makalah sl fix2.docx

7/25/2019 makalah SL fix2.docx

http://slidepdf.com/reader/full/makalah-sl-fix2docx 1/17

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Energi merupakan bagian penting dalam kehidupan masyarakat karena

hampir semua aktivitas manusia membutuhkan energi. Energi yang berasal dari

alam seperti cahaya matahari dan angin adalah salah satu energi alternatif yang

mempunyai potensi yang tinggi yang dapat diperbarui secara alamiah, tetapi

penggunaan energi solar cell atau sel surya merupakan alternatif yang paling

potensial. Salah satu alasan mengapa menggunakan sel surya adalah sumber

energi alami jangka panjang adalah matahari. Suplai energi sinar matahari yang

diterima bumi mencapai 3×1024 joule pertahun, yang setara dengan

2×1017 Watt. (Ikhsan, 2013)

Dye Sensitied Solar !ell ( DSS! ) dapat menjadi terobosan baru dalam

potensial sel surya generasi mendatang. DSS! tidak memerlukan material dengan

kemurnian tinggi sehingga biaya proses produksinya relatif rendah. "bsorbsi

cahaya dan separasi muatan listrik yang terjadi pada DSS! berlangsung secara

terpisah, absorbsi cahaya dilakukan oleh molekul dye dan separasi muatan oleh

anorganik semikonduktor nanokristal #i$%. #i$% merupakan jenis semikonduktor

yang paling banyak digunakan, hal ini disebabkan karena #i$% memiliki celah pita

(band gap) yang lebar.(Vandri, 2012)

&arakteristik dye yang paling penting adalah mampu menyerap spektrumcahaya yang lebar dan cocok dengan pita energi #i$%. Dye dapat diperoleh secara

alami dari ekstrak bagian'bagian tumbuhan mulai dari bunga, daun atau buah.

Ekstrak Dye atau pigmen tumbuhan akan digunakan sebagai fotosentelier berupa

ekstrak klorofil, karoten atau antosianin. "ntosianin merupakan senyaa yang

berperan untuk menemukan arna pada tumbuhan. at pearna alami yang

digunakan pada penelitian ini adalah terung *elanda (Solanum betaceum) yang

berperan sebagai lapisan penyerap elektron foton cahaya yang akan menjadi

1



eksiton. #erung *elanda merupakan suatu buah yang mengandung antosianin

paling banyak pada bagian daging buah.

1.2 R!san "asalah

+ermasalahan yang dibahas dalam makalah ini adalah

1. *agaimana karakteristik semikonduktor #i$%

2. *agaimana prinsip kerja Dye Sensitied Solar !ell (DSS!)

3. "pa pengaruh variasi suhu dan temperatur terhadap arus dan

tegangan yang dihasilkan.

1.3 #$an

-. emaparkan karakteristik dye dari ekstraksi buah terung *elandasebagai absorber /0'vis.

2. emaparkan besar efisiensi tegangan yang diperoleh dari solar sel

tersentisasi dye dari bahan ekstrak buah terung *elanda dengan

variasi temperatur dan aktu tahan kalsinasi.

1.% Batasan "asalah

Dalam makalah ini data yang diambil adalah data sekunder yang membahas

mengenai solar sel tersensitasi dye dari bahan ekstrak buah terung *elanda.

BAB II

#IN&AUAN PU'#A(A

2.1 Energi "atahari

2



Energi matahari adalah radiasi yang diproduksi oleh reaksi fusi nuklir pada

inti matahari. Energi matahari menjadi sumber energi yang tak habis'habisnya

berpotensi memenuhi energi masa depan dengan konsekuensi yang minimal.

"dapum bentuk energi matahari yang sampai ke bumi yaitu berbentuk paket'

paket energi (foton).

+arameter yang digunakan untuk mengkonversi radiasi matahari menjadi

listrik antara lain intensitas radiasi, yaitu jumlah daya matahari yang mengenai

permukaan per luasan dan karakteristik spektrum cahaya matahari. 1ntensitas

radiasi matahari diluar atmosfir bumi tergantung pada jarak antara bumi dan

matahari. 2al ini disebabkan oleh orbit bumi mengitari matahari adalah elips

energi solar atau radiasi cahaya terdiri dari biasan foton'foton yang memiliki

tingkat energi yang berbeda'beda. #ingkat energi yang berbeda'beda tersebut yang

akan menentukan beda panjang gelombang dari spektrum cahaya ()landari,

2012).

2.2 'el 'r*a

Photovoltaic merupakan alat konversi energi dimana foton dari radiasi

diserap kemudian dikonversi menjadi energi listrik. 3istrik tenaga matahari

dibangkitkan oleh komponen yang disebut sel surya yang besarnya sekitar -4'-5

cm persegi. Sel surya merupakan komponen vital yang umum terbuat dari bahan

semikonduktor ()landari, 2012).

Efek Photovoltaic merupakan suatu peristia dimana terciptanya suatu

muatan didalam bahan akibat penyerapan dari bahan. +erkembanagan teknologi

yang sangat pesat terutama teknologi semikonduktor elektronik menyebabkan sel

surya yang paling banyak digunakan adalah sel surya berbasis teknologi silikon.

2.3 '+lar 'el #ersentisasi Dye

Solar sel berbasis silikon menjadi jenis sel surya yang banyak digunakan

saat ini. #etapi mahalnya biaya produksi dan proses pabrikasinya yang sederhana

menjadi salah satu kendala. Solar sel tersensitasi dye merupakan salah satu

konsep alternatif bagi peranti fotovoltaik konvensional berbasis silikon. +ada

tahun -66-, ichael 7rate menjadi orang pertama yang mengembangkan sistem

solar sel tersensitasi dye ini. &euntungan dari sistem sel surya ini adalah pabrikasi

yang terjadi lebih sederhana dan tidak menggunakan peralatan yang rumit dan

3



mahal sehingga biaya fabrikasinya lebih murah. Sistem sel surya ini juga memiliki

kelemahan yaitu stabilitasnya rendah karena penggunaan elektrolit cair yang

mudah mengalami degradasi atau kebocoran (Rah!an, 2013).

+ada sistem sel surya tersensitasi dye lapisan nanokristal #i$% yang berpori

berperan sebagai fotoanoda kemudian dye berperan sebagai fotosensitier. +ada

sel surya tersensitasi dye, dye akan bertindak sebagai donor elektron yang

dibangkitkan ketika menyerap cahaya. Dengan kata lain, dye mirip fungsinya

dengan klorofil ketika proses fotosintesis berlangsung ()landari, 2012).

2.% (arakteristik 'e!ik+ndkt+r #itani! Di+ida

#itanium Dio8ida merupakan bahan semikonduktor yang bersifat

fotokatalis dan fotodegradasi yang memiliki sifat optik yang baik. /kuran sudut

kontak air dengan lapisan #i$% mengalami penurunan apabila mendapat

penyinaran matahari sehingga lapisan bersifat hidrofilik (suka air).

!ara yang digunakan untuk mengetahui karakteristik #i$% dapat dilakukan

dengan beberapa tahap seperti berikut ini

• +engujian SE

7ambaran morfologi #i$% dapat dilakukan dengan pengujian Scanning

Electron Microscope (SE). +engujian ini akan menampilkan struktur

morfologi dan bentuk ukuran partikel dari lapisan #i$.

• +engujian 9:D

+engujian 9:D ( X-Ray Diffraction ) dilakukan untuk menganalisis karakter

dari suatu bahan at padat. Semua bahan yang mengandung kristal seperti

keramik, logam, materi elektrolit, ketika dianalisis menggunakan 9:D akan

memunculkan puncak'puncak yang spesifik.

• +engujian /0'0is

/0'0is merupakan suatu alat yang dapat digunakan untuk mengukur panjanggelombang ( λ) dan juga berfungsi untuk menentukan nilai absorbsi (").

Dasar dari /0'0is ini adalah serapan cahaya, dimana radiasi cahaya atau

elektromagnetik dianggap menyerupai gelombang.

2.- Per+r!asi D''/

Daya listrik yang dihasilkan sel surya ketika mendapat cahaya diperoleh

dari kemampuan perangkat sel surya tersebut untuk memproduksi tegangan dan

4



arus. 2al ini dapat diprensentasikan dalam kurva arus tegangan (1'0)

ditunjukkkan dalam 7ambar %.-.

7ambar %.- 7rafik 1'0 photovoltaic yang bekerja secara normal

()landari, 2012)

7ambar diatas memperlihatkan tegangan open-circuit (0oc), "rus short

circuit (1sc) dan aksimum Poer Point (++). &etika sel dalam kondisi short

circuit arus tidak dapat mengalir, hal ini mengakibatkan tegangan maksimum.

&ondisi ini disebut dengan tegangan open circuit (0oc). #itik pada kurva 1'0 yang

menghasilkan arus dan tegangan maksimum (++).

Sifat kelistrikan dapat diukur dengan menggunakan voltmeter dan

ampermeter dengan variabel beban. Salah satu besaran yang menjaadi parameter

untuk kerja sel surya adalah faktor pengisian ( fill factor ; <<). !ill factor sel

surya merupakan besaran tak berdimensi yang menyatakan perbandingan daya

maksimum yang dihasilkan sel surya terhadap perkalian antara 0oc dan 1sc.

seperti pada persamaan (%. -).

FF = I mpp ×V mpp

V OC × I sc

(2.1)

+ersamaan fill factor dapat digunakan untuk menentukan daya maksimum dari sel

surya seperti persamaa (%. %).

Pmpp=V OC I sc FF (2.2)

5



Sehingga efisiensi sel surya yang didefinisikan sebagai daya yang dihasilkan dari

sel (+ma") dibagi dengan daya dari cahaya yang datang (+ cahaya) sesuai dengan

persamaan (%. =).

η= Pmpp

Pcahaya

(2.3)

dimana

1mpp "rus maksimum ( μ ")

0mpp #egangan maksimum (m0)

1S! "rus yang dihasilkan pada keadaan short circuit ( μ ")

0$! #egangan input (m0)

+ mpp Daya maksimum DSS! (>cm%).

?ilai efisiensi ini menjadi ukuran global dalam menentukan kualitas performasi

suatu sel surya (Rah!an, 2013).

6



BAB III

PE"BAHA'AN3.1 Hngan (e!a!an As+ransi Ekstrak D*e Bah #erng Belanda

#erhada Pan$ang el+!ang

Dalam bab ini akan dibahas mengenai aplikasi semikonduktor #i$% sebagai

solar sel tersensitasi dye dari bahan ekstrak buah terung *elanda. 2al pertama

yang dilakukan adalah membuat larutan dye dari ekstrak buah terung belanda

yang dapat menyerap dan meneruskan spektrum cahaya tampak. +embuatan

larutan dye ini dilakukan dengan pemisahan kulit dan daging buah terung

*elanda. +emisahan dapat dilakukan dengan cara mengiris kulit dan daging buah

secara tipis. 2asil pengirisan dikeringkan sampai tidak ada terkandung air

didalamya. Setelah dipastikan kering, kulit dan daging buah terung belanda

dihancurkan dengan menggunakan mortal. Serbuk terung *elanda yang didapat

dilarutkan dengan campuran e@uades, etanol dan asetat. Ekstrak yang telah

dicampurkan disaring dengan kain kasa untuk memisahkan filtrat dan residu.

3arutan dye terung *elanda ini kemudian dikarakterisasi menggunakan

spektofotometri /0'01S.

+engujian /0'01S ini bertujuan untuk mengetahui panjang gelombang

( λ) dan nilai absorbansi (") dengan cara menembakkan sinar ultraviolet (/0)

pada larutan. +ada 7ambar =. - menunjukkan baha nilai absorbansi tertinggi

adalah daging buah terung *elanda dengan panjang gelombang dan nilai

absorbansi secara berturut'turut yaitu A65 nm dan =,B%4. &ulit terung *elanda

7



memiliki panjang gelombang A54 nm dan nilai absorbansi =, 54 sedangkan pada

kulit dan daging terung *elanda panjang gelombang A54 nm dan besar nilai

absorbansi %, C.

Pan$ang gel+!ang

7ambar =.- 7rafik panjang gelombang dengan absorbansi buah terung

*elanda (Nai, 2013)

3.2 Hasil U$i RD dan 'E" Pada 'erk #i42

"dapun penggunaan #i$% nanopartikel sebagai semikonduktor dikarenakan

dengan struktur partikel maka permukaan dari #i$% yang akan dilapisikan menjadi

lebih luas sehigga memperbanyak dye yang terserap dan elektron yang akan

tereksitasi mengakibatkan meningkatnya nilai efisiensi. +embuatan serbuk #i$%

dilakukan dengan metode kopresipitasi. "dapun bahan yang digunakan adalah

#i!l= -5 , 2!l =B , ?a!l 66,5, ?2A$2 6C, ?2= %5 dan air destilasi.

+embuatan serbuk #i$% dimulai dengan pembuatan larutan dari bahan'bahan

diatas dan diaduk dengan pengaduk magnetik selama %5 jam dan p2 nya dijaga

anatara 6'-4. Suspensi didiamkan semalam dan kemudian disaring dan dicuci

dengan menggunakan air destilasi. Endapan dikeringkan setelah itu endapan

tersebut dihancurkan dengan mortal dan dilakukan uji 9:D dan SE. *erikut

adalah gambar hasil pengujian 9:D.

8



7ambar =.% +ola 9:D pada lapisan #i$% dengan variasi temperatur dan

aktu kalsinasi (Nai, 2013)

7ambar =.% menunjukkan hasil 9:D lapisan #i$% dengan variasi

temperatur dan daya tahan kalsinasi. +engujian 9:D ini dilakukan untuk

mengetahui struktur kristal dan kristalinitas dari lapiasa #i$%.

+engujian Scanning Electron Microscope (SE) menunjukkkan morfologi

permukaan lapisan #i$% . 7ambar =.= menunjukkan hasil SE cross section

dengan perbesaran 5448. #ebal lapisan oksida #i$% antara =B,5'B5 μm .

9



7ambar =.= 2asil SE cross section #i$% dengan perbesaran 5448 (Nai, 2013)

+engujian SE menunjukkan bentuk partikel #i$% yaitu sperikal ( sphere),

dapat juga dilihat celah pada permukaan #i$%. !elah ini yang nantinya akan

mengabsorsi molekul terug belanda. Semakin banyak celah yang terbentuk , maka

akan semakin banyak larutan dye yang diserap dan semakin banyak sinar matahari

yang diserap maka energi yang dihasilkan pun semakin menjadi besar pula. (Nai,

2013)

7ambar =. A 2asil SE dengan perbesaran =4.4448 (Nai, 2013)

10



3.3 Peng$ian Da*a *ang Dihasilkan +leh D''/

Struktur material DSS! terdiri dari substrat, lapisan oksida #i$%, larutan

dye, elektrolit dan katalis. +ada gambar =.5 akan dijelaskan prinsip kerja DSS!.

7ambar =. 5 +rinsip kerja DSS! ("isa5hdin, 2013)

+rinsip kerja Dye Sensiti#ed Solar $ell (DSS!) diaali ketika foton dari

sinar matahari menimpa elektroda, maka energi foton tersebut diserap oleh larutan

dye yang melekat pada permukaan partikel #i$% sehingga elektron dari dye

mendapatkan energi untuk dapat tereksitasi. Elektron akan tereksitasi dari ground

state (D) ke e"cited state (D) seperti pada persamaan (=.-).

−¿→ D¿(3.1)

D+e¿

Elektron dari e"cited state akan di injeksi ke pita konduksi #i$ % dimana

#i$% bertindak sebagai akseptor>kolektor elektron. olekul dye yang ditinggalkan

kemudian dalam keadaan teroksidasi (DF).

+¿(3.2)−¿(TiO

2)+ D

¿

D¿+TiO2=e

¿

Setelah itu, elektron mengalir menuju counter'elektroda melalui rangkaian

eksternal. &atalis yang berada pada counter mengakibatkan elektron akan

diterima oleh elektrolit sehingga hole yang terbentuk pada elektrolit (1=), akibat

donor elektron pada proses sebelumnya, berekombinasi dengan elektron

11



membentuk iodide (1'). Elektrolit redoks yang biasanya berupa pasangan iodide

dan triiodide (1'>1=') yang bertindak sebagai mediator elektron sehingga dapat

yang menghasilkan proses siklus dalam sel.

Elektron yang tereksitasi masuk kembali kedalam sel dan bereaksi dengan

elektrolit menuju dye teroksidasi. Elektrolit menyediakan elektron pengganti

untuk molekul dye teroksidasi sehingga dye kembali ke keadaan aal denga

persamaan (=.=).

−¿ ( elektrolit )→ elektrolit + D(3.3)+¿+e

¿

D¿

%odide ini kan digunakan untuk mendonor elektron kepada dye yang teroksidasi,

sehingga terbentuk suatu siklus transpor elektron ()landari, 2013).

+engukuran tegangan dan arus pada DSS! dengan variasi temperatur dan

dan aktu tahan kalsinasi dapat dilihat pada 7ambar =.5

7ambar =. 5 enunjukkan hubungan antara variasi temperatur dan aktu

tahan kalsinasi dengan variasi (a) 5544!, G4 menitH (b) 5544!,

-%4 menitH (c) G544!, G4 menitH (d) G544!, -%4 menitH (e)

B544!, G4 menitH (f) B544!, -%4 menit ( Nai, 2013 ).

+engujian tegangan dilakukan dengan cara memapar DSS! pada sinar

matahari dan dihubungkan dengan multimeter yang dilakukan selama -5 hari.

0oltase yang dihasilkan dari setiap variasi aktu dan temperatur adalah berbeda'

12



beda. 7ambar =. 5 dibagian (c) menunjukkan baha pada hari pertama besar

voltase yang dihasilkan adalah 56=,- v. 0oltase ini diperoleh ketika diberikan

temperatur G544! dan aktu tahan kalsinasi G4 menit dan menjadi voltase

tertinggi yang diperoleh selama -5 hari pengujian. +engujian yang dilakukan

selama -5 hari mengalami penurunan voltasi dimulai hari ke % pengujian.

+enurunan nilai voltase ini terjadi karena terjadi penguapan pada larutan elektrolit

maupun larutan dye.

+erhitungan efisiensi dilakukan untuk membandingkan daya yang

dihasilkan DSS! dengan daya yang dihasilkan oleh matahari ketika menyinari

bumi. #abel =. - menunjukkan besar nilai efesiensi dari DSS! dengan variasi

temperatur dan aktu tahan kalsinasinya (Nai, 2013).

#abel =. - Efisiensi DSS! dengan variasi temperatur dan aktu tahan

6Nai, 20137

?ilai efisiensi DSS! tertinggi yang diperoleh ketika diberikan variasi

temperatur dan aktu tahan kalsinasi berturut'turut G544 dan G4 menit yaitu

sebesar 4,4AG6. Efisiensi dapat dihitung dengan menggunakan persamaan %.=

(Nai, 2013)*erikut akan diuraikan contoh mencari efisiensi DSS! dengan menggunakan

persamaan (%.=).

+erhitungan performasi DSS!. +erhitungan nilai !ill !actor

.

13



FF =V MPP I MPP

V OC I SC

FF =296×0,1002

492×0,2101

FF =0,2869 dengan menggunakan fill factor maka maksimum daya

dari sel surya didapat dari persamaan (%.%). Pmax=V OC I SC FF

Pmax=492×0,2101×0,2869

Pmax=29,6566mW Efisiensi sel surya yang didefenisikan sebagai daya

yag dihasilkan dari sel (+"9) dibagi dengan daya dari cahaya datang (+cahaya).

η= P M!

Pcahaya

η=0,0296

2,08

η=0,0142 η=0,0142×100 =1,42

*esar efisiensi DSS! yang diperoleh adalah -,A% (Rah!an, 2013).

DSS! dimodifikasi menjadi dua yaitu DSS! 1 dan DSS! 11. "dapun

perbedaan dari kedua DSS! ini adalah pada DSS! 11 dibuat dengan cara

pemberian pembungkus plastik ( plastic apper ) pada permukaan DSS!.

+emberian plastik pada permukaan DSS! untuk mencegah penguapan larutan dye

ataupun larutan elektrolit pada saat DSS! bekerja. Sementara pada DSS! 1 tidak

14



diberikan pembungkus plastik. +ada hari pertama tegangan masih rendah. 2al ini

disebabkan oleh dye tidak sepenuhnya terserap oleh lapisan #i$%.

#egangan yang dihasilkan dengan memberi variasi temperatur kalsinasi

menunjukkan baha hasilnya berbanding lurus dengan luas permukaan aktifnya.

+erbedaan tegangan yang dihasilkan oleh DSS! 1 dan DSS! 11 terlihat jelas pada

7ambar =. G (Nai, 2013).

7ambar =. G +erbandingan daya DSS! 1 dan DSS! 11 (Nai, 2013)

BAB IV

PENU#UP

(esi!lan

*erdasarkan pembahasan pada makalah ini, maka dapat disimpulkan baha

15



-. +engujian /0'vis menunjukkan baha besar absorbansi dan panjang

gelombang tertinggi yang dihasilkan dye terung *elanda terdapat pada

daging buah yaitu sebesar =,B%4 dan A56 nm

%. Sel DSS! yang telah dibuat dengan #i$% sebagai bahan semikonduktor

dan ekstrak buah terung *elanda terbukti berhasil mengkonversi energi

surya menjadi energi listrik. ?ilai efisiensi yang didapatkan DSS! dengan

yang tertinggi terdapat pada daging buah terung *elanda sebesar 4,4AG%

dan besar tegangan yang dihasilkan yaitu 56=,- v. ?ilai efisiensi dan

besar tegangan yang dihasilkan diukur dengan variasi temperatur dan

aktu tahan kalsinasi. #emperatur optimum untuk menghasilkan performa

DSS! yang maksimum adalah G544! dan aktunya adalah G4 menit.

DA8#AR PU'#A(A

1khsan. %4-=. I Pening&atan Suhu Modul Dan Daya 'eluaran Panel Surya

Dengan Mengguna&an Refle&tor( )vol. B, no. -, %B5'%C=.

?afi., aula., Susanti Dyah. %4-=. I *pli&asi Semi&ondu&tor +i,2 dengan variasi

temperatur dan a&tu tahan &alsinasi sebagai Dye sensiti#ed solar sel

DSS$ dengan dye dari e&stra& buah terung belanda solanum

betaceum(.Jurnal #eknik +omits. vol. %, %==B'=5=6

16



:ahman., 2idayat K +rajitno., 7ontjang. %4-=. I Pengaruh Pemberian SP*$E

/antalan 0ntu& Mendapat&an 'estabilan *rus dan +egangan Prototipe

DSS$ Denagn E&stra&si 'ulit /uah Manggis 1arcinia Mangostana Sebagai Dye Sensiti#er(. Jurnal Sains dan Seni +omits. vol. -, no. %,

%=4-'6%68.

#riania., 1ce K Ludoyono 7atut, I !abri&asi DSS$ Dye Sensiti#ed Solar $ell

dengan +e&ni& Pelapisan Spin $oating Mengguna&an 'aca %+, dan !+,

Sebagai Substra& dan 3ariasi 4ahe Merah 5ingiber ,fficinale 3ar

Rubrum Sebagai Dye Sensiti#er(. 1#S?. Surabaya.

0andri., Webri K : 1skandar. %4-%. I Performasi Prototype Dye-Sensiti#ed Solar

Sel Dye +ersensitasi 'ulit Manggis Dengan hubungan 3ariass

6ambatan +erhadap Efisiensi 'onversi Energi istri& dan Perbandingan

+erhadap Sel Surya 'onvensional(. 1SS?. -6 4C5A'CAB-.

Wulandari., 2enni Eka K +rajitno 7ontjang. %4-%. I Studi *al !abri&asi Dye

Sensiti#ed Solar $ell DSS$ Mengguna&an E&stra&si /unga Sepatu

6ibiscus rosa sinensis Sebagai Dye Sensiti#er Dengan 3ariasi ama

*bsorbsi Dye (. 1#S?

isbachudin., !hoirul, #rihandaru., Suryasatriya, Sutresno., "dita. %4-=. I

Pembuatan prototipe Dye Sensiti#er Solar $ell dengan memanfaat&an

e&stra& antosianin stroberryM. 1SS? %4CB'466%

17

makalah sl fix2.docx

Documents