Prosiding Tugas Akhir Semester Genap 2008/2009 SK - 01

Transkripsi

1 Prosiding Tugas Akhir Semester Genap 2008/2009 SK - 01 PENGARUH HUBUNGAN SERI-PARALEL PADA RANGKAIAN SEL SURYA PEWARNA TERSENSITISASI (SSPT) TERHADAP EFISIENSI KONVERSI ENERGI LISTRIK Kholid Ramadhani*, Prof. Dr. Syafsir Akhlus, MSc. 1 Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya ABSTRAK Penelitian yang telah dilakukan ini berkaitan dengan pengukuran arus dan tegangan yang dihasilkan serta efisiensi konversi energi listrik pada rangkaian sel surya pewarna tersensitisasi yang disusun berdasarkan kombinasi hubungan seri-pararel. Sel surya yang digunakan pada penelitian ini menggunakan zat warna yang berasal dari buah mangsi (Phyllanthus reticulatus poir). Sel surya pewarna tersensitisasi yang digunakan pada setiap rangkaian masing-masing sebanyak empat buah. Efisiensi yang dihasilkan pada rangkaian 1, rangkaian 2, rangkaian 3, rangkaian 4 masing-masing sebesar 0,1619%, 0,1285%, 0,2103%, dan 0,1325%. Efisiensi konversi energi listrik tertinggi dihasilkan oleh rangkaian 3 pada pengukuran outdoor hari pertama yaitu sebesar 0,2103%. Kata kunci : rangkaian seri-pararel, sel surya pewarna tersensitisasi, buah mangsi (Phyllanthus reticulatus poir). ABSTRACT This research study related to the measurements of current and voltage output and efficiency of dye sensitized solar cell (DSSC) in order of simple connectivity of series-paralell combination. In which the dye used in solar cell, was derived from mangsi (Phyllanthus reticulatus poir).. The solar cells as used in every combination is four cells. Electric energy conversion efficiency have been obtained in DSSC combination number 1, combination 2, combination 3 and combination 4 are 0,1619%, 0,1285%, 0,2103%, dan 0,1325%. Highest electric energy conversion efficiency is 0,2103% which has been obtained in DSSC combination number 3 on the first day of measurement. Keyword : series-parallel combination, dyed-sensitized solar cell, Phyllanthus reticulatus poir. PENDAHULUAN Beberapa sumber energi terbaharukan disarankan sebagai alternatif untuk mengatasi krisis energi saat ini diantaranya adalah sumber energi surya, biomassa, angin dan tenaga air. Energi surya menjadi salah satu alternatif yang banyak digunakan karena sangat menjanjikan antara lain ditinjau dari segi kelimpahannya di alam, bersih, aman dan memungkinkan sebagai pembangkit energi di daerahdaerah terpencil (Mayo, 2004). Alasan- alasan lain mengapa energi suya merupakan energi alternatif yang sangat menjanjikan adalah radiasi energi surya yang mencapai permukaan bumi berkisar 1 x 10 5 TW atau dengan nilai teknis TW. Nilai ini terbesar dibandingkan sumber-sumber energi alternatif lain kwh untuk tiap meter persegi lahan (LoCascio, 2002). * Corresponding author Phone : kholidramadhani@gmail.com 1 Alamat sekarang : Jur Kimia, Fak. MIPA, Institut Teknologi 10 Nopember, Surabaya. Perkembangan sistem konversi energi surya menjadi energi listrik berlangsung melalui sistem yang disebut sebagai sel fotovoltaik. Sel surya merupakan suatu mekanisme yang bekerja berdasarkan efek fotovoltaik dimana foton dari radiasi diserap kemudian dikonversikan (diubah) menjadi energi listrik. Efek voltaik sendiri adalah suatu peristiwa terciptanya muatan listrik didalam bahan sebagai akibat penyerapan (absorbsi) cahaya dari bahan tersebut (Malvino, 1986). Sistem fotovoltaik nonkonvensional yang telah diteliti dan paling terkenal adalah sistem fotovoltaik generasi ketiga yang dikembangkan oleh Michael Grätzel pada 1991 dimana sistem ini dinamakan sel surya pewarna tersensitisasi (dye sensitised solar cell) (Halme, 2002), Prinsip kerja sel surya pewarna tersensitisasi ( SSPT ) atau Dye-sensitized Sollar Cell (DSSC) menggabungkan tiga proses yang berbeda yaitu eksitasi fotosensitizer oleh foton, pemanfaatan pita konduksi, reaksi redoks pada larutan elektrolit. Mulamula foton yang menerobos kristal nano diabsorb oleh fotosensitiser dan mengeksitasi elektron dari

2 fotosensitizer ke keadaan tereksitasi. Melalui transfer muatan, elektron yang berada pada keadaan tereksitasi akan turun ke pita konduksi dari TiO 2, elektron akan mengalir lewat elektroda menuju elektroda lawan. Elektron yang ada di elektroda lawan akan bereaksi dengan larutan eletrolit yang akan menyebabkan terjadi reaksi redoks pada elektrolit. Reaksi redoks pada elektrolit pada gilirannya akan memberikan elektron kepada fotosensitizer dan siap untuk dieksitasi lagi untuk memulai siklus berikutnya (Akhlus, 2007). Arus dan tegangan yang dihasilkan oleh sebuah sel surya pewarna tersesensitisasi saat ini relatif kecil sehingga mengakibatkan efisiensi konversi energi yang dihasilkan kecil. Untuk meningkatkan arus dan tegangan SSPT salah satunya dengan cara menggabungkan beberapa SSPT menjadi susunan rangkaian SSPT yang dihubungkan secara seri, paralel, maupun gabungan keduanya. Hubungan sel surya satu dengan lainnya pada suatu rangkaian dapat mempengaruhi efisiensi yang dihasilkan. Oleh karena itu untuk menentukan hubungan SSPT yang tepat pada suatu rangkaian SSPT dilakukan pengukuran arus dan tegangan dengan menggunakan karakterisasi melalui kurva arus dan tegangan (Halme, 2002). METODOLOGI PENELITIAN Alat dan Bahan Alat Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah kaca oksida penghantar transparan (dari Hartford Glass, Inc, Indiana), clip binder, pensil grafit, isolasi, gunting, glassbeads, mortar (penggilingan), kertas tisu, kertas saring, kabel, beker glass, pipet tetes, pipet gondok, gelas ukur, cawan petri, cawan arloji, oven, furnace, batang pengaduk, aluminium foil, ampul, dan neraca timbang serta pyranometer Bahan Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah serbuk TiO 2 (dari Tronox), asetil aseton, triton X-100, larutan I 2 dalam KI, buah mangsi, etanol, HCl, aquades. METODOLOGI Preparasi Larutan Pembuatan Suspensi TiO 2 Bubuk TiO 2 (Tronox) sebanyak 6 gram digerus dengan menggunakan mortar kemudian ke dalamnya ditambahkan asetil aseton sebanyak 0.2 ml yang telah dilarutkan dalam 1 ml air. Campuran ini diaduk hingga merata. Kemudian ke dalam campuran tersebut ditambahkan sebanyak 8 ml air destilasi, yang dimasukkan secara perlahan lahan sambil diaduk supaya merata. Jika telah merata, larutan TiO 2 dimasukkan dalam botol tertutup dan dikocok dengan menggunakan glassbeads untuk memecahkan partikel partikel TiO 2. Lalu ke dalam suspensi yang telah dikocok dimasukkan 0.1 ml triton X-100 yang telah dilarutkan dalam 1 ml air. Setelah penambahan triton X-100, suspensi sebaiknya tidak dikocok lagi secara mekanik untuk menghindari terjadinya busa (foaming). Kemudian suspensi didiamkan selama 15 menit sebelum digunakan, supaya stabil dan busa (foaming) serta gelembung udara berkurang. Pembuatan Larutan Zat Warna Buah mangsi ditimbang sebanyak 20 gram lalu dihaluskan dengan mortar, diekstrak dengan etanol sebanyak 15 ml sambil digerus dengan mortar, didiamkan selama tiga hari lalu disaring menggunakan kertas saring. Semua perlakuan diusahakan di ruang gelap atau dengan pencahayaan yang minimum. Pembuatan Elektroda Pembuatan Elektroda Kerja Pasta TiO 2 dilapiskan pada conducting glass yang telah dilapisi isolasi pada kedua sisinya hingga luas bagian yang akan dilapisi mencapai 4cm 2. Pelapisan dilakukan dengan teknik doctor-blade hingga mencapai ketebalan 7 10 µm. Kaca yang sudah terlapisi TiO 2 disintering dalam furnace pada suhu 450 C selama 30 menit, kemudian didinginkan pada suhu 70 0 C. Permukaan kaca berlapis TiO 2 direndam dalam ekstrak mangsi dalam cawan petri kemudian disimpan dalam tempat gelap selama satu hari. Setelah permukaan kaca direndam, dicuci kembali dengan menggunakan etanol, dan dikeringkan dengan tissue di bagian luarnya. Pembuatan Elektroda Pembanding Permukaan conducting glass dilapisi dengan pensil grafit hingga rata. Kemudian plat dipanaskan selama 30 menit pada suhu 450 o C, didinginkan perlahan, dicuci dengan etanol dan dikeringkan dalam udara terbuka. Perangkaian Alat Elektroda kerja yang telah siap diletakkan di atas meja dengan posisi film yang terlapisi di bagian atas kemudian ditempeli dengan elektroda pembanding sehingga sisi konduktif dari elektroda pembanding berhadapan dengan film TiO 2, kemudian di sela-sela kedua elektroda ditambah 2 tetes larutan elektrolit iodin/iodida. Salah satu sisi elektroda kemudian dijepit dengan klip binder. Pembuatan Variasi Rangkaian Sel surya pewarna tersensitasi sebanyak empat buah dihubungkan satu dengan yang lain dengan menggunakan kabel dan penjepit hingga terbentuk rangkaian seri empat buah sel surya pewarna tersensitasi. Dilakukan prosedur yang sama untuk membentuk tiga macam rangkaian sel surya. RANGKAIAN 1 RANGKAIAN 2

3 RANGKAIAN 3 RANGKAIAN 4 Pengukuran Arus dan Tegangan Penyinaran Cahaya Matahari secara Langsung Sel surya dihubungkan dengan kabel voltmeter pada kedua sisinya dengan kutub (+) adalah elektoda pembanding, dan kutub (-) adalah elektroda kerja. Sel surya yang telah terangkai dengan kabel, kemudian disinari dengan cahaya matahari secara langsung. Diukur arus dan tegangan maksimum. Kemudian diukur pula arus keluaran dengan menentukan luas area aktif dari sel surya. Penyinaran Matahari Secara Tidak Langsung Prosedur yang sama dilakukan seperti pada , tetapi dilakukan di dalam ruang terbuka dengan penyinaran cahaya matahari secara tidak langsung (dalam ruangan). HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Persiapan Material Penyusun Sel Surya Pewarna Tersensitisasi Substrat Substrat kaca penghantar diperoleh dari Hartford Glass, Inc, Indiana. Substrat kaca penghantar untuk elektroda tersebut dibuat dari kaca soda gamping yang telah dilapisi dengan oksida penghantar transparent dari bahan fluorin yang didoping timah(ii)oksida. Elektroda tersebut memiliki resistivitas antara ohm per cm 2 dengan ketebalan lapisan sebesar 8 Angstrom. Oksida penghantar tersebut dilapiskan pada salah satu sisi kaca dengan menggunakan teknik pelapisan uap secara kimia atau chemical vapour deposition (CVD). Substrat kaca penghantar tersebut berperan sebagai pengumpul arus dan sekaligus sebagai struktur pendukung sel dan lapisan pembatas antara sel dengan udara terbuka. Sebelum digunakan dalam rangkaian sel surya pewarna tersensitisasi (SSPT), substrat kaca penghantar tersebut terlebih dulu dicuci dengan etanol untuk membersihkan permukaan kaca dari pengotor pengotor dan dikeringkan diudara terbuka. Etanol dipilih sebagai bahan pembersih karena selain bersifat dapat melarutkan pengotor pengotor organic, juga karena etanol lebih mudah menguap diudara terbuka jika dibandingkan dengan air. Hasil Pembuatan Suspensi TiO 2 Suspensi TiO 2 dibuat dari bubuk TiO 2 dari TRONOX. Fase kristalin TiO 2 yang digunakan pada percobaan ini adalah fase anatase hal ini disebabkan fase anatase lebih photoactive dari pada fase rutile dan brookite (Park, Lagemaat dan Frank, 2000). Selanjutnya sejumlah tertentu bubuk TiO 2 ditambahkan dengan asetil aseton kemudian digrinding dalam mortar. Proses grinding secara mekanik akan memisahkan partikel TiO 2 yang teraggregat karena adanya kekuatan pengadukan yang kuat. Penambahan asetil aseton berfungsi sebagai particle stabilizer untuk mencegah reagregasi partikel. Kemudian ke dalam campuran tersebut ditambahkan akuades sambil terus diaduk perlahan untuk membuat koloid lebih cair. Selanjutnya, suspensi TiO 2 dikocok dengan menggunakan glass beads di dalam botol untuk memecah partikel TiO 2 dan menyeragamkan pencampuran. Surfaktan (Triton X-100) yang dilarutkan dalam aquades ditambahkan ke dalam suspensi TiO 2 untuk menurunkan tegangan permukaan sehingga dapat dengan mudah dilapiskan pada permukaan elektroda oksida penghantar. Hasil yang diperoleh dari prosedur diatas disebut sebagai suspensi. Setelah penambahan surfaktan triton x-100, suspensi didiamkan untuk beberapa saat disamping supaya stabil juga untuk menghilangkan gelembung udara atau busa (foaming) yang timbul akibat pengocokan secara mekanik yang dilakukan pada suspensi pada tahap sebelumnya. Rasio perbandingan jumlah TiO 2 dengan material cair lainnya merupakan faktor yang cukup penting untuk diperhatikan selama pembuatan suspensi TiO 2. Karena jika rasio TiO 2 dan material cair terlalu tinggi akan menyebabkan film TiO 2 yang dihasilkan menjadi terlalu tebal dan akan cenderung dapat terkelupas dari permukaan kaca penghantar. Sebaliknya jika rasio perbandingannya terlalu kecil, maka film akan menjadi terlalu tipis yang akan berakibat lapisan mudah menguap dan sel surya yang dihasilkan tidak akan cukup kuat untuk menyerap sinar matahari. Hasil pelapisan elektroda TiO 2 Selanjutnya suspensi TiO 2 yang telah disiapkan dapat dilapiskan pada permukaan substrat kaca penghantar yang nantinya berfungsi sebagai elektroda kerja. Sebelum dilapisi, kaca penghantar yang telah dibersihkan diukur hambatannya dengan menggunakan multimeter dan diperoleh hambatan untuk tiap kaca penghantar yang hendak digunakan berkisar antara ohm/cm 2. Metode pelapisan yang dipilih dalam penelitian ini adalah metode doctor blade yang menggunakan batang pengaduk untuk meratakan suspensi TiO 2 yang sebelumnya telah diteteskan pada kaca penghantar. Pada batas tepi kaca direkatkan selotip yang bertujuan untuk mengontrol ketebalan lapisan TiO 2 pada kaca dan sebagai ukuran luasan kaca yang akan dilapisi. Selain itu, batas tepi bekas selotip yang tidak terlapisi suspensi TiO 2 tersebut dapat digunakan untuk memasangkan penjepit yang akan dihubungkan dengan sirkuit sehingga sel dapat diukur. Pelapisan suspensi TiO 2 pada lapisan kaca penghantar

4 menggunakan metode doctor blade adalah dengan menggerakkan batang pengaduk secara cepat kearah tepi bawah kaca dan kemudian menggerakkannya kembali kearah berlawanan dengan sebelumnya secara cepat pula. Jika lapisan nampak tidak merata, maka lapisan tersebut dapat dibersihkan dari permukaan kaca dengan menggunakan tissue hingga bersih dan proses pelapisan diulangi lagi. Sesudah proses pelapisan, kaca penghantar yang telah terlapisi TiO 2 dibiarkan mengering diudara terbuka selama ± 45 menit. Sesudah mengering, selotip dibuka perlahan lahan dan permukaan kaca yang tidak dilapisi TiO 2 dibersihkan dengan hati hati menggunakan etanol untuk menghilangkan pengotor yang menempel selam proses pendiaman selama 45 menit. Kemudian elektroda yang telah dibuat tersebut siap untuk disintering. Hasil Sintering Elektroda TiO 2 Proses sintering elektroda TiO 2 dilakukan pada suhu 450 o C selama 30 menit dalam furnace. Sesudah 30 menit, temperatur furnace diturunkan secara perlahan, untuk mencegah terjadi thermal stress dan terkelupasnya lapisan TiO 2, kemudian elektroda dikeluarkan dari oven dan dibiarkan pada temperatur ruang. Proses sintering ini bertujuan untuk membentuk porous sehingga terbentuk film TiO 2 yang memiliki surface area yang besar (Smestad, 1998) serta membentuk struktur anatase pada TiO 2. Selain itu, dengan pemanasan pada suhu tinggi dapat menghilangkan senyawa organik yang terjebak di dalam pori-pori TiO 2 dan menjadikan partikel-partikel TiO 2 lebih kuat serta dapat menghantarkan listrik. Jika tidak langsung digunakan, elektroda TiO 2 ini disimpan dalam desikator. Sebelum dicelupkan dalam zat warna, elektroda TiO 2 dipanaskan lagi pada temperatur 70 o C. Tujuan pemanasan suhu rendah ini adalah untuk membuka kembali pori pori TiO 2, menghilangkan uap air dari udara yang mungkin masuk ke dalam pori pori TiO 2, sehingga mempermudah adsorpsi zat warna. Hasil persiapan ekstrak zat warna mangsi Zat warna pada buah mangsi diekstrak dengan menggunakan ekstraksi padat cair atau disebut teknik maserasi sederhana. Buah mangsi yang telah ditimbang ditumbuk dalam mortar kemudian direndam dalam etanol dalam tempat gelap. Ekstrak yang diperoleh disaring dengan kertas saring untuk menghilangkan partikel partikel kasar dari buah mangsi supaya tidak merusak lapisan tipis film TiO 2 pada saat dilakukan proses perendaman. Larutan zat warna sebaiknya disiapkan dalam kondisi fresh sesaat sebelum digunakan untuk merendam elektroda TiO 2, untuk mencegah kerusakan karena penguapan pelarut ataupun akibat teroksidasi oleh sinar matahari dan udara. Disamping itu, untuk menghindari kerusakan tersebut larutan ekstrak mangsi hendaknya disimpan dalam botol gelap yang tertutup rapat. Hasil perendaman elektroda TiO 2 dalam ekstrak mangsi Pencelupan elektroda TiO 2 dalam ekstrak zat warna bisa dilakukan secara langsung sesudah proses sintering saat elektroda masih hangat atau pada sekitar suhu 70 o C. Hal ini dilakukan untuk mencegah kemungkinan masuknya partikel uap air dari udara ke dalam pori pori film TiO 2. Atau jika tidak segera dilakukan pencelupan, maka sebelum digunakan elektroda TiO 2 dapat dipanaskan lagi pada suhu 70 o C selama beberapa waktu. Elektroda dicelupkan kedalam larutan zat warna dengan posisi sisi elektroda yang dilapisi TiO 2 berada pada bagian bawah. Proses pencelupan dilakukan selama kurang lebih 24 jam hingga elektroda TiO 2 yang sebelumnya berwarna putih akan berubah menjadi keungu-unguan seperti warna larutan ekstrak mangsi akibat proses adsorbsi dye mangsi pada permukaan TiO 2. Perbedaan warna ungu yang terjadi pada lapisan TiO 2 yang telah direndam dalam zat warna mangsi ini menunjukkan perbedaan ketebalan lapisan TiO 2. Sesudah proses pencelupan, elektroda TiO 2 dibersihkan terlebih dahulu dari kelebihan zat warna yang menempel disekitar substrat kaca. Hasil pembuatan elektroda pembanding Elektroda pembanding (counter electrode) berfungsi untuk mempercepat reaksi kinetik pada reaksi reduksi I 3 pada katoda. Elektroda pembanding dibuat dari substrat kaca penghantar yang dilapisi dengan katalis karbon. Katalis karbon yang digunakan berupa pensil lunak grafit yang digoreskan pada salah satu permukaan kaca penghantar yang dilapisi oksida penghantar. Seluruh permukaan elektroda dilapisi dengan katalis karbon. Pada proses ini, diusahakan tidak terjadi spot. Lapisan tipis karbon berfungsi sebagai katalis untuk reaksi pembentukan triodida menjadi iodida seperti reaksi berikut : I 3 - (C) + 2e 3 I - Hasil Perangkaian Material Penyusun SSPT Setelah material penyusun sel siap untuk digunakan, selanjutnya dirangkai menjadi sel surya. Proses perangkaian diawali dengan pencucian elektroda TiO 2 yang telah direndam dalam larutan mangsi dan elektroda pembanding porous karbon, dengan etanol dan dikeringkan di udara terbuka. Elektroda TiO 2 diletakkan pada bidang datar dengan permukaan yang telah dilapisi TiO 2 menghadap ke atas, kemudian diatasnya diletakkan elektroda pembanding dengan posisi berhadapan. Larutan elektrolit diteteskan di sela-sela kedua elektroda, hingga larutan tersebut menyebar di sela-selanya. Sel disatukan dengan menggunakan klip binder.

5 Hasil Keluaran Preparasi Sel Surya Pewarna Tersensitisasi (SSPT) Hasil pengukuran arus dan tegangan Arus dan tegangan diukur di bawah iluminasi sinar matahari secara langsung (outdoor) dan tidak langsung (indoor). Pengukuran dilakukan di Badan Meteorologi dan Geofisika Bandar Udara Juanda. Hal ini dilakukan untuk mendapatkan data intensitas sinar matahari yang diserap oleh SSPT pada saat pengukuran. Pengukuran dilakukan dengan multimeter dengan rangkaian seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1 dan Gambar Gambar 1 Diagram Sirkuit untuk Voc dan Isc Pengukuran arus maksimum atau arus sirkuit pendek (Isc) dan tegangan maksimum atau tegangan sirkuit terbuka (Voc) didasarkan pada rangkaian seperti Gambar 4.2. Rangkaian tersebut menggunakan satu buah multimeter yang dioperasikan sebagai amperemeter atau voltameter. Sedangkan untuk mendapatkan kurva I-V dapat dilakukan pengukuran seperti Gambar 2. Kurva I-V digunakan sebagai karakterisasi pada sel surya pewarna tersensitisasi. Dari kurva I-V akan diketahui performa SSPT. Pengukuran kurva I-V pada penelitian ini menggunakan sel surya sebanyak empat buah. Kemudian keempat sel disusun membentuk rangkaian 1, rangkaian 2, rangkaian 3 serta rangkaian 4. Multimeter yang digunakan sebanyak dua buah, yang difungsikan sebagai amperemeter dan voltameter. Penggunaan potensiometer bertujuan untuk mengubah hambatan selama proses pengukuran arus dan tegangan. Potensiometer yang digunakan mempunyai hambatan sebesar 500 ohm. sin ar Gambar 2 Diagram Sirkuit untuk Kurva I-V Arus dan tegangan yang dihasilkan dari susunan rangkaian sel surya pewarna tersensitisasi dipengaruhi oleh susunan SSPT pada rangkaian tersebut. Untuk Multimeter Arus (i) atau Tegangan (V) meningkatkan nilai tegangan maka sel surya pewarna tersensitisasi dihubungkan secara seri pada rangkaian listrik sederhana sedangkan untuk meningkatkan arus, sel surya pewarna tersensitisasi dihubungkan secara paralel pada rangkaian listrik sederhana. Arus dan tegangan daya maksimum diperoleh menggunakan karakterisasi kurva I-V. densitas arus (μ A/cm2) Keterangan: R1 rangkaian 1 R2 rangkaian 2 R3 rangkaian 3 R4 rangkaian 4 Tegangan (mv) Gambar 3 kurva I-V ran gkai an 1 ran gkai an 2 ran gkai an 3 ran gkai an 4 Arus rangkaian pendek (Isc) yang paling tinggi dari empat macam bentuk rangkaian yang terdiri dari empat buah sel surya didapatkan pada rangkaian 4 yang merupakan rangkaian paralel empat sel surya yaitu sebesar 2520 µa. Pada rangkaian 4, keempat SSPT dihubungkan secara paralel sehigga hambatan total pada rangkaian menjadi lebih kecil sesuai dengan persamaan 4.1. Hal ini menyebabkan pada rangkaian 4 harga arus yang dihasilkan lebih besar dari pada rangkaian lainnya. R tot = (4.1). / Sedangkan arus rangkaian pendek (Isc) yang paling rendah didapatkan pada rangkaian 1 yaitu sebesar 1130 µa(gambar 3). Pada rangkaian 1, keempat SSPT dirangkai seri sehigga hambatan total pada rangkaian menjadi lebih besar sesuai dengan persamaan 4.2. Sehingga arus yang dihasilkan kecil. R tot = R 1 + R 2 + R Rn (4.2) Tegangan rangkaian terbuka (Voc)tertinggi dari empat macam rangkaian diperoleh pada rangkaian 1 yaitu sebesar 1030 mv sedangkan tegangan rangkaian terbuka (Voc) terendah didapatkan pada rangkaian 4 yaitu sebesar 244,4 mv. Pada rangkaian 1

6 sumber tegangan dalam hal ini sel surya pewarna tersensitisasi disusun seri, jika sumber tegangan pada suatu rangkaian listrik sederhana dihubungkan seri satu dengan laiannya maka tegangan keluaran total dari rangkaian tersebut merupakan jumlah dari keseluruhan tegangan yang dihasilkan oleh sumber tegangan tersebut (Bhattacharaya, 1997), sedangkan pada rangkaian 4 sumber tegangan disusun paralel sehingga tegangan pada setiap cabang pada rangkaian adalah sama. Hal ini sesuai dengan hukum kirchhoff 2 yang menyatakan bahwa jumlah aljabar seluruh tegangan yang mengelilingi sebuah jalan tertutup (loop) dalam sebuah rangkaian adalah nol sehingga tegangan yang melalui setiap elemen adalah identik (Hayt, 1985). Pengaruh hubungan seri-paralell SSPT dalam rangkaian terhadap efisiensi Efisiensi sel surya merupakan daya yang dihasilkan sel (P max ) dibagi dayaa cahaya yang diiluminasikan pada area tertentu dari sel (P cah haya) (Halme, 2002). Efisiensi sel surya dipengaruhi kualitas iluminasi yang diterima oleh sel surya. Apabila iluminasi yang diterima sel surya bagus maka arus dan tegangan yang dihasilkan oleh sel surya tinggi. Apabila sel surya dapat menghasilkan arus dan tegangan yang tinggi maka daya yang dihasilkan akan tinggi pula. Efisiensi teringgii pada empat macam susunan rangkaian sel surya didapatkan pada rangkaian 3 yang merupakan dua rangkaian seri sel surya yang dipararel. Rangkaian 3 menghasilkann arus rangkaian pendek (Isc) sebesar 2000 µa, arus daya maksimum sebesar 265µA/cm 2, tegangan rangkaian terbuka (Voc) sebesar 637 mv, dan tegangan daya maksimum sebesar 308 mv. Sehingga daya yang dihasilkan pada rangkaian 3 adalah sebesar 0,08162mW/cm 2. Berdasarkan dari data arus dan tegangan pada empat macam rangkaian yang diperlakukan pada intensitas iluminasi yang sama didapatkan efisiensi tertinggi yaitu sebesar 0,21036% pada rangkaian 3. Efisiensi (%) 0,3 0,2 0,1 0 Gambar 4 Pengaruh rangkaian terhadap efisiensi (%) Pengaruh Lama Waktu Pengukuran terhadap Efisiensi Sel Surya Pewarna Tersensitisasi Pada penelitian ini dilakukan pengukuran sebanyak lima kali selama lima hari untuk mengetahui pengaruh lama waktu pengukuran terhadap efisiensi sel surya pewarna tersensitasi. Gambar 5 menunjukkan ketahanann SSPT yang dirangkai pada empat rangkaian yang berbeda mengalami penurunann signifikan pada hari ketiga. Hal ini terlihat padaa permukaan lapisan TiO 2 yang berwarna ungu berubah menjadi pudar.perubahan ini disebabkan adanyaa degradasi zat warna yang berasal dari buah mangsi. Zat warna yang terdegradasi oleh penyinarann cahaya akan mengakibatkan berkurangnya arus yang dihasilkan oleh SSPT tersebut. Hal ini disebabkan gugus kromofor pada zat warna rusak sehingga sumber elektron yang akan tereksitasi jika mengabsorb foton menjadi berkurang akibat reaksi fotooksidasi dengan oksigen singlet. Degradasi zat warna pada sel surya pewarnaa tersensitisasi dapat dikurangi dengann melakukan penyimpanan SSPT dalam tempat gelap segera setelah melakukan pengukuran. Efisiensi (%) 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 Gambar 5 Pengaruh lama waktu pengukuran terhadap efisiensi Pengaruh Penyinaran terhadap Efisiensi SSPT Pada penelitian ini dilakukan pengukurann SSPT pada penyinaran oleh matahari secara langsungg ( outdoor) dan penyinaran oleh matahari secara tidak langsung atau di dalam ruangan (indoor). Pengukurann penyinaran oleh matahari secara langsung maupun tidak langsungg dilakukan antara pukul hingga Hal ini bertujuan untuk mendapatkan intensitass cahaya matahari maksimum. Pengukurann dilakukan di dekat alat pengukur intensitas matahari (pyranometer) yang terdapat pada Badan Meteorologi dan Geofisika Juanda. Efisiensi (%) 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 hari 1 hari 2 hari 3 hari 4 hari 5 Rangkaian 1 Rangkaian 2 Rangkaian 3 Rangkaian 4 outdoor indoor Gambar 6 Pengukuran efisiensi outdoor dan indoor pada hari pertama

7 Pada gambar 6 menunjukkan pengaruh penyinaran langsung (outdoor) dan penyinaran tak langsung (indoor). Perbedaan nilai efisiensi yang dihasilkan pada kedua penyinaran disebabkan jumlah intensitas yang diterima oleh SSPT jauh berbeda. Hal ini dikarenakan intensitas radiasi matahari dalam ruangan banyak berkurang karena terhalang oleh struktur bangunan ruangan, sehingga hanya sebagian kecil foton yang dapat mengeksitasi elektron pada keadaan dasar (ground state) zat warna mangsi. Analisis Zat Warna Zat warna yang digunakan dalam penelitian ini adalah ekstrak buah mangsi yang telah matang. Uji kualitatif terhadap ekstrak buah mangsi untuk digunakan sebagai fotosensitizer adalah dengan menggunakan FeCl 3 dan asam sulfat pekat. Uji kualitatif menunjukkan bahwa ekstrak buah mangsi mengandung senyawa flavonoid. Adanya senyawa flavonoid dalam ekstrak mangsi mempunyai kecenderungan untuk dapat menyerap (mengabsorb) sinar tampak, yaitu pada 400 nm 700 nm. Senyawa flavonoid mengandung gugus kromofor atau adanya ikatan rangkap yang terkonjugasi. Selain itu, syarat pemilihan zat warna dalam SSPT adalah adanya gugus karbonil (C=O) atau gugus hidroksil (-OH) yang bertindak sebagai ligan pada sisi Ti(IV) pada permukaan TiO 2. Hasil analisa IR pada Gambar 7 menunjukkan adanya serapan karbonil pada bilangan gelombang 1640 cm -1 dan adanya serapan pada 3475 cm -1 yang merupakan daerah serapan gugus hidroksil. Gambar 7 Spektra IR untuk ekstrak mangsi KESIMPULAN Kesimpulan yang diperoleh dari penelitian ini berdasarkan analisa data dan pengamatan adalah efisiensi konversi energi listrik pada rangkaian SSPT dipengaruhi oleh hubungan seri-paralel SSPT tersebut. Efisiensi konversi energi listrik yang dihasilkan oleh rangkaian 1, rangkaian 2, rangkaian 3 dan rangkaian 4 masing-masing sebesar 0,1619%, 0,1285%, 0,2103% dan 0,1325%. Efisiensi rangkaian sel surya pewarna tersensitasi tertinggi dihasilkan pada waktu pungukuran hari pertama dan mengalami penurunan signifikan pada hari ketiga. UCAPAN TERIMA KASIH Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT karena dengan ridhonya penulis dapat menyelesaikan naskah tugas akhir ini tepat pada waktunya. Penulis mengucapkan terima kasih kepada orang tua atas doa dan segala dukungan yang telah diberikan, Prof.Dr.Syafsir Akhlus selaku dosen pembimbing yang telah memberi arahan, diskusi, saran, dan bimbingan dalam tugas akhir ini, dan semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu. DAFTAR PUSTAKA Akhlus, Syafsir, (2007), Pidato Pengukuhan Guru Besar: Ilmu Fotokimia sebagai Pemadu Energi dan Materi dalam Perspektif Kimia Fisika: Teori dan Aplikasi, ITS, Surabaya Bhattacharaya, Pallab, (1997), Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall International, Inc., New Delhi Grätzel, Michael, (2007), DSC Technology- The First 17 Years and Beyond, DSC IC 2, , St. Gallen, Switzerland Halme, J., (2002), Dye-Sensitized Nanostructured and Organic Photovoltaic Cells: Technical Review and Preeleminary Test, Helsinki University of Technology, Espoo, Finland Hayt, H.W, Kemmerly, J.E, (1981), Rangkaiaan Listrik, Jilid 1, Erlangga, Jakarta LoCascio, Michael, (2002), Application of Semiconductor Nanocrystals to Photovoltaic Energy Conversion Devices, Technical White Paper, Troy, New York Malvino, B., Tjia, (1986), Aproksimasi Rangkaian Semikonduktor penghantar Transistor dan Rangkaian Terpadu, Erlangga, Jakarta Mayo, Elizabeth I., (2004), Kinetics and Thermodynamics of Dye (Group VIII Metal)- Sensitized Nanocrystalline Titanium Dioxide Photoelectrodes, Thesis PhD, California Institute of Technology, Pasadena, California Smestad, G., et al., (1994), Testing of Dye-Sensitized TiO2 Solar Cells I: Experimental Photocurrent Output and Conversion Efficiencies, Solar Energy Materials & Solar Cells, 32, 3, BIODATA PENULIS Penulis bernama Kholid Ramadhani lahir di Sidoarjo, tanggal 29 April Penulis telah menempuh pendidikan formal yaitu TK Aisyah, SD Muhammadiyah 2 Taman, SMP YPM 1 Taman, dan SMA Wachid Hasyim 2 Taman Sidoarjo. Pada tahun 2005, penulis diterima sebagai mahasiswa di Jurusan Kimia FMIPA ITS. Di jurusan ini, penulis mengambil bidang studi Kimia Fisik dengan judul Pengaruh Hubungan Seri-Paralel pada Rangkaian Sel Surya Pewarna Tersensitisasi

8 (SSPT) Terhadap Efisiensi Konversi Energi Listrik dibawah bimbingan Prof. Dr. Syafsir Akhlus, MSc. Latar belakang organisasi yang pernah saya ikuti diantaranya HIMKA (Himpunan Mahasiswa Kimia) sebagai staf Kaderisasi tahun dan staf Kewirausahaan tahun Penulis juga pernah menjabat dalam beberapa kegiatan diantaranya adalah menjadi ketua panitia kegiatan chemistry week 2006 dan study excursie 2009.