BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Minyak bumi merupakan sumber energi yang utama saat ini, namun

karena penggunaannya yang terus menerus sehingga dapat dipastikan akan

habisnya persediaan minyak bumi. Oleh sebab itu, eksplorasi sumber energi

terbarukan sangat disarankan sebagai solusi alternatif dari krisis energi yang

terjadi dewasa ini.Dengan keadaan semakin menipisnya sumber energi fosil

tersebut, di dunia sekarang ini terjadi pergeseran dari penggunaan sumber

energi tak terbaharui menuju sumber energi yang terbaharui.Penggunaan

energi melalui solar cell merupakan alternatif yang paling potensial

dibandingkan sumber energi terbaharui seperti panas bumi, biogas dan

angin.Sel surya bekerja menggunakan energi matahari dengan mengkonversi

secara langsung radiasi matahari menjadi listrik.Sel surya yang banyak

digunakan sekarang ini adalah sel surya berbasis teknologi silikon yang

merupakan hasil dari perkembangan pesat teknologi semikonduktor

elektronik.Walaupun sel surya sekarang didominasi oleh bahan silikon, namun

mahalnya biaya produksi silikon membuat biaya konsumsinya lebih mahal

daripada sumber energi fosil. Selain itu kekurangan dari sel surya silikon

adalah penggunaan bahan kimia berbahaya pada proses pabrikasinya.Tetapi

seiring dengan perkembangan nanoteknologi, dominasi tersebut bertahap

mulai tergantikan dengan hadirnya sel surya generasi terbaru, yaitu dye-

sensitized solar cell (DSSC).

DSSC merupakan salah satu kandidat potensial sel surya generasi

mendatang, hal ini dikarenakan tidak memerlukan material dengan kemurnian

tinggi sehingga biaya proses produksinya yang relatif rendah. Berbeda dengan

sel surya konvensional dimana semua proses melibatkan material silikon itu

sendiri.

(DSSC) merupakan sel surya yangmemanfaatkan pewarna alami.DSSC

terdiri dari sepasang kaca berlapis bahan TCO (transparentconducting oxide)

yang saling mengapitlarutan elektrolit membentuk seperti wafer.Elektrolit

sebagai katalis yang berfungsiuntuk mempercepat reaksi redoks berupa

I/I3(iodide/triiodide). Salah satu kaca sebagaielektroda kerja yang

dideposisikan TitaniumDioxide (TiO2) yang berfungsi sebagaitransport

elektron. Elektroda kerja initersensitisasi pewarna yaitu antosianin

yangberfungsi sebagai donor elektron. Sedangkankaca yang lain berupa

elektroda lawan yangterlapisi oleh karbon.

Sejauh ini, dye yang digunakan sebagai sensitizer dapat berupa dye sintesis

maupun dye alami.Karena meningkatnya jumlah larangan pewarna

sintetisuntuk alasan toksibunga asterogi dan ebunga asterogi, maka

digunakannya pewarna alami, dengan alasan selain produk relatif murah

adalahuntuk mengurangi bebanpencemaran, meskipun dirugikansifat musiman

dari bahan awal,yang tidak teratur baik dari segikualitas dan

kuantitas.Walaupun DSSC komersial dengan menggunakan dye sintesis yaitu

jenis ruthenium complextelah mencapai efisiensi 10%, namun ketersediaan

dan harganya yang mahal membuat adanya alternative lain pengganti dye jenis

ini yaitu dye alami yang dapat diekstrak dari bagian-bagian tumbuhan seperti

daun, bunga, atau buah (Maddu dkk, 2007).

Berbagai jenis ekstrak tumbuhan telah digunakan sebagai fotosentizerpada

system sel surya tersensitisasi dye.Dye-sensitizer alami yang pernah

digunakan dalam system DSSC diantaranya yaitu buah berry hitam (Ali,

2007), bunga rosella (Wongcharee et.al., 2006), buah delima (Sirimanne et.al.,

2006),bunga aster merah (Anggraini, 2009), bunga aster ungu dan terong

belanda.Zat warna alami tersebut telah terbukti mampu memberikan efek

photovoltaicwalaupun efisiensi yang dihasilkan masih jauh lebih kecil

dibandingkan zat warna sintesis. Meskipun demikian, zat warna organik

sangat kompetitif untuk dijadikan sensitizer karena biaya produksinya yang

murah dan proses isolasinya juga lebih mudah (Anggraini, 2009).

Karakteristik penting dari bahan dye yang digunakan yaitu mampu

menyerap spektrum cahaya yang lebar dan cocok dengan pita energi Titania.

Senyawa antosianin yang terdapat pada tumbuhan ternyata mampu dijadikan

sebagai sensitizer.Pada penelitian ini dilakukan kajian terhadap pembuatan

prototipe Dye Sensitized Solar Cell (DSSC)dengan memanfaatkan ekstrak

antosianin bunga aster ungu sebagai dye sensitizernya.Sel surya sebagaimana

layaknya sebuah mesin memiliki kemampuan menghasilkan sebuah produk

atau keluaran (dalam hal ini listrik) dari bahan masukan (cahaya sinar

matahari) melalui proses yang terjadi didalamnya (efek photovoltaic).

Dikarenakan banyak faktor, tidak seluruh cahaya yang diproses di dalam sel

surya mampu dikonversi menjadi energi listrik. Salah satu faktor yang

mempengaruhi besarnya nilai efisiensi sel surya jenis DSSC adalah konsentrai

ekstrak dye yang secara langsung berhubungan dengan besarnya tingkat

absorbansinya terhadap panjang gelombang sinar terserap.

I.2. Perumusan Masalah

Pada umumnya bunga aster cina ungu dan terong belandahanya

dimanfaatkan sebagai tanaman hias, padahal tanaman tersebut dapat diolah

dengan cara mengekstrak bunganya sehingga didapatkan ekstrak antosianin

yang dapat digunakan untukdye sensitizer pada DSSC sebagai alternative dari

dye sintesis ruthenium complex yang ketersediaannya terbatas dan harganya

mahal. DSSC tersebut digunakan untuk mengkonversi energi matahari

menjadi energi listrik.

I.3. Tujuan Penelitian

Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah:

1. Menghasilkan Dye-sensitized Solar Cell (DSSC) skala laboratorium yang

dapat mengkonversi energi surya menjadi listrik.

2. Mengetahui pengaruh waktu perendaman perangkat kaca konduktif yang

telah dilapisi TiO2 ke dalam dye dan jenis dye terhadap arus listrik yang

dihasilkan sel surya.

3. Mengetahui kemampuan absorbansi dari kedua jenis dye.

I.4. Hipotesis

Kandungan antosianin dalam bungaAster Cina ungu cukup besar

dibandingkan dengan terong belanda, dengan iniekstrak bunga aster cina ungu

diharapkan dapat menjadi dye sensitizer yang lebih baik pada DSSC.

I.5. Batasan masalah

Batasan perlu diberikan agar permasalahan yang akan dibahas menjadi

terarah. Batasan tersebut adalah sebagai berikut:

1. Pembuatan prototype Dye-sensitized Solar Cell menggunakan

semikonduktor nanopartikel Titania.

2. Parameter-parameter yang akan dikaji yaitu pengaruh waktu perendaman

perangkat kaca konduktif yang telah dilapisi TiO2 ke dalam dyedan jenis

dyeterhadap arus listrik yang dihasilkan sel surya.

3. Pada penelitian ini tegangan listrik diukur dengan menggunakan

multimeter digital.

4. Pada penelitian ini tingkat absorbansi dari kedua jenis dye diukur dengan

menggunakan UV Vis Spektrofotometer.

I.6. Manfaat penelitian

Dari penelitian yang dilakukan, dapat diperoleh manfaat sebagai berikut :

1. mengkaji pembuatan Dye-sensitized Solar Cell (DSSC) sebagai sarana

alternatif dalam pemanfaatan energi dari sinar matahari sebagai energi

yang terbaharukan.

2. Menghasilkan sel surya dengan memanfaatkan bahan-bahan organik yang

mudah diperoleh di lingkungan sekitar.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

II.1. Antosianin

Antosianin merupakan salah satu dari kelas flavonoid yang berupa pigmen

berwarna merah, ungu atau biru dan dapat larut di dalam air.Antosianin

merupakan pewarna yang penting dan tersebar luas dalam tumbuhan.Secara kimia

antosianin merupakan turunan suatu struktur aromatik tunggal, yaitu sianidin, dan

semuanya terbentuk dari pigmen sianidin ini dengan penambahan atau

pengurangan gugus hidroksil atau dengan metilasi.Antosianin tidak mantap

didalam larutan netral atau basa, sehingga antosianin harus diekstraksi dari

tumbuhan dengan pelarut yang mengandung asam asetat atau asam hidroklorida

(misalnya metanol yang mengandung HCl pekat 1%) dan larutannya harus

disimpan di tempat gelap serta sebaiknya didinginkan.Antosianidin ialah aglikon

antosianin yang terbentuk bila antosianin dihidrolisis dengan asam. Ada enam

jenis antosianidin, yaitu : sianidin, pelargonidin, peonidin, petunidin, malvidin dan

delfinidin.

Senyawa antosianin memiliki gugus karbonil dan hidroksil pada struktur

molekulnya, sehingga membuatnya mampu berikatan kimia dengan permukaan

TiO2. Antosianin adalah komposisi kunci dari beberapa dye alami. Antosianin

potensial dipergunakan sebagai sensitizer karena memiliki spektrum cahaya dalam

rentang yang cukup lebar, dari merah hingga biru.Sementara pada klorofil

terdapat gugus alkil pada struktur karoten juga mencegah terjadinya ikatan yang

efektif ke permukaan TiO2.

Gambar 3 Struktur kimia antosianin.

Warna pigmen antosianin merah, biru, violet, dan biasanya dijumpai pada

bunga, buah-buahan dan sayur-sayuran.Warna yang disebabkan oleh adanya

antosianin dipengaruhi oleh konsentrasinya dan pH dari pelarut.Konsentrasi

antosianin yang rendah mengakibatkan warna tidak merah melainkan

ungu.Apabila konsentrasinya sangat tinggi maka warnanya menjadi ungu tua atau

dapat menjadi hitam.pH pelarut sangat berpengaruh terhadap warna antosianin.

Secara umum pada pH rendah (pH<7) antosianin berwarna merah, pada pH netral

(pH=7) berwarna biru dan pH tinggi (pH>7)berwarna putih. Disamping itu adanya

ion logam akan diikat oleh antosianin, misalnya dengan ion Al, menyebabkan

antosianin akan berwarna biru.Bahan alam seperti anggur merah (Malus pumila),

blueberry (Vaccinium corymbosom), cranberry (Vaccinium macrocarpon),

strawberry (Fragaria anannassa), kol merah (Brassica oleracea) dan lain-lain

mengandung antosianin. Kandungan antosianin dan bentuk glikosida yang

terdapat pada sumber makanan tersebut diperlihatkan pada Tabel 3.17

Tabel 2 Kandungan antosianin dan bentuk glikosidanya. Sumber makanan

Antosianin Bentuk glikosida

Apel Sianidin MonoglikosidaBlueberry Malvidin

Petunidin Delpinidin

Monoglikosida Monoglikosida Monoglikosida

Cranberry Sianidin Peonidin Monoglikosida Monoglikosida

Kol merah Sianidin DiglikosidaStawberry Pelargonidin

SianidinMonoglikosida

Dye sensitizer berasal dari dua kata yaitu dyedan sensitization.

Dyemerupakan molekul pigmen atau senyawa kimia yang dapat menyerap cahaya,

sensitisasi merupakan proses membuat sel surya menjadi peka terhadap cahaya,

dan injeksi adalah proses transfer elektron dari molekul dyeke daerah pita

konduksi semikonduktor yang terjadi karena absorpsi cahaya. Lapisan dyeyang

digunakan merupakan lapisan tunggal (monolayer) dyedan berfungsi sebagai

absorber sinar matahari yang utama sehingga menghasilkan aliran elektron.

Proses penyerapan cahaya matahari oleh sel surya nanokristal TiO2 tersentisasi

dyemenyerupai mekanisme fotosintesis pada daun tumbuhan, dengan klorofil

sebagai dye-nya.

II.2 Energi Matahari

Energi surya yang sampai ke bumi dalam bentuk paket-paket energi yang

disebut foton. Dalam kaitannya dengan sel surya yaitu perangkat pengkonversi

radiasi matahari menjadi listrik, terdapat dua parameter penting dalam energi

surya: pertama intensitas radiasi, yaitu jumlah daya matahari yang datang kepada

permukaan per luas area, dan karakteristik spektrum cahaya matahari. Parameter

penting yang berkaitan dengan sel surya sebagai perangkat yang mengkonversi

radiasi sinar matahari menjadi listrik antara lain intensitas radiasi, yaitu jumlah

daya matahari yang mengenai permukaan per luasan dan karakteristik spektrum

cahaya matahari. Intensitas radiasi matahari di luar atmosfer bumi disebut

konstanta surya, yaitu sebesar 1353 W/m2.Setelah disaring oleh atmosfer bumi,

beberapa spectrum cahaya hilang, dan intenstas puncak radiasi menjadi sekitar

1000 W/m2.Nilai ini adalah tipikal intensitasradiasi pada keadaan permukaan

tegak lurus sinar matahari dan pada keadaan cerah.

II.3.Dye-sensitized Solar Cell (DSSC)

Dye-Sensitized Solar Cell (DSSC), sejak pertama kali ditemukan oleh

Professor Michael Gratzel pada tahun 1991, telah menjadi salah satu topik

penelitian yang dilakukan intensif oleh peneliti di seluruh dunia. DSSC bahan

disebut juga terobosan pertama dalam teknologi sel surya sejak sel surya

silikon.Berbeda dengan sel surya konvensional, DSSC adalah sel surya

fotoelektrokimia sehingga menggunakan elektrolit sebagai medium transport

muatan.Selain elektrolit, DSSC terbagi menjadi beberapa bagian yang terdiri dari

nanopori TiO2, molekul yang terabsorbsi di permukaan TiO2, dan katalisyang

semuanya dideposisi diantara dua kaca konduktif, seperti terlihat pada Gambar 1.

Pada bagian atas dan alas sel surya merupakan glass yang sudah dilapisi

oleh TCO (Transparent Conducting Oxide) biasanya TCO, yang berfungsi sebagai

elektroda dan counter-elektroda. Pada TCO counter-elektroda dilapisi katalis

untuk mempercepat reaksi redoks dengan elektrolit.Pasangan redoks yang

umumnya dipakai yaitu I- /I3- (iodide/triiodide). Pada permukaan elektroda

dilapisi oleh nanopori TiO2 yang mana dye terabsorbsi di pori TiO2, yang

umumnya digunakan yaitu jenis ruthenium complex.

II.4. Mekanisme Kerja

Elektroda kerja pada DSSC merupakan kaca yang sudah dilapisi oleh

TiO2 yang telah teradsorbsi oleh dye, yang mana TiO2 berfungsi sebagai collector

elektron sehingga dapat disebut sebagai semikonduktor tipe-n. Struktur nano pada

TiO2 memungkinkan dye yang teradsorpsi lebih banyak sehingga menghasilkan

proses absorbsi cahaya yang lebih efisien. Pada elektron pembanding dilapisi

katalis berupa karbon untuk mempercepat reaksi redoks pada elektrolit.Pasangan

redoks yang dipakai yaitu I-/I3- (iodide/triiodide).

Pada DSSC dye berfungsi sebagai donor elektron yang menyebabkan

timbulnya hole saat molekul dye terkena sinar matahari. Sehingga dye dapat

dikatakan sebagai semikonduktor tipe-p. Ketika molekul dye terkena sinar

matahari, elektron dye tereksitasi dan masuk ke daerah tereduksi yaitu lapisan

titanium dioksida (Gratzel, 1996).

(Anggraini, Laila. 2009)

Gambar 2. Prinsip kerja DSSC

Prinsip kerja pada DSSC secara skematik ditunjukkan pada gambar 2,

sedangkan proses yang terjadi di dalam DSSC dapat dijelaskan sebagai berikut:

a. Ketika foton dari sinar matahari menimpa 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*).

D + cahaya → D* (2.1)

b. 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+ (2.2)

c.Selanjutnya elektron akan ditransfer melewati rangkaian luar menuju

elektroda pembanding (elektroda karbon).

d. 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.

e. 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 (2.3)

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.

II.4. Material DSSC

Substrat( Kaca ITO )

Substrat yang digunakan pada DSSC yaitu jenis TCO (Transparent

Conductive Oxide) yang merupakan kaca transparan konduktif.Material substrat

itu sendiri berfungsi sebagai badan dari sel surya dan lapisan konduktifnya

berfungsi sebagai tempat muatan mengalir. Material yang umumnya digunakan

yaitu flourine-doped tin oxide (SnO2:F atau FTO) dan indium tin oxide

(In2O3:Sn atau ITO) hal ini dikarenakan dalam proses pelapisan material TiO2

kepada substrat, diperlukan proses sintering pada temperatur 400-500oC dan

kedua material tersebut merupakan pilihan yang cocok karena tidak mengalami

defect pada range temperatur tersebut.

Nanopori TiO2

Penggunaan oksida semikonduktor dalam fotoelektrokimia dikarenakan

kestabilannya menghadapi fotokorosi[9]. Selain itu lebar pita energinya yang

besar (> 3eV), dibutuhkan dalam DSSC untuk transparansi semikonduktor pada

sebagian besar spektrum cahaya matahari. Selain semikonduktor TiO2, yang

digunakan dalam penelitian ini, semikonduktor lain yang digunakan yaitu ZnO,

CdSe, CdS, WO3 , Fe2O3, SnO2, Nb2O5, dan Ta2O5. Namun TiO2 masih

menjadi material yang sering digunakan karena efisiensi DSSC menggunakan

TiO2 masih belum tertandingi.

Dye

Seperti yang telah dijelaskan, fungsi absorbsi cahaya dilakukan oleh

molekul dye yang terabsorbsi pada permukaan TiO2.Dye yang umumnya

digunakandan 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 ruthenium

complex komersil berharga mahal. Alternatif lain yaitu penggunaan dye dari buah-

buahan, khususnya dye antosianin.

Kandungan antosianin pada beberapa jenis sayuran dan buah-buahan dapat dilihat

pada Tabel 1.

Tabel 1.Kandungan antosianin pada beberapa jenis sayuran dan buah- buahan.

Buah Konsentrasi Antosianin (mg/g)

ChokeberryBuah murbeiBlueberriesKulit buah manggisKismis hitamBlackberriesAnggurLobak merahKubis merahStroberiBawang merahKacang hitam

21471993705580533353192116113693923

Faktor-faktor yang Mempengaruhi

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi DSSC dalam fungsinya

mengkonversi cahaya matahari menjadi energi listrik, yaitu anatara lain:

1. Konsentrasi dye

Penelitian ini menggunakan 3 jenis konsentrasi dye, yaitu dye dengan

konsentrasi 100%, 50%, dan 25%. Konsentrasi dye ini merupakan salah

satu variable bebas yang kami gunakan.

2. Jenis dye

3. Lama perendaman perangkat kaca konduktif yang telah dilapisi TiO2 ke

dalam dye.

4. Intensitas Cahaya

Intensitas cahaya kami tetapkan sebagai parameter, karena

ketidaktersediaan alat untuk mengukur atau mengetahui besar atau

kecilnya intensitas cahaya.

5. Luas permukaan TiO2 pada kaca konduktis.

Elektrolit

Elektrolit yang digunakan pada DSSC terdiri dari iodine (I-) dan triiodide

(I3-) sebagai pasangan redoks dalam pelarut. Karakteristik ideal dari pasangan

redoks untuk elektrolit DSSC yaitu : potensial redoksnya secara termodinamika

berlangsung sesuai dengan potensial redoks dari dye untuk tegangan sel yang

maksimal, memiliki kestabilan yang tinggi baik dalam bentuk terreduksi dan

teroksidasi dan inert terhadap komponen lain pada DSSC.

Karbon

Katalis dibutuhkan untuk merpercepat kinetika reaksi proses reduksi

triiodide pada TCO. Platina merupakan material yang umum digunakan sebagai

katalis pada berbagai aplikasi, juga sangat efisien dalam aplikasinya pada

DSSC.Kay & Gratzel (1996) mengembangkan desain DSSC dengan

menggunakan counter-elektroda karbon untuk lapisan katalis sebagai

alternatif,.Karena luas permukaanya yang tinggi, counter-elektroda karbon

mempunyai keaktifan reduksi triiodide.

Panjang Gelombang

Panjang gelombang sangat erat kaitannya dengan kemampuan

dyemengkonversi energi foton menjadi energi listrik. Dye yang digunakan adalah

pewarna alami dari tumbuhan dan buah yang disebut juga antosianin. Antosianin

merupakan pigmen warna merah, ungu dan biru.Hubungan antara panjang

gelombang dengan energi foton dijelaskan didalam teori kuantum Max Planck.

Teori kuantum Max Planck

Planck menyimpulkan bahwa atom-atom dan molekul dapat memancarkan

atau menyerap energi hanya dalam jumlah atau paket energi terkecil yang dapat

dipancarkan atau diserap oleh atom atau molekul dalam bentuk radiasi

elektromagnetik disebut kuantum. Planck menemukan bahwa energi foton

(kuantum) berbanding lurus dengan frekuensi dan frekuensi berbanding terbalik

dengan panjang gelombang.

E = h . v atau E = c/λ

Dengan : E = energi (J)

h = konstanta Planck (6,626 x 10-34 J.s)

v = frekuensi radiasi (1/s)

c = kecepatan cahaya dalam vakum (3 x 108 m det-1)

λ = panjang gelombang (m)

Berikut ini adalah panjang gelombang warna yang diukur dalam satuan

nanometer (nm)

Warna Frekuensi Panjang gelombang

nila-ungu 668–789 THz 380–450 nm

biru 606–668 THz 450–495 nm

hijau 526–606 THz 495–570 nm

kuning 508–526 THz 570–590 nm

jingga 484–508 THz 590–620 nm

merah 400–484 THz 620–750 nm

Tabel 3. Frekuensi dan panjang gelombang berbagai warna

Katalis Counter Elektroda

Katalis dibutuhkan untuk mempercepat kinetika reaksi proses reduksi

triiodide pada TCO. Platina, material yang umum digunakan sebagai katalis pada

berbagai aplikasi, juga sangat efisien dalam aplikasinya pada DSSC.

Platina dideposisikan pada TCO dengan berbagai metoda yaitu

elektrokimia, sputtering, spin coating, atau pyrolysis

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

III.1. Bahan

Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian berikut meliputi : asam

asetat, TiO2, Etanol 95%, Potassium iodide (KI), Iodine (I2), Acetonitrile,

PVA (Polyvinyl Alcohol), Aquades, Bunga aster cina ungu, Kaca TCO,

Pensil 8B, danterong belanda.

III.2. Rangkaian Alat

III.3.Preparasi

3.3.1. Preparasi Alat dan Bahan

Tahap persiapan ini meliputi persiapandan pembersihan alat-alat

untuk ekstraksi danpembuatan pasta TiO2. Proses persiapan untuk

ekstraksi dilakukan dengan pembersihan alat berupa mortar dan gelas

ukur. Selain proses persiapan ekstraksi juga dilakukan pembersihan kaca

TCO. Pembersihan kaca substrat agar kaca terbebas dari material yang

tidak mampu di bersihkan dengan air. Kaca yang telah dibersihkan

tersebut diuji resistansinya menggunakan multimeter.

3.3.2. Pembersihan Kaca TCO

Kaca di basuh dengan aquades kemudian dibilas dengan alcohol 95%.

3.3.3. Pembuatan Pasta TiO2 (TitaniumDioxide)

TiO2 akan dideposisikan dengan teknik lapisan tebal sehingga

sebelumnya dibuatTiO2 dalam bentuk pasta, yaitu dengan prosedur

pembuatan sebagai berikut :

1. Tambahkan Polyvinyl Alcohol (PVA) sebanyak 10%berat kedalam

air,kemudian diaduk pada temperatur 80oC. Suspensi ini akan

berfungsisebagai binder dalam pembuatan pasta.

2. Tambahkan suspensi tersebut kepada bubuk TiO2 sebanyak kurang

lebih10%volume. Kemudian digerus oleh mortar sampai terbentuk

pasta yangbaik untuk dilapiskan.

3. Derajat viskositas dari pasta untuk mendapatkan pasta yang

optimaldidapatkan dengan mengatur banyaknya binder dan juga bila

diperlukanditambahkan juga air pada campuran binder dan bubuk TiO2.

3.3.4. Pembuatan BahanDye

Pembuatan dye dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut :

a). Dye dari bunga Aster Cina ungu.

1. Bunga Aster Cina ungu disortasi kemudiandiambil bagian bunganya

yang berwarna ungu.

2. Dilanjutkan dengan pencucian danpenirisan.

3. Diiris kecil-kecil kemudian ditimbang seberat 100gr.

4. Irisan bunga Aster Cina ungu dihancurkan dengan blender + pelarut

dengan perbandingan 1:2 (bahan:pelarut) selama 3 menit.

Dengan perbandingan pelarut etanol:asam asetat:air = 25:5:5.

5. Ekstrak disaring dengan kain saring sehingga didapatkan filtrat

pigmen.

b). Dyedari terong belanda.

1. Terong belanda disortasi kemudiandiambil bagian isinya yang

berwarna ungu.

2. Dilanjutkan dengan pencucian danpenirisan.

3. Diiris kecil-kecil kemudian ditimbang seberat 100gr.

4. Irisan terong belanda dihancurkan dengan blender + pelarut dengan

perbandingan 1:2 (bahan:pelarut) selama 3 menit.

Dengan perbandingan pelarut etanol:asam asetat:air = 25:5:5.

5. Ekstrak disaring dengan kain saring sehingga didapatkan filtrat

pigmen.

3.3.5. Pembuatan Larutan Elektrolit

Larutan elektrolit iodide/triiodide dibuat dengan prosedur sebagai berikut

1. Campurkan 0,8 gram (0,5 M) potassium iodide (KI) kedalam 10 ml

acetonitrile kemudian diaduk.

2. Tambahkan 0,127 gram (0,05 M) Iodine (I2) kedalam larutan tersebut

kemudian diaduk.

3. Simpan larutan dalam botol tertutup.

3.3.6. Pembuatan Elektroda Karbon

Elektroda pembanding pada penelitian iniadalah berupa kaca

dengan permukaan konduktifyang dilapisi oleh karbon.Fungsi karbon

sebagaikatalis untuk mempercepat reaksi pada DSSC.Karbon didapatdari

hasil pembakaran kaca konduktif dengan menggunakan lilin.

3.3.7. Deposisi Pasta TiO2

Pada TCO dibentuk area tempat TiO2 dideposisikan dengan

bantuan Scotch tape pada bagian kaca yang konduktif sehingga terbentuk

area sebesar 5 x 3,5 cm. Scotch tape juga berfungsi sebagai pengatur

ketebalan pasta TiO2.

3.3.8.AbsorbsiDye Lapisan TiO2

Penelitian dilakukan dengan variasilama perendaman dye pada lapisan

TiO2.Dua sampel dibuat masing-masing lapisanTiO2 direndam ke dalam

larutandyeselama 6 jam, 12 jam, dan 24 jam.

3.3.9. Penetesan Elektrolit

Elektroda kerja yang terdiri dari kacaterlapisi TiO2 dan telah

terabsorbsi olehdyediberi elektrolit. Penetesanelektrolit dilakukan pada

setiap sampel yaitupada elektroda kerja yang terabsorbsi selama 6 jam, 12

jam, dan 24 jamsebanyak dua tetes.

3.3.10. Pembuatan Sandwich DSSC

Persiapan

Pembersihan Kaca TCO

Pembuatan pasta TiO2

Pembuatan bahan dye

Pembuatan larutan elekrolit

Deposisi TiO2 pada Kaca TCO

Absorbsi dye ke lapisan TiO2

Penetesan Elektrolit ke Elektroda Kerja

Pembuatan sandwich DSSC

Pengujian DSSC

Analisa Data Hasil

Pembuatan elektroda karbon

Susunan lapisan DSSC berupa kacasebagai substrat yang sudah

dilapisi dengan TiO2kemudian pelapisandye hasil ekstraksi yangdisebut

elektroda kerja ditetesi larutan elektrolitkemudian ditutup dengan kaca

yang sudahdilapisi karbon yang disebut elektrodapembanding. Kemudian

susunan DSSC tersebutdijepit dengan sebuah penjepit di dua sisi kanan

dan kiri.

III.4. Diagram Alir Proses

III.5. Cara Kerja

1. Rangkaian DSSC dijemur langsung dibawah sinar matahari pada berbagai

waktu.

2. Mengukur langsung tegangan dan kuat arus yang dihasilkan sel surya

dengan menggunakan multimeter pada setiap selang waktu 5 menit.

3. Hasil pengukuran ditampilkan dalam bentuk grafik.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

IV.1. Hasil Percobaan

Berdasarkan variabel bebas yang kami tetapkan, yaitu jenis dye dan

lama perendaman, maka ada 6 perangkat sel surya yang telah kami buat,

yaitu antara lain :

1. Sel surya dengan dye dari bunga aster cina ungu yang direndam dalam

dye selama 24 jam. (DSSC A)

2. Sel surya dengan dye dari bunga aster cina ungu yang direndam dalam

dye selama 12 jam. (DSSC B)

3. Sel surya dengan dye dari bunga aster cina ungu yang direndam dalam

dye selama 6 jam. (DSSC C)

4. Sel surya dengan dye dari terong belanda yang direndam dalam dye

selama 24 jam. (DSSC D)

5. Sel surya dengan dye dari terong belanda yang direndam dalam dye

selama 12 jam. (DSSC E)

6. Sel surya dengan dye dari terong belanda yang direndam dalam dye

selama 6 jam. (DSSC F)

Sel surya yang telah dibuat dilakukan pengujian langsung kemampuan

konversi energinya dengan cara menjemur langsung dibawah sinar matahari.

Pengujian dilakukan pada hari selasa, 19, 20 dan 21Oktober 2014,

pada siang hari yang cerah dan tidak berawan yaitu pukul 12.00-13.30

dengan intensitas cahaya rata-rata sekitar sebesar 60,000 lux atau setara

dengan 200 lampu LED 4 Watt. Dengan cara mengukur langsung tegangan

yang dihasilkan sel surya dengan menggunakan multimeter.

Pengambilan data dilakukan 5 menit sekali, selama total waktu 75

menit. Dengan menggunakan 2 multimeter, jadi ada 2 sel surya yang diuji

secara bersamaan.

IV.1.1 Pengujian sel surya dengan dye bunga aster cina ungu

Dari hasil pengujian didapatkan data di bawah ini :1. Hubungan Tegangan Terhadap Waktu perendaman dengan bahan dye

bunga aster cina ungu

Waktu

(menit)

Tegangan (V)

DSSC A DSSC B DSSC C

0 0.17 0.32 0.25

5 0.19 0.32 0.28

10 0.21 0.36 0.33

15 0.23 0.41 0.39

20 0.24 0.43 0.53

25 0.26 0.45 0.58

30 0.27 0.43 0.64

35 0.28 0.44 0.63

40 0.3 0.43 0.62

45 0.31 0.42 0.6

50 0.32 0.42 0.59

55 0.32 0.48 0.58

60 0.31 0.4 0.57

65 0.29 0.39 0.57

70 0.28 0.37 0.55

0 10 20 30 40 50 60 70 800

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

f(x) = − 5.1131221719457E-05 x² + 0.00543632837750485 x + 0.161558823529412R² = 0.965919199526863

f(x) = − 8.44214608920491E-05 x² + 0.00673807369101487 x + 0.311647058823529R² = 0.794611023990527

f(x) = − 0.000194311570782159 x² + 0.0178875242404654 x + 0.21664705882353R² = 0.926059704596205

Hubungan Tegangan terhadap Waktu Perendaman dengan bahan Dye dari Bunga Aster

Cina Ungu

DSSC APolynomial (DSSC A)DSSC BPolynomial (DSSC B)DSSC CPolynomial (DSSC C)

waktu ( menit )

Tega

ngan

( Vo

lt )

Diperoleh titik maksimum dari masing-masing data untuk setiap waktunya, yaitu :

No Lama Perendaman ( jam ) Waktu ( x ) Tegangan ( y)1 6 53,16055626 0,3060579442 12 39,90735 0,4460963 24 46,02794 0,62831

IV.1.2.Pengujian sel surya dengan dye terong belanda

Waktu

(menit)

Tegangan (mV)

DSSC D DSSC E DSSC F

0 0.13 0,2 0.35

5 0.15 0,21 0.48

10 0.16 0,23 0.49

15 0.17 0,24 0.5

20 0.19 0,25 0.5

25 0.2 0,27 0.52

30 0.21 0,28 0.53

35 0.22 0,29 0.56

40 0.23 0,31 0.58

45 0.24 0,29 0.53

50 0.25 0,3 0.49

55 0.26 0,3 0.48

60 0.24 0,32 0.48

65 0.24 0,32 0.47

70 0.23 0,3 0.43

0 10 20 30 40 50 60 70 800

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

f(x) = − 3.41305753070459E-05 x² + 0.00401771170006464 x + 0.125117647058823R² = 0.969838350392731

f(x) = − 2.879767291532E-05 x² + 0.00363726567550097 x + 0.195411764705882R² = 0.961677972831311

f(x) = − 0.000110310277957337 x² + 0.00801457659987073 x + 0.398764705882353R² = 0.77809308967934

Hubungan Tegangan terhadap Waktu perendaman dengan bahan Dye dari Terong

Belanda

DSSC DPolynomial (DSSC D)DSSC EPolynomial (DSSC E)DSSC FPolynomial (DSSC F)

Waktu ( menit )

Tega

ngan

( Vo

lt )

Diperoleh titik maksimum dari masing-masing data untuk setiap waktunya, yaitu :

No Lama Perendaman ( jam ) Waktu ( x ) Tegangan ( y)1 6 58,8579545 0,2433547932 12 63,15208 0,3102622043 24 36,32742 0,544339

IV.2 Pembahasan

Berdasarkan dari dua pengujian di atas didapatkan bahwa sel surya dari

dye bunga aster Cina ungu dan dye dari buah terong Belanda mampu

mengkonversi energi surya menjadi energi listrik. Dye dari bunga aster Cina ungu

mampu menghasilkan tegangan listrik yang jauh lebih besar dibandingkan dye

dari buah terong Belanda, dikarenakan bunga Aster cina ungu memiliki

kandungan antosianin yang lebih besar dibandingkan dengan buah terong

Belanda, dan dye dari bunga Aster cina ungu memiliki warna ungu sedangkan dye

dari buah terong Belanda berwarna merah. Warna ungu mampu menghasilkan

energi yang lebih besar dibandingkan warna merah, karena warna ungu dalam

spektrum gelombang elektromagnetik memiliki panjang gelombang lebih kecil

dibandingkan warna merah, sehingga daya serap cahaya warna ungu akan lebih

besar dibandingkan warna merah dan warna ungu memiliki frekuensi yang lebih

besar daripada warna merah. Sebagaimana didalam teori kuantum Max Planck

dijelaskan bahwa energi foton (kuantum) berbanding lurus dengan frekuensi dan

frekuensi berbanding terbalik dengan panjang gelombang. Dye dari bunga Aster

cina ungu dalam waktu perendaman 24 jam, tegangan tertinggi yang dihasilkan

adalah 0.64 V atau 640 mV, sementara tegangan tertinggi yang dihasilkan sel

surya dengan dye dari buah terong Belanda dalam 24 jam hanya 0.58 V atau 580

mV. Dalam waktu perendaman 12 jam, tegangan tertinggi yang dihasilkan sel

surya dengan dye dari bunga Aster cina ungu sebesar 0.48 V atau 480 mV,

sementara tegangan tertinggi yang dihasilkan sel surya dengan dye dari buah

terong Belanda adalah 0.32 V atau 320 mV. Dalam waktu perendaman 6 jam,

tegangan tertinggi yang dihasilkan sel surya dengan dye dari bunga Aster cina

ungu sebesar 0.32 V atau 320 mV, sementara tegangan tertinggi yang dihasilkan

sel surya dengan dye dari buah terong Belanda adalah 0.26 V atau 260 mV.

Persamaan garis yang digunakan untuk mengetahui harga maksimum dari

grafiknya adalah persamaan garis Polynomial, sehingga dapat diperoleh harga

maksimum untuk setiap dye dengan berbagai waktu perendaman.

Harga maksimum tersebut digunakan untuk mengetahui titik puncak atau

maksimum daya serap cahaya oleh setiap dye dalam berbagai waktu perendaman

yang dilakukan.

4.2.1. Hubungan lama waktu perendaman dengan tegangan yang dihasilkan

Berdasarkan hasil tersebut menunjukkan bahwa hubungan antara lama

waktu perendaman dan tegangan yang dihasilkan berbanding lurus, artinya

semakin lama waktu perendaman maka semakin besar tegangan yang

dihasilkan. Hal ini disebabkan karena semakin lama waktu perendaman maka

semakin banyak pula dye yang terabsorpsi oleh TiO2. Dye berfungsi sebagai

pendonor elektron atau dapat dikatakan sebagai semikonduktor tipe-p yang

menyebabkan timbulnya hole saat molekul dye terkena sinar matahari. Ketika

molekul dye terkena sinar matahari, elektron dye tereksitasi dan masuk ke

daerah tereduksi yaitu lapisan titanium dioksida. Lapisan titanium dioksida

berfungsi sebagai kolektor elektron atau dapat dikatakan sebagai

semikonduktor tipe-n. Jadi semakin banyak dye yang terabsorbsi maka

semakin banyak elektron yang dapat diberikan dan dikumpulkan oleh TiO2

apabila terkena sinar matahari, sehingga energi yang dihasilkan pun juga

menjadi lebih besar (Gratzel, 1996).

4.2.2. Hubungan jenis dye dengan tegangan yang dihasilkan

Data yang didapat menunjukkan bahwa sel surya dengan dye dari

bunga Aster cina ungu yang memiliki warna ungu menghasilkan tegangan

listrik yang lebih besar dibandingkan dengan sel surya dengan dye dari buah

terong Belanda yang memiliki warna merah. Hal ini sesuai dengan teori yang

ada, dimana memang seharusnya warna ungu mampu menghasilkan energi

yang lebih besar dibandingkan warna merah, karena warna ungu dalam

spektrum gelombang elektromagnetik memiliki panjang gelombang lebih

kecil dibandingkan warna merah, panjang gelombang warna ungu berkisar

antara 380-450 nm, sedangkan warna merah berkisar antara 620-750 nm.

Dengan demikian warna ungu memiliki frekuensi dan daya serap

cahaya yang lebih besar daripada warna merah. Sebagaimana didalam teori

kuantum Max Planck dijelaskan bahwa energi foton (kuantum) berbanding

lurus dengan frekuensi dan frekuensi berbanding terbalik dengan panjang

gelombang.

Selain itu berdasarkan dari kandungan antosianin yang terdapat pada

bunga Aster cina ungu dan buah terong Belanda, menunjukkan bahwa bunga

Aster cina ungu memiliki kandungan yang jauh lebih besar yaitu sekitar 84-

600 mg/100 gram berat basah, sedangkan strawberry hanya mengandung 15-

35 mg/100 gram berat basah. Jadi bunga Aster cina ungu merupakan bahan

dye yang lebih baik dibandingkan buah terong Belanda karena mampu

menghasilkan tegangan listrik yang lebih besar.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Dari penelitian ini dan pengambilan data yang telah dilakukan pada

tanggal 11 September 2014, pada siang hari yang cerah dan tidak berawan

yaitu pukul 12.00-13.10 dengan intensitas cahaya rata-rata sebesar 60,000 lux

atau setara dengan 200 lampu LED 4 Watt, dengan lama perendaman kaca

konduktif di dalam dye bunga Aster cina ungu dan strawberry selama 6 jam,

12 jam, dan 24 jam dapat disimpulkan bahwa :

1. Pada penelitian ini telah berhasil dilakukan pembuatan prototipe dye

sensitized solar cell (DSSC) dengan menggunakan kombinasi bahan

inorganik TiO2 dengan bahan organik dye dari ekstraksi buah terong

Belanda dan bunga Aster cina ungu.

2. Sel surya dengan dye dari bunga Aster cina ungu mampu menghasilkan

tegangan yang lebih besar yaitu tegangan tertinggi yang dihasilkan adalah

0,64 V, dibandingkan sel surya dengan dye dari buah terong Belanda yaitu

tegangan tertinggi yang dihasilkan adalah 0,54 V.

3. Semakin lama waktu perendaman kaca konduktif yang telah dilapisi TiO2

di dalam dye, maka semakin baik juga kemampuan kaca tersebut dalam

mengkonversi energi surya menjadi energi listrik. Tegangan tertinggi yang

dihasilkan dye dari bunga aster cina ungu dengan perendaman 6 jam, 12

jam dan 24 jam adalah 0.32 V, 0.48 V dan 0.64 V, sedangkan buah terong

Belanda dengan perendaman 6 jam, 12 jam dan 24 jam adalah 0.26 V,

0.32V dan 0.58V

4. Secara umum teknologi pembuatan DSSC dalam penelitian ini relatif

cukup murah dan tidak membutuhkan peralatan yang besar dan mahal

5.2. Saran

1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai cara ekstraksi dari bunga

aster cina ungu maupun buah terong Belanda yang tepat sehingga

didapatkan hasil yang lebih maksimal.

2. Perlu dikaji lebih jauh mengenai pengaruh berbagai karakteristik

komponen DSSC terhadap performansi sel surya.

3. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai desain sel yang optimal

untuk menjaga performansi sel surya.