Simulasi Unjuk Kerja Dye-Sensitized Solar Cell (DSSC) Menggunakan Variasi Ketebalan Photoelektroda TiO2

Abstract

Dye-Sensitized Solar Cell (DSSC) merupakan sel surya generasi ketiga yang ramah lingkungan serta ekonomis, tetapi nilai efisiensi konversi energinya masih lebih rendah dibanding sel surya generasi pertama dan sel surya generasi kedua. Jika ditinjau secara teoritis kinerja DSSC ini masih dapat ditingkatkan. Hal ini menyebabkan pengembangan penelitian mengenai DSSC menarik untuk dilakukan dengan harapan dapat tercapainya peningkatan kinerja pada DSSC. Upaya peningkatan kinerja DSSC dapat dilakukan dengan mengoptimasi komponen-komponen dasar penyusunnya. Beberapa komponen dasar penyusun DSSC yaitu photoelektroda, zat pewarna (dye), elektrolit, dan counter elektroda. Salah satu komponen dasar dari DSSC yang mampu menunjang kinerjanya yaitu photoelektroda. Photoelektroda merupakan komponen pada DSSC yang berfungsi menyediakan permukaan yang luas untuk memuat zat pewarna (dye) dan meneruskan elektron fotogenerasi menuju ke sirkuit eksternal DSSC. Pada komponen photoelektroda ini dilapisi dengan material semikonduktor. Material semikonduktor yang memiliki kestabilan tinggi terhadap cahaya matahari serta tidak berbahaya bagi lingkungan yaitu Titanium Dioksida (TiO2), sehingga dalam penelitian ini digunakan TiO2 sebagai lapisan semikonduktor pada photoelektroda. Pada penelitian ini telah dilakukan simulasi investigasi unjuk kerja DSSC dengan menggunakan variasi ketebalan photoelektroda TiO2. Kegiatan simulasi menggunakan variasi ketebalan photoelektroda TiO2 dimulai dari skala nanometer (1 nm) sampai dengan skala mikrometer (100 µm). Setiap perubahan ketebalan photoelektroda TiO2 tersebut mempengaruhi nilai parameter-parameter kelistrikan pada DSSC yaitu rapat arus listrik short circuit (Jsc), tegangan listrik open circuit (Voc), daya listrik maksimum (Pmax), dan efisiensi DSSC (η). Berdasarkan kegiatan simulasi ini diperoleh nilai ketebalan photoelektroda TiO2 optimum yang diindikasikan dengan tingginya nilai parameter-parameter kelistrikan yang dihasilkan pada ketebalan tersebut. Selanjutnya setelah diperoleh nilai ketebalan optimum photoelektroda TiO2, maka dilakukan simulasi variasi nilai mobilitas elektron akibat perubahan temperatur DSSC pada nilai ketebalan photoelektroda TiO2 tersebut. Hal ini dilakukan karena faktor temperatur menjadi faktor eksternal yang mampu mempengaruhi kinerja DSSC. Nilai temperatur yang disimulasikan yaitu 273 K sampai dengan 373 K dengan rentang 10 K dengan masing-masing variasi temperatur ini menyebabkan perubahan terhadap nilai mobilitas elektron di dalam TiO2. Hasil penelitian berupa grafik hubungan antara rapat arus listrik short circuit (Jsc) terhadap tegangan listrik open circuit (Voc) yaitu grafik J-V, grafik hubungan antara daya listrik maksimum (Pmax) terhadap tegangan listrik open circuit (Voc) yaitu grafik P-V, dan grafik hubungan antara nilai efisiensi DSSC (η) terhadap ketebalan photoelektroda TiO2 (d) yaitu grafik (η-d). Berdasarkan kegiatan simulasi diperoleh bahwa nilai ketebalan photoelektroda TiO2 optimum sebesar 5 µm dengan nilai rapat arus listrik short circuit (Jsc) sebesar 0,0145 A/cm2 ; nilai tegangan listrik open circuit (Voc) sebesar 0,6079 V; nilai daya listrik maksimum (Pmax) sebesar 0,0049 VA/cm2 ; nilai fill factor sebesar 0,5558; dan nilai efisiensi sebesar 4,90 %. Selanjutnya, hasil simulasi perubahan nilai mobilitas elektron pada ketebalan optimum photoelektroda TiO2 (5 µm) menunjukkan bahwa ketika nilai mobilitas elektron sebesar 0,0155 cm2 /Vs diperoleh hasil performa DSSC yaitu nilai rapat arus listrik short circuit (Jsc) sebesar 0,0145 A/cm2 ; nilai tegangan listrik open circuit (Voc) sebesar 0,7582 V; nilai daya listrik maksimum (Pmax) sebesar 0,0061 VA/cm2 ; nilai fill factor sebesar 0,5548; dan nilai efisiensi sebesar 6,10 %.