DAFTAR ISI. Persetujuan Pernyataan Penghargaan Abstrak Abstract Daftar Isi Daftar Tabel Daftar Gambar Daftar Lampiran

Transkripsi

1 DAFTAR ISI Persetujuan Pernyataan Penghargaan Abstrak Abstract Daftar Isi Daftar Tabel Daftar Gambar Daftar Lampiran Halaman i ii iii v vi vii x xi xiii Bab 1. Pendahuluan 1.1. Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Tempat Penelitian Sistematika Penelitian 6 Bab 2. Tinjauan Pustaka 2.1. Hemigraphis colorata Flavonoid Sel Surya Fotovoltaik Prinsip Kerja Sel Surya Konvensional Silikon Performansi Sel Surya Karakteristik I-V Fotovoltaik Fill Factor dan Efisiensi Kuantum Dye-Sensitized Solar Cell Umum Struktur DSSC Prinsip Kerja DSSC Material DSSC Substrat DSSC Layer Oksida Nanopori DSSC Elektrolit Katalis Counter Elektroda Zat Pewarna (Dyes) Flavonoid sebagai dye Perakitan DSSC Persiapan Substrat Persiapan Larutan TiO 2 dan Counter Elektroda Deposisi Lapisan Elektroda dan Counter Elektroda 28

2 Annealing dan Sintering Titania Elektroda Ekstraksi Dye dan Pewarnaan Titania Elektroda Menumpuk Elektroda dan Penambahan Elektrolit Karakterisasi DSSC Spektrofotometer UV-Vis Karakterisasi FTIR 32 Bab 3. Metode Penelitian 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian Peralatan dan Bahan Penelitian Peralatan Preparasi Larutan Dye Pembuatan Transparent Conducitive Glass (TCO) Preparasi Pasta Oksida TiO Preparasi Larutan Elektrolit Preparasi Counter Elektroda Karbon ASSEMBLY DSSC Pengujian Karakterisasi Gugus Fungsi Ekstrak Hemigraphis colorata Pengujian Absorbsi Dye Pengujian Sel Surya Bahan Prosedur Penelitian Preparasi Sampel Preparasi Larutan Dye Pembuatan Transparent Conducitve Glass (TCO) Preparasi Pasta Oksida TiO Preparasi Larutan Elektrolirt Preparasi Counter Elektroda Karbon ASSEMBLY DSSC Pengujian DSSC Pengujian Karakterisasi Gugus Fungsi Ekstrak Hemigraphis colorata Pengujian Absorbsi Dye Pengujian Sel Surya Diagram Alir Penelitian 45 Bab 4. Hasil dan Pembahasan 4.1. Hasil Analisis Ekstrak Daun Hemigraphis colorata Hasil Analisis Gugus Fungsi Ekstrak Daun Hemigraphis colorata Hasil Analisis Absorbsi Dye Hemigraphis colorata Karakterisasi I-V Sel Surya 50 Bab 5. Kesimpulan dan Saran 5.1. Kesimpulan Saran 58

3 Daftar Pustaka 59 Lampiran 62

4 DAFTAR TABEL Nomor Judul Halaman Tabel 1.1 Penelitian DSSC yang Pernah Dilakukan Sebelumnya Sifat Berbagai Golongan Flavonoid Efisiensi DSSC TiO 2 dengan Berbagai Macam Dye Ciri Spektrum Golongan Flavonoid Utama Identifikasi Gugus Fungsi dari Ekstrak Daun Hemigraphis colorata Performansi Dye Sensitized Solar Cell dengan Menggunakan Ekstrak Daun Hemigraphis colorata dengan Variabel Jarak Sumber Cahaya dengan DSSC dan Variabel Substrat yang Digunakan Pengukuran Tegangan dan Arus Keluaran DSSC di bawah Cahaya Matahari 55

5 DAFTAR GAMBAR Nomor Judul Halaman Gambar 2.1 Sambang Getih (Hemigraphis colorata (Hall).F) Kerangka Dasar Senyawa Flavonoid Struktur Sel Surya Silikon p-n Junction Skema Kerja Sel Surya Silikon Karakteristik Kurva I-V pada Sel Surya Struktur Dye Sensitized Solar Cell Susunan Sandwich Layer dar DSSC Ilustrasi Proses Fotokatalis Skema Kerja dari DSSC Struktur Kristal dari TiO 2 Anatase Spektrum Cahaya Matahari Struktur Sianidin Beberapa Cara Memperisapkan Counter Elektroda Doctor-blade Technique Electro-spinning Technique Susunan elektroda yang akan dilapisi Screen Printing Technique (a) Pengambilan Ekstrak Daun Hemigraphis colorata 38 (b) Penyaringan dye yang telah disimpan selama 24 jam Kaca preparat yang telah menjadi Kaca Konduktif ataupun Substrat TCO handmade (a) Pembuatan Binder dengan Menggunakan Hot Plate dan Magnetic Stirrer 40 (b) Pembuatan Pasta TiO 2 dalam Mortar Larutan Elektrolit yang Disimpan dalam Botol Tetes Substrat TCO handmade yang telah dilapisi Counter Elektroda Karbon Desain Lapisan Pasta TiO 2 pada Substrat TCO handmade (a) Kedua Substrat Siap untuk disatukan dan menjadi Sel Surya 43 (b) Sel Surya siap untuk diuji Pengujian Karakterisasi Absorbsi Dye dengan menggunakan Shimadzu UV-Visible Recording Spectrophotometer UV-160A Skema Rangkaian Listrik Pengujian Sel Surya (a) Pengujian Sel Surya di bawah Cahaya Lampu Pijar 44 (b) Pengujian Sel Surya di bawah Cahaya Matahari Diagram Alir Penelitian Pembuatan DSSC Spektrum FT-IR dari Ekstrak Daun Hemigraphis colorata Grafik UV-Vis dari Dye Ekstrak Daun Hemigraphis colorata dengan Pelarut Methanol Grafik UV-Vis dari Dye Ekstrak Daun Hemigraphis colorata dengan Pelarut Ethanol 49

6 4.3a Kurva Karakteristik I-vs-V untuk DSSC dengan perendaman ½ jam dan menggunakan substrat TCO homemade b Kurva Karakteristik I-vs-V untuk DSSC dengan perendaman 1 jam dan menggunakan substrat TCO homemade c Kurva Karakteristik I-vs-V untuk DSSC dengan perendaman 2 jam dan menggunakan substrat TCO homemade d Kurva Karakteristik I-vs-V untuk DSSC dengan perendaman 2 jam dan menggunakan substrat ITO dari Sigma-Aldrich 52

7 DAFTAR LAMPIRAN Nomor Judul Halaman Lampiran 1 Grafik dan Data hasil FT-IR dari Ekstrak daun Henigraphis colorata 63 2 Tabel Daerah Gugus Fungsi pada IR 64 3 Tabel Data UV Vis dari Dye Ekstrak Daun Hemigraphis colorata dengan Pelarut Methanol 65 4 Grafik UV Vis dari Dye Ekstrak Daun Hemigraphis colorata dengan Pelarut Methanol 65 5 Tabel Data UV Vis dari Dye Ekstrak Daun Hemigraphis colorata dengan Pelarut Ethanol 66 6 Grafik UV Vis dari Dye Ekstrak Daun Hemigraphis colorata dengan Pelarut Ethanol 66 7 Kurva Karakteristik I-V DSSC 67 8 Perhitungan Fill Factor, Daya Maksimum, dan Efisiensi dari DSSC 73 9 Dokumentasi Penelitian 81

8 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Banyak ditemukan menjalar dimana-mana dan sanggup bertahan dalam di bawah terik matahari sepanas apapun membuat daun Hemigraphis colorata menarik perhatian untuk diteliti. Kebanyakan daun Hemigraphis colorata banyak tumbuh menjalar di halaman rumah, terkadang tumbuh dengan sendirinya. Adapula yang sengaja ditanam dan dijadikan tanaman hias di taman-taman karena warnanya yang menarik dan pertumbuhannya yang cepat. Daunnya berwarna sedikit hijau danmerah keungunan sehingga menimbulkan sebuah pertanyaan bagaimanakah kiranya warna dari ekstrak daun ini. Kemudian ketika daun dipetik dan dihancurkan dengan tangan menghasilkan dan meninggalkan warna ungu kegelapan pada tangan. Dari situ, terpikirlah untuk mengkarakterisasi daun Hemigraphis colorata menjadi dye sebagai pewarna dan fotosensitizer pada dye sensitized solar cell yang sekarang ini banyak dikembangkan dengan menggunakan dye berbahan organik. Sambang getih (Hemigraphis colorata) adalah tanaman yang biasa ditemukan tumbuh liar atau ditanam di halaman dan taman-taman sebagai tanaman hias. Tanaman ini mempunyai batang berbaring dan merayap, bulat, becabang, beruasruas serta berwarna ungu. Daun tunggal, bertangkai, letak berhadapan, helaian daun bentuknya bulat telur, ujung runcing, pangkal romping, tepi bergerigi, pertulangan menyirip, permukaan atas warnanya merah ungu mengkilap agak keabu-abuan, bagian bawah berwarna merah anggur,berambut,panjang sekitar 11 cm, lebar 4-6 cm (Dalimartha, 2003). Sambang getih (Hemigraphis colorata) mempunyai kandungan kimia antara lain, daun mengandung flavonoid, tanin, steroid, terpenoid dan kalium, begitupun batang mengandung saponin. Dan biasanya daun sambang getih sering digunakan di bidang farmasi (Dalimartha, 1999). Flavonoid merupakan senyawa polifenol sehingga bersifat kimia senyawa fenol yaitu agak asam dan dapat juga larut dalam basa, dan karena merupakan

9 senyawa polihidroksida (gugus hidroksil) maka juga bersifat polar sehingga dapat larut dalam pelarut polar seperti methanol, ethanol, aseton, air, butanol, dimetil sulfoksida, dimetil formadida. Disamping itu, dengan adanya gugus glikosida yang terikat pada gugus flavonoid sehingga cenderung menyebabkan flavonoid mudah larut dalam air. Oleh karena itu, ekstrak daun Hemigraphis colorata mempunyai peluang untuk digunakan sebagai dye pada dye sensitized solar cell (DSSC). DSSC merupakan salah satu kandidat potensial sel surya generasi mendatang, hal ini dikarenakan tidak memerlukan material dengan kemurnian tinggi sehingga biaya proses produksinya yang relatif rendah. Berbeda dengan sel surya konvensional dimana semua proses melibatkan material silikon itu sendiri, pada DSSC absorbsi cahaya dan separasi muatan listrik terjadi pada proses yang terpisah. Absorbsi cahaya dilakukan oleh molekul dye, dan separasi muatan oleh inorganik semikonduktor nanokristal yang mempunyai band gap lebar. Penggunaan semikonduktor dengan band gap lebar akan memperbanyak elektron yang mengalir dari pita konduksi ke pita valensi, karena dengan band gap lebar tersebut akan membuat ruang reaksi fotokatalis dan absorbsi oleh dye akan menjadi lebih banyak atau dengan kata lain spektrum absorbsi menjadi lebar. Salah satu semikonduktor ber-bandgap lebar yang sering digunakan yaitu Titanium Dioxide (TiO 2 ). TiO 2 mempunyai band gap (energi celah) sebesar 3,2 3,8 ev. TiO 2 juga sering digunakan karena inert, tidak berbahaya, dan semikonduktor yang murah, selain memiliki karakteristik optik yang baik. Namun, untuk aplikasinya dalam DSSC, TiO 2 harus memiliki permukaan yang luas sehingga dye yang terabsorbsi lebih banyak yang hasilnya akan meningkatkan arus. Selain itu, penggunaan bahan dye yang mampu menyerap spektrum cahaya yang lebar dan cocok dengan pita energi TiO 2 juga merupakan karakteristik yang penting (Sasaki dkk, 2008). Sebelumnya telah banyak dilakukan penelitian mengenai DSSC dengan variasi bahan serta dye yang digunakan. Adapun penelitian-penelitian tersebut dapat kita lihat pada Tabel 1.1 berikut ini.

10 Tabel 1.1 Penelitian DSSC yang pernah dilakukan sebelumnya Tahun Peneliti Spesifikasi DSSC Hasil 2007 Wei Hao Lai, dkk (Taiwan) Dye : Rhoeo spatticea Counter elektrode : Au (Emas) V oc = 0,496 V I sc = 10,9mA η = 1,49% Akhiruddin Dye : Ekstrak Kol Merah V oc = 510 mv Maddu, dkk Counter elektrode : lempengan I sc = 7,2 μa (IPB) karbon η = 0,055% Elektrolit Gel PEG 2010 A.R. Hernandez, Dye : Ekstrak Bunga V oc = 0,26 V dkk (Mexico) Bougenville I sc = 2,327 ma η = 0,49% Chang, dkk Dye : Ekstrak Buah Ipomoea V = 540 mv I = 0,914 ma/cm 2 η = 0,25% Chang, dkk Dye : Ekstrak Daun Bayam V = 550 mv I = 0,467 ma/cm 2 η = 0,131% Pancaningtyas (ITS) Dye : Ekstrak Buah Manggis V = 340,4 mv I = 0,22 ma/cm 2 η = 0,039% 2012 Nadeak (ITS) Dye : Ekstrak Buah Naga Counter elektrode : Pd/Au V = 562 mv I = 0,307 ma η = 0,089% Lia Muliani, dkk Dye : N719 (Ruthenium Dye) V oc = 0,632 V (LIPI-ITB) Counter elektroda : Platina I sc = 0,532 ma Elektrolit : Larutan HSE η = 0,121% (produk Dyesol) 2013 Nafi, dkk Dyes : Ekstrak Buah Terung Belanda V = 593,1 mv I = 0,356 ma η = 0,0469% Hardeli, dkk Dye : Ekstrak Beras Ketan V = 937 mv

11 (Prosiding Semirata FMIPA UNLAM, UNP) Hitam I = 468 μa η = 0,405% Dan masih banyak penelitian lainnya dengan berbagai variasi bahan dye, mulai dari dye alami hingga dye termodifikasi telah banyak dibuat sebagai dye pada DSSC. Pada penelitian ini, akan dikarakterisasikan ekstrak daun Hemigraphis colorata sebagai dye pada pembuatan dye sensitized solar cell. Dalam hal ini, layer oksida berbahan semikonduktor yang akan dipakai merupakan TiO 2 dan dilapiskan dengan metode doctor blade yang sudah biasa dilakukan pada penelitian dye sensitized solar cell sebelumnya. Hanya saja substrat untuk dye sensitized solar cell akan dibuat sendiri dengan menggunakan metode yang pernah dilakukan oleh Wulandari Handini pada tahun Diaman kaca ITO sebagai substrat dibuat dengan larutan konduktif berbahan SnCl 4.5H 2 O dan dopant Sb 2 O 3 (Handini, 2008). Oleh karena itu, diharapkan penelitian karakterisasi ekstrak daun Hemigraphis colorata sebagai dye pada dye sensitized solar cell ini dapat menghasilkan sebuah solar cell yang baik dan nantinya dapat dikembangkan lebih lanjut untuk dipabrikasi. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan uraian latar belakang masalah sebelumnya, maka penulis merumuskan beberapa hal yang menjadi masalah dalam penelitian ini, diantaranya: 1. Bagaimana memaksimalkan kerja dari dye menggunakan ekstrak daun Hemigraphis colorata sehingga dihasilkan DSSC dengan tegangan yang melebihi dari penelitian yang sudah ada? 2. Bagaimana memaksimalkan pemakaian intensitas cahaya pada saat mengaplikasikan DSSC namun tetap dihasilkan DSSC dengan tegangan melebihi dari penelitian yang sudah ada?

12 1.3 Batasan Masalah Untuk mendapatkan suatu hasil penelitian dari permasalahan yang ditentukan, maka perlu ada pembatasan masalah penelitian : 1. Pada pembuatan dye sensitized solar cell digunakan ekstrak daun Hemigraphis colorata dan layer oksida berbahan serbuk TiO TiO 2 dilapiskan pada TCO menggunakan metode doctor blade pada pabrikasi DSSC. 3. Larutan konduktif dilapiskan pada kaca biasa menggunakan metode spray coating. 1.4 Tujuan Penelitian Sebagai tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian: 1. Menghasilkan dye dengan bahan baru yaitu ekstrak daun Hemiraphis colorata dalam pembuatan Dye-Sensitized Solar Cell (DSSC) skala laboratorium yang dapat mengkonversi energi matahari menjadi energi listrik dengan tegangan keluaran yang dihasilkan melebihi hasil sebelumnya. 2. Mengkarakterisasi sifat dari ekstrak daun Hemigraphis colorata sebagai dye pada Dye-Sensitized Solar Cell (DSSC). 1.5 Manfaat Penelitian Manfaat yang dapat diambil dari penelitian: 1. Memberikan pengetahuan tentang potensi ekstrak daun Hemigraphis colorata sebagai dye pada Dye-Sensitized Solar Cell. 2. Mengurangi ketergantungan terhadap energi fosil. 1.6 Tempat Penelitian Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Kimia Analisis dan Laboratorium Pengembangan Pendidikan Teknologi Kimia Industri (PTKI) Medan, Laboratorium Penelitian Fakultas Farmasi USU, Laboratorium Fisika Zat Padat FMIPA USU.

13 1.7 Sistematika Penelitian Sistematika penulisan pada masing-masing bab adalah sebagai berikut: Bab I Pendahuluan Bab ini mencakup latar belakang penelitian, batasan masalah yang akan diteliti, tujuan penelitian, manfaat penelitian, tempat penelitian, dan sistematika penulisan. Bab II Tinjauan Pustaka Bab ini membahas tentang landasan teori yang menjadi acuan untuk proses pengambilan data, analisa data serta pembahasan. Bab III Metodologi Penelitian Bab ini membahas tentang peralatan dan bahan penelitian, diagram alir penelitian dan prosedur penelitian. Bab IV Hasil dan Pembahasan Bab ini membahas tentang data hasil penelitian dan analisa data yang diperoleh dari penelitian. Bab V Kesimpulan dan Saran Bab ini berisikan tentang kesimpulan yang diperoleh dari penelitian dan memberikan saran untuk penelitian yang lebih lanjut.