Pengaruh Ketebalan Elektroda Kerja TiO 2 Transparan terhadap Kinerja Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) sebagai Aplikasi Solar Window
Nadya Aruma Dewi, Fahru Nurosyid * , Agus Supriyanto dan Risa Suryana Program Studi Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Sebelas Maret, Surakarta
* Email: nurosyid@yahoo.com
DOI: http://dx.doi.org/10.13057/ijap.v6i02.1362

## ABSTRACT
Dye-sensitized  Solar  Cells  (DSSC)  is  photochemical  cell  comprising  photoelektrode,  dye, electrolyte and counter electrode. This article discusses the influence of electrode thickness to the electrical properties. The working electrode was deposited by screen printing methods. Screen is used T-49 type. TiO 2 deposited on the FTO with variation of the layers number to obtain  thickness  variation.  The  TiO 2 layer  thickness  is  determined  by  Scanning  Electron Microscopy  (SEM),  absorbance  characterization  by  UV  Visible  Lambda  25  and characterization of current  -voltage ( I-V ) used Measurenment Keithley 2602A. The results showed thickness of TiO 2 electrode was (1.5 ± 0.2) μm, (2.9 ± 0.5) μm, (3.5 ± 0.6) μm, and (4.5 ± 0.8) μm.  Maximum absorbance and highest efficiency value contained in thickness (4.5 ± 0.8) μm. Highest efficiency value is 2.41%.
Keywords : Solar Cell, screen printing, TiO2 transparent, thickness

## ABSTRAK
Dye  Sensitized Solar Cells (DSSC)  merupakan  salah  satu  sel  fotokimia  yang  terdiri  dari fotoelektroda,  pewarna,  elektrolit  dan  elektroda  lawan.  Artikel  ini  membahas  pengaruh ketebalan elektroda  terhadap sifat listrik. Pembuatan elektroda kerja menggunakan  metode screen printing . Screen yang digunakan adalah type T-49. TiO 2 dideposisi pada FTO dengan variasi jumlah lapisan untuk memperoleh variasi ketebalan. Ketebalan lapisan TiO2 diukur dengan  menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM), uji absorbansi  menggunakan spektrofotometer  UV  Visible  Lambda  25 sedang  uji  karakterisasi  arus  -  tegangan (I-V) menggunakan Keithley  Measurenment  2602A .  Hasil  uji  menujukkan  ketebalan  elektroda TiO 2 adalah  (1,5  ±  0,2)  μm,  (2,9  ±  0,5)  μm,  (3,5  ±  0,6)  μm,  dan    (4,5  ±  0,8)  µm.  Nilai absorbansi  maksimum  dan  efisiesi  tertinggi  pada  ketebalan  (4,5  ±  0,8)  µm.  Nilai  efisiensi paling tinggi yaitu 2,41%.
Kata kunci : sel surya, screen printing, TiO 2 transparan, ketebalan

## PENDAHULUAN
Sel  surya  merupakan  piranti  yang  dapat  merubah  sinar  matahari  menjadi  listrik  dengan prinsip efek fotovoltaik [1] . Teknologi sel surya yang dikembangkan saat ini terdiri dari tiga generasi yaitu sel surya menggunakan bahan silikon dan kristal tunggal [2] , sel surya dengan teknologi lapisan tipis ( thin film ) berbahan semikonduktor organik [3] , dan sel surya organik berbasis dye sensitized [2,  4, 5] . Struktur DSSC terdiri dari beberapa komponen antara lain: lapisan  semikonduktor,  zat  pewarna  ( dye) ,  elektrolit  dan  katalis.  Lapisan  semikonduktor
merupakan lapisan yang tersensitasi dengan dye yang bekerja sebagai katoda. DSSC tersusun dari  dua  elektroda  yakni  elektroda  kerja  dan  elektroda  lawan.  Elektroda  berperan  sangat penting dalam DSSC. Elektroda kerja pada DSSC juga berfungsi sebagai tempat absorpsi dye .
Salah satu aplikasi DSSC adalah sebagai solar window. Salah satu syarat solar widow adalah transparan.  Pada  penelitian  ini  elektroda  kerja  yang  digunakan  adalah  TiO 2 transparan. Ketrasparanan  lapisan  TiO 2 sangat  dipengaruhi  ketebalan  lapisan  elektroda.  Ketebalan lapisan juga mempengaruhi  absorbansi dan efisiensi DSSC. Lapisan TiO 2 transparan dapat menjadi  penyebab  naiknya  nilai  absorbansi  yakni  semakin  tidak  transparan  lapisan  maka nilai absorbansinya semakin besar [8] . Pembuatan solar window harus memperhatikan tebal tipisnya lapisan elektroda kerja karena mempengarui efisiensi DSSC. Artikel ini mengkaji pengaruh variasi ketebalan lapisan TiO 2 transparan terhadap sifat optik dan efisiensi DSSC.

## METODE
Substrat  yang  digunakan  adalah  kaca  FTO  merek Dyesol dengan  resistansi  7  Ω/sq . Semikonduktor  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah  pasta  TiO 2 18NR-T  yang bersifat transparan. Pewarna yang digunakan adalah Ruthenium complex N719 merk Dyesol . Elektrolit  yang digunakan adalah El-HPE dengan merk Dyesol . Deposisi TiO 2 ke substrat dilakukan dengan metode screen printing . Sebelumnya kaca FTO dibersihkan menggunakan ultrasonic cleaner selama 10 menit. Deposisi elektroda kerja (TiO 2 ) menggunakan  metode screen  printing.  Screen yang  digunakan  adalah  tipe  T-49 [10] . Screen T-49  adalah screen dengan 49 mesh tiap cm. Variasi ketebalan lapisan TiO 2 diperoleh dengan cara memvariasi jumlah  lapisan  saat  deposisi    TiO 2 di  atas  substrat  Flourine  doped  Tin  Oxide  (FTO). Ketebalan lapisan TiO 2 diukur ketebalannya menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM). Substrat FTO yang telah terdeposisi TiO 2 , disintering dengan suhu 500 0 C selama 10 menit. Proses pewarnaan dilakukan dengan merendam lapisan TiO 2 ke dalam dye Ruthenium N719 selama 24 jam. Elektroda lawan dilapisi platina . Elektroda lawan disintering pada suhu 420 0 C  selama  10  menit. Struktur sandwich DSSC  tersusun  atas  elektroda  kerja  TiO 2 tersensitisasi dye dan elektroda lawan. Ruang antar elektroda diinjeksikan larutan elektolit. Lapisan  TiO 2 hasil  deposisi  kemudian  diuji  absorbansinya  menggunakan UV-Vis Spectrophotometer Lambda25. Adapun untuk mengetahui sifat listrik, DSSC diuji dengan I- V Keithley Measurenment 2602A.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Lapisan TiO 2 yang telah dideposisi pada substrat diukur ketebalannya menggunakan SEM dengan  melihat  tampang  lintang  dari  lapisan.  Gambar  1  menujukkan  hasil  pengujian ketebalan TiO 2 . Ketebalan terbesar adalah ketebalan lapisan TiO 2 (4,5 ± 0,8) μm sedangkan ketebalan terendah adalah (1,5 ± 0,2) μm. FTO maka semakin besar nilai ketebalannya. TiO 2 yang terdeposisi pada substrat berfungsi Ketebalan lapisan dipengaruhi oleh volume lapisan atau banyanya partikel  TiO 2 yang terdeposisi  pada substrat.  Lapisan TiO 2 sebagai  tempat penyerapan molekul dye . Ketebalan lapisan TiO 2 yang semakin  meningkat   menunjukkan semakin banyak partikel TiO 2 yang menempel dan menyebabkan semakin banyak molekul dye yang  terdeposisi.  Molekul dye yang  terdeposisi  pada  substrat  berfungsi  sebagai photosensitizer yang dapat mengeksitasi elektron pada saat dikenai foton.
a. b. c. d.
Gambar 1 . (Colour Online) Hasil Cross-section SEM dengan lapisan TiO 2 transparan dengan ketebalan rata-rata (a) ketebalan (1,5 ± 0,2) μm (b) ketebalan (2,9 ± 0,5) μm (c) ketebalan (3,5 ± 0,6) μm dan (d) ketebalan
(4,5 ± 0,8) µm
Pengujian  menggunakan  alat UV-Vis Spectrophotometre  Lambda  25. Rentang  panjang gelombang  yang  digunakan  dalam  pengukuran  spektrum  absorbansi  adalah  300-700  nm. Karakterisasi UV - Vis pada lapisan TiO 2 dilakukan sebelum ataupun setelah direndam dye. Gambar 2 menunjukkan semakin tebal lapisan TiO 2 baik sebelum maupun setelah direndam dye absorbansi semakin tinggi. Hal ini sesuai dengan hukum Lambert Beer [11] . Faktor lain penyebab  naiknya  nilai  absorbansi  yakni  semakin  tidak  transparan  lapisan  maka  nilai absorbansinya  semakin  besar [8] .  Pada  Gambar  2b  peningkatan  serapan  pada  panjang gelombang  400nm-600nm.    Rentang  panjang  gelombang  menunjukkan  absorbansi  dari Ruthenium  Complex .  Hasil  kurva  2b    menujukkan  bahwa dye ruthenium  ter adsorp pada lapisan TiO 2 sesudah direndam.
a. b.
Gambar 2. Kurva Absorbansi Lapisan TiO 2 18NR-T (a) sebelum direndam dye (b) sesudah direndam dye
Gambar 3. Kurva Karakteristik Arus-Tegangan ( I-V ) DSSC dengan intensitas penyinaran 1000 W/m 2
Sifat listrik DSSC dinyatakan dalam bentuk kurva I-V seperti diperlihatkan pada Gambar 3. Pengukuran dilakukan dengan diberi penyinaran menggunakan lampu Xenon berintensitas cahaya 1000W/m 2 . Luas area DSSC yang disinari yakni 1x10 -4 m 2 . Berdasarkan Gambar 3 menunjukkan hasil karakteisasi I-V dari sel surya dengan variasi ketebalan lapisan TiO 2 yang berbeda.  Grafik  tersebut  menunjukkan  kondisi  DSSC  disinari.  Pada  kondisi  inilah  akan terjadi  eksitasi  elektron  yang  menimbulkan  arus.  Nilai  efisiensi  tertinggi  yang  diperoleh DSSC dengan variasi ketebalan lapisan disajikan pada tabel 1.
-0.4 0 0.4 0.8 -0.01 -0.005 0 0.005 Volt (V) A m per e (I ) Ketebalan (1,5 ± 0,2)µm Ketebalan (2,9 ± 0,5)µm Ketebalan (3,5 ± 0,6)µm Ketebalan (4,5 ± 0,8)µm V max V max V max V max V OC V OC V OC I max I max I max I max P max P max P max P max I SC I SC I SC I SC
Tabel 1 . Parameter Konversi Energi terhadap Variasi Ketebalan TiO 2 18NR-T Ketebalan Lapisan I sc (A) V oc (V) I max (A) V max (V) Fill Factor Eff % (1,5 ± 0,2) μm 0,00188 0,26589 0,00122 0,26589 0,65303 0,32 (2,9 ± 0,5) μm 0,00215 0,35999 0,00312 0,24006 0,96764 0,74 (3,5 ± 0,6) μm 0,00652 0,66028 0,00461 0,42004 0,44949 1,93 (4,5 ± 0,8) µm 0,00662 0,68523 0,00578 0,42419 0,54034 2,41
Nilai efisiensi tertinggi diperoleh DSSC dengan ketebalan (4,5 ± 0,8) µm sebesar 2,41 % (Tabel 1). Hal tersebut dapat terjadi ketika lapisan TiO 2 semakin tebal maka semakin banyak dye yang menepel pada lapisan tersebut. Karena dye semakin banyak maka akan menyerap foton semakin banyak, dan dimungkinkan semakin tinggi terjadinya eksitasi elektron. Hal tersebut didukung hasil karakterisasi UV-Vis pada Gambar 2b. Semakin banyak terbentuk eksiton akan meningkatkan peluang terbentuknya arus dan meningkatkan efisiensi dssc.

## KESIMPULAN
Pelapisan  TiO 2 transparan    sebagai  elektroda  kerja  dssc  telah  berhasil  dilakukan  di  atas substrat FTO dengan metode screen printing . Semakin tebal lapisan TiO 2 maka absorbansi semakin tinggi dan efisiensi semakin besar. Nilai efisiensi tertinggi diperoleh 2,41 %  pada ketebalan lapisan TiO 2 terbesar yaitu (4,5 ± 0,8) μm.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis  mengucapkan  terimakasih  kepada  Direktorat  Riset  dan  Pengabdian  Masyarakat Kementrian Riset, Teknologi dan Perguruan Tinggi dan Lembaga Penelitian dan Pengabdian pada Masyarakat, Universitas Sebelas Maret atas pendanaan hibah penelitian PUPT. (Nomor Kontrak: 353/UN27.21/PN/2016).

## REFERENSI
1 West Keld. (2003). Solar Cell Beyond Silicon. Riso National Laboratory .
2 Kim,  D.S.,  Gabor,  A.M.,  Yelundur,  V.,  Upadhyaya,  A.D.,  Meemongkolkiat,  V., Rohatgi. A. (18 May 2003). "String ribbon silicon solar cells with 17.8% efficiency" (PDF). Proceedings  of  3rd  World  Conference  on  Photovoltaic  Energy  Conversion, 2003 2 : 1293–1296. ISBN 4-9901816-0-3.
3 Sutrisno.
(2012). TEKNOLOGI SEL SURYA.
http://www.len.co.id/len_web/artikel_detail/?lA%3D%3D . 17 Oktober 2015
4 Halme  J.  (2002). Dye Sensitized  Nanostructured  and  Organic  Photovoltaic  Cells: Technical  Review  And  Preeliminary  Test. Master  Thesis  of  Helsinki  University  of Technology.
5 Gratzel M and O’Regan, M, (1991), A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye sensitized colloidal TiO 2 films , Nature 353,737-740 (24 Oktober 1991)
6 Fahyuan, H D., Samsidar, Farid, F., Heriyanti, Napitupulu, S., Pakpahan, S. (2015) . Disain  Prototipe  Sel  Surya  DSSC  (Dye  Sensitized  Solar  Cell)  Lapisan  Grafit/TiO2 Berbasisb  Dye  Alami. Prodi  Fisika  FST  Universitas  Jambi  JoP,  Vol.  1  N0.  1, November 2015: 5 - 11
7 Hikmah,  I.,  dan  Prajitno,  G.  (2015).  Pengaruh  Penggunaan Gel-Electrolyte pada Prototipe Dye  Sensitized  Solar  Cell (DSSC)  berbasis  TiO2  Nanopartikel  dengan Ekstrak  Murbei  ( Morus )  sebagai Dye  Sensitizer pada  Substrat  Kaca  ITO. JURNAL SAINS DAN SENI ITS Vol. 4, No.1, (2015) 2337-3520
8 Trimuda,  G.E.  dan  Maddu  A.  (2010).  Pengaruh  Ketebalan  terhadap  Sifat  Optik Lapisan  Semikonduktor  Cu 2 O  yang  Dideposisikan  dengan  Metode  Chemical  Bath Deposition (CBD). Jurnal Ilmu Pengetahuan dan Teknologi TELAAH, Volume 28.
9 Widiyandari, H., Purwanto, A., Hidayanto, E., Diharjo, K., Suyitno. (29-30 Nop 2012). Fabrikasi  Gelas  Transparan  Konduktif  FTO  (Flourine-doped  tin  oxide)  dan Aplikasinya pada sel surya berbasis dye (DSSC). Prosiding InSINas, 2012. Nano Vol 5 No 6, pp 5088-5093
10 Nurosyid, F., Furqoni, L., Suryana, R., Supriyanto, A. (2015). Effect of Screen Printing Type on Transparent TiO2 layer as the Working Electrode of Dye sensitized Solar Cell (DSSC)  for  Solar  Windows  Applications. International  Conference  and  Exhibition Sustainable Energy and Advanced Material.
11 Day,  R.A.,  dan  Underwood,  A.L.  (1999).  Analisis  Kimia  Kuantitatif.  Penerjemah: Pujaatmaka, A.H. Edisi ke V. Jakarta: Erlangga: hal. 393, 396-403
12 Prasada, Ashari Bayu., Hardani., Cari., Supriyanto, A. (2015).  Studi Fabrikasi Dye Sensitized Solar Cells  (DSSC) Menggunakan Ekstrak  Sansevieria Trifasciata  (Daun Lidah Mertua). Prosiding Pertemuan Ilmiah XXIX HFI Jateng & DIY, Yogyakarta 25 April 2015 ISSN : 0853-0823