adalah karya penelitian saya sendiri dan bebas plagiat, serta tidak terdapat karya ilmiah yang pernah diajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar akademik serta tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain kecuali secara tertulis digunakan sebagai acuan dalam naskah ini dan disebutkan dalam sumber acuan serta daftar pustaka. Apabila di kemudian hari terbukti terdapat plagiat dalam karya ilmiah ini, maka saya bersedia menerima sanksi sesuai ketentuan peraturan perundang-undangan (Permendiknas No 17, tahun 2010)
2. Publikasi sebagian atau keseluruhan isi Tesis pada jurnal atau forum ilmiah lain harus seijin dan menyertakan tim pembimbing sebagai author dan PPs UNS sebagai institusinya. Apabila dalam waktu sekurang-kurangnya satu semester (enam bulan
sejak pengesahan tesis) saya tidak melakukan publikasi dari sebagian atau keseluruhan tesis ini, maka Prodi Magister Teknik Mesin UNS berhak
mempublikasikannya pada jurnal ilmiah yang diterbitkan oleh Prodi Magister Teknik Mesin UNS. Apabila saya melakukan pelanggaran dari ketentuan publikasi ini, maka saya bersedia mendapatkan sanksi akademik yang berlaku.
Surakarta, Oktober 2014 Mahasiswa,
Trisma Jaya Saputra
v
Trisma Jaya Saputra, NIM: S951108018, 2014.STUDI KINERJA DAN STABILITAS SEL SURYA TERSENSITISASI DENGAN PEWARNA N719 DAN PEWARNA ALAMI. Komisi pembimbing I: Dr. techn. Suyitno, S.T., M.T. Pembimbing II: Dr. Agus Supriyanto, MSi. Tesis Program Studi Magister Teknik Mesin. Program Pasca Sarjana. Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Abstrak
Penelitian ini bertujuan untuk menguji unjuk kerja dan kestabilan sel surya dengan pewarna N719 dan pewarna alami. Pewarna alami diperoleh dari ekstrak daun pepaya dan kemudian diperlakukan dengan menambah asam bensoat sehingga diperoleh pH 5,5, 5,0, 4,5, 4,0, 3,5, dan 3,0. Uji kestabilan dilakukan dengan perlakuan panas 50°C selama 100 jam dan 200 jam. Pewarna alami dan pewarna N719 dilakukan pengujian absorbansi, FTIR, dancyclic voltammetry.Dari penelitian ini diperoleh hasil bahwa kinerja sel surya dengan pewarna N719 masih lebih tinggi dibandingkan dengan kinerja sel surya dengan pewarna alami.Voc, Jsc, dan efisiensi dari sel surya dengan pewarna N719 sebesar 475 mV, 3,40 mA/cm2, dan 0,87%. Sedangkan Voc, Jsc, dan efisiensi dari sel surya dengan pewarna alami daun pepaya sebesar 325 mV, 0,36 mA/cm2, dan 0,07%. Selanjutnya, penambahan asam bensoat dalam pewarna daun pepaya sampai pH 3,5 mampu meningkatkan kinerja sel surya sampai 4 kalinya. Sel surya dengan pewarna alami daun pepaya pH 3,5 mempunyai Voc, Jsc, dan efisiensi sebesar 460 mV, 1,19 mA/cm2, dan 0,28%. Penambahan tingkat keasaman dari bahan pewarna alami daun pepaya sampai pH 3,5-4 dapat meningkatkan kestabilan dari sel surya dengan pewarna alami daun pepaya.
Kata kunci: Kinerja, kestabilan, sel surya, pewarna alami, daun pepaya, cyclic voltammetry.
Abstract
The research aims to investigate the performance and the stability of dye sensitized solar cell based on N719 and natural dye. The natural dyes were extracted from Papaya leaves and then were added with benzoic acid until their pH 5.5, 5.0, 4.5, 4.0, 3.5, and 3.0. To test the stability, the solar cell and dye was subjected to heat at 50°C for 100 h and 200 h. The natural and N719 dye were examined their absorbance, FTIR, and cyclic voltammetry. The results show that the performance of solar cells based on N719 dye was higher than that of based on natural dye. Voc, Jsc, and efficiency of the solar cells based on N719 dye were 475 mV, 3.40 mA/cm2,and 0.87%, respectively. Meanwhile, The respective Voc, Jsc, and efficiency of the solar cells based on papaya dye were 325 mV, 0.36 mA/cm2, and 0.07%. Furthermore, the addition of benzoic acid in the papaya leaves dye until pH 3.5 increased the performance of solar cell up to 4 folds. The solar cell with papaya leaves dye at pH 3.5 has Voc, Jsc, and efficiency of 460 mV, 1.19 mA/cm2, dan 0.28%, respectively. The best stability of solar cell based on papaya leaves dye was achieved by adding benzoic acid until the pH of dyes was 3.5-4.0.
Keywords: performance, stability, solar cell, natural dye, papaya leaves, cyclic voltammetry.
vii
KATA PENGANTAR
Syukur alhamdulillah, segala puji hanya kepada Allah SWT, atas segala nikmat cahaya ilmu pengetahuan, kemudahan serta petunjuk yang telah diberikan sehingga dapat
terselesaikan dengan baik penulisan tesis dengan judul “STUDI KINERJA DAN
STABILITAS SEL SURYA TERSENSITISASI DENGAN PEWARNA N719 DAN
PEWARNA ALAMI”. Tesis ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh
gelar Magister Teknik di Program Studi Magister Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Dengan terselesaikannya laporan ini, penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada:
1. Bapak Prof. Dr. Ir. Ahmad Yunus, M.S. selaku Direktur Program Pascasarjana Universitas Sebelas Maret Surakarta.
2. Bapak Dr. Techn. Suyitno, S.T., M.T. selaku Ketua Program Studi Magister Teknik
Mesin Program Pascasarjana UNS
3. Bapak Dr. Techn. Suyitno, S.T., M.T. selaku Pembimbing I yang telah memberikan
inspirasi dan bimbingan dalam menyelesaikan penulisan tesis ini.
4. Bapak Dr. Agus Supriyanto, S.Si., M.Si. selaku Pembimbing II yang telah
memberikan inspirasi dan bimbingan dalam menyelesaikan penulisan tesis ini.
5. Bapak D. Danardono, S.T., M.T., Ph.D dan Bapak Dr. Eng. Syamsul Hadi, S.T.,
M.T. selaku penguji Tesis.
6. Seluruh Dosen Magister Teknik Mesin yang telah memberi ilmu, inspirasi dan
motivasi selama menjalani proses perkuliahan.
7. Keluarga besar istri tercinta Sri Handayani, S.Pd, M.Pd. dan anakku tersayang Ajeng
Kartika Nugraheri Syafitri, serta Orang Tua dan adik-adik yang telah memberi kasih
sayang, nasehat dan doa.
8. Rekan-rekan seperjuangan Mas Dharmanto, Mas Mirza, Pak Lukman, Pak Agus, Pak Bayu, Mas Arga, Mas Tarmo dan Mas Yoga.
9. Bu Ning, Bu Dr. Sayekti, Mas David lab MIPA Terpadu Universitas Sebelas Maret
kesempurnaan penyusunan tesis ini. Semoga tesis ini dapat menjadi manfaat bagi kita semua.
Surakarta,
Penulis
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN PENGESAHAN... PERNYATAAN ORISINALITAS DAN PUBLIKASI ISI TESIS...
ABSTRAK... ABSTRACT... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL... DAFTAR GAMBAR... BAB I PENDAHULUAN... 1.1. Latar Belakang Masalah... 1.2. Rumusan Masalah... 1.3. Tujuan Penelitian... 1.4. Manfaat Penelitian... 1.5. Batasan Masalah... BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 2.1. Perkembangan Penelitian pada Bahan Pewarna... 2.2. Perkembangan Penelitian Semikonduktor... 2.3. Sel Surya DSSC... 2.4. Karakteristik Sel Surya... 2.5. Uji Stabilitas...
BAB III METODE PENELITIAN... 3.1. Tempat Penelitian... 3.2. Alat dan Bahan...
3.3. Alur Penelitian... 3.4. Struktur Sel Surya dan Pengujian Sel Surya DSSC... 3.5. Uji Kestabilan Sel Surya... 3.6. Variasi Pengujian...
ii iv v vi vii ix xi xii 1 1 2 2 2 2 4 4 14 15 17 18 20 20 20 21 23 24 25
xi DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Tabel 2.2. Tabel 2.3. Tabel 2.4. Tabel 3.1. Tabel 4.1. Tabel 4.2. Tabel 4.3. Tabel 4.4. Tabel 4.5. Tabel 4.6. Tabel 4.7. Tabel 4.8.
pH ekstrak (temperatur ekstrak 50oC) dan pengaruhnya pada efisiensi sel surya dengan pewarna daun bayam dan daun ipomoea (Chang, et al.,
2010)... Temperatur ekstraksi daun ipomoea dan pengaruhnya pada kinerja sel surya (Chang,et al.,2010)... Karakteristik DSSC ekstrak Nephelium lappaceum dengan penambahan HCL...
Reviewbahan pewarna pada sel surya DSSC...
Variasi pengujian... Kinerja sel surya dengan pewarna alami dan pewarna N719 setelah dirakit... Hasil ujicyclic voltammetryuntuk berbagai pewarna ... Nilai Ipc dan Ipa dari berbagai pewarna yang diuji dengan cyclic
voltammetry... Kinerja sel surya dengan pewarna alami dan pewarna N719 setelah dikenai perlakuan 100 jam dan 200 jam... Prosentase penurunan kinerja sel surya setelah diperlakukan 100 jam dan 200 jam... Hasil ujicyclic voltammetryuntuk berbagai pewarna setelah perlakuan 100 jam...
Hasil ujicyclic voltammetryuntuk berbagai pewarna setelah perlakuan 200 jam... Nilai Ipc dan Ipa dari berbagai pewarna yang mengalami perlakuan 100
jam setelah diuji dengancyclic voltammetry... 8 9 11 12 25 26 27 28 31 31 34 34 35
Gambar 2.3. Gambar 2.4. Gambar 2.5. Gambar 2.6. Gambar 2.7. Gambar 2.8. Gambar 2.9. Gambar 2.10. Gambar 2.11. Gambar 3.1. Gambar 3.2. Gambar 3.3. Gambar 4.1. Gambar 4.2. Gambar 4.3. Gambar 4.4.
Serapan cahaya dari berbagai bahan pewarna: daun ipomoea, daun bayam dan campuran (Chang,et al., 2010)... Kurva IPCE dengan ekstrak daunipomoea dan daun bayam (Chang,et al., 2010)... KurvaLight Harvesting Efficiency: (a) Yemeni Henna dan (b)Bahraini
Hennadengan berbagai konsentrasi (Jasim,et al.,2012)...
Struktur (a)xanthophylldan (b) antosianin (Hemalatha,et al., 2012)... Uji FTIR pada ekstrak pewarna alami dari Kerria Japonica dan Rosa
Chinensis(Hemalatha,et al.,2012)... Diagram posisi level HOMO LUMO dari ekstrak Nephellum
lappaceum(Kumara, et al.,2012)... Prinsip kerja sel surya DSSC (Grätzel, 2003)... KurvaI-Vpada sel surya (Usman, 2001)... Skema pengukuran tegangan dan arus pada sel surya menurut ASTM E 9485-95... Diagram alur penelitian...
Skema struktur sel surya DSSC... Siklus atau perlakuan untuk uji kestabilan DSSC dan bahan pewarna... Skema injeksi elektron pada sel surya jenis DSSC: (a) Type-I DSSC
dan (b)Type-II DSSC (Ooyama dan Harima, 2012)... LHE versus wavelength (nm) pewarna N719 dan daun pepaya pada tingkat keasaman yang berbeda-beda... Uji FTIR pada pewarna N719 dan daun pepaya pada tingkat keasaman yang berbeda-beda... LHE versus wavelength (nm) pewarna N719 dan daun pepaya pada tingkat keasaman yang berbeda-beda setelah mendapat perlakuan 50oC: (a) 100 jam dan (b) 200 jam ...
6 6 7 8 9 11 13 18 18 21 24 24 27 29 30 32
xiii
Gambar 4.5.
Gambar 4.6.
Uji FTIR pada pewarna N719 dan daun pepaya pada tingkat keasaman yang berbeda-beda setelah mendapat perlakuan 100 jam pada 50oC...
Uji FTIR dapa pewarna N719 dan daun pepaya pada tingkat keasaman yang berbeda-beda setelah mendapat perlakuan 200 jam pada 50oC...
33
35
1
Sel suryadye-sensitized (DSSC) adalah perangkat untuk konversi cahaya menjadi listrik yang didasarkan pada kepekaan semikonduktor. Semikonduktor TiO2 dan ZnO tidak dapat menyerap seluruh spektrum cahaya secara efektif, sehingga penyerapan cahaya perlu bantuan zat warna.
Umumnya, pewarna yang digunakan sebagian besar sel surya DSSC adalah pewarna sintetis seperti: N719 dan pewarna N3. Kedua pewarna tersebut memiliki efisiensi konversi fotolistrik yang baik. Namun demikian pewarna tersebut mengandung logam berat yang tidak diinginkan dari sudut pandang aspek lingkungan. Selain itu bahan pewarna sintetis biayanya tinggi dan dalam jangka panjang tidak menguntungkan karena rumitnya proses pembuatan (Calogero dan Marco, 2008; Chang dan Lo, 2010; Chang, et al., 2010; Wongcharee,et al., 2007).
Oleh karena itu, beberapa peneliti mengembangkan pewarna alami sebagai substitusi pewarna sintetis karena ketersediaannya melimpah. Pewarna alami adalah pewarna berupa molekul pigmen yang diperoleh dari sumber tumbuhan, hewan atau mineral dengan atau tanpa proses kimia. Sejauh ini, beberapa pewarna alami yang digunakan sebagai sensitizer dalam DSSC utamanya mengandung antosianin dan klorofil.
Antosianin merupakan senyawa alami yang memberi warna pada buah-buahan dan tanaman terutama pada warna ungu dan merah, sedangkan klorofil kaya akan warna hijau
(Chang dan Lo, 2010; Chang, et al., 2010). Pewarna alami yang dikehendaki harus mempunyai sifat: penyerapan sinar tampak dengan jangkauan yang luas, pencampuran pewarna dengan mempertimbangkan daerah serapan sinar tampak, memiliki gugus antosianin dan klorofil (Chang dan Lo, 2010), kesesuaian dengan semikonduktor (Chang,
et al., 2010), memiliki stabilitas yang tinggi (Chang, et al., 2010; Wongcharee, et al.,
2007), mempunyai kesesuaian dengan jenis pelarut (Wongcharee, et al., 2007), dan mempunyai panjang pendek gugus yang sesuai (Calogero dan Marco, 2008; Chang,et al., 2010). Dari semua persyaratan bahan pewarna sel surya, dua hal yang masih menjadi perhatian para peneliti adalah kinerja sel surya dan kestabilan sel surya dengan pewarna alami. Oleh karena itu, uji kinerja dan kestabilan dari sel surya berbasis semikonduktor
2
TiO2 dengan menggunakan pewarna N719 dan pewarna alami yang diperlakukan tingkat keasamannya menarik untuk diteliti lebih mendalam.
1.2. Rumusan Masalah
Dalam penelitian ini dirumuskan beberapa masalah diantaranya:
1. Bagaimana perbandingan kinerja dan kestabilan sel surya dengan pewarna N719 dan pewarna alami.
2. Bagaimana pengaruh penambahan tingkat keasaman dari pewarna alami terhadap kinerja dan kestabilan dari sel surya dengan pewarna alami
1.3. Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah:
1. Mengukur kinerja dan kestabilan sel surya dengan pewarna N719 dan pewarna alami.
2. Mengetahui pengaruh penambahan tingkat keasaman dari pewarna alami terhadap kinerja dan kestabilan dari sel surya dengan pewarna alami
1.4. Manfaat Penelitian
Dari penelitian yang dilakukan dapat memberikan manfaat sebagai berikut: 1. Memberi pengetahuan perbandingan kinerja dan kestabilan sel surya berpewarna
alami dan N719
2. Mendapatkan informasi bagaimana meningkatkan kinerja dan kestabilan dari sel surya berpewarna alami.
1.5. Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah:
1. Material semikonduktor yang digunakan untuk pembuatan DSSC dalam penelitian ini adalah TiO2.
2. Zat pewarna (dye) alami yang digunakan dalam daun pepaya
pyrolysisdengan menggunakan larutan SnCl2, NH4F
9. Menggunakan larutan Pt (platinum untuk membuatcounter electrode)
(a) antosianin (b) klorofil
(c) campuran antosianin-klorofil
pH Voc(mV) Isc(mA/cm2) η(%) FF(%)
3 510 0,915 0,253 55,15
2 543 0,982 0,292 56,38
1 565 1,12 0,318 59,23
Temperatur
ekstraksi (oC) Voc(mV) Isc(mA/cm2) η(%) FF(%)
30 495 0,85 0,233 53,55
50 540 0,914 0,278 56,33
80 533 0,825 0,259 54,78
10
dan C=C yang terdapat dari masing-masing pewarna, hal ini mencerminkan sifat dari struktur molekul carotenoid. Band yang intens pada 1066 cm-1 memiliki C-O-C. Band yang kuat dan luas pada 3000-3700 cm-1 memiliki gugus –OH, pada daerah 2923 dan
2850 cm-1 adalah –CH. Karakteristik penyerapan cahaya yang kuat Rosa Chinensis merupakan serapan dari dua pigmen utama atosianin. Kedua puncak pada 2922 dan 2850 cm-1 adalah –CH. Puncak pada panjang gelombang dari 3393 cm-1 adalah OH yang
merupakan zat warna anthocyanin dari Rosa Chinnesis. Spektrum puncak 1726 cm-1 memiliki C=O, hal ini menunjukkan bahwa pewarna antosianin memiliki bentuk
quinonoidal parsial (Hemalatha, et al.,2012).
HOMO LUMO merupakan parameter yang penting dalam proses membuat sel
surya DSSC.Pada sel surya tersensitisasidye, cahaya foton diserap olehdyeyang melekat (attached) pada permukaan partikel TiO2(lapisan TiO2bertindak sebagai akseptor atau
kolektor elektron yang ditransfer daridyeyang teroksidasi). Foton yang diserap
mengakibatkan elektron tereksitasi dari level HOMO (Highest Occupied Molecular
Orbital) ke LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital) pada molekuldye.
Untuk mendapatkan tingkat energi HUMO LUMO dari pewarna dengan
menggunakan pengujian cyclic voltammetry sedangkan elektroda yang digunakan:
counter electrode (Pt wire), working electrode (solid Pt) dan reference electrode
(Ag/AgCl).
HOMO merupakan energi yang dibutuhkan untuk mengekstrak elektron dari molekul yang merupakan proses oksidasi, sedangkan LUMO adalah energi yang diperlukan untuk menambahkan elektron ke molekul yang merupakan reduksi. Proses
dapat diukur dengan metode cyclic voltammetry yaitu dengan cara mengukur potensial
redoks Ered dan Eox. Perhitungan dan experimen dari pengukuran electrochemical dapat
diberikan pada persamaan:
= ( + 4.4) eV ... (2.1)
= ( + 4.4) eV ...(2.2)
dan = ... (2.3)
12
Tabel 2.4.Reviewbahan pewarna pada sel surya DSSC
No Jenis Pewarna Komponen pH o C
P el ar ut /t am ba ha n Serapan Cahaya Pewarna Semikond uktor Serapan Cahaya (Pewarna+Semi konduktor) Isc (mA/cm 2) Voc
(mV) FF η(%) Ref
1
Buah murbei Antosianin - - Alkohol 518 dan 543 nm TiO2 1,89 555 0,49 0,548
(Chang dan Lo, 2010) Daun delima Klorofil - - Alkohol 400-500 dan
600-750 nm TiO2 2,05 560 0,52 0,597
Buah murbei : Daun delima =
1:1
Antosianin :
Klorofil - - Alkohol TiO2 2,8 530 0,49 0,722
2
Daun Bayam Klorofil-a - - Alkohol TiO2 0,467 550 0,51 0,131
(Chang, et al., 2010) Daun Ipomoea Klorofil-b
- - Alkohol TiO2 0,914 540 0,5633 0,278
- 50 Alkohol TiO2 0,914 540 0,5633 0,278
1.0 50 Alkohol TiO2 1,12 565 0,5923 0,318
Daun Bayam : Daun Ipomoea
= 1:1
Klorofil-a :
Klorofil-b - - - TiO2 - - -
-3 Bunga Rosella Cyanidin and delphinidin - - -TiO2
1,63 404 0,57 0,37
(Wongcharee, et al.,2007)
- 50 - 2,06 433 0,59 0,52
- 50 air 2,06 433 0,59 0,52
- 50 ethanol 2,51 488 0,59 0,71
1.0 50 - 2,72 408 0,63 0,70
Bunga kacang
biru Tertanin - - - TiO2 0,37 372 0,33 0,05
Bunga Rosella
: Bunga
kacang biru = 1:1
4
Kulit buah
terung - - - TiO2 3,40 350 0,40 - (Calogero dan
Marco, 2008)
Jus jeruk - - - TiO2 3,84 340 0,50 0,66
5
Bunga K.
Japonoca Karotenoid
- - - TiO2 0,5597 5839 0,6775 0,22
(Hemalatha, et al.,2012)
- - gula TiO2 0,7509 5526 0,7045 0,29
Bunga R.
Chinensis Antosianin
- - - TiO2 0,8017 5433 0,664 0,29
- - gula TiO2 0,7025 5373 0,6938 0,27
6
Buah labu Β-carotene - TiO2 400-550 nm 0,24 644 0,49 0,076
(Shanmugam, et al.,2013) Bunga
kamboja merah
Antosianin TiO2 450-600 nm 0,94 495 0,65 0,301
7
Ixora coccinea - ZnO - 2,65 210 0,29 0,33
(Thambidurai, et al.,2011) Buah
Mulberry - ZnO - 2,90 230 0,30 0,41
Umbi Beet - ZnO - 2,90 230 0,30 0,28
8
Umbi Black
carrot - - 1,302 400 0,47 0,25
(Tekerek, et al.,2011) Buah Black
raspberry - - 0,672 400 0,59 0,16
Bunga Rosella
juice - - 0,79 428 0,47 0,16
9
Daun Kubis
merah Cyanidin - - 4,38 470 0,36 0,73 (Gokilamani,
et al.,2013) Biji Kacang
14
2.2. Perkembangan Penelitian Semikonduktor
Laporan penelitian yang berhubungan dengan pemanfaatan semikonduktor untuk pemanenan energi telah banyak diteliti. Terdapat dua material semikonduktor utama yang
dikembangkan pada sel surya jenis DSSC yaitu ZnO dan TiO2. Fungsi semikonduktor dalam DSSC adalah mengonversi energi foton melalui mekanisme eksitasi elektron berdasarkan perbedaan celah energi.
Celah pita energi yang dimiliki ZnO hampir sama dengan yang dimiliki TiO2. Namun demikian, telah dilaporkan bahwa efisiensi sel surya menggunakan semikonduktor ZnO masih lebih rendah dibandingkan efisiensi sel surya dengan menggunakan semikonduktor TiO2. Beberapa faktor yang mungkin menjadi penyebab adalah karena pelarutan dari ZnO, pembentukan agregat pewarna-Zn2+, efisiensi injeksi elektron yang lebih rendah, efisiensi regenerasi pewarna yang rendah, dan meningkatnya kepadatan perangkap permukaan setelah penyerapan pewarna (Wong,et al.,2012). Di sisi lain ZnO mempunyai mobilitas elektron yang lebih tinggi sehingga rekayasa material ZnO untuk mengoptimalkan kemampuan mobilitas elektronnya terus dilakukan.
Pada saat ini, rekayasa material ZnO untuk DSSC diarahkan untuk meningkatkan efisiensi DSSC melalui perubahan bentuk ZnO atau perubahan sifat dari ZnO. Bentuk ZnO yang telah dikaji antara lain bentuk susunan bertingkat dimana menghasilkan efisiensi DSSC sebesar 3,51%. Bentuk dan ukuran nanomaterial yang seragam sangat berpengaruh terhadap konektifitas antar semikonduktor sehingga mempengaruhi tinggi rendahnya nilai efisiensi DSSC (Chou,et al.,2007). Bentuk ZnO nanorod juga dilaporkan telah mampu meningkatkan efisiensi dari 1,8% menjadi 2,7% dengan kondisi penyinaran yang sama (Takanezawa, et al., 2007). Semikonduktor berbentuk nanoporous juga telah menunjukkan injeksi electron dari pewarna yang sangat cepat (Suresh, et al.,2011). Dari
penelitian-penelitian tersebut terungkap bahwa bentuk ZnO memberi pengaruh terhadap efisiensi sel surya.
Selain besar kecilnya celah pita energi dan bentuk dari material semikonduktor, pengembangan semikonduktor untuk DSSC juga harus memperhitungkan penyerapan spektrum cahaya, kemudahan perpindahan elektron, penyerapan bahan pewarna, umur
16
elektron kedalam pita konduksi semikonduktor yang telah terjadi pengosongan elektron. Transfer elektron yang keluar tersebut melintas melewati partikel-partikel semikonduktor menuju lapisan elektroda konduktif transparan FTO (Fluorine doped Tin Oxide), selanjutnya ditransfer melewati rangkaian luar kemudian menuju elektroda lawan (counter electrode). Elektron masuk kembali ke dalam sel melaluicounter electrode dan bereaksi dengan I3- menghasilkan 3I-. Karena terdapat elektrolit sehingga reaksi berikutnya adalah reaksi oksidasi dimana 3I- terurai menjadi I3- dan sejumlah elektron yang akan mengisi kekosongan elektron dalam dye. Elektrolit redoks, biasanya berupa pasangan iodida dan triodida (I-/I3-) yang bertindak sebagai mediator redoks, sehingga dapat menghasilkan proses siklus di dalam DSSC dan dapat ditunjukkan pada Gambar 2..9.
Prinsip kerja masing-masing komponen sel surya DSSC adalah:
1. Substrate
Substrate yang digunakan pada DSSC yaitu jenis TCO (Transparent Conductive Oxide) yang merupakan kaca transparan konduktif. TCO itu sendiri berfungsi sebagai badan dari sel surya dan sebagai tempat elektron mengalir. Material yang umumnya digunakan yaitu flourine-doped tin oxide (SnO2:F atau biasa disebut dengan FTO), atau
indium tin oxide (In2O3:Sn atau ITO). Pemilihan kedua material tersebut merupakan
pilihan yang cocok karena tidak mengalami kerusakan pada proses sintering, dimana temperatur sintering itu sendiri sebesar 100-500°C.
2. Pewarna
Pewarna pada DSSC adalah pewarna yang dapat terserap pada lapisan tipis semikonduktor dan berfungsi sebagai sensitizer, sensitizer memiliki fungsi menyerap cahaya dan menginjeksikan elektron ke pita konduksi semikonduktor
3. Elektrolit
Elektrolit merupakan pasangan iodide (I-) dan triodide (I3-) bertindak sebagai mediator elektron sehingga dapat menghasilkan proses siklus dalam sel. Elektrolit
Karakteristik sel surya saat disinari dinyatakan dalam karakteristik arus hubung-singkat (Isc) dan tegangan lingkar buka (Voc). Titik pada kurva I-V yang menghasilkan nilai maksimum dari perkalian arus dan tegangan disebut titik daya maksimum (Pmax).
Arus short-circuit (Isc) adalah arus listrik maksimum pada nilai tegangan (volt)
sama dengan nol, sedangkan tegangan open-circuit(Voc) adalah kondisi dimana tidak ada arus yang dapat mengalir sehingga tegangannya maksimum. Pengukuran Isc dilakukan dengan membuat resistor atau hambatan bernilai nol, sehingga nilai tegangannya menjadi nol. Pengukuran Voc dilakukan dengan membuat resistor atau hambatan bernilai sangat tinggi sehingga tidak ada arus yang mengalir dan arus bernilai nol.
Karaktersitik penting lainnya dari sel surya yaitu fill factor (FF), dengan persamaan dibawah ini:
= ×
× ..………...………..(2.4)
Fill factor merupakan perbandingan antara daya maksimum dengan daya hasil
kali Voc dan Isc. Nilai fill factor yang tinggi menunjukkan arus yang dihasilkan mudah mengalir dan tidak terbuang sebagai rugi-rugi dalam.
Daya maksimum (Pmax) adalah energi listrik maksimum persatuan waktu yang dapat dihasilkan oleh sel surya. Pada kurva arus-tegangan, daya maksimum ditunjukkan oleh luas
area (hasil kali arus dengan tegangan) yang maksimum. Persamaan yang digunakan:
= ... (2.5)
Sedangkan efisiensi sel surya dapat ditentukan dari daya maksimum yang dihasilkan dari sel surya (Pmax) dibagi dengan luas penampang sel surya A (m2) dan intensitas penyinaranI(W/m2).
=
Nilai fill fact menentukan kualitas perfor
Gambar. 2.10
Gambar 2.11. S
2.5. Uji Stabilitas
Pengujian stabilita temperatur 50oC ± 2oC se
actor dan efisiensi ini yang menjadi refere
rformansi suatu sel surya.
. 2.10. KurvaI-Vpada sel surya (Usman, 2001)
2.11. Skema pengukuran tegangan dan arus pada sel ASTM E 9485-95
litas sel surya dengan menggunakan pema selama 100 dan 200 jam, untuk pengujian
18
erensi utama dalam
2001)
sel surya menurut
manasan oven pada an stabilitas pewarna
dan 200 jam pada 50oC ± 2oC setelah itu DSSC diuji dengan pengukuran kurva karakteristikI-Vdengan menggunakan digital multimeter merk Keithley 2602A, dibawah sinar lampu OSRAM 300 W/230V SK TI pada intensitas 1000 W/m2di lab Fisika MIPA UNS. Dari hasil uji kurva karakteristik V-I kemudian dianalisis Voc, Isc, fill factor, dan efisiensi dari sel surya.
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Tempat Penelitian
Penelitian ini merupakan penelitian eksperimental yang dilakukan di Lab. Energi Surya Jurusan Teknik Mesin, Lab. Sub Kimia FMIPA, Lab MIPA Terpadu Universtias Sebelas Maret Surakarta dan Lab Kimia Terpadu UII Yogyakarta. Diagram alir penelitian dapat dilihat pada gambar 3.1.
3.2. Alat dan Bahan
1. Alat
Alat yang digunakan pembuatan FTO terdiri dari pemanas, Nebulizer AMRON COMP A.I.R. dan reaktor. Alat yang digunakan pembuatan counter elektroda adalah pemanas. Alat yang gunakan untuk pembuatan pewarna adalah sochklet PYREX 500 ml dan rotary evaporator BUCHI Waterbath B-480. Alat yang digunakan untuk pembuatan lapisan semikonduktor adalah furnace Brother XD-1700 M. Alat yang digunakan untuk pembuatan elektrolit adalah magnetic stirrer NESCO LAB. Untuk mengukur tingkat keasaman dari bahan pewarna adalah pH 700 UTECH INSTRUMENTS.
Alat uji yang digunakan untuk mengetahui stabilitas pewarna dan stabilitas sel surya DSSC terdiri dari UV-Vis PerkinElmer Lambda 25, FTIR IRPrestige-21 SHIMADZU, Cyclic Voltammetry µAUTOLAB TYPE II Ω Metrohm dan Oven
(pemanas). Alat uji yang digunakan untuk menguji kinerja sel surya DSSC adalah digital multimeter merk Keithley 2602A, dibawah sinar lampu OSRAM 300 W/230V SK TI, intensitas matahari menggunakan pirano meter LI-COR Model LI-250 Light Meter.
2. Bahan
Bahan yang digunakan untuk pembuatan FTO adalah tin (II) chloride (SnCl2),
ammonium fluoride (NH4F), dan ethanol. Bahan yang digunakan untuk pembuatan
counter electrodeadalah larutan platinum H2PtCl6.Bahan yang digunakan untuk pewarna sistetis menggunakan N719 sedangkan untuk pewarna alami menggunakan ekstrak daun Pepaya. Bahan yang digunakan untuk membuat lapisan semikonduktor TiO
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
22
Secara lengkap diagram alir penelitian pada gambar 3.1. dijelaskan sebagai berikut:
1. Sintesis FTO
FTO dalam penelitian ini digunakan sebagai (1) lapisan atas untuk penerus cahaya dan elektroda dan (2) sebagai dasar untuk counter electrode. Sebagai lapisan penerus cahaya dan elektroda, FTO dipersyaratkan mempunyai hambatan < 30Ω dan transmitansi > 75%. FTO untuk penerus cahaya dibeli dari Pilkington Japan.
2. SintesisCounter Electroda
FTO yang digunakan sebagai dasarcounter electrodedibuat dengan menggunakan metode spray pyrolysis. Bahan yang digunakan untuk pembuatan FTO adalah tin (II)
chloride (SnCl2), ammonium fluoride(NH4F), dan ethanol. Counter electrode dalam sel
surya juga berfungsi sebagai katalis untuk redox elektrolit. Counter electrode dibuat di laboratorium dengan menggunakan metode coating. Bahan yang digunakan untuk pembuatan counter electrode adalah larutan platinum H2PtCl6 (Calandra, et al., 2010). Kaca FTO dipanaskan sampai suhu 200oC dan pada suhu ini 5 ml larutan pelatinum H2PtCl6dilapiskan pada FTO sampai suhu kaca FTO naik sekitar 300oC. Setelah proses pelapisan selesai, counter didinginkan secara alami kemudian dilakukan pengukuran hambatan. Langkah selanjutnya adalah membuat lapisan semikonduktor.
3. Sintesis Pewarna
Dalam penelitian ini menggunakan dua jenis bahan pewarna, yaitu pewarna sintetis N719 dan pewarna alami. Pewarna N719 diperoleh dari dyesol. Pewarna alami diperoleh dari ekstrak daun pepaya. Bahan pewarna alami seberat 35 g di masukkan kedalam 350 ml ethanol setelah itu diekstrak dengan sochlet untuk mengambil ekstrak dari pewarna. Proses ekstraksi dilakukan selama ± 2-3 jam dengan temperatur pemanasan sekitar 70oC. Setelah ekstrak diperoleh maka dilanjutkan pemisahan antara ekstrak bahan pewarna dengan ethanol menggunakanrotary evaporator.
Untuk mendapatkan bahan pewarna sel surya, hasil ekstrak daun pepaya kemudian dicampur dengan ethanol kadar 96% dengan konsentrasi 8 g/100 ml Sedangkan
FTO sebesar 20 µm. Selanjutnya TiO2 yang telah menempel pada FTO disintering pada 450oC selama 2 jam (Chang, et al., 2010; Wongcharee, et al., 2007) dengan tujuan agar terjadi interlocking (ikatan) antara kaca dengan semikonduktor (Chang, dan Lo, 2010; Chang, et al., 2010). Semikonduktor yang telah menempel di FTO dengan luasan 3 cm2 (1 cm x 3 cm) dan selanjutnya semikonduktor direndam dengan pewarna N719 dan pewarna alami selama 24 jam pada suhu kamar (Chang dan Lo, 2010; Chang,et al.,2010; Hemalatha, et al.,2012; Shanmugam,et al.,2013; Wongcharee,et al.,2007).
5. Sistesis Elektrolit
Elekrolit yang dipakai dalam penelitian ini adalah garam Sodium Iodide (NaI)
99,95% murni,IodineI2 99,95% murni dan HPA. Komposisi bahan-bahan tersebut NaI = 3,3 g, I2 = 0,523875 g, HPA = 0,005481 g dan acetonitrile sebanyak 30 ml. NaI dilarutkan kedalam acetonitrile dan dilakukan pengadukan selama 15 menit. Setelah itu ke dalam larutan tersebut ditambahkan I2 dan diaduk selama 15 menit dan dilanjutkan penambahan HPA. Pengadukan dilanjutkan selama 24 jam.
3.4. Struktur Sel Surya dan Pengujian Sel Surya DSSC
Struktur DSSC dibuat seperti pada Gambar 3.2. yang terdiri dari FTO yang telah
dilapisi TiO2 sebagai semikonduktor dan telah direndam dengan pewarna kemudian disatukan dengan konter elektroda yang telah dilapisi platinum, antara FTO semikonduktor dan FTO konter diberi seal. Selanjutnya dilakukan pengisian elektolit.
Unjuk kerja sel surya DSSC diuji dengan pengukuran kurva karakteristik I-V dengan menggunakan digital multimeter merk Keithley 2602A, dibawah sinar lampu OSRAM 300 W/230V SK TI pada intensitas 1000 W/m2 di lab Fisika MIPA UNS. Dari hasil uji kurva karakteristik V-I kemudian dianalisis Voc, Isc,fill factor, dan efisiensi dari sel surya. Variabel yang diamati selama pengujian dapat dilihat pada Tabel 3.1.
1 6010 60070 60190 60200 12200 0
30 50
1226
Pengujian Pengujian
100 jam 100 jam
T
em
pe
rat
ure
(
o C
)
Time(h)
S
em E 0 j 100 j 200 j UV FT C
1 P il ki ng ton / T in (I I) C h lor ide (S nC l2) , A m m on ium F lu or ide (( N H 4F ), E tha nol 9 6 % T iO2 P la ti nu m H2 P tC l6 Sodi um I odi de (N ai ), Iod in e (I2 ), H P A , A ce ton it ri le N719 Voc, Isc, FF, η Voc, Isc,, η Voc, Isc, η 0, 100, 200 jam 0, 100, 200 jam 0, 100 , 200 jam 2 3 4 Daun Pepaya 5 6 7 Daun Pepaya pH 5,5 8 9 10 Daun Pepaya pH 5 11 12 13 Daun Pepaya pH 4,5 14 15 16 Daun Pepaya pH 4 17 18 19 Daun Pepaya pH 3,5 20 21 22 Daun Pepaya pH 3 23 24
[image:38.595.111.532.131.548.2]BAB IV
HASIL DAN ANALISIS DATA
4.1. Unjuk Kerja Sel Surya pada 0 Jam
Analisis unjuk kerja dari sel surya dilakukan dengan mengukur arus (I) dan tegangan (V) yang dihasilkan oleh sel surya dengan penyinaran 1000 W/m2. Jsc
[image:39.595.105.507.249.485.2]merupakan nilai dari arus yang keluar (I) dibagi dengan luasan aktif dari sel surya. Hasil pengujianI-Vsel surya sesaat setelah dirakit (0 jam) dapat dilihat pada Tabel 4.1.
Tabel 4.1. Kinerja sel surya dengan pewarna alami dan pewarna N719 setelah dirakit.
Jenis Pewarna Voc(mV) Jsc(mA/cm2) FF η(%)
N719 475 3,40 0,54 0,87
Daun pepaya 325 0,36 0,56 0,07
Daun pepaya pH 5,5 400 0,51 0,52 0,11
Daun pepaya pH 5 490 0,66 0,51 0,17
Daun pepaya pH 4,5 415 0,90 0,56 0,21
Daun pepaya pH 4 415 0,98 0,54 0,22
Daun pepaya pH 3,5 460 1,19 0,52 0,28
Daun pepaya pH 3 430 1,10 0,55 0,26
Jika dilihat dariVoc(open circuit voltage), tegangan yang dihasilkan dari sel surya dengan pewarna N719 secara rata-rata masih lebih tinggi dibandingkan dengan sel surya berpewarna daun pepaya. Selain itu, peningkatan tingkat keasaman dari pewarna, menghasilkan tegangan yang lebih tinggi. Pada pH = 5, tegangan yang dihasilkan adalah yang tertinggi, yaitu 490 mV. Hal ini disebabkan oleh tinggi rendahnya HOMO (highest occupied molecular orbital) dan LUMO (lowest unoccupied molecular orbital) yang diuji dengan menggunakan cyclic voltammetry (CV) dan hasilnya ditampilkan pada Tabel 4.2. HOMO adalah orbital yang dapat bertindak sebagai donor elektron, karena merupakan orbit terluar (energi tertinggi) yang mengandung setidaknya satu elektron. Sementara itu, LUMO adalah orbital yang dapat bertindak sebagai akseptor elektron, karena merupakan orbit terdalam (energi terendah) yang memiliki ruang untuk menerima elektron.
Dibandingkan dengan pewarna daun pepaya, pewarna N719 mempunyai HOMO dan LUMO yang lebih tinggi. Akibatnya beda tegangan yang dihasilkan oleh sel surya
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
Jenis Pewarna Eoxonset
vs.Ag/AgCl(V) HOMO
Eredonset
vs.Ag/AgCl(V) LUMO Eg CV
N719 0,78 -5,18 -1,33 -3,07 2,11
Daun Pepaya 0,68 -5,08 -1,63 -2,77 2,31
Daun Pepaya pH 5.5 0,50 -4,90 -1,70 -2,70 2,20
Daun Pepaya pH 5 0,53 -4,93 -1,78 -2,62 2,31
Daun Pepaya pH 4.5 0,46 -4,86 -1,80 -2,60 2,26
Daun Pepaya pH 4 0,49 -4,89 -1,70 -2,70 2,19
Daun Pepaya pH 3.5 0,46 -4,86 -1,70 -2,70 2,16
Daun Pepaya pH 3 0,52 -4,92 -1,58 -2,82 2,10
28
daun pepaya yang semakin asam sampai pH 4 menyebabkan n meningkat dan kemudian menurun kembali seiring dengan pH yang semakin mengecil. Artinya peranan menurunkan pH dalam pewarna sampai 4 selain meningkatkan Ered juga meningkatkan reversibilitas dari pewarna. Ipc/Ipa > 2 menunjukkan bahwa elektron dalam pewarna (HOMO) lebih mudah diregenerasi oleh elektrolit.
Tabel 4.3. NilaiIpcdanIpadari berbagai pewarna yang diuji dengancyclic voltammetry
Jenis pewarna Ipc(A) Ipa(A) n = |Ipc/Ipa|
N719 1,89E-04 -3,03E-04 0,62
Daun pepaya 1,80E-03 -2,76E-03 0,65
Daun pepaya pH 5,5 4,44E-03 -1,87E-03 2,37
Daun pepaya pH 5 4,38E-03 -1,80E-03 2,44
Daun pepaya pH 4,5 4,65E-03 -1,86E-03 2,51
Daun pepaya pH 4 4,67E-03 -1,86E-03 2,52
Daun pepaya pH 3,5 4,41E-03 -1,78E-03 2,48
Daun pepaya pH 3 4,16E-03 -1,70E-03 2,44
Jika dilihat dari besarnyaJsc, sel surya dengan pewarna N719 mempunyai Jscyang paling tinggi. Sementara itu, penambahan asam bensoat ke dalam pewarna daun pepaya juga menghasilkan peningkatan Jsc secara signifikan. Tingkat energi LUMO dapat mempengaruhi injeksi elektron keconductive band (CB)pada TiO2(Ooyama dan Harima, 2012). Semakin besar energi LUMO dari pewarna menyebabkan peningkatan beda potensial. Beda potensial yang besar memungkinkan elektron diinjeksikan dari pewarna ke TiO2 dengan lebih mudah. Penelitian ini memperlihatkan juga bahwa walaupun pewarna daun pepaya yang sudah ditambahi asam bensoat mempunyai LUMO yang lebih tinggi dibandingkan dengan LUMO pewarna N719, akan tetapi nilai Jsc dari sel surya dengan pewarna N719 masih tiga kali lebih tinggi dibandingkan nilai Jscdari sel surya dengan pewarna daun pepaya yang sudah ditambahi asam bensoat. Hal ini menunjukkan bahwa selain tingkat energi HOMO-LUMO dan celah pita energi dari semikonduktor dan elektrolit, juga masih ada faktor lain yang mempengaruhi besar kecilnya Jsc yang dihasilkan dari sel surya.
Faktor berikutnya yang memungkinkan berpengaruh terhadap besar kecilnya Jsc adalah kemampuan dari pewarna menyerap cahaya. Gambar 4.2 menunjukkan Light
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
400 450 500 550 600 650 700 750 800
L
ig
h
t
h
a
rv
es
tin
g
e
ffic
ie
n
cy
(%
)
Wavelength(nm)
N719_0 jam
Daun Pepaya_0 jam
Daun Pepaya pH 5.5_0 jam
Daun Pepaya pH 5_0 jam
Daun Pepaya pH 4.5_0 jam
Daun Pepaya pH 4_0 jam
Daun Pepaya pH 3.5_0 jam
D.Pepaya pH 3_0 jam
30 40 50 60 70 80 90 100 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000
% T
1/cm D. Pepaya pH 5,5
D. Pepaya
D. Pepaya pH 5,0 D. Pepaya pH 3,0 D. Pepaya pH 4,5/4,0 D. Pepaya pH 3,5 N719 P h e n ol s O -H A lk a n e s C -H C a rb o n y ls C = O A ro m a ti cs C -C A li p h a ti c a m in e s C -N C a rb o xy li c a ci d s C -O T ransm it tanc e (% )
Wavenumber(cm-1)
Daun pepaya 132 82 0,14 0,04 0,02 0,001 Daun pepaya pH 5,5 304 176 0,24 0,10 0,07 0,02
Daun pepaya pH 5 380 305 0,36 0,18 0,11 0,05
Daun pepaya pH 4,5 380 300 0,45 0,24 0,14 0,05
Daun pepaya pH 4 399 300 0,47 0,29 0,16 0,07
Daun pepaya pH 3,5 440 311 0,55 0,30 0,23 0,08
[image:44.595.98.521.127.553.2]Daun pepaya pH 3 400 300 0,43 0,22 0,14 0,05
Tabel 4.5. Prosentase penurunan kinerja sel surya setelah diperlakukan 100 jam dan 200 jam
Jenis Pewarna Penurunan100 Voc PenurunanJsc Penurunanη jam
200 jam
100 jam
200 jam
100 jam
200 jam
N719 1,1 10,9 53,5 63,8 35,6 54,0
Daun pepaya 59,4 74,8 61,1 88,9 71,4 98,6
Daun pepaya pH 5,5 24,0 56,0 52,9 80,4 36,4 81,8
Daun pepaya pH 5 22,4 37,8 45,5 72,7 35,3 70,6
Daun pepaya pH 4,5 8,4 27,7 50,0 73,3 33,3 76,2
Daun pepaya pH 4 3,9 27,7 52,0 70,4 27,3 68,2
Daun pepaya pH 3,5 4,3 32,4 53,8 74,8 17,9 71,4
Daun pepaya pH 3 7,0 30,2 60,9 80,0 46,2 80,8
Dari Tabel 4.5 terlihat bahwa setelah perlakuan 100 jam, tegangan dan arus yang dihasilkan dari sel surya berpewarna daun pepaya mengalami penurunan lebih dari 71,4%
yang disebabkan oleh penurunan tegangan dan arus. Pada sel surya dengan pewarna N719 mengalami penurunan efisiensi sampai 35,6% dan utamanya terjadi karena penurunanJsc. Sementara itu setelah diperlakukan 200 jam, nilai kinerja dari sel surya dengan pewarna N719 turun sebesar 54% dan untuk sel surya dengan pewarna daun pepaya turun sangat drastis diatas 68%. Sel surya berpewarna alami yang mempunyai daya tahan terbaik adalah menggunakan daun pepaya dengan pH yang diatur sebesar 3,5 pada uji 100 jam dan pH 4 setelah perlakuan 200 jam.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
400 450 500 550 600 650 700 750 800
L ig h t h a rv es tin g e ffic ie n cy (% ) Wavelength(nm) N719_100 jam
Daun Pepaya_100 jam
Daun Pepaya pH 5.5_100 jam
Daun Pepaya pH 5_100 jam
Daun Pepaya pH 4.5_100 jam
Daun Pepaya pH 4_100 jam
Daun Pepaya pH 3.5_100 jam
Daun Pepaya pH 3.0_100 jam
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
400 450 500 550 600 650 700 750 800
L ih g t h a rv es tin g E ffic ie n cy (% ) Wavelength(nm) N719_200 jam
Daun Pepaya_200 jam
Daun Pepaya pH 5.5_200 jam
Daun Pepaya pH 5_200 jam
Daun Pepaya pH 4.5_200 jam
Daun Pepaya pH 4_200 jam
Daun Pepaya pH 3.5_200 jam
Daun Pepaya pH 3_200 jam
30 40 50 60 70 80 90 100 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000
% T
1/cm D. Pepaya pH 4,0
D. Pepaya
D. Pepaya pH 5,0 D. Pepaya pH 5,5/4,5 N719 P h e n ol s O -H A lk a n e s C -H C a rb o n y ls C = O A ro m a ti cs C -C C a rb o xy li c a ci d s C -O A li p h a ti c a m in e s C -N
Wavenumber(cm-1)
T ransm it tanc e (% )
34
Tabel 4.6. Hasil ujicyclic voltammetryuntuk berbagai pewarna setelah perlakuan 100 jam
Jenis Pewarna Eoxonset
vs.Ag/AgCl(V) HOMO
Eredonset
vs.Ag/AgCl(V) LUMO Eg CV
N719 0,91 -5,31 -1,12 -3,28 2,03
Daun Pepaya 1,04 -5,44 -1,58 -2,82 2,62
Daun Pepaya pH 5.5 0,94 -5,34 -1,23 -3,17 2,17
Daun Pepaya pH 5 0,95 -5,35 -1,13 -3,27 2,08
Daun Pepaya pH 4.5 0,98 -5,38 -1,11 -3,29 2,09
Daun Pepaya pH 4 1,02 -5,42 -1,18 -3,22 2,2
Daun Pepaya pH 3.5 1,02 -5,42 -1,14 -3,26 2,16
[image:47.595.93.527.116.485.2]Daun Pepaya pH 3 0,96 -5,36 -1,19 -3,21 2,15
Tabel 4.7. Hasil ujicyclic voltammetryuntuk berbagai pewarna setelah perlakuan 200 jam
Jenis Pewarna Eoxonsetvs.
Ag/AgCl(V) HOMO
Eredonsetvs.
Ag/AgCl(V) LUMO Eg CV
N719 0,86 -5,26 -1,18 -3,22 2,04
Daun Pepaya 1,13 -5,53 -1,62 -2,78 2,75
Daun Pepaya pH 5.5 0,95 -5,35 -1,22 -3,18 2,17
Daun Pepaya pH 5 1,00 -5,40 -1,18 -3,22 2,18
Daun Pepaya pH 4.5 1,13 -5,53 -1,11 -3,29 2,24
Daun Pepaya pH 4 1,00 -5,40 -1,18 -3,22 2,18
Daun Pepaya pH 3.5 1,01 -5,41 -1,13 -3,27 2,14
Daun Pepaya pH 3 0,98 -5,38 -1,15 -3,25 2,13
Sebagaimana dapat dilihat pada Tabel 4.8, nilai n pada pewarna N719 setelah mengalami perlakuan 100 jam dan 200 jam tidak mengalami perubahan yaitu 0,62-0,65. Sebaliknya, nilai n pada pewarna baik pepaya maupun pepaya yang diperlakukan tingkat
keasamannya mengalami penurunan yang drastis yaitu berkisar dari 0,39-0,55. Setelah perlakuan 100 jam dan 200 jam, pewarna daun pepaya mempunyai penurunan Ipc yang sangat besar sehingga jumlah elektron yang mengalir menjadi rendah dan pada akhirnya
Jscjuga mengalami penurunan. Elektron dalam pewarna (HOMO) sudah mulai sulit untuk
diregenerasi, sehingga kinerja dari sel surya mengalami penurunan.
Daun pepaya 2,62E-03 2,65E-03 -4,80E-03 -4,99E-03 0,55 0,53 Daun pepaya pH 5,5 2,04E-03 2,03E-03 -5,04E-03 -5,01E-03 0,41 0,40 Daun pepaya pH 5 2,06E-03 1,96E-03 -5,26E-03 -4,97E-03 0,40 0,39 Daun pepaya pH 4,5 1,92E-03 1,89E-03 -4,80E-03 -4,74E-03 0,40 0,40 Daun pepaya pH 4 1,92E-03 1,87E-03 -4,80E-03 -4,64E-03 0,40 0,40 Daun pepaya pH 3,5 1,83E-03 1,78E-03 -4,51E-03 -4,42E-03 0,41 0,40 Daun pepaya pH 3 1,79E-03 1,74E-03 -4,40E-03 -4,29E-03 0,41 0,40
0 20 40 60 80 100 120 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 1/cm N719 D. Pepaya
D. Pepaya pH 5
D. Pepaya pH3.5,4. 5, 4, 5.5 D. Pepaya pH 3
P h e n ol s O -H A lk a n e s C -H C a rb o n y ls C = O A ro m a ti cs C -C C a rb o xy li c a ci d s C -O A li p h a ti c a m in e s C -N
Wavenumber(cm-1)
T ransm it tanc e (% )
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Kesimpulan dari penelitian ini adalah:
1. Unjuk kerja dan kestabilan dari sel surya dengan pewarna N719 masih jauh lebih besar dibandingkan dengan pewarna alami daun pepaya. Voc, Jsc,dan efisiensi dari sel surya dengan pewarna N719 sebesar 475 mV, 3,40 mA/cm2, dan 0,87%.
SedangkanVoc, Jsc,dan efisiensi dari sel surya dengan pewarna alami daun pepaya sebesar 325 mV, 0,36 mA/cm2, dan 0,07%.
2. Tanpa perlakuan pengasaman, sel surya dengan pewarna daun pepaya tidak mampu bertahan pada kondisi temperatur 50°C selama 100 jam dan 200 jam. 3. Penambahan asam bensoat dalam pewarna daun pepaya sampai pH 3,5 mampu
meningkatkan kinerja sel surya sampai 4 kalinya. Sel surya dengan pewarna alami daun pepaya pH 3,5 mempunyai Voc, Jsc, dan efisiensi sebesar 460 mV, 1,19 mA/cm2, dan 0,28%.
4. Penambahan tingkat keasaman dari bahan pewarna alami daun pepaya sampai pH 3,5-4 dapat meningkatkan kestabilan dari sel surya dengan pewarna alami daun pepaya.
5.2. Saran
Berdasarkan dari penelitian ini, maka penulis menyarankan perlunya melakukan penelitian lanjutan tentang:
1. Kestabilan dari bahan pewarna alami. Salah satu yang dapat dilakukan adalah
dengan merekayasa gugus dalam pewarna alami.
2. Penelitian lain juga diperlukan untuk menentukan jenis elektrolit yang sesuai dengan pewarna alami karena tingkat HOMO-LUMO dari pewarna alami juga perlu disesuaikan dengan tingkat energi dari elektrolit.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
37
Calogero, G., dan Marco, G.D., 2008, Red Sicilian Orange and Purple Eggplant Fruits as Natural Sensitizers for Dye-Sensitized Solar Cells, Solar Energy Materials and Solar Cells,Vol. 92 hlm. 1341–1346.
Chang, H., dan Lo, Y.J., 2010, Pomegranate Leaves and Mulberry Fruit as Natural Sensitizers for Dye-Sensitized Solar Cells, Solar Energy, Vol. 84 hlm. 1833–
1837.
Chang, H., Wu, H.M., Chen, T.L., Huang, K.D., Jwo, C.S., dan Lo, Y.J., 2010, Dye-Sensitized Solar Cell Using Natural Dyes Extracted from Spinach and Ipomoea, Journal of Alloys and Compounds,Vol. 495 hlm. 606–610.
Chou, T.P., Zhang, Q., Fryxell, G.E., dan Cao, G., 2007, Hierarchically-Structured ZnO Film for Dye-Sensitized Solar Cells with Enhanced Energy Conversion Efficiency, Advanced Materials,Vol. 19 hlm. 2588-2592.
Gokilamani, N., Muthukumarasamy, N., Thambidurai, M., Ranjitha, A., dan Velauthapillai, D., 2013, Utilization of Natural Anthocyanin Pigments as Photosensitizers for Dye-Sensitized Solar Cells, J Sol-Gel Sci Technol, Vol. 66 hlm 212-219
Grätzel, M., 2003,Dye-Sensitized Solar Cells, Photochemistry and Photobiology C:,Vol. 4 hlm. 145–153.
Hemalatha, K.V., Karthick, S.N., Raj, C.J., Hong, N.-Y., Kim, S.-K., dan Kim, H.-J., 2012, Performance of Kerria Japonica and Rosa Chinensis Flower Dyes as Sensitizers for Dye-Sensitized Solar Cells, Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy,Vol. 96 hlm. 305–309.
Jasim, K.E., Al-Dallal, S., dan Hassan, A.M., 2012, Henna (Lawsonia Inermis L.) Dye-Sensitized Nanocrystalline Titania Solar Cell, Journal of Nanotechnology Vol. 2012.
Kumara, N.T.R.N., Ekanayake, P., Lim, A., Iskandar, M., dan Ming, L.C., 2013,Study of the Enhancement of Cell Performance of Dye Sensitized Solar Cells Sensitized with Nephelium Lappaceum (F: Sapindaceae), Journal of Solar Energy Engineering,Vol. 135.
38
Misra, A., Kumar, P., Srivastava, R., Dhawan, S.K., Kamalasanan, M.N., dan Chandra, S., 2005,Electrochemical and Optical Studies of Conjugated Polymers for Three Primary Colours, Indian Journal of Pure & Applied Physics, Vol. 43 hlm. 921-925.
Ooyama, Y., dan Harima, Y., 2012, Photophysical and Electrochemical Properties, and Molecular Structures of Organic Dyes for Dye-Sensitized Solar Cells, ChemPhysChem,Vol. 13 hlm. 4032–4080.
Shanmugam, V., Manoharan, S., Anandan, S., dan Murugan, R., 2013, Performance of Dye-Sensitized Solar Cells Fabricated with Extracts from Fruits of Ivy Gourd and Flowers of Red Frangipani as Sensitizers, Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy,Vol. 104 hlm. 35-40.
Suresh, S., Pandikumar, A., Murugesan, S., Ramaraj, R., dan Raj, S.P., 2011, Photovoltaic Performance of Solid-State Solar Cells Based on Zno Nanosheets Sensitized with Low-Cost Metal-Free Organic Dye, Solar Energy, Vol. 85 hlm. 1787–1793.
Suyitno, Arifin, Z., Santoso, A.A., Setyaji, A.T., dan Ubaidillah, 2014, Optimization Parameters and Synthesis of Fluorine Doped Tin Oxide for Dye-Sensitized Solar Cells, Applied Mechanics and Materials,Vol. 575, hlm. 689-695.
Takanezawa, K., Hirota, K., Wei, Q.-S., Tajima, K., dan Hashimoto, K., 2007, Efficient Charge Collection with Zno Nanorod Array in Hybrid Photovoltaic Devices, J. Phys. Chem. C,Vol. 111.
Tekerek, S., Kudret, A., dan Alver, Ü., 2011,Dye-Sensitized Solar Cells Fabricated with Black Raspberry, Black Carrot and Rosella Juice, Indian J. Phys, Vol. 85 hlm. 1469-1476.
Thambidurai, M., Muthukumarasamy, N., Velauthapillai, D., Arul, N.S., Agilan, S., dan Balasundaraprabhu, R., 2011, Dye-Sensitized Zno Nanorod Based Photoelectrochemical Solar Cells with Natural Dyes Extracted from Ixora Coccinea, Mulberry and Beetroot, Mater Electron,Vol. 22 hlm. 1662-1666.
Usman, I., 2001,Fabrikasi Divais Sel Surya P-I-N Berbasis µ-Si:H Dengan Teknik Vhf-Pecvd, Jurusan Fisika Institut Teknologi Bandung.
Wong, K.K., Ng, A., Chen, X.Y., Ng, Y.H., Leung, Y.H., dan Ho, K.H., 2012, Effect of Zno Nanoparticle Properties on Dye-Sensitized Solar Cell Performance, Applied Material and Interfaces,Vol. 4 hlm. 1254−1261.
= 100 % = 0.0025
0.0003 1000 100 % = 0.5410
= 100 % = 0.0025
0.0097 0.4752= 0.8750 %
Voc (V) Isc (A) Pmax (W) Nilai Satuan
0.0100 0.0097 0.0001 Voc 0.4752 V
0.0251 0.0097 0.0002 Isc 0.0097 A
0.0401 0.0097 0.0004 Vmax 0.3401 V
0.0551 0.0097 0.0005 Imax 0.0074 A
0.0701 0.0097 0.0007 Pmax 0.0025 W
0.0851 0.0096 0.0008 A 0.0003 m2
0.1000 0.0096 0.0010 FF 0.5410 %
0.1151 0.0096 0.0011 Eff 0.8750 %
0.1301 0.0095 0.0012 Jsc 3.4035 mA/cm2
0.1450 0.0095 0.0014 I 1000 W/m2
0.1601 0.0094 0.0015
0.1751 0.0093 0.0016
0.1901 0.0093 0.0018
0.2050 0.0092 0.0019
0.2201 0.0091 0.0020
0.2351 0.0089 0.0021
0.2501 0.0088 0.0022
0.2651 0.0086 0.0023
0.2801 0.0084 0.0024
0.2951 0.0082 0.0024
0.3101 0.0080 0.0025
0.3251 0.0077 0.0025
0.3401 0.0074 0.0025
0.3551 0.0070 0.0025
0.3701 0.0065 0.0024
0.3851 0.0060 0.0023
0.4001 0.0054 0.0022
0.4152 0.0047 0.0019
0.4301 0.0039 0.0017
0.4452 0.0029 0.0013
0.4602 0.0019 0.0009
0.4752 0.0006 0.0003
Gambar
2. Hasil UjiCyclic Voltam
Gambar. 2.1.Ipa
= ( + 4.4) = (0.78 + 4.4) = 5.18 eV
= ( + 4.4) = ( 1.33 + 4.4) = 3.08 eV
0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012
0 0.1
A
ru
s
(A
)
Isc= 0.0097
Imax= 0.0074
bar. 1.1. KurvaI-VN719 pada pengujian 0 jam
oltammetry
padanIpchasil ujicyclic voltammetryN719 pa
= ( + 4.4) = (0.78 + 4.4) = 5.18 eV
= ( + 4.4) = ( 1.33 + 4.4) = 3.08 eV
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
Tegangan (V)
Isc= 0.0097
Imax= 0.0074
Voc= 0.4752 Vmax= 0.3401
Pmax= 0.0025
40
m
719 pada 0 jam
= ( + 4.4) = (0.78 + 4.4) = 5.18 eV
= ( + 4.4) = ( 1.33 + 4.4) = 3.08 eV
[image:53.595.93.513.88.615.2]0 10 20
400 450 500 550 600 650 700 750 800
Lig h t h Wavelength(nm) N719_200 jam 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
400 450 500 550 600 650 700 750 800
Lig h t H a rv e st in g e ff ic ie n cy (% ) Wavelength(nm) Daun pepaya_ 0 jam
Daun Pepaya_100 jam Daun Pepaya_200 jam
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
400 450 500 550 600 650 700 750 800
Lig h t h a rv e st in g e ff ic ie n cy (% ) Wavelength(nm) Daun Pepaya pH 5.5_0 jam Daun Pepaya pH 5.5_100 jam Daun Pepaya pH 5.5_200 jam
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
400 450 500 550 600 650 700 750 800
Lig h t h a rv e st in g e ff ic ie n cy (% ) Wavelength(nm) Daun Pepaya pH 5_0 jam Daun Pepaya pH 5_100 jam Daun Pepaya pH 5_200 jam
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
400 450 500 550 600 650 700 750 800
Lig h t h a rv e st in g e ff ic ie n cy (% ) Wavelength(nm) Daun Pepaya pH 4.5_0 jam Daun Pepaya pH 4.5_100 jam Daun Pepaya pH 4.5_200 jam
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Lig h t h a rv e st in g e ff ic ie n cy (% )
Daun Pepaya pH 4_0 jam Daun Pepaya pH 4_100 jam Daun Pepaya pH 4_200 jam
0 10 20
400 450 500 550 600 650 700 750 800
Lig h t h Wavelength(nm) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
400 450 500 550 600 650 700 750 800
Lig h t h a rv e st in g e ff ic ie n cy (% ) Wavelength(nm) Daun Pepaya pH 3_0 jam
Daun Pepaya pH 3.0_100 jam Daun Pepaya pH 3_200 jam
0 1 2 3 4
400 500 600 700 800
A b so rb a n ce (a .u .) Wavelength(nm) Daun Pepaya
-0.0004 -0.0003 -0.0002 -0.0001 0 0.0001 0.0002 0.0003
-3 -2 -1 0 1 2 3
C
u
rr
e
n
t
(A
)
Voltage(V) N719_0 jam
N719_100 jam
N719_200 jam
-0.004 -0.003 -0.002 -0.001 0 0.001 0.002 0.003
-3 -2 -1 0 1 2 3
C
u
rr
e
n
t
(A
)
Daun Pepaya_0 jam
Daun Pepaya_100 jam
Daun Pepaya_200 jam
-0.006 -0.004 -0.002 0
-3 -2 -1 0 1 2 3
C
u
rr
e
n
t
(A
Voltage(V)
-0.006 -0.004 -0.002 0 0.002 0.004 0.006
-3 -2 -1 0 1 2 3 C
u
rr
e
n
t
(A
)
Voltage(V) D. Pepaya pH 5_0 jam
D. Pepaya pH 5_100 jam
D. Pepaya pH 5_200 jam
30 40 50 60 70 80 90 100 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 T rr a n sm it a n e (% )
Wavenumber(cm-1) N719_0 jam N719_100 jam N719_200 jam 30 40 50 60 70 80 90 100 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 T ra n sm it a n ce (% )
Wavenumber (cm-1)
Daun Pepaya_0 jam
Daun Pepaya_100 jam
Daun Pepaya_200 jam
30 40 50 60 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 T ra n sm
Wavenumber(cm-1)
D. Pepaya pH 5.5_0 jam D. Pepaya pH 5.5_100 jam D. Pepaya pH 5.5_200 jam
30 40 50 60 70 80 90 100 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 T ra n sm it a n ce (% )
Wavenumber(cm-1)
D. Pepaya pH 5_0 jam
D. Pepaya pH 5_100 jam
D. Pepaya pH 5_200 jam
30 40 50 60 70 80 90 100 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 T rs n a m it a n ce (% )
Wavenumber(cm-1)
D. Pepaya pH 4.5_0 jam D. Pepaya pH 4.5_100 jam D. Pepaya pH 4.5_200 jam
30 40 50 60 70 80 90 100 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 T ra n sm it a n ce (% )
Wavenumber(cm-1)
D. Pepaya pH 4_0 jam D. Pepaya pH 4_100 jam D. Pepaya pH 4_200 jam
30 40 50 60 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 T ra n sm
Wavenumber(cm-1)
30 40 50 60 70 80 90 100 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 T rn sm it a n ce (% )
Wavenumber(cm-1) D. Pepaya pH 3_0 jam
D. Pepaya pH 3_100 jam
D. Pepaya pH 3_200 jam
