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

101
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

Upload: truongdat

Post on 18-Sep-2018

238 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

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

Page 2: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

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

Page 3: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

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

Page 4: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

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

Page 5: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

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

Page 6: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

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

Page 7: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

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

Page 8: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

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

Page 9: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

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

Page 10: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

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, jarak, volume, dan tekanan spraying ........

Gambar 2.10 Blok diagram pengukuran karakteristik I-V sel surya dye-sensitized. Sel disinari dengan intensitas cahaya tertentu, beban divariasi, dan diukur beda potensial V dan arus I yang terbaca pada multimeter ............................................................

Gambar 2.11 Contoh hasil pengukuran karakteristik I-V sel surya dye-sensitized. Hasil pengukuran menunjukkan parameter Isc, Voc, Im, Vm, Pmax

Gambar 2.12 Skema prinsip kerja scanning electron microscope. Sinar elektron dari electron gun melalui column menuju spesimen. Fokus sinar diatur dengan condenser dan objective lens. Sinar mengenai spesimen, berinteraksi, dan menghasilkan sinyal. Sinyal ditangkap detektor, diproses, dan dihasilkan image spesimen ....................................................................................

, fill factor, dan efisiensi sel ..................................

Gambar 2.13 Skema prinsip kerja spectrophotometer .................................... Gambar 2.14 Skema prinsip kerja four-point probe ....................................... Gambar 3.1 Blok diagram proses preparasi substrat TCO ............................

8 8 9 10 11 14 16 17 19 19 20 21 23 24 25

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

Page 11: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Gambar 3.2 Alat pemotong kaca. Mata pena pemotong terbuat dari platina Gambar 3.3 Blok diagram proses pembuatan screen .................................... Gambar 3.4 Mesin screen maker Richmond Model 3000TT........................ Gambar 3.5 Screen dengan pola persegi 1x1 cm. Pola persegi ini

merupakan ukuran area aktif dari sel surya dye-sensitized ....... Gambar 3.6 Blok diagram proses printing photoelectrode ........................... Gambar 3.7 Mesin printing de Haart Model Po. SP SA 10. Mesin ini

digunakan sebagai alat untuk proses screen printing photoelectrode ...........................................................................

Gambar 3.8 Screen dengan pola persegi ukuran 1x1 cm di mesin printing .. Gambar 3.9 Kurva I-V berdasarkan pengaruh ketebalan lapisan nc-TiO2

Gambar 3.10 Mesin pembakar RTC L4-310. Mesin terdiri atas tiga zona, yang masing-masing zona dapat ditentukan temperatur pembakarannya ..........................................................................

. Ketebalan lapisan dengan dua kali proses printing menghasilkan efisiensi sel yang paling optimum ......................

Gambar 3.11 Kurva I-V berdasarkan pengaruh annealing pasta nc-TiO2. Suhu annealing 450o

Gambar 3.12 Carbon nanotube. Tipe multi-walled berdiameter 10-30 nm ....

C menghasilkan karakteristik dan efisiensi sel terbaik ....................................................................

Gambar 3.13 Blok diagram proses pembuatan larutan carbon nanotube Eksperimen ke-5 menghasilkan larutan terbaik dan digunakan sebagai larutan dalam proses spray-coating counter electrode .

Gambar 3.14 Stirrer Dataplate PMC 750........................................................ Gambar 3.15 Ultrasonic bath Branson 3200 .................................................. Gambar 3.16 Blok diagram proses spray-coating counter electrode.............. Gambar 3.17 Kurva I-V berdasarkan pengaruh annealing counter electrode.

Counter electrode yang di-annealing menghasilkan efisiensi sel yang lebih baik dibanding dengan sel yang counter electrode-nya tanpa proses annealing .......................................

Gambar 3.18 Spray gun WGF-130. Spray gun berdiameter 1 mm. Volume larutan yang keluar dari spray gun dapat diatur dengan memutar pena gun .....................................................................

Gambar 3.19 Photoelectrode dalam larutan dye ............................................. Gambar 3.20 Blok diagram proses assembling sel surya dye-sensitized ........ Gambar 3.20 Scanning electron microscope................................................... Gambar 3.21 Blok diagram proses uji sampel counter electrode dengan

SEM. ......................................................................................... Gambar 3.22 Posisi penempatan sampel pada holder. Gambar (a) untuk

menghasilkan image morfologi dan (b) untuk mendapatkan image ketebalan lapisan carbon nanotube pada counter electrode ....................................................................................

Gambar 3.23 UV-VIS-NIR spectrophotometer ................................................ Gambar 3.24 Blok digram proses pengukuran nilai transmitans counter

electrode dengan spectrophotometer......................................... Gambar 3.25 Alat four point probe. Alat terdiri atas 4 buah probe: 2 probe

terluar sebagai outer probe dan 2 probe dalam sebagai inner probe. Arus dialirkan pada outer probe dan beda potensial

26 27 28 28 29 30 30 31 31 32 32 33 34 34 35 36 36 37 38 39 39 40 41 41

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

Page 12: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

diukur pada inner probe. Nilai sheet resistance terbaca pada multimeter .................................................................................

Gambar 3.26 Blok diagram proses pengukuran sheet resistance counter electrode ....................................................................................

Gambar 3.27 Sirkuit rangkaian pengukuran depletion capacitance dan built-in potential sel surya dye-sensitized. Nilai kapasitans C (dalam μF) merupakan fungsi dari tegangan V .........................

Gambar 3.28 Sirkuit rangkaian pengukuran karaktristik I-V sel dalam kondisi gelap. Arus I diamati untuk setiap tegangan V yang diberikan pada sel ......................................................................

Gambar 3.29 Sirkuit rangkaian pengukuran karakteristik I-V dan efisiensi sel. Sel disinari dari arah photoelectrode. Divariasi resistor variabel R, diamati nilai tegangan V dan arus I .........................

Gambar 3.30 Solar simulator. Tipe Oriel AM1.5 dengan intensitas 35 mW/cm2

Gambar 3.31 NI PXI-1033 dan I/O Connector NI SCC-68 ............................ .....................................................................................

Gambar 3.32 Software LabVIEW. Di window LabVIEW terdapat kurva I-V dan parameter-parameter karakteristik I-V sel surya dye-sensitzed.....................................................................................

Gambar 4.1 Substrat TCO dengan ukuran 2x2 cm. TCO digunakan sebagai substrat photoelectrode dan counter electrode .............

Gambar 4.2 Photoelectrode hasil deposisi lapisan TiO2

Gambar 4.3 Foto SEM photoelectrode. Partikel TiO

. Warna putih menunjukkan area aktif sel surya dye-sensitized dan warna bening merupakan luasan TCO .................................................

2

Gambar 4.4 Larutan carbon nanotube. Larutan digunakan sebagai bahan deposisi lapisan CNT pada counter electrode ...........................

berdimensi nanometer sehingga memperluas area sentuh dengan dye ........

Gambar 4.5 Counter electrode berbahan carbon nanotube. Gambar (a), (b), dan (c) menunjukkan counter electrode dengan jumlah spray 10x, 25x, dan 55x ............................................................

Gambar 4.6 Hasil proses pewarnaan. Warna photoelectrode yang semula putih berubah menjadi kecoklatan. Hal ini berarti dye telah meresap ke partikel TiO2

Gambar 4.7 Grafik absorbans larutan rutenium dye. Larutan rutenium dye mampu menyerap spektrum cahaya dari panjang gelombang 400 nm hingga 700 nm ..............................................................

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

Gambar 4.8 Grafik absorbans photoelectrode. Perendaman dalam waktu yang lebih lama menghasilkan absorbans yang lebih tinggi .....

Gambar 4.9 Hasil assembling sel surya dye-sensitized. Sel terdiri atas photoelectrode TiO2

Gambar 4.10 Foto SEM serbuk carbon nanotube. Foto SEM menunjukkan sekumpulan carbon nanotube yang berbentuk tabung dan saling tindih ...............................................................................

dan rutenium dye, larutan elektrolit iodium, dan counter electrode carbon nanotube.......................

Gambar 4.11 Foto SEM counter electrode berbahan carbon nanotube. Gambar (a) dan (b) berturut-turut menunjukkan morfologi lapisan carbon nanotube pada counter electrode dengan spray

42 43 43 44 44 45 46 46 49 50 51 52 53 53 54 55 56 57

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

Page 13: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

5x dan 10x ................................................................................. Gambar 4.12 Foto SEM ketebalan lapisan carbon nanotube pada counter

electrode. Gambar (a) dan (b) berturut-turut menunjukkan spray 10x dan 15x .....................................................................

Gambar 4.13 Nilai transmitans counter electrode. Counter electrode dengan spray sedikit menghasilkan nilai transmitans yang lebih tinggi .................................................................................

Gambar 4.14 Penampang sel surya dye-sensitized. Sel dibentuk oleh dua buah elektroda, photoelectrode dan counter electrode, dengan space 25 μm. Nilai depletion capacitance C dipengaruhi oleh jarak d, yaitu jarak antar dua elektroda .....................................

Gambar 4.15 Kurva 1/Cj2 vs V pada sel surya dye-sensitized dengan

berbagai variasi spray carbon nanotube pada counter electrode. Perpotongan kurva pada sumbu horisontal merupakan nilai built-in potential Vbi

Gambar 4.16 Kurva 1/C .......................................

j2

Gambar 4.17 Kurva karakteristik I-V sel dalam kondisi gelap. Kenaikan tegangan dengan interval 0,1 V menyebabkan kenaikan arus I dengan interval yang semakin tinggi .........................................

vs V pada sel surya dye-sensitized dengan counter electrode berbahan platina. Built-in potential sebesar 0,83 V ........................................................................................

Gambar 4.18 Kurva karakteristik I-V sel dengan counter electrode berbahan platina dalam kondisi gelap .......................................

Gambar 4.19 Kurva ln I sebagai fungsi V pada sel dengan counter electrode carbon nanotube. Titik potong grafik dengan sumbu ordinat memberikan informasi besar arus saturasi Is

Gambar 4.20 Kurva ln I sebagai fungsi V pada sel dengan counter electrode platina. Titik potong grafik dengan sumbu ordinat adalah 2,759 sehingga arus saturasi sel I

sel .......................

sGambar 4.21 Kurva I-V sel dengan counter electrode carbon nanotube. Sel

dengan jumlah spray lebih banyak menghasilkan karakteristik I-V dan efisiensi sel yang lebih baik ..........................................

sebesar 15,8 μF ..................

Gambar 4.22 Kurva I-V sel dengan counter electrode TCO dan platina. Sel dengan counter electrode platina menghasilkan efisiensi sel sebesar 4,13% ............................................................................

57 58 59 61 62 63 64 65 66 67 69 73

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

Page 14: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Inventarisasi alat, bahan, dan parameter proses penelitian ....... Tabel 4.1 Data sheet resistance counter electrode.................................... Tabel 4.2 Data pengukuran depletion capacitance C sebagai fungsi

tegangan V pada sel dengan variasi spray carbon nanotube pada counter electrode ..............................................................

Tabel 4.3 Parameter I-V dan efisiensi sel surya dye-sensitized dengan berbagai jenis counter electrode berbahan carbon nanotube dengan variasi spray 10x, 15x, 25x, dan 55x ............................

Tabel 4.4 Parameter I-V dan efisiensi sel dengan counter electrode TCO dan platina .................................................................................

47 60 60 68 72

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

Page 15: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Data I-V Sel dengan Counter Electrode 10x Spraying Lampiran 2 Data I-V Sel dengan Counter Electrode 15x Spraying Lampiran 3 Data I-V Sel dengan Counter Electrode 25x Spraying Lampiran 4 Data I-V Sel dengan Counter Electrode 55x Spraying Lampiran 5 Karakteristik I-V DSSC dengan Counter Electrode CNT 25x Spraying (Metode Komputerisasi) Lampiran 6 Karakteristik I-V DSSC dengan Counter Electrode Platina (Metode Komputerisasi)

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

Page 16: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

BAB 1

PENDAHULUAN

Bab ini merupakan pendahuluan dari tesis tentang penelitian

pengembangan counter electrode berbasis carbon nanotube dengan metode spray-

coating untuk aplikasi sel surya dye-sensitized. Bab pendahuluan membahas

tentang latar belakang penelitian, perumusan masalah, tujuan penelitian, batasan

masalah, metodologi penelitian, dan sistematika penulisan.

Informasi tentang riset sel surya dye-sensitized yang merupakan bagian

dari penelitian di bidang sumber energi terbarukan, bagian-bagian dari sel surya

dye-sensitized, dan pemilihan carbon nanotube sebagai bahan counter electrode

sel dibahas dalam sub bab latar belakang. Sub bab perumusan masalah berisi

informasi tentang perumusan masalah dalam penelitian counter electrode sel

surya dye-sensitized. Sub bab tujuan penelitian berisi informasi tentang tujuan

penelitian, yaitu pengembangan counter electrode sel surya dye-sensitized dengan

menggunakan carbon nanotube dan pengukuran karakteristik I-V dan efisiensi sel.

Batasan-batasan penelitian yang terdiri atas jenis bahan, metode

pembuatan, dan karakteristik counter electrode dan sel surya dye-sensitized

dibahas dalam sub bab batasan masalah. Sub bab metodologi penelitian berisi

tahapan-tahapan dalam penelitian yaitu studi referensi, penyiapan alat dan bahan,

pembuatan sel, serta proses karakterisasi.

Sub bab terakhir dalam bab pendahuluan adalah sub bab sistematika

penulisan. Sub bab ini menjelaskan secara ringkas tentang bab-bab dalam

penulisan tesis, yaitu bab pendahuluan, bab tinjauan pustaka, bab metode

penelitian, bab hasil dan analisis, serta bab kesimpulan dan saran.

1.1 Latar Belakang

Penelitian sumber-sumber energi terbarukan terus dilakukan. Hal ini

disebabkan oleh kebutuhan energi dunia yang terus meningkat. Sumber energi

kovensional, seperti bahan bakar fosil, akan berkurang dan habis untuk beberapa

saat ke depan. Oleh karena itu dikembangkan sumber energi alternatif, khususnya

sumber energi dari alam yang melimpah yaitu energi matahari. Sel surya

1

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

Page 17: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

dipertimbangkan sebagai piranti utama untuk mendapatkan energi dari matahari,

yang mana sel surya dapat mengubah cahaya matahari menjadi listrik dengan

efisiensi konversi yang tinggi, dapat menyediakan sumber energi yang permanen

dengan biaya yang rendah, dan bebas polusi (Sze, 1985).

Sel surya konvensional memanfaatkan efek fotovoltaik dari semikonduktor

untuk menghasilkan listrik dari sinar matahari. Meskipun kemajuan besar dicapai

selama dekade terakhir, pemanfaatan sel surya berbasis silikon memerlukan biaya

yang lebih mahal dibanding dengan pembangkit listrik tradisional (Wang, 2011).

Sel surya dye-sensitized (dye-sensitized solar cell, DSSC) merupakan sel

surya generasi baru yang bekerja berdasarkan mekanisme proses fotoelektrokimia,

dimana absorpsi cahaya dilakukan oleh molekul pewarna dan proses separasi

muatan oleh bahan semikonduktor. Sel ini dibentuk dari dua buah substrat berupa

transparent-conducting-oxide (TCO-glass) yang disusun secara sandwich. Bagian

atas berupa molekul-molekul pewarna yang terikat di permukaan lapisan

semikonduktor nc-TiO2 (photo electrode) dan bagian alas terlapisi platina sebagai

counter electrode serta larutan elektrolit sebagai penghantar muatan. Bagian-

bagian tersebut menentukan karakteristik I-V dan efisiensi sel (Gratzel, 2003).

Penelitian-penelitian lapisan semikonduktor nc-TiO2, dye, dan elektrolit

yang merupakan bagian penyusun DSSC sudah banyak dilakukan. Sementara

penelitian untuk counter electrode jarang dilakukan karena sifat katalis platina

yang ideal. Efisiensi DSSC yang tinggi diperoleh dengan menggunakan platina

sebagai counter electrode. Meskipun demikian, counter electrode berbahan

platina memiliki beberapa kelemahan, yaitu biayanya yang mahal dan faktor

kesulitan dalam proses coating (Lee, Ramasamy, Lee, Min, Song, 2006).

Carbon Nanotube (CNT) merupakan material baru dalam dunia mikro &

nanoelektronika. Aplikasi CNT dalam mikro & nanoelektronika diantaranya

adalah sebagai bahan interkoneksi dalam komponen dan sirkuit (Naeemi, Meindl,

2009), field effect transistor CNT-FET (Javey, 2009; Amlani, 2009; Guo,

Lundstrom, 2009), sensor (Lee, Kong, 2009), thin film dengan performa tinggi

(Cao, et al., 2009; Fanchini, Unalan, Chhowalla, 2006), organic thin-film

transistors (Cao, et al., 2006), dan desain kapasitor, baterai, serta aktuator

elektromekanik (Barisci, Wallace, MacFarlane, Baughman, 2004).

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

Page 18: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Carbon nanotube juga dapat digunakan sebagai elektroda dalam detektor

elektrokimia (Santhosh, Manesh, Gopalan, Lee, 2006; ), elektroda dalam fuel cells

(Girishkumar, Vinodgopal, Kamat, 2004; Matsumoto, et al., 2004), elektroda

dalam polymer-fullerence solar cells (Pasquier, Unalan, Kanwal, Miller,

Chhowalla, 2005), dan elektroda dalam organic solar cells (Rowell, et al., 2006).

Carbon nanotube merupakan salah satu alternatif pengganti platina

sebagai counter electode dalam sel surya dye-sensitized (Nam, Park, Kim, Lee,

2010). Carbon nanotube dipilih karena beberapa sifat unik yang dimiliki yaitu

topologi tiga-dimensi CNT network mampu menampung muatan dari area

permukaan yang luas (Lee, Ramasamy, Lee, Min, Song, 2006), nilai resistansi

listrik yang rendah, konduktivitas tinggi (Barnes, et al., 2007), dan fleksibilitas

yang tinggi, tidak rapuh (Ulbricht, et al., 2006; Grow, 2009). Carbon nanotube

mampu membawa rapat arus sebesar 109 A/cm2 dan mampu menghantarkan arus

tanpa perubahan yang signifikan pada resistans dan morfologi dalam waktu yang

lama pada suhu 250 °C (Sheetaramappa, Yellappa, D’Souza, 2006).

1.2 Perumusan Masalah

Karakteristik I-V dan efisiensi sel surya dye-sensitized yang tinggi menjadi

topik penelitian di berbagai lembaga riset dan dunia industri. Untuk itu counter

electrode sebagai bagian dari sel surya dye-sensitized yang juga menentukan

karakteristik I-V dan efisiensi sel, perlu dikembangkan variasi bahan dan metode

pembuatannya.

1.3 Tujuan Penulisan

Tujuan penelitian dalam proposal ini adalah pengembangan counter electrode

sel surya dye-sensitized menggunakan bahan carbon nanotube (CNT) dengan

metode spray-coating. Tujuan selanjutnya yaitu pengukuran karakteristik I-V dan

efisiensi sel.

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

Page 19: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

1.4 Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian adalah :

Bahan counter electrode adalah carbon nanotube

Metode pembuatan counter electrode dengan metode spray-coating

Sel surya dye-sensitized yang digunakan terdiri atas semikonduktor

TiO2

Karakteristik counter electrode yang dipelajari berupa parameter morfologi,

ketebalan, transmitans, dan sheet resistance

, pewarna ruthenium, dan larutan elektrolit

Karakteristik sel yang diukur adalah karakteristik I-V dan efisiensi sel

1.5 Metodologi Penelitian

Pelaksanaan penelitian meliputi beberapa tahapan, yaitu :

Studi referensi, buku teks dan jurnal penelitian

Penyiapan alat dan bahan penelitian

Pembuatan komponen-komponen sel surya dye-sensitized

Karakterisasi counter electrode

Karakterisasi I-V dan efisiensi sel

1.6 Sistematika Penulisan

Penulisan tesis terdiri atas lima bab. Bab I merupakan pendahuluan yang

menjelaskan latar belakang, tujuan penulisan, perumusan dan batasan masalah,

serta metodologi penelitian.

Bab II membahas studi referensi tentang sel surya dye-sensitized, carbon

nanotube, metode spray-coating, dan instrumentasi dan pengujian sel surya dye-

sensitized.

Bab III berisi metode penelitian yang terdiri atas preparasi TCO, proses

screen printing photoelectrode, proses spray-coating counter electrode, proses

pewarnaan, proses assembling sel, proses karakterisasi counter electrode, serta

proses karakterisasi I-V dan efisiensi sel surya dye-sensitized.

Bab IV membahas hasil dan analisis dari penelitian yang telah dilakukan.

Data hasil penelitian berupa gambar morfologi dan ketebalan hasil foto SEM,

grafik transmitans, dan nilai sheet resistance counter electrode. Hasil penelitian

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

Page 20: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

berikutnya adalah grafik karakteristik I-V sel. Data hasil penelitian dianalisis dan

dibahas pengaruhnya terhadap karakteristik dan efisiensi sel.

Bab V merupakan kesimpulan dan saran yaitu rumusan kesimpulan

penelitian dan saran-saran untuk perbaikan dan pengembangan lebih lanjut.

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

Page 21: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Efek fotolistrik pertama kali diterangkan oleh Albert Einstein pada tahun

1905. Fotoelektron yang timbul dalam efek tersebut tergantung pada frekuensi

cahaya tumbukan. Kinerja sel surya, yang memanfaatkan efek fotovoltaik,

ditentukan oleh energi foton (E = hv). Hal ini berarti spektrum cahaya tumbukan

mempengaruhi efisiensi sel surya (Neamen, 1992).

Distribusi energi sinar matahari mencakup sekitar 4% ultraviolet dan 96%

cahaya tampak. Spektrum penyerapan utama pada sel surya silikon adalah

ultraviolet dan violet. Hal ini berarti sel surya silikon tidak dapat memanfaatkan

sekitar 96% energi cahaya matahari. Sebagai gambaran, sel surya silikon dengan

efisiensi 20% menyerap 0,2 x 4% = 0,8% energi cahaya matahari, yang mana

lebih kecil dari sel surya tipe lain dengan efisiensi 1% tetapi mempunyai spektrum

penyerapan yang penuh (Chen, Lee, Tsai & Ting, 2007).

Sel surya dye-sensitized adalah salah satu tipe sel surya dengan nilai

efisiensi maksimum sekitar 38% secara teoritis. Sel surya ini terdiri atas empat

bagian utama, yaitu photoelectrode, dye, elektrolit, dan counter electrode. Sel

surya dye-sensitized menggunakan dye untuk meningkatkan kemampuan sel

dalam menyerap spektrum cahaya matahari (Chen, Lee, Tsai & Ting, 2007).

2.1 Sel Surya Dye-Sensitized

2.1.1 Fotoelektrokimia

Efek fotovoltaik dihasilkan dari kontak dua tipe semikonduktor yang

membentuk p-n junction. Eksitasi pasangan pembawa muatan, elektron di pita

konduksi dan hole di pita valensi, adalah sebagai akibat absorpsi foton oleh

semikonduktor, yang mana energi foton lebih besar dari bandgap. Proses

berikutnya yaitu separasi muatan, elektron dan hole, sehingga beda potensial

didapatkan dan arus listrik mengalir di sirkuit eksternal. Semua proses di atas

terjadi pada material solid dan mekanisme konduksi oleh proses elektronik, yaitu

pergerakan elektron dan hole. Piranti yang berbasis semikonduktor solid-state

tersebut mendominasi dunia sains dan teknologi fotovoltaik (McEvoy, 2005).

6

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

Page 22: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Sistem lain yang dapat menghasilkan efek fotovoltaik adalah sistem

fotoelektrokimia. Sistem fotoelektrokimia dibentuk oleh kontak antara

semikonduktor dengan elektrolit, yang mana mekanisme konduksi berupa

pergerakan ion. Proses pembuatan sel fotoelektrokimia yang mudah dan murah

membuat sel ini menjadi salah satu alternatif dalam pengembangan konversi

energi surya (McEvoy, 2005).

2.1.2 Sel Surya Dye-Sensitized

Sel surya dye-sensitized (dye-sensitized solar cell, DSSC) merupakan sel

surya yang bekerja berdasarkan sistem fotoelektrokimia, dimana absorpsi cahaya

dilakukan oleh molekul pewarna dan proses separasi muatan oleh bahan

semikonduktor. Sel ini dibentuk dari dua buah substrat berupa transparent-

conducting-oxide (TCO-glass) yang disusun secara sandwich. Bagian atas berupa

molekul-molekul pewarna yang terikat di permukaan lapisan semikonduktor nc-

TiO2 dan bagian alas terlapisi platina sebagai counter electrode serta larutan

elektrolit sebagai penghantar muatan (Gratzel, 2003).

Mekanisme kerja sel surya dye-sensitized dimulai dengan penyerapan

paket-paket foton oleh molekul-molekul dye yang terikat di permukaan partikel

nc-TiO2. Elektron dari molekul ground-state tereksitasi dan berpindah ke level

yang lebih tinggi excited-state. Elektron yang terangsang ini diinjeksikan ke pita

konduksi (conduction band) dari partikel nc-TiO2 meninggalkan molekul dye

menjadi oxidized-state. Elektron terinjeksi ini mengalir menuju gelas berlapis

TCO sebagai photoelectrode (anoda, elektroda negatif) dan akhirnya melalui

external load kembali ke counter electrode (katoda, elektroda positif). Pada

counter electrode ini elektron ditransfer melalui triiodida dalam elektrolit

menghasilkan iodium. Iodium meregenerasi elektron pada dye untuk

menggantikan elektron yang hilang (oxidized-dye) dan kembali pada posisi

semula (Halme, 2002).

Gambar 2.1, Gambar 2.2, dan Gambar 2.3 berturut-turut menunjukkan

detail bagian, skema prinsip kerja, dan skema aliran elektron sel surya dye-

sensitized.

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

Page 23: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

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. Sumber gambar: Chen, Lee, Tsai & Ting, 2007

2 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. Sumber gambar: Chen, Lee, Tsai & Ting, 2007

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

Page 24: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

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

Sumber gambar: Chen, Lee, Tsai & Ting, 2007

2.1.3 Aliran Elektron Sel Surya Dye-Sensitized

Detail proses aliran elektron pada sel surya dye-sensitized (Gambar 2.3)

adalah sebagai berikut.

a) Dye (D) dieksitasi menjadi dye tereksitasi (D*) oleh penyerapan energi

foton (hv).

D + hv → D* (1)

b) Elektron dye tereksitasi melompat ke pita konduksi TiO2

D* → D

(CB). + + e-

c) Dye dengan elektron teremitasi (D

(CB) (2) +) bereaksi dengan ion iodida (I-) atau

menerima elektron dari pita konduksi TiO2

3I

dan kembali ke dye (D)

kembali. - + 2D+ → I3

- + 2D (3)

D+ + e-

d) Ion triiodida (I

→ D (4)

3-) selanjutnya menerima elektron dari counter electrode

dan kembali menjadi ion iodida (I-

I

) kembali.

3- + 2e- → 3I- (5) (Chen, Lee, Tsai & Ting, 2007)

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

Page 25: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

2.1.4 Counter Electrode

Counter electrode adalah salah satu bagian dari sel surya dye-sensitized.

Counter electrode disebut juga sebagai katoda sel surya dye-sensitized. Counter

electrode berperan sebagai katalis reaksi redoks dalam sel. Counter electrode

mereduksi ion triiodida I3- menjadi iodida I- melalui proses I3

- + 2e- → 3I-

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

2.15 Karakteristik I-V dan Efisiensi Sel

Karakteristik I-V sel surya dideskripsikan dalam persamaan Shockley,

yaitu

(1)

(Chen,

Lee, Tsai & Ting, 2007).

Counter electrode dibuat dengan cara proses deposisi lapisan pada substrat

TCO. Bahan deposisi dapat berupa platina atau karbon. Proses deposisi counter

electrode dapat dilakukan dengan beberapa metode, diantaranya adalah metode

sputtering dan screen printing. Faktor-faktor yang mempengaruhi karakteristik

counter electrode diantaranya adalah sheet resistance, ketebalan, transmitans, dan

area sentuh dengan larutan elektrolit pada sel surya dye-sensitized. Contoh

counter electrode ditunjukkan dalam Gambar 2.4.

dengan kB adalah konstanta Boltzmann, T adalah suhu absolut, q adalah muatan

elektron, V adalah tegangan pada terminal sel, I0 adalah arus saturasi, dan Iph

adalah arus photogenerated. Iph berhubungan dengan tumbukan fluks foton pada

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

Page 26: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

sel dan tergantung pada panjang gelombang cahaya. Gambar 2.5 menunjukkan

karakteristik I-V sel surya.

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.

Sumber gambar: Markvart, 2005

Pada kondisi ideal, arus hubung singkat (short circuit current) Isc adalah

sebanding dengan arus photogenerated Iph, dan tegangan hubung terbuka (open

circuit voltage) Voc diberikan oleh

(2)

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

Page 27: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Daya yang diproduksi sel sebesar P = IV, dengan daya maksimum Pmax

pada tegangan Vm dan arus Im sehingga fill factor FF didefinisikan sebagai

(3)

Efisiensi konversi daya η didefinisikan sebagai daya keluaran dibagi

dengan daya masukan, sesuai dengan persamaan

(4)

dengan A adalah luas area dan G adalah iradians total (Markvart, 2005; Allison,

1990).

2.1.6 Efisiensi Kuantum

Efisiensi kuantum sel surya didefinisikan sebagai rasio jumlah elektron

pada sirkuit eksternal yang dihasilkan oleh tumbukan foton pada panjang

gelombang tertentu. Ada dua jenis efisiensi kuantum, yaitu efisiensi kuantum

eksternal EQE(λ) dan efisiensi kuantum internal IQE(λ). Semua foton yang

mengenai permukaan sel dihitung sebagai nilai EQE(λ), sedangkan nilai IQE(λ)

hanya memperhitungkan foton yang tidak terpantulkan. Jika efiensi kuantum

internal diketahui, maka total arus photogenerated Iph diberikan oleh

(5)

dengan Φ(λ) adalah tumbukan fluks foton pada sel pada panjang gelombang λ,

ℛ(λ) adalah koefisisen refleksi permukaan sel.

Nilai maksimum arus photogenerated Iph juga dapat ditentukan dengan

asumsi bahwa satu foton yang diserap sel menghasilkan tepat satu elektron yang

mengalir di sirkuit eksternal sebesar

(6)

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

Page 28: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

dengan A adalah area iluminasi, q adalah muatan elektron, fω sebesar 2,18 x 10-5,

Eg adalah bandgap dan Ts adalah suhu pada 5767K.

Arus I0 ditentukan oleh persamaan Shockley dan Queisser (dengan asumsi

suhu sel Tc sebanding dengan suhu ambien Ta), yaitu

(7)

dengan f0 adalah koefisien yang tergantung pada indeks bias sesuai dengan

struktur dan geometri bahan (Landsberg, 2005).

2.1.7 Depletion Capacitance dan Built-in Potential

Kapasitans deplesi (depletion capacitance) per satuan luas didefinisikan

sebagai Cj = dQ / dV, dengan dQ adalah perubahan jumlah muatan per satuan luas

di daerah deplesi dan dV adalah perubahan beda potensial. Built-in potensial Vbi

merupakan beda potensial elektrostatis antara dua sisi pada junction.

Hubungan antara depletion capacitance dengan built-in potensial

memenuhi persamaan

(8)

dengan εs adalah konstanta dielektrik dan NB konsentrasi impuritas (Sze, 1985).

2.2 Carbon Nanotube

Carbon nanotube (CNT) merupakan salah satu allotrope karbon yang

berbentuk silinder. Diameter CNT berukuran antara satu sampai puluhan

nanometer dan panjang sampai dimensi sentimeter. CNT dibentuk seluruhnya oleh

karbon. Struktur lain yang dibentuk oleh karbon yaitu diamond, grafit, dan

buckyballs. Berbagai struktur ini ada karena kemampuan karbon dalam

membentuk orbital hibridisasi (hybridized orbitals) dan konfigurasi ikatan.

Bentuk orbital hibridisasi CNT adalah sp2

, sebuah struktur orbital yang sama

dengan grafit (Leonard, 2009).

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

Page 29: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

2.2.1 Struktur Carbon Nanotube

Carbon nanotube dapat digambarkan sebagai sebidang graphene yang

digulung (rolled-up) dan membentuk sebuah silinder tertutup, seperti ditunjukkan

dalam Gambar 2.6. Vektor basis dan

membentuk kisi graphene, dengan = 0,142 nm adalah jarak ikatan antar karbon.

Dua atom A dan B dalam gambar adalah dua atom dalam sel unit graphene.

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

dan chiral nanotube. Sumber gambar: Leonard, 2009

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

Page 30: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Pemotongan bidang segi empat pada graphene membentuk vektor circumferential

dan ini merupakan tepi bidang graphene yang menjadi keliling

nanotube. Jari-jari nanotube diperoleh dari sebagai

(9)

Ada dua hal khusus yang ditunjukkan dalam Gambar 2.6. Pertama, ketika vektor

circumferential searah pada salah satu vektor basis, CNT yang terbentuk disebut

sebagai tipe zigzag. Gambar 2.6(a) menunjukkan (10,0) zigzag nanotube. Kedua,

ketika vektor circumferential searah tepat diantara dua vektor basis, n = m, maka

CNT yang terbentuk dinamakan tipe armchair. Gambar 2.6(b) menunjukkan (5,5)

armchair nanotube. Sedangkan tipe chiral nanotube terbentuk ketika n ≠ m,

seperti ditunjukkan dalam Gambar 2.6(c) (Leonard, 2009; Hennrich, Chan,

Moore, Ronaldi, O’Connell, 2006; Mitin, Kochelap, Stroscio, 2008).

2.2.2 Sifat Elektronik Carbon Nanotube

Karbon memiliki nomor atom z = 6 sehingga konfigurasi elektronnya

adalah 1s2 2s2 2p2 yang berarti memiliki empat elektron valensi. Orbital 2s dan 2p

dapat dihibridisasi membentuk orbital sp, sp2, dan sp3, yang membentuk struktur

karbon yang berbeda-beda pada material (Tang, 2005). Hibridisasi sp membentuk

molekul karbon linear, dan hibridisasi sp3 membentuk struktur diamond.

Hibridisasi sp2 berperan dalam pembentukan struktur graphene dan carbon

nanotube. Tiga elektron 2sp2 membentuk tiga ikatan pada bidang graphene dan

menyisakan satu orbital unsaturated pz (Gambar 2.6(d)). Orbital pz tegak lurus

pada bidang graphene dan permukaan nanotube, membentuk π network sepanjang

nanotube, yang berperan dalam sifat elektronik nanotube. Skema proses

hibridisasi sp2 ditunjukkan dalam Gambar 2.7.

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

Page 31: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Gambar 2.7 Skema hibridisasi sp2. Hibridisasi sp2 berperan dalam pembentukan struktur graphene dan carbon nanotube.

Sumber gambar: Zhang, 2009

2.2.3 Pita Energi

Orbital π pada graphene berperan dalam transpor listrik dengan persamaan

dispersi energi

(10)

dengan γ adalah parameter tight-binding yang menggambarkan kekuatan interaksi

tetangga-terdekat (the nearest-neighbor interactions). Struktur pita elektronik

graphene di atas diplot dalam grafik sebagai fungsi kx dan ky seperti ditunjukkan

dalam Gambar 2.8.

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

Page 32: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Gambar 2.8 Struktur pita elektronik graphene. Bidang atas menggambarkan pita

konduksi dan bidang bawah menggambarkan pita valensi graphene. Sumber gambar: Leonard, 2009

Tanda negatif (-) menunjukkan pita valensi graphene yang dibentuk oleh orbital

π, sementara tanda positif (+) menunjukkan pita konduksi yang dibentuk oleh

orbital π*. Pita valensi dan pita konduksi graphene bertemu di enam titik yaitu

pada sudut zona Brillouin. Besar pita

larangan (bandgap) Eg pada nanotube diberikan oleh persamaan

0,7 eV / d (nm) (11)

dengan = 8x105 m/s dan d adalah diameter nanotube. Keunikan pita energi

tersebut membuat carbon nanotube memiliki kemampuan dalam membawa rapat

arus yang tinggi (high current density). Sebuah carbon nanotube mampu

membawa arus sampai dengan 25 μA (Freitag, 2009) dan rapat arus sebesar 109

A/cm2, sehinga dapat mengatasi permasalahan interkoneksi dalam industri

semikonduktor yang breakdown saat rapat arus melebihi 106 A/cm2 (Leonard,

2009; Park, 2009; Saito, Dresselhaus, Dresselhaus, 1998).

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

Page 33: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

2.3 Metode Spray-Coating

Metode spray-coating merupakan salah satu alternatif dalam teknik

deposisi lapisan electrode pada sel surya dye-sensitized. Metode ini murah,

efisien, dan dapat mencakup area deposisi yang luas. Spray-coating menjamin

coating yang ideal pada berbagai jenis permukaan dengan morfologi yang berbeda

dan dapat mengurangi jumlah fluida sisa (fluid waste) dalam proses deposisi.

Ada dua tipe metode spray-coating, yaitu single-pass dan multi-pass

spraying. Pada metode single-pass spraying, proses penyemprotan dan

pengeringan lapisan yang telah dideposisi dilakukan satu kali. Sedangkan pada

multi-pass spraying, penyemprotan dan pengeringan lapisan dilakukan lebih dari

satu kali, dengan dicirikan oleh semprotan yang tipis dan berulang-ulang (Girotto,

Genoe, 2010).

Metode spray-coating diawali dengan pembuatan larutan yang akan

dispraying di atas substrat. Kekentalan larutan diatur sesuai dengan kebutuhan.

Pelarut yang biasanya digunakan adalah air, alkohol, atau thinner. Bahan yang

akan dilarutkan dicampur dengan pelarut dan diaduk. Proses pencampuran ini

dapat menggunakan stirrer atau sonikator.

Larutan dimasukkan dalam tabung spray gun dan siap digunakan dalam

proses spraying. Jarak spraying yaitu jarak antara spray gun dengan substrat juga

diatur. Ukuran diameter spray gun menentukan hasil spraying. Semakin kecil

diameternya, semakin tipis ketebalan dan semakin rata permukaan lapisan. Proses

spraying dapat dilakukan beberapa kali untuk mendapatkan variasi ketebalan

lapisan deposisi. Deposisi lapisan hasil proses spray-coating dikeringkan dalam

oven atau dilakukan proses annealing dengan menggunakan mesin pembakar.

Metode spray-coating ditunjukkan dalam Gambar 2.9.

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

Page 34: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Gambar 2.9 Metode spray-coating. Spray-coating ditentukan oleh diameter spray gun, jarak, volume, dan tekanan spraying.

2.4 Instrumentasi dan Pengujian Sel Surya Dye-Sensitized

Blok diagram metode pengukuran karakteristik I-V sel surya dye-sensitized

ditunjukkan dalam Gambar 2.10.

Gambar 2.10 Blok diagram pengukuran karakteristik I-V sel surya dye-sensitized.

Sel disinari dengan intensitas cahaya tertentu, beban divariasi, dan diukur beda potensial V dan arus I yang terbaca pada multimeter.

Sumber gambar: Osterwald, 2005

Metode pengukuran karakteristik I-V sel surya dye-sensitized yaitu sel yang

diukur disinari (illuminated) dan beban pada sirkuit (load) divariasi, sehingga

didapatkan kurva I-V.

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

Page 35: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Faktor utama yang mempengaruhi sistem pengukuran karakteristik I-V

adalah tipe sel yang diukur dan sumber penyinaran. Sumber penyinaran dapat

berupa solar simulator atau cahaya matahari. Faktor lain yaitu ketidakseragaman

spasial (spatial non-uniformities), ketidakstabilan temporal (temporal

instabilities), dan waktu penyinaran (illumination time) (Osterwald, 2005).

Contoh hasil pengujian dan pengukuran karakteristik I-V sel surya dye-

sensitized ditunjukkan dalam Gambar 2.11.

Gambar 2.11 Contoh hasil pengukuran karakteristik I-V sel surya dye-sensitized. Hasil pengukuran menunjukkan parameter Isc, Voc, Im, Vm, Pmax, fill factor, dan

efisiensi sel. Sumber gambar: McEvoy, 2005

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

Page 36: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

2.5 Scanning Electron Microscope, Spectrophotometer, Four-Point Probe

2.5.1 Scanning Electron Microscope

Scanning electron microscope (SEM) adalah tipe mikroskop elektron yang

mana gambar sampel diperoleh dari proses scanning sinar elektron energi tinggi

dengan pola raster. Elektron berinteraksi dengan atom sehingga sampel

menghasilkan sinyal yang berisi informasi topografi permukaan sampel dan

komposisi bahan. Skema SEM ditunjukkan dalam Gambar 2.12.

Gambar 2.12 Skema prinsip kerja scanning electron microscope. Sinar elektron dari electron gun melalui column menuju spesimen. Fokus sinar diatur dengan

condenser dan objective lens. Sinar mengenai spesimen, berinteraksi, dan menghasilkan sinyal. Sinyal ditangkap detektor, diproses, dan dihasilkan image

spesimen. Sumber gambar: Hafner, 2007

Electron gun

Fungsi electron gun adalah sebagai sumber sinar elektron dengan energi tertentu.

Ada tiga tipe electron gun, yaitu tungsten, lanthanum hexaboride LaB6, dan field

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

Page 37: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

emission. Electron gun terdiri atas katoda yang berupa metal dengan diameter

kurang dari 100 nm dan anoda. Beda potensial antara katoda dan anoda

menentukan accelerating voltage dari gun. Semakin tinggi accelerating voltage,

semakin cepat elektron bergerak turun sepanjang kolom dan semakin kuat daya

penetrasi ke dalam spesimen.

Electron lenses

Lensa elektromagnetik digunakan untuk memfokuskan sinar elektron yang

bersumber dari electron gun. Lensa terdiri atas condenser lense dan objective

lense. Objective lense digunakan untuk memfokuskan sinar elektron yang

mengenai spesimen.

Accelerating voltage

Besar accelerating voltage dapat divariasi dalam orde kilo volt. Peningkatan besar

accelerating voltage akan menghasilkan resolusi dan kontras gambar yang lebih

baik, sinyal yang tinggi, namun juga dapat merusak spesimen.

Beam-specimen interactions & signals

Sinar elektron berinteraksi dengan medan coulomb (muatan listrik) dari inti atom

(nucleus) dan elektron-elektron dari spesimen. Interaksi ini menghasilkan

beberapa sinyal, yaitu backscattered electrons, secondary electrons, sinar X,

Auger electrons, dan cathadoluminescense. Pembahasan tulisan difokuskan pada

backscattered dan secondary electrons. Secondary electrons dihasilkan dari

interaksi sinar elektron dengan medan listrik elektron pada atom spesimen. Besar

secondary electron adalah kurang dari 50 eV. Backscattered electrons dihasilkan

dari interaksi sinar elektron dengan medan listrik nucleus pada atom spesimen.

Energi backscattered elecrons berkisar antara 50 eV sampai mendekati energi dari

sinar elektron. Sinyal ditangkap oleh detektor dan diproses guna menghasikan

gambar (image) spesimen (Hafner, 2007).

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

Page 38: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

2.5.2 Spectrophotometer

Spectrophotometer adalah instrumen yang digunakan untuk mengukur

jumlah cahaya yang melewati material sampel dan secara tidak langsung dapat

digunakan juga untuk mengukur jumlah cahaya yang terserap oleh material

sampel. Jumlah cahaya yang ditransmisikan oleh sampel disebut sebagai

transmitans (T). Transmitans adalah rasio dari energi cahaya yang ditransmisikan

oleh sampel (P) dibagi dengan energi cahaya yang ditransmisikan oleh reference

blank (P0) dengan persamaan

T = P / P0 (12)

dan absorbans (A) didefinisikan sebagai jumlah energi cahaya yang diserap oleh

sampel dengan persamaan

A = log P0

Gambar 2.13 Skema prinsip kerja spectrophotometer.

/P (13)

(Ewing, 1987). Skema prinsip kerja spectrophotometer ditunjukkan dalam

Gambar 2.13.

Spektrum cahaya dari sumber terdiri atas berbagai panjang gelombang. Cahaya ini

diurai menjadi panjang gelombang tertentu dengan menggunakan prisma /

monokromator yang kemudian dilewatkan melalui celah (slit). Posisi prisma dapat

diubah sesuai variasi input panjang gelombang pada spectrophotometer. Cahaya

kemudian melewati cuvette yang berisi sampel. Cahaya yang melewati sampel

dideteksi dengan fotosel dan diukur sebagai nilai transmitans atau absorbans.

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

Page 39: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

2.5.3 Four-Point Probe

Four-point probe adalah instrumen yang digunakan untuk mengukur

resistivitas dan sheet resistance sebuah lapisan. Skema prinsip kerja four-point

probe ditunjukkan dalam Gambar 2.14.

Gambar 2.14 Skema prinsip kerja four-point probe.

Sumber gambar: May, Spanos, 2006

Arus listrik I diinjeksikan ke dalam permukaan lapisan melalui dua probe luar

(outer probe) dan beda potensial V diukur diantara dua probe dalam (inner

probe). Jika antar probe mempunyai jarak yang seragam sebesar s, maka

resistivitas ρ adalah

ρ = 2πsV / I (14)

untuk t >> s, dan

ρ = (πt / ln 2) V / I (15)

untuk s >> t. Nilai sheet resistance lapisan tipis adalah sebesar

Rsheet = ρ / t = (π / ln 2) V / I = 4.53 V / I (16)

dengan t adalah ketebalan lapisan (May, Spanos, 2006; Schroder, 1998).

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

Page 40: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

BAB III

METODE PENELITIAN

Metode penelitian membahas beberapa metode yang digunakan dalam

penelitian pengembangan counter electrode berbasis carbon nanotube dengan

metode spray-coating untuk aplikasi sel surya dye-sensitized.

Metode penelitian terdiri atas preparasi substrat transparent conducting

oxide, proses screen printing photoelectrode, proses spray-coating counter

electrode, proses pewarnaan, proses assembling sel surya dye-sensitized,

karakterisasi counter electrode, pengukuran depletion capacitance dan built-in

potential, karakterisasi I-V dan efisiensi sel, serta inventarisasi alat, bahan, dan

parameter proses penelitian.

3.1 Preparasi Substrat Transparent Conducting Oxide (TCO)

Blok diagram proses preparasi substrat transparent conducting oxide

ditunjukkan dalam Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Blok diagram proses preparasi substrat TCO.

TCO ukuran 10x10 cm

Pemberian pola 2x2 cm

Proses pemotongan

TCO ukuran 2x2 cm

Proses pencucian, pengeringan, dan penyimpanan

Substrat

25

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

Page 41: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Transparent conductiong oxide (TCO) produk TEC15 Dyesol yang berukuran

10x10 cm diberi pola-pola persegi berukuran 2x2 cm dengan menggunakan tinta.

TCO dipotong dengan menggunakan alat pemotong kaca dengan ukuran 2x2 cm.

Alat pemotong kaca ditunjukkan dalam Gambar 3.2.

Gambar 3.2 Alat pemotong kaca. Mata pena pemotong terbuat dari platina.

TCO yang sudah dipotong dicuci dengan 3 tahap pencucian. Tahap ke-1 TCO

direndam dan dicuci dengan air sabun. Tahap ke-2 TCO dicuci dengan alkohol

dan tahap ke-3 TCO dicuci dengan larutan aseton. TCO dikeringkan dalam suhu

ruangan dan disimpan dalam kotak yang bersih dan siap digunakan sebagai

substrat deposisi lapisan photoelectrode dan counter electrode dalam pembuatan

sel surya dye-sensitized.

3.2 Proses Screen Printing Photoelectrode

Photoelectrode yang berupa lapisan TiO2

Blok diagram proses pembuatan screen ditunjukkan dalam Gambar 3.3.

Screen yang digunakan adalah nylon screen dengan ukuran 400 mesh per inch.

Screen dibersihkan dengan alkohol dan dikeringkan. Ulanoline ukuran 10x10 cm

pada substrat TCO dilakukan

dengan menggunakan metode screen-printing. Metode ini terdiri atas 2 tahap

proses, yaitu proses pembuatan screen dan proses printing.

3.2.1 Proses Pembuatan Screen

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

Page 42: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

ditempel di permukaan screen, dilapisi dengan bahan emulsi Ulano 133 dan

dikeringkan. Kertas film berukuran 1x1 cm ditempel di atas ulanoline. Screen

dimasukkan ke dalam screen maker produk Richmond Model 3000TT selama 3

menit. Mesin screen maker ditunjukkan dalam Gambar 3.4.

Gambar 3.3 Blok diagram proses pembuatan screen.

Proses berikutnya adalah kertas film dilepas dari screen sehingga didapat

pola persegi berukuran 1x1 di atas permukaan screen. Screen dicuci dengan air,

dikeringkan, dan siap digunakan dalam proses printing. Screen berpola 1x1 cm

ditunjukkan dalam Gambar 3.5.

Nylon screen, 400 mesh/inch

Pencucian dan pengeringan

Penempelan kertas Ulanoline

Pelapisan emulsi

Penempelan kertas film

Mesin screen maker

Screen dengan pola 1x1 cm

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

Page 43: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Gambar 3.4 Mesin screen maker Richmond Model 3000TT.

Gambar 3.5 Screen dengan pola persegi 1x1 cm. Pola persegi ini merupakan ukuran area aktif dari sel surya dye-sensitized.

3.2.2 Proses Printing

Blok diagram proses printing photoelectrode sel surya dye-sensitized

ditunjukkan Gambar 3.6.

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

Page 44: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Gambar 3.6 Blok diagram proses printing photoelectrode.

Screen dengan pola persegi berukuran 1x1 cm dipasang di mesin printing

de Haart Model Po. SP SA 10. Mesin printing dan screen yang telah dipasang di

mesin printing berturut-turut ditunjukkan dalam Gambar 3.7 dan 3.8.

Screen dengan pola 1x1 cm

Pemasangan screen di mesin printing

Substrat dan pasta TiO2 di mesin printing

Proses printing ke-1

Proses pengeringan hasil printing

Proses printing ke-2

Proses pengeringan hasil printing

Proses annealing

Photoelectrode

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

Page 45: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Gambar 3.7 Mesin printing de Haart Model Po. SP SA 10. Mesin ini digunakan sebagai alat untuk proses screen printing photoelectrode.

Gambar 3.8 Screen dengan pola persegi ukuran 1x1 cm di mesin printing.

Substrat TCO dan pasta TiO2

DSL 18NR-AO diletakkan di mesin

printing. Ketebalan lapisan deposisi ditentukan dengan pengulangan printing

selama dua kali (proses printing ke-1 dan ke-2). Proses printing selama dua kali

dari penelitian sebelumnya menghasilkan efiensi sel terbaik (Muliani, Taryana,

Hidayat, 2010) sebagaimana ditunjukkan dalam Gambar 3.9. Pengeringan

dilakukan dalam oven pada suhu 100°C selama 5 menit setiap kali printing.

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

Page 46: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Gambar 3.9 Kurva I-V berdasarkan pengaruh ketebalan lapisan nc-TiO2. Ketebalan lapisan dengan dua kali proses printing menghasilkan efisiensi sel yang

paling optimum. Sumber gambar: Muliani, Taryana, Hidayat, 2010

Annealing dilakukan pada suhu 450oC dalam mesin pembakar RTC L4-

310 selama 20 menit. Mesin pembakar RTC L4-310 ditunjukkan dalam Gambar

3.10. Suhu annealing 450o

Gambar 3.10 Mesin pembakar RTC L4-310. Mesin terdiri atas tiga zona, yang masing-masing zona dapat ditentukan temperatur pembakarannya.

C menghasilkan karakteristik dan efisiensi sel surya

dye-sensitized terbaik (Muliani, Taryana, Hidayat, 2010) sebagaimana

ditunjukkan dalam Gambar 3.11.

0

2

4

6

8

10

12

14

0 0.2 0.4 0.6 0.8

Aru

s (m

Am

per)

Tegangan (Volt)

1 x printing

2 x printing

3 x printing

4 x printing

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

Page 47: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Gambar 3.11 Kurva I-V berdasarkan pengaruh annealing pasta nc-TiO2. Suhu

annealing 450o

C menghasilkan karakteristik dan efisiensi sel terbaik. Sumber gambar: Muliani, Taryana, Hidayat, 2010

3.3 Proses Spray-Coating Counter Electrode

Proses spray-coating counter electrode terdiri atas 2 tahap yaitu proses

pembuatan larutan carbon nanotube (CNT) dan proses spray-coating.

3.3.1 Proses Pembuatan Larutan Carbon Nanotube (CNT)

Bahan CNT yang digunakan dalam penelitian adalah multi-walled carbon

nanotubes MWNTs (produk Helix Material Solution, Inc., MWNT-12950030-00,

diameter 10-30 nm) sebagaimana ditunjukkan dalam Gambar 3.12.

Gambar 3.12 Carbon nanotube. Tipe multi-walled berdiameter 10-30 nm.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Curr

ent [

mA

]

Voltage [V]

T = 500 C

T = 450 C

T = 400 C

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

Page 48: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Blok diagram proses pembuatan larutan carbon nanotube ditunjukkan

dalam gambar 3.13.

Gambar 3.13 Blok diagram proses pembuatan larutan carbon nanotube. Eksperimen ke-5 menghasilkan larutan terbaik dan digunakan sebagai larutan

dalam proses spray-coating counter electrode.

Proses pembuatan larutan CNT dibuat dengan beberapa eksperimen.

Eksperimen pertama, larutan dibuat dengan mencampurkan 0,1 g serbuk CNT

dengan 10 mℓ air, kemudian diaduk dengan menggunakan stirrer Dataplate PMC

750 Series selama 5 jam. Eksperimen kedua, 0,1 g serbuk CNT dicampur dengan

10 mℓ air, dan dimasukkan ke dalam ultrasonic bath Branson 3200 untuk proses

sonikasi (Selvarasah, Busnania, Dokmeci, 2011) selama 5 jam.

Eksperimen ketiga, serbuk 0,3 g CNT dilarutkan dalam 0,01 g

hydroxyethylcellulose, 50 tetes Triton X-100, dan 12 mℓ air. Larutan dimasukkan

ke dalam ultrasonic bath untuk proses sonikasi selama 1 jam. Eksperimen

keempat, larutan CNT dibuat dengan komposisi dan metode seperti pada

eksperimen ketiga, hanya pelarut air diganti dengan thinner produk T-118 Shoei

Chemical Inc.

Serbuk carbon nanotube (CNT)

Eksperimen ke-1: CNT + air stirring

Eksperimen ke-2: CNT + air sonikasi

Eksperimen ke-3: CNT + HEC + Triton + air sonikasi

Eksperimen ke-4: CNT + HEC + Triton + thinner sonikasi

Eksperimen ke-5: CNT + HEC + Triton + thinner sonikasi + filter

Larutan carbon nanotube (CNT)

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

Page 49: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Eksperimen kelima yaitu larutan CNT hasil dari eksperimen keempat

disaring dengan menggunakan filter berbahan nylon dengan ukuran 400 mesh per

inch. Stirrer Dataplate PMC 750 dan ultrasonic bath Branson 3200 berturut-turut

ditunjukkan dalam Gambar 3.14 dan Gambar 3.15.

Gambar 3.14 Stirrer Dataplate PMC 750

Gambar 3.15 Ultrasonic bath Branson 3200

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

Page 50: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

3.3.2 Proses Spray-Coating

Blok diagram proses spray-coating larutan carbon nanotube pada substrat

TCO ditunjukkan dalam Gambar 3.16.

Gambar 3.16 Blok diagram proses spray-coating counter electrode.

Proses spray-coating pada penelitian menggunakan metode multi-pass spraying.

Proses spray-coating dilakukan dengan cara larutan CNT di-spray di atas substrat

TCO dengan menggunakan spray gun. Jarak antara substrat dengan spray gun

sebesar 20 cm. Proses pengeringan dilakukan pada suhu 100°C setiap 5x spray

selama 10 menit. Counter electrode dibuat 4 variasi yaitu dengan variasi jumlah

spray 10x, 15x, 25x, dan 55x.

Annealing dilakukan pada suhu 450oC dalam mesin pembakar RTC L4-

310 selama 20 menit. Proses annealing dilakukan karena dari penelitian

sebelumnya yang menggunakan bahan karbon nanoparticle sebagai counter

electrode menghasilkan efiensi sel lebih baik dibandingkan dengan tanpa proses

annealing (Muliani, Taryana, Hidayat, 2010) sebagaimana ditunjukkan dalam

Gambar 3.17.

Larutan carbon nanotube

Proses spray larutan pada substrat

Proses pengeringan setiap 5x spray

Variasi jumlah spray: 10x, 15x, 25x, dan 55x

Proses annealing

Counter electrode

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

Page 51: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Gambar 3.17 Kurva I-V berdasarkan pengaruh annealing counter electrode. Counter electrode yang di-annealing menghasilkan efisiensi sel yang lebih baik

dibanding dengan sel yang counter electrode-nya tanpa proses annealing. Sumber gambar: Muliani, Taryana, Hidayat, 2010

Spray gun yang digunakan dalam proses spray-coating adalah spray gun

tipe WGF-130. Spray gun tipe WGF-130 mempunyai lubang dengan diameter 1

mm. Spray gun WGF-130 ditunjukkan dalam Gambar 3.18.

Gambar 3.18 Spray gun WGF-130. Spray gun berdiameter 1 mm. Volume larutan yang keluar dari spray gun dapat diatur dengan memutar pena gun.

0

2

4

6

8

10

12

14

0 200 400 600 800

Aru

s (m

A)

Tegangan (mV)

C dianealing

C tidak dianealing

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

Page 52: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

3.4 Proses Pewarnaan

Dye yang digunakan dalam proses pewarnaan sel surya dye-sensitized

adalah ruthenium dye B2 N719. Konsentrasi larutan dibuat 20 mg / 100 mℓ etanol.

Proses pewarnaan dilakukan dengan cara perendaman photoelectrode di dalam

larutan dye selama 24 jam. Photoelectrode yang direndam dalam larutan dye

ditunjukkan dalam Gambar 3.19.

Gambar 3.19 Photoelectrode dalam larutan dye.

3.5 Proses Assembling Sel Surya Dye-Sensitized

Blok diagram proses assembling sel surya dye-sensitized ditunjukkan

dalam Gambar 3.20. Proses assembling sel surya dye-sensitized dilakukan dengan

cara menggabungkan dua buah electrode yaitu photoelectrode dan counter

electrode dalam susunan sandwich. Dua electrode tersebut dipisahkan dengan

spacer produk Dyesol Thermoplastic Sealant TPS 065093-30 ketebalan 50μm,

diberi dua celah, dan dipanaskan dalam oven pada suhu 100°C selama 5 menit.

Proses berikutnya ialah proses pengisisan larutan elektrolit iodium dengan

cara memberikan 2-3 tetes pada sel yang telah dibuat. Tahap terakhir adalah celah

ditutup dengan glass frit produk Dyesol Hermetic Sealing Compound dan

didapatkan sebuah sel surya dye-sensitized.

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

Page 53: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Gambar 3.20 Blok diagram proses assembling sel surya dye-sensitized.

3.6 Karakterisasi Counter Electrode

Karakterisasi counter electrode dalam penelitian meliputi 4 proses

karakterisasi, yaitu karakterisasi morfologi, ketebalan, transmitans, dan sheet

resistance counter electrode.

3.6.1 Karakterisasi Morfologi dan Ketebalan

Morfologi dan ketebalan counter electrode berbahan carbon nanotube

hasil metode spray-coating dipelajari dengan menggunakan scanning electron

microscope (SEM). Scanning electron microscope yang digunakan dalam

penelitian adalah SEM tipe JEOL JSM seperti ditunjukkan dalam Gambar 3.20.

Blok diagram proses uji sampel counter electrode dengan SEM ditunjukkan dalam

Gambar 3.21.

Photoelectrode + counter electrode

Disusun dalam bentuk sandwich

Diberi spacer dari bahan termoplastik, dengan dua celah

Dipanaskan dalam oven

Diberi larutan elektrolit

Celah ditutup dengan glass frit

Sel surya dye-sensitized

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

Page 54: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Gambar 3.20 Scanning electron microscope.

Gambar 3.21 Blok diagram proses uji sampel counter electrode dengan SEM.

Tahap pertama proses uji sampel counter electrode dengan SEM adalah

deposisi CNT pada substrat clear glass (kaca preparat). Kaca preparat digunakan

sebagai substrat karena ketebalan yang dimiliki sebesar 1 - 1,2 mm, lebih tipis

Deposisi CNT pada kaca preparat sebagai sampel

Cutting sampel

Penempatan sampel pada holder dengan double-sided conductive tape

Coating sampel dengan emas

Penempatan sampel dalam stage (chamber)

Proses vakum pada column, lensa, dan chamber

Uji SEM, diatur nilai perbesaran (magnify)

Image sampel

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

Page 55: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

dibanding TCO yang sebesar 3 mm, sehingga mempermudah dalam proses cutting

sampel. Cutting sampel dalam ukuran area sekitar 3 x 3 mm. Langkah berikutnya

adalah penempatan sampel dalam sampel holder dengan double-sided conductive

tape. Ada 2 posisi penempatan sampel pada sampel holder seperti ditunjukkan

dalam Gambar 3.22. Gambar 2.22 (a) untuk menghasilkan image morfologi

sampel dan Gambar 3.22 (b) untuk mendapatkan image ketebalan sampel counter

electrode.

Gambar 3.22 Posisi penempatan sampel pada holder. Gambar (a) untuk menghasilkan image morfologi dan (b) untuk mendapatkan image ketebalan

lapisan carbon nanotube pada counter electrode.

Sampel dicoating dengan emas dan dimasukkan ke dalam sampel stage

(chamber). Column, lensa, dan sampel chamber divakum selama 15 menit. Proses

vakum ini bertujuan untuk menghilangkan gas dalam mikroskop. Molekul-

molekul gas dalam mikroskop menyebabkan elektron akan di-scattered sehingga

intensitas dan stabilitas sinar elektron berkurang. Berkurangnya intensitas dan

stabilitas sinar elektron menyebabkan kontras image lebih rendah dan bayangan

menjadi kabur. Sinar elektron ditembakkan pada sampel, perbesaran (magnify)

divariasi, dan dihasilkan beberapa image sampel. Image sampel dalam format

jpeg.

3.6.2 Pengukuran Nilai Transmitans

Nilai transmitans counter electrode dengan variasi jumlah spray larutan

CNT pada substrat TCO diukur dengan menggunakan UV-VIS-NIR

(a) (b)

holder

carbon nanotube

clear glass

clear glass

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

Page 56: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

spectrophotometer tipe UV-3101PC Shimadzu. Gambar 3.23 menunjukkan

spectrophotometer UV-3101PC Shimadzu. Blok diagram proses pengukuran nilai

transmitans ditunjukkan dalam Gambar 3.24.

Gambar 3.23 UV-VIS-NIR spectrophotometer.

Gambar 3.24 Blok digram proses pengukuran nilai transmitans counter electrode

dengan spectrophotometer.

Warm up spectrophotometer dilakukan untuk memanasi tungsten sumber

cahaya. Menu percent transmittance (%T) dipilih dan input panjang gelombang

antara 200 - 800 nm. Kaca TCO (substrat lapisan carbon nanotube) dimasukkan

ke dalam sample compartment sebagai reference blank. Nilai transmitans dari

TCO adalah 100%. Langkah berikutnya adalah TCO dalam sample compartment

Turn on switch, warm up selama 15 menit

Pilih menu %T, input panjang gelombang

Masukkan TCO dalam sampel compartment (sebagai reference blank)

Ganti TCO dengan counter electrode dalam sampel compartment (sebagai sampel)

Nilai transmitans sampel counter electrode

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

Page 57: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

diganti dengan counter electrode sehingga diperoleh nilai transmitans dari counter

electrode. Nilai transmitans yang berupa data persent transmitans sebagai fungsi

panjang gelombang diplot dalam grafik.

3.6.3 Pengukuran Sheet Resistance

Pengukuran sheet resistance counter electrode dilakukan dengan

menggunakan metode four point probe. Alat yang digunakan adalah alat tipe

Alessi, Hewlett-Packard 6186C DC Current Source, dan Hewlett-Packard 3468A

Multimeter. Gambar 3.25 menunjukkan alat four point probe tipe Alessi.

Gambar 3.25 Alat four point probe. Alat terdiri atas 4 buah probe: 2 probe terluar sebagai outer probe dan 2 probe dalam sebagai inner probe. Arus dialirkan pada outer probe dan beda potensial diukur pada inner probe. Nilai sheet resistance

terbaca pada multimeter.

Blok diagram proses pengukuran sheet resistance counter electrode

ditunjukkan dalam Gambar 3.26. Outer probe (current probe) dihubungkan

dengan sumber arus dan inner probe (voltage probe) dihubungkan dengan

multimeter. Besar sumber arus dalam pengukuran adalah 50 mA. Counter

electrode diletakkan pada plate, probe ditempelkan pada counter electrode, dan

diamati nilai sheet resistance pada multimeter. Pengukuran dilakukan 5 kali setiap

counter electrode dengan mengubah posisi probe pada lapisan carbon nanotube

pada counter electrode.

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

Page 58: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Gambar 3.26 Blok diagram proses pengukuran sheet resistance counter electrode.

3.7 Pengukuran Depletion Capacitance dan Built-in Potential

Sirkuit rangkaian pengukuran depletion capacitance dan built-in potential

sel surya dye-sensitized ditunjukkan dalam Gambar 3.27. Photoelectrode

dihubungkan dengan sumber tegangan positif dan counter electrode dengan

sumber tegangan negatif. Sumber tegangan yang digunakan adalah sumber

tegangan DC. Nilai tegangan V divariasi untuk tiap interval 0,1 V dan diamati

nilai kapasitans C. Data diplot dalam grafik dengan ordinat grafik berupa 1/C2 dan

tegangan V sebagai absis grafik. Perpotongan grafik dengan sumbu absis

merupakan nilai dari built-in potential Vbi

Gambar 3.27 Sirkuit rangkaian pengukuran depletion capacitance dan built-in potential sel surya dye-sensitized. Nilai kapasitans C (dalam μF) merupakan

fungsi dari tegangan V.

.

F

DSSC

counter electrodephotoelectrode

V

Outer probe dihubungkan ke sumber arus

Inner probe dihubungkan ke multimeter

Arus dialirkan pada outer probe

Counter electrode diletakkan pada plate

Probe ditempelkan pada counter electrode

Sheet resistance terbaca pada multimeter

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

Page 59: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

3.8 Karakterisasi I-V dan Efisiensi Sel Surya Dye-Sensitized

Langkah pertama pada tahap ini adalah karakterisasi sel dalam kondisi

gelap. Sel diberi tegangan forward bias dan diukur arus I untuk setiap tegangan V

yang diberikan. Sirkuit rangkaian pengukuran ditunjukkan dalam Gambar 3.28.

Gambar 3.28 Sirkuit rangkaian pengukuran karaktristik I-V sel dalam kondisi gelap. Arus I diamati untuk setiap tegangan V yang diberikan pada sel.

Tahap berikutnya adalah pengukuran karakteristik I-V dan efisiensi sel

dalam kondisi sel disinari (illuminated). Pengukuran dilakukan dengan

menggunakan dua metode, yaitu metode manual dan metode komputerisasi.

3.8.1 Metode Manual

Sirkuit rangkaian pengukuran karakteristik I-V dan efisiensi sel

ditunjukkan dalam Gambar 3.29.

Gambar 3.29 Sirkuit rangkaian pengukuran karakteristik I-V dan efisiensi sel. Sel

disinari dari arah photoelectrode. Divariasi resistor variabel R, diamati nilai tegangan V dan arus I.

A

DSSC

counter electrodephotoelectrode

V

A

DSSC

counter electrodephotoelectrode

V

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

Page 60: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Sel disinari dalam solar simulator Oriel AM1.5 dengan intensitas cahaya

sebesar 35 mW/cm2. Solar simulator ditunjukkan dalam Gambar 3.30. Besar arus

I dan tegangan V diukur dengan multimeter dengan variasi beban resistor R. Data

arus I dan tegangan V diolah dan diplot dalam grafik sehingga didapat parameter-

parameter karakteristik I-V sel surya dye-sensitized yang terdiri atas tegangan

hubung terbuka (open circuit voltage) Voc, arus hubung singkat (short circuit

current) Isc, tegangan maksimum Vm, arus maksimum Im, daya maksimum Pmax

Gambar 3.30 Solar simulator. Tipe Oriel AM1.5 dengan intensitas 35 mW/cm

,

fill factor FF, dan efisiensi sel η.

2.

3.8.2 Metode Komputerisasi

Alat-alat yang digunakan dalam pengukuran dengan metode komputerisasi

adalah solar simulator Oriel Model 81193, National Instruments NI PXI-1033,

I/O Connector NI SCC-68 (Gambar 3.31), software LabVIEW (Gambar 3.32),

dan komputer. Sel surya dye-sensitized diletakkan dalam solar simulator, diatur

intensitas cahaya simulator, dan dengan metode komputerisasi, data dan grafik

parameter-parameter karakteristik I-V sel surya dye-sensitized didapat.

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

Page 61: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Gambar 3.31 NI PXI-1033 dan I/O Connector NI SCC-68

Gambar 3.32 Software LabVIEW. Di window LabVIEW terdapat kurva I-V dan parameter-parameter karakteristik I-V sel surya dye-sensitzed.

3.9 Inventarisasi Alat, Bahan, dan Parameter Proses Penelitian

Inventarisasi alat, bahan, dan parameter proses penelitian tentang

pengembangan counter electrode berbasis carbon nanotube dengan metode spray-

coating untuk aplikasi sel surya dye-sensitized secara umum ditunjukkan dalam

Tabel 3.1.

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

Page 62: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Tabel 3.1 Inventarisasi alat, bahan, dan parameter proses penelitian

Komponen Alat Bahan Parameter Proses

Substrat - Pemotong kaca - Mistar - Gelas ukur - Penjepit

- TCO glass TEC15 Dyesol - Air sabun, alkohol - Larutan aseton

- Pemotongan - Pencucian

Photoelectrode - Mesin printing de Haart Model Po. SP SA 10 - Screen maker Richmond Model 3000TT - Nylon screen 400 mesh per inch - Mesin pembakar RTC L4-310

- Pasta nc-TiO2 - Pembuatan screen - Proses printing - Annealing

DSL 18 NR-AO - Kertas Ulanoline 10x10 cm - Emulsi Ulanoline 133 - Air - Alkohol

Counter electrode - Spray gun WGF- 130 - Stirrer Dataplate PMC750 - Ultrasonic bath Branson 3200 - Mesin pembakar RTC L4-310 - Magnetic stirrer - Gelas ukur

- Multi-walled carbon nanotube, produk Helix Material Solution, Inc., MWNT- 12950030-00, diameter 10-30nm - Air, alkohol - Hidroxyethyl- cellulose - Triton X-100 - Thinner

- Pembuatan larutan CNT - Proses Spray- Coating - Annealing

Dye - Gelas ukur - Dye B2 N719 - Pewarnaan/ perendaman

Elektrolit - Pipet - Iodium - Pengisian elektrolit

Spacer - Penjepit - Oven

Dyesol Thermoplastic Sealant TPS 065093-30

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

Page 63: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

3.10 Tempat dan Waktu Penelitian

Tempat dan waktu penelitian tentang pengembangan counter electrode

berbasis carbon nanotube dengan metode spray-coating untuk aplikasi sel surya

dye-sensitized adalah:

Tempat penelitian:

Laboratorium Mikroelektronika dan Bahan Komponen

Pusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi

Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI)

Kampus LIPI, Jl. Sangkuriang Gd. 20 Lt. 4

Bandung 40135, Indonesia

Telp. 022-2504660

Faks. 022-2504659

Website: www.ppet.lipi.go.id

Tempat uji material:

Laboratorium Mikroelektronika PPET LIPI Bandung

Laboratorium Ilmu Material, Program Pascasarjana Ilmu Material,

Universitas Indonesia, Salemba, Jakarta

Laboratorium SEM EDX, Pusat Pengembangan Geologi Kelautan

(PPGL) Bandung

Laboratorium Kimia Analitik, Institut Teknologi Bandung (ITB)

Waktu: Januari - Juni 2011

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

Page 64: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

BAB IV

HASIL DAN ANALISIS

Bab hasil dan analisis merupakan bab yang berisi tentang hasil-hasil

penelitian pengembangan counter electrode berbasis carbon nanotube dengan

metode spray-coating untuk aplikasi sel surya dye-sensitized beserta

pembahasannya.

Hasil dan pembahasan tersebut meliputi hasil dan analisis mengenai

preparasi substrat transparent conducting oxide, proses screen printing

photoelectrode, proses spray-coating counter electrode, proses pewarnaan, proses

assembling sel surya dye-sensitized, karakterisasi counter electrode, pengukuran

depletion capacitance dan built-in potential, serta hasil dan analisis tentang

karakterisasi I-V dan efisiensi sel surya dye-sensitized.

4.1 Preparasi Substrat Transparent Conducting Oxide (TCO)

Transparent conducting oxide (TCO) dalam penelitian dibuat dalam

ukuran 2x2 cm dengan alasan bahwa area aktif sel surya dye-sensitized sebesar

1x1 cm. Hasil preparasi substrat TCO ditunjukkan dalam Gambar 4.1.

Gambar 4.1 Substrat TCO dengan ukuran 2x2 cm. TCO digunakan sebagai substrat photoelectrode dan counter electrode.

49

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

Page 65: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Perendaman dan pencucian TCO dengan menggunakan air sabun

menghasilkan kotoran dan minyak yang menempel di permukaan TCO dapat

hilang. Sisa-sisa air sabun dapat dibersihkan dengan alkohol dan larutan aseton

digunakan sebagai penghilang bekas tinta yang menempel di permukaan TCO.

Tiga tahap pencucian menghasilkan TCO yang bersih dan terbebas dari kotoran

sehingga siap digunakan sebagai substrat dalam proses screen printing photo

electrode dan proses spray-coating counter electrode dalam pembuatan sel surya

dye-sensitized.

4.2 Proses Screen Printing Photoelectrode

Hasil proses screen printing photoelectrode yang berupa deposisi lapisan

TiO2

Gambar 4.2 Photoelectrode hasil deposisi lapisan TiO

pada substrat TCO ditunjukkan dalam Gambar 4.2.

2

Luas deposisi lapisan TiO

. Warna putih menunjukkan area aktif sel surya dye-sensitized dan warna bening merupakan

luasan TCO.

2 berukuran 1x1 cm, luasan ini merupakan

daerah aktif sel surya dye-sensitized. Ketebalan lapisan hasil dua kali proses

printing sebesar 5-8 μm. Ketebalan ini menghasilkan efisiensi sel surya terbaik.

Semakin tebal lapisan, semakin luas area TiO2 dalam penyerapan dye. Namun di

sisi lain, terlalu tebal lapisan TiO2 maka semakin lebar jarak elektron mencapai

anoda, elektron telah mengalami rekombinasi sebelum mencapai anoda.

Rekombinasi elektron menyebabkan berkurangnya elektron yang mengalir di

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

Page 66: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

sirkuit, yang akhirnya berkurang pula elektron di counter electrode. Berkurangnya

jumlah elektron yang mengalir mengurangi jumlah reaksi redoks dan efisiensi sel.

Oleh karena itu ada ketebalan optimum dalam photoelectrode.

Struktur morfologi photoelectrode hasil scanning electron microscope

(SEM) ditunjukkan dalam Gambar 4.3. Foto SEM photoelectrode dengan

perbesaran 40.000x dan skala 0,5 μm menunjukkan partikel-partikel TiO2

Gambar 4.3 Foto SEM photoelectrode. Partikel TiO

dengan

dimensi nanometer. Hal ini menunjukkan bahwa ada banyak area sentuh

photoelectrode dengan dye. Semakin luas bidang sentuh, semakin meningkat

penyerapan cahaya oleh sel. Peningkatan penyerapan ini berpengaruh terhadap

karakteristik I-V dan efisiensi sel surya dye-sensitized.

2

Proses spray-coating counter electrode diawali dengan proses pembuatan

larutan carbon nanotube CNT. Larutan ini dalam penelitian dibuat dalam

beberapa kali eksperimen. Eksperimen pertama, larutan dibuat dengan

mencampurkan serbuk CNT dengan air, kemudian diaduk dengan menggunakan

stirrer. Hasilnya kelarutan serbuk CNT dalam air tidak optimal. Eksperimen

kedua, serbuk CNT dicampur dengan air, dan dimasukkan ke dalam ultrasonic

bath untuk proses sonikasi. Eksperimen kedua juga menghasilkan tingkat

kelarutan CNT yang rendah. Kedua eksperimen tersebut menghasilkan larutan

berdimensi nanometer sehingga memperluas area sentuh dengan dye.

4.3 Proses Spray-Coating Counter Electrode

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

Page 67: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

CNT yang tidak optimal karena bundle CNT tidak dapat dipisah (diurai) sehingga

kelarutan CNT menjadi kecil.

Eksperimen ketiga, serbuk CNT dilarutkan dalam hydroxyethylcellulose,

triton, dan air. Larutan dimasukkan ke dalam ultrasonic bath untuk proses

sonikasi. Hasil eksperimen ketiga adalah didapat larutan CNT dengan tingkat

kelarutan yang lebih baik dibanding eksperimen pertama dan kedua. Eksperimen

keempat, larutan CNT dibuat dengan komposisi dan metode seperti pada

eksperimen ketiga, hanya air diganti dengan thinner. Eksperimen keempat

menghasilkan larutan terbaik, bundle CNT dapat diurai, dan siap untuk digunakan

dalam proses spray-coating.

Uji coba proses spray-coating dengan menggunakan larutan CNT hasil

eksperimen keempat didapat hasil yaitu masih dijumpai gumpalan-gumpalan

CNT, sehingga permukaan coating tidak rata. Hal ini dapat diatasi dengan

eksperimen kelima, yaitu larutan CNT disaring dengan menggunakan filter. Hasil

proses pembuatan larutan CNT ditunjukkan dalam Gambar 4.4.

Gambar 4.4 Larutan carbon nanotube. Larutan digunakan sebagai bahan deposisi lapisan CNT pada counter electrode.

Proses spray-coating counter electrode dalam penelitian menggunakan

metode multi-pass spraying, penyemprotan dan pengeringan lapisan dilakukan

lebih dari satu kali, dengan dicirikan oleh semprotan yang tipis dan berulang-

ulang. Metode ini menghasilkan variasi jumlah volume spraying dan permukaan

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

Page 68: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

coating yang rata. Counter electrode berbahan carbon nanotube hasil proses

spray-coating ditunjukkan dalam Gambar 4.5.

Gambar 4.5 Counter electrode berbahan carbon nanotube. Gambar (a), (b), dan (c) menunjukkan counter electrode dengan jumlah spray 10x, 25x, dan 55x.

Counter electrode terlihat lebih transparan karena volume spraying lebih

sedikit. Semakin sedikit jumlah spraying, semakin transparan dan tipis deposisi

lapisan CNT pada counter electrode.

4.4 Proses Pewarnaan

Hasil proses pewarnaan yang dilakukan dengan cara perendaman photo-

electrode di dalam larutan dye selama 24 jam ditunjukkan dalam Gambar 4.6.

Gambar 4.6 Hasil proses pewarnaan. Warna photoelectrode yang semula putih berubah menjadi kecoklatan. Hal ini berarti dye telah meresap ke partikel TiO2.

(a) (c) (b)

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

Page 69: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Hasil pengukuran absorbans larutan rutenium dye konsentrasi 20 mg / 100

mℓ etanol sebagai fungsi panjang gelombang cahaya ditunjukkan dalam Gambar

4.7. Grafik menunjukkan bahwa area penyerapan cahaya larutan rutenium dye

berkisar di antara panjang gelombang 400 nm sampai dengan 700 nm. Hal ini

berarti larutan rutenium dye mampu menyerap cahaya dengan spektrum cahaya

tampak (dari violet sampai dengan merah). Semakin luas area penyerapan

spektrum cahaya, semakin baik karakteristik dan efisiensi sel.

Gambar 4.7 Grafik absorbans larutan rutenium dye. Larutan rutenium dye mampu menyerap spektrum cahaya dari panjang gelombang 400 nm hingga 700 nm.

Sumber: Muliani, Taryana, Hidayat, 2010

Waktu perendaman photoelectrode di dalam larutan dye selama 24 jam

memberikan hasil grafik fungsi absorbans photoelectrode sebagai fungsi panjang

gelombang cahaya seperti dalam Gambar 4.8.

00.20.40.60.8

11.21.41.61.8

2

400 500 600 700 800

Abs

orba

nce

Wavelength

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

Page 70: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Gambar 4.8 Grafik absorbans photoelectrode. Perendaman dalam waktu yang lebih lama menghasilkan absorbans yang lebih tinggi.

Sumber: Muliani, Taryana, Hidayat, 2010

Grafik menunjukkan bahwa photoelectrode yang telah direndam dalam dye

mampu menyerap cahaya dengan spektrum cahaya tampak (dari violet sampai

dengan merah). Semakin luas area penyerapan spektrum cahaya, semakin baik

karakteristik dan efisiensi sel. Waktu perendaman 24 jam juga menghasilkan nilai

penyerapan yang tinggi dibanding dengan perendaman selama 5 jam. Semakin

lama proses perendaman, semakin baik karakteristik dan efisiensi sel. Hal inilah

yang menjadi keunggulan sel surya dye-sensitized, yaitu mampu menyerap

spektrum cahaya yang luas dari ultraviolet sampai dengan merah.

4.5 Proses Assembling Sel Surya Dye-Sensitized

Hasil proses assembling sel surya dye-sensitized ditunjukkan dalam

Gambar 4.9.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

250 450 650 850

Abs

orba

nce

Panjang gelombang (nm)

24 jam

5 jam

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

Page 71: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Gambar 4.9 Hasil assembling sel surya dye-sensitized. Sel terdiri atas photoelectrode TiO2 dan rutenium dye, larutan elektrolit iodium, dan counter

electrode carbon nanotube.

Photoelectrode dan counter electrode disusun dalam susunan sandwich dan

dipisahkan dengan spacer dari bahan thermoplastic. Ketebalan thermoplastic

sebesar 50 μm. Ketebalan ini dapat dijadikan sebagai ruang untuk pengisian

larutan elektrolit iodin dalam sel. Hasil assembling pada pembahasan berikutnya

akan diukur dan dianalisis karakteristik I-V dan efisiensi selnya.

4.6 Karakterisasi Counter Electrode

Hasil dan analisis karakterisasi counter electrode dalam penelitian

meliputi 4 parameter yaitu karakterisasi morfologi, ketebalan, nilai transmitans,

dan sheet resistance counter electrode.

4.6.1 Karakterisasi Morfologi

Struktur morfologi serbuk carbon nanotube hasil scanning electron

microscope (SEM) model JEOL JSM-6360 ditunjukkan dalam Gambar 4.10.

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

Page 72: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Gambar 4.10 Foto SEM serbuk carbon nanotube. Foto SEM menunjukkan sekumpulan carbon nanotube yang berbentuk tabung dan saling tindih.

Foto SEM counter electrode berbahan carbon nanotube hasil proses spray-

coating ditunjukkan dalam Gambar 4.11.

(a) (b)

Gambar 4.11 Foto SEM counter electrode berbahan carbon nanotube. Gambar (a) dan (b) berturut-turut menunjukkan morfologi lapisan carbon nanotube pada

counter electrode dengan spray 5x dan 10x.

Morfologi serbuk CNT (Gambar 4.10) dan counter electrode berbahan

CNT (Gambar 4.11) hasil foto SEM dengan perbesaran 40.000x dan skala 0,5 μm

menunjukkan sekumpulan bentuk tabung-tabung yang saling bertindih. Foto SEM

dengan spray 5x dipilih karena sebagai pembanding dalam variasi counter

electrode. Foto SEM menunjukkan bahwa semakin banyak spray, semakin

banyak jumlah tabung-tabung yang saling bertindih membentuk pola tiga-dimensi

dan banyak dijumpai rongga. Hal ini menunjukkan bahwa ada banyak area sentuh

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

Page 73: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

counter electrode dengan ion-ion larutan elektrolit iodium. Semakin luas bidang

sentuh, semakin meningkat reaksi redoks dalam sel. Peningkatan reaksi redoks

berpengaruh positif terhadap karakteristik I-V dan efisiensi sel surya dye-

sensitized. Pengaruh luas bidang sentuh counter electrode dengan larutan

elektrolit terhadap karakteristik dan efisiensi sel akan dibahas dalam sub

pembahasan berikutnya.

4.6.2 Pengukuran Ketebalan

Ketebalan deposisi larutan carbon nanotube counter electrode hasil foto

SEM ditunjukkan dalam Gambar 4.12.

(a) (b)

Gambar 4.12 Foto SEM ketebalan lapisan carbon nanotube pada counter electrode. Gambar (a) dan (b) berturut-turut menunjukkan spray 10x dan 15x.

Foto SEM dengan perbesaran 10.000x dan skala 1 μm, terlihat bahwa

lapisan CNT 15x spray lebih tebal dibanding dengan lapisan CNT 10x spray.

Dengan pendekatan dari foto SEM, ketebalan lapisan CNT 10x dan 15x spray

berturut-turut adalah sebesar 1 μm d an 2-3 μm. Hal ini menunjukkan bahwa

semakin banyak jumlah spray, semakin tebal lapisan CNT pada counter electrode.

Variasi ketebalan ini akan dibahas pengaruhnya terhadap nilai sheet resistance

counter electrode pada sub pembahasan berikutnya.

Lapisan CNT Lapisan CNT Glass Glass

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

Page 74: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

4.6.3 Pengukuran Nilai Transmitans

Grafik nilai transmitans counter electrode hasil pengukuran dengan

menggunakan spektrofotometer ditunjukkan dalam Gambar 4.13. Sampel yang

diukur adalah counter electrode dengan 10x dan 15x spray, dan 5x spray sebagai

pembanding.

Grafik menunjukkan bahwa semakin banyak spray, yang berarti semakin

tebal lapisan, maka semakin kecil nilai transmitansnya. Parameter nilai

transmitans ini akan dibahas pengaruhnya terhadap karakteristik dan efisiensi sel

pada sub pembahasan berikutnya.

Gambar 4.13 Nilai transmitans counter electrode. Counter electrode dengan spray

sedikit menghasilkan nilai transmitans yang lebih tinggi.

4.6.4 Pengukuran Sheet Resistance

Data hasil pengukuran sheet resistance counter electrode dengan

menggunakan metode four point probe ditunjukkan dalam Tabel 4.1. Data dari

Tabel 4.1 menunjukkan bahwa semakin banyak volume spraying, yang berarti

semakin tebal lapisan CNT pada counter elektrode (sub pembahasan 4.6.2) maka

semakin kecil nilai sheet resistance counter electrode. Semakin kecil nilai sheet

resistance elektroda, semakin baik karakteristik I-V dan efisiensi sel surya dye-

sensitized. Nilai sheet resistance keempat counter electrode hasil penelitian

adalah sebesar 16,77; 16,67; 16,51; dan 16,42 Ω/sq.

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

Page 75: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Tabel 4.1 Data sheet resistance counter electrode

Pengukuran Rsheet R 10x spray (Ω/sq)

sheet R 15x spray (Ω/sq)

sheet R 25x spray (Ω/sq)

sheet 55x spray (Ω/sq)

1 16,76 16,68 16,47 16,18

2 16,80 16,64 16,57 16,48

3 16,71 16,87 16,51 16,88

4 16,76 16,63 16,46 16,47

5 16,82 16,61 16,52 16,11

Rata-rata 16,77 16,67 16,51 16,42

4.7 Pengukuran Depletion Capacitance dan Built-in Potential

Data hasil pengukuran depletion capacitance C sebagai fungsi beda

potensial V pada sel surya dye-sensitized dengan berbagai variasi spray carbon

nanotube pada counter electrode ditunjukkan dalam Tabel 4.2. Besar kapasitans

sel surya berbanding terbalik dengan jumlah spray carbon nanotube pada counter

electrode. Sel surya dibuat dengan spacer berketebalan 50 μm. Ketebalan ini

merupakan space yang mencakup dua buah elektroda, yaitu photoelectrode dan

counter electrode, dan larutan iodium seperti ditunjukkan dalam Gambar 4.14.

Tabel 4.2 Data pengukuran depletion capacitance C sebagai fungsi tegangan V

pada sel dengan variasi spray carbon nanotube pada counter electrode.

V (V) C (μF) 10x CNT 15x CNT 25x CNT 55x CNT

0.1 3.8 3.8 4.1 4.2 0.2 4.3 4.3 4.7 5.8 0.3 5.4 5.5 6.3 6.9 0.4 6.8 6.8 7.8 8.3 0.5 7.0 7.3 8.1 9.6 0.6 7.5 7.5 8.8 10.4 0.7 11.7 11.8 13.0 15.1 0.8 16.8 17.0 22.5 22.9 0.9 20.0 20.3 26.4 26.7

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

Page 76: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Gambar 4.14 Penampang sel surya dye-sensitized. Sel dibentuk oleh dua buah elektroda, photoelectrode dan counter electrode, dengan space 50 μm. Nilai

depletion capacitance C dipengaruhi oleh jarak d, yaitu jarak antar dua elektroda.

Jumlah spray yang lebih banyak menyebabkan ketebalan lapisan carbon

nanotube pada counter electrode bertambah. Semakin tebal counter electrode,

semakin kecil jarak d dalam sel sehingga semakin besar kapasitans sel. Kapasitans

C sebanding dengan area A dan berbanding terbalik dengan jarak antar elektroda

d, sesuai persamaan C = εA / d.

Kurva hasil pengukuran depletion capacitance C sebagai fungsi beda

potensial V pada sel surya dye-sensitized dengan berbagai variasi spray carbon

nanotube pada counter electrode ditunjukkan dalam Gambar 4.15.

Sumbu vertikal (ordinat) merupakan besaran 1/Cj2 dan sumbu horisontal

(absis) adalah beda potensial V. Persamaan (8) dalam sub bab 2.1.7 menunjukkan

bahwa 1/Cj2 = 2(Vbi - V) / qεNB, yang berarti ketika nilai 1/Cj

2 = nol, maka besar

built-in potential Vbi = V, yaitu perpotongan kurva dengan sumbu horisontal.

Besar built-in potential masing-masing sel dengan variasi spray carbon

nanotube pada counter electrode 10x, 15x, 25x, dan 55x berturut-turut adalah

sebesar 0,82 V; 0,81 V; 0.80 V; dan 0,79 V. Built-in potential sel lebih rendah

pada sel dengan counter electrode yang lebih tebal, hal ini disebabkan oleh jarak

antar elektroda menjadi lebih pendek sehingga elektron lebih mudah meloncat.

Substrat TCO

Substrat TCO

Photoelectrode

Counter electrode

Iodium d Space 50 μm

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

Page 77: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Gambar 4.15 Kurva 1/Cj2 vs V pada sel surya dye-sensitized dengan berbagai

variasi spray carbon nanotube pada counter electrode. Perpotongan kurva pada sumbu horisontal merupakan nilai built-in potential Vbi.

y (cnt 10x) = -0.079x + 0.065

y (cnt 15x) = -0.079x + 0.064

y (cnt 25x) = -0.067x + 0.054

y (cnt 55x) = -0.057x + 0.045

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

1/Cj

2((

μF/c

m)-2

)

V (V)

CNT 10x Spray

CNT 15x Spray

CNT 25x Spray

CNT 55x Spray

Linear (CNT 10x Spray)

Linear (CNT 15x Spray)

Linear (CNT 25x Spray)

Linear (CNT 55x Spray)

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

Page 78: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Built-in potential sel surya dye-sensitized dengan counter electrode

berbahan platina digunakan sebagai pembanding. Kurva pada Gambar 4.16

menunjukkan bahwa nilai built-in potential sebesar 0,83 V.

Gambar 4.16 Kurva 1/Cj2

Kurva karakteristik I-V sel dalam kondisi gelap ditunjukkan dalam

Gambar 4.17. Kurva menunjukkan pola yang melengkung, hanya tidak

menunjukkan kurva yang ideal. Besar built-in potential sel sebagaimana pada

pembahasan sebelumnya adalah sekitar 0,8 V. Hal ini berarti secara ideal arus

listrik pada sel akan naik setelah diberi tegangan 0,8 V. Kurva menunjukkan, arus

naik sebesar 0,02 mA saat sel diberi tegangan 0,1 V. Arus berikutnya pada 0,05

vs V pada sel surya dye-sensitized dengan counter electrode berbahan platina. Built-in potential sebesar 0,83 V.

4.8 Karakteristik I-V dan Efisiensi Sel Surya Dye-Sensitized

Karakteristik I-V Sel dalam Kondisi Gelap

y (Pt) = -0.059x + 0.049

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

1/Cj

2 (

(μF/

cm)-2

)

V (V)

Platina

Linear (Platina)

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

Page 79: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

mA saat tegangan 0,2 V. Kenaikan tegangan dengan interval 0,1 V menyebabkan

kenaikan arus I dengan interval yang semakin tinggi.

Gambar 4.17 Kurva karakteristik I-V sel dalam kondisi gelap. Kenaikan tegangan dengan interval 0,1 V menyebabkan kenaikan arus I dengan interval yang semakin

tinggi.

Arus listrik sel dengan variasi counter electrode 10x, 15x, 25x, dan 55x

spray carbon nanotube pada tegangan 0,6 V berturut-turut adalah sebesar 0,45;

0,46; 0,54; dan 0,58 mA. Built-in potential pada sel berturu-turut adalah 0,82 V;

0,81 V; 0.80 V; dan 0,79 V. Semakin rendah built-in potential, semakin mudah

arus listrik mengalir pada sel.

Gambar 4.18 adalah kurva karakteristik I-V sel dengan counter electrode

berbahan platina dalam kondisi gelap. Kurva juga memberi pola melengkung,

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

I(m

A)

V (V)

10x CNT15x CNT25x CNT55x CNTPoly. (10x CNT)Poly. (15x CNT)Poly. (25x CNT)Poly. (55x CNT)

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

Page 80: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

tetapi tidak ideal. Pembahasan sebelumnya menyebutkan, built-in potential sel

dengan elektroda platina adalah sebesar 0,83 V.

Gambar 4.18 Kurva karakteristik I-V sel dengan counter electrode berbahan

platina dalam kondisi gelap.

Kurva karakteristik I-V sel dalam kondisi gelap pada Gambar 4.17 dan

Gambar 4.18 dapat memberikan informasi besar arus saturasi Is dari masing-

masing sel. Informasi besar arus saturasi Is sel dapat diperoleh dengan cara

persamaan I = Is exp (qV/kBT) diubah menjadi ln I = (q/kBT)V + ln Is. Data diplot

ke dalam grafik, dengan ln I sebagai ordinat, V sebagai absis, q/kBT sebagai slope

(kemiringan grafik), dan ln Is sebagai titik potong grafik dengan sumbu ordinat.

Gambar 4.19 menunjukkan kurva ln I sebagai fungsi V pada sel dengan

counter electrode carbon nanotube.

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

I(m

A)

V (V)

Platina

Poly. (Platina)

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

Page 81: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Gambar 4.19 Kurva ln I sebagai fungsi V pada sel dengan counter electrode

carbon nanotube. Titik potong grafik dengan sumbu ordinat memberikan informasi besar arus saturasi Is sel.

Titik potong grafik dengan sumbu ordinat untuk masing-masing sel

dengan jumlah spray carbon nanotube pada counter electrode 10x, 15x, 25x, dan

55x berturut-turut adalah 2,741; 2,730; 2,669; dan 2,649. Titik-titik perpotongan

ini memberikan nilai arus saturasi sel Is yaitu 15,5 μF; 15,3 μF; 14,4 μF; dan 14,1

μF. Semakin kecil nilai arus saturasi, semakin baik komposisi material dalam sel.

Gambar 4.20 menunjukkan kurva ln I sebagai fungsi V pada sel dengan

counter electrode platina. Titik potong grafik dengan sumbu ordinat adalah 2,759.

Titik perpotongan ini memberikan informasi nilai arus saturasi sel Is dengan

counter electrode platina sebesar 15,8 μF.

y (cnt 10x) = 6.177x + 2.741

y (cnt 15x) = 6.233x + 2.730

y (cnt 25x) = 6.622x + 2.669

y (cnt 55x) = 6.703x + 2.649

2

3

4

5

6

7

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

ln I

V (V)

10x CNT15x CNT25x CNT55x CNTLinear (10x CNT)Linear (15x CNT)Linear (25x CNT)Linear (55x CNT)

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

Page 82: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Gambar 4.20 Kurva ln I sebagai fungsi V pada sel dengan counter electrode

platina. Titik potong grafik dengan sumbu ordinat adalah 2,759 sehingga arus saturasi sel Is

sebesar 15,8 μF.

Karakteristik I-V Sel dalam Kondisi Disinari

Data arus I dan tegangan V sel surya dye-sensitized dalam kondisi sel

disinari hasil pengukuran dengan variasi counter electrode hasil spray CNT 10x,

15x, 25x, dan 55x berturut-turut ditunjukkan dalam Lampiran 1, Lampiran 2,

Lampiran 3, dan Lampiran 4. Data tersebut diplot dalam kurva I-V seperti

ditunjukkan dalam Gambar 4.21. Kurva I-V hasil pengukuran komputerisasi

ditunjukkan dalam Lampiran 5 dan Lampiran 6.

Data parameter I-V dan efisiensi sel hasil pengukuran ditunjukkan dalam

Tabel 4.3 berikut.

y (Pt) = 6.345x + 2.759

2

3

4

5

6

7

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

lnI

V (V)

Platina

Linear (Platina)

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

Page 83: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Tabel 4.3 Parameter I-V dan efisiensi sel surya dye-sensitized dengan berbagai jenis counter electrode berbahan carbon nanotube dengan variasi spray 10x, 15x,

25x, dan 55x.

Counter electrode

V Ioc (mV)

Vsc (mA)

Im (mV)

Pm (mA)

FF max (mW)

η (%)

CNT 10x spraying 82,7 1,29 36,5 0,72 0,03 0,24 0,07

CNT 15x spraying 108,4 1,82 50,3 0,99 0,05 0,25 0,14

CNT 25x spraying 404,0 3,39 224,0 1,87 0,42 0,30 1,19

CNT 55x spraying 596,0 3,40 313,0 2,13 0,67 0,36 1,90

Nilai terbaik karakteristik I-V dan efisiensi sel terbesar didapat pada sel

dengan counter electrode berbahan carbon nanotube sebanyak 55x spray, yaitu

tegangan hubung terbuka (open circuit voltage) Voc = 596 mV, arus hubung

singkat (short circuit current) Isc = 3,40 mA, tegangan maksimum Vm = 313,0

mV, arus maksimum Im = 2,13 mA, daya maksimum Pmax = 0,67 mW, fill factor

FF = 0,36 dan efisiensi sel η = 1,90 %.

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

Page 84: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Gambar 4.21 Kurva I-V sel dengan counter electrode carbon nanotube. Sel

dengan jumlah spray lebih banyak menghasilkan karakteristik I-V dan efisiensi sel yang lebih baik.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600

Aru

s (m

A)

Tegangan (mV)

CNT 55x Spray

CNT 25x Spray

CNT 15x Spray

CNT 10x Spray

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

Page 85: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Faktor Ketebalan Lapisan CNT pada Counter Electrode

Kurva I-V (Gambar 4.21) hasil penelitian menunjukkan bahwa

karakteristik I-V dan efisiensi sel terbaik didapat pada counter electrode dengan

55x spray. Counter electrode tersebut mempunyai ketebalan yang paling besar

dibanding counter electrode yang lain. Dengan pendekatan dari foto SEM

(Gambar 4.12) didapat bahwa spraying 10x menghasilkan ketebalan lapisan

sebesar 1 μm dan spraying 15x sebesar 2-3 μm.

Semakin tebal lapisan CNT pada counter electrode, semakin luas area

sentuh counter electrode dengan larutan elektrolit, serta semakin kecil nilai

transmitans dan sheet resistance counter electrode. Semakin tebal lapisan CNT,

semakin baik karakteristik I-V dan efisiensi sel.

Penelitian terdiri atas 4 variasi ketebalan lapisan CNT pada counter

electrode, sehingga tidak sampai pada tahap penelitian tentang ketebalan optimum

lapisan CNT pada counter electrode yang menghasilkan karakteristik I-V dan

efisiensi sel terbaik.

Faktor Area Sentuh Counter Electrode dengan Larutan Elektrolit

Morfologi lapisan CNT pada counter electrode (Gambar 4.11)

menunjukkan bahwa spray 5x (Gambar 4.11(a)) menghasilkan foto morfologi

lapisan berupa sekumpulan tabung-tabung yang saling tindih. Gambar 4.11(b)

yang berupa foto morfologi lapisan dengan spray 10x menghasilkan bentuk yang

serupa (tabung-tabung yang saling bertindih), tetapi dengan jumlah yang lebih

banyak. Semakin banyak jumlah tabung (yang saling tindih membentuk pola tiga

dimensi), semakin luas area sentuh counter electrode dengan larutan elektrolit.

Counter electrode berperan sebagai katalis reaksi redoks dalam sel surya

dye-sensitized. Counter electrode mereduksi ion triiodide I3- menjadi iodide I-

melalui proses I3- + 2e- → 3I-. Kurva I-V sel (Gambar 4.21) menunjukkan bahwa

spray 55x menghasilkan efisiensi sel terbaik. Dari foto SEM (Gambar 4.11(b))

menunjukkan bahwa ada banyak tabung yang saling tindih sehingga semakin luas

area sentuh counter electrode dengan larutan elektrolit. Semakin luas area sentuh,

semakin meningkat reaksi redoks dalam sel. Semakin meningkat reaksi redoks,

semakin baik karakteristik dan efisiensi sel.

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

Page 86: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Faktor Sheet Resistance Counter Electrode

Nilai sheet resistance counter electrode dengan variasi spray 10x, 15x,

25x, dan 55x berturut-turut adalah sebesar 16,77; 16,67; 16,51; dan 16,42 Ω/sq

(Tabel 4.1).

Kurva I-V sel (Gambar 4.21) menunjukkan bahwa karakteristik dan

efisiensi sel naik berbanding terbalik dengan nilai sheet resistance counter

electrode. Efisiensi sel tertinggi 1,90% pada counter electrode dengan sheet

resistance 16,42 Ω/sq, dan efisiensi sel terendah 0,07% pada counter electrode

dengan sheet resistance 16,77 Ω/sq.

Elektron lebih mudah mengalir di counter electrode dengan sheet

resistance rendah sehingga reaksi redoks di sel lebih meningkat. Peningkatan

reaksi redoks berdampak positif terhadap karakteristik dan efisiensi sel.

Faktor Transmitans Counter Electrode

Sel surya dye-sensitized pada penelitian menggunakan sumber cahaya

penyinaran dari satu arah, yaitu dari arah photoelectrode (front-electrode). Saat

foton mengenai photoelectrode, sebagian dipantulkan, sebagian diserap, dan

sisanya diteruskan. Foton yang diteruskan oleh photoelectrode mengenai larutan

elektrolit dan counter electrode. Saat mengenai counter electrode, foton juga

mengalami hal yang sama saat mengenai photoelectrode, yaitu sebagian

dipantulkan, sebagian diserap, dan sisanya diteruskan.

Grafik nilai transmitans counter electrode hasil pengukuran dengan

menggunakan spektrofotometer ditunjukkan dalam Gambar 4.13. Grafik

menunjukkan bahwa semakin banyak spraying, yang berarti semakin tebal

lapisan, maka semakin kecil nilai transmitansnya.

Kurva I-V sel (Gambar 4.21) menunjukkan bahwa karakteristik dan

efisiensi sel dengan counter electrode 15x spray lebih baik dibanding dengan 10x

spray. Nilai transmitans counter electrode dengan 15x spray lebih rendah

dibanding dengan 10x spray. Semakin rendah nilai transmitans, semakin sedikit

foton yang diteruskan oleh counter electrode, yang berarti semakin banyak jumlah

foton dalam sel. Semakin banyak foton dalam sel, semakin banyak elektron yang

dihasilkan, yang pada akhirnya meningkatkan karakteristik dan efisiensi sel.

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

Page 87: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Counter Electrode TCO dan Platina

Sel surya dye-sensitized dengan counter electrode TCO dan platina

digunakan sebagai pembanding dalam penelitian.

Kedua sel surya dye-sensitized tersebut menggunakan bahan dan metode

yang sama seperti pada sel surya dye-sensitized dengan counter electrode CNT.

Bahan yang dimaksud adalah substrat, photoelectrode, dye, dan elektrolit, serta

metode berupa screen-printing photoelectrode dan assembling sel.

Nilai sheet resistance counter electrode TCO sebesar 18,36 Ω/sq dan

platina sebesar 2,66 Ω/sq. Kurva I-V sel dengan counter electrode TCO dan

platina ditunjukkan dalam Gambar 4.22 dan data parameter karakteristik listrik sel

dalam Tabel 4.4.

Tabel 4.4 Parameter I-V dan efisiensi sel dengan counter electrode TCO dan platina.

Counter

electrode

V Ioc

(mV)

Vsc

(mA)

Im

(mV)

Pm

(mA)

FF max

(mW)

η

(%)

TCO 6,1 0,07 - - - - -

Platina 664 4,07 461 3,14 1,45 0,54 4,13

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

Page 88: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Gambar 4.22 Kurva I-V sel dengan counter electrode TCO dan platina. Sel dengan

counter electrode platina menghasilkan efisiensi sel sebesar 4,13%.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650

Aru

s (m

A)

Tegangan (mV)

Platina

TCO

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

Page 89: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Kurva I-V sel surya dye-sensitized dengan counter electrode TCO

(Gambar 4.22) menunjukkan bahwa arus I dan tegangan V yang diperoleh sangat

kecil, yaitu Isc = 0,07 mA dan Voc = 6,1 mV. Hal ini menunjukkan bahwa sel

surya dye-sensitized memerlukan katalis reaksi redoks dalam sel.

Counter electrode berbahan platina menghasilkan karakteristik dan

efisiensi sel (Tabel 4.4 dan Gambar 4.22) dengan parameter sebagai berikut,

tegangan hubung terbuka (open circuit voltage) Voc = 664 mV, arus hubung

singkat (short circuit current) Isc = 4,07 mA, tegangan maksimum Vm = 461 mV,

arus maksimum Im = 3,14 mA, daya maksimum Pmax = 1,45 mW, fill factor FF =

0,54 dan efisiensi sel η = 4,13 %. Karakteristik dan efisiensi tersebut lebih baik

dibanding dengan DSSC dengan counter electrode CNT.

Kurva I-V DSSC dengan counter electrode CNT dengan spray 10x dan 15x

hasil penelitian (Gambar 4.21) menghasilkan pola yang cenderung linear. Hal ini

disebabkan oleh faktor tahanan (resistance) dalam sel dan proses reaksi redoks

serta aliran elektron dalam sel (counter electrode) tidak dapat berlangsung secara

optimal. Faktor-faktor yang mempengaruhi diantaranya yaitu kualitas larutan

CNT, kualitas lapisan deposisi CNT pada substart TCO, dan faktor pengotor.

Kelemahan-kelemahan tersebut dapat diatasi dengan cara perbaikan proses

pembuatan larutan CNT dan perbaikan teknik spray-coating deposisi lapisan CNT

pada substrat TCO.

Hasil karakteristik I-V dan efisiensi sel surya dye-sensitized hasil

penelitian menunjukkan bahwa dengan beberapa kelemahan yang dimiliki, carbon

nanotube dapat digunakan sebagai salah satu alternatif bahan penyusun counter

electrode, disamping platina. Begitu juga dengan metode spray-coating, metode

ini dapat digunakan sebagai salah satu alternatif dalam proses deposisi lapisan

pada counter electrode dengan keunggulan dapat menghasilkan variasi deposisi

lapisan yang tipis dan beragam, menjangkau area deposisi yang luas, mudah

dalam proses, dan murah dalam biaya penelitian.

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

Page 90: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Counter electrode berbasis carbon nanotube dengan metode spray coating

untuk aplikasi sel surya dye-sensitized telah dikembangkan. Sel surya dye-

sensitized dalam penelitian terdiri atas photoelectrode TiO2, dye ruthenium,

larutan elektrolit, dan counter electrode CNT yang disusun dalam bentuk

sandwich dengan spacer termoplastik. Photoelectrode dibuat dengan metode

screen-printing dan counter electrode dengan metode spray-coating.

Proses spray-coating counter electrode terdiri atas proses pembuatan

larutan CNT, proses spraying larutan CNT pada substrat TCO, dan proses

pembakaran electrode. Counter electrode dibuat dalam empat variasi , yaitu 10x,

15x, 25x, dan 55x spraying. Semakin banyak jumlah spraying, semakin tebal

lapisan, semakin luas area sentuh counter electrode dengan elektrolit, dan

semakin rendah nilai transmitans dan sheet resistance counter electrode.

Karakteristik I-V sel dalam kondisi gelap memberikan kurva I-V sel

dengan pola yang melengkung. Built-in potential sel Vbi dipengaruhi oleh tebal

lapisan carbon nanotube pada counter electrode. Built-in potential sel lebih

rendah pada sel dengan counter electrode yang lebih tebal. Besar Vbi sekitar 0,8 V

dan arus saturasi Is

Counter electrode TCO dan platina digunakan sebagai pembanding dalam

penelitian. DSSC dengan counter electrode TCO menghasilkan efisiensi sel yang

kecil dan DSSC dengan counter electrode platina menghasilkan karakteristik dan

efisiensi sel yang lebih baik dibanding dengan counter electrode CNT.

sel sekitar 14-15 μF.

Karakteristik I-V dan efisiensi sel dipengaruhi oleh ketebalan lapisan CNT,

luas area sentuh counter electrode dengan larutan elektrolit, nilai transmitans, dan

sheet resistance counter electrode. Semakin tebal lapisan CNT dan luas area

sentuh counter electrode, semakin baik karakteristik dan efisiensi sel. Sebaliknya,

semakin tinggi nilai transmitans dan sheet resistance counter electrode, semakin

rendah karakteristik dan efisiensi sel.

75

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

Page 91: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Karakteristik I-V dan efisiensi sel terbaik didapat pada sel dengan counter

electrode sebanyak 55x spraying, yaitu tegangan hubung terbuka (open circuit

voltage) Voc = 596 mV, arus hubung singkat (short circuit current) Isc = 3,40 mA,

tegangan maksimum Vm = 313,0 mV, arus maksimum Im = 2,13 mA, daya

maksimum Pmax = 0,67 mW, fill factor FF = 0,36 dan efisiensi sel η = 1,90 %.

5.2 Saran

Pengembangan counter electrode berbasis carbon nanotube dengan

metode spray coating untuk aplikasi sel surya dye-sensitized dalam penelitian

berikutnya diharapkan dilakukan pengembangan dalam teknik pembuatan larutan

CNT dan teknik deposisi larutan CNT pada substrat TCO, termasuk juga penelitian

tentang ketebalan lapisan CNT dan temperatur pengeringan counter electrode.

Karakterisasi material lapisan CNT pada counter electrode dengan

menggunakan beberapa instrumen analitik juga disarankan untuk mengetahui

lebih dalam tentang struktur dan sifat material.

Penelitian tentang sel surya dye-sensitized dengan counter electrode

berbahan carbon nanotube adalah sarat dengan berbagai disiplin ilmu, diantaranya

nanoscience dan nanotechnology, mikroelektronika, fisika piranti elektronik,

fisika semikonduktor, spektroskopi, fotoelektrokimia, kimia analitik, dan lain-lain.

Kombinasi para peneliti dengan berbagai disiplin ilmu tersebut dibutuhkan dalam

penelitian dan pengembangan sel.

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

Page 92: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

DAFTAR REFERENSI

Allison, J. (1990). Electronic Engineering Semiconductors and Devices.

London: McGraw-Hill Book Co.

Amlani, I. (2009). Carbon Nanotube Electronics: Chapter 4 Measuring

the AC Response of SWNT-FETs. New York: Springer.

Barisci, J.N., Wallace, G.G., MacFarlane, D.R., Baughman, R.H. (2004).

Investigation of Ionic Liquids as Electrolytes for Carbon Nanotube Electrode.

Electrochemistry Communications 6 (2004) 22-27.

Barnes, T.M., Lagemaat, J., Levi, D., Rumbles, G., Coutts, T.J., Weeks, C.L.,

Britz, D.A., Levitsky, I., Peltola, J., Glatkowski, P. (2007). Optical

Characterization of Highly Conductive Single-Wall Carbon-Nanotube

Transparent Electrodes. Physical Review B 75, 235410 (2007).

Cao, Q., Kocabas, C., Meitl, M.A., Kang, S.J., Park, J.U., Rogers, J.A. (2009).

Carbon Nanotube Electronics: Chapter 9 Single-Walled Carbon Nanotubes

for High Performance Thin Film Electronics. New York: Springer.

Cao, Q., Zhu, Z.T., Lemaitre, M.G., Xia, M.G., Shim, M., Rogers, J.A. (2006).

Transparent Flexible Organic Thin-Film Transistors That Use Printed Single-

Walled Carbon Nanotube Electrodes. Applied Physics Letters 88, 113511

(2006).

Chen, Y.S., Lee, J.N., Tsai, S.Y., Ting, C.C. (2007). Manufacture of Dye-

Sensitized Solar Cells and Their I-V Curve Measurements. Proceedings of

ICAM2007 Nov. 26-28, 2007.

Ewing, G.W. (1987). Instrumental Methods of Chemical Analysis. Singapore:

McGraw-Hill, Inc.

Fanchini, G., Unalan, H.E., Chhowalla, M. (2006). Optoelectronic Properties of

Transparent and Conducting Single-Wall Carbon Nanotube Thin Films.

Applied Physics Letters 88, 191919 (2006).

Freitag, M. (2009). Carbon Nanotube Electronics: Chapter 4 Carbon Nanotube

Electronics and Devices. New York: Springer.

Girishkumar, G., Vinodgopal, K., Kamat, P.V. (2004). Carbon Nanostructures in

77

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

Page 93: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Portable Fuel Cells: Single-Walled Carbon Nanotube Electrodes for Methanol

Oxidation and Oxygen Reduction. J. Phys. Chem. B, Vol. 108, No. 52, 2004,

19960-19966

Girotto, C., Genoe, J. (2010). Spray Coating for Fabricating Polymer-Based

Organic Solar Cells. Global Solar Technology - March 2010.

Gratzel, M. (2003). Dye-Sensitized Solar Cells. Journal of Photochemistry and

Photobiology, Photochemistry Review 4, 145-153.

Grow, R.J. (2009). Carbon Nanotube Electronics: Chapter 7 Electromechanical

Properties and Applications of Carbon Nanotube. New York: Springer.

Guo, J., Lundstrom, M. (2009). Carbon Nanotube Electronics: Chapter 5

Device Simulaion of SWNT-FETs. New York: Springer.

Hafner, B. (2007). Scanning Electron Microscopy Primer. Characterization

Facility, University of Minnesota.

Halme, J. (2002). Dye-Sensitized Nanostructured and Organic Photovoltaic Cells:

Technical Review and Preeliminary Test. Master Thesis of Helsinki University

of Technology.

Hennrich, F., Chan, C., Moore, V., Ronaldi, M., O’Connell, M. (2006).

Carbon Nanotubes Properties and Applications: Chapter 1 The Element

Carbon. New York: Taylor and Francis Group, LLC.

Javey, A. (2009). Carbon Nanotube Electronics: Chapter 3 Carbon

Nanotube Field-Effect Transistors. New York: Springer.

Landsberg, P.T. (2005). Solar Cells Materials, Manufacture and Operation: IIa-3

Ideal Efficiencies. Oxford: Elsevier.

Lee, K.J., Kong, J. (2009). Carbon Nanotube Electronics: Chapter 8

Chemical Sensing with SWNT-FETs. New York: Springer.

Lee, W.J., Ramasamy, E., Lee, D.Y., Min, B.K., Song, J.S. (2006).

Dye-Sensitized Solar Cells with Spray-Coated CNT Counter Electrode.

Proc. of SPIE Vol. 6038 60381T-1.

Leonard, F. (2009). The Physics of Carbon Nanotube Devices.

New York: William Andrew Inc.

Markvart, T. (2005). Solar Cells Materials, Manufacture and Operation: IIa-1

Principles of Solar Cell Operation. Oxford: Elsevier.

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

Page 94: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Matsumoto, T., Komatsu, T., Arai, K., Yamazaki, T., Kijima, M., Shimizu, H.,

Takasawa, Y., Nakamura, J. (2004). Reduction of Pt Usage in Fuel Cell

Electrocatalysts with Carbon Nanotube Electrodes. Chem. Commun., 2004,

840-841.

May, G.S., Spanos, C.J. (2006). Fundamentals of Semiconductor Manufacturing

and Process Control. New Jersey: John Wiley & Sons, Inc.

McEvoy, A.J. (2005). Solar Cells Materials, Manufacture and Operation: IIe-1

Photoelectrochemical Solar Cells. Oxford: Elsevier.

Mitin, V.V., Kochelap, V.A., Stroscio, M.A. (2008). Introduction to

Nanoelectronics Science, Nanotechnology, Engineering, and Applications.

Cambridge: Cambridge University Press.

Muliani, L., Taryana, Y., Hidayat, J. (2010). Pembuatan Sel Surya TiO2

Dye-Sensitized Menggunakan Metode Screen Printing. Jurnal Elektronika,

vol. 10, no. 1.

Nam, J.G., Park, Y.J., Kim, B.S., Lee, J.S. (2010). Enhancement of the Efficiency

of Dye-Sensitized Solar Cell By Utilizing Carbon Nanotube Counter

Electrode. Scripta Materialia 62 (2010) 148-150.

Naomi, A., Meindl, J.D. (2009). Carbon Nanotube Electronics: Chapter 7

Performance Modelling for Carbon Nanotube Interconnects.

New York: Springer.

Neamen, D.A. (1992). Semiconductor Physics and Devices.

New York: Richard D. Irwin, Inc.

Osterwald, C.R. (2005). Solar Cells Materials, Manufacture and Operation: IIf-1

Standards, Calibration and Testing of PV Modules and Solar Cells.

Oxford: Elsevier.

Park, J.Y. (2009). Carbon Nanotube Electronics: Chapter 1 Band Structure and

Electron Transport Physics of One-Dimensional SWNTs. New York: Springer.

Pasquier, A.D., Unalan, H.E., Kanwal, A., Miller, S., Chhowalla, M. (2005).

Conducting and Transparent Single-Wall Carbon Nanotube Electrodes for

Polymer-Fullerene Solar Cells. Applied Physics Letter 87, 203511 (2005).

Rowell, M.W., Topinka, M.A., McGehee, M.D., Prall, H.J., Dennler, G.,

Sariciftci, N.S., Hu, L., Gruner, G. (2006). Organic Solar Cells with Carbon

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

Page 95: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Nanotube Network Electrodes. Applied Physics Letter 88, 233506 (2006).

Saito, R., Dresselhaus, G., Dresselhaus, M.S. (1998). Physical Properties of

Carbon Nanotubes. London: Imperial College Press.

Santhosh, P., Manesh, K.M., Gopalan, A., Lee, K.P. (2006). Fabrication of New

Polyaniline Grafted Multi-Wall Carbon Nanotube Modified Electrode and Its

Application for Electrochemical Detection of Hydrogen Peroxide. Analytica

Chimica Acta 575 (2006) 32-38.

Sastrawan, R. (2006). Photovoltaic Modules of Dye Solar Cells.

Disertasi University of Freiburg.

Schroder, D.K. (1998). Semiconductor Material and Device Characterization.

New York: John Wiley & Sons.

Sheetaramappa, J., Yellappa, S., D’Souza, F. (2006). Carbon Nanotubes: Next

Generation of Electronic Materials. The Electrochemical Society Interface,

Summer 2006.

Selvarasah, S., Busnania, A., Dokmeci, M.R. (2011). Design, Fabrication, and

Characterization of Three-Dimensioanl Single-Walled Carbon Nanotube

Assembly and Applications As Thermal Sensors. IEEE Transactions on

Nanotechnology, A Publication of The IEEE Nanotechnology Council,

Vol. 10, No. 1, January 2011.

Sze, S.M. (1985). Semiconductor Devices Physics and Technology.

New York: John Wiley & Sons.

Tang, C.L. (2005). Fundamentals of Quantum Mechanics for Solid State

Electronics and Optics. Cambridge: Cambridge University Press.

Ulbricht, R., Jiang, X., Lee, S., Inoue, K., Zhang, M., Fang, S., Baughman, R.,

Zakhidov, A. (2006). Polymeric Solar Cells with Oriented and Strong

Transparent Carbon Nanotube Anode. phys. stat. sol. (b) 243, No. 13, 3528-

3532 (2006).

Wang, G.J., Lee, M.W., Chen, W.Z., Chen, Y.H., Chien, M.C., Yu, M.C. (2011).

A Metal-Solution FET Enhanced Proton-Motive-Force Driving Photovoltaic.

IEEE Transactions on Nanotechnology, A Publication of The IEEE

Nanotechnology Council, Vol. 10, No. 2, March 2011.

Zhang, Z.B. (2009). Carbon Nanotube Electronics. Royal Institute of Technology.

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

Page 96: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Lampiran 1 Data I-V Sel dengan Counter Electrode 10x Spraying

Pengukuran V (mV) I (mA) P out (mW) Efisiensi (%)

1 5.00 1.28 0.01 0.02 2 5.80 1.23 0.01 0.02 3 6.30 1.24 0.01 0.02 4 7.30 1.22 0.01 0.03 5 8.10 1.19 0.01 0.03 6 9.70 1.18 0.01 0.03 7 11.60 1.16 0.01 0.04 8 13.30 1.11 0.01 0.04 9 15.80 1.05 0.02 0.05

10 18.20 1.01 0.02 0.05 11 19.60 0.98 0.02 0.05 12 21.20 0.96 0.02 0.06 13 24.50 0.91 0.02 0.06 14 27.90 0.85 0.02 0.07 15 31.00 0.79 0.02 0.07 16 34.40 0.73 0.03 0.07 17 36.50 0.72 0.03 0.07 18 37.90 0.68 0.03 0.07 19 41.80 0.61 0.03 0.07 12 45.70 0.56 0.03 0.07 13 49.30 0.49 0.02 0.07 14 52.80 0.44 0.02 0.07 15 56.40 0.38 0.02 0.06 16 60.00 0.33 0.02 0.06 17 61.30 0.31 0.02 0.05 18 62.70 0.29 0.02 0.05 19 65.30 0.24 0.02 0.05 20 67.70 0.21 0.01 0.04 21 71.40 0.15 0.01 0.03 22 72.30 0.14 0.01 0.03 23 73.00 0.13 0.01 0.03 24 74.00 0.11 0.01 0.02 25 75.70 0.09 0.01 0.02 26 76.70 0.08 0.01 0.02 27 77.60 0.06 0.01 0.01 28 78.70 0.05 0.01 0.01 29 79.40 0.04 0.01 0.01 30 80.20 0.03 0.01 0.01 31 82.70 0.03 0.01 0.01

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

Page 97: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Lampiran 2 Data I-V Sel dengan Counter Electrode 15x Spraying

Pengukuran V (mV) I (mA) P out (mW) Efisiensi (%)

1 7.10 1.82 0.01 0.04 2 8.40 1.79 0.02 0.04 3 9.00 1.76 0.02 0.05 4 10.30 1.72 0.02 0.05 5 11.40 1.68 0.02 0.05 6 13.90 1.70 0.02 0.07 7 16.30 1.63 0.03 0.08 8 17.60 1.47 0.03 0.07 9 22.20 1.48 0.03 0.09

10 25.30 1.41 0.04 0.10 11 27.50 1.38 0.04 0.11 12 29.60 1.35 0.04 0.11 13 34.20 1.27 0.04 0.12 14 38.60 1.17 0.05 0.13 15 42.50 1.09 0.05 0.13 16 47.30 1.01 0.05 0.14 17 50.30 0.99 0.05 0.14 18 52.10 0.93 0.05 0.14 19 57.20 0.84 0.05 0.14 20 62.20 0.76 0.05 0.13 21 66.80 0.67 0.04 0.13 22 71.20 0.59 0.04 0.12 23 75.80 0.52 0.04 0.11 24 80.10 0.45 0.04 0.10 25 81.40 0.41 0.03 0.09 26 84.00 0.38 0.03 0.09 27 86.50 0.32 0.03 0.08 28 89.30 0.27 0.02 0.07 29 93.50 0.20 0.02 0.05 30 94.50 0.19 0.02 0.05 31 95.00 0.17 0.02 0.05 32 96.70 0.14 0.01 0.04 33 97.40 0.12 0.01 0.03 34 99.20 0.10 0.01 0.03 35 100.00 0.08 0.01 0.02 36 101.00 0.07 0.01 0.02 37 102.00 0.05 0.00 0.01 38 102.70 0.04 0.00 0.01 39 103.00 0.03 0.00 0.01 40 103.30 0.03 0.00 0.01 41 104.70 0.02 0.00 0.01

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

Page 98: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Lampiran 3 Data I-V Sel dengan Counter Electrode 25x Spraying

Pengukuran V (mV) I (mA) P out (mW) Efisiensi (%)

1 15.80 3.36 0.05 0.15 2 16.90 3.31 0.06 0.16 3 19.60 3.27 0.06 0.18 4 21.70 3.19 0.07 0.20 5 26.80 3.27 0.09 0.25 6 32.50 3.25 0.11 0.30 7 38.00 3.17 0.12 0.34 8 46.00 3.07 0.14 0.40 9 55.70 3.09 0.17 0.49

10 59.90 3.00 0.18 0.51 11 65.80 2.99 0.20 0.56 12 78.80 2.92 0.23 0.66 13 92.10 2.79 0.26 0.73 14 105.00 2.69 0.28 0.81 15 121.00 2.57 0.31 0.89 16 133.00 2.61 0.35 0.99 17 139.00 2.48 0.35 0.99 18 160.00 2.35 0.38 1.08 19 181.00 2.21 0.40 1.14 20 203.00 2.03 0.41 1.18 21 224.00 1.87 0.42 1.19 22 247.00 1.68 0.42 1.19 23 267.00 1.48 0.40 1.13 24 274.00 1.37 0.38 1.07 25 284.00 1.29 0.37 1.05 26 300.00 1.11 0.33 0.95 27 315.00 0.95 0.30 0.86 28 337.00 0.72 0.24 0.69 29 341.00 0.67 0.23 0.65 30 344.00 0.61 0.21 0.60 31 352.00 0.52 0.18 0.52 32 359.00 0.44 0.16 0.45 33 366.00 0.37 0.13 0.38 34 369.00 0.31 0.11 0.32 35 374.00 0.25 0.09 0.27 36 380.00 0.17 0.07 0.19 37 382.00 0.14 0.05 0.15 38 383.00 0.12 0.04 0.13 39 384.00 0.10 0.04 0.11 40 385.00 0.08 0.03 0.08 41 386.00 0.06 0.02 0.06

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

Page 99: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Lampiran 4 Data I-V Sel dengan Counter Electrode 55x Spraying

Pengukuran V (mV) I (mA) P out (mW) Efisiensi (%)

1 11.10 3.36 0.04 0.11 2 13.10 3.36 0.04 0.13 3 15.50 3.30 0.05 0.15 4 16.80 3.29 0.06 0.16 5 19.60 3.27 0.06 0.18 6 21.70 3.19 0.07 0.20 7 26.90 3.28 0.09 0.25 8 32.90 3.29 0.11 0.31 9 38.50 3.21 0.12 0.35

10 47.30 3.15 0.15 0.43 11 56.10 3.12 0.17 0.50 12 61.90 3.10 0.19 0.55 13 68.40 3.11 0.21 0.61 14 82.70 3.06 0.25 0.72 15 98.20 2.98 0.29 0.83 16 113.00 2.90 0.33 0.94 17 134.00 2.85 0.38 1.09 18 149.00 2.92 0.44 1.24 19 158.00 2.82 0.45 1.27 20 186.00 2.74 0.51 1.45 21 216.00 2.63 0.57 1.63 22 247.00 2.47 0.61 1.74 23 279.00 2.33 0.65 1.85 24 313.00 2.13 0.67 1.90 25 345.00 1.92 0.66 1.89 26 356.00 1.78 0.63 1.81 27 373.00 1.70 0.63 1.81 28 396.00 1.47 0.58 1.66 29 420.00 1.27 0.53 1.53 30 455.00 0.97 0.44 1.26 31 463.00 0.91 0.42 1.20 32 468.00 0.84 0.39 1.12 33 483.00 0.71 0.34 0.98 34 496.00 0.60 0.30 0.86 35 508.00 0.51 0.26 0.74 36 516.00 0.43 0.22 0.63 37 527.00 0.35 0.19 0.53 38 541.00 0.25 0.13 0.38 39 544.00 0.20 0.11 0.31 40 548.00 0.17 0.09 0.26 41 551.00 0.14 0.08 0.22 42 555.00 0.11 0.06 0.18 43 557.00 0.08 0.05 0.13

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

Page 100: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Lampiran 5 Karakteristik I-V DSSC dengan Counter Electrode CNT 25x Spraying

(Metode Komputerisasi)

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

Page 101: lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-T29768-Pengembangan counter... · PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI

Lampiran 6 Karakteristik I-V DSSC dengan Counter Electrode Platina

(Metode Komputerisasi)

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