SEMINAR TUGAS AKHIR 2014 -...

SEMINAR TUGAS AKHIR 2014

FABRIKASI DYE SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC) DENGAN SINTESIS DYE KOMPOSIT DARI Garcinia mangostana, Celosia Cristata , Beta

vulgaris rubra DAN Musa aromatica PADA FRAKSI VOLUME TiO2 OPTIMUM

Rizki Amelia 2410 100 082

Dosen Pembimbing

Dr. Ing. Doty Dewi Risanti, ST. MT Dyah Sawitri, ST. MT

Minyak bumi masih banyak digunakan sebagai sumber energi. *

Penggunaan energi terbarukan masih sangat kecil . *

* Kementerian ESDM, 2010

LATAR BELAKANG

Perkembangan Sel Surya

Ditemukan oleh Gratzel dan O’

Regan pada tahun 1991

11% - 12% (Ruthenium Complex).

Pembuatannya sulit dan mahal

Sel surya berbahan dasar

silikon

(Grätzel, 2003)

(Zhou, dkk., 2011)

(O’Regan dan Grӓtzel, 1991)

Ruthenium Complex

Harga yang sangat mahal Jumlah terbatas Tidak ramah lingkungan

Pewarna alami

Harga yang cukup terjangkau Jumlah yang sangat melimpah Ramah lingkungan

Penelitian sebelumnya . . . Telah diteliti DSSC dengan menggunakan

fraksi volume anatase-rutile sebesar 90%:10% memiliki efisiensi sebesar 0,076%

(Lestari,2014)

Telah diteliti DSSC dengan menggunakan variasi dye komposit single layer – multi layer (Sidik,2014)

Berdasarkan penelitian sebelumnya, betalain dapat menghasilkan efisiensi yang tinggi. (Calogero dkk,2012)

Berdasarkan penelitian sebelumnya, musa

aromtica dapat menghasilkan nilai Voc

yang tinggi (Prima,2013)

Bagaimana karakteristik dari dye komposit dan pengaruhnya terhadap efisiensi DSSC.

Menganalisa karakteristik dye komposit dan pengaruhnya terhadap efisiensi DSSC yang dihasilkan.

PERMASALAHAN

TUJUAN

Pelapisan TiO2 pada kaca TCO menggunakan metode doctor blade.

Perbandingan fraksi volume anatase dan rutile adalah 100 % anatase dan 90%:10%.

Untuk komposit dye single layer menggunakan perbandingan massa 1:1.

Layer pertama pada saat perendaman untuk komposit dye multi layer adalah pigmen anthocyanin.

Waktu perendaman dye yang mengandung pigmen betalanin baik pada single layer maupun multi layer selama 6 jam. Sedangkan pada susunan single layer dan multi layer yang tidak mengandung pigmen betalanin, waktu perendaman nya selama 12 jam.

BATASAN MASALAH

TINJAUAN PUSTAKA Prinsip Kerja DSSC

(Nazeeruddin, 2011)

Komponen DSSC

Substrat

Substrat berfungsi untuk tempat melekatnya seluruh material DSSC. (Rahman, 2008) Semikonduktor

Semikonduktor yang digunakan memiliki celah pita yang lebih lebar . Semikonduktor yang biasanya dipakai pada DSSC adalah TiO2. (Rahman, 2008)

Sensitizer

Sensitizer adalah material yang memberikan pengaruh sensitasi semikonduktor terhadap cahaya. Sensitizer berperan sebagai lapisan penyerap elektron foton. (Rahman, 2008)

Counter Elektroda

Counter elektroda digunakan untuk membantu elektron dari sirkuit eksternal kembali ke elektrolit redoks. (Rahman, 2008)

Elektolit

Elektrolit berfungsi untuk meregenerasi elektron pada dye yang telah mengalami eksitasi dan kehilangan elektron. (Rahman, 2008)

Performansi DSSC

SCOC

MPPMPP

IVIVFF .

=

FFIVP SCOCMAX ..=

Cahaya

MAX

PP

=η(Agustini, 2013)

Incident Photon to Current Conversion Efficiency (IPCE) merupakan parameter untuk menentukan efisiensi konversi cahaya pada DSSC

cahaya

SC

PJIPCE

××

=λ

1240[%]

400 450 500 550 600 650 7000

20

40

60

80

100

120

IPCE

(%)

λ(nm)

ABC' AB' AC AB ABC ACB' AC'

-1400 410 420 430 440 450 460 470 480 490

02468

1012

(Sidik, 2014)

METODOLOGI PENELITIAN

Sintesis TiO2

10 ml TiCl3 +4,7 ml aquades + 0,3 ml HCl 37%

20 ml HCl 37% 50 ml NH3 25%

1 2 3

4 5

Penambahan NH3 hingga larutan berwarna putih

Larutan membentuk endapan

XRD TiO2

-2000

200400600800

10001200140016001800

10 20 30 40 50 60 70220240260280300320340360380400420440

Inte

nsita

s

Rutile

Inte

nsita

s

2θ

Anatase

Ukuran partikel 69,07 nm

Ukuran partikel 20,06 nm

Ekstraksi Kulit Manggis

Sebanyak 20 gram bubuk kulit manggis diekstrak dengan 100 ml ethanol 96% menggunakan soxhlet extractor.

Ekstraksi Bunga Jengger Ayam

2 1 3

Sebanyak 10 gram bubuk bunga jengger ayam

diaduk dengan 50 ml ethanol 96%

menggunakan magnetic stirrer

dengan suhu 25oC selama 1 menit

Setelah 10 menit, larutan diperas

Ditambahkan bubuk bunga jengger ayam

Ekstraksi Buah Bit Merah

1 2

3

Direndam dalam larutan HCl 0,1M selama 24 jam

4

Di-centrifuge dengan kecepatan 4000 rpm selama 10

menit

Ekstraksi Kulit Pisang Mas

1 2 3

4 5

Kulit pisang dipisahkan dari daging buahnya dan

dicuci

Dijemur di bawah sinar matahari selama 2 hari

Suhu 100 oC selama 2-3 jam

Direndam dalam larutan ethanol 96% selama 2

minggu

400 450 500 550 600 650 700

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Abso

rban

si

Panjang Gelombang (nm)

Bunga jengger ayam

400 450 500 550 600 650 700

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

Abso

rban

si

Panjang Gelombang (nm)

Kulit Manggis

UV Vis Pewarna Alami

400,5 nm

387 nm

Kulit Manggis

Bunga jengger Ayam

Buah Bit Merah

Kulit Pisang Mas

400 450 500 550 600 650 700

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

Abso

rban

si

Panjang Gelombang (nm)

Bit Merah

485 nm

400 450 500 550 600 650 7000,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

Abso

rban

si

Panjang Gelombang (nm)

Kulit pisang mas

665 nm

UV Vis Campuran Bunga Jengger Ayam dan Buah Bit Merah

400 450 500 550 600 650 700

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

Abso

rban

si

Panjang Gelombang (nm)

% J : % B 10 : 90 20 : 80 30 : 70 40 : 60 50 : 50 60 : 40 70 : 30 80 : 20 90 ; 10

UV Vis Campuran Pewarna Alami

Anthocyanin + Betalanin

400 450 500 550 600 650 700

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

Abso

rban

si

Panjang Gelombang (nm)

Anthocyanin + Betalanin

400 450 500 550 600 650 700

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

Abso

rban

si

Panjang Gelombang (nm)

Kulit Manggis

400 450 500 550 600 650 700

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

Abso

rban

si

Panjang Gelombang (nm)

Bit Merah

400 450 500 550 600 650 700

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Abso

rban

si

Panjang Gelombang (nm)

Bunga jengger ayam

Anthocyanin + Caroten

400 450 500 550 600 650 700

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

Abso

rban

si

Panjang Gelombang (nm)

Anthocyanin + Caroten

400 450 500 550 600 650 700

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

Abso

rban

si

Panjang Gelombang (nm)

Kulit Manggis

400 450 500 550 600 650 7000,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

Abso

rban

si

Panjang Gelombang (nm)

Kulit pisang mas

Anthocyanin + Betalanin + Caroten

400 450 500 550 600 650 700

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

Abso

rban

siPanjang Gelombang (nm)

Anthocyanin + Betalanin + Caroten 400 450 500 550 600 650 700

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

Abso

rban

si

Panjang Gelombang (nm)

Kulit Manggis

400 450 500 550 600 650 700

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Abso

rban

si

Panjang Gelombang (nm)

Bunga jengger ayam

400 450 500 550 600 650 700

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

Abso

rban

si

Panjang Gelombang (nm)

Bit Merah

400 450 500 550 600 650 7000,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

Abso

rban

si

Panjang Gelombang (nm)

Kulit pisang mas

Pelapisan TiO2 pada kaca TCO

Selotip

TCO

Pasta TiO2 Penggaris

0,5 cm

Pasta TiO2 dikeringkan selama kurang lebih 20 menit dan disentering di hot plate pada temperatur 225oC selama 2 menit.

Perendaman TCO berlapis TiO2 di dalam dye

Perakitan DSSC

Elektrolit yang digunakan dibuat dengan cara melarutkan 0,8 gram KI 0.5M dan 0.127 gram I2 0.05 M ke dalam acetonitril 10 ml. Kemudian 7 gram PEG dilarutkan dalam 25 ml kloroform. Kedua larutan tersebut diaduk menggunakan magnetic stirrer dengan suhu 80oC selama 1 jam. (Wahyuono, 2013)

Kurva I-V (Pewarna Tunggal pada Fraksi Volume 100% Anatase)

Sampel Jsc (mA.cm-2) Voc (mV) FF 𝞰 (%)

Anthocyanin 0,028 198 47 0,015 *

Carotenoid 0,0596 227 38 0,034 Betalanin 0,0704 238 31 0,035

* Agustini, 2013

0 50 100 150 200 2500

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Arus

(µΑ)

Tegangan (mV)

Anthocyanin (100) Betalain (100) Carotenoid (100)

Kurva I-V (Single Layer Komposit pada Fraksi Volume 100% Anatase)

Sampel Jsc (mA.cm-2) Voc (mV) FF 𝞰 (%)

AB (100) 0,0516 165,33 30 0,017 AC (100) 0,100094 242 21 0,033

ABC (100) 0,050116 211,5 16 0,011 Anthocyanin 0,028 198 47 0,015 *

* Agustini, 2013

0 50 100 150 200 2500

5

10

15

20

25

Arus

(µA)

Tegangan (mV)

AB (100) AC (100) ABC (100) Anthocyanin (100)

Kurva I-V (Single Layer Komposit pada Fraksi 100% Anatase : 90% Rutile)

Sampel Jsc (mA.cm-2)

Voc (mV) FF 𝞰 (%)

AB (90:10) 0,0536 300 33 0,035 AC (90:10) 0,088 296 23 0,039

ABC (90:10) 0,1084 266,125 13 0,026 Anthocyanin

(90:10) 0,104 347 42 0,076 **

** Lestari, 2014 0 50 100 150 200 250 300 3500

5

10

15

20

25

30

Arus

(µA)

Tegangan (mV)

AB (90:10) AC (90:10) ABC (90:10) Anthocyanin (90:10)

Kurva I-V (Multi Layer pada Fraksi Volume 100 % Anatase)

Sampel Jsc (mA.cm-2)

Voc (mV) FF 𝞰 (%)

A’B’ (100) 0,07696 255 20 0,027 A’C’ (100) 0,0724 243,2857 27 0,031

A’B’C’ (100) 0,064 180,8889 20 0,016 A’C’B’ (100) 0,062 84 26 0,009

0 50 100 150 200 250 3000

5

10

15

20

Arus

(µA)

Tegangan (mV)

A'B' (100) A'C' (100) A'B'C' (100) A'C'B' (100)

Kurva I-V (Multi Layer pada Fraksi Volume 90% Anatase : 10% Rutile)

Sampel Jsc (mA.cm-2)

Voc (mV) FF 𝞰 (%)

A’B’ (90:10) 0,0692 163 20 0,015 A’C’ (90:10) 0,096 258,75 28 0,047

A’B’C’ (90:10) 0,0704 188,5455 23 0,020 A’C’B’ (90:10) 0,0588 267 34 0,036

0 50 100 150 200 250 3000

5

10

15

20

25

Arus

(µA)

Tegangan (mV)

A'B' (90:10) A'C' (90:10) A'B'C' (90:10) A'C'B' (90:10)

Nilai Efisiensi

Sampel Jsc (mA.cm-2) Voc (mV) FF 𝞰 (%)

Anthocyanin 0,028 198 47 0,015 *

Carotenoid 0,0596 227 38 0,034 Betalanin 0,0704 238 31 0,035

Sampel Jsc (mA.cm-2) Voc (mV) FF 𝞰 (%)

AB (100) 0,0516 165,33 30 0,017 AC (100) 0,100094 242 21 0,033

ABC (100) 0,050116 211,5 16 0,011 Anthocyanin 0,028 198 47 0,015 *

Sampel Jsc (mA.cm-2)

Voc (mV) FF 𝞰 (%)

AB (90:10) 0,0536 300 33 0,035 AC (90:10) 0,088 296 23 0,039

ABC (90:10) 0,1084 266,125 13 0,026 Anthocyanin

(90:10) 0,104 347 42 0,076 **

Sampel Jsc (mA.cm-2)

Voc (mV) FF 𝞰 (%)

A’B’ (100) 0,07696 255 20 0,027 A’C’ (100) 0,0724 243,2857 27 0,031

A’B’C’ (100) 0,064 180,8889 20 0,016 A’C’B’ (100) 0,062 84 26 0,009

Sampel Jsc (mA.cm-2)

Voc (mV) FF 𝞰 (%)

A’B’ (90:10) 0,0692 163 20 0,015 A’C’ (90:10) 0,096 258,75 28 0,047

A’B’C’ (90:10) 0,0704 188,5455 23 0,020 A’C’B’ (90:10) 0,0588 267 34 0,036

Spektrum IPCE Pewarna Tunggal, Single Layer dan Multi Layer

350 400 450 500 550 600 650 7000,000

0,002

0,004

0,006

0,008

0,010IP

CE (%

)

Panjang Gelombang (nm)

AB (100) AC(100) ABC (100) AB (90:10) AC (90:10) ABC (90:10) A'B' (100) A'C' (100) A'B'C' (100) A'C'B' (100) A'B' (90:10) A'C' (90:10) A'B'C' (90:10) A'C'B' (90:10) Anthocyanin (100) Betalain (100) Carotenoid (100)

Pigmen Anthocyanin diambil dari penelitian (Agustini, 2013)

Efisiensi terbaik terdapat dalam susunan multi layer terdapat sampel A’C’ dengan variasi TiO2 90% anatase:10% rutile sebesar 0,047% dengan Jsc sebesar 0,096 mA.cm-2. Sedangkan untuk susunan single layer komposit terdapat pada sampel AC 90% anatase : 10% rutile sebesar 0,039% dengn Jsc sebesar 0,088 mA.cm-2. Secara umum susunan pewarna multi layer mampu meningkatkan

efisiensi sebesar 0,018%. Pigmen betalain tidak cocok jika dicampur dengan pigmen yang

lain karena mengalami degradasi.

KESIMPULAN

SARAN

Adanya perlakuan khusus untuk TiO2 yang menggunakan pewarna yang berasal dari betalain yaitu dengan memberikan perlakuan asam sebelum direndam dalam pewarna

TERIMA KASIH