lib.ui.ac.idlib.ui.ac.id/file?file=digital/20297591-t29768-pengembangan counter... · pengembangan...
TRANSCRIPT
PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON
NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI
SEL SURYA DYE-SENSITIZED
TESIS
Mirza Nur Hidayat
0806421275
UNIVERSITAS INDONESIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
PROGRAM STUDI FISIKA
DEPOK
JULI 2011
Pengembangan counter..., Mirza Nur Hidayat, FMIPA UI, 2011
PENGEMBANGAN COUNTER ELECTRODE BERBASIS CARBON
NANOTUBE DENGAN METODE SPRAY-COATING UNTUK APLIKASI
SEL SURYA DYE-SENSITIZED
TESIS
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
Mirza Nur Hidayat
0806421275
UNIVERSITAS INDONESIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
PROGRAM STUDI FISIKA
DEPOK
JULI 2011
Pengembangan counter..., Mirza Nur Hidayat, FMIPA UI, 2011
Pengembangan counter..., Mirza Nur Hidayat, FMIPA UI, 2011
Pengembangan counter..., Mirza Nur Hidayat, FMIPA UI, 2011
KATA PENGANTAR/UCAPAN TERIMA KASIH
Puji syukur saya panjatkan kepada Allah SWT, karena atas berkat dan rahmatNya,
saya dapat menyelesaikan tesis ini. Penulisan tesis ini dilakukan dalam rangka
memenuhi salah satu syarat untuk mencapai gelar Magister Sains Program
Magister Fisika pada Program Pascasarjana Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Indonesia. Saya menyadari bahwa, tanpa bantuan
dan bimbingan dari berbagai pihak, dari masa perkuliahan sampai pada
penyusunan tesis ini, sangatlah sulit bagi saya untuk menyelesaikan tesis ini. Oleh
karena itu, saya mengucapkan terima kasih kepada:
(1) Prof. Dr. BEF da Silva, M.Sc., DEA dan Dr. Goib Wiranto, selaku
pembimbing, yang telah menyediakan waktu, tenaga, dan fikiran untuk
mengarahkan saya dalam penyusunan tesis ini;
(2) Dr. Yunus Daud, selaku Ketua Program Magister Fisika;
(3) segenap ibu dan bapak dosen beserta staf di lingkungan Departemen Fisika;
(4) ibu Lia Muliani, ibu Lilis Retnaningsih, ibu Natalita Maulani Nursam, bapak
Jojo Hidayat, bapak Shobih, para peneliti dan staf di Pusat Penelitian
Elektronika dan Telekomunikasi, LIPI Bandung;
(5) ibu, bapak, adik, kakak, dan keluarga;
(6) teman-teman dan sahabat;
(7) serta malaikat kecilku.
Akhir kata, saya berharap Allah SWT berkenan membalas segala kebaikan semua
pihak yang telah membantu. Semoga tesis ini membawa manfaat bagi
pengembangan ilmu pengetahuan.
Depok, 11 Juli 2011
Penulis
Pengembangan counter..., Mirza Nur Hidayat, FMIPA UI, 2011
Pengembangan counter..., Mirza Nur Hidayat, FMIPA UI, 2011
ABSTRAK Nama : Mirza Nur Hidayat Program Studi : Fisika Judul : Pengembangan Counter Electrode Berbasis Carbon Nanotube
dengan Metode Spray-Coating untuk Aplikasi Sel Surya Dye- Sensitized
Counter electrode berbasis carbon nanotube (CNT) dengan metode spray-
coating untuk aplikasi sel surya dye-sensitized telah dikembangkan. Larutan CNT di-spray di atas substrat TCO dengan menggunakan spray gun. Counter electrode dibuat 4 variasi spraying: 10x, 15x, 25x, dan 55x. Karakteristik I-V dan efisiensi sel dipengaruhi oleh ketebalan lapisan, luas area sentuh counter electrode dengan elektrolit, transmitans, dan sheet resistance counter electrode. Karakteristik I-V dan efisiensi sel terbesar didapat pada counter electrode dengan spraying CNT sebanyak 55x. Efisiensi sel terbaik hasil penelitian sebesar 1,90 %. Kata kunci : counter electrode, CNT, spray-coating, sel surya dye-sensitized
ABSTRACT
Name : Mirza Nur Hidayat Study Programme : Physics Title : Development of Spray-Coated Carbon Nanotube Counter Electrode for Dye-Sensitized Solar Cells Counter electrode based on carbon nanotube (CNT) by using spray-coating method for dye-sensitized solar cells have been successfully developed. CNT solution was sprayed on TCO substrate by using a spray gun. Counter electrode was made 4 variations of spraying: 10, 15, 25, and 55 times. The I-V characteristics and cell efficiency are influenced by thickness, touch area counter electrode with the electrolyte, transmittance, and sheet resistance of the counter electrode. The best I-V characteristics and efficiency of cells were obtained on 55 times of spraying of CNT counter electrode. The best efficiency of cells is about 1.90
%.
Keywords : counter electrode, CNT, spray-coating, dye-sensitized solar cells
Pengembangan counter..., Mirza Nur Hidayat, FMIPA UI, 2011
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ..………. …………………………………………….... HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ……………………………. HALAMAN PENGESAHAN ………………………………………………. KATA PENGANTAR/UCAPAN TERIMA KASIH ……………..……….... HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ………………...……….... ABSTRAK ……………………….………………………………………….. DAFTAR ISI ……………….………………………………………………... DAFTAR GAMBAR …………….………………………………………….. DAFTAR TABEL …………………………………………………………… DAFTAR LAMPIRAN ……………………………………………………… 1. PENDAHULUAN ...…………………………………………………….... 1.1 Latar Belakang ………………………………………………………… 1.2 Perumusan Masalah …………………………………………………… 1.3 Tujuan Penulisan ………………………………………………………. 1.4 Batasan Masalah ……………………………………………………….. 1.5 Metodologi Penelitian …………………………………………………. 1.6 Sistematika Penulisan ………………………………………………….. 2. TINJAUAN PUSTAKA …………………………………………………. 2.1 Sel Surya Dye-Sensitized ………………………………………………. 2.1.1 Fotoelektrokimia ………………………………………………… 2.1.2 Sel Surya Dye-Sensitized ………………………………………… 2.1.3 Aliran Elektron Sel Surya Dye-Sensitized ……………………….. 2.1.4 Counter Electrode ……………………………………………….. 2.1.5 Karakteristik I-V dan Efisiensi Sel ………………………………. 2.1.6 Efisiensi Kuantum ……………………………………………….. 2.1.7 Depletion Capacitance dan Built-in Potential …………………... 2.2 Carbon Nanotube ……………………………………………………… 2.2.1 Struktur Carbon Nanotube ………………………………………. 2.2.2 Sifat Elektronik Carbon Nanotube ………………………………. 2.2.3 Pita Energi ……………………………………………………….. 2.3 Metode Spray-Coating ………………………………………………… 2.4 Instrumentasi dan Pengujian Sel Surya Dye-Sensitized ……………….. 2.5 Scanning Electron Microscope, Spectrophotometer, Four-Point Probe 2.5.1 Scanning Electron Microscope ………………………………….. 2.5.2 Spectrophotometer ………………………………………………. 2.5.3 Four-Point Probe ………………………………………………... 3. METODE PENELITIAN ……………………………………………….. 3.1 Preparasi Substrat Transparent Conducting Oxide (TCO) ……………. 3.2 Proses Screen Printing Photoelectrode ……………………………….. 3.2.1 Proses Pembuatan Screen ………………………………………... 3.2.2 Proses Printing …………………………………………………... 3.3 Proses Spray-Coating Counter Electrode ……………………………... 3.3.1 Proses Pembuatan Larutan Carbon Nanotube (CNT) ……………
i ii iii iv v vi vii ix xiii xiv 1 1 3 3 4 4 4 6 6 6 7 9 10 10 12 13 13 14 15 16 18 19 21 21 23 24 25 25 26 26 28 32 32
Pengembangan counter..., Mirza Nur Hidayat, FMIPA UI, 2011
3.3.2 Proses Spray-Coating ……………………………………………. 3.4 Proses Pewarnaan ……………………………………………………… 3.5 Proses Assembling Sel Surya Dye-Sensitized ………………………….. 3.6 Karakterisasi Counter Electrode ………………………………………. 3.6.1 Karakterisasi Morfologi dan Ketebalan ….……………………… 3.6.2 Pengukuran Nilai Transmitans ...………………………………… 3.6.3 Pengukuran Sheet Resistance ……………………………………. 3.7 Pengukuran Depletion Capacitance dan Built-in Potential …………… 3.8 Karakterisasi I-V dan Efisiensi Sel Surya Dye-Sensitized ……………... 3.8.1 Metode Manual ………………………………………………….. 3.8.2 Metode Komputerisasi …………………………………………... 3.9 Inventarisasi Alat, Bahan, dan Parameter Proses Penelitian ………….. 3.10 Tempat dan Waktu Penelitian ………………………………………... 4. HASIL DAN ANALISIS ………………………………………………… 4.1 Preparasi Substrat Transparent Conducting Oxide (TCO) ……………. 4.2 Proses Screen Printing Photoelectrode ………………………………... 4.3 Proses Spray-Coating Counter Electrode ……………………………... 4.4 Proses Pewarnaan ……………………………………………………… 4.5 Proses Assembling Sel Surya Dye-Sensitized ………………………….. 4.6 Karakterisasi Counter Electrode ………………………………………. 4.6.1 Karakterisasi Morfologi ….……………………………………… 4.6.2 Pengukuran Ketebalan …………………………………………... 4.6.3 Pengukuran Nilai Transmitans …………………………………... 4.6.3 Pengukuran Sheet Resistance ……………………………………. 4.7 Pengukuran Depletion Capacitance dan Built-in Potential …………… 4.8 Karakteristik I-V dan Efisiensi Sel Surya Dye-Sensitized ……………... 5. KESIMPULAN DAN SARAN ………………………………………….. 5.1 Kesimpulan ……………………………………………………………. 5.2 Saran …………………………………………………………………… DAFTAR REFERENSI …………………………………………………….
35 37 37 38 38 40 42 43 44 44 45 46 48 49 49 50 51 53 55 56 56 58 59 59 60 63 75 75 76 77
Pengembangan counter..., Mirza Nur Hidayat, FMIPA UI, 2011
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Detail bagian sel surya dye-sensitized. Sel terdiri atas TiO2
Gambar 2.2 Skema prinsip kerja sel surya dye-sensitized. Foton diserap oleh dye yang terikat di TiO
dan dye sebagai photoelectrode; larutan elektrolit; serta counter electrode. Sel disusun dalam bentuk sandwich, diapit dua buah conducting glass, dan dilingkupi spacer....................
2
Gambar 2.3 Skema aliran elektron sel surya dye-sensitized. Aliran elektron melibatkan dye tereksitasi, pita konduksi, ion, dan katalis redoks .............................................................................
dan menghasilkan elektron. Elektron tereksitasi dan diinjeksikan ke pita konduksi. Elektron mengalir di photoelectrode, external load, dan kembali ke counter electrode. Reaksi redoks meregenerasi elektron ......................................................................................
Gambar 2.4 Counter electrode. Counter electrode sebagai katoda dalam sel surya dye-sensitized dan katalis dalam reaksi redoks ..........
Gambar 2.5 Karakteristik I-V sel surya. Karakteristik melibatkan parameter Isc, Voc, Im, dan Vm. Daya maksimum Pmax merupakan luasan hasil kali Im dan Vm
Gambar 2.6 Sketsa graphene dan carbon nanotube. Carbon nannotube merupakan graphene yang digulung. Ada tiga tipe nanotube: zigzag, armchair, dan chiral nanotube ......................................
.....................................
Gambar 2.7 Skema hibridisasi sp2. Hibridisasi sp2
Gambar 2.8 Struktur pita elektronik graphene. Bidang atas menggambarkan pita konduksi dan bidang bawah menggambarkan pita valensi graphene .....................................
berperan dalam pembentukan struktur graphene dan carbon nanotube .............
Gambar 2.9 Metode spray-coating. Spray-coating ditentukan oleh diameter spray gun, 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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Lampiran 5 Karakteristik I-V DSSC dengan Counter Electrode CNT 25x Spraying
(Metode Komputerisasi)
Pengembangan counter..., Mirza Nur Hidayat, FMIPA UI, 2011
Lampiran 6 Karakteristik I-V DSSC dengan Counter Electrode Platina
(Metode Komputerisasi)
Pengembangan counter..., Mirza Nur Hidayat, FMIPA UI, 2011