Templat tesis dan disertasi

1
1 PENDAHULUAN
.
Latar Belakang
Sel surya merupakan pengembangan teknologi yang memanfaatkan cahaya
matahari untuk diubah menjadi energi listrik. Penelitian mengenai sel surya bukan
suatu yang terbarukan, karena penelitian sel surya sendiri sudah sejak lama
dikembangkan. Sel surya yang pertama kali dikembangkan adalah sel surya yang
berbasiskan silikon berupa silikon kristal tunggal dan silikon polikristal yang
efisiensinya mencapai 25±0,5% (Ozgur. 2005). Generasi kedua adalah sel surya
yang berbasis film tipis, dimana sel surya ini dibuat dari semikonduktor seperti
Tembaga Indium Galium diselenida (CIGS) dan kadmium telluride (CdTe)
sebagai bahan penyerapnya. Efisiensi yang dicapai pada generasi ini mencapai
19,9% (CIGS) (Repins et al. 2008). Karena bahannya yang bersifat toksik,
sehingga sel surya bentuk ini dianggap tidak ramah lingkungan dan dapat
membahayakan bagi peneliti. Generasi yang ketiga merupakan jenis sel surya
berbasis semi konduktor organik seperti PCBM, C60, P3HT dan lain sebagainya.
Sel surya jenis ini dianggap ramah lingkungan dan relatif lebih murah bila
dibandingkan dengan generasi sebelumnya, tetapi efisiennya masih jauh dari
generasi sebelumnya yang hanya mencapai 1,78% (Tong et al. 2012). Di tahun
1991 seorang ilmuan yang bernama Gratzel (Gratzel. 1991) telah
memperkenalkan jenis sel surya baru yang dikenal sebagai dye-sensitised solar
cell (DSSC), yang mana sel surya bentuk ini didasarkan pada kaidah proses
fotosintesis yang terjadi di alam bebas yang dilakukan oleh semua jenis tanaman.
Selain sel surya organik dan anorganik ada pula jenis sel hibrid yaitu jenis
sel surya yang merupakan perpaduan antara semikonduktor anorganik dan organik.
Material organik dalam sel surya jenis ini berfungsi sebagai penyerap cahaya dan
bagian anorganiknya adalah nanokristal semikonduktor biasanya material
golongan II-IV. Secara umum lapisan foto aktif memiliki bentuk struktur bilayer
dan struktur bulk heterojuction dengan memadukan bahan yang bersifat donor dan
akseptor yang didepositkan pada subtrat. Berbeda dengan bulk semikonduktor
anorganik, penyerapan foton oleh semikonduktor organik tidak menghasilkan
pembawa muatan bebas tetapi terikat oleh pasangan elektron-hole yang
selanjutnya disebut sebagai eksiton (Gledhil. 2005). Secara khusus prinsip kerja
sel surya hibrid yaitu diawali dengan penyerapan foton oleh bahan absorban dari
pita valensi (VB) ke pita konduksi (CB) dalam bentuk eksiton. Eksiton berdifusi
ke interface donor/akseptor, dimana muatan yang ditransferkan mengarah pada
pemisahan eksiton mejadi elektron bebas dan hole dibawah pengaruh medan
listrik internal yang ditransferkan oleh material donor atau akseptor yang dominan
dan akhirnya dikumpulkan pada masing-masing elektroda. Singkatnya ada empat
tahapan dalam sel surya hibrid yaitu penyerapan foton, difusi eksiton, pemisahan
muatan serta transportasi pembawa muatan dan pengumpulan (Greenham. 2008).
Pada umumnya bahan semikonduktor yang biasa digunakan dalam sel surya
hibrid dan DSSC adalah TiO2 dan ZnO dengan masing-masing energi pita celah
nya adalah 3,2 eV ( Reddy et al. 2002, 3,2–3,4 eV (Song et al. 2002).
2
Pada tanaman, semua pigmen memiliki karakteristik tersendiri dalam
merespon cahaya. Klorofil merupakan bagian dari tanaman yang memiliki peran
aktif dalam proses fotosintesis. Klorofil menyerap cahaya berupa gelombang
elektromagnetik pada spektrum kasat mata (visible) dengan panjang gelombang
antara 400 sampai 700 nm.
Dalam beberapa dekade terakhir, klorofil dan turunannya telah
dikembangkan untuk berbagai aplikasi elektronik, diantaranya adalah sebagai
optoelektronik (Ohtani et al. 2011), fotosensitiser (Chand et al. 2012),
fototransistor (Chen et al. 2013) dan terapi fotodinamik untuk kanker (Park et al.
1989).
Secara umum klorofil merupakan pigmen yang mudah terdegradasi akibat
berkurangnya atau menurunnya logam Mg di dalam inti cincin porfirin, Ini
disebabkan oleh beberapa faktor yaitu panas (Erge et al. 2008) dan kosentrasi
asam (Koca et al.2003), sehingga beberapa penelitian telah melakukan modifikasi
terhadap logam inti pada klorofil (Mg) dengan unsur logam lainnya yaitu seng
(Zn2+) dan tembaga (Cu2+).(Kupper et al. 1996), agar pigmen klorofil lebih stabil.
Pengembangan lebih lanjut dalam penelitian ini, akan memanfaatkan
klorofil yang termodifikasi ion logam Zn2+ dan Cu2+ sebagai fotosensitiser sel
surya hibrid nanopartikel ZnO.
Perumusan Masalah
Masalah utama dalam penelitian ini adalah bagaimana mengoptimalkan
pembentukan nanopartikel ZnO dan klorofil kompleks (Zn2+ dan Cu2+) yang
diambil dari tanaman tingkat tinggi serta menentukan bagaimana bentuk struktur
divais yang baik untuk meningkatkan peforma sel surya hibrid.
Tujuan Penelitian
Memanfaatkan klorofil termodifikasi ion logam Zn2+ dan Cu2+ sebagai
fotosensitiser pada sel surya hibrid nanopartikel ZnO
Ruang Lingkup Penelitian
1.
2.
3.
Ruang lingkup penelitian dalam penelitian ini meliputi:
Membuat dan mengkarakterisasi material semikonduktor nanopartikel ZnO
yang diperoleh dengan metode hidrotermal
Mensintesis dan mengkarakterisasi klorofil kompleks (Zn-feofitin dan Cufeofitin).
Membentuk dan mengkarakterisasi divais sel surya hibrid nanopartikel
ZnO/klorofil kompleks (Zn-feofitin dan Cu-feofitin)