Titanium Oksida Penggati Silikon yang Lebih Efektif

Efisien Ekonomis untuk Panel Surya

(Panel Surya 3E-TriE Solusi Krisis Energi)

Margi Fitriawan, Fisika FMIPA Unnes, Jl. Taman Siswa, Gunungpati, Semrang.,

E-mail : margifitri@gmail.com, margifitri@unnes.ac.id

Abstrak – Panel surya berbasiskan Titanium Osksida (TiO2)pengganti Silikon (Si)

bertujuan untuk meningkatkan nilai efektif efisien dan ekonomis dari panel surya

yang masyarakat kita memandangnya sebagai barang mewah dan canggih. Titanium

Oksida (TiO2) adalah senyawa kimia yang mudah didapatkan, selain itu senyawa

tersebut juga dapat disintetiskan dengan mudah untuk dijadikan bahan panel surya.

Sedangkan untuk Semikonduktor Silikon sendiri sudah banyak dimanfaatkan setelah

penemuannya, salah satunya adalah untuk bahan panel surya. Akan tetapi mengingat

langkanya Silikon dan harganya yang cukup mahal maka perlu adanya bahan

alternatif yang dapat digunakan untuk menggati Silikon dengan harga yang

terjangkau dengan kualitas yang hampir sama.

Kata kunci : Panel surya, Silikon, Titanium Dioksida, Semikonduktor.

1. Pendahuluan

1.1. Latar Belakang

Energi menurut ahli fisika adalah sesuatu yang tidak dapat diciptakan dan

dimusnahkan, tetapi energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lain. Energi dan

kehidupan adalah dua hal yang saling berkaitan dan tidak dapat saling dipisahkan.

Bayangkan apakah kita manusia dapat bertahan dengan tidak adanya makanan, listrik,

cahaya, dan kehangatan yang merupakan beberapa bentuk dari energi, tentunya sudah

sangat jelas bahwa tidak ada satu manusia pun yang dapat bertahan dengan kondisi

tersebut. Beberapa sumber energi ada yang dapat diperbarui dengan membutuhkan

waktu yang relatif singkat seperti sinar matahari dan gaya gravitasi, tetapi ada pula

sumber energi yang diperbarui dengan waktu yang cukup lama tidak hanya ratusan

atau ribuan tahun akan tetapi membutuhkan waktu sampai jutaan tahun semisal batu

bara dan minya bumi. Manusia harus berpikir keras tentang hal tersebut mengingat

adanya tantangan pada abad 21 untuk umat manusia yang cukup meresahkan, yaitu

krisis sumber energi. Indonesia adalah salah satu negara beriklim tropis yang

terkenal dengan terik sinar mataharinya yang cukup lama dan berintensitas cahaya

yabg tinggi, apalagi pada daerah dan kota-kota yang berada dekat dengan garis

lintang khatulistiwa seperti Semarang, Padang, Jakarta, dan kota-kota lainnya. Hal

tersebut merupakan salah satu peluang dan alternatif dari kelangkaan sumber energi

yang melanda bukan hanya di negara kita tetapi juga di seluruh permukaan bumi.

Mengapa dapat disimpulkan demikian tidak hanya berdasarkan opini, sebab dengan

intensitas cahaya yang tinggi dengan waktu yang lama dapat dimanfaatkan sebagai

sumber energi dengan menggunakan dan mengembangkan panel surya. Menurut

UndangUndang No. 30/2007 Tentang Energi, dalam Pasal 20 ayat 4 berbunyi :

Setiap orang berhak memperoleh energi,Penyediaan dan pemanfaatan energi baru

dan energi terbarukan wajib ditingkatkan oleh Pemerintah dan pemerintah

daerah sesuai dengan kewenangannya.kemudian dalam Pasal 20 ayat 5 berbunyi :

Penyediaan dan pemanfaatan energi dari sumber energi baru dan sumber energi

terbarukan dapat memperoleh kemudahan dan/atau insentif dari Pemerintah

dan/atau pemerintah daerah sesuai dengan kewenangannya untuk jangka waktu

tertentu hingga tercapai nilai keekonomiannya . Panel surya sendiri sudah diketahui

secara umum bahwa merupakan alat yang dapat mengkonversi energi dari sinar

matahari menjadi energi listrik. Dengan demikian jelas dari segi geografis negara

kitacukup berpotensi untuk panel surya. Akan tetapi dapat memakai serta

memanfaatkan panel surya saat ini perlu biaya yang mahal, ini dikarenakan panel

surya saat ini menggunakan bahan semikonduktor Silikon yang merupakan bahan

yang hampir seluruhnya hanya dapat didapat dari tambang saja dan sulitnya untuk

dibuat ataupun disinteiskan, sebab Silikon walaupun elemen terbanyak kedelapan di

alam semesta dari segi massanya, tapi jarang ditemukan dalam bentuk bongkahan

Silikon murni. Silikon adalah salah satu semikonduktor dengan titik didih yang tinggi

yaitu 1.400-2.800 ºC yang merupakan jajaran semikonduktor yang berkualitas

terbaik. Sedangkan untuk Senyawa Titanium Oksida (TiO2) adalah logam berwarna

putih keperakan yang mempunyai kekuatan tegangan tinggi (mesipun pada suhu

tinggi) ringan serta daya tahan yang luar biasa.Kembali ke pembahasan tentang panel

surya, panel surya berbahan semikonduktor Silikon membutuhkan biaya produksi

sebesar Rp. 50.000 untuk setiap panel dengan daya satu wattnya, sehingga untuk

menggantikan listrik dari PLN dengan daya 450 watt misalnya membutuhkan biaya

minimal Rp. 22.500.000 hanya untuk memproduksi panel, belum dihitung dari segi

pemasangan dan perawatan. Sedangkan apabila kita menggunakan panel surya

berbasiskan Titanium Oksida (TiO2) biaya yang dibutuhkan untuk memproduksi

setiap panel dengan daya yang sama hanya memerlukan Rp. 15.000 sehingga untuk

menggantikan listrik PLN dengan daya 450 watt hanya akan membutuhkan biaya

sebesar Rp. 6.750.000, kita dapat membandingkan dan melihat bahwa biaya yang

dibutuhkan untuk membuat panel surya dengan daya yang sama dibutuhkah biaya

dengan rentang yang jauh antara keduanya, sehingga pada akhirnya hal tersebut

seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, itu merupakan peluang dan sumber energi

alternatif yang sangat cocok dengan kondisi negara kita selain itu juga dapat menjadi

solusi dari permasalahan dari krisis energi yang dapat diperbarui dengan proses yang

lebih cepat.

1.2. Tujuan Pengembangan Panel Surya 3E-TriE

Adapun tujuan pengembangan dari panel surya 3E-Trie berbasis atau

berbahan Titanium Osida (TiO2) ini adalah

1. Menggatikan panel surya Silikon yang mahal dan cukup berbahaya

dengan Titanium Oksida yang lebih aman.

2. Membuat panel surya yang lebih efektif, efisien, dan ekonomi.

1.3. Manfaat Pengembangan Panel surya 3E-TriE

Dari pengembangan panel surya 3E-TriE berbahan Titanium Oksida dapat

diperoleh manfaat sebagai berikut :

1. Menghasilkan produk panel surya yang lebih berkualitas dengan biaya yang

murah.

2. Memasyarakatkan panel surya dengan agar lebih luas pemakaiannya.

3. Menggantikan sumber energi yang lebih ramah lingkungan dengan panel

surya jenis Titanium Oksida.

4. Panel surya dapat menjadi solusi pengganti energi dari bahan bakar fosil yang

lebih aman.

2. Pembahasan

2.1. Silikon dan Titanium Oksida

Silikon merupakan salah satu unsur kimia bernomor atom 14 yang bersifat

semikonduktor yang sudah dimanfaatkan secara luas di bidang elektronika. Unsur ini

dipakai sebagai bahan beberapa komponen-komponen elektronika seperti diode,

transistor, dan IC. Selain untuk bahan komponen elektronika Silikon juga

dimanfaatkan untuk membuat unit pemrosesan pada perangkat komputasi mulai dari

kalkulator, telepon genggam, komputer desktop, laptop, bahkan sampai super

komputer. Maka sudah jelas Silikon tidak dapat lepas dari perkembangan teknologi

yang begitu pesat, sehingga Silikon sangat berjasa untuk kita umat manusia. Seperti

yang telah sedikit dijelaskan tentang silikom pada latar belakang, bahwa unsur ini

terbanyak kedelapan dari massanya, tetapi sangat jarang ditemukan dalam bentuk

murni. Silikon yang ditemukan kebanyakan berbentuk debu, pasir, bebatuan, dan

lempeng silikat. Lebih dari 90% kerak bumi terdiri dari mineral silikat, menjadikan

silicon sebagai unsur kedua paling melimpah di kerak bumi atau sekitar 28% massa,

setelah oksigen. Karakteristik silicon sendiri antara lain : berbentuk padat pada suhu

kamar, memiliki titik lebur 1400 ºC, memiliki titik didih 2800 ºC dan memiliki

konduktivitas termal yang tinggi (149 W/mK). Hal yang menarik dari Silikon adalah

unsur ini akan memiliki massa jenis yang lebih besar pada fase cairnya yang ini dapat

dimanfaatkan sebagai proses untuk membentuk Silikon. Kemampuan Konversi

Silikon adalah 16-18%, artinya untuk 100 watt daya yang datang dari sinar matahari,

ada 16-18 watt listrik yang dihasilkan.

Titanium Oksida (TiO2) adalah salah satu senyawa kimia yang banyak

digunakan sebagai pembuat cat. Jika dikenai pada cahaya, terutama sinar ultraviolet,

maka senya tersebut akan bereaksi dengan oksigendi udara, dan dapat memecahkan

materi-materi organik. Karakteristik untuk Titanium Dioksida antara lain : Biasa

berbentuk serbuk/bubuk, berwarna keputihan, Titik leleh sekitar 300 ºC , dan bertitik

didih 456 ºC. Untuk kemapuan konversi dari TiO2 ini berkisar antara 16-20%, yang

ini juga berarti bahwa setiap 100 watt daya dari sinar matahari akan dihasilkan listrik

dengan daya 16-20%.

2.2 Keunggulan Titanium Dioksida daripada silikon

Untuk memperjelas tentang pemilihan bahan Titanium Oksida sebagai panel

surya akan diberikan beberapa keunggulan atau kelebihan Titanium Dioksida

dibanding Silikon :

1. Kemampuan konversi Titanium Dioksida yang lebih tinggi dibandingkan

silikon. Untuk Titanium Oksida 16-20% sedangkan silicon hanya 16-18%

2. Titanium Oksida yang lebih mudah ditemukan daripada Silikon. Titanium

Oksida adalah barang umum yang dapat kita temuai di hmapi semua tempat.

3. Harga yang relatif jauh lebih murah dibandingkan dengan Silikon. Sebagai

contoh mudah dapat kita lihat dari pembuatan panel surya berbahan TiO2

membutuhkan biaya Rp. 15.000 sedangkan Silikon Rp. 50.000.

4. Titanium Oksida lebih menghasilkan daya jauh lebih banyak daripada Silikon.

5. Panel surya dengan bahan Titanium Oksida lebih mudah dibuat daripada

Silikon. Bahkan titanium Oksida dapat dibuat dengan tangan dan peralatan

yang sederhana

6. Perawatan panel surya berbahan Titanium Oksida lebih mudah dan

murahdaripada yang berbahan Silikon. Sebab jika terjadi kerusakan pada

panel surya disebabkan bahan yang sudah lama dan mulai berkurang

kinerjanya tinggal diganti dengan Titanium Oksidanya. Berbeda dengan panel

surya yang berbahan Silikon perwatannya lebih susah dan membutuhkan

biaya yang mahal, ingat harga Silikon tidaklah murah.

2.3. Pembuatan Panel Surya Titanium Oksida

Bahan yang dibutuhkan untuk membuat panel surya yang menggunakan

Titanium Oksida antara lain :

1. Kaca bening yang tidak konduktif ukuran 5x5 cm.

2. Kaca bening yang konduktif ukuran 5x5 cm.

3. Titanium Dioksida (TiO2) dalam bentuk serbuk.

4. Dilute Nitric Acid.

5. Redoks Elektrolit.

6. Natural Dye (pewarna).

7. Isolasi

Dalam pembuata panel surya titanium oksida ada beberapa langkah atau proses yang

perlu dilakukan sebagai berikut :

1. Pada kaca bening non konduktif, sisi-sisinya diisolasi hingga keseluruhannya

tertutup. Dan yang terlihat hanya bagian tengahnya saja. Kira-kira bagian terihat 3x3

cm dari 5 x5 cm

2. Masukkan serbuk Titanium Dioksida dan campurkan dengan Dilute Nitric Acid

hingga bercampur merata dan agak kental. Dengan perbandingan Titanium Dioksida

dan Dilute Nitric Acid 2:1.

3. Kemudian letakkan pada bagian kaca yang tidak berisolasi dan ratakan dengan

batang kaca. Dan tunggu 10 menit hingga mongering. Jangan dikeringkan dengan

dijemur langsung di bawah terik matahari, biarkan saja mongering sendiri

4. Kemudian bagian isolasinyanya dilepas dengan perlahan dan jang sampai bagian

yang kering tadi terkelupas, ataupun retak.

5. Setelah yakin bahwa campuran Titanium Dioksida dan Dilute Nitric Acid tadi

mengering, teteskan cairan pewarna hingga memberikan warna pada bagian yang

mengering.

6. Basuh dengan air, lalu bilas dengan alkhohol.

7. Dan bersihkan dari kotoran yang menempel dengan tisu kering;

8. Kemudian tempelkan kaca bening konduktif.

9. Selanjutnya teteskan cairan redoks elektrolit.

10. Ujilah arus listrik dengan menjepitkan penjepit buaya yang negatif kebagian kaca

induktif dan positifnya ke kaca yang diberi cairan redoks elektrolit.

Gambar 1. Diagram proses pembuatan panel surya TiO2 (3E-TriE)

3. Hasil dan Pembahasan Pembuatan Panel Surya Titanium Dioksida

3.1. Hasil Pembuatan Panel Surya Titanium Dioksida

Panel surya berbahan TiO2 menghasilkan besar voltase atau tegangan listrik

yang bervariasi (mungkin dikarenakan takaran yang kurang tepat antara Titanium

Dioksida dan Dilute Nitric Acid tadi) tetapi memiliki nilai rata-rata sekitar 1.34 V.

Nilai tersebut hanya untuk satu huah panel, apabila ingin mendapatkan voltase yang

lebih tinggi dapat dilakukan perangkaian beberapa buah panel surya. Tentunya panel

surya 3E-TriE ini butuh penelitian untuk pengembangan panel surya lebih lanjut,

Isolasi kaca bening non konduktif

pada

Campur Titanium Dioksida dan

Dilute Nitric Acid

Letakkan campuran bahan tadi di

atas kaca non konduktif, tunggu

sampai kering

Lepas isolasi dan teteskan cairan

warna pada bagian yang

mengering tadi

Bersihkan, kemudian tempel kaca

konduktif pada bagian yang

mengering tadi

Tetesi dengan cairan Redoks

Elektrolit dan siap untuk diuji

supaya dihasilkan panel surya yang lebih berkualitas dari pada panel surya 3E-TriE

ini.

3.2. Pembahasan Pembuatan Panel Surya Titanium Dioksida

Dalam pembuatan panel surya Titanium Dioksida dengan metode dicampur

dengan Dilute Nitric Acid bertujuan untuk meningkatkan elektron pada Titanium

Dioksida sehingga dalam pengoprasiannya panel surya tersebut dapat bekerja dengan

optimal dan lebih efisien. Untuk bahan Dilute Nitric Acid sendiri dapat diganti

dengan bahan lain yang bersifat asam supaya menghasilkan daya dan voltase yang

tingi biasanya, daripada bahan yang bersifa basa. Hal ini kemungkinan besar karena

dalam ilmu kimia sudah dijelaskan bahwa asam (semakin tinggi pHnya) akan

semakin baik menghantarkan elektron yang otomatis pula dalam menghantarkan

listrik. Penambahan pewarna ini dimaksudkan untuk penyerapan panel surya yang

lebih baik. Sebab bahan Titanium Oksida yang berwarna putih. Kita mengetahui

dalam ilmu fisika bahwa warna putih memiliki kemampuan penyerapan yang rendah

daripada warna lainya. Penambahan warna yang menghasilkan panel surya lebih

maksimal bila warna yang digunakaan adalah warna hitam. Oleh sebab itu memberi

saran untuk yang ingin melanjutkan mengembangkan panel surya 3E-TriE ini

disarankan untuk memakai bahan campuran Titanium Oksida yang menghasilkan

panel surya yang lebih baik, dengan metode apapun uji coba, try and error, dan

sebagainya. Mungkin komposisi perbandigan kedua bahan tersebut juga

mempengaruhi hasilnya. Selain itu Gunakan pewarna untuk panel surya yang

cenderung lebih gelap, karena hal ini sudah pasti menghasilkan hasil yang lebih baik.

4. Kesimpulan

Dengan panel surya berbahan Titanium Oksida menghasilkan voltase yang

cukup dan daya yang cukup pula yang dapat digunakan untuk menghidupkan barang-

barang elektronika. Panel surya dengan biaya produksi yang murah ini jika

dikembangkan dan masuk pabrik serta diproduksi secara masal akan memudahkan

untuk sumber energi listrik yang mudah dan ramah lingkungan. Panel surya

berbahan Titanium Oksida yang murah meriah ini tentunya juga akan menjadikan

salah satu solusi listrik murah jika sudah sampai tahap produksi pabrik. Dan ini

tentunya dapat berimbas baik pada dunia industri baik industri besar maupunindustri

rumahan yang selama ini salah satu keluhannya yaitu tentang masalah listrik untuk

menjalankan usahanya.

Daftar Pustaka

[1] Sahrul Saehana. Sel Surya Bebasis Nanokomposit TiO2.. 3. 2011.

[2] Yuwono Surya, Donanta Dhaneswara, Alfian Ferdiansyah, dan Arif Rahman. Sel

Tersensitasi Zat Pewarna Berbasis Nanopartikel Tio2 Hasil Proses Sol-Gel Dan

Perlakuan Pasca-Hidrotermal. 14. 2012.

[3] Rita Prasetyowati, Sahrul Saehana, Mikrajuddin Abdullah, dan

KhairurrijaPengaruh Penyisipan Logam Fe Pada Lapisan Tio2 Terhadap Performansi

Sel Surya Berbasis Titania. 7. 2011.

[4] Irmansyah, Akhiruddin Maddu dan Mahfuddin Zuhri.Pabrikasi dan Karakterisasi

Sel Surya Tersensitisasi Dye Berbasis Elektroda Komposit TiO2/SnO2dan Elektrolit

Polimer. 8. 2011.

[5] Dui Yanto Rahman, Elfi Yuliza, Khairurrijal dan Mikrajuddin Abdullah. Optimasi

Efisiensi Sel Surya Berbasis TiO2 dengan Variasi Metode Pemanasan dan Sintering

Sampel di dalam furnace. 4. 2013.

[6] Akhiruddin Maddu, Mahfuddin Zuhri, dan Irmansyah. Penggunaan Ekstrak

Antosianin Kol Merah Sebagai Fotosensitizer Pada Sel Surya Tio2nanokristal

Tersensitisasi Dye. 7. 2007

[7] Rohmat Subodro, Ari Handono Ramelan. Sintesa Titanium Dioxide (Tio2) Untuk

Dye-Sensitized Solar Cell (DSSC). 11. 2012.