sel surya
Post on 27-Jan-2016
230 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
EFISIENSI KONVERSI SEL PADA DSSC (DYE SENSITIZED SOLAR
CELL) DENGAN MENGGUNAKAN KULIT RAMBUTAN
SEBAGAI SENSITIZER
PROPOSAL PENELITIAN
Oleh:
Ruwanti Dewi Cahya Ningrum
12030234216
Kimia B 2012
UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
JURUSAN KIMIA
2014
A. Judul
Efisiensi konversi sel pada DSSC (Dye Sensitized Solar Cell) dengan
menggunakan kulit rambutan sebagai sensitizer
B. Bidang Kajian
Kimia Elektro
C. Latar Belakang Masalah
Dewasa kini telah banyak dilakukan penelitian guna mencari sumber
energi alternatif yang dapat diperbaharui, murah dan ramah lingkungan. Hal
ini sehubungan dengan semakin menipisnya persediaan sumber energi fosil
dalam beberapa tahun ini. Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral
(ESDM)-Republik Indonesia memperkirakan cadangan minyak bumi di tanah
air hanya mencukupi untuk 18 tahun ke depan, sementara gas bumi dan
batubara masing-masing hingga 61 dan 147 tahun ke depan. Disamping itu,
penggunaan energi fosil menyebabkan polusi dan pemanasan global sehingga
adanya energi alternatif sangat diperlukan.
Penggunaan energi melalui sel surya (solar cell) merupakan alternatif
yang paling potensial dari sekian banyak sumber energi terbaharui. Hal ini
dikarenakan sel surya mampu mengubah sinar matahari secara langsung
menjadi energi listrik tanpa menghasilkan emisi gas buang apapun. Selain itu
ketersediaan energi dalam jumlah besar dan waktu yang cukup panjang,
dimana Indonesia yang merupakan daerah tropis memiliki potensi sumber
tenaga surya yang sangat besar yaitu pancaran sinar matahari yang mencapai
4500 Watt hour per meter persegi dalam satu hari.
Sel surya berdasarkan perkembangan teknologi saat ini dan bahan
pembuatannya dapat dibedakan menjadi tiga, yaitu pertama, sel surya yang
terbuat dari silikon kristal tunggal dan silikon multi kristal. Kedua, sel surya
tipe lapis tipis dan yang ketiga, sel surya organik atau Dye Sensitized Solar
Cell (DSSC). Diantara ketiga tipe sel surya tersebut, DSSC memiliki potensi
besar untuk dikembangkan menjadi sumber energi alternatif, karena bahannya
mudah diperoleh, murah, ramah lingkungan dan memiliki efisiensi konversi
sel yang tiggi.
Pada DSSC, absorbsi cahaya dilakukan oleh molekul dye (pewarna).
Pewarna yang umumnya digunakan dan mencapai efisiensi paling tinggi yaitu
jenis ruthenium complex. Namun pewarna jenis ini cukup sulit untuk
disintesis dan harganya mahal. Alternatif lain yakni penggunaan pewarna
alami dari buah-buahan, khususnya pewarna antosianin.
Indonesia merupakan negara tropis yang sangat cocok untuk
pertumbuhan buah rambutan, sehingga buah rambutan sangatlah mudah
diperoleh. Kulit rambutan seringkali tidak dimanfaatkan. Mangku dkk (2006)
dalam penelitiannya membuktikan bahwa kulit rambutan mengandung
pigmen antosianin yang dapat diekstraksi untuk dimanfaatkan sebagai zat
pewarna alami yang berpeluang sebagai sensitizer pada DSSC (Dye
Sensitized Solar Cell). Pemanfaatan limbah sebagai ekstrak pewarna alami
akan lebih murah, dan meningkatkan nilai tambah, disamping itu dapat
meminimalkan produksi limbah yang mulai meningkat seiring peningkatan
jumlah dan konsumsi penduduk.
D. Rumusan Masalah
1. Bagaimana kemampuan absorbsi larutan pewarna antosianin dari pigmen
kulit rambutan?
2. Bagaimana pengaruh penggunaan ekstrak kulit rambutan (Niphelium
lappaceum L.) sebagai sensitizer terhadap efisiensi konversi sel pada
DSSC (Dye Sensitized Solar Cell)?
E. Tujuan Penelitian
1. Mengetahui kemampuan absorbsi larutan pewarna antosianin dari pigmen
kulit rambutan.
2. Mengetahui adanya pengaruh penggunaan ekstrak kulit rambutan
(Niphelium lappaceum L.) sebagai sensitizer terhadap efisiensi konversi
sel pada DSSC (Dye Sensitized Solar Cell).
F. Manfaat Penelitian
1. Untuk memberikan pengetahuan bahwa ekstrak kulit rambutan dapat
digunakan sebagai sensitizer pada DSSC (Dye Sensitized Solar Cell).
2. Untuk meningkatkan daya guna buah rambutan (Niphelium lappaceum L.)
yang selama ini kulitnya kurang dimanfaatkan.
3. Untuk menghasilkan DSSC (Dye Sensitized Solar Cell) yang murah dan
memiliki efisiensi konversi sel yang baik sehingga dapat digunakan
sebagai energi alternatif yang ramah lingkungan.
G. Definisi Operasional, Asumsi dan Pembatasan Masalah
a. Definisi Operasional
Dari permasalahan yang telah dikemukakan di atas, maka perlu
dijelaskan definisi operasional sebagai berikut :
a. Maserasi merupakan salah satu jenis ekstraksi bertahap yang
dilakukan dengan cara merendam serbuk kulit rambutan binjai
(Nephelium lappaceum) menggunakan pelarut etanol.
b. Absorbsi merupakan proses penyerapan cahaya hingga ke bagian
dalam oleh senyawa antosianin dari pigmen kulit rambutan yang
dapat dianalisis dengan menggunakan spektrofotometer UV-Vis.
c. Senyawa antosianin merupakan senyawa fenolik golongan flavonoid
yang memberikan warna merah pada kulit rambutan binjai
(Nephelium lappaceum).
d. DSSC (Dye Sensitized Solar Cell) merupakan sel surya yang
berbasis fotoelektrokimia dimana proses absorbsi cahaya dilakukan
oleh pewarna antosianin dari ekstrak kulit rambutan binjai
(Nephelium lappaceum) dan proses separasi muatan oleh bahan
anorganik semikonduktor TiO2.
e. Rambutan binjai (Nephelium lappaceum) merupakan buah yang
memiliki warna kulit merah tua yang berasal dari daerah tropis di
Blitar.
b. Asumsi
Sampel yang berupa kulit rambutan binjai (Nephelium lappaceum)
mempunyai umur dan kondisi lingkungan yang sama.
c. Pembatasan Masalah
a. Sensitizer sel surya alami berasal dari ekstrak kulit rambutan binjai
(Niphelium lappaceum L.) yang diperoleh di daerah Blitar, Jawa Timur.
b. Ekstraksi kulit rambutan binjai (Niphelium lappaceum L.)
menggunakan metode maserasi dan pelarut etanol 95%.
c. Analisis kemampuan absorbsi cahaya oleh senyawa antosianin dari
ekstrak kulit rambutan binjai (Niphelium lappaceum L.) menggunakan
instrumen spektrofotometer UV-Vis.
H. Kajian Pustaka
1. Teori- teori yang Mendukung
a. Sel surya
Sel surya atau sel fotovoltaik merupakan suatu mekanisme yang
bekerja berdasarkan efek fotovoltaik dimana foton dari radiasi diserap
kemudian diubah menjadi energi listrik. Efek voltaik sendiri adalah
suatu peristiwa terciptanya muatan listrik didalam bahan sebagai
akibat penyerapan (absorbsi) cahaya dari bahan tersebut (Malvino,
1986).
Efek fotovoltaik ditemukan oleh Becquerel pada tahun 1839,
dimana Becquerel mendeteksi adanya tegangan foton ketika sinar
matahari mengenai elektroda pada larutan elektrolit. Sel surya
berdasarkan perkembangan teknologi saat ini dan bahan
pembuatannya dapat dibedakan menjadi tiga, yaitu pertama, sel surya
yang terbuat dari silikon kristal tunggal dan silikon multi kristal.
Kedua, sel surya tipe lapis tipis (thin film solar cell) dan yang ketiga,
sel surya organik atau Sel Surya Pewarna Tersensitisasi (SSPT) atau
Dye Sensitized Solar Cell (DSSC).
b. DSSC (Dye Sensitized Solar Cell)
Sel Surya Pewarna Tersensitisasi (SSPT) atau Dye Sensitized
Solar Cell (DSSC) merupakan sistem fotovoltaik nonkonvensional
generasi ketiga yang telah diteliti dan paling terkenal yang
dikembangkan oleh Michael Grätzel pada 1991 dimana sistem ini
dinamakan sel surya pewarna tersensitisasi (dye sensitised solar cell)
(Halme, 2002). Sel fotovoltaik berbasis zat pewarna (DSSC) memiliki
efisiensi energi pada skala laboratorium sebesar 7-11 %, sedangkan
sel fotovoltaik organik memiliki efisiensi sekitar 5 %. Sel surya jenis
ini memiliki proses pabrikasinya yang lebih sederhana tanpa
menggunakan peralatan rumit dan mahal. Namun demikian, sel surya
ini memiliki kelemahan yaitu stabilitasnya rendah karena penggunaan
elektrolit cair yang mudah mengalami degradasi atau kebocoran.
Struktur DSSC
Dye Sensitized Sollar Cell (DSSC) tersusun dari beberapa
bahan, diantaranya lapisan nanokristal TiO2 berpori sebagai
fotoanoda, dye sebagai fotosensitizer, elektrolit redoks dan
elektroda lawan (katoda) yang diberi lapisan katalis. Struktur sel
surya ini berbentuk struktur sandwich, dimana dua elektroda yaitu
elektroda TiO2 tersensitisasi dye dan elektroda lawan terkatalisasi
mengapit elektrolit membentuk sistem sel fotoelektrokimia.
Gambar 1 Struktur DSSC (Dye Sensitized Sollar Cell)
(Sumber: www.electrons.wikidot.com)
Elektroda terbuat dari substrat kaca konduktif, yang telah
dilapisi transparant conductive oxide (TCO), umumnya digunakan
SnO2. Cahaya foton diserap oleh dye yang melekat pada permukaan
partikel TiO2 yang bertindak sebagai donor elektron. Sedangkan
lapisan nanopartikel semikonduktor TiO2 bertindak sebagai
akseptor atau kolektor elektron yang ditransfer dari dye yang
teroksidasi. Contoh semikonduktor yang digunakan sebagai
elektroda kerja yaitu ZnO. CdSe, CdS, WO3, Fe2O3, SnO2, Nb2O5,
Ta2O5 dan TiO2.
Semikonduktor Titanium dioksida (TiO2) memiliki tingkat
efisiensi yang paling tinggi dibandingkan yang lain. Hal ini
dikarenakan TiO2 memiliki fase kristal yang reaktif terhadap
cahaya, eksitasi elektron ke pita konduksi dapat dengan mudah
terjadi apabila kristal ini dikenai cahaya dengan energi yang lebih
besar daripada celah energinya (Halme, 2002). Selain itu,
semikonduktor TiO2 memiliki band gap yang lebar. TiO2 umum
digunakan karena inert (tidak bereaksi dengan unsur lain), tidak
berbahaya, murah, selain memiliki karakteristik optik yang baik.
Pada bagian atas dan alas sel surya merupakan glass yang
sudah dilapisi oleh TCO (Transparent Conducting Oxide), yang
berfungsi sebagai elektroda dan counter-elektroda. Pada TCO
counter-elektroda dilapisi katalis untuk mempercepat reaksi redoks
dengan elektrolit. Elektrolit redoks, biasanya berupa pasangan
iodida dan triodida (I-/I3-) yang bertindak sebagai mediator redoks
sehingga dapat menghasilkan proses siklus di dalam sel (Smestad
dan Gratzel, 1998).
Prinsip Kerja
Prinsip kerja DSSC berdasarkan prinsip elektrokimia. Proses
yang terjadi di dalam DSSC dapat dijelaskan sebagai berikut:
Gambar 2 Prinsip Kerja DSSC (Dye Sensitized Sollar Cell)
(Sumber: www.hiroshima-u.ac.jpg)
Ketika foton dari sinar matahari mengenai elektroda kerja pada
DSSC, energi foton tersebut diserap oleh larutan dye yang melekat
pada permukaan partikel TiO2. Sehingga elektron dari dye
mendapatkan energi untuk dapat tereksitasi (D*). Elektron-elektron
dari level HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) dieksitasi
ke tingkat energi yang lebih tinggi, LUMO (Lowest Unoccupied
Molecular Orbital) ketika molekul dye menyerap foton dengan
energi yang sesuai, mirip dengan fungsi klorofil pada proses
fotosintesis tumbuhan.
D + cahaya D*
Elektron yang tereksitasi dari molekul dye tersebut akan
diinjeksikan ke pita konduksi TiO2 dimana TiO2 bertindak sebagai
akseptor/kolektor elektron. Molekul dye yang ditinggalkan
kemudian dalam keadaan teroksidasi (D+).
D* + TiO2 e-(TiO2) + D+
Selanjutnya elektron akan ditransfer melewati rangkaian luar
menuju elektroda pembanding (elektroda karbon).
Elektrolit redoks biasanya berupa pasangan iodide dan triiodide
(I-/I3-) yang bertindak sebagai mediator elektron sehingga dapat
menghasilkan proses siklus dalam sel. Triiodida dari elektrolit
yang terbentuk akan menangkap elektron yang berasal dari
rangkaian luar dengan bantuan molekul karbon sebagai katalis.
Elektron yang tereksitasi masuk kembali ke dalam sel dan bereaksi
dengan elektrolit menuju dye teroksidasi. Elektrolit menyediakan
elektron pengganti untuk molekul dye teroksidasi. Sehingga dye
kembali ke keadaan awal dengan persamaan reaksi:
D+ + e-(elektrolit) elektrolit + D
Tegangan yang dihasilkan oleh sel surya nanokristal
tersensitisasi dye berasal dari perbedaan tingkat energi konduksi
elektroda semikonduktor TiO2 dengan potensial elektrokimia
pasangan elektrolit redoks (I-/I3-). Sedangkan arus yang dihasilkan
dari sel surya ini terkait langsung dengan jumlah foton yang
terlibat dalam proses konversi dan bergantung pada intensitas
penyinaran serta kinerja dye yang digunakan.
Efisiensi Sel Surya
Daya listrik yang dihasilkan oleh sel surya ketika mendapat
cahaya dihitung dari kemampuan untuk memproduksi tegangan
ketika diberi beban dan arus melalui beban pada waktu yang sama.
Gambar 3 Kurva arus-tegangan pada sel surya
(Sumber: www.thesolarized.com)
Efisiensi adalah sifat terpenting yang menjadi tolak ukur
performa pada sebuah perangkat sel surya. Nilai efisiensi suatu sel
surya dihitung dengan besarnya daya yang dihasilkan sel surya
dibagi dengan daya cahaya yang datang
Dimana Voc : tegangan maksimum saat open-circuit
Im : arus maksimum saat close-circuit
m : Titik daya maksimum (titik pada kurva I-V yang
menghasilkan arus dan tegangan maksimum)
Sedangkan FF adalah fill factor:
Sensitizer
Sinar matahari menghasilkan 5 % spektra di daerah
ultraviolet dan 45 % di daerah cahaya tampak. TiO2 hanya
menyerap sinar ultraviolet (350 – 380 nm). Untuk meningkatkan
serapan spektra TiO2 di daerah cahaya tampak, dibutuhkan lapisan
zat warna yang akan menyerap cahaya tampak. Zat warna tersebut
berfungsi sebagai sensitizer atau bahan penyerap cahaya dengan
suatu semikonduktor.
Zat pewarna yang umumnya digunakan dan mencapai
efisiensi paling tinggi yaitu jenis ruthenium complex. Walaupun
DSSC menggunakan ruthenium complex telah mencapai efisiensi
yang cukup tinggi, namun dye jenis ini cukup sulit untuk disintesis
dan harganya mahal. Alternatif lain yaitu penggunaan dye dari
buah-buahan, khususnya dye antosianin.
Namun kini telah dikembangkan DSSC dengan zat pewarna
organik yang murah dan mudah diperoleh. Beberapa penelitian
telah berhasil membuktikan bahwa zat warna alami dapat
memberikan efek fotovoltaik. Chairat et al. (2007) dalam
penelitiannya menggunakan ekstrak kulit buah manggis yang
terbukti dapat dimanfaatkan sebagai sensitizer pada sel surya jenis
DSSC. Pewarna alami yang digunakan yakni dye antosianin.
Antosianin merupakan senyawa fenolik golongan flavonoid yang
memberikan warna merah, ungu pada buah dan sayur.
Gambar 4 Struktur antosianin
(Sumber: www.intechopen.com)
Tabel 1 Kandungan antosianin pada beberapa jenis bahan pangan
Bahan Pangan Kadar antosianin (mg per 100 g)
Kulit buah manggis 580
Anggur 192
Kubis merah 113
Stroberi 69
Terong 35
(Sumber: www.whfood.org)
c. Rambutan
Sistematika tumbuhan Rambutan adalah sebagai berikut :
Kingdom : Plantae
Divisi : Spermatophyta
Kelas : Dicotyledoneae
Ordo : Sapindales
Famili : Sapindaceae
Genus : Nephelium
Spesies : Nephelium Lappaceum L.
Rambutan merupakan tanaman buah hortikultural berupa pohon
dengan famili Sapindacaeae. Tanaman buah tropis ini dalam bahasa
Inggrisnya disebut Hairy Fruit berasal dari Indonesia (Dalimarta, 2008).
Gambar 5 Buah Rambutan
(Sumber: www.archive.kaskus.co.id)
Tumbuhan rambutan (Nephelium Lappaceum L.) tergolong
tanaman yang berbunga banyak. Bunganya dapat berbentuk bunga
jantan atau bunga sempurna yang tersusun dalam suatu malai bunga
atau panicula. Mulai terdiri dari satu tangkai utama yang panjangnya
15-20 cm dengan banyak cabang. Tanaman rambutan merupakan jenis
pohon berukuran sedang dengan tinggi 12-25 meter. Batangnya bulat
atau bulat tidak teratur, berwarna kelabu kecokelatan bercabang banyak
dan lurus berdiameter 40-60 cm. Daun majemuk menyirip dengan anak
daun 5-9, berbentuk bulat telur, ujung dan pangkal runcing, tepi rata,
pertulangan menyirip, tangkai silindris, warnanya hijau, kerapkali
mengering tergantung pertumbuhan rambutan dipengaruhi oleh
ketersediaan air ( Kalie, 1994).
d. Spektrofotometer UV-Vis)
Spektrofotometer UV-Vis merupakan suatu metode identifikasi
yang didasarkan pada struktur elektronik molekul, yang dikenal sebagai
spektroskopi elektronik (Sastrohamidjojo, 1991). Spektrum yang
diabsorpsi oleh suatu senyawa adalah sejumlah sinar yang yang diserap
oleh satu senyawa pada panjang gelombang tertentu. Untuk senyawa
berwarna akan memiliki satu atau lebih penyerapan spektrum yang
tertinggi di daerah spektrum tampak (400-700 nm). Spektrum yang
terserap pada ultra violet (200-400 nm) dan daerah nampak terjadi
karena adanya perubahan energi elektron terluar dari molekul yang
disebabkan adanya ikatan atau bukan ikatan. Umumnya elektron yang
berpindah tempat ini disebabkan adanya ikatan rangkap karbon-karbon
atau pasangan nitrogen dengan oksigen. Biasanya cahaya tampak
merupakan campuran dari cahaya yang mempunyai berbagai panjang
gelombang, dari 400-700 nm. Transisi yang penting pada daerah
ultraviolet dan tampak yaitu transisi n →π* dan π→π*, sedangkan
transisi n→σ* jarang terjadi (Fessenden and Fessenden, 1982).
Tabel 2 Rentangan serapan spektrum UV-Vis golongan flavonoida
λ maksimum utama (nm)
λ maksimum tambahan (nm)
(dengan intensitas nisbi)Jenis flavonoida
475-560 ± 275 (55%) Antosianin
390-430 240-270 (32%) Auron
365-390 240-260 (30%) Kalkon
350-390 ± 300 (40%) Flavonol
250-270 ± 300 (40%) Flavonol
330-350 Tidak ada Flavon dan biflavonil
300-350 Tidak ada Flavon dan biflavonil
275-295 310-330 (30%) Flavanon dan Flavonol
±225 310-330 (30%) Flavanon dan Flavonol
310-330 310-330 (25%) Isoflavon
(Sumber: Markham, 1988)
2. Kerangka Konseptual dan Hipotesis Penelitian
a. Kerangka konseptual
Gambar 6 Kerangka konseptual penelitian
Fakta:
- Cadangan minyak bumi di tanah air hanya mencukupi untuk 18 tahun ke depan.
- DSSC (Dye Sensitized Solar Cell) bahannya mudah diperoleh, murah, ramah lingkungan dan memiliki efisiensi konversi sel yang tinggi.
- Sensitizer jenis ruthenium complex cukup sulit untuk disintesis dan harganya mahal.
- Buah rambutan tumbuh subur di Indonesia sementara limbah kulit rambutan kurang dimanfaatkan.
- Belum ada penelitian tentang penggunaan pigmen antosianin kulit rambutan sebagai sensitizer pada DSSC.
Harapan:
Senyawa antosianin yang diperoleh dari kulit rambutan binjai (Niphelium lappaceum L.) dapat digunakan sebagai sensitizer pada DSSC (Dye Sensitized Solar Cell) yang memiliki konversi sel yang baik sebagai energi alternatif.
1. Bagaimana kemampuan absorbsi larutan pewarna antosianin dari pigmen kulit rambutan?
2. Bagaimana pengaruh penggunaan ekstrak kulit rambutan (Niphelium lappaceum L.) sebagai
sensitizer terhadap efisiensi konversi sel pada DSSC (Dye Sensitized Solar Cell)?
Efisiensi konversi sel pada DSSC (Dye Sensitized Solar Cell) dengan menggunakan kulit
rambutan sebagai sensitizer
Teori:
- Pewarna alami dapat digunakan sebagai sensitizer pada DSSC (Dye Sensitized Solar Cell).
- Dalam pigmen kulit rambutan terdapat senyawa antosianin.
- Antosianin memiliki rentang panjang gelombang maksimum utama 475-560 nm ( Markham, 1998).
Penelitian terdahulu:
- Berdasarkan penelitian Lydia dkk (2001), pigmen kulit rambutan mengandung senyawa antosianin yang dapat digunakan sebagai pewarna alami.
- Berdasarkan penelitian Wulandari dkk (2012), pewarna alami dari ekstrak bunga sepatu yang mengandung senyawa antosianin dapat digunakan sebagai sensitizer pada DSSC.
b. Hipotesis
Senyawa antosianin dari pigmen kulit rambutan memiliki kemampuan
untuk mengabsorbsi cahaya.
Ada pengaruh penggunaan ekstrak kulit rambutan (Niphelium
lappaceum L.) sebagai sensitizer terhadap efisiensi konversi sel pada
DSSC (Dye Sensitized Solar Cell).
I. Metode Penelitian
1. Jenis Penelitian
Jenis penelitian ini ini adalah penelitian eksperimental.
2. Sasaran Penelitian atau Populasi dan Sampel
Populasi : kulit rambutan binjai (Niphelium lappaceum L.) dari Blitar
Sampel : kulit rambutan binjai (Niphelium lappaceum L.) dari Blitar
3. Rancangan Penelitian
Dalam penelitian ini menggunakan rancangan the post test-only
control group design
P0 O
P1 O1
P2 O2
P3 O3
P4 O4
P5 O5
Keterangan
P0 = Kelompok kontrol
P1 = Kulit rambutan seberat 50 gram
P2 = Kulit rambutan seberat 75 gram
Random
P3 = Kulit rambutan seberat 100 gram
P4 = Kulit rambutan seberat 125 gram
P5 = Kulit rambutan seberat 150 gram
O = Efisiensi konversi sel pada kelompok kontrol
O1 = Efisiensi konversi sel pada kulit rambutan seberat 50 gram
O2 = Efisiensi konversi sel pada kulit rambutan seberat 75 gram
O3 = Efisiensi konversi sel pada kulit rambutan seberat 100 gram
O4 = Efisiensi konversi sel pada kulit rambutan seberat 125 gram
O5 = Efisiensi konversi sel pada kulit rambutan seberat 150 gram
4. Variabel yang Digunakan
Variabel penelitian terdiri atas variabel bebas, variabel terikat dan
variabel kontrol, yang dapat dijelaskan sebagai berikut :
1. Variabel bebas : berat kulit rambutan (Niphelium lappaceum
L.) yakni 50, 75, 100, 125 dan 150 gram.
2. Variabel respon : Efisiensi konversi sel.
3. Variabel kontrol : Jenis kulit rambutan, waktu pemetikan,
tempat tumbuh, cara penyimpanan dan
pelarut yang digunakan, lama interaksi sel
dengan matahari, lama pemanasan dan
suhu, lama perendaman elektroda dalam
larutan pewarna.
4. Variabel random : Ukuran kulit rambutan.
5. Variabel interfening : Proses absorbsi cahaya foton.
5. Tempat dan Waktu Penelitian
a. Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Organik Jurusan
Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya.
b. Waktu Penelitian
Penelitian dimulai pada bulan Juni - Juli 2015.
6. Alat dan Bahan yang digunakan
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi substrat
kaca berlapis bahan Transparent Conductive Oxide (TCO), koloid TiO2
(TiNano 40), Iodolyte (TG-50), Polietilen Glikol 4000 (PEG 4000),
asetilaseton, etanol, metanol, asam asetat, aseton, kloroform, teh hitam,
tinta sotong dan pensil 2B. Peralatan yang digunakan antara lain
multimeter, Magnetic Stirrer Hotplate, Scotch (3M) tape, batang gelas
(glass stirring rod), neraca Ohauss 311, kertas tisu, filter, mortar, pH
Indikator Acilit (pH 0-6), potensiometer, Lampu Halogen 24 Watt,
Spektrofotometer UV-Vis.
7. Prosedur Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan dengan tahap sebagai berikut:
1. Ekstraksi Maserasi Kulit rambutan binjai (Niphelium lappaceum
L.)
Sampel kulit rambutan yang halus ditimbang sebanyak 50 gram; 75
gram; 100 gram; 125 gram; 150 gram dimasukkan masing-masing
kedalam erlenmeyer berbeda, kemudian direndam dengan campuran
pelarut dengan perbandingan etanol 95% : HCl (1,5N) = 85:15(v/v)
dalam erlenmeyer dan disentrifuge dengan kecepatan 6000 rpm
(rotation per minutes) selama 5 menit (Lydia dkk, 2001). Ekstraksi
dilakukan pada erlenmeyer yang bagian luarnya telah dilapisi
aluminium foil. Kemudian larutan ekstrak kulit rambutan disaring
dengan kertas whataman no 42. Hasil yang didapat dipindahkan pada
botol gelap dan dijauhkan dari sinar matahari.
2. Analisa ekstrak kulit rambutan menggunakan instrumen
Spektrofotometer UV-Vis
Larutan hasil ekstraksi yang diperoleh diambil masing-masing
sebanyak 2 mL kemudian dilarutkan dengan pelarut etanol
dimasukkan ke dalam kuvet dan diukur pada panjang gelombang
200-800 nm kemudian diamati panjang gelombang maksimumnya
(Arishandy, 2010).
3. Pembuatan Elektroda TiO2
Larutan TiO2 dibuat dengan menambahkan larutan suspense PVA
sampai terbentuk pasta. Suspense PVA dibuat dengan menambahkan
Polyvinyl Alcohol (PVA) sebanyak 10% berat ke dalam air
kemudian diaduk pada temperatur 80oC. Suspense tersebut
ditambahkan pada bubuk TiO2 sebanyak kurang lebih 10% volume
kemudian diaduk sampai merata. Derajat viskositas dari pasta diatur
supaya didapatkan pasta yang optimal. Jika diperlukan, ditambahkan
air pada campuran PVA dan TiO2. Selanjutnya dilakukan deposisi
TiO2 pada substrat kaca berlapis TCO dengan teknik casting.
Sebelumnya substrat TCO terlebih dahulu dicuci dengan sabun dan
dibilas dengan etanol dan aseton. Selanjutnya pada kedua sisi TCO
yang berhadapan ditutup dengan selotip scotch (3M) sekitar 5 mm
dan pada kedua sisi lainnya ditutup sekitar 3 mm, sehingga bagian
TCO yang dikosongkan seluas 1 cm2. Setelah itu larutan koloid TiO2
didistribusikan secara merata di atas substrat kaca TCO dengan
batang gelas. Kemudian di keringkan di udara dan scotch tape
dibuka, selanjutnya dipanaskan pada suhu 130°C selama 25 menit.
Gambar 7 Ilustrasi skema deposisi pasta TiO2 pada kaca
4. Pembuatan Elektrolit Gel Polimer
Larutan elektrolit iodida/triiodida dibuat dengan prosedur
berikut :
1. Sebanyak 0,8 gram kalium iodida (KI) dilarutkan ke dalam 10 mL
asetonitril, kemudian diaduk.
2. Sebanyak 0,127 gram Iodin (I2) ditambahkan ke dalam larutan
tersebut, kemudian diaduk sampai rata.
3. Larutan disimpan dalam botol tertutup.
Elektrolit padat yang digunakan berbasis polimer PEG
(polyethylene glycol) dengan berat molekul (BM) 400. Sebanyak 7 g
PEG dilarutkan dengan 25 mL kloroform hingga membentuk gel,
selanjutnya dimasukkan beberapa tetes larutan yang mengandung
elektrolit redoks I-/I3-. Campuran tersebut diaduk dengan pengaduk
magnetik sambil dipanaskan pada suhu 80oC selama satu jam hingga
homogen dan membentuk gel.
5. Pembuatan Counter –Elektroda Karbon
Sumber karbon didapatkan dari graphite pensil. Graphite
diarsirkan ke TCO pada bagian konduktifnya kemudian dipanaskan
pada temperatur 450oC selama 10 menit agar grapite membentuk
kontak yang baik antara partikel karbon dengan TCO.
6. Pembuatan dan pengujian Dye Sensitized Solar Cell dengan dye
ekstrak kulit rambutan
TCO dipotong menjadi ukuran 1,2 x 1,2 cm dibentuk area
tempat TiO2 dideposisikan dengan bantuan Scotch tape pada bagian
kaca yang konduktif sehingga terbentuk area sebesar 1 x 0,6 cm.
Scotch tape juga berfungsi sebagai pengatur ketebalan pasta TiO2.
Gambar 8 Ilustrasi skema area deposisi pasta TiO2
Pasta TiO2 dilapiskan pada kaca TCO dengan pelapisan teknik
doctor blade yaitu dengan bantuan batang pengaduk untuk
meratakan pasta TiO2 lalu lapisan dikeringkan dengan cara
dianginkan selama 15 menit dan dibakar/sentering pada suhu 130oC
selama 30 menit. Pemanasan dibutuhkan untuk membakar senyawa
organik lain untuk menghasilkan aliran listrik yang bagus antara
TiO2 pada elektroda kerja dan counter elektroda (karbon) (Barbé et
al. 1997). Kenaikan temperatur pada proses pemanasan akan
meningkatkan besarnya pori-pori pada lapisan TiO2
(Kalyanasundaram & Grätzel 1998).
Kemudian kaca TCO berlapis TiO2 direndam dalam ekstrak
pewarna (dye) pada sebuah cawan petri dengan variasi perendaman 1
jam dan 2 minggu. Setelah kaca TCO direndam, kemudian dicuci
menggunakan aquades dengan menggunakan pipet tetes dan dicuci
kembali dengan menggunakan metanol, lalu dikeringkan dengan
tissue (Pancaningtyas dan Akhlus, 2009).
Elektroda kerja berlapis TiO2 yang telah dibuat kemudian
diletakkan diatas meja dengan posisi kaca TCO yang terlapis TiO2 di
bagian atas. Elektroda kerja tersebut kemudian ditempelkan dengan
elektroda pembanding (counter electrode) secara berhadapan. Di
antara kedua elektroda diteteskan larutan elektrolit. Sisi kedua
elektroda dijepit dengan menggunakan klip binder. Sel surya
dihubungkan dengan kabel multimeter pada kedua sisinya, dengan
kutub (+) adalah elektoda pembanding, dan kutub (-) adalah
elektroda kerja. Sel surya yang telah terangkai, kemudian diuji
dibawah terik sinar matahari. Arus dan tegangan yang terukur dicatat
(Pancaningtyas dan Akhlus, 2009).
8. Kerangka Operasional Penelitian
a. Ekstraksi Maserasi Kulit rambutan binjai (Nipheliu lappaceum L.)
Dimasukkan ke dalam erlenmeyer berbeda
Direndam masing-masing dengan campuran pelarut dengan
perbandingan etanol 95% : HCl (1,5N) = 85:15(v/v)
Disentrifuge dengan kecepatan 6000 rpm selama 5 menit
Ditambahkan pada bubuk TiO2 sebanyak kurang lebih 10%
volume
Disaring dengan kertas whatman
Dipindahkan pada botol gelap
Dijauhkan dari sinar matahari
Dipanaskan pada suhu 1300C selama 25 menit
b. Analisa ekstrak kulit rambutan menggunakan instrumen
Spektrofotometer UV-Vis
Dilarutkan dengan pelarut metanol
Dimasukkan ke dalam kuvet
Diukur pada panjang gelombang 200-800 nm
Diamati panjang gelombang maksimumnya
50 gram; 75 gram; 100 gram; 125 gram; 150 gram kulit rambutan halus
Filtrat
Larutan pewarna
Larutan ekstrak kulit rambutan
Residu
Panjang gelombang maksimum
2 mL masing-masing larutan hasil ekstraksi
c. Pembuatan Elektroda TiO2
Ditambahkan air
Diaduk pada temperatur 80oC
Ditambahkan pada bubuk TiO2 sebanyak kurang lebih 10%
volume
Diaduk sampai merata
Didistribusikan dengan batang pengaduk secara merata diatas
substrat kaca TCO yang telah dicuci dan dirangkai
Dikeringkan di udara
Dipanaskan pada suhu 1300C selama 25 menit
d. Pembuatan Elektrolit Gel Polimer
Dilarutkan ke dalam 10 mL asetonitril
Diaduk
+ 0,127 gram I2
Diaduk
Disimpan dalam botol tertutup
Ditambahkan beberapa tetes ke dalam (7 gram PEG+ 25 mL
kloroform)
Diaduk dengan pengaduk magnetik sambil dipanaskan pada
suhu 80oC selama satu jam
0,8 gram KI
Larutan elektrolit redoks I-/I3-
Elektrolit gel polimer
Polyvinyl Alcohol (PVA) 10%
Suspense PVA
Pasta TiO2
Elektroda TiO2
e. Pembuatan Counter –Elektroda Karbon
Diarsirkan ke TCO pada bagian konduktifnya
Dipanaskan pada temperatur 450oC selama 10 menit
f. Pembuatan dan pengujian Dye Sensitized Solar Cell dengan dye
ekstrak kulit rambutan
Direndam dalam masing-masing larutan pewarna hasil
percobaan satu pada cawan petri dengan variasi perendaman
selama satu hari
Dicuci dengan aquades dengan menggunakan pipet tetes
Dicuci kembali dengan menggunakan metanol
Diletakkan diatas meja dengan posisi kaca TCO yang terlapis
TiO2 di bagian atas
Ditempelkan dengan elektroda pembanding (counter electrode)
secara berhadapan
Diteteskan larutan elektrolit di antara kedua elektroda
Sisi kedua elektroda dijepit dengan menggunakan klip binder.
Dihubungkan dengan kabel multimeter pada kedua sisinya,
dengan kutub (+) adalah elektoda pembanding, dan kutub (-)
adalah elektroda kerja
Diuji dibawah terik sinar matahari selama 12 jam
Dicatat arus dan tegangan yang terukur
Elektroda TiO2
Elektroda kerja berlapis TiO2
Arus dan Tegangan
Grafit
Elektroda Counter Karbon
ii. Teknik Analisis Data
Data-data yang diperoleh dari spektrum UV-Vis dan perhitungan
efisiensi konversi sel akan diolah secara statistik menggunakan ANAVA
1 arah untuk mengetahui ada tidaknya pengaruh.
J. Jadwal Penelitian
No KegiatanBulan
Feb-April Mei Juni Juli Agustus
1.
Bimbingan dan
menyusun proposal
skripsi
2. Ujian proposal skripsi
3. Revisi proposal skripsi
4. Persiapan alat dan bahan
5.
Tahap penelitian
Ekstraksi maserasi kulit
rambutan
dan
analisa ekstrak kulit
rambutan menggunakan
spektrofotometer UV-
Vis
Pembuatan elektroda
TiO2
Pembuatan elektrolit gel
polimer
Pembuatan counter-
elektroda karbon
Pembuatan dan pengujia
DSSC (Dye Sensitized
Solar Cell) dengan dye
ekstrak kulit rambutan
6.Penyusunan draft
proposal skripsi
7.Ujian skripsi
8. Revisi skripsi
K. Daftar Pustaka
Chairat, M., Bremner, J. B., dan Chantrapromma, K., 2007. Dyeing of cotton
and silk yarn with the extracted dye from the fruit hulls of
mangosteen. Garcinia mangostana linn. Fibers and Polymers. 8(6);
613-619.
Fessenden & Fessenden. 1986. Kimia Organik Edisi Ketiga Jilid I. Jakarta:
Erlangga.
Halme, J.2002. Dye Sensitized Nanostructured and Organic Photovoltaic
Cells : Technical Review and Preeliminary Test. Master Thesis of
Helsinki: University of Technology.
Handini, Wulandari. 2008. Performa Sel Surya. Skripsi. Jakarta: Fakultas
Teknik Universitas Indonesia.
Lydia, Widjanarko S. B., Susanto T. 2001. Ekstraksi dan karakterisasi pigmen
dari kulit rambutan (Nephelium lappaceum) varietas Binjai. Jurnal
Teknologi Pangan dan Gizi. Vol. 2, No.1.
Mangku, I Gede Pasek, dkk. 2006. Studi Pemanfaatan kulit buah rambutan
sebagai pewarna alami. Jurnal lingkungan dan pembangunan
wicaksana. Vol.15.
Mikrova, K. 1985. Pengaruh Pengempaann dan Jenis Perekat dalam
Pembuatan Arang Briket Tempurung Kelapa Sawit (Elaeis quinensis
jacq). Skripsi. Institut Pertanian Bogor.
Ningsih R., Hastuti E. Tanpa tahun. Karakterisasi ekstrak teh hitam dan tinta
cumi-cumi sebagai fotosensitiser pada sel surya berbasis pewarna
tersensitisasi. Malang: UIN MALIKI Malang.
Oku T., Kakuta N., Kobayashi K., Suzuki A., Kikuchi K. 2011. Fabrication
and Characterization of TiO2 Based Dye Sensitized Solar Cells.
Progress in Natural Science: Materials International 21. 122-126.
Priyambodo, Teguh. 2008. Pembangkit Listrik Tenaga Surya: Memecah
Kebuntuan Kebutuhan Energi Nasional dan Dampak Pencemaran
Lingkungan. http://www.chem-istry. org/?sect=artikel&ext=114
(Diakses pada tanggal 7 Desember 2014).
Ramdhani K., Akhlus S. 2009. Pengaruh hubungan seri-paralel pada
rangkaian sel surya pewarna tersensitisasi (SSPT) terhadap efisiensi
konversi energi listrik. Surabaya: Jurusan Kimia FMIPA Institut
Teknologi Sepuluh Nopember.
Shah, A. 1999. Photovoltaic Technology : The Case for Thin film-Solar Cells.
New York: John Wiley & Sons, Inc.
Sutrisno, Hari. 2010. Sel Fotovoltaik Generasi ke-III: Pengembangan sel
fotovoltaik berbasis titanium oksida. Yogyakarta: Universitas Negeri
Yogyakarta.
Vandri W., Iskandar R. 2012. Performansi Prototype Dye-Sensitized Solar
Solar Cell (Dye Sensitizer Kulit Manggis) dengan hubungan variasi
hambatan terhadap Efisiensi Konversi Energi Listrik dan
perbandingan terhadap Sel Surya Konvensional. Jurnal. Vol. 19, No.
2.
Wahyudi B., Widyandari H. 2011. Deposisi Nanopartikel Titanium Dioksida
(TiO2) diatas gelas Transparan Konduktif dan Aplikasinya sebagai
Elektroda Kerja pada Sel Surya Berbasis Dye (DSSC). Jurnal Sains
dan Matematika. Vol. 19, No. 4. 122-126.
Wulandari H. E., Prajitno G. 2012. Studi awal fabrikasi Dye Sensitized Solar
Cell (DSSC) menggunakan ekstraksi bunga sepatu (Hibiscus Rosa
Sinensis L) sebagai Dye Sensitizer sengan variasi lama absorpsi dye.
Skripsi. Surabaya: Fakultas MIPA Institut Teknologi Sepuluh
Nopember.
Yuliarto, Brian. 2006. Energi Surya : Alternatif Sumber Energi Masa Depan
Indonesia. http://www.indeni.org (Diakses pada tanggal 7 Desember
2014).
Yuwono A. H., Dhaneswara D., Ferdiansyah A., Rahman A. 2011. Sel Surya
Tersensitasi Zat Pewarna Berbasis Nanopartikel TiO2 hasil proses sol-
gel dan perlakuan pasca-hidrotermal. Jurnal Material dan Energi
Indonesia. Vol. 01, No. 03, 127-140.
top related