Pengaruh Penambahan Silika Abu Sekam Padi pada Katalis Karbon Terhadap Kinerja DSSC Disusun Oleh : Fitria Ratna Sari M0211032 SKRIPSI PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA commit 2016 to user
Pengaruh Penambahan Silika Abu Sekam Padi pada Katalis Karbon Terhadap Kinerja DSSC Disusun Oleh : Fitria Ratna Sari M0211032 SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagian Persyar atan mendapatkan gelar Sarjana Sains PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA commit 2016 to user ii
HALAMAN PERSETUJUAN Pengaruh Penambahan Silika Abu Sekam Padi pada Katalis Karbon Terhadap Kinerja DSSC Diusulkan oleh: Fitria Ratna Sari M0211032 Telah disetujui oleh Pembimbing I Nama : Dr. Eng. Risa Suryana, M.Si Tanggal 3 / 9 / 2016 NIP : 19710831 200003 1 005 Pembimbing II Nama : Dr. Sayekti Wahyuningsih, M.Si Tanggal 5 / 9 / 2016 NIP : 19711211 199702 2 001 iii
HALAMAN PENGESAHAN Skripsi dengan judul: Pengaruh Penambahan Silika Abu Sekam Padi pada Katalis Karbon Terhadap Kinerja DSSC Yang ditulis oleh Nama : Fitria Ratna Sari NIM : M0211032 Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan penguji pada Hari : Tanggal : Dewan Penguji 1. Ketua Penguji Dr. Eng Kusumandari, M.Si NIP. 198105182005012002 2. Sekertaris Penguji Drs. Hery Purwanto M.Sc. NIP.19590518 198703 1 002 3. Anggota Penguji I Dr. Eng. Risa Suryana, M.Si NIP.19710831 200003 1 005 4. Anggota Penguji II Dr. Sayekti Wahyuningsih, M.Si NIP.19711211 199702 2 001 Disahkan pada tanggal. Oleh Kepala Program Studi Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta Dr. Fahru Nurosyid, M.Si NIP.19721013 commit 200003 to user 1 002 iv
HALAMAN PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa isi Skripsi saya yang berjudul PENGARUH PENAMBAHAN SILIKA ABU SEKAM PADI PADA KATALIS KARBON TERHADAP KINERJA DSSC adalah hasil kerja saya dan sepengetahuan saya hingga saat ini isi Skripsi tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain atau materi yang telah diajukan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret atau perguruan tinggi lainnya kecuali telah dituliskan di daftar pustaka Skripsi ini dan segala bentuk bantuan dari semua pihak telah ditulis dibagian ucapan terimakasih. Isi Skripsi ini boleh dirujuk atau difotokopi secara bebas tanpa harus memberitahu penulis. Surakarta, FitriaRatna Sari v
HALAMAN MOTTO Sebaik-baik manusia ialah ia yang bermanfaat untuk orang lain Dan berbuat baiklah (kepada orang lain) sebagaimana Allah telah berbuat baik kepadamu (QS. Al-Qashash:77) Barang siapa bersungguh-sungguh, sesungguhnya kesungguhannya itu adalah untuk dirinya sendiri (Al-Ankabut:6) If you fall a thousand times, stand up millions of times because you do not know how close you are to success All the impossible is possible for those who believe!!! vi
HALAMAN PERSEMBAHAN Karya ini kupersembahkan untuk: Ibu dan Bapak Tercinta Kakakku Galih Ratna Utama Tersayang Kakakku Sulastri Atminingsih Alamamater Kebanggaanku Indonesia Negeriku vii
Pengaruh Penambahan Silika Abu Sekam Padi pada Katalis Karbon Terhadap Kinerja DSSC Fitria Ratna Sari Program Studi Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret ABSTRAK Dye-Sensitized Solar Cells (DSSC) terdiri dari Transparant Conductive Oxide (TCO), semikonduktor oksida, dye, elektrolit dan katalis. Penelitian sebelumnya menggunakan Fluorine-doped Tin Oxide (FTO) sebagai TCO, TiO sebagai semikonduktor oksida, -carotene sebagai dye, I dan KI sebagai pasangan elektrolit dan karbon sebagai katalis. Pada penelitian ini, katalis karbon akan ditambah dengan silika (SiO ). SiO berasal dari abu sekam padi. Pengujian abu sekam padi dengan X-Ray Flourescence (XRF) memperlihatkan bahwa 82,12% adalah SiO. Absorbansi ekstrak wortel di uji dengan Ultra Violet Visible (UV- Vis) spektroskopi menunjukkan puncak pada 457nm dan 486nm. Puncak tersebut menjelaskan karakteristik -carotene. Dari pengamatan Scanning Electron Microscopy (SEM), katalis karbon berbentuk lempengan-lempengan. Pengukuran kinerja DSSC dengan I-V meter menunjukkan bahwa terjadi peningkatan dari 1,0 x 10 % dengana hanya katalis karbon menjadi 2,3 x 10 % dengan penambahan katalis silika. Hal ini disebabkan bahwa penambahan silika akan lebih mempercepat penarikan elektron menuju elektrolit. Silika berfungsi sebagai penyangga atau pembawa muatan dalam katalis heterogen. Kata kunci : DSSC, katalis, abu sekam, silika. viii
Effect of Rice Husk Abu Silica Addition on Carbon Catalyst Performance Against DSSC FitriaRatna Sari Physics Department Faculty of Mathematics and Natural Sciences Universitas Sebelas Maret ABSTRACT Dye-Sensitized Solar Cells (DSSC) is composed of Transparent Conductive Oxide (TCO), semikonductor oxides, dyes, electrolytes, and catalyst. Previous researches, we used Fluorine-doped Tin Oxide (FTO) as TCO, TiO as semiconductor oxide, -carotene as dye, I and KI as electrolyte, and carbon as catalyst. In this research, the carbon catalyst will be mixed by silica. Silica is exptracted from rice husk ash. Measurement on rice husk ash using X-Ray Flourescence (XRF) showed that the largest composition is silica (82,12%). Absorbance of extracted carrot using Ultra Violet Visible spectroscopy indicated that absorption peaks at 457nm and 486nm, it is characteristion of -carotene. Scanning Electron Microscopy (SEM) observed that carbon catalyst formed plates. I-V measurements are performed to determine performances of DSSC. Adding silica into carbon catalyst will increase the performance from 1.0 x 10 % to 2.3 x 10 %. It is considered that silica play role as buffer or charges carrier in heterogen catalyst so that attraction of electron towards electrolytes will be accelerated. Keywords : DSSC, catalyst, husk ash, silica. ix
KATA PENGANTAR Penulis mengucapkan puja dan puji syukur kehadirat Allah SWT karena dengan limpahan rahmat, hidayah dan inayah-nya, penulis dapat menyelesaikan laporan Skripsi dengan baik. Sholawat serta Salam tidak lupa penulis panjatkan kepada Rosulullah SAW. Laporan Skripsi yang berjudul PENGARUH PENAMBAHAN SILIKA ABU SEKAM PADI PADA KATALIS KARBON TERHADAP KINERJA DSSC merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi untuk mendapatkan gelar Sarjana Sains di Program Studi Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta. Pada penulisan laporan Skripsi ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak agar dapat menyelesaikan laporan Skripsi dengan baik. Pada kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan banyak terimakasih kepada : 1. Allah SWT yang telah memberikan kesehatan sehingga penulis mampu menyelesaikan laporan Skripsi. 2. Nabi Muhammad SAW yang telah menjadi suri tauladan bagi seluruh umat. 3. Kedua orang tua dan keluarga besar yang telah memberikan doa dan dukungan baik dukungan secara materi dan dukungan secara moril. 4. Bapak Risa Suryana selaku pembimbing pertama dan pembimbing akademik yang selalu membimbing dan memberikan arahan dengan sabar. 5. Ibu Sayekti Wahyuningsih selaku pembimbing kedua yang memberi bimbingan dan saran. 6. Ibu Utari yang selalu memberikan semangat untuk menyelesaikan Skripsi ini. 7. Bapak Fahru Nurosyid selaku Ketua Program Studi Fisika FMIPA UNS yang telah mengesahkan laporan Skripsi penulis. 8. Seluruh Dosen Program Studi Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta yang memberikan ilmunya sehingga penulis mampu memahami dalam perkuliahan. 9. Bapak Suyanto dan Zainal Abidin R. A yang selalu memberikan dukungan serta doa. x
10. Dinasti Dwi Pratiwi dan Istiqomah yang selalu membantu dan memberikan dukungannya. 11. Teman-teman Laboratorium Material Program Studi Fisika FMIPA UNS yang telah membantu dalam penelitian. Semoga seluruh doa, kebaikan dan pertolongan dari semuanya mendapatkan balasan yang terbaik dari Tuhan Yang Maha Esa. Akhir kata, penulis mengucapkan terimakasih dan mohon maaf apabila dalam Laporan Skripsi terdapat banyak kekurangan. Kekurangan terdapat pada penulis, kesempurnaan hanya milik Tuhan Yang Maha Esa. Semoga Laporan Skripsi dapat bermanfaat bagi seluruh pihak yang membutuhkan. Amin Surakarta, Penulis xi
HALAMAN PUBLIKASI Sebagian Skripsi saya yang berjudul PENGARUH PENAMBAHAN SILIKA ABU SEKAM PADI PADA KATALIS KARBON TERHADAP KINERJA DSSC akan dipublikasikan di Repository Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret. xii
DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL i HALAMAN PERSETUJUAN ii HALAMAN PENGESAHAN. iii HALAMAN PERNYATAAN. iv HALAMAN MOTTO. v HALAMAN PERSEMBAHAN... vi HALAMAN ABSTRAK... vii HALAMAN ABSTRACT viii KATA PENGANTAR. ix HALAMAN PUBLIKASI... xi DAFTAR ISI xiii DAFTAR TABEL xv DAFTAR GAMBAR xv DAFTAR SIMBOL.. xvii LAMPIRAN.. xviii BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah. 1 1.2. Batasan Masalah. 2 1.3. Rumusan Masalah. 2 1.4. Tujuan Penelitian 3 1.5. Manfaat Penelitian.. 3 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Gambaran Umum Silika Sekam Padi. 4 2.1.1. Sekam Padi. 4 2.1.2. Silika.. 4 2.2. Dye-Sensitized Solar Cell (DSSC)... 4 2.2.1. Material DSSC.... 4 2.2.1.1. Substrat 5 2.2.1.2. Elektroda. 5 2.2.1.3. Elektrolit. 6 2.2.1.4. Katalis... 6 2.2.1.5. Dye.. 8 2.2.2. Metode Deposisi Lapisan pada DSSC... 8 2.3. X-Ray Flourescence (XRF).. 8 2.4. IV-Meter. 10 2.5. Spektroskopi UV-VIS....... 11 2.6. Scanning Electron Microscope (SEM).... 11 BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Tempat dan Waktu Pelaksanaan. 13 3.1.1. Tempat Pelaksanaan... 13 3.1.2. Waktu Pelaksanaan. 13 3.2. Alat dan Bahan... 13 3.2.1. Alat Penelitian... 13 xiii
3.2.2. Bahan Penelitian... 14 3.3. Prosedur Penelitian... 15 3.3.1. Persiapan Alat dan Bahan. 16 3.3.2. Konfirmasi Kandungan Silika Abu Sekam Padi.. 16 3.3.3. Pemisahan Silika Abu Sekam Padi... 16 3.3.4. Ekstraksi Wortel... 16 3.3.5. Pembuatan Elektroda Lawan... 16 3.3.6. Pembuatan Elektrolit. 16 3.3.7. Pembuatan Pasta TiO.. 17 3.3.8. Pembuatan Prototipe DSSC.. 17 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Hasil Sekam Padi dengan Uji XRF 18 4.2. Karakterisasi Sifat Optik Absorbansi Dye Ekstrak Wortel... 19 4.3. Analisa Permukaan dengan SEM 20 4.4. Karakterisasi Sifat Listrik DSSC 21 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan. 24 5.2. Saran 24 DAFTAR PUSTAKA.. 25 xiv
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 4.1 Hasil Uji Komposisi Kandungan Kimia Abu Sekam Padi dengan XRF.. 19 Tabel 4.2 Nilai Karakteristik I-V DSSC. 22 xv
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Prinsip Kerja DSSC 5 Gambar 2.2 Prinsip Kerja XRF.. 9 Gambar 2.3 Karakterisasi Kurva I-V DSSC.. 10 Gambar 2.4 Prinsip Kerja UV-Vis.. 11 Gambar 2.5 Skema Prinsip Kerja SEM... 12 Gambar 3.1 Metodologi Penelitian 15 Gambar 3.2 Prototipe DSSC.. 17 Gambar 4.1 Perubahan Jerami Padi Setelah Proses Pembakaran... 18 Gambar 4.2 Spektrum Absorbansi Hasil Ekstraksi Wortel 20 Gambar 4.3 Morfologi (a) Grafit Pensil 2B dan (b) Silika Karbon.. 21 Gambar 4.4 Karakteristik Kurva I-V dengan hanya (a) C, dan (b) rasio Si:C 1:2....... 22 xvi
DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Satuan Voc Isc FF Imaks Vmaks Pout Pin Pmaks A I Tegangan Open Circuit Arus Short Circuit Fill Factor Arus Maksimum Tegangan Maksimum Efisiensi Daya Keluaran Daya Masukan Daya Maksimum Luasan Intensitas Cahaya Panjang Gelombang Volt (V) Ampere (A) - Ampere (A) Volt (V) Persen (%) Watt (W) Watt (W) Watt (W) Meter (m ) Watt/m (W/m ) Meter (m) xvii