Templat tesis dan disertasi

PENDAHULUAN
Kebutuhan energi dan masalah lingkungan di abad 21 akan mengharuskan
adanya sitem pembangkit daya baru dengan efisiensi yang lebih besar dan lebih
bersahabat dengan lingkungan. Sehingga perlu dilakukan usaha-usaha untuk
mengurangi ketergantungan pada sumber energi minyak bumi. Salah satunya
melalui diversifikasi sumber energi termasuk pengembangan energi alternatif
yang memenuhi persyaratan energi masa depan yang murah, tersedia dalam
jumlah melimpah, fleksibel dalam penggunaan dan ramah terhadap lingkungan.
Bahan bakar fosil saat ini menyediakan mayoritas energi yang dikonsumsi
oleh seluruh dunia, kira-kira 80.9 % dari seluruh sumber energi (International
Energy Agency 2008). Sumber daya bahan bakar fosil cepat sekali habis, dan
kilang-kilang minyak di dunia mulai mencapai batas persediaan. Permintaan akan
bahan bakar fosil terus meningkat dari negara-negara maju dan berkembang
sehingga dapat meningkatkan emisi CO dan isu pemanasan global dan perubahan
iklim, sehingga kebutuhan akan energi terbaharui sangat diperlukan. Sumber daya
terbaharui seperti tenaga air, panas bumi, sampah, solar, angin dan gelombang air
laut menyediakan kira-kira 18.4 % dari konsumsi energi dunia (International
Energy Agency 2008).
Solusi alternatif untuk mengatasi beberapa permasalahan tersebut di atas
salah satunya adalah dengan memanfaatkan sinar matahari. Sumber energi
terbesar yang tersedia di bumi adalah energi radiasi yang berasal dari matahari.
Energi matahari juga sangat menguntungkan dibandingkan energi dari fosil, yaitu
karena karakteristik dari energi surya yang lebih ramah lingkungan. Sehingga
diperlukan sebuah alat yang mampu menerima dan mengkonversi energi radiasi
matahari menjadi energi listrik atau energi lain yang bisa dimanfaatkan. Alat
untuk mengkonversi energi radiasi matahari menjadi energi listrik salah satunya
adalah sel surya. Akhir-akhir ini, pengembangan sel fotovoltaik lapisan tipis
begitu pesat seiring semakin berkurangnya sumber energi fosil, sehingga sel surya
menjadi salah satu sumber energi alternatif yang ramah lingkungan.
Ada tiga generasi sel surya yang telah dibuat sampai saat ini. Sel surya
generasi pertama dibuat dari silikon kristalin dan digolongkan menjadi silikon
monokristalin dan silikon polikristalin. Sel surya generasi kedua merupakan
modifikasi dari sel surya generasi pertama yang tebal dan disebut sel surya film
tipis. Sel surya ini digolongkan menjadi silikon film tipis, Cadmium Telurium
(CdTe), Copper Indium Galium Dislenide (CIGS), dan Penyerap Tipis Ekstrem
(ETA). Sel surya generasi ketiga disebut sel surya molekuler. Contoh dari sel
surya jenis ini adalah Sel Surya Pewarna Tersensitisasi (SSPT) atau Dye
Sensitized Solar Cell (DSSC).
Sel fotoelektrokimia, seperti DSSC, menyediakan sebuah alternatif
fotovoltaik p-n junction pada saat ini. Sel ini dibuat dengan menggunakan
junction semikonduktor elektrolit yang berlawanan dengan junction padat yang
klasik. DSSC terdiri atas lapisan tipis nanopori dengan area permukaan internal
yang luas, dilapisi dengan monolayer zat pewarna yang mampu mengabsobsi
sinar. Monolayer zat pewarna mengkonversi foton menjadi muatan, yang
kemudian ditransfer sebagai elektron ke lapisan tipis nanopori dan mengalir
sebagai arus listrik.
2
Latar Belakang
Pengembangan sel surya pada generasi ketiga ini umumnya menggunakan
bahan yang tidak toksik, ramah lingkungan, efisien atau dikenal sebagai bahan
organik. Pengembangan lebih lanjut dengan memadukan antara bahan
semikonduktor anorganik dan semikonduktor organik atau yang dikenal sebagai
sel surya hibrid. Beberapa penelitian telah dilakukan yang memadukan
semikonduktor ZnO nanorod dan semikonduktor organik diantaranya adalah
perylene monoimide–monoanhydride sebagai dye menghasilkan efisiensi sebesar
0.59 % (Erten dan Baxter 2006), P3HT; PCBM mengahsilkan efisiensi sebesar
1.78 % (Moura et al. 2012).
Diantara beberapa semikonduktor, ZnO struktur nano dianggap sebagai
yang terbaik, hal itu jelas ditunjukkan dalam banyak studi yang nanopartikel ZnO
secara signifikan memiliki efek antimikroba yang lebih tinggi dari nanopartikel
oksida logam lainnya (Jones 2008). Saat ini, struktur nano yang berbeda dari ZnO
telah dilaporkan seperti nanorod, kawat nano, nanocombs, nanorings,
nanobridge, nanobelts, nanocages (Hughes et al., 2005; Yu 2010), dan lain-lain
dan struktur nano ini memiliki aplikasi potensial dalam fabrikasi fungsional
perangkat canggih nanoelektronik.
Jika dibandingkan dengan struktur fotoanoda 1-D, film ZnO dengan struktur
hirarkis telah memperlihatkan banyak capaian yang lebih baik pada DSSC dalam
kaitan dengan area permukaan spesifik yang lebih besar untuk penyerapan dye.
Hamburan cahaya efektif di dalam photoanode dan pori yang lebih banyak untuk
penetrasi elektrolit ke dalam film fotoanoda. Fujihara (2004) telah membuat film
ZnO dengan morfologi rose-like dan digunakan sebagai fotoanoda pada DSSC
dengan efisiensi konversi yang diperoleh 4.1 %.
Sejauh ini dye yang digunakan sebagai sensitizer dapat berupa dye sintesis
maupun dye alami. Dye sintesis umumnya menggunakan organik logam berbasis
ruthenium komplek, dye sintesis ini cukup mahal. Sedangkan dye alami dapat
diekstrak dari bagian-bagian tumbuhan seperti daun, bunga atau buah. Berbagai
jenis ekstrak tumbuhan telah digunakan sebagai fotosensitizer pada sistem sel
surya tersensitisasi dye berupa ekstrak klorofil, karoten atau antosianin.
Secara umum DSSC dibentuk melalui mekanisme fotoelektrokimia, di mana
penyerapan cahaya matahari melalui pewarna tersensitisasi (dye sensitized) seperti
halnya klorofil pada proses fotosintesis daun. Proses pembangkitan dan transfer
elekton terjadi melalui bahan semikonduktor yang memiliki pita energi yang
lebar. Larutan elektrolit pasangan redoks I-/I3- sebagai media transport muatan dan
elektroda lawan (counter electrode) yang diberi lapisan katalis, biasanya platinum
(Li et al. 2006).
Sebuah kelompok peneliti di Jepang, Minoura et al. (2002) telah mencoba
lebih dari dua puluh jenis dye alami dari ekstrak tumbuhan sebagai fotosensitiser
pada sistem sel surya ini, diantaranya adalah kol merah, kunyit, teh hijau, dan
sebagainya. Kelompok lain dari Brazil, Iha et al. (2003) juga intensif
mengembangkan sel surya berbasis dye alami, selain itu Smestad et al. (1998)
juga telah menguji beberapa jenis berry seperti strawberry dan blackberry sebagai
fotosensitizer pada sistem sel surya tersensitisasi dye. Ekstrak dye atau pigmen
tumbuhan yang digunakan sebagai fotosensitizer berupa ekstrak klorofil (Wang et
al. 2006), karoten (Koyama et al. 2006) atau antosianin (Dai dan Rabani 2002).
3
Penelitian tentang sel surya pewarna tersensitisasi telah banyak dilakukan.
Berbagai model DSSC dikembangkan agar diperoleh komposisi penyusun DSSC
yang sesuai, penggantian zat pewarna dari tanaman yang berbeda, variasi lama
perendaman semikonduktor dalam molekul zat pewarna, faktor penyinaran, dan
sebagainya. Khusus pada penelitian ini, disintesis dan dikarakterisasi sebuah
piranti sel surya berbasis ZnO Nanorod tersensitisasi dye yang diambil dari Buah
Lampeni (Ardisia humilis Vahl) dengan variasi konsentrasi basa KOH yang
disintesis dengan proses sol gel.
Perumusan Masalah
Masalah yang diangkat dalam penelitian ini adalah bagaimana efek
photovoltaic dari sel surya yang tersensitisasi zat pewarna alami yang diambil dari
Buah Lampeni.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah membuat dan mengkrakterisasi sel surya DSSC
yang memanfaatkan ekstrak dye antosianin dari Buah Lampeni sebagi sensitizer.
Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini antara lain sebagai berikut :
1. Memberikan informasi tentang efek photovoltaic dari sel surya ZnO
tersensitisasi zat pewarna alami yang diekstrak dari Buah Lampeni.
2. Menambah daya guna berupa ekstrak dye atau zat pewarna alami dari pohon
buah Lampeni.
3. Sebagai bahan rujukan bagi peneliti selanjutnya baik yang sifatnya mengkaji
ulang maupun untuk pengembangan lebih lanjut.
Ruang Lingkup Penelitian
1.
2.
3.
4.
5.
Ruang lingkup penelitian dalam penelitian ini meliputi:
Membuat semikonduktor ZnO dengan menggunakan metode sol-gel.
Mengukur sifat optik dari semikonduktor ZnO dan dye antosanin.
Mengukur sifat optik dari thin film hybrid semikonduktor ZnO/antosanin.
Mengukur nilai I-V dari device sel surya hibrid ZnO/Antosianin.
Mengukur nilai efisiensi dari divais sel surya ZnO/Antisianin.