EKSTRAK BETA KAROTEN WORTEL (DAUCUS CAROTA/Ekstrak... · perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

i

EKSTRAK BETA KAROTEN WORTEL (DAUCUS CAROTA)

SEBAGAI DYE SENSITIZER PADA DSSC

Disusun Oleh :

KHOIRUDDIN

M 0207039

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian

persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Fisika

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

Januari, 2012


commit to user

iv

EKSTRAK BETA KAROTEN WORTEL (DAUCUS CAROTA)

SEBAGAI DYE SENSITIZER PADA DSSC

KHOIRUDDIN

M0207039

Jurusan Fisika Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sebelas Maret Surakarta

ABSTRAK

Fabrikasi DSSC (Dye-Sensitized Solar Cell) telah dilakukan menggunakan bahan

dye sensitizer β-Carotene wortel (Daucus carota). Hasil ekstraksi β-Carotene

diperoleh dari wortel (Daucus carota). Karakterisasi dye β-Carotene meliputi uji

absorbansi dan uji konduktivitas pada kondisi dalam gelap dan terang. Hasil

karakterisasi absorbansi diperoleh pada daerah panjang gelombang 415 nm

sampai 508 nm, sedangkan nilai fotokonduktivitas tertinggi diperoleh (28,3 ± 4,2) × 10−4 (Ω.m)

-1 pada kondisi terang sedangkan pada kondisi gelap

sebesar (8,2 ± 1,1) × 10−4 (Ω.m)

-1. Dari hasil pengujian menunjukkan bahwa dye

β-Carotene dari wortel mampu sebagai fotosensitizer. DSSC dibuat dengan

menggunakan semikonduktor TiO2 rutile powder dengan dye β-Carotene tersebut.

Hasil fabrikasi DSSC diuji karakteristik I-Vnya. Hasil pengujian karakteristik I-V

pada DSSC menunjukkan efisiensi konversi energi surya ke energi listrik.

Tegangan maksimum yang dihasilkan sebesar 23,9 × 10−2 V dan arus maksimum

sebesar 3,3 × 10−5 A dengan efisiensi tertinggi sebesar (12,5 ± 0,9) × 10-4

%.

Kata kunci : DSSC, β-Carotene, dye, absorbansi


commit to user

v

β-CAROTENE EXTRACT FROM CARROT (DAUCUS CAROTA)

AS DYE SENSITIZER ON DSSC

KHOIRUDDIN

M0207039

Physics Department, Faculty of Mathematics and Natural Sciences

Sebelas Maret University (UNS)

ABSTRACT

Fabrication of DSSC (Dye-Sensitized Solar Cell) was performed using a dye

sensitizer material β-carotene from carrots (Daucus carota). β-Carotene extraction

results obtained from carrots (Daucus carota). Characterization of β-Carotene

include dye absorbance of test and conductivity test on the conditions in the dark

and light. The results obtained in the characterization absorbance wavelength

region 415 nm to 508 nm, while the value of photoconductivity obtained (28,3 ±4,2) × 10−4 (Ω.m)

-1 in bright conditions, while in dark conditions for (8,2 ±

1,1) × 10−4 (Ω.m)

-1. From the test results showed that the dye-β-carotene from

carrots capable as a photosensitizer. DSSC made using semiconductor rutile TiO2

with a dye that β-Carotene. DSSC fabrication yield I-V characteristics tested. I-V

characteristics of the test results show the efficiency of the DSSC solar energy

conversion into electrical energy. The maximum voltage produced by 23,9 ×10−2 V and maximum current of 3,3 × 10−5A with the highest efficiency of (12,5

± 0,9) × 10-4

%.

Keywords: DSSC, β-Carotene, dye, absorbance


commit to user

ix

DAFTAR ISI

halaman

HALAMAN JUDUL ..................................................................................... i

HALAMAN PERSETUJUAN ..................................................................... ii

HALAMAN PERNYATAAN ....................................................................... iii

HALAMAN ABSTRAK ............................................................................... iv

HALAMAN ABSTRACT ............................................................................. v

HALAMAN MOTTO ................................................................................... vi

HALAMAN PERSEMBAHAN ................................................................... vii

KATA PENGANTAR ................................................................................... viii

DAFTAR ISI .................................................................................................. x

DAFTAR TABEL ......................................................................................... xii

DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... xiii

DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................. xv

BAB I PENDAHULUAN ........................................................................ 1

1.1. Latar Belakang Masalah ........................................................ 1

1.2. Rumusan Masalah .................................................................. 3

1.3. Batasan Masalah ..................................................................... 3

1.4. Tujuan Penelitian ................................................................... 4

1.5. Manfaat Penelitian ................................................................. 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................. 5

2.1. Energi Surya .......................................................................... 5

2.2. Sel Surya ............................................................................... 5

2.2.1. Gambaran Umum Sel Surya ..................................... 6

2.2.2. Prinsip Kerja Sel Surya ............................................. 7

2.2.3. Performa Sel Surya ................................................... 7

2.3. DSSC ..................................................................................... 9

2.3.1. Gambaran Umum DSSC ............................................ 9

2.3.2. Prinsip Kerja DSSC .................................................. 10

2.3.3. Material DSSC .......................................................... 12


commit to user

x

2.3.3.1. Substrat ....................................................... 12

2.3.3.2. Titanium Dioxide (TiO2) ............................. 13

2.3.3.3. Dye Sensitizer ............................................. 14

2.3.4. β-Carotene Sebagai Dye ........................................... 14

2.3.5. Elektrolit ................................................................... 16

2.3.6. Counter Elektroda ..................................................... 16

2.3.7. Karakteristik Sifat Optik .......................................... 16

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................... 19

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ............................................... 19

3.2. Alat dan Bahan ...................................................................... 19

3.2.1. Alat penelitian ........................................................... 19

3.2.2. Bahan Penelitian ....................................................... 20

3.3. Diagram Penelitian ................................................................ 21

3.3.1. Persiapan .................................................................... 22

3.3.2. Ekstraksi β-Carotene wortel ...................................... 22

3.3.3. Karakterisasi dye β-Carotene ................................... 23

3.3.3.1. Karakterisasi Absorbansi β-Carotene ......... 23

3.3.3.2. Karakterisasi I-V larutan β-Carotene .......... 24

3.3.4. Karakteristik XRD bubuk TiO2 ................................. 26

3.3.5. Pembuatan Lapisan TiO2 ........................................... 26

3.3.5.1. Pembuatan Pasta TiO2 ................................. 26

3.3.5.2. Deposisi Lapisan TiO2 ................................. 27

3.3.6. Pembuatan counter Elektroda .................................... 29

3.3.7. Fabrikasi DSSC ......................................................... 29

3.3.8. Uji Karakteristik I-V dan Efisiensi DSSC ................. 31

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................. 33

4.1. Ekstraksi Dye β-Carotene ...................................................... 33

4.2. Hasil Uji Absorbansi Dye β-Carotene Wortel ...................... 34

4.3. Karakteristik I-V Dye β-Carotene .......................................... 36

4.4. Karakterisasi XRD Bubuk TiO2 ............................................. 40

4.5. Karakterisasi I-V dan Efisiensi DSSC .................................... 41


commit to user

xi

BAB V PENUTUP ................................................................................. 46

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 48

LAMPIRAN-LAMPIRAN ........................................................................... 50


commit to user

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Seiring dengan perkembangan peradaban manusia, tingkat kebutuhan

energi manusia juga semakin meningkat. Pemenuhan energi ini sebagian besar

berasal dari pembakaran bahan bakar fosil yang berumur jutaan tahun dan tak

dapat diperbaharui, dan sebagian kecil saja yang berasal dari penggunaan sumber

energi lain yang lebih terbarukan (Ulaan, 2008).

Salah satu alternatif untuk mengurangi ketergantungan terhadap sumber

energi yang berasal dari fosil adalah dengan mengembangkan sumber-sumber

energi terbarukan. Air, angin, biomassa, panas bumi dan tenaga surya (matahari)

merupakan beberapa contoh sumber energi terbarukan yang efektif karena

keberadaaannnya di alam yang melimpah. Dari beberapa contoh energi terbarukan

tersebut, energi surya adalah sumber energi yang berjumlah paling besar, tidak

polutif dan tidak membeli.

Hal tersebut sangat sesuai dengan letak geografis Indonesia yang berada di

garis khatulistiwa sehingga memiliki potensi energi surya yang cukup besar

(Rahardjo, 2008). Dengan menggunakan teknologi fotovoltaik, energi surya dapat

diubah secara langsung menjadi energi listrik. Pirantinya dikenal dengan nama sel

surya.

Sel surya yang paling banyak digunakan saat ini adalah sel surya silikon.

Walaupun sel surya sekarang didominasi oleh bahan silikon, namun mahalnya

biaya produksi silikon membuat biaya konsumsinya lebih mahal dari pada sumber

energi fosil. Sel surya yang murah bisa dibuat dari bahan semikonduktor organik.

Hal ini karena semikonduktor organik dapat disintesis dalam jumlah besar.

Meskipun demikian efesiensinya jauh dibawah sel surya silikon. Oleh karena itu

penelitian terhadap material organik sebagai bahan dari sel surya masih perlu terus

dikembangkan (Lehninger dalam Wijayanti, 2010).


commit to user

2

Sistem fotovoltaik generasi ketiga ini dikembangkan oleh Grätzel pada

tahun 1991 dengan sistem ini dinamakan DSSC (dye-sensitized solar cell)

(Halme, 2002). Mekanisme ini menunjukkan serapan optik dan proses pemisahan

muatan melalui asosiasi suatu sensitizer sebagai bahan penyerap cahaya dengan

suatu semikonduktor nanokristal yang mempunyai bandgap lebar (Grätzel, 2003).

Sel surya tersensitesi dye dikembangkan sebagai konsep alternatif piranti

fotovoltaik konvensional. Telah banyak studi tentang DSSC yang telah

dikembangkan. Material semikonduktor yang sering digunakan dalam DSSC

adalah TiO2 (Titanium Dioksida) dan ZnO (Zinc Oksida) yang memiliki struktur

mesopori. Semikonduktor TiO2 memiliki energi gap sebesar 3,2 eV, sedangkan

ZnO memiliki energy gap sebesar 3,3 eV dan keduanya mempunyai serapan sinar

pada daerah sinar tampak. Material ini dipilih selain karena memiliki banyak

keuntungan diantaranya murah, pemakaian luas, tidak beracun (Grätzel, 2003).

Telah banyak peneliti yang telah mengembangkan DSSC dengan mencoba

berbagai jenis dye alami dari ekstrak tumbuhan. Beberapa yang telah

dikembangkan diantaranya adalah ekstrak dye atau pigmen tumbuhan seperti

ekstrak klorofil (Sasaki et.al, 2008), antosianin (Wongcharee, 2006) dan beta

karoten (Gao et.al, 2000). Salah satu hasil DSSC yang telah dikembangkan adalah

DSSC yang dibuat oleh Gao (2000) menggunakan karotenoid berhasil membuat

DSSC dengan efisiensi 34% dan stabil pada 1 jam penyinaran cahaya matahari.

Sifat dari β-carotene yang termasuk dalam karotena yang mampu

menyerap cahaya merupakan fungsi dari dye pada DSSC. Fungsi absorbsi cahaya

dilakukan oleh molekul dye yang terabsorbsi pada permukaan semikonduktor

TiO2. β-carotene memiliki absorbsi maksimum pada panjang gelombang 400-550

nm. Sehingga β-carotene merupakan komponen utama yang terungkap

karakteristik fotosensitizer pada sinar tampak (Wei Lin, 2007). Penelitian yang

telah dilakukan oleh Karnjanawipagul (2010) mengatakan bahwa dalam 100 g

wortel terdapat 6,19 mg - 14,59 mg β-carotene yang dapat diekstraksi.

Kandungan β-carotene dari wortel sebanyak ini dapat dimanfaatkan sebagai dye

sensitizer alami untuk sistem DSSC.


commit to user

3

Dalam skripsi ini dye alami sebagai sensitizer yang digunakan adalah

wortel (Daucus carota) yang memiliki kadar β-carotene tinggi. β-carotene ini

akan dikaji mulai dari proses ekstraksi β-carotene, pengujian karakteristik optik

dan I-V dari dye β-carotene, serta fabrikasi DSSC.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah yang telah dikemukakan, maka dapat

dirumuskan beberapa masalah sebagai berikut :

1. Bagaimana spektrum absorbsi β-carotene wortel yang diekstraksi sehingga

mampu menjadi dye pada system DSSC?

2. Bagaimana karakteristik I-V dari β-carotene wortel yang akan digunakan

sebagai dye?

3. Bagaimana karakteristik I-V dari DSSC menggunakan dye β-carotene wortel?

4. Bagaimana efisiensi DSSC menggunakan dye β-carotene wortel?

1.3 Batasan Masalah

Penelitian ini diberi batasan sebagai berikut:

1. Dye pada penelitian ini merupakan ekstraksi dari β-carotene wortel.

2. Karakterisasi optik meliputi absorbansi menggunakan Spektrometer UV-Vis

dan karakterisasi I-V dengan two point probe.

3. TiO2 powder rutile dilapiskan pada FTO menggunakan metode slip casting

pada fabrikasi DSSC, selanjutnya dilakukan pengujian karakteristik I-V pada

DSSC.


commit to user

4

1.4 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah :

1. Membuat ekstraksi β-carotene wortel sehingga mampu menjadi dye pada

system DSSC.

2. Mengetahui kemampuan fotosensitizer β-carotene wortel sehingga dapat

dijadikan sebagai dye.

3. Membuat DSSC dengan TiO2 powder rutile sebagai bahan semikonduktor

menggunakan hasil isolasi β-carotene wortel sebagai dye.

4. Mengetahui karakteristik I-V DSSC menggunakan dye β-carotene wortel.

1.5 Manfaat Penelitian

DSSC dengan dye sensitizer β-carotene dari wortel pada penelitian ini

dapat menjadi acuan untuk penelitian lebih lanjut untuk mengembangkan sel

surya yang mempunyai performansi dan efisiensi yang lebih baik. Dan diharapkan

hasil dari penelitian ini dapat diambil manfaatnya untuk digunakan sebagai energi

alternatif di masyarakat.


commit to user

5

BAB II

DASAR TEORI

2.1. Energi Surya

Energi surya adalah energi yang didapat dengan mengubah energi panas

surya (matahari) melalui peralatan tertentu menjadi sumber daya dalam bentuk

lain. Energi surya menjadi salah satu sumber pembangkit daya selain air, uap,

angin, biogas, batu bara, dan minyak bumi

Pancaran matahari merupakan radiasi elektromagnetik yang luar biasa

banyak. Dalam kaitann ya dengan sel surya yaitu perangkat pengkonversi radiasi

matahari menjadi listrik, terdapat dua parameter penting dalam energi surya:

pertama intensitas radiasi, yaitu jumlah daya matahari yang datang kepada

permukaan per luas area, dan karakteristik spektrum cahaya matahari (Smestad

dan Grätzel, 1998). Energi surya terpancar hingga ke bumi berupa paket-paket

energi yang disebut foton. Total kekuatan radiasinya mencapai 3 𝑥 1023 kilowatt

(kW). Namun demikian sebagian besar dari radiasi ini hilang di angkasa.

Jumlah rata-rata sinar matahari di atas atmosfir bumi disebut sebagai solar

constant. Pengukurannya dilakukan oleh beberapa satelit yang menunjukkan

bahwa solar constant bernilai 1368 watt/m2. Intensitas sinar matahari ke bumi

bervariasi karena orbit bumi mengitari matahari adalah elips. Perbedaan intensitas

sinar matahari antara perihelium dan aphelium sekitar 6,7 % hal ini berpengaruh

pada pancaran matahari saat waktu-waktu tertentu.

2.2. Sel Surya

2.2.1. Gambaran Umum Sel Surya

Sel surya atau Photovoltaic (PV) cell adalah sebuah peralatan yang

mengubah energi matahari menjadi listrik oleh efek fotovoltaik. Photovoltaic

merupakan kajian bidang teknologi dan riset yang berhubungan dengan aplikasi

sel surya sebagai energi surya. Photovoltaic berasal dari Bahasa Yunani yang

merupakan kombinasi kata light, photo, dan voltaic dari nama Alessandro Volta

http://id.wikipedia.org/wiki/Matahari

http://id.wikipedia.org/wiki/Air

http://id.wikipedia.org/wiki/Uap

http://id.wikipedia.org/wiki/Angin

http://id.wikipedia.org/wiki/Biogas

http://id.wikipedia.org/wiki/Batu_bara

http://id.wikipedia.org/wiki/Minyak_bumi


commit to user

6

(Pagliaro, 2008). Sebagaimana telah diketahui bahwa cahaya tampak maupun

yang tidak tampak memiliki dua buah sifat yaitu berperilaku sebagai gelombang

dan dapat sebagai partikel yang disebut sebagai foton. Penemuan ini pertama kali

diungkapkan oleh Einstein pada tahun 1905. Energi yang dipancarkan oleh sebuah

cahaya dengan panjang dan frekuensi foton satu gelombang dirumuskan dengan

persamaan :

𝐸 = ℎ. 𝑐𝜆 (2.1)

Dengan h adalah tetapan Planck (6,62 𝑥 10−34 J.s) dan c adalah kecepatan

cahaya vakum (3,00 𝑥 108 m/s). Persamaan di atas juga menunjukkan bahwa

foton dapat dilihat sebagai partikel energi atau sebagai gelombang dengan panjang

gelombang dan frekuensi tertentu.

2.2.2. Prinsip kerja sel surya

Prinsip kerja sel surya adalah berdasarkan konsep semikonduktor p-n

junction. Sel terdiri dari lapisan semikonduktor doping-n dan doping-p yang

membentuk sambungan (junction) p-n, lapisan antirefleksi, dan substrat logam

sebagai tempat mengalirnya arus dari lapisan tipa-n (elektron) dan tipe-p (hole).

Hal ini dapat dilihat pada struktur sel surya Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Struktur sel surya silikon sambungan p-n (Halme, 2002)

Semikonduktor type-n didapat dari silikon yang didoping unsur golongan

V sehingga terdapat kelebihan elektron valensi. Pada sisi lain semikonduktor tipe-

p diperoleh dengan doping unsur golongan III sehingga elektron valensinya defisit


commit to user

7

satu dibanding atom sekitar. Ketika dua tipe material tersebut mengalami kontak

maka kelebihan elektron tipe-n berdifusi ke tipe-p sehingga area doping-n akan

bermuatan positif sedangkan area doping-p akan bermuatan negatif. Medan

elektrik yang terjadi antara keduanya mendorong elektron kembali ke daerah-n

dan hole ke daerah-p. Pada proses ini telah terbentuk sambungan p-n. Dengan

menambahkan kontak logam pada area p dan n maka telah terbentuk dioda.

Gambar 2.2. Cara kerja sel surya silikon (Halme, 2002)

Ketika sambungan disinari foton dengan energi yang sama atau lebih besar

dari lebar pita energi material tersebut akan menyebabkan eksitasi elektron dari

pita valensi ke pita konduksi dan akan meninggalkan hole pada pita valensi.

Elektron dan hole ini dapat bergerak dalam materi sehingga menghasilkan

pasangan elektron-hole. Apabila ditempatkan hambatan pada terminal sel surya,

maka elektron dari area-n akan kembali ke area-p sehingga menyebabkan

perbedaan potensial dan arus akan mengalir. Skema kerja sel surya silikon

ditunjukkan pada Gambar 2.2.

2.2.3. Performa Sel Surya

Daya listrik yang dihasilkan sel surya ketika mendapat cahaya diperoleh

dari kemampuan perangkat sel surya tersebut untuk memproduksi tegangan dan

arus. Kemampuan ini direpresentasikan dalam kurva arus tegangan (I-V)



commit to user

8

Gambar 2.3. Bentuk khusus dari kurva I-V solar cell (Makvart, 2003)

Gambar 2.3 memperlihatkan tegangan open-circuit (Voc), Arus short

circuit Isc, dan Maximum Power Point (MPP), dan arus tegangan pada MPP :

Impp,Vmpp. Ketika sel dalam kondisi short circuit, arus maksimum atau arus short

circuit (Isc) dihasilkan, sedangkan pada kondisi open circuit tidak ada arus yang

dapat mengalir sehingga tergangannya maksimum, disebut tegangan open-circuit

(Voc). Titik pada kurva I-V yang menghasilkan arus dan tegangan maksimum

disebut titik daya maksimum (MPP). Karaktersitik penting lainnya dari sel surya

yaitu fill factor (FF), dengan persamaan (Halme, 2002) :

𝐹𝐹 = 𝑉𝑀𝑃𝑃 .𝐼𝑀𝑃𝑃

𝑉𝑜𝑐 .𝐼𝑆𝐶 (2.2)

Dengan menggunakan fill factor maka maksimum daya dari sel surya

didapat dari persamaan (Halme, 2002) :

𝑃𝑀𝐴𝑋 = 𝑉𝑜𝑐 . 𝐼𝑆𝐶 .𝐹𝐹 (2.3)

Sehingga efisiensi sel surya yang didefinisikan sebagai daya yang

dihasilkan dari sel (Pmax) dibagi dengan daya dari cahaya yang datang (Pcahaya):

𝜂 =𝑃𝑚𝑎𝑥

𝑃𝑐𝑎 ℎ𝑎𝑦𝑎𝑥 100% (2.4)


commit to user

9

Nilai efisiensi ini yang menjadi ukuran global dalam menentukan kualitas

performansi sel surya. Efisiensi dari sel surya tergantung pada temperatur dari sel

dan yang lebih penting lagi adalah kualitas illuminasi. Misalnya total intensitas

cahaya dan intensitas spektrum yang terdistribusi. Oleh karena itu, standar kondisi

pengukuran harus dikembangkan sejalan dengan pengujian sel surya di

laboraturium. Kondisi standar yang telah digunakan untuk menguji solar sel

dengan intensitas cahaya 1000 W/m2, distribusi spektrum dari pancaran matahari

seperti Gambar 2.4, dan temperatur sel 25oC. Daya yang dikeluarkan solar cell

pada kondisi ini adalah daya normal dari sel, atau modul, dan dicatat sebagai

puncak daya (peak watt), Wp (Halme, 2002).

Gambar 2.4. Spektrum pancaran sinar matahari

2.3. DSSC

2.3.1. Gambaran Umum DSSC

DSSC sejak pertama kali ditemukan oleh Grätzel pada tahun 1991, telah

menjadi salah satu topik penelitian yang dilakukan intensif oleh peneliti di seluruh

dunia. DSSC bahan disebut juga terobosan pertama dalam teknologi sel surya

sejak sel surya silikon.


commit to user

10

Penemuan Gratzel tersebut berhubungan dengan penerapan prinsip

efisiensi kompleks ruthenium untuk mengaktifkan semikonduktor oksida, yang

sangat sensitif di daerah cahaya tampak (visible region). DSSC terdiri dari sebuah

elektrode kerja, sebuah counter electrode dan sebuah elektrolit. Zat warna dari

komleks ruthenium melekat pada pori nanokristal dari film semikonduktor,

misalnya TiO2 yang merupakan elektroda kerja. Sebuah kaca konduktif platina

sebagai counter electrode dan larutan I3-/I2

- sebagai elektrolit (Halme, 2002).

DSSC atau Sel Gratzel ini sangat menjanjikan karena dibuat dengan material

dengan biaya murah dan pembuatannya tidak membutuhkan peralatan yang rumit.

Efisiensi DSSC dengan bahan organik terdiri dari ruthenium (II) polypyridyl

complex seperti N3 dye mencapai 10% (Grätzel, 2003).

2.3.2. Prinsip Kerja DSSC

Pada susunan paling sederhana pada DSSC terdiri dari kaca konduktif

transparan dilapisi dengan semikonduktor TiO2, molekul dye berkait dengan

permukaan TiO2, sebuah elektrolit seperti I3-/I2

-, dengan illuminasi pada sel

mampu menghasilkan tegangan dan arus (Halme,2002).

Gambar 2.5. Struktur dan komponen DSSC (Halme, 2002)


commit to user

11

Absorbsi cahaya dari DSSC dilakukan oleh molekul dye dan separasi

muatan oleh injeksi elektron dari dye pada TiO2 di permukaan elektrolit

semikonduktor. Dengan struktur pori yang nano maka permukaan dari TiO2

menjadi luas sehingga memperbanyak dye yang terabsorbsi dan akan

meningkatkan efisiensi Meskipun hanya selapis dye, dapat mengabsorbsi kurang

dari 1% dari cahaya yang datang (O’Regan dan Grätzel, 1991). Saat

penyusunannya, molekul dye menjadi sebuah lapisan dye yang tebal. Lapisan

tersebut mampu meningkatkan kemampuan optis DSSC. kontak langsung antara

molekul dye dengan permukaan elektrode semikondutor dapat memisahkan

muatan dan berkontribusi pada pembangkit arus.

Prinsip kerja DSSC digambarkan dengan Gambar 2.6. Pada dasarnya

prinsip kerja dari DSSC merupakan reaksi dari transfer elektron. Proses pertama

dimulai dengan terjadinya eksitasi elektron pada molekul dye akibat absorbsi

foton. Elektron tereksitasi dari ground state (D) ke excited state (D*).

𝐷 + 𝑒− → 𝐷∗ (2.5)

Elektron dari exited state kemudian langsung terinjeksi menuju conduction

band (ECB) titania sehingga molekul dye teroksidasi (D+). Dengan adanya donor

elektron oleh elektrolit (I-) maka molekul dye kembali ke keadaan awalnya

(ground state) dan mencegah penangkapan kembali elektron dye yang teroksidasi.

2𝐷+ + 3𝑒− → 𝐼3− + 2𝐷 (2.6)


commit to user

12

Gambar 2.6. Ilustrasi prinsip kerja DSSC berdasarkan transfer elektron

pada medium (Natalita, 2011)

Setelah mencapai elektrode TCO, elektron mengalir menuju counter-

elektroda melalui rangkaian eksternal. Dengan adanya katalis pada cunter-

elektroda, electron diterima pada proses sebelumnya, berkombinasi dengan

elektron membentuk iodide (I-).

𝐼3− + 2𝑒− → 3𝐼− (2.7)

Iodide ini digunakan untuk mendonor elektron kepada dye yang

teroksidasi, sehingga terbentuk suatu siklus transport elektron. Dengan siklus ini

terjadi konversi langsung dari cahaya matahari menjadi listrik.

2.3.3. Material DSSC

2.3.3.1. Substrat

Substrat yang digunakan pada DSSC yaitu jenis TCO (Transparent

Conductive Oxide) yang merupakan kaca transparan konduktif. Material substrat

itu sendiri berfungsi sebagai badan dari sel surya dan lapisan konduktifnya

berfungsi sebagai tempat muatan mengalir. Material yang umumnya digunakan

yaitu flourine- doped tin oxide (Sn:F atau FTO) dan Indium Tin Oxide (ITO) hal

ini dikarenakan dalam proses pelapisan material kepada substrat, diperlukan

proses sintering pada temperatur 400o-500

o C dan kedua material tersebut


commit to user

13

merupakan pilihan yang cocok karena tidak mengalami defect pada range

temperatur tersebut.

2.3.3.2. Titanium Dioxide (TiO2)

TiO2 merupakan bahan semikonduktor yang bersifat inert, stabil terhadap

fotokorosi dan korosi oleh bahan kimia (Hoffmann, 1995). TiO2 merupakan

padatan berwarna putih, mengalami dekomposisi (penguraian) pada suhu 1640oC

sebelum meleleh, kerapatan (density) sebesar 4,26 g/cm3, dan larut dalam asam

sulfat pekat. TiO2 sangat stabil pada temperatur tinggi dan bereaksi lambat, tidak

menyerap cahaya tampak namun dapat menyerap sinar UV, sifatnya yang

anorganik menjadikannya tidak cepat rusak, serta memiliki luas muka yang luas

karena strukturnya yang berbentuk serbuk (Wibowo, 2006).

Lapisan TiO2 memiliki bandgap yang tinggi (3,2 eV) dan memiliki

transmisi optik yang baik. Penggunaan TiO2 diantaranya untuk manufaktur

elemen optik. Selain itu TiO2 berpotensial pada aplikasi divais elektronik seperti

DSSC, sensor gas, dan lain-lainnya (Marchand, 2004).

TiO2 mempunyai kemampuan untuk menyerap dye lebih banyak karena

didalamnya terdapat rongga dan ukurannya dalam nano, sehingga disebut

nanoporous. Struktur TiO2 memiliki tiga bentuk, yaitu rutile, anatase, dan brukit.

Rutile dan anatase cukup stabil, sedangkan brookite sulit ditemukan, biasanya

brookite terdapat didalam mineral dan sulit untuk dimurnikan (Soleh, 2002).

Gambar 2.4. Struktur anatase (a) dan rutile (b) (Soleh, 2002)


commit to user

14

2.3.3.3. Dye Sensitizer

Serapan spektra TiO2 perlu ditingkatkan didaerah cahaya tampak, dengan

menambah lapisan zat warna/sensitizer, hal ini disebabkan TiO2 hanya dapat

menyerap sinar ultra violet pada range antara 350-380 nm. Sensitizer yang

digunakan dapat berupa dye organik dan kompleks metal organik, yang

diberlakukan pada semikonduktor TiO2 Dye yang umumnya digunakan dan

mencapai efisiensi paling tinggi yaitu jenis ruthenium complex. Walaupun DSSC

menggunakan ruthenium complex telah mencapai efisiensi yang cukup tinggi,

namun dye jenis ini cukup sulit untuk disintesa dan ruthenium complex komersil

berharga mahal. Jenis dye organik yang lain seperti phtalocyanine, cyanine,

xanthenes, dan coumarine, umumnya memiliki energi ikat yang rendah dengan

TiO2 dan serapan transfer muatan yang juga rendah di seluruh daerah cahaya

tampak. Dye organik tersebut sangat murah dan mudah dalam preparasinya

dibanding jika menggunakan ruthenium complex (Hao, 2005)

Sebuah kelompok studi di Jepang, telah mencoba lebih dari dua puluh

jenis dye alami dari ekstrak tumbuhan sebagai fotosensitiser pada sistem sel surya

ini, diantaranya adalah kol merah, kunyit, teh hijau, dan sebagainya. Kelompok

lain dari Brazil, juga intensif mengembangkan sel surya berbasis dye alami, selain

itu (Smestad dan Grätzel, 1998) juga telah menguji beberapa jenis berry seperti

strawberry dan blackberry sebagai fotosensitizer pada sistem sel surya

tersensitisasi dye. Ekstrak dye atau pigmen tumbuhan yang digunakan sebagai

fotosensitizer berupa ekstrak klorofil (Amoa et.al, 2003), karoten (Wang

et.al,2006) atau antosianin (Wongcharee, 2006).

2.3.4. β-Carotene sebagai Dye

Salah satu pigmen yang bias digunakan sebagai dye selain klorofil dan

antosianin adalah β-Carotene. β-Carotene merupakan pigmen yang mempunyai

dua fungsi, yaitu sebagai pigmen pembantu dalam fotosintesis dan sebagai

pewarna dalam bunga, buah dan sayuran yang berwarna kuning kemerahan. β-

Carotene merupakan komponen yang bisa digunakan sebagai fotosensitizer pada

daerah sinar tampak (Wei Lin, 2007). Pigmen ini terdapat salah satunya pada


commit to user

15

wortel (Daucus carota) dalam jumlah banyak serta mudah diekstraksi ke dalam

pelarut alkohol (Wei Lin, 2007).

β-Carotene merupakan pigmen yang tidak mantap. Mereka mudah

teroksidasi terutama bila terdedahkan di udara pada pelat KLT dan dapat juga

mengalami pengisomeran trans-cis selama ditangani. Larutan β-Carotene harus

disimpan di tempat yang gelap dan ideal.

Gambar 2.7. Struktur molekul pigmen β-Carotene (Hamann, 2008)

Spektrum β-Carotene sangat khas antara 400-500 nm, dua puncak utama

di sekitar 450 nm dan biasanya ada dua puncak tambahan pada kedua sisi puncak

utama. Letak ketiga kamsimum yang tepat, beragam, bergantung pada pigmennya.

Sedangkan untuk pigmen β-Carotene dapat dilihat pada gambar 2.8. Untuk β-

Carotene biasanya identifikasinya adalah pada sinar tampak. Sedangkan pada

spektroskopi infra merah tidak ada gunanya, tetapi berharga untuk mendeteksi

cirri struktur tertentu, seperti gugus keto atau asetilena.

Gambar 2.8. Spektrum serapan β-Carotene (Gao et.al, 2000)


commit to user

16

2.3.5 Elektrolit

Salah satu bagian dari DSSC adalah elektrolit. Elektrolit dalam DSSC

berfungsi untuk menggantikan kehilangan elektron pada pita HOMO dari dye

akibat eksitasi elektron dari pita HOMO ke pita LUMO karena penyerapan cahaya

tampak oleh dye. Elektrolit juga dapat menerima elektron pada sisi counter

electrode. Elektrolit terdiri dari pasangan redoks yang sangat penting dalam

menentukan karakteristik fotovoltaik dan daya tahan DSSC. DSSC menggunakan

pasangan elektrolit I- dan I3

- sebagai elektrolit, karena sifatnya yang stabil dan

mempunyai reversibility yang baik (Wang et.al., 2005).

2.3.6. Counter Elektrode

Counter elektrode dalam DSSC digunakan sebagai katalis. Penggunaan

katalis yang umum digunakan yaitu platina dan karbon. Penggunaan masing-

masing jenis elektroda mempunyai kelebihannya masing-masing. Pada penelitian

ini elektroda yang digunakan yaitu karbon. Karbon mempunyai luas permukaan

yang relatif lebih luas dibandingkan dengan platina.

Karbon aktif digunakan dalam industri pangan maupun non pangan.

Dalam industri pangan karbon aktif digunakan untuk menyerap gas dan peroksida

yang menyebabkan kerusakan oksidatifpada minyak. Sedangkan untuk industri

non pangan, karbon aktif berfungsi untuk memurnikan bahan-bahan kima seperti

asam sitrat, asam galat, dan lain sebagainya. Selain itu karbon aktif juga dapat

digunakan sebagai adsorben dan katalis (Yunianto, 2002).

2.3.7. Karakteristik Sifat Optik

Banyaknya sinar radiasi yang diabsorbsi oleh suatu larutan analit dapat

dihubungkan dengan konsentrasi analit tersebut. Hubungan ini dapat dijelaskan

dengan menggunakan Hukum Lambert-Beer. Pada tahun 1729 Bouguer dan tahun

1760 Lambert menyatakan bahwa apabila energi elektomagnetik diabsorbsi oleh

suatu larutan maka kekuatan energi yang akan ditransmisikan kembali akan

menurun secara geometri (secara eksponensial) dengan jarak atau panjang yang

ditempuh oleh gelombang tersebut.


commit to user

17

Gambar 2.9. Skema Hukum Lambert-Beer (Ingle, 1988)

Hukum Lambert menyatakan bahwa berkas cahaya datang yang diabsorbsi

oleh suatu materi tidak bergantung pada intensitasnya. Hukum Lambert ini hanya

berlaku jika di dalam material tidak ada reaksi kimia ataupun proses fisis yang

dapat dipicu oleh berkas cahaya datang tersebut. Intensitas cahaya yang di

absorbsi oleh material tersebut dapat dituliskan dalam persamaan (2.8) (Ingle,

1988).

0ITI

(2.8)

Cahaya dengan intensitas 𝐼0 melewati suatu larutan dengan konsentrasi 𝑐,

dan ketebalan wadah larutan 𝑙 , dan cahaya yang keluar memiliki intensitas 𝐼.

Hukum Beer menyatakan bahwa absorbansi cahaya berbanding lurus dengan

konsentrasi dan ketebalan media yang dinyatakan dalam persamaan (2.9)

lcTLog

I

IA )()log(

0 (2.9)

Sehingga diperoleh persamaan :

lcA

I

IT 1010

0 (2.10)


commit to user

18

Koefisien absorbsi α dapat diperoleh menggunakan persamaan (2.10)

)ln(

1ln

1

0

TlI

I

l

(2.11)

Dengan

A = absorbansi

= koefisien absorbansi

T = trasmitansi

Io = daya cahaya datang (W.m-2

)

I = daya cahaya keluar (W.m-2

)

c = kosentrasi molar (mol. l-1

)

l = tebal media (m)


commit to user

19

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Material Jurusan Fisika dan

Laboratorium Gedung C, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

(MIPA), Universitas Sebelas Maret Surakarta. Penelitian dilaksanakan pada bulan

Juli – Desember 2011.

3.2. Alat dan Bahan

3.2.1. Alat Penelitian

Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah

1. UV-Visible Spectrometer Lambda 25 (1 perangkat)

2. Diffractometer D8 Advance (XRD) (1 perangkat)

3. Two Point Probe Elkahfi 100 (1 perangkat)

4. Keithley I-V meter 2402A (1 perangkat)

5. Hot Plate IKA® C-MAG HS-7 (1 buah)

6. Timbangan Digital Mettler Toledo AL204 (1 buah)

7. Vortex stirrer IKA® C-MAG HS-7 (1 perangkat)

8. Solar Power Meter Tes 1333R (1 buah)

9. Ultrasonic cleaner (1 buah)

10. Lampu OHP (1 buah)

11. Kaca Flourine doped Tin Oxide (FTO) (10 buah)

12. Kertas Saring merk whatman no.42 (1 lembar)

13. Gelas Beker 20 ml (2 buah)

14. Hair Dryer (1 buah)

15. Gelas Ukur 10 ml (3 buah)

16. Pengaduk Magnetik (2 buah)

17. Botol Kaca 5 ml (10 buah)

18. Lempeng Tembaga 5 cm x 1 cm (2 buah)

19. Multimeter (2 buah)


commit to user

20

20. Cawan krus 75 ml (2 buah)

21. Corong (2 buah)

22. Aluminium Foil (3 lembar)

23. Pipet Tetes Kaca (4 buah)

24. Pisau (1 buah)

25. Kaca Preparat (8 buah)

26. Penjepit Kertas (4 buah)

27. Tissu (5 gulung)

3.2.2. Bahan Penelitian

Bahan yang digunakan dalam penelitian adalah:

1. Wortel segar jenis mantes.

2. N-hexane (1 liter)

3. Etanol (1 liter)

4. Bubuk TiO2 jenis rutile (20 gr)

5. Metanol (1 liter)

6. Larutan Elektrolit dengan PEG (5 ml)

7. Keyboard Protector (1 buah)


commit to user

21

3.3. Diagram Penelitian

Secara umum diagram penelitian ditunjukkan pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1. Diagram alir penelitian

Persiapan

Ekstraksi dye β-carotene

Didapatkan larutan

dye β-carotene

Pembuatan lapisan TiO2

dengan slip casting

Fabrikasi DSSC

Pengujian Karakteristik

I-V

Karakteristik dasar

Absorbansi I-V

Preparasi bubuk TiO2 Karakterisasi XRD

Perhitungan Efisiensi

Analisa dan kesimpulan

Pembuatan Counter

Elektroda


commit to user

22

3.3.1. Persiapan

Persiapan yang dilakukan adalah persiapan dan pembersihan alat-alat

ekstraksi. Proses persiapan untuk ekstraksi dilakukan dengan pembersihan alat

berupa gelas beker, corong, magnet stirrer. Alat-alat tersebut dibersihkan dengan

menggunakan methanol. Selain proses persiapan ekstraksi, dilakukan pula

pembersihan kaca konduktif (FTO) untuk pengujian sampel dengan methanol

menggunakan ultrasonic cleaner seperti ditunjukkan pada gambar 3.2.

Pembersihan kaca konduktif menggunakan ultrasonic cleaner agar kaca terbebas

dari material-material yang tidak mampu dibersihkan dengan air saja. Kaca

konduktif yang bersih mempengaruhi hasil pengujian dari sampel yang akan

dilapiskan pada kaca konduktif tersebut.

Gambar 3.2. Pembersihan kaca preparat dengan ultrasonic cleaner

3.3.2. Ekstraksi Dye β-Carotene wortel

Ekstraksi adalah pemisahan suatu zat dari campurannya dengan

pembagian sebuah zat terlarut antara dua pelarut yang tidak dapat tercampur untuk

mengambil zat terlarut tersebut dari satu pelarut ke pelarut yang lain.

Gambar 3.3. Proses Ekstraksi Dye β-Carotene wortel


commit to user

23

Dye yang akan digunakan kali ini menggunakan pewarna alami, yang

diekstraksi dari wortel menggunakan hidrolisis tidak langsung dengan metode

pemanasan. Pertama kali wortel dicuci dan dirajang kecil dengan ukuran 0,5 x 0,5

cm. Setelah itu wortel ditimbang sebanyak 3 variasi penimbangan yaitu 20 gr, 30

gr, dan 40 gr. Masing-masing diekstraksi dengan n-hexane dan diaduk dengan

magnet stirrer selama 30 menit pada suhu 45oC. Setelah itu dilakukan

penyaringan larutan tersebut sehingga didapatkan dye alami yang dibutuhkan

(Wei Lin, 2007).

Gambar 3.4. Proses penyaringan pada ekstraksi Dye β-Carotene wortel

3.3.3. Karakterisasi dye β-Carotene

3.3.3.1. Karakterisasi Absorbansi dye β-Carotene

Hasil ekstraksi dye dalam bentuk larutan diuji absorbansinya dengan

Spektrometer UV-Vis. Spektrometer UV-Vis ditunjukkan pada Gambar 3.5.

Pengujian larutan β-Carotene dilakukan untuk mengetahui kemampuan

absorbansi pada setiap sampel yang dihasilkan dari proses ekstraksi β-Carotene.

Semua sampel diuji untuk mengetahui spektrum masing-masing sampel.

Sampel diuji pada panjang gelombang 350 nm sampai 800 nm. Pelarut

dimasukkan pada kuvet hingga kuvet terisi pada batas kuvet, dan dilakukan

baseline correction untuk menghilangkan background noise yang muncul saat uji

sampel. Sebagai larutan pembandingnya digunakan n-hexane. N-hexane

merupakan pelarut saat pembuatan ekstrak β-Carotene. Setelah diuji


commit to user

24

dibandingkan antara dye yang dibuat dengan massa wortel yang berbeda sehingga

sebanding dengan perbedaan konsentrasi dye.

Gambar 3.5. UV-Vis Spektrometer Lambda-25

3.3.3.2. Karakteristik I-V dye β-Carotene

Pengukuran karakteristik I-V larutan dapat dilakukan dengan

mengalirkan arus pada dua elektroda dengan jarak tertentu dan luas tertentu.

Kedua elektroda tersebut dicelupkan ke dalam larutan β-Carotene sehingga jika

Elkahfi 100 IV-meter dihidupkan, arus akan mengalir pada larutan tersebut.

Pengukuran resistansi larutan β-Carotene dilakukan dengan menggunakan metode

dua titik (two point probe).

Berdasarkan hukum Ohm, nilai resistansi bergantung pada kuat arus yang

terukur melalui amperemeter dan tegangan yang terukur oleh voltmeter. Hukum

Ohm dapat dituliskan dengan persamaan sebagai berikut:

𝑉 = 𝐼.𝑅

R merupakan resistansi dalam Ω, V adalah tegangan dalam volt dan I

adalah arus listrik yang mengalir dalam ampere (A). Skema pengukuran



commit to user

25

Gambar 3.6. Skema pengukuran karakteristik I-V larutan β-carotene

Dalam metode ini digunakan Elkahfi 100 IV-meter dalam rangkaian

dengan tahapan sebagai berikut:

a. Merangkai alat percobaan sesuai dengan skema diatas.

b. Menyalakan Elkahfi-100 IV-meter yang telah terhubung dengan

komputer.

c. Mengatur arus, tegangan awal dan akhir, serta beberapa pengaturan

yang sesuai dengan pengambilan data dalm software Elkahfi.

d. Memasang sampel pada probe, kemudian dioperasikan dengan

software Elkahfi-100 yang tersedia untuk pengambilan data pada

kondisi gelap maupun disinari dengan cahaya lampu OHP.

e. Menyimpan data ke bentuk file Microsoft Excel untuk memudahkan

dalam mengolah.

Data yang didapatkan dari uji ini adalah tegangan dan arus yang terukur

oleh Elkahfi IV-meter. Dari data tersebut dapat dihitung konduktivitas dan

resistivitas sampel yang kita uji.

Gambar 3.7. Elkahfi-100 IV-meter


commit to user

26

3.3.4. Karakteristik XRD bubuk TiO2

Penentuan struktur kristal menggunakan metode difraksi sinar-X dengan

alat XRD Bruker D8 Advance. Sampel diuji menggunakan D8 Advance

menggunakan radiasi Cu Kα (1,5406 Å) pada tegangan 40 kV, dan arus sebesar

40 mA. Hasil difraktometer dibandingkan dengan data JCPDS TiO2. Dalam hal

ini karakterisasi X-ray Diffraction (XRD) dilakukan untuk mengidentifikasi TiO2

yang akan dibuat lapisan.

Gambar 3.8. Difraktometer sinar-X tipe D8 Advance (Bruker)

3.3.5. Pembuatan Lapisan TiO2

3.3.5.1. Pembuatan Pasta TiO2

Langkah awal dalam pembuatan lapisan TiO2 adalah membuat pasta TiO2.

Dalam pembuatan pasta ini meliputi:

1. Menimbang bubuk TiO2 sebanyak 3 gram.

2. Malarutkan bubuk TiO2 ke dalam ethanol sebanyak 3 ml di gelas beker.

3. Mengaduk campuran tadi selama 10 menit dengan Vortex Stirrer untuk

mendapatkan homogenisasi pasta TiO2.

4. Pasta siap digunakan untuk pembuatan lapisan tipis TiO2.

Pasta yang dihasilkan dari proses ini tidak dapat disimpan lama, karena

akan mengeras dan menjadi agregat.


commit to user

27

3.3.5.2. Deposisi Lapisan Tipis

Setelah pasta TiO2 berhasil dibuat, maka langkah selanjutnya adalah

mendeposisikannya pada kaca substrat yaitu kaca konduktif FTO. Dalam

penelitian ini menggunakan kaca konduktif FTO dengan hambatan 78,5 ohm.

Deposisi pasta TiO2 dilakukan dengan metode slip casting, yaitu membuat lapisan

tipis dengan meratakan pasta pada screen area ukuran tertentu. Dalam hal ini

menggunakan ukuran 2 cm x 1 cm.

Setelah TiO2 dan kaca konduktif siap, kemudian dilakukan langkah-

langkah sebagai berikut:

1. Letakkan kaca FTO pada permukaan yang bersih dan rata dengan sisi

konduktif berada di atas. Untuk mengecek sisi yang konduktif

menggunakan ohmmeter dengan menjepitkan probe-nya pada

permukaan kaca.

2. Tutup tiga sisi kaca FTO menggunakan scotch tape seperti yang

diperlihatkan pada gambar 3.9.

Gambar 3.9. Ilustrasi ukuran scotch tape

Gambar 3.10. FTO yang telah ditutup dengan scotch tape


commit to user

28

3. Setelah itu mulai deposisikan pasta TiO2 di atas FTO secukupnya.

Kemudian menggunakan spatula kaca yang bersih, ratakan pasta TiO2

ke seluruh permukaan FTO dengan ketebalan yang merata.

Gambar 3.11. Ilustrasi deposisi pasta TiO2 pada kaca FTO

4. Setelah pasta TiO2 dideposisikan, FTO didiamkan sesaat agar lapisan

TiO2 kering. Kemudian scotch tape dilepaskan perlahan hingga tidak

ada lapisan yang terkelupas.

5. Pembuatan lapisan tipis TiO2 sebanyak tiga buah, karena ada tiga

variasi dye.

6. Lapisan tipis tersebut dipanaskan pada suhu 150oC.

Gambar 3.12. Proses sintering lapisan tipis TiO2


commit to user

29

3.3.6. Pembuatan Counter Elektroda

Counter elektroda berfungsi sebagai elektroda lawan yang mempercepat

kinetika reaksi proses reduksi pada FTO. Langkah-langkah pendeposisian counter

elektroda adalah sebagai berikut:

1. Kaca konduktif FTO dengan hambatan 78,5 Ω dipersiapkan sebanyak

tiga buah.

2. Kemudian dilakukan pengecekan untuk menentukan bagian yang

konduktif.

3. Mendeposisikan karbon dari jelaga lilin pada kaca FTO.

4. Membersihkan lapisan karbon tersebut sehingga terbentuk lapisan

dengan luas area 2 𝑥 1 cm.

Gambar 3.13. Proses deposisi carbon dengan pembakaran lilin

5. Terakhir, lapisan tersebut dipanaskan pada suhu 150oC agar karbon

terikat pada substrat kaca FTO dengan baik.

3.3.7. Fabrikasi DSSC

Setelah seluruh komponen DSSC siap, maka dilakukan pembuatan DSSC

dengan langkah sebagai berikut:

1. Lapisan tipis TiO2 yang telah dibuat direndam dalam dye dengan

dilakukan variasi konsentrasi dye yang telah dibuat masing-masing tiga

sampel. Perendaman ke dalam larutan β-carotene dilakukan selama 1

jam.

2. Sampel yang sudah selesai direndam dibersihkan dengan ethanol

kemudian dikeringkan.


commit to user

30

3. Pasang keyboard protector seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.14.

Pemasangan keyboard protector ini dimaksudkan agar larutan elektrolit

tidak sampai keluar area aktif lapisan TiO2. Selain itu pemasangan ini

dimaksudkan juga untuk mencegah adanya short oleh larutan elektrolit

pada DSSC.

Gambar 3.14. Pemasangan keyboard protector untuk mencegah short.

4. Teteskan larutan elektrolit diatas lapisan tipis TiO2 yang telah

direndam dalam dye selama 1 jam tersebut.

Gambar 3.15. Larutan elektrolit

5. Kaca FTO dengan elektroda kerja dan counter elektroda carbon

disusun seperti gambar 3.16.

Gambar 3.16. Struktur DSSC pada penelitian ini.


commit to user

31

6. Jepit susunan di atas, untuk kontak pada DSSC dibuat dengan

menggunakan penjepit buaya pada tepi elektroda lawan dan elektroda

kerja seperti pada Gambar 3.17.

Gambar 3.17. Kontak pada DSSC yang dibuat.

3.3.8. Uji Karakteristik I-V dan Efisiensi DSSC

Dengan menggunakan uji karakteristik I-V ini, performansi sel surya dapat

dilihat melalui pengukuran arus dan variasi tegangan. Terdapat 2 macam kurva

karakteristik I-V yang didapat dari pengujian ini, yaitu saat kondisi gelap dan

pada kondisi di sinari cahaya. Hal ini akan menunjukkan ada tidaknya sifat

fotokonduktivitas DSSC. Pada kondisi terang DSSC disinari dengan lampu OHP

dengan intensitas 1245 W/m2. Pengukuran intensitas cahaya dengan solar power

meter TES 1333R. Sedangkan pengukuran I-V dilakukan dengan menggunakan

seperangkat keithley 2602A system source yang ditunjukkan oleh gambar 3.18.

Gambar 3.18. (a) Pengujian I-V pada DSSC dengan menggunakan

Keithley 2602A (b) Solar Power Meter 1333R

(a) (b)


commit to user

32

Uji I-V pada kondisi gelap ditutup dengan kotak yang dilapisi dengan

alumunium foil. Sehingga setelah uji ini didapatkan perbedaan konduktivitas

antara uji DSSC pada kondisi terang yang disinari dengan cahaya dari OHP dan

pada kondisi gelap. Dari grafik karakteristik I-V kondisi terang yang didapatkan

dapat ditentukan nilai fill factor maupun efisiensinya.


commit to user

33

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Ekstraksi Dye β-Carotene

Pada penelitian ini telah dilakukan ekstraksi dye β-Carotene wortel.

Wortel yang digunakan dalam penelitian ini merupakan wortel segar berjenis

mantes, yaitu wortel hasil kombinasi dari jenis wortel imperator dan chantenang

dengan umbi akar wortel berwarna khas oranye. β-Carotene diekstraksi

menggunakan pelarut n-hexane (non-polar) seperti dijelaskan oleh Edia, dkk

(1998). Wortel dikupas dan diiris kecil-kecil dengan ukuran 0,5 x 0,5 cm dan tebal

0,1 cm, setelah itu ditimbang masing-masing sebanyak 20 gr, 30 gr dan 40 gr.

Kemudian ketiganya diekstraksi menggunakan n-hexane masing-masing dengan

volume 50 ml selama 30 menit pada suhu 40oC. Setelah ekstraksi selesai,

dilakukan penyaringan untuk mendapatkan larutan dye β-Carotene. Hasil

ekstraksi tersebut didapatkan 3 larutan dengan konsentrasi yang berbeda-beda.

Gambar 4.1. Foto hasil ekstraksi β-Carotene dari wortel.

Gambar 4.1 menunjukkan hasil ekstraksi β-Carotene dari wortel

berwarna orange bening dengan konsentrasi yang berbeda. Hal tersebut

didapatkan karena masing-masing sampel menggunakan massa ekstraksi wortel

yang berbeda-beda, sehingga jumlah β-Carotene yang terlarut dalam n-hexane

berbeda pula. Untuk menamakan sampel ekstraksi menggunakan S1 untuk


commit to user

34

ekstraksi menggunakan 20 gr wortel, S2 menggunakan 30 gr wortel, dan S3

menggunakan 40 gr wortel, masing-masing dilarutkan pada 50 ml pelarut n-

hexane.

4.2. Hasil Uji Absorbansi Dye β-Carotene Wortel

Semikonduktor TiO2 tidak menyerap cahaya tampak, akan tetapi

mengabsorbsi cahaya UV. Absorbsi UV olehnya dapat menyebabkan terjadinya

radikal hidroksil yang menyebabkan pigment sebagai fotokatalis. Penggunaan

bahan pewarna (sensitizer) merupakan salah satu cara untuk memperbaiki sifat

semikonduktor dengan meningkatkan absorbansi pada panjang gelombang cahaya

tampak dari bahan semikonduktor TiO2.

Absorbansi merupakan kuantitas yang menyatakan kemampuan bahan

dalam menyerap (mengabsorbsi) cahaya. Senyawa organik mampu mengabsorbsi

cahaya sebab senyawa organik mengandung elektron valensi yang dapat dieksitasi

ke tingkat energi yang lebih tinggi (Wijayanti, 2010). Salah satu senyawa organik

tersebut adalah β-Carotene. β-Carotene merupakan salah satu zat warna alami

yang berpotensi dimanfaatkan sebagai fotosensitizer. Karakteristik absorbansi β-

Carotene dalam mengabsorbsi cahaya menjadi hal yang penting dalam

pemanfaatannya, yaitu sebagai dye sensitizer pada DSSC. Oleh karena itu perlu

dilakukan uji absorbansi hasil ekstraksi wortel tersebut. Spektrum absorbans

diukur pada rentang panjang gelombang 350 nm – 800 nm yang merupakan

spektrum sinar tampak.

Proses pengujian absorbansi dye β-Carotene pada tiga sampel diawali

dengan proses baseline pada spektrometer. Proses ini bertujuan untuk mengurangi

pengaruh n-hexane sebagai pelarut pada ekstraksi wortel sehingga hanya spektrum

absorbsi dari zat terlarut saja yang terukur. Selanjutnya setelah proses baseline,

dilakukan pengujian absorbsi dye β-Carotene dari wortel.


commit to user

35

Gambar 4.2. Grafik absorbansi larutan β-Carotene wortel.

.

Gambar 4.2 memperlihatkan grafik absorbansi sebagai fungsi dari

panjang gelombang. Dapat diamati dengan jelas bahwa puncak absorbansi β-

Carotene ketiga sampel adalah pada panjang gelombang yang sama, yaitu pada

448 nm dan 475 nm. Selain itu, hasil uji absorbansi tersebut mempunyai

karakteristik yang hampir sama dengan spektrum absorbansi β-Carotene seperti

ditunjukkan pada gambar 2.8. Hal ini menunjukkan bahwa β-Carotene telah

didapatkan dari ekstraksi wortel. Hasil pengujian tersebut memperlihatkan bahwa

absorbsi pada S1, S2 dan S3 terjadi pada rentang panjang gelombang yang sama

yakni 380-480 nm.

Dari grafik gambar 4.2 juga menunjukkan bahwa setiap panjang

gelombang mempunyai nilai absorbansi maksimum yang berbeda. Hal ini dapat

diketahui dari nilai absorbansi setiap sampel. Nilai absorbansi S1 adalah yang

paling rendah jika dibandingkan dengan S2 dan S3. Sedangkan S3 adalah yang

paling tinggi. Kemampuan absorbansi dari S1 ke S3 semakin meningkat

menunjukkan kadar β-Carotene dalam pelarut semakin meningkat. Dengan kata

lain S3 mempunyai kadar β-Carotene paling tinggi jika dibandingkan dengan S1

maupun S2 karena kandungan β-Carotene-nya adalah yang paling banyak.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

350 450 550 650 750

Ab

sorb

ansi

Panjang Gelombang (nm)

20 gr wortel + 50 ml n-hexane



S1

S2

S3

448 475


commit to user

36

4.3. Karakteristik I-V Dye β-Carotene

Konduktivitas listrik suatu larutan bergantung pada konsentrasi, jenis,

dan pergerakan ion di dalam larutan. Ion yang mudah bergerak memiliki

konduktivitas listrik yang besar. Konduktivitas β-Carotene hasil ekstraksi yang

akan digunakan sebagai dye pada DSSC harus mampu mengalirkan listrik dan

memiliki perbedaan karakteristik pada kondisi gelap dan terang. Oleh karena itu

larutan dye dari hasil ekstraksi wortel ini harus diuji karakteristiknya.

Dye selain sebagai fungsi absorbsi, juga perlu diuji karakteristik sifat

listriknya. Pengukuran ini dilakukan untuk mengetahui respon cahaya dengan

mengukur I-V pada saat gelap dan pada saat disinari. Pengukuran I-V larutan dye

β-Carotene ini dilakukan di Lab. Material Fisika Universitas Sebelas Maret

Surakarta. Metode yang digunakan adalah metode two point probe dengan

bantuan Elkahfi IV-meter yang mampu menghasilkan data arus dan tegangan.

Pengukuran I-V dilakukan dengan dua kondisi yaitu kondisi terang dan

kondisi gelap. Pengukuran pada kondisi gelap dilakukan dengan menutup larutan

dengan kotak penutup, sehingga kondisi di sekitar larutan akan gelap. Sedangkan

pada kondisi terang dilakukan tanpa kotak penutup. Larutan disinari dengan

lampu OHP dengan intensitas 875 W/m2. Pengukuran intensitas lampu OHP

menggunakan Solar Power Meter Tes 1333R.

Karakterisasi I-V dilakukan dengan nilai tegangan 0-9 V. Dengan

memberikan beda tegangan pada kedua ujung plat tembaga dengan jarak elektroda

8 mm dan luas penampang tercelup 35 mm2, maka terjadi aliran arus melewati

larutan β-Carotene yang dapat diukur dengan rangkaian two point probe yang

terhubung dengan Elkahfi IV-meter.

Perbedaan kemampuan larutan β-Carotene dalam mengabsorbsi cahaya

mempengaruhi kemampuannya dalam mengalirkan elektron. Hal ini ditunjukkan

pada hasil pengujian I-V larutan. Pada gambar 4.2. menunjukkan kemampuan

absorbansi paling tinggi pada sampel S3, hal yang sama muncul pada kemampuan

S3 yang ditunjukkan pada gambar 4.4 dalam menghasilkan arus. Sampel S3

memiliki kemampuan paling tinggi dibanding sampel lainnya. Perbandingan

kemampuan semua sampel pada satu kondisi gelap yang sama ditampilkan pada


commit to user

37

gambar 4.3. Tampilan dari perbandingan semua sampel larutan β-Carotene saat

kondisi terang ditunjukkan pada Gambar 4.4.

Gambar 4.3. Grafik karakteristik I-V larutan β-Carotene pada kondisi gelap

dengan 𝑙 = 8 mm dan 𝐴 = 35 mm2

Gambar 4.3 menunjukkan hasil pengujian semua sampel pada kondisi

gelap. Perbandingan antar sampel menunjukkan kemampuan sampel dalam

mengalirkan arus. Dari hasil kurva menunjukkan S3 menghasilkan arus yang

paling tinggi dari pada sampel yang lain. Hal ini menunjukkan bahwa fraksi β-

Carotene terlarut menentukan konduktivitas larutan.

Gambar 4.4 menunjukkan hasil pengujian semua sampel pada kondisi

terang. Dari hasil kurva menunjukkan S3 menghasilkan arus yang paling tinggi

dari pada sampel yang lain. Hal ini menunjukkan bahwa larutan dye β-Carotene

menunjukkan konsistensi walaupun diberi cahaya.

0.00E+00

5.00E-06

1.00E-05

1.50E-05

2.00E-05

2.50E-05

3.00E-05

3.50E-05

0 2 4 6 8 10

Aru

s (A

)

Tegangan (V)

S1-Gelap

S2-Gelap

S3-Gelap


commit to user

38

Gambar 4.4. Grafik karakteristik I-V larutan β-Carotene pada kondisi terang

dengan 𝑙 = 8 mm dan 𝐴 = 35 mm2 pada intensitas 875 W/m

2

Sedangkan perbandingan nilai konduktivitas dari ketiga dye tersebut pada

kondisi terang dan kondisi gelap disajikan dalam bentuk tabel 4.1.

Tabel 4.1. Perbandingan nilai konduktivitas dye kondisi disinari dan

kondisi gelap

Dye Konduktivitas Gelap

(Ω.m)-1

Konduktivitas Disinari

(Ω.m)-1

S1 (5,9 ± 1,6) × 10−4 (13,1 ± 1,9) × 10−4

S2 (7,7 ± 1,8) × 10−4 (18,9 ± 6,4) × 10−4

S3 (8,2 ± 1,1) × 10−4 (28,3 ± 4,2) × 10−4

Hasil pengukuran respon cahaya terhadap larutan dye β-Carotene pada

perbandingan masing-masing sampel ditunjukkan pada Gambar 4.5. Gambar

tersebut menunjukkan perbandingan setiap sampel pada kondisi gelap dan terang.

Teramati dengan jelas karakteristik peningkatan arus secara linier ketika tegangan

dinaikkan. Arus yang muncul pada kondisi gelap lebih kecil dibandingkan larutan

pada kondisi terang. Hasil ini mengidentifikasikan bahwa β-Carotene berperan

sebagai fotosensitizer sehingga terdapat arus listrik. Gambar 4.5. memperlihatkan

perbandingan kurva hasil pengujian karakteritik I-V antara S1, S2, dan S3.

0.00E+00

1.00E-05

2.00E-05

3.00E-05

4.00E-05

5.00E-05

6.00E-05

7.00E-05

8.00E-05

9.00E-05

0 2 4 6 8 10

Aru

s (A

)

Tegangan (V)

S1-Terang

S2-Terang

S3-Terang


commit to user

39

Gambar 4.5. Kurva I-V gelap-terang larutan β-Carotene wortel (a) Sampel 1 (S1),

(b) Sampel 2 (S2), dan (c) Sampel 3 (S3)

Kurva karakteristik I-V pada sampel S1 kondisi gelap dan terang

menunjukkan selisih besar nilai arus pada kondisi gelap dan terang. Arus yang

dihasilkan kondisi terang lebih tinggi dibandingkan kondisi gelap. Begitu juga

pengujian yang sama dilakukan pada S2 dan S3.

Pada pengujian karakteristik listrik larutan S2, hubungan antara arus dan

tegangan pada kondisi gelap dan terang seperti pada Gambar 4.5b. Terlihat pada

kurva selisih arus gelap-terang pada sampel S2 ini lebih besar jika dibandingkan

dengan sampel sebelumnya S1. Begitu juga jika kita melihat pada sampel S3

terlihat lebih besar selisih nilai arus gelap-terangnya jika dibandingkan dengan

sampel S1 dan S2.

Jika dilihat dari grafik, semakin besarnya selisih nilai arus dari sampel S1

ke S3 semakin besar. Peningkatan selisih arus pada kondisi gelap-terang ini

disebabkan oleh meningkatnya aliran elektron yang terjadi di dalam larutan β-

-1.00E-05

5.30E-19

1.00E-05

2.00E-05

3.00E-05

4.00E-05

5.00E-05

6.00E-05

7.00E-05

8.00E-05

9.00E-05

0 2 4 6 8 10

Aru

s (A

)

Tegangan (V)

Gelap

Terang

-1.00E-05

5.30E-19

1.00E-05

2.00E-05

3.00E-05

4.00E-05

5.00E-05

6.00E-05

7.00E-05

8.00E-05

9.00E-05

0 2 4 6 8 10

Aru

s (A

)

Tegangan (V)

Gelap

Terang

0.00E+00

1.00E-05

2.00E-05

3.00E-05

4.00E-05

5.00E-05

6.00E-05

7.00E-05

8.00E-05

9.00E-05

0 2 4 6 8 10

Aru

s (A

)

Tegangan (V)

Gelap

Terang

(a) (b)

(c)


commit to user

40

Carotene saat kondisi disinari. Hal ini terjadi karena absorbansi yang semakin

tinggi menyebabkan aliran elektron di dalam larutan β-Carotene semakin

meningkat. Sehingga menyebabkan sampel S3 mempunyai selisih arus yang

paling besar jika dibandingkan dengan S1 dan S2.

4.4. Karakterisasi XRD Bubuk TiO2

Karakterisasi X-Ray Diffraction (XRD) dilakukan untuk mengetahui

struktur kristal semikonduktor TiO2.. Pola difraksi sinar-X sampel TiO2

ditunjukkan pada Gambar 4.6 menandakan TiO2 mempunyai fasa kristal rutile.

Gambar 4.6. Difraktogram XRD pada TiO2 rutile.

Pengujian powder TiO2 ini menggunakan XRD Bruker D8 Advance.

Target yang digunakan adalah Cu dengan panjang gelombang 0,15406 nm.

Analisis dilakukan dengan membandingkan puncak-puncak intensitas pada

sampel dengan puncak-puncak standar dari JCPDS database. Pola difraksi pada

Gambar 4.6 menunjukkan puncak tertinggi pada sudut 2θ sebesar 27,5012o.

Rentang sudut ini merupakan fase kristal rutile dengan bidang (101). Sehingga

dapat disimpulkan bahwa setelah TiO2 yang akan dibuat lapisan adalah TiO2

dengan fase rutile.

20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

Inte

nsi

tas

2θ (deg)

(110)

(101)

(111)

(211)

(220) (301)

(210) (200) (310) (221) (112)


commit to user

41

4.6. Karakterisasi I-V dan Efisiensi DSSC

Untuk mengetahui kinerja sel surya dilakukan pengukuran karakteristik

arus-tegangan (I-V) pada kondisi tersinari dengan menggunakan sumber cahaya

lampu OHP dengan intensitas 1245 mW/cm2

dan pada kondisi gelap. Alat yang

digunakan adalah Keithley 2602 A untuk mengkarakterisasi I-V ketiga DSSC yang

telah dibuat.

Gambar 4.7. Susunan DSSC dengan struktur berlapis (sandwich)

Dalam pengukuran I-V ini DSSC bertindak seperti dioda. Sistem DSSC

tersebut dikatakan mati, apabila arus yang dihasilkan sistem saat tegangan 0 (Isc)

bernilai nol. Hal ini berarti bahwa di dalam sistem DSSC tidak terjadi aliran

elektron yang bisa menghasilkan arus listrik. Performa DSSC dipengaruhi oleh

konstruksi sistem DSSC itu sendiri, seperti elektroda kerja, elektroda lawan

(counter electrode) dan larutan elektrolit yang digunakan.

Karakterisasi I-V DSSC ini meliputi DSSC tanpa elektrolit dan DSSC

dengan elektrolit. Hal ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh elektrolit pada

struktur DSSC. Kurva pada gambar 4.8 merupakan perbandingan antara DSSC

menggunakan dye S1 dengan elektrolit dan tanpa elektrolit pada saat disinari

dengan lampu OHP dengan intensitas 1245 W/m2.


commit to user

42

Gambar 4.8. Grafik perbandingan DSSC tanpa elektrolit dan dengan elektrolit

Dari kurva pada gambar 4.8 dapat dilihat bahwa terjadi perbedaan antara

DSSC yang menggunakan elektrolit dengan tanpa elektrolit. Dari kurva tersebut

dapat kita analisa bahwa elektrolit mempunyai peranan penting dalam pembuatan

DSSC. Fungsi dari elektrolit tersebut adalah untuk menggantikan kehilangan

elektron pada pita HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) dari dye akibat

eksitasi elektron dari pita HOMO ke pita LUMO (Lowest Unoccupied Molecular

Orbital) karena penyerapan cahaya tampak oleh dye. DSSC tanpa elektrolit

ternyata saat dikarakterisasi menggunakan Keithley 2602 A I-V meter tidak dapat

membentuk kurva seperti diode. Bahkan kurva yang terbentuk tidak mempunyai

pola keteraturan tertentu yang merupakan faktor yang berpengaruh dalam DSSC.

Untuk mengetahui performa DSSC yang telah dibuat, selanjutnya

karakterisasi I-V DSSC dengan dye S1, S2 dan S3. Karakterisasi ini juga

menggunakan Keithley 2602A I-V meter. Masing-masing DSSC di ukur pada

kondisi gelap dan kondisi disinari lampu OHP dengan intensitas 1245 W/m2. Dari

data yang diambil menggunakan Keithley 2602A I-V meter pada 3 DSSC dengan

dye S1, S2, dan S3 dapat diketahui Vpp, Ipp, Voc, dan Isc. Kurva pada gambar

4.10 menunjukkan hasil dari karakterisasi I-V DSSC yang menggunakan (a) dye

S1, (b) dye S2 dan (c) dye S3.

-1.00E-03

-5.00E-04

0.00E+00

5.00E-04

1.00E-03

1.50E-03

2.00E-03

2.50E-03

-0.5 -0.3 -0.1 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 1.1

Aru

s (A

)

Tegangan (V)

Tanpa Elektrolit

S1-Dengan ELektrolit


commit to user

43

Gambar 4.9. Cara menentukan Voc dan Isc serta menghitung efisiensi.

Dari data didapatkan :

Ichy : 1245 W/m2

A : 2,0 × 10−4 m2

Vm : 11,8 × 10−2 volt

Im : 2,0 × 10−5 ampere

Voc : 17,8 × 10−2 volt

Isc : 3,0 × 10−5 ampere


Ichy : 1245 W/m2

A : 2,0 × 10−4 m2

Vm : 14,8 × 10−2 volt

Im : 1,6 × 10−5 ampere

Voc : 23,1 × 10−2 volt

Isc : 2,6 × 10−5 ampere

-0.001

-0.0005

0

0.0005

0.001

0.0015

0.002

0.0025

-1 -0.5 0 0.5 1 1.5

Aru

s (A

)

Tegangan (V)

Gelap

Terang

-0.0004

-0.0002

0

0.0002

0.0004

0.0006

0.0008

0.001

0.0012

0.0014

-1 -0.5 0 0.5 1 1.5

Aru

s (A

)

Tegangan (V)

Gelap

Terang

(a)

(b)

𝜂 % =𝑃𝑜𝑢𝑡

𝑃𝑖𝑛× 100% =

𝑉𝑜𝑐 . 𝐼𝑠𝑐 .𝐹𝐹

𝐼𝑐𝑎ℎ𝑎𝑦𝑎 .𝐴× 100%

𝐹𝐹 =𝑉𝑚𝑎𝑥 . 𝐼𝑚𝑎𝑥

𝑉𝑜𝑐 . 𝐼𝑠𝑐


commit to user

44


Ichy : 1245 W/m2

A : 2,0 × 10−4 m2

Vm : 14,8 × 10−2 volt

Im : 2,1 × 10−5 ampere

Voc : 23,9 × 10−2 volt

Isc : 3,3 × 10−5 ampere

Gambar 4.10. Grafik karakterisasi I-V DSSC dengan (a) dye S1, (b) dye S2 dan

(c) dye S3

Adanya penyinaran oleh sumber cahaya pada permukaan sampel akan

meningkatkan pasangan electron dan hole. Elektron adalah partikel bermuatan

yang mampu dipengaruhi oleh medan listrik. Kehadiran medan listrik pada

elektron dapat mengakibatkan elektron bergerak. Pasangan elektron-hole akan

terpisah oleh medan listrik yang kemudian akan berkontribusi terhadap

peningkatan arus (Rahmawati, 2011).

Sesuai dengan gambar 4.9 maka kurva I-V yang dihasilkan dari pengujian

menggunakan Keithley 2602A I-V meter dapat ditentukan ditentukan nilai arus

short circuit (Isc), tegangan open circuit (Voc), fill factor (FF), dan efisiensinya.

Yang mana hasil tersebut disajikan dalam tabel 4.2.

Tabel 4.2. Hasil perhitungan uji efisiensi DSSC

No DSSC Voc (V) Isc (A) fill factor

(FF) Efisiensi (%)

1 DSSC dye S1 17,8 ×10-2

3,0 ×10-5

0,44 (9,5 ± 0,7) × 10-4

2 DSSC dye S2 23,1 ×10-2

2,6 ×10-5

0,39 (9,5 ± 0,7) × 10-4

3 DSSC dye S3 23,9 ×10-2

3,3 ×10-5

0,40 (12,5 ± 0,9) × 10-4

-0.0005

0

0.0005

0.001

0.0015

0.002

0.0025

-1 -0.5 0 0.5 1 1.5

Aru

s (A

)

Tegangan (V)

Gelap

Terang

(c)


commit to user

45

Tabel 4.2 menunjukkan efisiensi dari fabrikasi DSSC dengan variasi

konsentrasi dye. Dari tabel di atas DSSC dengan efisiensi tertinggi adalah DSSC

dye S3 yaitu sebesar (12,5 ± 0,9) × 10-4 %. Hal tersebut dikarenakan konsentrasi

dye yang paling tinggi adalah pada dye S3 sehingga mampu mengabsorbsi cahaya

yang paling banyak. Dari data yang diperoleh di atas dapat disimpulkan bahwa

semakin tinggi konsentrasi semakin meningkat efisiensinya pula.


commit to user

46

BAB V

PENUTUP

5.1. Simpulan

Berdasarkan hasil pembuatan dan pengujian DSSC dapat disimpulkan sebagai

berikut :

1. β-carotene hasil ekstraksi wortel telah dibuat dan mampu menjadi dye pada

DSSC dengan uji absorbansi dan uji I-V pada kondisi gelap dan disinari

cahaya. Dari hasil pengujian menunjukkan bahwa dye β-carotene wortel

mampu sebagai fotosensitizer pada sistem DSSC. Pada kondisi gelap

onduktivitas dye S1 sebesar 5,9 ± 1,6 × 10−4 (Ω. m)−1, S2 sebesar

(7,7 ± 1,8) × 10−4(Ω. m)−1 dan S3 sebesar 8,2 ± 1,1 × 10−4(Ω. m)−1 .

Pada kondisi disinari cahaya 875 W/m2 konduktivitas dye S1 sebesar

(13,1 ± 1,9) × 10−4(Ω. m)−1 , S2 sebesar (18,9 ± 6,4) × 10−4(Ω. m)−1 ,

dan S3 sebesar 28,3 ± 4,2 × 10−4 Ω. m −1.

2. Telah berhasil dibuat sel surya tipe DSSC menggunakan TiO2 sebagai bahan

semikonduktor serta β-carotene wortel sebagai dye pada DSSC.

3. Hasil pengujian karakteristik I-V pada DSSC menunjukkan semakin tinggi

konsentrasi dye β-carotene, semakin tinggi pula efisiensi DSSC tersebut.

Efisiensi dari DSSC yang telah dibuat menggunakan dye S1 sebesar (9,5 ±

0,7) × 10-4

%, S2 sebesar (9,5 ± 0,7) × 10-4

% dan S3 sebesar (12,5 ± 0,9) ×

10-4

%.

5.2. Saran

Dari hasil penelitian ini saran untuk penelitian selanjutnya adalah

1. Pada penelitian selanjutnya proses ekstraksi β-carotene dilakukan dengan

HPLC karena dengan alat ini proses kromatografi lebih cepat serta β-

carotene yang dihasilkan lebih murni.


commit to user

47

2. Dari pembuatan DSSC sebaiknya menggunakan TiO2 jenis anatase dengan

nano kristal. Hal ini berdasar dari referensi yang pernah dibuat jenis anatase

mempunyai hasil DSSC yang lebih baik.

3. Pada penelitian selanjutnya pengukuran efisiensi DSSC menggunakan IPCE

Measurement Kit.

EKSTRAK BETA KAROTEN WORTEL (DAUCUS CAROTA/Ekstrak... · perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id...

Documents

Transcript of EKSTRAK BETA KAROTEN WORTEL (DAUCUS CAROTA/Ekstrak... · perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id...