Fabrikasi Material CNT:N-doped TiO2 pada Dye Sensitized Solar Cells (DSSCs) Bekerja

pada Cahaya Tampak

Singgih Wibowo - Ahmad Pradana Hanum Yuda A. - Kilat Permana P.

AbstrakTelah dilakukan pembuatan prototipe Dye Sensitized Solar Cell dengan

menggunakan material semikonduktor TiO2 terdoping Nitrogen dan CNT. Dari hasil penelitian sebelumnya, doping nitrogen pada material TiO2 (N-doped TiO2) menyebabkan material TiO2 dapat bekerja dibawah cahaya tampak. Material CNT dapat menangkap elektron dan mencegah proses rekombinasi. Material CNT:N-doped TiO2 ini di uji karakteristik materialnya menggunakan XRD, UV-Vis, dan SEM. Hasil uji UV-Vis menunjukkan nilai Energi Gap sebesar 2,25 eV dan mampu diaktivasi oleh cahaya tampak. Nilai efisiensi maksimum yang dihasilkan pada DSSCs ini sekitar 4.89 %.

Kata kunci : Carbon Nanotubes (CNT), Dye Sensitized Solar Cell (DSSC), Fotoelektrokimia, Semikonduktor, Titanium Dioksida (TiO2).

Tujuan

• Menciptakan prototipe solar cell dengan material CNT:N-doped TiO2

• Melakukan karakterisasi material CNT:N-doped TiO2 menggunakan XRD, SEM, dan UV-VIS

• Melakukan uji coba prototipe solar cell di bawah cahaya matahari

Latar Belakang

• Pemerintah Indonesia mencanangkan tahun 2025, energi terbarukan berkontribusi 4% dari total konsumsi energi lokal

• 0,02 % adalah energi surya

• Matahari bersinar selama 6-8 jam perhari di Indonesia

• Namun harga solar cell sangat-lah mahal

Energi Surya

• Energi surya adalah radiasi yang diproduksi oleh reaksi fusi nuklir pada inti Matahari

• Energi surya sampai ke Bumi dalam bentuk paket – paket energi (foton)

• Intensitas radiasi surya disebut juga konstanta surya sebesar 1365 W/m2

Solar Energy Distribution

Solar Cell• Solar Cell adalah perangkat konversi energi matahari surya

menjadi energi listrik • Solar Cell dipasaran umumnya terbuat dari bahan silikon, dan

tentu harganya sangat mahal. Hal ini dikarenakan proses produksi silikon yang tidak mudah dan membutuhkan energi yang besar

Dye Sensitized Solar Cells

• Dye Sensitized Solar Cells (DSSCs) pertama kali ditemukan oleh Prof. Michael Gratzel tahun 1991

• DSSCs adalah sel surya fotoelektrokimia yang menggunakan elektrolit sebagai medium transport muatan

Titanium Dioksida (TiO2)

Titanium Dioksida (TiO2) adalah semikonduktor yang sangat mudah menghasilkan pasangan elektron dan hole ketika dikenai foton yang energinya lebih dari energi gap nya. Energi gap TiO2 umumnya 3,2 eV. Energi sebesar ini belum bisa menggunakan cahaya tampak (energi cahaya tampak < 3 eV)

N-doped TiO2

• Salah satu cara untuk memperkecil energi gap bahan TiO2 adalah dengan melakukan doping nitrogen (N-doped TiO2). Eg menjadi < 3 eV, sehingga dapat menggunakan cahaya tampak

• Hal ini dimungkinkan terjadi pergantian ikatan oleh atom N terhadap atom Ti atau atom O

Carbon Nanotubes

CNT memiliki kapasitas penyimpanan elektron yang besar, sehingga dapat menghindari proses rekombinasi pada material TiO2, (Yu, 2005).

Mekanisme kerja

Hasil Uji Sem TiO2 dan N-doped TiO2

Hasil uji XRD CNT

Uji UV-Vis TiO2 dan N-doped TiO2

Uji Arus Dan Tegangan

KarakterN-doped TiO2

DSSCsDegusa P25

Isc (mA) 12.86 13.44

Voc (Volt) 0.68 0.63

Ipp (mA/cm2) 9.48 10.14

Vpp (Volt) 0.51 0.44

Ff (%) 0.55 0.58

Efisiensi (%) 4.89 4.5

Uji Arus Dan Tegangan

Dokumentasi

Lapisan Tipis CNT:N-doped TiO2

Doping N

DSSC Uji Tegangan

Kesimpulan

1. Pada penelitian ini telah berhasil dilakukan pembuatan prototipe DSSC menggunakan material CNT:N-doped TiO2

2. Doping N pada TiO2 dapat mengubah energi gap menjadi 2,25 eV sehingga dapat bekerja di panjang gelombang cahaya tampak

3. Efisiensi DSSCs sebesar 4,89%

Saran

1. Perlu dikaji lebih jauh mengenai pengaruh berbagai karakteristik komponen DSSC yang lain (seperti waktu pemanasan lapisan CNT:N-doped TiO2 , temperatur, sistem vakum dan penggunaan dye)

2. Perlunya adanya sumber cahaya dengan intensitas yang tetap untuk pengukuran intensitas cahaya dan tegangan pada DSSC

Terima Kasih