bab i pendahuluan

BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Energi merupakan kebutuhan manusia yang sangat mendasar, namun ketersediaan energi
minyak bumi atau yang berbasis fosil semakin berkurang [1]. Saat ini persediaan minyak dunia
diperkirakan akan habis 23 tahun ke depan, gas akan habis 62 tahun ke depan, dan batu bara
akan habis 146 tahun ke depan [2]. Oleh karena itu kita mencari sumber energi alternatif yang
dapat menggantikan energi tersebut. Energi alternatif yang ditemukan diharapkan selain bisa
menyelesaikan permasalahan energi secara ekonomi, mampu pula menjawab masalah
lingkungan dan kesehatan seperti polusi udara dan emisi karbon dioksida [3]. Salah satunya yaitu
menggunakan energi dari matahari yang menjadi salah satu alternatif yang banyak digunakan
karena sangat menjanjikan antara lain ditinjau dari segi kelimpahannya di alam, bersih, aman dan
memungkinkan sebagai pembangkit energi di daerah-daerah terpencil [4]. Sebagai salah satu
negara tropis, Indonesia memiliki potensi sumber tenaga surya yang baik karena jumlah energi
matahari yang sampai ke bumi sangat besar, yaitu sekitar 700 Megawatt setiap menitnya. Bila
dikalkulasikan, jumlah ini 10.000 kali lebih besar dari total konsumsi energi dunia [5]. Cara
untuk memanfaatkan energi matahari yaitu dengan menggunakan sel surya. Sel surya memiliki
beberapa generasi perkembangan. Genarasi pertama yaitu sel surya berbasis silikon yang sudah
beredar dipasaran namun dalam proses produksinya membutuhkan biaya yang sangat mahal.
Generasi kedua yaitu sel surya yang dibuat dengan teknologi lapisan tipis (thin film) dan generasi
ketiga yaitu teknologi pembuatan sel surya organic dan fotoelektrokimia. Pada tugas akhir ini
dikembangkan sel surya generasi ketiga yaitu sel surya Dye Sensitized Solar Cell (DSSC).
DSSC tersusun atas sepasang elektroda, yakni elektroda kerja dan elektroda lawan
(counter electrode). Kedua elektroda tersebut terbuat dari substrat kaca konduktif, yang telah
dilapisi Transparent Conductive Oxide (TCO). Elektroda kerja tersusun atas lapisan oksida yang
dilapisi oleh molekul zat pewarna (dye) sensitasi. Molekul dye berfungsi sebagai penangkap
foton cahaya dan semikonduktor yang umumnya berstruktur nano berfungsi meneruskan foton
menjadi elektron. Pada counter electrode yang berada pada lapisan sisi belakang DSSC terdapat
lapisan katalis yang umumnya berupa lapisan karbon atau platina, yang berfungsi untuk
mempercepat kinerja reaksi proses reduksi triodide pada elektrolit. Pada DSSC elektrolit
digunakan sebagai medium transport muatan. Material semikonduktor TiO 2 merupakan bahan
yang dapat dan mudah diaplikasikan sebagai bahan utama pembuatan DSSC. Sifat lain dari
semikonduktor adalah daya absorbsi optik dan sifat emisi pada panjang gelombang yang lebar.
TiO2 merupakan material yang paling cocok sebagai bahan pembuatan DSSC dengan tegangan
yang dihasilkan relatif rendah [6].
DSSC yang biasa digunakan yaitu DSSC tipe sandwich yang memiliki dua jenis
elektroda. Namun kekurangan tipe sandwich ini membutuhkan biaya yang mahal dalam proses
fabrikasinya karena menggunakan dua substrat. Sehingga dikembangkan DSSC tipe monolitik
untuk mengurangi biaya fabrikasinya. Pada tipe monolitik ini hanya menggunakan satu pelapisan
substrat glass yang terlapisi TCO. Hal ini sangat menguntungkan secara ekonomis karena harga
TCO glass yang relatif mahal, sehingga tipe monolitik ini lebih hemat dalam penggunaannya.
Pada tugas akhir ini dikembangkan sel surya DSSC menggunakan konfigurasi tipe
monolitik. Khusus pada sel surya dengan konfigurasi monolitik terdapat lapisan zirconia (ZrO2)
merupakan material yang biasa digunakan sebagai spacer untuk pemisah antara anoda dan
katoda karena tipe monolitik ini hanya menggunakan satu substrat [7]. Zirconia dipilih sebagai
spacer karena mempunyai sifat tahan terhadap temperatur tinggi dan bersifat sebagai insulator
yang mempunyai band gap antara 5-7 eV [7] . Struktur sel surya ini menggunakan FTO sebagai
elektroda, TiO2 sebagai lapisan aktif penyerap foton, elektrolit sebagai medium reaksi reduksioksidasi, karbon atau platina sebagai counter electrode dan ruthenium Z907 sebagai dye.
Pada tugas akhir ini dilakukan variasi ketebalan ZrO2 dan melihat pengaruh jenis material
yang digunakan pada counter electrode terhadap efisiensi sel surya akan dipelajari. Berdasarkan
paper pada literatur ada korelasi antara ketebalan lapisan sehingga mempengaruhi kurva
karakterisktik I-V dan tentunya akan berpengaruh pada efisiensi yang dihasilkan [8]. Pengaruh
ketebalan lapisan ZrO2 dan jenis counter electrode terhadap efisiensi dan penyerapan foton oleh
sel surya akan dianalisis dengan menggunakan kurva I-V meter, morfologi lapisan dan
komposisi elemen penyusun lapisan pada sel surya akan dianalisis menggunakan SEM, EDS, dan
XRD.
1.2
Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah dijelaskan sebelumnya, masalah yang dikaji dalam
tugas akhir ini adalah:
1. Bagaimana pengaruh ketebalan lapisan ZrO2 terhadap efisiensi sel surya Dye Sensitized
(DSSC) dengan konfigurasi tipe monolitik?
2. Bagaimana pengaruh karbon dan platina sebagai counter electrode terhadap efisiensi sel
surya Dye Sensitized (DSSC) dengan konfigurasi tipe monolitik?
1.3
Tujuan
Tujuan dari perancangan tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Mengetahui pengaruh ketebalan lapisan ZrO2 terhadap efisiensi sel surya Dye Sensitized
(DSSC) dengan konfigurasi tipe monolitik.
2. Mengetahui pengaruh karbon dan platina sebagai counter electrode terhadap efisiensi sel
surya Dye Sensitized (DSSC) dengan konfigurasi tipe monolitik.
1.4
Batasan Masalah
Batasan masalah pada tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Pembuatan sel surya Dye Sensitized (DSSC) menggunakan metode screen printing.
2. Counter electrode menggunakan karbon dan platina.
3. Pelapisan ZrO2 dibuat dengan ketebalan lapisan yang berbeda-beda.
4. Luas sampel dari sel ssurya memiliki dimensi sebesar 2 cm x 2 cm per sel.
1.5
Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan pada perancangan tugas akhir ini meliputi:
1. BAB I menjelaskan mengenai latar belakang yang menerangkan mengapa penelitian
dilakukan dengan mengacu pada penelitian yang telah dilakukan oleh peneliti sebelumnya.
Kemudian disini juga menerangkan mengenai rumusan masalah dan batasan masalah agar
bahasan penelitian lebih fokus pada bagian yang diteliti sehingga tidak melebar pada
pembahasan yang lain. Selain itu juga menjelaskan tentang tujuan penelitian, metode
penelitian, serta sistematika penulisan laporan tugas akhir.
2. BAB II menjelaskan mengenai landasan teori sebagai penunjang penelitian berupa teori sel
surya dan hal pendukung dalam penelitian sel surya. Pada BAB ini juga terdapat penjelasan
umum mengenai sel surya dan perkembangannya, prinsip kerja sel surya hingga terdapat
sifat listrik didalamnya.
3. BAB III menjelaskan mengenai metode yang digunakan pada penelitian secara terperinci
yaitu jenis penelitian, lokasi penelitian, waktu penelitian, dan tahapan-tahapan yang
dilakukan dalam penelitian, serta perancangan sistem kerja yang dibuat pada penyusunan
tugas akhir ini.
4. BAB IV membahas mengenai hasil penelitian dan memaparkannya. Pengolahan data
dilakukan berdasarkan prosedur penelitian yang dilakukan. Pengujian alat dilakukan sebagai
bagian dari analisis data yang di dapat.
5. BAB V menyajikan kesimpulan dari hasil penelitian yang didapat sehingga dapat menjawab
rumusan masalah penelitian. Saran dan rekomendasi dari hasil penelitian yang bermaksud
untuk pengembangan penelitian selanjutnya.