• Tidak ada hasil yang ditemukan

UNJUK KERJA DSSC BERBASIS TiO 2 DENGAN DYE RUTHENIUM

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Membagikan "UNJUK KERJA DSSC BERBASIS TiO 2 DENGAN DYE RUTHENIUM"

Copied!
19
0
0

Teks penuh

(1)

UNJUK KERJA DSSC BERBASIS TiO2 DENGAN

DYE

RUTHENIUM

Yulius Indrajaya, Nji Raden Poespawati

Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Kampus Baru UI Depok 16424, Indonesia

yoyo19791_19791@yahoo.com

ABSTRAK

Tulisan ini akan membahas mengenai efek annealing terhadap parameter Voc, Isc, dan FF pada DSSC berbahan

dasar TiO2. Enam buah sel telah dibuat dengan memvariasikan suhu yaitu 1000C, 1500C, 2000C, 2500C, 3000C,

3500C. Parameter V

oc lalu diukur dengan menggunakan multimeter sesaat setelah difabrikasi. Isc diukur dengan

memberikan resistansi (beban) pada sel. Sumber cahaya menggunakan lampu pijar dengan lux 17000. Dari hasil fabrikasi didapat bahwa sel dengan temperatur annealing 2000C menunjukkan hasil yang paling optimum.

PERFORMANCE OF TiO2-BASED DSSC with RUTHENIUM DYE

ABSTRACT

This Essay will discuss about annealing effect for Voc, Isc, and FF parameter on TiO2-based DSSC. Six cells have

been fabricated with variation 1000C, 1500C, 2000C, 2500C, 3000C, 3500C of temperature. Voc parameter is

measured using multimeter when cells were recently fabricated. Isc parameter is measured with given internal

resistance. The source of light is halogen bulb lamp with lux 17000. From the result, we got that cell with annealing temperatur of 2000C was the most optimum

keywords:

solar cell; DSSC; annealing; TiO2; Voc; Isc; FF; lux

PENDAHULUAN

Peningkatan kadar karbon dioksida yang tinggi dari 280 ppm menjadi 380 ppm dalam kurun waktu 100 tahun belakang ini telah menarik perhatian yang luar biasa dari seluruh penjuru dunia dalam beberapa tahun belakangan ini. Menyadari keadaan ini, diperlukan sebuah energi terbarukan yang mampu menekan penggunaan bahan bakar fosil. Bahkan perlu disadari bahwa peningkatan permintaan konsumsi terhadap bahan bakar minyak di

(2)

negara-negara berkembang akan terus mengalami peningkatan. Pertumbuhan ekonomi yang pesat di berbagai macam negara berkembang dan negara dengan pangsa pasar yang luas seperti China dan India membuat permintaan terhadap bahan bakar fosil terus meningkat sampai tahun 2030 sebesar 50% setiap tahunnya [1].

Berbagai macam energi terbarukan berusaha diteliti dan dipelajari lebih lanjut untuk menunjukkan keunggulan masing-masing. Salah satu energi terbarukan yang turut di teliti adalah energi terbarukan dari cahaya matahari atau biasa disebut energi matahari. Seiring dengan perkembangan terhadap teknologi, terutama divais elektronika fotovoltaik, energi matahari semakin menawarkan terobosan baru dan terdepan dalam bidang energi yang terbarukan.

Untuk mengetahui besarnya energi matahari yang diperlukan, seseorang dapat melakukan perhitungan terhadap daya yang mampu didapat dalam satu luasan tertentu di muka bumi. Setiap tahunnya dunia mengkonsumsi kurang lebih 18000TWh. Data ini diambil tahun 2004 [1]. Asumsikan bahwa penyinaran matahari di daerah Afrika Utara kurang lebih 2000kWh per m2 per tahunnya. Seandainya energi tersebut mampu dikonversikan, walau hanya 15% -nya saja, maka hanya diperlukan 250 km2 luas dari zona tersebut untuk bisa melakukan supply terhadap seluruh dunia.

Dye sensitized solar cells (DSSC) adalah solar cell generasi berikutnya yang merupakan salah satu teknologi termaju, dengan efisiensi mampu mencapai 10 % (1cm2). DSSC didasari pada bahan semikonduktor TiO2, yang disensitisasi dengan dye organik. DSSC

disebut juga sebagai “kinetic” solar cell, maksudnya tidak ada in-built electric field yang menyebabkan pemisahan muatan carriers, namun rating perubahan tetap konstan untuk ekstraksi elektron (melalui difusi) dan rekombinasi elektron. Perpindahan carrier terjadi di dalam sel, hal ini menyebabkan DSSC lebih rentan terhadap cacat dan impuritas. Biaya produksi DSSC ini juga terbukti lebih murah dibandingkan dengan sel surya silikon. Namun

state of art DSSC mengalami kekurangan daripada state of art sel surya silikon yaitu pada sisi efisiensitasnya.

Ada berbagai macam faktor yang mempengaruhi tingkat efisiensitas DSSC. Salah satu parameter yang dapat dianalisa adalah suhu. Pada tulisan kali ini akan dibuat DSSC berbasis TiO2 dengan menganalisa pengaruh annealing terhadap parameter Voc, Isc dan FF pada DSSC dengan bahan dasar TiO2. Lapisan tipis dari TiO2 dideposisikan pada indium tin-oxide (ITO) dengan menggunakan proses stirring dengan metode doctor blade untuk membuat lapisan

(3)

temperatur yang berbeda dengan variasi dari 1000C sampai dengan 3500C dengan pertambahan 500C untuk setiap variasinya.

Tulisan ini merupakan suatu riset yang dilakukan untuk melihat efek annealing terhadap parameter Voc, Isc dan FF dari DSSC. Yang mana parameter tersebut akan mempengaruhi kepada karakteristik dari DSSC dengan bahan dasar TiO2. Adapun tujuan dari penulisan ini adalah membuat DSSC berbasis TiO2 dengan efisiensi yang paling tinggi.

TINJAUAN TEORITIS

2.1 DSSC (DYE SENSITIZED SOLAR CELL)

2.1.1 Teknologi DSSC

Dye Sensitized Solar cell (DSSC) adalah generasi baru dari solar cell yang menunjukkan performa yang menjanjikan karena harga materialnya yang murah dan proses pembuatannya yang cukup sederhana. Pada Gambar 1 diperlihatkan DSSC secara sederhana serta bagian-bagian penyusunnya.

(a)

(b)

(4)

Fungsi DSSC terbentuk karena interaksi dari anoda dan katoda, nanopartikel dalam Titanium Dioksida (TiO2) yang dilapisi dengan dye yang peka terhadap cahaya, lalu dikelilingi oleh lautan elektrolit. Anoda dibuat transparan, hal ini memungkinkan cahaya matahari dapat diserap oleh bagian dalam dari solar cell tersebut. Di antara anoda dan katoda terdapat nanopartikel dari TiO2 dan bertindak sebagai jalan bagi elektron untuk melalui sel. Nanopartikel TiO2 ini dilapisi dengan dye yang mampu menyerap cahaya dan mengubah energi foton (cahaya) menjadi elektron (listrik). Larutan elektrolit mengisi bagian di antara TiO2 dan membantu elektron mengalir dari katoda menuju molekul dye. Elektrolit di sini berguna sebagai bahan yang mampu mengisi ulang elektron yang telah lepas dari dye. Bagian katoda pada sel biasanya terbuat dari grafit atau platinum. Bagian anoda mengirim elektron dari solar cell menuju kabel atau perangkat lain yang memakai sumber solar cell, yang kemudian elektron tersebut loop back menuju katoda. Pada Gambar 2 ditunjukkan lapisan pada DSSC.

Gambar 2 Lapisan pada DSSC

DSSC memisahkan dua fungsi yang disediakan oleh silikon dalam desain sel tradisional. Biasanya silikon bertindak baik sebagai sumber foto elektron, atau sebagai penyedia medan listrik untuk memisahkan tegangan dan menciptakan arus. Dalam DSSC, sebagian besar semikonduktor hanya digunakan untuk mentransport tegangan,

(5)

maka foto elektron dihasilkan oleh pewarna fotosensitif terpisah. Pemisahan tegangan terjadi pada permukaan antara semikonduktor, pewarna dan elektrolit.

Molekul-molekul dye berukuran cukup kecil (berukuran nanometer), maka dalam proses menjaring jumlah cahaya yang masuk, lapisan molekul dye perlu dibuat cukup tebal, lebih tebal daripada molekul nanopartikel sendiri. Untuk mengatasi masalah ini, nanomaterial yang digunakan sebagai scaffolding untuk menahan sejumlah besar molekul pewarna dalam matriks 3-D, meningkatkan jumlah molekul untuk setiap luas permukaan sel tertentu. Dalam desain yang ada, scaffolding ini disediakan oleh bahan semikonduktor, yang berfungsi ganda.

2.1.2 Cara Kerja DSSC

Semua benda yang mampu menghasilkan listrik, pasti datang dari kemampuannya untuk menghasilkan arus. Dalam hal ini, DSSC, elektron harus bisa mengalir dari satu sisi sel ke sisi sel yang lain. Dengan kata lain elektron harus bisa mengalir dari katoda menuju anoda. Elektron mengalir melalui larutan elektrolit dan nanopartikel TiO2 untuk menghasilkan arus. Ini merupakan arus yang dipakai oleh semua peralatan listrik di luar sel tersebut. Pada Gambar 3 diperlihatkan aliran elektron dalam DSSC

(6)

Pada DSSC, nanopartikel TiO2 digunakan sebagai konduktor karena kemampuannya untuk mampu tersusun bersama seperti pada Gambar 3 dan membentuk sebuah jaringan yang besar bagi elektron untuk mampu mengalir. TiO2 bersifat transparan sehingga tidak mempengaruhi aliran elektron.

Elektron berasal dari lapisan dye yang menyelimuti partikel TiO2 ketika mendapatkan paparan cahaya (foton). Warna yang berbeda yang dipakai pada dye dapat menyerap cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda, yang artinya juga membawa tingkatan energi yang berbeda. Bagian kosong, seperti terlihat pada Gambar 4, terisikan oleh larutan elektrolit, yang mana melakukan transfer elektron dari katoda menuju dye.

Elektron dalam DSSC mengalir secara random dari satu partikel TiO2 ke partikel yang lain sampai elektron tersebut mencapai anoda. Secara ideal, setiap elektron harusnya mampu mencapai anoda walau dalam kurun waktu yang berbeda. Pada kenyataanya, ukuran dan densitas TiO2 memberikan pengaruh bagi perjalanan elektron tersebut. Semakin kecil ukuran partikel TiO2, semakin besar kecacatan yang mungkin terjadi dalam partikel tersebut yang menyebabkan rugi elektron dalam larutan elektrolit. Namun begitu, semakin kecil ukuran partikel, dalam volume yang tetap, semakin banyak area yang mampu dilapisi oleh dye. Semakin kecil densitas partikel akan menghasilkan keluaran yang sama, tapi menyebabkan elektron memiliki jalur yang lebih sedikit untuk menuju anoda.

Menemukan ukuran dan densitas yang optimal pada nanopartikel TiO2 adalah hal yang wajib diperhatikan untuk membuat luasan area maksimum bagi dye untuk mampu menutupi TiO2 sekaligus menciptakan jalur yang sebanyak-banyaknya bagi elektron untuk menuju

(7)

anoda. Hal ini diperlukan untuk menciptakan arus keluaran yang lebih besar. Pada Gambar 5 diperlihatkan perbesaran dari struktur dye pada partikel TiO2

Partikel berwarna putih merepresentasikan foton, partikel ungu merepresentasikan molekul dye. Ketika foton menabrak molekul dye, energi dari foton diserap masuk ke dalam molekul dye. Molekul dye tersebut masuk dalam keadaan eksitasi dan mengeluarkan elektron. Elektron yang keluar tersebut berpindah melalui nanopartikel TiO2 untuk mencapai anoda. (Bila partikel TiO2 mengalami cacat, maka elektron akan hilang dalam larutan elektrolit) Molekul dye yang telah mengeluarkan elektron mulai mengalami dekomposisi karena elektron yang dikeluarkan adalah elektron dalam molekul tersebut sendiri. Pada tahap ini, molekul tersebut tidak dapat lagi mengeluarkan elektron. Elektrolit memegang peranan dalam tahap ini. Larutan elektrolik mampu menggantikan elektron yang hilang pada molekul dye. Molekul elektrolit dalam larutan (iodine) dapat memberikan elektron kepada molekul dye

yang membutuhkannya. Ketika elektron diberikan, molekul iodine teroksidasi menjadi

triiodine, yang akan terus melayang sampai melakukan kontak dengan katoda.

Ketika semua proses telah terjadi maka arus listrik dihasilkan. Elektron keluar dari dye

dan mengalir dari anoda menuju perangkat yang dialiri oleh DSSC dan kembali menuju ke sel melalui katoda. Elektron dari katoda tersebut memulihkan elektron yang diperlukan oleh

iodine yang kemudian juga memulihkan elektron yang diperlukan oleh molekul dye, dan proses ini terus berjalan dalam siklus.

2.2 KONVERSI LUX MENJADI WATT

Nilai efisiensi pada sel didapatkan dengan menggunakan persamaan: Gambar 5 Perbesaran lapisan Dye pada partikel TiO2[2]

(8)

(1)

Di mana Voc adalah tegangan pada Open-circuit, Isc adalah arus pada hubung singkat, FF adalah Fill Factor dan Pin adalah input daya terhadap sel. Nilai FF nantinya akan didapat dengan menggunakan

 

(2) Yang mana FF juga merupakan perbandingan antara:

(3) di mana Voc Di sini adalah “normalized Voc” yang dinyatakan dengan menggunakan persamaan:

(4) di mana Voc didapat dari pengukuran langsung terhadapa sample. Dari sumber tersebut, dapat diperoleh parameter lux dengan menggunakan alat ukur luxmeter. Berdasarkan pada Persamaan (2.8), diperlukan parameter Pin yang mampu didapat melalui parameter lux.

Lux adalah lumen per satuan. Lux (luminous flux) dapat diartikan pula sebagai total dari cahaya tampak yang menunjukkan intensitas pencahayaan pada suatu permukaan tertentu. Cahaya akan tampak semakin redup bila seiring bertambahnya luasan area yang disinari.

Cahaya memiliki dualitas sifat sebagai materi dan gelombang. Dengan sendirinya cahaya memiliki energi dalam tingkatan tertentu. Daya (W) yang dikirimkan oleh suatu sumber cahaya berbanding lurus dengan iluminasi, Ev (lux) dikalikan dengan luasaran area (m2) dibagi dengan luminous efficiency, η(lm/W). Yang diekspresikan sebagai berikut:

(5)

(9)

Tabel 1 Sumber cahaya dan efficacy

Sumber: http://wiki.naturalfrequency.com/wiki/Daylight_Sunlight

di mana nilai η (efficacy)(lumen/watt) pada perhitungan didapat dari membagi nilai lumens dengan daya dari sumber cahaya. Tabel 2 memperlihatkan perbandingan lumen pada berbagai jenis lampu dengan daya yang berbeda.

Tabel 0 Lumen vs Daya pada berbagai jenis lampu

Sumber: http://applications.nam.lighting.philips.com/cmolegislation/

FABRIKASI DSSC 3.1 KONSTRUKSI

Dalam desain Grätzel, sel memiliki 3 bagian utama (Gambar 6). Di bagian atas adalah anoda transparan yang terbuat dari timah dioksida fluorida-doped (SnO2: F) disimpan di bagian belakang plat (biasanya gelas). Pada bagian belakang plat konduktif ini adalah lapisan

(10)

tipis titanium dioksida (TiO2), yang terbentuk menjadi struktur yang sangat berpori. TiO2 hanya menyerap sebagian kecil dari foton matahari (yang ada di UV) [7] pelat tersebut kemudian direndam dalam campuran pewarna ruthenium-polypyridine fotosensitif (juga disebut molekul sensitizers [7]) dan pelarut. Setelah perendaman film dalam larutan pewarna, lapisan tipis zat pewarna yang tersisa terikat secara kovalen pada permukaan TiO2 tersebut.

Gambar 6 Susunan dari DSSC[3]

Sebuah plat terpisah kemudian dibuat dengan lapisan tipis elektrolit iodida tersebar pada lembar konduktif, biasanya logam platina. Kedua plat tersebut kemudian digabung dan ditutup untuk mencegah elektrolit dari kebocoran [8]. DSSC ini jauh lebih murah dibandingkan dengan silikon karena DSSC tidak memerlukan langkah-langkah manufaktur mahal.TiO2, misalnya, sudah banyak digunakan sebagai dasar cat.

3.2 METODOLOGI PENELITIAN

Uji coba akan dilakukan dengan cara memfabrikasi DSSC dengan memvariasikan nilai annealing pada sel yaitu untuk nilai 1000C, 1500C, 2000C, 2500C, 3000C, 3500C. Fabrikasi ini dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut:

a. Penumbuhan lapisan TiO2 dengan metode elektroforesis

Ketebalan TiO2 dapat diatur dengan memvariasikan waktu elektroforesis. Semakin lama elektroforesis yang dilakukan, semakin tebal lapisan TiO2 yang terbentuk

(11)

b. Peresapan dye ke dalam lapisan TiO2 dengan metode elektroforesis

Proses elektroforesis digunakan untuk memudahkan dye masuk ke dalam lapisan TiO2. Semakin banyak partikel dye yang dapat terserap ke dalam lapisan TiO2, semakin tinggi tegangan Voc yang dihasilkan.

c. Penumbuhan counter electrode

Proses ini melibatkan pelapisan kaca ITO oleh karbon/platina dengan menggunakan teknik slip-casting.

  d. Pengaturan temperatur annealing

  Kaca ITO yang telah dilapisi oleh TiO2 akan dipanaskan dengan variasi temperatur . Diharapkan dengan semakin tingginya temperatur annealing, nilai Voc yang didapatkan semakin tinggi.

e. Injeksi elektrolit dan assembly DSSC

Struktur DSSC yang akan dihasilkan dapat dilihat pada Gambar 7

Gambar 7 Struktur DSSC yang akan difabrikasi [3]

Sesuai dengan rencana riset yang menitikberatkan pada DSSC yang dibangun di atas lapisan kaca ITO, maka rencana fabrikasi akan dilakukan dengan beberapa alternatif sebagai berikut:

a. DSSC dibangun di atas kaca ITO, tanpa adanya perubahan pada struktur DSSC b. Variasi suhu yang akan diberikan adalah 1000C, 1500C, 2000C, 2500C, 3000C,

3500C

3.3 UJI COBA

Sebelum uji coba, pertama, dilakukan fabrikasi. Langkah pertama disiapkan terlebih dahulu alat dan bahan yang akan dipergunakan. Bubuk TiO2 disiapkan terlebih dahulu. Tiga setengah gram bubuk TiO2 dicampur dengan etanol 15 ml selama 15 menit untuk membuat pasta yang akan dipergunakan. Pasta yang sudah dibuat lalu digetarkan dengan ultrasonic cleaner selama 30 menit agar didapatkan pasta yang homogen. Setelahnya pasta tersebut

(12)

dideposisikan di atas kaca ITO menggunakan teknik slip casting dengan metode doctor blade

untuk membuat lapisan tipis dengan luas 1 x 1 cm2. Lalu sample dipanaskan dengan variasi suhu 1000C, 1500C, 2000C, 2500C, 3000C, 3500C. Sesudahnya sample direndam pada larutan

dye (ruthenium complex) selama 24 jam. Kemudian larutan elektrolit ditambahkan pada

sample untuk kemudian ditutup dengan menggunakan kaca ITO yang lain sebagai bagian elektrodanya.

Dari hasil fabrikasi sel tersebut, akan dicatat nilai Voc dengan menggunakan bantuan lampu pijar (lux 17000) dengan jarak 20 cm. Sel dihubungkan langsung dengan alat ukur yaitu multimeter. Pengukuran ini dilakukan tanpa beban. Nilai Isc didapat dengan memberikan beban pada sel yang telah terfabrikasi dan didapat dengan menggunakan hukum kirchoff (V = I x R). Nilai Isc yang didapatkan memang bukan merupakan nilai Short Circuit yang sebenarnya. Nilai Isc didapatkan dengan mencatat nilai yang tertera pada multimeter dengan keadaan sample yang tidak dihubungkan dengan beban. Nilai FF nantinya akan didapat dengan menggunakan persamaan (2). Di mana voc di sini adalah “normalized Voc” yang dinyatakan dengan menggunakan persamaan (4). Melalui parameter di atas yang didapatkan melalui pengukuran, akan dilakukan perhitungan analisis yang mampu memberikan nilai terhadap efisiensitas yang dihasilkan oleh DSSC dengan menggunakan persamaan (1).

HASIL UJI COBA DAN ANALISA

Pada saat fabrikasi divariasikan temperatur annealing mulai dari 1000C, 1500C, 2000C, 2500C, 3000C, 3500C.

Pada DSSC separasi terhadap pasangan elektron-hole terdapat pada permukaan semikonductor yang merupakan nanopartikel TiO2. Cahaya diserap untuk menghasilkan elektron yang berasal dari perpindahan elektron dari HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) menuju LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital) dan elektron diinjeksikan menuju conduction band dari semiconductor.

Tidak seperti semikonduktor tipe junction, DSSC adalah semikonduktor photoelectric chemical yang memiliki tipe solid/liquid junction. Hal ini diekspresikan oleh persamaan:

(13)

Gambar 8 menjukkan band level pada DSSC. Pada gambar juga diterangkan bagaimana jalur elektron mampu berpindah dari dye menuju anoda lalu ke load dan kembali menuju katoda di mana elektron akan dipakai dalam proses redox dalam siklus.

Gambar 8 Band Level pada DSSC [13]

Melalui analisa di atas, dye memegang peranan yang sangat penting. Dye menyerap energi cahaya untuk mengeksitasikan elektron dari ground state sampai pada tingkat eksitasi. Untuk melakukan hal ini, dye harus memenuhi beberapa kriteria. Yang pertama dye harus mampu menyerap cahaya sebanyak mungkin dari sinar input yang diterima. Kedua, dye harus mampu menginjeksikan elektron dengan mudah melalui reaksi kimia ke dalam permukaan partikel semikonduktor nano. Ketiga, dye harus memiliki nilai energi level yang sesuai. Dalam artian tingkat energi HOMO dan LUMO harus dalam level yang sesuai agar memudahkan mobilitas elektron ke dalam conduction band semikonduktor. Keempat, dye

harus mampu memiliki stabilitas parameter thermal dan optis.

Salah satu faktor terpenting dalam menentukan efisiensi dari DSSC adalah porositas dari nanopartikel di dalamnya. Perlu diperhatikan bahwa perubahan porositas tidak bisa hanya dinilai dari satu sisi saja. Dapat dianalogikan bahwa semakin besar nilai porositas, semakin banyak ruang kosong di antara nanopartikel TiO2. Gambar 9 memperlihatkan perbandingan antara bahan dengan porositas tinggi dan rendah.

(14)

(a)porositas tinggi (b)porositas rendah

Gambar 9 Perbandingan nilai porositas (a) porositas tinggi (b) porositas rendah

Semakin besar porositas pada sel, semakin sedikit jalur yang mampu dilalui oleh elektron. Hal ini menyebabkan elektron perlu melalui jarak yang cukup jauh untuk mencapai anoda dari katoda. Namun di saat yang sama, semakin kecil porositas, semakin sedikit pula nanopartikel yang mampu diselimuti oleh dye. Hal ini menyebabkan semakin sedikit jumlah elektron yang mampu tereksitasi karena elektron yang merupakan output dari DSSC berasal dari elektron yang tereksitasi pada dye. Pemanasan pada nanopartikel TiO2 memberikan perubahan pada nilai porositas. Hal ini terutama dilihat pada data berupa Voc yang diukur pada sel setelah sel selesai dibuat.

Besarnya nilai porositas berbanding lurus dengan annealing yang dilakukan terhadap nanopartikel TiO2. Semakin tinggi suhu yang diberikan, maka partikel akan semakin memuai dan mulai berinterkasi satu sama lain. Semakin diperbesar lagi suhu yang berikan, partikel TiO2 akan mulai membentuk formasi Kristal. Antar partikel dalam TiO2 akan memuai dan seolah “memakan” partikel yang lainnya. Hal ini menyebabkan semakin berkurangnya jumlah partikel, namun semakin besar ukuran partikel dari tiap atomnya. Hal ini menyebabkan porositas semakin besar. Gambar 10 memperlihatkan hasil SEM dari porositas TiO2 dengan perbesaran 5000 kali.

(15)

Hal ini juga ditunjukkan melalui data sebagai berikut:

Tabel 3 Pengaruh Variasi Temperatur terhadap Voc

Temp   (mV)  Voc   Voc  (V)  

100   51,3   0,0513   150   158,5   0,1585   200   254,7   0,2547   250   51,2   0,0512   300   52,1   0,0521   350   74,6   0,0746  

Dari data terlihat bahwa semakin tinggi annealing, akan semakin tinggi pula nilai Voc yang diukur. Namun setelah melewati angka 2000C, nilai Voc menjadi turun. Hal ini disebabkan karena efek dari porositas yang memiliki efek mengubah jumlah dye yang mampu dieksitasi dan jalur yang diberikan terhadap elektron untuk bisa mencapai anoda.

Namun lain halnya dengan Isc, tidak terlihat perubahan nilai yang signifikan terhadap nilai Isc dilihat dari pengaruh annealing dengan temperatur 1000C, 1500C, 2000C, 2500C, 3000C, 3500C. Berikut adalah data yang diperoleh:

Tabel 0 Pengaruh Variasi Suhu terhadap Isc

Temp   Isc  (mA)   Isc(A)  

100   0,0112   0,0000112   150   0,011   0,000011   200   0,0107   0,0000107   250   0,0112   0,0000112   300   0,0112   0,0000112   350   0,0112   0,0000112  

Pengukuran pada percobaan DSSC ini tidak hanya mengukur nilai Isc namun juga mengukur nilai I pada close loop dan menghasilkan nilai yang sesuai. Maksudnya adalah seiring dengan peningkatan nilai Voc, nilai I juga mengalami kenaikan. Berikut adalah data yang diperoleh:

(16)

Tabel 5 Voc vs I Temp   Voc  (mV)   I(µA)   100   51,3   1,05   150   158,5   2,55   200   254,7   8,1   250   51,2   1,7   300   52,1   2,7   350   74,6   1,8  

Data tersebut diambil dengan menggunakan tahanan 2000 Ω dan dengan memvariasikan suhu. Dari data yang telah didapat terlihat bahwa walaupun nilai Isc tidak berubah, tapi nilai arus yang melewati beban akan sesuai dengan nilai Voc yang didapat pada sel. Hal ini menunjukkan bahwa Voc memiliki peranan yang penting. Voc yang tinggi menunjukkan seberapa besar arus yang mampu diberikan terhadap beban. Hal ini sesuai dengan persamaan efisiensi pada persamaan (2.8). Di mana nilai I merupakan parameter yang menyusun besaran FF dalam persamaan. FF dinyatakan dengan persamaan (2.10):

I maksimun dan V maksimum akan membuat nilai FF semakin besar.

Nilai I yang didapat pada pengukuran adalah nilai I maksimum. Karenanya semakin besar nilai I maka semakin besar nilai FF yang didapat. Nilai FF yang semakin mendekati 1 adalah nilai FF yang semakin baik. Hal ini disebabkan tidak ada faktor yang semakin mengecilkan nilai efisiensi pada sel.

Setelah seluruh parameter diperoleh yaitu Voc, Isc dan FF, kemudian mencari nilai Pin yang merupakan daya dari sumber yang telah dipilih. Pin pada percobaan menggunakan Lampu pijar Philips 40Watt dengan nilai Lux yang bervariasi dari 17000-19800 dan pada perhitungan akan diambil nilai rata-rata dari daya input. Pengukuran tidak menggunakan sinar matahari, karena pada saat pengambilan data, langit mendung dan nilai lux dari cahaya matahari semakin berfluktuasi dan sangat berbeda pada pengambilan hari pertama dan hari ke dua. Hal ini yang menjadi alasan daya input menggunakan lampu pijar sebagai sumbernya. Lux meter diletakkan bersebelahan dengan sel, di mana bagian sensor diposisikan sejajar dengan sel.

Daya input dihitung dengan menggunakan persamaan (9). Setelah mendapatkan nilai Pin, maka nilai efisiensi mampu didapatkan dengan menggunakan persamaan (2.8). Dan berikut adalah data yang didapatkan:

(17)

Tabel 6 Nilai Efisiensi dengan Variasi Temperatur

Temp     Isc  (mA)   Isc(A)   effeciency  

100   0.0112   0.0000112   2.2407834906E-­‐06   150   0.011   0.000011   1.2098571414E-­‐05   200   0.0107   0.0000107   2.2138620896E-­‐05   250   0.0112   0.0000112   2.2338032728E-­‐06   300   0.0112   0.0000112   2.2969136622E-­‐06   350   0.0112   0.0000112   4.0548371561E-­‐06  

Nilai efisiensi yang didapat mengalami peningkatan seiring bertambahnya temperatur

annealing yang diberikan. Namun peningkatan efisiensi hanya berada pada nilai 1000C, 1500C, 2000C. Ketika temperatur annealing semakin ditingkatkan, efisiensi tidak lagi menunjukkan peningkatan. Nilai efisiensi semakin turun. Hal ini disebabkan semakin rendahnya nilai Voc pada sel. Hal ini disebabkan karena porositas sel berubah. Semakin besar porositas, menyebabkan semakin sedikit jalur yang dapat dilewati elektron. Namun semakin besar porositas menunjukkan bahwa luas permukaan nanopartikel TiO2 yang mampu ditutupi oleh dye semakin kecil. Yang artinya semakin sedikit pula dye yang mampu tereksitasi. Nilai efisiensi yang didapat kecil. Hari ini disebabkan karena fabrikasi tidak mampu dilakukan dengan keadaan yang sangat ideal. Kaca konduktifitas untuk penelitian dipakai berkali-kali sehingga setiap proses penyucian akan semakin mengikis lapisan konduktivitas pada sel. Hal ini diprediksi merupakan pengaruh terbesar mengapa efisiensi tidak mampu mencapai nilai yang tinggi. Nilai Isc yang didapat pada percobaan bukan merupakan Nilai Isc yang sebenarnya. Karena pengukuran Isc menggunakan beban. Nilai Isc yang sebenarnya akan memiliki nilai yang lebih besar dari nilai yang tercatat. Nilai Isc akan lebih besar karena disebabkan karena untuk mengukur nilai Isc yang sebenarnya hanya perlu menggunakan hambatan dalam sample yang sangat kecil. Walau begitu, bisa dipastikan bahwa cara yang dilakukan mampu memberikan hasil yang cukup baik. Hal ini disebabkan mampu dicapainya nilai FF yang cukup tinggi yaitu 0,690489. Nilai tersebut didapat dengan menggunakan persamaan (2.8) di mana parameter Voc pada persamaan ini adalah normalized Voc dan dikonversikan menggunakan persamaan (2.11). Dengan menggunakan nilai Voc yang didapat dari pengukuran, maka nilai normalized Voc mampu didapatkan. Pada tabel 4.5 diperlihatkan nilai FF pada uji coba

(18)

Tabel 7 Nilai FF pada uji coba Temp   Voc  (mV)   Voc  (V)   voc   Ln   voc-­‐ln   voc+1   FF   100   51,3   0,0513   1,984   0,994642916   0,989   2,984   0,3315   150   158,5   0,1585   6,129   1,924125579   4,205   7,129   0,589836   200   254,7   0,2547   9,849   2,35794297   7,491   10,849   0,690489   250   51,2   0,0512   1,980   0,99321167   0,987   2,980   0,331113   300   52,1   0,0521   2,015   1,006019733   1,009   3,015   0,334586   350   74,6   0,0746   2,885   1,282256336   1,603   3,885   0,412511  

Dengan mampu dicapainya nilai FF yang cukup tinggi pada uji coba menandakan metode percobaan yang dilakukan sudah cukup baik. FF adalah perbandingan antara daya maksimum dengan Voc dan Isc. Semakin tidak ideal keadaan bahan dan alat yang dipakai, akan semakin buruk parameter Vmp, Imp, Voc, dan Isc. Namun begitu perbandingannya akan bernilai linear. Semakin kecil nilai Vmp dan Imp, nilai Voc dan Isc tampak mengikuti. Karenanya mampu didapat nilai FF yang cukup sesuai dengan teori. FF dengan nilai mendekati 0.7 adalah nilai FF yang sudah mendekati angka yang baik menurut Gratzel [12]. Nilai efisiensi yang didapat tidak mampu memberikan nilai yang besar menandakan bahwa alat dan bahan yang digunakan selama fabrikasi tidak mampu mendekati kondisi ideal. Sel dihasilkan dari alat yang tidak ideal, namun parameter Pin didapat dari alat lain yang memiliki faktor idealitas yang berbeda. Sehingga efisiensi yang didapatkan menjadi sangat kecil. Berdasarkan analisa tersebut, dapat dikatakan bahwa nilai FF menentukan apakah uji coba yang dilakukan cukup baik atau tidak. Dari data yang didapat, terlihat bahwa hasil data yang terbaik adalah ketika temperatur annealing adalah 2000C dengan nilai V

oc = 254.7 mV, Isc = 0.0107 mA, FF = 0.690489, efisiensi = 0.002459%.

KESIMPULAN

Berdasarkan pada hasil uji coba dan analisa didapat beberapa kesimpulan sebagai berikut:

1. Berdasarkan data yang didapat, unjuk kerja DSSC yang paling baik adalah dengan temperatur annealing 2000C yaitu Voc = 254,7 mV, Isc = 0.0107 mA, FF = 0,690489, efisiensi = 0,002459%.

(19)

2. Dari hasil uji coba, peningkatan temperatur annealing 1000C, 1500C, 2000C, menghasilkan nilai efisiensi DSSC semakin meningkat, yaitu 0,000248%, 0,001344%, 0,002459%.

DAFTAR REFERENSI Artikel Jurnal:

Gratzel, M. 2003. Dye-sensitized solar cells. Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews 4: 145. doi:10.1016/S1389-5567(03)00026-1.

Ni, M., Leung, M.K.H., Leung, D.Y.C. & Sumathy, K. 2006. An Analytical Study of Porosity Effect on Dye-Sensitized Solar cell Performance. Solar Energi Materials & Solar cells 90:1331-1344.

Nuryadi, Ratno. Ganes Shukri. 2011. Numerical and Experimental Studies of Porosity Effect on TiO2 DyeSensitized Solar cell Performance. Proceeding The 2nd International Skripsi on Chemistry 2011: Universitas Padjajaran.

Haiying Wan, "Dye Sensitized Solar cells", University of Alabama Department of Chemistry, p. 3

Gratzel, M. 2003. Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Review 4 page 145

Bai, Yu; Cao, Yiming; Zhang, Jing; Wang, Mingkui; Li, Renzhi; Wang, Peng; Zakeeruddin, Shaik M.; Grätzel, Michael (2008). "High-performance dye-sensitized solar cells based on solvent-free electrolytes produced from eutectic melts". Nature Materials 7 (8): 626

Tributsch, H. 2004. "Dye sensitization solar cells: a critical assessment of the learning curve". Coordination Chemistry Reviews 248: 1511. doi:10.1016/j.ccr.2004.05.030.

Brian O'Regan, Michael Grätzel (24 October 1991). "A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films". Nature 353 (6346): 737–740. doi:10.1038/353737a0.

Laporan Penelitian:

Winantyo, Rangga. 2011. Efek Porositas TiO2 di DSSC Terhadap Karakteristik I-V Curve. Laporan penelitian Riset Terhadap Sel Surya Tersensitasi Zat Warna yang Dibangun di tas Lapisan Silikon Secara Simulasi dan Experimental

Gambar

Gambar 2 Lapisan pada DSSC
Gambar 3 Aliran Elektron di dalam DSSC [2]
Gambar 4 Aktifitas elektron pada partikel TiO2 dalam DSSC[2]
Gambar 5 Perbesaran lapisan Dye pada partikel TiO2[2]
+7

Referensi

Dokumen terkait

Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh perbandingan konsentrasi CMC-Na dan carbopol dalam sediaan gel fraksi etil asetat buah Kasturi (Mangifera casturi

Proses EDM merupakan proses pengerjaan material yang dikerjakan dengan memanfaatkan loncatan bunga api listrik (  spark  ) yang terjadi pada celah diantara elektroda dan

Dalam MERS pengisian dan pengosongan muatan kapasitor dikendalikan oleh mosfet sebagai sakelar yang berpasangan yang terdiri dari dua buah sakelar yang letaknya

Menimbang, bahwa terlepas dari ketentuan-ketentuan formil sebagaimana terurai di atas, dalam perkara aquo, disamping ada kepentingan hukum Para Pemohon, juga

Deskriptor diambil berdasar- kan jumlah panelis yang menyatakan bahwa suatu soal diperkirakan mampu dijawab benar oleh siswa minimal lebih dari separoh (1/2) dari

Faktor diturunkannya suku bunga kali ini juga tidak berbeda dengan pemotongan bulan sebelumnya dimana Bank Indonesia melihat bahwa tingkat inflasi masih akan berada di level

Dengan diketahuinya keberadaan Battra ramuan dengan ramuan tanaman obat yang digunakan, merupakan tantangan bagi para peneliti untuk melakukan penelitian dan pengembangan ramuan

Hasil penelitian ini sejalan dengan hasil penelitian Muhaman (2010) yang menunjuk- kan bahwa jumlah cabang memberikan penga- ruh nyata terhadap produktivitas biji