PAPER ENERGI PERTANIANDYE SENTIZED SOLAR CELLS

FATHUR RACHMANSYAH05021281320002

JURUSAN TEKNOLOGI PERTANIANPRODI TEKNIK PERTANIANFAKULTAS PERTANIANUNIVERSITAS SRIWIJAYA

20151. PENDAHULUAN

Energi merupakan suatu hal yang bersifat abstrak yang sulit namun dapat dirasakan adanya. Pada pengertian lain energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja ( energy is the capacity for doing work ). Energi besaran kekal artinya energi tidak dapat diciptakan dan dimusnakan melainkan dapat diubah ubah dari bentuk satu kebentuk yang lain. Sumber energi dapat berasal dari bumi ( terresterial ) dan berasal dari luar bumi ( extraterraterial ). Untuk energi yang berasal dari bumi memiliki 2 sifat yaitu dapat di daur ulang ( renewable ) dan tidak dapat di daur ulang ( nonrenewable ). Kemudian energi yang berasal dari luar bumi seperti energi matahari dapat digunakan secara langsung ( photovoltaic ) dan secara tidak langsung ( radiaenergy, thermal energy ). Pengembangan solar cell adalah salah satu cara memanfaatkan energi surya atau matahari yang merupakan energi yang melimpah ruah dan bersih. Perkembangan yang menarik dari teknologi sel surya saat ini salah satunya adalah dye sensitized solar cells (DSSC) atau sel surya berbasis pewarna tersensitisasi (SSPT). DSSC merupakan salah satu alat yang berpotensi dalam pemanfaatan energi matahari dan DSSC ini tidak memerlukan material dengan kemurnian tinggi sehingga pengeluaran biaya dalam mempoduksi alat ini relatif rendah.

2. PEMBAHASAN

2.1 Pengertian Dye Sensitized Solar Cell ( DSSC )

Dye Sensitized Solar Cell ( DSSC ) merupakan sel surya fotoelektrokimia menggunakan elektrolit sebagai medium transport muatan yang pertama kali ditemukan oleh Michael Gratzel dan Brian ORegan pada tahun 1991 di cole Polytechnique Fdrale de Lausanne, Swiss. Kemudian DSSC juga memiliki bagian lain seperti nanopori TiO2, molekul dye yang teradsorpsi di permukaan TiO2, dan katalis yang semuanya dideposisi diantara dua kaca konduktif.

2.2 Mekanisme KerjaDye Sensitized Solar Cell ( DSSC ) mempunyai mekanisme kerja yaitu Foton (sinar matahari) akan mengalami eksitasi elektron karena terabsorbsi oleh dye. Elektron tereksitasi dari groundstate (D) ke excited state (D*).D + e- D* Hal ini akan menimbulkan perpindahan elektron menuju conduction yang berasal dari TiO2. Sehingga menyebabkan elektron mengalir menuju elektroda (teroksidasi (D+)), pada rangkaian listrik hingga counter elektroda. Elektron elektron akan kembali menuju dye yang disebabkan oleh elektrolit (I-) yang membawa elektron-elektron tersebut dari counter elektroda (CE) dan mencegah penangkapan kembali electron oleh dye yang teroksidasi.2D+ + 3e- 3I- +2Dcounter elektroda sebagai katalis mengakibatkan elektron berkombinasi membentuk iodide ( I- ). Hal ini disebabkan elektrolit ( I3- ) menerima elektron. I3- + 2e- 3I-Iodide ini digunakan untuk mereduksi dye yang teroksidasi membentuk triiodide (I3-), sehingga membentuk suatu siklus transport elektron. Dengan siklus ini terjadi konversi langsung dari cahaya matahari menjadi listrik.DSSC menggunakan dye sintetik Ruthenium kompleks yang memiliki kemampuan berikatan baik dengan semikonduktor karena memiliki ikatan carboxylate. Ikatan tersebut menimbulkan elektron yang mengalir baik tanpa harus melakukan lompatan dan hambatan dalam proses pengalirannya..

2.3 Material dari Dye Sensitized Solar Cell ( DSSC )

1. DSSC menggunakan jenis TCO (Transparant Conductive Oxide) sebagai substrat yang merupakan kaca transparan konduktif. Pada umumnya Material yang digunakan yaitu flourine-doped tin oxide (SnF atau FTO) dan Indium Tin Oxide (ITO) yang berfungsi sebagai badan dari sel surya dan lapisan konduktifnya berfungsi sebagai tempat muatan mengalir. 2. TiO2 merupakan bahan semikonduktor yang bersifat inert, stabil terhadap fotokorosi dan korosi oleh bahan kimia. Lapisan TiO2 memiliki bandgap yang tinggi (>3eV) dan memiliki transmisi optik yang baik. Penggunaan TiO2 diantaranya untuk manufaktur elemen optik. Selain itu TiO2 berpotensial pada aplikasi divais elektronik seperti DSSC dan sensor gas [9]. Untuk aplikasinya pada DSSC, TiO2 yang digunakan umunya berfasa anatase karena mempunyai kemampuan fotoaktif yang tinggi. TiO2 dengan struktur nanopori yaitu ukuran pori dalam skala nano akan menaikan kinerja sistem karena struktur nanopori mempunyai karakteristik luas permukaan yang tinggi sehingga akan menaikan jumlah dye yang teradsorb yang implikasinya akan menaikan jumlah cahaya yang terabsorb.3. Dye : Proses fotosintesis pada tumbuhan telah membuktikan adanya senyawa pada tumbuhan yang dapat digunakan sebagai dye. Zat-zat tersebut ditemukan pada daun atau buah, yaitu antosianin, klorofil, dan xantofil. Peneliti telah membuktikan bahwa klorofil dan xantofil dapat tereksitasi dengan adanya penyinaran pada penerapan dyes. Sebagai hasil pengembangannya, peneliti telah mendapatkan efisiensi konversi energi yang lebih baik pada turunan dyes klorofil tersebut karena memiliki gugus carboxylate.4. Elektrolit yang digunakan pada DSSC terdiri dari iodine (I-) dan triiodide (I3-) sebagai pasangan redoks dalam pelarut. Karakteristik ideal dari pasangan redoks untuk elektrolit DSSC yaitu : potensial redoksnya secara termodinamika berlangsung sesuai dengan potensial redoks dari dye untuk tegangan sel yang maksimal, memiliki kestabilan yang tinggi baik dalam bentuk terreduksi dan teroksidasi dan inert terhadap komponen lain pada DSSC.5. Karbon : Katalis dibutuhkan untuk merpercepat kinetika reaksi proses reduksi triiodide pada TCO. Platina, material yang umum digunakan sebagai katalis pada berbagai aplikasi, juga sangat efisien dalam aplikasinya pada DSSC. Sebagai alternatif, Kay & Gratzel mengembangkan desain DSSC dengan menggunakan counter-elektroda karbon sebagai lapisan katalis. Karena luas permukaanya yang tinggi, counter-elektroda karbon mempunyai keaktifan reduksi triiodide yang menyerupai elektroda platina.2.4 Perkembangan Solar Sel2.4.1 Solar Sel SilikonIlmuwan Prancis, Edmund Becquerel pada tahun 1839 menemukan bahwa cahaya yang jatuh pada materi tertentu dapat menyebabkan percikan listrik yang dikenal dengan photoelectric effect sehingga muatan ini dapat diperbanyak, dalam kondisi yang tepat, membentuk arus listrik (Flavin, 1995). Pada tahun 1954 , sebuah kelompok Bell yang terpisah menemukan bahwa alat silicon yang mereka uji menghasilkan listrik pada saat menghadap matahari. Ketika kedua pekerjaan tersebut disatukan, maka mereka berhasil menyelesaikan suatu pemecahan, dimana sel silicon yang mengubah 4% dari cahaya matahari yang datang menjadi listrik yang berkekuatan lima kali lebih banyak dibanding dengan sel selenium terbaik (Flavin, 1995).

2.4.2 Solar Sel OrganikTeknologi DSSC telah berkembang selama bertahun-tahun. Perkembangannya dirinci di bawah ini :a) Pada tahun 1991, Michael Grtzel dan Brian ORegan telah menemukan Dye-sensitized Solar Cells yang biasa disebut sel Grtzel. b) Pada tahun 1995, pewarna yang digunakan dalam sel percobaan yang sensitif hanya untuk frekuensi high end dari spektrum cahaya (cahaya biru dan UV).c) Pada tahun 1999, versi yang lebih baru diperkenalkan dengan respon frekuensi tinggi yang efisien bahkan pada panjang gelombang merah dan infra-merah. Pewarna yang digunakan dalam sel-sel memiliki warna coklat-hitam pekat disebut sebagai pewarna hitam, dan memiliki efisiensi keseluruhan hampir 90%. Sayangnya, mudah rusak di bawah intensitas cahaya yang tinggi.d) Pewarna baru telah diperkenalkan yang memiliki berbagai sifat khusus, termasuk 1-etil-3-methylimidazolium tetrocyanoborate (EMIB (CN) 4), yang merupakan suhu yang stabil, dan tembaga-diselenium (Cu (In, GA) SE2) , yang memberikan peningkatan efisiensi konversi.e) Para peneliti mencari penggunaan titik-titik kuantum untuk mengubah cahaya energi tinggi menjadi beberapa elektron, dengan menggunakan solid-state elektrolit untuk respon suhu yang lebih baik dan memodifikasi doping TiO2 untuk dicocokkan dengan elektrolit yang sedang digunakan.f) TiO2 nanopartikel berbasis dye-sensitized solar sel memberikan efisiensi lebih dari 10%. Molekul-molekul dye teradsorpsi ke permukaan TiO2 nanoparticle sinter. Sinar matahari ditampung oleh dye, dan elektron diinjeksikan ke TiO2 mana diteruskan melalui nanopartikel TiO2 untuk mencapai elektroda.g) Pada tahun 2004, peneliti dari University of California di Santa Barbara menggambarkan kinerja dan desain oksida sel surya dye-sensitized nanowire berbasis seng. Nanowires mengaktifkan jalur konduksi elektron langsung antara substrat dan titik photogeneration menghasilkan transpor elektron yang lebih tinggi dibandingkan dengan film nanopartikel sinter. Perangkat memiliki efisiensi kolektor cahaya di bawah 10%, menunjukkan bahwa efisiensi dan kepadatan diperkuat oleh peningkatan luas permukaan nanowire.h) Sebagian besar penelitian pada DSSC difokuskan pada peningkatan absorbansi spektral dengan membuat modifikasi dalam dye, meningkatkan lubang transportasi, penggantian cairan elektrolit dengan menggunakan polimer atau padatan ionik dan meningkatkan transpor elektron menggunakan alternatif struktur core-shell atau celah pita lebar bahan semikonduktor. (Soutter, 2012)

2.5 Kelebihan dan kekurangan Dye Sensitized Solar Cell ( DSSC ) Kelebihan Dye Sensitized Solar Cell ( DSSC ) dibanding dengan sel surya jenis lainnya, antara lain :1. DSSC merupakan teknologi solar generasi ketiga yang paling efisien yang tersedia, menyerap lebih banyak cahaya matahari per luas permukaan daripada panel surya berbasis silikon (Gratzel, 2003).2. Proses fabrikasinya lebih sederhana tanpa menggunakan peralatan yang rumit dan mahal sehingga biaya fabrikasinya lebih murah (Kumara, 2012).3. DSSC dapat bekerja dalam kondisi cahaya rendah seperti sinar matahari tidak langsung dan langit mendung (Nadeak, 2012). 4. Bahan bakunya mudah didapat dan melimpah (Nadeak, 2012)5. Keunggulan DSSC mengarah langsung ke efisiensi yang lebih tinggi pada kisaran suhu (Wulandari, 2012)Namun, sel surya ini memiliki kekurangan yaitu stabilitasnya rendah karena penggunaan elektrolit cair yang mudah mengalami degradasi atau kebocoran. Sel surya TiO2 tersensitasi dye terdiri dari lapisan nanokristal TiO2 berpori sebagai fotoanoda, dye sebagai fotosensitizer, elektrolit redoks dan elektroda lawan (katoda) yang diberi lapisan katalis.

DAFTAR PUSTAKA

Kumara, Widya, Sukma, Maya., Prajitno, Gontjang, M.Si, Drs. Jurnal : Studi AwalFabrikasi Dye Sensitized Solar Cell (Dssc) Dengan MenggunakanEkstraksi Daun Bayam (Amaranthus Hybridus L.) Sebagai Dye Sensitizer Dengan Variasi Jarak Sumber Cahaya Pada Dssc. Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya 2012.

Maulana ,Eka, ST., MT., MEng. Karakterisasi dan Pemodelan DSSC (DyeSensitized Solar Cell). Teknik Elektro, Universitas Brawijaya,Maret 2014.

Prayogo, Farid, Akhmad., Pramono, Hadi, Sholeh., Maulana, Eka. Jurnal :Pengujian dan Analisis Performansi Dye-sensitized SolarCell(DSSC) terhadap Cahaya. Teknik Elektro, UniversitasBrawijaya, Malang, Indonesia.

Pudjanarsa, Astu, MT, Ir., Nursuhud, Djati, MSME, Prof, Ir., Mesin KonversiEnergi. ANDI, Yogyakarta, 2008.