Pengaruh Morfologi Nanopartikel SiO2 Terhadap Sifat Elektrokimia Gel Polimer Elektrolit Kitosan/SiO2-KI/I2 untuk Dye Sensitized Solar Cells

Yusuf Ardiansyah, Adhi Dwi Hatmanto, S.Si., M.Sc., Ph.D.; Fajar Inggit Pambudi, S.Si., M.Sc., Ph.D.

2025 | Skripsi | KIMIA

Pengaruh perbedaan morfologi SiO2 NPs terhadap sifat elektrokimia gel polimer elektrolit kitosan/SiO2-KI/I2 untuk dye-sensitized solar cells (DSSC) telah dipelajari secara sistematis. Tujuan penelitian ini adalah melakukan sintesis dan karakterisasi SiO2 dalam berbagai morfologi sebagai nanofiller dalam gel polimer elektrolit berbasis kitosan, mengetahui pengaruh morfologi nanofiller SiO2 terhadap sifat elektrokimia gel polimer elektrolit dan mengkaji potensi SiO2 sebagai filler dalam meningkatkan kinerja mediator redoks untuk proses regenerasi zat warna pada sistem DSSC. Nanopartikel SiO2 dengan berbagai morfologi berhasil disintesis menggunakan metode sol-gel dan solvotermal, kemudian dicampurkan ke dalam matriks GPE bersama KI dan I2 dalam pelarut asam asetat (CH3COOH). Karakterisasi material dilakukan menggunakan XRD, FTIR, SR-UV, SEM, dan TEM, sedangkan sifat elektrokimia dianalisis dengan voltametri siklik.

Penambahan nanofiller SiO2 dalam gel polimer elektrolit berbasis kitosan terbukti mampu meningkatkan intensitas arus dan mediator redoks dalam regenerasi zat wana. Hasil penelitian diperoleh SiO2 nanosphere dan nanocube dengan diameter rata-rata sebesar 114,74 nm dan 143,2 nm, sedangkan untuk SiO2 nanotube dengan lebar rata-rata pada spot 1 dan 2 sebesar 6,24 nm dan 70,3 nm. Di antara ketiga morfologi, SiO2 nanocube menunjukkan performa terbaik sebagai nanofiller dengan menyediakan jalur konduksi tambahan siklus redoks I?/I3? yang lebih efisien. Hasil SiO2 nanocube menunjukkan nilai arus puncak anodik dan katodik sebesar 1,390 mA dan -1,922 mA. Nilai rasio Ipa/Ipc, ?E, E1/2 (V vs NHE) sebesar 0,723; 1,209 V; dan 0,502 V. Nilai E1/2 (V vs NHE) yang lebih rendah dibandingkan tingkat energi HOMO zat warna menunjukkan bahwa sistem ini berpotensi sebagai elektrolit yang efektif dalam DSSC.

Effect of SiO2 Nanofiller Morphology on the Electrochemical Properties of Chitosan-Based Gel Electrolytes for DSSC. This study investigates the effect of morphological variations in SiO2 nanoparticles on the electrochemical performance of chitosan/SiO2-KI/I2 gel polymer electrolytes (GPEs) for dye-sensitized solar cells (DSSC). SiO2 nanospheres, nanotubes, and nanocubes were synthesized via a sol-gel and solvothermal, then incorporated into chitosan-based GPEs using acetic acid as a solvent, along with KI and I2 as redox mediators. Material characterization was performed using XRD, FTIR, SR-UV, SEM, and TEM, while electrochemical properties were evaluated by cyclic voltammetry (CV).

The addition of SiO2 nanofillers improved current intensity and redox behavior in the dye regeneration process. The research resulted in the formation of SiO2 nanospheres and nanocubes with average diameters of 114.74 nm and 143.2 nm, respectively. Meanwhile, the SiO2 nanotubes exhibited average widths of 6.24 nm and 70.3 nm at spots 1 and 2, respectively. Among the three morphologies, SiO2 nanocubes exhibited the best electrochemical performance, attributed to the formation of additional conductive pathways for I?/I?? ion transport, which facilitated more efficient redox reactions. CV analysis of nanocube-based GPEs showed anodic and cathodic peak currents of 1.390 mA and -1.922 mA, with an Ipa/Ipc ratio of 0.723, a peak potential separation (?E) of 1.209 V, and a half-wave potential (E1/2) of 0.502 (V vs NHE). The relatively low E1/2 compared to the dye’s HOMO level indicates a favorable driving force for dye regeneration, suggesting strong potential for SiO2 nanocube-filled GPEs in enhancing DSSC performance.

Kata Kunci : kitosan, gel polimer elektrolit, SiO2, voltametri siklik