PENGGUNAAN CAMPURAN PEWARNA ALAMI PADA SEL SURYA PEWARNA TERSENSITISASI (SSPT)

Transkripsi

1 SKRIPSI PENGGUNAAN CAMPURAN PEWARNA ALAMI PADA SEL SURYA PEWARNA TERSENSITISASI (SSPT) RIZAL FUADHI NRP Dosen Pembimbing Prof.Dr. Syafsir Akhlus, M.Sc JURUSAN KIMIA Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2009 i

2 FINAL PROJECT USING OF NATURAL DYE MIXTURE ON DYE SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC) RIZAL FUADHI NRP Advisor Lecturer Prof.Dr. Syafsir Akhlus, M.Sc CHEMISTRY DEPARTMENT Faculty of Mathematics and Natural Sciences Sepuluh Nopember Institute of Technology Surabaya 2009 ii

3 PENGGUNAAN CAMPURAN PEWARNA ALAMI PADA SEL SURYA PEWARNA TERSENSITISASI (SSPT) SKRIPSI Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Pada Bidang Studi Kimia Fisika Program Studi S 1 Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Disusun Oleh : RIZAL FUADHI NRP JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2009 iii

4 PENGGUNAAN CAMPURAN PEWARNA ALAMI PADA SEL SURYA PEWARNA TERSENSITISASI (SSPT) SKRIPSI Disusun Oleh : RIZAL FUADHI NRP Surabaya, Juni 2009 Menyetujui, Dosen Pembimbing Tugas Akhir Prof.Dr.SyafsirAkhlus, M.Sc NIP Ketua Jurusan Kimia Lukman Atmaja, Ph.D NIP iv

5 PENGGUNAAN CAMPURAN PEWARNA ALAMI PADA SEL SURYA PEWARNA TERSENSITISASI (SSPT) Nama Mahasiswa : Rizal Fuadhi NRP : Jurusan : Kimia Dosen Pembimbing : Prof. Dr. Syafsir Akhlus, MSc Abstrak Sel surya pewarna tersensitisasi yang menggunakan zat warna alami pacar kuku (Lawsonia inermis), mangsi (phyllanthus reticulatus poir) dan campuran pacar kuku-mangsi telah dibuat. Efisisiensi sel surya pewarna tersensitisasi menggunakan zat warna mangsi cukup menjanjikan. Upaya peningkatan efisiensi dapat dilakukan dengan mencampurkan zat warna yang digunakan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa zat warna mangsi memberikan efisiensi yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan zat warna campuran mangsi-pacar kuku maupun pacar kuku. Dari hasil penelitian, efisiensi sel surya yang direndam dalam mangsi sebesar 2.36 x 10-2 % sementara efisiensi yang direndam dalam zat warna campuran pacar kuku-mangsi 1;3 dan zat warna pacar kuku sebesar 1.17 x 10-2 dan 2.24 x Performa sensitisasi dari zat warna berhubungan dengan interaksi antara zat warna dengan lapisan TiO 2 Kata kunci : sel surya pewarna tersensitisasi, zat warna mangsi, zat warna campuran pacar kuku-mangsi,efisiensi, zat warna Pacar kuku, v

6 USING OF NATURAL DYE MIXTURE ON DYE SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC) Nama Mahasiswa : Rizal Fuadhi NRP : Jurusan : Kimia Dosen Pembimbing : Prof. Dr. Syafsir Akhlus, MSc Abstract Dye sensitized solar cells were fabricated using natural dyes extracted from pacar kuku (Lawsonia inermis), mangsi (phyllanthus reticulatus poir) and mixture of the exstracts. Efficiency of dye sensitised solar cells using extracted mangsi are quite promising. Effort to increase the efficiency may be done by mixing the dye. Experiment result has shown that mangsi dye gives better efficiency compared to pacar kuku dye and mixed pacar kuku-mangsi dye. Based on the research, the efficiency of solar cell wich was soaked in mangsi dye is 2.36 x 10-2 % while the efficiency solar cell wich was soaked in mixed pacar kuku-mangsi dye and pacar kuku dye are 1.17 x 10-2 and 2.24 x The sensitization performance is related to the interaction betwen the dye and TiO 2 surface. Keywords : dye sensitized solar cell, mangsi dye, mixed mangsi pacar kuku dye, pacar kuku dye, efisiensi vi

7 KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT karena atas kehendaknya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul Penggunaan campuran pewarna alami pada sel surya pewarna tersensitisasi (SSPT) Pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih kepada : 1. Kedua orang tua, kakek-nenek, adik-adik serta keluarga besar atas dukunganya dan doanya yang tiada henti-hentinya 2. Prof.Dr.Syafsir Akhlus,M.Sc selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan arahan selama proses penelitian dan penyusunan tugas akhir ini. 3. Lukman Atmaja, Ph.D, selaku Ketua Jurusan Kimia FMIPA ITS 4. Dra. Yulfi Zetra, MS selaku koordinator tugas akhir. 5. Drs. Djarot Sugiarso selaku dosen wali yang telah membimbing penulis selama kuliah di Kimia ITS 6. Bapak /Ibu Dosen Kimia FMIPA ITS yang telah memberi ilmu dan pengetahuan selama ini. 7. Seluruh Sahabat-sahabat 2005, team DSSC, sahabat A2, Teman-teman kos, adik-adik angkatan, serta semua sahabat dan teman-teman yang senantiasa ada disaat duka-maupun suka. 8. Seluruh penghuni laboratorium kimia fisika, mbak is asisten lab. KF 9. Bapak-bapak pegawai Badan Meteorologi dan Geofisika (BMG) stasiun juanda yang telah berbagi tempat. Penulis menyadari bahwa masih terdapat kekurangan dan kesalahan dalam penyusunan naskah ini, sehingga kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan demi vii

8 perbaikan dan kesempurnaan Tugas Akhir ini. Semoga Tugas Akhir ini bisa memberikan manfaat dan inspirasi bagi banyak pihak terutama bagi pihak-pihak yang menggeluti bidang terkait dengan penelitian yang penulis kerjakan. Surabaya, Mei 2009 Penulis viii

9 DAFTAR ISI ABSTRAK ABSTRACT KATA PENGANTAR DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR DAFTAR LAMPIRAN v vi vii ix xiii xv BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Permasalahan Batasan Masalah Tujuan 6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Energi dan Matahari Intensitas dan konstanta radiasi matahari Distribusi spektrum Air mass Alat ukur radiasi matahari; pyranometer Fotokimia Sistem Fotovoltaik Sel surya Bahan dasar sel surya Pita energi pada semikonduktor Interaksi semikonduktor dengan 19 larutan elektrolit Prinsip kerja sel surya Karakterisasi sel surya Performa sel surya atau sel fotovoltaik Jenis-jenis sel surya Sensitivitas sel surya dan pengaruh 26 ix

10 2.3.7Sensitivitas sel surya dan pengaruh 26 intensitas radiasi matahari 2.4 Sel Surya Pewarna Tersensitisasi Prinsip kerja SSPT Komponen-komponen SSPT Substrat Film nanokristalin titania 33 dioksida Senyawa pewarna sensitizer Elektrolit Pelarut Elektroda pembanding Preparasi material dalam SSPT Semikonduktor nanokristalin 42 TiO Impregnasi zat warna pada 45 elektroda Preparasi elektrolit Mangsi (phyllanthus reticulatus poir) Daun Pacar Kuku (Lawsonia inermis) 48 BAB III METODOLOGI Alat dan Bahan Alat Bahan Prosedur Kerja Preparasi larutan Pembbuatan suspensi TiO Pembuatan larutan zat warna 51 x

11 mangsi Pembuatan larutan zat warna 51 pacar kuku Pembuatan larutan zat warna 51 campuran pacar kuku-mangsi Pembuatan elektroda Pembuatan elektroda kerja Pembuatan elektroda 52 pembanding 3.2.3Perangkaian alat Pengukuran arus, tegangan, dan 53 karakterisasi I-V Penyinaran cahaya matahari 53 secara langsung Penyinaran cahaya matahari 53 secara tidak langsung BAB IV HASIL DAN PEMBUATAN Hasil Prepaarasi Material Penyunsun Sel 54 Surya Pewarna Tersensitisasi Elektroda kaca konduktor Hasil pembuatan suspensi TiO Hasil Pembuatan elktroda kerja Hasil Pembuatan ekstrak zat warna 58 mangsi, pacar kuku, dan campuran pacar kuku-mangsi Hasil perendaman elektroda kerja 58 TiO2, dalam larutan mangsi, pacar kuku, dan campuran pacar kukumangsi Hasil Pembuatan elektroda 60 pembanding xi

12 4.2 Hasil Perangkaian Penyunsunan Material Sel 60 Surya pewarna Tersensitisasi 4.3 Hasil Pengukuran Kaarakterisasi keluaran 61 Listrik Pengukuran arus dan tegangan 61 maksimum 4.3.2Pengukuran arus dan tegangan untuk 62 kurva I-V 4.4 Kinerja Sel Surya Pewarna Tersensitisasi Pengaruh jenis zat warna terhadap 63 efisiensi sel surya pewarna tersensitisai Pengaruh penyinaran terhadap 66 efisiensi SSPT Pengaruh zat warna terhadap 69 ketahanan SSPT Karakterisasi kurva I-V Analisis Zat Warna 71 BAB V KESIMPULAN Kesimpulan Saran 75 Daftar Pustaka 77 LAMPIRAN 85 LAMPIRAN I 85 LAMPIRAN II 91 xii

13 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Alur pemanfaatan energi surya 8 Gambar 2.2 Spektrum sinar yang terukur dari 10 matahari pada posisi di luar atmosfer bumi (air Mass AM= 0) dan pada permukaan bumi (Air Mass AM 1,5) Gambar 2.3 Representasi Air mass 11 Gambar 2.4 Diagram Jablonski untuk molekulmolekul 14 tereksitasi secara elektronik Gambar 2.5 Keadaan singlet dan triplet elektron 15 Gambar 2.6 Diagram pita energi untuk bahan 18 insulator, semikonduktor, dan konduktor Gambar 2.7 Kurva arus-tegangan sel fotovoltaik 24 menunjukan tegangan sirkuit terbuka Voc, arus sirkuit pendek Isc, dan titik daya maksimum MPP, dan arus serta tegangan pada MPP; IMPP, VMPP Gambar 2.8 Skematis dari stuktur 3 dimensi SSPT 28 Gambar 2.9 Skematis operasi dari operasi sel 31 fotovoltaik elektrokimia SSPT Gambar 2.10 Diagram tingkat energi TiO 2-35 kromofor Gambar 2.11 Buah mangsi 47 Gambar 2.12 Daun pacar kuku 49 Gambar 3.1 Perakitan SSPT 53 Gambar 4.1 Substrat kaca konduktor 54 Gambar 4.2 Elektoda kerja yang direndam dalam 60 ekstrak mangsi dan pacar kuku Gambar 4.3 Rangkaian sel 61 xiii

14 Gambar 4.4 Diagram sirkuit untuk Voc dan Isc 62 Gambar 4.5 Diagram sirkuit untuk kurva I-V 63 Gambar 4.6 Pengaruh Dye terhadap efisiensi sel 65 surya pewarna tersensitisasi selama lima hari pertama Gambar 4.7 Perbandingan efisiensi sel surya 68 pewarna tersensitisasi terhadap pengukuran indoor dan outdoor pada hari pertama Gambar 4.8 Pyranometer; alat pengukur 68 intensitas matahari Gambar 4.9 Perbandingan zat warna terhadap 70 ketahanan sel surya pewarna tersensitisasi Gambar 4.10 Kurva I-V untuk sel surya yang 71 direndam dalam mangsi, campuran pacar kuku-mangsi 1:3 dan daun pacar kuku Gambar 4.11 Spektra IR untuk ekstrak mangsi 73 Ganbar 4.12 Spektra IR untuk ekstrak daun pacar kuku 73 xiv

15 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A Skema kerja 85 Lampiran B Data pengamatan 91 xv