Pembuatan Dye-Sensitized Nanocrystalline Tio2 Solar Cell dengan Teknologi Screen Printing
TiO 2 Dyes Elektrolit
3.5. Pembuatan Modul Surya DSSC
Dalam penelitian ini kami mencoba merangkai sel DSSC secara eksternal sebagaimana modul sel surya konvensional berbahan silikon. Hal ini dikarenakan proses pembuatan modul yang terkoneksi secara internal membutuhkan tahapan proses fabrikasi yang berbeda dibanding pembuatan sel secara individual. Modul sel surya pada penelitian ini merupakan rangkaian seri dari sel-sel yang telah difabrikasi secara individual seperti ditunjukkan dalam gambar 24. Pasta perak digunakan sebagai penghubung seri antar sel.
Gambar 24. Skema rangkaian seri modul DSSC.
Tujuan dari perangkaian modul adalah untuk meningkatkan daya yang dihasilkan oleh sel surya sehingga dapat diaplikasikan untuk menghidupkan berbagai perangkat elektronik. Sebagai bagian dari panel demo, kami
74
menggunakan lampu light emitting diode (LED) dan motor listrik sebagai indikator. Hasil akhir modul yang terdiri atas sel dengan area aktif berukuran masing-masing 1x6 cm2 (luas total area aktif 144 cm2) dapat dilihat pada gambar 25.
Gambar 25. Hasil akhir modul surya dengan luas total area aktif 144cm2 sebagai panel demonstrasi.
Untuk pengukuran karakteristik arus-tegangan dari modul DSSC yang kami hasilkan, kami melakukan pengukuran menggunakan sumber cahaya bervarias, yaitu berupa lampu sorot (~6 mW/cm2), sun simulator AM1.5 (40 mW/cm2), serta dibawah matahari langsung (80-85 mW/cm2). Gambar 26 menunjukkan karakteristik arus-tegangan yang dihasilkan oleh modul surya DSSC dengan intensitas cahaya input yang bervariasi. Parameter output selengkapnya dari pengukuran tersebut dapat dilihat pada tabel 4. Untuk variasi metoda interkoneksi antar sub-modul (yang telah terhubung seri), tampak bahwa penghubungan modul secara paralel rata-rata menghasilkan output yang lebih baik dibandingkan interkoneksi secara seri.
Dari data hasil pengukuran pada tabel 4 dan gambar 26 dapat disimpulkan bahwa performa terbaik sel diperoleh melalui penyinaran menggunakan cahaya lampu sorot di dalam ruangan dengan intensitas cahaya sebesar 6 mW/cm2. Hal ini diindikasikan oleh nilai efisiensi yang cukup tinggi. Sedangkan untuk pengukuran dibawah sinar matahari maupun sun simulator, modul surya DSSC ini belum dapat berfungsi secara efisien. Akan tetapi, dapat dilihat bahwa pengukuran dibawah cahaya dengan intensitas lebih tinggi (sinar matahari atau
sun simulator) selalu menghasilkan output berupa arus, tegangan, dan daya yang lebih besar.
Gambar 26. Karakteristik modul surya DSSC dengan luas area aktif 144 cm2 menggunakan sumber cahaya yang berbeda.
Tabel 4. Hasil pengukuran karakteristik I-V terhadap modul DSSC dengan luas area aktif 144 cm2 dengan sumber cahaya bervariasi (R=1-12kΩ).
Hubungan antar sub modul: Paralel
Hubungan antar sub modul: Seri
Lampu
Sun
Simulator Matahari Lampu
Sun Simulator Matahari Voc (V) 5.53 6.12 6.55 12.1 13.18 13.9 Isc (A) 0.0138 0.023 0.0439 0.0073 0.0115 0.0184 Iin (mW/cm2) 6 40 80 6 40 80 Pmax (mW) 28.95 52.08 74.88 27.17 36.36 54.02 FF 0.38 0.37 0.26 0.31 0.24 0.21 (%) 4.02 0.9 0.65 3.77 0.63 0.46
Hasil analisa kami mengindikasikan bahwa penyerapan sel surya DSSC yang kami buat belum dapat menyerap photon yang dihasilkan pada spektrum cahaya matahari secara optimal, yaitu dengan range panjang gelombang antara
76
300 nm hingga 1000 nm. Untuk mengetahui respon cahaya sel surya kami, dibutuhkan analisa lebih lanjut menggunakan alat IPCE (Incident Photon to Current Efficiency), hanya saja disayangkan kami belum dapat menemukan institusi di dalam negeri yang dapat menyediakan jasa pengukuran tersebut. Untuk menigkatkan performa penyerapan cahaya pada sel surya DSSC kami maka dibutuhkan penelitian lebih lanjut untuk memfokuskan pada sifat pigmentasi
dye agar mampu berfungsi optimal pada spektrum vahaya matahari. Namun dari hasil penelitian ini juga dapat disimpulkan bahwa, berbeda dengan sel surya silikon, sel surya DSSC kami mampu bekerja dengan baik pada cahaya dengan intensitas rendah didalam ruangan.
Selain modul yang tersusun atas sel surya dengan area aktif 1x6 cm2, kami juga merangkai beberapa modul lain dengan ukuran area aktif bervariasi (gambar 27). Karakteristik selengkapnya dari modul-modul DSSC pada gambar tersebut dapat dilihat pada bagian lampiran.
Gambar 27. Sel dan modul surya DSSC dengan ukuran aktif bervariasi
IV. KESIMPULAN DAN SARAN 4.1. Kesimpulan
Proses penelitian Pembuatan Dye-Sensitized Nanocrystalline TiO2 Solar
Cell dengan Teknologi Screen Printing telah dilakukan di PPET LIPI. Berdasarkan hasil karakterisasi proses diketahui bahwa karakteristik DSSC sangat dipengaruhi oleh karakteristik komponen pendukungnya seperti foto elektroda (nc-TiO2), dye,
counter elektroda dan larutan elektrolit. Berikut ini adalah beberapa hal yang dapat kami sipulkan berdasarkan hasil penelitian kami:
1. Penggunaan elektrolit berbasis kalium iodida yang kami buat secara manual belum mampu bersaing dengan elektrolit cair dari Dyesol, baik dari segi performa sel maupun lifetime.
2. Faktor dimensi dapat berpengaruh terhadap performa secara tidak proporsional. Untuk sel surya DSSC dengan luas area aktif 6 cm2, ukuran dimensi optimal yang menunjukkan performa terbaik adalah 1x6 cm2.
3. Penggunaan substrat kaca non-TCO mampu meminimalkan biaya produksi meskipun efisiensi yang dihasilkan masih belum sebagus sel dengan substrat TCO (FTO). Akan tetapi dengan surface treatment berupa etching yang tepat maka efisiensi yang dihasilkan dapat lebih ditingkatkan.
4. Penggunaan dye jenis Z907 terbukti mampu menghasilkan sel surya DSSC yang lebih baik dibandingkan dengan dye jenis N719, meskipun keduanya memiliki basis yang sama yaitu ruthenium.
5. Sel surya dengan TiO2 transparan cenderung menghasilkan performa yang
lebih baik dibandingkan TiO2 opaque, hanya saja masih diperlukan
karakterisasi dan optimasi proses lebih lanjut terhadap material tersebut dikarenakan sifat dan viskositas yang berbeda dibandingkan TiO2opaque yang
selama ini kami gunakan.
6. Sampel dengan elektrolit gel (EL-SGE) ternyata cenderung mampu menghasilkan sel yang lebih baik dibanding elektrolit cair, akan tetapi masih dibutuhkan penelitian lebih lanjut untuk menentukan metoda pengisian dan
sealing yang kompatibel.
7. Dari hasil karakterisasi modul surya DSS, kami menyimpulkan bahwa penyerapan sel surya DSSC yang kami buat belum dapat menyerap photon yang dihasilkan pada spektrum cahaya matahari secara optimal, yaitu dengan range panjang gelombang antara 300 nm hingga 1000 nm. Hal ini diindikasikan oleh efisiensi modul terbaik yang diperoleh melalui cahaya lampu monokrom dengan intensitas ~6 mW/cm2 yaitu sekitar 4,04%. Kesimpulan lain yaitu pengukuran dibawah cahaya dengan intensitas lebih tinggi (sinar matahari atau sun simulator) selalu menghasilkan output berupa arus, tegangan, dan daya yang lebih besar.
78
4.2 Saran
Setelah menganalisa faktor-faktor yang dapat mempengaruhi karakteristik I-V dye solar cell, maka diperlukan penelitian lebih lanjut untuk memperbaiki dan meningkatkan kemampuan proses pembuatan dye-sensitized nanocrystalline TiO2
solar cell dengan teknologi screen printing sehingga dapat dihasilkan performa sel surya DSSC yang cukup baik dan memiliki efisiensi yang tinggi.
Didasari dari kebutuhan akan pengadaan energi alternatif, maka penelitian dan pengembangan sel surya DSSC di PPET-LIPI masih harus terus dilakukan dan ditingkatkan.
REFERENSI
[1] M. Gratzel, “Dye-Sensitized Solar Cells”, Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Review 4, 145-153, 2003.
[2] J. Halme, “Dye sensitized Nanostructured and Organic Photovoltaic Cells : technical review and preeliminary test”, Master Thesis of Helsinki University of Technology, 2002.
[3] R. Sastrawan, “Photovoltaic modules of dye solar cells”, Disertasi University of Freiburg, 2006.
[4] C. Longo, M.A. De Paoli, “Dye-Sensitized Solar Cells: A Successsful Combination of Materials”., J. Braz, Chem, Soc., vol.14, no.6, 889-901, 2003. [5] A. Hauch, A. Georg, “Diffusion in the electrolyte and charge-transfer reaction at
the platinum electrode in dyesensitized solar cells,” Electrochemica Acta, vol. 46, no. 22, hal. 3457–3466, 2001.
[6] A. Hinsch, J. M. Kroon, R. Kern, I. Uhlendorf, J. Holzbock, A. Meyer, J. Ferber, “Longterm stability of dye-sensitised solar cells”, Progress in Photovoltaics, vol. 9, hal. 425-438, 2001.
[7] J. Wu, Z. Lan, S. Hao, P. Li, J. Lin, M. Huang, L. Fang, and Y. Huang, “Progress on electrolytes for dye-sensitized solar cells”, Pure Applied Chemistry, vol. 80, no. 11, hal. 2241-2258, 2008.
[8] A. F. Nogueira, C. Longo, M.A. De Paoli, “Polymers in dye sensitized solar cells: overview and perspectives”, Coord. Chem. Rev, vol. 248, hal. 1455, 2004.
[9] M. Burgelman, A. Niemegeers, “Calculation of CIS and CdTe Module Efficiencies”, Solar Energy Materials and Solar Cells, vol. 5, no. 2, hal. 129- 143, 1998.
[10] M. G. Kang, K. S. Ryu, S. H. Chang, N. G. Park, J. S. Hong, K. J. Kim, “Dependence of TiO2 Film Thickness on Photocurrent-Voltage
Characteristicsof Dye-Sensitized Solar Cells”, Bull. Korean Chem. Soc, Vol. 25 No.5, 2004.
[11] K. Wongcharee, V. Meeyoo, S. Chavadej, “Dye-sensitized solar cell using natural dyes extracted from rosella and blue pea flowers”, Solar Eergy Materials and Solar Cells, vol. 91, hal. 566-571, 2007.
[12] Dyesol Product Catalog February 2011, diunduh dari www.dyesol.com [13] http://wwwold.ece.utep.edu/research/webedl/cdte/Fabrication/index.htm
(diakses pada tanggal 21 Desember 2011)
[14] L. Muliani, Pembuatan Dye-Sensitized Nanocrystalline TiO2 Solar Cell dengan
Teknologi Screen Printing, Laporan Tahap I Monitoring dan Evaluasi Program Tematik Kedeputian IPT-LIPI Tahun Anggaran 2010, 2010.
[15] L. Muliani, Pembuatan Dye-Sensitized Nanocrystalline TiO2 Solar Cell dengan
Teknologi Screen Printing, Laporan Akhir Program Tematik 2010 PPET LIPI, 2010.
80