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.