SINTESA TITANIUM DIOXIDE 2) UNTUK DYE-SENSITIZED …/Sintesa...Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “Sintesa ... Allah adalah tempat Satupun yang setara dengan-Nya

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


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:


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


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)


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


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


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


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.


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)”


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


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


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


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


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


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

Documents

SINTESA TITANIUM DIOXIDE 2) UNTUK DYE-SENSITIZED …/Sintesa...Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “Sintesa ... Allah adalah tempat Satupun yang setara dengan-Nya