PENGARUH JENIS BATANG KATODA TERHADAP KINERJA
PENGARUH JENIS BATANG KATODA TERHADAP KINERJA
SEL FOTOVOLTAIK SEMIKONDUKTOR Cu 2 O DALAM
ELEKTROLIT GEL Na 2 SO 4
Olly Norita Tetra, Muthia Septiayuni , Admin Alif
Laboratorium Fotokimia/Elektrokimia, Jurusan Kimia FMIPA, Universitas Andalas
E-mail: [email protected] Jurusan Kimia FMIPA Unand, Kampus Limau Manis, 25163
Abstract
Type of cathode effect to performance of semiconductor Cu 2 O photovoltaic cell in gell Na 2 SO 4 as electrolyte has been studied. This research’s goal to find the type of cathode which produce current and voltage that relatively large and stable. Cu, C, and Al were used as cathode. The
result showed Cu 2 O/Al has the best performance as photovoltaic cell and achieved optimum concentration of Na 2 SO 4 at 0.75 N. For 3-seried circuit of Cu 2 O/Al photovoltaic cell has I sc 0.358 mA and Voc 1.87 V , I mp and V mp 0.337 mA and 0.623 V respectively . Fill Factor (FF) 0.313 and P maks 0.367 Watt/m 2 , ɳ 1.682 %. Meanwhile for 3-parallel circuit of Cu 2 O/Al photovoltaic cell has I sc 0.645 mA and V oc 0.548 V , I mp and V mp 0.478 mA and 0.461 V respectively. Fill Factor (FF)
0.623 , P maks 0.386 Watt/m 2 , ɳ 1.766 %.
Keyword: Cathode, Semiconductor, Photovoltaic Cell, Electrolyte, Na 2 SO 4
Penggunaan elektroda CuO/Cu dengan Saat ini kebutuhan energi, khususnya energi
I. Pendahuluan
Na 2 SO 4 juga telah listrik (energi listrik adalah energi yang
larutan
elektrolit
dilakukan dan sel ini hanya dapat mudah dikonversikan ke dalam bentuk
digunakan selama tiga hari karena katoda energi yang lain) terus meningkat dengan
Cu mudah teroksidasi. 4 pesat, bahkan di luar estimasi yang Selain menggunakan larutan elektrolit diperkirakan. Hal ini sudah selayaknya
Na 2 SO 4 , larutan elektrolit NaOH dan NaCl sebagai dampak meningkatnya seluruh
dilakukan oleh peneliti aktivitas kehidupan yang menggunakan
juga
telah
menggunakan pasangan energi listrik. 1 Selama ini kebutuhan energi
sebelumnya
elektroda CuO/Cu dan CuO/Ag. 5 Hasil masih mengandalkan minyak bumi sebagai
dari penelitian adalah larutan elektrolit sumber utama kebutuhan energi. Sementara
NaCl menghasilkan arus yang lebih besar itu tidak dapat dihindarkan bahwa sumber
dan stabil dibandingkan larutan elektrolit energi ini semakin langka dan mahal
NaOH karena terbentuknya Cu(OH) 2 yang harganya.
permukaan elektroda dan keseimbangan
menghambat arus mengalir. Arus dan daya penggunaan yang berakibatkan terjadinya
yang dihasilkan oleh sel elektrolit ini kecil
krisis energi. 2 Arus yang dihasilkan dalam penelitian Sel fotovolatik dapat digunakan sebagai
sebelumnya dari berbagai sel fotovoltaik energi alternatif. Penelitian tentang sel surya
yang menggunakan elektrolit cair memiliki atau sel fotovoltaik semakin banyak
nilai yang relatif kecil dan memiliki nilai dilakukan. Berbagai sel fotovoltaik telah
konversi energi dari matahari menjadi digunakan dalam penelitian sebelumnya
yang rendah. Untuk seperti sel fotovoltaik semikonduktor CuO
energi
listrik
mendapatkan daya dan konversi energi dengan katoda C pada larutan elektrolit
yang tinggi, maka dilakukanlah penelitian Na 2 SO 4 cair dimana daya daya tertinggi
tentang Pengaruh Jenis Batang Katoda relatif kecil yaitu 8.185x10 -4 watt/cm 2 . 3 Terhadap
Kinerja
Sel Fotovoltaik
Jurnal Kimia Unand (ISSN No. 2303-3401), Volume 4, Nomor 3, Agustus 2015
Semikonduktor Cu 2 O Dalam Elektrolit Gel jam diukur besarnya arus dan tegangan Na 2 SO 4 .
yang dihasilkan masing masing sel dengan menggunakan alat multimeter pada setiap
II. Metodologi Penelitian
sel dan diukur daya dari sel fotovoltaik.
2.1. Bahan kimia, peralatan dan instrumentasi
2.2.5 Pengukuran Arus dan Tegangan Sel
Rangkaian Seri dan Paralel 2b merek faber castel, agar powder,
Bahan yang digunakan yaitu Na 2 SO 4 , pensil
Fotovoltaik
Pasangan Elektroda Cu 2 O /Al dalam Larutan batangan aluminium dan batangan Cu.
elektrolit Gel Na 2 SO 4
Alat yang digunakan yaitu neraca analitis, Larutan elektrolit Na 2 SO 4 dengan konsentasi penjepit
optimum yang telah dicampurkan agar potensiometer, alat alat gelas dan tabung U.
buaya,
furnace, multimeter,
dalam keadaan panas dituangkan kedalam .
tabung U yang diisikan 3 sel elektroda
2.2. Prosedur penelitian Cu 2 O/Al yang telah dirangkai seri dan
2.2.1 Penyiapan Elektroda paralel. Rangkaian alat sel fotovoltaik
Pasangan elektroda yang digunakan yaitu disinari dibawah cahaya ruang dalam
waktu pengukuran 10:00 – 15:00 WIB. Tiap Elekroda Cu 2 O diperoleh dari batangan Cu
elektroda Cu 2 O/C, Cu 2 O/Cu, Cu 2 O/Al.
30 menit diukur besarnya arus dan yang dikalsinansi menggunakan Furnace
tegangan yang dihasilkan masing masing selama 40 menit dengan suhu 400 C. sel dengan menggunakan alat multimeter
Elektroda karbon diperoleh dari pensil 2B
pada setiap sel.
merek faber castell yang dibuka bagian kayu
dari pensil tersebut dari ujung atas sampai
2.2.6 Kestabilan Sel Fotovoltaik ujung bawah, sehingga didapatkan bagian
Na 2 SO 4 dengan karbon dari pensil. Elektroda Al di peroleh
optimum yang telah
dari batangan aluminium .
dicampurkan agar dituangkan kedalam tabung U yang telah diisikan 3 sel elektroda
2.2.2 Penyiapan Larutan Agar Cu 2 O/Al yang telah dirangkai seri dan
1 g agar dilarutkan dalam 100 mL aquadest. paralel. Rangkaian alat sel fotovoltaik Lalu dipanaskan dan diaduk dan dibiarkan
disinari dibawah cahaya ruang setiap hari. mendidih sampai larutan bening.
Setiap pukul 12:00 WIB diukur besarnya arus dan tegangan yang dihasilkan masing
2.2.3 Penyiapan Larutan Elektrolit Na 2 SO 4 masing sel dengan menggunakan alat Dalam Agar
multimeter.
Larutan Na 2 SO 4 (Mr= 142 g/mol) disiapkan
dengan menimbang sebanyak 1.775 g, 3.55
2.2.7 Karakterisasi Arus Vs Tegangan Sel
g, 5.325 g dan 7.1 g Na 2 SO 4 . Kemudian
Fotovoltaik
dilarutkan ke dalam larutan agar yang Pengukuran kurva I-V dilakukan pada
masih dalam keadaan panas .
konsentrasi optimum. Parameter yang akan diukur adalah tegangan rangkaian terbuka
2.2.4 Pengukuran Arus dan Tegangan Sel (V oc ), arus sirkuit pendek (I sc ), tegangan Fotovoltaik
Pasangan
maksimum (V maks ), arus maksimum (I maks ), Cu 2 O/Cu dan Cu 2 O/Al dalam Larutan elektrolit
Elektroda
Cu 2 O/C,
daya maksimum (P maks ) dan fill factor (FF). Na 2 SO 4
Untuk karakterisasi arus dan tegangan konsentasi yang telah dicampurkan agar
Larutan elektrolit Na 2 SO 4 dengan variasi
dilakukan pengukuran pada rentang waktu yang masih panas dituangkan kedalam
10:00-13:00 WIB dengan menggunakan tabung U yang telah diisikan pasangan
perangkat I-V seperti pada gambar:
elektroda Cu 2 O/C, Cu 2 O/Cu dan Cu 2 O/Al
(foto sel terlampir pada lampiran 7). Setelah larutan dingin, rangkaian alat sel fotovoltaik disinari dibawah cahaya ruang dalam waktu pengukuran 10:00 – 15:00 WIB. Tiap 1
Jurnal Kimia Unand (ISSN No. 2303-3401), Volume 4, Nomor 3, Agustus 2015
Gambar 1 . Rangkaian alat dengan potensiometri
(c)
Gambar 2 . Kurva Arus Vs Waktu penyinaran Nilai arus dan tegangan sel surya diukur
(a) Cu 2 O/Cu (b) Cu 2 O/C (c) pada
Cu 2 O/Al dalam berbagai variasi divariasikan, mula mula pada resistansi
setiap posisi
rheostat
yang
konsentrasi Na 2 SO 4 maksimum hingga nilai minimumnya. Dari
hasil pengukuran yang diperoleh dibuat Arus yang dihasil oleh sel fotovoltaik kurva I-V untuk menentukan performa
Cu 2 O/Al (kondisi optimum 0.75 N) lebih energi sel surya.
besar
sel fotovoltaik Cu 2 O/Cu (kondisi optimum 0.5 N) dan sel
dibandingkan
III. Hasil dan Pembahasan
fotovoltaik Cu 2 O/C (kondisi optimum 0.5
3.1. Pengaruh Variasi Konsentrasi Elektrolit N). Besarnya arus dipengaruhi oleh panjang Terhadap Besar Arus, Tegangan dan Daya Sel
gelombang cahaya, jika panjang gelombang
Fotovoltaik Cu 2 O/Cu, Cu 2 O/C dan Cu 2 O/Al.
cahaya pendek maka semakin besar energi fotonnya serta semakin besar terjadinya
Besar kuat arus yang dihasillan oleh sel eksitasi elektron ke pita konduksi dan fotovoltaik
Cu 2 O/Cu,
Cu 2 O/C
dan
semakin besar arus yang dihasilkan .
Cu 2 O/Al dalam berbagai variasi konsentrasi terlihat pada gambar 2.
(a)
(a)
(b) (b)
Jurnal Kimia Unand (ISSN No. 2303-3401), Volume 4, Nomor 3, Agustus 2015
(c)
(c)
Gambar 3 . Kurva Tegangan Vs Waktu Gambar 4. Kurva daya Vs Waktu penyinaran
(a) Cu 2 O/Cu (b) Cu 2 O/C (c) (c) Cu 2 O/Al dalam berbagai variasi
penyinaran (a) Cu 2 O/Cu (b) Cu 2 O/C
Cu 2 O/Al dalam berbagai variasi konsentrasi Na 2 SO 4 konsentrasi Na 2 SO 4
Dari gambar 3, dapat dilihat bahwa nilai
3.2 Pengaruh Rangkaian Seri dan Rangkaian tegangan yang dihasilkan relatif konstan
Paralel Terhadap BesarArus Dan Tegangan Sel karena nilai tegangan tidak dipengaruhi
Fotovoltaik Cu 2 O/Al
oleh konsentasi larutan melainkan oleh
band gap dari semikonduktor.
Sel
fotovoltaik Cu 2 O/Al memiliki nilai tegangan yang relatif konstan dibandingkan sel fotovoltaik Cu 2 O/Cu dan sel fotovoltaik Cu 2 O/C.
Gambar 5. Pengaruh rangkaian seri dan
(b)
rangkaian
paralel terhadap besarnya a) Arus dan b) Tegangan
Pada Gambar 5 (a) terlihat bahwa arus sel rangkaian tunggal sama dengan arus sel rangkaian seri, sedangkan arus untuk rangkaian paralel tiga kali lebih besar.
Jurnal Kimia Unand (ISSN No. 2303-3401), Volume 4, Nomor 3, Agustus 2015
pengisi dari sel rangkaian paralel dan rangkaian tunggal
Untuk tegangan pada Gambar 5 (b)
ditentukan
faktor
fotovoltaik tersebut yaitu dengan cara memiliki nilai yang sama sedangkan untuk
membandingkan hasil perkalian I mp dan V mp rangkaian seri, tegangan yang dihasilakan
dengan I sc dan V oc . Untuk rangkaian seri tiga kali lebih besar.
(Gambar 7 a) didapatkan I sc 0.358 mA dan Voc 1.87 V . Untuk I mp dan V mp dapat dilihat
pada Gambar 7 a yaitu 0.337 mA dan 0.623 Kestabilan
3.3 Kestabilan Sel Fotovoltaik Cu 2 O/Al
sel fotovoltaik
Cu 2 O/Al
V. Faktor pengisian (FF) rangkaian seri menggunakan konsentrasi optimum Na 2 SO 4 adalah 0.313 dan P maks yang dihasilkan
0.75 N dengan rangkaian seri dan rangkaian adalah 0.367 Watt/m 2 sehingga efisiensi ( ɳ) paralel. Nilai arus dan tegangan yang
yang dihasilkan adalah 1.682 % dihasilkan
berkurang dan relatif konstan mulai hari ke Untuk rangkaian paralel (Gambar 7 b)
4. Penurunan ini dapat diakibatkan berbagai didapatkan I sc 0.645 mA dan V oc 0.548 V . faktor
Untuk I mp dan V mp dapat dilihat digrafik permukaan elektoda baik anoda maupun
seperti terjadinya
perubahan
yaitu 0.478 mA dan 0.461 V. Factor katoda,
pengisian (FF) rangkaian seri adalah 0.623 penyerapan gas pada permukaan elektroda
yang disebabkan
terjadinya
dan P maks yang dihasilkan adalah 0.386 tersebut.
Watt/m 2 sehingga efisiensi ( ɳ) yang
dihasilkan adalah 1.766 %.
(a)
(a)
(b)
Gambar 6. Kurva kestabilan sel fotovoltaik (b) Cu 2 O/Al terhadap besarnya a)
Gambar 7. Kurva karakterisasi hubungan Arus dan b) Tegangan
arus terhadap tegangan (a) rangkaian seri (b) rangkaian paralel
3.4 Karakterisasi Hubungan Arus Terhadap Tegangan
IV. Kesimpulan
Berdasarkan kurva I-V pada Gambar 6 dan
katoda alumunium digambarkan melalui trendline dapat
Penggunaan
menghasilkan arus dan daya yang lebih
Jurnal Kimia Unand (ISSN No. 2303-3401), Volume 4, Nomor 3, Agustus 2015
besar dibandingkan katoda tembaga dan
2. Anonymus, Masalah Energi dan Upaya karbon. Larutan agar dapat digunakan
Energi Surya Cara untuk
Pemanfaatan
Langsung Sebagai Salah Satu Sumber fotovoltaik sehingga daya tahan sel lebih
Energi Alternatif, Proceding Seminar Sel tahan lama. Efisiensi dari sel fotovoltaik
Fotovoltaik Indonesia , Bandung LAPI_ITB Cu 2 O/Al untuk rangkaian paralel 3 sel
3. Sari; Fitria, Alif; Admin, Norita; Olly
Tetra,2012,Penggunaan Elektroda untuk rangkaian seri 3 sel 1.682 %.
1.766 % dan untuk sel fotovoltaik Cu 2 O/Al
Karbon
Sel Fotovoltaik Semikonduktor CuO Dengan Elektrolit
Dalam
Na 2 SO 4 , Jurnal Kimia Unand, , 1 (2), 7-12 Terimakasih kepada semua pihak yang
V. Ucapan terima kasih
4. Firahayu dan Alif ;Admin, 2011,Sel telah membantu dalam penelitian ini.
Fotovoltaik Pasangan CuO/Cu dan Terimakasih Analis labor elektro/fotokimia
CuO/Stainless Steel Dalam Bentuk yang telah membantu jalannya penelitian
Tunggal Dan Serabut Dengan Elektrolit ini.
NaCl, Jurnal Kimia Unand, 1 (2), 17-22
5. Rahmawati,Novi; dan Alif, Admin; Referensi 2013 ,Sel Fotovoltaik Cair Pasangan
1. Keogh, M; William, Blackers; Andrew; Elektroda CuO/Cu, CuO/Ag Dalam 2001 ,Accurate
Larutan Elektrolit NaCl Dan NaOH, Natural Sunlight, of Silicon Solar Cells, ,
Measurement,
Using
Media Sains , 5 (2), 23-29. The Australian National University,
Canberra, Australia,
Research
and
Aplications, Centre for Sustainable Energy Systems , 12, 1-19
Jurnal Kimia Unand (ISSN No. 2303-3401), Volume 4, Nomor 3, Agustus 2015
PENAMBAHAN Trichoderma viride PADA PROSES PENGOMPOSAN TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT TERHADAP KANDUNGAN NITROGEN-TOTAL, KALIUM DAN