T1 192009047 Full text
PEM BUATAN PROTOTIPE DYE SEL SURYA DENGAN M EM ANFAATKAN
ANTOSIANIN UBI JALAR UNGU ( Ipomoea batatas L)
Oleh,
Dw i Susmiyanto
NIM : 192009047
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
2013
i
ii
iii
iv
M OTTO
“M ASA DEPAN KU ADA DITANGAN KU, DAN AKU YANG
M EN EN TUKAN NYA”
1. Sesungguhnya Allah tidak akan m engubah nasib suatu kaum kecuali kaum it u
sendiri yang mengubah apa apa yang pada diri m ereka. (QS. 13:11)
2. Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kem udahan. (QS. 5:94 )
v
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
BAB I
PENDAHULUAN ............................................................................................... 9
1.1. Latar Belakang Penelitian ......................................................................... 9
1.2. Sel Surya Pewarna Tersensitisasi (SSPT) .................................................... 9
1.3. Antosianin ............................................................................................. 10
1.3.1. Ekst raksi Antosianin Ubi Jalar Ungu ( Ipomoea batatas L)............. 10
1.4. Derajat Keasaman (PH) .......................................................................... 11
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 11
BAB II
KARAKTERISASI EKSTRAK ANTOSIANIN UBI JALAR UNGU (IPOM OEA BATATAS L)
SEBAGAI FOTOSENSITISER PADA SEL SURYA PEWARNA TERSENSITISASI ......... 12
I.
PENDAHULUAN ..................................................................................... 13
II.
M ETODOLOGI ........................................................................................ 15
A. M enyiapkan Alat dan Bahan ............................................................ 15
B.
Ekstraksi Antosianin Ubi Jalar Ungu (Ipomoea batatas L) ................. 15
C.
M embuat Cairan PH ........................................................................ 15
D. Uji Spekt rum Absorbansi Antosianin Ubi Jalar Ungu M enggunakan
Spektrofot om eter UV-Vis ................................................................ 15
E.
Pembuatan lapisan TiO2................................................................... 16
F.
Pembuatan elekt roda karbon .......................................................... 16
G. Pembuatan Elekt rolit ....................................................................... 17
H. Perangkaian dan Pengujian SSPT ..................................................... 17
III.
HASIL DAN PEM BAHASAN ...................................................................... 17
A. Hasil Uji Spekt rofotometer UV-Vis pada Antosianin Ubi Jalar Ungu .. 17
IV.
B.
Analisis Total Antosianin Ubi Jalar Ungu ........................................... 17
C.
Pengujian Tegangan SSPT................................................................. 19
KESIM PULAN ......................................................................................... 19
DAFTAR PUSTAKA................................................................................... 19
BAB III
FABRIKASI SEL SURYA PEWARNA TERSENSITISASI (SSPT) DENGAN
M EM ANFAATKAN EKSTRAK ANTOSIANIN UBI JALAR UNGU (Ipomoea
batatas L) ............................................................................................ 21
1.
PENDAHULUAN ....................................................................................... 22
2.
M ETODOLOGI ......................................................................................... 23
A.
M enyiapkan Alat dan Bahan ............................................................ 23
B.
Ekstraksi Ant osianin Ubi Jalar Ungu (ipomoea batatas L)................. 23
C.
Uji Spekt rum Absorbansi ant osianin Ubi Jalar Ungu M enggunakan
Spektrofot om eter UV-Vis ................................................................ 23
D.
Pembuatan Elekt roda Kerja ............................................................. 23
E.
Pembuatan Elekt roda Lawan ........................................................... 24
vii
3.
F.
Pembuatan Larutan Elektrolit .......................................................... 24
G.
Perangkaian dan Pengujian SSPT ..................................................... 24
HASIL DAN PEM BAHASAN ....................................................................... 24
A. Hasil Uji Spektrofotom eter UV-Vis pada Antosianin Ubi Jalar Ungu ... 24
B.
4.
Karakt erisasi I-V dan V-t pada SSPT ................................................... 25
KESIM PULAN ........................................................................................... 26
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 26
KESIM PULAN................................................................................................................. 27
viii
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Penelitian
Beberapa tahun terakhir permasalahan tentang krisis energi
menjadi banyak
perbincangan. Hal tersebut dikarenakan semakin menipisnya cadangan minyak bumi, gas bumi
dan batu bara yang ada di bumi. M inyak bumi, gas bumi dan batu bara merupakan sumber
energi yang tak dapat diperbaharui dalam waktu yang cepat. Selain itu meningkatnya jumlah
penduduk juga menjadi faktor yang mempengaruhi krisis energi sehingga kebutuhan energi
meningkat. Pencarian sumber energi alternat if yang murah, aman dan ramah lingkungan saat
ini gencar dilakukan oleh banyak peneliti. Hal ini semata-mata hanya untuk mencari solusi atas
kebutuhan energi.
Salah satu energi alternatif yang memiliki potensi sangat besar namun belum
dimaanfaatkan secara maksimal adalah sel surya (photovoltaic/ solar cell ) yang mampu
mengkonversi sinar matahari secara langsung menjadi energi list rik tanpa mengahsilkan emisi
[1]
gas buang apapun . Sel surya sangat berpotensi digunakan di Indonesia, karena Indonesia
merupakan negara yang dilewati garis katulistiwa sehingga m empunyai intensitas penyinaran
matahari yang sangat besar.
1.2. Sel Surya Pewarna Tersensitisasi (SSPT)
Sel
surya dapat
dibedakan
m enjadi
tiga berdasarkan
teknologi
dan
bahan
pem buatannya. Pertama sel surya yang terbuat dari silikon t unggal dan silikon mult i kristal.
Kedua, sel surya lapis tipis (thin film solar cell ) dan yang ketiga sel surya organik atau Dye
Sensitized Solar Cell (DSSC) atau Sel Surya Pewarna Tersensitisasi (SSPT). SSPT pertama kali
[2]
dikembangkan oleh Grat zel et.al sehingga disebut juga sel Gratzel . SSPT memiliki potensi yang
sangat besar untuk dikembangkan karena mudah dibuat, bahannya mudah didapat, murah dan
ramah lingkungan.
Sistem kerja SSPT dimulai dari dye(D) menyerap sebuah foton sehingga elekt ron yang
berpindah dari level energi terendah (HOM O) ke level energi tertinggi (LUM O). Pada keadaan
*
tereksitasi dye (D ) menginjeksi elektron menuju pita konduksi semi konduktor TiO2. Kemudian
elektron tersebut m elewat i TiO2 menuju elektroda TCO (elektroda kerja) dan selanjutnya
elektron m engalir menuju elektroda lawan melalui rangkaian eksternal. Setelah itu elektron
+
masuk kembali ke dalam sel dan mereduksi sebuah donor teroksidasi (I ) yang ada dalam
+
-
elektrolit. Terakhir dye teroksidasi (D ) akhirnya menerima elekt ron dari donor tereduksi (I 3 )
[3]
dan tergenerasi kembali menjadi molekul awal (D) . Prinsip kerja sel surya TiO2 tersensitasi
dye ditunjukkan secara skematik pada Gambar 1. Sedangkan urutan proses yang t erjadi
dirangkum dalam persamaan (1) sampai persamaan (5) berikut.
D + cahaya
D*
(1)
-
D* + TiO2
e (TiO2) + D
D*
D
+
-
D + e (TiO2 )
+
2 D + 3I
-
(2)
(3)
D + TiO2
2D + I3
+
-
9
(4)
(5)
Gambar 1. Skema prinsip kerja SSPT [3] dengan modifikasi gambar.
1.3. Antosianin
Antosianin merupakan pigm en yang berperan t erhadap t imbulnya warna m erah, ungu
dan biru pada beberapa bunga, buah, dan daun. Antosianin bersifat polar sehingga dapat
[ 4]
dilarutkan dengan pelarut polar seperti etanol, aseton, dan air . Antosianin bersifat tidak stabil
dan mudah terdegradasi. M anfaat dari antosianin adalah melindungi sel dari sinar ultra violet
dan berfungsi sebagai antioksidan yang mampu m enghambat oksidasi toksin.
Dalam ubi jalar ungu (Ipomoea batatas L) terdapat kandungan antosianin. Ubi jalar
ungu m erupakan tanaman merambat yang banyak tumbuh di Indonesia. Jenis antosianin yang
terdapat dalam ubi jalar ungu yaitu peonidin dan sianidin. Struktur peonidin dan sianidin dapat
dilihat pada Gambar 2.
(a)
(b)
Gambar 2. (a) struktur kimia peonidin, (b) struktur kimia sianidin.
1.3.1.Ekt raksi Antosianin Ubi Jalar Ungu ( Ipomoea batatas L)
Ubi jalar ungu dikupas kemudian dicuci mengunakan air bersih lalu ditimbang sebanyak
40 gram. Ubi jalar ungu yang telah ditimbang lalu ditumbuk dan dihaluskan menggunakan
mortar. Setelah halus ubi jalar ungu tersebut dimasukkan dalam tabung erlenm eyer yang sudah
dilapisi aluminium foil. Sebagai pelarutnya disiapkan sebanyak 40 ml methanol dicampur 8 ml
asam asetat dan 52 ml aquades. Kemudian pelarut tersebut dimasukkan dalam tabung
erlenmeyer yang di dalamnya telah terdapat ubi jalar ungu. Setelah itu tabung erlenmeyer
ditutup rapat dan disimpan dalam tempat gelap selama 24 jam. Terakhir, hasil ekst rak disaring
10
menggunakan kertas saring dan
dimasukkan dalam botol gelap atau botol yang dilapisi
alumunium foil kemudian disimpan dalam kulkas. Langkah-langkah tersebut diulangi dengan
pelarut yang berbeda yaitu 50 ml m ethanol dicampur 8 ml asam asetat dan 42 ml aquades.
Dan pelarut yang terakhir 60 ml met hanol dicampur 8 ml asam asetat dan 32 ml aquades.
1.4. Derajat Keasaman (PH)
PH adalah derajat keasaman yang digunakan unt uk menyatakan tingakat keasaman
atau kebasaan yang dimiliki oleh suatu larutan. Besaran PH dimulai dari 0 sampai dengan 14.
PH 0 m enunjukkan kondisi larutan yang sangat asam, sedangkan PH 14 m enunjukkan kondisi
larutan yang sangat basa. Dan untuk kondisi netral ditunjukkan pada PH 7. Air murni pada suhu
o
25 C bersifat netral.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Akhmad Herman Yuw ono, Donanta Dhanesw ara, Alfian Ferdiansyah, Arif Rahman, 2011,
Sel Surya Tersensitisasi Zat Pewarna Berbasis Nanopartikel TiO2 Hasil Proses Sol-Gel dan
Perlakuan Pasca-Hidrotermal, Jurnal M aterial dan Energy Indonesia Vol. 01, No. 03 (2011)
127-140.
[2] M . Gratzel, 2003, Dye-sensitized solar cells, Journal of Photochemistry and Photobiology C:
Photochemistry Review s 4 (2003) 145-153.
[3] Akhiruddin M addu, M ahfuddin Zuhri, dan Irmansyah, 2007, Penggunaan Ekst rak Antosianin
Kol M erah sebagai Fotosensitizer pada Sel Surya TiO2 Nanokristal Tersensitisasi Dye,
M akara, Teknologi, Vol. 11 No. 2.
[4] Kukuk Yudiono, 2011, Ekstraksi Ant osianin Dari Ubi Jalar Ungu ( Ipomoea bat atas cv.
Ayamurasaki) Dengan Teknik Ekstraksi Subcritical Wat er , Jurnal Teknologi Pangan Vol.2
No.1
11
BAB II
Karakterisasi Ekst rak Antosianin Ubi Jalar Ungu
( Ipomoea batatas L) sebagai Fotosensitiser pada Sel
Surya Pewarna Tersensitisasi
Abstrak – Salah sat u t erobosan unt uk m engubah energi cahaya m enjadi list rik yait u menggunakan Sel
Surya Pewarna Tersensit isasi. Sel Surya Pewarna Tersensit isasi t ersusun dari kaca kondukt or, TiO2, cairan
elekt rolit , dye ant osianin sebagai sensit iser, dan elekt roda karbon. Pada penelit ian ini t elah dilakukan
ekst raksi ant osianin ubi jalar ungu (Ipomoea batatas L) dengan variasi perbandingan pelarut unt uk
mengekst rak. Sebanyak 40 gr ubi jalar ungu direndam dalam pelar ut selama 24 jam. Pelar ut yang
digunakan adalah met hanol:asam aset at :aquades dengan nilai perbandingan 20:4:26, 25:4:21, dan
30:4:16. Dari hasil penelit ian diperoleh ekst rak ant osianin dari ubi jalar ungu t ert inggi yait u 31,16
mg/ 100 gr pada saat ekst raksi menggunakan perbandingan larut an met hanol:asam asetat :aquades =
30:4:16. Konsent rasi ant osianin yang t erendah yait u 14,725 mg/ 100 gr pada pebandingan larutan
met hanol:asam asetat :aquades = 20:4:25. Hasil ini menunjukan bahwa semakin t inggi proporsi met hanol
dan semakin rendah proporsi aquades yang di gunakan dapat meningkat kan konsent rasi ant osianin yang
dihasilkan.
Kata Kunci – Sel Surya Pew ar na Tersensit isasi, TiO2, Dye ant osianin.
12
I.
PENDAHULUAN
Permasalahan tentang energi
akhir-akhir
ini banyak m enjadi
sorotan karena
persediaannya yang semakin menipis. Terutama t entang energi yang berasal dari fosil karena
merupakan energi yang tidak dapat diperbaharui (non renew able). Sehingga banyak para ahli
yang m elakukan penelitian untuk menciptakan energi alternatif yang dapat diperbaharui.
Dimana nantinya energi alternatif ini dapat mem enuhi kebutuhan energi manusia.
Salah satu energi yang keberadaannya m elimpah adalah energi matahari, karena
tersedia dalam jumlah yang besar dan t ersedia dalam kurun w aktu yang lama. Beberapa
penelitian telah dilakukan unt uk mendapatkan cara merubah energi matahari ini menjadi
energi listrik seperti pembuatan sel surya/ solar cell. Sel surya sangat cocok untuk
dikembangkan di Indonesia karena merupakan negara tropis. Sehingga intensitas matahari
yang diterima cukup besar.
Berdasarkan bahan pembuatannya sel surya ada dua macam. Yang pertama yaitu sel
surya yang terbuat dari silikon, tetapi biaya pembuatan sel surya yang berbahan silikon
sangat lah mahal. Yang kedua adalah Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) atau Sel Surya Pewarna
Tersensitisasi (SSPT). SSPT merupakan sel surya yang dikembangkan pertama kali oleh Grat zel
et .al, sehingga disebut juga sel Gratzel [1]. Sist em kerja SSPT meniru sistem kerja fotosintesis
pada tumbuhan. Keunggulan SSPT yait u bahan dasar pembuatannya relatif lebih murah dan
ramah lingkungan.
SSPT t erdiri dari sepasang kaca elektroda yaitu elekt roda kerja dan elektroda lawan
yang mengapit elektrolit. Elektroda kerja merupakan kaca TCO (transparent conducting oxide)
yang dilapisi semikonduktor celah lebar seperti TiO2 yang kemudian direndam dalam dye
antosianin sebagai fotosensitizer sebagai transport pembawa muatan. Sedangkan elektroda
lawan merupakan TCO yang dilapisi karbon yang berfungsi sebagai katalis untuk mempercepat
reaksi
redoks dengan
elektrolit . Pasangan
redoks yang biasa digunakan
yaitu, I/ I3
(iodide/ triiodide) [2]. Ilustrasi bentuk SSPT dapat dilihat pada Gbr. 1.
Sistem kerja SSPT dapat dilihat seperti yang ditunjukkan pada Gbr. 2 dimulai dari dye (D)
*
menyerap sebuah foton sehingga elektron tereksitasi. Pada keadaan tereksitasi dye (D )
menginjeksi elektron m enuju pita konduksi semi konduktor TiO2. Kemudian elektron tersebut
melewati TiO2 menuju elekt roda kerja dan selanjutnya elektron m engalir m enuju elektroda
lawan melalui rangkaian eksternal. Setelah it u elektron masuk kembali ke dalam sel dan
+
+
mereduksi sebuah donor teroksidasi (I ) yang ada dalam elekt rolit. Terakhir dye t eroksidasi (D )
-
akhirnya menerima elektron dari donor tereduksi (I3 ) dan tergenerasi kembali menjadi molekul
aw al (D) [4].
Antosianin merupakan pigmen alami yang memberi warna merah, biru dan ungu pada
buah, bunga dan daun. Salah satu sumber antosianin yang murah dan banyak t erdapat di
Indonesia adalah pada ubi jalar ungu. Ubi jalar ungu merupakan tumbuhan m erambat yang
tumbuh disegala cuaca. Jenis antosianin yang terkandung dalam ubi jalar ungu yaitu peonidin
dan sianidin. Antosianin bersifat tidak stabil dan mudah terdegradasi. Sifat dari antosianin
adalah polar dan akan mudah larut dalam pelarut yang bersifat polar [5].
13
Gbr. 1. Skema SSPT [3] dengan modifikasi.
Gbr 2. Skema prinsip kerja SSPT. (1) Dye tereksitasi, (2) elektron melewati TiO2
menuju elektroda kerja, (3) elektron m enuju elekt roda lawan, (4) elektron
tereduksi, (5) dye tereduksi tergenerasi kembali [4] dengan modifikasi gambar.
Penggunaan perbandingan pelarut yang tepat dapat mengoptimalkan proses ekstraksi
antosianin, sehingga antosianin yang didapat kan akan semakin banyak. Telah banyak penelitian
yang bertujuan mendapatkan cara terbaik untuk mengekstrak antosianin. Salah satunya adalah
Sri Winart i, et.al, [5] telah menggunakan beberapa perbandingan pelarut et hanol:asam
asetat:air (5:1:25; 10:1:20; 15:1:15; 20:1:10 dan 25:1:5 ). Didapatkan antosianin 1,3170
m g/ 100 gr dengan perbandingan pelarut et hanol:asam -asetat:air (25:1:5).
Dalam penelitian ini bert ujuan m engetahui perbandingan yang paling optim al unt uk
m engekst rak ant osianin jika pelarut yang digunakan adalah m et hanol:asam asetat :aquades.
(a)
(b)
Gbr. 3. (a) Struktur peonidin, (b) Struktur Sianidin.
14
II.
M ETODOLOGI
A. M enyiapkan Alat dan Bahan
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi ubi jalar ungu (Ipomoea
batatas L), methanol PA, asam asetat PA, aquades, KCl, CH3CO2Na.3H2O, HCl, kaca TCO
(transparent conducting oxide), deterjen, pensil 8B, TiO2, Polietilen Glikol 4000 (PEG 4000), KI,
dan I2. Peralatan yang digunakan antara lain timbangan digital, mortar, erlenm eyer, beker gelas,
corong, spatula, pipet, gelas ukur, kertas saring, tisu, alumunium foil, PH meter, lampu halogen
100 watt, multi meter digital FLUKE, dan spektrofotom eter OPTIZEN 2120 UV (UV-Vis).
B.
Ektraksi Antosianin Ubi Jalar Ungu (Ipomoea batatas L)
Ubi jalar ungu dit imbang menggunakan timbangan digital sebanyak 40 gram.
Selanjutnya ubi jalar ungu digerus dan dihaluskan mengunakan mortar. Ubi jalar ungu yang
telah halus dimasukkan dalam erlenmeyer yang telah dilapisi alumunium foil, kemudian
direndam selama 24 jam dengan campuran pelarut methanol:asam asetat:aquades dengan
perbandingan 20:4:26, 25:4:21, dan 30:4:16. Selama proses perendaman erlenm eyer di simpan
dalam tempat yang gelap. Set elah 24 jam cairan ekstrak disaring menggunakan kertas saring
dan dimasukkan dalam botol yang dilapisi alumunium foil. Hal ini bertujuan agar antosianin
tidak terkena cahaya sehingga mudah terdegradasi.
C.
M embuat cairan PH
Sebanyak 0,186 gram KCl ditambah 98 ml aquades dimasukkan dalam beker gelas
kemudian ditambah HCl sediki demi sedikit sampai menjadi PH 1. Untuk membuat PH 4,5 yaitu
5,4439 gram
CH3 CO2Na.3H2 O, dan aquades dicampur dalam beker gelas. Kemudian
ditambahkan HCl sampai menjadi PH 4,5. Untuk mengukur PH digunakan PH meter.
D. Uji Spekt rum Absorbansi Antosianin Ubi Jalar Ungu M enggunakan Spektrofot ometer UV-Vis
Cairan ekst raksi antosianin yang diekstrak dengan perbandingan pelarut 20:4:26
dimasukkan ke dalam kuvet. Dimasukkan juga cairan perbandingan pelarut 20:4:26 ke dalam
kuvet. Gbr. 4 merupakan cairan ekstraksi antosianin yang dimasukkan ke dalam kuvet.
(a)
Gbr. 4.
(b)
(a) Cairan antosianin yang telah diencerkan dengan larutan buffer
dengan PH 1. Dari kiri ke kanan merupakan perbedaan larutan ekstrak dengan
perbandingan 20:4:26, 25:4:21, dan 30:4:16. (b) Cairan antosianin yang t elah
diencerkan dengan larutan buffer dengan PH 4,5. Dari kiri ke kanan merupakan
perbedaan larutan ekstrak dengan perbandingan 20:4:26, 25:4:21, dan
30:4:16.
15
Setelah itu kedua kuvet dimasukkan dalam spekt rofotometer OPTIZEN 2120 UV
kemudian diuji absorbansinya.
Panjang gelombang yang digunakan antara 400-700 nm.
kemudian hal yang sama juga dilakukan pada cairan ekstraksi dengan perbandingan pelarut
25:4:21 dan 30:4:16.
Dari spektrum ant osianin yang telah diperoleh kem udian dicari panjang gelombang
yang merupakan letak dimana nilai puncak absorbansi berada. Nilai dari panjang gelombang
inilah yang disebut
max
yang
kemudian akan digunakan dalam proses analisis jumlah
antosianin.
Setelah itu dilakukan juga analisis total antosianin menggunakan spektrofotom eter UVVis. Untuk setiap cairan ekstrak diambil 0,2 ml, kemudian diencerkan menggunakan cairan PH 1
sampai menjadi 1,8 ml. Setelah diencerkan lalu dimasukkan ke dalam kuvet . Dengan Hal yang
dilakukan dengan m engukur absorbansi sampel menggunakan
= 530 nm dan = 700 nm
sama juga dilakukan dengan m enggunakan PH 4,5. Setelah itu analisis jumlah antosianin
max
[6].
E.
Pembuatan lapisan TiO2
Sebanyak 2 gram serbuk TiO2 dihaluskan dalam mortar. Sambil terus dihaluskan
kemudian ditambahkan asam asetat sebayak 5 ml. Setelah itu ditambahkan juga 10 tetes
deterjen dan diaduk sampai rata selama 10 menit. Selanjutnya disiapkan kaca TCO dan diukur
terlebih dahulu resistansinya m enggunakan m ultimet er digital. Kemudian pada sisi konduktif
ditempel selotip di sekeliling t epi kaca seperti yang nampak pada Gbr. 5.
(a)
(b)
Gbr. 5. (a) Kaca TCO yang disolatip pada tepinya, (b) Kaca TCO yang t elah
o
selesai dilapisi pasta TiO2 dan dioven dalam suhu 300 C selama 30 menit .
Setelah itu pasta TiO2 ditet eskan pada permukaan kaca dan diratakan dengan
menggunakan batang pipet lalu ditunggu sampai kering. Setelah kering semua selotip yang
o
menempel dilepas, kemudian dimasukkan ke dalam oven dengan suhu 300 C selama 30 m enit.
M atikan oven dan lapisan TiO2 dibiarkan agar menjadi dingin.
F.
Pembuatan elektroda karbon
Kaca TCO diukur resistansinya m enggunakan multim eter digital. Kemudian pada sisi
konduktifnya diarsir menggunakan pensil 8B. Set elah itu bagian yang diarsir diletakkan diatas
nyala api lilin sehingga muncul lapisan jelaga. Selanjutnya salah satu tepinya dibersihkan
menggunakan kertas tisu.
16
G. Pembuatan elektrolit
-
-
Untuk membuat larutan elektrolit iodida/ triiodida (I / I3 ) yaitu dengan mencampurkan
8,3 gr KI dengan 1,269 gr I2 dalam beker gelas. Kemudian ditambahkan sebanyak 100 ml
Polietilen Glikol 4000 (PEG 4000). Campuran tersebut diaduk sebentar kemudian distirer
selama 20 menit.
H. Perangkaian dan Pengujian SSPT
Elektroda TCO yang berlapis TiO2 direndam masing-masing dalam cairan antosianin
dengan perbandingan pelarut 20:4:26, 25:4:21, dan 30:4:16 dalam waktu yang sama yaitu 1
jam. Setelah itu angkat dan keringkan di udara terbuka. Kemudian pasangkan elekt roda kaca
TCO berlapis TiO2 dan elektroda kaca TCO yang telah dilapisi karbon. Setelah it u di sela kedua
elektroda ditetesi larutan elektrolit. Terakhir agar kedua elektroda t idak bergeser maka dijepit
menggunakan klip pada kedua sisinya. SSPT yang t elah siap uji dapat dilihat pada Gbr. 6.
Selanjutnya SSPT siap untuk diuji.
Gbr. 6. St ruktur SSPT siap uji.
III.
HASIL DAN PEM BAHASAN
A. Hasil Uji Spektrofotometer UV-Vis pada Antosianin Ubi Jalar Ungu
Untuk mengetahui nilai absorbansinya dilakukan pengujian antosianin ubi jalar ungu
menggunakan spektrofotomet er UV-Vis. Dari hasil spektrofotom eter UV-Vis tersebut dapat
diketahui bahwa puncak absorbansi dari yang terendah sampai yang tertinggi adalah cairan
ekstrak dengan perbandingan pelarut 30:4:16 kemudian 20:4:26, dan yang t erakhir 25:4:21.
puncak serapan terletak pada panjang gelombang 530 nm. Puncak serapan atau
Daerah serapan ant osianin ubi jalar ungu terletak pada panjang gelombang 450-600 nm. Dan
max
inilah
yang kemudian digunakan untuk menguji cairan ekstrak yang telah diencerkan m enggunakan
PH 1 dan PH 4,5 pada metode analisa jumlah antosianin.
B.
Analisis Total Antosianin Ubi Jalar Ungu
Setelah dilakukan pengenceran m enggukana cairan PH 1 dan PH 4,5 kemudian
dilakukan pengujian menggunakan spekt rofotomet er UV-Vis dengan m enggunakan panjang
gelombang 530 nm dan 700 nm. Hasil uji spektrofotomet er UV-Vis dapat dilihat pada Gbr. 7
dan Gbr. 8.
17
1.2
Absorbansi
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
400
450
500
550
600
650
700
Panjang gelombang (nm)
Gbr. 7.
Spekt rum antosianin yang diencerkan m enggunakan PH 1.
perbandingan pelarut 20:4:26,
perbandingan pelarut 25:4:21, dan
perbandingan pelarut 30:4:16.
1.2
Absorbansi
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
400
450
500
550
600
650
700
Panjang gelombang (nm)
Gbr. 8.
Spektrum antosianin yang diencerkan menggunakan PH 4,5.
perbandingan pelarut 20:4:26,
perbandingan pelarut 25:4:21, dan
perbandingan pelarut 30:4:16.
Jumlah antosianin yang terkandung dalam cairan ekstrak kemudian dihitung dengan
menggunakan persamaan Ref. [6].
A Avis max A700 PH 1 Avis max A700 PH 4.5
Antosianin A MW DF 1000 1
1
2
Dengan m enggunakan persamaan (1) dan persamaan (2) diperoleh hasil perhitungan
jumlah ant osianin yaitu unt uk perbandingan pelarut methanol:asam asetat:aquades (20:4:26)
menghasilkan jumlah antosianin sebanyak 14,725 mg/ 100 gr. Untuk perbandingan pelarut
methanol:asam asetat:aquades (25:4:21) menghasilkan antosianin 27,85 mg/ 100 gr. Dan yang
terakhir perbandingan pelarut methanol:asam asetat:aquades (30:4:16) antosianin yang
dihasilkan sebanyak 31,16 mg/ 100 gr.
Dari data diatas hubungan perbandingan pelarut dengan jumlah antosianin adalah
semakin sedikit methanol dan semakin banyak aquades yang digunakan maka jumlah
antosianin yang deporoleh akan semakin sedikit. Sebaliknya, semakin banyak m enthanol yang
digunakan dan semakin sedikit aquades maka jumlah antosisnin yang didapatkan akan semakin
banyak.
18
C.
Pengujian Tegangan SSPT
Dilakukan pengujian t egangan keluaran dari SSPT m enggunakan multi met er digital
FLUKE. Kemudian diamati dan dicatat tegangan yang muncul di multi meter setiap 5 menit.
Pengambilan data dilakukan selama 1 jam. Setelah dilakukan pengujian tegangan keluaran dari
SSPT, data yang diperoleh dapat digrafikkan menjadi seperti Gbr. 9.
700
600
Tegangan (mV)
500
400
300
200
100
0
0
10
20
30
40
50
60
Waktu (menit)
Dye direndam dalam larutan perbandingan 20:4:26
Dye direndam dalam larutan perbandingan 25:4:21
Dye direndam dalam larutan perbandingan 30:4:16
Gbr. 9. Grafik tegangan terhadap waktu.
Dari Gbr. 9 dapat dilihat bahwa tegangan keluaran yang dihasilkan SSPT untuk TiO2
yang direndam dalam cairan antosianin dengan perbandingan pelarut 20:4:26 adalah yang
paling kecil. Rata-rata tegangan yang muncul adalah 530 mV. Kemudian untuk TiO2 yang
direndam dalam cairan antosianin dengan perbandingan pelarut 25:4:21 tegangannya lebih
tinggi dengan rata-rata t eganganya 617 mV. Dan yang terakhir TiO2 yang direndam dalam cairan
antosianin dengan perbandingan pelarut 30:4:16 menghasilkan t egangan yang paling tinggi
diantara yang lainnya dengan rata-rata sebesar 679,3 mV. Selain itu tegangan yang dihasilkan
oleh tiga SSPT tegangannya relatif konstan dan tidak mengalami penurunan tegangan yang
signifikan. Tegangannya mampu bertahan dalam kurun waktu yang cukup lama.
IV.
KESIM PULAN
Perbandingan pelarut yang optimal untuk mengekstrak ubi jalar ungu
(Ipomoea
batatas L) adalah methanol:asam-asetat:aquades = 30:4:16 yang menghasilkan antosianin
sebanyak 31,16 m g / 100 gr. Semakin banyak jumlah antosianin yang digunakan untuk
merendam TiO2 maka tegangan yang dihasilkan oleh SSPT m enjadi semakin besar.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Akhiruddin M addu, M ahfuddin Zuhri, dan Irmansyah, 2007, Penggunaan Ekst rak Antosianin
Kol M erah sebagai Fotosensitizer pada Sel Surya TiO2 Nanokristal Tersensitisasi Dye,
M akara, Teknologi, Vol. 11 No. 2.
19
[2] M . Gratzel, 2003, Dye-sensitized solar cells, Journal of Photochemistry and Photobiology C:
Photochemistry Review s 4 (2003) 145-153.
[3] M aya. S.W.K, Gont jang. P, 2012, Studi Aw al Fabrikasi Dye Sensitized Solar Cell (DSSC)
dengan M enggunakan Ekstraksi Daun Bayam ( Amarant hus hibridus L.) Sebagai Dye
Sensitizer dengan Variasi Jarak Sumber Cahaya Pada DSSC, ITS, Surabaya.
[4] T. M arinado, 2009, Photoelectrochemical Stidies of Dye-Sensitized Solar Cell Using Organik
Dyes, Stockholm.
[5] Sri Winart i, Ulya Sarofa, Dhini Anggraeni, 2008, Ektraksi dan Stabilitas Warna Ubi Jalar
Ungu (Ipomoea batatas L.) Sebagai Pewarna Alami, Jurnal Teknik Kimia. Vol.3, No.1.
[6] M . M onica Giusti, Ronald E. Wrolstad, 2001, Characterization and M easurem ent of
Anthocyanins by UV-Visible Spectroscopy, Current Protocols in Food Analytical Chemistry
F1.2.1-F1.2.13.
20
BAB III
FABRIKASI SEL SURYA PEWARNA TERSENSITISASI (SSPT)
DENGAN M EM ANFAATKAN EKSTRAK ANTOSIANIN UBI JALAR
UNGU (Ipomoea batatas L)
ABSTRAK
Telah difabrikasi Sel Surya Pewarna Tersensit isasi (SSPT) menggunakan ekst rak ant osianin ubi jalar ungu
(Ipomoea batat as L). Sel Surya Pewarna Tersensit isasi dibuat dengan m enyusun secara berlapis kaca
kondukt or TCO (Transparent Conduct ing Oxide), TiO2, dye ant osianin sebagai sensit izer, cairan elekt rolit
redoks (I / I 3 ), dan elekt roda karbon. Unt uk m engekst rak ant osianin dari ubi jalar ungu (Ipomoea bat at as
L) digunakan per bandingan pelarut met hanol:asam asetat :aquades (30:4:16). Kaca kondukt or TCO yang
t elah dilapisi TiO2 kemudian direndam dalam cairan ant osianin dengan per bedaan lama perendaman.
Variasi lam a perendaman yang dilakukan yait u 1 jam, 12 jam, 18 jam dan 24 jam. Pengujian Sel Surya
Pew arna Tersensit isasi t erhadap lam pu halogen pada jarak 30 cm. Hasil t erendah di peroleh Voc 390 mV,
Isc 4,51 A unt uk perendaman 1 jam. Unt uk perendaman 24 jam menghasilkan hasil keluaran t erbaik
Voc 573,1 mV, Isc 9,6 A.
Kata kunci : Sel Surya Pewarna Tersensit isasi, Ant osianin, TiO2.
21
1.
PENDAHULUAN
Sel surya merupakan salah satu terobosan energi alternatif untuk mengatasi krisis
energi. Sel surya bekerja dengan merubah energi matahari menjadi listrik secara langsung.
M engingat Indonesia termasuk dalam negara tropis, maka Indonesia m erupakan negara yang
sangat berpot ensi untuk pengem bangan
serta m enjadikan sel surya sebagai energi masa
depan.
Berdasarkan perkembangan teknologi
dan bahan pem buatannya sel surya dapat
dibedakan menjadi tiga, yang pertama sel surya yang t erbuat dari silikon t unggal dan silikon
multi kristal. Kedua, sel surya lapis tipis (thin film solar cell ) dan yang ketiga sel surya organik
atau Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) atau Sel Surya Pewarna Tersensit isasi (SSPT). SSPT disebut
[ 3]
juga sel Gratzel karena dikembangakan pertama kali oleh Gratzel et.al . SSPT memiliki potensi
yang sangat besar untuk dikembangkan karena mudah dibuat, bahannya mudah didapat,
murah dan ramah lingkungan.
SSPT tersusun dari dua kaca TCO (transparent conducti ng oxide) yang berfungsi sebagai
elektroda kerja dan elektroda lawan. Elektroda kerja dibuat dari kaca TCO yang dideposisikan
pasta TiO2 t ersensitisati dye yang berfungsi sebagai transport pembawa m uatan dan dye
sebagai penyerap cahaya. Sedangkan elektroda lawan dibuat dari kaca TCO yang dilapisi
karbon. Kedua elektroda tersebut dirangkai m engapit elekt rolit. Pasangan elektrolit redoks
-
- [3]
yang digunakan adalah iodide/ triiodide (I / I3 ) . Gambar 1 menunjukan SSPT terdiri dari
substrat kaca elektroda, lapisan TiO2 nanokristal, larutan elektrolit yang m engandung pasangan
-
-
redoks I / I 3 .
Gambar. 1. St ruktur SSPT [2] dengan modifikasi gambar
TiO2
adalah
m at erial
fot okat alis
yang
m emiliki
daya
oksidasi
yang
kuat,
phot ostabilitas yang tinggi dan selektivitas redoks. Syarat penting untuk meningkat kan
aktivitas katalis dari TiO2 adalah meningkatkan luas permukaan dari TiO2 yang bergantung pada
[5]
ukuran kristalnya .
Antosianin merupakan zat w arna alami yang terkandung dalam t umbuhan. Antosianin
bisa terdapat pada daun, batang, buah, bunga dan akar tumbuhan. Dalam penelitian ini
digunakan ekstrak ant osianin dari ubi jalar ungu (Ipomoea batatas L). Penggunaan ubu jalar
ungu dikarenakan tanaman tersebut sangat mudah didapatkan dan harganya relat if murah.
Sistem kerja SSPT dapat dilihat pada Gambar 2 berikut.
22
Gambar. 2. Skema prinsip kerja SSPT [4] dengan modifikasi gambar.
Dimulai dari dye yang menyerap sebuah foton sehingga m enyebabkan elektron
tereksitasi. Kejadian ini memberikan energi yang cukup kepada elektron menuju pita konduksi
semi kondukt or TiO2 . Kemudian elekt ron t ersebut m elewati TiO2 menuju elektroda kerja dan
selanjutnya elektron mengalir menuju elektroda lawan melalui rangkaian ekst ernal. Setelah itu
[1]
elektrolit m embawa elektron dari elektroda lawan masuk kembali ke dye .
2.
M ETODOLOGI
A. M enyiapkan Alat dan Bahan
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi ubi jalar ungu (Ipomoea
batatas L), methanol PA, asam asetat PA, aquades, KCl, CH3CO2Na.3H2O, HCl, kaca TCO
(transparent conducting oxide), deterjen, pensil 8B, TiO2, Polietilen Glikol 4000 (PEG 4000), KI,
dan I2. Peralatan yang digunakan antara lain timbangan digital, mortar, erlenm eyer, beker gelas,
corong, spatula, pipet, gelas ukur, kertas saring, tisu, alumunium foil, PH meter, lampu halogen
100 watt, multi meter digital FLUKE, dan spektrofotom eter OPTIZEN 2120 UV (UV-Vis).
B.
Ektraksi Antosianin Ubi Jalar Ungu (Ipomoea batatas L)
Ubi jalar ungu dit imbang menggunakan timbangan digital sebanyak 40 gram.
Selanjutnya ubi jalar ungu digerus dan dihaluskan mengunakan mortar. Ubi jalar ungu yang
telah halus dimasukkan dalam erlenmeyer yang telah dilapisi alumunium foil, kemudian
direndam selama 24 jam dengan campuran pelarut methanol:asam asetat:aquades dengan
perbandingan 30:4:16. Selama proses perendaman erlenm eyer di simpan dalam tempat yang
gelap. Setelah 24 jam cairan ekstrak disaring menggunakan kertas saring dan dimasukkan
dalam botol yang dilapisi alumunium foil. Hal ini bert ujuan agar antosianin tidak terkena
cahaya sehingga mudah terdegradasi.
C.
Uji Spekt rum Absorbansi Antosianin Ubi Jalar Ungu M enggunakan Spektrofotometer UV-Vis
Cairan ekst raksi antosianin dimasukkan ke dalam kuvet. Dimasukkan juga cairan
perbandingan pelarut 30:4:16 ke dalam kuvet. Kem udian diuji spektrumnya menggunakan
spektrofotom eter OPTIZEN 2120 UV.
D. Pembuatan Elektroda Kerja
Serbuk TiO2 ditimbang sebanyak 2 gram kemudian dihaluskan dalam mortar. Setelah itu
23
ditambahkan asam asetat sebayak 5 ml dan 10 tetes deterjen sambil diaduk sampai rata
selama 10 menit.
Kaca
TCO
dibersihkan
mengunakan
aseton
kemudian
diukur
resistansinya
menggunakan multim eter digital. Setelah itu pasta TiO2 yang sudah jadi diteteskan pada kaca
TCO dan diratakan dengan batang pipet dengan luas 2cmx2cm. Lapisan TiO2 tersebut
didiamkan dalam udara terbuka sampai kering. Kem udian lapisan TiO2 dioven dengan suhu
o
300 C selama 30 m enit. Set elah dingin elektroda kerja direndam dalam ektrak antosianin
dengan variasi lama perendaman 1 jam, 12 jam, 18 jam, dan 24 jam.
E.
Pembuatan Elekt roda Law an
Kaca TCO dibersihkan mengunakan aseton kemudian diarsir menggunakan pensil 8B.
Setelah itu kaca TCO dibakar menggunakan api lilin.
F.
Pembuatan Larutan Elektrolit
8,3 gr KI dengan 1,269 gr I2 dicampur dalam beker gelas. Kemudian ditambahkan
sebanyak 100 ml Polietilen Glikol 4000 (PEG 4000). Campuran tersebut diaduk sebentar
kemudian distirer selama 20 m enit.
G. Perangkian dan Pengujian SSPT
Elektroda kerja dan elektroda lawan disusun salaing berhadapan. Setelah itu pada
sambungan keduanya ditetesi larutan elektrolit. Kemudian jepit kedua kaca menggunakan
binder klip agar posisinya tidak mudah bergeser. Untuk mengetahui karakteristik SSPT yang
telah dibuat kemudian diuji menggunakan rangkaian seperti pada Gambar 3.
Gambar 3. Rangkaian pengukuran I-V
3.
HASIL DAN PEM BAHASAN
A.
Hasil Uji Spekt rofotometer UV-Vis pada Antosianin Ubi Jalar Ungu
Cairan
ekstraksi
antosianin
ubi
jalar
ungu
diuji
absorbansinya menggunakan
spektrofotom eter OPTIZEN 2120 UV. Dari hasil spekt rofotometer UV-Vis tersebut dapat
diketahui bahwa puncak absorbansi berada pada panajng gelombang 530. Daerah serapan
antosianin ubi jalar ungu terletak pada panjang gelombang 450-600 nm seperti yang nampak
pada Gambar 4.
24
Absorbansi
1.1
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
400
450
500
550
600
Panjang gelombang (nm)
650
700
Gambar 4. Spektrum antosianin ubi jalar ungu.
B.
Karakterisasi I-V dan V-t pada SSPT
SSPT yang t elah jadi diukur tegangan dan arusnya dengan multimet er FLUKE
hambatan yang digunakan adalah 2 M . Besarnya arus dan t egangan diukur pada nilai
menggunakan bantuan rangkaian pengukuran karakteristik I-V seperti pada Gambar 4. Nilai
resistansi yang diubah dari resistansi minimal sampai resistansi maksimal. Berdasarkan nilai
arus dan tegangan yang t elah didapatkan kemudian digrafikkan menjadi seperti Gambar 5
berikut.
10
9
8
7
Arus ( A)
6
5
4
3
2
1
0
0
100
200
300
400
500
600
Tegangan (mV)
Perendaman 1 jam
Perendaman 18 jam
Perendaman 12 jam
Perendaman 24 jam
Gambar 5. Grafik karakteristik I-V SSPT dengan perbedaan lama perendaman
TiO2 dalam cairan ekst rak antosianin
Selanjutnya dapat ditentukan arus rangkaian pendek (ISC), t egangan rangkaian buka
(VOC) dari empat data yang berbeda lama perendamannya. Nilai karakteristik t ersebut dapat
dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Karakterisasi I-V SSPT.
Karakt erisasi
I-V
Rendam
1
12
18
24
Jam
Jam
Jam
Jam
ISC (A)
4.51
8.1
8.8
9.6
VOC (mV)
390
419
557.2
573.1
25
Setelah dilakukan karakteristik I-V selanjutnya dilakukan pengukuran V-t. Diukur dan
dicatat tegangannya setiap 5 menit sekali. Pengukuran dilakukan selama 1 jam untuk satu SSPT.
Kemudian data yang diperoleh dibuat grafik menjadi seperti Gambar 6.
650
600
Tegangan (mV)
550
500
450
400
350
300
0
10
20
30
40
50
60
Waktu (menit)
Perendaman 1 jam
Perendaman 18 jam
Perendaman 12 jam
Perendaman 24 jam
Gambar 6. Grafik tegangan terhadap waktu.
Dari Gambar 6 dapat dilihat bahwa tegangan keluaran yang dihasilkan SSPT unt uk TiO2
yang direndam dalam cairan ekstrak antosianin selama 1 jam rata-rata tegangannya 390 mV.
Untuk perendaman 12 jam rata-rata teganganya 416,4 mV. Untuk perendaman 18 jam dan 24
jam masing-masing m empunyai rata-rata tegangan 554,8 mV dan 590,1 mV. Dari semua SSPT
yang diukur tidak mengalami degradasi tegangan yang sangat cepat.
4.
KESIM PULAN
direndam selama 24 jam m empunyai nilai karakteristik terbesar yaitu ISC 9,6 A, VOC 573,1 m V.
Berdasarkan data dan hasil pembahasan dapat disimpulkan bahwa SSPT yang
Dan nilai karakteristik terendah yaitu SSPT yang direndam 1 jam dengan ISC 4,51 A, VOC 390
mV. Tegangan yang dihasilkan tidak mudah terdegradasi. Sehingga tegangannya tahan dalam
kurun waktu yang cukup lama.
DAFTAR PUSTAKA
[1]
Akhiruddin M addu, M ahfuddin Zuhri, danIrmansyah, 2007, Penggunaan Ekstrak
Antosianin Kol
M erah
sebagai
Fotosensitizer
pada Sel
Surya TiO2 Nanokristal
Tersensitisasi Dye, M akara, Teknologi, Vol. 11 No. 2.
[2]
L. M uliani, E. S. Rosa, J. Hidayat, Shobih, B.Yuliarto, 2012, Pembuatan Sel Surya Berbasis
Dye-Sensitized M enggunakan Substrat Fleksibel, Prosiding InSINas.
[3]
M . Gratzel, 2003, Dye-sensitized solar cells, Journal of Photochemistry and Photobiology
C: Photochemistry Review s 4 (2003) 145-153.
[4]
T. M arinado, 2009, Photoelectrochemical Stidies of Dye-Sensitized Solar Cell Using
Organik Dyes, Stockholm.
[5]
Vitriany Ekasari, Gatut Yudoyono, 2013, Fabrikasi DSSC dengan Dye Ekstrak Jahe M erah
(Zingiber Officinale Linn Var. Rubrum) Variasi Larutan Ti0 2 Nanopartikel Berfase Anatase
dengan Teknik Pelapisan Spin Coating, Jurnal Sain dan Seni POM ITS Vol. 2, No.1.
26
KESIM PULAN
Telah dibuat Sel Surya Tersensitisasi Pew arna (SSPT) menggunakan ekst rak antosianin
ubi jalar ungu (Ipomoea batat as L). Perbandingan pelarut met hanol:asam asetat:aquades
(30:4:16) untuk mengekstrak ant osianin dari ubi jalar ungu merupakan perbandingan pelarut
yang optimal. Jumlah antosianin yang diperoleh sebesar 31,16 mg/ 100 gr. Hasil karakteristik
terbaik diperoleh dari SSPT yang lapisan TiO2 nya direndam dalam cairan ekstrak dengan
jumlah antosianin tertinggi. Selain itu karakterisasi tertinggi juga diperoleh dari SSPT yang
direndam dengan waktu paling lama, yaitu 24 jam.
27
ANTOSIANIN UBI JALAR UNGU ( Ipomoea batatas L)
Oleh,
Dw i Susmiyanto
NIM : 192009047
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
2013
i
ii
iii
iv
M OTTO
“M ASA DEPAN KU ADA DITANGAN KU, DAN AKU YANG
M EN EN TUKAN NYA”
1. Sesungguhnya Allah tidak akan m engubah nasib suatu kaum kecuali kaum it u
sendiri yang mengubah apa apa yang pada diri m ereka. (QS. 13:11)
2. Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kem udahan. (QS. 5:94 )
v
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
BAB I
PENDAHULUAN ............................................................................................... 9
1.1. Latar Belakang Penelitian ......................................................................... 9
1.2. Sel Surya Pewarna Tersensitisasi (SSPT) .................................................... 9
1.3. Antosianin ............................................................................................. 10
1.3.1. Ekst raksi Antosianin Ubi Jalar Ungu ( Ipomoea batatas L)............. 10
1.4. Derajat Keasaman (PH) .......................................................................... 11
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 11
BAB II
KARAKTERISASI EKSTRAK ANTOSIANIN UBI JALAR UNGU (IPOM OEA BATATAS L)
SEBAGAI FOTOSENSITISER PADA SEL SURYA PEWARNA TERSENSITISASI ......... 12
I.
PENDAHULUAN ..................................................................................... 13
II.
M ETODOLOGI ........................................................................................ 15
A. M enyiapkan Alat dan Bahan ............................................................ 15
B.
Ekstraksi Antosianin Ubi Jalar Ungu (Ipomoea batatas L) ................. 15
C.
M embuat Cairan PH ........................................................................ 15
D. Uji Spekt rum Absorbansi Antosianin Ubi Jalar Ungu M enggunakan
Spektrofot om eter UV-Vis ................................................................ 15
E.
Pembuatan lapisan TiO2................................................................... 16
F.
Pembuatan elekt roda karbon .......................................................... 16
G. Pembuatan Elekt rolit ....................................................................... 17
H. Perangkaian dan Pengujian SSPT ..................................................... 17
III.
HASIL DAN PEM BAHASAN ...................................................................... 17
A. Hasil Uji Spekt rofotometer UV-Vis pada Antosianin Ubi Jalar Ungu .. 17
IV.
B.
Analisis Total Antosianin Ubi Jalar Ungu ........................................... 17
C.
Pengujian Tegangan SSPT................................................................. 19
KESIM PULAN ......................................................................................... 19
DAFTAR PUSTAKA................................................................................... 19
BAB III
FABRIKASI SEL SURYA PEWARNA TERSENSITISASI (SSPT) DENGAN
M EM ANFAATKAN EKSTRAK ANTOSIANIN UBI JALAR UNGU (Ipomoea
batatas L) ............................................................................................ 21
1.
PENDAHULUAN ....................................................................................... 22
2.
M ETODOLOGI ......................................................................................... 23
A.
M enyiapkan Alat dan Bahan ............................................................ 23
B.
Ekstraksi Ant osianin Ubi Jalar Ungu (ipomoea batatas L)................. 23
C.
Uji Spekt rum Absorbansi ant osianin Ubi Jalar Ungu M enggunakan
Spektrofot om eter UV-Vis ................................................................ 23
D.
Pembuatan Elekt roda Kerja ............................................................. 23
E.
Pembuatan Elekt roda Lawan ........................................................... 24
vii
3.
F.
Pembuatan Larutan Elektrolit .......................................................... 24
G.
Perangkaian dan Pengujian SSPT ..................................................... 24
HASIL DAN PEM BAHASAN ....................................................................... 24
A. Hasil Uji Spektrofotom eter UV-Vis pada Antosianin Ubi Jalar Ungu ... 24
B.
4.
Karakt erisasi I-V dan V-t pada SSPT ................................................... 25
KESIM PULAN ........................................................................................... 26
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 26
KESIM PULAN................................................................................................................. 27
viii
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Penelitian
Beberapa tahun terakhir permasalahan tentang krisis energi
menjadi banyak
perbincangan. Hal tersebut dikarenakan semakin menipisnya cadangan minyak bumi, gas bumi
dan batu bara yang ada di bumi. M inyak bumi, gas bumi dan batu bara merupakan sumber
energi yang tak dapat diperbaharui dalam waktu yang cepat. Selain itu meningkatnya jumlah
penduduk juga menjadi faktor yang mempengaruhi krisis energi sehingga kebutuhan energi
meningkat. Pencarian sumber energi alternat if yang murah, aman dan ramah lingkungan saat
ini gencar dilakukan oleh banyak peneliti. Hal ini semata-mata hanya untuk mencari solusi atas
kebutuhan energi.
Salah satu energi alternatif yang memiliki potensi sangat besar namun belum
dimaanfaatkan secara maksimal adalah sel surya (photovoltaic/ solar cell ) yang mampu
mengkonversi sinar matahari secara langsung menjadi energi list rik tanpa mengahsilkan emisi
[1]
gas buang apapun . Sel surya sangat berpotensi digunakan di Indonesia, karena Indonesia
merupakan negara yang dilewati garis katulistiwa sehingga m empunyai intensitas penyinaran
matahari yang sangat besar.
1.2. Sel Surya Pewarna Tersensitisasi (SSPT)
Sel
surya dapat
dibedakan
m enjadi
tiga berdasarkan
teknologi
dan
bahan
pem buatannya. Pertama sel surya yang terbuat dari silikon t unggal dan silikon mult i kristal.
Kedua, sel surya lapis tipis (thin film solar cell ) dan yang ketiga sel surya organik atau Dye
Sensitized Solar Cell (DSSC) atau Sel Surya Pewarna Tersensitisasi (SSPT). SSPT pertama kali
[2]
dikembangkan oleh Grat zel et.al sehingga disebut juga sel Gratzel . SSPT memiliki potensi yang
sangat besar untuk dikembangkan karena mudah dibuat, bahannya mudah didapat, murah dan
ramah lingkungan.
Sistem kerja SSPT dimulai dari dye(D) menyerap sebuah foton sehingga elekt ron yang
berpindah dari level energi terendah (HOM O) ke level energi tertinggi (LUM O). Pada keadaan
*
tereksitasi dye (D ) menginjeksi elektron menuju pita konduksi semi konduktor TiO2. Kemudian
elektron tersebut m elewat i TiO2 menuju elektroda TCO (elektroda kerja) dan selanjutnya
elektron m engalir menuju elektroda lawan melalui rangkaian eksternal. Setelah itu elektron
+
masuk kembali ke dalam sel dan mereduksi sebuah donor teroksidasi (I ) yang ada dalam
+
-
elektrolit. Terakhir dye teroksidasi (D ) akhirnya menerima elekt ron dari donor tereduksi (I 3 )
[3]
dan tergenerasi kembali menjadi molekul awal (D) . Prinsip kerja sel surya TiO2 tersensitasi
dye ditunjukkan secara skematik pada Gambar 1. Sedangkan urutan proses yang t erjadi
dirangkum dalam persamaan (1) sampai persamaan (5) berikut.
D + cahaya
D*
(1)
-
D* + TiO2
e (TiO2) + D
D*
D
+
-
D + e (TiO2 )
+
2 D + 3I
-
(2)
(3)
D + TiO2
2D + I3
+
-
9
(4)
(5)
Gambar 1. Skema prinsip kerja SSPT [3] dengan modifikasi gambar.
1.3. Antosianin
Antosianin merupakan pigm en yang berperan t erhadap t imbulnya warna m erah, ungu
dan biru pada beberapa bunga, buah, dan daun. Antosianin bersifat polar sehingga dapat
[ 4]
dilarutkan dengan pelarut polar seperti etanol, aseton, dan air . Antosianin bersifat tidak stabil
dan mudah terdegradasi. M anfaat dari antosianin adalah melindungi sel dari sinar ultra violet
dan berfungsi sebagai antioksidan yang mampu m enghambat oksidasi toksin.
Dalam ubi jalar ungu (Ipomoea batatas L) terdapat kandungan antosianin. Ubi jalar
ungu m erupakan tanaman merambat yang banyak tumbuh di Indonesia. Jenis antosianin yang
terdapat dalam ubi jalar ungu yaitu peonidin dan sianidin. Struktur peonidin dan sianidin dapat
dilihat pada Gambar 2.
(a)
(b)
Gambar 2. (a) struktur kimia peonidin, (b) struktur kimia sianidin.
1.3.1.Ekt raksi Antosianin Ubi Jalar Ungu ( Ipomoea batatas L)
Ubi jalar ungu dikupas kemudian dicuci mengunakan air bersih lalu ditimbang sebanyak
40 gram. Ubi jalar ungu yang telah ditimbang lalu ditumbuk dan dihaluskan menggunakan
mortar. Setelah halus ubi jalar ungu tersebut dimasukkan dalam tabung erlenm eyer yang sudah
dilapisi aluminium foil. Sebagai pelarutnya disiapkan sebanyak 40 ml methanol dicampur 8 ml
asam asetat dan 52 ml aquades. Kemudian pelarut tersebut dimasukkan dalam tabung
erlenmeyer yang di dalamnya telah terdapat ubi jalar ungu. Setelah itu tabung erlenmeyer
ditutup rapat dan disimpan dalam tempat gelap selama 24 jam. Terakhir, hasil ekst rak disaring
10
menggunakan kertas saring dan
dimasukkan dalam botol gelap atau botol yang dilapisi
alumunium foil kemudian disimpan dalam kulkas. Langkah-langkah tersebut diulangi dengan
pelarut yang berbeda yaitu 50 ml m ethanol dicampur 8 ml asam asetat dan 42 ml aquades.
Dan pelarut yang terakhir 60 ml met hanol dicampur 8 ml asam asetat dan 32 ml aquades.
1.4. Derajat Keasaman (PH)
PH adalah derajat keasaman yang digunakan unt uk menyatakan tingakat keasaman
atau kebasaan yang dimiliki oleh suatu larutan. Besaran PH dimulai dari 0 sampai dengan 14.
PH 0 m enunjukkan kondisi larutan yang sangat asam, sedangkan PH 14 m enunjukkan kondisi
larutan yang sangat basa. Dan untuk kondisi netral ditunjukkan pada PH 7. Air murni pada suhu
o
25 C bersifat netral.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Akhmad Herman Yuw ono, Donanta Dhanesw ara, Alfian Ferdiansyah, Arif Rahman, 2011,
Sel Surya Tersensitisasi Zat Pewarna Berbasis Nanopartikel TiO2 Hasil Proses Sol-Gel dan
Perlakuan Pasca-Hidrotermal, Jurnal M aterial dan Energy Indonesia Vol. 01, No. 03 (2011)
127-140.
[2] M . Gratzel, 2003, Dye-sensitized solar cells, Journal of Photochemistry and Photobiology C:
Photochemistry Review s 4 (2003) 145-153.
[3] Akhiruddin M addu, M ahfuddin Zuhri, dan Irmansyah, 2007, Penggunaan Ekst rak Antosianin
Kol M erah sebagai Fotosensitizer pada Sel Surya TiO2 Nanokristal Tersensitisasi Dye,
M akara, Teknologi, Vol. 11 No. 2.
[4] Kukuk Yudiono, 2011, Ekstraksi Ant osianin Dari Ubi Jalar Ungu ( Ipomoea bat atas cv.
Ayamurasaki) Dengan Teknik Ekstraksi Subcritical Wat er , Jurnal Teknologi Pangan Vol.2
No.1
11
BAB II
Karakterisasi Ekst rak Antosianin Ubi Jalar Ungu
( Ipomoea batatas L) sebagai Fotosensitiser pada Sel
Surya Pewarna Tersensitisasi
Abstrak – Salah sat u t erobosan unt uk m engubah energi cahaya m enjadi list rik yait u menggunakan Sel
Surya Pewarna Tersensit isasi. Sel Surya Pewarna Tersensit isasi t ersusun dari kaca kondukt or, TiO2, cairan
elekt rolit , dye ant osianin sebagai sensit iser, dan elekt roda karbon. Pada penelit ian ini t elah dilakukan
ekst raksi ant osianin ubi jalar ungu (Ipomoea batatas L) dengan variasi perbandingan pelarut unt uk
mengekst rak. Sebanyak 40 gr ubi jalar ungu direndam dalam pelar ut selama 24 jam. Pelar ut yang
digunakan adalah met hanol:asam aset at :aquades dengan nilai perbandingan 20:4:26, 25:4:21, dan
30:4:16. Dari hasil penelit ian diperoleh ekst rak ant osianin dari ubi jalar ungu t ert inggi yait u 31,16
mg/ 100 gr pada saat ekst raksi menggunakan perbandingan larut an met hanol:asam asetat :aquades =
30:4:16. Konsent rasi ant osianin yang t erendah yait u 14,725 mg/ 100 gr pada pebandingan larutan
met hanol:asam asetat :aquades = 20:4:25. Hasil ini menunjukan bahwa semakin t inggi proporsi met hanol
dan semakin rendah proporsi aquades yang di gunakan dapat meningkat kan konsent rasi ant osianin yang
dihasilkan.
Kata Kunci – Sel Surya Pew ar na Tersensit isasi, TiO2, Dye ant osianin.
12
I.
PENDAHULUAN
Permasalahan tentang energi
akhir-akhir
ini banyak m enjadi
sorotan karena
persediaannya yang semakin menipis. Terutama t entang energi yang berasal dari fosil karena
merupakan energi yang tidak dapat diperbaharui (non renew able). Sehingga banyak para ahli
yang m elakukan penelitian untuk menciptakan energi alternatif yang dapat diperbaharui.
Dimana nantinya energi alternatif ini dapat mem enuhi kebutuhan energi manusia.
Salah satu energi yang keberadaannya m elimpah adalah energi matahari, karena
tersedia dalam jumlah yang besar dan t ersedia dalam kurun w aktu yang lama. Beberapa
penelitian telah dilakukan unt uk mendapatkan cara merubah energi matahari ini menjadi
energi listrik seperti pembuatan sel surya/ solar cell. Sel surya sangat cocok untuk
dikembangkan di Indonesia karena merupakan negara tropis. Sehingga intensitas matahari
yang diterima cukup besar.
Berdasarkan bahan pembuatannya sel surya ada dua macam. Yang pertama yaitu sel
surya yang terbuat dari silikon, tetapi biaya pembuatan sel surya yang berbahan silikon
sangat lah mahal. Yang kedua adalah Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) atau Sel Surya Pewarna
Tersensitisasi (SSPT). SSPT merupakan sel surya yang dikembangkan pertama kali oleh Grat zel
et .al, sehingga disebut juga sel Gratzel [1]. Sist em kerja SSPT meniru sistem kerja fotosintesis
pada tumbuhan. Keunggulan SSPT yait u bahan dasar pembuatannya relatif lebih murah dan
ramah lingkungan.
SSPT t erdiri dari sepasang kaca elektroda yaitu elekt roda kerja dan elektroda lawan
yang mengapit elektrolit. Elektroda kerja merupakan kaca TCO (transparent conducting oxide)
yang dilapisi semikonduktor celah lebar seperti TiO2 yang kemudian direndam dalam dye
antosianin sebagai fotosensitizer sebagai transport pembawa muatan. Sedangkan elektroda
lawan merupakan TCO yang dilapisi karbon yang berfungsi sebagai katalis untuk mempercepat
reaksi
redoks dengan
elektrolit . Pasangan
redoks yang biasa digunakan
yaitu, I/ I3
(iodide/ triiodide) [2]. Ilustrasi bentuk SSPT dapat dilihat pada Gbr. 1.
Sistem kerja SSPT dapat dilihat seperti yang ditunjukkan pada Gbr. 2 dimulai dari dye (D)
*
menyerap sebuah foton sehingga elektron tereksitasi. Pada keadaan tereksitasi dye (D )
menginjeksi elektron m enuju pita konduksi semi konduktor TiO2. Kemudian elektron tersebut
melewati TiO2 menuju elekt roda kerja dan selanjutnya elektron m engalir m enuju elektroda
lawan melalui rangkaian eksternal. Setelah it u elektron masuk kembali ke dalam sel dan
+
+
mereduksi sebuah donor teroksidasi (I ) yang ada dalam elekt rolit. Terakhir dye t eroksidasi (D )
-
akhirnya menerima elektron dari donor tereduksi (I3 ) dan tergenerasi kembali menjadi molekul
aw al (D) [4].
Antosianin merupakan pigmen alami yang memberi warna merah, biru dan ungu pada
buah, bunga dan daun. Salah satu sumber antosianin yang murah dan banyak t erdapat di
Indonesia adalah pada ubi jalar ungu. Ubi jalar ungu merupakan tumbuhan m erambat yang
tumbuh disegala cuaca. Jenis antosianin yang terkandung dalam ubi jalar ungu yaitu peonidin
dan sianidin. Antosianin bersifat tidak stabil dan mudah terdegradasi. Sifat dari antosianin
adalah polar dan akan mudah larut dalam pelarut yang bersifat polar [5].
13
Gbr. 1. Skema SSPT [3] dengan modifikasi.
Gbr 2. Skema prinsip kerja SSPT. (1) Dye tereksitasi, (2) elektron melewati TiO2
menuju elektroda kerja, (3) elektron m enuju elekt roda lawan, (4) elektron
tereduksi, (5) dye tereduksi tergenerasi kembali [4] dengan modifikasi gambar.
Penggunaan perbandingan pelarut yang tepat dapat mengoptimalkan proses ekstraksi
antosianin, sehingga antosianin yang didapat kan akan semakin banyak. Telah banyak penelitian
yang bertujuan mendapatkan cara terbaik untuk mengekstrak antosianin. Salah satunya adalah
Sri Winart i, et.al, [5] telah menggunakan beberapa perbandingan pelarut et hanol:asam
asetat:air (5:1:25; 10:1:20; 15:1:15; 20:1:10 dan 25:1:5 ). Didapatkan antosianin 1,3170
m g/ 100 gr dengan perbandingan pelarut et hanol:asam -asetat:air (25:1:5).
Dalam penelitian ini bert ujuan m engetahui perbandingan yang paling optim al unt uk
m engekst rak ant osianin jika pelarut yang digunakan adalah m et hanol:asam asetat :aquades.
(a)
(b)
Gbr. 3. (a) Struktur peonidin, (b) Struktur Sianidin.
14
II.
M ETODOLOGI
A. M enyiapkan Alat dan Bahan
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi ubi jalar ungu (Ipomoea
batatas L), methanol PA, asam asetat PA, aquades, KCl, CH3CO2Na.3H2O, HCl, kaca TCO
(transparent conducting oxide), deterjen, pensil 8B, TiO2, Polietilen Glikol 4000 (PEG 4000), KI,
dan I2. Peralatan yang digunakan antara lain timbangan digital, mortar, erlenm eyer, beker gelas,
corong, spatula, pipet, gelas ukur, kertas saring, tisu, alumunium foil, PH meter, lampu halogen
100 watt, multi meter digital FLUKE, dan spektrofotom eter OPTIZEN 2120 UV (UV-Vis).
B.
Ektraksi Antosianin Ubi Jalar Ungu (Ipomoea batatas L)
Ubi jalar ungu dit imbang menggunakan timbangan digital sebanyak 40 gram.
Selanjutnya ubi jalar ungu digerus dan dihaluskan mengunakan mortar. Ubi jalar ungu yang
telah halus dimasukkan dalam erlenmeyer yang telah dilapisi alumunium foil, kemudian
direndam selama 24 jam dengan campuran pelarut methanol:asam asetat:aquades dengan
perbandingan 20:4:26, 25:4:21, dan 30:4:16. Selama proses perendaman erlenm eyer di simpan
dalam tempat yang gelap. Set elah 24 jam cairan ekstrak disaring menggunakan kertas saring
dan dimasukkan dalam botol yang dilapisi alumunium foil. Hal ini bertujuan agar antosianin
tidak terkena cahaya sehingga mudah terdegradasi.
C.
M embuat cairan PH
Sebanyak 0,186 gram KCl ditambah 98 ml aquades dimasukkan dalam beker gelas
kemudian ditambah HCl sediki demi sedikit sampai menjadi PH 1. Untuk membuat PH 4,5 yaitu
5,4439 gram
CH3 CO2Na.3H2 O, dan aquades dicampur dalam beker gelas. Kemudian
ditambahkan HCl sampai menjadi PH 4,5. Untuk mengukur PH digunakan PH meter.
D. Uji Spekt rum Absorbansi Antosianin Ubi Jalar Ungu M enggunakan Spektrofot ometer UV-Vis
Cairan ekst raksi antosianin yang diekstrak dengan perbandingan pelarut 20:4:26
dimasukkan ke dalam kuvet. Dimasukkan juga cairan perbandingan pelarut 20:4:26 ke dalam
kuvet. Gbr. 4 merupakan cairan ekstraksi antosianin yang dimasukkan ke dalam kuvet.
(a)
Gbr. 4.
(b)
(a) Cairan antosianin yang telah diencerkan dengan larutan buffer
dengan PH 1. Dari kiri ke kanan merupakan perbedaan larutan ekstrak dengan
perbandingan 20:4:26, 25:4:21, dan 30:4:16. (b) Cairan antosianin yang t elah
diencerkan dengan larutan buffer dengan PH 4,5. Dari kiri ke kanan merupakan
perbedaan larutan ekstrak dengan perbandingan 20:4:26, 25:4:21, dan
30:4:16.
15
Setelah itu kedua kuvet dimasukkan dalam spekt rofotometer OPTIZEN 2120 UV
kemudian diuji absorbansinya.
Panjang gelombang yang digunakan antara 400-700 nm.
kemudian hal yang sama juga dilakukan pada cairan ekstraksi dengan perbandingan pelarut
25:4:21 dan 30:4:16.
Dari spektrum ant osianin yang telah diperoleh kem udian dicari panjang gelombang
yang merupakan letak dimana nilai puncak absorbansi berada. Nilai dari panjang gelombang
inilah yang disebut
max
yang
kemudian akan digunakan dalam proses analisis jumlah
antosianin.
Setelah itu dilakukan juga analisis total antosianin menggunakan spektrofotom eter UVVis. Untuk setiap cairan ekstrak diambil 0,2 ml, kemudian diencerkan menggunakan cairan PH 1
sampai menjadi 1,8 ml. Setelah diencerkan lalu dimasukkan ke dalam kuvet . Dengan Hal yang
dilakukan dengan m engukur absorbansi sampel menggunakan
= 530 nm dan = 700 nm
sama juga dilakukan dengan m enggunakan PH 4,5. Setelah itu analisis jumlah antosianin
max
[6].
E.
Pembuatan lapisan TiO2
Sebanyak 2 gram serbuk TiO2 dihaluskan dalam mortar. Sambil terus dihaluskan
kemudian ditambahkan asam asetat sebayak 5 ml. Setelah itu ditambahkan juga 10 tetes
deterjen dan diaduk sampai rata selama 10 menit. Selanjutnya disiapkan kaca TCO dan diukur
terlebih dahulu resistansinya m enggunakan m ultimet er digital. Kemudian pada sisi konduktif
ditempel selotip di sekeliling t epi kaca seperti yang nampak pada Gbr. 5.
(a)
(b)
Gbr. 5. (a) Kaca TCO yang disolatip pada tepinya, (b) Kaca TCO yang t elah
o
selesai dilapisi pasta TiO2 dan dioven dalam suhu 300 C selama 30 menit .
Setelah itu pasta TiO2 ditet eskan pada permukaan kaca dan diratakan dengan
menggunakan batang pipet lalu ditunggu sampai kering. Setelah kering semua selotip yang
o
menempel dilepas, kemudian dimasukkan ke dalam oven dengan suhu 300 C selama 30 m enit.
M atikan oven dan lapisan TiO2 dibiarkan agar menjadi dingin.
F.
Pembuatan elektroda karbon
Kaca TCO diukur resistansinya m enggunakan multim eter digital. Kemudian pada sisi
konduktifnya diarsir menggunakan pensil 8B. Set elah itu bagian yang diarsir diletakkan diatas
nyala api lilin sehingga muncul lapisan jelaga. Selanjutnya salah satu tepinya dibersihkan
menggunakan kertas tisu.
16
G. Pembuatan elektrolit
-
-
Untuk membuat larutan elektrolit iodida/ triiodida (I / I3 ) yaitu dengan mencampurkan
8,3 gr KI dengan 1,269 gr I2 dalam beker gelas. Kemudian ditambahkan sebanyak 100 ml
Polietilen Glikol 4000 (PEG 4000). Campuran tersebut diaduk sebentar kemudian distirer
selama 20 menit.
H. Perangkaian dan Pengujian SSPT
Elektroda TCO yang berlapis TiO2 direndam masing-masing dalam cairan antosianin
dengan perbandingan pelarut 20:4:26, 25:4:21, dan 30:4:16 dalam waktu yang sama yaitu 1
jam. Setelah itu angkat dan keringkan di udara terbuka. Kemudian pasangkan elekt roda kaca
TCO berlapis TiO2 dan elektroda kaca TCO yang telah dilapisi karbon. Setelah it u di sela kedua
elektroda ditetesi larutan elektrolit. Terakhir agar kedua elektroda t idak bergeser maka dijepit
menggunakan klip pada kedua sisinya. SSPT yang t elah siap uji dapat dilihat pada Gbr. 6.
Selanjutnya SSPT siap untuk diuji.
Gbr. 6. St ruktur SSPT siap uji.
III.
HASIL DAN PEM BAHASAN
A. Hasil Uji Spektrofotometer UV-Vis pada Antosianin Ubi Jalar Ungu
Untuk mengetahui nilai absorbansinya dilakukan pengujian antosianin ubi jalar ungu
menggunakan spektrofotomet er UV-Vis. Dari hasil spektrofotom eter UV-Vis tersebut dapat
diketahui bahwa puncak absorbansi dari yang terendah sampai yang tertinggi adalah cairan
ekstrak dengan perbandingan pelarut 30:4:16 kemudian 20:4:26, dan yang t erakhir 25:4:21.
puncak serapan terletak pada panjang gelombang 530 nm. Puncak serapan atau
Daerah serapan ant osianin ubi jalar ungu terletak pada panjang gelombang 450-600 nm. Dan
max
inilah
yang kemudian digunakan untuk menguji cairan ekstrak yang telah diencerkan m enggunakan
PH 1 dan PH 4,5 pada metode analisa jumlah antosianin.
B.
Analisis Total Antosianin Ubi Jalar Ungu
Setelah dilakukan pengenceran m enggukana cairan PH 1 dan PH 4,5 kemudian
dilakukan pengujian menggunakan spekt rofotomet er UV-Vis dengan m enggunakan panjang
gelombang 530 nm dan 700 nm. Hasil uji spektrofotomet er UV-Vis dapat dilihat pada Gbr. 7
dan Gbr. 8.
17
1.2
Absorbansi
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
400
450
500
550
600
650
700
Panjang gelombang (nm)
Gbr. 7.
Spekt rum antosianin yang diencerkan m enggunakan PH 1.
perbandingan pelarut 20:4:26,
perbandingan pelarut 25:4:21, dan
perbandingan pelarut 30:4:16.
1.2
Absorbansi
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
400
450
500
550
600
650
700
Panjang gelombang (nm)
Gbr. 8.
Spektrum antosianin yang diencerkan menggunakan PH 4,5.
perbandingan pelarut 20:4:26,
perbandingan pelarut 25:4:21, dan
perbandingan pelarut 30:4:16.
Jumlah antosianin yang terkandung dalam cairan ekstrak kemudian dihitung dengan
menggunakan persamaan Ref. [6].
A Avis max A700 PH 1 Avis max A700 PH 4.5
Antosianin A MW DF 1000 1
1
2
Dengan m enggunakan persamaan (1) dan persamaan (2) diperoleh hasil perhitungan
jumlah ant osianin yaitu unt uk perbandingan pelarut methanol:asam asetat:aquades (20:4:26)
menghasilkan jumlah antosianin sebanyak 14,725 mg/ 100 gr. Untuk perbandingan pelarut
methanol:asam asetat:aquades (25:4:21) menghasilkan antosianin 27,85 mg/ 100 gr. Dan yang
terakhir perbandingan pelarut methanol:asam asetat:aquades (30:4:16) antosianin yang
dihasilkan sebanyak 31,16 mg/ 100 gr.
Dari data diatas hubungan perbandingan pelarut dengan jumlah antosianin adalah
semakin sedikit methanol dan semakin banyak aquades yang digunakan maka jumlah
antosianin yang deporoleh akan semakin sedikit. Sebaliknya, semakin banyak m enthanol yang
digunakan dan semakin sedikit aquades maka jumlah antosisnin yang didapatkan akan semakin
banyak.
18
C.
Pengujian Tegangan SSPT
Dilakukan pengujian t egangan keluaran dari SSPT m enggunakan multi met er digital
FLUKE. Kemudian diamati dan dicatat tegangan yang muncul di multi meter setiap 5 menit.
Pengambilan data dilakukan selama 1 jam. Setelah dilakukan pengujian tegangan keluaran dari
SSPT, data yang diperoleh dapat digrafikkan menjadi seperti Gbr. 9.
700
600
Tegangan (mV)
500
400
300
200
100
0
0
10
20
30
40
50
60
Waktu (menit)
Dye direndam dalam larutan perbandingan 20:4:26
Dye direndam dalam larutan perbandingan 25:4:21
Dye direndam dalam larutan perbandingan 30:4:16
Gbr. 9. Grafik tegangan terhadap waktu.
Dari Gbr. 9 dapat dilihat bahwa tegangan keluaran yang dihasilkan SSPT untuk TiO2
yang direndam dalam cairan antosianin dengan perbandingan pelarut 20:4:26 adalah yang
paling kecil. Rata-rata tegangan yang muncul adalah 530 mV. Kemudian untuk TiO2 yang
direndam dalam cairan antosianin dengan perbandingan pelarut 25:4:21 tegangannya lebih
tinggi dengan rata-rata t eganganya 617 mV. Dan yang terakhir TiO2 yang direndam dalam cairan
antosianin dengan perbandingan pelarut 30:4:16 menghasilkan t egangan yang paling tinggi
diantara yang lainnya dengan rata-rata sebesar 679,3 mV. Selain itu tegangan yang dihasilkan
oleh tiga SSPT tegangannya relatif konstan dan tidak mengalami penurunan tegangan yang
signifikan. Tegangannya mampu bertahan dalam kurun waktu yang cukup lama.
IV.
KESIM PULAN
Perbandingan pelarut yang optimal untuk mengekstrak ubi jalar ungu
(Ipomoea
batatas L) adalah methanol:asam-asetat:aquades = 30:4:16 yang menghasilkan antosianin
sebanyak 31,16 m g / 100 gr. Semakin banyak jumlah antosianin yang digunakan untuk
merendam TiO2 maka tegangan yang dihasilkan oleh SSPT m enjadi semakin besar.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Akhiruddin M addu, M ahfuddin Zuhri, dan Irmansyah, 2007, Penggunaan Ekst rak Antosianin
Kol M erah sebagai Fotosensitizer pada Sel Surya TiO2 Nanokristal Tersensitisasi Dye,
M akara, Teknologi, Vol. 11 No. 2.
19
[2] M . Gratzel, 2003, Dye-sensitized solar cells, Journal of Photochemistry and Photobiology C:
Photochemistry Review s 4 (2003) 145-153.
[3] M aya. S.W.K, Gont jang. P, 2012, Studi Aw al Fabrikasi Dye Sensitized Solar Cell (DSSC)
dengan M enggunakan Ekstraksi Daun Bayam ( Amarant hus hibridus L.) Sebagai Dye
Sensitizer dengan Variasi Jarak Sumber Cahaya Pada DSSC, ITS, Surabaya.
[4] T. M arinado, 2009, Photoelectrochemical Stidies of Dye-Sensitized Solar Cell Using Organik
Dyes, Stockholm.
[5] Sri Winart i, Ulya Sarofa, Dhini Anggraeni, 2008, Ektraksi dan Stabilitas Warna Ubi Jalar
Ungu (Ipomoea batatas L.) Sebagai Pewarna Alami, Jurnal Teknik Kimia. Vol.3, No.1.
[6] M . M onica Giusti, Ronald E. Wrolstad, 2001, Characterization and M easurem ent of
Anthocyanins by UV-Visible Spectroscopy, Current Protocols in Food Analytical Chemistry
F1.2.1-F1.2.13.
20
BAB III
FABRIKASI SEL SURYA PEWARNA TERSENSITISASI (SSPT)
DENGAN M EM ANFAATKAN EKSTRAK ANTOSIANIN UBI JALAR
UNGU (Ipomoea batatas L)
ABSTRAK
Telah difabrikasi Sel Surya Pewarna Tersensit isasi (SSPT) menggunakan ekst rak ant osianin ubi jalar ungu
(Ipomoea batat as L). Sel Surya Pewarna Tersensit isasi dibuat dengan m enyusun secara berlapis kaca
kondukt or TCO (Transparent Conduct ing Oxide), TiO2, dye ant osianin sebagai sensit izer, cairan elekt rolit
redoks (I / I 3 ), dan elekt roda karbon. Unt uk m engekst rak ant osianin dari ubi jalar ungu (Ipomoea bat at as
L) digunakan per bandingan pelarut met hanol:asam asetat :aquades (30:4:16). Kaca kondukt or TCO yang
t elah dilapisi TiO2 kemudian direndam dalam cairan ant osianin dengan per bedaan lama perendaman.
Variasi lam a perendaman yang dilakukan yait u 1 jam, 12 jam, 18 jam dan 24 jam. Pengujian Sel Surya
Pew arna Tersensit isasi t erhadap lam pu halogen pada jarak 30 cm. Hasil t erendah di peroleh Voc 390 mV,
Isc 4,51 A unt uk perendaman 1 jam. Unt uk perendaman 24 jam menghasilkan hasil keluaran t erbaik
Voc 573,1 mV, Isc 9,6 A.
Kata kunci : Sel Surya Pewarna Tersensit isasi, Ant osianin, TiO2.
21
1.
PENDAHULUAN
Sel surya merupakan salah satu terobosan energi alternatif untuk mengatasi krisis
energi. Sel surya bekerja dengan merubah energi matahari menjadi listrik secara langsung.
M engingat Indonesia termasuk dalam negara tropis, maka Indonesia m erupakan negara yang
sangat berpot ensi untuk pengem bangan
serta m enjadikan sel surya sebagai energi masa
depan.
Berdasarkan perkembangan teknologi
dan bahan pem buatannya sel surya dapat
dibedakan menjadi tiga, yang pertama sel surya yang t erbuat dari silikon t unggal dan silikon
multi kristal. Kedua, sel surya lapis tipis (thin film solar cell ) dan yang ketiga sel surya organik
atau Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) atau Sel Surya Pewarna Tersensit isasi (SSPT). SSPT disebut
[ 3]
juga sel Gratzel karena dikembangakan pertama kali oleh Gratzel et.al . SSPT memiliki potensi
yang sangat besar untuk dikembangkan karena mudah dibuat, bahannya mudah didapat,
murah dan ramah lingkungan.
SSPT tersusun dari dua kaca TCO (transparent conducti ng oxide) yang berfungsi sebagai
elektroda kerja dan elektroda lawan. Elektroda kerja dibuat dari kaca TCO yang dideposisikan
pasta TiO2 t ersensitisati dye yang berfungsi sebagai transport pembawa m uatan dan dye
sebagai penyerap cahaya. Sedangkan elektroda lawan dibuat dari kaca TCO yang dilapisi
karbon. Kedua elektroda tersebut dirangkai m engapit elekt rolit. Pasangan elektrolit redoks
-
- [3]
yang digunakan adalah iodide/ triiodide (I / I3 ) . Gambar 1 menunjukan SSPT terdiri dari
substrat kaca elektroda, lapisan TiO2 nanokristal, larutan elektrolit yang m engandung pasangan
-
-
redoks I / I 3 .
Gambar. 1. St ruktur SSPT [2] dengan modifikasi gambar
TiO2
adalah
m at erial
fot okat alis
yang
m emiliki
daya
oksidasi
yang
kuat,
phot ostabilitas yang tinggi dan selektivitas redoks. Syarat penting untuk meningkat kan
aktivitas katalis dari TiO2 adalah meningkatkan luas permukaan dari TiO2 yang bergantung pada
[5]
ukuran kristalnya .
Antosianin merupakan zat w arna alami yang terkandung dalam t umbuhan. Antosianin
bisa terdapat pada daun, batang, buah, bunga dan akar tumbuhan. Dalam penelitian ini
digunakan ekstrak ant osianin dari ubi jalar ungu (Ipomoea batatas L). Penggunaan ubu jalar
ungu dikarenakan tanaman tersebut sangat mudah didapatkan dan harganya relat if murah.
Sistem kerja SSPT dapat dilihat pada Gambar 2 berikut.
22
Gambar. 2. Skema prinsip kerja SSPT [4] dengan modifikasi gambar.
Dimulai dari dye yang menyerap sebuah foton sehingga m enyebabkan elektron
tereksitasi. Kejadian ini memberikan energi yang cukup kepada elektron menuju pita konduksi
semi kondukt or TiO2 . Kemudian elekt ron t ersebut m elewati TiO2 menuju elektroda kerja dan
selanjutnya elektron mengalir menuju elektroda lawan melalui rangkaian ekst ernal. Setelah itu
[1]
elektrolit m embawa elektron dari elektroda lawan masuk kembali ke dye .
2.
M ETODOLOGI
A. M enyiapkan Alat dan Bahan
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi ubi jalar ungu (Ipomoea
batatas L), methanol PA, asam asetat PA, aquades, KCl, CH3CO2Na.3H2O, HCl, kaca TCO
(transparent conducting oxide), deterjen, pensil 8B, TiO2, Polietilen Glikol 4000 (PEG 4000), KI,
dan I2. Peralatan yang digunakan antara lain timbangan digital, mortar, erlenm eyer, beker gelas,
corong, spatula, pipet, gelas ukur, kertas saring, tisu, alumunium foil, PH meter, lampu halogen
100 watt, multi meter digital FLUKE, dan spektrofotom eter OPTIZEN 2120 UV (UV-Vis).
B.
Ektraksi Antosianin Ubi Jalar Ungu (Ipomoea batatas L)
Ubi jalar ungu dit imbang menggunakan timbangan digital sebanyak 40 gram.
Selanjutnya ubi jalar ungu digerus dan dihaluskan mengunakan mortar. Ubi jalar ungu yang
telah halus dimasukkan dalam erlenmeyer yang telah dilapisi alumunium foil, kemudian
direndam selama 24 jam dengan campuran pelarut methanol:asam asetat:aquades dengan
perbandingan 30:4:16. Selama proses perendaman erlenm eyer di simpan dalam tempat yang
gelap. Setelah 24 jam cairan ekstrak disaring menggunakan kertas saring dan dimasukkan
dalam botol yang dilapisi alumunium foil. Hal ini bert ujuan agar antosianin tidak terkena
cahaya sehingga mudah terdegradasi.
C.
Uji Spekt rum Absorbansi Antosianin Ubi Jalar Ungu M enggunakan Spektrofotometer UV-Vis
Cairan ekst raksi antosianin dimasukkan ke dalam kuvet. Dimasukkan juga cairan
perbandingan pelarut 30:4:16 ke dalam kuvet. Kem udian diuji spektrumnya menggunakan
spektrofotom eter OPTIZEN 2120 UV.
D. Pembuatan Elektroda Kerja
Serbuk TiO2 ditimbang sebanyak 2 gram kemudian dihaluskan dalam mortar. Setelah itu
23
ditambahkan asam asetat sebayak 5 ml dan 10 tetes deterjen sambil diaduk sampai rata
selama 10 menit.
Kaca
TCO
dibersihkan
mengunakan
aseton
kemudian
diukur
resistansinya
menggunakan multim eter digital. Setelah itu pasta TiO2 yang sudah jadi diteteskan pada kaca
TCO dan diratakan dengan batang pipet dengan luas 2cmx2cm. Lapisan TiO2 tersebut
didiamkan dalam udara terbuka sampai kering. Kem udian lapisan TiO2 dioven dengan suhu
o
300 C selama 30 m enit. Set elah dingin elektroda kerja direndam dalam ektrak antosianin
dengan variasi lama perendaman 1 jam, 12 jam, 18 jam, dan 24 jam.
E.
Pembuatan Elekt roda Law an
Kaca TCO dibersihkan mengunakan aseton kemudian diarsir menggunakan pensil 8B.
Setelah itu kaca TCO dibakar menggunakan api lilin.
F.
Pembuatan Larutan Elektrolit
8,3 gr KI dengan 1,269 gr I2 dicampur dalam beker gelas. Kemudian ditambahkan
sebanyak 100 ml Polietilen Glikol 4000 (PEG 4000). Campuran tersebut diaduk sebentar
kemudian distirer selama 20 m enit.
G. Perangkian dan Pengujian SSPT
Elektroda kerja dan elektroda lawan disusun salaing berhadapan. Setelah itu pada
sambungan keduanya ditetesi larutan elektrolit. Kemudian jepit kedua kaca menggunakan
binder klip agar posisinya tidak mudah bergeser. Untuk mengetahui karakteristik SSPT yang
telah dibuat kemudian diuji menggunakan rangkaian seperti pada Gambar 3.
Gambar 3. Rangkaian pengukuran I-V
3.
HASIL DAN PEM BAHASAN
A.
Hasil Uji Spekt rofotometer UV-Vis pada Antosianin Ubi Jalar Ungu
Cairan
ekstraksi
antosianin
ubi
jalar
ungu
diuji
absorbansinya menggunakan
spektrofotom eter OPTIZEN 2120 UV. Dari hasil spekt rofotometer UV-Vis tersebut dapat
diketahui bahwa puncak absorbansi berada pada panajng gelombang 530. Daerah serapan
antosianin ubi jalar ungu terletak pada panjang gelombang 450-600 nm seperti yang nampak
pada Gambar 4.
24
Absorbansi
1.1
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
400
450
500
550
600
Panjang gelombang (nm)
650
700
Gambar 4. Spektrum antosianin ubi jalar ungu.
B.
Karakterisasi I-V dan V-t pada SSPT
SSPT yang t elah jadi diukur tegangan dan arusnya dengan multimet er FLUKE
hambatan yang digunakan adalah 2 M . Besarnya arus dan t egangan diukur pada nilai
menggunakan bantuan rangkaian pengukuran karakteristik I-V seperti pada Gambar 4. Nilai
resistansi yang diubah dari resistansi minimal sampai resistansi maksimal. Berdasarkan nilai
arus dan tegangan yang t elah didapatkan kemudian digrafikkan menjadi seperti Gambar 5
berikut.
10
9
8
7
Arus ( A)
6
5
4
3
2
1
0
0
100
200
300
400
500
600
Tegangan (mV)
Perendaman 1 jam
Perendaman 18 jam
Perendaman 12 jam
Perendaman 24 jam
Gambar 5. Grafik karakteristik I-V SSPT dengan perbedaan lama perendaman
TiO2 dalam cairan ekst rak antosianin
Selanjutnya dapat ditentukan arus rangkaian pendek (ISC), t egangan rangkaian buka
(VOC) dari empat data yang berbeda lama perendamannya. Nilai karakteristik t ersebut dapat
dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Karakterisasi I-V SSPT.
Karakt erisasi
I-V
Rendam
1
12
18
24
Jam
Jam
Jam
Jam
ISC (A)
4.51
8.1
8.8
9.6
VOC (mV)
390
419
557.2
573.1
25
Setelah dilakukan karakteristik I-V selanjutnya dilakukan pengukuran V-t. Diukur dan
dicatat tegangannya setiap 5 menit sekali. Pengukuran dilakukan selama 1 jam untuk satu SSPT.
Kemudian data yang diperoleh dibuat grafik menjadi seperti Gambar 6.
650
600
Tegangan (mV)
550
500
450
400
350
300
0
10
20
30
40
50
60
Waktu (menit)
Perendaman 1 jam
Perendaman 18 jam
Perendaman 12 jam
Perendaman 24 jam
Gambar 6. Grafik tegangan terhadap waktu.
Dari Gambar 6 dapat dilihat bahwa tegangan keluaran yang dihasilkan SSPT unt uk TiO2
yang direndam dalam cairan ekstrak antosianin selama 1 jam rata-rata tegangannya 390 mV.
Untuk perendaman 12 jam rata-rata teganganya 416,4 mV. Untuk perendaman 18 jam dan 24
jam masing-masing m empunyai rata-rata tegangan 554,8 mV dan 590,1 mV. Dari semua SSPT
yang diukur tidak mengalami degradasi tegangan yang sangat cepat.
4.
KESIM PULAN
direndam selama 24 jam m empunyai nilai karakteristik terbesar yaitu ISC 9,6 A, VOC 573,1 m V.
Berdasarkan data dan hasil pembahasan dapat disimpulkan bahwa SSPT yang
Dan nilai karakteristik terendah yaitu SSPT yang direndam 1 jam dengan ISC 4,51 A, VOC 390
mV. Tegangan yang dihasilkan tidak mudah terdegradasi. Sehingga tegangannya tahan dalam
kurun waktu yang cukup lama.
DAFTAR PUSTAKA
[1]
Akhiruddin M addu, M ahfuddin Zuhri, danIrmansyah, 2007, Penggunaan Ekstrak
Antosianin Kol
M erah
sebagai
Fotosensitizer
pada Sel
Surya TiO2 Nanokristal
Tersensitisasi Dye, M akara, Teknologi, Vol. 11 No. 2.
[2]
L. M uliani, E. S. Rosa, J. Hidayat, Shobih, B.Yuliarto, 2012, Pembuatan Sel Surya Berbasis
Dye-Sensitized M enggunakan Substrat Fleksibel, Prosiding InSINas.
[3]
M . Gratzel, 2003, Dye-sensitized solar cells, Journal of Photochemistry and Photobiology
C: Photochemistry Review s 4 (2003) 145-153.
[4]
T. M arinado, 2009, Photoelectrochemical Stidies of Dye-Sensitized Solar Cell Using
Organik Dyes, Stockholm.
[5]
Vitriany Ekasari, Gatut Yudoyono, 2013, Fabrikasi DSSC dengan Dye Ekstrak Jahe M erah
(Zingiber Officinale Linn Var. Rubrum) Variasi Larutan Ti0 2 Nanopartikel Berfase Anatase
dengan Teknik Pelapisan Spin Coating, Jurnal Sain dan Seni POM ITS Vol. 2, No.1.
26
KESIM PULAN
Telah dibuat Sel Surya Tersensitisasi Pew arna (SSPT) menggunakan ekst rak antosianin
ubi jalar ungu (Ipomoea batat as L). Perbandingan pelarut met hanol:asam asetat:aquades
(30:4:16) untuk mengekstrak ant osianin dari ubi jalar ungu merupakan perbandingan pelarut
yang optimal. Jumlah antosianin yang diperoleh sebesar 31,16 mg/ 100 gr. Hasil karakteristik
terbaik diperoleh dari SSPT yang lapisan TiO2 nya direndam dalam cairan ekstrak dengan
jumlah antosianin tertinggi. Selain itu karakterisasi tertinggi juga diperoleh dari SSPT yang
direndam dengan waktu paling lama, yaitu 24 jam.
27