Pembuatan Dye-Sensitized Nanocrystalline Tio2 Solar Cell dengan Teknologi Screen Printing
I. PENDAHULUAN 1 Latar Belakang
1.3. Tujuan dan Sasaran 1 Tujuan
1.4.1. Dye-sensitized Solar Cell
1
Dikarenakan keterbatasan ukuran squeegee pada alat screen printing, pembuatan sel dengan ukuran area aktif tersebut menjadi kurang optimal. Oleh karena itu pada pelaksanaan penelitian ini kami luas area yang kami gunakan adalah 6cm2 dengan ukuran optimum 1x6 cm2 (lihat sub bab 3.2).
54
Dye-Sensitized nanocrystalline TiO2 Solar Cell (selanjutnya disingkat
dengan sebutan DSSC) adalah sel surya yang merupakan kombinasi elektroda berstruktur nano dengan injeksi muatan suatu dye. Sel ini dibentuk dari dua buah substrat berupa transparent-conducting-oxide (TCO-glass) yang disusun secara
sandwich. Bagian atas berupa molekul-molekul dye yang terikat dipermukaan lapisan semikonduktor mesoporous nc-TiO2 dan bagian alas terlapisi platinum
sebagai elektroda katalis dan larutan elektrolit sebagai penghantar muatan [1-3]. Struktur DSSC ditunjukkan pada gambar 1. Fotoelektroda adalah bagian yang berupa lapisan nc-TiO2 yang dideposisikan pada anoda transparan dari
bahan kaca TCO. Molekul-molekul dye ditambahkan pada permukaan nc-TiO2
yang berfungsi untuk menyerap cahaya yang datang (sensitizer). Untuk membangkitkan tegangan maka diberikan larutan elektrolit berupa pasangan redoks seperti I- /I3- dan lapisan konduktor sebagai counter-electroda.
Gambar.1 Ilustrasi struktur dasar DSSC.
Karakteristik sel surya dye-sensitized dipengaruhi material pembentuknya. Jenis dye terkait dengan efektifitasnya dalam penyerap cahaya. Semakin luas spektrum absorbsi dye semakin baik kemampuannya untuk mengek sitasi elektron ke pita konduksi elektroda. Jenis elektroda berkaitan dengan besarnya band gap yang dimilikinya. Titanium dioksida (TiO2) yang memiliki band gap sekitar 3,2 eV
merupakan fotoelektroda yang sering digunakan pada sel surya ini. Counter-
elektroda berfungsi sebagai katalis untuk merpercepat kinetika reaksi proses reduksi triiodide pada TCO harus memiliki kemampuan katalitik yang tinggi. Salah satu bahan yang umumnya digunakan adalah Platina [4,5]. Sementara itu,
2
material elektrolit yang digunakan juga cukup penting karena berkaitan dengan regenerasi elektron pada elektroda.
Salah satu faktor yang umumnya masih menjadi kendala pada pembuatan sel surya DSSC adalah optimalisasi proses yang berhubungan dengan material. Ada beberapa jenis komponen material dalam DSSC yang sangat berpengaruh terhadap performa sel, yaitu material pembentuk fotoelektroda (dalam hal ini adalah TiO2 dan dye atau pewarna), counter-elektroda (Pt) serta elektrolit.
Fotoelektroda merupakan bagian yang cukup signifikan pada DSSC dikarenakan fungsinya sebagai penyerap sinar matahari secara langsung. Beberapa parameter penting yang berpengaruh terhadap kualitas fotoelektroda adalah ketebalan TiO2,
ukuran partikel dan porositas TiO2 serta respon cahaya dari zat pewarna terhadap
panjang gelombang yang dihasilkan oleh matahari. Selain itu, pemilihan jenis larutan elektrolit yang tepat pun merupakan salah satu faktor yang masih banyak dipelajari oleh para peneliti [6, 7]. Karena bentuknya yang berupa larutan, banyak permasalahan yang timbul yang berhubungan dengan penggunaan elektrolit, seperti halnya kebocoran, penguapan, kemungkinan terjadinya korosi pada
counter-elektroda, dan lain sebagainya. Kebanyakan permasalahan diatas terkait dengan isu kestabilan performa sel dalam jangka panjang [6]. Selain larutan, saat ini elektrolit gel juga sedang dikembangkan untuk meningkatkan kestabilan sel [8]. Selain pemilihan material, faktor lain yang tak kalah penting adalah optimalisasi dimensi area aktif TiO2 pada bagian fotoelektroda. Faktor ini cukup
penting utamanya pada saat mendisain modul surya DSSC yang tersusun atas beberapa sel surya DSSC dengan ukuran yang umumnya lebih besar untuk menghasilkan daya output yang relatif tinggi. Masalah yang kerap timbul pada saat up-scaling sel surya DSSC, baik masih berupa sel maupun modul, adalah menurunnya efisiensi secara drastis. Salah satu penyebab hal tersebut adalah rugi-rugi yang diakibatkan oleh area aktif dan kontak elektroda [3, 9]. Oleh sebab itu, dalam merancang disain sel surya DSSC maupun modul surya DSSC, dibutuhkan estimasi yang tepat untuk menentukan faktor dimensi. Hal ini ditujukan untuk meminimalisir rugi-rugi yang timbul akibat pengaruh tahanan parasitic baik itu yang dipengaruhi oleh area aktif maupun non-aktif .
Karakteristik DSSC sangat dipengaruhi oleh material dari komponen aktifnya yang antara lain terdiri atas:
56
Titanium Dioxide (TiO2) merupakan salah satu material semikonduktor yang
dengan band gap lebar (~3,2 eV) yang sering digunakan. TiO2 memiliki sifat optik
yang baik, bersifat inert, tidak berbahaya, dan murah [1,10]. Dalam aplikasinya pada DSSC, TiO2 harus memiliki permukaan yang luas agar dye yang teradsorpsi
lebih banyak dan dapat meningkatkan arus photon, sehingga material TiO2 yang
digunakan harus bersifat porous dan berstruktur nano (nanocrytalline - nc-TiO2).
Semikonduktor lain dapat yang digunakan yaitu ZnO, akan tetapi performanya lebih rendah dibandingkan TiO2 [4].
2. Dye (zat pewarna)
Dye memiliki fungsi mengabsorbsi cahaya yang datang. Dye yang umumnya digunakan yaitu jenis ruthenium complex. Walaupun DSSC menggunakan ruthenium complex telah mencapai efisiensi yang cukup tinggi, namun dye jenis ini cukup sulit untuk disintesa dan ruthenium complex komersil berharga mahal. Alternatif lain yaitu penggunaan dye bahan natural yang mengandung zat pigmen antocyanin seperti blueberry, rosela, rasberry dll [11]. Gambar 2 menunjukkan struktur kimia dari dye berbasis Ru B2(N719) yang digunakan pada penelitian ini .
Gambar 2. Struktur kimia B2(N719) dengan rumus kimia C58H86N8O8RuS2 [12].
3. Elektrolit
Ada beberapa tipe elektrolit yang yang digunakan pada DSSC terdiri dari iodine (I-) dan triiodide (I3-) sebagai pasangan redoks dalam pelarut. Salah satu
kekurangan dari DSSC adalah stabilitasnya yang rendah, terutama akibat degradasi dan kebocoran pada elektrolit cair. sekarang ini elektrolit berupa gel sedang dikembangkan untuk mengurangi degradasi dan kebocoran elektrolit yang dapat meningkatkan stabilitas sel.
4. Counter Elektroda
Counter elektroda berfungsi sebagai katalis untuk merpercepat kinetika reaksi proses reduksi triiodide pada TCO. Material yang umum digunakan pada aplikasi ini dan dapat menghasilkan effisiensi yang cukup tinggi adalah Platina. Platina dideposisikan pada TCO dengan berbagai metoda yaitu elektrokimia, sputtering, spin coating, atau pyrolysis.