DAFTAR ISI - Karakterisasi Ekstrak Daun Hemigraphis colorata Sebagai Dye Pada Dye Sensitized Solar Cell
DAFTAR ISI
Halaman Persetujuan i
Pernyataan ii
Penghargaan iii
Abstrak v
Abstract vi
Daftar Isi vii
Daftar Tabel x
Daftar Gambar xi
Daftar Lampiran xiii
Bab 1. Pendahuluan 1.1.
1 Latar Belakang 1.2.
4 Rumusan Masalah 1.3.
5 Batasan Masalah 1.4.
5 Tujuan Penelitian 1.5.
5 Manfaat Penelitian 1.6.
5 Tempat Penelitian 1.7.
6 Sistematika Penelitian
Bab 2. Tinjauan Pustaka 2.1.
7 Hemigraphis colorata 2.1.1.
8 Flavonoid 2.2.
11 Sel Surya Fotovoltaik 2.2.1.
11 Prinsip Kerja Sel Surya Konvensional Silikon 2.2.2.
13 Performansi Sel Surya 2.2.2.1.
13 Karakteristik I-V Fotovoltaik 2.2.2.2.
14 Fill Factor dan Efisiensi Kuantum 2.3.
15 Dye-Sensitized Solar Cell 2.3.1.
15 Umum 2.3.2.
15 Struktur DSSC 2.3.3.
17 Prinsip Kerja DSSC 2.3.4.
20 Material DSSC 2.3.4.1.
20 Substrat DSSC 2.3.4.2.
20 Layer Oksida Nanopori DSSC 2.3.4.3.
23 Elektrolit 2.3.4.4.
23 Katalis Counter Elektroda 2.3.4.5.
24 Zat Pewarna (Dyes) 2.3.5.
24 Flavonoid sebagai dye 2.3.6.
26 Perakitan DSSC 2.3.6.1.
26 Persiapan Substrat 2.3.6.2. dan Counter Elektroda
27
2 Persiapan Larutan TiO 2.3.6.3.
Deposisi Lapisan Elektroda dan Counter Elektroda 28
30 2.3.6.5. Ekstraksi Dye dan Pewarnaan Titania Elektroda
2.3.6.4. Annealing dan Sintering Titania Elektroda
ASSEMBLY DSSC
3.3 Prosedur Penelitian
43 3.3.3.3. Pengujian Sel Surya
2
40 3.3.1.4. Preparasi Larutan Elektrolirt
40 3.3.1.5. Preparasi Counter Elektroda Karbon
41 3.3.2.
42 3.3.3. Pengujian DSSC
43 3.3.3.1. Pengujian Karakterisasi Gugus Fungsi Ekstrak
Hemigraphis colorata
43 3.3.3.2. Pengujian Absorbsi Dye
45 Bab 4. Hasil dan Pembahasan 4.1. Hasil Analisis Ekstrak Daun Hemigraphis colorata
44
31 2.3.6.6. Menumpuk Elektroda dan Penambahan Elektrolit
46 4.1.1. Hasil Analisis Gugus Fungsi Ekstrak Daun Hemigraphis
colorata
46 4.1.2. Hasil Analisis Absorbsi Dye Hemigraphis colorata
48 4.2. Karakterisasi I-V Sel Surya
50 Bab 5. Kesimpulan dan Saran 5.1. Kesimpulan
57 5.2. Saran
58
38 3.3.1.3. Preparasi Pasta Oksida TiO
38 3.3.1.2. Pembuatan Transparent Conducitve Glass (TCO)
38 3.3.1.1. Preparasi Larutan Dye
34 3.2.1.2. Pembuatan Transparent Conducitive Glass (TCO) 35 3.2.1.3.
31 2.4. Karakterisasi DSSC
31 2.4.1. Spektrofotometer UV-Vis
32 2.4.2. Karakterisasi FTIR
32 Bab 3. Metode Penelitian
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
34
3.2 Peralatan dan Bahan Penelitian
34 3.2.1. Peralatan
34 3.2.1.1. Preparasi Larutan Dye
Preparasi Pasta Oksida TiO
38 3.3.1. Preparasi Sampel
2
35 3.2.1.4. Preparasi Larutan Elektrolit
35 3.2.1.5. Preparasi Counter Elektroda Karbon
36 3.2.1.6.
36 3.2.1.7. Pengujian Karakterisasi Gugus Fungsi Ekstrak
Hemigraphis colorata
37 3.2.1.8. Pengujian Absorbsi Dye
37 3.2.1.9. Pengujian Sel Surya
37 3.2.2. Bahan
37
ASSEMBLY DSSC
3.4 Diagram Alir Penelitian
Daftar Pustaka
59 Lampiran
62
DAFTAR TABEL
2.3 Ciri Spektrum Golongan Flavonoid Utama
4.3 Pengukuran Tegangan dan Arus Keluaran DSSC di bawah Cahaya Matahari
53
4.2 Performansi Dye Sensitized Solar Cell dengan Menggunakan Ekstrak Daun Hemigraphis colorata dengan Variabel Jarak Sumber Cahaya dengan DSSC dan Variabel Substrat yang Digunakan
47
4.1 Identifikasi Gugus Fungsi dari Ekstrak Daun Hemigraphis colorata
24
22
Nomor Judul Halaman Tabel
2 dengan Berbagai Macam Dye
2.2 Efisiensi DSSC TiO
9
2.1 Sifat Berbagai Golongan Flavonoid
3
1.1 Penelitian DSSC yang Pernah Dilakukan Sebelumnya
55
DAFTAR GAMBAR
2.6 Struktur Dye Sensitized Solar Cell
2.10 Struktur Kristal dari TiO
18
2.9 Skema Kerja dari DSSC
18
2.8 Ilustrasi Proses Fotokatalis
17
2.7 Susunan Sandwich Layer dar DSSC
16
13
Nomor Judul Halaman Gambar
2.5 Karakteristik Kurva I-V pada Sel Surya
13
2.4 Skema Kerja Sel Surya Silikon
12
2.3 Struktur Sel Surya Silikon p-n Junction
9
2.2 Kerangka Dasar Senyawa Flavonoid
7
2.1 Sambang Getih (Hemigraphis colorata (Hall).F)
21
2 Anatase
22
44 3.10 (a) Pengujian Sel Surya di bawah Cahaya Lampu Pijar
3.6 Desain Lapisan Pasta TiO
2 pada Substrat TCO handmade
42 3.7 (a) Kedua Substrat Siap untuk disatukan dan menjadi Sel Surya
43 (b) Sel Surya siap untuk diuji
43
3.8 Pengujian Karakterisasi Absorbsi Dye dengan menggunakan Shimadzu UV-Visible Recording Spectrophotometer UV-160A
43
3.9 Skema Rangkaian Listrik Pengujian Sel Surya
44 (b) Pengujian Sel Surya di bawah Cahaya Matahari
41
44
3.11 Diagram Alir Penelitian Pembuatan DSSC
45
4.1 Spektrum FT-IR dari Ekstrak Daun Hemigraphis colorata
46
4.2 Grafik UV-Vis dari Dye Ekstrak Daun Hemigraphis colorata dengan Pelarut Methanol
48
4.3 Grafik UV-Vis dari Dye Ekstrak Daun Hemigraphis colorata dengan Pelarut Ethanol
49
3.5 Substrat TCO handmade yang telah dilapisi Counter Elektroda Karbon 41
3.4 Larutan Elektrolit yang Disimpan dalam Botol Tetes
2.12 Struktur Sianidin
2.11 Spektrum Cahaya Matahari
25
2.13 Beberapa Cara Memperisapkan Counter Elektroda
27
2.14 Doctor-blade Technique
28
2.15 Electro-spinning Technique
29
2.16 Susunan elektroda yang akan dilapisi
29
30 3.1 (a) Pengambilan Ekstrak Daun Hemigraphis colorata
40
38 (b) Penyaringan dye yang telah disimpan selama 24 jam
38
3.2 Kaca preparat yang telah menjadi Kaca Konduktif ataupun Substrat TCO
handmade
39 3.3 (a) Pembuatan Binder dengan Menggunakan Hot Plate dan Magnetic
Stirrer
40 (b) Pembuatan Pasta TiO
2
dalam Mortar
2.17 Screen Printing Technique
4.3a Kurva Karakteristik I-vs-V untuk DSSC dengan perendaman ½ jam dan menggunakan substrat TCO homemade
50 4.3b Kurva Karakteristik I-vs-V untuk DSSC dengan perendaman 1 jam dan menggunakan substrat TCO homemade
51 4.3c Kurva Karakteristik I-vs-V untuk DSSC dengan perendaman 2 jam dan menggunakan substrat TCO homemade
51 4.3d Kurva Karakteristik I-vs-V untuk DSSC dengan perendaman 2 jam dan menggunakan substrat ITO dari Sigma-Aldrich
52
DAFTAR LAMPIRAN
6 Grafik UV Vis dari Dye Ekstrak Daun Hemigraphis colorata dengan Pelarut Ethanol
81
9 Dokumentasi Penelitian
73
8 Perhitungan Fill Factor, Daya Maksimum, dan Efisiensi dari DSSC
67
7 Kurva Karakteristik I-V DSSC
66
Nomor Judul Halaman Lampiran
1 Grafik dan Data hasil FT-IR dari Ekstrak daun Henigraphis colorata 63
5 Tabel Data UV Vis dari Dye Ekstrak Daun Hemigraphis colorata dengan Pelarut Ethanol
65
4 Grafik UV Vis dari Dye Ekstrak Daun Hemigraphis colorata dengan Pelarut Methanol
65
3 Tabel Data UV Vis dari Dye Ekstrak Daun Hemigraphis colorata dengan Pelarut Methanol
64
2 Tabel Daerah Gugus Fungsi pada IR
66
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Banyak ditemukan menjalar dimana-mana dan sanggup bertahan dalam di bawah terik matahari sepanas apapun membuat daun Hemigraphis colorata menarik perhatian untuk diteliti. Kebanyakan daun Hemigraphis colorata banyak tumbuh menjalar di halaman rumah, terkadang tumbuh dengan sendirinya. Adapula yang sengaja ditanam dan dijadikan tanaman hias di taman-taman karena warnanya yang menarik dan pertumbuhannya yang cepat. Daunnya berwarna sedikit hijau danmerah keungunan sehingga menimbulkan sebuah pertanyaan bagaimanakah kiranya warna dari ekstrak daun ini. Kemudian ketika daun dipetik dan dihancurkan dengan tangan menghasilkan dan meninggalkan warna ungu kegelapan pada tangan. Dari situ, terpikirlah untuk mengkarakterisasi daun
Hemigraphis colorata menjadi dye sebagai pewarna dan fotosensitizer pada dye
sensitized solar cell yang sekarang ini banyak dikembangkan dengan
menggunakan dye berbahan organik.
Sambang getih (Hemigraphis colorata) adalah tanaman yang biasa ditemukan tumbuh liar atau ditanam di halaman dan taman-taman sebagai tanaman hias. Tanaman ini mempunyai batang berbaring dan merayap, bulat, becabang, beruas- ruas serta berwarna ungu. Daun tunggal, bertangkai, letak berhadapan, helaian daun bentuknya bulat telur, ujung runcing, pangkal romping, tepi bergerigi, pertulangan menyirip, permukaan atas warnanya merah ungu mengkilap agak keabu-abuan, bagian bawah berwarna merah anggur,berambut,panjang sekitar 11 cm, lebar 4-6 cm (Dalimartha, 2003).
Sambang getih (Hemigraphis colorata) mempunyai kandungan kimia antara lain, daun mengandung flavonoid, tanin, steroid, terpenoid dan kalium, begitupun batang mengandung saponin. Dan biasanya daun sambang getih sering digunakan di bidang farmasi (Dalimartha, 1999).
Flavonoid merupakan senyawa polifenol sehingga bersifat kimia senyawa fenol yaitu agak asam dan dapat juga larut dalam basa, dan karena merupakan senyawa polihidroksida (gugus hidroksil) maka juga bersifat polar sehingga dapat larut dalam pelarut polar seperti methanol, ethanol, aseton, air, butanol, dimetil sulfoksida, dimetil formadida. Disamping itu, dengan adanya gugus glikosida yang terikat pada gugus flavonoid sehingga cenderung menyebabkan flavonoid mudah larut dalam air. Oleh karena itu, ekstrak daun Hemigraphis colorata mempunyai peluang untuk digunakan sebagai dye pada dye sensitized solar cell (DSSC).
DSSC merupakan salah satu kandidat potensial sel surya generasi mendatang, hal ini dikarenakan tidak memerlukan material dengan kemurnian tinggi sehingga biaya proses produksinya yang relatif rendah. Berbeda dengan sel surya konvensional dimana semua proses melibatkan material silikon itu sendiri, pada DSSC absorbsi cahaya dan separasi muatan listrik terjadi pada proses yang terpisah. Absorbsi cahaya dilakukan oleh molekul dye, dan separasi muatan oleh inorganik semikonduktor nanokristal yang mempunyai band gap lebar. Penggunaan semikonduktor dengan band gap lebar akan memperbanyak elektron yang mengalir dari pita konduksi ke pita valensi, karena dengan band gap lebar tersebut akan membuat ruang reaksi fotokatalis dan absorbsi oleh dye akan menjadi lebih banyak atau dengan kata lain spektrum absorbsi menjadi lebar.
Salah satu semikonduktor ber-bandgap lebar yang sering digunakan yaitu
Titanium Dioxide (TiO 2 ). TiO 2 mempunyai band gap (energi celah) sebesar 3,2 –
3,8 eV. TiO
2 juga sering digunakan karena inert, tidak berbahaya, dan semikonduktor yang murah, selain memiliki karakteristik optik yang baik.
Namun, untuk aplikasinya dalam DSSC, TiO
2 harus memiliki permukaan yang
luas sehingga dye yang terabsorbsi lebih banyak yang hasilnya akan meningkatkan arus. Selain itu, penggunaan bahan dye yang mampu menyerap spektrum cahaya yang lebar dan cocok dengan pita energi TiO
2 juga merupakan karakteristik yang penting (Sasaki dkk, 2008).
Sebelumnya telah banyak dilakukan penelitian mengenai DSSC dengan variasi bahan serta dye yang digunakan. Adapun penelitian-penelitian tersebut dapat kita lihat pada Tabel 1.1 berikut ini.
Tabel 1.1 Penelitian DSSC yang pernah dilakukan sebelumnya Tahun Peneliti Spesifikasi DSSC HasilV = 562 mV I = 0,307 mA
Chang, dkk Dye : Ekstrak Daun Bayam V = 550 mV I = 0,467 mA/cm
2 η = 0,131%
Pancaningtyas (ITS)
Dye : Ekstrak Buah Manggis V = 340,4 mV
I = 0,22 mA/cm
2 η = 0,039%
2012 Nadeak (ITS) Dye : Ekstrak Buah Naga Counter elektrode : Pd/Au
η = 0,089%
Chang, dkk Dye : Ekstrak Buah Ipomoea V = 540 mV I = 0,914 mA/cm
Lia Muliani, dkk (LIPI-ITB)
Dye : N719 (Ruthenium Dye)
Counter elektroda : Platina Elektrolit : Larutan HSE (produk Dyesol)
V oc = 0,632 V I sc = 0,532 mA
η = 0,121%
2013 Nafi’, dkk Dyes : Ekstrak Buah Terung Belanda
V = 593,1 mV I = 0,356 mA
η = 0,0469%
2 η = 0,25%
η = 0,49%
2007 Wei Hao Lai, dkk (Taiwan)
Dye : Ekstrak Kol Merah
Dye : Rhoeo spatticea
Counter elektrode : Au (Emas)
V
oc
= 0,496 V I sc = 10,9mA
η = 1,49%
Akhiruddin Maddu, dkk (IPB)
Counter elektrode : lempengan karbon Elektrolit Gel PEG
= 2,327 mA
V oc = 510 mV
I
sc = 7,2 μA η = 0,055%
2010 A.R. Hernandez, dkk (Mexico)
Dye : Ekstrak Bunga Bougenville
V oc = 0,26 V
I
sc
Hardeli, dkk Dye : Ekstrak Beras Ketan V = 937 mV
(Prosiding Hitam I = 468 μA
Semirata
η = 0,405%
FMIPA UNLAM, UNP)
Dan masih banyak penelitian lainnya dengan berbagai variasi bahan dye, mulai dari dye alami hingga dye termodifikasi telah banyak dibuat sebagai dye pada DSSC.
Pada penelitian ini, akan dikarakterisasikan ekstrak daun Hemigraphis
colorata sebagai dye pada pembuatan dye sensitized solar cell. Dalam hal ini,
layer oksida berbahan semikonduktor yang akan dipakai merupakan TiO
2 dan
dilapiskan dengan metode doctor blade yang sudah biasa dilakukan pada penelitian dye sensitized solar cell sebelumnya. Hanya saja substrat untuk dye
sensitized solar cell akan dibuat sendiri dengan menggunakan metode yang
pernah dilakukan oleh Wulandari Handini pada tahun 2008. Diaman kaca ITO sebagai substrat dibuat dengan larutan konduktif berbahan SnCl
4 .5H
2 O dan dopant Sb
2 O 3 (Handini, 2008). Oleh karena itu, diharapkan penelitian
karakterisasi ekstrak daun Hemigraphis colorata sebagai dye pada dye sensitized
solar cell ini dapat menghasilkan sebuah solar cell yang baik dan nantinya dapat
dikembangkan lebih lanjut untuk dipabrikasi.1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang masalah sebelumnya, maka penulis merumuskan beberapa hal yang menjadi masalah dalam penelitian ini, diantaranya: 1.
Bagaimana memaksimalkan kerja dari dye menggunakan ekstrak daun
Hemigraphis colorata sehingga dihasilkan DSSC dengan tegangan yang
melebihi dari penelitian yang sudah ada ? 2. Bagaimana memaksimalkan pemakaian intensitas cahaya pada saat mengaplikasikan DSSC namun tetap dihasilkan DSSC dengan tegangan melebihi dari penelitian yang sudah ada ?
1.3 Batasan Masalah
Untuk mendapatkan suatu hasil penelitian dari permasalahan yang ditentukan, maka perlu ada pembatasan masalah penelitian :
1. Pada pembuatan dye sensitized solar cell digunakan ekstrak daun
Hemigraphis colorata dan layer oksida berbahan serbuk TiO 2 .
2. dilapiskan pada TCO menggunakan metode doctor blade pada pabrikasi
2 TiO DSSC.
3. Larutan konduktif dilapiskan pada kaca biasa menggunakan metode spray coating .
1.4 Tujuan Penelitian
Sebagai tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian: 1.
Menghasilkan dye dengan bahan baru yaitu ekstrak daun Hemiraphis colorata dalam pembuatan Dye-Sensitized Solar Cell (DSSC) skala laboratorium yang dapat mengkonversi energi matahari menjadi energi listrik dengan tegangan keluaran yang dihasilkan melebihi hasil sebelumnya.
2. Mengkarakterisasi sifat dari ekstrak daun Hemigraphis colorata sebagai dye pada Dye-Sensitized Solar Cell (DSSC).
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat yang dapat diambil dari penelitian: 1.
Memberikan pengetahuan tentang potensi ekstrak daun Hemigraphis colorata sebagai dye pada Dye-Sensitized Solar Cell.
2. Mengurangi ketergantungan terhadap energi fosil.
1.6 Tempat Penelitian
Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Kimia Analisis dan Laboratorium Pengembangan Pendidikan Teknologi Kimia Industri (PTKI) Medan, Laboratorium Penelitian Fakultas Farmasi USU, Laboratorium Fisika Zat Padat FMIPA USU.
1.7 Sistematika Penelitian
Sistematika penulisan pada masing-masing bab adalah sebagai berikut:
Bab I Pendahuluan Bab ini mencakup latar belakang penelitian, batasan masalah yang akan diteliti, tujuan penelitian, manfaat penelitian, tempat penelitian, dan sistematika penulisan.
Bab II Tinjauan Pustaka Bab ini membahas tentang landasan teori yang menjadi acuan untuk proses pengambilan data, analisa data serta pembahasan. Bab III Metodologi Penelitian Bab ini membahas tentang peralatan dan bahan penelitian, diagram alir penelitian dan prosedur penelitian. Bab IV Hasil dan Pembahasan Bab ini membahas tentang data hasil penelitian dan analisa data yang diperoleh dari penelitian. Bab V Kesimpulan dan Saran Bab ini berisikan tentang kesimpulan yang diperoleh dari penelitian dan memberikan saran untuk penelitian yang lebih lanjut.