T1 192008007 Full text
PENGARUH pH LARUTAN ANTOSIANIN STRAW BERRY DALAM FABRIKASI
PROTOTIPE DYE SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC)
Oleh,
M ochamad Choirul M isbachudin
NIM : 192008007
TUGAS AKHIR
Diajukan Kepada Program Studi Pendidikan Fisika, Fakultas Sains dan M atematika
guna memenuhi sebagian dari persyaratan untuk memperoleh gelar
Sarjana Pendidikan
Program Studi Pendidikan Fisika
FAKULTAS SAINS DAN M ATEM ATIKA
UNIVERSITAS KRISTEN SATYA W ACANA
SALATIGA
2014
ii
iii
iv
M OTTO
“Ilmu itu lebih baik daripada harta. Ilmu menjaga engkau dan
engkau menjaga harta. Ilmu itu penghukum (hakim) dan harta
terhukum”
“Tuntutlah
ilmu,sesungguhnya
pendekatan
diri
kepada
menuntut
Allah
Azza
ilmu
adalah
w ajalla,
dan
mengajarkannya kepada orang yang tidak mengetahuinya
adalah
sodaqoh.
Sesungguhnya
ilmu
pengetahuan
menempatkan orangnya dalam kedudukan terhormat dan
mulia (tinggi). Ilmu pengetahuan adalah keindahan bagi
ahlinya di dunia dan di akhirat” (HR. Ar-Rabii’)
“Carilah ilmu dari buaian sampai liang lahat”(HR. M uslim)
“Barang siapa yang menempuh suatu jalan untuk menuntut
ilmu, Allah akan memudahkan baginya jalan ke surga” (HR
M uslim)
“YEN WEDI OJO WA NI - WA NI , YEN WA NI OJO WEDI - WEDI ”
v
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT, atas limpahan rahmat dan karuniaNya penulis dapat
menyelesaikan penelitian tugas akhir ini sebagai syarat kelulusan dari Fakultas Sains dan
M atematika UKSW pada program studi Pendidikan Fisika.
Perjuangan yang dilakukan penulis dapat berjalan lancar atas bantuan dan dukungan
berbagai pihak. Untuk itu penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :
1.
Bapak Adita Sutresno, S.Si., M .Sc. selaku pembimbing utama dan Bapak Prof. Dr. Ferdy
Semuel Rondonuw u, M .Sc. selaku pembimbing pendamping. Terima kasih untuk
bimbingan, bantuan, pengarahan, dan nasehat dalam penyusunan tugas akhir ini.
2.
Bapak, Ibu dan kakak tercinta yang selalu memberikan semangat dan do’a.
3.
Dosen-dosen Fisika dan Pendidikan Fisika ( Ibu Dra. M armi Sudarmi, M .Si, Ibu M ade Rai
Suci Shanti N.A. S.Si., M .Pd, Ibu Diane Noviandini, S.Pd., M .Pd, Ibu Debora Natalia Sudjito,
S.Pd., M .Ps.Ed, Bapak Adita Sutresno, S.Si., M .Sc, Bapak Andreas Setiaw an, S.Si, M T, Bapak
Dr. Suryasatriya Trihandaru, M .Sc.Nat., Bapak Prof. Dr. Ferdy Semuel Rondonuw u, M .Sc.,
Bapak Nur Aji Wibow o, S.Si., M .Si, Bapak Wahyu Hari Kristiyanto S.Pd., M .Pd) terima kasih
atas ilmu yang sangat berguna bagi penulis.
4.
M as Tri, M as Sigit, dan Pak Tafip selaku laboran Fisika dan Pendidikan Fisika FSM UKSW.
Terimakasih untuk bantuannya.
5.
Tim DSSC (ferri, gino, dw ex) dan teman seperjuangan (joko, surip, idem, indri) terimakasih
atas kerjasamanya.
6.
Teman-teman Program Studi Fisika dan Pendidikan Fisika angkatan 2008 (ferri, joko, surip,
pandu, kelik, Candra, Rio, nita, shinta, dammay, destya, morita, dan semuanya) yang telah
menjadi rekan kerja, dan teman setia selama masa-masa perkuliahan. Serta adik-adik
maupun kakak angkatan yang tidak dapat disebutkan satu persatu namanya. Terima kasih
atas kebersamaannya.
7.
Dekan Fakultas Sains dan M atematika Bapak Dr. Suryasatriya Trihandaru, S.Si., M .Sc.Nat.
beserta jajarannya.
8.
Pihak DIKTI yang telah membiayai penelitian tugas akhir ini.
9.
Semua pihak yang penulis tidak sebutkan satu persatu namanya yang turut dan terlibat
dalam penyusunan skripsi ini.
Penulis menyadari bahw a tugas akhir ini masih banyak terdapat kekurangan. Oleh karena
itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pembaca guna perbaikan di
masa mendatang.
Akhir kata, semoga tulisan ini bisa bermanfaat bagi penulis pada khususnya dan pembaca
pada umumnya, untuk dijadikan sebagai bahan pertimbangan dalam pengembangan
pendidikan dan ilmu pengetahuan.
Salatiga, 17 Januari 2014
Penulis,
M ochamad Choirul M isbachudin
vi
DAFTAR ISI
HALAM AN JUDUL............................................................................................................. i
LEM BAR PENGESAHAN ................................................................................................... ii
LEM BAR PERNYATAAN KEASLIAN ................................................................................... iii
LEM BAR HAK BEBAS ROYALTI DAN PUBLIKASI ................................................................ iv
M OTTO ........................................................................................................................... v
KATA PENGANTAR ......................................................................................................... vi
DAFTAR ISI .................................................................................................................... vii
ABSTRAK......................................................................................................................... 1
PENDAHULUAN ............................................................................................................... 1
TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................................................ 2
A.
Antosianin .............................................................................................. 2
B.
Dye Sensit ized Solar Cell (DSSC) .............................................................. 3
C.
Karakteristik Arus-Tegangan Sel Surya DSSC ........................................... 4
D.
Derajat Keasaman (pH) ........................................................................... 5
M ETODOLOGI PENELITIAN .............................................................................................. 5
1.
Bahan dan Alat ....................................................................................... 5
2.
Preparasi Elektroda TiO2 ......................................................................... 5
3.
Ekstraksi Dye Antosianin......................................................................... 6
4.
Preparasi Elektrolit ................................................................................. 7
5.
Preparasi Elektroda Karbon .................................................................... 7
6.
Pembuatan Dye Sensit ized Solar Cell (DSSC)............................................ 7
7.
Karakterisasi Dye Sensit ized Solar Cell (DSSC).......................................... 8
HASIL DAN PEM BAHASAN ............................................................................................... 8
KESIM PULAN................................................................................................................. 10
DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................................... 11
vii
PENGARUH pH LARUTAN ANTOSIANIN STRAW BERRY DALAM FABRIKASI
PROTOTIPE DYE SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC)
1,2
1,2
M ochamad Choirul M isbachudin , Ferdy S. Rondonuw u , Adita Sutresno
1
1,2
Progam St udi Pendidikan Fisika Fakult as Sains dan M at emat ika
2
Progam St udi Fisika Fakult as Sains dan M at emat ika
Universit as Krist en Sat ya Wacana
Jln. Diponegoro No. 52-60 Salat iga
adit a@st aff.uksw.edu
Abstrak- Telah difabrikasi prot otipe Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) dengan mem anfaat kan ekst rak
ant osianin st raw berry sebagai fot osensitizer. DSSC ini t erdiri dari sepasang subst rat kaca berlapis ITO
sebagai elekt roda dan count er elekt roda. Pada elekt roda dideposisikan lapisan nanokrist al TiO2 berpori
sebagai fot oanoda dan disensit isasi dye ant osianin, sedangkan count er elekt roda dideposisikan lapisan
karbon. Kedua elekt roda disusun dengan st rukt ur sandwich dengan dipisahkan oleh elekt rolit redoks (I
/ I3 ). Sel surya direndam dalam dye ant osianin dengan pH yang berbeda, yait u pH 3.0, pH 2.5, dan pH
2.0. Hasil pengujian sel surya m enunjukkan bahw a sel surya yang direndam dengan pH 2.0 m em iliki
keluaran yang paling t inggi, dim ana arus rangkaian pendek (Isc) yang didapat kan sebesar 45 µA dan
2
t egangan rangkaian buka (Voc)sebesar 321 m V, sert a besar rapat arus (Jsc) adalah 20 µA/ cm . Sedangkan
-3
efisiensi konversi energinya sebesar 2,56 × 10 %.
Kata kunci : ant osianin, pH, dye-sensitizer, Dye Sensit ized Solar Cell (DSSC).
Abstract- The prot ot ype of Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) has been fabricat ed using ant hocyanin
ext ract from fresh st rawberry as t he phot osensitizer. This DSSC consist of a pair of ITO-coated glass
subst rat e as t he elect rode and count er elect rode. Perm eable TiO2 nanocryst al layer w as deposited as
fot oanoda and ant hocyanin dye sensitized at t he electrode, w hile t he count er elect rode w as deposit ed
carbon layer. Bot h elect rodes w ere arranged in sandwich st ruct ure, separat ed by redox electrolyte (I / I3
). Solar cell w as soaked in ant hocyanin dye wit h different pH: pH 3.0, pH 2.5, and pH 2.0. The result s
show ed t hat t he solar cell soaked w it h pH 2.0 has t he highest out put , w here it is obt ained 45 µA of t he
2
short -circuit current (Isc) and 321 mV of t he open-circuit volt age (Voc), and 20 µA/ cm of current densit y
-3
(Jsc). While t he energy conversion efficiency is 2,56 × 10 %.
Keywords : ant hocyanin, pH, dye-sensitizer, Dye Sensit ized Solar Cell (DSSC)
PENDAHULUAN
A. Krisis Energi
Kemajuan pembangunan pada bidang teknologi, industri dan informasi membaw a
dampak terhadap meningkatnya kebutuhan energi. Selama ini kebutuhan energi masih
mengandalkan bahan bakar fosil, sehingga berdampak semakin berkurangnya ketersedianan
sumber daya energi fosil khususnya minyak bumi. Seperti yang diketahui bahwa sumber energi
fosil merupakan sumber energi yang tidak dapat diperbaharui, dan proses pembentukannya
dibutuhkan w aktu yang sangat lama. Untuk itu diperlukan sumber energi alternatif yang dapat
menggantikan sumber energi fosil. Sumber energi alternatif yang dapat dijadikan solusi adalah
sistem konversi energi yang memanfaatkan sumber daya energi terbarukan, seperti: energi
matahari, energi angin, energi air, biomassa, panas bumi [1,2]. Sumber energi matahari sangat
1
memungkinkan untuk dijadikan sebagai solusi pengganti dari sumber daya energi fosil, karena
sumber energi ini tersedia dalam jumlah yang sangat besar dan melimpah.
M ichael Gratzel merupakan seorang peneliti yang pertama kali berhasil mengembangkan
sist em sel surya tersintesa pew arna (Dye Sensit ized Solar Cell) [3,4]. Bio sel surya yang
dikembangkan Gratzel ini proses pembuatannya cukup sederhana serta biayanya relatif
murah, dan bahan dasarnya mudah diperoleh di pasaran [5]. Namun sel surya ini masih perlu
banyak pengembangan lebih lanjut guna meningkatkan efisiensi konversi energi photo
elektrokimianya.
Dalam penelitian yang telah dilakukan penulis sebelumnya dengan judul St udi Aw al
Ekst rak Ant osianin St rawberry sebagai Fot osensit izer dalam Pembuat an Prot ot ipe Dye
Sensitized Solar Cell (DSSC), penulis telah melakukan penelitian aw al untuk mengetahui
bagaimana pengaruh jumlah konsentrasi antosianin terhadap hasil keluaran sel surya DSSC.
Dalam penelitian tersebut dilakukan ekstraksi antosianin straw berry dengan beberapa variasi
perbandingan campuran pelarut, yaitu antara metanol, asam asetat, dan aquades. Dari hasil
pengujian sel surya menunjukkan bahw a perbandingan yang paling efektif untuk ekstraksi
antosianin straw berry adalah dengan campuran pelarut metanol, asam asetat, dan aquades
yaitu 25 : 4 : 21 [6]. Pada penelitian lain yang berjudul Pembuat an Prot ot ipe Dye Sensit ized
Solar Cell (DSSC) dengan M emanfaat kan Ekst rak Ant osianin St rawberry, penulis juga telah
melakukan penelitian terhadap karateristik arus dan tegangan sel surya DSSC dengan variasi
pengenceran dye ekstrak antosianin straw berry. Hasil pengujian sel surya DSSC menunjukkan
bahw a ekstrak antosianin straw berry tanpa pengenceran memiliki arus rangkaian pendek (Isc)
dan tegangan rangkaian buka (Voc) yang paling besar. Dengan kata lain semakin tinggi
konsentrasi antosianin, maka semakin tinggi pula arus dan tegangan keluaran yang dihasilkan
[7].
Untuk penelitian lanjut guna meningkatkan efisiensi konversi energi dari sel surya DSSC,
maka dalam penelitian ini akan dilakukan kajian tentang pengaruh pH larutan antosianin
terhadap efisiensi Dye Sensit ized Solar Cell (DSSC).
B. Antosianin
Antosianin merupakan pigmen larut air yang secara alami terdapat pada berbagai jenis
tumbuhan dan buah-buahan. Pigmen tersebut akan memberikan w arna merah, biru dan ungu
pada buah, bunga dan daun yang masuk dalam klas flavonoids. Senyawa antosionin yang
paling banyak ditemukan adalah pelargonidin (orange), cyanidin (orange-merah), peonidin
(orange-merah), delphinidin (biru-merah), pet unidin (biru-merah) dan malvidin (biru-merah)
[8]. Antosianin straw berry merupakan senyaw a yang termasuk dalam gugusan pelargonidin.
Antosianin memiliki struktur kimia yang terdiri dari kation tujuh hydroxyflavilium, molekul
ini berfungsi dalam penyerapan cahaya dan membentuk w arna seperti ditunjukkan pada
Gambar 1. Antosianin yang terbentuk secara alami mempunyai group hydroxyl (HO-) pada
posisi 3 dan selalu terhubung dengan molekul glukosa yang dibutuhkan untuk kesetimbangan
termal dan posisi 5 terdapat satu atau lebih group hydroxyl atau methoxy (CH3O-) pada cincin
B. Ragam w arna yang diperlihatkan oleh antosianin tergantung pada nomor dan posisi dari
gugusan yang ada [8].
2
Gambar 1. a. Struktur kimia dasar dari antosianin, b. Dua macam struktur kimia antosianin
dalam media asam dan basa, c. Rangkaian mekanisme antosianin dengan TiO2 [8].
C.
Dye Sensitized Solar Cell (DSSC)
Dye Sensit ized Solar Cell (DSSC) terdiri dari sepasang substrat kaca berlapis ITO (indium–
t in oxide) yang berperan sebagai elekt roda dan count er elekt roda. Pada elekt roda
dideposisikan lapisan nanokristal TiO2 berpori sebagai fotoanoda, dan disensitisasi dye
antosianin sebagai fotosensitizer sel surya. Sedangkan untuk count er elekt roda dilapisi katalis
dengan dideposisi menggunakan lapisan karbonuntuk mempercepat reaksi redoks. Kedua
elektroda kemudian disusun dengan struktur sandw ich dengan dipisahkan oleh elektrolit
-
-
redoks (I / I3 ), seperti yang tunjukkan pada Gambar 2 [5,9] .
Gambar 2. Skema Dye Sensit ized Solar Cell (DSSC) [10] dengan modifikasi gambar.
Skema prinsip kerja dari Dye Sensit ized Solar Cell (DSSC) ditunjukkan pada Gambar 3.
Energi foton diserap oleh dye (D) sehingga elektron berpindah dari level energi terendah
(HOM O) ke level energi tertinggi (LUM O).
*
D + cahaya
D
*
Pada keadaan tereksitasi (D ) dye menginjeksi elektron menuju pita konduksi
(conduct ion band / CB) semi konduktor TiO2. Kemudian elektron tersebut melew ati TiO2 menuju
elektroda ITO dan selanjutnya elektron mengalir menuju elektroda law an (count er elekt roda)
melalui rangkaian eksternal.
3
-
D* + TiO2
+
e (TiO2) + D
+
Selanjutnya elektron masuk kembali ke dalam sel dan mereduksi (I ) yang ada pada
-
+
elektrolit. Setelah itu dye teroksidasi (D ) menerima elektron dari (I3 ) dan tergenerasi kembali
menjadi (D) [5].
+
-
D + e (TiO2)
+
2 D + 3I
D + TiO2
-
2D + I3
-
Gambar 3. Prinsip kerja sel surya nanopartikel TiO2 tersensitisasi dye [5] dengan modifikasi
gambar.
D. Karakteristik Arus-Tegangan Sel Surya DSSC
Pengukuran konversi energi cahaya menjadi energi listrik digambarkan dalam kurva
arus-tegangan (J-V) seperti pada Gambar 4.
Gambar 4. Kurva Arus-Tegangan (J-V) sel surya DSSC [11] dengan modifikasi gambar.
4
Gambar 4. menunjukkan tegangan rangkaian buka atau tegangan open circuit (Voc),
tegangan maksimum (Vmax), rapat arus rangkaian pendek atau rapat arus sort circuit (Jsc), dan
rapat arus maksimum (Jmax). Tegangan rangkaian buka (Voc) dihasilkan ketika sel dalam kondisi
open circuit sehingga tidak ada arus yang mengalir dalam rangkaian. Sedangkan arus rangkaian
pendek (Jsc) dihasilkan pada saat sel dalam kondisi sort circuit sehingga arus akan mengalir
[12]. Selain itu karakteristik lainnya yang mempengaruhi efisiensi sel surya adalah nilai faktor
pengisian atau fill fact or (FF). Nilai dari fill fact or (FF) dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan :
FF
J max Vmax
J sc Voc
dengan,
Pmax J max Vmax J sc Voc FF
Sehingga untuk menghitung efisiensi konversi energi (η) dari sel surya DSSC dapat dicari
dengan menggunakan persamaan :
Pmax
J V FF
100% sc oc
100%
Pin
Pin
E.
Derajat Keasaman (pH)
pH berasal dari kata pot ent ial of Hydrogen . pH atau derajat keasaman merupakan
ukuran konsentrasi ion hidrogen yang menunjukkan keasaman atau kebasaan suatu zat.
Besarnya nilai pH bervariasi, yaitu dari 1 hingga 14. Larutan yang netral memiliki pH bernilai
7, sedangkan larutan asam memiliki nilai pH ˂ 7, dan larutan basa memiliki nilai pH ˃ 7.
Kondisi pH sangat mempengaruhi stabilitas/ kesetimbangan dari larutan ekstrak
antosianin. Larutan antosianin memiliki lima bentuk kesetimbangan yang bergantung pada
kondisi pH, yaitu kat ion flavilium, basa karbinol, kalkon, basa quinonoidal, dan quinonoidal
anionik . Ketika dalam kondisi pH yang sangat asam, antosianin memiliki bentuk kat ion
flavilium , dimana antosianin berada pada kondisi paling stabil dan paling berw arna. Sedangkan
pada pH yang lebih basa, antosianin akan berw arna kuning (bentuk kalkon), berw arna biru
(bentuk quinouid), atau tidak berw arna (basa karbinol) [13].
M ETODOLOGI PENELITIAN
1. Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain adalah buah straw berry, substrat
kaca berlapis ITO (indium–t in oxide)), Titanium dioxide (TiO2), Potassium Iodide (KI), Iodine (I2),
Polyethylene Glycol (PEG), aseton, etanol, metanol, asam asetat, dan aquades. Sedangkan alatalat yang digunakan antara lain adalah multimeter digital, resistor, M agnet ic Stirrer , isolatipe,
pensil, timbangan digital, erlenmeyer, gelas ukur, beaker glass, pipet, mortar, pisau, binder
clips, kertas saring, corong, kertas tisu, alumunium foil, pH Indikator Acilit, lampu xenon.
2. Preparasi Elekt roda TiO2
Dalam preparsi elektroda TiO2, tahap pertama substrat kaca berlapis ITO (indium–t in oxide)
dicuci dan dibilas dengan menggunakan aseton. Kemudian diukur resistansinya dengan
menggunakan multimeter digital dan selanjutnya pada sisi kaca yang berlapis ITO ditutup
dengan menggunakan isolatipe seperti pada Gambar 5. Tahap kedua adalah pembuatan pasta
TiO2, yaitu dilakukan dengan menambahkan 15 ml etanol pada 3,5 gr koloid TiO2, dan
5
kemudian diaduk menggunakan magnet ic st irer selama 30 menit. Tahap selanjutnya pasta TiO2
0
dideposisikan pada substrat kaca berlapis ITO dan kemudian dipanaskan dengan suhu 200 C
selama ±20 menit.
Gambar 5. Skema Deposisi TiO2 pada Kaca ITO.
3. Ekstraksi Dye Antosianin
Buah straw berry yang masih segar ditimbang sebanyak 40 gram dan ditumbuk dengan
mortar sampai halus. Kemudian dimasukkan dalam tabung erlenmeyer yang telah dilapisi
dengan alumunium foil, dan selanjutnya direndam dengan campuran pelarut 50 ml metanol, 8
ml asam asetat, dan 42 ml aquades selama 24 jam. Setelah itu, ekstrak antosianin disaring
dengan menggunakan kertas saring (filter) dan dimasukkan ke dalam botol gelap atau botol
yang telah dilapisi dengan alumunium foil (Gambar 6). Untuk membuat variasi larutan ekstrak
antosianin
straw berry dengan
pH yang berbeda, maka dilakukan
ekstraksi
dengan
pengurangan serta penambahan asam asetat pada masing-masing campuran pelarut (Gambar
7). Dalam hal ini, menggunakan campuran pelarut 50 ml metanol, 4 ml asam asetat, 42 ml,
serta campuran pelarut 50 ml metanol, 12 ml asam asetat, 42 ml. Tahap selanjutnya, ketiga
larutan ekstrak antosianin kemudian diukur pH nya dengan menggunakan pH Indikator Acilit.
Gambar 6. Ekstraksi Antosianin Straw berry
6
Gambar 7. Hasil Ekstrak Antosianin Straw berry
4. Preparasi Elekt rolit
Pembuatan elektrolit terdiri dari 8,30 gr Potassium Iodide (KI) dan 1,26 gr Iodine (I2) yang
kemudian dilarutkan dalam 100 ml Polyethylene Glycol (PEG) [9]. Selanjutnya larutan elektrolit
tersebut diaduk dengan menggunakan magnet ic st irrer selama ± 30 menit. Larutan elektrolit
yang sudah jadi kemudian disimpan dalam botol berw arna gelap atau botol yang telah dlapisi
dengan alumunium foill.
5. Preparasi Elekt roda Karbon
Kaca berlapis ITO diukur resistansiya dengan menggunakan multimeter digital, dan
selanjutnya pada sisi kaca yang berlapis ITO ditutup dengan menggunakan isolatipe seperti
pada Gambar 8. Untuk pembuatan larutan karbon, yaitu langkah pertama karbon dari pensil
2B dihaluskan dengan mortar, lalu ditimbang sebanyak 3,5 gr. Selanjutnya dicampur dengan
etanol sebanyak 15 ml, dan diaduk dengan menggunakan magnetic st irrer selama ± 30 menit.
Setelah itu, langkah selanjutnya pasta karbon dideposisikan pada substrat kaca berlapis ITO
0
dan kemudian dipanaskan dengan suhu 200 C selama ±20 menit.
Gambar 8. Skema Deposisi Karbon pada Kaca ITO.
6. Pembuatan Dye Sensitized Solar Cell(DSSC)
Elektroda TiO2 yang telah dibuat kemudian direndam dalam larutan ekstrak antosianin,
masing-masing dengan pH 3.0, pH 2.5, dan pH 2.0 selama 24 jam. Setelah itu, elektroda TiO2
yang telah direndam dalam larutan ekstrak antosianin, kemudian diangkat dan dikeringkan
dengan kertas tisu. Kemudian elektroda TiO2 - elektrolit - elektroda karbon, disusun dengan
struktur sandw ich seperti pada Gambar 9.
7
Gambar 9. Struktur sandw ich Dye Sensitized Solar Cell (DSSC).
7. Karakterisasi Dye Sensitized SolarCell (DSSC)
Sel surya yang telah dibuat kemudian diukur arus dan tegangannya (I-V) dengan
menggunakan multimeter digital untuk menganalisis karakteristik hasil keluaran dari sel surya.
Pengukuran dilakukan menggunakan sumber cahaya lampu xenon dengan intensitas 1000
2
W/ m pada jarak 30 cm. Untuk mengatur arus maupun tegangan keluaran pada sel surya maka
dipasang resistor dengan berbagai variasi hambatan pada rangkaian pengukur (Gambar 10).
Gambar 10. Rangkaian pengukuran DSSC [5].
HASIL DAN PEM BAHASAN
Setelah sel surya DSSC dirangkai kemudian dilakukan pengujian untuk mengetahui
karakteristik arus (I) dan tegangannya (V) dengan menggunakan multimeter digital. Dalam hal
ini, sel surya DSSC diuji menggunakan sumber cahaya lampu xenon dengan intensitas sebesar
2
1000 W/ m pada jarak 30 cm. Hasil pengukuran dari sel surya kemudian digambarkan dalam
grafik hubungan arus terhadap tegangan (I-V) seperti pada Gambar 11.
10
J (µA/ cm 2 )
8
6
4
2
0
0
1
2
3
4
Tegangan (mV)
Gambar 11a. Grafik hubungan Arus terhadap Tegangan DSSC dengan dye antosianin pH 3.0
8
16
J (µA/ cm 2 )
14
12
10
8
6
4
2
0
0
10
20
30
40
Tegangan (mV)
Gambar 11b. Grafik hubungan Arus terhadap Tegangan DSSC dengan dye antosianin pH 2.5
25
J (µA/ cm 2 )
20
15
10
5
0
0
100
200
300
400
Tegangan (mV)
Gambar 11c. Grafik hubungan Arus terhadap Tegangan DSSC dengan dye antosianin pH 2.0
Dari grafik hubungan arus terhadap tegangan (J-V) yang ditunjukkan pada Gambar
11a., Gambar 11b., dan Gambar 11c. terlihat bahw a masing-masing sel surya DSSC yang
direndam dalam larutan antosianin dengan pH 3.0, pH 2.5, dan pH 2.0 memiliki arus (I)
maupun tegangan (V) keluaran yang berbeda-beda. Sel surya yang direndam dalam larutan
ekstrak antosianin straw berry dengan pH 3.0 (Gambar 11a.) memiliki keluaran yang paling kecil
yaitu dengan arus rangkaian pendek (Isc) sebesar 21 µA dan tegangan rangkaian buka (Voc)
sebesar 3,60 mV. Arus maksimum yang dihasilkan (Imax) sebesar 14 µA, tegangan maksimum
2
(Vmax) sebesar 2,60 mV, sedangkan rapat arus (Jsc) pada luasan 2,25 cm adalah sebesar 9,34
2
µA/ cm . Selanjutnya untuk sel surya yang direndam dalam larutan ekstrak antosianin
straw berry dengan pH 2.5 (Gambar 11b.) memiliki arus rangkaian pendek (Isc) sebesar 30 µA
dan tegangan rangkaian buka (Voc) sebesar 31,60 mV. Sementara itu arus maksimum (Imax) yang
dihasilkan yaitu sebesar 19 µA, dengan tegangan maksimum (Vmax) sebesar 21,10 mV.
2
Kemudian untuk rapat arus (Jsc) yang didapatkan dari sel surya ini adalah 13,34 µA/ cm . Untuk
pengukuran pada sel surya yang direndam dalam larutan ekstrak antosianin straw berry dengan
pH 2.0 (Gambar 11c.) memiliki hasil keluaran yang paling besar, dimana arus rangkaian pendek
(Isc) yang didapatkan sebesar 45 µA dan tegangan rangkaian buka (Voc) sebesar 321 mV.
Sedangkan arus maksimum (Imax) yang dihasilkan sebesar 31 µA, dan tegangan maksimumnya
9
2
2
(Vmax) sebesar 190 mV, serta besar rapat arus (Jsc) pada luasan 2,25 cm adalah 20 µA/ cm .
Dengan demikian, maka dapat ditentukan parameter-parameter hasil keluaran dari sel surya
seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Parameter-parameter Sel Surya DSSC
pH Larutan
Ekstrak
I sc
Voc
I max
Vmax
Jsc
Antosianin
(µA)
(mV)
(µA)
(mV)
(µA/ cm )
3.0
21,00
3,60
14,00
2,60
9,34
0,48
0,016 × 10
-3
2.5
30,00
31,60
19,00
21,10
13,34
0,42
0,170 × 10
-3
2.0
45,00
321,00
31,00
190,00
20,00
0,40
2,560 × 10
-3
2
FF
η (%)
Strawberry
Pada Tabel 1. terlihat bahwa nilai efisiensi konversi energi (η) untuk sel surya yang
direndam dalam larutan ekstrak antosianin straw berry dengan pH 3.0 masih sangat kecil yaitu
-3
sebesar 0,016 × 10 %. Dan untuk sel surya yang direndam dalam larutan ekstrak antosianin
straw berry dengan pH 2.5 adalah 0,170 × 10
-3
%. Sedangkan sel surya yang direndam dalam
larutan ekstrak antosianin straw berry dengan pH 2.0 memiliki efisiensi konversi energi yang
-3
paling tinggi dibanding dengan yang lain yaitu sebesar 2,56 × 10 . Nilai efisiensi konversi energi
yang didapatkan ini masih sangat rendah jika dibandingkan dengan yang didapatkan oleh Etula
Jarkko et .al. yang juga menggunakan ekstrak antosianin straw berry sebagai dye, dan berhasil
-2
mendapatkan nilai efisiensi konversi energi sebesar 2,77 × 10 % [14]. Namun nilai efisiensi
konversi dalam penelitian ini masih lebih tinggi dibandingkan dengan yang diperoleh Anita,dkk.
yang menggunakan klorofil daun kacang panjang sebagai dye sensitizer, yang hanya mendapat
efisiensi konversi energi sebesar 2 × 10
-3
% [15]. M asih rendahnya hasil keluaran maupun
efisiensi konversi ini disebabkan karena resistansi lapisan elektroda semikonduktor TiO2 dan
elektrolit polimer dari sel surya DSSC yang masih terlalu besar. Sehingga jumlah elektron yang
mengalir dalam rangkaian menjadi kecil.
KESIM PULAN
Telah difabrikasi prototipe Dye Sensit ized Solar Cell (DSSC) dengan fotosensitizer dye
antosianin straw berry. Sel surya direndam dengan pH larutan antosianin yang berbeda, yaitu
dengan pH 3.0, pH 2.5, dan pH 2.0. Hasil pengujian sel surya DSSC menunjukkkan bahw a sel
surya yang direndam dalam larutan antosianin dengan pH 3.0 memiliki keluaran yang paling
rendah, yaitu dengan arus rangkaian pendek (Isc) sebesar 21 µA dan tegangan rangkaian buka
2
(Voc) sebesar 3,60 mV, serta rapat arus (Jsc) sebesar 9,34 µA/ cm . Dan besarnya efisiensi
konversi energi yaitu 0,016 × 10
-3
%. Sedangkan sel surya yang direndam dalam larutan
antosianin dengan pH 2.0 memiliki keluaran yang paling tinggi, dimana arus rangkaian pendek
(Isc) yang didapatkan sebesar 45 µA dan tegangan rangkaian buka (Voc) sebesar 321 mV, serta
2
-3
besar rapat arus (Jsc) adalah 20 µA/ cm , dengan efisiensi konversi energi sebesar 2,56 × 10 .
Dengan demikian terlihat bahw a untuk sel surya DSSC dengan dye ekstrak antosianin
straw berry, semakin rendah pH larutan ekstrak antosianin straw berry, maka efisiensi konversi
energi dari sel surya akan semakin besar.
10
DAFTAR PUSTAKA
[1]. Lidya Pancaningtyas dan Syafsir Akhlus.Peranan Elekt rolit pada Performa Sel Surya
Pew arna Tersensitisasi (SSPT). Laporan Penelitian, ITS : Surabaya.
[2]. Hardeli,dkk. Pembuat an Prot ot ipe Dye Sensit ized Solar Cell (DSSC) M enggunakan Ubi Jalar
Ungu, Wort el dan Kunyit Sebagai Sumber Zat Warna. Laporan Penelitian, UNP: Padang.
[3]. Grätzel, M ichael, 2003. Dye-Sensit ised Solar Cells, journal of Phot ochemist ry and
Phot obiology . Vol.4, 145-153.
[4]. Grätzel, M ichael, 2005. Phot ovolt aic performance and long-t erm st ability of dye-sensit ized
meosocopic solar cells. C. R. Chimie 9 (2006) 578–583.
[5]. Akhiruddin M addu, M ahfuddin Zuhri, dan Irmansyah, 2007. Penggunaan Ekst rak
Ant osianin Kol M erah sebagai Fotosensit izer pada Sel Surya TiO2 Nanokrist al Tersensit isasi
Dye, M akara, Teknologi, Vol. 11 No. 2, 78-84.
[6]. M ochamad Choirul M isbachudin, Suryasatriya Trihandaru, Adita Sutresno, 2013. St udi
Aw al Ekst rak Ant osianin St raw berry sebagai Fot osensit izer dalam Pembuat an Prot otipe
Dye Sensit ized Solar Cell (DSSC). Seminar Nasional 2
[7]. M ochamad
Choirul
M isbachudin,
Suryasatriya
nd
Lontar Physics Forum, LPF 1350.
Trihandaru,
Adita
Sutresno,
2013.
Pembuat an Prot otipe Dye Sensit ized Solar Cell (DSSC) Dengan M emanfaat kan Ekst rak
Ant osianin St raw berry. Seminar Nasional Sains dan Pendidikan Sains VIII, Vol.4 No.1, 345-
350.
[8]. J. M . R. C. Fernando, G.K.R. Senadeera, 2008. Nat ural ant hocyanins as phot osensit izer for
dye-sensitized solar devices. Current Science, Vol. 95, No.5. (2008) 663-666.
[9]. Wilman Septina,dkk., 2007. Pembuat an Prot ot ipe Solar Cell M urah dengan Bahan OrganikInorganik (Dye-sensit ized Solar Cell). Laporan Penelitian Bidang Energi, Institut Teknologi Bandung :
Bandung.
[10].
Smestad, G.P., dan Gratzel, M ., 1998. Demonst rat ing elect ron Transfer and
Nanot echnology : A Nat ural Dye-Sensit ized Nanocryst alline energy Convert er . J.Chem.
Educ., 75, 752-756.
[11].
M arinado, T., 2009. Phot oelect rochemical st udies of dye sensit ized solar cells using
organic dyes. Kungliga Tekniska Högskolan : Stockholm .
[12].
M aya Sukma Widya Kumara dan Gontjang Prajitno, 2012. St udi Aw al Fabrikasi Dye
Sensitized Solar Cell (DSSC) dengan M enggunakan Ekst raksi Daun Bayam (Amarant hus
Hybridus L.) sebagai Dye Sensit izer dengan Variasi Jarak Sumber Cahaya pada DSSC.
Laporan Penelitian, Institut Teknologi Sepuluh Nopember: Surabaya.
[13].
Seafast Center, 2012. M erah-Ungu Ant osianin , Pew arna Alami untuk Pangan (23-43).
[14].
Etula Jarkko. Comparison of t hree Finnish berriesas sensit izers in a dye-sensitized solar
cell . Kuopion Lyseon lukio, Chemistry and physics.
[15].
Anita, dkk., 2013. Karakt erist ik Klorofil Pada Daun Kacang Panjang (Vigna Sinensis)
sebagai Dye-Sensit ized Solar Cells. Seminar Nasional 2
11
nd
Lontar Physics Forum, LPF 1353.
PROTOTIPE DYE SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC)
Oleh,
M ochamad Choirul M isbachudin
NIM : 192008007
TUGAS AKHIR
Diajukan Kepada Program Studi Pendidikan Fisika, Fakultas Sains dan M atematika
guna memenuhi sebagian dari persyaratan untuk memperoleh gelar
Sarjana Pendidikan
Program Studi Pendidikan Fisika
FAKULTAS SAINS DAN M ATEM ATIKA
UNIVERSITAS KRISTEN SATYA W ACANA
SALATIGA
2014
ii
iii
iv
M OTTO
“Ilmu itu lebih baik daripada harta. Ilmu menjaga engkau dan
engkau menjaga harta. Ilmu itu penghukum (hakim) dan harta
terhukum”
“Tuntutlah
ilmu,sesungguhnya
pendekatan
diri
kepada
menuntut
Allah
Azza
ilmu
adalah
w ajalla,
dan
mengajarkannya kepada orang yang tidak mengetahuinya
adalah
sodaqoh.
Sesungguhnya
ilmu
pengetahuan
menempatkan orangnya dalam kedudukan terhormat dan
mulia (tinggi). Ilmu pengetahuan adalah keindahan bagi
ahlinya di dunia dan di akhirat” (HR. Ar-Rabii’)
“Carilah ilmu dari buaian sampai liang lahat”(HR. M uslim)
“Barang siapa yang menempuh suatu jalan untuk menuntut
ilmu, Allah akan memudahkan baginya jalan ke surga” (HR
M uslim)
“YEN WEDI OJO WA NI - WA NI , YEN WA NI OJO WEDI - WEDI ”
v
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT, atas limpahan rahmat dan karuniaNya penulis dapat
menyelesaikan penelitian tugas akhir ini sebagai syarat kelulusan dari Fakultas Sains dan
M atematika UKSW pada program studi Pendidikan Fisika.
Perjuangan yang dilakukan penulis dapat berjalan lancar atas bantuan dan dukungan
berbagai pihak. Untuk itu penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :
1.
Bapak Adita Sutresno, S.Si., M .Sc. selaku pembimbing utama dan Bapak Prof. Dr. Ferdy
Semuel Rondonuw u, M .Sc. selaku pembimbing pendamping. Terima kasih untuk
bimbingan, bantuan, pengarahan, dan nasehat dalam penyusunan tugas akhir ini.
2.
Bapak, Ibu dan kakak tercinta yang selalu memberikan semangat dan do’a.
3.
Dosen-dosen Fisika dan Pendidikan Fisika ( Ibu Dra. M armi Sudarmi, M .Si, Ibu M ade Rai
Suci Shanti N.A. S.Si., M .Pd, Ibu Diane Noviandini, S.Pd., M .Pd, Ibu Debora Natalia Sudjito,
S.Pd., M .Ps.Ed, Bapak Adita Sutresno, S.Si., M .Sc, Bapak Andreas Setiaw an, S.Si, M T, Bapak
Dr. Suryasatriya Trihandaru, M .Sc.Nat., Bapak Prof. Dr. Ferdy Semuel Rondonuw u, M .Sc.,
Bapak Nur Aji Wibow o, S.Si., M .Si, Bapak Wahyu Hari Kristiyanto S.Pd., M .Pd) terima kasih
atas ilmu yang sangat berguna bagi penulis.
4.
M as Tri, M as Sigit, dan Pak Tafip selaku laboran Fisika dan Pendidikan Fisika FSM UKSW.
Terimakasih untuk bantuannya.
5.
Tim DSSC (ferri, gino, dw ex) dan teman seperjuangan (joko, surip, idem, indri) terimakasih
atas kerjasamanya.
6.
Teman-teman Program Studi Fisika dan Pendidikan Fisika angkatan 2008 (ferri, joko, surip,
pandu, kelik, Candra, Rio, nita, shinta, dammay, destya, morita, dan semuanya) yang telah
menjadi rekan kerja, dan teman setia selama masa-masa perkuliahan. Serta adik-adik
maupun kakak angkatan yang tidak dapat disebutkan satu persatu namanya. Terima kasih
atas kebersamaannya.
7.
Dekan Fakultas Sains dan M atematika Bapak Dr. Suryasatriya Trihandaru, S.Si., M .Sc.Nat.
beserta jajarannya.
8.
Pihak DIKTI yang telah membiayai penelitian tugas akhir ini.
9.
Semua pihak yang penulis tidak sebutkan satu persatu namanya yang turut dan terlibat
dalam penyusunan skripsi ini.
Penulis menyadari bahw a tugas akhir ini masih banyak terdapat kekurangan. Oleh karena
itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pembaca guna perbaikan di
masa mendatang.
Akhir kata, semoga tulisan ini bisa bermanfaat bagi penulis pada khususnya dan pembaca
pada umumnya, untuk dijadikan sebagai bahan pertimbangan dalam pengembangan
pendidikan dan ilmu pengetahuan.
Salatiga, 17 Januari 2014
Penulis,
M ochamad Choirul M isbachudin
vi
DAFTAR ISI
HALAM AN JUDUL............................................................................................................. i
LEM BAR PENGESAHAN ................................................................................................... ii
LEM BAR PERNYATAAN KEASLIAN ................................................................................... iii
LEM BAR HAK BEBAS ROYALTI DAN PUBLIKASI ................................................................ iv
M OTTO ........................................................................................................................... v
KATA PENGANTAR ......................................................................................................... vi
DAFTAR ISI .................................................................................................................... vii
ABSTRAK......................................................................................................................... 1
PENDAHULUAN ............................................................................................................... 1
TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................................................ 2
A.
Antosianin .............................................................................................. 2
B.
Dye Sensit ized Solar Cell (DSSC) .............................................................. 3
C.
Karakteristik Arus-Tegangan Sel Surya DSSC ........................................... 4
D.
Derajat Keasaman (pH) ........................................................................... 5
M ETODOLOGI PENELITIAN .............................................................................................. 5
1.
Bahan dan Alat ....................................................................................... 5
2.
Preparasi Elektroda TiO2 ......................................................................... 5
3.
Ekstraksi Dye Antosianin......................................................................... 6
4.
Preparasi Elektrolit ................................................................................. 7
5.
Preparasi Elektroda Karbon .................................................................... 7
6.
Pembuatan Dye Sensit ized Solar Cell (DSSC)............................................ 7
7.
Karakterisasi Dye Sensit ized Solar Cell (DSSC).......................................... 8
HASIL DAN PEM BAHASAN ............................................................................................... 8
KESIM PULAN................................................................................................................. 10
DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................................... 11
vii
PENGARUH pH LARUTAN ANTOSIANIN STRAW BERRY DALAM FABRIKASI
PROTOTIPE DYE SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC)
1,2
1,2
M ochamad Choirul M isbachudin , Ferdy S. Rondonuw u , Adita Sutresno
1
1,2
Progam St udi Pendidikan Fisika Fakult as Sains dan M at emat ika
2
Progam St udi Fisika Fakult as Sains dan M at emat ika
Universit as Krist en Sat ya Wacana
Jln. Diponegoro No. 52-60 Salat iga
adit a@st aff.uksw.edu
Abstrak- Telah difabrikasi prot otipe Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) dengan mem anfaat kan ekst rak
ant osianin st raw berry sebagai fot osensitizer. DSSC ini t erdiri dari sepasang subst rat kaca berlapis ITO
sebagai elekt roda dan count er elekt roda. Pada elekt roda dideposisikan lapisan nanokrist al TiO2 berpori
sebagai fot oanoda dan disensit isasi dye ant osianin, sedangkan count er elekt roda dideposisikan lapisan
karbon. Kedua elekt roda disusun dengan st rukt ur sandwich dengan dipisahkan oleh elekt rolit redoks (I
/ I3 ). Sel surya direndam dalam dye ant osianin dengan pH yang berbeda, yait u pH 3.0, pH 2.5, dan pH
2.0. Hasil pengujian sel surya m enunjukkan bahw a sel surya yang direndam dengan pH 2.0 m em iliki
keluaran yang paling t inggi, dim ana arus rangkaian pendek (Isc) yang didapat kan sebesar 45 µA dan
2
t egangan rangkaian buka (Voc)sebesar 321 m V, sert a besar rapat arus (Jsc) adalah 20 µA/ cm . Sedangkan
-3
efisiensi konversi energinya sebesar 2,56 × 10 %.
Kata kunci : ant osianin, pH, dye-sensitizer, Dye Sensit ized Solar Cell (DSSC).
Abstract- The prot ot ype of Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) has been fabricat ed using ant hocyanin
ext ract from fresh st rawberry as t he phot osensitizer. This DSSC consist of a pair of ITO-coated glass
subst rat e as t he elect rode and count er elect rode. Perm eable TiO2 nanocryst al layer w as deposited as
fot oanoda and ant hocyanin dye sensitized at t he electrode, w hile t he count er elect rode w as deposit ed
carbon layer. Bot h elect rodes w ere arranged in sandwich st ruct ure, separat ed by redox electrolyte (I / I3
). Solar cell w as soaked in ant hocyanin dye wit h different pH: pH 3.0, pH 2.5, and pH 2.0. The result s
show ed t hat t he solar cell soaked w it h pH 2.0 has t he highest out put , w here it is obt ained 45 µA of t he
2
short -circuit current (Isc) and 321 mV of t he open-circuit volt age (Voc), and 20 µA/ cm of current densit y
-3
(Jsc). While t he energy conversion efficiency is 2,56 × 10 %.
Keywords : ant hocyanin, pH, dye-sensitizer, Dye Sensit ized Solar Cell (DSSC)
PENDAHULUAN
A. Krisis Energi
Kemajuan pembangunan pada bidang teknologi, industri dan informasi membaw a
dampak terhadap meningkatnya kebutuhan energi. Selama ini kebutuhan energi masih
mengandalkan bahan bakar fosil, sehingga berdampak semakin berkurangnya ketersedianan
sumber daya energi fosil khususnya minyak bumi. Seperti yang diketahui bahwa sumber energi
fosil merupakan sumber energi yang tidak dapat diperbaharui, dan proses pembentukannya
dibutuhkan w aktu yang sangat lama. Untuk itu diperlukan sumber energi alternatif yang dapat
menggantikan sumber energi fosil. Sumber energi alternatif yang dapat dijadikan solusi adalah
sistem konversi energi yang memanfaatkan sumber daya energi terbarukan, seperti: energi
matahari, energi angin, energi air, biomassa, panas bumi [1,2]. Sumber energi matahari sangat
1
memungkinkan untuk dijadikan sebagai solusi pengganti dari sumber daya energi fosil, karena
sumber energi ini tersedia dalam jumlah yang sangat besar dan melimpah.
M ichael Gratzel merupakan seorang peneliti yang pertama kali berhasil mengembangkan
sist em sel surya tersintesa pew arna (Dye Sensit ized Solar Cell) [3,4]. Bio sel surya yang
dikembangkan Gratzel ini proses pembuatannya cukup sederhana serta biayanya relatif
murah, dan bahan dasarnya mudah diperoleh di pasaran [5]. Namun sel surya ini masih perlu
banyak pengembangan lebih lanjut guna meningkatkan efisiensi konversi energi photo
elektrokimianya.
Dalam penelitian yang telah dilakukan penulis sebelumnya dengan judul St udi Aw al
Ekst rak Ant osianin St rawberry sebagai Fot osensit izer dalam Pembuat an Prot ot ipe Dye
Sensitized Solar Cell (DSSC), penulis telah melakukan penelitian aw al untuk mengetahui
bagaimana pengaruh jumlah konsentrasi antosianin terhadap hasil keluaran sel surya DSSC.
Dalam penelitian tersebut dilakukan ekstraksi antosianin straw berry dengan beberapa variasi
perbandingan campuran pelarut, yaitu antara metanol, asam asetat, dan aquades. Dari hasil
pengujian sel surya menunjukkan bahw a perbandingan yang paling efektif untuk ekstraksi
antosianin straw berry adalah dengan campuran pelarut metanol, asam asetat, dan aquades
yaitu 25 : 4 : 21 [6]. Pada penelitian lain yang berjudul Pembuat an Prot ot ipe Dye Sensit ized
Solar Cell (DSSC) dengan M emanfaat kan Ekst rak Ant osianin St rawberry, penulis juga telah
melakukan penelitian terhadap karateristik arus dan tegangan sel surya DSSC dengan variasi
pengenceran dye ekstrak antosianin straw berry. Hasil pengujian sel surya DSSC menunjukkan
bahw a ekstrak antosianin straw berry tanpa pengenceran memiliki arus rangkaian pendek (Isc)
dan tegangan rangkaian buka (Voc) yang paling besar. Dengan kata lain semakin tinggi
konsentrasi antosianin, maka semakin tinggi pula arus dan tegangan keluaran yang dihasilkan
[7].
Untuk penelitian lanjut guna meningkatkan efisiensi konversi energi dari sel surya DSSC,
maka dalam penelitian ini akan dilakukan kajian tentang pengaruh pH larutan antosianin
terhadap efisiensi Dye Sensit ized Solar Cell (DSSC).
B. Antosianin
Antosianin merupakan pigmen larut air yang secara alami terdapat pada berbagai jenis
tumbuhan dan buah-buahan. Pigmen tersebut akan memberikan w arna merah, biru dan ungu
pada buah, bunga dan daun yang masuk dalam klas flavonoids. Senyawa antosionin yang
paling banyak ditemukan adalah pelargonidin (orange), cyanidin (orange-merah), peonidin
(orange-merah), delphinidin (biru-merah), pet unidin (biru-merah) dan malvidin (biru-merah)
[8]. Antosianin straw berry merupakan senyaw a yang termasuk dalam gugusan pelargonidin.
Antosianin memiliki struktur kimia yang terdiri dari kation tujuh hydroxyflavilium, molekul
ini berfungsi dalam penyerapan cahaya dan membentuk w arna seperti ditunjukkan pada
Gambar 1. Antosianin yang terbentuk secara alami mempunyai group hydroxyl (HO-) pada
posisi 3 dan selalu terhubung dengan molekul glukosa yang dibutuhkan untuk kesetimbangan
termal dan posisi 5 terdapat satu atau lebih group hydroxyl atau methoxy (CH3O-) pada cincin
B. Ragam w arna yang diperlihatkan oleh antosianin tergantung pada nomor dan posisi dari
gugusan yang ada [8].
2
Gambar 1. a. Struktur kimia dasar dari antosianin, b. Dua macam struktur kimia antosianin
dalam media asam dan basa, c. Rangkaian mekanisme antosianin dengan TiO2 [8].
C.
Dye Sensitized Solar Cell (DSSC)
Dye Sensit ized Solar Cell (DSSC) terdiri dari sepasang substrat kaca berlapis ITO (indium–
t in oxide) yang berperan sebagai elekt roda dan count er elekt roda. Pada elekt roda
dideposisikan lapisan nanokristal TiO2 berpori sebagai fotoanoda, dan disensitisasi dye
antosianin sebagai fotosensitizer sel surya. Sedangkan untuk count er elekt roda dilapisi katalis
dengan dideposisi menggunakan lapisan karbonuntuk mempercepat reaksi redoks. Kedua
elektroda kemudian disusun dengan struktur sandw ich dengan dipisahkan oleh elektrolit
-
-
redoks (I / I3 ), seperti yang tunjukkan pada Gambar 2 [5,9] .
Gambar 2. Skema Dye Sensit ized Solar Cell (DSSC) [10] dengan modifikasi gambar.
Skema prinsip kerja dari Dye Sensit ized Solar Cell (DSSC) ditunjukkan pada Gambar 3.
Energi foton diserap oleh dye (D) sehingga elektron berpindah dari level energi terendah
(HOM O) ke level energi tertinggi (LUM O).
*
D + cahaya
D
*
Pada keadaan tereksitasi (D ) dye menginjeksi elektron menuju pita konduksi
(conduct ion band / CB) semi konduktor TiO2. Kemudian elektron tersebut melew ati TiO2 menuju
elektroda ITO dan selanjutnya elektron mengalir menuju elektroda law an (count er elekt roda)
melalui rangkaian eksternal.
3
-
D* + TiO2
+
e (TiO2) + D
+
Selanjutnya elektron masuk kembali ke dalam sel dan mereduksi (I ) yang ada pada
-
+
elektrolit. Setelah itu dye teroksidasi (D ) menerima elektron dari (I3 ) dan tergenerasi kembali
menjadi (D) [5].
+
-
D + e (TiO2)
+
2 D + 3I
D + TiO2
-
2D + I3
-
Gambar 3. Prinsip kerja sel surya nanopartikel TiO2 tersensitisasi dye [5] dengan modifikasi
gambar.
D. Karakteristik Arus-Tegangan Sel Surya DSSC
Pengukuran konversi energi cahaya menjadi energi listrik digambarkan dalam kurva
arus-tegangan (J-V) seperti pada Gambar 4.
Gambar 4. Kurva Arus-Tegangan (J-V) sel surya DSSC [11] dengan modifikasi gambar.
4
Gambar 4. menunjukkan tegangan rangkaian buka atau tegangan open circuit (Voc),
tegangan maksimum (Vmax), rapat arus rangkaian pendek atau rapat arus sort circuit (Jsc), dan
rapat arus maksimum (Jmax). Tegangan rangkaian buka (Voc) dihasilkan ketika sel dalam kondisi
open circuit sehingga tidak ada arus yang mengalir dalam rangkaian. Sedangkan arus rangkaian
pendek (Jsc) dihasilkan pada saat sel dalam kondisi sort circuit sehingga arus akan mengalir
[12]. Selain itu karakteristik lainnya yang mempengaruhi efisiensi sel surya adalah nilai faktor
pengisian atau fill fact or (FF). Nilai dari fill fact or (FF) dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan :
FF
J max Vmax
J sc Voc
dengan,
Pmax J max Vmax J sc Voc FF
Sehingga untuk menghitung efisiensi konversi energi (η) dari sel surya DSSC dapat dicari
dengan menggunakan persamaan :
Pmax
J V FF
100% sc oc
100%
Pin
Pin
E.
Derajat Keasaman (pH)
pH berasal dari kata pot ent ial of Hydrogen . pH atau derajat keasaman merupakan
ukuran konsentrasi ion hidrogen yang menunjukkan keasaman atau kebasaan suatu zat.
Besarnya nilai pH bervariasi, yaitu dari 1 hingga 14. Larutan yang netral memiliki pH bernilai
7, sedangkan larutan asam memiliki nilai pH ˂ 7, dan larutan basa memiliki nilai pH ˃ 7.
Kondisi pH sangat mempengaruhi stabilitas/ kesetimbangan dari larutan ekstrak
antosianin. Larutan antosianin memiliki lima bentuk kesetimbangan yang bergantung pada
kondisi pH, yaitu kat ion flavilium, basa karbinol, kalkon, basa quinonoidal, dan quinonoidal
anionik . Ketika dalam kondisi pH yang sangat asam, antosianin memiliki bentuk kat ion
flavilium , dimana antosianin berada pada kondisi paling stabil dan paling berw arna. Sedangkan
pada pH yang lebih basa, antosianin akan berw arna kuning (bentuk kalkon), berw arna biru
(bentuk quinouid), atau tidak berw arna (basa karbinol) [13].
M ETODOLOGI PENELITIAN
1. Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain adalah buah straw berry, substrat
kaca berlapis ITO (indium–t in oxide)), Titanium dioxide (TiO2), Potassium Iodide (KI), Iodine (I2),
Polyethylene Glycol (PEG), aseton, etanol, metanol, asam asetat, dan aquades. Sedangkan alatalat yang digunakan antara lain adalah multimeter digital, resistor, M agnet ic Stirrer , isolatipe,
pensil, timbangan digital, erlenmeyer, gelas ukur, beaker glass, pipet, mortar, pisau, binder
clips, kertas saring, corong, kertas tisu, alumunium foil, pH Indikator Acilit, lampu xenon.
2. Preparasi Elekt roda TiO2
Dalam preparsi elektroda TiO2, tahap pertama substrat kaca berlapis ITO (indium–t in oxide)
dicuci dan dibilas dengan menggunakan aseton. Kemudian diukur resistansinya dengan
menggunakan multimeter digital dan selanjutnya pada sisi kaca yang berlapis ITO ditutup
dengan menggunakan isolatipe seperti pada Gambar 5. Tahap kedua adalah pembuatan pasta
TiO2, yaitu dilakukan dengan menambahkan 15 ml etanol pada 3,5 gr koloid TiO2, dan
5
kemudian diaduk menggunakan magnet ic st irer selama 30 menit. Tahap selanjutnya pasta TiO2
0
dideposisikan pada substrat kaca berlapis ITO dan kemudian dipanaskan dengan suhu 200 C
selama ±20 menit.
Gambar 5. Skema Deposisi TiO2 pada Kaca ITO.
3. Ekstraksi Dye Antosianin
Buah straw berry yang masih segar ditimbang sebanyak 40 gram dan ditumbuk dengan
mortar sampai halus. Kemudian dimasukkan dalam tabung erlenmeyer yang telah dilapisi
dengan alumunium foil, dan selanjutnya direndam dengan campuran pelarut 50 ml metanol, 8
ml asam asetat, dan 42 ml aquades selama 24 jam. Setelah itu, ekstrak antosianin disaring
dengan menggunakan kertas saring (filter) dan dimasukkan ke dalam botol gelap atau botol
yang telah dilapisi dengan alumunium foil (Gambar 6). Untuk membuat variasi larutan ekstrak
antosianin
straw berry dengan
pH yang berbeda, maka dilakukan
ekstraksi
dengan
pengurangan serta penambahan asam asetat pada masing-masing campuran pelarut (Gambar
7). Dalam hal ini, menggunakan campuran pelarut 50 ml metanol, 4 ml asam asetat, 42 ml,
serta campuran pelarut 50 ml metanol, 12 ml asam asetat, 42 ml. Tahap selanjutnya, ketiga
larutan ekstrak antosianin kemudian diukur pH nya dengan menggunakan pH Indikator Acilit.
Gambar 6. Ekstraksi Antosianin Straw berry
6
Gambar 7. Hasil Ekstrak Antosianin Straw berry
4. Preparasi Elekt rolit
Pembuatan elektrolit terdiri dari 8,30 gr Potassium Iodide (KI) dan 1,26 gr Iodine (I2) yang
kemudian dilarutkan dalam 100 ml Polyethylene Glycol (PEG) [9]. Selanjutnya larutan elektrolit
tersebut diaduk dengan menggunakan magnet ic st irrer selama ± 30 menit. Larutan elektrolit
yang sudah jadi kemudian disimpan dalam botol berw arna gelap atau botol yang telah dlapisi
dengan alumunium foill.
5. Preparasi Elekt roda Karbon
Kaca berlapis ITO diukur resistansiya dengan menggunakan multimeter digital, dan
selanjutnya pada sisi kaca yang berlapis ITO ditutup dengan menggunakan isolatipe seperti
pada Gambar 8. Untuk pembuatan larutan karbon, yaitu langkah pertama karbon dari pensil
2B dihaluskan dengan mortar, lalu ditimbang sebanyak 3,5 gr. Selanjutnya dicampur dengan
etanol sebanyak 15 ml, dan diaduk dengan menggunakan magnetic st irrer selama ± 30 menit.
Setelah itu, langkah selanjutnya pasta karbon dideposisikan pada substrat kaca berlapis ITO
0
dan kemudian dipanaskan dengan suhu 200 C selama ±20 menit.
Gambar 8. Skema Deposisi Karbon pada Kaca ITO.
6. Pembuatan Dye Sensitized Solar Cell(DSSC)
Elektroda TiO2 yang telah dibuat kemudian direndam dalam larutan ekstrak antosianin,
masing-masing dengan pH 3.0, pH 2.5, dan pH 2.0 selama 24 jam. Setelah itu, elektroda TiO2
yang telah direndam dalam larutan ekstrak antosianin, kemudian diangkat dan dikeringkan
dengan kertas tisu. Kemudian elektroda TiO2 - elektrolit - elektroda karbon, disusun dengan
struktur sandw ich seperti pada Gambar 9.
7
Gambar 9. Struktur sandw ich Dye Sensitized Solar Cell (DSSC).
7. Karakterisasi Dye Sensitized SolarCell (DSSC)
Sel surya yang telah dibuat kemudian diukur arus dan tegangannya (I-V) dengan
menggunakan multimeter digital untuk menganalisis karakteristik hasil keluaran dari sel surya.
Pengukuran dilakukan menggunakan sumber cahaya lampu xenon dengan intensitas 1000
2
W/ m pada jarak 30 cm. Untuk mengatur arus maupun tegangan keluaran pada sel surya maka
dipasang resistor dengan berbagai variasi hambatan pada rangkaian pengukur (Gambar 10).
Gambar 10. Rangkaian pengukuran DSSC [5].
HASIL DAN PEM BAHASAN
Setelah sel surya DSSC dirangkai kemudian dilakukan pengujian untuk mengetahui
karakteristik arus (I) dan tegangannya (V) dengan menggunakan multimeter digital. Dalam hal
ini, sel surya DSSC diuji menggunakan sumber cahaya lampu xenon dengan intensitas sebesar
2
1000 W/ m pada jarak 30 cm. Hasil pengukuran dari sel surya kemudian digambarkan dalam
grafik hubungan arus terhadap tegangan (I-V) seperti pada Gambar 11.
10
J (µA/ cm 2 )
8
6
4
2
0
0
1
2
3
4
Tegangan (mV)
Gambar 11a. Grafik hubungan Arus terhadap Tegangan DSSC dengan dye antosianin pH 3.0
8
16
J (µA/ cm 2 )
14
12
10
8
6
4
2
0
0
10
20
30
40
Tegangan (mV)
Gambar 11b. Grafik hubungan Arus terhadap Tegangan DSSC dengan dye antosianin pH 2.5
25
J (µA/ cm 2 )
20
15
10
5
0
0
100
200
300
400
Tegangan (mV)
Gambar 11c. Grafik hubungan Arus terhadap Tegangan DSSC dengan dye antosianin pH 2.0
Dari grafik hubungan arus terhadap tegangan (J-V) yang ditunjukkan pada Gambar
11a., Gambar 11b., dan Gambar 11c. terlihat bahw a masing-masing sel surya DSSC yang
direndam dalam larutan antosianin dengan pH 3.0, pH 2.5, dan pH 2.0 memiliki arus (I)
maupun tegangan (V) keluaran yang berbeda-beda. Sel surya yang direndam dalam larutan
ekstrak antosianin straw berry dengan pH 3.0 (Gambar 11a.) memiliki keluaran yang paling kecil
yaitu dengan arus rangkaian pendek (Isc) sebesar 21 µA dan tegangan rangkaian buka (Voc)
sebesar 3,60 mV. Arus maksimum yang dihasilkan (Imax) sebesar 14 µA, tegangan maksimum
2
(Vmax) sebesar 2,60 mV, sedangkan rapat arus (Jsc) pada luasan 2,25 cm adalah sebesar 9,34
2
µA/ cm . Selanjutnya untuk sel surya yang direndam dalam larutan ekstrak antosianin
straw berry dengan pH 2.5 (Gambar 11b.) memiliki arus rangkaian pendek (Isc) sebesar 30 µA
dan tegangan rangkaian buka (Voc) sebesar 31,60 mV. Sementara itu arus maksimum (Imax) yang
dihasilkan yaitu sebesar 19 µA, dengan tegangan maksimum (Vmax) sebesar 21,10 mV.
2
Kemudian untuk rapat arus (Jsc) yang didapatkan dari sel surya ini adalah 13,34 µA/ cm . Untuk
pengukuran pada sel surya yang direndam dalam larutan ekstrak antosianin straw berry dengan
pH 2.0 (Gambar 11c.) memiliki hasil keluaran yang paling besar, dimana arus rangkaian pendek
(Isc) yang didapatkan sebesar 45 µA dan tegangan rangkaian buka (Voc) sebesar 321 mV.
Sedangkan arus maksimum (Imax) yang dihasilkan sebesar 31 µA, dan tegangan maksimumnya
9
2
2
(Vmax) sebesar 190 mV, serta besar rapat arus (Jsc) pada luasan 2,25 cm adalah 20 µA/ cm .
Dengan demikian, maka dapat ditentukan parameter-parameter hasil keluaran dari sel surya
seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Parameter-parameter Sel Surya DSSC
pH Larutan
Ekstrak
I sc
Voc
I max
Vmax
Jsc
Antosianin
(µA)
(mV)
(µA)
(mV)
(µA/ cm )
3.0
21,00
3,60
14,00
2,60
9,34
0,48
0,016 × 10
-3
2.5
30,00
31,60
19,00
21,10
13,34
0,42
0,170 × 10
-3
2.0
45,00
321,00
31,00
190,00
20,00
0,40
2,560 × 10
-3
2
FF
η (%)
Strawberry
Pada Tabel 1. terlihat bahwa nilai efisiensi konversi energi (η) untuk sel surya yang
direndam dalam larutan ekstrak antosianin straw berry dengan pH 3.0 masih sangat kecil yaitu
-3
sebesar 0,016 × 10 %. Dan untuk sel surya yang direndam dalam larutan ekstrak antosianin
straw berry dengan pH 2.5 adalah 0,170 × 10
-3
%. Sedangkan sel surya yang direndam dalam
larutan ekstrak antosianin straw berry dengan pH 2.0 memiliki efisiensi konversi energi yang
-3
paling tinggi dibanding dengan yang lain yaitu sebesar 2,56 × 10 . Nilai efisiensi konversi energi
yang didapatkan ini masih sangat rendah jika dibandingkan dengan yang didapatkan oleh Etula
Jarkko et .al. yang juga menggunakan ekstrak antosianin straw berry sebagai dye, dan berhasil
-2
mendapatkan nilai efisiensi konversi energi sebesar 2,77 × 10 % [14]. Namun nilai efisiensi
konversi dalam penelitian ini masih lebih tinggi dibandingkan dengan yang diperoleh Anita,dkk.
yang menggunakan klorofil daun kacang panjang sebagai dye sensitizer, yang hanya mendapat
efisiensi konversi energi sebesar 2 × 10
-3
% [15]. M asih rendahnya hasil keluaran maupun
efisiensi konversi ini disebabkan karena resistansi lapisan elektroda semikonduktor TiO2 dan
elektrolit polimer dari sel surya DSSC yang masih terlalu besar. Sehingga jumlah elektron yang
mengalir dalam rangkaian menjadi kecil.
KESIM PULAN
Telah difabrikasi prototipe Dye Sensit ized Solar Cell (DSSC) dengan fotosensitizer dye
antosianin straw berry. Sel surya direndam dengan pH larutan antosianin yang berbeda, yaitu
dengan pH 3.0, pH 2.5, dan pH 2.0. Hasil pengujian sel surya DSSC menunjukkkan bahw a sel
surya yang direndam dalam larutan antosianin dengan pH 3.0 memiliki keluaran yang paling
rendah, yaitu dengan arus rangkaian pendek (Isc) sebesar 21 µA dan tegangan rangkaian buka
2
(Voc) sebesar 3,60 mV, serta rapat arus (Jsc) sebesar 9,34 µA/ cm . Dan besarnya efisiensi
konversi energi yaitu 0,016 × 10
-3
%. Sedangkan sel surya yang direndam dalam larutan
antosianin dengan pH 2.0 memiliki keluaran yang paling tinggi, dimana arus rangkaian pendek
(Isc) yang didapatkan sebesar 45 µA dan tegangan rangkaian buka (Voc) sebesar 321 mV, serta
2
-3
besar rapat arus (Jsc) adalah 20 µA/ cm , dengan efisiensi konversi energi sebesar 2,56 × 10 .
Dengan demikian terlihat bahw a untuk sel surya DSSC dengan dye ekstrak antosianin
straw berry, semakin rendah pH larutan ekstrak antosianin straw berry, maka efisiensi konversi
energi dari sel surya akan semakin besar.
10
DAFTAR PUSTAKA
[1]. Lidya Pancaningtyas dan Syafsir Akhlus.Peranan Elekt rolit pada Performa Sel Surya
Pew arna Tersensitisasi (SSPT). Laporan Penelitian, ITS : Surabaya.
[2]. Hardeli,dkk. Pembuat an Prot ot ipe Dye Sensit ized Solar Cell (DSSC) M enggunakan Ubi Jalar
Ungu, Wort el dan Kunyit Sebagai Sumber Zat Warna. Laporan Penelitian, UNP: Padang.
[3]. Grätzel, M ichael, 2003. Dye-Sensit ised Solar Cells, journal of Phot ochemist ry and
Phot obiology . Vol.4, 145-153.
[4]. Grätzel, M ichael, 2005. Phot ovolt aic performance and long-t erm st ability of dye-sensit ized
meosocopic solar cells. C. R. Chimie 9 (2006) 578–583.
[5]. Akhiruddin M addu, M ahfuddin Zuhri, dan Irmansyah, 2007. Penggunaan Ekst rak
Ant osianin Kol M erah sebagai Fotosensit izer pada Sel Surya TiO2 Nanokrist al Tersensit isasi
Dye, M akara, Teknologi, Vol. 11 No. 2, 78-84.
[6]. M ochamad Choirul M isbachudin, Suryasatriya Trihandaru, Adita Sutresno, 2013. St udi
Aw al Ekst rak Ant osianin St raw berry sebagai Fot osensit izer dalam Pembuat an Prot otipe
Dye Sensit ized Solar Cell (DSSC). Seminar Nasional 2
[7]. M ochamad
Choirul
M isbachudin,
Suryasatriya
nd
Lontar Physics Forum, LPF 1350.
Trihandaru,
Adita
Sutresno,
2013.
Pembuat an Prot otipe Dye Sensit ized Solar Cell (DSSC) Dengan M emanfaat kan Ekst rak
Ant osianin St raw berry. Seminar Nasional Sains dan Pendidikan Sains VIII, Vol.4 No.1, 345-
350.
[8]. J. M . R. C. Fernando, G.K.R. Senadeera, 2008. Nat ural ant hocyanins as phot osensit izer for
dye-sensitized solar devices. Current Science, Vol. 95, No.5. (2008) 663-666.
[9]. Wilman Septina,dkk., 2007. Pembuat an Prot ot ipe Solar Cell M urah dengan Bahan OrganikInorganik (Dye-sensit ized Solar Cell). Laporan Penelitian Bidang Energi, Institut Teknologi Bandung :
Bandung.
[10].
Smestad, G.P., dan Gratzel, M ., 1998. Demonst rat ing elect ron Transfer and
Nanot echnology : A Nat ural Dye-Sensit ized Nanocryst alline energy Convert er . J.Chem.
Educ., 75, 752-756.
[11].
M arinado, T., 2009. Phot oelect rochemical st udies of dye sensit ized solar cells using
organic dyes. Kungliga Tekniska Högskolan : Stockholm .
[12].
M aya Sukma Widya Kumara dan Gontjang Prajitno, 2012. St udi Aw al Fabrikasi Dye
Sensitized Solar Cell (DSSC) dengan M enggunakan Ekst raksi Daun Bayam (Amarant hus
Hybridus L.) sebagai Dye Sensit izer dengan Variasi Jarak Sumber Cahaya pada DSSC.
Laporan Penelitian, Institut Teknologi Sepuluh Nopember: Surabaya.
[13].
Seafast Center, 2012. M erah-Ungu Ant osianin , Pew arna Alami untuk Pangan (23-43).
[14].
Etula Jarkko. Comparison of t hree Finnish berriesas sensit izers in a dye-sensitized solar
cell . Kuopion Lyseon lukio, Chemistry and physics.
[15].
Anita, dkk., 2013. Karakt erist ik Klorofil Pada Daun Kacang Panjang (Vigna Sinensis)
sebagai Dye-Sensit ized Solar Cells. Seminar Nasional 2
11
nd
Lontar Physics Forum, LPF 1353.