PEMBUATAN SERAT NANO PVA/TiO2 MENGGUNAKAN ELEKTROSPINNING SEBAGAI SEMIKONDUKTOR PADA DSSC YANG MENGGUNAKAN KAIN FIBERGLASS/TINTA KARBON SEBAGAI ELEKTRODA

Abstract

Indonesia sebagai wilayah tropis memiliki banyak area yang terkena sinar matahari dengan baik sehingga energi terbarukan yang berasal dari energi matahari dapat dimanfaatkan sebagai energi alternatif. Salah satu pemanfaatan energi alternatif yang memanfaatkan sinar matahari adalah sel surya yang mampu mengkonversi energi matahari menjadi energi listrik tanpa menghasilkan emisi gas buangan apapun. Cara pembuatan Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) adalah dengan menggunakan kaca konduktif ITO (Indium Tin Oxide) yang dilapisi semikonduktor dan dipekakan oleh zat warna. DSSC yang menggunakan kaca ITO dapat menghasilkan tegangan dan arus yang tinggi namum memiliki kelemahan yaitu kaku, tidak fleksibel dan berat. Dilakukan penelitian – penelitian untuk mengurangi kelemahan tersebut mulai dari mengganti kaca ITO dengan material konduktif lain atau memodifikasi kaca ITO itu sendiri. Salah satu metrial yang memiliki sifat ringan, fleksibel dan tidak kaku adalah material tekstil tetapi kebanyakan metrial tekstil adalah material non-konduktif. Pada penelitian ini digunakan fiberglass sebagai material tekstil yang tebal dan memiliki kekuatan fisik yang baik dan dilapisi dengan tinta karbon agar konduktif. Agar DSSC dapat menghasilkan tegangan dan arus yang tinggi, diperlukan semikonduktor yang memiliki bandgap rendah. Cara untuk meningkatkan tegangan yang dihasilkan adalah dengan memperkecil ukuran molekul dengan memperkecil jarak antar atom semikonduktor ataupun dengan memperkecil jarak antar molekulnya. Penggunaan elektrospinning dalam pembuatan lapisan serat tipis diharapkan dapat memperkecil jarak antar atom dan molekul dari semikonduktor yang digunakan. Pada penelitian ini digunakan campuran PVA/TiO2 sebagai semikonduktornya karena TiO2 memiliki bandgap yang rendah dan tersedia dengan harga murah secara komersil. Telah banyak dilakukan penelitan menggunakan semikonduktor TiO2 yang diubah bentuknya menjadi serat nano untuk dimanfaatkan sebagai semikonduktor pada DSSC yang elektrodanya terbuat dari kaca konduktif ITO tetapi belum banyak penelitian yang menggunakan kain fiberglass/tinta karbon sebagai elektrodanya yang menggunakan semikonduktor dari serat nano PVA/TiO2. Hal ini dikarenakan pada proses penyusunannya, elektroda aktif dari DSSC dilakukan proses sintering dengan suhu 450℃ untuk mendeposisi serat nano TiO2 sementara kebanyakan material tekstil tidak tahan jika dilakukan proses sintering sampai dengan suhu 450℃. Pembuatan lapisan serat tipis PVA/TiO2 divariasikan pada Tegangan 20kV dan 10kV serta waktu mulai dari 120s, 180s dan 240s. Tahapan yang dilakukan pada penlitian ini adalah mulai dari pelapisan kain fiberglass dengan tinta karbon lalu dilapisi dengan lapisan serat tipis PVA/TiO2 yang direndam menggunakan zat warna. Pada penelitian ini digunakan zat warna antosianin yang berasal dari wortel sebagai photosensitizer. Setelah direndam zat warna dilakukan proses curing lalu ditambahkan elektrolit dan DSSC disusun menyerupai sandwich. Elektrolit yang digunakan adalah campuran KI/I2 yang dibuat dalam bentuk gel sebagai variabel tetap. Pada penelitian ini dilakukan pengujian SEM untuk melihat morfologi dan ukuran dari serat PVA/TiO2. Dilakukan pengujian UV-Vis pada larutan PVA/TiO2 dan larutan zat warna. Dan dilakukan pengujian FTIR untuk melihat apakah zat – zat tersebut sudah terlapisi dengan baik. Dilihat dari pengujian SEM pada lapisan tipis PVA/TiO2 dapat dibentuk menggunakan elektrospinning tegangan 10-20kV dan waktu mulai dari 120-240 detik yang menghasilkan ukuran serat sebesar 177,6nm. Tegangan yang dihasilkan pada saat sel surya terpapar sinar matahari mulai dari variasi 1 sampai 5 adalah 53mV, 54mV, 40mV, 40mV dan 36mV. Tegangan yang dihasilkan pada saat sel surya tidak terpapa sinar matahari mulai dari variasi 1 sampai 5 adalah 8mV, 7mV, 4mV, 4mV dan 4mV. Arus dihasilkan pada saat sel surya terpapar sinar matahari mulai dari variasi 1 sampai 5 adalah 26,5𝜇𝐴, 27 𝜇𝐴, 20 𝜇𝐴, 20 𝜇𝐴 dan 18 𝜇𝐴. Arus dihasilkan pada saat sel surya tida terpapar sinar matahari mulai dari variasi 1 sampai 5 adalah 4 𝜇𝐴, 3,5 𝜇𝐴, 2 𝜇𝐴, 2 𝜇𝐴 dan 2 𝜇𝐴. Dari hasil tersebut dapat disimpulkan bahwa tegangan dan waktu optimal proses elektrospinning yang diperlukan untuk melapisi kain fiberglass/tinta karbon dengan serat nano PVA/TiO2 adalah 20kV dan 180 detik.