Tujuan dan Sasaran Hipotesa

54 Dye-Sensitized nanocrystalline TiO 2 Solar Cell selanjutnya disingkat dengan sebutan DSSC adalah sel surya yang merupakan kombinasi elektroda berstruktur nano dengan injeksi muatan suatu dye . Sel ini dibentuk dari dua buah substrat berupa transparent-conducting-oxide TCO- glass yang disusun secara sandwich . Bagian atas berupa molekul-molekul dye yang terikat dipermukaan lapisan semikonduktor mesoporous nc-TiO 2 dan bagian alas terlapisi platinum sebagai elektroda katalis dan larutan elektrolit sebagai penghantar muatan [1-3]. Struktur DSSC ditunjukkan pada gambar 1. Fotoelektroda adalah bagian yang berupa lapisan nc-TiO 2 yang dideposisikan pada anoda transparan dari bahan kaca TCO. Molekul-molekul dye ditambahkan pada permukaan nc-TiO 2 yang berfungsi untuk menyerap cahaya yang datang sensitizer . Untuk membangkitkan tegangan maka diberikan larutan elektrolit berupa pasangan redoks seperti I - I 3 - dan lapisan konduktor sebagai counter -electroda. Gambar.1 Ilustrasi struktur dasar DSSC. Karakteristik sel surya dye-sensitized dipengaruhi material pembentuknya. Jenis dye terkait dengan efektifitasnya dalam penyerap cahaya. Semakin luas spektrum absorbsi dye semakin baik kemampuannya untuk mengek sitasi elektron ke pita konduksi elektroda. Jenis elektroda berkaitan dengan besarnya band gap yang dimilikinya. Titanium dioksida TiO 2 yang memiliki band gap sekitar 3,2 eV merupakan fotoelektroda yang sering digunakan pada sel surya ini. Counter- elektroda berfungsi sebagai katalis untuk merpercepat kinetika reaksi proses reduksi triiodide pada TCO harus memiliki kemampuan katalitik yang tinggi. Salah satu bahan yang umumnya digunakan adalah Platina [4,5]. Sementara itu, 2 Ibid 55 material elektrolit yang digunakan juga cukup penting karena berkaitan dengan regenerasi elektron pada elektroda. Salah satu faktor yang umumnya masih menjadi kendala pada pembuatan sel surya DSSC adalah optimalisasi proses yang berhubungan dengan material. Ada beberapa jenis komponen material dalam DSSC yang sangat berpengaruh terhadap performa sel, yaitu material pembentuk fotoelektroda dalam hal ini adalah TiO 2 dan dye atau pewarna, counter -elektroda Pt serta elektrolit. Fotoelektroda merupakan bagian yang cukup signifikan pada DSSC dikarenakan fungsinya sebagai penyerap sinar matahari secara langsung. Beberapa parameter penting yang berpengaruh terhadap kualitas fotoelektroda adalah ketebalan TiO 2 , ukuran partikel dan porositas TiO 2 serta respon cahaya dari zat pewarna terhadap panjang gelombang yang dihasilkan oleh matahari. Selain itu, pemilihan jenis larutan elektrolit yang tepat pun merupakan salah satu faktor yang masih banyak dipelajari oleh para peneliti [6, 7]. Karena bentuknya yang berupa larutan, banyak permasalahan yang timbul yang berhubungan dengan penggunaan elektrolit, seperti halnya kebocoran, penguapan, kemungkinan terjadinya korosi pada counter- elektroda, dan lain sebagainya. Kebanyakan permasalahan diatas terkait dengan isu kestabilan performa sel dalam jangka panjang [6]. Selain larutan, saat ini elektrolit gel juga sedang dikembangkan untuk meningkatkan kestabilan sel [8]. Selain pemilihan material, faktor lain yang tak kalah penting adalah optimalisasi dimensi area aktif TiO 2 pada bagian fotoelektroda. Faktor ini cukup penting utamanya pada saat mendisain modul surya DSSC yang tersusun atas beberapa sel surya DSSC dengan ukuran yang umumnya lebih besar untuk menghasilkan daya output yang relatif tinggi. Masalah yang kerap timbul pada saat up-scaling sel surya DSSC, baik masih berupa sel maupun modul, adalah menurunnya efisiensi secara drastis. Salah satu penyebab hal tersebut adalah rugi-rugi yang diakibatkan oleh area aktif dan kontak elektroda [3, 9]. Oleh sebab itu, dalam merancang disain sel surya DSSC maupun modul surya DSSC, dibutuhkan estimasi yang tepat untuk menentukan faktor dimensi. Hal ini ditujukan untuk meminimalisir rugi-rugi yang timbul akibat pengaruh tahanan parasitic baik itu yang dipengaruhi oleh area aktif maupun non-aktif . Karakteristik DSSC sangat dipengaruhi oleh material dari komponen aktifnya yang antara lain terdiri atas: 1. Nanoporous TiO 2 56 Titanium Dioxide TiO 2 merupakan salah satu material semikonduktor yang dengan band gap lebar ~3,2 eV yang sering digunakan. TiO 2 memiliki sifat optik yang baik, bersifat inert, tidak berbahaya, dan murah [1,10]. Dalam aplikasinya pada DSSC, TiO 2 harus memiliki permukaan yang luas agar dye yang teradsorpsi lebih banyak dan dapat meningkatkan arus photon, sehingga material TiO 2 yang digunakan harus bersifat porous dan berstruktur nano nanocrytalline - nc-TiO 2 . Semikonduktor lain dapat yang digunakan yaitu ZnO, akan tetapi performanya lebih rendah dibandingkan TiO 2 [4]. 2. Dye zat pewarna Dye memiliki fungsi mengabsorbsi cahaya yang datang. Dye yang umumnya digunakan yaitu jenis ruthenium complex. Walaupun DSSC menggunakan ruthenium complex telah mencapai efisiensi yang cukup tinggi, namun dye jenis ini cukup sulit untuk disintesa dan ruthenium complex komersil berharga mahal. Alternatif lain yaitu penggunaan dye bahan natural yang mengandung zat pigmen antocyanin seperti blueberry, rosela, rasberry dll [11]. Gambar 2 menunjukkan struktur kimia dari dye berbasis Ru B2N719 yang digunakan pada penelitian ini . Gambar 2. Struktur kimia B2N719 dengan rumus kimia C 58 H 86 N 8 O 8 RuS 2 [12]. 3. Elektrolit Ada beberapa tipe elektrolit yang yang digunakan pada DSSC terdiri dari iodine I - dan triiodide I 3 - sebagai pasangan redoks dalam pelarut. Salah satu kekurangan dari DSSC adalah stabilitasnya yang rendah, terutama akibat degradasi dan kebocoran pada elektrolit cair. sekarang ini elektrolit berupa gel sedang dikembangkan untuk mengurangi degradasi dan kebocoran elektrolit yang dapat meningkatkan stabilitas sel. 57 4. Counter Elektroda Counter elektroda berfungsi sebagai katalis untuk merpercepat kinetika reaksi proses reduksi triiodide pada TCO. Material yang umum digunakan pada aplikasi ini dan dapat menghasilkan effisiensi yang cukup tinggi adalah Platina. Platina dideposisikan pada TCO dengan berbagai metoda yaitu elektrokimia, sputtering, spin coating, atau pyrolysis.

1.4.2 Teknologi Screen Printing

Teknologi screen printing merupakan teknologi pembuatan komponen- komponen dan rangkaian elektronik terintegrasi Hibrida IC-Hybrid yang berbasis substrat keramik. Dengan berkembangnya bidang material, saat ini tersedia pasta untuk proses fabrikasi sel surya melalui proses screen printing, seperti halnya pada proses DSSC. Proses Pencetakan printing ini adalah proses pemindahan bahan pasta melalui suatu pola tertentu yang dibentuk di atas screen , ke atas substrat yang diinginkan. Keuntungan yang dapat diambil dari penggunaan teknologi screen printing dalam pembuatan sel surya ini meliputi investasi peralatannya cukup rendah, prosesnya cukup sederhana dan dapat digunakan untuk proses produksi masal. Setelah proses pencetakan langkah selanjutnya adalah proses pembakaran firing pasta, namun sebelumnya pasta harus dikeringkan terlebih dahulu pada 100 C sampai 120 C. Alat yang digunakan untuk proses pembakaran ini adalah infrared conveyor belt furnace yang memiliki 3 zone, yaitu pra- pembakaran, zone pembakaran dan zone pendinginan.

1.4.3 Teknologi Sputtering

Proses Sputtering merupakan salah satu proses deposisi yang biasa digunakan untuk pembuatan lapisan tipis konduktor, isolator ataupun lapisan aktif lainnya dengan ketebalan dibawah 1 mikron. Adapun prinsip dasar proses sputtering adalah proses terpentalnya materi atom dari suatu permukaan zat padat atau cair akibat adanya tumbukan dari partikel berenergi tinggi sehingga atom-atom tersebut menempel pada substrat membentuk lapisan tipis. Proses berlangung dalam suatu ruang vakum. Sebagai gas pembawa muatan biasa digunakan gas inert Argon. Gambar 3 menunjukkan konfigurasi proses sputtering. 58 Gambar 3. Skema proses Sputtering [13]

1.4.4 Karakteristik Sel Surya

Dalam pengukuran sebuah komponen sel surya, karakteristik yang diperlukan adalah Kurva I-V atau hubungan arus dan tegangan, seperti yang diperlihatkan dalam Gambar 4. Gambar 4. Kurva hubungan Arus dan tegangan sebuah silikon sel surya Efisiensi merupakan salah satu karakteristik listrik dari sebuah sel surya yang didefinisikan sebagai perbandingan daya keluaran maksimum, P m dan daya masuk yang berasal dari cahaya matahari yang datang, P in . Persamaan efisiensi dari sel surya adalah : = P m P in ……………….. 1 Fill Factor adalah ratio daya keluaran maksimum P m terhadap produk arus hubung singkat I sc dengan tegangan hubung terbuka V oc . FF = P m V oc x I sc ………….. 2 Dimana : I sc = Arus hubung singkat, dilihat pada saat tegangan V=0 59 V oc = Tegangan hubung terbuka dilihat pada saat arus sama dengan nol I=0. Fill factor merupakan representasi dari penyimpangan yang terjadi dari karakteristik I-V sebuah sel terhadap sel yang ideal. Peyimpangan yang terjadi ini diakibatkan pengaruh resistansi seri dan resistansi paralel.

1.5. Hipotesa

Pada penelitian pembuatan Dye Sensitized nanocrystalline TiO 2 Solar Cell, proses preparasi substrat Glass TCO, pelapisan nc-TiO 2 , pelapisan counter elektroda, teknik pencelupan Dye sensitizer, pengisian larutan elektrolit dan teknik assembing akan sangat mempengaruhi karakteristik dye solar cell yang dihasilkan. Karekterisasi proses untuk mendapatkan teknik dan parameter proses yang tepat sangat diperlukan sehingga akan dihasilkan dye solar cell yang memiliki karekteristik listrik yang baik dengan efisieinsi yang baik pula.

II. PROSEDUR DAN METODOLOGI 2.1. Peralatan

Peralatan yang digunakan meliputi peralatan proses dan peralatan pengukuran. Beberapa peralatan utama yaitu : a. Screen printing , alat proses untuk pencetakan pasta, ditunjukkan gambar 5. Gambar 5. Screen printer b. Conveyor Belt Furnace Spinner, alat proses untuk pembakaran annealing ditunjukkan pada gambar 6. 60 Gambar 6. Conveyor Belt Furnace c. Sun simulator Oriel-source AM1.5 ditunjukkan pada gambar 7. Gambar 7. Sun simulator Oriel-source AM1.5 d. Sputtering system ditunjukkan gambar 8. Gambar 8. Sputtering system e. Peralatan pendukung lainnya seperti four point probe , screen maker, timbangan, mutimeter,alat ukur intensitas cahaya, peralatan bor mekanik, hot plate, peralatan kimia seperti petri disk, pipet, gelas kimia dll. f. Peralatan analisa material seperti SEM, XRD, Spectrofotometer UV menggunakan jasa kerjasama dari instansi lain ITB, ESDM, dan UNS.