1
Fabrikasi DSSC (Dye Sensitized Solar Cell) dengan Teknik Pelapisan Spin Coating Menggunakan Kaca ITO dan FTO sebagai Substrat dan Variasi Jahe Merah (Zingiber Officinale Var Rubrum) sebagai Dye Sensitiser Ice Trianiza,Gatut Yudoyono Jurusan Fisika, Fakultas IPA Institut Teknologi Sepuluh Nopember Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail:
[email protected] Abstrak— Telah dilakukan fabrikasi DSSC menggunakan kaca konduktif ITO dan FTO dengan variasi ekstrak pewarna jahe merah (Zingiber officinale Var. Rubrum) menggunakan Metode Spin Coating. Variasi dari jahe merah (kulit buah dan daging buah) menggunakan pewarna dari kulit jahe merah dan daging jahe merah). Sel surya dibangun dengan struktur sandwich. Efisiensi kinerja DSSC diperoleh dari pengukuran menghasilkan tegangan dan arus pada kondisi yang berbeda, yang berada di bawah lampu halogen. Kandungan antosianin menunjukkan pada panjang gelombang maksimum sepanjang 335-775nm. Pada difraktogram lapisan tipis TiO2 Nano-fase anatase menunjukkan intensitas relatif tinggi pola difraksi sebagai anatase polikristal dengan ukuran 14-16nm. Berdasarkan hasil pengujian menggunakan sumber cahaya halogen. memperoleh karakteristik DSSC dengan efisiensi tertinggi adalah 0,0223% dan efisiensi terendah adalah 0,009% Kata Kunci—DSSC, TiO2 anatase, dye ekstrak Jahe Merah, Spin Coating.
dye yang digunakan yaitu ekstrak jahe merah dengan memisahkan kulit dan daging sebagai perbandingan untuk mengetahui kemampuan absorbansi yang lebih tinggi dan range panjang gelombang yang lebih besar dibandingkan penelitian sebelumnya. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui bagaimana pengaruh variasi dye ekstrak jahe merah dan pengaruh substrat dengan menggunakan kaca ITO dan FTO. Variasi ini untuk mengetahui pengaruh terhadap daya tahan yang dihasilkan DSSC selama satu minggu dan keefektifan dalam penyerapan dye sebagai medium transport elektron.
I. PENDAHULUAN ebagian besar energi matahari diradiasikan sebagai panas. Indonesia sangat berpotensi untuk menjadikan sel surya sebagai salah satu sumber energi masa depan mengingat posisi Indonesia pada garis khatulistiwa yang memungkinkan sinar matahari dapat optimal diterima di hampir seluruh Indonesia sepanjang tahun. Masalah yang paling penting untuk merealisasikan sel surya sebagai sumber energi alternatif adalah efisiensi piranti sel surya dan harga pembuatannya Pada penelitian sebelumnya oleh Ekasari[1], fabrikasi DSSC menggunakan kaca ITO sebagai substrat dan menggunakan dye sensitizer jahe merah dengan metode pelapisan TiO2 pada kaca ITO yaitu metode Spin Coating melalui proses perendaman dye dan elektorda kerja sehingga diperoleh nilai tegangan DSSC yang besar namun belum dihitung ketahanan daya sel. Penelitian Nasori[2], mengunakan dye jahe merah, bahan TiO2 dengan ukuran nanopartikel berfase anatase dan membandingkan pelapisan TiO2 dengan menggunakan metode Doctor Blade dan Spin Coating. Hasilnya teknik Spin Coating akan menghasilkan arus dan tegangan yang lebih besar daripada metode Doctor Blade. Berdasarkan referensi di atas, masih perlu inovasi untuk mendapatkan optimalisasi dari fabrikasi DSSC. Maka dari itu diperlukan adanya penelitian yang lebih lanjut agar diperoleh efisiensi DSSC yang tinggi dan menghasilkan daya yang lebih besar. Pada penelitian ini akan digunakan Variasi substrat serta variasi jahe merah dengan mengukur ketahanan daya pada DSSC. Bahan TiO2 yang digunakan pada penelitian ini yaitu TiO2 nanopartikel berfasa anatase pengadukan 25 jam, bahan
S
Gambar 1 Skema Kerja DSSC Prinsip kerja dari DSSC sendiri disajikan pada gambar 2.3, material semikonduktor ditempatkan pada plat transparan berkonduktifitas membentuk lapisan tipis. Kemudian lapisan monolayer dye ditempatkan pada permukaan lapisan nanokristalin semikonduktor. Fotoeksitasi yang dialami oleh dye menghasilkan elektron tereksitasi dari pita valensi ke pita konduksi dye (1) yang kemudian masuk ke pita konduksi dari logam oksida (2), injeksi elektron ini melalui hubungan antara titanium dengan gugus karboksil pada zat warna. Proses ini menghasilkan dye yang bermuatan positif dan partikel TiO2 yang bermuatan negatif. Elektron tersebut selanjutnya keluar melalui sirkuit eksternal menuju caunter elektrode (3), aliran elektron ini dimanfaatkan sebagai energi listrik. Kekosongan elektron pada pita valensi dye digantikan oleh elektron yang berasal dari elektrolit, elektrolit yang digunakan pada DSSC biasanya adalah pelarut organik yang mengandung sistem redoks, contohnya adalah pasangan iodida-triiodida. Regenerasi sensitiser oleh iodida terjadi dengan proses pendonoran elektron pada pita valensi dari dye yang teroksidasi (5). Iodida diregenerasi kembali dengan reduksi triiodida pada counter electroda, dengan memanfaatkan elektron yang berasal dari eksternal sirkuit (4), proses ini
2 berlangsung terus-menerus sebagai suatu siklus sehingga dihasilkan arus yang kontinyu. Untuk meningkatkan serapan spektra TiO2 di daerah tampak, dibutuhkan lapisan zat warna yang akan menyerap cahaya tampak. Zat warna tersebut berfungsi sebagai sensitizer. Zat pewarna alami yang digunakan pada penelitian ini menggunakan jahe merah yang berperan sebagai lapisan penyerap elektron foton cahaya dan akan menjadi eksiton. Dalam proses penyinaran, pewarna akan bertugas mengisi elektron ke pita konduksi dari semikonduktor. Ekstrak dye atau pigmen tumbuhan yang digunakan sebagai fotosensitizer diantaranya ekstrak klorofil, karoten, dan antosianin. Jahe merah merupakan tumbuhan berimpang yang memiliki batang berbentuk bulat kecil, berwarna hijau kemerahan, dan agak keras, serta memiliki bulu-bulu lembut. Susunan daunnya berselang-selang dan teratur.
fisis dan kimia dari TiO2 bergantung pada ukuran, morfologi dan struktur kristalnya. TiO2 memiliki tiga bentuk kristal yaitu anatase, rutile, dan brookite. Salah satu cara pengolahan lapisan tipis adalah menggunakan metode spin coating. Adapun proses spin coating adalah dengan meneteskan sedikit larutan film diatas substrat yang kemudian di putar dengan kecepatan tertentu, yang berputar secara konstan agar diperoleh endapan film diatas substrat dengan kerataan baik. Prinsip pada metode spin coating adalah keseimbangan antara viskositas larutan dengan gaya sentrifugal yang dikontrol oleh kecepatan spin.
Gambar 3 Proses Teknik Spin Coating Sifat kelistrikan dapat diukur dengan menggunakan voltmeter dan amperemeter dengan variable beban. Pengukuran fill factor (FF) dan efisiensi (η) solar energi menurut persamaan 1[5]. Gambar 2 Rimpang Jahe Merah Ditinjau dari karakteristiknya jahe merah memiliki kandungan antosianin yang mana memiliki pigmen larut air secara alami yang terdapat pada berbagai jenis tumbuhan dan merupakan pewarna yag paling penting dan paling tersebar luas dalam tumbuhan. Senyawa ini tergolong pigmen dan pebentuk warna pada tanaman yang ditentukan oleh Ph dari lingkungannya. Dalam keadaan asam berwarna merah dan basa berwarna biru. Struktur dasar antosianin ini terdiri atas 2fenzil benzopirilium atau plavilium klorda dengan jumlah substitusi gugus hidroksi dan metoksi. Sebagian besar antosianin memilik struktur 3,5,7-trihidroksiflavilium klorida dan bagian gula biasanya terikat pada gugus hidroksil[6]. DSSC berbentuk struktur sandwich, dimana dua elektroda yaitu elektroda TiO2 dengan dye dan elektroda pembanding yang terbuat dari kaca ITO dilapisi karbon yang mengapit elektrolit membentuk sistem sel fotoelektrokimia. Elektroda pembanding terbuat dari kaca ITO yang dilapisi dengan karbon karena memiliki konduktivitas yang cukup dan resistansi panas dan aktivitas elektrokatalitik dari reduksi triiodide. Semikonduktor yang digunakan pada DSSC memiliki celah pita yang lebih lebar daripada semikonduktor yang dgunakan pada sel surya anorganik biasa. Untuk penggunaan DSSC, semikondukor yang paling banyak digunakan adalah TiO2 (titanium dioxide) terutama yang memiliki ukuran dalam skala nanometer. Titanium dioksida adalah jenis logam oksida disebut juga sebagai titanium (IV) oksida atau titania. Sifat
Gambar 4 Grafik I-V pada photovoltaic yang bekerja secara normal
(1) dimana FF = fill factor I max = arus maksimun V max = tegangan maksimum Isc = arus yang dihasilkan pada keadaan short circuit V oc = tegangan input (2)
3 II. METODOLOGI A. Pembuatan Serbuk TiO2 Nano TiO2 nano disintesis dengan metode kopresipitasi menggunakan bahan TiCl3 15%, HCl 37%, NaCl 99,5%, NH4OH 98% (Aldrick), NH3 25% (Merck), air destilasi. Proses pertama adalah persiapan larutan TiCl3 15% sebanyak 20 ml, air destilasi 100 ml, NH4OH 10% 200 ml. Larutan TiCl3 dicampur dengan air destilasi dan diaduk pada pengaduk magnetik selama 25 jam. Larutan NH4OH ditambahkan ke dalam larutan dan dijaga pH antara 9-10. Setelah itu larutan diaduk dengan pengaduk magnetik sampai timbul presipitat berwarna putih. Suspensi didiamkan semalam dan kemudian disaring serta dicuci dengan air destilasi minimal 5 kali. Endapan dikeringkan dalam oven dengan temperatur 200oC selama 6 jam. Endapan yang telah kering dihancurkan dengan mortal dan dilakukan uji XRD. B. Preparasi Elektroda Kerja Serbuk TiO2 yang telah di uji XRD selanjutnya dilakukan prose pembuatan Pasta TiO2 dengan menggunakan pelarut TMAH (Tetra-methyl-Ammonium Hydroxide) 10%. 1 gram serbuk TiO2 di campur dengan 10 ml TMAH lalu distirer selama satu jam dan pasta cair di simpan kedalam botol tertutup. Setelah itu pasta TiO2 dideposisikan diatas substrat dengan metode Spin Coating. Sebelum dilakukan pendeposisian, dilakukan terlebih dahulu uji resistansi sisi konduktif kaca ITO dan FTO dengan menggunakan multimeter, selanjutnya kaca ITO dan FTO yang telah disiapkan diletakkan diatas alat Spin Coating dengan bagian sisi konduktif berada di bagian atas. Selanjutnya pasta TiO2 yang sudah dibuat sebelumnya di kocok terlebih dahulu dan diteteskan diatas permukaan sisi konduktif sebanyak 4 tetes menggunaka pipet sampai seluruh permukaan substrat tertutupi. Spin Coating di kondisikan pada 600rpm selama 10 detik pertama, selanjutnya dikondisikan pada 1000rpm selama 90 detik dan 1500 rpm selama 60 detik. Lapisan yang sudah dibuat selanjutnya disintering menggunakan hotplate pada termperatur 450oC selama 30 menit pemanasan. Setelah itu dilakukan proses perendaman elektroda kerja dengan dye jahe merah selama 24 jam. C. Pembuatan Ekstrak Dye Jahe Merah Proses ekstraksi dilakukan dengan cara memisahkan kulit dan daging yang di iris tipis lalu di keringkan di bawah sinar matahari, setelah itu kulit dan daging yang telah kering di timbang massa nya dan di oven pada suhu 1000c selama 2 jam untuk memastikan kandungan air pada jahe hilang. Proses pengeringan dengan oven dilakukan selama 3 kali sampai mendaparkan massa setimbang untuk memastikan tingkat kadar air hilang pada kulit dan daging. Setelah di pastikan kering, kulit dan daging jahe merah di blender kering untuk mendapatkan serbuk halus sebanyak 9 gram untuk daging jahe merah dan 3 gram untuk kulit jahe merah. Proses ekstraksi dilakukan dengan menggunakan pelarut aquades yang ditambahkan buthanol menggunakan perbandingan (1:1) setelah itu di aduk menggunakan stirrer selama 60 menit.
Setelah ekstraksi selesai, kemudian dilakukan ekstrak disaring menggunakan kertas saring untuk memisahkan filtrat dan residu. Filtrat di ruang kedalam erlenmeyer dan residu diekstrak kembali dengan cara yang sama sampai diperoleh filtrat bening yang menandakan antosianin sudah terekstrak semua. Untuk menguji penyerapan dari ekstrak Jahe Merah dengan menggunakan uji UV-VIS spektrofotometri. D. Preparasi Larutan Elektrolit Larutan elektrolit yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah pasangan redoks iodin dan Iodide (I-/I3-). Larutan elektrolit ini dibuat dari campuran Kalium Iodida (KI) 0.5 M, Iodine 0.05 M, dan pelarut aquades. Prosedur awal pembuatan larutan ini adalah mencampurkan 6 gram Kalium Iodide dan ditambahkan 3 gram iodine yang di stirer selama 1 jam. Larutan yang sudah dibuat selanjutnya disimpan pada wadah/botol yang tertutup rapat (menghindari penguapan larutan). E. Pembuatan Elektroda Karbon Sebuah pensil berjenis 6B digosokkan secara merata pada kaca yang dipakai sebagai substrat. Kemudian dibakar dengan menggunakan api dari lilin sehingga didapatkan lapisan karbon. Karbon berfungsi sebagai katalis untuk mempercepat reaksi pada DSSC.
Gambar 5 Elektroda Karbon F. Perendaman larutan dye pada elektroda kerja Lapisan
TiO2 Perendaman larutan dye pada elektroda kerja lapisan TiO2 dilakukan dengan cara meneteskan larutan hingga seluruh permukaan lapisan tertutupi larutan dye. Kemudian larutan dibiarkan sampai meresap dan mengering pada lapisan TiO2 selama 24 jam. Selanjutnya elektroda kerja + dye siap untuk tahap selanjutnya. G. Pengujian DSSC
Gambar 6 DSSC yang siap di lakukan pengujian
4 Preparasi peralatan uji yakni meliputi penyediaan dan pengecekan alat-alat uji berupa kabel, resistor variabel 500k (untuk uji pengukuran arus) dan multimeter. Pengujian dilakukan dengan menggunakan sumber cahaya lampu halogen pada jarak 5 cm dengan pengambilan data arus terhadap waktu dan tegangan terhadap waktu. Pengambilan data dilakukan pada masing-masing susunan DSSC. Data diambil pada titik tertentu dengan memutar potensiometer sedemikian hingga didapat perubahan arus minimum dengan tegangan maksimum dan arus maksimum dengan tegangan minimum kemudian dicatat hasilnya dan dibuat grafik hubungan I-V
Gambar 8 Absorbansi dye kulit dan daging jahe merah
Gambar 7 Rangkaian Pengujian arus dan tegangan untuk DSSC III.HASIL DAN PEMBAHASAN H.
Grafik Hubungan Kemampuan Absorbansi Ekstraksi Dye Kulit dan daging buah Jahe Merah Terhadap Panjang Gelombang Pengujian terhadap dye ekstrak Jahe Merah menggunakan spektrofotometer UV-Vis untuk mengetahui absorbansi ekstrak Jahe Merah. Prinsip spektofotometri adalah penyerapan cahaya oleh molekul-molekul. Molekul dapat menyerap radiasi dari daerah UV-Vis karena mengandung elektron, baik berpasangan maupun sendiri yang dapat dieksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi. Absorbansi terjadi bergantung pada kekuatan elektron terikat dalam molekul[6]. Hubungan antara absorbansi ekstrak dye Jahe Merah terhadap foton yang dipancarkan oleh sinar matahari yaitu absorbansi yang besar terhadap energi cahaya matahari pada permukaan sel surya dapat mengeksitasi elektron-elektron dari bahan semikonduktor TiO2 pada pita valensi ke pita konduksi, sehingga dapat menghasilkan arus listrik yang besar. Selain itu sifat transmitansi yang kecil akan meminimalkan energi foton yang terbuang[7]. Berikut ini hasil UV-Vis spektrofotometri pada Gambar 5 absorbansi jahe merah hampir merata pada seluruh panjang gelombang.
Berdasarkan Gambar 5 Absorbansi dye jahe merah tampak merata pada seluruh rentang panjang gelombang dari 300-800 nm. Dengan puncak terjadi pada 335 nm – 775 nm dengan rentang penyerapan 2 - 1,902. Adapun absorbansi paling tinggi terdapat pada panjang gelombang 438nm dengan absorbansi 2,61 sedangkan pada pengukuran absorbansi daging buah jahe merah dimulai dari panjang gelombang 383647nm dengan penyerapan 2,797-2,209 dan didapatkan absorbansi paling tinggi 2,797 pada panjang gelombang 383nm sehingga dapat dilihat dari dua grafik diatas bahwa absorbansi dari kulit jahe merah lebih stabil dengan rentang yang lebih panjang dari daging buah jahe merah yang mana hasil pengolahan dye dari dua variabel ini berpengaruh terhadap performa DSSC. Hal ini menunjukkan tingginya ketebalan konsentrasi larutan dye dalam menyerap radiasi energi yang diberikan. Sehingga, semakin banyak pula foton yang bisa dieksitasi untuk dikonversikan oleh sel surya menjadi energi listrik I. Hasil Uji XRD pada Serbuk TiO2 Sebagai Bahan Semikonduktor Semikonduktor yang digunakan pada DSSC ini menggunakan TiO2 nanopartikel fase anatase murni dengan pengadukan 25 jam Gambar 4.3 memperlihatkan pola difraksi sinar X dari bahan keramik titania, Adapun Pengidentifikasian fasa selanjutnya dari data difraksi menggunakan software search match. Hasil search match titania pada pengadukan 25 jam didapat Puncak difraksi dimulai dari 2θ = 25o dan tidak ada puncak difraksi pada 2θ = 27o, sehingga sampel tersebut memiliki satu fasa, yaitu anatase. Pola difraksi yang dihasilkan memperlihatkan puncak yang rendah dan lebar Gambar 5.
5
Gambar 9 Grafik hasil Uji XRD TiO2 Penggunaan TiO2 nanopartikel fase anatase pada DSSC sangat potensial untuk mencapai efisiensi lebih tinggi dalam mengubah cahaya menjadi listrik karena mempunyai kemampuan fotoaktif yang tinggi yaitu kemampuan penyerapan yang tinggi. TiO2 fase anatase memiliki aktivitas fotokatalisis yang lebih tinggi dibandingkan dengan fase rutil dan brookite. Fotokatalisis adalah suatu proses yang dibantu oleh adanya cahaya dan material katalis. Dengan pencahayaan UV (λ < 405 nm) permukaan TiO2 mempunyai kemampuan menginisiasi reaksi kimiawi. TiO2 dengan struktur nanopori akan menaikan kinerja sistem karena struktur nanopori mempunyai karakteristik luas permukaan yang tinggi sehingga akan menaikkan jumlah cahaya yang terabsorbsi [8]. Adapun penggunaan TiO2 nanopartikel dengan fase anatase disini sebagai semikonduktor dikarenakan dengan struktur partikel nano maka permukaan dari TiO2 yang akan dilapiskan menjadi lebih luas sehingga memperbanyak dye yang terserap dan elektron yang akan tereksitasi mengakibatkan meningkatnya efisiensi. Pada DSSC absorpsi cahaya dan separasi muatan listrik terjadi pada proses yang terpisah. Absorpsi cahaya dilakukan oleh molekul dye dan separasi muatan oleh semikonduktor anorganik nanokristal yang memiliki celah pita lebar, salah satunya yang sering digunakan sebagai elektroda dalam DSSC adalah TiO2. Hal ini dikarenakan TiO2 memiliki fase kristal yang reaktif terhadap cahaya, eksitasi elektron ke pita konduksi dapat dengan mudah terjadi apabila kristal ini dikenai cahaya dengan energi yang lebih besar daripada celah energinya [10]. Dari hasil diatas dapat diketahu bahwa fasa kristal anatase memilik kemampuan fotoaktif yang tinggi. Selain itu derajat kristalinitas sampel cukup baik dilihat dari intensitas puncak difraksi yang tinggi dan tegas, dengan derajat kristalinitas yang baik maka proses difusi elektron pada di TiO2 akan lebih tinggi sehingga akan meningkatkan efisiensi sel surya.
Gambar 10 Serbuk TiO2 nano pertikel fase anatase
J. Hasil Deposisi Larutan TiO2 Nano Partikel pada Substrat Teknik Pendeposisisan lapisan TiO2 pada substrat kaca ITO dan FTO pada penelitian ini menggunakan Teknik Spin Coating. Teknik ini menggunakan peralatan Spin Coating yang terdapat di laboratorium Optoelektronika. Teknik spin coating disini adalah dengan meneteskan larutan TiO2 sebanyak 5 tetes pada masing-masing substrat berukuran 2x2cm setelah itu di spin selama 90 detik dengan kecepatan 1000rpm. Adapun penetesan pasta TiO2 pada substrat sebanyak 5 tetes disini bertujuan agar adanya ukuran konstan dan kestabilan penetesan pada tiap-tiap sampel. Pasta TiO2 dibuat dari serbuk TiO2 yang di larutkan menggunakan pelarut TMAH yang memiliki titip uap 2000c, yang mana sebelumnya menggunakan pelarut asam asetat yang di campur dengan triton x-100, hasil dari kedua larutan ini secara fungsi sama yaitu untuk melarutkan TiO2 sehingga berbentuk pasta cair, tetapi secara fisik larutan TiO2 yang dicampur dengan TMAH jauh lebih homogen dan lebih tipis ketika proses pendeposisian dibanding dengan TiO2 yang dilarutkan kedalam pelarut asam asetat+triton x-100[3]. Pada proses pendeposisian ini variasi sampel ada pada substrat yang digunakan yaitu menggunakan kaca FTO dan ITO sebagai substrat sebanyak 2 sampel untuk masing-masing substrat. Ketika proses penetesan sampel pada kaca ITO memiliki resistivitas yang tinggi dibanding dengan kaca FTO hal ini dikarenakan kaca ITO terbuat dari indium yang merupakan kaca film yang berbahan baja dingin yang diproduksi dengan teknologi Multilayer sputtering sehingga lebih mudah melekat dan tahan panas daripada kaca FTO yang memiliki ketebalan lebih dan resisitansi yang lebih tinggi daripada kaca ITO akan tetapi secara keseluruhan hasil deposisi pada kedua substrat lebih tipis dan merata[9]. Proses sintering elektroda TiO2 dilakukan pada suhu 4500 C selama 30 menit dalam hotplate menggunakan termokople. Sesu Sesudah 30 menit, temperatur diturunkan secara perlahan, untuk mencegah terjadinya thermal stress dan terkelupasnya lapisan TiO2, kemudian elektroda dikeluarkan dari oven dan dibiarkan pada temperatur ruang. Pada saat proses sintering terjadi perubahan warna kecokelatan pada elektroda hal ini disebabkan adanya proses adaptasi partikel dengan panas nya temperatur dan setelah dibiarkan pada temperatur ruang warna kecokelatan tersebut berubah menjadi putih normal seperti biasanya. Proses sintering ini bertujuan untuk membentuk porous sehingga terbentuk film TiO2 yang memiliki surface area [14] serta membentuk struktur anatase pada TiO2. Selain itu dengan pemanasan pada suhu tinggi dapat menghilangkan senyawa organik yang terjebak didalam pori-pori TiO2 dan menjadikan partikel-partikel TiO2 lebih kuat serta dapat menghantarkan listrik. Pada proses deposisi sintering elektroda ini, elektroda kerja tidak langsung dipakai untuk menetralkan proses pembentukan antara substrat dan larutan selama 1 hari dan disimpan di tempat tertutup pada suhu ruang. Proses selanjutnya adalah perendaman elektroda dengan ekstrak dye yang mana sebelum proses perendaman dilakukan elektroda TiO2 dipanaskan kembali pada temperatur 700C menggunakan hotplate. Tujuan dipanaskan lagi pada temperatur rndah ini adalah untuk membuka kembali pori-pori TiO2, menghilangkan uap air dari udara yang di mungkinkan masuk kedalam pori-pori TiO2 terlebih di ruangan ber AC
6 pada laboratorium optoelektronika dengan temperatur di bawah 25oC, sehingga mempermudah proses adsoprsi zar warna[11]. Proses pencelupan elektroda TiO2 dilakukan kurang lebih 24 jam untuk memastikan proses penyerapan elektroda dan dye benar-benar terserap maksimal, yang di tandai dengan perubahan warna elektroda yang semula berwarna putih menjadi kekuningan untuk substrat yang di rendam dengan ekstraksi dye menggunakan daging jahe merah dan warna kuning kecokelatan untuk perendaman elektroda menggunakan kulit jahe merah. Perbedaan warna ini diakibatkan adanya proses absorpsi yang terjadi pada lapisan TiO2 yang telah di rendam sehingga juga menunjukkan adanya perbedaan ketebalan pada lapisan TiO2. Sesudah proses perendaman, elektroda TiO2 dibersihkan terlebih dahulu dari kelebihan zat warna yang menempel di substrat kaca untuk mengoptimalkan kerja elektroda ketika proses pengujian.
Gambar 8 Hasil pendeposisian larutan TiO2 pada kaca ITO ` Metode spin coating memiliki hasil yang lebih baik dari pada metode Doctor Blade karena homogenitas larutan TiO2 fase anatase terkalsinasi dengan baik pada substrat sehingga mampu menyerap dye dengan maksimal[2]. K. Pengujian Daya yang Dihasilkan Oleh DSSC Berukuran 2 cm × 2 cm Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh kaca ITO dan FTO sebagai substrat serta pengaruh absorbansi variasi jahe merah dengan melakukan pengukuran sel surya selama satu minggu. Gambar 10 menunjukkan karakteristik dari DSSC berdasarkan pengukuran tegangan dan arus secara bersamaan dengan menggunakan rangkaian yang terdiri dari dua buah multimeter yang digunakan untuk mengukur arus dan tegangan serta sebuah potensiometer sebagai beban dalam pengukuran arus, yang nampak pada rangkaian. Grafik yang berwarna merah menunjukkan pengukuran tegangan dan arus dari DSSC larutan TiO2 yang tanpa dicampur dye ekstrak jahe merah sedangkan grafik berwarna biru, pengukuran DSSC larutan TiO2 yang dicampur dye.
Gambar 11 Grafik Karakteristik I-V Kaca ITO + Dye Kulit Jahe Merah
Gambar 12 Grafik Karakteristik I-V Kaca FTO + Dye Kulit Jahe Merah
Gambar 13 Grafik Karakteristik I-V Kaca ITO + Dye daing Jahe Merah
7
Gambar 14 Grafik Karakteristik I-V Kaca FTO + Dye Daging Jahe Merah
didapat nilai intensitas halogen sebesar 1.040 lux dengan Pin 2,08 [5]. Efisiensi sel surya merupakan daya yang dihasilkan sel (Pmax) dibagi daya cahaya yang diiluminasikan pada area tertentu dari sel (Pcahaya) [12]. Efisiensi sel surya dipengaruhi dipengaruhi kualitas iluminasi yang diterima sel surya. Apabila iluminasi yang diterima oleh sel surya bagus maka arus dan tegangan yang dihasilkan oleh sel surya tinggi. Apabila sel surya dapat menghasilkan arus dan tegangan yang tinggi maka daya yang dihasilkan akan tinggi pula. Dari proses perhitungan didapat nilai efisiensi tertinggi pada kaca ITO dengan kulit jahe merah yaitu 0,0223% pada hari ketiga dan efisiensi terendah pada kaca FTO di hari ketujuh yaitu 0,0009%. V. KESIMPULAN
Gambar 15 Grafik Perhitungan Fill Factor dan Efisiensi DSSC
Potensiometer yang digunakan pada pengukuran ini memiliki resistivitas 500 KΩ. Saat cahaya yang membawa energi foton mengenai DSSC, akan ada elektron dari dye yang mendesak elektron dari TiO2 tereksitasi dari pita konduksi ke pita valensi dan menuju elektroda kerja sehingga tercipta arus dalam DSSC, kemudian mengalir diluar rangkaian dan diukur tegangan melalui voltmeter dan arus diukur menggunakan amperemeter yang dirangkai secara seri dengan hambatan berupa potensiometer[16].. Dari proses pengukuran didapatkan arus rangkaian pendek (Isc) yang paling tinggi pada kaca ITO dengan mengguna kulit jahe merah sebagai dye sebesar 0,167mA. sedangkan arus rangkaian pendek (Isc) yang paling rendah didapatkan pada Kaca FTO dengan dye daging jahe merah yaitu sebesar 0,0204 mA. Sedangkan tegangan rangkaian terbuka (Voc) tertinggi dari empat sampel diperoleh pada sampel kaca FTO menggunakan kulit sebagai dye di hari ke-3 sebesar 0,713V dan tegangan rangkaian terbuka (Voc) terenah didaptkan pada sampel kaca FTO dengan daging jahe merah sebebsar 0,0311V pada hari ketujuh yaitu sebesar, pada Voc dan Isc tertinggi di dapatkan pada pengukuran di hari ketiga dan kedua hal ini disebabkan ketika proses pengukuran dilakukan langsung dihari pertama sandwich DSSC yang dibentuk belum tercampur maksimal sehingga timbul proses ketidakstabilan antar material dan komponen material yang dipergunakan, proses kestabilan pengukuran didapatkan ketika di hari kedua dan ketiga dengan estimasi setiap kali pengukuran selalu ditambahkan 1 tetes elektrolit cair. Dari Penelitian sebelumnya
Dari penelitian Tugas Akhir yang berjudul “Fabrikasi DSSC (Dye Sensitized Solar Cell) dengan Teknik Pelapisan Spin Coating Menggunakan Kaca ITO dan FTO sebagai Substrat dan Variasi Jahe Merah (Zingiber officinale Var Rubrum) sebagai Dye sensitizer” maka didapatkan beberapa kesimpulan antara lain: 1. Sel DSSC yang telah dibuat dengan TiO2 sebagai bahan semi konduktor dan ekstraksi kulit dan daging jahe merah dye sensitizer terbukti berhasil mengkonversi energi surya menjadi energi listrik. Dibuktikan dengan uji absorbansi pada bahan yang memiliki rentang yang lebar sebagai bahan penyerap. 2. Uji substrat dari kaca ITO lebih unggul dari kaca FTO, terlihat dari arus dan tegangan yang muncul pada proses pengujian dengan ketahanan puncak pada hari kedua dan ketiga. 3. DSSC telah diuji efisiensinya dan sudah didapatkan juga grafik hubungan I-V. Nilai efisiensi yang didapatkan DSSC dengan yang tertinggi pada kulit jahe merah di hari ketiga sebebsar 0,0223% dan yang terendah pada daging jahe merah kaca FTO sebebsar 0,0009% VI. SARAN Berdasarkan semua perlakuan yang telah dilakukan dari penelitian ini, maka didapatkan beberapa saran untuk penelitian selanjutnya agar DSSC yang dibuat lebih baik dan stabil antara lain: 1. Pada penelitian selanjutnya dilakukan proses pengujian TiO2 secara XRD yang langsung melalui pengukuran secara deposisi. 2. Untuk pengujian bisa digunakan rangkaian seri atau rangkaian paralel dengan grid pada substrat 3. Untuk pengukuran I-V sebaiknya menggunakan cara lain dalam penempelan kabel selain dengan penjepit buaya, dengan menggunakan lem perak contohnya agar lebih efisien dalam proses pengukuran.
8 4. Pengukuran Pin sebaik nya di lakukan dengan acuan luxmeter untuk sumber cahaya lampu halogen 5. Pengukuran DSSC bisa menggunakan sinar matahari untuk mendapatkan Pin yang tetap DAFTAR PUSTAKA [1]
[2] [3] [4] [5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10] [11]
[12] [13]
Athanassios I. Kontos, 2008. Nanostructured TiO2 films for DSSCS prepared by combining doctor-blade and sol–gel techniques. Elsevier, hal 243-248. Bhattazcharaya, Pallab, 1997. Seminconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall International, Inc., New Delhi Greg P. Smestad, 2002, Optoelectronics of Solar Cells, SPIE PRESS. Gratzel, Michael, 2007,. DSC Technology-The First 17 Years and Beyond, DSC-IC 2,9.11-9.13. St.Gallen Switzerland. Hidayat,Rahman, 2013, Pengaruh Pemberian Space (Bantalan) Untuk Mendapatkan Kestabilan Arus Dan Tegangan Prototipe Dssc Dengan Ekstraksi Kulit Buah Manggis (Garcinia Mangostana L.) Sebagai Dye Sensitizer Tugas Akhir, ITS Surabaya. LoCascio, Michael, 2002, Application of Semiconductor Nnaocrystals to Photovoltaic Energy Conversion Devices, Technical White Paper, Troy, New York. Maddu,A. M.Zuhri. dan Irmansyah, 2007, Penggunaan Ekstrak Antosianin Kol Merah Sebagai Fotosentizer Pada Sel Surya TiO2 Nanokristal Tersentisasi Dye. Departemen FISIKA FMIPA, Institut Pertanian Bogor, Bogor. Nasori, 2012, Pengembangan dan fabrikasi Dye Sensitized Solar Cell berbasis jahe Merah Dengan metode deposisi Spin Coating dan Docot Blade. Thesis, Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, ITS Surabaya. Vitriany, Ekasari,2013, Fabrikasi Dssc Dengan Dye Ekstrak Jahe Merah (Zingiber Officale Linn Var. Rubrum) Variasi Larutan TiO2 Nanopartikel Berfasa Anatase Dengan Teknik Pelapisan Spin Coating”, Tugas Akhir, ITS Surabaya. R. Sastrawan, 2006, “Photovoltaic modules of dye solar cells”, Disertasi University of Freiburg. Ricter, P., M.I. Toral, and C. Toledo, 2006. Subcritical Water Extraction and Determination of Nifedipine in Pharmaceutical Formulation. Drugs, Cosmetics, Forensic Sciences. J. of AOAC International. Vol. 89, No.2. Saito, Taro. 1996. Buku Teks Kimia Anorganik, Iwanami Publishing Company : Tokyo Serpong Smestead, G., et al., 1998.Testing of Dye-sensitized TiO2 Solar Cells I : Experimental Photocurrent Output and Conversion Eficiencies, Solar Energy Materials & Solar Cells, 32,3,259-272.
