ELEKTRODEPOSISI PLATINA SEBAGAI KATALIS PADA ELEKTRODA PERLAWANAN TERHADAP EFISI ENSI DYE SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC) DARI EKSTRAK BUNGA ROSELA (Hibiscus sabdar iffa L.) OUTLINE PENELITIAN TUGAS RISET

Diajukan oleh : SRI HANDAYANI NIM J2C008068

JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS DIPONEGORO OKTOBER, 2011 HALAMAN PENGESAHAN OUTLINE PENELITIAN 1. a. Judul Penelitian : Elektrodeposisi Platina Sebagai Katalis pada Elektroda Perlawanan Terhadap Efisiensi Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) Da ri Ekstrak Bunga Rosela (Hibiscus Sabdariffa L.) b. Bidang Ilmu : Kimia Analitik 2. Pelaksana Penelitian a. Nama Lengkap : Sri Handayani b. Jenis Kelamin : Perempuan c. NIM : J2C 008 068 d. Fakultas/Jurusan : MIPA/Kimia 3. Lokasi Penelitian : Laboratorium Kimia Analitik UNDIP Laboratorium Fisika Material UNDIP 4. Bila Penelitian di luar Jurusan Kimia Nama Institusi : Alamat : 5. Lama Penelitian : 6. Tanggal Seminar : Semarang, Oktober 2010 Menyetujui, 6 bulan

Mengetahui, ELEKTRODEPOSISI PLATINA SEBAGAI KATALIS PADA ELEKTRODA PERLAWANAN TERHADAP EFISI ENSI DYE SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC) DARI EKSTRAK BUNGA ROSELA (Hibiscus sabdar iffa L.) 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Kebutuhan akan energi yang terus meningkat dan semakin menipisnya cadangan minya k bumi memaksa manusia untuk mencari sumber-sumber energi alternatif. Tingkat ko nsumsi energi di seluruh dunia saat ini diprediksikan akan meningkat sebesar 70% antara tahun 2000 sampai 2030. Cadangan sumber energi yang berasal dari fosil d iseluruh dunia diperkirakan hanya sampai 40 tahun untuk minyak bumi, 60 tahun un tuk gas alam, dan 200 tahun untuk batu bara. Sumber energi yang berasal dari fos il, saat ini menyumbang 87.7%, listrik tenaga air menyumbang 6%, tenaga nuklir, biomassa, sumber energi matahari dan lain-lain menyumbang 6% (Quan, 2006). Sel surya atau sel fotovolta merupakan alat yang mampu mengubah energi matahari menjadi energi listrik. Efek fotovolta merupakan dasar dari proses konversi sina

r matahari (foton) menjadi listrik. Sel surya bekerja menggunakan energi matahar i dengan mengkonversi secara langsung radiasi matahari menjadi listrik. Sel sury a yang banyak digunakan sekarang ini adalah sel surya berbasis teknologi silikon dengan perkembangan nanoteknologi, dominasi tersebut bertahap mulai tergantikan dengan hadirnya sel surya generasi terbaru, yaitu dye-sensitized solar cell (DS SC) (Grtzel dan Durrant, 2006). ). DSSC ini terdiri dari tiga komponen utama, dia ntaranya adalah penyerap zat warna lapisan TiO2 nanokristalin pada substrat TCO, disebut dengan foto-anoda, pasangan redoks I-/I3- pada pelarut organik, dan cou nter electrode atau katoda (Yang, dkk., 2011). Pada DSSC absorbsi cahaya dan separasi muatan listrik terjadi pada proses yang t erpisah. Absorbsi cahaya dilakukan oleh molekul dye dan separasi muatan oleh ino rganik semikonduktor nanokristal yang mempunyai bandgap lebar. Salah satu semiko nduktor yang memiliki pita lebar yang sering digunakan yaitu Titanium Dioxide (T iO2). TiO2 umum digunakan karena inert, tidak berbahaya, semikonduktor yang mura h, selain itu memiliki karakteristik optik yang baik. Namun untuk aplikasinya da lam DSSC, TiO2 harus memiliki permukaan yang luas sehingga dye yang teradsorb le bih banyak yang hasilnya akan meningkatkan arus photo (Septina, 2007). Salah satu komponen yang paling penting dalam DSSC adalah counter electrode atau elektroda perlawanan. Tugas dari elektroda perlawanan ini adalah untuk mereduks i pasangan redoks yang digunakan sebagai mediator dalam regenerasi sensitiser se telah injeksi elektron (Murakami dan Grtzel, 2008). Menurut Lee, dkk., (2010) cou nter electrode merupakan komponen yang paling penting dalam DSSC yang memainkan peranan dalam transfer elektron dari kontak luar kemudian kembali ke elektrolit dan mengkatalis reduksi triiodida. Oleh karena itu, counter electrode dengan akt ivitas elektrokimia yang tinggi sangat diperlukan dalam efisiensi DSSC. . Dalam aplikasi counter electrode, Pt telah digunakan secara luas karena merupa kan bahan yang memiliki aktivitas elektrokatalis yang sangat tinggi. Sebagai alt ernatif untuk menekan biaya produksi digunakan counter electrode yang lebih mura h seperti karbon, garafit dan conducting polymers. Namun, kemampuan bahan-bahan tersebut selalu lebih rendah jika dibandingkan dengan Pt (Murakami dan Grtzel, 20 08). Counter electrode Pt digunakan sebagai katoda yang memainkan peranan dalam reduksi I3- dan transfer elektron, dimana Pt sebagai katalis (Hauch, A., dan Ge org, A., 2001). Berbagai metode telah digunakan untuk menyiapkan counter electro de Pt, diantara metode tersebut yang biasa digunakan adalah dekomposisi termal, sebagai alternatif dapat digunakan metode elektrodeposisi, reduksi kimia, atau s puttering (Lee, dkk., 2010). Penelitian terdahulu mengenai penggunaan elektroda perlawanan telah dilakukan ol eh Kay dan Grtzel (1996) menggunakan campuran grafit dan karbon hitam memperoleh efisiensi sebesar 6,7%. Konversi efisiensi lebih dari 11% menggunakan Pt sebagai katalis untuk elektroda perlawanan telah dilakukan oleh Chiba, dkk (2006). Pene litian lain dilakukan oleh Yang dkk. (2011) menggunakan elektoda perlawanan dari Pt yang dilakukan dengan teknik elektroplating berdenyut menghasilkan efisiensi sebesar 6%, sedangkan Yoon, dkk., (2008) menggunakan metode elektrodeposisi men ghasilkan efisiensi yang lebih tinggi, yaitu sebesar 7,6% dibandingkan dengan me nggunakan dekomposisi termal dan sputter hanya menghasilkan efisiensi sebesar 6, 4%. 1.2 Keaslian Penelitian Penggunaan Pt sebagai counter electrode telah digunakan secara luas dalam DSSC s eperti yang telah dilaporkan oleh Chen, dkk., (2001) menggunakan metode dekompos isi termal. Penelitian yang telah dilakukan oleh Yang, dkk., (2011) pendeposis ian platina dilakukan dengan metode electroplating berdenyut. Dalam prakteknya, metode dekomposisi termal dianggap metode yang paling tepat dalam preparasi plat ina sebagai elektroda perlawanan. Namun, dalam dekomposisi termal terdapat kekur angan yaitu, membutuhkan suhu yang sangat tinggi (400C) sehingga penggunaannya ku rang tepat pada substrat plastik. Oleh karena itu, perlu adanya metode lain dala m preparasi platina sebagai elektroda perlawanan. Salah satu metode tersebut ada lah elektrodeposisi logam Pt pada substrat kaca TCO (Lee, dkk., 2010). Penelitia n ini menggunakan metode elektrodeposisi dengan parameter berubah yaitu konsentr asi dan proses pelapisan TiO2 pada kaca konduktif dengan teknik doctor blade, se rta penggunaan zat warna (dye) alami dari ekstrak bunga rosela, yang membedakan

penelitian ini dengan penelitian sebelumnya adalah adanya variasi konsentrasi H2 PtCl6 dalam proses elektrodeposisi. 2. Perumusan Masalah Masalah kelangkaan energi yang terbaharukan semakin hari semakin meningkat. Sehi ngga perlu adanya sumber energi yang terbaharukan untuk mengatasi kelangkaan ter sebut salah satunya adalah dengan memanfaatkan energi matahari untuk menghasilka n tenaga listrik, dengan menggunakan sel surya (DSSC) (Yong, dkk., 2006). Oleh k arena itu perlu adanya metode pengembangan dalam pembuatan DSSC ini. Pengembanga n metode ini dilakukan dengan menggunakan metode elektrodeposisi dalam proses pe ndeposisian Platina sebagai elektrode perlawanan untuk memperoleh efisiensi konv ersi energi surya yang lebih tinggi (Septina, dkk., 2007). 3. Tujuan Penelitian 1. Menghasilkan prototype dye-sensitized solar cell (DSSC) yang dapat mengk onversi energi surya menjadi listrik. 2. Menentukan pengaruh penggunaan elektroda perlawanan Pt dengan teknik ele ktrodeposisi dengan pemvariasian konsentrasi senyawa komplek H2PtCl6 terhadap ef isiensi dye-sensitized solar cell (DSSC) 4. Metode Penelitian 4.1 Alat Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Multimeter digital, Furnace , Alat Doctor Blade, Spektroskopi UV-Vis, SEM, XRD, Spektroskopi FT-IR, Gelas uk ur, Gelas beker, Pengaduk magnet, Cawan petri, Hot plate, Mortar, Klip, Neraca a nalitik. 4.2 Bahan Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Bubuk TiO2 pro analisis, Asetilaseton, Metanol, Etanol, Polietilen glikol (PEG 4000) pro analisis, Klorof orm pro analisis, KI, I2, H2PtCl6, HCl, PVA, KCl, Aluminium foil, Bunga rosella, Kertas pH universal, Akuades, Scoth tape, Asetonitril, Kaca TCO. 4.3 Cara Kerja 4.3.1 Elektrodeposisi Pt pada Kaca Konduktor TCO sebagai Elektroda Perlawanan Elektrodeposisi Pt dilakukan dengan cara mencampur larutan HCl 0,1 M (Ya sin, H.M., dkk., 2009) dengan senyawa kompleks H2PtCl6 dengan berbagai konsentra si. Masing-masing konsentrasi tersebut adalah sebesar 0,2 mM; 2 mM; dan 10mM. pe ncampuran dilakukan tanpa adanya pengadukan. Potensial yang digunakan sebesar 0, 75 sampai 0,1 V diberikan dengan segera (Gloaguen, F., dkk., 1998). Pendeposisia n dilakukan pada substrat kaca konduktor TCO dengan menggunakan elektroda karbon . Hal ini digunakan sebagai parameter berubah yaitu dengan pemvariasian konsentr asi senyawa kompleks H2PtCl6. 4.3.2 Pembuatan Pasta TiO2 Serbuk TiO2 yang akan digunakan dalam pembuatan pasta TiO2 sebelumnya telah dige rus dengan mortal. Suspensi TiO2 dibuat dengan serbuk PVA sebanyak 0,5 gram dica mpur dengan 4,5 mL akuades yang kemudian dipanaskan pada suhu 80C diaduk secara t eratur, kemudian dimasukkan serbuk TiO2 sebanyak 4,5 gram. PVA berfungsi sebagai pengikat dalam pembuatan pasta TiO2 dan dilakukan pengadukan sampai campuran te rcampur sempurna (Septina, 2007). 4.3.3 Pembuatan Zat Warna (Dye) Dari Ekstrak Rosela Bunga rosella sebanyak 2 gram digerus dengan mortar ditambahkan metanol 20 mL. Larutan dye didiamkan selama 24 jam. Larutan kemudian disaring dengan kertas sar ing (Wongcharee, 2007). 4.3.4 Pembuatan Elektrolit Elektrolit padat yang digunakan berbasis polimer PEG. Sebanyak 7 g PEG dilarutka n dengan 25 mL kloroform membentuk gel, selanjutnya dimasukkan beberapa tetes la rutan KI/I2 yang dibuat dengan mencampurkan 0,8 g 0,5 M KI ke dalam 10 mL aseton itril dan ditambahkan 0,127 g 0,05 M I2 kedalam larutan. Campuran tersebut dipan askan pada suhu 80oC selama 1 jam hingga homogen dan membentuk gel (Maddu, 2007) . 4.3.5 Perakitan Dye-Sensitized Solar Cell (Smestad and Grtzel, 1998) Setelah masing-masing komponen DSSC telah selesai dipreparasi, maka langkah pera kitan untuk membetuk sel surya adalah sebagai berikut:

1. Pada kaca berpenghantar yang telah dipotong menjadi 2,5 x 2,5 cm dibentu k tempat TiO2 dilapiskan dengan bantuan scotch tape pada bagian kaca berpenghant ar sehingga terbentuk luasan sebesar 2 x 2 cm seperti pada gambar III.1.

Gambar III.1 Skema Kaca Konduktif untuk pelapisan TiO2 2. Elektroda perlawanan Pt dideposisikan di atas kaca yang telah dibuat pad a kaca konduktif dengan cara elektrodeposisi dengan menggunakan potensial sebesa r 0,7-0,1 V. 3. Analisa hasil elektrodeposisi Pt menggunakan Scanning Electron Microscop y (SEM) 4. Pasta TiO2 dideposisikan diatas area yang telah dibuat pada kaca kondukt if dengan metoda doctor blade yaitu dengan bantuan batang pengaduk untuk meratak an pasta. Kemudian lapisan dikeringkan selama kurang lebih 15 menit dan dibakar/ sintering dalam tungku listrik pada temperatur 450oC selama 30 menit (Septina, 2 007). 5. Lapisan TiO2 direndam dalam zat warna (dye) selama 30 menit sehingga lap isan TiO2 berwarna ungu. 6. Elektroda perlawanan Pt (Platina) diletakkan di atas lapisan TiO2 dengan struktur sandwich, masing-masing ujung diberi jarak sebesar 0,5 cm untuk kontak listrik kemudian dijepit dengan klip pada kedua sisi.

Gambar III. 2 Rangkaian Dye Sensitized Solar Cell 7. Pelapisan elektrolit gel PEG disela-sela kedua elektroda yang telah dila pisi gel polimer PEG. Sel surya siap diuji. 4.4 Variabel Penelitian 4.4.1 Parameter tetap Parameter tetap meliputi kaca konduktif TCO, zat warna, elektrolit PEG d an pasta TiO2. 4.4.2 Parameter berubah Parameter berubah yaitu konsentrasi kompleks H2PtCl6 sebagai katalis dal am proses elektrodeposisi Pt pada kaca konduktor TCO sebagai elektroda perlawana n. 4.4.3 Parameter yang diukur Arus dan tegangan yang dihasilkan dari DSSC 4.5 Metode Penelitian Pada hasil elektrodeposisi Pt dilakukan analisis struktur morfologi deng an Scanning Electron Microscopy (SEM) dan difraksi sinar-X (XRD). Pada analisis warna dye digunakan spekrofotometer UV-Vis dan spektroskopi Infra Merah. DAFTAR PUSTAKA Chen, J.M., Ma, Y.T., Wang, G.D., 2005, A novel method for preparing platinized counter electrode of nanocrystalline dye-sensitized solar cells, Chinese Scienc e Bulletin, Vol. 50 (1), 11-14 Chiba, Y., Islam, A., Watanabe, Y., Komiya, R., Koide, N., dan Han, L., 2006, Dy e-Sensitized Solar Cells with Conversion Efficiency of 11.1%, Japanese Journal o f Applied Physics, Vol. 45(25), L638L640

Gloaguen, F., Lger, J.M., Lamy, C., Marmanna, A., Stimming, U., dan Vogel, R., 1 999, Platinum electrodeposition on graphite: electrochemical study and STM imagi ng, Electrochimica Acta, 44, 1805-1816 Grtzel, M. and R. Durrant, 2006, Dye-Sensitised Mesoscopic Solar Cells, chapter 8 , 503-536. Hauch, A., Georg, A., 2001, Diffusion in the electrolyte and charge-transfer rea ction at the platinum electrode in dye-sensitizer solar cell, Electrochimica Act a, 46, 3457-3466 Kay, A., dan Grtzel, M., 1996, Low cost photovoltaic modules based on dye sensit ized nanocrystalline titanium dioxide and carbon powder, Solar Energy Mater Sola r Cells, 44, 99117 Lee, Y.L., Chen, C.L., Chong, L.W., Chen, C.H., Liu, Y.F., dan Chi, C.F., 2010, A platinum counter electrode with high electrochemical activity and high transpa rency for dye-sensitized solar cells, Electrochemistry Communications, 12, 166216 65 Maddu, A., Zuhri, M., dan Irmansyah., 2007, Penggunaan Ekstrak Antosianin Kol Me rah Sebagai Fotosensitizer Pada Sel Surya TiO2 Nanokristal Tersensitasi Dye, Dep artemen Fisika, FMIPA, Institut Pertanian Bogor, Jurnal Teknologi, Vol. 11 No. 2 , 78-84. Murakami, T.N., dan Grtzel, M., 2008, Review: Counter electrodes for DSC: Applica tion of functional materials as catalysts, Inorganica Chimica Acta, 361, 572580 Quan,V.A., 2006, Degradation of the solar cell dye sensitizer N719 preliminary b uilding of dye-sensitized solar cell, Thesis Master, Roskilde University, Denmar k Septina, 2007, Introduksi: Sumber Energi Alternatif, Laporan Penelitian Bidang E nergi, Pembuatan Prototipe Solar Cell Murah dengan Bahan Organik-Inorganik (DSSC ), ITB, Bandung. Wongcharee, K., Meeyoo, V., dan Chavadej, S., 2006, Dye-sensitized solar cell us ing natural dyes extracted from rosella and blue pea flowers, journal of of Sola r Energy Materials & Solar Cells, Thailand. Yasin, H.M., Denuault, G., dan Pletcher, D., 2009, Studies of the electrodeposit ion of platinum metal from a hexachloroplatinic acid bath, Journal of Electroana lytical Chemistry, Vol. 633, 327332 Yang, C., Zhang, H., dan Zheng, Y., 2011, DSSC With A Novel Pt Counter Electrode s Using Pulsed Electroplating Techniques, Journal of Current Applied Physics, vo l. 11, S147-S153. Yong, L., Hui, S., Xiaorui, H., dan Youjun, D., 2006, A New Improved Structure o f Dye- Sensitized Solar Cells with Reflection Film, Chinese Bulletin, vol. 51, 3 69-373