Kisah sukses dari Intel ISEF 2006 & 2007 : Membuat ‘prakarya’ sel surya (Bag. 3)

Saatnya mengesampingkan hipotesa, dan kami mulai bekerja.

Musim panas 2005 di kala siswi tersebut liburan panjang (dan kebetulan saya waktu itu tidak memiliki project) kami memulai segalanya; memesan kebutuhan, setting alat eksperimen, saya mengajarinya prinsip-prinsip elektrokimia, teori sel surya, teknik dasar dan teori Sputtering, membaca literatur/paper, trial error alat, eksperimen dan juga pengujian sampel.

Agak diburu waktu sebenarnya, karena musti menampakkan hasil yang signifikan di masa liburan. Jadi kerja kami waktu itu agak sporadis. Kami mengatur jadwal dan target penelitian, selajutnya membagi tugas, dia kerja siang sedangkan saya bantu meneruskan membuat sampel-sampel yang dibutuhkan pada malam harinya. Benar-benar kerja keras….

(Ah, kalau ingat waktu itu, saya sedang tinggal di Korea sendiri, istri tengah mengandung di Indonesia. Parahnya saya musti tinggal di Lab 24 jam plus nginep sana-sini di rumah teman. barang-barang saya tinggal di lab, sisanya menyebar di asrama maupun di rumah teman. Maklum, ga ingin keluar ongkos biaya sewa rumah agar si jabang bayi bisa lahir….(^_^)….)

Penelitiannya agak kurang mulus pada awalnya.

Hipotesa kami mengenai lapisan berpori hasil sputtering dan etching tidak sesuai dengan yang diharapkan. Awlnya, lapisan yang kami buat dengan menggunakan Sputtering memang dapat diperoleh namun dengan karakteristik padat dan bebas dari pori. Tentu saja ini sudah diprediksi sebelumnya sehingga dilakukanlah proses lanjut yakni ethicng. Sayangnya pendekatan ini pun tidak membuahkan hasil. Hasil etching tersebut hanya membuat permukaan lapisan menjadi kasar (rough) bukan membuat pori (porous) di dalam struktur lapisan. Setelah beberapa kali mencoba dengan variabel waktu etching (waktu pencelupan lapisan ke dalam larutan asam) lapisan masih menunjukkan karakteristik yang jauh dari perkiraan.

Agaknya pendekatan ini gagal untuk diwujudkan…..

Kami mencoba alternatif lain dengan tetap menggunakan teknik Sputtering sebagai penghasil lapisan TiO2. Idenya sederhana; kami coba dengan kombinasi pembuatan lapisan TiO2 dengan teknik Sputtering dan metode konvensional. Tujuannya masih konsisten dengan tujuan awal. Yakni bagaimana dapat mereduksi lama waktu pemansan pada temperatur tinggi dan tetap menghasilkan performa DSSC yang kompetitif.

Pertamatama, lapisan TiO2 dibuat dengan menggunakan Sputtering sebagaimana metode sebelumnya. Dengan Sputtering ini, telah berhasil dibuat lapisan TiO2 dengan ketebalan sekitar 1 micrometer. Lapisan ini di buat pada suhu temperatur ruang. Kemudian, di atas lapisan ini, dibuat lagi lapisan serupa namun dengan metode yang berbeda dengan tujuan untuk menghasilkan lapisan TiO2 yang berpori. Hasil akhirnya berupa dua lapisan material TiO2 namun dengan karakteristik lapisan yang berbeda; lapisan pertama merupakan lapisan padat, yang kedua merupakan lapisan berpori.

Lapisan hasil pednekatan dua metode ini kemudian dicelupkan ke dalam larutan pigmen (lebih dikenal dengan sebutan dye) selama 24 jam dengan tujuan agar larutan pigmen terserap ke dalam pori-pori lapisan TiO2. Kali ini, pendekatan kami berhasil. Lapisan TiO2 berubah warna setelah dicelup di dalam larutan pigmen selama 24 jam, dari putih bersih mejadi ungu tua, warna yang sama dengan warna pigmen. Perubahan warna ini mengindikasikan bahwa lapisan TiO2 cukup memiliki porositas yang tinggi. Hasil akhir lapisan yang tadinya berwarna putih menjadi ungu tua bisa dilihat di gambar samping ini.

Setelah mempersiapkan komponen lapisan lain dengan metode konvensional (lapisan Platinum, lapisan ITO, larutan elektrolit), kami mencoba menguji sampel prototipe DSSC kami. Sebagai komparasi, kami mempersiapkan beberapa sel DSSC; sel DSSC yang dibuat seluruhnya dengan metode konvensional serta sel DSSC yang kami buat dengan menggabungkan teknik Sputtering dengan metode pemuatan konvensinal. Gambar sel DSSC bisa dilihat di samping ini. Kami mempersiapkan tiga jenis dengan luas sel kira-kira 1,5 x 1,5 cm2.

Berhubung ketiadaan alat uji untuk menguji performa sel DSSC kami. Maka dibuatlah rangkaian untuk melakukan tes performa sel yang biasa dinamakan pengujian kuat arus-tegangan (I-V measurement). Dengan bantuan lampu halogen berdaya 500 W, multitester skala microAmpere, sebuah voltmeter dan contekan rangkaian listrik pengukuran I-V dari Asian Physics Olympiad tahun 2004 di Taipei untuk merangkainya.

Hasilnya?

Karakteristik sel surya berhasil kami peroleh dengan hasil yang lumayan, baik untuk DSSC proses konvensional maupun DSSC yang kami persiapkan dengan metode Sputtering dikombinasikan dengan metode konvensional. Lebih dari itu, ternyata, hasil sel DSSC metode sputtering dan konvensional yang kami buat dapat mengasilkan tegangan, kuat arus dan daya yang lebih tinggi dari DSSC konvensional. Dan hasil ini pun kami dapatkan meningkat secara proporsional apabila ketebalan lapisan TiO2 dengan Sputtering kami tambah, dari 1 mikrometer ke kira-kira 2 mikrometer. Haha…. hipotesa kami ternyata benar ttg alternatif metode pembuatan DSSC. Keberadaan lapisan padat non-pori TiO2 hasil Sputtering ternyata mampu meningkatkan performa DSSC sampai taraf tertentu.

Beberapa analisa coba dibuat untuk menerangkan fenomena ini. Satu alasan yang paling mungkin ialah adanya percepatan transfer elektron dari pigmen (dye) –> lapisan pori TiO2–>lapisan padat TiO2–>lapisan ITO kemudian ke rangkaian listrik. Kami tidak dapat meneruskan analisa lebih mendalam dikarenakan hal tersebut diluar jangkauan fasilitas dan ruang lingkung penelitian ini.

Hasil ‘science project’ ini kemudian di tulis dan dipresentasikan oleh sang siswi tersebut di ajang Science Exhibition di sekolahnya pada bulan Februari 2005. Ternyata penelitiannya masuk kategori Ilmu Kimia, bukan Engineering seperti yang kami perkirakan sbeelumnya. Saya hanya menunggu saja kabar dari Amerika sana, mudah-mudahan penelitian ini ngga malu-maluin lah mengingat kesederhanaan ide, prasarana alat, keterbatasan waktu penelitian, dan kadang ketidakpedean kami dengan metode serta topik yang dipilih.

4 Comments

Filed under Blog

4 responses to “Kisah sukses dari Intel ISEF 2006 & 2007 : Membuat ‘prakarya’ sel surya (Bag. 3)

  1. Ajie

    penjelasan tentang sel surya sangat bagus,saya ada masalah dengan gambar solar sel untuk skripsi saya yaitu PENJEJAK MATAHARI. dimana solar selnya nanti dpat megikuti arah matahari dari timur-barat, utara- selatan.jadi mohon bantuannya untuk gambar solar sel!

  2. Rachmat Adhi Wibowo

    Salam Mas Ajie..

    Trima kasih atas comment-nya.

    Jika yg dimaksud dengan sun tracker yg terpasag di sel surya, dan jg gambar atau fotonya, nanti saya jepretkan. Di kampus saya ada sun tracker dan sel suryanya. Jika yg dimaksud ialah skematik diagram sun tracker, saya kira di internet bnyk tersedia dan dapat dijadikan bahan kajian.

  3. kira-kita katalis elektroda lawan (counter elektroda) yang baik dan murah, alternatifnya apa ya….

    Salam…

    Makasi kunjungannya.
    Counter elektoda yg murah bisa pakai karbon/grafit.
    Caranya, lapiskan grafit ke kaca bagian belakang/counter nya sebagai ganti Platina (Pt).
    Grafit ini bisa dengan menggosok pensil ke atas kaca/substrat.
    Nah, murah kan?

    Salam
    Adhi

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s