STUDI AWAL FABRIKASI DYE SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC) MENGGUNAKAN

EKSTRAKSI BUNGA SEPATU (HIBISCUS ROSA SINENSIS L) SEBAGAI DYE

SENSITIZER DENGAN VARIASI LAMA ABSORPSI DYE

Henni Eka Wulandari, Drs. Gontjang Prajitno

Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Surabaya 2012

Abstrak

Telah dilakukan “Studi Awal Fabrikasi Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) Menggunakan

Ekstraksi Bunga Sepatu (Hibiscus Rosa Sinensis L)dengan Variasi Lama Absorpsi Dye”. Susunan sel

surya berbentuk “sandwich” dengan elektroda kerja yang terdiri dari TiO2 dan dye, elektroda karbon

serta elektrolit yang terletak diantara dua elektroda tersebut. Sel surya dianalisa menggunakan sumber

cahaya matahari dan halogen dengan variasi lama perendaman pada lapisan TiO2 yaitu 2 jam dan 24

jam. Sel surya ini telah dapat mengkonversi energi cahaya menjadi energi listrik kemudian

dikarakterisasi arus dan tegangannya. Dari hasil pengukuran tegangan pada perendaman lapisan TiO2

kedalam larutan dye selama 24 jam lebih baik daripada perendaman 2 jam namun keduanya sama-sama

stabil sedangkan arus yang dihasilkan keduanya sama-sama menurun.

Kata kunci : Dye-sensitized solar cell (DSSC), Sel Surya, Dye, Hibiscus Rosa Sinensis L

I. PENDAHULUAN

Energi merupakan bagian penting dalam kehidupan masyarakat karena hampir semua aktivitas

manusia membutuhkan energi. Kebutuhan energi semakin meningkat di seluruh negara di dunia.

Kebutuhan yang meningkat terhadap energi kenyataannya bertabrakan dengan kebutuhan umat manusia

untuk menciptakan lingkungan yang bersih dan bebas dari polusi. Energi terbarukan adalah energi yang

berasal dari alam seperti cahaya matahari dan angin yang dapat diperbarui secara alamiah. Penggunaan

energi melalui solar cell atau sel surya merupakan alternatif yang paling potensial. Salah satu alasannya

mengapa menggunakan sel surya adalah sumber energi alami jangka panjang adalah matahari. Dye-

Sensitized Solar Cell (DSSC) dapat menjadi terobosan baru dalam sel surya yang merupakan kandidat

utama untuk memperoleh energi dari matahari karena sel surya dapat merubah cahaya matahari menjadi

energi listrik. dengan nilai efisiensi konversi yang tinggi, sehingga dapat menghasilkan daya permanen

dengan biaya operasi rendah dan bebas polusi. Pada penelitian ini bertujuan untuk (1) membuat DSSC

dengan TiO2 sebagai bahan semikonduktor dengan menggunakan ekstraksi bunga sepatu yang dapat

mengkonversi energi cahaya menjadi energi listrik, (2) mengetahui pengaruh lama perendaman larutan

dye pada permukaan lapisan TiO2 terhadap hasil arus dan tegangan yang dihasilkan.

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Energi Matahari

Dalam kaitannya dengan sel surya,

perangkat yang mengkonversi radiasi sinar

matahari menjadi listrik, terdapat dua paramater

dalam energi surya yang paling penting :

pertama intensitas radiasi, yaitu jumlah daya

matahari yang datang kepada permukaan per

luas area, dan karakteristik spektrum cahaya

matahari. Intensitas radiasi matahari diluar

atmosfer bumi disebut konstanta surya, yaitu

sebesar 1353 W/m2. Setelah disaring oleh

atmosfer bumi, beberapa spektrum cahaya

hilang, dan intensitas puncak radiasi menjadi

sekitar 1000W/m2. Nilai ini adalah tipikal

intensitas radiasi pada keadaan permukaan tegak

lurus sinar matahari dan pada keadaan cerah [1].

2.2 Sel Surya

Perkembangan sistem konversi energi surya

menjadi energi listrik berlangsung melalui

sistem yang disebut sebagai sel photovoltaik. Sel

surya merupakan suatu mekanisme yang bekerja

berdasarkan efek photovoltaik dimana foton dari

radiasi diserap kemudian dikonversi menjadi

energi listrik. [2].

Sistem photovoltaik yang telah diteliti dan

paling terkenal adalah sistem photovoltaik

generasi ketiga yang dikembangkan oleh

Michael Grätzel pada 1991 dimana sistem ini

dinamakan sel surya pewarna tersensitisasi (dye

sensitised solar cell) [3].

2.3 Dye Sensitized Solar Cell (DSSC)

Sel surya nanokristal TiO2 tersensitasi dye

dikembangkan sebagai konsep alternatif bagi

piranti fotovoltaik konvensional berbasis silikon.

Sistem sel surya ini pertama kali dikembangkan

oleh Grätzel sehingga disebut juga sel Grätzel.

Beberapa keuntungan sistem sel surya ini adalah

proses pabrikasinya lebih sederhana tanpa

menggunakan peralatan rumit dan mahal

sehingga biaya pabrikasinya lebih murah [3].

Efisiensi konversi sistem sel surya tersensitasi

dye telah mencapai 10-11% [4]. Namun

demikian, sel surya ini memiliki kelemahan

yaitu stabilitasnya rendah karena penggunaan

elektrolit cair yang mudah mengalami degradasi

atau kebocoran [5].

Sel surya TiO2 tersensitasi dye terdiri dari

lapisan nanokristal TiO2 berpori sebagai

fotoanoda, dye sebagai fotosensitizer, elektrolit

redoks dan elektroda lawan (katoda) yang diberi

lapisan katalis [4]. Struktur sel surya ini

berbentuk struktur sandwich, dimana dua

elektroda yaitu elektroda TiO2 tersensitasi dye

dan elektroda counter mengapit elektrolit.

Berbeda dengan sel surya silikon, pada sel surya

tersentisisasi dye, foton diserap oleh dye yang

melekat pada permukaan partikel TiO2. Dalam

hal ini dye bertindak sebagai donor elektron

yang dibangkitkan ketika menyerap cahaya,

mirip fungsi klorofil pada proses fotosintesis.

Sedangkan lapisan TiO2 bertindak sebagai

akseptor elektron yang ditransfer dari dye

teroksidasi. Elektrolit redoks berupa pasangan

iodide/triodide (I-/I3

-) bertindak sebagai

mediator redoks sehingga menghasilkan proses

siklus di dalam sel [6].

Gambar 2.1 Struktur Dye-sensitized Solar Cell

2.4 Prinsip Kerja Dye Sensitized Solar Cell

Elektroda kerja pada DSSC merupakan kaca

yang sudah dilapisi oleh TiO2 yang telah

terabsorbsi oleh dye, yang mana TiO2 berfungsi

sebagai collector elektron sehingga dapat

disebut sebagai semikonduktor tipe-n. Struktur

nano pada TiO2 memungkinkan dye yang

teradsorpsi lebih banyak sehingga menghasilkan

proses absorbsi cahaya yang lebih efisien. Pada

elektron pembanding dilapisi katalis berupa

karbon untuk mempercepat reaksi redoks pada

elektrolit. Pasangan redoks yang umumnya

dipakai yaitu I-/I3

- (iodide/triiodide) [3].

Pada DSSC dye berfungsi sebagai donor

elektron yang menyebabkan timbulnya hole saat

molekul dye terkena sinar matahari. Sehingga

dye dapat dikatakan sebagai semikonduktor tipe-

p. Ketika molekul dye terkena sinar matahari,

electron dye tereksitasi dan masuk ke daerah

tereduksi yaitu lapisan titanium dioksida.

Gambar 2.2 Prinsip KerjaDSSC [7]

Prinsip kerja pada DSSC secara skematik

ditunjukkan pada gambar 2.2, sedangkan proses

yang terjadi di dalam DSSC dapat dijelaskan

sebagai berikut:

a. Ketika foton dari sinar matahari menimpa

elektroda kerja pada DSSC, energi foton

tersebut diserap oleh larutan dye yang

melekat pada permukaan partikel TiO2.

Sehingga elektron dari dye mendapatkan

energi untuk dapat tereksitasi (D*).

D + cahaya D* (2.1)

b. Elektron yang tereksitasi dari molekul dye

tersebut akan diinjeksikan ke pita konduksi

TiO2 dimana TiO2 bertindak sebagai

akseptor / kolektor elektron. Molekul dye

yang ditinggalkan kemudian dalam keadaan

teroksidasi (D+).

D* + TiO2 e-(TiO2) + D

+ (2.2)

c. Selanjutnya elektron akan ditransfer

melewati rangkaian luar menuju elektroda

pembanding (elektroda karbon).

d. Elektrolit redoks biasanya berupa pasangan

iodide dan triiodide (I-/I3

-) yang bertindak

sebagai mediator elektron sehingga dapat

menghasilkan proses siklus dalam sel.

Triiodida dari elektrolit yang terbentuk akan

menangkap elektron yang berasal dari

rangkaian luar dengan bantuan molekul

karbon sebagai katalis.

e. Elektron yang tereksitasi masuk kembali ke

dalam sel dan bereaksi dengan elektrolit

menuju dye teroksidasi. Elektrolit

menyediakan elektron pengganti untuk

molekul dye teroksidasi. Sehingga dye

kembali ke keadaan awal dengan persamaan

reaksi [3] :

D+ + e

-(elektrolit) elektrolit + D (2.3)

Tegangan yang dihasilkan oleh sel surya

nanokristal tersensitisasi dye berasal dari

perbedaan tingkat energi konduksi elektroda

semikonduktor TiO2 dengan potensial

elektrokimia pasangan elektrolit redoks (I-/I3

-).

Sedangkan arus yang dihasilkan dari sel surya

ini terkait langsung dengan jumlah foton yang

terlibat dalam proses konversi dan bergantung

pada intensitas penyinaran serta kinerja dye yang

digunakan [8].

2.5 Karakteristik Titanium Dioxide

TiO2 merupakan bahan semikonduktor yang

sudah dikenal luas memiliki sifat optik yang

baik. TiO2 yang ada di alam pada umumnya

mempunyai tiga fasa yaitu rutile, anatase, dan

brookite. Struktur kristal TiO2 pada fasa rutile,

anatase dan brookite.

Dalam aplikasinya pada fotokatalis, hanya

dua fasa TiO2 yang sering digunakan sebagai

fotokatalis, yaitu: anatase dan rutile.

Terbentuknya fasa anatase maupun fasa rutile

pada struktur polikristalin TiO2 bergantung pada

transisi fasa yang kristalin TiO2. Titania pada

fasa anatase umumnya stabil pada ukuran

partikel kurang dari 11 nm, fasa brookite pada

ukuran partikel 11 – 35 nm, dan fasa rutile diatas

35 nm. Dalam aplikasinya pada fotokatalis,

umumnya digunakan TiO2 pada fasa anatase

karena mempunyai kemampuan fotokatalitik

yang tinggi. Selain itu, untuk meningkatkan

kinerja sistem, struktur nanokristal dan juga luas

permukaan yang tinggi dari TiO2 adalah faktor

yang penting untuk meningkatkan densitas dan

transfer elektron [9].

TiO2 dengan struktur nanopori yaitu ukuran

pori dalam skala nano akan menaikan kinerja

sistem karena struktur nanopori mempunyai

karakteristik luas permukaan yang tinggi

sehingga akan menaikan jumlah dye yang

terabsorp yang implikasinya akan menaikan

jumlah cahaya yang terabsorbsi.

2.6 UV-Vis

Spektroskopi adalah studi mengenai

interaksi cahaya dengan atom dan molekul.

Radiasi cahaya atau elektromagnet dapat

dianggap menyerupai gelombang. Dasar

spektroskopi UV-Vis adalah serapan cahaya.

Bila cahaya jatuh pada senyawa, maka sebagian

dari cahaya diserap oleh molekul-molekul sesuai

dengan struktur dari molekul senyawa tersebut.

Serapan cahaya oleh molekul dalam daerah

spektrum UV-Vis tergantung pada struktur

elektronik dari molekul. Spektra UV-Vis dari

senyawa-senyawa organik berkaitan erat dengan

transisi-transisi diantara tingkatan-tingkatan

tenaga elektronik. Oleh sebab itu, serapan

radiasi UV-Vis sering dikenal sebagai

spektroskopi elektronik. Keuntungan dari

serapan ultraviolet yaitu gugus-gugus

karakteristik dapat dikenal dalam molekul-

molekul yang sangat kompleks [10].

Panjang gelombang cahaya UV-Vis jauh

lebih pendek daripada panjang gelombang

radiasi inframerah. Spektrum sinar tampak

terentang dari sekitar 400 nm (ungu) sampai 700

nm (merah), sedangkan spektrum ultraviolet

terentang dari 100 nm sampai 400 nm [11].

Gambar 2.3 Spektrum Cahaya Elektromagnetik [11]

Ketika cahaya polikromatis mengenai suatu

zat, maka cahaya dengan panjang gelombang

tertentu saja yang akan diserap. Di dalam suatu

molekul yang memegang peranan penting adalah

elektron valensi dari setiap atom yang ada

hingga terbentuk suatu materi. Elektron-elektron

yang dimiliki oleh suatu molekul dapat

berpindah, berputar (rotasi) dan bergetar

(vibrasi) jika dikenai suatu energi.

Jika zat menyerap cahaya tampak dan UV

maka akan terjadi perpindahan elektron dari

keadaan dasar menuju ke keadaan tereksitasi.

Perpindahan elektron ini

disebut transisi elektronik. Apabila cahaya yang

diserap adalah cahaya inframerah maka elektron

yang ada dalam atom atau elektron ikatan pada

suatu molekul dapat hanya akan bergetar

(vibrasi). Sedangkan gerakan berputar elektron

terjadi pada energi yang lebih rendah lagi

misalnya pada gelombang radio.

Atas dasar inilah spektrofotometri

dirancang untuk mengukur konsentrasi suatu

suatu yang ada dalam suatu sampel. Dimana zat

yang ada dalam sel sampel disinari dengan

cahaya yang memiliki panjang gelombang

tertentu. Ketika cahaya mengenai sampel

sebagian akan diserap, sebagian akan

dihamburkan dan sebagian lagi akan diteruskan

[12].

Gambar 2.4 Mekanisme peralatan spektrometer UV-

Vis [13]

Cahaya yang diserap oleh suatu zat berbeda

dengan cahaya yang ditangkap oleh mata

manusia. Cahaya yang tampak atau cahaya yang

dilihat dalam kehidupan sehari-hari disebut

warna komplementer. Misalnya suatu zat akan

berwarna orange bila menyerap warna biru dari

spektrum sinar tampak dan suatu zat akan

berwarna hitam bila menyerap semua warna

yang terdapat pada spektrum sinar tampak.

Untuk lebih jelasnya perhatikan tabel berikut

[14]:

Tabel 2.1 Skala spektrum cahaya tampak [14]

Panjang

gelombang

(nm)

Warna

warna yang

diserap

Warna

komplementer

(warna yang

terlihat)

400 – 435 Ungu Hijau

kekuningan

435 – 480 Biru Kuning

480 – 490 Biru

kehijauan Jingga

490 – 500 Hijau

kebiruan Merah

500 – 560 Hijau Ungu

kemerahan

560 – 580 Hijau

kekuningan Ungu

580 – 595 Kuning Biru

595 – 610 Jingga Biru kehijauan

610 – 800 Merah Hijau kebiruan

2.7. Performansi 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) ditunjukkan pada Gambar

2.4.

Gambar 2.5 Kurva I-V solar cell [1]

Gambar 2.5 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

[1] :

(2.4)

Dengan menggunakan fill factor maka

maksimum daya dari sel surya didapat dari

persamaan:

(2.5)

Sehingga efisiensi sel surya yang didefinisikan

sebagai daya yang dihasilkan dari sel (Pmax )

dibagi dengan daya dari cahaya yang datang

(Pcahaya ) :

(2.6)

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.

I

V Voc

Isc

Mpp (Vmpp, Impp) Imp

p

Vmpp

Kondisi standar yang telah digunakan untuk

menguji solar sel dengan intensitas cahaya

1000 W/m2, distribusi spektrum dari pancaran

matahari seperti Gambar 2.5, 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 [1].

Gambar 2.6 Spektrum Pancaran Matahari [1]

III. METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Diagram Penelitian

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

3.2.1 Persiapan

Tahap persiapan ini meliputi persiapan

dan pembersihan alat-alat untuk ekstraksi dan

pembuatan pasta TiO2. Proses persiapan untuk

ekstraksi dilakukan dengan pembersihan alat

berupa mortar dan gelas kimia.

Selain proses persiapan ekstraksi dan

pembuatan pasta TiO2 dilakukan pula

pembersihan kaca ITO sebagai pengujian sampel

dengan ultrasonic cleaner. Pembersihan kaca

substrat agar kaca terbebas dari material-

material yang tidak mampu dibersihkan

dengan air saja. Kaca yang bersih

mempengaruhi hasil pengujian dari sampel

yang akan dilapiskan pada kaca substrat.

Kemudian kaca yang sudah dibersihkan tersebut

di uji resistansinya menggunakan mulitmeter.

3.2.2 Pembersihan Kaca ITO (Indium Tin

Oxide)

Alkohol 70% dituang pada gelas kimia

sebanyak 200ml. Kaca ITO ukuran 2x2 cm yang

akan dibersihkan dimasukkan pada gelas kimia

yang telah berisi alcohol (gambar 3.2.)

Ultrasonic cleaner diisi aquades sampai batas

yang ditentukan. Gelas kimia yang berisi alkohol

dan kaca ITO dimasukkan ke ultrasonic cleaner

diset waktu 60 menit. Setelah 60 menit kaca di

keringkan menggunakan hairdryer. Kemudian

diukur resistansi pada kaca ITO (gambar 3.3).

3.2.3 Pembuatan Pasta TiO2 (Titanium

Dioxide)

Pasta TiO2 dibuat dari 6 gram bubuk TiO2

yang dihaluskan terlebih dahulu dalam mortar,

kemudian ditambahkan 10 ml larutan asam

asetat diaduk selama 10 menit dan ditambahkan

10 tetes Triton X-100 diaduk terus sampai 30

menit (gambar 3.4a). Pasta TiO2 yang sudah

terbentuk dimasukkan ke dalam botol (gambar

3.4b) kemudian ditutup. Sebelum pasta TiO2

akan digunakan dikocok dulu.

3.3.4 Pembuatan Bahan Dye

Pembuatan dye dilakukan di

Laboratorium Bahan Fisika FMIPA ITS. Bunga

sepatu (Hibiscus Rosa Sinensis L) (gambar 3.5a)

di drying dengan suhu 2000C selama 1 jam.

Kelopak bunga sepatu yang telah kering

dihancurkan menggunakan mortar & alu

sehingga menjadi serbuk. Serbuk tersebut

ditambahkan asam asetat dan etanol. Diaduk rata

sehingga menghasilkan sebuah larutan (gambar

3.5) yang digunakan sebagai dye.

Penetesan elektrolit ke

elektroda kerja

Pengujian DSSC

Analisa hasil

data

Persiapan

Pembuatan pasta

TiO2

Deposisi TiO2

pada kaca ITO

Pembuatan

elektroda karbon

Pembuatan

sandwich DSSC

Absorbsi dye

ke lapisan TiO2

Karakterisasi larutan dye

dengan UV-Vis

Pembuatan ekstrak

bunga sepatu

Pembersihan kaca

Indium Tin Oxide

(ITO)

3.3.5 Pembuatan Elektroda Karbon

Elektroda pembanding pada penelitian ini

adalah berupa kaca dengan permukaan konduktif

yang dilapisi oleh karbon. Fungsi karbon sebagai

katalis untuk mempercepat reaksi pada DSSC.

Karbon yang digunakan adalah grafit dari pensil

kayu. Sebuah pensil berjenis 8B diarsir secara

merata pada kaca yang dipakai sebagai substrat

(gambar 3.6a). Kemudian disintering dengan

menggunakan api dari lilin (gambar 3.6b) agar

menjadi lapisan karbon (gambar 3.6c).

3.2.6 Deposisi Pasta TiO2

Pasta TiO2 dideposisikan diatas area yang

telah dibuat pada sisi kaca konduktif dengan

metode doctor blade yaitu dengan bantuan

batang pengaduk untuk meratakan pasta (gambar

3.7a). Pada kaca ITO berukuran 2x2cm dibentuk

area untuk pendeposisian TiO2 berukuran

1,5x1,5cm diatas permukaan konduktif. Sisi ITO

ditempel selotip sebagai pembatas. Pasta TiO2

yang telah siap sebelumnya diletakkan diatas

permukaan kaca ITO yang sudah disiapkan.

Kemudian lapisan dikeringkan selama kurang

lebih 5 menit dan disintering diatas hot plate

pada temperatur 300oC selama 10 menit (gambar

3.7b).

3.2.7 Absorbsi Dye Lapisan TiO2

Penelitian dilakukan dengan variasi

perendaman dye pada lapisan TiO2 (gambar

3.8a). Dua sampel dibuat masing-masing lapisan

TiO2 direndam ke dalam larutan dye selama 2

jam (gambar 3.8b) dan 24 jam (gambar 3.8c).

3.2.8 Penetesan Elektrolit

Elektroda kerja yang terdiri dari kaca

terlapisi TiO2 dan telah terabsorbsi oleh dye

diberi elektrolit (gambar 3.9). Penetesan

elektrolit dilakukan pada setiap sampel yaitu

pada elektroda kerja yang terabsorbsi selama 2

jam dan 24 jam sebanyak dua tetes.

3.2.9 Pembuatan Sandwich DSSC

Susunan lapisan DSSC berupa kaca

sebagai substrat yang sudah dilapisi dengan TiO2

kemudian pelapisan dye hasil ekstraksi yang

disebut elektroda kerja ditetesi larutan elektrolit

kemudian ditutup dengan kaca yang sudah

dilapisi karbon yang disebut elektroda

pembanding. Kemudian susunan DSSC tersebut

dijepit dengan sebuah penjepit di dua sisi kanan

dan kiri (gambar 2.10).

Gambar 3.1 Susunan DSSC

3.2.10 Karakterisasi Absorbansi Larutan Dye

Karakterisasi larutan Dye dilakukan di

Laboratorium Instrumen & Kimia Serapan

Kimia FMIPA ITS. Setelah bahan di ekstrak

dengan metode tersebut di atas, larutan dye

tersebut di uji karakterisasinya dengan

menggunakan Spektrofotometer UV-Vis

Beckman DU-7500 (lihat gambar 3.11) untuk

mengetahui berapa daya serap larutan dye

tersebut dan berapa panjang gelombangnya.

Larutan dye diletakkan pada cuvet.

3.2.11 Karakterisasi I dan V DSSC

Lapisan DSSC yang terbentuk

dikarakterisasi arus dan tegangannya dengan

menggunakan multimeter. Sumber cahaya

matahari (gambar 3.12a) dan lampu halogen

(gambar 3.12b) diarahkan tegak lurus terhadap

permukaan sel surya.

(a)

(b)

Gambar 3.2 (a) Rangkaian Pengukuran Karakterisasi

Arus Dan Tegangandengan sumber cahaya matahari;

(b) Rangkaian Pengukuran Karakterisasi Arus Dan

Tegangandengan sumber cahaya lampu halogen

IV. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Analisa Absorpsi Larutan Dye Bunga

Sepatu

Analisa absorbansi larutan dye bunga sepatu

menggunakan Spektrofotometer UV-Vis

Beckman DU-7500.

Gambar 4.1 Spektrum absorbansi dye bunga

sepatu

Tabel 4.1 Tabel Puncak Absorbsi Dye

Bunga Sepatu

Panjang Gelombang

(nm)

Puncak

Absorbsi

357 1,5514

366 1,4791

438 0.5007

516 0,7355

4.2 Hasil Pengukuran Tegangan dan Arus

DSSC dengan Sumber Cahaya Matahari

Pengukuran tegangan dan arus pada DSSC

pada pukul 13.30 dengan variasi lama

perendaman lapisan TiO2 selama 2 jam dan 24

jam. Data tabel 4.1 adalah hasil pengukuran

tegangan dan arus menggunakan sumber cahaya

matahari dengan diketahui pada intensitas

tertentu, pengambilan data per 15 detik.

Gambar 4.2 Hubungan Tegangan terhadap Waktu

dengan Sumber Cahaya Matahari

Gambar 4.3 Hubungan Arus terhadap Waktu dengan

Sumber Cahaya Matahari

4.3. Hasil Pengukuran Tegangan dan Arus

DSSC dengan Sumber Cahaya Lampu

Halogen

Pengukuran tegangan dan arus pada DSSC

dengan variasi lama perendaman kaca ITO yang

terlapisi TiO2 ke dalam larutan dye yaitu selama

2 jam dan 24 jam. Data tabel 4.1 adalah hasil

pengukuran tegangan dan arus menggunakan

sumber cahaya lampu halogen dengan intensitas

= 269 lux, pengambilan data per 15 detik.

Gambar 4.4 Hubungan Tegangan terhadap Waktu

dengan Sumber Cahaya Lampu Halogen

Gambar 4.5 Hubungan Arus terhadap Waktu dengan

Sumber Cahaya Lampu Halogen

4.4 Pembahasan

Pada penelitian ini sebelum membuat sel

surya jenis Dye Sensitized Solar Cell (DSSC)

yang berbasis Titanium Dioxide (TiO2) yang

menggunakan bahan organik, hal pertama yang

dilakukan adalah membuat larutan dye dari

ekstraksi bunga sepatu yang dapat menyerap dan

meneruskan spektrum cahaya tampak. Zat warna

ini berfungsi sebagai dye-sensitizer. Larutan dye

bunga sepatu ini kemudian dikarakterisasi

menggunakan Spektrofotometer UV-Vis

Beckman DU-7500 untuk mengetahui panjang

gelombang yang dapat ditangkap larutan dye.

Spektrum absorbansi diukur pada rentang

panjang gelombang 350 – 800 nm. Hasil

karakterisasi spektrum absorbansi pada gambar

4.1 memperlihatkan bahwa spektrum serapan

ekstrak bunga sepatu mencakup 350 – 540 nm.

Berdasarkan tabel 4.1 hasil spektrum absorbansi

larutan dye bunga sepatu terdapat puncak pada

panjang gelombang 512 nm. Dengan demikian

sesuai dengan tabel 2.1 pigmen yang ada pada

bunga sepatu dominan menyerap spektrum

warna hijau (500 – 560 nm) ini bersesuaian

dengan warna ekstrak yang kemerahan. Terdapat

nilai puncak yang lain yaitu 366 nm dan 438 nm,

hal ini berarti larutan dye bunga sepatu juga

dapat bekerja pada spektrum cahaya halogen

yang digunakan pada penelitian ini yaitu

berkisar 360 – 500 nm. Berdasarkan nilai

absorpsi yang dihasilkan oleh UV-Vis, nilai

absorpsi larutan dye bunga sepatu paling tinggi

berada pada 366 nm. Ini bersesuaian dengan

hasil pengukuran arus dan tegangan saat

menggunakan sumber cahaya matahari yang

sebagian besar memancarkan sinar UV. Sinar

UV sendiri terdapat dalam rentang 100 – 400

nm.

Sel surya jenis DSSC pada penelitian ini

terdiri dari tiga bagian utama, yaitu elektroda

kerja, elektroda pembanding dan larutan

elektrolit. Elektroda kerja terdiri dari kaca

konduktif transparan, seperti Indium Tin

Oxida (ITO), lapisan semikonduktor TiO2 dan

lapisan dye bunga sepatu. Elektroda pembanding

terdiri dari kaca konduktif transparan dan

lapisan karbon. Elektrolit yang digunakan

adalah larutan garam kalium iodida (KI).

Berdasarkan hasil pengukuran tegangan

DSSC pada gambar 4.2 dan 4.4 memperlihatkan

bahwa keluaran tegangan sel surya yang

direndam 24 jam lebih baik daripada yang

direndam 2 jam dan hasil tegangan keduanya

sama-sama stabil. Sedangkan hasil pengukuran

arus pada gambar 4.3 dan 4.5 menghasilkan

data hasil keluaran arus yang sama-sama cepat

menurun. Karena hasil keluaran arus pada sel

surya ini tidak stabil dan menurun secara drastis

maka hasil pengukuran tidak dapat

dikarakterisasi performansi sel suryanya.

Performansi sel surya sendiri meliputi fill factor

(FF) serta efisiensi sel surya.

Berdasarkan hasil keluaran tegangan dan

arus yang didapat menggunakan sumber cahaya

matahari dan halogen terlihat bahwa tegangan

yang dihasilkan sudah cukup baik dan stabil

namun arus yang dihasilkan kurang optimal.

Rendahnya arus keluaran ini disebabkan oleh

beberapa faktor yaitu ukuran partikel dan

ketebalan pasta TiO2 yang dideposisikan pada

kaca ITO, lama perendaman pada dye, intensitas

sumber cahaya serta penggunaan elektrolit cair.

Bahan TiO2 yang digunakan pada

penelitian ini masih berukuran mikro. Ukuran

partikel mikro mempengaruhi jumlah dye yang

teradsorpsi pada permukaan TiO2 relatif

sedikit yang mengakibatkan rendahnya kinerja

sel surya yang dihasilkan. Namun bahan TiO2

yang berukuran mikro ini masih dapat

diterapkan dalam DSSC karena memiliki 98,5%

anatase dan 1,5% rutile. Perlu diketahui bahwa

dalam aplikasi DSSC TiO2 sebagai fotokatalis,

umumnya yang digunakan TiO2 pada fasa

anatase karena mempunyai kemampuan

fotokatalitik yang tinggi.

Ketebalan pasta yang tidak ragam juga

berpengaruh pada arus yang dihasilkan dimana

semakin tebal lapisan pasta TiO2 semakin

sedikit elektron yang dapat mengalir ke lapisan

kaca konduktif ITO. Ini disebabkan karena

sebagian elektron ditangkap kembali oleh dye

yang teroksidasi.

Faktor lama perendaman sudah dapat

terlihat pada penelitian yaitu semakin lama

perendaman lapitan TiO2 pada dye maka kinerja

sel semakin baik karena intensitas yang diserap

pada dye akan semakin banyak sehingga

berpengaruh juga pada arus yang dihasilkan

pada proses konversi. Semakin besar intensitas,

semakin banyak jumlah foton yang terlibat

dalam proses konversi, sehinga semakin besar

arus.

Larutan elektrolit yang digunakan pada

penelitian ini adalah elektrolit cair yaitu larutan

Kalium Iodida (KI). Elektrolit cair lebih mudah

menguap, elektrolit dalam bentuk gel atau

padatan akan lebih efisien diterapkan pada

DSSC karena lebih tahan lama.

V. Kesimpulan dan Saran

5.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang diperoleh dari penelitian

Tugas Akhir yaang berjudul “Studi Awal

Fabrikasi Dye Sensitized Solar Cell (DSSC)

Menggunakan Ekstraksi Bunga Sepatu Sebagai

Dye Sensitizer Dengan Variasi Lama Absorpsi

Dye“ antara lain :

1. Telah berhasil dibuat sel surya tipe

DSSC menggunakan TiO2 sebagai

bahan semikonduktor dengan ekstraksi

bunga sepatu sebagai dye yang dapat

mengkonversi energi cahaya menjadi

energi listrik.

2. Pengukuran tegangan dan arus dengan

variasi lama perendaman lapisan TiO2

ke dalam larutan dye memperlihatkan

bahwa hasil tegangan pada perendaman

lapisan TiO2 kedalam larutan dye selama

24 jam lebih besar daripada perendaman

2 jam namun keduanya sama-sama stabil

sedangkan arus yang dihasilkan

keduanya sama-sama menurun.

5.2 Saran

Dari hasil penelitian ini saran untuk

penelitian selanjutnya adalah

1. Sebaiknya dilakukan perendaman dye

pada lapisan TiO2 dengan berbagai

waktu perendaman untuk mendapatkan

waktu perendaman yang optimum.

2. Sebaiknya pada penelitian selanjutnya

TiO2 yang digunakan berukuran

nanopartikel.

3. Sebaiknya elektrolit yang digunakan

berupa elektrolit cair yang lebih kental

berupa gel atau padatan.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Green, Martin A, 1998, “Solar Cell

Operating Principles Technology and

System Application”, Prencentice Hall, Inc:

Evylewood Cliffs N J.

[2] Malvino, B., Tjia, (1986), “Aproksimasi

Rangkaian Semikonduktor penghantar

Transistor dan Rangkaian Terpadu”,

Jakarta: Erlangga.

[3] O’regan and Gratzel, M, 1991, “A Low-

Cost, High Efficiency Solar Cell Based On

Dye-Sensitized Colloidal TiO2 Films”,

Nature Vol. 353. Issue 6346, 737.

[4] Schmidt-Mende L & Grätzel M, 2006,

“Pore-Filling and Its Effect on The

Efficiency of Solid-State Dye-Sensitized

Solar Cell. Thin Solid Films”, 500:296-301.

[5] Huang ML, Yang HX, Wu JH, Lin JM, Lan

Z, Li PJ, Hao SC, Han P & Jiang QW,

2007, “Preparation of a Novel Polymer Gel

Electrolyte Gel based on N-methyl-

quinoline Iodide and Its Application in

Quasi-Solid-State Dye-Sensitized Solar

Cell”, J. Sol-Gel Sci. Techn. 42 (27): 65-

70.

[6] Smestad GP & Grätzel M, 1998,

“Demonstrating Electron and

Nanotechnology. J. Chem.Educ”, 75 (6):1-

6.

[7] Tobin, Laura L.; O'Reilly, Thomas; Zerulla,

Dominic;Sheridan, John T, 2009,

“Characterising Dye-Sensitized Solar

Cells”, Society of Photo-Optical

Instrumentation Engineers

[8] Li B, Wang L, Kang B, Wang P & Qiu Y,

2006, “Review of Recent Progress in Solid-

State Dye-Sensitized Solar Cells. Sol.

Energy Mater. Sol. Cells”, 90:549-573.

[9] H. Zhang, J.F. Banfield, 2000,

“Understanding Polymorphic Phase

Transformation Behavior during Growth of

Nanocrystalline Aggregates: Insights from

TiO2 “, J Phys Chem B, vol. 104, pp.

3481.

[10] Hardjono Sastrohamidjojo, 1991,

“Spektroskopi”, Liberty: Yogyakarta.

[11] Giancoli, C.Douglas, 2001, “Fisika Edisi

Kelima”. Jakarta: Erlangga, hal 227.

[12] http://wanibesak.wordpress.com/2011/07/0

4/pengertian-dasar-spektrofotometer-vis-

uv-uv-vis/

[13] Khophar S.M, 2003, “Konsep Dasar Kimia

Analitik”, Jakarta : UI-Press

[14] https://wanibesak.wordpress.com/2011/07/0

4/spektrofotometri-sinar-tampak-visible/

[15] http://amintabin.blogspot.com/2010/09/klas

ifikasi-bunga-sepatu-kembang-sepatu.html

[16] Robinson, T. 1995. “Kandungan Organik

Tumbuhan Tinggi”. Edisi ke-4 Terjemahan

Kosasih Padmawinata. ITB.