BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.4 Karakteristik Arus–Tegangan Sel Surya dengan Rangkaian
Untuk mengetahui kinerja sel surya dilakukan pengukuran karakteristik arus-tegangan (I-V) pada kondisi tersinari dengan menggunakan sumber cahaya lampu Halogen 24 watt dengan intensitas 262,2 W/m2, dan dengan mengatur hambatan yang digunakan. Adapun rangkaian yang digunakan seperti pada Gambar 4.7.
Gambar 4.7 Rangkaian Pengujian sel DSSC
Dengan memvariasi nilai hambatan maka akan diperoleh nilai arus dan tegangan yang dihasilkan dari sel surya tersebut. Pada penelitian ini dilakukan variasi perendaman, sehingga dapat diketahui bagaimana pengaruh perendaman terhadap efisiensi sel surya yang dibuat. Dari pengujian rangkaian didapatkan hasil arus. tegangan. dan nilai efisiensi (Tabel 4.4).
Tabel 4.4 Efisiensi Sel Surya dengan Variasi Perendaman dengan Rangkaian Waktu
perendaman Voc (v)
Isc
(μA) EF (%) EF
1 jam 0,29 2,7 0,00086 (8,6±4,3)x10-4
12 jam 0,39 5,9 0,0036 (3,6±1,8)x10-3
24 jam 0,4 6,5 0,0037 (3,7±1,8)x10-3
36 jam 0,4 14 0,0077 (7,7±0,38)x10-2
Hasil karakterisasi arus-tegangan sel surya ditunjukkan pada Gambar 4.8, masing-masing untuk sel yang direndam dye antosianin selama 1 jam, 12 jam, 24 jam dan 36 jam. Kedua kurva arus-tegangan yang diperoleh menunjukkan pola
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
47
yang belum sempurna, dimana kurva I-V untuk perendaman 12 jam dengan 24 jam hampir sama, meskipun nilai Voc pada waktu perendaman 24 jam lebih tinggi dibandingkan dengan perendaman 12 jam. Hasil kurva I-V ini masih lebih baik daripada yang diperoleh oleh Latifah, (2007). Hal ini ini dikarenakan pada sel surya Latifah. (2007) sumber cahaya yang digunakan berupa cahaya matahari.
Cahaya matahari intensitasnya tidak tetap, setiap jam berbeda-beda tergantung cuaca pada hari tersebut. Sedangkan pada penelitian ini menggunakan sumber cahaya dari sinar lampu halogen. Lampu ini biasanya digunakan sebagai sumber cahaya tampak, lampu ini menghasilkan cahaya tampak dalam daerah panjang gelombang 350-2500 nm. Tampak juga bahwa kurva untuk sampel yang direndam selama 36 jam lebih tinggi daripada yang direndam dye selama 1 jam, 12 jam, dan 24 jam, hal ini mengindikasikan bahwa kinerja sel dengan perendaman dye lebih lama memiliki performa lebih baik.
Gambar 4.8 Kurva I-V sel Surya dengan Variasi Waktu Perendaman 4.5. Karakteristik Arus–Tegangan Sel Surya dengan I-V meter Keithley
Sistem sel surya dalam pengujian ini bertindak seperti dioda, yang memiliki sifat menyearahkan (rectifying) arus bolak-balik. Sistem sel surya dikatakan mati, apabila arus yang dihasilkan sistem saat tegangan 0 (Isc) bernilai nol, ini menandakan bahwa dalam sistem tersebut tidak terjadi aliran elektron yang bisa menghasilkan arus listrik. Hal ini akibat sambungan semikonduktor tipe-p dan
commit to user
tipe-n, apabila semikonduktor tipe-p disentuhkan dengan semikonduktor tipe-n maka akan terjadi difusi hole dari tipe-p menuju tipe-n dan difusi elektron dari tipe-n menuju tipe-p. Difusi tersebut akan meninggalkan daerah yang lebih positif pada batas tipe-n dan daerah lebih negatif pada batas tipe-p. Batas tempat terjadinya perbedaan muatan pada sambungan p-n disebut daerah deplesi.
Elektron lebih yang memasuki bahan tipe-p menyebabkan sisi daerah deplesi bermuatan negatif, yang cenderung menarik elektron lainnya dari daerah n. Dalam keadaan setimbang, tumpukan elektron yang cukup banyak akan menghentikan sama sekali aliran elektron. Adanya beda muatan pada daerah deplesi mengakibatkan munculnya medan listrik yang mampu menghentikan laju difusi selanjutnya. Medan listrik tersebut mengakibatkan munculnya arus drift. namun arus ini terimbangi oleh arus difusi, sehingga secara keseluruhan tidak ada arus listrik yang mengalir pada semikonduktor sambungan p-n tersebut. Elektron adalah partikel bermuatan yang mampu dipengaruhi oleh medan listrik. Kehadiran medan listrik pada elektron mengakibatkan elektron bergerak.
Ketika semikonduktor sambungan p-n disinari maka akan terjadi pelepasan elektron dan hole pada semikonduktor tersebut. Lepasnya pembawa muatan tersebut mengakibatkan penambahan kuat medan listrik di daerah deplesi. Pada keadaan ini arus drift lebih besar daripada arus difusi, sehingga secara keseluruhan dihasilkan arus berupa arus drift, yaitu arus yang dihasilkan karena munculnya medan listrik. Arus inilah yang kemudian dimanfaatkan oleh sel surya sambungan p-n sebagai arus listrik.
Kinerja sel surya sangat dipengaruhi oleh konstruksi sistem sel surya itu sendiri, seperti elektroda kerja (working electrode, elektroda lawan (counter electrode) dan larutan elektrolit yang digunakan. Selain itu kinerja alat ukur juga bisa mempengaruhi pengukuran kinerja sel surya. Gambar 4.9 merupakan gambar pengujian dengan menggunakan alat I-Vmeter Keithley.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
49
Gambar 4. 9 Pengujian dengan Alat I-Vmeter Keithley
Pada pengukuran I-V sel surya, elektroda kerja dan elektroda lawan disusun seperti sandwich. Pada ruang antara elektroda kerja (working electrode) dan elektroda lawan (counter electrode), dan diantara keduanya disisipkan elektrolit.
Arus yang terbaca hasil variasi tegangan dibuat kurva I vs V untuk mengetahui kinerja sel surya. Kurva I-V setiap sel DSSC dengan variasi waktu perendaman ditunjukkan pada Gambar 4.10. Dari gambar tersebut terlihat pada perendaman 36 jam menghasilkan Voc tertinggi. Hal ini menunjukkan bahwa semakin lama waktu perendaman maka semakin banyak dye yang terabsorb sehingga mempengaruhi kinerja sel surya yang baik.
Elektron dalam sistem sel surya dihasilkan dari elektron zat warna yang tereksitasi karena mendapat cahaya pada daerah cahaya tampak, kemudian akan diinjeksi 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 (working electrode) dan elektroda lawan (counter electrode). Hal ini bisa terjadi jika larutan elektrolit tidak terdistribusi secara merata pada seluruh permukaan kontak elektroda kerja - elektroda lawan. Oleh karena itu penggunaan spacer (jeda) dari bahan polimer berfungsi untuk menahan elektrolit supaya tidak kemana-mana (terbuang) (Yang-Shian, et.al., 2007).
commit to user (a)
(b)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
51
(c)
(d)
Gambar 4. 10 (a) Kurva I-V dengan waktu perendaman 1 jam (b) Kurva I-V dengan waktu perendaman 12 jam (c) Kurva I-V dengan waktu perendaman 24 jam (d) Kurva I-V dengan waktu perendaman 36 jam
Dari Gambar 4.10 terbukti bahwa semakin lama perendaman, semakin banyak dye yang menempel pada substrat yang dibuat sehingga kemampuan untuk
commit to user
menyerap cahaya pun semakin tinggi. Sel surya ini bersifat fotovoltaik. Semakin lama waktu perendaman pada dye maka efisiensi sel surya semakin tinggi, seperti yang terlihat pada Tabel 4.5. Hal ini membuktikan bahwa perendaman 36 jam menghasilkan efisiensi paling tinggi.
Tabel 4.5 Efisiensi Sel Surya dengan Variasi Perendaman dengan I-Vmeter Keithley
Waktu
Rendaman Voc (V) Isc (A) EF (%) EF
1 jam 0,308 4,39 8,46 10-4 (8,46 ± 3,3)10-4
12 jam 0,056 29 10,06 10-4 (10,06 ± 4,9)10-4
24 jam 0,207 11,9 15,42 10-4 (15,42 ±7,1)10-4 36 jam 0,404 47,1 117,94 10-4 (117,94 ± 57)10-4
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id dye alami berbasis antosianin ekstrak mawar merah (Rosa damascena Mill) dan elektrolit kopel redoks I-/I3- dan mengandung polimer PEG (Polyethylene Glycol). Dengan adanya arus dan tegangan yang dihasilkan, sel ini terbukti dapat mengkonversi energi surya menjadi energi listrik.
2. Dye antosianin dari ekstrak bunga mawar merah (Rosa damascena Mill) yang mmempunyai daerah serapan optik (430-576 ) nm dan mencapai maksimum pada panjang gelombang 531 nm dengan nilai absorbansi sebesar 3,378. Selain itu panjang gelombang serapan maksimum (λmax) lapisan TiO2 yang telah direndam pada dye selama 1 jam adalah 448 nm dengan nilai absorbansi sebesar 2,50, untuk 12 jam perendaman, panjang gelombang serapan maksimum 480 nm dengan nilai absorbansi 2,87, untuk 24 jam perendaman panjang gelombang serapan maksimum sebesar 481 nm, dengan nilai absorbansi sebesar 3,21, sedangkan untuk 36 jam perendaman mempunyai panjang gelombang maksimum sebesar 485,5 dengan nilai absorbansi sebesar 3,52. Sehingga semakin lama perendaman, nilai absorbansi lapisan TiO2 yang tersensitasi dye juga semakin besar, sehingga semakin tinggi penyerapan cahayanya.
3. Hasil karakterisasi I-V dengan rangkaian menunjukkan bahwa prototipe sel surya memiliki efisiensi (8,6±4.3)10-2 % untuk sampel rendam 1 jam, (3,6±1,8)10-1 % untuk sampel rendam 12 jam, (3,7±1,8)10-1 % untuk sampel rendam 24 jam, dan (7,7±0,38) % untuk sampel dengan perendaman 36 jam. Sedangkan dengan menggunakan I-V meter Keithley sel DSSC ini memiliki efisiensi sebesar
commit to user
(8,46±3,3)10-2 % untuk perendaman 1 jam, (10,06±4,9)10-2 % untuk perendaman 12 jam, (15,42±7,1)10-2 % untuk perendaman 24 jam, dan (117,94±57)10-2 % untuk perendaman 36 jam.
5.2. Saran
Untuk penelitian selanjutnya, disarankan beberapa hal, diantaranya : 1. Dalam pembuatan bubuk TiO2 diharapkan untuk memperhitungkan
keasaman larutan, karena keasaman dari larutan mempengaruhi fasa kristal TiO2 yang terbentuk. Larutan yang lebih asam akan memiliki kecenderungan yang lebih tinggi untuk membentuk fasa rutile.
2. Selain itu ketebalan masing-masing lapisan perlu diperhatikan, dengan cara mencari teknik deposisi yang lebih baik, sehingga lapisan yang dihasilkan homogen.