PENGARUH FRAKSI KLOROFIL SPIRULINA SP TERHADAP SIFAT LISTRIK DENGAN STRUKTUR DYE SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC)

Transkripsi

1 PENGARUH FRAKSI KLOROFIL SPIRULINA SP TERHADAP SIFAT LISTRIK DENGAN STRUKTUR DYE SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC) Disusun Oleh : FITRIA HASTAMI M SKRIPSI Untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET JANUARI, 2012 i

2 HALAMAN PENGESAHAN Skripsi dengan judul : Yang ditulis oleh : Pengaruh Fraksi Klorofil Spirulina sp terhadap Sifat Listrik dengan Struktur Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) Nama NIM : Fitria Hastami : M Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan penguji pada : Hari : Selasa Tanggal : 3 Januari 2012 Dewan Penguji 1. Dr. Yofentina Iriani, S.Si., M.Si. NIP Sorja Koesuma, S.Si., M.Si. NIP Dr. Agus Supriyanto, S.Si., M.Si. NIP Dr. Eng. Risa Suryana, S.Si., M.Si. NIP Disahkan Oleh : Ketua Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta Ketua Jurusan Fisika Ahmad Marzuki, S.Si.,Ph.D NIP ii

3 PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual dari skripsi saya yang berjudul Pengaruh Fraksi Klorofil Spirulina sp terhadap Sifat Listrik dengan Struktur Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) adalah hasil kerja keras dan sepengetahuan saya. Dalam skripsi ini tidak berisi tentang materi yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain serta materi yang telah diajukan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret Surakarta ataupun di Perguruan Tinggi lainnya kecuali telah dituliskan dalam daftar pustaka skripsi ini dan segala bentuk bantuan dari semua pihak telah ditulis. Surakarta, 3 Januari 2012 Penulis Fitria Hastami iii

4 ABSTRAK PENGARUH FRAKSI KLOROFIL SPIRULINA SP TERHADAP SIFAT LISTRIK DENGAN STRUKTUR DYE SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC) Fitria Hastami Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Telah dilakukan penelitian mengenai pengaruh fraksi klorofil Spirulina sp terhadap sifat listrik dengan struktur Dye Sensitized Solar Cell (DSSC). DSSC merupakan sel surya fotoelektrokimia yang menggunakan energi cahaya untuk reaksi kimia yang menghasilkan energi listrik. Susunan DSSC terdiri dari substrat kaca FTO (Flourine doped Tin Oxide) yang dilapisi titanium dioksida, dye, larutan Iodine, dan kaca FTO yang dilapisi karbon dari grafit pensil kayu. Dye Sensitizer yang digunakan adalah klorofil alami yang berasal dari ekstrak Spirulina sp. Optimasi dye dalam DSSC menggunakan fraksi yang diperoleh dari hasil kromatografi yang digunakan yaitu Sp 1, Sp 2, dan Sp 3. Pengukuran sifat listrik dengan karakterisasi I-V dengan Keithley 2602A. Nilai Responsivitas untuk DSSC dengan dye Sp 1 sebesar 1,83x10-8 (A/[Watt/m 2 ]), DSSC dengan dye Sp 2 1,66x10-8 (A/[Watt/m 2 ]), dan DSSC dengan dye Sp 3 0,54x10-8 (A/[Watt/m 2 ]). Hasilnya menunjukan bahwa fraksi klorofil Spirulina sp memiliki pengaruh terhadap sifat listrik dengan struktur DSSC. Kata kunci : DSSC, fraksi klorofil, sifat listrik iv

5 ABSTRACT THE INFLUENCE OF CHLOROPHYLL FRACTIONS OF SPIRULINA SP ON DYE SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC) STRUCTURED ELECTRICAL PROPERTIES Fitria Hastami Departement of Physics. Faculty of Science Sebelas Maret University The influence of chlorophyll fractions Spirulina sp on Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) structured electrical properties have been investigated. DSSC is the type of photoelectrochemistry solar cell which used solar energy to perform chemistry reaction to produce electric energy. The structure of DSSC consist of FTO (Flourine doped Tin Oxide) as a glass substrat with titanium dioxide film, dye, electrolyte Iˉ, and FTO glass with carbon catalyst. Dye which used as dye sensitizer is natural dye from extract of Spirulina sp. Chlorophyll fraction from chromatografi separation which used is Sp 1, Sp 2, and Sp 3. Measurement of electrical properties with I-V characterization with Keithley 2602A. And responsivity value for DSSC with dye Sp 1 is 1,83x10-8 (A/[Watt/m 2 ]), DSSC with dye Sp 2 is 1,66x10-8 (A/[Watt/m 2 ]), and DSSC with dye Sp 3 is 0,54x10-8 (A/[Watt/m 2 ]). The result showed that the fraction of chlorophyll Spirulina sp has an influence on the electrical properties with DSSC structured. Key words : DSSC, Chlrophyll fraction, electrical properties v

6 MOTTO DAN PERSEMBAHAN Allah, tidak ada Tuhan melainkan Dia Yang Hidup kekal lagi terus menerus mengurus (Makhluk-Nya); tidak mengantuk dan tidak tidur. Kepunyaan-Nya apa yang dilangit dan di bumi, Siapakah yang dapat memberi syafa at di sisi Allah tanpa izin-nya?allah mengetahui apa apa yang dihadapan mereka dan di belakang mereka, dan mereka tidak mengetahui apa apa dari ilmu Allah melainkan apa yang di kehendaki-nya. Kekuasaan Allah meliputi langit dan bumi. Dan Allah tidak merasa berat memlihara keduanya, dan Allah Maha Tinggi Lagi Maha Besar ( QS AL-Baqarah 255) Don t be afraid of missing opportunities. Behind every failure is an opportunity somebody wishes they had missed. ( Lily Tomlin ) Berkat Rahmat Allah SWT, dapat saya persembahkan skripsi ini untuk : Bapak Mochtar Sardi dan Ibu Rahayu Tercinta Maria, mbak lina, mas yudhi Almamater Universitas Sebelas Maret vi

7 KATA PENGANTAR Segala puji syukur penulis panjatkan atas kehadirat Allah SWT, atas rahmat, hidayah, serta inayahnya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul Pengaruh Fraksi Klorofil Spirulina sp terhadap Sifat Listrik dengan Struktur Dye Sensitized Solar Cell (DSSC). Sebagai salah satu syarat meraih gelar sarjana Sains di jurusan Fisika FMIPA UNS. Dalam penyusunan skripsi ini, penulis mendapatkan bimbingan, bantuan, dan dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu pada kesempatan ini perkenankanlah penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada : 1. Bapak Dr. Agus Supriyanto,S.Si., M.Si selaku pembimbing I 2. Bapak Dr. Eng. Risa Suryana, S.Si., M.Si selaku pembimbing II 3. Bapak Mochtar Sardi dan semangatnyaa Ibu Rahayu atas do a, dukungan, 4. Maria, mbak lina, mas yudhi,mbak novi, mas abdul, ponakan mungilku azhar, terima kasih support nya 5. Nugroho, Sisil, imel, wulan, atas motivasi dan semangatnya 6. Teman teman tim material organik. 7. Teman teman angkatan Adik - adik dan kakak - kakak tingkat, terima kasih sudah menjadi teman dan motivasiku Semoga Allah SWT melimpahkan rahmatnya untuk kita semua. Amin. Penulis sadar bahawa skripsi ini jauh dari sempurna, maka kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapakan. Akhir kata semoga Skripsi ini bermanfaat. Surakarta, 3 Januari 2012 vii

8 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PENGESAHAN... ii HALAMAN PERNYATAAN... iii HALAMAN ABSTRAK... iv HALAMAN ABSTRACT... v HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN... vi KATA PENGANTAR... vii DAFTAR ISI... viii DAFTAR TABEL... xi DAFTAR GAMBAR... xii DAFTAR LAMPIRAN... xiv BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian... 3 BAB II LANDASAN TEORI DSSC Prinsip Kerja DSSC Material DSSC Substrat Semikonduktor TiO Dye Klorofil sebagai dye Spirulina sp viii

9 Kandungan Klorofil Karakterisasi Sifat Optik dan Sifat Listrik Karakterisasi Sifat Optik Karakterisasi Sifat Listrik Elektrolit Elektroda lawan Responsivitas Fotodioda BAB III METODOLOGI PENELITIAN Tempat dan Waktu Penelitian Alat dan Bahan Alat Penelitian Bahan Penelitian Diagram Alur Penelitian Persiapan Isolasi dye klorofil Ekstraksi Spirulina sp Kromatografi Karakterisasi Optik Dye Spirulina sp Karakterisasi I-V larutan klorofil Preparasi Elektroda Kerja Preparasi Larutan Elektrolit Preparasi Elektroda Lawan Perangkaian DSSC Pengujian Karakteristik I-V DSSC BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Isolasi dye klorofil Spirulina sp Karakterisasi Optik dan Karakterisasi I-V Dye Karakteristik Optik Dye klorofil Spirulina sp Kandungan Klorofil Spirulina sp ix

10 4.2.3 Karakterisasi I-V Larutan Klorofil Spirulina sp Pengukuran Sifat Listrik Fraksi Klorofil Spirulina Sp dengan struktur DSSC BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN x

11 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 4.1. Nilai puncak absorbansi larutan klorofil Table 4.2. Kandungan klorofil masing masing sampel Spirulina sp Tabel 4.3. Tabel konduktivitas dye klorofil Spirulina sp Tabel 4.4. Nilai Responsivitas DSSC xi

12 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1. Struktur dan komponen DSSC... 5 Gambar 2.2. Prinsip kerja dari DSSC... 6 Gambar 2.3. Struktur anatase (a) dan rutile (b) pada TiO Gambar 2.4. Struktur molekuler klorofil... 8 Gambar 2.5. Spektrum absorbs cahaya tampak klorofil a dan klorofil b... 9 Gambar 2.6. Skema Hukum Lambert-Beer Gambar 2.7. Struktur Iodine Gambar 3.1. Diagram penelitian Gambar 3.2. Bubuk Spirulina sp Gambar 3.3. Ekstraksi klorofil Spirulina sp Gambar 3.4. Kolom kromatografi dan statif Gambar 3.5. UV-Vis Spectrophotometer Lambda Gambar 3.6. Elkahfi 100 I-V Meter Gambar 3.7. Larutan elektrolit Gambar 3.8. Perangkaian DSSC dengan struktur berlapis (sandwich) Gambar 3.9. Solar Power Meter 1333R dan Keithley 2602A Gambar 4.1. Larutan hasil ekstraksi Gambar 4.2. Perbedaan warna hasil kromatografi Gambar 4.3. Grafik absorbansi larutan klorofil Sp 1, Sp 2, dan Sp Gambar 4.4. Grafik karakterisasi I-V pada Sp 1, Sp 2, dan Sp 3 kondisi terang Gambar 4.5. Grafik karakterisasi I-V pada Sp 1, Sp 2, dan Sp 3 kondisi gelap Gambar 4.6. Pengukuran DSSC pada kondisi terang Gambar 4.7. Grafik karakterisasi I-V DSSC dengan dye Sp Gambar 4.8. Grafik karakterisasi I-V DSSC dengan dye Sp Gambar 4.9. Grafik karakterisasi I-V DSSC dengan dye Sp xii

13 Gambar Grafik perbandingan DSSC tanpa elektrolit dan DSSC dengan elektrolit pada kondisi terang Gambar Grafik perbandingan DSSC tanpa elektrolit dan DSSC dengan elektrolit pada kondisi gelap xiii

14 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1 Perhitungan kandungan klorofil untuk masing masing fraksi Lampiran 2 Perhitungan konduktivitas larutan klorofil Spirulina sp Lampiran 3 Perhitungan nilai Responsivitas (R e ) Lampiran 4 Struktur rutile TiO 2 hasil XRD xiv

15 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah Perkembangan paling berarti dalam penelitian sel surya adalah penemuan sel surya yang menggunakan pewarna tersensitasi atau Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) oleh Michael Grätzel pada Dye Sensitizer berasal dari dua kata yaitu, dye dan sensitization. Dye merupakan molekul pigmen atau senyawa kimia yang dapat menyerap cahaya, sensitization merupakan proses yang membuat sel surya menjadi peka terhadap cahaya. Sel surya ini disebut juga dengan sel Grätzel, yaitu jenis sel surya yang melibatkan proses absorbsi optis dan proses pemisahan muatan karena keberadaan sensitizer sebagai materi penyerap cahaya dengan semikonduktor berpita lebar yang memiliki struktur morfologi nanokristalin. Pada DSSC terjadi proses injeksi yaitu proses transfer elektron dari molekul dye ke daerah pita konduksi semikonduktor yang terjadi karena adanya absorbsi cahaya (Agot et.al; 2001). Lapisan dye berfungsi sebagai absorber sinar matahari yang utama sehingga menghasilkan aliran elektron. Proses penyerapan cahaya matahari oleh sel surya nanokristal titanium dioksida (TiO 2 ) tersensitasi dye menyerupai mekanisme fotosintesis pada daun tumbuhan dengan klorofil sebagai dye-nya. Dye yang digunakan sebagai sensitizer dapat berupa dye sintesis maupun dye alami. DSSC komersial dengan dye sintesis jenis ruthenium complex telah mencapai efisiensi 10% (Gratzel, 2003). Namun karena jumlahnya yang terbatas dan harganya yang relatif mahal. Maka perlu adanya alternatif lain sebagai pengganti dye jenis ini yaitu dye alami. Salah satu penelitian terbaru menyatakan bahwa larutan klorofil dari Spirulina sp telah memenuhi karakteristik sebagai dye pada DSSC (Sumaryanti, 2010). Syarat agar dye mampu berfungsi sebagai sensitizer adalah bahan tersebut mampu menjadi medium transfer pembawa muatan listrik sebagai akibat foton yang diserap (Supriyanto dkk, 2009). Maka dari itu dalam penelitian ini 1

16 2 menggunakan dye alami dari klorofil Spirulina sp yang di ekstrak menggunakan metode kromatografi Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang masalah yang telah dikemukakan, maka dapat dirumuskan beberapa masalah sebagai berikut : 1. Bagaimana kemampuan absorbansi dari fraksi klorofil Spirulina sp yang akan digunakan sebagai dye? 2. Bagaimana karakteristik I-V dari fraksi klorofil Spirulina sp yang akan digunakan sebagai dye? 3. Bagaimana pengaruh fraksi klorofil Spirulina sp terhadap sifat listrik dengan struktur DSSC? 1.3. Batasan Masalah Beberapa batasan perlu diberikan agar permasalahan yang akan dibahas menjadi terarah. Batasan tersebut adalah sebagai berikut : 1. Dye pada penelitian ini merupakan fraksi klorofil dari ekstrak Spirulina sp hasil pemisahan kromatografi sebanyak 3 fraksi, yaitu Sp 1 untuk warna hijau pekat, Sp 2 untuk warna hijau tidak pekat, dan Sp 3 untuk warna hijau kekuning-kuningan. 2. Karakteristik optik meliputi absorbansi menggunakan UV-Vis Spectrometer Lambda 25 dan karakterisasi listrik I-V dengan Elkahfi 100 I-V meter. 3. Deposisi TiO 2 pada kaca Fluorine doped Tin Oxide (FTO) menggunakan metode slipcasting. 4. Karakteristik I-V fraksi klorofil Spirulina sp dengan struktur DSSC dengan Keithley 2602A.

17 3 1.4.Tujuan Penelitian Adapun tujuan penelitian yang ingin dicapai dalam penyusunan tugas akhir ini adalah: 1. Mengetahui kemampuan absorbansi dari fraksi klorofil Spirulina sp yang akan digunakan sebagai dye. 2. Mengetahui karakteristik I-V dari fraksi klorofil Spirulina sp yang akan digunakan sebagai dye. 3. Mengetahui pengaruh fraksi klorofil Spirulina sp terhadap sifat listrik dengan struktur DSSC Manfaat Penelitian Dari penelitian yang dilakukan, dapat diperoleh manfaat sebagai berikut : 1. Mengkaji pembuatan DSSC sebagai sarana alternatif energi terbarukan. 2. Mengetahui prinsip kerja sel surya tersensitasi zat warna. 3. Teknologi pembuatan DSSC yang dikembangkan pada penelitian ini dapat menjadi studi awal untuk penelitian lebih lanjut sehingga menghasilkan sel surya yang mempunyai kinerja lebih baik.

18 BAB II LANDASAN TEORI 2.1. DSSC (Dye-Sensitized Solar Cell) Dye Sensitized Solar Cell (DSSC), pertama kali ditemukan oleh Michael Gratzel pada tahun 1991, kemudian menjadi salah satu topik penelitian yang dilakukan intensif oleh peneliti di dunia. DSSC disebut juga terobosan pertama dalam teknologi sel surya sejak sel surya silikon. 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 elektroda kerja, sebuah elektroda lawan dan sebuah elektrolit. Zat warna dari ruthenium complexs melekat pada pori nanokristal dari film semikonduktor, misalnya TiO 2 yang merupakan elektroda kerja. Selain itu digunakan kaca konduktif platina sebagai elektroda lawan dan larutan I - 3 /I - sebagai elektrolit (Halme, 2002). DSSC atau Sel Gratzel ini sangat menjanjikan karena pembuatannya tidak membutuhkan peralatan yang rumit. Efisiensi DSSC dengan dye ruthenium (II) polypyridyl complex mencapai 10% (Gratzel, 2003) Prinsip Kerja DSSC Prinsip kerja sel surya jenis DSSC pada dasarnya melibatkan tiga komponen utama, yaitu elektroda kerja yang berfungsi untuk menyerap foton dan membangkitkan elektron bebas, elektroda lawan, dan elektrolit yang berfungsi sebagai penghubung kedua jenis elektroda tersebut. Elektroda kerja merupakan lapis tipis TiO 2 pada substrat kaca transparan. Energi cahaya yang diterima oleh DSSC mengakibatkan tereksitasinya elektron dari pita HOMO (High Occupied Molecular Orbital) ke pita LUMO (Low Unoccupied Molecular Orbital) karena adanya perbedaan tingkat energi dari pita konduksi semikonduktor TiO 2 yang lebih rendah dibandingkan dengan orbital LUMO pada dye, maka akan 4

19 5 menyebabkan terjadinya perpindahan elektron dari orbital LUMO dye ke pita konduksi dari semikonduktor dan selanjutnya ke kaca konduktif (Natalita, 2011) Gambar 2.1. Struktur dan Komponen DSSC (Gratzel, 2003) Absorbsi cahaya dari DSSC dilakukan oleh molekul dye dan separasi muatan oleh injeksi elektron dari dye pada TiO 2 di permukaan elektrolit semikonduktor. Dengan struktur pori yang nano maka permukaan dari TiO 2 menjadi luas sehingga memperbanyak dye yang terabsorbsi dan akan meningkatkan efisiensi (O Regan dan Gratzel, 1991). Saat penyusunannya, molekul dye menjadi sebuah lapisan dye yang tebal. Lapisan tersebut mampu meningkatkan kemampuan optik DSSC. Kontak langsung antara molekul dye dengan permukaan elektroda semikonduktor dapat memisahkan muatan dan berkontribusi pada pembangkit arus. Prinsip kerja DSSC digambarkan dengan Gambar 2.2. 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*). + (2.1) Elektron dari exited state kemudian langsung terinjeksi menuju conduction band (E CB ) titania sehingga molekul dye teroksidasi (D + ). Dengan adanya donor

20 6 elektron oleh elektrolit ( ) maka molekul dye kembali ke keadaan awalnya (ground state) dan mencegah penangkapan kembali elektron dye yang teroksidasi (2.2) Gambar 2.2. Prinsip Kerja dari DSSC (Natalita, 2011) Setelah mencapai elektrode TCO, elektron mengalir menuju elektroda lawan melalui rangkaian eksternal. Dengan adanya katalis pada elektroda lawan, elektron diterima pada proses sebelumnya, berkombinasi dengan elektron membentuk iodide ( ) (2.3) 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 Material DSSC Substrat Substrat yang digunakan dalam DSSC pada umumnya yaitu jenis TCO (Transparent Conductive Oxide) yang merupakan kaca transparan konduktif. Material Substrat pada DSSC memiliki fungsi sebagai badan dari sel surya, dan lapisan konduktifnya berfungsi tempat mengalirnya muatan. Material yang sering digunakan adalah Fluorine doped Tin Oxide ( FTO ) dan Indium Tin Oxide (ITO), hal ini dikarenakan pada proses pelapisan material pada substrat diperlukan proses

21 7 sintering pada suhu C dan material tersebut merupakan pilihan tepat karena tidak mengalami defect pada rentang temperatur tersebut Semikonduktor TiO 2 TiO 2 merupakan material semikonduktor tipe-n yang mempunyai ukuran partikel antara nm. TiO 2 memiliki peran penting dalam pemanfaatan fotoenergi karena memiliki daya oksidatif dan stabilitas yang tinggi terhadap fotokorosi, selain itu harganya relatif murah, mudah didapat, dan tidak beracun (Gratzel, 2003). TiO 2 mempunyai kemampuan untuk menyerap dye lebih banyak karena didalamnya terdapat rongga dan ukurannya dalam nano, sehingga disebut nanoporous. Struktur TiO 2 memiliki tiga bentuk, yaitu rutile, anatase, dan brukit. Rutile dan anatase cukup stabil, sedangkan brukit sulit ditemukan, biasanya brukit terdapat didalam mineral dan sulit untuk dimurnikan (Soleh, 2002). Gambar 2.3. Struktur Anatase (a) dan Rutile (b) (Soleh, 2002) Dye Molekul dye berfungsi melakukan absorbsi cahaya pada permukaan TiO 2. Sejauh ini dye yang digunakan dapat berupa dye sintesis maupun dye alami. DSSC komersial dengan penggunaan dye sintesis jenis ruthenium complexs memiliki efisiensi sebesar 10% (Gratzel, 2003), namun karena jumlahnya yang terbatas dan harganya yang mahal membuat adanya alternatif penggunaan dye alami yang dapat di ekstrak dari bagian tumbuhan seperti daun, bunga, atau buah (Maddu dkk, 2007). Zat warna yang dihasilkan oleh tumbuhan tersebut telah

22 Secara kimia semua klorofil mengandung satu inti porfirin (tetrapinol) dengan satu atom magnesium yang terikat kuat ditengahnya dan satu rantai samping dihidrokarbon panjang (fitil) tergabung melalui gugus asam karboksilat. Didalam tumbuhan sekurang-kurangnya terdapat lima jenis klorofil. Semua memiliki struktur dasar yang sama, tetapi memiliki sifat sesuai dengan rantai samping yang terikat pada sebelah kanan atas inti porfirin yang bermacam- perpustakaan.uns.ac.id 8 terbukti mampu memberikan efek fotovoltaik walaupun efisiensi yang dihasilkan masih sangat kecil dibanding zat warna sintesis, namun demikian zat warna dari bahan organik sangat kompetitif untuk dijadikan fotosensitizer karena biaya produksi yang murah dan proses isolasi yang mudah (Anggraini, 2009) Klorofil sebagai Dye Ekstrak atau pigmen tumbuhan yang digunakan sebagai fotosensitizer pada daerah visible dapat berupa ekstrak klorofil (Amoa, 2003). Klorofil merupakan pigmen utama tumbuhan yang berfungsi untuk menyerap cahaya dan mengubahnya menjadi energi kimia yang dibutuhkan dalam mereduksi karbondioksida menjadi karbohidrat dalam proses fotosintesis. Zat ini terdapat pada kloroplas dalam jumlah yang banyak serta mudah untuk di ekstraksi kedalam pelarut aseton (Harbone, 1996). Klorofil memiliki struktur seperti pada gambar berikut Gambar 2.4. Struktur Molekuler Klorofil (Shakhashiri, 2010)

23 9 macam. Klorofil a memiliki rantai samping dengan gugus metal dan klorofil b memiliki rantai samping dengan gugus aldehid. Klorofil a dan b terdapat pada tumbuhan tingkat tinggi seperti lumut dan paku-pakuan, sedangkan klorofil c, d, dan e hanya ditemukan dalam alga. Gambar 2.5. Spektrum Absorbsi Cahaya Tampak Klorofil a dan Klorofil b (Larkum, 2003) Pengubahan energi radiasi matahari (cahaya) menjadi energi kimia terjadi mula-mula karena eksitasi rangsangan elektron. Ini dapat diartikan secara sederhana dengan pemindah elektron dari orbit dasar (paling dekat dengan inti) ke orbit 1 atau 2 yang menjadi inti. Atom berada pada keadaan paling stabil bila elektron menempati garis orbit yang paling dekat dengan inti (keadaan energi paling kecil atau posisi dasar elektron). Karena garis orbit tempat mengorbitnya sangat definit, hanya gelombang cahaya dengan kandungan energi (kuanta atau foton) tertentu yang dapat menghasilkan transisi elektron. Kuanta cahaya yang memiliki energi yang lebih besar atau lebih rendah tidak efektif. Cahaya biru dan merah dari sinar matahari merupakan yang paling efektif menghasilkan transisi elektron. Hanya gelombang cahaya tertentu yang aktif dalam proses fotosintesis. Bagian radiasi yang aktif dalam fotosintesis yang dikenal dengan istilah photosynthetic active radiation (PAR) adalah cahaya nampak yang terletak pada panjang gelombang nm.

24 Spirulina sp Spirulina sp adalah sejenis tumbuhan air yang hanya memiliki satu sel dan tumbuh didalam air yang beralkali. Air yang beralkali memiliki Ph lebih dari 8. Klasifikasi Spirulina sp menurut Bold & Wyne (1978) adalah sebagai berikut : Kingdom : Protista Divisi : Cyanophyta Kelas : Cyanophyceae Ordo : Nostocales Famili : Oscilatoriaceae Genus : Spirulina Spesies : Spirulina sp Spirulina sp mengandung beberapa pigmen fotosintesis, yaitu klorofil a dan b, xantofil, beta karoten, echinenone, mixoksantofil, zeaxanthin, canthaxanthin, diatoxantin, trihidroksi echinenone, beta-cryptoxantin, oscillaxanthin, diatoxanthin, phycobiliprotein c-phycocyanin dan allophycocyanin. Pigmen fotosintesis yang mendominasi Spirulina sp adalah klorofil a, klorofil b dan beta karoten. Klorofil a memiliki spektrum absorbsi yang stabil. Hal ini dikarenakan adanya konjugasi diantara ikatan rangkapnya (Lehninger, 1982). Spirulina sp memiliki kandungan klorofil lebih tinggi dibandingkan alfalfa yaitu sejenis legume yang paling kaya dengan klorofil, sekurang-kurangnya 4 kali lebih tinggi daripada sayur-sayuran biasa (Fikri, 2007). Bentuk tubuh Spirulina sp yang menyerupai benang merupakan rangkaian sel yang berbentuk silindris dengan dinding sel yang tipis, berdiameter 1-12 mm Kandungan Klorofil Pengukuran klorofil a dan klorofil b dapat dilakukan dengan menentukan serapan langsung pada berbagai panjang gelombang. Nilai serapan larutan pada tiap panjang gelombang dapat diukur memakai UV- Vis Spektrofotometer Lambda 25. Adapun untuk mengetahui kandungan konsentrasi klorofil menggunakan persamaan (Porra et.al; 1989 )

25 11 Chl-a =12.25 A, 2.55 A, Chl-b=20.31 A, 4.91 A, (2.4) Karakterisasi Sifat Optik dan Listrik Karakterisasi Sifat Optik Berkas cahaya yang dikenakan pada sebuah materi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.6 akan mengalami tiga hal yaitu absorbsi, refleksi, dan transmisi. Gambar 2.6. 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 (2.5) (Ingle, 1988). I T I 0 (2.5) Hukum Beer menyatakan bahwa absorbansi cahaya berbanding lurus dengan konsentrasi dan ketebalan media yang dinyatakan dalam Persamaan (2.6) (Ingle, 1988). I A log( ) Log ( T ) lc I 0 (2.6) Sehingga diperoleh Persamaan (2.7) (Ingle, 1988).

26 12 T I I A (2.7) Koefisien absorbsi α dapat diperoleh menggunakan Persamaan (2.8) (Ingle, 1988). Keterangan : 1 ln l I I 0 1 ln( T) l A adalah absorbansi adalah koefisien absorbansi (cm -1 ) T adalah transmitansi I o adalah daya cahaya datang (W.m -2 ) I adalah daya cahaya keluar (W.m -2 ) c adalah konsentrasi molar (mol. l -1 ) l adalah tebal media (cm) (2.8) Absorbsi cahaya oleh suatu molekul merupakan suatu bentuk interaksi antara gelombang cahaya atau foton dan atom atau molekul. Energi cahaya diserap oleh atom atau molekul dan digunakan oleh elektron di dalam atom atau molekul tersebut untuk bertransisi ke tingkat energi yang lebih tinggi. Persamaan (2.9) (Beiser, 1999) menyatakan bahwa absorbsi hanya terjadi jika selisih kedua tingkat energi elektronik tersebut ΔE = E 2 E 1 bersesuaian dengan energi cahaya atau foton yang datang. ΔE = E foton (2.9) Probabilitas absorbsi bergantung pada kerapatan elektron pada tingkat energi pita konduksi dan pita valensi serta tingkat energi cahaya yang datang. Jika energi cahaya yang datang lebih besar dari celah pita energi, maka koefisien absorbsi akan makin besar pula. Koefisien absorbsi berguna dalam penentuan besarnya pembangkitan pasangan elektron dan hole akibat adanya penyinaran.

27 Karakterisasi Sifat Listrik Besarnya resistansi dari suatu larutan dapat diukur menggunakan metode two point probe dengan menggunakan alat Elkahfi 100 I-V Meter. Pada metode ini terdapat dua probe, yaitu satu probe arus dan satu probe tegangan. Probe pertama berfungsi untuk mengalirkan arus listrik dan probe yang lain untuk mengukur tegangan listrik ketika probe-probe tersebut dikenakan pada sampel. Dari variasi perubahan tegangan yang diberikan, akan diperoleh perubahan arus yang diukur sehingga besarnya resistansi berdasarkan nilai tegangan dan arusnya. Nilai resistansi sangat dipengaruhi oleh elektroda. Resistansi yang terukur merupakan resistansi total antara resistansi larutan klorofil dan resistansi elektroda. Bahan konduktor yang baik mempunyai nilai konduktivitas tinggi, sedangkan untuk bahan isolator, konduktivitasnya rendah karena tingginya resistivitas. Besarnya resistivitas berbanding terbalik dengan konduktivitas, dan hubungannya ditunjukkan dengan Persamaan (2.10) (Tipler, 2001). 1 (2.10) merupakan konduktivitas (Ωm) -1 dan adalah resistivitas (Ωm). Medan listrik E dan rapat arus J akan dihasilkan pada suatu konduktor apabila konduktor tersebut dialiri arus, dimana besarnya rapat arus sebanding dengan kuat medan listrik dalam konduktor dan secara matematik dirumuskan oleh Persamaan (2.11) (Tipler, 2001). J E (2.11) J adalah rapat arus yang menunjukkan besarnya aliran muatan (I) pada suatu konduktor persatuan luas (A), dan dinyatakan dengan Persamaan (2.12) (Tipler, 2001). I J (2.12) A Persamaan (2.11) digunakan untuk menentukan nilai konduktor tersebut apabila diberi tegangan V (Tipler, 2001). medan listrik E pada V E (2.13) L

28 14 L merupakan panjang penampang dalam satuan meter. (2.14). Mengacu pada Persamaan (2.11), (2.12), dan (2.13) diperoleh Persamaan V J (2.14). L Nilai tahanan R dari suatu konduktor dirumuskan oleh Persamaan (2.10) (Tipler, 2001). V R (2.15) I Berdasarkan Persamaan ( 2.14) dan ( 2.15) dapat diperoleh Persamaan (2.16). V. L (2.16) I A Sehingga resistansi dapat juga dinyatakan sesuai Persamaan (2.17).. L R (2.17) A Nilai resistansi berbanding lurus terhadap resistivitas bahan dan panjang resistor dan berbanding terbalik dengan luas penampang yang tegak lurus arah aliran arus. Persamaan (2.10) menunjukkan bahwa resistivitas berbanding terbalik dengan konduktivitas. Dengan konduktivitas kecil maka larutan itu lebih bersifat resistan (penghambat listrik) dan sebaliknya bila konduktivitas suatu bahan itu besar maka resistansi bahan tersebut akan kecil Elektrolit Larutan elektrolit yang digunakan pada sistem DSSC berfungsi untuk menggantikan kehilangan elektron pada pita HOMO dari dye akibat eksitasi elektron dari pita HOMO (High Occupied Molecular Orbital) ke pita LUMO (Low Unoccupied Molecular Orbital) karena penyerapan cahaya tampak oleh dye. Elektrolit juga dapat menerima elektron pada sisi elektroda lawan. Pada umumnya pembuatan sel DSSC menggunakan pasangan elektrolit I - - dan I 3 sebagai elektrolit, karena sifatnya yang stabil dan mempunyai reversibilitas yang baik (Wang et.al; 2005).

29 15 Gambar 2.7. Struktur Iodine (Wang et.al; 2005) Elektroda lawan Katalis dibutuhkan untuk mempercepat kinetika reaksi proses reduksi triiodide pada TCO (Transparant Conductive Oxide). Platina merupakan material yang umum digunakan sebagai katalis pada berbagai aplikasi, dan juga sangat efisien dalam aplikasinya pada DSSC. Walaupun platina memiliki kemampuan katalistik yang tinggi, namun platina merupakan material yang mahal, maka sebagai alternatif dikembangkan elektroda lawan berupa karbon sebagai lapisan katalis. Karena luas permukaannya yang tinggi elektroda lawan karbon mempunyai keaktifan reduksi triiodide yang menyerupai elektroda platina Responsivitas Fotodioda Responsivitas merupakan sebuah ukuran dari sensitivitas yang memperhitungkan daerah aktif dari fotodioda. Salah satu metode standar yang digunakan untuk menentukan responsivitas dari fotodioda adalah dengan membagi arus short circuit (I SC ) dengan intensitas cahaya dari sumber lampu yang digunakan. Arus short circuit (I SC ) merupakan arus pada saat tegangan nol. Sedangkan intensitas cahaya dari suatu sumber cahaya dapat diukur dengan menggunakan Solar Power Meter. Nilai responsivitas sendiri diperoleh dari kurva I-V seperti Gambar 2.8. Pada saat diberikan tegangan, maka akan menghasilkan arus tertentu. Persamaan untuk menghitung nilai responsivitas sendiri adalah = (2.18)

30 16 Keterangan : R e adalah Responsivitas (A/[Watt/m 2 ]) I SC adalah Arus short circuit (Ampere) E e adalah Intensitas cahaya (Watt m -2 ) Gambar 2.8. Karakteristik Kurva I-V Fotodioda (Supriyanto dkk, 2009)

31 BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian Metode Penelitian yang digunakan adalah metode eksperimen. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Material Jurusan Fisika FMIPA UNS untuk tahap ekstraksi serta preparasi dan pengujian sifat listrik DSSC, Laboratorium Jurusan Kimia FMIPA UNS untuk tahap kromatografi, Laboratorium MIPA Terpadu FMIPA UNS untuk karakterisasi XRD TiO 2. Penelitian dilaksanakan dari bulan Juni November Alat dan Bahan Alat Penelitian Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah: 1. Isolasi dye klorofil Spirulina sp a. Ekstraksi Tabung erlenmeyer 250 ml digunakan pada proses ekstraksi sebagai wadah, Neraca analitik Metler Toledo digunakan untuk menimbang bahan yang akan di ekstrak ( Spirulina sp), Magnetic stirer digunakan untuk mengaduk larutan dalam tabung reaksi, Gelas ukur 250 ml digunakan untuk mengukur aseton, corong digunakan untuk mempermudah menuangkan larutan pada wadah lain, pipet tetes digunakan untuk mengambil larutan dari dalam botol. b. Kromatografi Satu set kolom kromatografi, digunakan untuk memisahkan klorofil Spirulina sp dari pigmen fotosintesis yang ikut larut pada proses ekstraksi, gelas beker digunakan untuk menampung larutan hasil kromatografi yang terpisah menjadi beberapa fraksi, kompresor udara mini digunakan untuk memampatkan tekanan udara pada kolom agar proses turunnya larutan lebih cepat. 17

32 18 2. Alat uji karakterisasi fraksi Spirulina sp UV-Visible Spectrophotometer Lambda 25, untuk mengukur absorbansi pada masing - masing fraksi hasil kromatografi, Elkahfi 100 I-V Meter, untuk mengetahui karakteristik arus dan tegangan larutan klorofil. 3. Alat uji karakterisasi XRD X-Ray Diffraction Bruker D8 Advance (XRD), untuk mengidentifikasi struktur kristal TiO Alat preparasi DSSC Hot Plate IKA R C-MAG HS7 untuk pengaduk larutan dan pemanas, supaya larutan tercampur rata digunakan magnetic stirrer, spatula untuk mengambil bubuk dan mendeposisi TiO 2 pada kaca FTO 5. Pengujian sifat listrik DSSC Lampu OHP (Over Head Projector) untuk lampu iluminasi, Keithley 2602A System Source Meter untuk mengetahui karakteristik I-V, Solar Power Meter 1333R untuk mengukur intensitas cahaya Bahan Penelitian Bahan yang digunakan dalam penelitian adalah: 1. Isolasi dye klorofil Spirulina sp a. Ekstraksi Bubuk Spirulina sp, sebagai bahan ekstrak, aseton sebagai pelarut pigmen klorofil, kertas saring Whatman no.42 untuk menyaring larutan ekstrak, alumunium foil untuk melindungi larutan agar tidak terjadi kontak langsung dengan cahaya matahari, tissue secukupnya sebagai bahan pembersih. b. Kromatografi N-Heksan, silica gel 2. Uji karakterisasi absorbansi Fraksi hasil kromatografi, yaitu Sp 1, Sp 2,dan Sp Uji fabrikasi X-Ray Diffraction (XRD) Bubuk TiO 2

33 19 4. Preparasi komponen- komponen DSSC a. Pembuatan elektroda kerja Kaca FTO, bubuk TiO 2 dan etanol untuk membersihkan kaca b. Pembuatan elektroda lawan Kaca FTO, grafit dari pensil kayu c. Larutan elektrolit Iodine

34 Diagram Penelitian Secara umum alur penelitian ditunjukkan seperti gambar di bawah ini Persiapan Alat dan Bahan Isolasi klorofil Spirulina sp 1. Ekstraksi 2. Kromatografi Karakteristik Dasar : 1.UV-Vis 2. I-V Preparasi elektroda kerja 1.Pembuatan suspensi TiO 2 2. Deposisi TiO 2 pada FTO 3. Pemanasan Preparasi larutan elektrolit Preparasi elektroda lawan Perangkaian DSSC TiO 2 /dye/elektrolit/karbon/tio 2 Pengujian sifat listrik DSSC Analisa Kesimpulan Gambar 3.1. Diagram Alur Penelitian

35 Persiapan Tahap persiapan ini meliputi mempersiapkan dan membersihkan semua alat yang akan digunakan mengetahui pengaruh fraksi klorofil Spirulina sp terhadap sifat listrik dengan struktur DSSC Isolasi Dye Klorofil Ekstraksi Spirulina sp Proses isolasi terdiri dari ekstraksi klorofil Spirulina sp, kemudian dilakukan proses kromatografi. Spirulina sp yang digunakan berupa bubuk sebanyak 50 gram. Pada pembuatan larutan ekstraksi Spirulina sp yang digunakan sebagai pelarut adalah aseton sebanyak 250 ml. Aseton digunakan karena memiliki sifat polar, yaitu tidak dapat bereaksi dengan komponen-komponen lainnya yang diisolasi. Selain itu aseton juga memiliki sifat sifat yang spesifik seperti hanya mengisolasi atau melarutkan zat-zat yang diinginkan, mempunyai titik didih rendah dan dapat dihilangkan dengan teknik pemanasan yang sederhana. Bubuk klorofil yang telah dicampur pelarut diaduk menggunakan Hot Plate IKA R C-MAG HS7 dengan kecepatan putar 100 rpm selama 30 menit dan menggunakan magnetic stirrer. Pengadukan ini bertujuan untuk memisahkan larutan dengan endapan bubuk klorofil. Kemudian hasilnya disaring menggunakan kertas Whatman no. 42. Ukuran porikertas Whatman no. 42 sebesar 450 nm akan menahan komponen terlarut yang lebih besar dari ukuran pori kertas, sehingga diperoleh larutan klorofil dengan ukuran komponen terlarut yang homogen. Gambar 3.2. Bubuk Spirulina sp

36 22 Tahap ekstraksi seperti pada gambar 3.3 dengan langkah-langkah sebagai berikut: 1. Bubuk Spirulina sp ditimbang menggunakan neraca digital Metler Toledo. 2. Aseton diambil dengan gelas ukur sebanyak 250ml. 3. Bubuk Spirulina sp yang sudah ditimbang di larutkan dengan aseton ke dalam tabung erlenmeyer. 4. Larutan tersebut diaduk menggunakan magnetic stirrer dengan kecepatan 100 rpm selama 30 menit sampai semua bubuk Spirulina sp larut. 5. Larutan disaring dengan kertas saring whatman no. 42 supaya sisa bubuk Spirulina sp tertinggal. 6. Hasil ekstraksi klorofil Spirulina sp disimpan dalam botol yang tertutup rapat dan dilapisi aluminium foil agar tidak terjadi kontak dengan cahaya matahari. Gambar 3.3. Ekstraksi Klorofil Spirulina sp Kromatografi Larutan hasil ekstraksi kemudian dikromatografi untuk memisahkan fraksi warna larutan klorofil. Selain itu, proses kromatografi bertujuan untuk menghasilkan larutan klorofil yang bersih dari endapan bubuk klorofil. Sebelum proses kromatografi dilakukan, larutan hasil ekstraksi diuapkan menggunakan evaporator untuk mengurangi kadar pelarut. Proses evaporasi dilakukan pada tekanan kamar dan suhu 60 o C. Evaporasi menghasilkan larutan klorofil yang lebih kental dan pekat. Proses kromatografi ditunjukkan pada Gambar 3.4. Langkah langkah pada tahap kromatografi adalah sebagai berikut :

37 23 1. Kolom kromatografi dan kompresor mini dipasang pada statif. 2. Silica gel dimasukkan ke dalam kolom kromatografi sampai batas yang ditentukan (3/4 dari tinggi labu kolom Erlenmeyer). 3. N-Heksana dituangkan ke dalam kolom kromatografi. 4. Pompa udara dinyalakan sampai tidak ada gelembung dalam campuran silica gel dan N-Heksana. 5. Pompa udara kemudian dimatikan dan larutan hasil ekstraksi klorofil Spirulina sp dimasukkan di atas campuran silica gel dan N-Heksana dalam kolom kromatografi. 6. Pompa udara dinyalakan kembali sampai klorofil yang dalam penelitian ini berwarna hijau turun sampai ujung kolom dan terpisah dalam 3 warna yang berbeda. 7. Masing masing klorofil hasil kromatografi ditampung sesuai perbedaan warna. 8. Klorofil hasil kromatografi atau disebut fraksi 1 ditandai dengan Sp 1 yang merupakan larutan dengan warna hijau pekat yang turun pertama kali, Sp 2 (fraksi 2) merupakan cairan berikutnya berwarna hijau tetapi tidak pekat, dan Sp 3 (fraksi 3) untuk cairan berikutnya yang memiliki warna hijau kekuning-kuningan. Gambar 3.4. Kolom Kromatografi dan Statif

38 Karakterisasi Optik Dye Spirulina sp Karakterisasi optik dye klorofil ini diperoleh dengan menguji nilai absorbansi dye klorofil tersebut, menggunakan UV-Visible Spectrophotometer Lambda 25 dengan variasi masing masing fraksi klorofil hasil kromatografi. Pengujian larutan klorofil dilakukan untuk mengetahui fraksi klorofil hasil kromatografi mana yang mempunyai kemampuan absorbansi lebih tinggi. Semua sampel diuji untuk mengetahui spektrum masing-masing sampel. Larutan dimasukkan pada kuvet hingga kuvet terisi minimal tiga per empat tinggi kuvet (5ml). Pembanding sampel adalah aseton, itu dikarenakan aseton adalah pelarut yang digunakan pada saat ekstraksi. Larutan Spirulina sp diuji absorbansinya dengan Spektrometer UV-Visible Spectrophotometer Lambda 25. Langkah awal melakukan UV-Vis yaitu menghidupkan mesin UV-Visible Spectrophotometer Lambda 25 dan komputer dengan menyalakan tombol on. Pada program dipilih parameter abs yang artinya absorbansi. Sebelum melakukan proses pengukuran absorbansi dilakukan baseline terlebih dahulu. Baseline saat pengukuran larutan dilakukan dengan meletakkan kuvet berisi aseton. Baseline dilakukan pada panjang gelombang nm. Pada rentang panjang gelombang tersebut, klorofil secara alami efektif menyerap cahaya pada panjang gelombang saat berlangsungnya proses fotosintesis. Gambar 3.5. UV-Visible Spectrophotometer Lambda 25

39 Karakterisasi I-V Larutan Klorofil Karakterisasi I-V Larutan klorofil dilakukan dengan metode two point probe menggunakan alat Elkahfi 100 I-V Meter. Sampel larutan klorofil Sp 1, Sp 2, dan Sp 3 diukur dalam kondisi gelap dan terang untuk mendapatkan data respon sampel terhadap cahaya. Tahapan pengukuran yang dilakukan adalah sebagai berikut : a. Elkahfi 100 I-V Meter dinyalakan dengan menghubungkan kontak daya alat pada stavolt yang sudah terhubung dengan sumber tegangan. b. Elkahfi 100 I-V Meter dihubungkan dengan PC melalui sambungan kabel USB ke Serial RS232. c. Aplikasi Elkahfi 100 I-V Meter dijalankan pada komputer. d. Kabel untuk mengukur sampel disambung pada port current in dan voltage out yang ada pada panel antarmuka alat. e. Kabel dari port current in dan voltage out dihubungkan. Kabel merah dihubungkan ke kedua elektroda sampel, sedangkan kabel hitam saling dihubungkan. f. Program pengukuran pada aplikasi alat yang sudah dijalankan di komputer dijalankan dengan memilih setting untuk menentukan port yang digunakan, memilih view kemudian I-V Characteristic dan pilih I-V Measurement. g. Data hasil pengukuran disimpan dengan memilih save as. h. Langkah a sampai f diulangi dengan perlakuan sampel diberi cahaya dan pada kondisi gelap. Gambar 3.6. Elkahfi 100 I-V Meter

40 Preparasi Elektroda Kerja Elektroda kerja dibuat pada kaca konduktif FTO yang di atasnya dideposisikan semikonduktor anorganik TiO 2 rutile. Semikonduktor tersebut akan diendapkan di atas kaca konduktif FTO dengan metode slipcasting. Sebelumnya terlebih dahulu dibuat pasta TiO 2. Dalam pembuatan pasta TiO 2 dibutuhkan bubuk TiO 2 sebanyak 3,5gr dan etanol 95% sebanyak 14ml lalu di aduk dengan Hot Plate IKA R C-MAG HS7 dengan kecepatan 300 rpm selama 30 menit dan menggunakan magnetic stirrer. Setelah pasta TiO 2 siap, dilakukan langkah langkah sebagai berikut : 1. Pada kaca FTO, sebelum dilakukan deposisi TiO 2 terlebih dahulu dicari bagian yang bersifat konduktif. 2. Pada kaca konduktif FTO ukuran 2cm x 5cm dibentuk area pendeposisi TiO 2 dengan ukuran 1cm x 2cm. Sisi FTO ditempel dengan selotip sebagai pembatas. 3. Pasta TiO 2 yang telah disiapkan sebelumnya, diletakkan di atas permukaan kaca FTO yang tidak berselotip, kemudian pasta tersebut diratakan secara halus dengan spatula. Ketebalan lapisan TiO 2 yang dideposisi sesuai dengan tebal selotip yang digunakan. 4. Setelah deposisi, selotip diangkat secara perlahan dan lapisan dibiarkan pada suhu ruang agar mengering. Agar deposisi TiO 2 menjadi lebih baik, elektroda ini di sintering pada temperatur 150 C selama 10 menit dengan Hot Plate IKA R C-MAG HS7. Kemudian didinginkan hingga mencapai suhu kamar. Elektroda yang dibuat sebanyak 3 sampel, masing masing untuk variasi dye Sp 1, Sp 2, dan Sp Preparasi Larutan Elektrolit Larutan Elektrolit yang digunakan dalam penelitian ini adalah pasangan redoks Iodine dan Triiodide.

41 27 Gambar 3.7. Larutan Elektrolit Preparasi Elektroda Lawan Elektroda lawan untuk DSSC dapat dibuat dari kaca konduktif yang diatasnya dilapisi karbon (C) karena mudah dan biayanya yang murah. Fungsi karbon sebagai katalis untuk mempercepat reaksi pada DSSC. Karbon yang digunakan berasal dari grafit pensil kayu. Sama seperti pada pembuatan elektroda kerja, pada pembuatan elektroda lawan, terlebih dahulu mencari bagian kaca FTO yang konduktif, lalu dibuat ukuran 1 cm x 2 cm, setelah itu dibuat lapisan karbon dengan pensil grafit kayu Perangkaian DSSC Setelah semua komponen siap, kemudian dilakukan perangkaian DSSC yaitu elektroda kerja yang sudah disiapkan direndam dalam ekstrak dye klorofil Spirulina sp masing masing pada Sp 1, Sp 2, dan Sp 3 selama 24 jam. Setelah elektroda kerja siap, kemudian ditetesi elektrolit. Selanjutnya elektroda lawan diletakkan di atas elektroda kerja dengan struktur berlapis (sandwich) lalu dijepit dengan binder klip setelah itu DSSC siap untuk diuji. Gambar 3.8. Perangkaian DSSC dengan Struktur Berlapis (sandwich)

42 Pengujian Karakteristik I-V DSSC Pengujian karakteristik I-V fraksi klorofil dengan struktur DSSC dilakukan saat kondisi gelap dan terang. Hal ini akan menunjukkan ada tidaknya sifat fotokonduktivitas DSSC. Pada kondisi terang menggunakan pencahayaan dari lampu OHP (Over Head Projector) dengan intensitas sebesar 1235 Watt/m 2, sedangkan untuk kondisi gelap ditutup dengan kotak penutup. Pengukuran intensitas cahaya dilakukan dengan Solar Power Meter 1333R dan pengujian dilakukan dengan menggunakan Keithley 2602A yang ditunjukkan pada Gambar 3.9. Gambar 3.9. Solar Power Meter 1333R dan Keithley 2602A

43

44 3. 0 S p 1 S p 2 S p A b s o r b a n s i P a n j a n g g e l o m b a n g ( n m ) Gambar 4.3. Grafik absorbansi larutan klorofil Spirulina sp untuk Sp 1, Sp 2, Sp 3

45 31 Gambar 4.3 memperlihatkan grafik absorbansi larutan Spirulina sp pada ketiga sampel Sp 1, Sp 2, dan Sp 3 sebagai fungsi dari panjang gelombang (nm) yang diukur dari panjang gelombang 400 nm hingga 800 nm. Hasil pengujian tersebut memperlihatkan bahwa puncak absorbsi Sp 1, Sp 2, dan Sp 3 terjadi pada interval λ yang sama yaitu nm yang merupakan puncak klorofil a. Puncak kedua muncul pada interval nm, karakteristik absorbansi yang ditunjukkan pada puncak kedua merupakan klorofil b. Selanjutnya pada rentang panjang gelombang nm muncul puncak yang merupakan karakteristik puncak klorofil a. Karakteristik puncak - puncak hasil eksperimen menunjukkan konsistensi terhadap spektrum absorbansi klorofil sesuai referensi pada Gambar 2.5 Tabel 4.1. Nilai Puncak Absorbansi Larutan Klorofil Sampel Warna Panjang Absorbansi Gelombang (nm) SP 1 Hijau pekat 664 1, ,34449 SP 2 Hijau muda 664 1, ,20771 SP 3 Hijau kekuningkuningan 664 0, ,11497 Pada Gambar 4.3 dan Tabel 4.1 dapat diamati dengan jelas puncak absorbansi yang terbentuk. Sp 1 diserap pada panjang gelombang λ= 664 nm dengan nilai absorbansi sebesar 1,26958 dan pada panjang gelombang λ= 647 nm dengan nilai absorbansi sebesar 0,34449, untuk Sp 2 diserap pada panjang gelombang λ= 664 nm dengan nilai absorbansi sebesar 1,16946 dan pada panjang gelombang λ= 667 nm dengan nilai absorbansi sebesar 0,20771 dan Sp 3 pada panjang gelombang λ= 664 nm dengan nilai absorbansi sebesar 1,26958 dan pada panjang gelombang λ= 667

46 32 nm dengan nilai absorbansi sebesar 0, Keseluruhan tipe puncak absorbansi sampel tersebut melemah dari Sp 1 hingga Sp 3. Pada Sp 3 terjadi puncak absorbansi lebih rendah dari pada Sp 1 dan Sp 2. Pada sampel ini menunjukkan kemampuan absorbansi yang lebih rendah dibanding Sp 1 dan Sp 2. Penurunan kemampuan absorbansi pada sampel ini dikarenakan kadar klorofil Sp 3 lebih rendah dibanding Sp 1 dan Sp 2. Meskipun kemampuan mengabsorbsinya rendah namun pada sampel ini muncul konsistensi yakni dua puncak pada spektrum absorbansinya. Sedangkan pada Sp 2 dan Sp 3 terjadi puncak absorbansi dengan selisih yang sangat kecil, ini berarti kemampuan Sp 1 dan Sp 2 dalam mengabsorbsi juga memiliki selisih yang kecil Kandungan Klorofil Spirulina sp Dari perhitungan menggunakan rumus dari Persamaan (2.4) serta hasil kurva absorbansi maka diperoleh nilai kandungan klorofil masing-masing sampel secara kuantitatif dapat dihitung pada Tabel 4.2 Tabel 4.2 Kandungan Klorofil masing-masing Fraksi Spirulina sp. Sampel Klorofil a (mg/l) Klorofil b (mg/l) Sp 1 15,545 0,756 Sp 2 13,793 0,671 Sp 3 8,62 0,419 Tinggi puncak absorbansi berhubungan dengan kandungan klorofil yang terlarut. Dari Tabel, untuk Sp 1 diperoleh klorofil a sebesar 15,545 mg/l dan klorofil b=0,756mg/l, sedangkan Sp 2 diperoleh klorofil a sebesar 13,793mg/L dan klorofil b=0,671mg/l, dan Sp 3 kandungan klorofil a yg diperoleh sebesar 8,62 mg/l dan klorofil b=0,419 mg/l. Nilai absorbansi molekul klorofil akan mempengaruhi jumlah kandungan klorofil masing-masing sampel. Dari Tabel 4.2 di atas dapat diketahui bahwa Sp 1

47 33 memiliki kandungan klorofil yang paling banyak sehingga Sp 1 memiliki kemampuan menyerap energi foton lebih baik daripada Sp 2 dan Sp 3. Sampel yang memiliki kandungan klorofil optimum berarti memiliki jumlah molekul penyerap foton maksimal. Energi foton tersebut dapat dikonversi menjadi energi listrik pada aplikasi sel surya. Kandungan klorofil a dan b pada Sp 1 tidak begitu jauh dengan kandungan klorofil a dan b pada Sp 2, hal ini dikarenakan pada Sp 1 dan Sp 2 tersebut memiliki tinggi puncak absorbansi dengan selisih yang kecil juga sperti dibahas pada Tabel Karakterisasi I-V Larutan Klorofil Spirulina Sp Perbedaan kemampuan larutan klorofil dalam mengabsorbsi cahaya mempengaruhi kemampuannya dalam mengalirkan elektron. Hal ini ditunjukkan pada hasil pengujian I-V larutan. Pada pengukuran sifat listrik larutan klorofil untuk Sp 1, Sp 2, dan Sp 3 diperolah hasil seperti pada Gambar 4.4 pada kondisi terang. Kemampuan absorbansi paling tinggi yang dimiliki sampel Sp 1, menunjukkan hal yang sama pada kemampuan Sp 1 dalam menghasilkan arus. Perbandingan antar sampel menunjukkan kemampuan sampel dalam mengalirkan arus. Dari hasil kurva menunjukkan Sp 1 menghasilkan arus yang paling tinggi dari pada sampel yang lain. Hal ini menunjukkan bahwa fraksi klorofil terlarut menentukan konduktivitas larutan. Pada saat diberi cahaya arus meningkat perlahan. Perbandingan antara pengujian setiap sampel adalah pada Sp 3 kurva cenderung linier dan menghasilkan arus yang kecil dibanding sampel lainnya. Pengujian sifat listrik larutan ketiga sampel menunjukkan bahwa pada kondisi gelap arus naik secara perlahan namun cenderung konstan yakni pada saat tegangan 0-9V.

48 E-008 Sp 1 Sp 2 Sp E-008 Arus(Ampere) 1.50E E E E Tegangan(Volt) Gambar 4.4. Grafik karakterisasi I-V dye Sp 1, Sp 2, dan Sp 3 pada kondisi terang Selanjutnya hasil pengukuran pada kondisi gelap ditunjukkan pada Gambar 4.5. Gambar 4.5 merupakan perbandingan setiap sampel pada kondisi gelap. Teramati dengan jelas karakteristik peningkatan arus secara linier dilanjutkan eksponensial ketika tegangan dinaikkan. Arus yang muncul pada kondisi gelap pada sampel Sp3 lebih kecil dibandingkan dengan sampel Sp 2 dan Sp 3. Hasil ini mengidentifikasikan bahwa klorofil berperan sebagai fotosensitizer sehingga terdapat arus. Pengujian sifat listrik larutan ketiga sampel menunjukkan bahwa pada kondisi gelap arus naik secara perlahan namun cenderung konstan yakni pada saat tegangan 0-9V.

49 35 Sp 1 Sp 2 Sp E-008 Arus (Ampere) 1.50E E E E Tegangan (Volt) Gambar 4.5. Grafik karakterisasi I-V pada Sp 1, Sp 2, dan Sp 3 pada kondisi gelap Perbedaan kemampuan larutan klorofil dalam mengabsorbsi cahaya pada kondisi gelap dan terang mempengaruhi kemampuannya dalam mengalirkan elektron. Hal ini ditunjukkan pada hasil pengujian I-V larutan. Pada Gambar 4.4. dan Gambar 4.5 menunjukkan karakteristik tegangan dan arus yang lebih tinggi pada keadaan terang dibandingkan dalam keadaan gelap. Pengukuran sifat listrik menunjukkan hasil yang berbeda saat di ukur pada keadaan gelap dan terang. Karakteristik ini menunjukkan sifat fotosensitizer klorofil sebagai dye pada DSSC (Sumaryanti, 2011) Tabel 4.3 Nilai Konduktivitas Larutan Klorofil Sampel σ' ± σ(ωm) -1 Kondisi Terang σ' ± σ(ωm) -1 Kondisi Gelap Sp 1 (2,84 ±0,029) x 10-6 (2,75 ±0,016) x 10-6 Sp 2 (2,30 ±0,015) x 10-6 (1,61±0,012) x 10-6 Sp 3 (1,49 ±0,012) x 10-6 (0,46 ±0,007) x 10-6

50

51 37 Pada Gambar 4.7, 4.8, dan 4.9 ditunjukkan hasil pengukuran arus yang diberi tegangan antara 0-2Volt. Kemampuan menghasilkan arus pada kondisi terang menunjukkan peningkatan dibanding arus yang dihasilkan pada keadaan gelap. Arus(Ampere) Tegangan(Volt) Gambar 4.7 Grafik Karakterisasi I-V DSSC dengan Dye Sp p E E E E-04 Arus(Ampere) 5.00E E E E E E E E E E E E E E E E-04 Tegangan (Volt) Gambar 4.8 Grafik Karakterisasi I-V DSSC dengan Dye Sp p 2

52 38 Arus(Ampere) E E E E E E E E E-05 Tegangan(Volt) Gambar 4.9 Grafik Karakterisasi I-V DSSC dengan Dye Sp p 3 Keterangan : Kondisi terang Kondisi gelap Pada ketiga grafik di atas menunjukkan karakteristik I-V pada ketiga sistem DSSC yang dibuat dengan variasi dye, yaitu dengan Sp 1, Sp 2, dan Sp 3. Perbandingan secara umum DSSC yang bekerja paling maksimum adalah DSSC yang menggunakan dye Sp 1. Begitu juga konsistensi ditunjukkan pada kondisi gelap pada grafik di gambar di atas, DSSC yang mempunyai arus karakterisasi I-V adalah DSSC yang menggunakan dye Sp 1. Kedua kurva dari masing masing DSSC yang telah dibuat menunjukkan kenaikan arus ketika diberikan potensial maju, hal ini terjadi karena pada saat tegangan bias mundur yang dipasang semakin mengecil, maka potensial penghalang pada persambungan akan menurun sehingga menyebabkan pembawa mayoritas melintasi persambungan. Pembawa - pembawa ini akan meningkatkan arus maju dan menurunkan arus reverse ketika tegangan mendekati nol. Adanya penyinaran oleh cahaya pada permukaan sampel akan meningkatkan pasangan elektron-hole di