BAB II TINJAUAN PUSTAKA
B. Dye Sensitized Solar Cell (DSSC)
Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) adalah sel surya berbasis pewarna (Lilis dkk, 2015). Sel surya yang sedang dikembangkan pada saat ini menggunakan bahan yang berasal dari alam (E.G. Rodriguez, 2006). Bahan dasar DSSC dapat berupa material yang diperoleh dan diolah dari alam, dan DSSC ini merupakan salah satu kandidiat potensial sel surya generasi baru, proses serta biayanya relatif lebih rendah (Chiba dkk, 2006). Sebenarnya penelitian tentang sel berbasis pewarna atau fotoelektrokimia berbasis TiO2 untuk konversi energi matahari ini telah lama dikenal, antara lain oleh Deb, dkk (Unpublished Report on Project SECSC (Solar Energy Convertion and Storage cell) Optel Corporation, Princeton, NJ, 1975–76) pertengahan tahun 1970, namun sel surya ini mulai dikenal luas sejak teknologi terobosan yang diperkenalkan Prof.Graetzel (Nature, 2001). Salah satu faktor yang sangat menjanjikan dari DSSC ini adalah biaya pembuatannya yang relatif murah, mengingat selama ini harga adalah faktor penghalang terbesar untuk komersialisasi sel surya konvensional berbasis silikon Rohmat dan Ari, 2012).
Aplikasi DSSC saat ini merupakan pengalihan teknologi dari sel surya konvensional yang berbahan silikon ke sel surya berbahan kaca dengan menggunakan material semikonduktor sebagai elektrodanya. Dari kedua jenis sel surya ini masing-masing memiliki fungsi pada aplikasi yang berbeda, bergantung pada masing-masing kebutuhan. Untuk DSSC aplikasinya sebagian besar pada alat-alat elektronik yang memerlukan tegangan kecil.
Material semikonduktor sebagai penghasil listrik di antaranya adalah ZnO dan juga TiO2, ZnO dan TiO2 yang berukuran nano dapat diaplikasikan ke
berbagai fungsi, salah satunya fotovoltaik. ZnO dan TiO2 bekerja pada sinar tampak karena memiliki band gap yang lebar, yaitu pada saat cahaya tampak mengenai material semikonduktor maka akan terjadi pelepasan elektron (Yonekawa, 2012). Meskipun demikian, TiO2 tetap menjadi pilihan terbaik karena efisiensi yang dihasilkan masih lebih baik jika dibandingkan ZnO, CdSe, CdS, WO3, Fe2SO3, SnO2 dan Nb2O5 yang juga sering digunakan sebagai semikonduktor pada penelitian DSSC (Ruri Agung, 2013).
DSSC tersusun atas sepasang elektroda, yakni elektroda kerja dan elektroda lawan (counter elektrode) (Lilis dkk, 2015). Elektroda terbuat dari substrat kaca konduktif, yang telah dilapisi Transparent Conductive Oxide (TCO). Elektroda kerja tersusun atas lapisan oksida partikel nano yang dilapisi oleh molekul zat pewarna (dye) sensitasi. Molekul dye berfungsi sebagai penangkap foton cahaya dan nano semikonduktor berfungsi sebagai menyerap dan meneruskan foton menjadi elektron (Chairul dan Erna, 2013).
Pada elektroda counter yang berada pada lapisan sisi belakang DSSC merupakan lapisan katalis yang umumnya berupa lapisan karbon atau platina, yang berfungsi untuk mempercepat kinerja reaksi proses reduksi triodide pada TCO (Lilis dkk, 2015). Selain itu DSSC juga menggunakan media elektrolit sebagai medium transport muatan.
Piranti DSSC terbentuk dari film TiO2 yang telah disintesis dijadikan elektroda kerja yang digunakan sebagai anoda dan elektroda lawan sebagai katoda, digabung dengan cara menjepit bagian tepi dari masing-masing film.
Pada pengukuran efisiensi DSSC, elektroda kerja dan elektroda lawan disusun seperti sandwich. Pada ruang antara elektroda kerja dan elektroda lawan, dan diantara keduanya disisipkan elektrolit.
Elektron dalam sistem sel surya dihasilkan dari elektron zat warna yang teriksitasi karena mendapat cahaya pada daerah tampak, kemudian akan diijeksi ke dalam pita konduksi semikonduktor TiO2. Terjadinya injeksi elektron zat warna ke dalam pita konduksi TiO2 dipermudah dengan adanya interaksi atau ikatan antara zat warna dengan TiO2. Jika tidak terjadi interaksi/ikatan antara zat warna dan TiO2, elektron lebih sulit mengalami
injeksi sehingga tidak terjadi aliran elektron yang kemudian menghasilkan sistem sel surya yang mati. Sistem sel surya juga bisa mati karena terjadinya short pada sistem akibat kontak langsung elektroda kerja dan elektroda lawan. Hal ini bisa terjadi jika larutan elektrolit tidak terdistribusi secara merata pada seluruh permukaan elektroda kerja-elektroda lawan. Pembatas antara elektroda kerja dengan elektroda lawan yaitu parafilm. Menurut Yang-Shian (2007) mengatakan bahwa “Oleh karena itu penggunaan spacer (jeda) dari bahan polimer berfungsi untuk menahan elektrolit supaya tidak kemana-mana (terbuang)”.
Pada piranti DSSC terdapat nilai parameter-parameter fisik. Nilai parameter-parameter ini diantaranya adalah nilai rapat arus (Jsc), nilai tegangan hubung buka (Voc) dan nilai Fill Factor (FF). Keterangan lanjut dari setiap parameter-parameter fisik dari DSSC yaitu sebagai berikut (Feni Petria, 2017):
1. Rapat Arus pada DSSC (Jsc)
Nilai rapat arus adalah nilai jumlah arus yang dihasilkan tiap satu satuan luas daerah sel yang terkena sinar. Untuk menentukan nilai rapat arus dapat menggunakan persamaan sebagai berikut:
Jsc = I / A ... (2.1) Dengan keterangan : Jsc = Rapat arus (A/cm2)
I = Arus (mA)
A = Luas area lampu halogen (cm2) 2. Tegangan Hubung Buka (Voc)
Tegangan hubung buka adalaha tegangan yang diukur ketika rangkaian sel surya DSSC dalam keadaan terbuka. Maka ketika hal tersebut terjadi tidak terdapat arus yang mengalir pada rangkaian luar dan nilai arusnya adalah nol (0). Hal ini merupakan tegangan terbesar yang dapat dibangkitkan oleh suatu sel surya. Persamaan yang digunakan untuk menentukan nilai Voc yaitu sebagai berikut:
Voc = ln ( + 1) ... (2.2)
J0 adalah rapat arus saturasi (Acm2)
JL adalah rapat arus yang dihasilkan oleh cahaya (Acm2)
Persamaan 2.1 diatas menerangkan bahwa nilai Voc bergantung pada logaritma terhadap nilai rasio JL/J0. Hal ini menerangkan bahwa pada keadaan ini suhu pada sel surya DSSC bernilai konstan. Voc bernilai logaritma terhadap nilai JL dan karena memiliki hubungan linier makan Voc juga bernilai logaritma juga terhadap intensitasnya.
3. Fill Factor (FF)
Salah satu parameter yang menjadi tolak ukur nilai kerja piranti DSSC adalah faktot pengisian (Fill Factor). Fill factor pada piranti adalah nilai kuantitatif dari kualitas suatu DSSC. Nilai ini merupakan ukuran luar persegi dari kurva I-V (Gambar 2.1). Untuk menetukan nilai dari fill factor dapat menggunakan persamaan sebagai berikut (Muhammad Arifin dkk.
2017):
FF = Vmaks Imaks / Voc Jsc ... (2.3) Vmaks = tegangan pada titik daya maksimum (V)
Imaks = arus pada titik daya maksimum (A) Voc = efisiensi maksimum (%)
Jsc = nilai rapat arus (A/cm2)