Pembuatan Sel Surya TiO2 Nanokristal berbahan - HFI DIY

Dadi Rusdiana / Pembuatan Sel Surya TiO2 Nanokristal Berbahan Dasar Anthocyanin sebagai Material Dye
81
Pembuatan Sel Surya TiO2 Nanokristal berbahan dasar Anthocyanin
sebagai Material Dye
Dadi Rusdiana
Jurusan Pendidikan Fisika, Universitas Pendidikan Indonesia
Jl. Dr.Setia Budi no.229 Bandung
e-mail: [email protected]
Abstrak - Pengembangan bahan polimer elektronik untuk aplikasi sel surya terus dilakukan meskipun efisiensi
konversinya tidak sebaik sel surya dari bahan silikon. Keuntungan utama dari produksi devais berbahan dasar polimer
organik adalah biaya produksi yang rendah. Pada penelitian ini telah dibuat sel surya TiO2 nanokristal dengan
menggunakan dye dari bahan anthocyanin dengan metode sol gel spin coating. Kemampuan sel surya tersebut telah diuji
dengan menganalisis karakteristik arus tegangan di bawah pengaruh penyinaran dengan intensitas 4,36 x 10-4 mW/cm2.
Hasil karakterisasi menunjukkan bahwa sel surya dengan luas area 0,6 cm2 memiliki effsiensi 8,72 x 10-4 %, Isc 2,3 x
10-4 mA/cm2, dan Voc 27 mV untuk konsentrasi dye 30%.
Kata Kunci: sel surya, dye anthocyanin, metode sol gel spin coating
Abstract – The development of electronic polymer materials for solar cell application is still ongoing despite having
conversion efficiency not as good as solar cell from silicon material.The main advantage from the production of device
with organic polymer base material is to have low production cost. In this research nano crystal TiO2 solar cell have
been made using dye from anthocyanin material with sol-gel spin coating method. The ability of the solar cell has been
tested with analyzing the characteristic of current voltage under irradiation influence with an intensity of 4,36 x 10-4 mW.
The result of characterization indicates that the solar cell with an area of 0,6 cm2 has efficiency of 8,72 x 10-4 %, Isc of
2,3 x 10-4 mA, and Voc 27 mV to concentrate dye 30%.
Key words: solar cell, anthocyanin dye, sol-gel spin coating methode
I. PENDAHULUAN
Sel surya merupakan devais yang dapat mengkonversi
energi surya menjadi listrik melalui efek fotovoltaik yang
merupakan teknologi yang berhubungan dengan riset
terhadap aplikasi sel surya sebagai energi surya. Material
organik sangat potensial untuk aplikasi sel surya masa
depan meskipun hasilnya belum optimal. Efisiensi sel
surya dari material organik baru mencapai sekitar 2%
untuk empat tipe sel surya yang berbeda.
Keterbatasan kemampuan sel surya dari bahan organik
adalah kemampuan penyerapan spektrum cahaya merah
yang rendah, transport muatan yang kurang baik dan
kurang stabil. Masalah-masalah tersebut dapat diatasi
dengan mensintesis material baru maupun kombinasi
material baru dan optimasi desain maupun proses
pembuatannya. Sifat yang dimiliki oleh material organik
adalah tingkat fleksibilitas yang bagus sehingga sangat
memungkinkan untuk membuat sel surya yang fleksibel
yang dapat memudahkan dalam pengembangan desain sel
surya untuk memudahkan penggunaannya dalam
kehidupan sehari-hari. Keunggulan lain dari sel surya
berbasis material organik adalah dalam proses
pembuatannya tidak memerlukan teknologi tinggi
sehingga biaya produksi menjadi jauh lebih murah
dibanding sel surya dari bahan kristalin. Hal ini
dimungkinkan karena lapisan tipis material organik dapat
ditumbuhkan di atas substrat gelas atau bahkan plastik
yang harganya relatif murah. Meskipun efisiensi yang
dicapai sel surya yang terbuat dari material organik masih
lebih rendah sekitar 2% dibanding yang dicapai sel surya
c-Si, tetapi karena biaya produksinya yang jauh lebih
murah dan penggunaannya yang fleksibel, maka saat ini
sel surya berbasis polimer banyak digunakan di beberapa
negara maju [1-4]. Dalam penelitian ini telah dikaji sel
surya TiO2 nanokristal menggunakan dye anthocyanin
buah delima [5]. Fokus kajian dalam penelitian ini adalah
pengaruh waktu pencelupan (dipping time) TiO2 dalam
anthocyanin terhadap efisiensi sel surya.
II. METODE PENELITIAN/EKSPERIMEN
Struktur sel surya yang dibuat dalam penelitian
ini adalah ITO-anthocyanin-electrolit-ITO seperti yang
ditunjukkan dalam Gambar 1.
ITO
TiO2
anthocyanin
Electrolyte
ITO
Gambar 1. Struktur sel surya DSSC.
A. Preparasi Sel Surya dengan Struktur DSSC
Sebagai langkah awal dalam proses pembuatan sel
surya DSSC adalah pelapisan TiO2 di atas kaca ITO
dengan teknik spin coating. Dalam teknik ini pasta TiO2
Prosiding Pertemuan Ilmiah XXVIII HFI Jateng & DIY, Yogyakarta, 26 April 2014
ISSN : 0853-0823
Dadi Rusdiana / Pembuatan sel surya TiO2 Nanokristal Berbahan Dasar Anthocyanin sebagai Material Dye
B. Karakterisasi sel surya DSSC
Kemampuan efisiensi konversi sel surya diukur di
bawah penyinaran dengan intensitas sekitar 4,36 x 10-4
mW/cm2 menggunakan persamaan (1):
V OC I SC FF
η =
x 100 %
(1)
ΦA
dimana Voc adalah tegangan rangkaian terbuka, Isc adalah
arus terhubung singkat, FF adalah fill factor, Φ adalah
intensitas cahaya, dan A adalah luas permukaan sampel
aktif. Sedangkan sistem pengukuran sel surya dibuat
menggunakan rangkaian seperti pada Gambar 2.
9
8
-4
ditempatkan di atas kaca ITO kemudian diputar dengan
laju putaran tertentu sehingga pasta akan menyebar di
atas substrat karena pengaruh gaya sentrifugal.
Proses selanjutnya adalah preparasi larutan dye
anthocyanin dengan mencampurkan 20 ml dari 1 mM
anthocyanin dalam larutan etanol yang dilanjutkan
dengan proses`pencelupan elektroda TiO2 ke dalam
larutan anthocyanin dengan variasi konsentrasi dye (10%,
20%, and 30%). Kemudian proses selanjutnya adalah
proses pencucian elektroda TiO2/dye dengan etanol.
Setelah proses pencucian selesai, tempatkan spacer yang
terbuat dari plastik di atas elektroda TiO2/dye sebagai
tempat penetesan larutan elektrolit. Selanjutnya
gabungkan elektroda tersebut dengan elektroda ITO yang
lain dengan menggunakan clip.
Efisiensix 10 (%)
82
7
6
5
4
3
2
1
0
0
5
10
15
20
25
30
Konsentrasi Dye (%)
Gambar 3. Profil efisiensi sel surya sebagai fungsi
variasi konsentrasi dye.
Grafik pada Gambar 3 di atas menunjukkan bahwa
efisiensi sel surya mengalami peningkatan apabila
konsentrasi dinaikkan. Hal tersebut mengindikasikan
konsentrasi dye mempengaruhi performa dari sel surya
yang dibuat. Efisiensi sel surya meningkat apabila
konsentrasi dye dinaikan. Hal tersebut disebabkan
konsentrasi dye mempengaruhi ketebalan lapisan dye di
atas TiO2 yang ternyata sangat berpengaruh terhadap
proses penyerapan cahaya oleh lapisan dye sehingga
dapat meningkatkan konduktivitas listrik dalam lapisan
tersebut. Efisiensi yang paling besar dicapai pada sampel
sel surya dengan konsentrasi 30% dengan sel seluas 0,6
cm2 yang menghasilkan efisiensi 8,72 x 10-4 %, Isc yang
diperoleh adalah 2,3 x 10-4 mA/cm2, dan Voc yang
dihasilkan adalah 27 mV.
IV. KESIMPULAN
Gambar 2. Sistem pengukuran sel surya.
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari hasil pengukuran arus dan tegangan pada sel
surya di bawah pengaruh penyinaran seperti pada Tabel
1, diperoleh profil efisiensi sel surya terhadap variasi
konsentrasi dye seperti diperlihatkan dalam Gambar 3.
Sel surya dengan struktur DSSC telah berhasil
dibuat dengan teknik spin coating. Dari hasil uji
kemampuan sel surya ternyata efisiensi sel surya
dipengaruhi oleh waktu dipping TiO2 dalam dye
anthocyanin. Efisiensi yang paling besar dicapai pada
sampel sel surya dengan konsentrasi dye 30% dengan sel
seluas 0,6 cm2 yang menghasilkan efisiensi 8,72 x 10-4 %,
Isc yang diperoleh adalah 2,3 x 10-4 mA/cm2, dan Voc
yang dihasilkan adalah 27 mV.
Tabel 1. Hasil Pengukuran arus tegangan sel surya DSSC.
No.
DSSC
Iscx
10-7
(A)
Voc
(V)
Imaxx
10-8
(A)
Vmax
(V)
FF
1
10%
1,07
0,019
6,756
0,015
0,369
2
20%
6,057
0,010
65,217
0,003
0,309
3
30%
2,305
0,027
16,666
0,014
0,369
Efisiensi
(%)
3,79
x10-4
7,31
x10-4
8,72
x10-4
Prosiding Pertemuan Ilmiah XXVIII HFI Jateng & DIY, Yogyakarta, 26 April 2014
ISSN : 0853-0823
Dadi Rusdiana / Pembuatan Sel Surya TiO2 Nanokristal Berbahan Dasar Anthocyanin sebagai Material Dye
83
from Pomegranate Fruit as Sensitizer in Solid-State
Solar Cells, J. Photochem. Photobiol, Vol. 177, 2006,
pp. 324-327.
UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima kasih disampaikan kepada Rektor UPI
atas dukungan dana melalui hibah penelitian
pengembangan dosen DIPA UPI 2012.
TANYA JAWAB
PUSTAKA
Ajo dian Y, UGM
? Mengapa dipilih buah delima dalam penelitian bapak?
[1] A. Maddu, M. Zuhri, Irmansyah. Penggunaan ekstrak
antosianin kol merah sebagai fotosensitiser pada sel surya
nanokristal tersensitisasi dye, Makara, Teknologi,
Vol.11,2007, hal.74-84.
[2] P. Aprilia, Pengaruh Konsentrasi Ekstrak Antosianin Kulit
Manggis Sebagai Dye-Sensitizer Terhadap Efisiensi Sel
Surya Jenis DSSC (Dye-Sensitizer Solar Cell),Laporan
Penelitian Bidang Fisika, FPMIPA Universitas Dipenogoro,
Semarang, 2010: tidak diterbitkan.
[3] Septina, W., D. Fajarisandi, dan M. Aditia..Pembuatan
Prototipe Solar Cell Murah dengan Bahan OrganikInorganik (Dye-sensitized Solar Cell),Laporan Penelitian
Bidang Energi, Institut Teknologi Bandung, Bandung,
2007: tidak diterbitkan
[4] Mustaqim,, Pengujian Daya Tahan dan Karakteristik DyeSensitized Solar Cell Padat Menggunakan Elektrolit Gel
Polimer Berbasis Poly(ethylene glycol), Laporan Penelitian
Kimia Organik, FPMIPA Universitas Dipenogoro,
Semarang, 2010 : tidak diterbitkan.
[5] P. M. Sirimanne, M. K. I Senevirathna, E. V. A.
Premalal, P. K. D. D. P. Pitigala, V. Sivakumar, K.
Tennakone, Utilization of Natural Pigment Extracted
Dadi Rusdiana, UPI
@ Untuk melihat potensi buah delima dalam
pengembangan sel surya DSCC namun sebenarnya tidak
hanya buah delima saja hanya buah-buahan lain bahkan
sayur-sayuran dapat juga dijadikan bahan organic DSCC
namu perlu dikaji yang paling optimum absorfsinya
terhadap cahaya.
Kartika Sati, UNSOED
? a) Berapa potensio yang digunakan?
b) Bagaimana mendapatkan nilai ISc, Voc?
Dadi Rusdiana, UPI
@ a) Tidak menggunakan potensio ( memvariasikan nilai
R dari 100 KΩ sampai 2 MΩ untuk melihat pola arustegangan pada pengukuran I-V untuk mencari Isc dan
Voc.
b) Penentuan Irc dan Voc dari grafik arus-tegangan Isc
ketika V=0 ,Voc ketika Isc =0.
Prosiding Pertemuan Ilmiah XXVIII HFI Jateng & DIY, Yogyakarta, 26 April 2014
ISSN : 0853-0823