PEMBUATAN PROTOTIPE DYE SENSITIZED SOLAR CELL DENGAN DYE KLOROFIL BAYAM MERAH SKRIPSI DELOVITA GINTING 070801040 DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
PERSETUJUAN Judul : PEMBUATAN PROTOTIPE DYE SENSITIZED SOLAR CELL DENGAN DYE KLOROFIL BAYAM MERAH Kategori : SKRIPSI Nama : DELOVITA GINTING Nomor Induk Mahasiswa : 070801040 Program Studi : SARJANA (S1) FISIKA Departemen : FISIKA Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Komisi Pembimbing : Diluluskan di Medan, 19 Agustus 2011 Pembimbing 2 Pembimbing 1 Tulus Ikhsan Nasution, S.Si, M.Sc NIP:197407162008121002 Prof. Drs. M. Syukur, MS. NIP:194704141974121001 Diketahui/Disetujui oleh Departemen Fisika FMIPA USU Ketua, Dr. Marhaposan Situmorang NIP. 1955103019800331003
PERNYATAAN PEMBUATAN PROTOTIPE DYE SENSITIZED SOLAR CELL DENGAN DYE KLOROFIL BAYAM MERAH SKRIPSI Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya. Medan,19 Agustus 2011 DELOVITA GINTING 070801040
PENGHARGAAN Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rakhmat dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi yang berjudul Pembuatan Prototipe Dye Sensitized Solar Cell Dengan Dye Klorofil Bayam Merah. Penulis menyadari bahwa keberhasilan penyusunan skripsi ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak baik langsung maupun tidak langsung. Dalam kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Prof. Drs. M. Syukur, MS. selaku pendamping I atas bimbingan, pengarahan, saran serta dukungan yang berarti kepada penulis selama penyusunan skripsi. 2. Bapak Tulus Ikhsan Nasution, S.Si, M.Sc selaku pendamping II atas bimbingan, pengarahan, saran serta dukungan yang berarti kepada penulis selama penyusunan skripsi. 3. Bapak Dr.Marhaposan Situmorang selaku kepala departemen fisika Universitas Sumatera Utara. 4. Ayahanda Robinson Ginting dan Ibunda Jusmiati serta adik-adikku Delvina Ginting Dan Royi Aidiltra Ginting atas semua kasih sayang, dukungan moril maupun materil serta doa yang selalu menyertai penulis. 5. Martin Pipin Girsang yang dengan sabar banyak memberikan doa, waktu, perhatian, serta dukungan yang sangat besar kepada penulis. 6. Moraida Hasanah, Fitri susanti, Maryanto Purba, Ismatul Husna, Juli Harni, serta seluruh mahasiswa fisika stambuk 2007. 7. Seluruh staf pegawai terutama kak Tini dan kak Yuspa di Departemen Fisika FMIPA USU. Serta umumnya kepada semua pihak yang telah berkontribusi terhadap penyelesaian skripsi ini. Penulis berharap fabrikasi DSSC ini sebagai studi awal pengembangan bidang energi baru terbaharukan di Jurusan Fisika FMIPA USU. Prototype yang telah dibuat masih banyak memiliki kelemahan yang membutuhkan penyempurnaan. Akhir kata, penulis berharap penelitian ini dapat memberi manfaat untuk khalayak umum. Medan,19 Agustus 2011 Penulis
PEMBUATAN PROTOTIPE DYE SENSITIZED SOLAR SELL DENGAN DYE KLOROFIL BAYAM MERAH ABSTRAK Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) adalah suatu alat/piranti yang dapat mengubah energi cahaya menjadi energi listrik. DSSC merupakan sel surya generasi ketiga yang terdiri dari semikonduktor TiO 2 yang terletak pada substrat kaca berkonduksi dan direndam dengan dye. Dye yang digunakan berasal dari daun bayam (Blitum Rubrum) dan substrat yang dipakai berasal dari kaca Kaca konduktif (TCO) jenis ITO (Indium tin oxide). Konstruksi DSSC menggunakan sistem berlapis (sandwich) yang terdiri dari elektroda kerja (semikonduktor TiO 2 -zat warna- elektrolit) dan elektroda lawan (karbon) yang keduanya diletakkan pada kaca berkonduksi supaya terjadi siklus electron. Dari hasil analisis, dengan spektroskopi UV-VIS absorbsi cahaya dye ekstraksi daun bayam diketahui bahwa dye dapat menyerap spektrum cahaya pada panjang gelombang 676.5 nm, analisis menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM) menunjukkan morfologi permukaan TiO 2 yang beronggga-rongga dengan ukuran berkisar antara 65-113 nm pada perbesaran 50.000x dan 100.000x. Sel surya yang disinari dengan cahaya matahari dapat mengkonversi energi surya menjadi energi listrik dengan efesiensi sel surya ( ) sebesar 0.066 % dengan intensitas cahaya 17,204 Watt/ untuk area aktif seluas 3cm 2.
PROTOTYPE FABRICATION DYE-SENSITIZED SOLAR CELL USING DYE CHLOROPHYLL OF RED SPINACH ABSTRACT Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) is a device which converted solar energy become electrical energy. DSSC is 3 rd generation of Solar Cell that consist of Semiconductor TiO 2 which placed in subtrate conduced glass and submerged with dye. Dye main ingredient comes from the leaves of spinach (Blitum Rubrum) are used and the substrate is the Transparent Conductive Oxide (TCO) with the ITO (indium tin oxide) type. DSSC Construction using layered system (sandwich) consist of work electrode (semiconductor TiO 2 pigment - electrolyte) and counter electrode (carbon) both of which are placed on glass conduced that occur cycle electron. Result of analysis, with UV-Vis absorption spectroscopy of light dye of spinach leaves extraction is known that the spectrum of dye can absorbed the light at a wavelength of 676.5 nm, analyze with Scanning Electron Microscopy (SEM) shown the morphology of TiO2 thin surface layer TiO2 are hollows with range of size 65 133 nm in 50.000x and 100.000x zooming. Solar cell lightened by sunlight able to transform sunlight into electrical energy with efeciency ( ) 0.066 % with 17,204 Watt/ light intensity for width of 3cm 2 active area.
DAFTAR ISI Halaman Persetujuan ii Pernyataan iii Penghargaan iv Abstrak v Abstract vi Daftar Isi vii Daftar Tabel x Daftar Gambar xi Bab 1 Pendahuluan 1 1.1. Latar Belakang 3 1.2. Rumusan Masalah 3 1.3. Batasan Masalah 3 1.4. Tujuan Penelitian 3 1.5. Tempat Penelitian 4 1.6. Sistematika Penulisan 4 Bab 2 Tinjauan Pustaka 2.1. Energi Surya 5 2.2. Sel Surya Fotovoltaik 5 2.2.1. Umum 5 2.2.2. Prinsip Kerja Sel Surya Konvensional Silikon 6 2.2.3. Performansi Sel Surya 7 2.2.3.1. Karakteristik I-V Fotovoltaik 7 2.2.3.2 Fill Factor dan Efisiensi Kuantum 8 2.3. Dye-sensitized Solar Cell 9 2.3.1. Umum 9
2.3.2. Prinsip Kerja DSSC 10 2.3.3. Material DSSC 13 2.3.3.1. Substrat 13 2.3.3.2. Elektroda 13 2.3.3.3. Elektrolit 14 2.3.3.4. Katalis Counter Elektroda 15 2.3.3.5. Dye 15 2.3.4. Klorofil sebagai dye 15 2.3.5. Perakitan DSSC 17 2.3.5.1. Persiapan Substrat 17 2.3.5.2. Persiapan Larutan TiO 2 18 2.3.5.3. Deposisi Lapisan Elektroda dan Counter Elektroda 19 2.3.5.4. Annealing dan Sintering Titania Elektroda 22 2.3.5.5. Ektraksi Dye dan Pewarnaan Titania Elektroda 22 2.3.5.6. Menumpuk Elektroda dan Penambahan Elektrolit 23 Bab 3 Metode Penelitian 3.1. Peralatan dan Bahan 24 3.1.1. Peralatan 24 3.1.2. Bahan 24 3.2. Tata Laksana Penelitian 25 3.2.1. Pengujian TiO 2 26 3.2.2. Preparasi Pasta TiO 2 26 3.2.3. Preparasi Larutan Dye 26 3.2.4. Preparasi Elektrolit 27 3.2.5. Preparasi Counter-Elektroda Karbon 27 3.2.6. Assembly DSSC 28 3.3. Pengujian 29 3.3.1. Pengujian Absorbsi Dye 29 3.2.2. Pengujian Sel Surya 29
Bab 4 Hasil Dan Pembahasan 4.1. Analisis Nanopori 31 4.2. Analisis Absorbsi Daun Bayam 32 4.3. Analisis Sel surya 33 Bab 5 Kesimpulan Dan Saran 36 Daftar Pustaka Lampiran
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 4.1. Tabel panjang gelombang spektrum optik 32 Tabel 4.2. Performansi sel surya dengan dye klorofil bayam merah dari 35 intensitas yang berbeda
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1. Struktur sel surya Silikon p-n junction 6 Gambar 2.2. Skema Kerja Sel Surya Silikon 7 Gambar 2.3 Karakteristik Kurva I-V pada Sel Surya 8 Gambar 2.4. Struktur Dye-sensitized Solar Cell 10 Gambar 2.5. Ilustrasi proses fotokatalis 11 Gambar 2.6. Skema Kerja dari DSSC 12 Gambar 2.7. Mg terdapat pada struktur molekuler klorofil 17 Gambar 2.8. Spektrum absorbsi klorofil a dan klorofil b 17 Gambar 2.9. Beberapa cara mempersiapan counter elektroda 18 Gambar 2.10. Doctor blade teknik 19 Gambar 2.11. Electrospinning teknik 20 Gambar 2.12. Susunan elektroda yang akan dilapisi 21 Gambar 2.13. Screen printing teknik 21 Gambar 3.1. Alur Tahapan Pembuatan DSSC dan Pengujian 25 Gambar 3.2. Ilustrasi Skema Area Deposisi Pasta Tio 2 28 Gambar 3.3. Skema Rangkaian Listrik Pengujian Sel surya 29 Gambar 4.1. Hasil SEM Sampel TiO 2 31 Gambar 4.2. Grafik UV-VIS dari dye daun bayam 33 Gambar 4.3. Grafik karakteristik I-V (a) sumber cahaya berjarak 30 cm dari sel surya (b) sumber cahaya berjarak 20 cm dari sel surya (c) sumber cahaya berjarak 10 cm dari sel surya 34