Post on 08-Jul-2019
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
SINTESA TITANIUM DIOXIDE (TiO2) UNTUK
DYE-SENSITIZED SOLAR CELL DENGAN
ANTOSIANIN BUNGA ROSELLA (Hibiscus sabdariffa)
Disusun oleh :
ELSA AYU ADHITYA
M0209020
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian
persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Fisika
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
September, 2013
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user ii
HALAMAN PENGESAHAN
Skripsi dengan judul:
Sintesa Titanium Dioxide (TiO2) Untuk Dye-Sensitized Solar
Cell Dengan Antosianin Bunga Rosella (Hibiscus sabdariffa)
Yang ditulis oleh:
Nama
NIM
: Elsa Ayu Adhitya
: M0209020
Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan penguji pada:
Hari
Tanggal
: Selasa
: 3 September 2013
Dewan Penguji:
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user iii
PERNYATAAN KEASLIAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “Sintesa
Titanium Dioxide (TiO2) Untuk Dye-Sensitized Solar Cell Dengan Antosianin
Bunga Rosella (Hibiscus sabdariffa)” adalah hasil kerja saya atas arahan
pembimbing dan sepengetahuan saya hingga saat ini, isi skripsi tidak berisi materi
yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain atau materi yang telah
diajukan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret atau
di Perguruan Tinggi lainnya, jika ada maka telah dituliskan di daftar pustaka
skripsi ini dan segala bentuk bantuan dari semua pihak telah ditulis di bagian
ucapan terima kasih. Isi skripsi ini boleh dirujuk atau difotokopi secara bebas
tanpa harus memberitahu penulis.
Surakarta, September 2013
Elsa Ayu Adhitya
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user iv
MOTTO
Katakanlah, “Dialah Allah Yang Maha Esa.” Allah adalah tempat
Bergantung semua urusan. Dia tidak melahirkan dan dilahirkan. Dan tidak ada
Satupun yang setara dengan-Nya.
(QS. Al-Ikhlas : 1-4)
A person who never made a mistake never tried anything new
(Albert Einstein)
Education is the most powerful weapon
which you can use to change the world
(Nelson Mandela)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user v
PERSEMBAHAN
Dengan segenap penuh rasa syukur kepada Allah SWT
Karya dengan penuh perjuangan dan kesabaran
Kupersembahkan karya ini kepada :
Ibu dan Babe Tercinta
Dian Alphilia, Shaleh Nugraha dan Rafa Naira
Dosen Pembimbing Skripsi & Akademik
Rekan Laboratorium Material Fisika UNS
Teman-teman Seperjuangan Fisika 2009 (COMPTON)
Mahasiswa Fisika 2010, 2011, 2012
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user vi
SINTESA TITANIUM DIOXIDE (TiO2) UNTUK
DYE-SENSITIZED SOLAR CELL DENGAN
ANTOSIANIN BUNGA ROSELLA (Hibiscus sabdariffa)
ELSA AYU ADHITYA
Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,
Universitas Sebelas Maret, Surakarta
ABSTRAK
Sintesa Titanium Dioxide (TiO2) untuk Dye Sensitezed Solar Cell (DSSC)
dengan antosianin bunga rosella (Hibiscus sabdariffa) telah dilakukan
menggunakan metode sol-gel. Lapisan semikonduktor merupakan bagian yang
penting dari DSSC yang dapat memberikan daerah serapan tinggi untuk
penyerapan dye sehingga arus yang dihasilkan semakin tinggi. Pada penelitian ini
TiO2 disintesa dengan variasi kecepatan putar (300 rpm, 400 rpm dan 500 rpm)
dan suhu kalsinasi (400°C, 500°C dan 600°C). DSSC dibentuk dengan struktur
sandwich, dimana dua elektroda mengapit elektrolit. Elektroda kerja berupa
lapisan TiO2 pada substrat kaca Fluorine doped Tin Oxide (FTO) disensitisasi
dengan dye antosianin. Elektroda lawan merupakan lapisan karbon pada kaca
FTO. Sel yang difabrikasi mempunyai luas 1,5 cm2, sel direndam dalam dye
antosianin dengan memvariasi waktu perendaman selama 24 jam dan 48 jam.
Karakterisasi menggunakan metode sinar-X memperlihatkan sampel memiliki
fase rutile dan anatase. Pengukuran absorbansi dye dilakukan Spektrofotometer
UV-Visible Lambda 25. Hasil pengukuran memperlihatkan absorbansi terjadi
pada panjang gelombang 440 - 620 nm. Efisiensi sel diukur dengan I-V meter
Keithley untuk perendaman 24 jam dan 48 jam. Efisiensi DSSC tertinggi sebesar
0,0221(4)% yang menggunakan TiO2 I pada perendaman dye 48 jam.
Kata kunci: Titanium Dioxide, Dye Sensitized Solar Cell, Rosella,
Struktur sandwich
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user vii
SYNTHESIS OF TITANIUM DIOXIDE (TiO2) FOR
DYE-SENSITIZED SOLAR CELL WITH
ANTHOCYANIN ROSELLA (Hibiscus sabdariffa)
ELSA AYU ADHITYA
Physics Department, Faculty of Mathematic and Natural Science
Sebelas Maret University, Surakarta
ABSTRACT
Synthesis of Titanium Dioxide (TiO2) for Dye Sensitized Solar Cell (DSSC)
with anthocyanin rosella (Hibisccus sabdariffa) has succesfully been done using
sol-gel technique. The semiconductor layer is a very important part of the DSSC
since it gives a high surface area for dye absorption which gives rise to high
currents. In this study, TiO2 was synthesized with rotational speed variations (300
rpm, 400 rpm and 500 rpm) and calcination temperatures (400°C, 500°C and
600°C). DSSCs were formed structurally two electrodes sandwiched the
electrolyte. The working electrode is TiO2 layer coating on a Fluorine doped Tin
Oxide (FTO) glass substrat and sensitified with anthocyanin dye. A counter
electrode is carbon coating on the FTO. The fabricated solar cells have an area of
1.5 cm2, soaked in the anthocyanin dye for 24 hours and 48 hours. The sample
was characterised with X-ray diffraction method. The x-ray diffractogram
indicates that the sample possesses rutile and anatase phase. The dye absorption
measuring using Spektrofotometer UV-Visible Lambda 25 showed the absorption
occurs in the range 440-620 nm. The efficiencies of the solar cells measured by I-
V meter Keithley for 24 and 48 hours soaking. The highest efficiency of the
DSSC using TiO2 I is 0,0221(4)% immersion dye in 48 hours.
Keyword: Titanium Dioxide, Dye Sensitized Solar Cell, Rosella, sandwich
structure
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user viii
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur kepada Allah SWT atas semua limpahan nikmat, rahmat
dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyeleseaikan penulisan skripsi.
Sholawat dan salam senantiasa penulis haturkan kepada rosulullah, nabi
Muhammad SAW yang telah menjadi panutan serta suri tauladan umatnya.
Skripsi yang penulis susun sebagai bagian dari syarat untuk mendapatkan
gelar sarjana sains ini penulis beri judul “Sintesa Titanium Dioxide (TiO2) Untuk
Dye-Sensitized Solar Cell Dengan Antosianin Bunga Rosella (Hibiscus
sabdariffa)”. Hasil skripsi ini merupakan kebahagiaan tersendiri bagi penulis.
Skripsi ini dapat terselesaikan atas bantuan beberapa pihak yang telah membantu
penulis menyelesaikan skipsi ini dalam keadaan suka maupun duka. Atas
bantuannya yang sangat besar selama proses pengerjaan skripsi ini, ucapan terima
kasih secara khusus penulis sampaikan kepada:
1. Bapak Prof. Ir. Ari Handono Ramelan, M.Sc (Hons), Ph.D, selaku Pembimbing
I serta Pembimbing Akademik yang telah memberikan motivasi, bimbingan
serta saran dalam penyusunan skripsi ini.
2. Bapak Drs. Suharyana, M.Sc., selaku Pembimbing II.
3. Bapak, Ibu dosen serta Staff di Jurusan FISIKA FMIPA UNS.
4. Ibu dan Babe, atas semua kasih sayang dan kesabaran dalam mendidik.
5. Rekan kerja Laboratorium Material Fisika: Mas Fredicha, Tira, Riana, Nafiah,
Ain, Mbak Nia, Mbak Nita, Mbak Dewi dan Mas Boisandi.
6. Rian R. Wahyuningrum, Reza Devianta , Satria Kinayung dan Silvia Setyowati
yang selalu memberi semangat.
7. Rekan-rekan Fisika FMIPA UNS.
Semoga Allah SWT membalas atas semua jerih payah dan pengorbanan
yang telah diberikan, dengan balasan yang terbaik menurut-Nya. Aamiin ya Allah.
Penulis menyadari akan banyaknya kekurangan dalam penulisan skripsi ini.
Namun demikian, penulis berharap semoga karya kecil ini bisa bermanfaat.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user ix
HALAMAN PUBLIKASI
Sebagian dari skripsi saya yang berjudul “Sintesa Titanium Dioxide (TiO2)
Untuk Dye-Sensitized Solar Cell Dengan Antosianin Bunga Rosella (Hibiscus
sabdariffa)” telah :
1. Dipresentasikan di : Annual Conference-HFI JTY 2013 “Innovation
Synergy for Improving National Competitiveness” Physics Department,
Faculty of Mathematics and Natural Sciences Sebelas Maret University,
Surakarta, 22-23 Maret 2013.
2. Diterima di : Indonesian Journal of Applied Physics (IJAP) Jurusan
Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas
Sebelas Maret, yang diterbitkan pada Oktober 2013/ Vol 3/ No.2/
dengan judul “Sintesa Titanium Dioxide (TiO2) Untuk Dye-Sensitized
Solar Cell Dengan Antosianin Bunga Rosella (Hibiscus sabdariffa)”
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user x
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ....................................................................................... i
HALAMAN PENGESAH ............................................................................... ii
PERNYATAAN KEASLIAN .......................................................................... iii
MOTTO ............................................................................................................ iv
PERSEMBAHAN ............................................................................................. v
ABSTRAK ……..…………………………………………………………….. vi
ABSTRACT ………………………………………………………………….. vii
KATA PENGANTAR ……………………………………………………….. viii
HALAMAN PUBLIKASI ................................................................................ ix
DAFTAR ISI ………………………………………………………………… x
DAFTAR TABEL ……………………………………………………………. xi
DAFTAR GAMBAR ………………………………………………………… xii
DAFTAR SIMBOL ………………………………………………………….. xiv
DAFTAR LAMPIRAN ………………………………………………………. xvi
BAB I PENDAHULUAN …………………………………………………. 1
1.1. Latar Belakang Masalah …………………………………………… 1
1.2. Batasan Masalah ….……………………………………………….. 4
1.3. Perumusan Masalah …………….………………………………….. 5
1.4. Tujuan Penelitian ……………….………………………………….. 5
1.5. Manfaat Penelitian …………………………………………………. 5
BAB II LANDASAN TEORI ........................................................................ 6
2.1. Sel Surya ………….……………..………………………………… 6
2.1.1. Sel Surya Anorganik ............................................................. 6
2.1.2. Sel Surya Organik ................................................................. 7
2.2. Material DSSC .......………………………….……….……………. 9
2.2.1. Semikonduktor TiO2 .............................................................. 9
2.2.2. Dye Antosianin Bunga Rosella (Hibiscus sabdariffa) ........... 10
2.2.3. Elektrolit ................................................................................. 12
2.2.4. Counter Elektrode ................................................................. 12
2.2.5. Fluorine doped Tin Oxide ..................................................... 12
2.3. Kinerja DSSC ...........………………………………….……….….. 13
2.4. X-Ray Diffraction .....…….……………………………………….... 14
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user xi
2.5. Spektroskopi UV-Vis ….........................………………………....... 17
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ……………………………………. 18
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ……………………………………… 18
3.2. Alat dan Bahan yang Digunakan ………………………………….. 18
3.2.1. Peralatan ................…………………………………………. 18
3.2.2. Bahan yang Digunakan …………………………………….. 19
3.3. Metode Penelitian ………………………………………………….. 19
3.3.1. Pembuatan TiO2 ....................……….…………………….. 20
3.3.2. Pembuatan Pasta TiO2 ...……………………………………. 21
3.3.3. Deposisi Lapisan Tipis TiO2 .………………………….......... 21
3.3.4. Ekstraksi Antosianin Bunga Rosella (Hibiscus sabdariffa) … 22
3.3.5. Preparasi Lapisan Carbon ……..……………………………. 22
3.3.6. Preparasi Elektrolit ................................................................. 22
3.3.7. Fabrikasi DSSC ...................................................................... 23
3.4. Analisa Data ..................................................................................... 23
3.4.1. Karakterisasi Absorbansi Dye Bunga Rosella (Hibiscus
sabdariffa) dan Absorbansi Lapisan TiO2 pada kaca FTO yang
Telah Direndam dalam Dye ................................................... 23
3.4.2. Karakterisasi Struktur Kristal dan Ukuran Kristal TiO2 ........ 24
3.4.3. Karakterisasi Arus dan Tegangan DSSC ............................ 25
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .……………………………………. 26
4.1. Karakterisasi Bubuk TiO2 dengan X-Ray Diffraction (XRD) .......… 26
4.2. Karakteristik Absorbansi Dye Antosianin Bunga Rosella .............. ... 30
4.3. Karakteristik Arus-Tegangan Sel Surya dengan I-V meter Keithley .. 31
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN …..…………………………………. 35
5.1. Kesimpulan ………………………………………………………… 35
5.2. Saran………………………………………………………………... 35
DAFTAR PUSTAKA ………………………………………………………... 36
LAMPIRAN-LAMPIRAN …………………………………………………… 40
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user xii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Perbandingan Sifat TiO2 Untuk Fase Rutile dan Anatase ......….. 10
Tabel 3.1. Sampel TiO2 dengan Variasi Kecepatan Putar
dan Suhu Kalsinasi ….................................................................... 21
Tabel 3.2. Skala Spektrum Cahaya Tampak …………………………….... .. 24
Tabel 4.1. Hasil Analisa Ukuran Kristal TiO2………...……....…………….. 30
Tabel 4.2. Hasil Analisis Parameter Kisi dan pada bubuk TiO2 ..…......... 30
Tabel 4.3. Hasil Efisiensi DSSC …….................................………………… 34
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user xiii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Prinsip Kerja DSSC ………………………………………….. 9
Gambar 2.2. Bunga Rosella (Hibiscus sabdariffa) .........................……….. 11
Gambar 2.3. Kurva Karakteristik Sel Surya ................................................. 13
Gambar 2.4. Difraksi Sinar-X pada Kristal ..........................….…………… 15
Gambar 3.1. Diagram alir penelitian ............................................................. 20
Gambar 3.2. Spektrofotometer UV-Vis Lambda 25 ..................................... 23
Gambar 3.3. I-V meter Keithley 2400 Source Meter ..................................... 26
Gambar 4.1. Karakterisasi bubuk TiO2 I, II dan III ...................................... 27
Gambar 4.2. Karakterisasi bubuk TiO2 IV, V dan VI .................................. 27
Gambar 4.3. Karakterisasi bubuk TiO2 VII, VIII dan IX ............................. 28
Gambar 4.4. Karakterisasi bubuk TiO2 sampel 1 ......................................... 29
Gambar 4.5. Spektrum Absorbansi dye bunga Rosella (Hibiscus
sabdariffa) ................................................................................ 31
Gambar 4.6. Kurva I-V sampel I dengan variasi perendaman 24 jam ...... .. 32
Gambar 4.7. Kurva I-V sampel II dengan variasi perendaman 48 jam ..… .. 33
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user xiv
DAFTAR SIMBOL
Satuan
P = Daya watt
V = Tegangan volt
I = Arus Listrik ampere
= Efisiensi %
T = Suhu °C
t = Waktu sekon
λ = Panjang Gelombang nm
Eg = Celah Energi eV
= Sudut Rad
A = Luas Permukaan cm2
= Tetapan kisi-kisi Å
= Tetapan kisi-kisi Å
Io = Intesitas tanpa serapan W/m2
A = Absorbansi
= Absortivitas untuk panjang gelombang tertentu lt mol-1
.cm-1
c = Konsentrasi sampel mol lt-1
b = Ketebalan sampel cm
a = Koefisien absorbsi mm-1
= Transmitansi
I = Intensitas cahaya yang keluar tiap sampel W/m2
= Selisih panjang lintasan nm
d’ = jarak antar bidang nm
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user xv
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1 Database JCPDS Kristal TiO2 Fase Anatase dan Rutile ………. 40
Lampiran 2 Hasil Karakterisasi bubuk TiO2 sampel II sampai IX ............... 41
Lampiran 3 Data Ukuran Kristal TiO2 Pada Sampel I .........……………….. 45
Lampiran 4 Data Parameter Kisi Untuk Fase Anatase dan Rutile pada
Sampel IV .............................………………………………….. 46
Lampiran 5 Hasil Karakterisasi I-V meter sampel II sampai IX ................... 48
Lampiran 6 Data Pengukuran Arus (I) dan Tegangan (V) DSSC
dengan Menggunakan I-V meter Keithley ......…….................... 56