1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
DSSC (dye-sensitized solar cells) merupakan generasi sel surya yang salah satu komponennya berupa anoda yang tersusun atas kaca konduktif, material semikonduktor, dan pewarna (Habibi dkk, 2012; Pathirana dkk, 2016). Anoda pada DSSC memiliki peranan penting dalam menentukan efisiensi DSSC. Pada umumnya, material semikonduktor yang digunakan sebagai anoda DSSC adalah TiO2 karena performanya dalam peningkatkan efek fotokatalitik dalam DSSC (Bhogaita dkk, 2016). Namun, penelitian masih terus berlanjut untuk meningkatkan efisiensi kinerja DSSC. Berbagai metode modifikasi yang dapat digunakan dalam pengembangan material semikonduktor pada komponen fotoanoda, antara lain berpasangan dengan material semikonduktor lain dan penambahan dopan dengan unsur golongan rendah (Bhogaita dkk, 2016). ZnTiO3 merupakan material semikonduktor yang berpeluang menjadi kandidat sebagai pengganti TiO2 dengan harapan meningkatkan efisiensi kinerja DSSC. Lebih lanjut pada penelitian terdahulu, dilaporkan bahwa ZnTiO3 yang didoping dapat meningkatkan kinerja fotokatalitiknya di bawah radiasi sinar matahari (Surendar dkk, 2014). Menurut Ermawati dkk (2015), senyawa ZnTiO3 juga dapat didoping dengan logam Mg hingga membentuk senyawa titanat Mg1-xZnxTiO3 dengan harapan dapat menurunkan temperatur kalsinasi pembentukan struktur kristalin pada serbuk titanat. Oleh karena itu, pada penelitian ini dikaji material baru berbasis titanat, yaitu Zn1-xMgxTiO3.
Beberapa metode yang telah dilaporkan untuk menghasilkan ZnTiO3 antara lain seperti solid state reaction method (Chang dkk, 2004), mechanochemical complexation route (Jaramillo-Fierro dkk, 2020), thermal decomposition of peroxide precursors (Nikolenko dkk, 2018), chemichal copresipitation (Pookmanee dkk, 2008). Berdasarkan hasil penelitian Chang dkk (2004) dengan menggunakan solid state reaction method serbuk ZnTiO3 dapat disintesis pada
2 temperatur 800°C dalam waktu yang sangat lama yaitu 24 jam dan ukuran butir yang dihasilkan sangat besar yaitu berada pada rentang 0,5–1,0 µm. Dalam penelitian lain, Ermawati dkk, (2015) melaporkan salah satu metode sederhana yang sangat efektif untuk menghasilkan suatu serbuk oksida dengan temperatur kalsinasi yang rendah dan ukuran kristal serbuk yang dihasilkan dalam rentang nanometrik, yaitu metode logam terlarut. Pada penelitian ini, digunakan metode logam terlarut yang merupakan metode sintesis dengan melarutkan serbuk logam dalam larutan asam dengan tujuan proses sintesis menjadi lebih efisien karena prosesnya yang sangat sederhana dan memiliki kemungkinan tinggi untuk menghasilkan struktur kristal nanometrik pada serbuk Zn1-xMgxTiO3.
Struktur kristal merupakan susunan kelompok atom basis yang berada pada titik kisi secara berulang dalam suatu ruangan (O’Connor and Pratapa, 2002);
Mikrostruktur adalah struktur suatu material dalam ukuran mikro seperti ukuran partikel dan distribusi fasa (Paufler, 2011); dan struktur lokal merupakan distribusi atom tetangga di sekitar suatu atom atom (Akgül, 2013). Kajian keterkaitan antara struktur dan sifat fisis material telah banyak dilakukan untuk memperluas potensi aplikasi sebuah material. Perbedaan struktur sebagai akibat dari perbedaan proses sintesis dan atau pemilihan bahan dasar dapat mempengaruhi sifat material. Serapan terhadap suatu gelombang elektromagnetik merupakan salah satu sifat fisis yang dapat dipengaruhi oleh struktur material. Material berorde nanometrik dan keberadaan atom pengotor (dopan) dalam struktur kristalnya juga memiliki karakteristik interaksi dengan gelombang elektromagnetik yang khas. Oleh karena itu, pada penelitian ini sangat penting untuk memahami secara akurat struktur kristal dan struktur lokal atomik pada sistem nano Zn1-xMgxTiO3 yang disintesis.
Studi struktur dilakukan untuk mengetahui struktur kristal, struktur lokal dan mikrostruktur pada serbuk Zn1-xMgxTiO3.
Berdasarkan studi literatur, variasi temperatur kalsinasi dilakukan untuk merubah struktur kristal dan mikrostruktur pada suatu material, karena variasi temperatur dapat merubah parameter kisi kristal, volume kristal, komposisi fasa dan ukuran butir kristal dan penambahan dopan dilakukan untuk menurunkan temperatur kalsinasi pada material serta dapat merubah struktur lokal material.
Sehingga dalam penelitian ini dilakukan sintesis dengan variasi dopan dan
3 temperatur kalsinasi untuk mengetahui pengaruhnya terhadap struktur kristal, mikrostruktur dan struktur lokal Zn1-xMgxTiO3.
Pada penelitian ini dikaji pengaruh variasi temperatur kalsinasi dan penambahan dopan Mg pada ZnTiO3 terhadap struktur kristal, struktur lokal, dan mikrostruktur yang dihasilkan. Sejauh ini, belum terdapat penelitian lain yang mengkaji struktur lokal Zn1-xMgxTiO3 secara in-situ menggunakan Time Resolved X-ray Absorption Spectroscopy (TR-XAS − spektrum XANES). Adapun karakterisasi selain TR-XAS (spektrum XANES)., dalam penelitian ini juga dilakukan karakterisasi X-Ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared (FTIR) dan Scanning Electron Microscope (SEM).
1.2 Perumusan Masalah
Adapun permasalahan yang diangkat dari latar belakang di atas adalah sebagai berikut:
1. Bagaimana pengaruh variasi komposisi dopan Mg terhadap struktur kristal, struktur lokal atomik, dan mikrostruktur sistem Zn1-xMgxTiO3?
2. Bagaimana pengaruh variasi temperatur kalsinasiterhadap struktur kristal, struktur lokal atomik, dan mikrostruktur sistem Zn1-xMgxTiO3?
1.3 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan penelitian yang dapat diangkat dari permasalahan diatas adalah sebagai berikut:
1. Untuk mengetahui pengaruh variasi komposisi dopan Mg terhadap struktur kristal, struktur lokal atomik, dan mikrostruktur sistem Zn1-xMgxTiO3
2. Untuk mengetahui pengaruh variasi temperatur kalsinasiterhadap struktur kristal, struktur lokal atomik, dan mikrostruktur sistem Zn1-xMgxTiO3
1.4 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan khasanah pengetahuan tentang material baru sebagai kandidat yang diaplikasikan pada komponen anoda DSSC.
4 2. Memberikan informasi mengenai metode sintesis Zn1-xMgxTiO3
menggunakan metode logam terlarut.
3. Memberikan informasi mengenai struktur kristal, struktur lokal atomik, dan mikrostruktur Zn1-xMgxTiO3.
1.5 Kerangka Pemikiran Penelitian
Adapun kerangka pemikiran penelitian ini adalah sebagai berikut:
Gambar 1.1 Kerangka pemikiran penelitian
