LAPORAN TUGAS AKHIR PEMBUATAN MODUL SEL SURYA BERBASIS PEWARNA UNTUK APLIKASI CHARGER BATERAI HANDPHONE Disusun Oleh: ELITA SILVER I 8311013 ERIN RIA MARDANI I 8311014 PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2014 i
DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS SEBELAS MARET FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK KIMIA PROGRAM STUDI DIII TEKNIK KIMIA Jl. Ir. Sutami No. 36 A Surakarta Telp. (0271) 632112 LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN TUGAS AKHIR Nama/ NIM : 1. Elita Silver 2. Erin Ria Mardani (I8311013) (I8311014) Judul Tugas Akhir : Pembuatan Modul Sel Surya Berbasis Pewarna Untuk Aplikasi Charger Baterai Handphone Tanggal : Dosen Pembimbing : Dr. Eng. Agus Purwanto, S.T., M.T. Surakarta, Juli 2014 Mengetahui Ketua Program Studi DIII Teknik Kimia Dosen Pembimbing Mujtahid Kaavessina, S.T., M.T., Ph.D. NIP. 19790924 200312 1 001 Dr. Eng. Agus Purwanto, S.T., M.T. NIP. 19750411 199903 1 001 Dosen Penguji I Harianingsih, S.T.,M.T. NIP. 1981112320130201 Dosen Penguji II Ir. Arif Jumari, M.Sc. NIP.196503 15199702 1 001 ii
LEMBAR KONSULTASI Tugas Akhir Nama : 1. Elita Silver / I 8311013 2. Erin Ria Mardani / I 8311014 Judul TA : Pembuatan Modul Sel surya Berbasis Pewarna Untuk Aplikasi Charger Baterai Handphone Tanggal Mulai Bimbingan :... Pembimbing : Dr. Eng. Agus Purwanto, S.T., M.T. No Tanggal Konsultasi Paraf Mahasiswa Dosen Ket. Dinyatakan selesai Tanggal: Dosen Pembimbing, Dr. Eng. Agus Purwanto, S.T., M.T. NIP. 19750411 199903 1 001 iii
KATA PENGANTAR Puji syukur ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmat dan anugerah-nya 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 Mujtahid Kaavessina, S.T., M.T., Ph.D 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, ibu dan kakak yang telah memberikan dorongan dan semangat kepada kami. 4. Teman-teman Diploma III Teknik Kimia angkatan 2011 yang telah memberikan bantuan, semangat, keceriaan dan motivasi kepada kami. 5. Semua pihak yang telah membantu 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 2014 Penyusun iv
DAFTAR ISI Halaman Judul... i Lembar Pengesahan... ii Lembar Konsultasi... iii Kata Pengantar... iv Daftar Isi... v Daftar Tabel... vii Daftar Gambar... viii Intisari... x BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang... 1 B. Rumusan Masalah... 2 C. Tujuan... 2 D. Manfaat... 2 BAB II LANDASAN TEORI A. Tinjauan Pustaka... 4 1. Sel Surya... 4 2. DSSC (Dye Sensitized Solar Cell)... 5 3. Komponen Sel Surya... 6 4. Cara Kerja DSSC... 10 5. Perakitan dan Rangkaian Modul Sel Surya DSSC... 12 6. Pengujian... 13 B. Kerangka Pemikiran... 14 BAB III METODOLOGI A. Alat dan Bahan... 19 B. Lokasi... 20 C. Gambar Rangkaian Alat... 21 D. Cara Kerja... 22 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN A. Pembuatan Kaca Konduktif commit to FTO user... 26 v
B. Pelapisan Semikonduktor... 27 1. Metode Spray Coating... 27 2. Metode Doctor Blade... 28 C. Perendaman Pewarna... 28 D. Pembuatan Counter Electrode... 28 E. Pembuatan DSSC... 29 E. Pembuatan Modul DSSC... 31 F. Karakterisasi... 31 1. X-Ray Diffractometer (XRD)... 31 2. Uji Transmitansi Uv-Vis... 32 3. Uji Kurva I-V untuk Mengetahui Efisiensi... 33 BAB V PENUTUP A. Kesimpulan... 39 B. Saran... 40 Daftar Pustaka... 41 Lampiran vi
DAFTAR TABEL Tabel IV.1 Data hasil pembuatan kaca konduktif FTO dengan variasi waktu spray... 26 Tabel IV.2 Data hasil spray TiO 2 dengan variasi volume spray... 29 Tabel IV.3 Data hasil spray TiO 2 dengan variasi kadar triton... 30 Tabel IV.4 Data hasil pelapisan metode doctor blade dengan variasi ketebalan... 30 Tabel IV.5 Hasil Perhitungan Efisiensi..... 38 vii
DAFTAR GAMBAR Gambar II.1 Gambar Struktur Sel Surya Generasi pertama... 6 Gambar II.2 Gambar Struktur Sel Surya Generasi kedua... 6 Gambar II.3 Gambar Struktur DSSC... 6 Gambar II.4 Cara Kerja DSSC.. 11 Gambar II.5 Diagram Blok Pembuatan Gelas Transparan FTO.. 14 Gambar II.6 Diagram Blok Pelapisan Kaca Semikonduktor (Elektroda Kerja)... 15 Gambar II.7 Diagram Blok Pembuatan Kaca Counter Elektrode..... 16 Gambar II.8 DiagramBlok Perakitan Sel Surya... 17 Gambar II.9 Diagram Blok Perakitan Modul Sel Surya.. 18 Gambar III.1 Rangkaian Alat Pembuatan Kaca Konduktif FTO.. 21 Gambar III.2 Rangkaian Alat Spray Coating 21 Gambar IV.1 Kaca Konduktif FTO... 26 Gambar IV.2 Spray TiO 2 pada gelas FTO. 27 Gambar IV.3 Modul DSSC untuk Charger Baterai Handphone... 31 Gambar IV.4 Grafik Karakterisasi XRD kaca FTO dengan Waktu Deposisi 13 Menit... 32 Gambar IV.5 Grafik Hasil Uji Transmitansi Kaca FTO 33 Gambar IV.6 Kurva I-V DSSC.. 33 Gambar IV.7 Hasil Uji Efisiensi Sel Surya Metode Spray Coating dengan Volume 10 ml.. 34 Gambar IV.8 Hasil Uji Efisiensi Sel Surya Metode Spray Coating dengan Volume 12 ml.. 34 Gambar IV.9 Hasil Uji Efisiensi Sel Surya Metode Spray Coating dengan Volume 15 ml.. 35 Gambar IV.10 Hasil Uji Efisiensi Sel Surya Metode Spray Coating dengan Volume 17 ml.. 35 Gambar IV.11 Hasil Uji Efisiensi Sel Surya Metode Spray Coating dengan Kadar Triton 5% Volume commit 10 to ml user.. 36 viii
Gambar IV.12 Hasil Uji Efisiensi Sel Surya Metode Spray Coating dengan Kadar Triton 5% Volume 12 ml. 36 Gambar IV.13 Hasil Uji Efisiensi Sel Surya Metode Doctor Blade dengan Tebal 1 Selotip 37 Gambar IV.14 Hasil Uji Efisiensi Sel Surya Metode Doctor Blade dengan Tebal 2 Selotip 37 ix
perpustakaan.uns.ac.id INTISARI Elita Silver, Erin Ria Mardani, 2014, Laporan Tugas Akhir Pembuatan Modul Sel Surya Berbasis Pewarna Untuk Aplikasi Charger Baterai Handphone. Program Studi Diploma III Teknik Kimia Fakultas Teknik. Universitas Sebelas Maret Surakarta. Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) dapat menjadi solusi pencarian sumber energi alternatife yang dapat diperbaharui (renewable). DSSC adalah pengembangan dari sel surya yang memanfaatkan zat warna (dye) sebagai media penangkap foton dari matahari. DSSC bisa dimanfaatkan sebagai charger baterai handphone karena pada saat ini, handphone sudah menjadi keperluan pokok semua orang. Charger DSSC hanya membutuhkan sinar matahari untuk dapat mengisi baterai handphone, sehingga praktis digunakan untuk orang yang mempunyai aktivitas tinggi maupun saat bepergian. Bahan baku dari DSSC adalah kaca konduktif FTO. Kaca konduktif FTO dibuat dengan metode spray pyrolysis deposition dengan mendeposisikan larutan prekursor konsentrasi 0,7 M di permukaan substrat kaca ketebalan 2 mm pada suhu deposisi 500 C dan waktu deposisi 13 menit. Kaca konduktif FTO yang dihasilkan mempunyai hambatan rata-rata 20. Kaca konduktif FTO yang dilapisi TiO2 selanjutnya akan disebut semikonduktor. Semikonduktor dibuat dengan metode doctor blade dan spray coating. Semikonduktor dengan metode spray coating dibuat dengan menyemprotkan larutan TiO2 pada kaca konduktif FTO yang telah dipanaskan pada suhu 500 C. Selanjutnya semikonduktor disintering selama 1 jam pada suhu 500 C. Semikonduktor dengan metode doctor blade dibuat dengan melapiskan pasta TiO2 pada kaca konduktif FTO dengan bantuan spatula atau batang pengaduk. Setelah itu semikonduktor disintering selama 5 menit pada suhu 325 C, 5 menit pada suhu 375 C, 15 menit pada suhu 450 C dan 15 menit pada suhu 500 C. Semikonduktor yang diperoleh kemudian direndam dalam larutan pewarna (dye ruthenium complex) selama 24 jam. Counter electrode dibuat dengan melapiskan platina pada kaca konduktif FTO yang sebelumnya telah dilubangi pada kedua sisi pojok sebagai tempat masuknya elektrolit, lalu disintering selama 1 jam pada suhu 450⁰C. Semikonduktor dan counter electrode direkatkan menggunakan thermoplastic sealant. Tahap terakhir adalah pengisian elektrolit dan penutupan lubang dengan aluminium thermoplastic laminate. Kaca konduktif FTO dengan waktu deposisi yang berbeda-beda diuji transmitansinya dengan UV-Vis Spectrophotometer. Tingkat transparansi gelas transparan FTO yang dihasilkan berkisar antara 19 71%. Kaca konduktif FTO juga diuji XRD (X-Ray Diffractometer) dari pelapis gelas transparan tersebut yaitu SnO2:F. Setelah dianalisa menggunakan program Match, diketahui bahwa pada deposisi suhu 500 C waktu deposisi 13 menit memiliki struktur kristal cassiterite. Modul DSSC dipasang dengan rangkaian seri-paralel dengan total 30 sel surya. 3 buah rangkaian seri, masing-masing terdiri dari 10 sel surya, yang kemudian 3 rangkaian seri tersebut disambungkan secara paralel. Menghasilkan tegangan 6,67 volt dan arus 10,51 ma. Efisiensicommit maksimal sebesar 1,78% diperoleh dari DSSC to user dengan metode doctor blade dengan tebal 1 selotip. x
ABSTRACT Elita Silver, Erin Ria Mardani, 2014, Final Project Report, The Creating Modul of Solar Cell Based on Dye to Handphone Battery Charger Application. Chemical Engineering Diploma III Study Program of Engineering Faculty. Universitas Sebelas Maret University of Surakarta. Dye-sensitized Solar Cell (DSSC) can be a source search solution alternatives of renewable energy (renewable). DSSC is the development of solar cells that utilize dye (dye) as a media capture photons from the sun. DSSC can be used as a battery charger for mobile phone at this time, mobile phones have become the basic needs of all people. Charger DSSC only need sunlight to be able to charge the phone battery, making it practical to use for people who have high activity or while traveling. The raw material of DSSC is conductive FTO glass. FTO conductive glass is made by spray pyrolysis deposition method. Precursor solution with a concentration of 0.7 M in the surface of the glass substrate thickness of 2 mm at 500 C deposition temperature and deposition time of 13 minutes. FTO conductive glass barriers have produced an average of 20. FTO conductive glass coated with TiO 2 hereafter referred semiconductors. Semiconductors made by doctor blade method and spray coating. Semiconductors by spray coating method were made by spraying a solution of TiO2 on FTO conductive glass that has been heated to a temperature of 500 C. Furthermore semiconductor is sintered for 1 hour at a temperature of 500 C. Semiconductor with a doctor blade method made by superimposing the TiO 2 paste on FTO conductive glass with the help of a spatula or stirring rod. After the semiconductor is sintered for 5 minutes at a temperature of 325 C, 5 min at 375 C, 15 minutes at a temperature of 450 C and 15 minutes at a temperature of 500 C. Semiconductor was then soaked in a solution of the dye (the ruthenium complex dye) for 24 hours. Counter electrode is made by superimposing platinum in FTO conductive glass that had previously been drilled on both sides of the corner as the entry of the electrolyte, then is sintered for 1 h at 450 C. Semiconductors and counter electrode glued using thermoplastic sealant. The last stage is the electrolyte filling and closing the hole with aluminum thermoplastic laminate. FTO conductive glass with deposition time varying it transmitantion tested with UV-Vis Spectrophotometer. The level of transparency of the transparent FTO glass produced ranges between 19-71%. FTO conductive glass was also tested XRD (X-ray Diffractometer) of the transparent glass coatings that SnO2: F. Having analyzed using the Match program, it is known that the deposition temperature 500 C deposition time 13 minutes had cassiterite crystal structure. DSSC module is fitted with a series-parallel circuit with a total of 30 solar cells. 3 pieces of series circuits, each consisting of 10 solar cells, which then 3 series circuit is connected in parallel. Produces a voltage 6.67 volts and 10.51 ma current. Maximum efficiency of 1.78% was obtained from the DSSC with a doctor blade method with a thicker one tape. xi