1 BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah Karena tidak akan ada kehidupan di permukaan bumi tanpa energi matahari maka sebenarnya pemanfaatan energi matahari sudah berusia setua kehidupan itu sendiri. Bahkan sudah berabad-abad yang lalu, banyak bagian kota yang dihuni dibangun dengan memanfaatkan panasnya sinar matahari. Matahari menjadi pusat perhatian sebagai salah satu sumber energi yang dapat diperbaharui (renewable). Hal tersebut terjadi karena harga energi bahan bakar fosil membumbung tinggi (Kusnandar, 2009). Energi surya merupakan salah satu energi alternatif yang dapat digunakan oleh manusia saat ini. Tidak seperti energi fosil dunia yang diperkirakan akan habis dalam 40 tahun untuk minyak bumi, 60 tahun untuk gas alam, dan 200 tahun untuk batu bara. Geografis Indonesia yang terletak pada garis khatulistiwa menyebabkan Indonesia dapat menerima panas matahari yang lebih banyak daripada negara lain, yaitu 4800 watt/m 2 /hari. Berdasarkan fenomena ini, energi matahari di Indonesia merupakan energi yang paling potensial untuk dimanfaatkan sebagai sumber energi alternatif sepanjang waktu. salah satu teknologi yang memanfaatkan energi matahari untuk dikonversi sebagai energi listrik adalah sel surya (Rakhman et al.,2014). Sel surya berdasarkan perkembangan teknologi saat ini dan bahan pembuatannya dapat dibedakan menjadi tiga yaitu pertama, sel surya yang terbuat dari silikon tunggal, dan silikon multi kristal. Kedua, sel surya tipe lapisan tipis dan yang ketiga sel surya organik (Dye Sensitized Solar Cells). Sel surya konvensional berupa sambungan p-njunction yang terbuat dari bahan semikonduktor seperti silikon, masih mahal untuk dikembangkan karena menggunakan teknologi yang canggih. Hingga ditemukan oleh Gratzel yaitu sel surya organik, DSSC sebagai sel surya dengan dye sensitizer dari bahan organik dapat dikembangkan berbiaya murah serta fabrikasi mudah (Ekasari dan Yudoyono, 2013). Dye Sensitized Solar Cells (DSSC) mulai dikembangkan Gratzel dan O Regan pada tahun 1991. Pembuatan jenis sel surya tersensititasi ini tergolong mudah dan tidak
2 membutuhkan biaya mahal. DSSC tersusun dari beberapa komponen antara lain, semikonduktor oksida, lapisan dye (pewarna), counter elektroda, dan elektrolit (Agustini et al., 2013). Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) merupakan proses pemanfaatan efek fotoelektrokimia yang berasal dari ekstraksi pewarnaan dari bahan-bahan alam organik. Prinsip kerja DSSC didasarkan pada proses perpindahan muatan-muatan elektron yang diinjeksikan dari pewarna alam yang terserap ke dalam molekul bahan semikonduktor TiO 2 dengan bantuan proses transport elektron dari reaksi redoks larutan elektrolit (Aduloju dan Shitta, 2012). Kinerja daripada DSSC sangat dipengaruhi oleh tingkat sensitisasidye dan lebar pita energi semikonduktor seperti TiO 2, ZnO, dan Nb 2 O 5 (Gratzel etal., 2003).TiO 2 menjadi material yang sering digunakan karena kemampuan pada permukaannya untuk menahan transfer elektron pada saat penyinaran foton oleh energi surya pada rentang panjang gelombang ultraviolet. Selain itu, TiO 2 relatif lebih murah dan tidak mengandung racun (Gratzel, 2003). Dalam DSSC, dye (pewarna) sebagai sensitizer memainkan peran kunci untuk menyerap foton dari sinar matahari dan mengubahnya menjadi energi listrik. Pada penelitian yang dilakukan (Chiba et al., 2006), pewarna dari senyawa ruthenium complex dapat mencapai efisiensi 11-12%. Namun, jumlah pewarna ruthenium complex terbatas dan harganya cukup mahal (Agustini et al., 2013). Berdasarkan referensi di atas, masih perlu inovasi untuk mendapatkan optimalisasi dari fabrikasi DSSC. Maka dari itu diperlukan adanya penelitian yang lebih lanjut agar diperoleh efisiensi DSSC yang tinggi dan menghasilkan daya yang lebih besar (Ekasari dan Yudoyono, 2013).Dewasa ini telah banyak pula peneliti yang mengembangkan DSSC berbagai jenis dye yang diperoleh dari alami yaitu ekstrak dari bunga, daun dan buahbuahan. Beberapa yang telah dikembangkan diantaranya adalah ekstrak dye atau pigmen tumbuhan seperti ekstrak klorofil (Supriyanto et al., 2009), antosianin (Wongcharee, 2006) dan beta karoten (Gao et al.,2000). Pada penelitian yangdilakukan (Hardeli et al., 2013) menggunakan TiO 2 degusa P-25 sebagai elektroda aktif dan ekstrak ketan hitam sebagai dye menghasilkan efisiensi sel surya sebesar 0,405%. Selain itu, penelitian yang
3 dilakukan(fuadi, 2013) menggunakan karbon dari jelaga lilin sebagai elektroda lawan dan ekstrak ketan hitam sebagai dye organik antosianin didapatkan karakteristik terbaik V oc = 0,611mV, I sc =1,18 ma, FF = 0,4273, Jsc = 0,09635 ma/cm 2. Pengembangan teknologi sensitisasi dari bahan alam organik menarik untuk dipelajari karena ketersediaannya di alam yang melimpah. Molekul dye-sensitizer dari senyawa alam atau pigmen tumbuhan merupakan bahan organik yang sangat menjanjikan untuk dijadikan bahan pembuatan devais sel surya. Salah satu syarat agar dye bisa berfungsi sebagai sensitizer, maka bahan tersebut haruslah mampu sebagai medium transfer pembawa muatan listrik sebagai akibat dari foton yang diserap (Supriyanto et al., 2010). Efisiensi sel surya yang relatif rendah diperkirakan karena sifat zat warna alam yang memiliki stabilitas rendah terhadap radiasi cahaya (mudah terdegradasi). Salah satu upaya meningkatkan fotostabilitas zat warna alam dapat dilakukan melalui interaksi dengan logam membentuk senyawa kompleks. Oleh karena itu, pada penelitian ini akan dikaji karakteristik dye organik alam dan pengaruh pendopingan logam besi (III) sulfat dalam ekstrak ketan hitam (Oriza sativa glutinosa) sebagai dye fotosensitizer. Selain untuk meningkatkan stabilitas zat warna alam terhadap radiasi cahaya, pendopingan unsur logam diharapkan dapat memperlebar daerah serapan cahaya zat warna menuju ke daerah spektrum dekat inframerah yang merupakan komponen terbesar spektrum cahaya matahari. B. Batasan Masalah - Penelitian ini dibatasi pada kajian sifat optik (spektrum absorbansi), ikatan molekular, dan sifat kelistrikan (konduktivitas) dari dyeorganik alam dan ekstrak ketan hitam yang didoping Fe (III) sulfat sebagai dye fotosensitizer,pengaruh variasi konsentrasi pendopingan Fe (III) sulfat dalam ekstrak ketan hitamterhadap karakteristik parameter besaran sel surya. 1. Zat pewarna (dye) organik alam yang digunakan meliputi: daun lidah mertua, daun pandan, daun jati cina, bunga rosella, kembang sumba, buah naga, kulit joho, kayu secang dan ketan hitam. 2. Metode ekstraksi dye organik alam menggunakan metode maserasi yaitu proses perendaman sampel dengan pelarut organik yang digunakan pada suhu ruangan.
4 3. Material semikonduktor yang digunakan untuk pembuatan DSSC dalam penelitian ini adalah TiO 2 nano partikel berukuran 21 nm. 4. Elektroda lawan berupa platina yang dideposisi pada lembar kaca FTO menggunakan metode tetes. 5. Cairan elektrolit yang digunakan meliputi: a. KI (kalium idodid), I (iodine) dan PEG 400 (sebagai pelarut), b. NaI (natrium idodid), I (iodine), dan sebagai pelarut yaitu acetonitrile, propylene carbonate, dan PEG 400. C. Rumusan Masalah Adapun rumusan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Bagaimana karakteristiksifat optik (spektrum absorbansi) dye organik alam sebagai dye fotosensitizer dan ekstrak ketan hitam yang didoping Fe (III) Sulfat dengan konsentrasi 10-1 M, 10-2 M dan 10-3 M? 2. Bagaimana ikatan molekular dye organik alamdan ekstrak ketan hitam yang didoping Fe (III) Sulfat dengan konsentrasi 10-1 M, 10-2 M dan 10-3 M? 3. Bagaimana karakteristik sifat kelistrikandye organik alam dan ekstrak ketan hitam yang didoping Fe (III) Sulfat dengan konsentrasi 10-1 M, 10-2 M dan 10-3 M? 4. Bagaimana pengaruh variasi konsentrasi pendopingan Fe (III) sulfat dalam ekstrak ketan hitamterhadap karakteristik parameter besaran sel surya? D. Tujuan Penelitian Adapun tujuan pada penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Mengetahui karakteristik sifat optik (spektrum absorbansi) dye organik alam dan ekstrak ketan hitam yang didoping Fe (III) Sulfat dengan konsentrasi 10-1 M, 10-2 M dan 10-3 M. 2. Mengetahui terjadinya ikatan molekular dye organik alam dan ekstrak ketan hitam yang didoping Fe (III) Sulfat dengan konsentrasi 10-1 M, 10-2 M dan 10-3 M. 3. Mengetahui karakteristik sifat kelistrikandye organik alamdan ekstrak ketan hitam yang didoping Fe (III) Sulfat dengan konsentrasi 10-1 M, 10-2 M dan 10-3 M.
5 4. Mengetahui pengaruh variasi konsentrasi pendopingan Fe (III) sulfat dalam ekstrak ketan hitamterhadap karakteristik parameter besaran sel surya. E. Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi bagi perkembangan ilmu pengetahuan tentang pengaruh pendopingan logam besi (III) sulfat dalam ekstrak ketan hitam(oriza sativa glutinosa) terhadap karakteristik parameter besaran sel surya. Menghasilkan sel surya dengan memanfaatkan bahan-bahan organik yang mudah diperoleh di lingkungan sekitar.