Vol. 9 No. 1, April 2017, 24-27
e -ISSN: 2548 - 9828
Received March, 2017
Accepted April, 2017
Pengaruh Intensitas Cahaya terhadap Efisiensi Konversi Sel Surya Berbasis Dye-Sensitized Solar Cell (DSSC)
Muhammad Arifin 1,* , Desyana Olenka Margareta 2 dan Okky Fajar Trimaryana 2
1 Departemen Teknik Elektro, Politeknik Negeri Batam, Batam 29461 Indonesia
2 Departemen Fisika, Institut Teknologi Bandung, Bandung 40132 Indonesia
* E-mail: arifin@polibatam.ac.id

## Abstrak
Perubahan penggunaan sumber energi tak terbaharui menuju sumber energi yang terbaharui  akhir-akhir ini perlu dilakukan.  Salah satu  sumber energi terbarukan dan  melimpah di alam  adalah  sinar  matahari. Sinar  matahari ini dapat  dikonversi  menjadi  listrik  menggunakan  sel  surya. Dye  Sensitized  Solar  Cell (DSSC)  merupakan  jenis  sel surya  generasi  ketiga.  Sel  surya  ini  memberikan  efisiensi  tinggi  dan  harganya  yang  murah.  Untuk mengoptimalisasi  efisiensi  tersebut  perlu  dilakukan  variasi  intensitas  cahaya  yang  mengenai  sel  surya  DSSC. Pengujian dilakukan dengan menggunakan set alat monokromator dan I-V meter yang dijalankan dengan bantuan LabView  Software .  Hasil  pengujian  menunjukkan  bahwa  efisiensi  konversi  sel  surya  DSSC  paling  tinggi  adalah 0,85 % pada intensitas cahaya 30 mW/cm 2 untuk rentang intensitas cahaya dari 10 – 50 mW/cm 2 .
Kata kunci: Intensitas cahaya, efisiensi konversi, Dye Sensitized Solar Cell (DSSC)

## Abstract
Recently,  the  alteration  of  energy  source  from  non-renewable  to  renewable  energy  need  to  be  done.  One  of renewable energy sources is solar energy. Solar energy can be converted to electrical energy using solar cell. Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) is the third generation solar cell. This solar cell can give the high efficiency and low cost.  In  order  to  optimize  this  DSSC  efficiency  need  to  be  done  a  variation  of  light  intensity  for  DSSC.  The intensity  and  I-V  curve  measurement  was  done  using  the  monochromator  equipment  and  I-V  meter  which  were run  by  LabView  Software.  The  examination  results  show  that  the  highest  efficiency  of  DSSC  is  0.85  %  at  30 mW/cm 2 for a intensity range from 10 – 50 mW/cm 2 .
Keyword: Light intensity, efficiency, Dye Sensitized Solar Cell (DSSC)

## 1. Pendahuluan
Kebutuhan energi yang semakin meningkat merupakan  salah  satu  permasalahan  tantangan  pada abad 21 ini. Berdasarkan survei yang dilakukan bahwa masalah  terbesar  yang  akan  dihadapi  manusia  untuk 50  tahun  mendatang  adalah  energi.  Energi  di  sini menduduki  peringkat  pertama.  Sebagai  informasi bahwa cadangan sumber energi fosil di seluruh dunia terhitung sejak 2002 yaitu 40 tahun untuk minyak, 60 tahun untuk gas alam, dan 200 tahun untuk batu bara.
Menipisnya  sumber  energi  menyebabkan  terjadinya pergeseran  dari  penggunaan  sumber  energi  tak terbaharui menuju sumber energi yang terbaharui. Hal ini  menyebabkan  perlunya  pengembangan  energi listrik  tenaga  surya  yang  berbasis  kepada  efek photovoltaic dari  piranti  sel  surya  sebagai  salah  satu sumber  energi  yang  murah,  bebas  polusi,  dan  alami menjadi suatu pilihan yang tepat.
Energi  surya  merupakan  salah  satu  sumber  energi yang  sangat  melimpah  di  alam.  Selain  itu,  energi surya mempunyai kriteria tidak bersifat polutif (ramah lingkungan),  dapat  diperbaharui,  dan  mudah  didapat.
Energi  surya  ini  dapat  dikonversi  menjadi  bentuk energi  lain,  seperti  energi  kimia,  energi  panas,  dan energi listrik [1].
Cahaya  matahari  mempunyai  spektrum  sinar  mulai dari  sinar  ultraviolet  sampai near-infrared .  Intensitas radiasi  matahari  di  luar  atmosfer  bumi  disebut konstanta  surya,  yaitu  sebesar  1365  W/m 2 .  Setelah disaring  oleh  atmosfer  bumi,  beberapa  spektrum cahaya  hilang,  dan  intensitas  puncak  radiasi  menjadi sekitar  1000W/m 2 atau  100mW/cm 2 .  Nilai  ini  adalah tipikal  intensitas  radiasi  pada  keadaan  permukaan tegak lurus sinar matahari dan pada keadaan cerah [2].
Salah satu pemanfaatan energi matahari yaitu sebagai sumber  energi  untuk  sel  surya.  Sel  surya  bekerja menggunakan  energi  matahari  dengan  mengkonversi secara  langsung  radiasi  matahari  menjadi  listrik.  Sel surya  yang banyak digunakan sekarang ini adalah sel surya berbasis teknologi silikon yang merupakan hasil dari  perkembangan  pesat  teknologi  semikonduktor elektronik.  Walaupun  sel  surya  sekarang  didominasi oleh  bahan  silikon,  namun  mahalnya  biaya  produksi
silikon  membuat  biaya  konsumsinya  lebih  mahal daripada sumber energi fosil.
Selain  itu,  kekurangan  sel  surya  silikon  adalah penggunaan  bahan  kimia  berbahaya  pada  proses fabrikasinya  [2].  Tetapi,  seiring  perkembangan nanoteknologi,  dominasi  tersebut  bertahap  mulai tergantikan  dengan  hadirnya  sel  surya  (sistem fotovoltaik) generasi  terbaru.  Sistem  fotovoltaik  yang telah  diteliti  dan  paling  terkenal  adalah  sistem fotovoltaik  generasi  ketiga  yang  dikembangkan  oleh Michael  Gratzel  pada  tahun  1991  [1].  Gratzel  and O’Regan  melaporkan  hasil  penemuan  dan  hasil kerjanya  yaitu Dye  Sensitized  Solar  Cell (DSSC). Hasil  penemuannya  ini  amat  menarik  perhatian banyak  grup  riset  karena  memberikan  efisiensi  tinggi dan  harganya  yang  murah.  Efisiensi  konversi  dari DSSC yang sudah terekam sampai saat ini adalah 8,12 %,  10,10  %,  10,40  %,  dan  9,90  %  yang  telah diumumkan  pada Energy  Research  Centre  of  The Netherlands,  École  Polytechnique  Fédérale  de Lausanne,  Sharp  Corporation  and  Arakawa  group dengan  masing-masing  luas  permukaannya  1-5 cm 2 [3].  Selain  itu,  penggunaan  elektroda  TiO2 haze tinggi  menghasilkan  efisiensi  konversi  DSSC  yang paling tinggi  yaitu 11,10 % [4]. Usaha terus  menerus dilakukan  untuk  meningkatkan  untuk  meningkatkan performa  DSSC  dan  juga  kompetisi  teknologi  DSSC ini di dalam pasar dunia [5]. DSSC sendiri terdiri dari empat komponen yaitu film logam oksida semikonduktor  mesoporos, dye ,  elektrolit,  dan elektroda [6].
Dalam  penelitian  ini  dilakukan  pengujian  pengaruh intensitas  cahaya  terhadap  efisiensi  konversi  dari DSSC.  Cahaya  di  sini  yang  dipakai  bersumber  dari lampu  halogen  sebagai  pengganti  cahaya  matahari. Selain  itu,  juga  dilakukan  pengukuran  pengaruh variasi  panjang  gelombang  terhadap  kuat  arus  yang dihasilkan oleh DSSC.

## 2. Metodologi Penelitian
Set  up  alat  pegujian  dirancang  dengan  menggunakan komputer  dan  dijalankan  secara  otomatis  dengan LabView software . Dengan penyinaran lampu halogen dengan  intensitas  daya  sebesar  AM  1,5  (100 mW/cm 2 ).  Set  up  alat  pengujian  diperlihatkan  pada Gambar 1.
Set  up  alat  pengujian  pada  Gambar  1  tersusun  dari Lampu  halogen  AM  1,5  (100mV/cm)  dengan  arus yang  digunakan  8,5  A,  2  lensa  cembung  sebagai fokus,  monokromator,  I-V  meter,  dan  komputer  yang terinstal LabView  Software .  Selain  itu,  sel  surya Dye Sensitized  Solar  Cell (DSSC)  yang  diuji  adalah  sel surya  DSSC  yang  difabrikasi  di  Laboratorium Fotonik,  Departemen  Fisika,  Institut  Teknologi Bandung.
Gambar 1. Set up alat pengujian intensitas cahaya dan kurva I-V.
I-V meter dihubungkan ke anoda dan katoda sel surya DSSC.  Setelah  itu set pengujian  pada lab  view software diatur  untuk  V min =  -0.2  A  dan  V maks =  0,8 volt.  Pengukuran  intensitas  cahaya  dilakukan  dengan bantuan  pengukur  daya  dan  kemudian  di Run. Hasil pengujian  berupa  grafik  antar  arus  I  dan  tegangan  V. Efisiensi  konversi  sel  surya  DSSC  didapatkan  dari analisis kurva I-V menggunakan persamaan untuk Fill Factor dan Efisiensi Konversi seperti yang ditunjukkan pada persamaan (1) [7].
dan (1)
Di  mana  I max ,  V max ,  FF,  I sc ,  V oc ,  P max ,  P in ,  dan ղ masing-masing  adalah  arus  maksimum,  tegangan maksimum, Fill  Factor ,  arus  hubung  singkat, tegangan  dalam  kondisi  saklar  tidak  terhubung,  daya maksimum, daya input, dan efisiensi konversi. Urutan proses dalam penelitian ini dapat dilihat pada diagram blok yang ditunjukkan oleh Gambar 2.
Gambar 2. Diagram blok urutan proses dalam penelitian.

## 3. Hasil dan Pembahasan
Sifat  fotovoltaik  pada  sel  surya Dye  Sensitized  Solar Cell (DSSC) yang diukur ditunjukkan pada Gambar 2. Pada  kurva  I-V  dapat  dilihat  bahwa  semakin  besar tegangan  maka  kuat  arus  juga  bertambah,  tetapi bertambahnya arus tidak linier melainkan melengkung.
Gambar 3. Kurva I-V dari sel surya DSSC saat disinari dengan intensitas 10 mW/cm 2 .
Hasil  analisis  kurva  I-V  pada  Gambar  3  diperoleh nilai  I sc (kuat  arus  saat short  current )  sebesar  9,67  x 10 -5 A  dan  V oc (tegangan  saat open  current )  sebesar 0,56  Volt.  Selain  itu,  juga  didapatkan  nilai fill  factor ( FF )  dan  efisiensi  konversi  ( η )  dari  sel  surya  DSSC yang  besarnya  masing-masing  adalah  61,77  %  dan 0,43 %.
Gambar 4. Kurva I-V dari sel surya DSSC saat disinari dengan intensitas 20 mW/cm 2 .
Hasil  analisis  kurva  I-V  pada  Gambar  4  diperoleh nilai I sc (kuat arus saat short current ) sebesar 12,91 x 10 -5 A  dan  V oc (tegangan  saat open  current )  sebesar 0,56  Volt.  Selain  itu,  juga  didapatkan  nilai fill  factor ( FF )  dan  efisiensi  konversi  ( η )  dari  sel  surya  DSSC yang  besarnya  masing-masing  adalah  64,04  %  dan 0,30 %.
Gambar 5. Kurva I-V dari sel surya DSSC saat disinari dengan intensitas 30 mW/cm 2 .
Hasil  analisis  kurva  I-V  pada  Gambar  5  diperoleh nilai I sc (kuat arus saat short current ) sebesar 59,94 x 10 -5 A  dan  V oc (tegangan  saat open  current )  sebesar 0,60  Volt.  Selain  itu,  juga  didapatkan  nilai fill  factor ( FF )  dan  efisiensi  konversi  ( η )  dari  sel  surya  DSSC yang  besarnya  masing-masing  adalah  55,35  %  dan 0,85 %.
Gambar 6. Kurva I-V dari sel surya DSSC saat disinari dengan intensitas 40 mW/cm 2 .
Hasil  analisis  kurva  I-V  pada  Gambar  6  diperoleh nilai I sc (kuat arus saat short current ) sebesar 48,68 x 10 -5 A  dan  V oc (tegangan  saat open  current )  sebesar 0,59  Volt.  Selain  itu,  juga  didapatkan  nilai fill  factor
( FF )  dan  efisiensi  konversi  ( η )  dari  sel  surya  DSSC yang  besarnya  masing-masing  adalah  57,83  %  dan 0,53 %.
Gambar 7. Kurva I-V dari sel surya DSSC saat disinari dengan intensitas 40 mW/cm 2 .
Hasil  analisis  kurva  I-V  pada  Gambar  7  diperoleh nilai I sc (kuat arus saat short current ) sebesar 46,72 x 10 -5 A  dan  V oc (tegangan  saat open  current )  sebesar 0,61  Volt.  Selain  itu,  juga  didapatkan  nilai fill  factor ( FF )  dan  efisiensi  konversi  ( η )  dari  sel  surya  DSSC yang  besarnya  masing-masing  adalah  44,23  %  dan 0,32 %.
Tabel 1. Hasil Pengukuran Parameter Fotovoltaik dari Sel Surya DSSC dengan Berbagai Intensitas.
Intensitas Cahaya (mW/cm 2 ) V oc (volt) I sc
(x 10 -5 A) FF (%) η (%) 10 0,56 9,67 61,77 0,43 20 0,56 12,91 64,04 0,30
30 0,60 59,94 55,35 0,85 40 0,59 48,68 57,83 0,53 50 0,61 46,72 44,23 0,32
Dari  Tabel  1.  di  atas  diketahui  bahwa  perubahan intensitas  cahaya  yang  mengenai  sel  surya  DSSC mempengaruhi parameter fotovoltaik dari DSSC. Dari Tabel 1. di atas diketahui bahwa dengan bertambahnya  nilai  intensitas  maka  juga  terjadi perubahan  pada  efisiensi  konversi  DSSC,  tetapi perubahan tidak linier naik, tetapi acak. Dari hasil ini didapatkan efisiensi konversi sel surya DSSC tertinggi yaitu  pada  intensitas  sinar  30  mW/cm 2 dengan efisiensi  konversi  sebesar  0,85  %  seperti  yang ditunjukkan pada Gambar 8.
Gambar 8. Hubungan intensitas cahaya dan efisiensi konversi sel surya DSSC.

## 4. Kesimpulan
Dari  hasil  dan  pembahasan  dapat  disimpulkan  bahwa perubahan  intensitas  cahaya  yang  mengenai  sel  surya DSSC  mempengaruhi  nilai  efisiensi  konversi  dari  sel surya DSSC. Efisiensi konversi sel surya DSSC yang dihasilkan  dengan  nilai  paling  kecil  adalah  0,30  % pada  intensitas  cahaya  20  mW/cm 2 dan  nilai  paling besar adalah 0,85 % pada intensitas 30 mW/cm 2 . Pada rentang  intensitas  sinar  10  sampai  50  mW/cm 2 didapatkan  efisiensi  optimal  yaitu  0,85%  pada intensitas 30 mW/cm 2 .

## Ucapan Terima Kasih
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada  Dr. Rahmat  Hidayat,  dosen  Fisika  Institut  Teknologi Bandung  yang  telah  mendampingi  dan  mengarahkan saat  penelitian  dilakukan.  Selain  itu,  penulis  juga mengucapkan  terima  kasih  kepada  Laboratorium Fotonik,  Departemen  Fisika,  Institut  Teknologi Bandung  yang  telah  mendukung  dan  meminjamkan alat pengujian.

## Referensi
[1] Nasukhah  AT,  Prajitno  G. Fabrikasi  dan Karakterisasi  Dye  Sensitized  Solar  Cell  (DSSC) dengan  Menggunakan  Ektraksi  Daging  Buah Naga  Merah  (Hylocereus  Polyrhizus)  Sebagai Dye  Sensitizer .  2012.  Jurnal  Sains  dan  Seni Pomits Vol. 1, No. 1, 1-6.
[2] Septina W, Fajarisandi D, Aditia M. Pembuatan Prototipe  Solar  Cell  Murah  dengan  Bahan Organik  Inorganik  (Dye-sensitized  Solar  Cell) . 2007.  Laporan  Akhir  Penelitian  Bidang  Energi Penghargaan PT. Rekayasa Industri.
[3] Kong F, Dai S, Wang K. Review article: review of recent
progress in  dye-sensitized  solar  cells .  2007.  Advances  in Opto Electronics. 1–13. [4] Chiba  Y,  Islam  A,  Watanabe  Y,  Komiya  R, Koide N, Han  L. Dye-sensitized solar cells  with conversion  efficiency  of  11.1%. 2006.  Japanese Journal of Applied Physics 45: L638–40.
[5] Narayan  M  R. Dye  sensitized  solar  cells  based on  natural  photosensitizers. 2012.  Renewable and Sustainable Energy Reviews 16. 208-2015.
[6] Chen  X,  Jia  C,  Wan  Z,  Yao  X. Organic  dyes with  imidazole  derivatives  as  auxiliary  donors for  dye-sensitized  solar  cells:  Experimental  and theoretical  investigation. 2014.  Dyes  and Pigments 104. 48-56.
[7] Making  I-V  and  C-V  Measurements  on  Solar Photovoltaic  Cells  Using  the  Model  4200-SCS
Semiconductor Characterization System .
Keithley  Instruments,  Inc.  Application  Note Series Number 2876.