan bias yang
diberikan dipindai dari -4 V hingga +4V, dengan kenaikan 0,2 volt/detik.
Pembuatan dan Karakterisasi Sel ITO/CdS/Klorofil/ITO
Film CdS dibuat dengan mendeposisikan larutan prekursor CdS pada kaca
TCO (ITO) dengan metode chemical bath deposition (CBD). Kaca TCO dicuci
dengan sabun khusus, dibilas dengan aquadest dan dibersikan di dalam ultrasonic
bath selama 10 menit. Kaca TCO diangkat dan dikeringkan. Kaca TCO yang telah
kering ditempelkan secara vertikal pada dinding gelas kimia berukuran 200 ml.
Larutan prekursor CdS dibuat dengan mencapur 30 ml Cadmium sulphate
[0.25], 30 ml Thiourea [0,25], 20 ml NH4OH 95%, dan 5 ml TEA. Larutan
dimasukan ke dalam gelas kimia berukuran 200 ml yang berisi kaca TCO. Gelas
kimia 200 ml ditempatkan di dalam gelas kimia berukuran 1000 ml yang bersisi
100 ml air. Larutan diputar dengan kecepatan 500 rpm dan dipanaskan pada suhu
70 0C selama 4 jam.
Lapisan CdS pada kaca TCO hasil deposisi (film CdS) kemudian diangkat
dan dibersihkan di dalam ultrasonic bath. Film CdS dipanaskan pada suhu 200 0C
selama 30 menit. Sifat optik, struktur dan morfologi film dikarakterisasi dengan
Ocean Optic Spectrophotometer, XRD (x-ray diffraction) dan SEM (scanning
electron microscope).
Sebanyak Empat sampai lima tetes Klorofil diteteskan di atas film CdS (9
mm x 10 mm) kemudian ditutup dengan kaca TCO. Film ITO/CdS/Klorofil/ITO
dipanaskan pada suhu 60 0C selama satu jam, kemudian dikeringkan pada suhu
ruang.
Karakteristik arus-tegangan (I-V) dalam keadaan gelap dan terang diukur
dengan menggunakan Keithly 2400 Source Meter. Pengukuran dilakukan dengan
menghubungkan elektroda negatif pada kontak ITO/CdS, dan elektroda positif
pada kontak klorofil/ITO. Tegangan bias yang diberikan dipindai dari -4 V hingga
28
+4V, dengan kenaikan 0,2 volt/detik. Respon dinamik tegangan diukur dengan
sensor tegangan yang dihubungkan dengan Interface Scientific Workshop 750
(PASCO). Data diambil dengan menggunakan software Data Studio. Kurva I-V
diplot dari data arus dan tegangan yang diukur menggunakan multimeter digital.
Pembuatan dan Karakterisasi Sel ITO/CdS/Klorofil/PANI/ITO
Pembuatan
sel
ITO/CdS/Klorofil/PANI/ITO
diawali
dengan
proses
polimerisasi polianilin (PANI) dari aniline. Polimerisasi aniline dilakukan pada
suhu ruang. Sebanyak 1 ml aniline dicampur dengan 200 ml akuades. Sebanyak
satu gram (NH4)2S2O8 dicampur dengan 10 ml HCl [1], [2] dan [3]. Masingmasing larutan HCl-(NH4)2S2O8 dicampur dengan larutan aniline pada tiga gelas
kimia yang berbeda. Ketiga campuran aniline-HCl-(NH4)2S2O8 dengan kecepatan
500 rpm pada suhu ruang selama 1.5 jam. Ketiga larutan diaging selama 24 jam,
kemudian disaring dengan kertas saring wheatman.
PANI dengan berbagai konsentrasi donor H+ (HCl) dideposisikan di atas
kaca TCO dengan metode casting. Luas daerah pendeposisian sekitar 10 mm x 9
mm. Film PANI pada kaca TCO dipanaskan pada suhu 60 0C selama satu jam
kemudian dibiarkan mengering pada suhu ruang.
Pembuatan struktur sel ITO/CdS/Klorofil/PANI/ITO dilakukan dengan
meneteskan empat sampai lima tetes klorofil di atas film PANI/ITO. Lapisan
klorofil kemudian dijepit dengan film ITO/CdS. Susunan sel yang akan terbentuk
hasil pelapisan tersebut adalah ITO/CdS/Klorofil/PANI/ITO. Sel kemudian
dipanaskan pada suhu 60 0C selama satu jam dan dikeringkan pada suhu ruang.
Karakteristik arus-tegangan (I-V) dalam keadaan gelap dan terang diukur
dengan menggunakan Keithly 2400 Source Meter. Pengukuran dilakukan dengan
menghubungkan elektroda negatif dengan kontak ITO/CdS, dan elektroda positif
dengan kontak klorofil/ITO. Tegangan bias yang diberikan dipindai dari -4 V
hingga +4V, dengan kenaikan 0,2 volt/detik. Respon dinamik tegangan dan kurva
I-V masing-masing di ukur menggunakan alat yang sama dengan pengukuran
respon dinamik tegangan dan kurva I-V sel ITO/CdS/Klorofil/ITO.
29
Tabel 1 dan 2 menunjukkan kode sel yang digunakan. Kode sel
ITO/CdS/Klorofil/ITO
ditunjukkan
pada
Tabel
1,
sedangkan
sel
ITO/CdS/Klorofil/PANI/ITO ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel 1 Kode sampel sel ITO/CdS/Klorofil/ITO
Kode sel
Struktur sel
Konsentrasi Cu
pada klorofil
(ppm)
A21
ITO/CdS/Klorofil-50/ITO
50
A22
ITO/CdS/Klorofil-100/ITO
100
A23
ITO/CdS/Klorofil-150/ITO
150
Tabel 2 Kode sampel sel ITO/CdS/Klorofil/PANI/ITO
Kode Sel
Struktur Sel
Konsentrasi Cu di
dalam klorofil (ppm)
A1
ITO/CdS/Klorofil-50/PANI1/ITO
50
B1
ITO/CdS/Klorofil-100/PANI1/ITO
100
C1
ITO/CdS/Klorofil-150/PANI1/ITO
150
A2
ITO/CdS/Klorofil-50/PANI2/ITO
50
B2
ITO/CdS/Klorofil-100/PANI2/ITO
100
C2
ITO/CdS/Klorofil-150/PANI2/ITO
150
A3
ITO/CdS/Klorofil-50/PANI3/ITO
50
B3
ITO/CdS/Klorofil-100/PANI3/ITO
100
C3
ITO/CdS/Klorofil-150/PANI3/ITO
150
Konsentrasi
PANI (M)
1
2
3