Add Your Company Slogan SEMINAR TUGAS AKHIR
STUDI AWAL FABRIKASI DAN KARAKTERISASI DYE SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC) MENGGUNAKAN EKSTRAKSI BUNGA SEPATU SEBAGAI DYE SENSITIZERS DENGAN VARIASI LAMA ABSORPSI DYE Henni Eka Wulandari 1108100006 Pembimbing : Drs. Gontjang Prajitno, M.Si Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2012
Logo
Latar Belakang • Energi merupakan bagian penting dalam kehidupan masyarakat karena hampir semua aktivitas manusia membutuhkan energi.
• Energi terbarukan adalah energi yang berasal dari alam seperti cahaya matahari dan angin yang dapat diperbarui secara alamiah.
• Penggunaan energi melalui sel surya merupakan alternatif yang paling potensial karena sumber energi alami jangka panjang yaitu matahari.
• Dye-Sensitized Solar Cell (DSSC) merupakan terobosan baru dalam solar cell dengan biaya yang relatif lebih murah dibandingkan dengan sel surya silikon.
Rumusan Permasalahan • Bagaimana
membuat DSSC dengan TiO2 sebagai bahan semikonduktor menggunakan ekstraksi bunga sepatu sebagai dye sensitizer yang dapat mengkonversi energi cahaya menjadi energi listrik. • Bagaimana mengkarakterisasi prototipe DSSC yang menggunakan ekstraksi bunga sepatu. • Bagaimana cara membandingkan karakterisasi tegangan dan arus terhadap waktu dengan variasi lama perendaman larutan dye pada permukaan lapisan TiO2.
Batasan Masalah • Pada penelitian ini, menggunakan dye yang merupakan dari • •
•
•
ekstraksi bunga sepatu. TiO2 yang digunakan berorde mikro dengan fase 98,5% anatase 1,5% rutile. Karakterisasi optik meliputi absorbansi ekstraksi bunga sepatu dengan menggunakan Spektrofotometer UV-Vis Beckman DU-7500 dan karakterisasi arus dan tegangan terhadap waktu menggunakan multimeter. TiO2 dilapiskan pada kaca ITO dengan menggunakan metode doctor blade yaitu dengan bantuan batang pengaduk untuk meratakan pasta pada fabrikasi DSSC, yang selanjutnya dilakukan pengujian karakteristik tegangan dan arus terhadap waktu pada DSSC. Membandingkan hasil konversi energi cahaya menjadi energi listrik yang meliputi tegangan dan arus dengan variasi lama perendaman larutan dye pada permukaaan lapisan TiO2 yaitu 2 jam dan 24 jam dengan menggunakan sumber cahaya matahari dan cahaya lampu halogen.
Tujuan • Membuat DSSC dengan TiO2 sebagai bahan semikonduktor
dengan menggunakan ekstraksi bunga sepatu yang dapat mengkonversi energi cahaya menjadi energi listrik. • Mengkarakterisasi prototipe DSSC yang menggunakan ekstraksi bunga sepatu. • Membandingkan karakterisasi tegangan dan arus terhadap waktu dengan variasi lama perendaman larutan dye pada permukaan lapisan TiO2.
Manfaat Penelitian Teknologi pembuatan DSSC (Dye-Sensitized Solar Cell) yang dikembangkan pada penelitian ini bisa menjadi studi awal untuk penelitian lebih lanjut sehingga menghasilkan sel surya yang mempunyai performansi lebih baik.
Energi Matahari • Matahari adalah sumber energi utama yang memancarkan energi yang luar biasa besarnya ke permukaan bumi.
• Matahari mensuplai hampir semua panas dan cahaya yang diterima bumi untuk digunakan makhluk hidup.
• Energi surya sampai kebumi dalam bentuk paket-paket energi yang disebut foton.
Sel Surya • Sel surya merupakan suatu mekanisme yang bekerja berdasarkan efek photovoltaik.
• Sel surya disebut juga sel photovoltaic • Efek photovoltaic merupakan proses konversi energi cahaya menjadi energi listrik secara langsung.
Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) • DSSC
dikembangkan sebagai konsep alternatif bagi piranti fotovoltaik berbasis silikon
• Sistem
sel surya ini pertama kali ditemukan pada tahun 1991 oleh Michael Grätzel sehingga disebut juga sel Grätzel.
Struktur Dye Sensitized Solar Cell Struktur DSSC terdiri dari : • Elektroda kerja : Kaca ITO, TiO2, dye • Elektrolit • Elektroda pembanding : karbon
Titanium Dioxida (TiO2) • TiO2 merupakan bahan semikonduktor • Dalam aplikasi pada DSSC, umumnya digunakan TiO2 pada fasa anatase karena mempunyai kemampuan fotokatalitik yang tinggi
• Bentuknya yang serbuk menyebabkannya mempunyai luas muka yang besar sehingga efektif sebagai katalis
Prinsip Kerja DSSC
1. D + cahaya D* Ketika foton dari sinar matahari mengenai elektroda kerja,energi foton diserap oleh dye yang melekat pada permukaan partikel TiO2. Sehingga elektron dari dye mendapatkan energi untuk dapat tereksitasi (D*). 2. D* + TiO2 e-(TiO2) + D+ Elektron tereksitasi dari molekul dye menginjeksi ke pita konduksi TiO2 dimana TiO2 bertindak sebagai akseptor / kolektor elektron. Molekul dye yang ditinggalkan keadaan teroksidasi (D+). 3. Elektron akan ditransfer melewati rangkaian luar menuju elektroda pembanding (elektroda karbon). 4. Elektrolit bertindak sebagai mediator elektron sehingga dapat menghasilkan proses siklus dalam sel. Elektrolit akan menangkap elektron yang berasal dari rangkaian luar dengan bantuan molekul karbon sebagai katalis. 5. D+ + e-(elektrolit) elektrolit + D Elektron yang tereksitasi masuk kembali ke dalam sel dan bereaksi dengan elektrolit menuju dye teroksidasi Sehingga dye kembali ke keadaan awal
UV-Vis •
Spektroskopi adalah studi mengenai
Panjang gelombang (nm)
Warna warna yang diserap
Warna komplementer (warna yang terlihat)
400 – 435
Ungu
Hijau kekuningan
435 – 480
Biru
Kuning
480 – 490
Biru kehijauan
Jingga
Spektrum sinar tampak terentang dari
490 – 500
Hijau kebiruan
Merah
sekitar 400 nm (ungu) sampai 800 nm
500 – 560
Hijau
Ungu kemerahan
560 – 580
Hijau kekuningan
Ungu
580 – 595
Kuning
Biru
595 – 610
Jingga
Biru kehijauan
610 – 800
Merah
Hijau kebiruan
interaksi cahaya dengan atom dan molekul.
•
Dasar
spektroskopi
UV-Vis
adalah
serapan cahaya.
•
(merah), ultraviolet
sedangkan terentang
sampai 400 nm
spektrum dari
100
nm
Peralatan : • • • • • • • • • •
Mortar dan alu Spatula Cawan Petri Pipet tetes Gelas Kimia Gelas ukur Penjepit/pinset Pensil kayu Lilin Cutton bud
• • • • • • • • •
Selotip Klip binder Timbangan digital Oven Ultrasonic cleaner Hot plate Multimeter Lux meter Spektrofotometer UV-Vis Beckman DU-7500
Bahan : • Kaca ITO (Indium Tin Oxide) ukuran 2x2 cm • Serbuk Titanium Dioxide • Larutan elektrolit • Etanol • Triton X-100 • Bunga sepatu • Asam asetat • Aquades
Diagram Alir Penelitian Persiapan Pembersihan kaca Indium Tin Oxide (ITO) Pembuatan pasta TiO2 Pembuatan ekstrak bunga sepatu Karakterisasi larutan dye dengan UV-Vis
Pembuatan elektroda karbon
Deposisi TiO2
Absorbsi dye
Penetesan elektrolit ke elektroda kerja Pembuatan sandwich DSSC Pengujian DSSC Analisa hasil data
Pembersihan kaca ITO
Pembuatan pasta TiO2
6 gr TiO2
10ml asam asetat
10 tetes TritonX-100
pasta TiO2
Pembuatan ekstraksi bunga sepatu
Karakterisasi larutan dye
Deposisi pasta TiO2
Pembuatan elektroda karbon
Absorpsi dye
Absorpsi 2 jam
Absorpsi 24 jam
Pembuatan sandwich DSSC
Pengujian DSSC
Pengujian menggunakan sumber cahaya lampu halogen
Pengujian menggunakan sumber cahaya matahari
Analisa Data Grafik spektrum absobansi larutan dye bunga sepatu menggunakan Spektrofotometer UV-Vis Beckman DU-7500
Panjang Gelombang (nm) 357 366 438 516
Puncak Absorbsi 1,5514 1,4791 0.5007 0,7355
Hubungan tegangan dan arus terhadap waktu dengan sumber cahaya matahari
Hubungan tegangan dan arus terhadap waktu dengan sumber cahaya lampu halogen
Ukuran partikel TiO2
Ketebalan pasta TiO2
Faktor – faktor yang mempengaruhi karakterisasi DSSC
Lama perendaman dye pada lapisan TiO2
Intensitas sumber cahaya
Elektrolit
Kesimpulan : • Telah berhasil dibuat sel surya tipe DSSC menggunakan TiO2 sebagai
bahan
semikonduktor dengan ekstraksi bunga sepatu
sebagai
dye yang dapat mengkonversi energi cahaya menjadi
energi listrik.
• DSSC Karakteristik tegangan sel surya yang direndam lebih lama (24 jam) lebih baik dibandingkan dengan sel yang direndam lebih singkat (2 jam) dan cenderung stabil sedangkan arus yang dihasilkan keduanya masih sama-sama menurun.
Saran : • Sebaiknya pada penelitian selanjutnya TiO2 yang digunakan berukuran nanopartikel.
• Sebaiknya elektrolit yang digunakan berupa elektrolit cair yang lebih kental berupa gel atau padatan.
