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