7/24/2019 Abstrak-Sel Surya Berbasis Material Nanokomposit TiO2-100-102_FM-28_Sahrul Saehanaxf

1/3

100 Prosiding Pertemuan Ilmiah XXV HFI Jateng & DIY

ISSN 0853-0823

Sel Surya Berbasis Material Nanokomposit TiO2

Sahrul Saehana1,a)

, Darsikin1, Rita Prasetyowati

2, Marina I. Hidayat

2,

Mikrajuddin Abdullah2, dan Khairurrijal

2

1Program Studi Pend. Fisika FKIP Universitas Tadulako, Kampus Bumi Tadulako Tondo Palu

2KK Fisika Material Elektronik FMIPA Institut Teknologi Bandung, Jalan Ganeca 10 Bandung 40132 a)Email: oel_281@yahoo.com

Abstrak Penelitian ini bertujuan untuk mengembangan sel surya berstruktur baru, dengan material TiO2sebagai lapisan

aktif dan logam tembaga (Cu) yang dideposisi pada ruang antar partikel TiO2sebagai saluran elektron. Adapun struktur sel

surya yang dikembangkan terdiri atas material TiO2, partikel tembaga (Cu) yang berada ruang antar partikel TiO2, polimer

elektrolit serta aluminium sebagai elektroda bantu. Dalam penelitian ini, lapisan nanokomposit TiO2dibuat dengan metode

printing sedangkan elektrolit yang berbentuk gel dideposisi dengan metode doctor-blade. Kontak antara partikel TiO2dengan

Cu dapat dilihat melalui karakterisasi struktur morfologi dengan Scanning Electron Microscopy (SEM). Adanya kontak ini

diharapkan dapat mengurangi rekombinasi elektron-hole, yang cukup dominan pada permukaan TiO2, sehingga efisiensi sel

surya dapat ditingkatkan. Hasil pengukuran karakteristik IV sel surya menunjukkan bahwa efisiensi sel surya dengan

penyisipan logam Cu lebih baik dibandingkan tanpa penyisipan logam Cu.

Kata kunci:Sel Surya, Nanokomposit, TiO2, doctor-blade, efisiensi, polimer

I. PENDAHULUAN

Krisis energi yang sedang dialami oleh sebagian besarnegara di dunia termasuk Indonesia, menjadi perhatianutama pemerintah termasuk para peneliti. Pengembangansumber energi terbarukan, seperti energi matahari yangketersediaannya cukup melimpah, menjadi salah satu

alternatif untuk mengatasi krisis energi tersebut [1]. Namundemikian, pemanfaatan sel surya berbasis silikon yang telahmencapai efisiensi sekitar 20% terkendala dengan biayaproduksi yang tinggi [2,3]. Di sisi lain, pengembangan sel

surya berbasis material dye sensitized solar cell (DSSC)juga memiliki kelemahan, yaitu masa hidup dye yang relatif

singkat serta harga elektrolit yang cukup mahal [4,5]. Olehkarena itu, pengembangan sel surya dengan menggunakanmaterial yang murah dan mudah diperoleh serta prosesfabrikasi yang sederhana dan berbiaya rendah perludilakukan.

Dalam studi terdahulu yang telah dilakukan oleh

kelompok kami [2,3], diketahui bahwa material TiO2dapatdigunakan sebagai material aktif dalam sel surya. Hal inidisebabkan karena material TiO2 tersebut dapatmengabsorbsi panjang gelombang dalam rentang yangcukup lebar. Namun demikian, adanya proses rekombinasi

elektron-hole pada permukaan TiO2 masih cukup dominansehingga efisiensi sel surya yang diperoleh masih rendah.Oleh karena, dalam penelitian ini struktur baru sel surya

TiO2 dikaji, dimana dilakukan penyisipan logam Cu padaruang antar partikel TiO2 sehingga rekombinasi dapatdikurangi.

Struktur sel surya yang dikembangkan dalam penelitian

dapat dilihat pada Gambar 1. Adanya logam Cu, pada ruangantar partikel TiO2, diharapkan dapat menjadi saluran

elektron dan mencegah terjadinya rekombinasi padapermukaan TiO2. Adapun mekanisme kerja dari sel suryayang dikembangkan, yaitu, apabila foton datang mengenaipermukaan TiO2, maka elektron pada pita valensi tereksitasi

menuju pita konduksi. Selanjutnya, elektron pada pitakonduksi TiO2 mengalir ke kaca indium tin oxide melalui

kontak logam (Cu) yang dibuat. Elektron kemudian

mengalir melalui beban dan terakumulasi pada permukaanelektroda bantu. Elektron yang berada pada permukaanelektroda bantu akan diterima oleh elektrolit. Demikianproses ini berlangsung secara terus menerus hinggamenghasilkan arus listrik yang konstan.

Gambar 1. Struktur sel surya yang dikembangkan.

Dengan demikian, tujuan penelitian ini adalah melakukanpengembangan sel surya berbasis material TiO2 melaluipenyisipan logam tembaga (Cu) pada ruang antar partikel

TiO2sehingga efisiensi sel surya dapat meningkat.

II. METODE

Komposit TiO2dibuat dengan mencampurkan TiO2bubuk(Bratachem, Indonesia) dengan bubuk Cu pada gel polyvinilacetat. Setelah diaduk selama beberapa menit danmembentuk komposit yang cukup homogen, kemudiankomposit TiO2 tersebut dideposisi di atas substrat kaca

transparan konduktif (ITO) dengan metode doctor blade dan

dibakar pada suhu 450C selama 45 menit. Selanjutnya, filmCu/TiO2 tersebut dilapisi dengan polimer elektrolit, yangdibuat dengan metode sol gel, dan ditutup dengan elektrodaaluminium sehingga membentuk struktur sandwich.

Untuk mengetahui karakteristik morfologi film, yangdibuat, dilakukan karakterisasi dengan SEM, sedangkanuntuk mengetahui performansi sel surya yang

7/24/2019 Abstrak-Sel Surya Berbasis Material Nanokomposit TiO2-100-102_FM-28_Sahrul Saehanaxf

2/3

Prosiding Pertemuan Ilmiah XXV HFI Jateng & DIY 101

ISSN 0853-0823

dikembangkan dilakukan pengukuran arus-tegangan (IV)

pada kondisi gelap dan terang.

III. HASIL DAN DISKUSI

Spektrum absorbsi film TiO2 yang dihasilkan dalampenelitian ini ditunjukkan oleh Gambar 2, dimana spektrumabsorbsinya berada dalam rentang yang cukup lebar

sehingga sangat potensial digunakan sebagai elektroda kerja.Rentang spekrum ini lebih lebar apabila dibandingkandengan TiO2murni [2].

Sel surya berbasis nanokomposit TiO2 yangdikembangkan, seperti desain pada pada Gambar 1,menggunakan kontak logam Cu sebagai jalur transferelektron. Dimana logam tersebut dibuat menjadinanokomposit bersama dengan TiO2kemudian diprinting diatas substrat kaca konduktif transparan (ITO).

200 300 400 500 600 700 800 900

0.6

0.7

0.8

Absorbance

(a.u

)

Panjang Gelombang (nm)

Gambar 2. Spektrum absorbsi material TiO2 yang digunakan.

Adanya kontak antara partikel TiO2 dan logam Cu dapatdiamati melalui Scanning Electron Microscopy (SEM),seperti ditunjukkan pada Gambar 3(b).

10 m

b TiO2

Cu

1 m

TiO2

Pori

a

Gambar 3.Hasil karakterisasi SEM: (a) TiO2tanpa Cu, dan (b)

TiO2dengan Cu.

Gambar 3(a) menunjukkan penampang lintang film TiO2tanpa adanya logam Cu. Melalui gambar ini diketahuibahwa rata ukuran partikel TiO2berada dalam orde 200 nm.Menurut B. ORegan dkk [3] bahwa ukuran ini cukup baik

untuk elektron berdifusi serta efek scatering terjadi [6].

Selain itu, tampak adanya ruang antar partikel TiO2 (pori)

yang cukup banyak sehingga memunkinkan untuk disisipidengan material logam, misalnya Cu.

Gambar 3(b) memperlihatkan adanya kontak antarapartikel TiO2 dengan partikel Cu yang berukuran lebih

besar. Adanya kontak antara kedua partikel ini diharapkandapat mengurangi rekombinasi yang cukup dominan terjadi

pada permukaan TiO2 [7-10]. Hal ini dapat dijelaskanmelalui diagram pada Gambar 4.

a dan b : Proses rekombinasi

c : Menyumbangkan elektron

d : Menyumbangkan hole

a

b

Gambar 4. Peristiwa fotoeksitasi pada permukaan TiO2: (a) tanpaadanya kontak dengan logam Cu, dan (b) terdapat kontak dengan

logam Cu.

0 20 40 60 80 1000.000

0.010

0.020

0.030

0.040

0.050

Voltage (mV)

Current(mA)

Pin = 37.48 mW/cm2

FF =0.35

= 0.03%

Pin = 4.39 mW/cm2

FF = 0.24

= 0.05 %

a

0.0 0.2 0.4 0.6 0.80.000

0.125

0.250

0.375

0.500

Voltage (V)

Current(mA)

Pin = 37.48 mW/cm2

FF = 0.35

= 0.39%

Pin = 4.39 mW/cm2

FF = 0.34

= 0.37 %

b

Gambar 5. Karakteristik IV sel surya: (a) TiO2tanpa Cu, dan (b)

TiO2dengan Cu.

7/24/2019 Abstrak-Sel Surya Berbasis Material Nanokomposit TiO2-100-102_FM-28_Sahrul Saehanaxf

3/3

102 Prosiding Pertemuan Ilmiah XXV HFI Jateng & DIY

ISSN 0853-0823

Gambar 4(a) menjelaskan tentang proses rekombinasiyang cukup dominan terjadi pada permukaan TiO2. Hal inimenyebabkan sel surya tanpa penyisipan logam menjadi

rendah. Di sisi lain, Gambar 4(b) menunjukkan peristiwaeksitasi elektron yang diikuti peristiwa terperangkapnyaelektron pada logam sehingga lebih negatif. Adanyafenomena ini tentu saja diharapkan dapat mengurangirekombinasi elektron dan hole pada permukaan TiO

2[7-10].

Adanya peningkatan performa sel surya TiO2 dengan

penambahan Cu dapat dilihat pada Gambar 5.Gambar 5(a) menggambarkan performa sel surya tanpa

adanya tambahan logam Cu. Dimana efisiensi sel surya baikdalam keadaan gelap maupun terang terlihat masih sangatkecil yaitu sekitar 0.03% dan 0.05%. Di sisi lain, fill faktorsel surya juga masih rendah 0.24 dan 0.35. Hal ini

kemungkinan besar disebabkan karena tingginya resistansiinternal sel surya tersebut [5]. Di sisi lain, Gambar 5(b)menunjukkan performa sel surya dengan adanya tambahanlogam Cu. Performa sel surya tersebut mengalamipeningkatan dibandingkan hasil pada Gambar 5(a). Hal ini

diduga kuat karena penurunan tingkat rekombinasi elektron-hole karena adanya kontak antar partikel TiO2dan logam Cu[7-10]. Akan tetapi, ukuran partikel Cu yang masih cukupbesar (dalam orde mikron) menyebabkan intensitas fotontidak maksimal diserap oleh TiO2

Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa sel surya,dengan TiO2sebagai lapisan aktif dan jalur transfer elektron

cepat, telah berhasil dibuat. Namun demikian, adanyaresistansi internal yang masih tinggi diduga sebagaipenyebab rendahnya efisiensi dan fill faktor sel surya yangdikembangkan. Untuk itu, perlu dilakukan beberapaoptimasi, seperti banyak partikel Cu yang disisipkan, porilapisan TiO2, untuk memperbaiki performa sel surya

tersebut.

IV. KESIMPULAN

Sel surya berbasis nanokomposit TiO2 telah berhasil

dikembangkan melalui pembuatan kontak antara partikelTiO2 dan logam Cu. Hasil karakterisasi IV menunjukkanbahwa sel surya yang dikembangkan dalam penelitian inilebih baik dibandingkan dengan sel surya tanpa adanya

kontak antara TiO2dan logam (Cu).

UCAPAN TERIMA KASIH

Penelitian ini didanai secara parsial oleh penelitianHibah Doktor, Hibah Strategis Nasional dan Assahi Glass

Foundation tahun anggaran 2010.

PUSTAKA

[1]

P. Joshi, Y. Xie, M. Ropp, D. Galipeau, S. Bailey and Q.

Qiao,En. Environ. Sci. 2, 2009, 333440.[2] M. Grtzel, J. of Photochem. and Photobio.: Photochem.

Rev. 4, 2003, 145153.[3] B. O'Regan and M. Grtzel,Nature353, 1991, 737-740.[4]

M. Abdullah, I. Nurmawarti, H. Subianto, Khairurrijal and H.

Mahfudz,J. Nano Saintek.3, 2010.[5]

S. Saehana, Rita, Marina, M. Abdullah and Khairurrijal, The

Thrd. Nanosci. and Nanotech. Symp., 2010, 23-26.[6] X. Bi-Tao, Z. Bao-Xue, B. Jing, Z. Qing, L. Yan-Biao, C.

Wei-Min and C. Jun. Chinese Physics B, 17, 10,2008, 3714-3719.

[7] A. L. Linsebigler, G. Lu and J.T. Yates, Jr., Chem. Rev. 95,1995, 735-758.

[8] V. Subramanian, E.E. Wolf and P.V. Kamat, J. Am. Chem.Cos. 2004126, 2004, pp. 4943-4950.

[9]

V. Subramanian, E.E. Wolf and P.V. Kamat, J. Phys. Chem.

B 105, 2001, pp. 11439-11446.[10] Z. HaiLing, Z. JunYing, W. TianMin, W. LiuGang, L. Xiang

and H. BaiBiao, Sci. in China Ser. E: Tech. Sci. 52, 8,2009, pp. 2175-2179.

TANYA JAWAB

Hadi S

? Bagaimana karakter dan kualitas sel surya yang saudarabuat bila dibandingkan dengan komponen-komponen selsurya buatan Cina yang harganya sangat murah?

Sahrul S@ Sel surya yang kami buat masih dalam tarafpengembangan sehingga dari sisi harga belum bisadibandingkan dengan sel surya komersil seperti dari Cina.Namun demikian, dari sisi harga material sel surya yangdibuat memiliki harga yang cukup murah.