Sintesa Titanium Dioxide (Tio2) Untuk Dye-Sensitized Solar Cell Dengan Antosianin Bunga Rosella (Hibiscus Sabdariffa)

DYE-SENSITIZED SOLAR CELL DENGAN

  commit to user SINTESA TITANIUM DIOXIDE (TiO ^{2 ) UNTUK}

  ANTOSIANIN BUNGA ROSELLA (Hibiscus sabdariffa) Disusun oleh : ELSA AYU ADHITYA M0209020 SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Fisika FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA

  

commit to user

HALAMAN PENGESAHAN

  Skripsi dengan judul: Sintesa Titanium Dioxide (TiO

  2 ) Untuk Dye-Sensitized Solar Cell Dengan Antosianin Bunga Rosella (Hibiscus sabdariffa)

  Yang ditulis oleh: Nama NIM

  : Elsa Ayu Adhitya : M0209020

  Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan penguji pada: Hari Tanggal

  : Selasa : 3 September 2013

  Dewan Penguji:

PERNYATAAN KEASLIAN

  Dengan ini saya menyatakan bah wa skripsi saya yang berjudul “Sintesa

  

Titanium Dioxide (TiO ) Untuk Dye-Sensitized Solar Cell Dengan Antosianin

₂ Bunga Rosella (Hibiscus sabdariffa)

  ” adalah hasil kerja saya atas arahan pembimbing dan sepengetahuan saya hingga saat ini, isi skripsi tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain atau materi yang telah diajukan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan Tinggi lainnya, jika ada maka telah dituliskan di daftar pustaka skripsi ini dan segala bentuk bantuan dari semua pihak telah ditulis di bagian ucapan terima kasih. Isi skripsi ini boleh dirujuk atau difotokopi secara bebas tanpa harus memberitahu penulis.

  Surakarta, September 2013 Elsa Ayu Adhitya

  

commit to user commit to user MOTTO

  Katakanlah, “Dialah Allah Yang Maha Esa.” Allah adalah tempat Bergantung semua urusan. Dia tidak melahirkan dan dilahirkan. Dan tidak ada Satupun yang setara dengan-Nya.

  (QS. Al-Ikhlas : 1-4)

  A person who never made a mistake never tried anything new

  (Albert Einstein)

  Education is the most powerful weapon which you can use to change the world

  (Nelson Mandela) commit to user PERSEMBAHAN Dengan segenap penuh rasa syukur kepada Allah SWT Karya dengan penuh perjuangan dan kesabaran Kupersembahkan karya ini kepada :

  Ibu dan Babe Tercinta Dian Alphilia, Shaleh Nugraha dan Rafa Naira

  Dosen Pembimbing Skripsi & Akademik Rekan Laboratorium Material Fisika UNS

  Teman-teman Seperjuangan Fisika 2009 (COMPTON) Mahasiswa Fisika 2010, 2011, 2012

  SINTESA TITANIUM DIOXIDE (TiO ^{2 ) UNTUK}

DYE-SENSITIZED SOLAR CELL DENGAN

  

ANTOSIANIN BUNGA ROSELLA (Hibiscus sabdariffa)

  ELSA AYU ADHITYA Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,

  Universitas Sebelas Maret, Surakarta

  

ABSTRAK

  Sintesa Titanium Dioxide (TiO

  2 ) untuk Dye Sensitezed Solar Cell (DSSC)

  dengan antosianin bunga rosella (Hibiscus sabdariffa) telah dilakukan menggunakan metode sol-gel. Lapisan semikonduktor merupakan bagian yang penting dari DSSC yang dapat memberikan daerah serapan tinggi untuk penyerapan dye sehingga arus yang dihasilkan semakin tinggi. Pada penelitian ini TiO

  

2 disintesa dengan variasi kecepatan putar (300 rpm, 400 rpm dan 500 rpm)

  dan suhu kalsinasi (400°C, 500°C dan 600°C). DSSC dibentuk dengan struktur

  sandwich

  , dimana dua elektroda mengapit elektrolit. Elektroda kerja berupa lapisan TiO

  2 pada substrat kaca Fluorine doped Tin Oxide (FTO) disensitisasi

  dengan dye antosianin. Elektroda lawan merupakan lapisan karbon pada kaca

  2 FTO. Sel yang difabrikasi mempunyai luas 1,5 cm , sel direndam dalam dye antosianin dengan memvariasi waktu perendaman selama 24 jam dan 48 jam.

  Karakterisasi menggunakan metode sinar-X memperlihatkan sampel memiliki fase rutile dan anatase. Pengukuran absorbansi dye dilakukan Spektrofotometer UV-Visible Lambda 25. Hasil pengukuran memperlihatkan absorbansi terjadi pada panjang gelombang 440 - 620 nm. Efisiensi sel diukur dengan I-V meter Keithley untuk perendaman 24 jam dan 48 jam. Efisiensi DSSC tertinggi sebesar 0,0221(4)% yang menggunakan TiO 2 I pada perendaman dye 48 jam. Kata kunci: Titanium Dioxide, Dye Sensitized Solar Cell, Rosella,

  Struktur sandwich

  

commit to user

  SYNTHESIS OF TITANIUM DIOXIDE (TiO ^{2 ) FOR}

DYE-SENSITIZED SOLAR CELL WITH

  

ANTHOCYANIN ROSELLA (Hibiscus sabdariffa)

  ELSA AYU ADHITYA Physics Department, Faculty of Mathematic and Natural Science

  Sebelas Maret University, Surakarta

  

ABSTRACT

  Synthesis of Titanium Dioxide (TiO

  2 ) for Dye Sensitized Solar Cell (DSSC)

  with anthocyanin rosella (Hibisccus sabdariffa) has succesfully been done using sol-gel technique. The semiconductor layer is a very important part of the DSSC since it gives a high surface area for dye absorption which gives rise to high currents. In this study, TiO

  2 was synthesized with rotational speed variations (300

  rpm, 400 rpm and 500 rpm) and calcination temperatures (400°C, 500°C and 600°C). DSSCs were formed structurally two electrodes sandwiched the electrolyte. The working electrode is TiO

  2 layer coating on a Fluorine doped Tin

  Oxide (FTO) glass substrat and sensitified with anthocyanin dye. A counter electrode is carbon coating on the FTO. The fabricated solar cells have an area of

  2

  1.5 cm , soaked in the anthocyanin dye for 24 hours and 48 hours. The sample was characterised with X-ray diffraction method. The x-ray diffractogram indicates that the sample possesses rutile and anatase phase. The dye absorption measuring using Spektrofotometer UV-Visible Lambda 25 showed the absorption occurs in the range 440-620 nm. The efficiencies of the solar cells measured by I- V meter Keithley for 24 and 48 hours soaking. The highest efficiency of the DSSC using TiO 2 I is 0,0221(4)% immersion dye in 48 hours.

  Keyword: Titanium Dioxide, Dye Sensitized Solar Cell, Rosella, sandwich

   structure

commit to user

KATA PENGANTAR

  Segala puji syukur kepada Allah SWT atas semua limpahan nikmat, rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyeleseaikan penulisan skripsi. Sholawat dan salam senantiasa penulis haturkan kepada rosulullah, nabi Muhammad SAW yang telah menjadi panutan serta suri tauladan umatnya.

  Skripsi yang penulis susun sebagai bagian dari syarat untuk mendapatkan

  2 ) Untuk

  gelar sarjana sains ini penulis beri judul “Sintesa Titanium Dioxide (TiO

  

Dye-Sensitized Solar Cell Dengan Antosianin Bunga Rosella (Hibiscus

sabdariffa

  ) ”. Hasil skripsi ini merupakan kebahagiaan tersendiri bagi penulis. Skripsi ini dapat terselesaikan atas bantuan beberapa pihak yang telah membantu penulis menyelesaikan skipsi ini dalam keadaan suka maupun duka. Atas bantuannya yang sangat besar selama proses pengerjaan skripsi ini, ucapan terima kasih secara khusus penulis sampaikan kepada:

  1. Bapak Prof. Ir. Ari Handono Ramelan, M.Sc (Hons), Ph.D, selaku Pembimbing I serta Pembimbing Akademik yang telah memberikan motivasi, bimbingan serta saran dalam penyusunan skripsi ini.

  2. Bapak Drs. Suharyana, M.Sc., selaku Pembimbing II.

  3. Bapak, Ibu dosen serta Staff di Jurusan FISIKA FMIPA UNS.

  4. Ibu dan Babe, atas semua kasih sayang dan kesabaran dalam mendidik.

  5. Rekan kerja Laboratorium Material Fisika: Mas Fredicha, Tira, Riana, Nafiah, Ain, Mbak Nia, Mbak Nita, Mbak Dewi dan Mas Boisandi.

  6. Rian R. Wahyuningrum, Reza Devianta , Satria Kinayung dan Silvia Setyowati yang selalu memberi semangat.

  7. Rekan-rekan Fisika FMIPA UNS.

  Semoga Allah SWT membalas atas semua jerih payah dan pengorbanan yang telah diberikan, dengan balasan yang terbaik menurut-Nya. Aamiin ya Allah. Penulis menyadari akan banyaknya kekurangan dalam penulisan skripsi ini. Namun demikian, penulis berharap semoga karya kecil ini bisa bermanfaat.

  

commit to user

HALAMAN PUBLIKASI

  ) Sebagian dari skripsi saya yang berjudul “Sintesa Titanium Dioxide (TiO

  2 Untuk Dye-Sensitized Solar Cell Dengan Antosianin Bunga Rosella (Hibiscus sabdariffa

  )” telah : 1. Dipresentasikan di : Annual Conference-HFI JTY 2013 “Innovation

  Synergy for Improving National Competitiveness” Physics Department, Faculty of Mathematics and Natural Sciences Sebelas Maret University, Surakarta, 22-23 Maret 2013.

2. Diterima di : Indonesian Journal of Applied Physics (IJAP) Jurusan

  Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret, yang diterbitkan pada Oktober 2013/ Vol 3/ No.2/

  ) Untuk Dye-Sensitized dengan judul “Sintesa Titanium Dioxide (TiO

  2 Solar Cell Dengan Antosianin Bunga Rosella (Hibiscus sabdariffa

  )”

  

commit to user

  

DAFTAR ISI

  Halaman HALAMAN JUDUL ....................................................................................... i HALAMAN PENGESAH ............................................................................... ii PERNYATAAN KEASLIAN .......................................................................... iii MOTTO ............................................................................................................ iv PERSEMBAHAN ............................................................................................. v

  ABSTRAK ……..…………………………………………………………….. vi

  ABSTRACT ………………………………………………………………….. vii

  KATA PENGANTAR ……………………………………………………….. viii

  HALAMAN PUBLIKASI ................................................................................ ix DAFTAR ISI x

  ………………………………………………………………… DAFTAR TABEL

  ……………………………………………………………. xi DAFTAR GAMBAR

  ………………………………………………………… xii DAFTAR SIMBOL

  ………………………………………………………….. xiv DAFTAR LAMPIRAN

  ………………………………………………………. xvi

  BAB I PENDAHULUAN 1 ………………………………………………….

  1.1.

  1 Latar Belakang Masalah …………………………………………… 1.2.

  4 Batasan Masalah ….………………………………………………..

  1.3.

  5 Perumusan Masalah …………….…………………………………..

  1.4.

  5 Tujuan Penelitian ……………….…………………………………..

  1.5.

  5 Manfaat Penelitian ………………………………………………….

  BAB II LANDASAN TEORI ........................................................................

  6 2.1.

  6 Sel Surya ………….……………..………………………………… 2.1.1. Sel Surya Anorganik .............................................................

  6 2.1.2. Sel Surya Organik .................................................................

  7 2.2.

  9 Material DSSC .......………………………….……….…………….

  2.2.1. Semikonduktor TiO 2 ..............................................................

  9

  2.2.2. Dye Antosianin Bunga Rosella (Hibiscus sabdariffa) ........... 10

  2.2.3. Elektrolit ................................................................................. 12

  2.2.4. Counter Elektrode ................................................................. 12

  2.2.5. Fluorine doped Tin Oxide ..................................................... 12 2.3. Kinerja DSSC ...........………………………………….……….….. 13

  

commit to user

2.4.

  

commit to user

2.5.

  Telah Direndam dalam Dye ................................................... 23

  DAFTAR PUSTAKA ………………………………………………………... 36

  Kesimpulan ………………………………………………………… 35 5.2. Saran………………………………………………………………... 35

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN …..…………………………………. 35 5.1.

  4.3. Karakteristik Arus-Tegangan Sel Surya dengan I-V meter Keithley .. 31

  4.2. Karakteristik Absorbansi Dye Antosianin Bunga Rosella .............. ... 30

  dengan X-Ray Diffraction (XRD) .......… 26

  2

  ……………………………………. 26 4.1. Karakterisasi Bubuk TiO

  3.4.3. Karakterisasi Arus dan Tegangan DSSC ............................ 25 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .

  2 ........ 24

  3.4.2. Karakterisasi Struktur Kristal dan Ukuran Kristal TiO

  2 pada kaca FTO yang

  Spektroskopi UV-Vis ….........................………………………....... 17

  ) dan Absorbansi Lapisan TiO

  sabdariffa

  3.4.1. Karakterisasi Absorbansi Dye Bunga Rosella (Hibiscus

  ………………………….......... 21 3.3.4. Ekstraksi Antosianin Bunga Rosella (Hibiscus sabdariffa) … 22 3.3.5. Preparasi Lapisan Carbon ……..……………………………. 22 3.3.6. Preparasi Elektrolit ................................................................. 22 3.3.7. Fabrikasi DSSC ...................................................................... 23 3.4. Analisa Data ..................................................................................... 23

  ……………………………………. 21 3.3.3. Deposisi Lapisan Tipis TiO 2 .

  ……….…………………….. 20 3.3.2. Pembuatan Pasta TiO 2 ...

  2 ....................

  Pembuatan TiO

  Peralatan ................…………………………………………. 18 3.2.2. Bahan yang Digunakan …………………………………….. 19 3.3. Metode Penelitian ………………………………………………….. 19 3.3.1.

  Tempat dan Waktu Penelitian ……………………………………… 18 3.2. Alat dan Bahan yang Digunakan ………………………………….. 18 3.2.1.

  BAB III METODOLOGI PENELITIAN ……………………………………. 18 3.1.

  LAMPIRAN-LAMPIRAN …………………………………………………… 40

  

DAFTAR TABEL

  Halaman

Tabel 2.1. Perbandingan Sifat TiO 2 Untuk Fase Rutile dan Anatase ......

  ….. 10

Tabel 3.1. Sampel TiO

  2 dengan Variasi Kecepatan Putar

  dan Suhu Kalsinasi ….................................................................... 21

Tabel 3.2. Skala Spektrum Cahaya Tampak

  …………………………….... .. 24

Tabel 4.1. Hasil Analisa Ukuran Kristal TiO

  2 ………...……....…………….. 30

Tabel 4.2. Hasil Analisis Parameter Kisi 2 ..

  dan pada bubuk TiO …......... 30

Tabel 4.3. Hasil Efisiensi DSSC

  …….................................………………… 34

  

commit to user

  DAFTAR GAMBAR

  Halaman

Gambar 2.1. Prinsip Kerja DSSC

  9 …………………………………………..

Gambar 2.2. Bunga Rosella (Hibiscus sabdariffa) .........................

  ……….. 11

Gambar 2.3. Kurva Karakteristik Sel Surya ................................................. 13 Gambar 2.4. Difraksi Sinar-X pada Kristal .......................

  ...….…………… 15

Gambar 3.1. Diagram alir penelitian ............................................................. 20Gambar 3.2. Spektrofotometer UV-Vis Lambda 25 ..................................... 23Gambar 3.3. I-V meter Keithley 2400 Source Meter ..................................... 26Gambar 4.1. Karakterisasi bubuk TiO

  2 I, II dan III ...................................... 27

Gambar 4.2. Karakterisasi bubuk TiO2 IV, V dan VI .................................. 27Gambar 4.3. Karakterisasi bubuk TiO2 VII, VIII dan IX ............................. 28Gambar 4.4. Karakterisasi bubuk TiO2 sampel 1 ......................................... 29Gambar 4.5. Spektrum Absorbansi dye bunga Rosella (Hibiscus

  sabdariffa ) ................................................................................ 31

Gambar 4.6. Kurva I-V sampel I dengan variasi perendaman 24 jam ...... .. 32 Gambar 4.7. Kurva I-V sampel II dengan variasi perendaman 48 jam ..

  … .. 33

  

commit to user

DAFTAR SIMBOL

  Satuan

  P = Daya

  watt

  V = Tegangan

  volt

  I = Arus Listrik

  ampere = Efisiensi

  %

  T = Suhu

  °C

  t

  = Waktu sekon

  λ = Panjang Gelombang

  nm

  Eg = Celah Energi

  eV = Sudut

  Rad

  2 A = Luas Permukaan

  cm = Tetapan kisi-kisi

  Å = Tetapan kisi-kisi

  Å

  2 I o = Intesitas tanpa serapan W/m A = Absorbansi

• 1 -1

  = Absortivitas untuk panjang gelombang tertentu lt mol .cm

• 1

  c = Konsentrasi sampel

  mol lt

  b

  = Ketebalan sampel cm

• 1

  a = Koefisien absorbsi

  mm = Transmitansi

  2 I = Intensitas cahaya yang keluar tiap sampel W/m

  = Selisih panjang lintasan nm = jarak antar bidang nm

  d’

commit to user