Studi Simulasi Pengaruh Variasi Ketebalan Photoanoda TiO2/CuS Dye-Sensitized Solar Cell Terhadap Kinerja DSSC

Abstract

Dunia saat ini, termasuk Indonesia, tengah menghadapi tantangan krisis energi yang signifikan, khususnya di sektor minyak bumi. Sejumlah upaya telah dilakukan untuk mengidentifikasi sumber energi alternatif yang memiliki potensi besar, salah satunya adalah energi matahari. Diketahui bahwa energi matahari yang sampai ke permukaan bumi mencapai sekitar 1.200.000 TW (triliun watt). Di Indonesia, pemerintah telah mengeluarkan kebijakan yang menetapkan bahwa 23% dari total energi campuran harus bersumber dari Energi Baru dan Terbarukan (EBT), di mana energi matahari menjadi salah satu sumber yang memiliki potensi terbesar, yakni sekitar 4,8 KWh/m2 atau setara dengan 112.000 GWp. Namun demikian, pemanfaatan energi surya di Indonesia masih sangat terbatas, yakni hanya sekitar 10 MWp dengan potensi pengembangan sebesar 0,87 GW atau sekitar 50 MWp per tahun. Sel surya merupakan salah satu alternatif Energi Baru dan Terbarukan (EBT) yang sesuai dengan harga yang kompetitif untuk negara berkembang seperti Indonesia. Setelah melewati berbagai perkembangan generasi, Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) kini telah menjadi generasi ketiga yang mendapat perhatian besar dalam beberapa tahun terakhir. Hal ini disebabkan oleh karakteristik DSSC yang ramah lingkungan, mudah dalam fabrikasi, dan lebih ekonomis dibandingkan dengan sel surya konvensional yang lebih awal. Umumnya, DSSC terdiri dari komponen fotoanoda yang terbuat dari semikonduktor berpori, elektrolit, serta counter-elektroda yang terbuat dari bahan metal konduktif atau karbon. Proses pembuatan fotoanoda ini melibatkan deposisi material semikonduktor pada permukaan transparent conducting oxide (TCO), sementara counter-elektroda yang berbentuk lapisan tipis konduktif, terbuat dari metal atau karbon, ditempatkan pada sisi TCO yang lain. Penelitian ini merupakan penelitian kuantitatif berbentuk simulasi yang bertujuan untuk meningkatkan kinerja DSSC dengan variasi ketebalan TiO2/CuS sebagai fotoanoda, dengan lebih dulu membandingkan berbagai bahan semikonduktor yang digunakan sebagai fotoanoda, mulai dari TiO2 murni, TiO2/Cu, TiO2/S, dan TiO2/CuS. Selain itu, penelitian ini mengeksplor parameterparameter internal lainnya, seperti koefisien absorpsi dan pengaruh perubahan nilai koefisien difusi pada suhu operasional. Adapun variasi ketebalan yang disimulasikan dimulai dari 1-100 μm, variasi koefisien absorpsi dengan nilai 500- 50.000 cm-1, dan suhu operasional 275-325 K. Penelitian ini telah membuktikan bahwa DSSC berbahan TiO2 doping CuS mampu meningkatkan nilai efisiensi DSSC dibandingkan berbahan TiO2 murni. Performa kinerja DSSC berbahan TiO2/CuS menghasilkan nilai efisiensi lebih tinggi sebesar 16,77% berbanding dengan DSSC berbahan TiO2 murni sebesar 6,53%. Hal ini menunjukkan bahwa kinerja DSSC menjadi semakin baik dengan TiO2/CuS sebagai fotoanoda. Variasi parameter internal DSSC, seperti ketebalan fotoanoda (d), nilai koefisien absorpsi (a), dan nilai koefisien difusi (D) pada berbagai suhu operasional yang telah disimulasikan, terbukti dapat meningkatkan nilai efisiensi DSSC. Optimasi yang dilakukan dari variasi parameter internal tersebut mampu menghasilkan nilai optimum yang berkontribusi pada efisiensi maksimum, dimulai dari ketebalan optimum fotoanoda sebesar 3 μm, nilai koefisien absorpsi optimum sebesar 17.000 cm⁻¹ pada titik saturasi eksitasi foton (SEF), dan nilai koefisien difusi optimum sebesar 1,51 × 10⁻⁶ cm²/s, pada suhu operasioanal tertinggi sebesar 325 K.