sel surya

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.

http://www.electrons.wikidot.com/

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)

http://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

http://www.thesolarized.com/

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)

http://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

http://www.archive.kaskus.co.id/

http://www.whfood.org/

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


Random




O = Efisiensi konversi sel pada kelompok kontrol

O1 = Efisiensi konversi sel pada kulit rambutan seberat 50 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


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


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.

http://www.chem-istry.org/?sect=artikel&ext=114

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.

http://www.indeni.org/

sel surya

Documents