EKSTRAK ZAT WARNA ALAMI DARI KULIT TERUNG UNGU (Solanummelongena L.) SEBAGAI FOTOSENSITIZER PADA SEL SURYA TERSENSITISASI ZAT WARNA.
EKSTRAK ZAT WARNA ALAMI DARI KULIT TERUNG UNGU
(Solanummelongena L.) SEBAGAI FOTOSENSITIZER PADA
SEL SURYA TERSENSITISASI ZAT WARNA
SKRIPSI SARJANA KIMIA
Oleh
NADYA PRATIWI
BP : 1010411002
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG
2014
i
INTISARI
EKSTRAK ZAT WARNA ALAMI DARI KULIT TERUNG UNGU (Solanum
melongena L.) SEBAGAI FOTOSENSITIZER PADA SEL SURYA
TERSENSITISASI ZAT WARNA
Oleh:
Nadya Pratiwi (BP : 1010411002)
Prof.Dr.Hermansyah Aziz, Olly Norita Tetra M.Si.
Fabrikasi sel surya tersensitisasi zat warna berbasis elektroda nanokristal ZnO
menggunakan dye kulit terung ungu, elektrolit I-/I3-, dan counter-elektroda
karbon yang dirangkai dengan struktur sandwich dengan variasi waktu
perendaman. Ekstrak zat warna dikarakterisasi menggunakan spektrofotometer
UV-Vis menunjukkan bahwa dye kulit terung ungu mempunyai serapan yang
lebar pada daerah sinar tampak dengan panjang gelombang maximum (λmax)
538 nm. Rangkaian sel surya diukur nilai tegangan, arus listrik, dan dayanya
berdasarkan variasi lama perendaman lapisan semikonduktor dalam larutan
dye yaitu 5, 10, 15, dan 20 menit. Hasil pengukuran menunjukkan tegangan,
arus dan daya pada perendaman selama 20 menit memiliki kinerja sel yang
menghasilkan performa lebih baik dengan masing-masing tegangan, arus, dan
daya 412 mV, 0,027 mA, dan 11,124 mW. Hasil karakterisasi kurva arustegangan menghasilkan arus rangkaian pendek 0,0018-0,0057 mA, tegangan
rangkaian buka 162-318 mV untuk masing-masing perendaman dan Fill
Factor(FF) tertinggi 0,5 untuk larutan dye dengan lama perendaman 15
menit.Efisiensi tertinggi diperoleh 0,0097% untuk larutan dye dengan lama
perendaman 20 menit.
Kata kunci: Sel surya tersensitisasi zat warna, zat warna alami, efisiensi, Fill
Factor (FF)
v
ABSTRACT
NATURAL DYE EXTRACTED FROM PEEL OF EGGPLANT (Solanum
melongena L.)AS A PHOTOSENSITIZERS IN DYE SENSITIZED SOLAR
CELL
by:
Nadya Pratiwi (BP : 1010411002)
Prof.Dr.Hermansyah Aziz, Olly Norita Tetra M.Si.
ABSTRACT
Fabricated of dye sensitised dolar cell based of ZnO nanocrystal electrode
using natural dye from peel of eggplant, electrolite of I-/I3-, counter-electrode of
carbon which assembled as a sandwich type had been done. Extraction of dyes
was characterized by using UV-Vis Spectrophotometer. It had shown that dye
have wide absorbtion in visible light range with maximum wave length (λmax) 538
nm. The circuit of solar cell was measured their voltage value, their current
electricity and their power based on variation the time of soaking semiconductor
layer in dye solution from 5, 10, 15, and 20 minutes. The result of research has
shown voltage, current electricity, and power in soaking 20 minutes had
performance cell resulting better in performancing with voltage, current
electricity, and power 412 mV, 0,027 mA, and 11,124 mW. The result of current
voltage characteristics of curve given 0,0018-0,0057 mA short circuit current,
162-318 mV open circuit voltage for soaking respectively and the highest Fill
Factor (FF) is 0,5 for solution dye with soaking 15 minutes. The highest
efficiency is 0,0097% for solution dye with soaking 20 minutes.
Keywords:Dye Sensitised Solar Cell (DSSC), natural dye, efficiency, Fill Factor
(FF)
vi
BAB I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Penelitian
Krisis energi dan bahan bakar merupakan permasalahan utama pada saat ini.
Sumber bahan bakar fosil mulai menipis, namun tingkat kebutuhan energi terus
bertambah dan mengalami peningkatan penggunaaan energi bahan bakar.
Banyak negara di dunia tidak memiliki energi alternatif sehingga sangat
dibutuhkan sumber energi yang berkelanjutan[1].
Perkembangan sistem konversi energi surya menjadi energi listrik
berlangsung melalui sistem yang disebut sebagai sel fotovoltaik. Sel surya
merupakan suatu mekanisme yang bekerja berdasarkan efek fotovoltaik
dimana foton dari radiasi diserap kemudian dikonversikan (diubah) menjadi
energi listrik. Efek fotovoltaik sendiri adalah suatu peristiwa terciptanya muatan
listrik didalam bahan sebagai akibat penyerapan (absorbsi) cahaya dari bahan
tersebut. Sistem fotovoltaik non- konvensional yang telah diteliti dan paling
terkenal adalah sistem fotovoltaik generasi ketiga yang dikembangkan oleh
Michael Grätzel pada 1991 dimana sistem ini dinamakan sel surya
tersensitisasi zat warna(dyesensitised solar cell)[2].
Keunggulan dari DyeSensitised Solar Cell (DSSC) adalah selain teknik
fabrikasinya relatif sederhana juga tidak memerlukan teknologi yang rumit
sehingga biaya produksinya relatif rendah. Berbeda dengan sel surya
konvensional yang semua proses melibatkan bahan silikon itu sendiri, pada
DSSC absorpsi cahaya dan separasi muatan listrik terjadi pada proses yang
terpisah. Absorpsi cahaya dilakukan oleh molekul dye (pewarna) dan separasi
muatan oleh semikonduktor anorganik nanokristal yang memiliki celah pita
lebar. Bahan semikonduktor yang sering digunakan sebagai elektroda dalam
DSSC adalah Titanium Dioksida (TiO2) dan Zinc Oksida (ZnO)3.
Beberapa penelitian terdahulu telah mencoba dye alami dari ekstrak
tumbuhan daun pohon henna dan akar temulawak [1], dye alami dari
strawberry[10], dan beberapa jenis zat warna alami berwarna hijau sebagai
fotosensitizer daun lemon dan kunyit pada sistem sel surya tersensitisasi
1
dye[12].Ekstrak
dye
atau
pigmen
tumbuhan
yang
digunakan
sebagai
fotosensitizer mengandung klorofil, karoten atau antosianin.
Dalam penelitian ini digunakankulit terung ungu sebagai sumber dye
yang memiliki pigmen alami antosianin dan mudah diekstrak. Elektroda utama
yang telah dilapisi ZnO akan dicelupkan dalam dye dengan waktu perendaman
yang divariasikan. Belum ditemukan informasi tentang penggunaan zat warna
kulit terung dengan waktu perendaman yang divariasikan, serta penggunan
ZnO sebagai semikonduktor menggunakan dye kulit terung ungu, maka sangat
beralasan untuk mengembangkan sel surya tersensitisasi zat warna
kulit
terung ungu sebagai potensi sumber daya energi di Indonesia yang kaya
dengan energi surya.
1.2 Rumusan Masalah
Penggunaan dye alami dari kulit terung ungu dan lapisan semikonduktor ZnO
pada DSSC dilakukan dengan variasi waktu perendaman dan diteliti hasil
kinerja DSSC yang menggunakan ekstrak zat warna alami dari kulit terung
ungu sebagai fotosensitizer.
1.3 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan penelitian yang ingin dicapai adalah:
1. Membuat DSSCdengan zat warna kulit terung ungu sebagai dye dalam
skalalaboratoriumyang dapat mengkonversikan energi surya menjadi energi
listrik.
2. Mengkarakterisasi besar arus listrik dan tegangan yang dihasilkan DSSC
dari sumber cahaya matahari langsung dengan variasi waktu perendaman.
3. Menentukan Fill Factor (FF) dan efisiensi (η) dari DSSCdengan zat warna
kulit terung ungu sebagai dye.
2
1.4 Manfaat Penelitian
HasilpenelitianinidiharapkandapatmengembangkanDSSCkhususnyamengguna
kanekstrakdye kulit
terung ungusebagaifotosensitizerdenganefisiensi yang
relatiftinggidanbiaya yang murah.
3
(Solanummelongena L.) SEBAGAI FOTOSENSITIZER PADA
SEL SURYA TERSENSITISASI ZAT WARNA
SKRIPSI SARJANA KIMIA
Oleh
NADYA PRATIWI
BP : 1010411002
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG
2014
i
INTISARI
EKSTRAK ZAT WARNA ALAMI DARI KULIT TERUNG UNGU (Solanum
melongena L.) SEBAGAI FOTOSENSITIZER PADA SEL SURYA
TERSENSITISASI ZAT WARNA
Oleh:
Nadya Pratiwi (BP : 1010411002)
Prof.Dr.Hermansyah Aziz, Olly Norita Tetra M.Si.
Fabrikasi sel surya tersensitisasi zat warna berbasis elektroda nanokristal ZnO
menggunakan dye kulit terung ungu, elektrolit I-/I3-, dan counter-elektroda
karbon yang dirangkai dengan struktur sandwich dengan variasi waktu
perendaman. Ekstrak zat warna dikarakterisasi menggunakan spektrofotometer
UV-Vis menunjukkan bahwa dye kulit terung ungu mempunyai serapan yang
lebar pada daerah sinar tampak dengan panjang gelombang maximum (λmax)
538 nm. Rangkaian sel surya diukur nilai tegangan, arus listrik, dan dayanya
berdasarkan variasi lama perendaman lapisan semikonduktor dalam larutan
dye yaitu 5, 10, 15, dan 20 menit. Hasil pengukuran menunjukkan tegangan,
arus dan daya pada perendaman selama 20 menit memiliki kinerja sel yang
menghasilkan performa lebih baik dengan masing-masing tegangan, arus, dan
daya 412 mV, 0,027 mA, dan 11,124 mW. Hasil karakterisasi kurva arustegangan menghasilkan arus rangkaian pendek 0,0018-0,0057 mA, tegangan
rangkaian buka 162-318 mV untuk masing-masing perendaman dan Fill
Factor(FF) tertinggi 0,5 untuk larutan dye dengan lama perendaman 15
menit.Efisiensi tertinggi diperoleh 0,0097% untuk larutan dye dengan lama
perendaman 20 menit.
Kata kunci: Sel surya tersensitisasi zat warna, zat warna alami, efisiensi, Fill
Factor (FF)
v
ABSTRACT
NATURAL DYE EXTRACTED FROM PEEL OF EGGPLANT (Solanum
melongena L.)AS A PHOTOSENSITIZERS IN DYE SENSITIZED SOLAR
CELL
by:
Nadya Pratiwi (BP : 1010411002)
Prof.Dr.Hermansyah Aziz, Olly Norita Tetra M.Si.
ABSTRACT
Fabricated of dye sensitised dolar cell based of ZnO nanocrystal electrode
using natural dye from peel of eggplant, electrolite of I-/I3-, counter-electrode of
carbon which assembled as a sandwich type had been done. Extraction of dyes
was characterized by using UV-Vis Spectrophotometer. It had shown that dye
have wide absorbtion in visible light range with maximum wave length (λmax) 538
nm. The circuit of solar cell was measured their voltage value, their current
electricity and their power based on variation the time of soaking semiconductor
layer in dye solution from 5, 10, 15, and 20 minutes. The result of research has
shown voltage, current electricity, and power in soaking 20 minutes had
performance cell resulting better in performancing with voltage, current
electricity, and power 412 mV, 0,027 mA, and 11,124 mW. The result of current
voltage characteristics of curve given 0,0018-0,0057 mA short circuit current,
162-318 mV open circuit voltage for soaking respectively and the highest Fill
Factor (FF) is 0,5 for solution dye with soaking 15 minutes. The highest
efficiency is 0,0097% for solution dye with soaking 20 minutes.
Keywords:Dye Sensitised Solar Cell (DSSC), natural dye, efficiency, Fill Factor
(FF)
vi
BAB I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Penelitian
Krisis energi dan bahan bakar merupakan permasalahan utama pada saat ini.
Sumber bahan bakar fosil mulai menipis, namun tingkat kebutuhan energi terus
bertambah dan mengalami peningkatan penggunaaan energi bahan bakar.
Banyak negara di dunia tidak memiliki energi alternatif sehingga sangat
dibutuhkan sumber energi yang berkelanjutan[1].
Perkembangan sistem konversi energi surya menjadi energi listrik
berlangsung melalui sistem yang disebut sebagai sel fotovoltaik. Sel surya
merupakan suatu mekanisme yang bekerja berdasarkan efek fotovoltaik
dimana foton dari radiasi diserap kemudian dikonversikan (diubah) menjadi
energi listrik. Efek fotovoltaik sendiri adalah suatu peristiwa terciptanya muatan
listrik didalam bahan sebagai akibat penyerapan (absorbsi) cahaya dari bahan
tersebut. Sistem fotovoltaik non- konvensional yang telah diteliti dan paling
terkenal adalah sistem fotovoltaik generasi ketiga yang dikembangkan oleh
Michael Grätzel pada 1991 dimana sistem ini dinamakan sel surya
tersensitisasi zat warna(dyesensitised solar cell)[2].
Keunggulan dari DyeSensitised Solar Cell (DSSC) adalah selain teknik
fabrikasinya relatif sederhana juga tidak memerlukan teknologi yang rumit
sehingga biaya produksinya relatif rendah. Berbeda dengan sel surya
konvensional yang semua proses melibatkan bahan silikon itu sendiri, pada
DSSC absorpsi cahaya dan separasi muatan listrik terjadi pada proses yang
terpisah. Absorpsi cahaya dilakukan oleh molekul dye (pewarna) dan separasi
muatan oleh semikonduktor anorganik nanokristal yang memiliki celah pita
lebar. Bahan semikonduktor yang sering digunakan sebagai elektroda dalam
DSSC adalah Titanium Dioksida (TiO2) dan Zinc Oksida (ZnO)3.
Beberapa penelitian terdahulu telah mencoba dye alami dari ekstrak
tumbuhan daun pohon henna dan akar temulawak [1], dye alami dari
strawberry[10], dan beberapa jenis zat warna alami berwarna hijau sebagai
fotosensitizer daun lemon dan kunyit pada sistem sel surya tersensitisasi
1
dye[12].Ekstrak
dye
atau
pigmen
tumbuhan
yang
digunakan
sebagai
fotosensitizer mengandung klorofil, karoten atau antosianin.
Dalam penelitian ini digunakankulit terung ungu sebagai sumber dye
yang memiliki pigmen alami antosianin dan mudah diekstrak. Elektroda utama
yang telah dilapisi ZnO akan dicelupkan dalam dye dengan waktu perendaman
yang divariasikan. Belum ditemukan informasi tentang penggunaan zat warna
kulit terung dengan waktu perendaman yang divariasikan, serta penggunan
ZnO sebagai semikonduktor menggunakan dye kulit terung ungu, maka sangat
beralasan untuk mengembangkan sel surya tersensitisasi zat warna
kulit
terung ungu sebagai potensi sumber daya energi di Indonesia yang kaya
dengan energi surya.
1.2 Rumusan Masalah
Penggunaan dye alami dari kulit terung ungu dan lapisan semikonduktor ZnO
pada DSSC dilakukan dengan variasi waktu perendaman dan diteliti hasil
kinerja DSSC yang menggunakan ekstrak zat warna alami dari kulit terung
ungu sebagai fotosensitizer.
1.3 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan penelitian yang ingin dicapai adalah:
1. Membuat DSSCdengan zat warna kulit terung ungu sebagai dye dalam
skalalaboratoriumyang dapat mengkonversikan energi surya menjadi energi
listrik.
2. Mengkarakterisasi besar arus listrik dan tegangan yang dihasilkan DSSC
dari sumber cahaya matahari langsung dengan variasi waktu perendaman.
3. Menentukan Fill Factor (FF) dan efisiensi (η) dari DSSCdengan zat warna
kulit terung ungu sebagai dye.
2
1.4 Manfaat Penelitian
HasilpenelitianinidiharapkandapatmengembangkanDSSCkhususnyamengguna
kanekstrakdye kulit
terung ungusebagaifotosensitizerdenganefisiensi yang
relatiftinggidanbiaya yang murah.
3