EFEK Co-DOPING Al-Ga PADA NANORODS ZnO TERHADAP EFISIENSI DYE SENSITIZED SOLAR CELLS (DSSC)

dokumen-dokumen yang mirip
Jl. H. R. Soebrantas KM 12,5 Simpang Panam 28293, Pekanbaru, Riau 2 Institute of Microengineering and Nanoelectronics (IMEN, UKM Malaysia

F- 1. PENGARUH PENYISIPAN LOGAM Fe PADA LAPISAN TiO 2 TERHADAP PERFORMANSI SEL SURYA BERBASIS TITANIA

ISBN :

SEL SURYA FOTOELEKTROKIMIA DENGAN MENGGUNAKAN NANOPARTIKEL PLATINUM SEBAGAI ELEKTRODA COUNTER GROWTH

*

BAB I PENDAHULUAN. energi cahaya (foton) menjadi energi listrik tanpa proses yang menyebabkan

Logo SEMINAR TUGAS AKHIR. Henni Eka Wulandari Pembimbing : Drs. Gontjang Prajitno, M.Si

Penumbuhan Nanostruktur ZnO yang di-doping Boron (B) Menggunakan Metode Hidrotermal dengan Variasi Suhu Annealing dan Efeknya pada Performansi DSSC

BAB I PENDAHULUAN. Listrik merupakan kebutuhan esensial yang sangat dominan kegunaannya

Efek Variasi Suhu Annealing Terhadap Morfologi Nanotube ZnO yang Di-doping Boron

STUDI AWAL FABRIKASI DYE SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC) DENGAN EKSTRAKSI DAUN BAYAM SEBAGAI DYE SENSITIZER DENGAN VARIASI JARAK SUMBER CAHAYA PADA DSSC

Pengaruh Konsentrasi Ruthenium (N719) sebagai Fotosensitizer dalam Dye-Sensitized Solar Cells (DSSC) Transparan

Fabrikasi dan Karakterisasi Dye Sensitized Solar Cells Berbasis Nanokomposit Ag-ZnO

BAB 1 PENDAHULUAN Latar Belakang

SEL SURYA BERBASIS TITANIA SEBAGAI SUMBER ENERGI LISTRIK ALTERNATIF

BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah

commit to user BAB II TINJAUAN PUSTAKA

EFEK VARIASI PERSENTASE ATOM PEN-DOPING GALIUM-BORON TERHADAP MORFOLOGI NANOROD ZnO. Saddiah*, Iwantono, Akrajas Ali Umar

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

Pengaruh Temperatur dan Waktu Putar Terhadap Sifat Optik Lapisan Tipis ZnO yang Dibuat dengan Metode Sol-Gel Spin Coating

4 FABRIKASI DAN KARAKTERISASI SEL SURYA HIBRID ZnO-KLOROFIL

BAB I PENDAHULUAN. Sebagai negara berkembang yang kaya akan radiasi matahari yang tinggi,

Cu PARTICLES GROWTH USING FIX CURRENT ELECTROPLATING AND ITS APPLICATION ON TiO 2 BASED SOLAR CELL

2 SINTESIS DAN KARAKTERISASI NANOSTRUKTUR ZnO

PENGARUH KONSENTRASI GALIUM PADA SIFAT FISIS NANOROD ZnO DI- CO-DOPING GALIUM-BORON (Ga-B) DENGAN METODE HIDROTERMAL

HASIL DAN PEMBAHASAN. Gambar 11. Rangkaian pengukuran karakterisasi I-V.

PERFORMA SEL SURYA TERSENSITASI ZAT PEWARNA (DSSC) BERBASIS ZnO DENGAN VARIASI TINGKAT PENGISIAN DAN BESAR KRISTALIT TiO 2 SKRIPSI

SINTESIS LAPISAN TIPIS SEMIKONDUKTOR DENGAN BAHAN DASAR TEMBAGA (Cu) MENGGUNAKAN CHEMICAL BATH DEPOSITION

BAB I PENDAHULUAN. Sebagian besar sumber energi yang dieksploitasi di Indonesia berasal dari energi fosil berupa

Logo SEMINAR TUGAS AKHIR. Ana Thoyyibatun Nasukhah Pembimbing : Drs. Gontjang Prajitno, M.Si

BAB I PENDAHULUAN. Pada saat ini dunia elektronika mengalami kemajuan yang sangat pesat, hal ini

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang

PEMBUATAN KONDUKTOR TRANSPARAN THIN FILM SnO2 DENGAN MENGGUNAKAN TEKNIK SPRAY PYROLYSIS

STRUKTUR DAN KOMPOSISI KIMIA LAPIS TIPIS BAHAN SEMIKONDUKTOR Sn(Se 0,2 S 0.8 ) HASIL PREPARASI TEKNIK VAKUM EVAPORASI UNTUK APLIKASI SEL SURYA

III. METODE PENELITIAN

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah Sel surya generasi pertama berbahan semikonduktor slikon (Si) yang

Preparasi Lapisan Tipis ZnO Dengan Metode Elektrodeposisi Untuk Aplikasi Solar Cell

PENGARUH KONSENTRASI PREKURSOR TERHADAP SIFAT OPTOELEKTRONIK Mn 3O 4

BAB I PENDAHULUAN. Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi sangat mempengaruhi peradaban

Pembuatan Sel Surya Film Tipis dengan DC Magnetron Sputtering

BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang

EXECUTIVE SUMMARY (HIBAH PEKERTI)

Homogenitas Ketebalan, Konduktivitas Listrik dan Band Gap Lapisan Tipis a-si:h tipe-p dan tipe-p Doping Delta yang dideposisi dengan Sistem PECVD

SINTESIS DAN KARAKTERISASI NANOPARTIKEL TITANIUM DIOKSIDA (TiO 2 ) MENGGUNAKAN METODE SONOKIMIA

PENGARUH PENYISIPAN TEMBAGA Cu MENGGUNAKAN METODE PULSE PLATING PADA SEL SURYA TiO 2

KARAKTERISASI TiO 2 (CuO) YANG DIBUAT DENGAN METODA KEADAAN PADAT (SOLID STATE REACTION) SEBAGAI SENSOR CO 2

SINTESIS DAN KARAKTERISASI CORE-SHELL ZnO/TiO2 SEBAGAI MATERIAL FOTOANODA PADA DYE SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC) SKRIPSI

Fabriksi Dye Sensitized Solar Cells(DSSC)Mengunakan Ekstraksi Bahan-bahan Organik Alam Celosia Argentums dan Lagerstromia sp

PERKEMBANGAN SEL SURYA

PENUMBUHAN NANOPARTIKEL TITANIUM DIOKSIDA PADA SUBSTRAT FTO DENGAN METODE ELEKTRODEPOSISI. Saidatun Khofifah *, Iwantono, Awitdrus

Jurnal Sains dan Matematika Vol. 19 (4): (2011)

J. Sains Dasar (1) 1-7

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Penelitian Zeniar Rossa Pratiwi,2013

BAB I PENDAHULUAN. I.1 Latar Belakang Kebutuhan akan energi semakin berkembang seiring dengan

BAB I PENDAHULUAN. Perkembangan teknologi yang semakin maju dalam beberapa dekade ini

2014 PEMBUATAN BILAYER ANODE - ELEKTROLIT CSZ DENGAN METODE ELECTROPHORETIC DEPOSITION

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah

Tenaga Surya sebagai Sumber Energi. Oleh: DR. Hartono Siswono

HASIL KELUARAN SEL SURYA DENGAN MENGGUNAKAN SUMBER CAHAYA LIGHT EMITTING DIODE

Karakterisasi XRD. Pengukuran

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II DASAR TEORI 2.1 PHOTOVOLTAIC Efek Photovoltaic

HASIL DAN PEMBAHASAN. Struktur Karbon Hasil Karbonisasi Hidrotermal (HTC)

LAPORAN AKHIR PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

BAB III METODE PENELITIAN

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI LAPISAN ZINC OXIDE (ZnO) NANOROD SEBAGAI LAPISAN TRANSPORT ELEKTRON PADA SEL-SURYA PEROVSKITE

Gravitasi Vol. 15 No. 1 ISSN:

Oleh: Tyas Puspitaningrum, Tjipto Sujitno, dan Ariswan

BAB I PENDAHULUAN. Krisis energi yang dialami hampir oleh seluruh negara di dunia

SKRIPSI DELOVITA GINTING

PERFORMANSI SEL SURYA YANG DIHASILKAN THE EFFECT OF INSERTION OF IRON METALSON TITANIA ACTIVE LAYERTO THE MORPHOLOGICAL STURCTURE AND RESISTANCE OF

KAJIAN PENGARUH VARIASI JUMLAH LAPISAN TRANSPARAN TiO 2 TERHADAP PERFORMA KERJA SEL SURYA YANG DISENSITISASI DENGAN DYE (DSSC)

BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN. karakterisasi luas permukaan fotokatalis menggunakan SAA (Surface Area

#4.2 Karakterisasi dan Pemodelan DSSC (Dye-Sensitized Solar Cell) Elektronika Organik. Eka Maulana, ST., MT., MEng.

BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang

Kata kunci: Dye-Sensitized Solar Cell (DSSC), Sensitizer, Fourine doped-tin Oxide (FTO), Klorofil, Spin Coating

JURNAL SAINS DAN SENI POMITS Vol. 1, No.2, (2013) X 1

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang

Physical Aspects of Solar Cell Efficiency Light With Too Little Or Too Much Energy

BAB I PENDAHULUAN 1.1 LatarBelakang

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah

2 PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI NANOPARTIKEL TITANIUM OXIDE (TiO 2 ) MENGGUNAKAN METODE SOL-GEL

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

BAB I PENDAHULUAN. Sel surya merupakan alat yang dapat mengkonversi energi matahari menjadi

I. PENDAHULUAN. kimia yang dibantu oleh cahaya dan katalis. Beberapa langkah-langkah fotokatalis

LAPORAN TUGAS AKHIR PEMBUATAN GELAS TRANSPARAN FTO SEBAGAI BAHAN BAKU SEL SURYA

Edisi Juli 2015 Volume IX No. 2 ISSN STUDI KOMPUTASI SENYAWA DOPAMIN DAN DOPAMIN-TI(OH) 2 UNTUK APLIKASI SEL SURYA TERSENSITASI ZAT WARNA

BAB III METODOLOGI PENELITIAN. A. Metode Penelitian

#4.2 Karakterisasi dan Pemodelan DSSC (Dye-Sensitized Solar Cell) Elektronika Organik. Eka Maulana, ST., MT., MEng.

FABRIKASI GELAS TRANSPARANT KONDUKTIF FTO (FLOURINE-DOPED TIN OXIDE) DAN APLIKASINYA PADA SEL SURYA BERBASIS DYE (DSSC)

UJI BEDA KESTABILAN TEGANGAN DAN ARUS ANTARA DYE SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC) YANG MENGGUNAKAN COUNTER ELECTRODE JELAGA LILIN DAN GRAFIT PENSIL

SINTESIS NANOPARTIKEL PbS MELALUI METODE SOL-GEL DENGAN EDTA SEBAGAI CAPPING AGENT

JURNAL SAINS DAN SENI ITS Vol. 4, No.1, (2015) ( X Print)

BAB I 1 PENDAHULUAN. kemampuan mengubah bentuk radiasi cahaya menjadi sinyal listrik. Radiasi yang

Karakteristik Sifat Optik dan Struktur Kristal Lapisan Tipis bilayer ZnO/TiO2 dengan Metode Spin Coating Nur Aeni 1,*, P.L. Gareso 1, Eko Juarlin 1

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

TiO 2 jatuh pada 650 nm sedangkan pada kompleks itu sendiri jatuh pada 600 nm, dengan konstanta laju injeksi elektron sekitar 5,5 x 10 8 s -1 sampai

Transkripsi:

Jurnal Material dan Energi Indonesia Vol. 05, No. 02 (2015) 8 16 Departemen Fisika FMIPA Universitas Padjadjaran EFEK Co-DOPING Al-Ga PADA NANORODS ZnO TERHADAP EFISIENSI DYE SENSITIZED SOLAR CELLS (DSSC) I. IWANTONO 1,, N. DAMAYANTI 1, F. ANGGELINA 1, F. Y. NAUMAR 2, A. A. UMAR 2 1 Jurusan Fisika, FMIPA, Universitas Riau Jl. H. R. Soebrantas KM 12,5 Simpang Panam 28293, Pekanbaru, Riau 2 Institute of Microengineering and Nanoelectronics (IMEN, UKM Malaysia Bangi 43600, Selangor, Malaysia Abstrak. Nanorod ZnO telah berhasil ditumbuhkan menggunakan metode seed mediated hydrothermal dengan variasi persentase konsentrasi larutan co-doping yaitu, Ga 1% Al 5%; Ga 1,5% Al 5%; Ga 2,5% Al 5%; Ga 3% Al 5%; dan Ga 5% Al 5% yang ditumbuhkan pada suhu 90 C selama 8 jam. Karakterisasi sampel dilakukan menggunakan spektroskopi UV-Vis, Difraksi Sinar-X, dan FESEM. Pada penelitian ini juga dianalisa efek dari konsentrasi larutan co-doping terhadap efisiensi sel surya. Spektrum absorpsi UV-Vis pada sampel menunjukkan bahwa nanorod ZnO berbentuk heksagonal yang tumbuh pada FTO dengan absorbsi kuat sampel terjadi pada rentang panjang gelombang 350-380 nm. Pola XRD memperlihatkan puncak difraksi pada 2θ = 34,43 o, 36,27 o, dan 47,56 o dengan orientasi bidang kristal (002), (101), dan (102). Foto FESEM menunjukkan tumbuhnya nanorod ZnO dengan diameter berkisar 150 290 nm. Dye Sensitized Solar Cells dibuat dengan menyusun susunan sandwich yang terdiri dari nanostruktur ZnO sebagai material aktif, dye N719, elektrolit, dan elektroda lawan yang dilapisi platisol pada substrat FTO. Uji performansi sel dilakukan dengan menganalisa karakteristik I-V dengan menggunakan halogen sebagai sumber cahaya, yang dilengkapi filter AM 1,5G sehingga menghasilkan intensitas yang stabil 100 mw/cm 2 dan alat I-V Gamry ephe 200. Sel optimum memberikan efisiensi sebesar 0,186% untuk sampel dengan persentase konsentrasi Ga 3% dan Al 5%. Kata kunci: co-doping Al-Ga, nanorod ZnO, hidrotermal, dye sensitized solar cells Abstract. ZnO nanorods have successfully been grown by using seed mediated hydrothermal method at various percentages of co-doping solution concentration, namely Ga 1% Al 5%; Ga 1,5% Al 5%; Ga 2,5% Al 5%; Ga 3% Al 5%; and Ga 5% Al 5%. The growth of ZnO nanorods was carried out at 90ºC for 8 hours. Characteristics of the samples were performed by using UV-Vis, X-Ray Diffraction and FESEM. In this paper, the effect of co-doping solution concentration to the efficiency of Al-Ga co-doped ZnO nanorods based DSSCs was evaluated. UV-Vis spectra of the samples confirmed the hexagonal-shaped ZnO nanords were grown on FTO with strong absorption occurred in the wavelength range of 350-400 nm. XRD pattern of the samples observed three peaks at 2θ = 34,43 o, 36,27 o, and 47,56 o which represented to the crystal orientation of (002), (101), and (102). FESEM images showed ZnO nanorods with their diameter of 150-290 nm grown to the FTO. DSSCs was fabricated by arranging a sandwich structure containing Al-Ga co-doping ZnO nanorods coated on FTO as active materials, N719 dye, electrolyte and platinum coated FTO as counter electrode. Performance of DSSCs was evaluated by analyzing I-V characteristics, resulting the efficiency of DSSCs as high as 0.186% from DSSC based on the sample of Ga 3% Al 5%. Keywords: co-doping Al-Ga, ZnO nanorods, hydrothermal, dye sensitized solar cells 1. Pendahuluan Energi surya merupakan salah satu alternatif energi terbarukan yang sedang banyak dikembangkan. Pemanfaatan energi surya dilakukan dengan memfabrikasi sel surya yang kemudian disusun menjadi panel-panel surya. Sel surya adalah suatu devais untuk merubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik dengan mengikuti prinsip fotovoltaik [1]. Sel surya yang sedang marak dikembangkan oleh para peneliti saat ini adalah sel surya fotoelektrokimia tersensitasi zat warna (Dye Sensitized Solar Cells; DSSC) yang dalam pembuatannya lebih mudah dan murah dengan nilai efisiensi yang dihasilkan paling tinggi 11,1% [2]. Masih rendahnya efisiensi dari DSSC, dikarenakan fotoanoda untuk mengabsorpsi foton mengalami rekombinasi prematur sebelum email : iwan_tono@yahoo.co.uk 8

Efek Co-Doping Al-Ga Pada Nanorods ZnO Terhadap Efisiensi Dye Sensitized Solar Cells (DSSC) 9 mencapai anoda [3]. Sehingga diperlukan elektroda kerja yang mampu mengabsorpsi foton yang lebih baik dan ZnO merupakan salah satu kandidat yang sedang diteliti saat ini. ZnO dalam bentuk nanostruktur pada DSSC berperan sebagai elektroda kerja yang merupakan semikonduktor tipe-n dengan energi gap 3,37 ev pada suhu ruang [4]. Nanostruktur ZnO dipilih karena dapat disintesis dengan mudah, murah, dan ramah lingkungan serta dapat disintesis dengan metode sederhana seperti chemical bath deposition (CBD) [5], seed mediated growth [6], hidrotermal [7], dan sputtering [8]. Saat ini peneliti mengembangkan teknik penyisipkan atom asing (doping) ke dalam nanostruktur ZnO pada saat proses penumbuhan guna meningkatkan sifat listrik dan sifat optik dari nanostruktur ZnO. Yun et al [9] telah sukses melakukan pen-doping-an menggunakan atom aluminium dan Phan et al [10] menggunakan atom galium. Unsur-unsur yang saat ini banyak digunakan sebagai pen-doping adalah unsur golongan IIA dan IIIA seperti boron [11], aluminium [9], galium [10], dan indium [12]. Berbagai parameter fisis dalam proses sintesis nanostruktur ZnO yang dapat dikontrol diantaranya adalah volume dan konsentrasi larutan penumbuh, suhu dan waktu penumbuhan, serta suhu annealing. Konduktivitas listrik dari nanostruktur ZnO juga dapat dikontrol dengan melakukan pen-doping-an atom logam dan dua unsur atom logam (co-doping). Shin et al [13] telah berhasil menumbuhkan nanorod ZnO yang di-co-doping galium-aluminium dengan persentase konsentrasi larutan co-doping 0.5%-3%. Galium secara berturut-turut mempunyai ikatan ionik dan ikatan kovalen 0.62Å dan 1.26 Å yang hampir sama dengan ikatan ionik dan ikatan kovalen dari Zn 0.74 Å dan 1.34 Å, sedangkan aluminium 0.50 Å dan 1.26 Å [14]. Pada paper ini dilaporkan nanostruktur/nanorod ZnO disintesis dengan metode seed mediated hidrotermal yang di-doping dengan Al-Ga. Pengaruh Al-Ga pada penumbuhan nanorod ZnO dan performansi sel surya berbasis ZnO juga dianalisis. 2. Metode Penelitian Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitina ini adalah: hexa-metyl-tetramine (HMT), zinc nitrate hexahydrate (ZNH), zinc acetate dehydrate (ZAD), aluminium (III) nitrate nanohydrate, galium (III) nitrate hydrate, elektrolit, dye standard N719, acetone, isopropanol ethanol, ethanol absolute, dan DI water. Sedangkan penumbuhan nanorods ZnO dilakukan dengan menggunakan metode seed-mediated hidrotermal, yang terdiri dari 2 tahapan proses: pembenihan dan penumbuhan. Karakterisasi sampel dilakukan menggunakan spektroskopi UV-Vis, Difraksi Sinar- X dan FESEM. Penumbuhan nanorod ZnO dipersiapkan dengan dua langkah proses, yaitu proses pembenihan dan penumbuhan. Proses pembenihan dilakukan dengan metode seed mediated, yang dimulai dengan melarutkan 0,1 M zinc acetate dihydrate (ZAD) ke dalam 10 ml ethanol. 0,5 ml larutan ZAD kemudian diteteskan di atas permukaan substrat dan diputar di atas spin coater selama 30 detik dengan kecepatan 3000 rpm. Selanjutnya sampel dipanaskan di atas hot plate selama 15 menit pada suhu 100 C. Proses pembenihan dilakukan sebanyak 3x pengulangan. Tahap terakhir sampel di-annealing di dalam furnace selama 1 jam pada suhu 400 C dan disimpan di dalam drybox. Setelah proses pembenihan, tahap selanjutnya adalah proses penumbuhan nanorod ZnO yang dilakukan dengan metode hidrotermal dengan melarutkan 0,1 M zinc nitrate hexahydrate (ZNH) ke dalam 10 ml DI water dan 0,1 M hexametyltetramine (HMT) ke dalam 10 ml DI water. Sedangkan larutan doping yang disiapkan 0,1 M aluminium (III) nitrate nanohydrate dilarutkan ke dalam 5 ml DI water, dan 0,1 M galium (III) nitrate hydrate dalam 5 ml DI water.

10 Iwantoro dkk Karakterisasi nanorod ZnO dilakukan menggunakan Spektroskopi UV-Vis, XRD, FESEM, dan EDX. Spektroskopi UV-Vis digunakan untuk menentukan tingkat serapan dari sampel atau absorpsi dari sampel pada panjang gelombang yang digunakan 300-800 nm. Difraksi Sinar-X (XRD) digunakan untuk menetukan parameter kisi, struktur kristal, dan orientasi sampel. Pada penelitian ini sudut 2θ yang digunakan dalam karakterisasi sampel adalah 20-60. Sedangkan FESEM dan Energi Dispersif Sinar-X (EDX) digunakan untuk melihat bentuk, ukuran, keseragaman, sebaran atau densitas, serta komposisi yang terkandung pada sampel. Fabrikasi sel DSSC dilakukan dan dimulai dengan membuat batas daerah yang akan diuji menggunakan parafilm dengan ukuran luas 0.23 cm 2. Substrat FTO yang telah di tumbuhi nanostruktur ZnO direndam dalam larutan dye N719 selama 2 jam dalam keadaan gelap dan selanjutnya sampel disusun membentuk struktur sandwich dan ditetesi elektrolit. Selanjutnya sel diukur menggunakan I-V Gamry EPHE 200 dengan memberikan pencahayaan pada sel menggunakan lampu 100 mw/cm 2. Karakteristik kurva I-V yang dihasilkan digunakan untuk menentukan nilai efisiensi sel. 3. Teori/Perhitungan Sel surya atau fotovoltaik adalah suatu piranti semikonduktor untuk mengubah energi cahaya matahari menjadi energi listik dengan menggunakan kristal silikon (Si) yang tipis. Sel surya fotovoltaik ini ditemukan oleh Becquerel pada tahun 1839, ketika Becquerel mendeteksi adanya tegangan foto ketika sinar matahari mengenai elektroda pada larutan elektrolit [15]. Hingga saat ini sudah berkembang tiga generasi sel surya. Generasi pertama sel surya adalah sel surya fotovoltaik yang dibuat dari silikon kristal tunggal dan multi kristal yang efisiensinya mencapai 24 % [1619]. Generasi kedua adalah sel surya lapis tipis dengan efisiensi yang dihasilkan mencapai 19%, biaya produksi lebih murah dibandingkan sel surya silikon [16]. Generasi ketiga adalah sel surya fotoelektrokimia (sel surya organik, dye sensitized solar cells - DSSC) dengan biaya yang jauh lebih rendah dari sel surya sebelumnya dan efisiensi maksimun yang dihasilkan mencapai 11,1%. DSSC merupakan sel surya fotoelektrokimia tersensitasi zat warna, pertama kali dikembangkan oleh Michael Grätzel pafa tahun 1991, dan sampai saat ini telah menjadi salah satu topik penelitian yang dilakukan oleh para peneliti di seluruh dunia [17]. Berbeda dengan sel surya konvensional, DSSC menggunakan elektrolit sebagai medium transport muatan. Selain elektrolit DSSC terdiri dari elektroda kerja (material aktif), dye, elektroda lawan yang dilapisi katalis untuk mempercepat laju reaksi [18]. Prinsip kerja dari DSSC adalah adalah foton yang datang diserap oleh dye sehingga mengakibatkan elektron tereksitasi dari pita valensi ke pita konduksi. Dye yang tereksitasi akan menginjeksi sebuah elektron ke dalam pita konduksi, dan selanjutnya elektron akan mengalir melewati rangkaian luar menuju elektroda lawan. Elektron akan masuk kembali ke dalam sel dan mereduksi donor teroksidasi iodide yang ada di dalam elektrolit. Dye teroksidasi tersebut akan menerima donor elektron yang tereduksi triiodide dan tergenerasi kembali menjadi molekul awal [19]. Proses co-doping merupakan penyisipan dua unsur atom logam asing yang bertujuan untuk meningkatkan konduktivitas listrik. Unsur tersebut biasanya adalah galium-aluminium yang di-codoping ke dalam ZnO. Shin et al [20] telah berhasil melakukan proses co-doping Ga-Al dengan konsentrasi larutan co-doping 0,5% sampai 3%. Sel dari DSSC difabrikasi membentuk struktur sandwich. Pada proses uji performansi ini ada beberapa parameter sel surya yang diamati yaitu arus hubung singkat (short circuit current),

Efek Co-Doping Al-Ga Pada Nanorods ZnO Terhadap Efisiensi Dye Sensitized Solar Cells (DSSC) 11 tegangan hubung terbuka (open circuit voltage), dan faktor pengisi (fill factor) untuk parameter internal. Daya maksimum dan efisiensi juga merupakan parameter yang umum digunakan untuk membandingkan performa sel surya [21]. Fill factor sel surya merupakan besaran tidak berdimensi yang menyatakan perbandingan daya maksimum yang dihasilkan sel surya terhadap perkalian antara Voc dan Isc. Sedangkan efisiensi sel surya didefinisikan sebagai perbandingan daya keluaran (daya maksimum) dengan daya masukan [21]. 3. Hasil dan Pembahasan Hasil dari pemindaian FESEM memberikan gambar nanostruktur ZnO, termasuk bentuk, ukuran, dan distribusinya. Foto FESEM nanorod ZnO yang di-co-doping Ga-Al pada suhu 90 C selama 8 jam ditunjukkan pada Gambar 1. Gambar 1 memperlihatkan bahwa semakin besar persentase konsentrasi larutan co-doping, struktur dari nanorod ZnO menjadi lebih kasar dan berporos. Poros yang terbentuk pada struktur nanorod ZnO diharapkan mampu menyerap dye lebih banyak. Ukuran diameter nanorod ZnO yang dihasilkan bervariasi untuk semua sampel. Pada persentase konsentrasi Ga 1% Al 5% diameter nanorod ZnO berkisar antara 180-210 nm, sedangkan untuk sampel dengan Ga 1.5 % Al 5%; Ga 2.5% Al 5%; Ga 3% Al 5%, Ga 5% Al 5% berturut-turut adalah 150 212 nm, 250 290 nm, 207 260 nm, dan 192 260 nm. Berdasarkan rentang diameter nanorod ZnO, terlihat bahwa nanorod ZnO yang ditumbuhkan pada persentase Ga 1% Al 5% mempunyai diameter yang lebih homogen dibandingkan dengan sampel lainnya. Gambar 1. Hasil pemindaian FESEM nanostruktur ZnO di-co-doping Ga-Al(a) 1% : 5% (b) 1.5% : 5%, (c) 2.5% : 5%, (d) 3% : 5%, dan (e) 5% : 5% pada perbesaran 50.000 X Gambar 1 juga memperlihatkan bahwa semakin besar persentase konsentrasi larutan co-doping, nanorod ZnO yang tumbuh semakin kurang sempurna dan kurang merata. Hal ini disebabkan karena tingginya persentase konsentrasi larutan penumbuh membuat nanorod ZnO yang terbentuk lebih tebal, karena ion Zn +2 lebih cepat berdifusi ketika konsentrasi larutan penumbuh meningkat [22]. Pola XRD dari nanorod ZnO yang di-co-doping dengan galium-aluminium ditunjukkan pada Gambar 2. Puncak-puncak difraksi muncul pada sudut 2 = 34,43 o, 36,27 o, dan 47,56 o dengan

12 Iwantoro dkk orientasi bidang (002), (101), dan (102) secara berturut-turut. Hasil analisa puncak-puncak tumbuhnya nanorod ZnO ini sesuai dengan data JCPDS dengan No. 01-070-8070. Spektrum XRD tertinggi dihasilkan sampel dengan persentase konsentrasi Ga 3% Al 5%. Gambar 2. Pola XRD nanostruktur ZnO yang di-co-doping galium-aluminium Karakteristik spektrum absorpsi UV-Vis untuk nanorod ZnO dengan struktur heksagonal berada pada rentang panjang gelombang 200-400 nm [23]. Gambar 3. memperlihatkan spektrum absorpsi nanorod ZnO yang di-co-doping galium-aluminium. Gambar 3. Kurva absorpsi UV-Vis dari sampel yang mengandung nanostruktur ZnO di-co-doping galium-aluminium pada variasi konsentrasi co-doping Tingkat penyerapan optimum pada Gambar 3 dihasilkan sampel dengan persentase Ga 5% Al 5%. Penyerapan kuat pada semua sampel terjadi pada rentang panjang gelombang 350 380 nm, hasil ini sesuai dengan [23]. Gambar 4 merupakan kurva hasil transformasi linear dari ( vs dari ZnO. Kurva tersebut memperlihatkan nilai energi gap yang digambarkan oleh garis linier yang memotong sumbu x (ekstrapolasi).

Efek Co-Doping Al-Ga Pada Nanorods ZnO Terhadap Efisiensi Dye Sensitized Solar Cells (DSSC) 13 Gambar 4. Kurva hasil transformasi linier ( vs dari nanostruktur ZnO yang di-codoping galium-aluminium Surono dan Susanto [24] menyatakan bahwa nilai energi gap menunjukkan pergerakan elektron dalam melintasi pita valensi menuju pita konduksi. Hasil ekstrapolasi memperlihatkan energi gap nanorod ZnO setelah di-co-doping Ga-Al meningkat dengan meningkatnya persentase konsentrasi. Tabel 1 mendeskripsikan besarnya energi gap nanorod ZnO yang di-co-doping Ga-Al untuk variasi persentase Ga-Al. Tabel 1. Energi gap nanorod ZnO yang di-co-doping galium-aluminium No Kode Sampel Energi Gap (Eg) 1 2 3 4 5 ZnO-Ga 1% Al 5% ZnO-Ga 1.5% Al 5% ZnO-Ga 2.5% Al 5% ZnO-Ga 3% Al 5% ZnO-Ga 5% Al 5% 3.249 ev 3.249 ev 3.25 ev 3.30 ev 3.30 ev Uji performansi DSSC berbasis nanorod ZnO yang di-co-doping galium-aluminium dilakukan dengan pengukuran I-V dibawah sinar cahaya lampu halogen 100 mw/cm 2.

14 Iwantoro dkk Gambar 5. Kurva J-V dalam keadaaan disinari cahaya lampu halogen dengan intensitas 100 mw/cm 2 dari DSSC nanostruktur ZnO yang di-co-doping Ga-Al Gambar 5 memperlihatkan grafik J-V dari sel saat disinari cahaya. Dari Gambar 5 terlihat kurva J- V dari sel dengan persentase konsentrasi Ga 3% Al 5% menghasilkan luasan bidang paling besar dibandingkan sampel lainnya. Semakin luas bidang pada kurva J-V, maka mobilitas elektron semakin tinggi sehingga nilai efisiensi yang dihasilkan akan semakin tinggi pula. Nilai efisiensi tertinggi sel adalah sebesar 0,189% yang diperoleh dari sel dengan persentase konsentrasi Ga 3% Al 5%. Tabel 2 mendeskripsikan data pengukuran dan perhitungan parameter fisis dari DSSC berbasis nanorod ZnO yang di-co-doping galium-aluminium. Tabel 2. Parameter fisis hasil pengukuran dan perhitungan DSSC berbasis nanorod ZnO yang di-co-doping galliumaluminium. Sampel V oc (V) J sc (macm -2 ) FF ɳ (%) Ga 1% Al 5% 0,47 0,83 38,6 0,15 Ga 1,5% Al 5% 0,45 1,15 34,4 0,179 Ga 2,5% Al 5% 0,42 0,87 33,3 0,13 Ga 3% Al 5% 0,44 1,27 33,2 0,186 Ga 5% Al 5% 0,44 0,99 32,4 0,14 4. Kesimpulan Nanorod ZnO telah berhasil ditumbuhkan di atas FTO sebagai material aktif DSSC menggunakan metode seed mediated hidrotermal dengan variasi persentase konsentrasi larutan co-doping Ga 1% Al 5%, Ga 1,5% Al 5%, Ga 2,5% Al 5%, Ga 3% Al 5%, Ga 5% Al 5% selama 8 jam pada suhu 90 C. Foto FESEM dari sampel memperlihatkan bahwa semakin besar persentase konsentrasi larutan co-doping, struktur dari sampel menjadi lebih kasar dan berporos. Selain itu semakin meningkatnya persentase konsentrasi pen-doping menghasilkan nanorod ZnO yang tumbuh semakin kurang sempurna dan tidak merata di atas FTO. Ukuran diameter nanorod ZnO yang dihasilkan bervariasi untuk semua sampel. Nanorod ZnO yang ditumbuhkan pada persentase Ga 1% Al 5% memiliki ukuran diameter yang lebih homogen dibandingkan dengan sampel lainnya yaitu pada rentang 180 210 nm. Hasil XRD memberikan informasi bahwa terjadi dua puncak difraksi pada sudut 2 = 34,43 o, 36,27 o, dan 47,56 o mengindikasikan keberadaan nanostruktur ZnO dengan orientasi bidang kristal (002), (101), dan (102). Puncak XRD tertinggi dihasilkan sampel dengan persentase konsentrasi Ga 3% Al 5%. Spektrum absorpsi UV-Vis memperlihatkan bahwa sampel yang dihasilkan berbentuk nanorod dengan puncak absorpsi kuat terjadi pada rentang panjang gelombang 350-380 nm untuk semua sampel. Penyerapan optimum dihasilkan sampel

Efek Co-Doping Al-Ga Pada Nanorods ZnO Terhadap Efisiensi Dye Sensitized Solar Cells (DSSC) 15 dengan persentase Ga 5% Al 5%. Hasil pengukuran I-V dari DSSC memperlihatkan efisiensi tertinggi terjadi pada sel dengan elektroda kerja Ga 3% Al 5% yang memberikan nilai parameter fisis: tegangan terbuka (Voc) 0,44 V, rapat arus (Jsc) 1,27 ma/cm 2, fill factor 33,2, dan efisiensi sel 0,186%. Ucapan Terima Kasih Terima kasih atas dukungan dana dari Kementerian Riset, Teknologi dan Pendidikan Tinggi melalui Hibah Penelitian Kerjasama Luar Negeri (KLN) atas nama Dr. Iwantono Tahun 2015., dengan nomor kontrak: 550/UN.19.1/LPPM/2015. Daftar Pustaka 1. Rahman, A., Fabrikasi dan Karakterisasi Nanopartikel ZnO untuk Aplikasi Dye Sensitized Solar Cell, Tesis, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok, 2011. 2. Grӓtzel, M., Dye-Sensitized Solar Cells, Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews, Volume 4, 2003, 145-153. 3. Nakamura, Y., Solution growth of Zinc Oxide Nanowire for dye sensitized solar cell, NNIN REU Research, 2006, 74-76. 4. Dixit, H., Firs-principles electronic structure calculation of transparent conducting oxide materials, Thesis, Departement Fysica Faculteit Watenschappen, Universiteit Antwerpen Belgium, 2012. 5. Khallaf, H., Chai, G., Lupan, O., Heinrich, H., Park, S., Schulte, A., Chow, L., Investigation of chemical bath deposition of ZnO thin films using six different complexing agents, IOP Publishing: Journal of Physics, Vol. 42, 2009, 1-8. 6. Oskam, G., Synthesis of ZnO and nanoparticles, Journal Sol-gel science technology, Vol. 37, 2003, 157-160. 7. Chao, C. H., Chan, C. H., Huang, J. J., Chang, L. S., Shih, H. C., Manipulated the band gap of 1D ZnO nano-rods array with controlled solution concentration and its application for DSSCs, Current Applied Physics, Vol. 11, 2011, 136-139. 8. Lee, J. H., Lee, K. Y., Kumar, B., and Kim, S. W., Synthetis of Ga-doped ZnO nanorods using an aqueous solution method for a pizoelectric nanogenerator, Journal of Nanoscience and Nanotechnology, Vol. 12, no.4, 2012, pp. 3430-3433. 9. Yun, S., Lee, J., Lim, S., Hydrotermal synthetis of Al-doped ZnO nanorod arrays on Si substrate, Science Direct Journal: Physica B, Vol. 405, 2010, 413-419. 10. Phan, D. T., Chung, G. S., Effects of defects in Ga-doped ZnO nanorods formed by a hydrotermal method on CO sensing properties, Sci Verse Science Direct, Sensors and Actuators B: Chemical Journal, Vol. 187, 2013, 191-197. 11. Yamamato, Y., Saito, K., Takashi, K., Konagai, M. Preparation of Boron-doped ZnO Thin Film By Photo-atomic Layer Deposition, Journal Solar Energy Materials & Solar Cells, Vol. 65, 2001, 125-132. 12. Park, Y. R., Nam, E., Jung, D., Suh, S. J., Kim, Y. S., Hydrogenated In-Doped Zno Thin Films For The New Anode Material Of Organic Light Emitting Devices: Synthesis And Application Test, Journal Bulletin Korean Chemist. Soc., Vol. 28(12), 2007, 2396-2400. 13. Shin, J. H., Shin, D. K., Lee, J. Y., Lee, H. Y., Characteristics of Gallium and Aluminum codoped ZnO (GAZO) Transparent Thin Film Deposited by Using the PLD Process, Journal of the korean physical society, Vol.55 (3), 2009, 947-951. 14. Makino, T., Segawa, Y., Yoshida, S., Tsukazaki, A., Ohtomo, A., Kawasaki, M., and Koinuma, H., Journal Applied Physics, 98, 2005, 093520.

16 Iwantoro dkk 15. Ariswan, Prospek Penelitian dan Aplikasi Fotovoltaik Sebagai Sumber Energi Alternatif di Indonesia, Universitas Negeri Yogyakarta, 2010. 16. Green, M. A., Emery, K., Hishikawa, Y., Warta, W., Solar Cell Efficiency Tables (version 37), Progress in Photovoltaics: Research and Applications, Vol. 19, 2011, 84-92. 17. Phani, G., G. Tulloch, D., Vittorio, and Skryabin, I., Titania Solar Cells: New Photovoltaic Technology. Renewable Energy, Vol. 22, 2001, 303-309. 18. Wilman, S., Fajarisandi, Dimas, A. Mega. 2007. Pembuatan Prototipe Solar Cell Murah dengan Bahan Organik-Inorganik (Dye-sensitized Solar Cell). Laporan Penelitian Bidang Energi. Institut Teknologi Bandung. 19. B. Li, L. Wang, B. Kang, P. Wang, Y. Qiu. 2006. Solar cells. Solar Energy Mater. 90: 549. 20. Shin, J. H., Shin, D. K., Lee, J. Y., Lee, H. Y. 2009. Characteristics of Gallium and Aluminum co-doped ZnO (GAZO) Transparent Thin Film Deposited by Using the PLD Process. Journal of the korean physical society. vol.55 (3): 947-951. 21. Diputra, W. 2008. Simulator Algoritma Pendeteksi Kerusakan Modul Surya pada Rangkaian Mobil Surya, Tesis Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik, Universitas Indonesia. 22. Ko, H. Y., Sub Kim, M., and Su Yu, T., Controllable Electrochemical Systensis of ZnO Nanorod Arrray On Flexible ITO/PET Substrate and Their Structural and Properties, Journal Applied Surface Science, 2012. 23. Irannejad, A., Janghorban, K., Tan, O. K., Huang, H., Lim, C. K., Tan, P. Y., Fang, X., Chua, C. S., Maleksaeedi, S., Hejazi, S. M. H., Shahjamali, M. M., Ghaffari, M., Effect of The TiO 2 Shell Thickness on The Dye Sensitized Solar Cells with ZnO-TiO 2 Core Shell Nanorod Electrodes, International Journal of Electrochemical Science, Vol.10, 2011, 1-6. 24. Surono, A. T. & Susanto, H. Sifat Optik Zinc Oxide (ZnO) yang dideposisi diatas substrat kaca menggunakan metode chemical solution deposition (CSD) dan aplikasinya untuk degradasi zat warna methylene blue, Younger physical journal, 2(1), 7-14.