Jurnal Fisika Indonesia No: 53, Vol XVIII, Edisi Agustus 2014

## Studi Variasi Elektrolit Terhadap Kinerja Dye-Sensitized Solar Cell (DSSC)
Yoga Hari Prasetyo 1) , Sayekti Wahyuningsih 2) , Risa Suryana 1) 1) Jurusan Fisika FMIPA Universitas Sebelas Maret Surakarta
2) Jurusan Kimia FMIPA Universitas Sebelas Maret Surakarta Email: 1) rsuryana@uns.ac.id 2) sayektiw@gmail.com
Abstrak - Studi variasi elektrolit terhadap kinerja DSSC telah dilakukan dengan dye antosianin sebagai sensitizer, TiO 2 anatase sebagai  semikonduktor,  karbon  sebagai  katalis  dan  larutan  elektrolit  yang  berada  diantara  dua  kaca  FTO  sebagai  elektroda. Larutan elektrolit berfungsi sebagai sumber elektron pengganti elektron dye yang tereksitasi melalui proses redoks. Elektrolit yang digunakan  adalah  KI,    NaI,  atau  TEAI  yang  dicampur  I 2 dengan  konsentrasi  yang  sama.  Nilai  konduktivitas  KI  lebih  besar daripada NaI dan TEAI baik dalam keadaan gelap maupun terang.  Ini menunjukkan bahwa pembawa muatan dalam larutan KI lebih besar daripada pembawa muatan dalam larutan NaI dan TEAI. Analisa karakteristik I-V menghasilkan nilai efisiensi untuk masing-masing  elektrolit  KI,  NaI,  dan  TEAI  adalah  0,057%,  0,0014%,  dan  0,00062%.  Besarnya  nilai  efisiensi  elektrolit  KI dibandingkan elektrolit NaI dan TEAI diperkirakan karena kecepatan reaksi redoks antara KI dan I 2 lebih besar daripada NaI dan TEAI. Hal ini menyebabkan pasokan elektron hasil redoks semakin banyak menggantikan elektron dye yang tereksitasi.
Kata kunci: KI, NaI, TEAI, Antosianin, DSSC
Abstract –Study of electrolyte variation in DSSC structure have been conducted with anthocyanin dye as sensitizer, TiO 2 anatase as  semiconductor,    carbon  as  catalyst,  and  electrolyte  solution  which  placed  between  two  FTO  glasses  as  electrodes.  The electrolyte  used  was  KI,  NaI,  or  TEAI  which  was  mixed  with  the  same  concentration  of  I 2 solution.  KI  conductivity  values  are greater  than  NaI  and  TEAI  both  in  the  dark  and  bright  condition.  This  indicated  that  the  charge  carrier  of  the  KI  solution  is greater than that of the NaI and the TEAI solution. Furthermore the efficiency of DSSC using KI electrolyte are greater than using NaI and TEAI electrolytes, i.e. 0.057%, 0.0014%, and 0.00062% for KI, NaI, and TEAI electrolytes, respectively. It is considered that redox reaction of electrolyte solution produced electrons which were used to replace the excited-electrons of dyes. Therefore, redox reaction of KI/I 2 is faster than other electrolytes.
Key words: KI, NaI, TEAI, Anthocyanin, DSSC

## I.      PENDAHULUAN
Sumber  energi  di  dunia masih  didominasi  oleh  energi yang  berasal  dari  fosil  seperti  minyak  bumi,  gas  alam  dan batu  bara.  Energi  tersebut  bersifat  tidak  dapat  diperbaharui yang  lama  kelamaan  akan  habis.  Oleh  karena  itu,  para peneliti  berusaha  mencari  sumber  energi  alternatif  salah satunya adalah sel surya [1].
Sel  surya  dapat  dibagi  menjadi  tiga  generasi  utama yaitu material semikonduktor silikon, sel surya berbasis thin film silikon,  dan Dye  Sensitized  Solar  Cell (DSSC)  [2]. DSSC  menarik  perhatian  para  peneliti  karena  proses pembuatannya  mudah  dan  bahannya  murah.  Selain  itu, masih  terbuka  peluang  untuk  meningkatkan  efisiensi  [3]. Selain  TiO 2 , dye ,  dan  katalis,  elektrolit  berperan  dalam meningkatkan  kinerja  DSSC.  Elektrolit  berfungsi  untuk menggantikan  elektron  yang  hilang  pada  pita  HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) dye akibat bereksitasi ke  pita  LUMO  (Lowest  Unoccupied  Molecular  Orbital) melalui  proses  reaksi  reduksi-oksidasi  (redoks).  Kecepatan reaksi  redoks  akan  menentukan  kinerja  DSSC.  Pada umumnya,  elektrolit  yang  digunakan  dalam  DSSC  adalah pelarut  berbentuk  cair  yang  mengandung  sistem  redoks,
yaitu  pasangan  I - /I 3 - .  Selama  ini,  efisiensi  konversi  foton menjadi  arus  listrik  untuk  sel  surya DSSC  yang menggunakan  elektrolit  cair  memberikan  efisiensi  sebesar 11%  [4].  Selain  itu  elektrolit  redoks  hanya  mengandalkan pasokan  iodin  dari  kristal  cair  ionik  yang  menggunakan iodida  sebagai  anionnya  [5].  Pada  penelitian  ini,  larutan  KI, NaI,  dan  TEAI  digunakan  sebagai  elektrolit.  Kecepatan reaksi  redoks  diamati  secara  tidak  langsung  dari  hasil  nilai efisiensi DSSC.

## II. METODE PENELITIAN
Kaca fluorine-doped  tin  oxide (FTO)  digunakan sebagai  elektroda.  TiO 2 anatase diperoleh  dari  mineral illmenit.  Antosianin  bunga  mawar  digunakan  sebagai dye dan  grafit  sebagai  katalis.  Elektrolit  yang  digunakan  adalah KI,  NaI,  dan  TEAI.  Karakterisasi  I-V  meter Elkahfi digunakan  untuk  mengetahui  konduktifitas  masing-masing elektrolit  sedangkan  karakterisasi  I-V  meter Keithley digunakan untuk mengetahui efisiensi DSSC. Pasta  TiO 2 dibuat  dengan  mencampurkan  0,5  gr dengan  2  ml  etanol dan  di stirrer selama  30  menit.  Ekstrak dye antosianin  bunga  mawar  dengan  mengambil  2  gr
Jurnal Fisika Indonesia No: 53, Vol XVIII, Edisi Agustus 2014
ISSN : 1410-2994
kemudian  diencerkan  dengan  etanol  sebanyak  5  ml.  3,5  gr grafit dicampurkan dengan 2-propanol dan distirer selama 30 menit. Sifat konduktivitas elektrolit diukur dengan I-V meter Elkahfi . Pasta TiO 2 diteteskan di atas FTO kemudian diratakan menggunakan spatula .  Metode  ini  dikenal  sebagai  metode slip casting . Lapisan TiO 2 dikeringkan pada suhu ruang dan dipanaskan pada suhu 400°C selama 10 menit. Lapisan TiO 2 direndam dye antosianin selama 24 jam. Grafit dilapiskan di atas  FTO.  Setelah  DSSC  disusun  maka  elektrolit  diteteskan melalui lubang elektroda lawan dan segera diukur dengan I- V  meter Keithley baik  dalam  keadaan  gelap  dan  terang. Percobaan diulangi dengan elektrolit yang berbeda.

## III.    HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambar 1 memperlihatkan karakteristik I-V elektrolit  KI  ( Gambar  1a ),  NaI  ( Gambar  1b ),  dan  TEAI ( Gambar  1c ).  Berdasarkan  karakteristik  I-V  seperti diperlihatkan  pada Gambar  1 konduktivitas  KI  lebih  besar daripada  konduktivitas  NaI  dan  TEAI  baik  kondisi  gelap ataupun  terang.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa  pembawa muatan  didalam  elektrolit  KI  lebih  banyak  dibandingkan didalam elektrolit NaI dan TEAI.
0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 0.0035 0 0.5 1 1.5 2 Gelap Terang A ru s ( A ) Voltase (V) 0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 0.0035 0 0.5 1 1.5 2 Gelap Terang A ru s ( A ) Voltase (V) 0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 0.0035 0 0.5 1 1.5 2 Gelap Terang A ru s ( A ) Voltase (V)
Gambar 1. Karakteristik I-V Elkahfi (a) elektrolit KI, (b) elektrolit NaI, dan (c) elektrolit TEAI -0.001 -0.0005 0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 -0.5 0 0.5 1 Gelap Terang A ru s ( A ) Voltase (V) -0.001 -0.0005 0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 -0.5 0 0.5 1 Gelap Terang A ru s ( A ) Voltage (V) -0.001 -0.0005 0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 -0.5 0 0.5 1 Gelap Terang A ru s ( A ) Voltase (V) Gambar 2 . Karakteristik I-V DSSC dengan variasi elektrolit (a) KI, (b) NaI, dan (c) TEAI
a b c a b c
Jurnal Fisika Indonesia No: 53, Vol XVIII, Edisi Agustus 2014
Gambar 2 memperlihatkan karakteristik I-V DSSC untuk  elektrolit  KI  ( Gambar  2a ),  NaI  ( Gambar  2b ),  dan TEAI  ( Gambar  2c ).  Cara  menentukan  efisiensi  sel  surya dari  kurva  karakteristik  I-V  meter  dapat  dilihat  melalui pergeseran  kurva  dari  keadaan  gelap  ke  keadaan  terang. Kurva  I-V    saat  keadaan  terang  berada dibawah  kurva  I-V saat  keadaan  gelap  yang  terletak  dikuadran  IV  sehingga dapat dihitung nilai efisiensinya [8]. KI merupakan elektrolit yang  memiliki  nilai  efisiensi  cukup  baik  [9].  Setelah mengetahui nilai Voc, Isc, Im dan Vm serta fill factor maka efisiensi DSSC dapat ditentukan. Nilai efisiensi DSSC untuk masing-masing elektrolit KI, NaI, dan TEAI adalah 0,057%, 0,0014%.  dan  0,00062%.  Nilai  efisiensi  DSSC  dengan elektrolit  KI  lebih  tinggi  daripada  NaI  dan  TEAI.  Hal  ini diperkirakan  bahwa  kecepatan  reaksi redoks  KI  lebih  cepat daripada  NaI  dan  TEAI  sehingga  elektron  yang  dihasilkan dapat segera menggantikan elektron tereksitasi dye [8].

## IV.    KESIMPULAN
Kinerja  DSSC  dipengaruhi  oleh  larutan  elektrolit yang  digunakan.  Elektrolit  KI  memiliki  nilai  efisiensi  yang lebih  tinggi  dibandingkan  dengan  elektrolit  NaI  dan  TEAI. Hal ini disebabkan karena jumlah elektron donor hasil reaksi redoks  lebih  banyak  daripada  elektrolit  NaI  dan  TEAI. Elektron  hasil  reaksi  redoks  digunakan  untuk  mengganti elektron tereksitasi dye .

## V.      DAFTAR PUSTAKA
[1] Kusumandari,  Meningkatkan  Efisiensi  Sel  Surya Organik  (SSO)  Berbahan  Klorofil-A  (Bahan  Alami dengan Heterojunction TiO 2 Semikonduktor, Skripsi , Jurusan  Fisika  FMIPA  Universitas  Sebelas  Maret, Surakarta, 2009.
[2] Kagaku.  M,  Devolepment  of    Next  Generation Organic Solar Cell, Sumitomo Chemical Co, Ltd . Vol
,2010.  Ekasari.  V,  dan  Yudoyono.  G,  Fabrikasi DSSC  dengan  Dye  Ekstrak  Jahe  Merah  (Zingerber Officianale  Linn  Var  Rubrum)  Variasi  Larutan TiO 2 Nano  partikel  Berfase  Anatase  dengan  Tehknik Pelapisan  Spin  Coating, Jurnal  Sains  dan  Seni Pomits , 2, 2013, pp. 2337-3520.
[3] Hardian.  A,  Mudzakir.  A,  dan  Sumarna.  O,  Sintesis dan  Karakterisasi  Kristal  Cair  Ionik  Berbasis  Garam Fatty  Imidazolinium  Sebagai Elektrolit  Redoks  pada Sel Suya Tersensitisasi Zat Warna, Jurnal Sains  dan Teknologi Kimia , 1, 2010, pp. 7-16.
[4] Gratzel.  M,  Dye  Sensitized  Solar  Cells, Journal  of Photochemistry  and  Photobiology  C ,  2003,  Vol.  4, hal 145-153.
[5] Lee.  C-P,  Chen.  Y-P,  Vital.  R,  and  Ho.  K-C,  Iodine free  high  efficient  quasi  solidstate  dye-sensitized solar  cell  containing  ionic  liquid  and  polyaniline- Ioaded carbon black, Journal of Materials Chemistry,
20 . 2010, 2356-2361.
[6] Suryana.  R,  Khoiruddin,  and  Supriyanto.  A,  2013. Beta-Caroten  Dye of Daucus Carota as Sensitizer on Dye-Sensitized Solar Cell. Journal Materials Science Forum . Vol. 737, 2013,    pp. 15-19.
[7] Yan.  S,  C,  Jing.  N,  L,  Sheng.  Y,  T,  Cen.  C,  T, Manufacture of Dye Sensitized Nano Solar Cells and their  I-V  Curve  Measurement. Proceeding  of  ICAM 2007 , Institude of Mechatronic Engineering, National Taipei University of Technology Taiwan, 2007.
[8] Wu. J, Lan. Z, Hao. S, Li. P, Lin. J, Huang. M, Fang. L,  and  Huang.  Y,  Progress  on  The  Electrolytes  for Dye-Sensitized  Solar  Cells, Pure  Appl,  Chemistry , 80, 2008, pp. 2241-2258.