Pengaruh Konsentrasi Kitosan pada Sintesis Nanopartikel TiO2 untuk Aplikasi pada Dye Sensitized Solar Cell (DSSC)

Abstract

Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) is a type of solar cell belongs to the thin layer solar cells. Recently  DSSC is the main focus in research on solar cells. DSSC modified using dyes (dyes) as coating material that increases sensitivity of a semiconductor to light. Research on the improvement of DSSC performance was done with a variation photo electrode, looking for alternative dyes, replacing the electrolyte solution, or add other component. Photo electrode components most commonly used in DCCS is titaniumdioxide (TiO₂). In this research, synthesis of TiO₂nano particles by sol-gel method with solvent water. In the synthesis process chitosan with concentrations of 0%, 2.5%, 5%, and 10% v/v was added. TiO₂synthesized was then characterized using SEM, XRD, and BET to determine the morphology, crystal structure, and pore characteristics of the nanoparticles. The  four variations of TiO₂was applied as photo electrode DSSC. DSSC  characterization was  performed using AM 1.5 solar simulator until DSSC I–V characteristic was found. Characterization results showed  that the addition of chitosan at low concentrations (2.5% v/v) reduce the crystal TiO₂anatase phase and tend to increase the size of crystallites.  Increased concentrations of chitosan gave the opposite results. DSSC best performance obtained in TiO₂ at chitosan concentration of 2.5% while the synthesis, with Voc= 0.58V Jsc=0.74mA/cm², and η=0.51%.

Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) merupakan suatu jenis sel surya yang termasuk dalam kelompok sel surya lapisan tipis. DSSC kini menjadi fokus utama pada riset mengenai sel surya . DSSC dimodifikasi menggunakan bahan pewarna (dyes) sebagai material dapat meningkatkan sensitivitas suatu semikonduktor terhadap cahaya. Penelitian untuk meningkatkan kualitas DSSC banyak dilakukan dengan melakukan variasi fotoelektroda, mencari alternatif dyes, mengganti larutan elektrolit, atau menambah komponen lain. Komponen fotoelektroda yang paling umum digunakan pada DSSC ialah Titanium Dioksida (TiO₂). Pada penelitian ini dilakukan sintesis nanopartikel TiO₂ dengan menggunakan metode sol-gel dengan pelarut air. Pada proses sintesis ditambahkan kitosan dengan konsentrasi 0%, 2,5%, 5%, dan 10% v/v. TiO₂ hasil sintesis kemudian dikarakterisasi dengan menggunakan SEM, XRD, BET, dan UV-Vis untuk mengetahui morfologi, struktur kristal, karakteristik pori, dan absorbansi nanopartikel. Selain itu keempat variasi TiO₂ diaplikasikan sebagai fotoelektroda DSSC. Karakterisasi DSSC dilakukan dengan menggunakan solar simulator AM 1,5 sehingga karakteristik I-V DSSC dapat diketahui. Hasil karakterisasi menunjukkan bahwa  kitosan pada konsentrasi rendah (2,5% v/v) menyebabkan pengurangan fasa anatase pada kristal TiO₂ dan cenderung memperbesar ukuran kristalit. Penambahan kitosan melebihi 5% meningkatkan  fasa anatase dan memperkecil ukuran kristalit. Konsentrasi kitosan 2,5% memperkecil luas permukaan spesifik partikel dan volume total pori. Peningkatan konsentrasi kitosan memberi hasil sebaliknya. Pengolahan data karakterisasi UV-Vis menunjukkan band gap TiO₂ untuk konsentrasi kitosan 2,5% lebih rendah dibandingkan 3 variasi lain diduga karena fasa rutile yang cukup signifikan (11.1%). Kualitas DSSC terbaik didapat pada TiO₂ dengan konsentrasi kitosan 2.5% saat sintesis, dengan Voc = 0.58 V , Jsc = 0.74 mA/cm2 , dan