IDENTIFIKASI pH LARUTAN EKSTRAK ANTOSIANIN KOL MERAH (BRASSICA OLERACEA VAR) TERHADAP KINERJA PROTOTIPE DYE SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC)
Oleh, Ferri Rusady Saputra NIM: 192008005
TUGAS AKHIR Diajukan Kepada Program Studi Pendidikan Fisika, Fakultas Sains dan Matematika guna memenuhi sebagian dari persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Pendidikan Program StudiPendidikan Fisika
FAKULTAS SAINS DAN MATEMATIKA UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA SALATIGA 2014 i
ii
iii
iv
MOTO Ketahuilah bahwa sabar, jika dipandang dalam permasalahan seseorang adalah ibarat kepala dari suatu tubuh. Jika kepalanya hilang maka keseluruhan tubuh itu akan membusuk. Sama halnya, jika kesabaran hilang, maka seluruh permasalahan akan rusak. ( Khalifah ‘Ali )
“Hai orang-orang yang beriman, bersabarlah kalian dan kuatkanlah kesabaran kalian dan tetaplah bersiap siaga (di perbatasan negeri kalian) dan bertakwalah kepada Allah supaya kalian beruntung.” (Aali ‘Imraan:200)
v
KATA PENGANTAR Dengan memanjatkan puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa penulis dapat menyelesaikan penelitian tugas akhir yang berjudul “IDENTIFIKASI pH LARUTAN EKSTRAK ANTOSIANIN KOL MERAH (BRASSICA OLERACEA VAR) TERHADAP KINERJA PROTOTIPE DYE SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC)” dengan lancar sebagai syarat kelulusan dari Fakultas Sains dan Matematika UKSW pada program studi Pendidikan Fisika. Perjuangan yang dilakukan penulis dapat berjalan lancar atas bantuan dan dukungan berbagai pihak. Untuk itu penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Adita Sutresno, S.Si., M.Sc. selaku pembimbing utama dan Bapak Dr. Suryasatriya Trihandaru, S.Si., M.Sc.Nat. selaku pembimbing pendamping. Terima kasih untuk bimbingan, bantuan, pengarahan, dan nasehat dalam penyusunan tugas akhir ini. 2. Bapak, Ibu dan kakak tercinta yang selalu memberikan semangat dan do’a. 3. Dosen-dosen Fisika dan Pendidikan Fisika ( Ibu Dra. Marmi Sudarmi, M.Si, Ibu Made Rai Suci Shanti N.A. S.Si., M.Pd, Ibu Diane Noviandini, S.Pd., M.Pd, Ibu Debora Natalia Sudjito, S.Pd., M.Ps.Ed, Bapak Adita Sutresno, S.Si., M.Sc, Bapak Andreas Setiawan, S.Si, MT, Bapak Dr. Suryasatriya Trihandaru, M.Sc.Nat., Bapak Prof. Dr. Ferdy Semuel Rondonuwu, M.Sc., Bapak Nur Aji Wibowo, S.Si., M.Si, Bapak Wahyu Hari Kristiyanto S.Pd., M.Pd) terima kasih atas ilmu yang sangat berguna bagi penulis. 4. Mas Tri, Mas Sigit, dan Pak Tafip selaku laboran Fisika dan Pendidikan Fisika FSM UKSW. Terimakasih untuk bantuannya dalam penyediaan alat. 5. Mas Wit, Pak Luti, Pak Agung, Mbak Yanti, Pak Agung selaku laboran Kimia FSM UKSW yang telah membantu menyesiakan bahan maupun alat terimakasih untuk bantuannya. 6. Pihak UNS yang telah membantu dalam penyediaan bahan dan ilmu yang bermanfaat dalam penyelesaian penelitian tugas akhir ini. 7. Tim Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) (Choirul, Dwex, Gino) dan teman seperjuangan (Joko, Arip, Idem, Indri) terimakasih atas kerjasamanya. 8. Teman-teman angkatan 2008 Program Studi Fisika dan Pendidikan Fisika (Choirul, Joko, Rio, Pandu, Arip, Kelik, Nita, Shinta, Dammay, Destya, Morita, Uci dan semuanya) yang telah menjadi rekan kerja, dan teman setia selama masa-masa perkuliahan. Serta adik-adik maupun kakak angkatan yang tidak dapat disebutkan satu persatu namanya. Terima kasih atas kebersamaannya. 9. Dekan Fakultas Sains dan Matematika Bapak Dr. Suryasatriya Trihandaru, S.Si., M.Sc.Nat. beserta jajarannya. 10. Semua pihak yang penulis tidak sebutkan satu persatu namanya yang turut dan terlibat dalam penyusunan skripsi ini. Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih banyak terdapat kekurangan. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pembaca guna perbaikan di masa mendatang. Akhirnya semoga tulisan ini bisa bermanfaat bagi penulis pada khususnya dan pembaca pada umumnya, untuk dijadikan sebagai bahan pertimbangan dalam pengembangan pendidikan dan ilmu pengetahuan. Salatiga, 17 Januari 2014 Penulis,
Ferri Rusady Saputra
vi
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ............................................................................................................ i LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................................... ii LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN .................................................................................. iii LEMBAR HAK BEBAS ROYALTI DAN PUBLIKASI ............................................................... iv MOTTO .......................................................................................................................... v KATA PENGANTAR ......................................................................................................... vi DAFTAR ISI.....................................................................................................................vii ABSTRAK ........................................................................................................................ 1 PENDAHULUAN .............................................................................................................. 2 METODA ........................................................................................................................ 7 HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................................ 10 KESIMPULAN ................................................................................................................ 14 DAFTARAPUSTAKA ....................................................................................................... 15
vii
IDENTIFIKASI pH LARUTAN EKSTRAK ANTOSIANIN KOL MERAH (BRASSICA OLERACEA VAR) TERHADAP KINERJA PROTOTIPE DYE SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC) Ferri Rusady Saputra1,2, Suryasatriya Trihandaru1,2, Adita Sutresno1,2 1 Progam Studi Pendidikan Fisika Fakultas Sains dan Matematika 2 Progam Studi Fisika Fakultas Sains dan Matematika Universitas Kristen Satya Wacana Jln. Diponegoro No. 52-60 Salatiga
[email protected]
Abstract- Kol merah adalah salah satu bahan organik yang mengandung antosiani. Antosianin ini dapat dimanfaatkan sebagai dye dalam pembuatan prototipe Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) sebagai donor elektron. Pada penelitian ini sel surya direndam dalam larutan ekstrak kol merah (Brassica Oleracea Var)
dengan variasi pH larutan yang berbeda-beda yaitu pada pH 1.5, pH 2.5, dan pH 3.5. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa sel surya dengan perendaman larutan antosianin kol merah pH 3.5 memiliki hasil keluaran paling baik yaitu pada rangkaian terbuka diperoleh arus pendek (Isc) sebesar 56 μA, pada tegangan terbuka (Voc) diperoleh sebesar 250 mV dan besar rapat arus sebesar 24,89 μA/cm2 pada luasan 15 mm x 15 mm. Nilai efisiensi konversi sel surya mencapai 2,55 x10-3 %. Kata kunci : pH, antosianin, Dye Sensitized Solar Cell (DSSC).
Abstract- Red cabbage is one of the organic materials containing anthocyanin. Anthocyanin can be used as the dye in Dye sensitized Solar Cell (DSSC) prototype manufacture as the electron donor. In this study, the solar cell was immersed in the extract solution of red cabbage (Brassica oleracea Var) with pH varying at pH 1.5, pH 2.5, and pH 3.5. The measurement results showed that the solar cell with red cabbage anthocyanin soaking solution at pH of 3.5 and the best result as at the open circuit is obtained 56 μA of short circuit (Isc), at the open voltage (Voc) is obtained 250 mV and 24,89 μA/cm2 of current density in the 15 mm x 15 mm area. The conversion efficiency value of solar cell reached 2,55 x10-3 %. Keywords : pH, anthocyanin, Dye Sensitized Solar Cell (DSSC)
1
PENDAHULUAN 1.1. Krisis Energi Bio sel surya Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) merupakan sumber energi alternatif sebagai pengkonversi energi matahari menjadi energi listrik dengan memanfaatkan zat alam sebagai fotosensitizer. Mengingat matahari merupakan sumber energi yang sangat besar, terkait dengan letak Indonesia yang berada pada garis katulistiwa, dalam sehari wilayah indonesia disinari matahari selama 10-12 jam, total intensitas penyinaran rata-rata 4,5 kWh permeter persegi perhari. Lama rata-rata matahari bersinar berkisar 2000 jam per tahun sehingga tergolong kaya sumber energi matahari [1]. Berkaitan dengan pemanfaatkan sumber energi matahari, Michael Gratzel adalah peneliti yang pertama kali berhasil mengembangkan sistem sel surya tersintesa pewarna [2,3]. Penelitianya menunjukan bahwa kelebihan dari bio sel surya harganya murah dan tidak menggunakan peralatan canggih sehingga mudah dibuat [3,5]. Bio sel DSSC ini perlu dikembangkan mengingat kebutuhan akan energi listrik pada waktu lama akan semakin meningkat yang dikarenakan oleh pemakaian listrik yang tidak terkontrol, akibat pertumbuhan ekonomi dan penduduk yang pesat. Ini akan menimbulkan permasalahan yaitu krisis energi listrik. Target pertumbuhan ekonomi selama 5 tahun kedepan telah dipatok pada angka 7% yang berarti harus ada persiapan penyediaan listrik dengan laju pertumbuhan sekitar 10,5% per tahun. Jika mengacu dari pertumbuhan tersebut maka tahun 2020 perlu penambahaan 30.000 mW untuk wilayah Jawa, Madura, dan Bali [6]. Di sisi lain masih perlu banyak pengembangan lebih lanjut guna meningkatkan nilai efisiensi Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) ini. Dalam penelitian awal Penulis pada paper [7] tentang kinerja dari sel surya (DSSC) terhadap pengaruh jumlah antosianin yang terkandung dalam ekstrak kol merah dari tegangan terhadap waktu yang dihasilkan. Dalam penelitian tersebut diketahui bahwa semakin banyak jumlah antosiani, maka semakin tinggi tegangan yang dihasilkan yaitu pada perbandingan pelarut metanol, asam asetat, dan aquades sebesar 40 : 8 : 52 [7]. Kemudian berdasarkan [7] dimana dengan perbandingan metanol, asam asetat, dan aquades sebesar 40 : 8 : 52, Penulis mengembangkan penelitian pada paper [5] untuk mengetahui pengaruh pengenceran larutan ekstrak antosianin kol merah dalam kinerja sel surya (DSSC). Dalam penelitian ini ditemukan bahwa pada konsentrasi 100% (tanpa pengenceran) diperoleh keluaran tegangan terhadap waktu (V-t) yang lebih besar daripada dengan konsentrasi yang lain, begitu juga arus terhadap tegangan (I-V) [5].
2
Dari hasil penelitian [7] dan [5] dilakukan pengembangan lebih lanjut untuk mengetahui pengaruh pH larutan antosianin kol merah terhadap efisiensi Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) yang hasilnya dituliskan pada makalah ini. 1.2. Derajat Keasaman (pH) Derajat keasaman atau sering disebut dengan pH menunjukan tingkat keasaman atau kebasaan suatu zat yang di lihat dari ukuran konsentrasi ion hydrogen. Nilai pH dapat diukur dengan menggunakan kertas lakmus, pH-indicator strips, atau pH meter yang bekerja dengan prinsip elektrolit/ konduktivitas larutan, dimana nilai pH antara 1 sampai 14. Larutan dikatakan asam jika pH-nya dibawah 7 sedangkan jika pH-nya diatas 7 maka larutan dikatakan bersifat basa, dan larutan dikatakan netral jika nilai pH sama dengan 7. Salah satu yang mempengaruhi kondisi kestabilitasan larutan antosianin adalah pH. Kestabilan yang dimiliki larutan antosianin ada lima bentuk yaitu kation flavilium, basa karbinol, kalkon, basa quinonoidal, dan quinonoidal anionik. Kondisi antosianin paling stabil dan paling berwarna ketika pH-nya sangat asam yaitu antara pH 1 – pH 2. Pada pH ini bentuk antosianin dominan pada kation flavilium. Antosianin akan berwarna kuning (bentuk kalkon), berwarna biru (bentuk quinouid), atau tidak berwarna (basa karbinol) ketika kondisi pH-nya lebih basa atau meningkat diatas pH 4 [8].
1.3. Antosianin Telah dibuktikan dalam proses fotosintesis terdapat senyawa pada tumbuhan yang dapat digunakan sebagai dye. Senyawa tersebut banyak terdapat pada daun, batang dan buah berupa antosianin, klorofil, dan xantofil. Antosianin merupakan pigmen warna atau molekul yang bisa menyerap cahaya dan memberikan warna merah, biru , dan ungu [5,7,9,12]. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. struktur kimia dasar dari antosianin berupa kation tujuh hydroxyflavilium yang fungsi utamanya sebagai penyerap cahaya dan pembentuk warna. Nomor dan posisi dari gugusan atau struktur kimia sangat mempengaruhi berbagai macam warna yang diperlihatkan oleh antosianin [10].
3
Gambar 1. a. Struktur kimia dasar dari antosianin dan b. Rangkain mekanisme antosiani dengan TiO2 [10].
1.4. Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) merupakan sel surya yang memanfaatkan zat warma alami sebagai donor elektron, yang sering disebut juga sel surya bio. DSSC ini ditemukan dan dikembangkan pertama kali oleh Michael Gratzel et.al. DSSC ini terdiri dari elektroda kerja berupa kaca TCO (transparent conducting oxide) / ITO (indium–tin oxide) terlapisi oleh TiO2 yang tersensitasi oleh antosianin sebagai dye, dan elektroda lawan berupa kaca TCO (transparent conducting oxide) / ITO (indium–tin oxide) yang terlapisi oleh karbon yang saling mengapit larutan elektrolit seperti wafer seperti pada Gambar 2. Elektrolit sebagai katalis berfungsi untuk mempercepat reaksi redoks berupa I/I3 (iodide/triiodide) [2,4,5,7].
Gambar 2. Sekema Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) [7]
4
Cara kerja sel surya DSSC bermula ketika sinar matahari yang memancarkan foton yang mengenai elektroda TiO2 dari DSSC, selanjutnya foton ini diserap oleh dye antosianin yang menempel pada lapisan TiO2. Akibat penambahan energi dari foton, elektron pada dye antosianin menjadi tereksitasi sehingga dapat terinjeksi menuju pita konduksi TiO2. Kemudian elektron yang terinjeksi melewati TiO2 menuju elektroda TCO/ ITO dan selanjutnya mengalir melalui rangkaian luar menuju ke elektroda karbon. Kemudian dengan bantuan molekul karbon dan larutan elektrolit yang mengandung triiodida menangkap elektron yang berada pada elektroda karbon untuk kembali masuk. Dengan bantuan elektrolit, dye antosianin akan kembali ke keadaan semula dan membentuk siklus yang berulang [4,5,11] seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Sistem kerja DSSC 1.5. Karakteristik Arus-Tegangan Sel Surya DSSC Dengan variable hambatan, karakteristik kelistrikan baik arus maupun tegangan dapat di ukur menggunakan voltmeter dan amperemeter. Hasil keluaran dari pengukuran sel surya DSSC dapat digrafikkan seperti pada Gambar 4.
5
Gambar 4. Grafik Rapat Arus-Tegangan (J-V) sel surya DSSC [12] yang bekerja secara normal dengan modifikasi gambar.
Dari Gambar 4. nilai fill factor (FF) dan efisiensi konfersi energi (η) kinerja sel surya dapat dihitung menggunakan persamaan :
FF
J max Vmax J sc Voc
(1)
Pmax J max Vmax J sc Voc FF
(2)
dan,
Pmax J V FF 100% sc oc 100% Pin Pin
dengan, JSC
= Rapat arus rangkaian pendek atau rapat arus sort circuit
JMax
= Rapat arus rangkaian maksimum
VOC
= tegangan rangkaian buka atau tegangan open circuit
VMax
= tegangan maksimum
FF
= nilai faktor pengisian atau fill factor
η
= efisiensi konfersi energi (%) [4,13].
6
(3)
METODOLOGI PENELITIAN 2.1.
Bahan dan Alat Pada penelian ini alat dan bahan yang digunakan meliputi multimeter digital, resistor,
Magnetic Stirrer, isolatipe, pensil, erlenmeyer, beaker glass, pipet, mortar, pisau, kertas saring, corong, alumunium foil, kertas tisu, binder clihps, timbangan digital, gelas ukur, pH-indicator strips, lampu xenon, kol merah, kaca berlapis ITO (indium–tin oxide), Titanium dioxide (TiO2), aseton, etanol, metanol, asam asetat, aquades, Potassium Iodide (KI), Iodine (I2), Polyethylene Glycol (PEG).
2.2.
Ekstraksi Dye Antosianin 20 gram kol merah yang masih segar ditimbang dengan menggunakan timbangan digital
dan ditumbuk dengan mortar sampai halus. Selanjutnya kol yang sudah halus dimasukkan dalam tabung erlenmeyer yang sudah dilapisi dengan alumunium foil atau botol yang berwarna gelap dan direndam selama 24 jam dalam campuran pelarut 40 ml metanol, 8 ml asam asetat, dan 52 ml aquades yang sebelumnya sudah diaduk selama 30 menit menggunakan magnetic stirer. Setelah 24 jam ekstrak antosianin kol merah disaring dengan menggunakan kertas saring (filter) dan dimasukkan ke dalam botol gelap atau botol yang telah dilapisi dengan alumunium foil [5]. Setelah hasil ekstrak antosianin diperoleh kemudian di ukur pH nya dengan menggunakan pH-indicator strips. Untuk membuat larutan ekstrak antosianin dengan pH yang berbeda- beda dilakukan pengurangan atau penambahan jumlah asam asetat sebanyak 4 ml pada campuran pelarut saat mengekstrak. Hasil ekstrak antosianin kol merah ditunjukan pada Gambar 5.
Gambar 5. Larutan ekstrak kol merah a. pH 1.5, b. pH 2.5, dan c. pH 3.5
7
2.3.
Preparasi Elektroda TiO2 Dengan menggunakan multimeter digitalkaca berlapis ITO (indium–tin oxide) diukur
resistansinya. Kemudian pada bagian tepi kaca berlapis ITO ditutup dengan menggunakan isolatipe seperti pada Gambar 6. sehingga sisa luasan yang dikosongkan mempunyai luasan 15 mm x 15 mm. Selanjutnya dalam pembuatan larutan TiO2 digunakan untuk melapisi kaca ITO. 3,5 gram koloid TiO2 dilarutkan pada 15 ml etanol, lalu diaduk selama 30 menit menggunakan magnetic stirer [14]. Setelah terbentuk pasta TiO2 selanjutnya dilakukan pelapisan pada bagian kaca berlapis ITO yang sudah dibersihkan dengan aseton. Setelah lapisan kering, isolatipe dibuka dan kemudian kaca ITO dipanaskan dengan suhu 2000C selama ±20 menit.
Gambar 6. Skema Pelapisan TiO2 pada Kaca ITO. 2.4.
Preparasi Elektrolit Sebanyak 8,30 gram Potassium Iodide (KI) dan 1,26 gr Iodine (I2) digunakan untuk membuat
elektrolit yang kemudian dilarutkan dalam 100 ml Polyethylene Glycol (PEG). Kemudian larutan elektrolit tersebut diaduk dengan menggunakan magnetic stirrer selama 30 menit. Larutan elektrolit yang sudah jadi kemudian disimpan dalam botol berwarna gelap atau botol yang telah dilapisi dengan alumunium foil [15]. 2.5.
Preparasi Elektroda Karbon Kaca berlapis ITO dibersihkan dengan aseton terlebih dahulu kemudian diukur
resistansiya dengan menggunakan multimeter digital. Kemudian pada bagian tepi kaca berlapis ITO ditutup dengan menggunakan isolatipe seperti pada Gambar 7. Selanjutnya kaca berlapis ITO dilapisi dengan larutan karbon yang dibuat dari karbon pensil 2B yang sudah dihaluskan dengan mortar, lalu ditimbang sebanyak 3,5 gram yang dilarutkan dalam 15 ml etanol. Kemudian diaduk selama 30 menit menggunakan magnetic stirer hingga terbentuk larutan karbon [14].
8
Gambar 7. Skema Pelapisan Karbon pada Kaca ITO. 2.6.
Pembuatan Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) Elektroda TiO2 yang telah jadi kemudian direndam dalam larutan ekstrak antosianin yang
berbeda pH-nya yaitu masing-masing pada pH 1.5, pH 2.5, dan pH 3.5 selama 24 jam. Setelah masing-masing elektroda TiO2 direndam dalam larutan ekstrak antosianin, kemudian diangkat dan dikeringkan dengan kertas tisu. Selanjutnya elektroda TiO2, elektrolit, dan elektroda karbon dirangkai seperti struktur wafer yang dicepit dengan binder clips seperti pada Gambar 8.
Gambar 8. Struktur wafer sel surya DSSC
2.7.
Karakterisasi Dye Sensitized SolarCell (DSSC) Untuk menganalisis karakteristik hasil keluaran dari sel surya yang telah dirangkai
selanjutnya diukur arus dan tegangannya (I-V) dengan menggunakan multimeter digital. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan sumber cahaya lampu xenon pada jarak 30 cm seperti pada rangkaian pengukuran (Gambar 9). Nilai arus maupun tegangan keluaran pada sel surya diukur pada setiap variasi hambatan mulai dari hambatan maksimal hingga minimalnya.
9
Selanjutnya hasil pengukuran yang didapat dibuat kurva I-V kemudian dianalisa untuk mengetahui performa dari sel surya.
Gambar 9. Rangkaian pengukuran DSSC [4] dengan modifikasi gambar.
HASIL DAN PEMBAHASAN Karakterisasi Arus dan Tegangan Berdasarkan pengukuran pH larutan ekstrak antosianin kol merah dengan menggunakan pH-Indikator strips didapatkan pH 3.5 pada larutan dengan pengurangan asam asetat 4 ml (40 ml methanol : 4 ml asama setat : 52 ml aquades), pada larutan ekstrak tanpa penambahan atau pengurangan asam asetat (40 ml methanol : 8 ml asam asetat : 52 ml aquades) didapatkan pH 2.5, sedangkan pada penambahan 4 ml asam asetat (40 ml methanol : 12 ml asam asetat : 52 ml aquades) didapatkan pH 1.5, seperti ditunjukan pada Gambar 10.
Gambar 10. Pengecekan besar pH dengan pH-indicator strips, kol 1 menunjukan pH 1.5 merupakan larutan dengan penambahan asam asetat 4 ml, kol 2 menunjukan pH 2.5 merupakan larutan tanpa penambahan atau pengurangan asam asetat, dan kol 3 menunjukan pH 3.5 merupakan larutan dengan pengurangan asam asetat 4 ml.
10
Pada Gambar 11. disajikan kurva pengaruh pH larutan ekstrak kol merah pada karakteristik arus terhadap tegangan (I-V) dari sel surya dengan penyinaran lampu xenon 1000 watt/m2 pada jarak 30 cm. Seperti pada Table 1. dapat dilihat bahwa pH larutan mempengaruhi parameter-parameter hasil kinerja sel surya. Dari data hasil pengujian sel surya tersebut, maka dapat diketahui nilai efisiensi konversi energi (η) sel surya dengan menggunakan persamaan (1), (2), dan (3). Pada sel surya yang direndam dalam larutan ekstrak antosianin kol merah dengan pH 3.5 ditunjukkan nilai tegangan rangkaian buka (VOC) sebesar 250 mV dengan besar arus rangkaian pendek (ISC) sebesar 56 mikroampere (μA). Tegangan maksimum (Vmax) yang dihasilkan sebesar 153 mV, sedangkan arus maksimum (Imax) sebesar 38 µA. Besar rapat arus pada luasan 15 mm x 15 mm sebesar 24,89 μA/cm2 . Nilai efisiensi konversi sel surya baru mencapai 2,55 x10-3 %. (Gambar 11 (a) ) Sedangkan sel surya yang direndam dalam larutan ekstrak antosianin kol merah dengan pH 2.5 ditunjukkan hasil tegangan rangkaian buka (VOC) sebesar 39 mV dengan besar arus rangkaian pendek (ISC) sebesar 52 mikroampere (μA). Tegangan maksimum (Vmax) yang dihasilkan sebesar 27 mV, sedangkan arus maksimum (Imax) sebesar 43 µA. Besar rapat arus sebesar 23,11 μA/cm2 . Nilai efisiensi konversi sel surya mencapai 0,51 x10-3 %.(Gambar 11 (b) ) Pada perendaman sel surya dalam larutan ekstrak antosianin kol merah dengan pH 1.5 ditunjukkan nilai tegangan rangkaian buka (VOC) sebesar 6,6 mV dengan besar arus rangkaian pendek (ISC) sebesar 44 mikroampere (μA). Tegangan maksimum (Vmax) yang dihasilkan sebesar 31 mV, sedangkan arus maksimum (Imax) sebesar 4,6 µA. Besar rapat arus sebesar 19,56 μA/cm2 . Nilai efisiensi konversi sel surya mencapai 0,06 x10-3 %. (Gambar 11 (c) )
Table 1. Parameter- parameter sel surya DSSC
11
Jsc (µA/cm2)
30 25 20 15 10 5 0 -5 0
100
200
300
Tegangan (mV) (a)
Jsc (µA/cm2)
25 20 15 10 5 0 -5 0
20
40
60
Tegangan (mV) (b)
Jsc (µA/cm2)
25 20 15 10 5 0 -5 0
2
4
6
8
Tegangan (mV) (c) Gambar 11. Grafik karakteristik arus-tegangan DSSC dengan perbedaan pH pada perendaman 24 jam. (a) pH 3.5 (40 ml methanol : 4 ml asama setat : 52 ml aquades), (b) pH 2.5 (40 ml methanol : 8 ml asama setat : 52 ml aquades), dan (c) pH (40 ml methanol : 12 ml asama setat : 52 ml aquades).
Dari Tabel 1. dapat dilihat bahwa keluaran yang dihasilkan DSSC untuk TiO2 yang direndam dalam cairan ekstrak antosianin pada pH 3.5 selama 24 jam menghasilkan efisiensi konversi keluaran paling besar yaitu 2,55 × 10-3 % (Gambar 11 (a)), hasil ini sedikit lebih baik
12
dibandingkan dengan hasil yang didapat pada penelitian Anita,dkk.[13] dengan menggunakan klorofil daun kacang panjang sebagai dye dengan efisiensi konversi 2 × 10-3 % [14], tetapi efisiensi ini masih kecil dibandingkan dengan Michael Grätzel et.al. [3] dengan menggunakan dye sintetis yang mencapai 11 % [3]. Seperti terlihat pada Gambar 12.
(a)
(b) Gambar 12. Grafik karakteristik arus-tegangan DSSC (a) pada penelitian Anita[14] dan (b) pada penelitian Michael Grätzel[3].
Sedangkan pada pH 1.5 menunjukan efisiensi konversi keluaran paling kecil. Ini memperlihatkan pada larutan pH 3.5 memiliki kinerja sel surya yang paling efektif. Hal ini dikarenakan pH larutan merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi stabilitas dari antosiani,
13
sehingga mempengaruhi nilai efisiensi yang dihasilkan. Hasil ini berlawanan dengan penelitian lain yang menggunakan ekstrak antosianin strawberry dimana pada pH 1.5 justru menunjukan kinerja yang paling efektif. Ini disebabkan susunan struktur kimia dasar dari antosianin kol merah dan strawberry yang berbeda sehingga mengakibatkan berbedanya hasil keluaran. Hasil keluaran ini lumayan cukup besar terutama pada arus keluaran pada sel surya dibandingkan dengan penelitian Akhiruddin Maddu,dkk.[4] dan Anita,dkk.[14] yang dikarenakan pada lapisan gabungan elektroda TiO2 – elektrolit – elektroda karbon nilai resistansinya sudah relative lebih kecil yaitu 1,4 kiloOhm (kΩ) dibanding dengan penelitian sebelumnya mencapai orde megaOhm (MΩ)[4,14]. Dengan nilai resistansi yang cukup kecil ini mengakibatkan elektron yang diinjeksi dari dye mengalami hambatan yang lebih kecil di dalam lapisan TiO2 sehingga jumlah elektron yang mengalir ke rangkaian luar menjadi lebih besar, akibatnya arus yang dihasilkan juga lebih besar. Sel surya ini juga belum dapat sempurna yang dimungkinkan belum optimalnya penyerapan dye dan fungsi dye itu sendiri dalam proses injeksi elektron pada elektroda TiO2.
KESIMPULAN Penelitian ini berisi tentang laporan penelitian tentang pengaruh pH larutan ekstrak antosianin kol merah terhadap kinerja sel surya (DSSC). Sel surya yang digunakan dalam penelitian telah direndam selama 24 jam pada larutan pH 3.5, pH 2.5, dan pH 1.5. Ditemukan bahwa pada perendaman larutan pH 3.5 diperoleh keluaran tegangan rangkaian buka (VOC) dan arus rangkaian pendek (ISC) yang lebih besar daripada dengan pH lainnya yaitu 250 mV dan 56 μA. Tegangan maksimum (Vmax) dan arus maksimum (Imax) masing-masing sebesar 153 mV dan 38 µA. Besar rapat arus pada luasan 15 mm x 15 mm sebesar 24,89 μA/cm2, sedangkan nilai efisiensi konversi sel surya mencapai 2,55 x10-3 %. Dari hasil penelitian didapatkan kinerja sel surya yang paling efektif yaitu pada perendaman larutan ekstrak antosianin kol merah dengan pH 3.5.
14
DAFTAR PUSTAKA
[1]. Widodo D.A., Ssuryono, Tatyantoro A, Tugino (2009).”Pemberdayaan Energi Matahari Sebagai Energi Listrik Lampu Pengatur Lalu Lintas”. Artikel Penelitian, Universitas Negri Semarang: Semarang. [2]. Grätzel, Michael, 2003, Dye-sensitized solar cells, Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews 4 (2003) 145-153. [3]. Grätzel, Michael, 2005. Photovoltaic performance and long-term stability of dye-sensitized meosocopic solar cells. C. R. Chimie 9 (2006) 578–583. [4]. Akhiruddin Maddu, Mahfuddin Zuhri, dan Irmansyah, 2007. Penggunaan Ekstrak Antosianin Kol Merah sebagai Fotosensitizer pada Sel Surya TiO2 Nanokristal Tersensitisasi Dye, Makara, Teknologi, Vol. 11 No. 2 (78-84). [5]. Ferri Rusady Saputra, Ferdy Semuel Rondonuwu, Adita Sutresno, 2013. Pemanfaatkan Ekstrak Antosianin Kol Merah (Brassica Oleracea Var) Sebagai Dye Sensitized dalam Pembuatan Prototipe Solar Cell (DSSC), Seminar Nasional Sains dan Pendidikan Sains VIII Vol 4, No.1. 332333. [6]. Listrik dan Sumber Energi Baru. http://www.suaramerdeka.com/v1/index.php/read/cetak/2012/06/22/190272/10/Listrikdan-Sumber-Energi-Baru. (22 juni 2012) [7]. Ferri Rusady Saputra, Ferdy Semuel Rondonuwu, Adita Sutresno, 2013. Identifikasi Antosianin Kol Merah (Brassica oleracea var) untuk Potensi sebagai Dye Sensitized Solar Cell (DSSC), Seminar Nasional 2nd Lontar Physics Forum 2013 LPF 1345. [8]. Seafast Center, 2012. Merah-Ungu Antosianin, Pewarna Alami untuk Pangan (23-43). [9]. Prasanta Kumar Das, Bang Geul, Sang-Bong Choi, Sang-Dong Yoo, Youn-II Park, 2011, Photosynthesis-dependent anthocyanin pigmentation in arabidopsis, Plant Signaling & Behavior 6:1. [10].
J. M. R. C. Fernando and G. K. R. Senadeera, Natural anthocyanins as photosensitizers for
dye-sensitized solar devices, Current Science, vol. 95, no. 5, (2008) pp. 663–666. [11].
Maya Sukma Widya Kumara dan Gontjang Prajitno, 2012. 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. Laporan Penelitian, Institut Teknologi Sepuluh Nopember: Surabaya. [12].
Vitriany Ekasari, Gatut Yudoyono, 2013, Fabrikasi DSSC dengan Dye Ekstrak Jahe Merah
(Zingiber Officinale Linn Var. Rubrum) Variasi Larutan Ti02 Nanopartikel Berfase Anatase
15
dengan Teknik Pelapisan Spin Coating, Jurnal Sain dan Seni POMITS Vol. 2, No.1. (2013) 23373520. [13].
Marinado,T., 2009. Photoelectrochemical studies of dye sensitized solar cells using organic
dyes. Kungliga Tekniska Högskolan : Stockholm. [14].
Anita, dkk., 2013. Karakteristik Klorofil Pada Daun Kacang Panjang (Vigna Sinensis)
sebagai Dye-Sensitized Solar Cells, Seminar Nasional 2nd Lontar Physics Forum 2013 LPF 1353. [15].
Wilman Septina,dkk., 2007. Pembuatan Prototipe Solar Cell Murah dengan Bahan
Organik-Inorganik (Dye-sensitized Solar Cell). Laporan Penelitian Bidang Energi, Instiut Teknologi Bandung : Bandung.
16
1
