perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id i SINTESIS TITANIUM DIOXIDE (TiO 2 ) ANATASE DAN FABRIKASI DYE SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC) MENGGUNAKAN ANTOSIANIN DARI EKSTRAKSI KETELA UNGU ( Ipomoea batatas L.) Disusunoleh : AJENG RIDHO KHOIRUNISA M0210007 SKRIPSI JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA April, 2014
17
Embed
SINTESIS TITANIUM DIOXIDE (TiO2 ANATASE DAN … · menggunakan antosianin dari ekstraksi ketela ungu (ipomoea batatas l.) disusunoleh : ajeng ridho khoirunisa m0210007 skripsi jurusan
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
i
SINTESIS TITANIUM DIOXIDE (TiO2) ANATASE DAN
FABRIKASI DYE SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC)
MENGGUNAKAN ANTOSIANIN DARI EKSTRAKSI KETELA
UNGU (Ipomoea batatas L.)
Disusunoleh :
AJENG RIDHO KHOIRUNISA
M0210007
SKRIPSI
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
April, 2014
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.idii
HALAMAN PENGESAHAN
Skripsi dengan judul :
Sintesis Titanium Dioxide (TiO2) Anatase dan Fabrikasi Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) Menggunakan Antosianin dari Ekstraksi Ketela Ungu (Ipomoea batatas L.)
Yang ditulis oleh:
Nama : Ajeng Ridho Khoirunisa
NIM : M0210007
Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh penguji pada
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan AlamUniversitas Sebelas Maret
Ahmad Marzuki, S.Si, Ph.DNIP. 19680508 199702 1 001
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
iii
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual Skripsi saya yang
Sintesis Titanium Dioxide (TiO2) Anatase dan Fabrikasi Dye Sensitized
Solar Cell (DSSC) Menggunakan Antosianin dari Ekstraksi Ketela Ungu
(Ipomoea batatas L.)
ini isi Skripsi tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh orang
lain atau materi yang telah diajukan untuk mendapatkan gelar kesrjanaan di
Universitas Sebelas maret atau di Perguruan Tinggi lainnya kecuali telah
dituliskan di daftar pustaka Skripsi ini dan segala bentuk bantuan dari semua
pihak telah ditulis di bagian ucapan terimakasih. Isi Skripsi ini boleh dirujuk atau
diphotocopy secara bebas tanpa harus memberitahu penulis.
Surakarta, 6 Maret 2014
AJENG RIDHO KHOIRUNISA
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
iv
MOTTO
Katakanlah,semua urusan. Dia tidak melahirkan dan tidak dilahirkan. Dan tidak ada satupun
yang setara dengan-Nya
(QS.Al-Iklhas :1-4)
ang Engkau jadikan mudah. Sedangkan yang sulit bisa Engkau jadikan mudah, apabila Engkau
(HR. Ibnu Hibban)
Lebih baik menutup mulut dan disangka seorang yang bodoh daripada membuka mulut dan membuktikan itu benar
(Abraham Lincoln)
Apakah Anda mencintai kehidupan? Janganlah menyia-nyiakan waktu, sebab itulah bahan pembentuk kehidupan
(Benjamin Franklin)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
v
PERSEMBAHAN
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
vi
Sintesis Titanium Dioxide (TiO2) Anatase dan Fabrikasi Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) Menggunakan Antosianin dari Ekstraksi
Ketela Ungu (Ipomoea batatas L.)
AJENG RIDHO KHOIRUNISAJurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,
Universitas Sebelas Maret
ABSTRAK
Sintesis Titanium Dioxide (TiO2) anatase dan fabrikasi Dye Sensitized Solar Cell(DSSC) menggunakan pewarna alami berbasis antosianin dari ketela ungu (Ipomoea batatas L.) sebagai fotosensitizer telah dilakukan. Sintesa larutan TiO2 dikontrol pada pH 3 dan divariasi suhu kalsinasi sebesar 500oC, 550oC dan 600oC. Dari ketiga variasi diperoleh fase TiO2anatase dengan kualitas dan kuantitas berbeda. Berdasarkan analisa pola difraksi dan luasan permukaan, semakin tinggi suhu kalsinasi maka intensitas dan ukuran butir kristal semakin besarsedangkan luasan permukaan dan pori-pori semakin kecil. Sel surya dibentuk dengan struktur sandwich dan mengapitelektrolit polimer yang mengandung kopel redoks I-/I3-. Lapisan pertama berupa lapisan TiO2anatase sebagai elektroda kerja pada substrat kaca TCO (Transparant Conducting Oxide) disensitasi dengan dyeantosianin ketela ungu dan elektroda lawan berupa lapisan karbon. Seldirendam pada dye yang memiliki sifat optik dan kelistrikan terbaik pada pH 1 selama 24 jam. Sel-sel ini diuji menggunakan I-V Keithley dengan intensitas 1009W/m2,efisiensi masing-masing sel dengan variasi suhu kalsinasi sebesar 0,0095%, 0,016%, 0,014% . Sedangkan dengan intensitas spenyinaran 2006W/m2
menghasilkan efisiensi sebesar 0,013% 0,023% 0,018%. Sehingga diperoleh suhu kalsinasi optimal untuk sintesis TiO2anatase sebagai semikonduktor DSSC sebesar 550oC dengan dye ekstraksi ketela ungu.
Synthesis of Titanium Dioxide (TiO2) Anatase and Fabrication Dye Sensitized
Solar Cell (DSSC) UsingAnthocyanin from Extraction of
Purple Sweet Potato (Ipomoea batatas L.)
AJENG RIDHO KHOIRUNISA
Physic Departement, Faculty of Mathematics and Natural Sciences,Sebelas Maret University
ABSTRACT
Synthesis of Titanium Dioxide (TiO2) anatase and fabrication Dye sensitized Solar Cell (DSSC) using anthocyanin based natural dye from purple sweet potato (Ipomoea batatas L.) as a photosensitizer has been done. Synthesis of TiO2 solution was conducted at pH 3 and the calcination temperature was varied of 500oC , 550oC and 600oC . All the TiO2 powders have an anatasephase. Based on the analysis of the X-ray Diffraction patterns and surface area , if the higher of calcination temperature has larger the intensity of the crystal but smaller surface area and pore size. Solar cells were fabricated by sandwich which a polymer electrolyte containing a redox couple I-/I3- . The first layer was coated of anatase TiO2 layer as the working electrode on a glass substrate TCO (Transparent Conducting Oxide) sensitization with anthocyanin dye purple sweet potato and the counter electrode in the form of a layer of carbon . The DSSC was fabricated by soaking in the dye with pH 1 for 24 hours has the best electrical and optical properties. These cells were tested using a Keithley IV 1009 W/m2
intensity, the efficiency of each cell at a calcination temperature of 500oC, 550oCand 600oC was 0.0095 % , 0.016 % , and 0.014 % respectively. While the intensity of irradiation 2006 W/m2 produced an efficiency of 0.013 % , 0.023 % , 0.018 % respectively. The results show that the DSSC was fabricated using a TiO2 powder calcinated at a temperature of 550oC has the highest efficiency.
Tabel 4.1. 2)pada Pola Difraksi TiO2 dengan Software GSAS ....................................................... 44
Tabel 4.2. Hasil Analisis Ukuran Kristal TiO2 Menggunakan Persamaan Scherrer .. 45
Tabel 4.3. Hasil Analisis Luas Permukaan Bubuk TiO2............................................. 49
Tabel 4.4. Hasil Analisa Sifat Kelistrikan dengan Persamaan Konduktivitas ............ 52
Tabel 4.5. Efisisensi Sel Surya dengan Variasi Suhu Kalsinasi Sintesis TiO2 dan Intensitas Penyinaran .................................................................................................. 58
Tabel 1. Data Ukuran Kristal TiO2 pada Puncak Tertinggi Semua Sampel pada Bidang d101 .................................................................................................................. 66
Tabel 2. Data Jarak Antar Bidang Kristal TiO2 pada Puncak Tertinggi Semua Sampel pada Bidang d101 ............................................................................................ 67
Tabel 3. Data Nilai Konduktivitas Larutan Dye tiap Sampel dengan Variasi pH pada Kondisi Gelap..................................................................................................... 74
Tabel 4. Data Nilai Konduktivitas Larutan Dye tiap Sampel dengan Variasi pH pada Kondisi Terang ................................................................................................... 74
Tabel 5. Data Pengukuran I(Arus)-V(tegangan) Sel DSSC pada TiO2 Kalsinasi 500oC menggunakan I-VMeter Keithley ..................................................................... 75
Tabel 6. Data Pengukuran I(Arus)-V(tegangan) Sel DSSC pada TiO2 Kalsinasi 550oC menggunakan I-VMeter Keithley ..................................................................... 76
Tabel 7. Data Pengukuran I(Arus)-V(tegangan) Sel DSSC pada TiO2 Kalsinasi 600oC menggunakan I-VMeter Keithley ..................................................................... 79
Tabel 8. Data Fill Factor pada Sel Surya menggunakan Keithley.............................. 81
Tabel 9. Data Pengukuran I(Arus)-V(tegangan) Sel DSSC pada TiO2 Kalsinasi 550oC menggunakan I-VMeter Keithley Penyinaran 1006W/m2 dengan (penyimpanan Sel selama 7 Hari) ............................................................................... 83
Tabel 10.Data Perhitungan I(Arus)-V(tegangan) Sel DSSC pada TiO2 Kalsinasi 550oC menggunakan I-VMeter Keithley Penyinaran 1006W/m2 dengan (penyimpanan Sel selama 7 Hari) ............................................................................... 84
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xiv
DAFTAR GAMBAR
Halama
Gambar 2.1. Skema Cara Kerja Sel Surya Silikon ..................................................... ..8
Gambar 2.2. Susunan Satu Sel DSSC dengan Struktur Sandwich............................. .10
Gambar. 2.3. Prinsip Kerja DSSC ............................................................................. .11
Gambar 2.4. Kurva Karakteristik untuk Menentukan Fill Factor Sel Surya............. .12
Gambar 2.5. Karakteristik I-V pada Sel Surya .......................................................... .13
Gambar 2.6. Material Penyusun DSSC....................................................................... 14
Gambar 2.7. (a) Struktur Kristal TiO2rutile................................................................ 15
(b) Struktur Kristal TiO2 anatase ................................................................................ 15
(c) Struktur Kristal TiO2 brookite .............................................................................. .15
Gambar 2.8.Perbandingan Level Energi dari Beberapa Semikonduktor .................... 16
Gambar 2.9. Struktur Molekul Antocyanin................................................................. 17
Gambar 2.10. Ubi Jalar Ungu ..................................................................................... 18
Gambar 2.11. Skema DifraksiSinar-X (XRD) ............................................................ 22
Gambar 2.12.Kurva Pengukuran Luas Permukaan Material menggunakan Metode BET ............................................................................................................................. 24
Gambar 2.13. Skema Hukum Lambert-Beer .............................................................. 25
Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian ......................................................................... 31
Gambar 3.2. Pengontrolan pH Larutan Sintesis TiO2 pada Metode sol-gel dengan menggunkan pH-Meter ............................................................................................... 32
Gambar 3.3. Proses aging dengan menggunkan Hot-Plate ........................................ 32
Gambar 3.4. Alir Pembuatan Bubuk TiO2 .................................................................. 33
Gambar 3.5.Pembuatan Pasta TiO2............................................................................. 34
Gambar 3.6. Penggunaan Ultrasonic Cleaner ............................................................ 34
Gambar 3.7. Ilustrasi Skema Area Deposisi Lapisan TiO2......................................... 35
Gambar 3.8.................................................................................................................. 36
(a) Proses Pengadukan Bahan Ekstraksi dye Ketela Ungu ......................................... 36
(b) ProsesPenyaringan Bahan Ekstraksi dye Ketela Ungu......................................... 36
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.idxv
(c) Hasil Ekstraksi dye Ketela Ungu........................................................................... 36
Gambar 3.9. Ilustrasi Skema Area Deposisi Lapisan Karbon.................... ...37
Gambar 3.10. Fabrikasi DSSC..................................................................
Gambar 3.11. Spektrofotometer UV-Visible Lamda 25 ........................................
Gambar 3.12. Pengujian Elkahfi I-Vmeter Kondisi Terang ..................................
Gambar 3.13. Pengujian Karakteristik Bubuk TiO2 menggunkan X-Ray Diffraction (XRD)...............................................................................................
Gambar 3.14.Surface Area Analyzer (SAA)............................................................... 40
Gambar 3.15. Seperangkat Keithley............................................................................ 41
Gambar 4.1. Karakterisasi XRD pada Pola Difraksi Bubuk TiO2 (A1, A2 dan A3)...43
Gambar 4.2. Bubuk TiO2 sampel A1, A2 dan A3..................................................... ..46
Gambar 4.3. Grafik Absorbsi-Disorbsi pada Analisa SAA (A1, A2 dan A3) ...
Gambar 4.4.Ekstraksi dye Variasi pH larutan............................................................. 49
Gambar 4.5. Spektrum Absorbansi dye Ketela Ungu dengan Variasi pH .50
Gambar 4.6. Grafik Hubungan Tegangan dan Arus pada Larutan dye Variasi .51
(a) Kondisi Gelap (b) Kondisi Terang ..................................................................... ..52
Gambar 4.7.Proses Perendaman dye selama 24 jam ................................................. ..53
Gambar 4.8.Pengujian dengan Alat I-Vmeter Keithley .................................. 4
Gambar 4.9.Pengujian Sel Surya Penyinaran 1009W/m2 ........................................... 55
(a) Kurva I-V dengan Sampel A1 direndam dye pH-1 .................................. 55
(b) Kurva I-V dengan Sampel A2 direndam dye pH-1 .................................. 55
(c) Kurva I-V dengan Sampel A3 direndam dye pH-1 .................................. 56
Gambar 4.10. Kurva Perbandingan Intensitas Penyinaran pada Sel Surya ................ 57
Lampiran 2. Data dan Perhitungan Ukuran Kristal TiO2 pada Puncak Tertinggi pada Bidang d101 dengan Persamaan Schereer ........................................................... 67
Lampiran 3. Data dan Perhitungan Jarak Antar Bidang Kristal TiO2 pada Puncak Tertinggi pada Bidang d101 dengan Persamaan Bragg ............................................... 68
Lampiran 4. Gambar Grafik Pola Dfraksi Kristal TiO2 pada Software GSAS ........... 69
Lampiran 5.Data Good of Fitting PolaDfraksi Kristal TiO2 pada Software GSAS.... 70
Lampiran 6.DataParameter Kisi Pola Dfraksi Kristal TiO2 padaSoftware GSAS............... 71
Lampiran 7. Kurva dan Data Luas Permukaan TiO2 berdasarkan Metode BET pada Pengujian SAA ................................................................................................... 72
Lampiran 8. Data Nilai Konduktivitas Larutan dye Variasi pH Larutan Kondisi Gelap dan Terang........................................................................................................ 75
Lampiran 9. Data Pengukuran I(Arus)-V(tegangan) Sel DSSC pada TiO2 Variasi Suhu Kalsinasi menggunakan I-VMeter Keithley ...................................................... 76
Lampiran 10. Data Fill Factor pada Sel Surya menggunakan Keithley ..................... 81
Lampiran 11.Grafik I-V Sel Surya pada Penyinaran 2006W/m2................................ 82
Lampiran 12.Data Perhitungan I(Arus)-V(tegangan) Sel DSSC Suhu Kalsinasi 550oC penyinaran 1006W/m2(setelah 7 hari).............................................................. 83