Sel Surya Titanum Dioksida Tersensitasi

ethyl-hexyloxy) - 1,4-phenylene vinylene
(MEH-PPV). MEH-PPV merupakan polimer
konduktif yang paling sering digunakan untuk
aplikasi LED. MEH-PPV memiliki sifat
kelarutan yang baik dalam pelarut organik
seperti Tetrahidrofuran (THF), chloroform,
xylene, dan toluena.19
dilaksanakan dari Juni 2010 hingga September
2011.
Gambar 11. Konfigurasi sel surya
2.6 Elektrolit Polimer
Substansi yang memiliki ion bebas
sehingga memiliki sifat konduktif disebut
dengan elektrolit. Pada umumnya elektrolit
dijumpai dalam bentuk larutan ionik, namun
ada juga yang berbentuk gel. Elektrolit ini
disebut juga dengan elektrolit polimer karena
memiliki struktur polimer yang di dalamnya
terkandung ion bebas. Jika dibandingkan
dengan elektrolit dalam bentuk larutan,
elektrolit polimer memiliki ketahanan struktur
yang lebih kuat dan memiliki konduktifitas
yang lebih stabil terhadap perubahan suhu.25
Elektrolit polimer banyak digunakan dalam
fuel cell yaitu piranti yang digunakan untuk
mengkonversi energi kimiawi menjadi energi
listrik.
3.2 Alat dan Bahan
Bahan yang digunakan pada penelitin
ini adalah: bubuk TiO2 Degussa P25, bubuk
MEH-PPV,
aquades,
asetilaseton,
polyvinylalcohol (PVA), kloroform , kaca
Indium Tin Oxide (ITO), chitosan, asam asetat,
dan elektrolit iodida (Iodolyte). Sedangkan
alat yang digunakan adalah: gelas ukur, gelas
piala, pipet, scotch-tape, razor blade (silet),
neraca analitik, mortar, furnace, piring
pemanas, pengaduk magnetik, lampu tungsten
160 Watt (Philips), KEITHLEY Model 2400
sourcemeter,
spektrofotometer
UV-Vis
(Ocean Optic), vacuum chamber, XRD
(Shimadzu model-610),
3.3 Persiapan
Gambar 9. Struktur PPV.
16
Gambar 10. Struktur MEH-PPV.17
BAB 3
BAHAN DAN METODE
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
Pembuatan sel surya dilaksanakan di
Laboratorium Biofisika Departemen Fisika
IPB, karakterisasi absorbansi dan uji
karakteristik I-V juga dilaksanakan di tempat
yang sama. Untuk Karakterisasi XRD
dilaksanakan di BATAN Serpong. Penelitian
Persiapan dilakukan untuk tahap
deposisi TiO2, deposisi PPV, dan pembuatan
elektrolit. Pada pendeposisian TiO2 diperlukan
substrat kaca ITO yang bersih. Kaca ITO yang
telah dipotong dengan ukuran 2×1 cm2
dibersihkan dengan sabun dan direndam
dengan
aseton dalam ultrasonic cleaner
selama 15 menit. Setelah ITO dikeringkan,
sisi konduktif ITO ditutup scotch-tape dengan
menyisakan permukaan seluas 1×1 cm2.
TiO2 dideposisikan pada permukaan tersebut.
Pada pelarutan PPV diperlukan
penakaran bubuk MEH-PPV berdasarkan
persamaan (11).
(7)
Keterangan : Cw adalah konsentrasi larutan
( %); x adalah massa polimer (gram); ρ adalah
massa jenis pelarut (gram/cm3); V adalah
volume pelarut (ml). Jumlah berat bubuk
disesuaikan dengan jumlah kloroform yang
digunakan sebagai pelarut untuk mendapatkan
larutan 0,25 % dan 0,5 %.
Untuk persiapan pembuatan elektrolit
polimer, penakaran dilakukan untuk 1 g PVA,
15 ml asam asetat, dan 1 ml Iodolyte.
7
3.4 Metode
Pembuatan
Karakterisasi
dan
Tahapan penelitian ini adalah sebagai
berikut, deposisi film TiO2, karakterisasi XRD,
deposisi film PPV, karakterisasi optik,
metalisasi, karakterisasi SEM, metalisasi, dan
karakterisasi sel surya (I-V). Konfigurasi sel
surya ditunjukkan pada Gambar 11.
3.4.1 Deposisi film TiO2
Berdasarkan teori difraksi, data yang
diperoleh dari metode karakteristik XRD
bergantung kepada arah kisi sehingga
mempengaruhi pola difraksi. Sedangkan
intensitas cahaya difraksi bergantung dari
berapa banyak kisi kristal yang memiliki
orientasi yang sama. Metode ini dapat
digunakan untuk menentukan system kristal,
parameter kisi, derajat kristalinitas dan fase
yang terdapat dalam suatu sampel.20
Film TiO2 dibuat dengan teknik doctor
blade. Pasta dibuat dengan mencampurkan 4
mg TiO2 bubuk, 3 ml akuades, dan 1 ml
asetilaseton. Campuran ini digerus dalam
mortar sehingga dihasilkan pasta yang
mengental lalu diteteskan triton sebagai
surfactant sebanyak satu tetes.
Deposisi dilakukan dengan meneteskan
pasta TiO2 pada substrat ITO. Pasta diratakan
dengan silet hingga seluruh permukaan
konduktif ITO tertutupi pasta. Substrat yang
telah dilapisi kemudian dipanaskan di atas
piring pemanas bersuhu 100 oC selama 10
menit hingga lapisan mengering dan scotchtape dapat dilepas tanpa merusak tepi lapisan.
Kemudian film dipanaskan di dalam furnace
hingga 200 oC selama 60 menit.
3.4.2 Karakterisasi XRD
Karakterisasi kristal TiO2 dilakukan
dengan XRD menggunakan difraktometer
sinar-X yang terdapat di Laboratorium X-Ray,
Pusat Teknologi dan Badan Ilmu Nuklir
(PTBIN), Badan Tenaga Nuklir Nasional
(BATAN), Kawasan PUSPITEK Serpong,
Metode karakterisasi dengan XRD didasari
difraksi sinar-X yang dijelaskan dalam
Hukum Bragg (persamaan 8), yakni cahaya
dengan panjang gelombang λ dihamburan saat
melewati kisi kristal dengan sudut datang θ
dan jarak antar bidang sebesar d.20
(8)
Gambar 13. Meja rotasi, sumber sinar-X, dan
detektor pada XRD22
Pada alat difraktometer sinar-X,
sampel ditempatkan pada meja rotasi (Gambar
13). Sinar-X ditembakkan dari sumber menuju
sampel dengan sudut awal 0o. Kemudian
sinar-X yang dipantulkan sampel akan
diterima di detektor. Meja akan dirotasi untuk
mendapatkan nilai intensitas pantulan pada
tiap sudut putaran. Pada kondisi tersebut
detektor akan menyesuaikan posisi sebesar
dua kali lipat sudut rotasi meja. Pola yang
didapatkan dari XRD digunakan untuk
menentukan parameter kisi kristal dan ukuran
kristal.
Parameter kisi (a dan c) ditentukan
dengan
menggunakan
Hukum
Bragg
(persamaan 8). Pada sistem tetragonal yang
terdapat pada kristal TiO2 berlaku persamaan
Hukum Bragg :
(9)
Keterangan: h,k, dan l adalah indeks Miller,
dan
Gambar 12. Sinar-X datang dihamburkan
oleh atom-atom di dalam kristal
ke segala arah. Sebagian besar
berkas datang
B dan C sebagai numerator ditentukan
dengan metode Cohen yang ditunjukkan
sebagai berikut :
8
 sin 2   C 2  B  A
 sin   C  B  A
2
2
(10)
 sin 2   C  B  A 2
Keterangan: α = h2 + k2 ; γ = l2 ; δ = 10 sin2
2θ; A = D/10
Ukuran kristal didapatkan dari
persamaan Scherrer yang ditunjukkan sebagai
berikut :
(11)
3.4.3 Deposisi PPV
Deposisi PPV dimulai dari pembuatan
larutan PPV dengan Chloroform sebagai
pelarut. Jenis PPV yang digunakan adalah
MEH-PPV. Pelarutan MEH-PPV dilakukan
dengan menggunakan pengaduk magnetik
kurang lebih 30 menit.
Substrat ITO yang telah dideposisi
TiO2 pada proses sebelumnya dilapiskan
dengan scotch-tape pada sisi substrat sehingga
mengelilingi lapisan film TiO2. Metode yang
digunakan adalah teknik doctor blading.
Namun, berbeda dengan saat deposisi TiO2,
kali ini menggunakan dua lapisan scotch-tape.
Ini dimaksudkan agar pisau silet tidak
merusak lapisan TiO2. Selanjutnya larutan
PPV dibiarkan terserap dan mengering pada
suhu kamar selama 30 menit.
3.4.4 Karakterisasi optik
Spektroskopi optik digunakan untuk
mengetahui sifat optik bahan, di antaranya
adalah absorbansi. Hal ini dinyatakan dengan
Hukum
Beer-Lambert
dalam
bentuk
persamaan sebagai berikut :
(12)
absorbansi optik pada lapisan TiO2, MEHPPV, dan lapisan TiO2 yang sudah diberi dye
MEH-PPV. Karakterisasi ini dilakukan
dengan menggunakan alat Spektrofotometer
UV-Vis ocean optic 2000. Alat ini tersambung
pada komputer dan data absorbansi bisa
didapatkan secara otomatis.
3.4.5 Pembuatan elektrolit polimer
Elektrolit yang dibentuk berupa gel
polimer. 1g PVA dilarutkan terlebih dahulu
dengan asam asetat (1 %) sebanyak 15 ml dan
diaduk selama 1 jam dengan suhu 80 oC.
Kemudian 0,25 g chitosan ditambahkan ke
dalam larutan tanpa menghentikan proses
pengadukan. Iodolyte sebagai cairan elektrolit
sebanyak 1ml dituangkan setelah 1 jam.
Proses stirring diteruskan selama 6 jam hingga
terbentuk gel elektrolit transparan. Elektrolit
polimer yang sudah jadi kemudian dilapiskan
di atas PPV dan dijepit dengan ITO seperti
sandwich.
3.4.6 Karakterisasi sel surya (arustegangan)
Karakterisasi sel surya dilakukan
dengan dua cara, dengan rangkaian pada
Gambar 11 dan dengan KEITHLEY Model
2400 Series Source Meter. Hasil dari
karakterisasi berupa kurva I-V. Pada
rangkaian uji I-V, sel dihubungkan dengan
voltmeter dan potensiometer secara paralel.
Kemudian sel disinari dengan cahaya matahari.
Variasi arus dan tegangan diatur dengan
potensiometer yang terdiri dari resistor –
resistor yang dihubung seri. Pada KEITHLEY
Model 2400 Series SourceMeter, hasil yang
didapat berupa kurva arus-tegangan (I-V).
Pengukuran respon tegangan terhadap
perubahan intensitas cahaya dilakukan dengan
menggunakan sensor tegangan pada perangkat
lunak Data Studio.
dengan, I adalah intensitas radiasi yang
diteruskan, I0 adalah intensitas radiasi datang,
ε adalah absorbtivitas, L adalah tebal medium
penyerap, dan c adalah konsentrasi penyerap.
Berdasarkan hukum tersebut, absorbansi
dinyatakan sebagai berikut :
(13)
Karakterisasi
optik
yang
akan
dilakukan berupa karakterisasi spektrum
Gambar 14. Rangkaian uji arus (I)–tegangan (V)