LAPORAN TUGAS AKHIR PEMBUATAN TITANIA PASTA SEBAGAI BAHAN BAKU SEL SURYA Disusun Oleh: ASTRI KURNIAWATI I 8310011 DEVI AYU ANTASARI I 8310021 PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2013 i
ii
iii
KATA PENGANTAR Segala puji syukur kehadirat Allah SWT. Yang telah melimpahkan rahmat dan anugerahnya sehingga penyusun dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini. Laporan ini merupakan salah satu syarat dalam menyelesaikan Program Studi Diploma Tiga Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta. Laporan Tugas Akhir ini disusun berdasarkan data-data yang diambil sebagai hasil percobaan. Penyusun menyampaikan terima kasih kepada berbagai pihak yang telah menbantu sehingga dapat menyelesaikan laporan ini : 1. Bapak Bregas ST Sembodo,S.T.,M.T. selaku Ketua Program Diploma III Teknik Kimia UNS 2. Bapak Dr. Eng. Agus Purwanto S.T., M.T. selaku dosen pembimbing tugas akhir. 3. Bapak dan ibu yang telah memberikan dorongan kepada kami. 4. Mbak Trias Widowati yang telah membantu dalam proses penyelesaian tugas akhir. 5. Semua pihak yang telah membantu atas tersusunnya laporan tugas akhir ini. Penyusun menyadari bahwa dalam penyusunan laporan ini terdapat kekurangan dan keterbatasan. Oleh karena itu, penyusun mengharapkan adanya kritik dan saran yang sifatnya membangun untuk kesempurnaan laporan ini. Akhir kata penyusun mengharap agar laporan ini dapat bermanfaat bagi rekan-rekan dan pembaca yang memerlukan. Surakarta, Juli 2013 Penyusun iv
DAFTAR ISI Halaman Judul... i Lembar Pengesahan... ii Lembar Konsultasi... iii Kata Pengantar... iv Daftar Isi... v Daftar Gambar... vi Intisari... vii BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah... 1 B. Rumusan Masalah... 1 C. Tujuan... 2 D. Manfaat... 2 BAB II. LANDASAN TEORI A. Tinjauan Pustaka... 3 B. Kerangka Pemikiran... 11 BAB III. METODOLOGI A. Alat dan Bahan... 13 B. Lokasi... 14 C. Gambar Rangkaian Alat... 14 D. Cara Kerja... 15 BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN... 18 BAB V. PENUTUP A. Kesimpulan... 24 B. Saran... 24 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN v
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Titanium Dioksida... 3 Gambar 2.2. Proses Pembuatan Sel Surya dengan Metode SPD... 5 Gambar 2.3. Proses Terjadinya Endapan... 5 Gambar 2.4. Diagram Alir Proses Pembuatan TiO 2 dari TiCl 4... 11 Gambar 2.5. Diagram Alir Proses Persiapan Lapisan Tipis TiO 2... 12 Gambar 2.6. Diagram Alir Pelapisan Kaca Konduktif Menggunakan Metode Doctor Blade... 12 Gambar 3.1. Rangkaian Alat Pembuatan Titania Pasta... 14 Gambar 4.1. Grafik Hubungan antara Suhu Pemanasan ( o C) Vs Prosentase TiO 2 Hasil (%)... 18 Gambar 4.2. Grafik Hubungan antara Skala Kecepatan Pengadukan Magnetic stirrer with hot plate Vs Prosentase TiO 2 Hasil (%)... 19 Gambar 4.3. Hasil Uji XRD Serbuk TiO 2... 22 Gambar 4.4. Grafik Hasil Uji Efisiensi Sel Surya... 23 vi
INTISARI Astri Kurniawati, Devi Ayu Antasari, 2013, Laporan Tugas Akhir Pembuatan Titania Pasta sebagai Bahan Baku Sel Surya. Program Studi Diploma III Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Titanium Dioksida (TiO 2 ) merupakan salah satu bahan dasar pembuatan titania pasta dan dapat diaplikasikan pada pembuatan sel surya. TiO 2 dalam bentuk serbuk berwarna putih dapat diperoleh dengan mereaksikan aquadest dantitanium (IV) Chloride (TiCl 4 ). TiO 2 biasa disebut fotokatalis karena kemampuan menyerap energi yang berasal dari matahari untuk diubah menjadi energi listrik.selain itu, TiO 2 memiliki stabilitas termal yang cukup tinggi dan tidak toksik sehingga TiO 2 sesuai digunakan pada pembuatan titania pasta. Pembuatan serbuk TiO 2 dilakukan dengan cara memanaskan larutan TiCl 4 sebanyak 100 ml pada suhu 100 o C dengan kecepatan pengadukan skala 2 menggunakan magnetic stirrer with hotplate selama 1 jam. Selanjutnya larutan didiamkan sampai terbentuk endapan dan disaring menggunakan kertas saring. Setelah itu endapan dikeringkan menggunakan oven. Pembuatan titania pasta dilakukan dengan cara memanaskan larutan Polyvinyl Alcohol (PVA) dengan konsentrasi 2,3 M sebanyak 5 ml pada suhu 80 o C dan kecepatan pengadukan skala 2 menggunakan magnetic stirrer with hotplate selama 30 menit. Selanjutnya 0,5 gram serbuk TiO 2 ditambah dengan 0,3 ml aquadest dan 0,1 ml larutan PVA dan diaduk menggunakan mortar sampai terbentuk titania pasta. Serbuk TiO 2 diuji X-Ray Diffraction (XRD) menggunakan alat Bruker D8 Advance. Hasil uji XRD diolah pada program Match untuk mengetahui fasa kristal yang terkandung dalam serbuk. Dari hasil program Match diketahui bahwa serbuk TiO 2 memiliki fasa kristal rutile sehingga sesuai untuk digunakan sebagai semikonduktor pada sel surya. Titania pasta kemudian diaplikasikan pada pembuatan sel surya. Sel surya tersebut kemudian diuji efisiensi menggunakan alat Keithley dan intensitas cahaya diatur pada 1000 watt/m 2 dengan luas area aktif 3 cm 2 menghasilkan tegangan sebesar 0,4800435133 Volt dan arus sebesar 0,000631575 Ampere. Hasil ini lebih besar dari sel surya menggunakan titania pasta di pasaran yang menghasilkan tegangan sebesar 0,00045 Volt dan arus sebesar 0,0001 Ampere. Efisiensi sel surya menggunakan titania pasta hasil eksperimen sebesar 0,1 %. vii
ABSTRACT Astri Kurniawati, Devi Ayu Antasari, 2013, Final Project Report on the Production of Titania Paste as a Raw Material of Dye Sensitized Solar Cell. Chemical Engineering Undergraduate Program of Engineering Faculty. Surakarta Sebelas Maret University. Titanium Dioxide (TiO 2 ) is one of basic materials to make paste titanium and can be applied to solar cell development. TiO 2 in the form of white powder can be obtained by reacting aquadest and Titanium (IV) Chloride (TiCl 4 ). TiO 2 is usually called photocatalyst because of its ability of absorbing energy coming from the sun and changing it into electricity energy. In addition, TiO 2 has sufficiently high thermal stability and nontoxic so that it is appropriate to be used in paste titanium development. The development of TiO 2 powder was carried out by means of heating 100 ml TiCl 4 solution at 100 o C with 2-scale mixing rate using magnetic stirrer with hotplate for 1 hour. Subsequently, the solution was left to create deposition and sieved using sieve paper. Thereafter, the deposition was dried using oven. The paste titanium development was carried out by heating Polyvinyl Alcohol (PVA) with 2.3 M concentration of 5 ml at 80 o C and 2-scale mixing rate using magnetic stirrer with hotplate for 30 minutes. Then, 0.5 gram TiO 2 powder was added with 0.3 ml aquadest and 0.1 ml PVA solution and mixed using mortar to create paste titanium. TiO 2 powder was tested using X-Ray Diffraction (XRD) with Brucker D8 Advance tool. The result of XRD test was processed using Match program to find out the crystal phase contained in the powder. From the result of Match program, it could be found that TiO 2 powder had rutile-crystal phase just like that used as semiconductor in solar cell. The paste Titanium was then applied to solar cell development. The solar cell was tested for its efficiency using Keithley tool and light intensity was set at 1000 watt/m 2 with 3 cm 2 -wide active area producing voltage of 0.4800435133 Volt and current of 0.000631575 Ampere. These results were higher than the solar cell using commercial past titanium produced with voltage of 0.00045 Volt and current of 0.0001 Ampere. The efficiency of solar cell using paste titanium resulting from the experiment was 0.1%. viii