SINTESIS NANOPARTIKEL TiO2 DENGAN METODE SONOKIMIA UNTUK APLIKASI SEL SURYA TERSENSITASI DYE (DYE SENSITIZED
SOLAR CELL – DSSC) MENGGUNAKAN EKSTRAK KULIT BUAH MANGGIS DAN PLUM SEBAGAI PHOTOSENSITIZER
GERALD ENSANG TIMUDA
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR 2009
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Sintesis Nanopartikel TiO2
dengan Metode Sonokimia untuk Aplikasi Sel Surya Tersensitasi Dye (Dye
Sensitized Solar Cell – DSSC) Menggunakan Ekstrak Kulit Buah Manggis dan
Plum sebagai Photosensitizer adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Bogor, Agustus 2009
Gerald Ensang Timuda
Method and Its Application as Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) using Extraction of Mangosteen and Plum Skin as Photosenzitiser. Under Direction of AKHIRUDDIN MADDU and IRMANSYAH
Nanocrystalline TiO2 particle is a crucial material in Dye Sensitized Solar
Cell. To synthesize it, the sonochemical method was used, and resulted in 5 different powders that was characterized using XRD and SEM to confirm the crystalline phase and morphology, respectively. From the XRD pattern it was confirmed that the presence of anatase and rutile phase is influenced by the different condition of ultrasonic treatment. The longer time and higher power used in ultrasonic treatment cause the percentage of rutile phase decreased. From the SEM picture, it was confirmed that the powder has porous morphology required in application as solar cell. All the 5 powders was then used to built Dye Sensitized Solar Cell using extract of mangosteen and plum skin as the photosensitizer. The resulting cells was then characterized their electrical properties by obtaining their I-V curves.
Keywords: TiO2 Nanoparticle, Sonochemical Methods, DSSC, Natural Dye,
Sonokimia untuk Aplikasi Sel Surya Tersensitasi Dye (Dye Sensitized Solar Cell – DSSC) Menggunakan Ekstrak Kulit Buah Manggis dan Plum sebagai
Photosensitizer. Dibimbing oleh AKHIRUDDIN MADDU dan IRMANSYAH
Telah dibuat sel surya tersensitasi dye alami dengan respon arus – tegangan yang cukup baik. Bahan semikonduktor yang dipakai pada penelitian ini adalah TiO2. Bahan TiO2 dibuat dengan menggunakan metode sonokimia dari
prekursor TiCl4, asetil aseton dan air sebagai prekursornya.
Perlakuan ultrasonik pada larutan prekursor memberikan pengaruh terhadap sifat kristal TiO2 yang terbentuk, sebagaimana teramati pada
karakterisasi difraksi sinar-X (XRD). Waktu perlakuan ultrasonik yang lebih lama mengakibatkan ukuran kristal TiO2 menjadi semakin kecil. Hal ini berlaku ketika
gelombang ultrasonik yang diberikan berdaya kecil (21 W). Ketika digunakan daya yang lebih besar (130 W), perilaku serupa muncul. Semakin lama waktu perlakuan mengakibatkan semakin kecil ukuran kristal yang terbentuk.Tetapi untuk daya yang lebih besar ini terdapat waktu optimum untuk memperkecil ukuran kristal. Ketika diberi perlakuan ultrasonik dengan waktu yang lebih besar daripada waktu optimum ini, ukuran kristal menjadi diperbesar.
Waktu perlakuan juga memberikan pengaruh kepada fase kristal yang terbentuk. Ketika prekursor dipapar dengan gelombang ultrasonik daya rendah, semakin lama waktu pemaparan mengakibatkan persentase fase rutile semakin berkurang dan persentase fase anatase semakin meningkat. Ketika prekursor dipapar dengan gelombang ultrasonik dengan daya tinggi, tidak teramati fase rutile, kristal yang terbentuk 100% berfase anatase. Pengamatan morfologi struktur kristal dilakukan dengan menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM). Hasil pengamatan tersebut memperlihatkan hanya beberapa bubuk yang memiliki morfologi mesoporus nanopartikel. Hal ini berarti terdapat waktu dan daya yang efektif yang mengakibatkan TiO2 yang terbentuk memiliki morfologi
mesoporous nanopartikel seperti yang diharapkan.
Dye yang digunakan berasal dari ekstrak kulit buah manggis dan plum. Ekstrak ini memiliki respon absorbansi pada rentang yang cukup lebar pada spektrum cahaya tampak. Puncak dari kurva absorbansi menunjukkan kandungan yang dimiliki ekstrak kulit buah plum adalah antosianin, sedangkan ekstrak kulit buah manggis adalah antosianin dan karoten. Hal ini mengindikasikan kedua ekstrak tersebut bisa digunakan sebagai sensitizer pada sistem sel surya tersensitasi dye karena kandungan yang dimiliki tersebut.
Respon arus-tegangan yang dihasilkan oleh sel-sel yang dibuat dengan menggunakan bubuk dan ekstrak tersebut di atas, cukup baik. Tegangan open
circuit maupun arus short-circuit langsung terdeteksi ketika sel diiluminasi oleh
cahaya lampu putih. Nilai rapat arus short-circuit tertinggi sebesar 0,87 mA/cm2 yang dihasilkan sel surya yang dibuat dari bahan TiO2 hasil sintesis menggunakan
gelombang ultrasonik berdaya rendah selama 8 jam dan ekstrak kulit buah plum sebagai sensitizer-nya. Tegangan open-circuit terbesar adalah 0,462 V yang dimiliki sel surya yang dibuat dari bahan TiO2 hasil sintesis menggunakan
menggunakan gelombang ultrasonik berdaya tinggi selama 1 jam dengan ekstrak kulit buah manggis sebagai sensitizer-nya.
Kata kunci : Nanopartikel TiO2, Metode Sonokimia, DSSC, Dye Alami, Photosensitizer
© Hak Cipta milik IPB, tahun 2009 Hak Cipta dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
MANGGIS DAN PLUM SEBAGAI PHOTOSENSITIZER
GERALD ENSANG TIMUDA
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada
Program Studi Biofisika
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR 2009
sebagai Photosensitizer Nama : Gerald Ensang Timuda
NRP : G 751070051
Disetujui Komisi Pembimbing
Dr. Akhiruddin Maddu, S.Si., M.Si. Dr. Ir. Irmansyah, M.Si.
Ketua Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi Biofisika Dekan Sekolah Pasca Sarjana
Dr. Akhiruddin Maddu, S.Si., M.Si. Prof. Dr. Ir.Khairil A. Notodiputro, M.S.
Tanggal Ujian: Tanggal Lulus:
(tanggal pelaksanaan ujian tesis) (tanggal penandatanganan tesis oleh
adik-adikku istriku
dan anakku
Allah swt. atas rahmat dan keberkahan-Nya sehingga karya ilmiah ini bisa terselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Juni 2008 ini adalah sintesis nanopartikel dan aplikasinya sebagai sel surya, dengan judul Sintesis Nanopartikel TiO2 dengan Metode Sonokimia untuk
Aplikasi Sel Surya Tersensitasi Dye (Dye Sensitized Solar Cell – DSSC) Menggunakan Ekstrak Kulit Buah Manggis dan Plum sebagai Photosensitizer.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Akhiruddin Maddu, S.Si., M.Si. dan Bapak Dr. Ir. Irmansyah, M.Si. selaku pembimbing. Juga kepada seluruh staf dan pengajar Departemen Fisika FMIPA IPB atas segala dukungan dan bantuan yang diberikan selama penulis menjalankan studi. Terima kasih juga penulis sampaikan kepada teman-teman di Biofisika, atas dorongan semangat dan diskusi-diskusi yang selalu menarik. Terima kasih penulis sampaikan kepada Dikti atas Beasiswa Unggulan yang diberikan. Ungkapan terima kasih secara khusus disampaikan kepada Nisfulaily dan Naufal Raid Fitzgerald, istri dan anakku, yang selalu menjadi sumber inspirasi dan semangat. Ungkapan terima kasih tidak terkira penulis sampaikan kepada ibu dan abah, orang tua sekaligus teladan kegigihan dan semangat pantang menyerah. Juga kepada Caesar Ensang Timuda dan Nuz Ganesha, adik-adikku, serta seluruh keluarga atas segala kasih sayang, doa dan dukungan.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Agustus 2009
Sangsoyo dan ibu Sunartin. Penulis merupakan putra pertama dari tiga bersaudara. Tahun 2001 penulis lulus dari SMU Negeri 2 Pare Kediri dan pada tahun yang sama diterima sebagai mahasiswa baru di Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) di jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Penulis menyelesaikan studi Strata Satu (S1) pada tahun 2006, dan kemudian bekerja sebagai dosen dan pengajar, antara lain di Jurusan Ilmu Komputer Universitas Pakuan Bogor, Program Diploma Institut Pertanian Bogor, serta di beberapa bimbingan belajar di kota Bogor. Pada tahun 2007 penulis melanjutkan pendidikan di Program Studi Biofisika, Sekolah Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor yang dibiayai oleh Program Beasiswa Unggulan dari Departemen Pendidikan Nasional.
Halaman
DAFTAR TABEL... xv
DAFTAR GAMBAR... xvi
DAFTAR LAMPIRAN... xvii
1 PENDAHULUAN... 1
1.1 Latar Belakang... 1
1.2 Tujuan Penelitian... 2
2 TINJAUAN PUSTAKA... 3
2.1 Semikonduktor... 3
2.2 Persambungan (Junction) Semikonduktor Tipe-p dan Tipe-n... 6
2.3 Sel Surya... 8
2.3.1 Sel Surya Persambungan Semikonduktor n (Solid State p-n Jup-nctiop-n)... 9
2.3.2 Sel Surya Fotoelektrokimia... 11
2.3.3 Sel Surya Tersensitasi Dye (Dye-Sensitized Solar Cell, DSSC)... 15
2.2 Titanium Dioksida (TiO2) ... 17
2.3 Metode Sonokimia... 19
2.4 Dye sebagai Sensitizer... 21
2.4.1 Dye Sintetis... 21
2.4.2 Dye Alami... 21
3 METODE PENELITIAN... 24
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian... 24
3.2 Bahan dan Alat... 24
3.3 Metode Penelitian... 24
3.3.1 Tahapan Penelitian... 24
3.3.2 Sintesis Nanopartikel TiO2... 25
3.3.3 Ekstraksi Kulit Buah Manggis dan Plum... 26
3.3.4 Pelapisan TiO2 pada Gelas Konduktif (TCO) ... 26
4 HASIL DAN PEMBAHASAN... 28
4.1 Sintesis Nanopartikel TIO2... 28
4.2 Analisis X-Ray Diffraction (XRD)... 29
4.2.1 Analisis XRD Bubuk TiO2 Degusa P25……… 30
4.2.2 Analisis XRD Bubuk TiO2 yang Disintesis Menggunakan Ultrasonic Bath……….. 31
4.2.3 Analisis XRD Bubuk TiO2 yang Disintesis Menggunakan Ultrasonic Processor……… 35
4.3 Karakterisasi Scanning Electron Microscope (SEM)………... 39
4.4 Uji Absorbansi Ekstrak Kulit Buah Manggis dan Plum... 41
4.5 Perakitan (Assembly) Sel Surya Tersensitasi Dye... 42
4.6 Karakterisasi Arus-Tegangan (I-V) Sel Surya... 43
4.6.1 Karakteristik Arus-Tegangan Sel dari Bubuk TiO2 Degusa P25... 44
4.6.2 Karakteristik Arus-Tegangan Sel dari Bubuk TiO2 Hasil Sintesis Menggunakan Ultrasonic Bath... 45
4.6.3 Karakteristik Arus-Tegangan Sel dari Bubuk TiO2 Hasil Sintesis Menggunakan Ultrasonic Processor... 48
4.7 Parameter Performasi Sel Surya... 50
5 SIMPULAN DAN SARAN... 52
5.1. Simpulan... 52
5.2. Saran... 53
DAFTAR PUSTAKA... 54
Halaman 1 Kode sampel bubuk TiO2... 28
2 Kandungan fase rutile pada bubuk TiO2 yang disintesis menggunakan
Ultrasonic Bath dan pada Degusa P25... 33
3 Ukuran kristal (Apparent Crystal Size, ACS) dari bubuk TiO2 yang
disintesis menggunakan Ultrasonic Bath dan dari Degusa P25... 34 4 Parameter kisi bubuk TiO2 yang disintesis menggunakan Ultrasonic
Bath... 35 5 Ukuran kristal (Apparent Crystal Size, ACS) dari sampel yang disintesis
menggunakan Ultrasonic Processor dan dari Degusa P25... 37 6 Parameter kisi dari sampel hasil sintesis menggunakan Ultrasonic
Processor... 38
7 Kode sampel sel surya... 43 8 Parameter performasi sel surya... 51
Halaman 1 Penggambaran sederhana pita energi untuk (a)isolator, (b)logam alkali,
(c)logam bivalen, dan (d)semikonduktor intrinsik (Hummel 2001)... 4 2 Gambar skematik semikonduktor Silikon yang diberi ketidakmurnian
berupa atom Arsenik yang memiliki 5 elektron valensi dan menghasilkan tipe-n (kiri), dan atom Gallium dengan 3 elektron
valensi menghasilkan tipe-p (kanan) (Giancolli 2005) ... 5 3 Diagram level energi pada (a) semikonduktor intrinsik, (b)
semikonduktor tipe-n dan (c) semikonduktor tipe-p. (Soga 2006)... 5 4 Level energi pada persambungan semikonduktor tipe-p dan tipe-n.
Keterangan: (●) elektron, (○) hole (Soga 2006)... 6 5 Level energi pada persambungan p-n ketika dibias maju (Soga 2006).. 7 6 Level energi pada persambungan p-n ketika dibias mundur (Soga
2006)... 8 7 Semikonduktor yang diiluminasi cahaya dengan energi foton yang
lebih besar daripada bandgap semikonduktor (Soga 2006) ... 9 8 Diagram energi pada persambungan p-n ketika diiluminasi cahaya
dengan energi foton (hv) yang lebih besar daripada bandgap, (a) ketika dihubung-singkat (short circuited) dan (b) ketika hubungan dibuka
(open-circuited)(Soga 2006)... 10 9 Karakteristik Arus-Tegangan pada persambungan p-n ketika gelap dan
diiluminasi cahaya (Soga 2006)... 11 10 Perbandingan level energi dari beberapa semikonduktor dengan
menggunakan skala vakum dan SHE sebagai referensinya, untuk
medium aquaous dengan pH ~ 1 (Rajeshwar 2001)... 13 11 Diagram skematik level energi pada persambungan antara
semikonduktor dan elektrolit (a) sebelum dan (b) sesudah terjadi
persambungan (Rajeshwar 2001)... 13 12 Arus netto pada persambungan ketika (a) tidak dibias, (b) dibias maju
dan (c) dibias mundur (Rajeshwar 2001)... 14 13 Pembentukan pemisahan muatan, aliran arus muatan minoritas (dalam
hal ini hole) serta rekombinasi pada persambungan semikonduktor
tipe-n – elektrolit ketika diiluminasi cahaya (Rajeshwar 2001)... 15 14 Diagram skematik aliran elektron yang dihasilkan DSSC ketika
diiluminasi cahaya (Diambil dan dimodifikasi dari Smestad et al.
2003; Longo 2003; Li et al. 2009)... 17 15 Struktur kristal TiO2 untuk fase (a) anatase dan (b) rutile.
17 Struktur molekul dari salah satu senyawa sintetis turunan Ruthenium,
Cis-(Bisisothiocyanato)(bis-2,2’-bipyridine-4,4’-dicarboxylic
acid)ruthenium(II) (Smestad et al. 2003)... 21
18 Struktur molekul cyanin (salah satu jenis antosianin) yang terjerap ke nanopartikel TiO2 (Smestad 1998)... 22
19 Struktur molekul klorofil (kiri) dan β,β-karoten (kanan) (Hao et al. 2006)... 23
20 Diagram alir penelitian... 25
21 Diagram skematik sel surya tersensitasi dye... 27
22 Kurva XRD Bubuk TiO2 komersil Degusa P25... 31
23 Kurva XRD Bubuk TiO2 yang Disintesis dengan Paparan Gelombang Ultrasonik Berdaya Rendah (Ultrasonic Bath) dan Degusa P25 sebagai Pembanding... 32
24 Kurva XRD Bubuk TiO2 yang Disintesis dengan Paparan Gelombang Ultrasonik Berdaya Tinggi (Ultrasonic Processor) dan Degusa P25 sebagai Pembanding... 36
25 Foto SEM dari sampel dengan perlakuan ultrasonik dengan daya rendah selama (a) 4 jam (sampel PUB4), (b) 8 jam (sampel PUB8) dan (c) 12 jam (sampel PUB12) ... 40
26 Foto SEM dari sampel dengan perlakuan ultrasonik dengan daya tinggi selama (a) 0,5 jam (sampel PUP0,5), (b) 1 jam (sampel PUP1), (c) 2 jam (sampel PUP2) dan (d) 4 jam (sampel PUP4) ... 41
27 Kurva absorbansi ekstrak kulit buah manggis (garis tipis) dan plum (garis tebal)... 42
28 Diagram skematik rangkaian uji arus-tegangan (kiri) dan tipikal bentuk kurva arus-tegangan yang diharapkan (kanan) (Smestad, 1998)... 43
29 Hasil karakterisasi I-V untuk sel yang dibuat menggunakan bubuk TiO2 komersil, Degusa P25... 44
30 Hasil karakterisasi I-V dari sel yang menggunakan bubuk hasil perlakuan ultrasonik berdaya rendah selama (a) 4 jam (sel CUB4), (b) 8 jam (sel CUB8) dan (c) 12 jam (sel CUB12)……… 45
31 Pengaruh (a) waktu perlakuan ultrasonik dan (b) ukuran kristal TiO2 terhadap nilai tegangan open-circuit sel surya yang disintesis dengan perlakuan ultrasonik berdaya rendah untuk ekstrak kulit buah (m) manggis dan (p) plum sebagai sensitizer... 46 32 Hasil karakterisasi I-V dari sel yang menggunakan bubuk hasil
perlakuan ultrasonik berdaya tinggi selama (a) 0,5 jam (sel CUP 0,5), (b)1 jam (sel CUP1), (c) 2 jam (sel CUP2) dan (d) 4 jam (sel CUP4)… 48
Halaman
1 Data JCPDS Kristal TiO2 Fase Anantase... 59
2 Data JCPDS Kristal TiO2 Fase Rutile... 60
3 Deteksi puncak sampel Degusa P25 dan indeks hkl yang bersesuaian... 61
4 Deteksi puncak sampel PUB4 dan indeks hkl yang bersesuaian... 61
5 Deteksi puncak sampel PUB8 dan indeks hkl yang bersesuaian... 62
6 Deteksi puncak sampel PUB12 dan indeks hkl yang bersesuaian... 62
7 Deteksi puncak sampel PUP 0,5 dan indeks hkl yang bersesuaian... 63
8 Deteksi puncak sampel PUP1 dan indeks hkl yang bersesuaian... 63
9 Deteksi puncak sampel PUP2 dan indeks hkl yang bersesuaian... 63
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kebutuhan manusia terhadap energi sangat besar, sementara cadangan energi utama manusia yang berbasis fosil semakin menipis. Oleh karena itu, usaha mencari energi alternatif telah mendapat perhatian besar dari masyarakat dunia. Energi alternatif yang ditemukan diharapkan selain bisa menyelesaikan permasalahan energi secara ekonomi dan politik, mampu pula menjawab masalah lingkungan dan kesehatan seperti polusi udara dan emisi karbon dioksida (Pandey dan Samaddar 2006; Longo & de Paoli 2003). Salah satu energi alternatif yang cukup potensial memenuhi hal-hal tersebut adalah sel surya atau piranti
photovoltaic, yang secara langsung mengubah energi matahari menjadi energi
listrik.
Selama ini, sel surya didominasi oleh piranti berbasis solid-state p-n
junction dengan bahan baku utama umumnya silikon (Gratzel 2003). Silikon
adalah bahan semikonduktor. Dalam penggunaan sebagai sel surya, silikon sering digunakan dalam bentuk kristal tunggal dengan kemurnian yang tinggi. Sehingga, biaya produksi yang diperlukan sangat mahal dan hanya dapat diproduksi dalam jumlah yang terbatas (Chen et al. 2007). Hal ini menjadikan penggunaan sel surya berbasis silikon menjadi terbatas dan tidak ekonomis.
Alternatif lain dalam membuat sel surya muncul dari sistem sel surya baru, sel surya tersensitasi dye (Dye Sensitized Solar Cell, DSSC). Berbeda dengan sel surya konvensional yang membebankan tugas ‘menyerap’ energi cahaya dan ‘menangkap’ elektron bebas yang dihasilkan kepada bahan semikonduktor yang digunakan, DSSC membagi tugas ini. Tugas ‘penyerapan’ energi cahaya khusus dilakukan oleh dye (zat yang sensitif menyerap cahaya tampak), sehingga dye mengalami “sensitisasi” (peningkatan level energi molekular) dan menghasilkan elektron bebas. Semikonduktor berperan dalam ‘menangkap’ elektron bebas yang dihasilkan. Semikonduktor yang digunakan umumnya adalah TiO2 dalam bentuk
mesoporous nanopartikel. TiO2 tersebut berpori sehingga dye mampu menembus
partikel lebih besar. Kedua hal tersebut membuat dye yang bisa menempel pada permukaan partikel TiO2 semakin banyak. Sistem baru ini bisa diproduksi dengan
biaya yang relatif lebih murah dan ternyata menghasilkan efisiensi yang cukup besar dan bisa menyaingi sel surya konvensional (Gratzel 2003).
Performa DSSC umumnya tergantung dari jenis dye yang digunakan. Biasanya, digunakan senyawa koordinasi logam transisi yang dibuat secara sintetis sebagai dye, karena senyawa ini memiliki daerah absorbsi yang lebar pada semua rentang spektrum cahaya tampak dan transfer muatan antara logam-ke-ligan yang sangat efisien (Wongcharee et al. 2006). Kelemahan dari digunakannya senyawa ini adalah proses pembuatannya yang rumit dan mahal serta tidak memenuhi aspek lingkungan karena mengandung logam berat (Garcia
et al. 2003).
Penelitian-penelitian tentang kemungkinan digunakannya bahan alami sebagai dye untuk menggantikan peran senyawa sintesis telah dilakukan. Dan, penelitian-penelitian tersebut mengindikasikan hasil efisiensi sel surya yang cukup menjanjikan walaupun belum bisa mencapai efisiensi sebesar penggunaan
dye sintetis (Wongcharee et al. 2006; Garcia et al. 2003; Hao et al. 2006; Fernando & Sandeera 2008; Polo et al. 2006; Dumbrava et al. 2008). Usaha untuk menggunakan bahan alami pada sel surya tersensitasi dye merupakan hal yang ingin dicapai pula oleh penulis dalam penelitian yang penulis lakukan. Diharapkan dengan optimasi yang penulis lakukan, dapat diperoleh efisiensi sel surya yang menyamai bahkan melebihi capaian yang ada saat ini.
1.2 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan:
1. Membuat nanopartikel TiO2 dengan metode sonokimia
2. Membuat sel surya tersensitasi dye dengan bahan TiO2 yang dibuat dari
metode sonokimia, dan ekstraksi kulit buah manggis dan plum sebagai
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Semikonduktor
Sifat suatu bahan jika dilihat dari segi kemampuannya dalam menghantarkan arus listrik bisa dikategorikan menjadi tiga macam yaitu konduktor, isolator dan semikonduktor. Konduktor adalah bahan yang dengan mudah mampu menghantarkan arus listrik. Isolator adalah bahan yang sukar atau bahkan tidak bisa menghantarkan arus listrik. Sedangkan, semikonduktor adalah bahan yang memiliki sifat di antara kedua bahan tersebut di atas (Hummel 2001; Soga 2006; Timuda 2006). Pada kondisi tertentu, semikonduktor tidak mampu menghantarkan arus listrik, sedangkan pada kondisi tertentu lainnya ia mampu menghantarkan arus listrik.
Model pita energi menggambarkan ketiga jenis sifat bahan tersebut melalui pita-pita energi, yaitu daerah energi diperbolehkannya keberadaan elektron. Untuk bahan konduktor, elektron mengisi hanya sebagian saja dari pita energi yang lebih rendah (disebut pita valensi) sehingga dimungkinkan terjadinya konduksi (aliran elekton) pada pita tersebut. Hal ini terdapat pada logam alkali. Atau, bisa pula pita valensi terisi penuh tapi pita energi di atasnya (yang disebut pita konduksi) kosong dan berimpitan dengan pita valensi sehingga dimungkinkan terjadinya konduksi pada pita konduksi. Hal ini yang terjadi pada logam bivalen. Bahan isolator memiliki pita valensi yang terisi seluruhnya oleh elektron sehingga tidak dimungkinkan terjadinya konduksi. Antara pita valensi dan pita konduksi terdapat jarak pemisah (disebut band gap) yang cukup besar sehingga elektron pada pita valensi tidak bisa berpindah ke pita konduksi. Pada bahan semikonduktor intrinsik (murni), pita valensi terisi penuh oleh elektron sehingga tidak dimungkinkan terjadinya konduksi pada pita ini. Namun, pita konduksi berada cukup dekat dengan pita valensi. Sehingga, dimungkinkan terjadinya ‘lompatan elektron’ dari pita valensi ke pita konduksi ketika diberi energi yang cukup (misalkan energi panas, foton, dll), dan timbullah konduksi elektron pada pita konduksi (Hummel 2001). Model pita energi tersebut diperlihatkan pada Gambar 1.
Pada semikonduktor intrinsik, jumlah elektron yang berperan dalam konduksi arus listrik relatif kecil (sekitar 109 elektron tiap sentimeter kubik). Dibutuhkan jumlah elektron yang lebih banyak lagi agar bisa diaplikasikan menjadi piranti semikonduktor. Untuk itu, dilakukan doping pada material semikonduktor dengan menambahkan ketidakmurnian. Ketidakmurnian ini biasanya berupa unsur dari golongan III atau V pada tabel periodik. Unsur tersebut secara substitusi mengganti posisi beberapa atom semikonduktor (Gambar 2). Jika unsur dari golongan V digunakan sebagai dopan, maka akan terjadi kelebihan elektron pada semikonduktor dan semikonduktor seperti ini disebut semikonduktor tipe-n. Kelebihan elektron berarti timbul awan muatan negatif di sekeliling atom dopan yang disebut donor elektron. Pembawa muatan mayoritas pada semikonduktor tipe ini adalah elektron. Ketika unsur dari golongan III yang digunakan, maka akan terjadi kekurangan elektron pada semikonduktor yang disebut semikonduktor tipe-p. Kekurangan elektron berarti terdapat awan muatan positif (hole) di sekeliling atom dopan yang disebut
akseptor elektron. Pembawa muatan mayoritas pada semikonduktor tipe ini adalah
hole.
Keberadaan ketidakmurnian mengakibatkan konduksi lebih mudah terjadi. Pada model pita energi diperkenalkan level donor dan level akseptor di daerah terlarang. Level donor terdapat pada semikonduktor tipe-n dan berada sedikit di
5,5 eV 0,7 eV EF EF 3s Pita Valensi Pita Konduksi 3p a Intan b Logam Alkali c Logam Bivalen d Germanium
Gambar 1 Penggambaran sederhana pita energi untuk (a)isolator, (b)logam alkali, (c)logam bivalen, dan (d)semikonduktor intrinsik (Hummel 2001)
Pita Konduksi
bawah pita konduksi. Jarak antara level donor dengan pita konduksi jauh lebih kecil daripada bandgap semikonduktor. Level akseptor terdapat pada semikonduktor tipe-p yang terletak sedikit di atas pita valensi. Jarak antara pita valensi dengan level akseptor juga jauh lebih kecil daripada bandgap semikonduktor. Akibatnya, konduksi lebih mudah terjadi melalui level donor maupun akseptor ini (Gambar 3).
Gambar 3 Diagram level energi pada (a) semikonduktor intrinsik, (b) semikonduktor tipe-n dan (c) semikonduktor tipe-p (Soga 2006)
atom Silikon
atom Arsenik tambahan elektron
Gambar 2 Gambar skematik semikonduktor Silikon yang diberi ketidakmurnian berupa atom Arsenik yang memiliki 5 elektron valensi dan menghasilkan tipe-n (kiri), dan atom Gallium dengan 3 elektron valensi menghasilkan tipe-p (kanan) (Giancolli 2005)
atom Gallium
atom Silikon
2.2. Persambungan (Junction) Semikonduktor Tipe-n dan Tipe-p
Semikonduktor tipe-p dan tipe-n bisa disambungkan (p-n juntion) untuk menghasilkan sifat yang baru. Ketika persambungan p-n terjadi, gradien konsentrasi pembawa muatan yang cukup besar mengakibatkan terjadinya difusi pembawa-pembawa muatan tersebut. Yaitu, hole berdifusi dari semikonduktor tipe-p ke semikonduktor tipe-n, dan elektron berdifusi dari semikonduktor tipe-n ke semikonduktor tipe-p. Karena muatan-muatan yang berbeda saling berdifusi, timbul medan listrik sehingga muncul arus balik (drift current) yang melawan arah arus difusi. Ketika arus balik ini diimbangi oleh arus muatan, tercapai kesimbangan yang ditandai oleh level Fermi kedua jenis semikonduktor ini bernilai sama, dan terbentuknya daerah deplesi (Gambar 4). Beda potensial elektrostatik antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n pada keseimbangan termal dinamakan potensial built-in, Vb yang diberikan oleh persamaan (Soga 2006):
2 ln i D A b n N N q kT V = (1)
dengan NA adalah konsentrasi akseptor pada semikonduktor tipe-p dan ND adalah
konsentrasi donor pada semikonduktor tipe-n, k adalah tetapan Boltzmann, T
Gambar 4 Level energi pada persambungan semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Keterangan: (●) elektron, (○) hole (Soga 2006)
Daerah deplesi
Difusi
Difusi
adalah suhu mutlak, ni2 adalah hasil kali antara konsentrasi elektron di pita
konduksi dan konsentrasi hole di pita valensi.
Ketika persambungan p-n ini diberi beda potensial eksternal, VF, dengan
potensial yang lebih tinggi dihubungkan ke sisi p dari persambungan dan potensial yang lebih rendah ke sisi n dari persambungan, tegangan eksternal ini mengurangi potensial elektrostatik sepanjang daerah deplesi (Gambar 5). Pemberian tegangan eksternal seperti disebutkan di atas dinamakan dengan ‘bias maju’ (forward biased). Ketika persambungan p-n ini dibias maju, maka arus drift menjadi berkurang dan arus difusi elektron dari sisi-n ke sisi-p meningkat, demikian pula halnya dengan arus difusi hole dari sisi-p ke sisi-n. Rapat arus difusi total adalah penjumlahan rapat arus difusi hole (Jp) pada sisi-n dan rapat
arus difusi elektron (Jn) pada sisi-p dan dinyatakan oleh:
(
/ −1)
= + = qV kT o n p F e J J J J (2)dengan Jo adalah rapat arus difusi saturasi.
Jika persambungan p-n diberi potensial eksternal dengan potensial lebih tinggi dihubungkan ke n dan potensial yang lebih rendah dihubungkan ke sisi-p, tegangan eksternal yang diberikan mengakibatkan meningkatnya potensial elektrostatik sepanjang daerah deplesi, seperti diperlihatkan pada Gambar 6. Keadaan seperti ini disebut ‘bias mundur’. Akibat bias mundur, arus difusi menjadi berkurang. Jika potensial eksternal ini adalah VR, karakteristik
arus-tegangan ketika dibias mundur diberikan oleh:
(
/ 1)
− = −qV kT o R e J J . (3)Persambungan p-n dengan karakteristik yang ideal sulit difabrikasi. Oleh karena itu perlu dipertimbangkan faktor generasi dan rekombinasi yang muncul pada persambungan ini. Generasi elektron dan hole muncul pada tingkat energi terlarang pada saat dibias mundur. Sedangkan, rekombinasi muncul ketika dibias maju. Karakteristik arus-tegangan ketika dibias maju dari persambungan p-n dengan mempertimbangkan faktor-faktor tersebut diberikan oleh:
(
/ 1)
− = qV nkT o F e J J (4)dengan n adalah faktor idealitas. Pada kasus ideal ketika arus difusi mendominasi,
n = 1 dan ketika arus rekombinasi mendominasi, n = 2. Nilai n oleh karenanya bernilai antara 1 dan 2.
2.3 Sel Surya
Sel surya adalah piranti yang secara langsung merubah energi foton matahari menjadi energi listrik. Sel surya telah diakui sebagai salah satu alternatif yang cukup potensial dalam memenuhi kebutuhan energi. Keberadaan sel surya tidak terlepas dari bahan semikonduktor, karena memanfaatkan efek photovoltaic (timbulnya beda tegangan karena keberadaan cahaya) yang dimiliki bahan semikonduktor tersebut.
Gambar 6 Level energi pada persambungan p-n ketika dibias mundur (Soga 2006)
2.3.1 Sel Surya Persambungan Semikonduktor p-n (Solid State p-n Junction) Ketika bahan semikonduktor diiluminasi oleh cahaya (misalkan dari matahari) dengan energi yang lebih besar daripada bandgap semikonduktor, maka akan terjadi eksitasi elektron dari pita valensi ke pita konduksi (Hummel 2001; Timuda 2006). Dengan kata lain, terbentuk pasangan hole – elektron karena elektron meninggalkan lubang di pita valensi (Gambar 7).
Demikian pula ketika persambungan p-n diiluminasi oleh cahaya dengan energi foton yang lebih besar daripada bandgap semikonduktor, akan terbentuk pasangan hole-elektron, dalam hal ini pada daerah deplesi (Soga 2006). Ketika persambungan dihubung-singkat (short-circuit) maka pemisahan muatan yang terjadi menyebabkan timbulnya arus pada kawat penghubung (disebut arus hubung-singkat, ISC pada Gambar 8 (a)). Ketika kawat penghubung dibuka (open
circuit), maka hole akan bergerak dari daerah deplesi menuju sisi p, demikian pula
elektron bergerak menuju sisi n menghasilkan perbedaan potensial antara kedua sisi (disebut tegangan open-circuit, VOC pada Gambar 8(b)). Perbedaan
karakteristik arus-tegangan ketika persambungan p-n diiluminasi cahaya dan ketika kondisi gelap diperlihatkan pada Gambar 9. Karakteristik arus-tegangan persambungan p-n setelah diiluminasi cahaya didapatkan dari Persamaan (4) dikurangi rapat arus short-circuit sebagai berikut:
Gambar 7 Semikonduktor yang diiluminasi cahaya dengan energi foton yang lebih besar daripada bandgap semikonduktor (Soga 2006)
SC nkT qV J e J J = 0( / −1)− (5)
Jika diasumsikan luas permukaan sel surya adalah satu satuan luas, maka karakteristik arus-tegangan bisa dinyatakan oleh persamaan berikut :
SC nkT qV I e I I = 0( / −1)− . (6)
Ketika dihubung-buka (open-circuit), arus yang mengalir I = 0, sehingga tegangan open-circuit bisa dinyatakan sebagai
+ = ln 1 0 I I q nkT V SC OC . (7)
Sel surya ketika dioperasikan bisa memiliki daya maksimum. Ketika daya maksimum ini tercapai, nilai arus dan tegangan yang bersesuaian secara berturut dinyatakan sebagai arus maksimum, Im dan tegangan maksimum, Vm. Letak Im
maupun Vm diperlihatkan pada Gambar 9. Dari nilai Im maupun Vm ini,
didefinisikan fill factor sebagai perbandingan antara perkalian Im dan Vm dengan
perkalian Voc dan Isc sebagai berikut:
SC OC m m I V I V FF = . (8)
Efisiensi sel surya adalah salah satu parameter performasi sel surya yang memberikan gambaran seberapa besar energi listrik yang bisa dihasilkan
Gambar 8 Diagram energi pada persambungan p-n ketika diiluminasi cahaya dengan energi foton (hv) yang lebih besar daripada bandgap, (a) ketika dihubung-singkat (short circuited) dan (b) ketika hubungan dibuka (open-circuited)(Soga 2006)
dibandingkan dengan energi foton yang diterimanya. Efisiensi sel surya (η) dinyatakan oleh persamaan:
in SC OC in m m P FF I V P I V = = η (9)
Pemanfaatan persambungan semikonduktor seperti ini menghasilkan perubahan energi dari energi foton cahaya menjadi energi listrik secara langsung. Sehingga, persambungan ini disebut juga sel photovoltaic atau lebih sering dikenal sebagai sel surya (solar cell). Karena kedua tipe semikonduktor yang digunakan umumnya zat padat, maka sel surya yang dibuat dari persambungan p-n serip-ng pula disebut sebagai solid-state solar cell. Dap-n karep-na telah bap-nyak diaplikasikan, sel surya jenis ini disebut juga sel surya konvensional untuk membedakannya dengan jenis sel surya baru yang memiliki prinsip kerja yang berbeda.
2.3.2 Sel Surya Fotoelektrokimia
Pada sel surya fotoelektrokimia, efek photovoltaic yang terjadi didasarkan pada persambungan antara bahan semikonduktor dengan cairan elektrolit yang Gambar 9 Karakteristik Arus-Tegangan pada persambungan p-n ketika gelap
dan diiluminasi cahaya (Soga 2006)
Gelap Teriluminasi I V Vm VOC ISC Im Pmaks
mengandung pasangan senyawa redoks. Ketika semikonduktor dicelupkan ke dalam elektrolit, terjadi keseimbangan antara level energi Fermi semikonduktor dengan level energi potensial elektrokimia dari elektron-elektron yang terdapat di dalam larutan elektrolit. Potensial elektrokimia tersebut dapat dinyatakan dengan persamaan Nernst sebagai berikut (Rajeshwar 2001):
+ = red oks redoks redoks c c nF RT E E 0 ln (10)
dengan coks dan cred secara berturut-turut adalah konsentrasi senyawa oksidasi dan
reduksi pada pasangan redoks. Potensial elektrokimia ini bisa disamakan dengan level energi Fermi di dalam larutan elektrolit. Potensial ini biasanya dinyatakan dengan menggunakan potensial elektroda hidrogen standar (Standard Hydrogen
Electrode, SHE) sebagai referensi. Sedangkan, nilai level energi Fermi pada
semikonduktor dinyatakan dengan menggunakan vakum sebagai referensi. Untuk menghubungkan kedua referensi tersebut, digunakan persamaan sebagai berikut:
redoks redoks
F eV e E
E , =−4,5 − 0 (11)
dengan EF,redoks adalah nilai potensial elektrokimia larutan elektrolit dengan
menggunakan vakum sebagai referensi. Perbandingan level energi beberapa semikonduktor ketika dinyatakan dengan menggunakan vakum dan SHE sebagai referensinya diperlihatkan pada Gambar 10.
Ketika semikonduktor dicelupkan ke dalam larutan elektrolit, akan timbul aliran muatan dari satu fase ke fase lain. Sehingga, timbul pembelokan (bending) level energi valensi maupun konduksi dari semikonduktor di tepi persambungan semikonduktor-elektrolit (Gambar 11). Pada keadaan seimbang, pembelokan ini berhenti dan nilai level energi Fermi semikonduktor bernilai sama dengan potensial elektrokimia larutan elektrolit (EF = EF,redoks).
Arus netto yang mengalir pada persambungan (iC) dinyatakan oleh
persamaan: ) ( 0 et oks s so C e Ak c n n i =− − (12)
dengan ket adalah konstanta laju transfer elektron, coks adalah konsentrasi level
keadaan ‘kosong’ (akseptor) pada elektrolit, ns dan nso adalah konsentrasi
permukaan elektron dan konsentrasi permukaan elektron pada keadaan keseimbangan. Selama tidak ada bias eksternal, nilai ns = nso sehingga arus netto
Gambar 11 Diagram skematik level energi pada persambungan antara semikonduktor dan elektrolit (a) sebelum dan (b) sesudah terjadi persambungan (Rajeshwar 2001)
Gambar 10 Perbandingan level energi dari beberapa semikonduktor dengan menggunakan skala vakum dan SHE sebagai referensinya, untuk medium aquaous dengan pH ~ 1 (Rajeshwar 2001).
yang mengalir pada persambungan adalah nol. Ketika persambungan diberi tegangan bias sebesar V, maka ns ≠ nso dan timbul arus netto yang besarnya tidak
sama dengan nol (Gambar 12), dan persamaan di atas bisa dinyatakan sebagai:
− − − = exp 0 1 0 kT V e i iC (13) dengan so oks etc n Ak e i0 = 0 . (14)
Ketika persambungan diiluminasi oleh cahaya dengan energi foton yang lebih besar daripada bandgap semikonduktor, maka timbul pemisahan muatan dan aliran arus muatan minoritas, iph (Gambar 13). Arus total adalah penjumlahan arus
netto dengan arus muatan minoritas ini:
− − − = exp 0 1 0 kT V e i i i ph . (15)
Ketika persambungan dalam keadaan open-circuit, maka arus yang mengalir sama dengan nol (i = 0), sehingga didapatkan tegangan open-circuit dari penurunan persamaan di atas sebagai berikut:
0 0 ln i i e kT VOC ≅ ph (16)
Gambar 12 Arus netto pada persambungan ketika (a) tidak dibias, (b) dibias maju dan (c) dibias mundur (Rajeshwar 2001)
2.3.3 Sel Surya Tersensitasi Dye (Dye-Sensitized Solar Cell, DSSC)
Sel surya tersensitasi dye adalah sistem sel surya baru yang merupakan modifikasi dari sel surya fotoelektrokimia. Sistem baru ini menitikberatkan penggunaan dye (bahan celup/pewarna) sebagai sensitizer (zat peka cahaya) untuk menyerap cahaya tampak dan menginjeksikan elektron ke bahan semikonduktor (biasanya TiO2) (Smestad 1998). Jika pada sel surya fotoelektrokimia energi
cahaya yang diserap harus lebih besar daripada bandgap semikonduktor, maka dengan penggunaan dye pada DSSC ini dimungkinkan untuk menghasilkan aliran elektron dengan menyerap energi foton cahaya yang lebih kecil daripada bandgap semikonduktor. Peristiwa ini dinamakan sensitisasi (Pandey 2006).
Konversi energi dari elektroda TiO2 yang tertempeli dye dan dicelupkan ke
dalam elektrolit pertama kali dilaporkan oleh Vlachopoulos pada tahun 1988. Pada sel surya ini, terjadi pemisahan muatan dengan efisiensi yang cukup tinggi. Namun, efisiensi sel surya secara keseluruhan masih rendah (Longo 2003; Soga 2006). Hal ini dikarenakan tingkat penyerapan cahaya yang rendah karena dye terjerap (adsorbed) pada permukaan TiO2 yang relatif datar. Permasalahan ini
diselesaikan oleh O’Regan dan Grätzel pada tahun 1991 dengan menggunakan Gambar 13 Pembentukan pemisahan muatan, aliran arus muatan minoritas (dalam hal ini hole) serta rekombinasi pada persambungan semikonduktor tipe-n – elektrolit ketika diiluminasi cahaya (Rajeshwar 2001)
TiO2 yang bersifat nanopori (mesoporous nanoparticle). Dengan demikian, luas
permukaan partikel TiO2 secara keseluruhan menjadi lebih luas. Sehingga, dye
yang bisa menempel menjadi lebih banyak. Akibatnya, efisiensi sel surya secara keseluruhan menjadi lebih tinggi. Hingga saat ini telah dicapai efisiensi di atas 11% dan kemungkinan mendapatkan nilai lebih tinggi masih terbuka (Soga 2006). DSSC terdiri dari TiO2 nanopartikel yang dilapiskan di atas gelas
konduktif yang transparan yang berfungsi sebagai elektroda kerja (working
electrode). Cahaya matahari masuk ke dalam sel melalui sisi gelas transparan ini.
Cahaya juga akan diteruskan oleh lapisan TiO2 karena bahan ini transparan
terhadap cahaya tampak.Lapisan semikonduktor ini kemudian dilapisi dengan dye yang akan mengabsorbsi cahaya tampak yang masuk. Akibat absobsi ini, molekul
dye tereksitasi (Dye*) sehingga memungkinkan terjadinya injeksi elektron ke semikonduktor TiO2. Reaksi yang terjadi ketika cahaya diabsorbsi dye adalah
sebagai berikut (Smestad 1998) :
Dye + cahaya Dye* (17)
Dye* + TiO2 e–(TiO2) + Dye teroksidasi (18)
Di antara lapisan dye dan elektroda counter terdapat kopel redoks I-/I3
-sebagai elektrolit. Elektroda counter yang digunakan biasanya berupa gelas konduktif yang dilapisi oleh lapisan karbon atau platina yang berfungsi sebagai katalis reaksi redoks I-/I3-. Ketika sel dihubungkan dengan beban eksternal
(misalkan alat ukur), elektron yang diinjeksikan ke TiO2 (e–(TiO2)) akan
diteruskan ke beban eksternal menuju elektroda counter (e–(counterelectrode)). Elektron yang tiba di elektroda counter tersebut akan mereduksi senyawa elektrolit (I3- menjadi I-):
½ I3– + e–(counterelectrode) 3/2 I–. (19)
Senyawa ini akan teroksidasi kembali (I- menjadi I3-) dan melepaskan elektron
ketika mendapatkan hole dari Dye teroksidasi:
Elektron ini kemudian diinjeksikan kembali ke TiO2 oleh dye ketika eksitasi
kembali terjadi (Longo 2003). Diagram skematik aliran elektron pada DSSC diperlihatkan pada Gambar 14.
2.2 Titanium Dioksida (TiO2)
Titanium dioksida adalah bahan semikonduktor tipe-n. Bahan ini telah banyak digunakan pada berbagai aplikasi; antara lain sel surya (Pandey 2006; Gratzel 2003; Longo 2003), fotokatalis (Kolmakov & Moskovits 2004; Maddu et Gambar 14 Diagram skematik aliran elektron yang dihasilkan DSSC ketika diiluminasi cahaya (Diambil dan dimodifikasi dari Smestad et al. 2003; Longo 2003; Li et al. 2009) Elektrolit (mediator redoks) Ruthenium kompleks
al. 2006; Jitputti et al. 2008), sensor biologis dan kimia (Kolmakov & Moskovits 2004), produk kesehatan hingga pigmentasi cat (Gratzel 2003; Kong et al. 2007). TiO2 menjadi pilihan dalam banyak aplikasi fotokimia dan fitoelektrokimia
karena beberapa alasan, antara lain biaya pembuatannya relatif rendah, tersedia luas, tidak beracun dan merupakan material biocompatible (Gratzel 2003).
TiO2 dalam bentuk kristal muncul dengan tiga fase yaitu anatase, rutile
dan brokite. Struktur kristal untuk anatase dan rutile adalah tetragonal (Khanna et
al. 2007; Arami et al. 2007), dengan parameter kisi a = 3,785 Ǻ dan c = 9,513 Ǻ untuk anatase serta a = 4,593 Ǻ dan c = 2,959 Ǻ untuk rutile (JCPDS No. 21-1272 dan 21-1276, lihat Lampiran 1 dan 2). Gambar struktur kristal dalam fase anatase dan rutile diperlihatkan pada Gambar 15. Untuk aplikasi sebagai sel surya, TiO2
yang digunakan umumnya berada dalam fase anatase (Pandey 2006; Gratzel 2003; Longo 2003; Dumbrava 2008), walaupun ada beberapa penelitian yang menggunakan fase campuran antara anatase dan rutile. Bubuk TiO2 yang secara
komersial tersedia dan sering digunakan untuk aplikasi sel surya adalah Degusa P25 yang memiliki fase campuran anatase dan rutile (Jitputti 2008; Tomita 2008). TiO2 dalam bentuk anatase bisa diamati dari pola puncak yang terbentuk pada
karakterisasi difraksi sinar-X (XRD) yang bersesuaian pada 2θ= 25,30, 37,90, 48,40 (Han et al. 2004), 540, 630, 700, 750, dan 830 dengan orientasi bidang berturut-turut adalah (101), (004), (200), (211), (204) dan (220) (Khanna et al. 2007). Sedangkan untuk rutile pada 2θ= 27,20, 36,10, dan 39,30 (Han et al. 2004) yang bersesuaian dengan orientasi bidang (110), (101), dan (200) (Arami et al. 2007).
(a) (b)
Gambar 15 Struktur kristal TiO2 untuk fase (a) anatase dan (b) rutile.
Morfologi lapisan TiO2 juga menjadi perhatian beberapa peneliti.
Morfologi ternyata memberikan pengaruh terhadap nilai efisiensi yang dihasilkan. Bentuk awal TiO2 yang digunakan adalah nanopartikel yang mengandung pori
(mesoporous). Saat ini telah dikembangkan TiO2 dengan berbagai morfologi
antara lain nanotube (Jitputti et al. 2008; Abdullah 2009), nanowire, nanofiber, dll. Morfologi yang paling baik adalah bentuk nanowire atau nanotube dengan arah yang tegak lurus bidang permukaan substrat, sehingga semakin memudahkan injeksi elektron dari dye ke TiO2 (Gratzel 2003).
Nanopartikel titanium dioksida bisa disintesis dengan menggunakan beberapa metode, antara lain hidrotermal (Tomita et al. 2008; Bavikin et al. 2004; Kolen’ko et al. 2004), sol-gel (Ashkarran et al. 2008; Khanna et al. 2007), atau sonokimia (Arami, 2007; Yu et al. 2005; Zhou et al. 2006).
2.3 Metode Sonokimia
Sonokimia berarti memberikan perlakuan ultrasonik pada suatu bahan dengan kondisi tertentu sehingga bahan tersebut mengalami reaksi kimia akibat perlakuan tersebut (Mason dan Lorimer, 2002).
Gelombang ultrasonik adalah gelombang bunyi dengan frekuensi di atas ambang batas pendengaran manusia. Gelombang bunyi adalah gelombang longitudinal yang memiliki arah rambat searah dengan arah getarnya. Gelombang bunyi dicirikan dengan timbulnya daerah rapatan dan renggangan pada medium perantaranya. Gelombang bunyi yang bisa ditangkap oleh indra pendengaran manusia adalah gelombang bunyi yang memiliki frekuensi pada rentang 20Hz hingga 20 kHz, yang disebut gelombang audiosonik. Gelombang bunyi yang memiliki frekuensi di bawah 20 Hz dikategorikan sebagai gelombang infrasonik, sedangkan yang di atas 20 kHz dikategorikan sebagai gelombang ultrasonik.
Pemberian gelombang ultrasonik pada suatu larutan menyebabkan molekul-molekul yang terkandung di dalam larutan berosilasi terhadap posisi rata-ratanya. Larutan akan mengalami rapatan dan renggangan. Ketika energi yang diberikan oleh gelombang ultrasonik ini cukup besar, renggangan gelombang bisa memecah ikatan antar molekul larutan, dan molekul larutan yang terpecah ikatannya ini akan memerangkap gas-gas yang terlarut di dalam larutan ketika
timbul rapatan kembali. Akibatnya timbul bola-bola berongga atau gelembung-gelembung berisi gas yang terperangkap, yang dikenal dengan efek kavitasi. Gelembung-gelembung ini bisa memiliki diameter yang membesar hingga ukuran maksimumnya, kemudian berkontraksi, mengecil sehingga berkurang volumenya, bahkan beberapa hingga menghilang seluruhnya. Pada beberapa kasus, ukuran gelembung bisa membesar dan mengecil (berosilasi) mengikuti renggangan dan rapatan gelombang ultrasonik yang diberikan. Ketika gelembung mengecil (collapse), terjadi tekanan yang sangat besar di dalam gelembung. Demikian pula suhu di dalam gelembung, menjadi sangat besar. Daerah persambungan (interface) antara gelembung dan larutan memiliki temperatur dan tekanan yang menengah. Sementara itu daerah di sekitar gelembung akan menerima gaya geser (shear force) yang sangat tinggi akibat pengecilan ukuran gelembung. Reaksi kimia bisa berlangsung di dalam gelembung akibat tekanan dan temperatur yang sangat tinggi di dalam gelembung ini. Untuk itu, senyawa kimia yang diharapkan bereaksi harus memasuki gelembung, dan karenanya harus bersifat volatile (mudah menguap). Selain itu, akibat pengecilan tiba-tiba dari gelembung, cairan di sekeliling gelembung mengalami gaya geser yang cukup besar. Gaya ini juga bisa membantu terjadinya reaksi kimia (Gambar 16).
gaya geser (shear force) yang tinggi di sekeliling gelembung yang mengecil
temperatur dan tekanan menengah (intermediate) pada persambungan gelembung dan cairan
temperatur dan tekanan yang sangat tinggi di tengah gelembung yang mengecil
Gambar 16 Ilustrasi temperatur, tekanan dan gaya geser yang timbul ketika gelembung mengecil (collapse) (Mason & Lorimer, 2002)
2.4 Dye sebagai Sensitizer
Secara harfiah dye berarti bahan celup. Ketika arus dihasilkan oleh cahaya (photocurrent) dengan energi foton lebih kecil dibandingkan bandgap semikonduktor, proses tersebut dikenal sebagai ‘sensitisasi’ (Pandey 2006). Sehingga, dye yang menyerap cahaya tampak bisa dikategorikan sebagai
sensitizer karena alasan tersebut, karena energi yang diserap dari gelombang
cahaya tampak lebih kecil daripada bandgap semikonduktor TiO2 yang digunakan
pada DSSC.
2.4.1 Dye Sintetis
Senyawa sintetis yang merupakan turunan dari Rhutenium kompleks adalah sensitizer yang pertama kali diteliti untuk aplikasi sel surya dan memberikan hasil yang cukup menjanjikan (Pandey 2006). Senyawa ini memiliki gugus karboksil yang berfungsi untuk menempelkan diri (attachment) pada permukaan semikonduktor oksida (Gratzel 2003). Senyawa-senyawa turunan dari rhutenium kompleks telah menunjukkan hasil efisiensi sel surya yang cukup baik ketika diaplikasikan pada sistem sel surya tersensitasi dye, hingga di atas 11%. Struktur salah satu dye sintetis ini diperlihatkan pada Gambar 17.
2.4.2 Dye Alami
Senyawa-senyawa turunan Rhutenium yang dipergunakan sebagai dye memiliki beberapa kelemahan. Di antaranya adalah biaya pembuatannya yang mahal, proses sintesisnya yang rumit, serta dari sudut pandang lingkungan
Gambar 17 Struktur molekul dari salah satu senyawa sintetis turunan Ruthenium,
‘kurang ramah’ karena mengandung logam berat (Garcia et al. 2003). Oleh karena itu, muncul alternatif penggunaan dye dari bahan alami. Bahan alami yang digunakan umumnya bahan yang mengandung senyawa antosianin, klorofil, dan karoten (Hao et al. 2006). Sampai sejauh ini, telah diperoleh nilai efisiensi yang cukup baik ketika bahan alami digunakan sebagai dye. Walaupun, belum bisa diperoleh hasil yang menyamai nilai efisiensi ketika digunakan bahan sintetik sebagai dye. Sampai sejauh ini telah dilaporkan nilai efisiensi yang didapatkan adalah sekitar 1%.
Senyawa yang terkandung di dalam bahan-bahan alami tersebut yang berfungsi sebagai sensitizer adalah antosianin, klorofil dan karoten. Senyawa antosianin memiliki gugus karbonil dan hidroksil pada struktur molekulnya, sehingga membuatnya mampu berikatan kimia dengan permukaan TiO2 (Gambar
18). Antosianin adalah komposisi kunci dari beberapa dye alami dan sering ditemukan pada buah, bunga dan daun dari tumbuhan. Antosianin potensial dipergunakan sebagai sensitizer karena memiliki spektrum cahaya dalam rentang yang cukup lebar, dari merah hingga biru. Sementara, pada klorofil terdapat gugus alkil pada struktur molekulnya yang tidak bisa berikatan kimia dengan lapisan TiO2 (Gambar 19a). Demikian pula, rantai alkena yang panjang yang dimiliki
klorofil dan karoten juga mencegah terjadinya ikatan yang efektif ke permukaan TiO2 (Gambar 19b). Oleh karena itu, klorofil dan karoten sedikit dapat diserap
oleh lapisan TiO2. (Hao et al. 2006).
Gambar 18 Struktur molekul cyanin (salah satu jenis antosianin) yang terjerap ke nanopartikel TiO2 (Smestad 1998)
(a) (b)
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilakukan di laboratorium Biofisika Departemen Fisika IPB, Balai Penelitian dan Pengembangan Hutan (Blitbanghut) Bogor, Pusat Penelitian Geologi Laut (PPLGH) Bandung, serta Badan Tenaga Atom Nasional (Batan) Serpong. Penelitian berlangsung dari bulan Juni 2008 hingga Juni 2009.
3.2 Bahan dan Alat
Bahan utama untuk sintesis nanopartikel TiO2 dalam penelitian ini adalah
TiCl4, asetil aseton dan air destilasi sebagai prekursornya. Bahan yang lain adalah
potensiometer 470 kOhm, resistor, kabel, jepit buaya. Alat percobaan yang digunakan antara lain: gelas piala, pipet ukur, gelas ukur, kertas saring, corong, cawan petri, gelas arloji, plat kaca, hot plate stirer, inkubator, furnace (tanur),
ultrasonic bath (Cole-Palmer Ultrasonik Cleaner 21 W 55kHz) dan ultrasonic
processor (Cole-Palmer Ultrasonic Processor 130 W 20 kHz). Alat karakterisasi
yang digunakan antara lain: X-Ray Difftractometer (Shimadzu XRD-7000),
Scanning Electron Microscope (SEM, Bruker 133 eV), Spektrofotometer Vis-NIR
(Ocean Optic 2000) serta dua buah multimeter digital. 3.3 Metode Penelitian
3.3.1 Tahapan Penelitian
Penelitian diawali dengan pembuatan bubuk-nano TiO2 menggunakan
metode sonokimia dan ekstraksi kulit buah manggis dan plum yang akan digunakan sebagai dye. Bubuk yang dihasilkan diuji karakter kristal dan morfologinya dengan menggunakan X-Ray Diffraction (XRD) dan Scanning
Electron Microscope (SEM). Ekstraksi kulit buah manggis dan plum diuji sifat
absorbansinya untuk mengetahui karakter penyerapan pada cahaya tampak. Setelah itu, langkah selanjutnya adalah melakukan perakitan (assembly) sel surya dengan bahan yang telah dibuat pada tahapan sebelumnya. Hasil yang didapatkan diuji sifat listriknya (karakterisasi I-V). Tahapan ini secara umum bisa dilihat pada diagram alir penelitian pada Gambar 20.
3.3.2 Sintesis Nanopartikel TiO2
Sebanyak 2 ml TiCl4 diteteskan ke dalam 2 ml asetil aseton. Air aquades
kemudian ditambahkan sebanyak 40 ml lalu larutan diputar dengan kelajuan 300 rpm menggunakan magnetic stirrer selama + 5 menit. Larutan dibagi 2, dan masing-masing larutan digunakan untuk perlakuan yang berbeda, yang kemudian disebut ”prekursor”. Perlakuan diulang hingga didapatkan 7 larutan serupa masing-masing sebanyak 20 ml. Prekursor pertama, kedua dan ketiga dipapar dengan gelombang ultrasonik di dalam Ultrasonic Bath dengan frekuensi 55 kHz dan daya 21 W, masing-masing selama 4 jam, 8 jam dan 12 jam. Prekursor keempat hingga ketujuh dipapar oleh gelombang ultrasonik di dalam Ultrasonic
Processor dengan frekuensi 20 kHz dengan daya 130 W, selama masing-masing
mulai
Ekstraksi bahan alami sebagai dye
Karakterisasi optik dye alami Pembuatan bubuk-nano TiO2
Karakterisasi XRD, SEM
Sesuai?
Sesuai ?
Assembly DSSC alami
Karakterisasi I-V dan efisiensi
selesai
ya ya
tidak
tidak
Studi Pustaka dan Persiapan Bahan
½ jam, 1 jam, 2 jam dan 4 jam. Setelah itu, semua prekursor dikeringkan di atas
hot plate pada suhu 800C selama kurang lebih 12 jam hingga terbentuk gumpalan
bubuk berwarna putih kekuningan. Bubuk ini kemudian digerus menggunakan mortar hingga halus kemudian dipanaskan di dalam tanur pada suhu 5000C selama 2 jam. Hasil akhir adalah terbentuknya bubuk berwarna putih.
3.3.3 Ekstraksi Kulit Buah Manggis dan Plum
Buah plum dan manggis dikupas kulitnya. Untuk buah manggis, hanya bagian terluar yang keras saja yang digunakan. Sebanyak 2 gram kulit dari masing-masing buah dimasukkan ke dalam 10 ml ethanol 95% dan dibiarkan selama 12 jam. Setelah itu, cairan ini disaring untuk memisahkan cairan dengan sisa kulit yang tidak terekstrak. Cairan ini bisa langsung digunakan untuk pengukuran absorbansi. Untuk digunakan sebagai dye sensitizer, cairan dimasukkan ke dalam lemari pendingin selama + 3 hari hingga menyisakan bubuk berwarna gelap. Cairan ini kemudian dicampur lagi dengan ethanol 95% sebanyak 5 ml.
3.3.4 Pelapisan TiO2 pada Gelas Konduktif (TCO)
Sebanyak 0,2 g dari masing-masing bubuk ditetesi dengan campuran 1 ml air dan 3 tetes asetil aseton sambil digerus perlahan hingga terbentuk koloid TiO2.
Gelas konduktif dilapisi selotip di keempat sisi tepinya dan menyisakan daerah terbuka di tengah seluas 1 x 1 cm2. Sebanyak sekitar tiga tetes koloid diteteskan di tepi daerah terbuka dan diratakan menggunakan batang gelas yang rata dan bersih hingga menutupi daerah terbuka secara merata. Setelah dibiarkan mengering selama sekitar 1 menit, perlakuan bisa diulang untuk mendapatkan lapisan yang lebih tebal. Setelah lapisan kering, perlahan-lahan selotip diangkat dan gelas konduktif ini dimasukkan ke dalam tanur untuk dipanaskan pada suhu 4500C selama 30 menit.
3.3.5 Pencelupan (Staining) TiO2 pada Larutan Dye-Sensitizer
Gelas konduktif yang sudah dilapisi TiO2 dikeluarkan dari tanur pada suhu
plum. Setelah itu dibiarkan selama 12 jam di dalam ruang gelap agar larutan ekstrak terserap sempurna. Setelah itu gelas dikeluarkan, dicuci dengan air lalu dibilas dengan ethanol dan dikeringkan di atas hot plate selama kurang lebih 10 menit pada suhu 800C
3.3.6 Perakitan (Assembly) Sel Surya Tersensitasi Dye
Setelah gelas terlapis TiO2 dan dye pada tahap sebelumnya kering, gelas
ini kemudian ditempelkan di atas gelas konduktif lain yang telah dilapisi dengan karbon, sedemikian rupa sehingga lapisan karbon menghadap ke lapisan TiO2
tersensitasi dye. Lapisan karbon diberikan dengan menggosokkan ujung pensil 2B (Faber Castel) ke sisi konduktif dari gelas hingga merata. Sisi-sisi kiri dan kanan sel dijepit dengan penjepit kertas agar tidak bergerak. Cairan elektrolit (dalam hal ini adalah Iodolite yang mengandung KI/I2 di dalam aethylen glycol) diteteskan di
sela-sela sel dan dibiarkan menyebar ke seluruh bagian lapisan. Sisa elektrolit dibersihkan dengan tisu yang dibasahi dengan etanol. Selanjutnya sel siap diuji. Diagram skematik sel surya diperlihatkan pada Gambar 21.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Sintesis Nanopartikel TiO2
Dihasilkan tujuh sampel TiO2 berupa bubuk berwarna putih yang dibuat
dengan metode sonokimia. Ketujuh bubuk tersebut, dengan bubuk komersil sebagai pembanding diberi kode sebagaimana diperlihatkan pada Tabel 1. Sampel-sampel tersebut disintesis dengan menggunakan dua alat yang berbeda sebagai sumber gelombang ultrasonik. Perlakuan ultrasonik diberikan pada prekursor yang dibuat sebagaimana dijelaskan sebelumnya pada metode penelitian. Tiga prekursor diberi perlakuan ultrasonik oleh ultrasonic bath yang memiliki daya rendah dan dipapar selama masing-masing 4 jam, 8 jam dan 12 jam. Hasil dari perlakuan ultrasonik pada ketiga prekursor tersebut secara kasat mata terlihat dari adanya perubahan warna dari prekursor yang sebelumnya kekuningan menjadi putih keruh, dan mulai terbentuknya endapan. Setelah itu, prekursor setelah diperlakukan tersebut dikeringkan di atas hot plate, dan dipanaskan di dalam furnace untuk menghilangkan kandungan air dan senyawa-senyawa organik yang masih tersisa. Hasil akhir berupa bubuk berwarna putih yang diberi kode PUB4, PUB8 dan PUB12 berturut-turut untuk perlakuan ultrasonik selama 4 jam, 8 jam dan 12 jam. Perlakuan serupa diberikan pula kepada empat prekursor yang lain. Kali ini, digunakan ultrasonic processor sebagai sumber gelombang ultrasonik yang menghasilkan daya besar. Perlakuan ultrasonik diberikan kepada masing-masing prekursor selama ½ jam, 1 jam, 2 jam dan 4 jam. Hasil akhir berupa bubuk putih yang diberi kode bersesuaian dengan waktu perlakuan secara berturut-turut PUP 0,5, PUP 1, PUP 2 dan PUP 4.
Tabel 1. Kode sampel bubuk TiO2
Alat Waktu perlakuan Kode
Ultrasonic Bath (21 W) 4 jam PUB 4
Ultrasonic Bath (21 W) 8 jam PUB 8
Ultrasonic Bath (21 W) 12 jam PUB 12
Ultrasonic Processor (130 W) ½ jam PUP 0,5 Ultrasonic Processor (130 W) 1 jam PUP 1 Ultrasonic Processor (130 W) 2 jam PUP 2 Ultrasonic Processor (130 W) 4 jam PUP 4 Bubuk TiO2 komersil (Degusa P25) P25
4.2 Analisis X-Ray Diffraction (XRD)
Keenam bubuk dikarakterisasi struktur kristalnya menggunakan XRD. Hasil karakterisasi diperlihatkan pada Gambar 22 – 24. Dari gambar-gambar tersebut bisa dikonfirmasi bahwa bubuk yang dibuat merupakan bubuk TiO2
dengan mengamati letak puncak-puncak yang muncul dan membandingkannya dengan data referensi. Fase kristal yang dihasilkan merupakan campuran anatase-rutile yang mirip dengan bubuk TiO2 komersil Degusa P25 (Gambar 22).
Komposisi anatase-rutile di dalam sampel bisa dihitung secara kuantitatif dengan menggunakan luas daerah terintegrasi dari puncak yang terdeteksi sebagai fase rutile dan anatase. Perhitungan komposisi ini dinyatakan dengan bobot rutile yang terkandung (WR) sebagai berikut (Yu et al. 2003):
R A R R A A A W + = 886 , 0 (21)
dengan AR adalah jumlah luas daerah terintegrasi dari semua puncak rutile,
sedangkan AA adalah jumlah luas daerah terintegrasi dari semua puncak anatase.
Selain mengamati komposisi anatase-rutile dari sampel TiO2, diamati pula
ukuran partikel (Apparent Crystal Size, ACS) dari sampel, yang bisa dihitung dengan menggunakan Metode Scheerer (Han et al. 2004; Abdullah, 2009):
θ β λ cos k ACS = (22)
dengan k adalah konstanta sebesar 0,89; λ adalah panjang gelombang sumber sinar-X (dalam hal ini Cu kα sebesar 1,542 Å), dan β adalah setengah lebar puncak difraksi (dalam satuan radian). Nilai β yang digunakan dalam hal ini adalah nilai puncak maksimum yang dimiliki puncak anatase pada orientasi bidang (101).
Fase anatase maupun rutile dari partikel TiO2 memiliki struktur tetragonal
(Khanna et al. 2007; Arami et al. 2007). Penentuan nilai parameter kisi dari masing-masing sampel bisa dilakukan dengan menggunakan metode analitik (Cullity, 1956). Untuk kristal tetragonal, berlaku persamaan:
2 2 2 2 ) ( sin θ = A h +k +Cl (23)
denganθadalah sudut difraksi, h, k dan l adalah indeks Miller, 2
2 4 / a
dan 2 2 4 / c C=λ (25)
dengan a dan c adalah parameter kisi yang dicari. Untuk menentukan nilai parameter kisi tersebut, langkah pertama adalah menentukan nilai A dengan menggunakan nilai sudut yang bersesuaian ketika l = 0 (garis hk0). Sehingga, Persamaan (23) di atas menjadi:
) (
sin2θ =A h2+k2 (26)
Nilai(h2+k2)yang mungkin adalah 1,2,4,5,8, dst. Sehingga, garis hk0 harus memiliki nilai 2θ
sin yang merupakan perbandingan bilangan bulat tersebut di atas. Nilai A oleh karena itu, akan sebesar 81
5 1 4 1 2 1, , , ,
1 , dan seterusnya, dikali dengan nilai sin2θ dari garis-garis yang bersesuaian. Nilai C didapatkan dari pola
garis yang lain (nilai hkl ketika l ≠ 0) dan memodifikasi Persamaan (23) sehingga menjadi: ) ( sin2 2 2 2 k h A Cl = θ− + (27)
Nilai Cl2 ini ditentukan untuk nilai h dan k yang berbeda-beda untuk mencari sekumpulan nilai Cl2 yang konsisten, yang harus memiliki rasio 1, 4, 9, 16, dst. Setelah nilai ini diketahui, nilai C dapat ditentukan.
4.2.1 Analisis XRD Bubuk TiO2 Degusa P25
Profil intensitas XRD untuk bubuk TiO2 Degusa P25 ditampilkan pada
Gambar 22. Degusa P25 merupakan bubuk TiO2 yang memiliki kandungan fase
campuran anatase dan rutile. Fase rutile pada bubuk Degusa P25 diamati pada puncak di sudut 2θ sekitar 270, 360, 410, 440 dan 560 (Pavasupree et al. 2008) yang bersesuaian dengan orientasi bidang pada (110), (101), (111), (210), dan (220) (Arami et al. 2007; Pavasupree et al. 2008) sesuai data JCPDS No. 21-1276 (Lampiran 2). Sedangkan, fase anatase bisa dilihat dari nilai sudut 2θ selain nilai-nilai tersebut di atas, di antaranya di sekitar 250, 370, 480, 550, 700 dan 750 yang bersesuaian dengan orientasi kristal (101), (004), (200), (211), (220) dan (215) (Khanna et al. 2007; Pavasupree et al. 2008) sesuai dengan data JCPDS No. 21-1272 (Lampiran 1)
Dari Gambar 22 bisa diamati bahwa puncak yang dominan dimiliki oleh fase anatase. Dengan demikian bisa diambil kesimpulan bahwa kandungan fase anatase di dalam sampel lebih tinggi dibandingkan kandungan fase rutile. Persentase rutile dari Degusa P25 didapatkan dari Persamaan (21) sebesar 7,75 %, yang berarti persentase anatase adalah sebesar 92,25 %.
Ukuran kristal (Apparent Crystal Size, ACS) bisa diamati secara kasar dari bentuk profil puncak pada kurva XRD. Jika bentuk puncak semakin lebar, menandakan ukuran kristal semakin kecil. Profil yang teramati dari Degusa P25 relatif lebar, yang menandakan ukuran kristal dari partikel TiO2 pada bubuk ini
relatif kecil. Perhitungan nilai ukuran kristal didapatkan dari Persamaan (22) dan didapatkan nilai sebesar 27,04 nm.
4.2.2 Analisis XRD Bubuk TiO2 yang Disintesis Menggunakan Ultrasonik Bath
Kurva XRD untuk bubuk-bubuk TiO2 yang disintesis menggunakan
Ultrasonic Bath sebagai sumber gelombang ultrasoniknya diperlihatkan pada
Gambar 23. Pada gambar tersebut diperlihatkan pula kurva XRD untuk Degusa P25 sebagai pembanding. Dari gambar tersebut, bisa diamati bahwa bubuk yang disintesis memiliki pola XRD yang mirip dengan yang dimiliki oleh bubuk Degusa P25. Dengan demikian bisa disimpulkan bahwa fase kristal yang dimiliki oleh sampel-sampel hasil sintesis adalah campuran anatase dan rutile, serupa
Gambar 22 Kurva XRD Bubuk TiO2 komersil Degusa P25 0 50 100 150 200 250 300 350 10 20 30 40 50 60 70 80 2-theta (derajat) I (a .u .) A ( 1 0 1 ) R ( 1 1 0 ) A ( 0 0 4 ) R ( 1 0 1 ) R ( 1 1 1 ) A ( 2 2 0 ) A ( 1 0 5 ) A ( 2 1 1 ) A ( 2 0 4 ) A ( 1 1 6 ) A ( 2 2 0 ) A ( 2 1 5 ) R ( 2 1 0 ) R (2 2 0 )
