lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-t29768-pengembangan counter... ·...

Download lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN…

Post on 18-Sep-2018

214 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON

    NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

    SEL SURYA DYE-SENSITIZED

    TESIS

    Mirza Nur Hidayat

    0806421275

    UNIVERSITAS INDONESIA

    FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

    PROGRAM STUDI FISIKA

    DEPOK

    JULI 2011

    Pengembangan counter..., Mirza Nur Hidayat, FMIPA UI, 2011

  • PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON

    NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

    SEL SURYA DYE-SENSITIZED

    TESIS

    Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

    Magister Sains

    Mirza Nur Hidayat

    0806421275

    UNIVERSITAS INDONESIA

    FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

    PROGRAM STUDI FISIKA

    DEPOK

    JULI 2011

    Pengembangan counter..., Mirza Nur Hidayat, FMIPA UI, 2011

  • Pengembangan counter..., Mirza Nur Hidayat, FMIPA UI, 2011

  • Pengembangan counter..., Mirza Nur Hidayat, FMIPA UI, 2011

  • KATA PENGANTAR/UCAPAN TERIMA KASIH

    Puji syukur saya panjatkan kepada Allah SWT, karena atas berkat dan rahmatNya,

    saya dapat menyelesaikan tesis ini. Penulisan tesis ini dilakukan dalam rangka

    memenuhi salah satu syarat untuk mencapai gelar Magister Sains Program

    Magister Fisika pada Program Pascasarjana Fakultas Matematika dan Ilmu

    Pengetahuan Alam Universitas Indonesia. Saya menyadari bahwa, tanpa bantuan

    dan bimbingan dari berbagai pihak, dari masa perkuliahan sampai pada

    penyusunan tesis ini, sangatlah sulit bagi saya untuk menyelesaikan tesis ini. Oleh

    karena itu, saya mengucapkan terima kasih kepada:

    (1) Prof. Dr. BEF da Silva, M.Sc., DEA dan Dr. Goib Wiranto, selaku

    pembimbing, yang telah menyediakan waktu, tenaga, dan fikiran untuk

    mengarahkan saya dalam penyusunan tesis ini;

    (2) Dr. Yunus Daud, selaku Ketua Program Magister Fisika;

    (3) segenap ibu dan bapak dosen beserta staf di lingkungan Departemen Fisika;

    (4) ibu Lia Muliani, ibu Lilis Retnaningsih, ibu Natalita Maulani Nursam, bapak

    Jojo Hidayat, bapak Shobih, para peneliti dan staf di Pusat Penelitian

    Elektronika dan Telekomunikasi, LIPI Bandung;

    (5) ibu, bapak, adik, kakak, dan keluarga;

    (6) teman-teman dan sahabat;

    (7) serta malaikat kecilku.

    Akhir kata, saya berharap Allah SWT berkenan membalas segala kebaikan semua

    pihak yang telah membantu. Semoga tesis ini membawa manfaat bagi

    pengembangan ilmu pengetahuan.

    Depok, 11 Juli 2011

    Penulis

    Pengembangan counter..., Mirza Nur Hidayat, FMIPA UI, 2011

  • Pengembangan counter..., Mirza Nur Hidayat, FMIPA UI, 2011

  • ABSTRAK Nama : Mirza Nur Hidayat Program Studi : Fisika Judul : Pengembangan Counter Electrode Berbasis Carbon Nanotube

    dengan Metode Spray-Coating untuk Aplikasi Sel Surya Dye- Sensitized

    Counter electrode berbasis carbon nanotube (CNT) dengan metode spray-

    coating untuk aplikasi sel surya dye-sensitized telah dikembangkan. Larutan CNT di-spray di atas substrat TCO dengan menggunakan spray gun. Counter electrode dibuat 4 variasi spraying: 10x, 15x, 25x, dan 55x. Karakteristik I-V dan efisiensi sel dipengaruhi oleh ketebalan lapisan, luas area sentuh counter electrode dengan elektrolit, transmitans, dan sheet resistance counter electrode. Karakteristik I-V dan efisiensi sel terbesar didapat pada counter electrode dengan spraying CNT sebanyak 55x. Efisiensi sel terbaik hasil penelitian sebesar 1,90 %. Kata kunci : counter electrode, CNT, spray-coating, sel surya dye-sensitized

    ABSTRACT

    Name : Mirza Nur Hidayat Study Programme : Physics Title : Development of Spray-Coated Carbon Nanotube Counter Electrode for Dye-Sensitized Solar Cells Counter electrode based on carbon nanotube (CNT) by using spray-coating method for dye-sensitized solar cells have been successfully developed. CNT solution was sprayed on TCO substrate by using a spray gun. Counter electrode was made 4 variations of spraying: 10, 15, 25, and 55 times. The I-V characteristics and cell efficiency are influenced by thickness, touch area counter electrode with the electrolyte, transmittance, and sheet resistance of the counter electrode. The best I-V characteristics and efficiency of cells were obtained on 55 times of spraying of CNT counter electrode. The best efficiency of cells is about 1.90

    %.

    Keywords : counter electrode, CNT, spray-coating, dye-sensitized solar cells

    Pengembangan counter..., Mirza Nur Hidayat, FMIPA UI, 2011

  • DAFTAR ISI

    HALAMAN JUDUL ... .... HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS . HALAMAN PENGESAHAN . KATA PENGANTAR/UCAPAN TERIMA KASIH ...... HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ....... ABSTRAK ... DAFTAR ISI .... DAFTAR GAMBAR ... DAFTAR TABEL DAFTAR LAMPIRAN 1. PENDAHULUAN ....... 1.1 Latar Belakang 1.2 Perumusan Masalah 1.3 Tujuan Penulisan . 1.4 Batasan Masalah .. 1.5 Metodologi Penelitian . 1.6 Sistematika Penulisan .. 2. TINJAUAN PUSTAKA . 2.1 Sel Surya Dye-Sensitized . 2.1.1 Fotoelektrokimia 2.1.2 Sel Surya Dye-Sensitized 2.1.3 Aliran Elektron Sel Surya Dye-Sensitized .. 2.1.4 Counter Electrode .. 2.1.5 Karakteristik I-V dan Efisiensi Sel . 2.1.6 Efisiensi Kuantum .. 2.1.7 Depletion Capacitance dan Built-in Potential ... 2.2 Carbon Nanotube 2.2.1 Struktur Carbon Nanotube . 2.2.2 Sifat Elektronik Carbon Nanotube . 2.2.3 Pita Energi .. 2.3 Metode Spray-Coating 2.4 Instrumentasi dan Pengujian Sel Surya Dye-Sensitized .. 2.5 Scanning Electron Microscope, Spectrophotometer, Four-Point Probe 2.5.1 Scanning Electron Microscope .. 2.5.2 Spectrophotometer . 2.5.3 Four-Point Probe ... 3. METODE PENELITIAN .. 3.1 Preparasi Substrat Transparent Conducting Oxide (TCO) . 3.2 Proses Screen Printing Photoelectrode .. 3.2.1 Proses Pembuatan Screen ... 3.2.2 Proses Printing ... 3.3 Proses Spray-Coating Counter Electrode ... 3.3.1 Proses Pembuatan Larutan Carbon Nanotube (CNT)

    i ii iii iv v vi vii ix xiii xiv 1 1 3 3 4 4 4 6 6 6 7 9 10 10 12 13 13 14 15 16 18 19 21 21 23 24 25 25 26 26 28 32 32

    Pengembangan counter..., Mirza Nur Hidayat, FMIPA UI, 2011

  • 3.3.2 Proses Spray-Coating . 3.4 Proses Pewarnaan 3.5 Proses Assembling Sel Surya Dye-Sensitized .. 3.6 Karakterisasi Counter Electrode . 3.6.1 Karakterisasi Morfologi dan Ketebalan . 3.6.2 Pengukuran Nilai Transmitans ... 3.6.3 Pengukuran Sheet Resistance . 3.7 Pengukuran Depletion Capacitance dan Built-in Potential 3.8 Karakterisasi I-V dan Efisiensi Sel Surya Dye-Sensitized ... 3.8.1 Metode Manual .. 3.8.2 Metode Komputerisasi ... 3.9 Inventarisasi Alat, Bahan, dan Parameter Proses Penelitian .. 3.10 Tempat dan Waktu Penelitian ... 4. HASIL DAN ANALISIS 4.1 Preparasi Substrat Transparent Conducting Oxide (TCO) . 4.2 Proses Screen Printing Photoelectrode ... 4.3 Proses Spray-Coating Counter Electrode ... 4.4 Proses Pewarnaan 4.5 Proses Assembling Sel Surya Dye-Sensitized .. 4.6 Karakterisasi Counter Electrode . 4.6.1 Karakterisasi Morfologi . 4.6.2 Pengukuran Ketebalan ... 4.6.3 Pengukuran Nilai Transmitans ... 4.6.3 Pengukuran Sheet Resistance . 4.7 Pengukuran Depletion Capacitance dan Built-in Potential 4.8 Karakteristik I-V dan Efisiensi Sel Surya Dye-Sensitized ... 5. KESIMPULAN DAN SARAN .. 5.1 Kesimpulan . 5.2 Saran DAFTAR REFERENSI .

    35 37 37 38 38 40 42 43 44 44 45 46 48 49 49 50 51 53 55 56 56 58 59 59 60 63 75 75 76 77

    Pengembangan counter..., Mirza Nur Hidayat, FMIPA UI, 2011

  • DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Detail bagian sel surya dye-sensitized. Sel terdiri atas TiO2

    Gambar 2.2 Skema prinsip kerja sel surya dye-sensitized. Foton diserap oleh dye yang terikat di TiO

    dan dye sebagai photoelectrode; larutan elektrolit; serta counter electrode. Sel disusun dalam bentuk sandwich, diapit dua buah conducting glass, dan dilingkupi spacer....................

    2

    Gambar 2.3 Skema aliran elektron sel surya dye-sensitized. Aliran elektron melibatkan dye tereksitasi, pita konduksi, ion, dan katalis redoks .............................................................................

    dan menghasilkan elektron. Elektron tereksitasi dan diinjeksikan ke pita konduksi. Elektron mengalir di photoelectrode, external load, dan kembali ke counter electrode. Reaksi redoks meregenerasi elektron ......................................................................................

    Gambar 2.4 Counter electrode. Counter electrode sebagai katoda dalam sel surya dye-sensitized dan katalis dalam reaksi redoks ..........

    Gambar 2.5 Karakteristik I-V sel surya. Karakteristik melibatkan parameter Isc, Voc, Im, dan Vm. Daya maksimum Pmax merupakan luasan hasil kali Im dan Vm

    Gambar 2.6 Sketsa graphene dan carbon nanotube. Carbon nannotube merupakan graphene yang digulung. Ada tiga tipe nanotube: zigzag, armchair, dan chiral nanotube ......................................

    .....................................

    Gambar 2.7 Skema hibridisasi sp2. Hibridisasi sp2

    Gambar 2.8 Struktur pita elektronik graphene. Bidang atas menggambarkan pita konduksi dan bidang bawah menggambarkan pita valensi graphene .....................................

    berperan dalam pembentukan struktur graphene dan carbon nanotube .............

    Gambar 2.9 Metode spray-coating. Spray-coating ditentukan oleh diameter spray gun,