10

BAB IPENDAHULUAN

Latar BelakangTingkat konsumsi energi di seluruh dunia saat ini diprediksikan akan meningkat sebesar 70% antara tahun 2000 sampai 2030. Cadangan sumber energi yang berasal dari fosil diseluruh dunia diperkirakan hanya sampai 40 tahun untuk minyak bumi. Sumber energi yang berasal dari fosil saat ini menyumbang 87,7%, tenaga air, tenaga angin, geothermal, biomassa, sumber energi matahari menyumbang 12,3% (Quan, 2006). Salah satu dampak yang ditimbulkan jika menggunakan bahan bakar fosil adalah global warming.Upaya pencarian sumber energi terbarukan sebaiknya memenuhi syarat yaitu biaya ekonomis dan tidak berdampak negatif terhadap lingkungan. Oleh karena itu pencarian tersebut diarahkan pada pemanfaatan energi matahari baik secara langsung maupun tidak langsung dengan menggunakan sel surya yang dapat merubah energi matahari menjadi energi listrik. Energi listrik yang dihasilkan oleh sel surya tanpa adanya hasil samping berupa gas gas berbahaya dan sampah sampah nuklir (Cahen, 2004). Indonesia merupakan negara tropis dimana daerahnya dilalui oleh garis katulistiwa sehingga memiliki potensi menerima panas matahari yang lebih banyak daripada negara lain. Berdasarkan data penyinaran matahari yang dihimpun dari 18 lokasi di Indonesia, radiasi surya di Indonesia dapat diklasifikasikan berturut-turut sebagai berikut: untuk kawasan barat dan timur Indonesia dengan distribusi penyinaran di Kawasan Barat Indonesia (KBI) sekitar 4,5 kWh/m2/hari dengan variasi bulanan sekitar 10%; dan di Kawasan Timur Indonesia (KTI) sekitar 5,1 kWh/m2/hari dengan variasi bulanan sekitar 9%. Dengan demikian, potensi penyinaran rata-rata Indonesia sekitar 4,8 kWh/m2/hari dengan variasi bulanan sekitar 9%.Sel surya berbasis silikon merupakan jenis sel surya yang banyak digunakan saat ini. Walaupun sel surya sekarang didominasi oleh bahan silikon, masalah mahalnya biaya produksi dan proses fabrikasinya yang tidak sederhana menjadi suatu kendala (Septina, dkk, 2007). Di samping itu, sel surya konvensional jenis silikon mengalami keterbatasan dalam bahan baku silikon.Pada hasil penelitian dikatakan bahwa bahan organik yang mengandung flavonoid dapat dijadikan sebagai sensitizer. Kulit manggis merupakan bahan organik yang dahulu hanya dibuang saja ternyata mengandung beberapa senyawa dengan aktivitas farmakologi, salah satunya senyawa fenolik. (Nugroho, 2005).Bahan silika persediaannya mulai menipis, selain itu pembuatan solar cell berbahan baku silika membutuhkan silika yang murni serta ruangan steril yang sangat mahal dalam proses produksinya. Maka digunakan nano TiO2 dengan sensitasi kulit manggis sebagai sel surya organik.Perumusan MasalahDari latar belakang di atas, perlu adanya sebuah terobosan baru mengenai sumber energi baru yang mudah dijangkau dan efektif dalam penggunaannya. Oleh karena itu nano TiO2 sebagai bahan sel surya perlu di efektifkan dengan pengguanan sensitizer dari limbah buah manggis dan gridding pada solar cell.Tujuan PenulisanMenghasilkan sebuah gagasan solar cell berbasis nanoTiO2 tersensitasi limbah kulit buah manggis dan griding pada solar cell sebagai sumber energi baru yang efektif dan ramah lingkungan.Manfaat Penulisan1. Mengembangkan solar cell berbasis nanoTiO2 tersensitasi limbah kulit buah manggis dan gridding pada solar cell sebagai sumber energi baru yang efektif dan ramah lingkungan.2. Mengurangi penggunaan bahan bakar fosil yang menghasilkan gas buang yang mengakibatkan global warming.3. Dijadikan bahan pertimbangan penggunaan dan produksi solar cell berbasis nanoTiO2 tersensitasi limbah kulit buah manggis dan griding pada solar cellsebagai sumber energi baru yang ramah lingkungan.

BAB IITELAAH PUSTAKA

Sel Surya Pada dasarnya solar sel terdiri dari p-n junction, prinsip kerja solar sel yaitu foton dengan energy tertentu mengenai permukaan divais solar sel, jika energy foton lebih besar dari energy band gap bahan solar sel, maka energy foton tersebut akan mengeksitasi elektron sehingga dihasilkan pasangan elektron hole. Jika nergi foton diperbesar, maka akan dihasilkan banyak pasangan elektron hole, sehingga akan terjadi pengumpulan muatan sejenis yang apabila divais dihubungkan dengan beban akan mengalir arus listrik.

Gambar 2.1 Ilustrasi cara kerja sel surya dengan prinsip p-n junctionDSSC (Dye Sensitized Solar Cell)Saat ini telah dikembangkan sel surya generasi baru yang dikenal dengan sel surya tersensitasi zat pewarna (Dye Sensitized Solar Cell, DSSC). Divais ini menggunakan prinsip elektrokimia sederhana yang meniru efek fotosintesis daun hijau, yaitu proses penangkapan energi foton pada skala molekuler untuk selanjutnya dikonversi menjadi energi listrik.Keberadaan lapisan oksida semikonduktor memainkan peranan yang sangat penting sebagai jantung dari sebuah sistem DSSC untuk mengkonversi energi cahaya menjadi energi listrik. Lapisan semikonduktor oksida yang paling sering digunakan dalam struktur DSSC adalah titanium dioksida (TiO2), karena material ini memiliki pita celah energi yang besar (>3,00 eV) sehingga mampu menyerap energi foton pada sebagian besar spektrum cahaya matahari. Selain itu material-material lain yang juga dapat digunakan untuk lapisan oksida DSSC antara lain ZnO, CdSe, CdS, WO3, Fe2O3, SnO2, Nb2O5, dan Ta2O5.Penggunaan nanopartikel TiO2 sebagai lapisan oksida DSSC dapat diharapkan meningkatkan mekanisme injeksi elektron tereksitasi dari zat pewarna untuk memanen (harvesting) foton dari cahaya matahari. (Yuwono, dkk. 2011) Mekanisme Transfer Elektron pada DSSCDSSC tersusun atas sepasang elektroda dan counter elektroda. Elektroda terbuat dari substrat kaca konduktif, yang telah dilapisi Transparent Conductive Oxide (TCO), umumnya digunakan SnO2. Pada elektroda dilapisi oleh layer oksida nanopartikel yang dilapisi oleh molekul zat pewarna (dye) sensitasi. Molekul dye berfungsi sebagai penangkap foton cahaya, sedangkan nanopartikel semikonduktor berfungsi menyerap dan meneruskan foton menjadi elektron. Pada counter elektroda diberi katalis, umumnya carbon atau platinum, berfungsi untuk mempercepat kinetika reaksi proses reduksi triiodide pada TCO. Selain itu DSSC juga menggunakan media elektrolit sebagai medium transport muatan. Elektrolit yang umum digunakan pada DSSC terdiri dari iodine (I-) dan triiodide (I3-) sebagai pasangan redoks dalam pelarut. DSSC merupakan salah satu jenis dari exitonic solar cell, dimana ketika layer oksida menangkap energi foton cahaya maka akan menghasilkan exciton yang merupakan ikatan kuat dari pasangan elektron-hole. Tahapan konversi cahaya menjadi energi listrik di dalam DSSC.Pertama kali, sensitizer menyerap photon dan electron ground state menuju level energi (tereksitasi) yang lebih tinggi dengan mengikuti reaksi : S + e S*. Selanjutnya terjadi penginjeksian elektron yang tereksitasi ke conduction band semikonduktor terjadi dalam waktu femtosecond. Pada tahap ini molekul dye teroksidasi menjadi S+. Kemudian, elektron bergerak melalui poros TiO2 layer ke daerah konduktif dan mencapai counter electrode. Akibat adanya katalis pada elektroda lawan, elektron kemudian ditransfer dari elektrolit triiodida ke yield dari iodida membentuk elektron hole (I3-). Iodida akan mereduksi S+ ke bentuk awal S berdasarkan reaksi: 2S+ + 3e- I3- + 2So .BAB IIIMETODE PENULISAN

Metode penulisan yang digunakan ialah dengan metode penelusuran pustaka terhadap berbagai jurnal, buku maupun artikel yang berkaitan dengan topik yang dipilih. Selanjutnya dilakukan perbandingan terhadap berbagai informasi yang ada. Kemudian informasi yang paling tepat diolah untuk memecahkan permasalahan. Pada akhirnya penjelasan-penjelasan yang ditampilkan merupakan dasar untuk menarik suatu kesimpulan.

Informasi tentang krisis energiInformasi tentang kandungan flavonoid pada kulit manggis dan pewarna(sensitizer)Informasi tentang solar sel berbasis TiO2Pengumpulan dataPengolahan dataPemecahan masalahPenarikan kesimpulan

Gambar 3.1 Skema Metode Penulisan

BAB IVANALISIS DAN SINTESIS

Sel Surya Tersensitasi Zat PewarnaPada DSSC, absorpsi cahaya dilakukan oleh molekul zat pewarna, sehingga jumlah zat pewarna yang diserap oleh elektroda sangat menentukan jumlah aliran foton yang terbentuk. Dalam aplikasinya elektroda dibuat dalam skala nano agar jumlah zat pewarna yang terserap semakin banyak sebagaimana diilustrasikan pada gambar dibawah ini:

Gambar 4.1 Efek luas permukaan TiO2 terhadap jumlah zat pewarna yang terserapPada aplikasi DSSC, jika ukuran suatu material semakin kecil dalam skala nanometer maka rasio antara permukaan terhadap volume (surface to volume ratio) akan semakin besar sehingga peluang interaksinya dengan lingkungan sekeliling akan semakin tinggi yang memungkinkan untuk menyerap zat pewarna dalam jumlah yang banyak (Widia, 2012).Manggis sebagai SensitizerKandungan manggis yang mendukung sensitasi TiO2 yaitu terdapat antosianin pada kulitnya. Antosianin sebagai zat warna alami telah terbukti mampu memberikan efek photovoltaic. Zat warna organik sangat kompetitif untuk dijadikan sensitizer pada sel surya karena biaya produksinya yang murah dan proses isolasinya juga lebih mudah (Anggraini, 2009). Penggunaan kulit buah mangggis sebagai sensitizer merupakan salah satu upaya pemanfaatan limbah kulit buah manggis yang tidak dapat dimakan oleh manusia.GriddingSelain sensitasi yang mampu meningkatkan penyerapan sinar matahari, perlu adanya alternatif lain untuk meningkatkan efektifitas penangkapan photon pada sel surya, dalam hal ini, perlu adanya gridding pada permukaan solar cell yang mampu memperluas daerah kontak dengan cahaya matahari.

Gambar 4.2 Penampang solar cell gridding

TiO2

Gambar 4.3 Penampang sel surya tanpa griddingDengan melakukan gridding pada permukaan yang digunakan untuk penyerapan cahaya matahari, maka luas penampang penyerapan cahaya pun semakin luas. Selain pada penampang yang tampak, celah-celah sempit juga akan melakukan penyerapan cahaya. Karena media penyerapan cahaya semakin banyak dan luas, maka elektron yang mengalir akan semakin banyak dan alirannya semakin cepat, sehingga energi yang diperoleh semakin besar.Proses gridding inilah yang kami sebut sebagai mulut buaya karena memiliki permukaaan yang bergerigi seperti pada salah satu bagian( atas atau bawah) mulut buaya. Dengan adanya gridding, maka akan semakin meningkatkan efektifitas sel surya dalam menghasilkan energi.

BAB VPENUTUP

SimpulanBerdasarkan hasil study literatur serta analisis dan sintesis yang telah dilakukan terhadap sel surya tersensitasi zat warna dari kulit buah manggis dengan penampang yang di grid dapat ditarik kesimpulan bahwa sel surya organik mulut buaya dapat di gunakan sebagai sumber energi alternatif yang efektif karena sel surya dapat menyerap photon secara maksimum dengan bantuan sensitasi dari kulit buah manggis dan permukaan yang lebih luas dengan adanya gridding, sehingga energi yang diperoleh memiliki jumlah yang lebih banyak.SaranAdapun beberapa saran yang dapat diperhatikan bagi studi lanjut mengenai sel surya tersensitasi kulit buah manggis, khususnya untuk basis nanopartikel TiO2 antara lain:1. Perlu pengujian lebih lanjut mengenai sensitasi dari kulit buah manggis dan sensitizer organik lainnya yang lebih efektif.2. Diadakannya penelitian mengenai fabrikasi dan industrialisasi sel surya organik mulut buaya agar mampu diaplikasikan secara nyata oleh masyarakat Indonesia.

DAFTAR PUSTAKA

Kumara, Maya Sukma Widya. 2012. Studi Awal Fabrikasi Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) dengan Menggunakan Ekstraksi Daun Bayam (Amaranthus Hybridus L.) Sebagai Dye Sensitizer dengan Variasi Jarak Sumber Cahaya pada DSSC. Surabaya. Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh Nopember. http://digilib.its.ac.id/public/ITS-paper-22068-1108100017-Paper.pdf (Akses tanggal 20 Mei 2013 Pukul 14.42 WIB)Kurnia, Widi. 2012. Sintesis dan Karakteristik Nanopartikel dan Nanotube TiO2 untuk Aplikasi Sel Surya Tersensitasi Zat Pewarna. Bekasi. Universitas Indonesia. http://lontar.ui.ac.id/file?file...Widia%20Kurnia%20Adi.pdf%E2%80%8E (Akses tanggal 21 Mei 2013 Pukul 14.36 WIB)Marni. 2008. Penggunaan Carbon Nanotube (3,3) Sebagai Top Contact Metal pada Solar Sel untuk Meminimalakn Shadowing Loss. http://lontar.ui.ac.id/login.jsp?requester=file?file=digital/124074-R030829.pdf%E2%80%8E (Akses tanggal 23 Mei 2013 Pukul 11.15 WIB)Mostavan, Aman. Gas Solusi Atasi Krisis Energi. http://www.starbrainindonesia.com/site/mpm/12811/gas-alam-solusi-atasi-krisis-energi (Akses tanggal 15 Mei 2013 Pukul 11.39 WIB)Yuwono, Akhmad Herman. Dkk. 2011. Sel Surya Tersensitasi Pewarna Berbasis Nano Partikel TiO2 Hasil Proses Sol-Gel dan Perlakuan Pasca-Hidrotermal. Bandung. Jurusan Fisika FMIPA Universitas Padjajaran, Vol.01, No. 03, hal 127-140. http://jmei.phys.unpad.ac.id/paper/Oktober_2011/Artikel_1.pdf (Akses tanggal 21 Mei 2013 pukul 14.00 WIB)

RINGKASAN

Krisis energi yang terjadi akibat tingkat konsumsi energi yang selalu meningkat tiap tahunnya menyebabkan adanya desakan untuk menemukan sumber energi baru. Disamping itu, penggunaan bahan bakar fosil yang merupakan sumber energi yang tidak terbarukan serta menghasilkan gas buang yang berakibat kepada global warming semakin memaksa manusia untuk menemukan sebuah alternatif baru penghasil energi yang terbarukan dan ramah lingkungan. Solar cell merupakan alternatif sumber energi baru yang memanfaatkan sinar matahari sebagai sumber energi utamanya. Seperti yang kita ketahui bahwa indonesia adalah negara yang beriklim tropis yang sebagian besar wilayahnya memilki potensi sinar matahari yang berlimpah. Akan tetapi solar cell berbahan baku silika membutuhkan biaya produksi yang sangat mahal sehingga kurang bisa di jangkau oleh masyarakat indonesia. Oleh karena itu perlu adanya sebuah terobosan baru mengenai solar cell yang murah dan efektif. Karya ilmiah ini bertujuan untuk memberikan sebuah gagasan tentang sel surya yang murah dan efektif dengan memanfaatkan limbah kulit buah manggis. Saat ini telah dikembangkan sel surya generasi baru yang dikenal dengan sel surya tersensitasi zat pewarna (Dye Sensitized Solar Cell, DSSC). Divais ini menggunakan prinsip elektrokimia sederhana yang meniru efek fotosintesis daun hijau, yaitu proses penangkapan energi foton pada skala molekuler untuk selanjutnya dikonversi menjadi energi listrik. Penggunaan nanopartikel TiO2 sebagai lapisan oksida DSSC dapat diharapkan meningkatkan mekanisme injeksi elektron tereksitasi dari zat pewarna untuk memanen (harvesting) foton dari cahaya matahari. Metode penulisan yang digunakan dalam penyusunan karya ilmiah ini adalah study literatur yang kemudian di jadikan sebgai landasan dalam mensintesis sebuah gagasan. Dari analisis dan sintesis yang telah dilakukan diperoleh sel surya organik mulut buaya. Sel surya organik adalah sel surya TiO2 yang tersensitasi oleh kulit buah manggis agar penyerapan cahaya matahari lebih maksimal, adapun yang dimaksud sebagai mulut buaya adalah penampang solar cell yang dibuat bergerigi sebagai efek dari gridding yang mampu memperluas kontak permukaan sel surya dengan cahaya matahari agar energi yang dihasilkan lebih besar meskipun dengan luas penampang yang sama. Saran dari kami adalah perlu adanya penelitian lebih lanjut tentang fabrikasi sel surya organik mulut buaya agar mampu diaplikasikan dalam industri dan memiliki manfaat yang nyata bagi masyarakat Indonesia.