SINTESIS DAN APLIKASI LAPIS TIPIS TiO2 NANOTUBE UNTUK SEL SURYA

EVANA, Dr. Indriana Kartini, M.Si

2013 | Tesis | S2 Ilmu Kimia

Telah dilakukan sintesis lapis tipis TiO2 nanotube di atas substrat kaca untuk sel surya tersensitisasi zat warna ekstrak kulit manggis (Garcinia mangostana l.) melalui metode templating menggunakan lapis tipis ZnO nanorod sebagai cetakan dengan dua teknik, yaitu teknik deposisi fasa cair dan sol-gel. Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh TiO2 dengan karakter nanotube serta mempelajari hubungan antara morfologi TiO2 hasil sintesis dengan efisiensi DSSC. Lapis tipis ZnO nanorod sebagai cetakan untuk sintesis TiO2 nanotube dibuat menggunakan metode hidrotermal. Hasil foto SEM dan TEM memperlihatkan bahwa ZnO nanorod yang dihasilkan memiliki orientasi vertikal dan ukuran seragam dengan panjang 1,5 µm dan diameter 100 nm. Data XRD menunjukkan keberadaan ZnO nanorod dengan struktur kristal wurtzite didominasi oleh bidang 002. Pada sintesis TiO2 nanotube dengan metode templating melalui teknik deposisi fasa cair, lapis tipis ZnO nanorod hasil sintesis digunakan sebagai substrat untuk deposisiTiO2 dari sistem suspensi yang mengandung TiO2 P25 dan H3BO3. Lapis tipis TiO2 yang dihasilkan disusun oleh morfologi partikulat yang didominasi fasa anatase dengan ukuran kristalit 39,5 nm. Pada teknik sol-gel, deposisi TiO2 pada cetakan dilakukan menggunakan teknik dip coating dengan laju penarikan 2 cm/menit. Prekursor TiO2 yang digunakan berasal dari titanium tetraisopropoksida (TTIP). Lapis tipis TiO2 yang dihasilkan dengan frekuensi pencelupan 3x yaitu TiO2 nanotube anatase yang memiliki orientasi vertikal dengan panjang tabung 600 nm dan diameter 100 nm. Kajian sensitisasi lapis tipis TiO2 oleh zat warna ekstrak kulit manggis dilakukan dengan membandingkan spektra elektronik larutan zat warna dengan sistem TiO2- zat warna di daerah cahaya tampak dengan spektrofotometer UV-Vis. Karakter sel surya menggunakan sensitiser zat warna dipelajari melalui pengukuran kurva I-V. Lapis tipis TiO2 yang dihasilkan dengan frekuensi pencelupan 3x melalui teknik sol-gel memiliki performa sel surya yang paling baik dibandingkan TiO2 hasil deposisi fasa cair dengan nilai tegangan (Voc) sebesar 470 mV, kerapatan arus (Jsc) 440 μA/cm2, FF 0,280 dan efisiensi (η) bernilai 0,057 %.

The film of nanotube TiO2 on glass substrate for dye sensitized solar cells (DSSC) was synthesized by templating method using ZnO nanorod film as the template employing liquid phase deposition (LPD) and sol-gel method. The research aims at getting vertically alligned nanotube TiO2 film and studying the effect of the morphology on the solar cell performance. Well aligned ZnO nanorods were firstly prepared by hydrothermal method. SEM and TEM images showed that the resulted ZnO nanorod was ordered and uniform. The diameter and length of the nanorods were 100 nm and 1.5 µm, respectively. The XRD results showed that ZnO nanorods were wurtzite-structured ZnO with preferential orientation along (002) plane. In the fabrication process of TiO2 nanotube arrays by LPD, the synthesized ZnO nanorod films were immersed in aqueous solution consisting of TiO2 P25 and H3BO3 at room temperature for 2 h. It was found that TiO2 thin film resulted from LPD method has particulates morphology. The XRD pattern shows predominantly anatase phase with average crystallite size of approximately 39.5 nm. For sol-gel method, TiO2 sol was deposited on ZnO nanorod by dip coating with a withdrawing speed of about 2 cm/min. Titanium tetraisopropoxide (TTIP) was used as the titanium precursors. Ordered TiO2 nanotube was obtained at dip-coating cycle of 3 with anatase crystalline phase of about 600 nm long and 100 nm in diameter. Sensitization study was carried out by comparing the electronic spectra of mangosteen extract dye solution to TiO2-dye system in visible region. The solar cell characteristic was studied by analyzing its I-V curve. It is found that DSSC based on TiO2 resulted from sol-gel method has higher efficiency than those of TiO2 resulted from LPD method. The resultant DSSC has photogenerated current (Jsc) and voltage (Voc) as high as 440 μA/cm2 and 470 mV, respectively with the fill factor (FF) of 0.280 and global efficiency (η) of 0.057%.

Kata Kunci : TiO2 nanotube, templating, manggis, sel surya