Karakterisasi Dye Organik Alam Dan Ruthenium (N719) Sebagai Fotosensitizer Dalam Dye Sensitized Solar Cells (DSSC).
1
Karakterisasi Dye Organik Alam Dan Ruthenium (N719)
Sebagai Fotosensitizer Dalam Dye Sensitized Solar Cells
(DSSC)
TESIS
Disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Magister
Program Studi Ilmu Fisika
Oleh :
HARDANI
NIM S911302002
PROGRAM STUDI ILMU FISIKA
PROGRAM PASCASARJANA
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2015
2
5 februari 2015
3
4
PERNYATAAN ORISINALITAS DAN PUBLIKASI TESIS
Saya menyatakan dengan sebenarnya bahwa:
1. Tesis yang berjudulμ “KARAKTERISASI DYE ORGANIK ALAM DAN
RUTHENIUM
(N719)
SEBAGAI
FOTOSENSITIZER
DALAM
DYE
SENSITIZED SOLAR CELLS (DSSC)” ini adalah karya penelitian saya sendiri
dan bebas plagiat, serta tidak terdapat karya ilmiah yang pernah diajukan oleh orang
lain untuk memperoleh gelar akademik, serta tidak terdapat karya atau pendapat
yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain kecuali secara tertulis digunakan
sebagai acuan dalam naskah dan disebutkan dalam sumber acuan serta daftar
pustaka. Apabila dikemudian hari terbukti terdapat plagiat dalam karya ilmiah ini,
maka saya bersedia menerima sanksi sesuai ketentuan peraturan perundangundangan (Permendiknas No. 17, Tahun 2010).
2. Publikasi sebagian atau keseluruhan dari isi Tesis ini pada jurnal atau forum ilmiah
lain harus seijin dan menyertakan tim pembimbing sebagai author dan PPs-UNS
sebagai institusinya. Apabila dalam waktu sekurang-kurangnya satu semester (enam
bulan sejak pengesahan tesis) saya tidak melakukan publikasi dari sebagian atau
keseluruhan tesis ini, maka PPs-UNS berhak mempublikasinnya pada jurnal ilmiah
yang diterbitkan oleh Prodi Ilmu Fisika PPs-UNS. Apabila saya melakukan
pelanggaran dari ketentuan publikasi ini, maka saya bersedia mendapatkan sanksi
akademik yang berlaku.
Surakarta, Januari 2015
Mahasiswa
Hardani
S911302002
i
5
KATA PENGANTAR
Segala puji hanya bagi Allah SWT, atas berkat rahmat, taufik dan hidayah-Nya,
sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis dengan judul, “Karakterisasi Dye Organik
Alam dan Ruthenium (N719) Sebagai Fotosensitizer Dalam Dye Sensitized Solar Cells
(DSSC) ”. Penyusunan tesis ini bertujuan untuk memenuhi sebagian persyaratan guna
memperoleh gelar Magister pada Program Studi Ilmu Fisika Progam Pascasarjana
Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang banyak membantu
dalam penulisan tesis ini, terutama kepada:
1. Bapak Prof. Dr. Ir. Ahmad Yunus, M.S, selaku Direktur Program Pascasarjana
Universitas Sebelas Maret Surakarta.
2. Bapak Prof. Drs. Cari, M.Sc., M.A., Ph. D, selaku Ketua Program Studi Ilmu Fisika
Pascasarjana Universitas Sebelas Maret Surakarta, sekaligus sebagai Pembimbing I
yang telah banyak memberikan bimbingan dan arahan kepada penulis untuk dapat
menyelesaikan tesis ini.
3. Bapak Dr. Agus Supriyanto, M.Si, selaku pembimbing II yang telah memberikan
bimbingan dan arahan kepada penulis untuk dapat menyelesaikan tesis ini.
4. Bapak/Ibu Dosen Program Studi Ilmu Fisika Pascasarjana Universitas Sebelas
Maret Surakarta yang telah memberikan pendidikan dan pengajaran dalam bidang
fisika.
5. Hibah Penelitian Pascasarjana yang telah mendanai penelitian penulis melalui
Program Hibah Pascasarjana Universitas Sebelas Maret (PPS-UNS) dengan nomer
kontrak 301A/ UN27/ PN/ 2014.
6. Kedua orang tua (khusus untuk Ibu ku tercinta), keluarga dan orang tersayang yang
selalu mendoakan dan memberikan semangat dan motivasi.
7. Rekan-rekan sejawat magister ilmu fisika angkatan Februari 2013, penulis
mengucapkan terima kasih atas kritik dan saran pada tesis ini.
8. Semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan tesis ini.
ii
6
Penulis menyadari bahwa dalam tesis ini masih terdapat kekurangan dan
kesalahan, hal ini dikarenakan kemampuan penulis yang sangat terbatas. Oleh karena
itu, dengan segala kerendahan hati penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat
membangun sebagai acuan tahapan penulisan selanjutnya.
Penulis berharap semoga tesis ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Surakarta,
Januari 2015
Penulis
iii
7
DAFTAR ISI
Pernyataan Orisinalitas Dan Publikasi Tesis…………………………………...
i
Kata Pengantar .………………………………………………………...……...
ii
Daftar Isi ………….…………………………………………….......................
iv
Daftar Tabel ……..….……………………………………………………….....
vii
Daftar Gambar ……………………………………………….………………...
viii
Daftar Lampiran ……...………………………………………...........................
xi
Daftar Simbol…………………………………………………………………..
xii
Abstrak ..……………………………………………………………………......
xiii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah ………………………………………………….
1
1.2 Batasan Masalah ………………………………………….……………..
5
1.3 Rumusan Masalah ………………………………………...…………….
5
1.4 Tujuan Penelitian …………………………………………………………
5
1.5 Manfaat Penelitian ……………………………………………………….
6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dye Sensitized solar Cell (DSSC) ……………………………......……….
7
2.1.1 Substrat Oksida ……….…………………………………......................
8
2.1.2 Elektroda Kerja …….…………………………………..........................
8
2.1.3 Pewarna (dye) Organik Alam……….………………………………….
10
2.1.4 Pewarna (dye) Organik Sintesis Ruthenium (N71λ)…………………...
15
2.1.5 Elektrolit ……………………………………..….….….........................
17
2.1.6 Elektroda Lawan ………………………………………...……………..
17
2.2 Prinsip Operasi DSSC .…………………………….…………………….
18
iv
8
2.3 Karakterisasi ………………………………...…………..……………….
21
2.3.4 Karakterisasi Arus-Tegangan (I-V) DSSC ……………..……….……..
21
)………...…….………………...
22
) …..…………………………..............
23
2.3.4.3 Fill Factor (FF)……….………………………………….……..…...
23
2.3.4.1 Tegangan Rangkaian Terbuka(
2.3.4.2 Arus Hubungan Singkat (
) …………………………………
24
2.3.5 Pengukuran Sifat Optik …….………………………….........................
25
2.3.6 Konduktivitas Listrik ..............................................................................
26
2.3.4.4 Efisiensi Konversi Foto Listrik (
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian …………………..….…………………….
28
3.2 Alat dan Bahan Penelitian…………………………………………………
28
3.3 Diagram Alir Penelitian ……………………….….….................................
29
3.3.1 Persiapan ……………………………….….…......................................
30
3.3.2 Ekstraksi dye organik alam dan dye ruthenium kompleks (N71λ)……..
31
3.3.3 Pembuatan pasta TiO2………………………………………………….
31
3.3.4 Pembuatan elektroda kerja…………………. ………………………….
32
3.3.5 Pembuatan larutan elektrolit…………….. ……………..……………...
32
3.3.6 Pembuatan elektroda lawan……………………………………………
33
3.4 Fabrikasi DSSC ...........................................................................................
33
3.5 Karakterisasi dye organik alam dan dye ruthenium kompleks (N719)........
34
3.5.1 Karakterisasi Optik (Spektrum Absorbansi)............................................
34
3.5.2 Karakterisasi Listrik (Fotokonduktivitas) ...............................................
34
3.6 Pengujian karakteristik I-V DSSC ...............................................................
35
v
9
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
37
4.1 Karakterisasi Absorbansi Dye Organik Alam dan Dye Ruthenium (N719)
51
4.2 Karakterisasi I-V Elektrolit……………………………………………….
52
4.3 Karakteristik Konduktivitas dye organik alam dan dye ruthenium (N719).. 61
4.4 Karakterisasi I-V DSSC…………………………………………………...
61
1. Uji performa DSSC menggunakan variasi pelarut………...…………....
2. Uji performa DSSC dye organik alam dan dye ruthenium (N719) 62
dengan variasi konsentrasi …………………………………………….
66
3. Uji performa DSSC variasi metode pendeposisian TiO2………………
67
4. Uji performa DSSC variasi intensitas pencahayaan…………………
70
5. Karakteristisasi I-V DSSC hasil optimasi…………………………...
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
72
5.1 Kesimpulan ……………….……………. …………………………………
73
5.2 Saran …………………….………………………………………………...
Daftar Pustaka
Lampiran
vi
10
DAFTAR TABEL
Tabel 1 Beberapa Hasil Penelitian DSSC dalam Skala Laboratorium...........
3
Tabel 2.1 Nama Semi-sistematis karotenoid (Cuttriss dan Pogson, 2004)…
12
Tabel 2.2 Pelarut organik (Lide, 2004)……………………………………...
17
Tabel 4.1 Panjang Gelombang berbagai warna (Sumber μ Adam)………….
39
Tabel 4.2 Puncak spektrum absorbansi dye organik alam dan warna larutan
dalam etanol…………………………………………….
45
Tabel 4.3 Hasil Konduktivitas Elektrolit …………………………………..
51
Tabel 4.4 Hasil Konduktivitas Dye Organik Alam ………………………...
56
Tabel 4.5 Nilai konduktivitas dye Ruthenium (N719) ………………….....
60
Tabel 4.6 Nilai arus dan tegangan dari dye wortel dengan variasi pelarut…
62
Tabel 4.7 Nilai arus dan tegangan dari dye organik alam………………..…
63
Tabel 4.8 Nilai arus dan tegangan dye Ruthenium (N719)………...............
65
Tabel 4.9 Nilai arus dan tegangan dari dye kulit buah manggis dengan variasi
metode pendeposisian TiO2………..................................
67
Tabel 4.10 Nilai Efisiensi dye Ruthenium (N719) 0,1%.................................
67
Tabel 4.11 Nilai Efisiensi dye Ruthenium (N719) 0,5%................................
68
Tabel 4.12 Nilai Efisiensi dye Ruthenium (N719) 1%...................................
69
Tabel 4.13 Efisiensi DSSC Hasil Optimasi…………………………………
vii
71
11
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Perubahan ukuran partikel anatase dan rutil sebagai fungsi dari
temperature anil (Li et al.2004).................................................. 8
Gambar 2.2 Skema fotoeksitasi yang diikuti oleh deeksitasi pada permukaan
semikonduktor (Linsebigler et al. 1995) ……………………… 9
Gambar 2.3 Struktur beta-karoten (Karnjanawipagul et al. 2010)…………..
11
Gambar 2.4 a. Struktur kimia dasar antosianin
b. Dua macam struktur antosianin dasar dalam media asam dan
basa, c. Rangkaian mekanisme antosianin dengan TiO2
(Septina, et al. 2007)…………………………………………...
13
Gambar 2.5 Struktur molekuler klorofil (Shakhashiri)…….….......................
14
Gambar 2.6 Struktur molekul dye ruthenium (N71λ)……….….....................
15
Gambar 2.7 Absorbansi ruthenium N71λ (M. Gratzel, 2005)….....................
16
Gambar 2.8 Skema operasi DSSC berbasis dye ruthenium ( 3)
(Calandra et al. 2010)…………………………………………..
18
Gambar 2.9 Tipikal kurva arus-tegangan (I-V) menunjukkan tegangan
, dan
rangkaian terbuka ( ), arus hubungan pendek
.
Garis
putus-putus
menunjukkan
daya
daya maksimum
�
listrik pada bias tegangan yang berbeda. Titik menunjukkan
daya maksimum
22
� ..............................................................
Gambar 2.10 Rangkaian ekuivalen yang disederhanakan untuk DSSC
dengan memperhitungkan resistansi seri ( ) dan resistensi
23
shunt ( )………………………………………………………
Gambar 2.11 Skema Kurva (I-V) untuk menentukan besaran efisiensi
DSSC…………………………………………………………… 24
Gambar 2.12 Skema hukum Lambet-Beer memperlihatkan penurunan
energi radiasi akibat penyerapan cahaya (Atkins dan Paula,
2006)…………………………………………………………... 25
Gambar 2.13 Prinsip kerja Dye Sensitized Solar Cells (DSSC) …..…….......
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian DSSC ………….. …..………………...
viii
27
30
12
Gambar 3.2 Skema area deposisi pasta TiO2………………………………… 32
Gambar 3.3 a. Ilustrasi perakitan sel surya berbasis DSSC
b. DSSC dengan dye kompleks Ruthenium (N71λ) siap uji…..
34
Gambar 3.4 Skema pengukuran arus-tegangan (I-V) menggunakan 35
ElKahfi 100/I-V meter………………………………………............
Gambar 3.5 Skema pengukuran I-V pada DSSC kondisi terang dengan
menggunakan Keithley 2600A………………………………… 36
Gambar 4.1 Grafik Absorbansi Dye Melinjo……………………………….... 37
Gambar 4.2 Grafik Absorbansi Dye Wortel………………………………….
39
Gambar 4.3 Grafik Absorbansi Dye Kulit Buah Manggis…………………...
40
Gambar 4.4 Grafik Absorbansi Dye Daun Binahong………………………..
41
Gambar 4.5 Spektrum Absorbsi cahaya tampak klorofil a dan klorofil b 42
(Larkum, 2003)…………………………………………………
Gambar 4.6 Grafik Absorbansi Dye Euphorbia milii………………………...
42
Gambar 4.7 Grafik Absorbansi Dye Kulit Buah Pinang Merah……………..
43
Gambar 4.8 Grafik Absorbansi Dye Rhoeo Discolor………………………..
43
Gambar 4.9 Grafik Absorbansi Dye Bunga Terompet Ungu………………..
44
Gambar 4.10 Grafik Absorbansi Ruthenium (N71λ) 0,1%…………………
45
Gambar 4.11 Grafik Absorbansi Ruthenium (N71λ) 0,5%…………………..
46
Gambar 4.12 Grafik Absorbansi Ruthenium (N71λ) 1%…………………….
47
Gambar 4.13 Grafik Absorbansi Ruthenium (N719) dengan variasi
47
konsentrasi…………………………………………………….
Gambar 4.14 Grafik hubungan Absorbansi dengan Konsentrasi…………….
49
Gambar 4.15 Grafik Absorbansi TiO2 Nano Partikel………………………
50
Gambar 4.16 Grafik Konduktivitas Elektrolit………………………………..
51
ix
13
Gambar 4.17 Grafik Konduktivitas Dye Daun Binahong……………………
53
Gambar 4.18 Grafik Konduktivitas Dye Kulit Buah Pinang Merah…………
53
Gambar 4.19 Grafik Konduktivitas Dye Euphorbia milii……………………
54
Gambar 4.20 Grafik Konduktivitas Dye Bunga Terompet Ungu……………
55
Gambar 4.21 Grafik Konduktivitas Dye Rhoeo Discolor……………………
55
Gambar 4.22 Grafik I-V dye Ruthenium (N719) pada keadaan gelap……….
Gambar 4.23 Grafik I-V dye Ruthenium (N719) pada keadaan terang………
57
57
Gambar 4.24 Grafik I-V dye Ruthenium (N719) 0,1% pada keadaan gelap
dan terang……………………………………………………... 58
Gambar 4.25 Grafik I-V dye Ruthenium (N719) 0,5% pada keadaan gelap
59
dan terang……………………………………………………..
Gambar 4.26 Grafik I-V dye Ruthenium (N719) 1% pada keadaan gelap dan
59
terang………………………………………………………….
Gambar 4.27 Grafik I-V DSSC variasi pelarut……………………………....
61
Gambar 4.28 Grafik Karakteristik DSSC Dye Organik Alam……………….
62
Gambar 4.29 Grafik I-V DSSC variasi konsentrasi dye ruthenium (N719)
dengan pelarut etanol menggunakan platina sebagai elektroda
lawan………………………………………………………….. 64
Gambar 4.30 Grafik I-V DSSC variasi metode pendeposisian TiO2………..
66
Gambar 4.31 Perbandingan Intensitas dan Efisiensi dye Ruthenium (N719)
0,1%........................................................................................... 68
Gambar 4.32 Perbandingan Intensitas dan Efisiensi dye Ruthenium (N719)
0,5%........................................................................................... 69
Gambar 4.33 Perbandingan Intensitas dan Efisiensi dye Ruthenium (N719)
1%.............................................................................................
70
Gambar 4.34 Grafik I-V DSSC hasil optimasi……………………………...
x
71
14
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran I Hasil Penelitian DSSC dalam Skala Laboratorium
79
Lampiran II Nama Semi-sistematis karotenoid (Cuttriss dan Pogson, 2004)
80
Lampiran III Jadwal Rancangan Penelitian
Lampiran IV Grafik Konduktivitas dye organik alam
81
82
Lampiran V Puncak spektrum absorbansi dye organik alam dan warna larutan
dalam etanol
87
Lampiran VI Nilai arus dan tegangan dari dye organik alam
88
Lampiran VII Nilai arus dan tegangan dye Ruthenium (N719)
Lampiran VIII Tabel Nilai Efisiensi dengan variasi konsentrasi dan variasi
intensitas pencahayaan
Lampiran IX Grafik Absorbansi TiO2 sebelum dan sesudah direndam dye
ruthenium dengan variasi konsentrasi
Lampiran X Diagram Perbandingan Efisiensi Ruthenium (N719) dengan
variasi konsentrasi dan variasi intensitas pencahayaan
Lampiran XI Grafik karakteristik I-V DSSC Ruthenium (N719) 0,1% dengan
variasi intensitas pencahayaan
89
90
92
93
95
Lampiran XII Grafik karakteristik I-V DSSC Ruthenium (N719) 0,5% dengan
variasi intensitas pencahayaan
98
Lampiran XIII Grafik karakteristik I-V DSSC Ruthenium (N719) 1% dengan
variasi intensitas pencahayaan
101
Lampiran XIV Foto Dokumentasi
104
Lampiran XV Publikasi
106
xi
xii
DAFTAR SIMBOL
Ev
= energi pita valensi
Eg
= energi gap
( ) = rapat muatan elektron
Ec
= Energi pita konduksi
( ) = temperatur rendah
= frekuensi
= energi foton
= rapat keadaan efektif dalam pita
= konduktivitas bahan
�
konduksi
= energi (fm-1)
T
= temperatur mutlak
= fungsi gelombang
∆
= selisih antara energi Fermi dan
= fungsi gelombang upper
= kecepatan
cahaya
di
energi elektrokimia elektrolit
= laju injeksi elektron dari dye
ruang
hampa (3 × 108 m/s)
A
= masa hidup electron
I
= absorbansi
= arus
= arus saturasi diode (umumnya
= konstanta Boltzman
−
�
−
= panjang gelombang
V
= tegangan
= energi fermi
q
= muatan listrik
= energi elektrokimia elektrolit
= tegangan termal
= fungsi gelombang azhimut
= tegangan rangkaian terbuka
= elektron
= arus hubungan pendek
= massa efektif elektron
�
= intensitas cahaya datang
0
∗
10−7 -10−9 �)
= Iodida
= daya maksimum
= arus foto
= Tegangan sel
= tegangan maksimum
= dye tereksitasi
= arus maksimum
= resistansi seri
= resistensi shunt
FF
= efisiensi sel
= fill factor
= rapat arus
= resistivitas listrik
= konsentrasi elektron pada pita
R
= resistansi bahan
konduksi per satuan volume
d
= jarak antara dua elektrod
xii
13
Hardani. S911302002. 2014. Karakterisasi Dye Organik Alam Dan Ruthenium (N719)
Sebagai Fotosensitizer Dalam Dye Sensitized Solar Cells (DSSC). Tesis. Pembimbing I:
Prof. Drs. Cari, M.A.,M.Sc.,Ph.D. II : Dr. Agus Supriyanto, M.Si. Program Studi Ilmu
Fisika, Program Pascasarjana, Universitas Sebelas Maret Surakarta.
ABSTRAK
DSSC tersusun dari FTO/
2 / dye/ elektrolit/ Platina/ FTO. Telah difabrikasi
karakterisasi sifat optik (spektrum absorbansi) dan sifat listrik (fotokonduktivitas) dari
dye Organik Alam dan dye Organik Sintesis terhadap kinerja DSSC. Uji sifat optik dye
Organik Alam dan dye Organik Sintesis menggunakan Spectrophotometer UV Visible
1601 PC, uji sifat listrik menggunakan I-V Meter El-Kahfi pada kondisi gelap dan
terang dengan sumber penyinaran dari lampu halogen 1191 W/m2 dan karakterisasi I-V
DSSC menggunakan Keithley Type 2600A dengan penyinaran lampu halogen dengan
variasi intensitas sebesar 100 W/m2, 250 W/m2, 500 W/m2, 750 W/m2 dan 1000 W/m2.
Penelitian ini merupakan penelitian awal untuk mempelajari dan memahami proses
pembuatan sel surya berbasis DSSC menggunakan pewarna organik alam dan organik
sintesis dari ruthenium (N719). Spektrum absorbansi dan fotokonduktivitas optimum
dihasilkan oleh dye organik alam dan dan dye ruthenium (N719). Hasil penelitian
menunjukkan spektrum absorbansi dye organik alam terletak di rentang cahaya tampak
kisaran 300-500 nm sedangkan dye Ruthenium (N719) terletak di rentang cahaya
tampak kisaran 300-600 nm dengan puncak absorbansi 450 nm dan 550 nm.
Karakteristik listrik (I-V) dari dye dalam penelitian meningkat linear di bawah
pencahayaan. Selisih konduktivitas (∆ ) dye organik alam dan dye ruthenium (N719)
keadaan gelap dan di bawah pencahayaan untuk konsentrasi 0,1%, 0,5% dan 1%
berturut-turut sebesar 4,63 × 10-8 Ω−1 −1 , 1,49 × 10-7 Ω−1 −1 dan 3,57 × 10-6
Ω−1 −1 . Krakterisasi I-V DSSC dari dye organik alam yang terbesar dihasilkan oleh
dye kulit buah manggis dengan
sebesar 565
; SC = 1,52 �/ 2 ; FF = 0,12; dan
sebesar 0,09 %, sedangkan dye-ruthenium (N719) terbesar dihasilkan oleh dye
Ruthenium berkonsentrasi 1% dengan
sebesar 460
; SC = 7,5054 �/ 2 ; FF =
0,24; dan
sebesar 0,298 %. Secara keseluruhan dye organik alam dan dye organik
sintesis dapat menjadi alternatif menarik sebagai dye sensitizer.
Kata Kunci: Dye Sensitized Solar Cell (DSSC), Dye N719, Platina, dye sensitizer.
xiii
14
Hardani.S911302002. 2014. Characterization of Dye Natural and Ruthenium (N719) As
a Photosensitizers in Dye Sensitized Solar Cells (DSSC). Thesis. Supervisor I: Prof.
Drs. Cari, M.A., M.Sc., Ph.D. II: Dr. Agus Supriyanto, M.Si. Graduate Physics
Program, Graduate Study, Sebelas Maret University Surakarta.
ABSTRACT
DSSC consisted of FTO/ TiO2 / dye/ electrolyte/ Platinum/ FTO. This research aims are
to obtain the optical properties (spectrum absorption) and electricity properties
(photoconductivity) from dye natural and synthesis organic about on the performance of
the DSSC. The optical and electrical properties were tested using UV Visible
Spectrophotometer 1601 PC and Elkahfi 100/I-V meter, respectively, while the Keithley
type 2600A was used to characterization the DSSC with halogen lamp irradiation with
intensity variations of 100 W/m2, 250 W/m2, 500 W/m2, 750 W/m2 and 1000 W/m2. The
research is introduction research to explore and investigate the development of solar
cells DSSC based using dye natural and organic synthesis of ruthenium (N719).
Optimum absorption spectra and photoconductivity were generated by dye natural
organic and the dye- Ruthenium (N719). This study shown that absorption spectra of
dye natural organic were in the range 300-500 nm, while dye-ruthenium (N719) were in
the range of 300-600 nm with absorption peak of 450 nm and 550 nm. Electrical
characteristics (I-V) of the dye increased linearly under illumination. The difference
between conductivity in the dark and irradiation (Δσ) dye natural organic and dyeruthenium (N719) with a concentration of 0.1%, 0.5% and 1% respectively were 4.63 ×
10-8 Ω−1 −1 , 1.49 × 10-7 Ω−1 −1 and 3.57 × 10-6 Ω−1 −1 . Characteristic I-V DSSC
from dye natural organic who largest generated by dye-mangisten obtained Voc of 565
mV;Jsc= 1.52 A/m2;FF = 0.12; and
was about 0.09%, respectively, while dyeruthenium (N719) generated by the dye Ruthenium largest concentration of 1%
obtained Voc of 460 mV;Jsc= 7.5054 A/m2;FF = 0.24; and
was about 0.298%,
respectively. Overall, dye natural and synthesis organic could be attractive alternative as
a dye sensitized.
Keywords: Dye Sensitized Solar Cell (DSSC), Dye N719, Platina, dye sensitizer.
xiv
15
72
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1.
Ruthenium (N719) memiliki sifat optik dan sifat listrik sesuai dengan karakteristik
material fotonik. Dye Ruthenium (N719) memiliki puncak serapan pada rentang
cahaya tampak yaitu sekitar 300-600 nm. Sedangkan dye Ruthenium (N719) pada
keadaan gelap memiliki konduktivitas sebesar 5, 47 107 1m1 dan pada kondisi
terang
memiliki
konduktivitas
sebesar
6,94 107 1m1
dengan
selisih
konduktivitas (∆ ) sebesar 1,47 x 10-7 Ω-1m-1. Hal ini mengindikasikan bahwa dye
ruthenium (N719) memiliki kemampuan untuk menghasilkan arus listrik yang baik.
2.
Nilai efisiensi dari dye kulit buah manggis (Garnicia mangostana L.) sebesar
0,09%, wortel (Daucus carota L) 0,03%, kulit merah melinjo (Gnetum gnemon
Linn) 0,03%, rhoeo discolor (Tradescantia spathacea) 0,02%, euphorbia milii
(Desmoul) 0,02%, daun binahong (Bassela rubra linn) 0,01%, bunga terompet
ungu (Mandevilla sanderi) 0,006%, dan kulit buah pinang merah (Arecacatechu)
0,004%.
3.
Dye Ruthenium (N719)
dengan konsentrasi 1 % menunjukkan sifat yang terbaik jika diaplikasikan
kedalam DSSC dengan serapan absorbansi 320-550 nm dengan hasil karakteristik I-V yaitu menghasilkan
arus saat hubungan pendek (short current) Isc 0,75 mA dan tegangan terbuka (open
circuit) Voc 460 mV. Sedangkan efisiensinya mencapai 0,298% dengan fill
factornya 0,24.
4.
Untuk dye wortel dengan variasi pelarut. Penggunaan pelarut yang tepat dapat
meningkatkan arus yang dihasilkan DSSC. Pelarut aseton memiliki sifat kepolaran
yang baik dibandingkan dengan pelarut methanol dan etanol.
5.
Peningkatan
konsentrasi dapat mempengaruhi kinerja DSSC. Hal ini dapat dilihat
berdasarkan efisiensi yang dihasilkan. DSSC dengan dye Ruthenium (N719) 1%
menghasilkan Voc sebesar 460 mV dan Isc sebesar 0,75 mA. Efisiensi yang
dihasilkan adalah 0,298%.
72
73
6.
Optimasi intensitas pencahayaan dan lama pencahayaan dapat mempengaruhi
efisiensi. Karena semakin besar energi yang diserap oleh sel maka arus yang
dihasilkan semakin besar secara otomatis dapat meningkatkan efisiensi.
7.
Untuk dye kulit buah manggis dengan variasi metode pendeposisian TiO2.
Penggunaan metode spin coating lebih baik dibandingkan dengan metode slip
casting. Hal ini dikarenakan bahwa penggunaan metode spin coating mampu
menghasilkan ketebalan yang merata dan terkontrol.
5.2 Saran
Beberapa saran yang dapat digunakan untuk pengembangan DSSC supaya
menghasilkan hasil performa DSSC yang lebih baik diantaranya :
1.
Menggunakan bahan organik yang memiliki penyerapan cahaya yang baik.
2.
Menggunakan laboratorium yang standard agar mengurangi factor-faktor yang
menyebabkan penurunan kinerja dari sel surya.
3.
Memperbaiki struktur DSSC agar menghasilkan kinerja dan efisiensi yang lebih
baik.
4.
Menggunakan metode pendeposisian TiO2 yang berbeda seperti metode sprey yang
dapat menghasilkan lapisan TiO2 yang lebih rata.
5.
Variasi dari pengaruh lama penyinaran terhadap performa DSSC organik.
6.
Mengunakan elektroda lawan dari material lainnya yang memiliki sifat
konduktivitas dan katalis yang lebih baik.
Karakterisasi Dye Organik Alam Dan Ruthenium (N719)
Sebagai Fotosensitizer Dalam Dye Sensitized Solar Cells
(DSSC)
TESIS
Disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Magister
Program Studi Ilmu Fisika
Oleh :
HARDANI
NIM S911302002
PROGRAM STUDI ILMU FISIKA
PROGRAM PASCASARJANA
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2015
2
5 februari 2015
3
4
PERNYATAAN ORISINALITAS DAN PUBLIKASI TESIS
Saya menyatakan dengan sebenarnya bahwa:
1. Tesis yang berjudulμ “KARAKTERISASI DYE ORGANIK ALAM DAN
RUTHENIUM
(N719)
SEBAGAI
FOTOSENSITIZER
DALAM
DYE
SENSITIZED SOLAR CELLS (DSSC)” ini adalah karya penelitian saya sendiri
dan bebas plagiat, serta tidak terdapat karya ilmiah yang pernah diajukan oleh orang
lain untuk memperoleh gelar akademik, serta tidak terdapat karya atau pendapat
yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain kecuali secara tertulis digunakan
sebagai acuan dalam naskah dan disebutkan dalam sumber acuan serta daftar
pustaka. Apabila dikemudian hari terbukti terdapat plagiat dalam karya ilmiah ini,
maka saya bersedia menerima sanksi sesuai ketentuan peraturan perundangundangan (Permendiknas No. 17, Tahun 2010).
2. Publikasi sebagian atau keseluruhan dari isi Tesis ini pada jurnal atau forum ilmiah
lain harus seijin dan menyertakan tim pembimbing sebagai author dan PPs-UNS
sebagai institusinya. Apabila dalam waktu sekurang-kurangnya satu semester (enam
bulan sejak pengesahan tesis) saya tidak melakukan publikasi dari sebagian atau
keseluruhan tesis ini, maka PPs-UNS berhak mempublikasinnya pada jurnal ilmiah
yang diterbitkan oleh Prodi Ilmu Fisika PPs-UNS. Apabila saya melakukan
pelanggaran dari ketentuan publikasi ini, maka saya bersedia mendapatkan sanksi
akademik yang berlaku.
Surakarta, Januari 2015
Mahasiswa
Hardani
S911302002
i
5
KATA PENGANTAR
Segala puji hanya bagi Allah SWT, atas berkat rahmat, taufik dan hidayah-Nya,
sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis dengan judul, “Karakterisasi Dye Organik
Alam dan Ruthenium (N719) Sebagai Fotosensitizer Dalam Dye Sensitized Solar Cells
(DSSC) ”. Penyusunan tesis ini bertujuan untuk memenuhi sebagian persyaratan guna
memperoleh gelar Magister pada Program Studi Ilmu Fisika Progam Pascasarjana
Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang banyak membantu
dalam penulisan tesis ini, terutama kepada:
1. Bapak Prof. Dr. Ir. Ahmad Yunus, M.S, selaku Direktur Program Pascasarjana
Universitas Sebelas Maret Surakarta.
2. Bapak Prof. Drs. Cari, M.Sc., M.A., Ph. D, selaku Ketua Program Studi Ilmu Fisika
Pascasarjana Universitas Sebelas Maret Surakarta, sekaligus sebagai Pembimbing I
yang telah banyak memberikan bimbingan dan arahan kepada penulis untuk dapat
menyelesaikan tesis ini.
3. Bapak Dr. Agus Supriyanto, M.Si, selaku pembimbing II yang telah memberikan
bimbingan dan arahan kepada penulis untuk dapat menyelesaikan tesis ini.
4. Bapak/Ibu Dosen Program Studi Ilmu Fisika Pascasarjana Universitas Sebelas
Maret Surakarta yang telah memberikan pendidikan dan pengajaran dalam bidang
fisika.
5. Hibah Penelitian Pascasarjana yang telah mendanai penelitian penulis melalui
Program Hibah Pascasarjana Universitas Sebelas Maret (PPS-UNS) dengan nomer
kontrak 301A/ UN27/ PN/ 2014.
6. Kedua orang tua (khusus untuk Ibu ku tercinta), keluarga dan orang tersayang yang
selalu mendoakan dan memberikan semangat dan motivasi.
7. Rekan-rekan sejawat magister ilmu fisika angkatan Februari 2013, penulis
mengucapkan terima kasih atas kritik dan saran pada tesis ini.
8. Semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan tesis ini.
ii
6
Penulis menyadari bahwa dalam tesis ini masih terdapat kekurangan dan
kesalahan, hal ini dikarenakan kemampuan penulis yang sangat terbatas. Oleh karena
itu, dengan segala kerendahan hati penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat
membangun sebagai acuan tahapan penulisan selanjutnya.
Penulis berharap semoga tesis ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Surakarta,
Januari 2015
Penulis
iii
7
DAFTAR ISI
Pernyataan Orisinalitas Dan Publikasi Tesis…………………………………...
i
Kata Pengantar .………………………………………………………...……...
ii
Daftar Isi ………….…………………………………………….......................
iv
Daftar Tabel ……..….……………………………………………………….....
vii
Daftar Gambar ……………………………………………….………………...
viii
Daftar Lampiran ……...………………………………………...........................
xi
Daftar Simbol…………………………………………………………………..
xii
Abstrak ..……………………………………………………………………......
xiii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah ………………………………………………….
1
1.2 Batasan Masalah ………………………………………….……………..
5
1.3 Rumusan Masalah ………………………………………...…………….
5
1.4 Tujuan Penelitian …………………………………………………………
5
1.5 Manfaat Penelitian ……………………………………………………….
6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dye Sensitized solar Cell (DSSC) ……………………………......……….
7
2.1.1 Substrat Oksida ……….…………………………………......................
8
2.1.2 Elektroda Kerja …….…………………………………..........................
8
2.1.3 Pewarna (dye) Organik Alam……….………………………………….
10
2.1.4 Pewarna (dye) Organik Sintesis Ruthenium (N71λ)…………………...
15
2.1.5 Elektrolit ……………………………………..….….….........................
17
2.1.6 Elektroda Lawan ………………………………………...……………..
17
2.2 Prinsip Operasi DSSC .…………………………….…………………….
18
iv
8
2.3 Karakterisasi ………………………………...…………..……………….
21
2.3.4 Karakterisasi Arus-Tegangan (I-V) DSSC ……………..……….……..
21
)………...…….………………...
22
) …..…………………………..............
23
2.3.4.3 Fill Factor (FF)……….………………………………….……..…...
23
2.3.4.1 Tegangan Rangkaian Terbuka(
2.3.4.2 Arus Hubungan Singkat (
) …………………………………
24
2.3.5 Pengukuran Sifat Optik …….………………………….........................
25
2.3.6 Konduktivitas Listrik ..............................................................................
26
2.3.4.4 Efisiensi Konversi Foto Listrik (
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian …………………..….…………………….
28
3.2 Alat dan Bahan Penelitian…………………………………………………
28
3.3 Diagram Alir Penelitian ……………………….….….................................
29
3.3.1 Persiapan ……………………………….….…......................................
30
3.3.2 Ekstraksi dye organik alam dan dye ruthenium kompleks (N71λ)……..
31
3.3.3 Pembuatan pasta TiO2………………………………………………….
31
3.3.4 Pembuatan elektroda kerja…………………. ………………………….
32
3.3.5 Pembuatan larutan elektrolit…………….. ……………..……………...
32
3.3.6 Pembuatan elektroda lawan……………………………………………
33
3.4 Fabrikasi DSSC ...........................................................................................
33
3.5 Karakterisasi dye organik alam dan dye ruthenium kompleks (N719)........
34
3.5.1 Karakterisasi Optik (Spektrum Absorbansi)............................................
34
3.5.2 Karakterisasi Listrik (Fotokonduktivitas) ...............................................
34
3.6 Pengujian karakteristik I-V DSSC ...............................................................
35
v
9
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
37
4.1 Karakterisasi Absorbansi Dye Organik Alam dan Dye Ruthenium (N719)
51
4.2 Karakterisasi I-V Elektrolit……………………………………………….
52
4.3 Karakteristik Konduktivitas dye organik alam dan dye ruthenium (N719).. 61
4.4 Karakterisasi I-V DSSC…………………………………………………...
61
1. Uji performa DSSC menggunakan variasi pelarut………...…………....
2. Uji performa DSSC dye organik alam dan dye ruthenium (N719) 62
dengan variasi konsentrasi …………………………………………….
66
3. Uji performa DSSC variasi metode pendeposisian TiO2………………
67
4. Uji performa DSSC variasi intensitas pencahayaan…………………
70
5. Karakteristisasi I-V DSSC hasil optimasi…………………………...
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
72
5.1 Kesimpulan ……………….……………. …………………………………
73
5.2 Saran …………………….………………………………………………...
Daftar Pustaka
Lampiran
vi
10
DAFTAR TABEL
Tabel 1 Beberapa Hasil Penelitian DSSC dalam Skala Laboratorium...........
3
Tabel 2.1 Nama Semi-sistematis karotenoid (Cuttriss dan Pogson, 2004)…
12
Tabel 2.2 Pelarut organik (Lide, 2004)……………………………………...
17
Tabel 4.1 Panjang Gelombang berbagai warna (Sumber μ Adam)………….
39
Tabel 4.2 Puncak spektrum absorbansi dye organik alam dan warna larutan
dalam etanol…………………………………………….
45
Tabel 4.3 Hasil Konduktivitas Elektrolit …………………………………..
51
Tabel 4.4 Hasil Konduktivitas Dye Organik Alam ………………………...
56
Tabel 4.5 Nilai konduktivitas dye Ruthenium (N719) ………………….....
60
Tabel 4.6 Nilai arus dan tegangan dari dye wortel dengan variasi pelarut…
62
Tabel 4.7 Nilai arus dan tegangan dari dye organik alam………………..…
63
Tabel 4.8 Nilai arus dan tegangan dye Ruthenium (N719)………...............
65
Tabel 4.9 Nilai arus dan tegangan dari dye kulit buah manggis dengan variasi
metode pendeposisian TiO2………..................................
67
Tabel 4.10 Nilai Efisiensi dye Ruthenium (N719) 0,1%.................................
67
Tabel 4.11 Nilai Efisiensi dye Ruthenium (N719) 0,5%................................
68
Tabel 4.12 Nilai Efisiensi dye Ruthenium (N719) 1%...................................
69
Tabel 4.13 Efisiensi DSSC Hasil Optimasi…………………………………
vii
71
11
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Perubahan ukuran partikel anatase dan rutil sebagai fungsi dari
temperature anil (Li et al.2004).................................................. 8
Gambar 2.2 Skema fotoeksitasi yang diikuti oleh deeksitasi pada permukaan
semikonduktor (Linsebigler et al. 1995) ……………………… 9
Gambar 2.3 Struktur beta-karoten (Karnjanawipagul et al. 2010)…………..
11
Gambar 2.4 a. Struktur kimia dasar antosianin
b. Dua macam struktur antosianin dasar dalam media asam dan
basa, c. Rangkaian mekanisme antosianin dengan TiO2
(Septina, et al. 2007)…………………………………………...
13
Gambar 2.5 Struktur molekuler klorofil (Shakhashiri)…….….......................
14
Gambar 2.6 Struktur molekul dye ruthenium (N71λ)……….….....................
15
Gambar 2.7 Absorbansi ruthenium N71λ (M. Gratzel, 2005)….....................
16
Gambar 2.8 Skema operasi DSSC berbasis dye ruthenium ( 3)
(Calandra et al. 2010)…………………………………………..
18
Gambar 2.9 Tipikal kurva arus-tegangan (I-V) menunjukkan tegangan
, dan
rangkaian terbuka ( ), arus hubungan pendek
.
Garis
putus-putus
menunjukkan
daya
daya maksimum
�
listrik pada bias tegangan yang berbeda. Titik menunjukkan
daya maksimum
22
� ..............................................................
Gambar 2.10 Rangkaian ekuivalen yang disederhanakan untuk DSSC
dengan memperhitungkan resistansi seri ( ) dan resistensi
23
shunt ( )………………………………………………………
Gambar 2.11 Skema Kurva (I-V) untuk menentukan besaran efisiensi
DSSC…………………………………………………………… 24
Gambar 2.12 Skema hukum Lambet-Beer memperlihatkan penurunan
energi radiasi akibat penyerapan cahaya (Atkins dan Paula,
2006)…………………………………………………………... 25
Gambar 2.13 Prinsip kerja Dye Sensitized Solar Cells (DSSC) …..…….......
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian DSSC ………….. …..………………...
viii
27
30
12
Gambar 3.2 Skema area deposisi pasta TiO2………………………………… 32
Gambar 3.3 a. Ilustrasi perakitan sel surya berbasis DSSC
b. DSSC dengan dye kompleks Ruthenium (N71λ) siap uji…..
34
Gambar 3.4 Skema pengukuran arus-tegangan (I-V) menggunakan 35
ElKahfi 100/I-V meter………………………………………............
Gambar 3.5 Skema pengukuran I-V pada DSSC kondisi terang dengan
menggunakan Keithley 2600A………………………………… 36
Gambar 4.1 Grafik Absorbansi Dye Melinjo……………………………….... 37
Gambar 4.2 Grafik Absorbansi Dye Wortel………………………………….
39
Gambar 4.3 Grafik Absorbansi Dye Kulit Buah Manggis…………………...
40
Gambar 4.4 Grafik Absorbansi Dye Daun Binahong………………………..
41
Gambar 4.5 Spektrum Absorbsi cahaya tampak klorofil a dan klorofil b 42
(Larkum, 2003)…………………………………………………
Gambar 4.6 Grafik Absorbansi Dye Euphorbia milii………………………...
42
Gambar 4.7 Grafik Absorbansi Dye Kulit Buah Pinang Merah……………..
43
Gambar 4.8 Grafik Absorbansi Dye Rhoeo Discolor………………………..
43
Gambar 4.9 Grafik Absorbansi Dye Bunga Terompet Ungu………………..
44
Gambar 4.10 Grafik Absorbansi Ruthenium (N71λ) 0,1%…………………
45
Gambar 4.11 Grafik Absorbansi Ruthenium (N71λ) 0,5%…………………..
46
Gambar 4.12 Grafik Absorbansi Ruthenium (N71λ) 1%…………………….
47
Gambar 4.13 Grafik Absorbansi Ruthenium (N719) dengan variasi
47
konsentrasi…………………………………………………….
Gambar 4.14 Grafik hubungan Absorbansi dengan Konsentrasi…………….
49
Gambar 4.15 Grafik Absorbansi TiO2 Nano Partikel………………………
50
Gambar 4.16 Grafik Konduktivitas Elektrolit………………………………..
51
ix
13
Gambar 4.17 Grafik Konduktivitas Dye Daun Binahong……………………
53
Gambar 4.18 Grafik Konduktivitas Dye Kulit Buah Pinang Merah…………
53
Gambar 4.19 Grafik Konduktivitas Dye Euphorbia milii……………………
54
Gambar 4.20 Grafik Konduktivitas Dye Bunga Terompet Ungu……………
55
Gambar 4.21 Grafik Konduktivitas Dye Rhoeo Discolor……………………
55
Gambar 4.22 Grafik I-V dye Ruthenium (N719) pada keadaan gelap……….
Gambar 4.23 Grafik I-V dye Ruthenium (N719) pada keadaan terang………
57
57
Gambar 4.24 Grafik I-V dye Ruthenium (N719) 0,1% pada keadaan gelap
dan terang……………………………………………………... 58
Gambar 4.25 Grafik I-V dye Ruthenium (N719) 0,5% pada keadaan gelap
59
dan terang……………………………………………………..
Gambar 4.26 Grafik I-V dye Ruthenium (N719) 1% pada keadaan gelap dan
59
terang………………………………………………………….
Gambar 4.27 Grafik I-V DSSC variasi pelarut……………………………....
61
Gambar 4.28 Grafik Karakteristik DSSC Dye Organik Alam……………….
62
Gambar 4.29 Grafik I-V DSSC variasi konsentrasi dye ruthenium (N719)
dengan pelarut etanol menggunakan platina sebagai elektroda
lawan………………………………………………………….. 64
Gambar 4.30 Grafik I-V DSSC variasi metode pendeposisian TiO2………..
66
Gambar 4.31 Perbandingan Intensitas dan Efisiensi dye Ruthenium (N719)
0,1%........................................................................................... 68
Gambar 4.32 Perbandingan Intensitas dan Efisiensi dye Ruthenium (N719)
0,5%........................................................................................... 69
Gambar 4.33 Perbandingan Intensitas dan Efisiensi dye Ruthenium (N719)
1%.............................................................................................
70
Gambar 4.34 Grafik I-V DSSC hasil optimasi……………………………...
x
71
14
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran I Hasil Penelitian DSSC dalam Skala Laboratorium
79
Lampiran II Nama Semi-sistematis karotenoid (Cuttriss dan Pogson, 2004)
80
Lampiran III Jadwal Rancangan Penelitian
Lampiran IV Grafik Konduktivitas dye organik alam
81
82
Lampiran V Puncak spektrum absorbansi dye organik alam dan warna larutan
dalam etanol
87
Lampiran VI Nilai arus dan tegangan dari dye organik alam
88
Lampiran VII Nilai arus dan tegangan dye Ruthenium (N719)
Lampiran VIII Tabel Nilai Efisiensi dengan variasi konsentrasi dan variasi
intensitas pencahayaan
Lampiran IX Grafik Absorbansi TiO2 sebelum dan sesudah direndam dye
ruthenium dengan variasi konsentrasi
Lampiran X Diagram Perbandingan Efisiensi Ruthenium (N719) dengan
variasi konsentrasi dan variasi intensitas pencahayaan
Lampiran XI Grafik karakteristik I-V DSSC Ruthenium (N719) 0,1% dengan
variasi intensitas pencahayaan
89
90
92
93
95
Lampiran XII Grafik karakteristik I-V DSSC Ruthenium (N719) 0,5% dengan
variasi intensitas pencahayaan
98
Lampiran XIII Grafik karakteristik I-V DSSC Ruthenium (N719) 1% dengan
variasi intensitas pencahayaan
101
Lampiran XIV Foto Dokumentasi
104
Lampiran XV Publikasi
106
xi
xii
DAFTAR SIMBOL
Ev
= energi pita valensi
Eg
= energi gap
( ) = rapat muatan elektron
Ec
= Energi pita konduksi
( ) = temperatur rendah
= frekuensi
= energi foton
= rapat keadaan efektif dalam pita
= konduktivitas bahan
�
konduksi
= energi (fm-1)
T
= temperatur mutlak
= fungsi gelombang
∆
= selisih antara energi Fermi dan
= fungsi gelombang upper
= kecepatan
cahaya
di
energi elektrokimia elektrolit
= laju injeksi elektron dari dye
ruang
hampa (3 × 108 m/s)
A
= masa hidup electron
I
= absorbansi
= arus
= arus saturasi diode (umumnya
= konstanta Boltzman
−
�
−
= panjang gelombang
V
= tegangan
= energi fermi
q
= muatan listrik
= energi elektrokimia elektrolit
= tegangan termal
= fungsi gelombang azhimut
= tegangan rangkaian terbuka
= elektron
= arus hubungan pendek
= massa efektif elektron
�
= intensitas cahaya datang
0
∗
10−7 -10−9 �)
= Iodida
= daya maksimum
= arus foto
= Tegangan sel
= tegangan maksimum
= dye tereksitasi
= arus maksimum
= resistansi seri
= resistensi shunt
FF
= efisiensi sel
= fill factor
= rapat arus
= resistivitas listrik
= konsentrasi elektron pada pita
R
= resistansi bahan
konduksi per satuan volume
d
= jarak antara dua elektrod
xii
13
Hardani. S911302002. 2014. Karakterisasi Dye Organik Alam Dan Ruthenium (N719)
Sebagai Fotosensitizer Dalam Dye Sensitized Solar Cells (DSSC). Tesis. Pembimbing I:
Prof. Drs. Cari, M.A.,M.Sc.,Ph.D. II : Dr. Agus Supriyanto, M.Si. Program Studi Ilmu
Fisika, Program Pascasarjana, Universitas Sebelas Maret Surakarta.
ABSTRAK
DSSC tersusun dari FTO/
2 / dye/ elektrolit/ Platina/ FTO. Telah difabrikasi
karakterisasi sifat optik (spektrum absorbansi) dan sifat listrik (fotokonduktivitas) dari
dye Organik Alam dan dye Organik Sintesis terhadap kinerja DSSC. Uji sifat optik dye
Organik Alam dan dye Organik Sintesis menggunakan Spectrophotometer UV Visible
1601 PC, uji sifat listrik menggunakan I-V Meter El-Kahfi pada kondisi gelap dan
terang dengan sumber penyinaran dari lampu halogen 1191 W/m2 dan karakterisasi I-V
DSSC menggunakan Keithley Type 2600A dengan penyinaran lampu halogen dengan
variasi intensitas sebesar 100 W/m2, 250 W/m2, 500 W/m2, 750 W/m2 dan 1000 W/m2.
Penelitian ini merupakan penelitian awal untuk mempelajari dan memahami proses
pembuatan sel surya berbasis DSSC menggunakan pewarna organik alam dan organik
sintesis dari ruthenium (N719). Spektrum absorbansi dan fotokonduktivitas optimum
dihasilkan oleh dye organik alam dan dan dye ruthenium (N719). Hasil penelitian
menunjukkan spektrum absorbansi dye organik alam terletak di rentang cahaya tampak
kisaran 300-500 nm sedangkan dye Ruthenium (N719) terletak di rentang cahaya
tampak kisaran 300-600 nm dengan puncak absorbansi 450 nm dan 550 nm.
Karakteristik listrik (I-V) dari dye dalam penelitian meningkat linear di bawah
pencahayaan. Selisih konduktivitas (∆ ) dye organik alam dan dye ruthenium (N719)
keadaan gelap dan di bawah pencahayaan untuk konsentrasi 0,1%, 0,5% dan 1%
berturut-turut sebesar 4,63 × 10-8 Ω−1 −1 , 1,49 × 10-7 Ω−1 −1 dan 3,57 × 10-6
Ω−1 −1 . Krakterisasi I-V DSSC dari dye organik alam yang terbesar dihasilkan oleh
dye kulit buah manggis dengan
sebesar 565
; SC = 1,52 �/ 2 ; FF = 0,12; dan
sebesar 0,09 %, sedangkan dye-ruthenium (N719) terbesar dihasilkan oleh dye
Ruthenium berkonsentrasi 1% dengan
sebesar 460
; SC = 7,5054 �/ 2 ; FF =
0,24; dan
sebesar 0,298 %. Secara keseluruhan dye organik alam dan dye organik
sintesis dapat menjadi alternatif menarik sebagai dye sensitizer.
Kata Kunci: Dye Sensitized Solar Cell (DSSC), Dye N719, Platina, dye sensitizer.
xiii
14
Hardani.S911302002. 2014. Characterization of Dye Natural and Ruthenium (N719) As
a Photosensitizers in Dye Sensitized Solar Cells (DSSC). Thesis. Supervisor I: Prof.
Drs. Cari, M.A., M.Sc., Ph.D. II: Dr. Agus Supriyanto, M.Si. Graduate Physics
Program, Graduate Study, Sebelas Maret University Surakarta.
ABSTRACT
DSSC consisted of FTO/ TiO2 / dye/ electrolyte/ Platinum/ FTO. This research aims are
to obtain the optical properties (spectrum absorption) and electricity properties
(photoconductivity) from dye natural and synthesis organic about on the performance of
the DSSC. The optical and electrical properties were tested using UV Visible
Spectrophotometer 1601 PC and Elkahfi 100/I-V meter, respectively, while the Keithley
type 2600A was used to characterization the DSSC with halogen lamp irradiation with
intensity variations of 100 W/m2, 250 W/m2, 500 W/m2, 750 W/m2 and 1000 W/m2. The
research is introduction research to explore and investigate the development of solar
cells DSSC based using dye natural and organic synthesis of ruthenium (N719).
Optimum absorption spectra and photoconductivity were generated by dye natural
organic and the dye- Ruthenium (N719). This study shown that absorption spectra of
dye natural organic were in the range 300-500 nm, while dye-ruthenium (N719) were in
the range of 300-600 nm with absorption peak of 450 nm and 550 nm. Electrical
characteristics (I-V) of the dye increased linearly under illumination. The difference
between conductivity in the dark and irradiation (Δσ) dye natural organic and dyeruthenium (N719) with a concentration of 0.1%, 0.5% and 1% respectively were 4.63 ×
10-8 Ω−1 −1 , 1.49 × 10-7 Ω−1 −1 and 3.57 × 10-6 Ω−1 −1 . Characteristic I-V DSSC
from dye natural organic who largest generated by dye-mangisten obtained Voc of 565
mV;Jsc= 1.52 A/m2;FF = 0.12; and
was about 0.09%, respectively, while dyeruthenium (N719) generated by the dye Ruthenium largest concentration of 1%
obtained Voc of 460 mV;Jsc= 7.5054 A/m2;FF = 0.24; and
was about 0.298%,
respectively. Overall, dye natural and synthesis organic could be attractive alternative as
a dye sensitized.
Keywords: Dye Sensitized Solar Cell (DSSC), Dye N719, Platina, dye sensitizer.
xiv
15
72
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1.
Ruthenium (N719) memiliki sifat optik dan sifat listrik sesuai dengan karakteristik
material fotonik. Dye Ruthenium (N719) memiliki puncak serapan pada rentang
cahaya tampak yaitu sekitar 300-600 nm. Sedangkan dye Ruthenium (N719) pada
keadaan gelap memiliki konduktivitas sebesar 5, 47 107 1m1 dan pada kondisi
terang
memiliki
konduktivitas
sebesar
6,94 107 1m1
dengan
selisih
konduktivitas (∆ ) sebesar 1,47 x 10-7 Ω-1m-1. Hal ini mengindikasikan bahwa dye
ruthenium (N719) memiliki kemampuan untuk menghasilkan arus listrik yang baik.
2.
Nilai efisiensi dari dye kulit buah manggis (Garnicia mangostana L.) sebesar
0,09%, wortel (Daucus carota L) 0,03%, kulit merah melinjo (Gnetum gnemon
Linn) 0,03%, rhoeo discolor (Tradescantia spathacea) 0,02%, euphorbia milii
(Desmoul) 0,02%, daun binahong (Bassela rubra linn) 0,01%, bunga terompet
ungu (Mandevilla sanderi) 0,006%, dan kulit buah pinang merah (Arecacatechu)
0,004%.
3.
Dye Ruthenium (N719)
dengan konsentrasi 1 % menunjukkan sifat yang terbaik jika diaplikasikan
kedalam DSSC dengan serapan absorbansi 320-550 nm dengan hasil karakteristik I-V yaitu menghasilkan
arus saat hubungan pendek (short current) Isc 0,75 mA dan tegangan terbuka (open
circuit) Voc 460 mV. Sedangkan efisiensinya mencapai 0,298% dengan fill
factornya 0,24.
4.
Untuk dye wortel dengan variasi pelarut. Penggunaan pelarut yang tepat dapat
meningkatkan arus yang dihasilkan DSSC. Pelarut aseton memiliki sifat kepolaran
yang baik dibandingkan dengan pelarut methanol dan etanol.
5.
Peningkatan
konsentrasi dapat mempengaruhi kinerja DSSC. Hal ini dapat dilihat
berdasarkan efisiensi yang dihasilkan. DSSC dengan dye Ruthenium (N719) 1%
menghasilkan Voc sebesar 460 mV dan Isc sebesar 0,75 mA. Efisiensi yang
dihasilkan adalah 0,298%.
72
73
6.
Optimasi intensitas pencahayaan dan lama pencahayaan dapat mempengaruhi
efisiensi. Karena semakin besar energi yang diserap oleh sel maka arus yang
dihasilkan semakin besar secara otomatis dapat meningkatkan efisiensi.
7.
Untuk dye kulit buah manggis dengan variasi metode pendeposisian TiO2.
Penggunaan metode spin coating lebih baik dibandingkan dengan metode slip
casting. Hal ini dikarenakan bahwa penggunaan metode spin coating mampu
menghasilkan ketebalan yang merata dan terkontrol.
5.2 Saran
Beberapa saran yang dapat digunakan untuk pengembangan DSSC supaya
menghasilkan hasil performa DSSC yang lebih baik diantaranya :
1.
Menggunakan bahan organik yang memiliki penyerapan cahaya yang baik.
2.
Menggunakan laboratorium yang standard agar mengurangi factor-faktor yang
menyebabkan penurunan kinerja dari sel surya.
3.
Memperbaiki struktur DSSC agar menghasilkan kinerja dan efisiensi yang lebih
baik.
4.
Menggunakan metode pendeposisian TiO2 yang berbeda seperti metode sprey yang
dapat menghasilkan lapisan TiO2 yang lebih rata.
5.
Variasi dari pengaruh lama penyinaran terhadap performa DSSC organik.
6.
Mengunakan elektroda lawan dari material lainnya yang memiliki sifat
konduktivitas dan katalis yang lebih baik.