STUDI AWAL FABRIKASI DYE SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC) DENGAN MENGGUNAKAN EKSTRAKSI DAUN BAYAM (AMARANTHUS HYBRIDUS L.) SEBAGAI DYE SENSITIZER DENGAN VARIASI JARAK SUMBER CAHAYA PADA DSSC 1) Maya Sukma Widya Kumara, 2) Drs. Gontjang Prajitno, M.Si Jurusan Fisika, Fakultas Matmatika dan Ilmu Pngtahuan Alam Institut Tknologi Spuluh Nopmbr Surabaya 2012 Abstrak Tlah dilakukan studi pndahuluan fabrikasi dan karaktrisasi Dy Snsitizd Solar Cll (DSSC) mnggunakan kstraksi daun bayam (Amaranthus Hybridus L.) sbagai dy snsitizr. DSSC mrupakan sl surya yang dapat mngkonvrsi nrgi foton mnjadi nrgi listrik. DSSC dibntuk dngan struktur sandwich dimana trdapat mpat bagian antara lain : Kaca ITO (Indium Tin Oxid) sbagai substrat; TiO 2 sbagai bahan smikonduktor; Dy alami sbagai donor lktron; Elktrolit sbagai transfr lktron. Pnlitian dilakukan dngan mngukur arus dan tgangan trhadap waktu dngan variasi sumbr cahaya matahari dan lampu halogn dngan prbdaan jarak ktinggian trhadap sl DSSC. Pngujian mnggunakan sumbr cahaya matahari lbih bsar daripada mnggunakan lampu halogn. Tgangan dan arus dari lampu halogn dngan ktinggian 5cm trhadap DSSC lbih bsar daripada pada ktinggian 20cm dan 35cm. Hasil ini mmprlihatkan bahwa jarak mnntukan intnsitas lampu halogn yang ditrima olh sl. Smakin tinggi jarak lampu halogn trhadap sl, smakin kcil intnsitas, dan smakin kcil nilai arus dan tgangan. Kata kunci : Dy Snsitizd Solar Cll (DSSC); sl surya; Amaranthus Hybridus L. I. PENDAHULUAN Enrgi surya mrupakan salah satu nrgi yang sdang giat dikmbangkan saat ini. Salah satu aplikasi nrgi surya adalah pmanfatannya dalam konvrsi nrgi cahaya mnjadi listrik yaitu dngan sl surya. Indonsia sbnarnya sangat brpotnsi untuk mnjadikan sl surya sbagai salah satu sumbr nrgi masa dpan, mngingat posisi Indonsia pada garis khatulistiwa yang mmungkinkan sinar matahari dapat optimal ditrima di hampir sluruh Indonsia spanjang tahun. Pngmbangan solar cll mnjadi sbuah tuntutan ktika manusia dihadapkan pada brbagai krusakan lingkungan akibat pnggunaan bahan bakar fosil dan global warming. Prkmbangan yang mnarik dari tknologi sl surya saat ini salah satunya adalah sl surya yang dikmbangkan olh Gratzl. Sl ini sring juga disbut dngan sl Grätzl atau dy snsitizd solar clls (DSSC) atau sl surya brbasis pwarna trsnsitisasi (SSPT). DSSC mrupakan salah satu kandidat potnsial sl surya gnrasi mndatang, hal ini dikarnakan tidak mmrlukan matrial dngan kmurnian tinggi shingga biaya pross produksinya yang rlatif rndah. Brbda dngan sl surya konvnsional dimana smua pross mlibatkan matrial silikon itu sndiri. Pada dasarnya prinsip krja DSSC mrupakan suatu siklus transfr lktron olh kompnn-komponn DSSC. II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Enrgi Matahari Enrgi surya yang sampai k bumi dalam bntuk pakt-pakt nrgi yang disbut foton. Dalam kaitannya dngan sl surya yaitu prangkat pngkonvrsi radiasi matahari mnjadi listrik, trdapat dua paramtr pnting dalam nrgi surya: prtama intnsitas radiasi, yaitu jumlah daya matahari yang datang kpada prmukaan pr luas ara, dan karaktristik spktrum cahaya matahari. Paramtr pnting yang brkaitan dngan sl surya sbagai prangkat yang mngkonvrsi radiasi sinar matahari mnjadi listrik antara lain intnsitas radiasi, yaitu jumlah daya matahari yang mngnai prmukaan pr luasan dan karaktristik spktrum cahaya matahari. Intnsitas radiasi matahari diluar atmosfr bumi disbut konstanta surya, yaitu sbsar 1353 W/m 2. Stlah disaring olh atmosfr bumi, bbrapa spktrum cahaya hilang, dan intnsitas puncak radiasi mnjadi skitar 1000W/m 2. Nilai ini adalah tipikal intnsitas radiasi pada kadaan
prmukaan tgak lurus sinar matahari dan pada kadaan crah [1]. 2.2 Sl Surya Sistm photovoltaik yang tlah ditliti dan paling trknal adalah sistm photovoltaik gnrasi ktiga yang dikmbangkan olh Michal Grätzl pada 1991 dimana sistm ini dinamakan sl surya pwarna trsnsitisasi atau DSSC [2,3]. Prkmbangan sistm konvrsi nrgi surya mnjadi nrgi listrik brlangsung mlalui sistm yang disbut sbagai sl photovoltaik. Sl surya mrupakan suatu mkanism yang bkrja brdasarkan fk photovoltaik dimana foton dari radiasi disrap kmudian dikonvrsi mnjadi nrgi listrik. Efk voltaik sndiri adalah suatu pristiwa trciptanya muatan listrik didalam bahan sbagai akibat pnyrapan (absorbsi) cahaya dari bahan trsbut. [4,5]. 2.3 Dy Snsitizd Solar Cll (DSSC) Dy Snsitizd Solar Cll ini prtama kali ditmukan olh Michal Gratzl dan Brian O Rgan pada tahun 1991 di Écol Polytchniqu Fédéral d Lausann, Swiss. Dy Snsitizd Solar Cll (DSSC) tlah mnjadi salah satu topik pnlitian yang dilakukan intnsif olh pnliti di sluruh dunia. DSSC mrupakan trobosan prtama dalam tknologi sl surya sjak sl surya silikon. Brbda dngan sl surya konvnsional, DSSC adalah sl surya fotolktrokimia mnggunakan lktrolit sbagai mdium transport muatan [3] Sl surya nanokristal TiO 2 trsnsitisasi dy dikmbangkan sbagai konsp altrnatif bagi piranti fotovoltaik konvnsional brbasis silikon. Sistm sl surya ini prtama kali dikmbangkan olh Grätzl shingga disbut juga sl Grätzl. Bbrapa kuntungan sistm sl surya ini adalah pross fabrikasinya lbih sdrhana tanpa mnggunakan pralatan rumit dan mahal shingga biaya fabrikasinya lbih murah. Efisinsi konvrsi sistm sl surya trsnsitasi dy tlah mncapai 10-11%. Namun, sl surya ini mmiliki klmahan yaitu stabilitasnya rndah karna pnggunaan lktrolit cair yang mudah mngalami dgradasi atau kbocoran [7]. Sl surya TiO 2 trsnsitasi dy trdiri dari lapisan nanokristal TiO 2 brpori sbagai fotoanoda, dy sbagai fotosnsitizr, lktrolit rdoks dan lktroda lawan (katoda) yang dibri lapisan katalis [8]. Struktur sl surya ini brbntuk struktur sandwich, dimana dua lktroda yaitu lktroda TiO 2 trsnsitisasi dy dan lktroda lawan mngapit lktrolit. Brbda dngan sl surya silikon, pada sl surya trsntisisasi dy, foton disrap olh dy yang mlkat pada prmukaan partikl TiO 2. Dalam hal ini dy brtindak sbagai donor lktron yang dibangkitkan ktika mnyrap cahaya, mirip fungsi klorofil pada pross fotosintsis. Gambar 2.1 Struktur Dy-snsitizd Solar Cll 2.4 Matrial DSSC Matrial pnyusun Dy Snsitizd Solar cll (DSSC) antara lain lktroda krja yang trdiri dari substrat kaca Indium Tin Oxid (ITO), Titanium Dioxid (TiO 2 ), dy alami dan lktroda pmbanding (lktroda karbon) yang trdiri dari substrat dan karbon / grafit, dan lktrolit diantara kdua lktroda (gambar 2.2). Elktroda Krja I - I3 - I3 - I - Elktrolit Elktroda Pmbanding Gambar 2.2 Struktur Dy Snsitizd Solar Cll (DSSC) 2.4.1 Substrat (Kaca ITO) Substrat yang digunakan pada DSSC yaitu jnis TCO (Transparant Conductiv Oxid) yang mrupakan kaca transparan konduktif. Matrial substrat itu sndiri brfungsi sbagai badan dari sl surya dan lapisan konduktifnya brfungsi sbagai tmpat muatan mngalir. Matrial yang umumnya digunakan yaitu flourin-dopd tin oxid (SnF atau FTO) dan Indium Tin Oxid (ITO). Dy Kaca ITO TiO2 Karbon
2.4.2 Karaktristik TiO 2 TiO 2 mrupakan bahan smikonduktor yang brsifat inrt, stabil trhadap fotokorosi dan korosi olh bahan kimia. Lapisan TiO 2 mmiliki bandgap yang tinggi (>3V) dan mmiliki transmisi optik yang baik. Pnggunaan TiO 2 diantaranya untuk manufaktur lmn optik. Slain itu TiO 2 brpotnsial pada aplikasi divais lktronik sprti DSSC dan snsor gas [9]. Untuk aplikasinya pada DSSC, TiO 2 yang digunakan umunya brfasa anatas karna mmpunyai kmampuan fotoaktif yang tinggi. TiO 2 dngan struktur nanopori yaitu ukuran pori dalam skala nano akan mnaikan kinrja sistm karna struktur nanopori mmpunyai karaktristik luas prmukaan yang tinggi shingga akan mnaikan jumlah dy yang tradsorb yang implikasinya akan mnaikan jumlah cahaya yang trabsorb. 2.4.3 Dy Pross fotosintsis pada tumbuhan tlah mmbuktikan adanya snyawa pada tumbuhan yang dapat digunakan sbagai dy. Zat-zat trsbut ditmukan pada daun atau buah, yaitu antosianin, klorofil, dan xantofil. Pnliti tlah mmbuktikan bahwa klorofil dan xantofil dapat trksitasi dngan adanya pnyinaran pada pnrapan dys. Sbagai hasil pngmbangannya, pnliti tlah mndapatkan fisinsi konvrsi nrgi yang lbih baik pada turunan dys klorofil trsbut karna mmiliki gugus carboxylat [10]. Klorofil banyak trdapat pada tumbuhan hijau, salah satunya Amaranthus Hybridus L. atau daun bayam, adalah pigmn pmbri warna hijau pada tumbuhan. Snyawa ini yang brpran dalam pross fotosintsis tumbuhan dngan mnyrap dan mngubah tnaga cahaya mnjadi tnaga kimia. Klorofil adalah pigmn utama dalam fotosintsis, lbih banyak mnyrap cahaya biru dan mrah, dimana pigmn assoris sprti karotnoid dan fikobilin dapat mningkatkan pnyrapan spctrum hijaubiru dan kuning. Sifat atraktif pada pigmn fotosinttik diaplikasikan sprti snsitizr pada solar sl [11]. 2.4.4 Elktrolit Elktrolit yang digunakan pada DSSC trdiri dari iodin (I - ) dan triiodid (I 3 - ) sbagai pasangan rdoks dalam plarut. Karaktristik idal dari pasangan rdoks untuk lktrolit DSSC yaitu : potnsial rdoksnya scara trmodinamika brlangsung ssuai dngan potnsial rdoks dari dy untuk tgangan sl yang maksimal, mmiliki kstabilan yang tinggi baik dalam bntuk trrduksi dan troksidasi dan inrt trhadap komponn lain pada DSSC [9]. 2.4.5 Karbon Katalis dibutuhkan untuk mrprcpat kintika raksi pross rduksi triiodid pada TCO. Platina, matrial yang umum digunakan sbagai katalis pada brbagai aplikasi, juga sangat fisin dalam aplikasinya pada DSSC. Sbagai altrnatif, Kay & Gratzl mngmbangkan dsain DSSC dngan mnggunakan countr-lktroda karbon sbagai lapisan katalis. Karna luas prmukaanya yang tinggi, countr-lktroda karbon mmpunyai kaktifan rduksi triiodid yang mnyrupai lktroda platina [8]. 2.5 Cara Krja DSSC Elktroda krja pada DSSC mrupakan kaca yang sudah dilapisi olh TiO 2 yang tlah trabsorbsi olh dy, yang mana TiO 2 brfungsi sbagai collctor lktron shingga dapat disbut sbagai smikonduktor tip-n. Struktur nano pada TiO 2 mmungkinkan dy yang tradsorpsi lbih banyak shingga mnghasilkan pross absorbsi cahaya yang lbih fisin. Pada lktron pmbanding dilapisi katalis brupa karbon untuk mmprcpat raksi rdoks pada lktrolit. Pasangan rdoks yang umumnya dipakai yaitu I - /I 3 - (iodid/triiodid) [3]. Pada DSSC dy brfungsi sbagai donor lktron yang mnybabkan timbulnya hol saat molkul dy trkna sinar matahari. Shingga dy dapat dikatakan sbagai smikonduktor tipp. Ktika molkul dy trkna sinar matahari, lctron dy trksitasi dan masuk k darah trduksi yaitu lapisan titanium dioksida. h injksi D/D * D/D + I - I 3 - Gambar 2.2 Prinsip KrjaDSSC [7]
Prinsip krja pada DSSC scara skmatik ditunjukkan pada gambar 2.2, sdangkan pross yang trjadi di dalam DSSC dapat dijlaskan sbagai brikut: a. Ktika foton dari sinar matahari mnimpa lktroda krja pada DSSC, nrgi foton trsbut disrap olh larutan dy yang mlkat pada prmukaan partikl TiO 2. Shingga lktron dari dy mndapatkan nrgi untuk dapat trksitasi (D*). D + cahaya D* (2.1) b. Elktron yang trksitasi dari molkul dy trsbut akan diinjksikan k pita konduksi TiO 2 dimana TiO 2 brtindak sbagai aksptor / kolktor lktron. Molkul dy yang ditinggalkan kmudian dalam kadaan troksidasi (D + ). D* + TiO 2 - (TiO 2 ) + D + (2.2) c. Slanjutnya lktron akan ditransfr mlwati rangkaian luar mnuju lktroda pmbanding (lktroda karbon). d. Elktrolit rdoks biasanya brupa pasangan iodid dan triiodid (I - /I 3 - ) yang brtindak sbagai mdiator lktron shingga dapat mnghasilkan pross siklus dalam sl. Triiodida dari lktrolit yang trbntuk akan mnangkap lktron yang brasal dari rangkaian luar dngan bantuan molkul karbon sbagai katalis.. Elktron yang trksitasi masuk kmbali k dalam sl dan braksi dngan lktrolit mnuju dy troksidasi. Elktrolit mnydiakan lktron pngganti untuk molkul dy troksidasi. Shingga dy kmbali k kadaan awal dngan prsamaan raksi [3] : D + + - (lktrolit) lktrolit + D (2.3) Tgangan yang dihasilkan olh sl surya TiO 2 trsnsitisasi dy brasal dari prbdaan tingkat nrgi konduksi lktroda smikonduktor TiO 2 dngan potnsial lktrokimia pasangan lktrolit rdoks (I - /I 3 - ). Sdangkan arus yang dihasilkan dari sl surya ini trkait langsung dngan jumlah foton yang trlibat dalam pross konvrsi dan brgantung pada intnsitas pnyinaran srta kinrja dy yang digunakan [12]. 2.6 Prformansi Sl Surya Daya listrik yang dihasilkan sl surya ktika mndapat cahaya diprolh dari kmampuan prangkat sl surya trsbut untuk mmproduksi tgangan dan arus. Kmampuan ini dirprsntasikan dalam kurva arus tgangan (I-V) ditunjukkan pada Gambar 2.4. I Imp Isc Mpp (Vmpp, Impp) Vmpp Voc Gambar 2.5 Kurva I-V solar cll [1] Gambar 2.5 mmprlihatkan tgangan opn-circuit (Voc), Arus short circuit Isc, dan Maximum Powr Point (MPP), dan arus tgangan pada MPP : I MPP,V MPP. Ktika sl dalam kondisi short circuit, arus maksimum atau arus short circuit (Isc) dihasilkan, sdangkan pada kondisi opn circuit tidak ada arus yang dapat mngalir shingga trgangannya maksimum, disbut tgangan opn-circuit (Voc). Titik pada kurva I-V yang mnghasilkan arus dan tgangan maksimum disbut titik daya maksimum (MPP). Karaktrsitik pnting lainnya dari sl surya yaitu fill factor (FF), dngan prsamaan [1] : (2.4) Dngan mnggunakan fill factor maka maksimum daya dari sl surya didapat dari prsamaan: (2.5) Shingga fisinsi sl surya yang didfinisikan sbagai daya yang dihasilkan dari sl (P max ) dibagi dngan daya dari cahaya yang datang (P cahaya ) : (2.6) Nilai fisinsi ini yang mnjadi ukuran global dalam mnntukan kualitas prformansi sl surya. Efisinsi dari sl surya trgantung pada tmpratur dari sl dan yang lbih pnting lagi adalah kualitas illuminasi. Misalnya total intnsitas cahaya dan intnsitas spktrum yang trdistribusi. Olh karna itu, standar kondisi pngukuran harus dikmbangkan sjalan dngan pngujian sl surya di laboraturium. Kondisi standar yang tlah digunakan untuk mnguji solar sl dngan intnsitas cahaya 1000 W/m2, distribusi spktrum dari pancaran matahari sprti Gambar 2.5, dan tmpratur sl 25 o C. Daya yang dikluarkan solar cll V
pada kondisi ini adalah daya normal dari sl, atau modul, dan dicatat sbagai puncak daya (pak watt), Wp [1]. Gambar 2.6 Spktrum Pancaran Matahari [1] 2.7 Spktrofotomtr UV VIS Spktroskopi adalah studi mngnai intraksi cahaya dngan atom dan molkul. Radiasi cahaya atau lktromagnt dapat dianggap mnyrupai glombang. Dasar spktroskopi UV-Vis adalah srapan cahaya. Bila cahaya jatuh pada snyawa, maka sbagian dari cahaya disrap olh molkul-molkul ssuai dngan struktur dari molkul snyawa trsbut. Srapan cahaya olh molkul dalam darah spktrum UV-Vis trgantung pada struktur lktronik dari molkul. Spktra UV-Vis dari snyawa-snyawa organik brkaitan rat dngan transisi-transisi diantara tingkatan-tingkatan tnaga lktronik [14]. Spktrofotomtri mrupakan salah satu mtod dalam kimia analisis yang digunakan untuk mnntukan komposisi suatu sampl baik scara kuantitatif dan kualitatif yang didasarkan pada intraksi antara matri dngan cahaya. Pralatan yang digunakan dalam spktrofotomtri disbut spktrofotomtr. Cahaya yang dimaksud dapat brupa cahaya visibl, UV dan inframrah, sdangkan matri dapat brupa atom dan molkul namun yang lbih brpran adalah lktron valnsi. Scara sdrhana Instrumn spktrofotomtri yang disbut spktrofotomtr trdiri dari : sumbr cahaya monokromator sl sampl dtktor rad out (pmbaca)[15]. Gambar 2.6 Skma Krja Spktrofotomtr UV-VIS [13] Spktrofotomtri visibl disbut juga spktrofotomtri sinar tampak. Cahaya yang dapat dilihat olh mata manusia adalah cahaya dngan panjang glombang 400-700 nm. Cahaya yang disrap olh suatu zat brbda dngan cahaya yang ditangkap olh mata manusia. Cahaya yang tampak atau cahaya yang dilihat dalam khidupan shari-hari disbut warna komplmntr (tabl 2.1) [15] Tabl 2.1 Skala spktrum cahaya tampak [13] Panjang glombang (nm) Warna warna yang disrap 400 435 Ungu Warna komplmntr (warna yang trlihat) Hijau kkuningan 435 480 Biru Kuning 480 490 490 500 Biru khijauan Hijau kbiruan 500 560 Hijau 560 580 Hijau kkuningan Jingga Mrah Ungu kmrahan Ungu 580 595 Kuning Biru 595 610 Jingga Biru khijauan 610 800 Mrah Hijau kbiruan
III. TINJAUAN PUSTAKA 3.1 Diagram Pnlitian Ekstraksi Daun Bayam Pngujian UV-VIS Pmbuatan Pasta TiO2 Prndaman Lapisan TiO 2 Pntsan Larutan Elktrolit Prsiapan Dposisi dan Sintring Lapisan TiO2 Pmbrsihan Kaca ITO Pngukuran rsistansi kaca Pmbuatan Elktroda Karbon Alkohol 70% dituang pada glas kimia sbanyak 200 ml. Kmudian, kaca ITO ukuran 2x2 cm di masukkan pada glas kimia yang brisi tanol. Pada ultrasonic clanr diisi aquads sampai pada batas yang ditntukan. Glas kimia yang brisi kaca ITO dan tanol trsbut dimasukkan k ultrasonic clanr (lihat gambar 3.2). Di stting waktu 60 mnit pada pross pmbrsihan. Stlah 60 mnit, kaca dikringkan mnggunakan hair drayr. 3.2.3 Pmbuatan Pasta TiO 2 Pasta TiO 2 dibuat dari 6 gram srbuk TiO 2 yang digrus trlbih dahulu dalam mortar alu slama 5 mnit (gambar 3.3 a). Kmudian ditambahkan 10 ml asam astat sambil trus di aduk slama 10 mnit dan ditambahkan 10 tts triton X-100 (gambar 3.3 b). Di aduk scara konstan slama 30 mnit. Kmudian, TiO 2 yang sudah trbntuk dimasukkan k dalam botol tts dan ditutup (gambar 3.3 c). Sblum digunakan, botol brisi TiO 2 trsbut dikocok trlbih dahulu. Pnyusunan Sandwich DSSC Pngujian DSSC Gambar 3.1 Diagram Alir Pnlitian 3.2.1 Prsiapan Prsiapan yang dilakukan dalam pnlitian ini mliputi pmbrsihan alat-alat untuk kstraksi dan prsiapan pmbuatan pasta Titanium dioxid (TiO 2 ). Pmbrsihan alat dilakukan dngan mnggunakan alkohol agar lbih stril. Pross prsiapan untuk kstraksi dilakukan dngan pmbrsihan alat brupa mortar dan alu, glas kimia, dan spatula. Pross prsiapan pmbuatan pasta TiO 2 yaitu disiapkan srbuk TiO 2 sbanyak 6 gram yang ditimbang dngan mnggunakan timbangan digital, asam astat dan triton X-100. Bahan yang digunakan sbagai substrat adalah kaca Indium Tin Oxid (ITO). Kaca trsbut dibrsihkan dngan mnggunakan ultrasonic clanr. Pmbrsihan kaca substrat agar kaca trbbas dari matrial-matrial yang tidak mampu dibrsihkan dngan air saja.. 3.2.2 Pmbrsihan Kaca Indium Tin Oxid (ITO) mnggunakan Ultrasonic Clanr 3.2.4 Ekstraksi Daun Bayam Sbagai Dy Daun bayam atau Amaranthus Hybridus L. (gambar 3.4 a) dikringkan (drying) dalam ovn dari suhu 32 o C sampai k suhu 200 o C dan di diamkan slama 1 jam, kmudian suhu diturunkan sampai dngan 80 o C bunga dikluarkan. Daun bayam yang sudah kring digrus (dijadikan srbuk). Srbuk daun dimasukkan k dalam glas kimia dan ditambahkan asam astat dan tanol (gambar 3.4 a) diaduk slama 10 mnit. Kmudian larutan kstrak disaring dngan mnggunakan krtas saring (Gambar 3.4 b). Kmudian ditutup agar tidak mudah mnguap. 3.2.5 Pmbuatan Lapisan TiO 2 Pasta TiO 2 didposisikan diatas ara yang tlah dibuat pada kaca konduktif dngan mtod doctor blad yaitu dngan bantuan batang pngaduk (spatula) untuk mratakan pasta. Sblumnya, dilakukan pngujian rsistansi, sisi konduktif kaca ITO dngan mnggunakan multimtr, (lihat gambar 3.5 a). Kmudian pada sisi konduktif kaca ITO brukuran 2x2cm dibntuk ara untuk pndposisian TiO 2 brukuran 1,5x1,5cm diatas prmukaan konduktif. Sisi kaca ITO ditmpl slotip sbagai pmbatas. Pasta TiO 2 yang disimpan dalam botol dikocok trlbih dahulu. Kmudian didposisikan diatas prmukaan kaca ITO yang sudah disiapkan (gambar 3.5 b), dan
diratakan dngan spatula (gambar 3.5 c). Kmudian lapisan didiamkan slama 5 mnit. Stlah itu, di sintring dalam tungku listrik (hot plat) sampai pada tmpratur 300 o C slama 10 mnit (gambar 3.5 d). 3.2.6 Pmbuatan Elktroda Karbon Kaca Indium Tin Oxid (ITO) diarsir dngan mnggunakan pnsil 6B scara mrata (gambar 3.6 a). Kmudian dibakar pada api dari lilin sampai trbntuk lapisan karbon (gambar 3.6 b). Pada 3 tpi kaca di gosok mnggunakan cutton bud mmbuat batas agar luasan karbon 1,5 cm x 1,5 cm sprti pada gambar 3.6 c. 3.2.7 Prndaman Lapisan TiO 2 dngan dy Lapisan TiO 2 yang tlah dibuat dngan ukuran luas prmukaan lapisan 1,5cm x 1,5cm dirndam pada kstrak dy daun bayam dalam cawan ptri (gambar 3.7 a). Prndaman dilakukan slama 2 jam. Lapisan dy yang sudah dirndam dalam kstrak dy slama 2 jam dapat dilihat pada gambar 3.7 b. 3.2.8 Pntsan Larutan Elktrolit Stlah lktroda krja slsai dibuat, dilakukan pntsan lktrolit pada lktroda krja. Pntsan larutan lktrolit pada lktroda krja, yaitu lktroda TiO 2 yang sudah trsnsitisasi olh dy sblum disusun mnjadi lapisan sandwich. Pntsan dilakukan sbanyak 2 tts sprti pada gambar 3.8. 3.2.9 Pmbuatan Lapisan sandwich DSSC Lapisan kaca ITO trdposisi TiO 2 yang tlah di sintring trsbut dirndam dalam larutan kstrak dy daun bayam slama 2 jam. Lapisan DSSC dibuat dngan mnyusun scara offst lapisan TiO 2 trsnsitisasi dy dngan lapisan lktroda karbon. Sblum disusun offst, dittskan larutan lktrolit di atas lapisan TiO 2 trsnsitisasi dy. Kmudian dijpit dngan mnggunakan klip bindr. Pnyusunan scara off st agar mudah dalam pngujian (gambar 3.9) Gambar 3.9 Lapisan sandwich DSSC 3.2.10 Karaktrisasi Absorbansi Dy Pngujian kstrak dy daun bayam yang tlah dibuat kmudian diuji absorbansi trhadap panjang glombang. Sblum dilakukan pngujian kstrak daun bayam, dilakukan kalibrasi alat spktrofotomtr uv-vis dngan mnggunakan aquads yang dimasukkan dalam cuvt. Kmudian, kstrak dy dimasukkan dalam cuvt (gambar 3.10 a). Pngujian dilakukan untuk mngtahui kpkaan kstrak trhadap panjang glombang yang disrap. Alat yang digunakan dalam pngujian kstrak ini adalah spktrofotomtr UV-VIS mrk Bckman du 7500 yang akan mnghasilkan grafik kluaran dari pngujian (gambar 3.10 b). 3.2.11 Pngukuran Tgangan dan Arus Lapisan DSSC yang trbntuk dikaraktrisasi arus dan tgangannya dngan mnggunakan voltmtr (V) dan sbuah amprmtr (A) sprti pada gambar 3.11. Sumbr cahaya diarahkan tgak lurus trhadap prmukaan sl. Pngujian dilakukan dngan sumbr foton cahaya matahari (gambar 3.12 a) dan lampu halogn 6 volt 30 watt (gambar 3.12 b). Pngujian dilakukan dngan variasi ktinggian lampu halogn trhadap prototip DSSC sbsar 5cm, 20cm, dan 35cm. (a) (b) Gambar 3.12 (a) Pngukuran tgangan dan arus dngan sumbr cahaya matahari (b) Pngukuran tgangan dan arus dngan sumbr cahaya lampu halogn
IV. TINJAUAN PUSTAKA 4.2 Hubungan Absorbansi dngan Panjang Glombang dan Hubungan Arus dan Tgangan Trhadap Waktu Dari DSSC 4.2.1 Absorbsi Ekstrak Dy Daun Bayam Grafik absorbansi kstrak daun bayam trhadap panjang glombang diprolh dari pngujian kstrak bayam dngan mnggunakan spktrofotomtr UV-VIS Bckman DU7500. Hasil pngujian dapat dilihat dari gambar 4.1 dan puncak - puncak absorbansi trhadap panjang glombang (nm) dapat dilihat pada tabl 4.3. Gambar 4.2 Hubungan Tgangan trhadap Waktu dngan Sumbr Cahaya Matahari Gambar 4.1 Hubungan Absorbsi kstrak daun bayam trhadap panjang glombang Tabl 4.3 Data Absorbsi Ekstraksi Bayam Pada Puncak Panjang Glombang Panjang Glombang (nm) Absorbansi 355.0 2.4366 364.0 2.2716 389.0 1.8959 403.0 1.9574 420.0 2.0411 Gambar 4.3 Hubungan Arus trhadap Waktu (pr 15 dtik) dngan Sumbr Cahaya Matahari pada pukul 08.30, pukul 12.30 dan pukul 14.50 4.2.3 Pngukuran Mnggunakan Sumbr Cahaya Lampu Halogn Brdasarkan prcobaan, diprolh data arus dan tgangan. Shingga hubungan arus dan tgangan trhadap waktu dngan mnggunakan sumbr cahaya lampu halogn dngan bda jarak ktinggian lampu trhadap sl DSSC dapat dilihat dari gambar 4.2 dan 4.3 brikut : 4.2.2 Pngukuran Mnggunakan Sumbr Cahaya Matahari Brdasarkan prcobaan, diprolh data arus dan tgangan. Shingga hubungan arus dan tgangan trhadap waktu dngan mnggunakan sumbr cahaya matahari dapat dilihat dari gambar 4.2 dan 4.3 brikut : Gambar 4.4 Hubungan Tgangan Trhadap Waktu Pada Pngukuran DSSC Ekstrak Daun Bayam trhadap Ktinggian Sumbr Cahaya Halogn
Gambar 4.5 Hubungan Arus trhadap Waktu Pada Pngukuran DSSC trhadap ktinggian Sumbr Cahaya Halogn 4.4 Pmbahasan Larutan dy dibuat dari kstrak daun bayam yang dapat mnyrsap dan mnruskan spctrum cahaya tampak. Zat warna ini brfungsi sbagai dy snsitizr. Dy Snsitizd Solar Cll (DSSC) mnggunakan kstraksi daun bayam sbagai dy snsitizr tlah dilakukan pngujian kstraksi daun bayam mnggunakan spktrofotomtr UV-VIS Bckamn DU7500 untuk mngtahui daya absorbsi kstrak bayam trhadap panjang glombang tampak. Spktrum absorbansi diukur pada rntang panjanng glombang 350-800 nm. Hasil karaktrisasi spctrum absorbansi (gambar 4.1) mmprtlihatkan bahwa spktrum srapan kstrak daun bayam trltak pada 355-420 nm. Dari data trsbut dapat diktahui daun bayam trbukti mmiliki daya absorb pada glombang cahaya tampak, yaitu trlihat pada puncak absorbansi pada panjang glombang 403 nm dan 420 nm. Hasil pngujian trsbut dapat diktahui puncak absorbansi kstrak daun bayam pada tabl 4.3 yaitu pada 355 nm, 364 nm, 389 nm, 403 nm, 420 nm. Trdapat puncak absorbansi pada panjang glombang dibawah 400 nm, hal ini brarti larutan dy daun bayam juga bkrja pada sinar UV yang trltak pada rntang 100-400 nm. Hasil pngujian dari kstraksi daun bayam ini ssuai dngan tori pada BAB II pada sub bab (2.7) tlah dipaparkan mngnai warna yang tampak / warna komplmn. Ekstraksi daun bayam mnghasilkan warna yang tampak (warna komplmn) hijau kkuningan dngan warna yang disrap adalah warna ungu dngan panjang glombang 400-435 nm. Panjang glombang trsbut masih mrupakan panjang glombang cahaya tampak yaitu 400-800nm. Olh karna itu, dalam pnlitian ini dilakukan dngan mnggunakan cahaya matahari dan lampu halogn. Pada pnlitian juga dilakukan dngan mnggunakan cahaya lampu halogn 6 volt 30 watt untuk mngtahui pngaruh intnsitas trhadap hasil kluaran tgangan dan arus DSSC. Pngujian dilakukan dngan variasi ktinggian antara DSSC dngan lampu halogn yaitu sbsar 5cm, 20cm dan 35cm. Dngan pngukuran intnsitas yang konstan di stiap ktinggian yaitu 269 lux, 164 lux, dan 54 lux. Digunakan lampu halogn karna mmancarkan cahaya polikromatik dngan rntang panjang glombang 360-500 nm. Nilai tgangan dan arus ktika ktinggian lampu 5cm lbih bsar daripada ktika pngujian 20cm dan 35cm. Smakin tinggi sumbr cahaya, smakin kcil nilai karaktrisasinya karna intnsitas yang ditrima smakin kcil. Brdasarkan gambar 4.4 dan gambar 4.5 nilai tgangan DSSC pada ktinggian sumbr 5cm dngan intnsitas sbasar 269 lux yaitu rata-rata 323 mv, dan ktinggian 20 cm mmiliki tgangan rata-rata sbsar 253,6 mv srta pada ktinggian 35 cm diprolh tgangan rata rata 209,1 mv. Sdangkan arus yang muncul juga sangat kcil (dalam ord mikro). Hal ini juga dipngaruhi olh intnsitas dari lampu halogn yang kcil. Brdasarkan data-data yang diprolh, tgangan dan arus yang muncul mnggunakan sumbr cahaya matahari lbih bsar daripada mnggunakan cahaya lampu halogn. Hal ini karna cahaya matahari mmiliki rntang panjang glombang yang lbar dan intnsitas yang dipancarkan k bumi bsar. Sdangkan lampu halogn hanya bkrja pada rntang panjang glombang antara 360-500 nm. Hasil kluaran tgangan dan arus yang diprolh dngan mnggunakan sumbr cahaya matahari dan halogn trlihat bahwa tgangan yang dihasilkan sudah cukup baik dan stabil namun arus yang dihasilkan kurang optimal. Intnsitas sangat mmprngaruhi daya kluaran dari DSSC. Smakin bsar intnsitas, smakin banyak jumlah foton yang trlibat dalam pross konvrsi, shingga smakin bsar arus. Slain itu, rndahnya arus kluaran ini juga disbabkan olh bbrapa faktor yaitu ukuran partikl dan ktbalan pasta TiO 2 yang didposisikan pada kaca ITO, lama prndaman pada dy, pnggunaan lktrolit cair. Dalam pnlitian ini digunakan lktrolit cair, dimana lktrolit trsbut smakin lama digunakan akan smakin habis
karna mnguap, dan mnghasilkan siklus transfr lktron yang kurang maksimal. Ssuai dngan fungsi dari lktrolit yaitu transfr lktron / muatan, jika lktrolit habis atau bahkan tidak ada, maka aktivitas transfr lktron akan brkurang / tidak ada. Ukuran TiO 2 yang digunakan dalam pnlitian ini adalah brukuran mikro. Sbnarnya, yang paling utama dalam pmbuatan DSSC adalah TiO 2 dngan fasa anatas (sprti yang tlah digunakan dalam pnlitian ini) karna mmiliki bandgap yang lbar. Pada umumnya, yang digunakan dalam pmbuatan DSSC adalah TiO 2 brfasa anatas dngan ukuran nano. Dimana ukuran nano ini mmiliki pngaruh trhadap jumlah dy yang trsrap. Kmudian, ktbalan lapisan yang tidak sragam shingga brpngaruh pada trhambatnya pross kluarnya lktron. Dalam DSSC tgangan yang timbul karna adanya prbdaan tingkat nrgi konduksi lktroda TiO 2 dngan potnsial lktrokimia. Dan arus yang timbul dipngaruhi olh (intnsitas) foton yang disrap dy dan akan di transfr olh lktrolit. Pross akan trjadi scara kontinyu. Pross trsbut mrupakan pross konvrsi nrgi dari foton mnjadi listrik. V. Ksimpulan dan Saran 5.1 Ksimpulan Ksimpulan yang diprolh dari pnlitian Tugas Akhir yaang brjudul Studi Awal Fabrikasi Dy Snsitizd Solar Cll (DSSC) Dngan Mnggunakan Ekstraksi Daun Bayam Sbagai Dy Snsitizr Dngan Variasi Jarak Sumbr Cahaya Pada DSSC antara lain : a. Tlah brhasil dibuat sl surya tip DSSC mnggunakan TiO 2 sbagai bahan smikonduktor dngan kstraksi daun bayam sbagai dy snsitizr yang dapat mngkonvrsi nrgi cahaya mnjadi nrgi listrik. Hal ini dibuktikan dngan munculnya arus dan tgangan pada DSSC. b. Tgangan dan arus diukur mnggunakan multimtr dan mnghasilkan 5cm dngan intnsitas sbasar 269 lux yaitu rata-rata 323 mv, dan ktinggian 20 cm intnsitas 164 lux mmiliki tgangan rata-rata sbsar 253,6 mv srta pada ktinggian 35 cm dngan intnsitas 54 lux diprolh tgangan rata rata 209,1 mv. c. Pngukuran arus dan tgangan DSSC dngan mnggunakan sumbr cahaya matahari lbih bsar daripada mnggunakan sumbr cahaya lampu halogn. Dan brdasarkan data pngukuran DSSC dngan mnggunakan lampu halogn, dapat diktahui bahwa jarak sumbr mmpngaruhi intnsitas dan brpngaruh trhadap arus dan tgangan DSSC. Smakin tinggi jarak sumbr cahaya trhadap DSSC, smakin kcil intnsitas dan smakin kcil tgangan dan arusnya. 5.2 Saran Dari pnlitian yang tlah dilakukan, saran untuk pnlitian slanjutnya agar mnghasilkan DSSC yang optimal yaitu : 1. Sbaiknya pada pnlitian slanjutnya TiO 2 yang digunakan brukuran nanopartikl. 2. Elktrolit yang digunakan brupa lktrolit cair yang lbih kntal yaitu brupa gl atau padatan, agar tidak mudah mnguap shingga transfr lktron tidak trhambat shingga mnghasilkan arus dan tgangan yang lbih stabil. 3. Dalam pngujian DSSC dngan mnggunakan sumbr cahaya matahari, dilakukan pada saat cuaca crah untuk mndapatkan hasil yang maksimum. DAFTAR PUSTAKA [1] Grn, Martin A., 1982, Solar Clls Oprating Principls Tchnology and Systm Application, Prntic Hall, Inc; Evylwood Cliffs N.J. [2] O rgan dan Gratzl, M. 1991, A Low- Cost, High Efficincy Solar Cll Basd On Dy-Snsitizd Colloidal Tio2 Films. Natur Vol. 353. Issu 6346, 737. [3] Smstad, G.P., dan Gratzl, M., 1998, Dmonstrating lctron Transfr and Nanotchnology : A Natural Dy- Snsitizd Nanocrystallin nrgy Convrtr, J.Chm. Educ., 75, 752-756. [4] Malvino, B., Tjia, 1986, Aproksimasi Rangkaian Smikonduktor pnghantar Transistor dan Rangkaian Trpadu, Erlangga, Jakarta. [5] Schmidt-Mnd L & Grätzl M, 2006, Por-Filling and Its Effct on Th Efficincy of Solid-Stat Dy-Snsitizd Solar Cll, Thin Solid Films 500:296-301. [6] ---http://majalahnrgi.com/ (16 July 2011) [7] Huang dkk, Prparation of a Novl Polymr Gl Elctrolyt Gl basd on N- mthyl-quinolin Iodid and Its Application in Quasi-Solid-Stat Dy-Snsitizd Solar Cll, J. Sol-Gl Sci, 2007.
[8] Kay, A., Grätzl, M., 1996, Low cost photovoltaic moduls basd on dy snsitizd nanocrystallin titanium dioxid and carbon powdr, Solar Enrgy Matrials & Solar Clls, 44, 99-117 [9] Grätzl, Michal, Dy-Snsitisd Solar Clls, journal of Photochmistry and Photobiology, Vol.4, 145-153, 2003. [10] Wang Song, dkk, TiO 2 films prpard by micro-plasma oxidation mthod for dysnsitizd solar cll, Eltrochimia Acta 53, 2007. [11] Nygrn, K, Solar clls basd on synthsizd nanocrystallin ZnO thin films snsitizd by chlorophyll a and photopigmnts isolatd from spinach, Mastr s Thsis.Linköping Univrsity.Swdia, 2010. [12] Li B, Wang L, Kang B, Wang P & Qiu Y, 2006, Rviw of Rcnt Progrss in Solid-Stat Dy-Snsitizd Solar Clls Sol. Enrgy Matr, Sol. Clls, 90:549-573. [13]www.wanibsak.wordprss.com/catgory/sp ktroskopi/ (22 Novmbr 2011) [14] Hardjono Sastrohamidjojo, 1991, Spktroskopi, Librty: Yogyakarta [15] Khopkhar S.M, 2003, Konsp Dasar Kimia Analitik, Jakarta : UI-Prss [16] Giancoli, C.Douglas, 2001, Fisika Edisi Klima. Jakarta: Erlangga, hal : 227.