Meningkatkan Efesiensi Dye Sensitizied Solar Cell (DSSC) Menggunakan Au-Silika Gel dengan Variasi pH

Ditulis Oleh Mulyana Surya Ningsih

Seiring perkembangan zaman teknologi juga semakin berkembang pesat mengakibatkan energi listrik sangat dibutuhkan oleh masyarakat. Energi listrik tidak bisa lepas dari kehidupan manusia, karena salah satu pendukung utama teknologi adalah energi listrik. Untuk menghasilkan energi listrik, berbagai cara tela dilakukan oleh peneliti salah satunya yaitu Sel Surya.

Saat ini, sel surya terbagi menjadi tiga generasi. Generasi pertama adalah sel surya berbasis silikon, generasi kedua sel surya berbasis material lapisan tipis, dan generasi ketiga adalah sel surya organik. Sel surya genervsi pertama dan kedua menggunakan efek fotovoltaik yang artinya proses produksi energi listrik bertumpu pada material semikonduktor yang digunakan. Sedangkan sel surya generasi ketiga menggunakan efek fotoelektrokimia. Perbedaannya adalah penggunaan elektrolit pada sel surya generasi ketiga. Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) merupakan pelopor dari sel surya generasi ketiga yang ditemukan oleh M. Gratzel di EPFL^[1]. Sel surya yang akan saya bahas lebih lanjut pada artikel ini adalah DSSC berdasarkan penelitian yang telah dilakukan peneliti.

Berbagai penelitian telah dilakukan oleh peneliti-peneliti dengan cara mengganti bahan Dye yang merupakan salah satu bahan utama dalam pembuatan DSSC. Beberapa jenis Dye yang pernah digunakan peneliti yaitu daun pandan, akar kunyit, dan biji beras^[2]; dan ekstrak klorofil nannochloropsi^[3]. Namun, penelitian masih terus berlajut untuk mencari bahan yang bisa menghasilkan Dye yang memiliki efesiensi tinggi.

Sintesis dan Karakterisasi Au-SiO₂ Menggunakan Silika Gel dengan Variasi pH.

TiO₂ banyak digunakan sebagai fotoanoda untuk Dye Sensitized Solar Cell (DSSC), tetapi masih memiliki performansi yang terbatas akibat transfer elektron antarmuka yang buruk dan keterbatvsan sifat optik. Berbagai penelitian telah dilakukan sebelumnya sebagai usaha untuk meningkatkan performansi DSSC, diantaranya menggunakan emas (Au) dan silika sebagai material tambahan untuk fotoanoda TiO₂. Nanopartikel emas memiliki kemampuan penyerapan cahaya tampak yang lebih baik, karena adanya resonansi plasma permukaan. Silika berfungsi sebagai material penghambur yang efisien untuk meningkatkan permanen cahaya karena memiliki perbedaan indeks bivs yang lebih besar dari media sekitar. Penggunaan silika dapat meningkatkan efisiensi DSSC, karena silika berfungsi sebagai material penghamburan dan mencegahh rekombinasi^[4]. DSSC dengan perbedaan jumlah Au-SiO₂ core-shell meningkatkan intensitas penyerapan cahaya pada fotoanoda. Pada penelitian ini menyajikan sintesis dan karaktesisasi Au-SiO₂ menggunakan silicagel dengan variasi pH.

Material dan Metode

Material yang digunakan pada penelitian ini terdiri dari silica gel, Titanium (III) chloride (TiCl₃,15%), ammonium (NH₃, 25%), etanol (absolute EtOH, Merck), DI-Water (Sigma-Aldrich), hydrochloric acid (HCl, 37%), sodium hydroxide (NaOH 28%, Merck), aquadest, ethanol, (3-Aminoprophyl) trimethoxysilane (APTMS, 97%, Sigma Aldrich), HAuCl₄.₃H₂O (49%, Sigma Aldrich) dan trisodium citrate (MerCK).  Larutan emas disiapkan dengan metode Turkevich. Larutan HAuCl4.3H2O didalam air dipanaskan sampai mendidih, kemudian ditambahkan larutan sodium-citrate dan diaduk. Larutan tetap dipanaskan hingga larutan berubah warna menjadi merah keunguan dan tetap diaduk hingga mencapai suhu ruang. SiO₂ disiapkan menggunakan silica gel. Larutan silica gel dihasilkan dengan cara mencampurkan silica gel yang sudah dihaluskan hingga diameter 44 µm (325 mesh) sebanyak 0,5 g dengan 39,5 mL etanol, 2 mL larutan ammonium  dan 0,7 mL aquadest^[4].

Nanopartikel emas dengan silica gel disintesis dengan memodifikasi metode yang sebelumnya. Sebanyak 0,4 mL larutan (3-Aminoprophyl) trimethoxysilane (1 mM) dicampurkan dengan 30 mL larutan Au kemudian ditambahkan dengan larutan silica gel, pH akhir pencampuran ini adalah 10. Larutan tersebut kemudian dititrasi menggunakan HCl [2M] hingga pH 2, pH 4, pH 6, dan pH 7 dan dihasilkan endapan putih. Kemudian larutan didiamkan selama 24 jam dan disaring, serta dicuci beberapa kali dengan aquadest untuk menghilangkan kandungan asam, alkali dan garam. Selanjutnya didkeringkan selama 24 jam pada suhu 80°C. Struktur kristal serbuk ditentukan oleh X-Ray Diffraction (XRD) menggunakan Phillips X’pert MPD (40 kV, 30 mA) dengan radiasi Cu Kα (λ = 0,154 nm). Pola difraksi diperoleh untuk sudut 15o hingga 100o (2ϴ). Morfologi diobservasi dengan Scanning Electron Microscope (SEM) Hitachi SU 3500. Spektrum FT-IR menggunakan Thermo Scientific Nicolet iS10. Sifat optic diukur menggunakan UV-Vis Absorption Spectroscopy, UV-Vis Lambda 750.

Hasil Penelitian

Gambar 1. Hasil XRD dan SEM Au-silika gel yang disintesis dengan variasi pH^[4].

Au-SiO₂ menggunakan silika gel yang disintesis dengan variasi pH telah berhasil disintesis. Hasil XRD menunjukkan bahwa semakin rendah pH titrasi maka semakin cepat proses pengintian dan kecepatan pertumbuhan nanopartikel Au. Sampel terbaik adalah Au-SiO₂ menggunakan silika gel dengan pH titrasi 7, karena memiliki parameter fotovoltaik tertinggi. Celah energi Au-SiO₂ menggunakan silika gel dengan variasi pH sekitar 2,5 eV hingga 3,2 eV. Berdasarkan hasil pengukuran J-V, Au-silika gel yang disintesis pada pH 7 memiliki peningkatan efisiensi tertinggi^[4].

Referensi

[1]   https://warstek.com/2018/01/08/psc/

[2]   Dahlan, D., Leng, T, S., Aziz, H., Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) dengan Sensitier Dye Alami Daun Pandan, Akar Kunyit dan Biji Beras Merah (Black Rice), Jurnal Ilmu Fisika, Vol. 8, No. 1.

[3]   Ardianto, R., Nugroho, W, A., Sutan, S, M., Uji Kinerja Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) Menggunakan Lapisan Capacitive Touchscreen Sebagai Substrat dan Ekstrak Klorofil Nannochloropsis Sp. Sebagai Dye Sensitizer dengan Variasi Ketebalan Pasta TiO₂, Jurnal Keteknikan Pertanian Tropis dan Biosistem, Vol. 3, No. 3, hal. 325-337.

[4]   Paramudita, I., Risanti, D, D., Sintesis dan Karakterisasi Au-SiO₂ Menggunakan Silica Gel dengan Variasi pH, Jurnal Sains Materi Indonesia, Vol. 19, No. 4, hal. 174-178.