37
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1
Absorbansi Dye Antosianin Buah Delima Efisiensi DSSC salah satunya dipengaruhi oleh jenis dye terkait dengan
efektifitasnya sebagai sunlight absorber. Umumnya, dye adalah material organik yang memiliki kemampuan untuk mengabsorbsi foton cahaya
matahari pada
panjang gelombang sinar tampak dengan panjang gelombang antara 300-700 nm. Dalam menganalisa daya absorbansi dye antosianin buah delima menggunakan alat Shimadzu UV-Mini 1240. Hasil analisa tersebut dapat dilihat pada Gambar 4.1.
Gambar 4.1 Grafik absorbansi terhadap panjang gelombang Pada Gambar 4.1, adalah grafik absorbansi dye antosianin buah delima terhadap panjang gelombang, dengan rentangpanjang gelombang dari 400 nm sampai 700 nm. Spektrum pada gambar tersebut menunjukan bahwadye tersebut
mampu menyerap cahaya, cahaya dengan rentang kurang dari 400 nm sampai lebih dari 700 nm dan penyerapan cahaya tinggi pada panjang gelombang elombang 513 nm (cahaya tampak).Dengan Dengan demikian dye ini memenuhi sebagai sunlight absorber. absorber
4.2
Analisis Nanopori Titanium Dioksida (TiO2)
4.2.1Hasil XRD TiO2 yang digunakan adalah TiO2 komersial dari MERCK. Berdasarkan hasil XRD.Pada Gambar 4.2, pola difraksi sinar-X sinar X pada sampel TiO2 mempunyai fasa kristal anatase yang bersesuaian dengan Joint Committee on Powder Diffraction Standard (JCPDS) No. 21-1272. Selain ain itu derajat kristalinitas sampel ini cukup baik dilihat dari intensitas puncak difraksi yang tinggi dan tegas. Dengan derajat kristalinitas yang baik maka maka proses difusi elektron di TiO2 akan lebih cepat yang implikasinya proses transfer elektron untuk DSSC secara keseluruhan akan lebih tinggi sehingga akan meningkatkan efisiensi sel surya.
Gambar 4.2 Pola difraksi sinar-X pada TiO2 4.2.2 Hasil SEM
38
Hasil SEM TiO2 dapat dilihat pada Gambar 4.3,yang memperlihatkanTiO2 mengandung sejumlah jaringan partikel yang membentuk struktur nanopori dengan ukuran partikel dan pori lebih kecil dari 100 nm. Struktur pori yang terlihat umumnya adalah struktur pori antar partikel sedangkan struktur pori dalam partikel tidak terlihat karena keterbatasan resolusi alat. Struktur nanopori dari TiO2 merupakan karaktersitik penting untuk aplikasinya dalam DSSC, karena posisi molekul dye akan berada pada pori-pori tersebut. Ukuran pori yang berskala nano akan meningkatkan jumlah pori yang terbentuk sehingga molekul dye yang terserap akan lebih banyak.
Contohpori TiO2
Gambar 4.3 Hasil SEM TiO2dengan perbesaran 40.000 kali
4.3
Karakteristik Arus-Tegangan (I-V)
39
Pada penelitian ini dilakukan karakterisasi I-V terhadap tiga DSSC dengan variasi dye ekstrak antosianin buah delima yang berbeda untuk mengetahui pengaruh dye tersebut terhadap efisiensinya.Karakterisasi ini dilakukan dengan cara menyinari DSSC menggunakan lampu halogen yang berasal dari Over Head Projektor (OHP) dengan intensitas konstan yaitu 0,45mW/cm2. Kurva karaktristik I-V dari setiap DSSC dapat di lihat pada Gambar 4.4, Gambar 4.5 dan Gambar 4.6.
Data Pengukuran Kurva Fitting
-7
1,4x10
-7
1,2x10
-7
Arus (A)
1,0x10
-8
8,0x10
-8
6,0x10
-8
4,0x10
-8
2,0x10
0,0 0,000
0,005
0,010
0,015
0,020
Tegangan (V)
Gambar 4.4 Kurva karakteristik I-V untuk DSSC konsentrasi dye 10%
40
Data Pengukuran Kurva Fitiing
-7
7,0x10
-7
6,0x10
-7
Arus (A)
5,0x10
-7
4,0x10
-7
3,0x10
-7
2,0x10
-7
1,0x10
0,0 0,000
0,004
0,008
0,012
Tegangan (V)
Gambar 4.5 Kurva karakteristik I-V untuk DSSC konsentrasi dye 20%
Data Pengukuran Kurva Fitting -7
2,5x10
-7
Arus (A)
2,0x10
-7
1,5x10
-7
1,0x10
-8
5,0x10
0,0 0,000
0,005
0,010
0,015
0,020
0,025
0,030
Tegangan (V)
Gambar 4.6Kurva karakteristik I-V untuk DSSC konsentrasi dye30%
41
Nilai arus hubungan singkat (Isc) dan tegangan rangkaian terbuka (Voc) ditentukan dari kurva fitting masing-masing grafik. Nilai Iscadalah titik perpotongan kurva fitting dengan sumbu vertikal
dalam hal ini adalah arus. Sedangkan nilai
Vocadalah nilai titik perpotongan kurva fittingdengan sumbu horizontal, dalam hal ini adalah tegangan. Dari data arus dan tegangan yang didapat, selanjutnya menentukan kurva daya terhadap tegangan (P-V) masing-masing DSSC untuk menentukan daya maksimum (Pmax). Kurva daya terhadap tegangan untuk masing-masing DSSC ditujukkan pada, Gambar 4.7, Gambar 4.8 dan Gambar 4.9.
-9
1,0x10
-10
Daya (watt)
8,0x10
-10
6,0x10
-10
4,0x10
-10
2,0x10
0,0 0,000
0,005
0,010
0,015
0,020
0,025
Tegangan (V)
Gambar 4.7Kurva daya terhadap tegangan untuk DSSC konsentrasidye10%
42
-9
2,0x10
Daya (watt)
-9
1,5x10
-9
1,0x10
-10
5,0x10
0,0 0,000
0,002
0,004
0,006
0,008
0,010
0,012
Tegangan (V)
Gambar 4.8 Kurva daya terhadap tegangan untuk DSSC
Daya (watt)
konsentrasi dye 20%
2,5x10
-9
2,0x10
-9
1,5x10
-9
1,0x10
-9
5,0x10
-10
0,0 0,000
0,005
0,010
0,015
0,020
0,025
Tegangan (V)
Gambar 4.9Kurva daya terhadap tegangan untuk DSSC konsentrasi dye 30%
43
Dari Gambar 4.7, 4.8 dan 4.9 terlihat bahwa untuk titik tertentu dihasilkan nilai daya maksimum masing-masing DSSC. Tegangan dan arus ketika daya maksimum disebut Vmax dan Imax. Selanjutnya dapat ditentukan nilai Faktor Pengisian (FF) masing-masing DSSC melalui persamaan (2.2) dan efisiensi konversi DSSC (η) melalui persamaan (2.3). Hasil perhitungan terangkum padaTabel 4.1 Tabel 4.1Hasil perhitungan unjuk kerja DSSC No. DSSC
Imaxx 10- Vmax 8 (A) (v) 6,756 0,015
Iscx 10- Voc 7 (A) (V) 1,07 0,019
FF
Efisiensi (%) 0,369 3,79 x10-4
1
10%
2
20%
6,057
0,010
65,217
0,003
0,309 7,31 x10-4
3
30%
2,305
0,027
16,666
0,014
0,369 8,72 x10-4
Hasil perhitungan pada Tabel 4.1terlihat adanya perubahan efisiensi terhadap konsentrasi dye ekstrak antosianin buah delima, dapat dilihat padaGambar 4.10
9
Efisiensix 10-4 (%)
8 7 6 5 4 3 2 1 0 0
5
10
15
20
25
30
Konsentrasi Dye (%)
Gambar 4.10Efisiensi DSSC terhadap konsentrasi ekstrakdye
44
Pada Gambar 4.10, terlihat adanya perubahan efisiensi terhadap jumlah konsentrasi dye dalam waktu perendaman 1 jam. Efisiensi konversi energi tertinggi adalah pada DSSC dengan konsentrasi dye 30%
yaitu 8,72x10-4%
kemudian diikutiDSSC dengan konsentrasi dye 20% yaitu 7,31x10-4% dan DSSC dengan konsentrasidye 10% yaitu 3,79x10-4%. Dalam penelitian ini perbedaan konsentrasi dye yang diberikan pada setiap sampel DSSC menghasilkan nilai efisiensi yang berbeda pula semakin tinggi konsentrasi dye semakin bertambah efisiensi konversi energi yang dihasilkan.Hal ini disebabkan kerena perbedaan konsentrasi dye yang diberikan mempengaruhi jumlah dyeyang teradsorpsi pada pori TiO2, sehingga terjadi perubahan jumlahelektronyang diinjeksikan ke pita konduksi TiO2(Chou et al., 2007). Pada titik konsentrasi 10% dan 20%, efisiensi konversi energi DSSCterlihat
naik dengan curam. Hal inidikarenakan
bertambahnya molekul dyeyang telah mengisi pori TiO2, sehingga elektron yang diinjeksikan oleh
molekul dye ke pita konduksi TiO2bertambah.Padatitik
konsentrasi 30%, efisiensi naik dengan landaicenderung mendekati saturasi. Hal ini dikarenakan pori TiO2 hampir semuanya terpenuhi oleh molekul dye,semakin terpenuhi pori TiO2 oleh molekul dye maka jumlah elektron yang diinjeksikan ke pita konduksi TiO2 tidak mengalami perubahan sehingga efisiensi konversi energi DSSC akan bernilai konstan walaupun konsentrasi dye bertambah.Hubungan konsentrasi dye terhadap efisiensi cenderung tidakbersifat linier. Hal ini sebelumnya pernah diteliti oleh Tammy P. Chou et al. (2007) menggunakan dyeRuthenium (N3) atau(2,2 bipyrydyl-4,4-dicarboxylato) ruthenium II,dengan konsentrasi dyeyang bervariasi pada lapisan TiO2dengan waktu perendaman 1
45
jam. Konsentrasi tertinggi yang diberikan menghasilkan penurunan efisiensi dikarenakan molekul-molekul dye mengalami agregration(pengumpulan antara sesama molekul) di pori-pori TiO2sehingga injeksi elektron tidak efisien.Intertaksi antar moleku-molekul dye yang bertumbuk dan berkumpul mempengaruhi waktu hidup elektron pada permukaan TiO2. Waktu hidup elektron adalah lamanya elektron berada dalam keadaan tereksitasi. Interaksi antar molekul dye ini dapat mempercepat kembalinya elektron pada keadaan dasar sehingga mempersingkat waktu hidup elektron. Struktur yang cenderung datar akan memperbesar peluang pengumpulan molekul dye sehingga dapat menurunkan efisiensi. Struktur yang bengkok (bent structure) dapat menekan efek dari pengumpulan dye(Nuay, 2009).Perlu studi lebih lanjut mengenai jumlah dye pada lapisan TiO2 dan struktur kimia molekul dye.
46
