Instrumen Dan Alat Penelitian

Pengaruh Variasi Perendaman Elektroda Kerja Terhadap Kinerja Dye Sensitized Solar Cell (DSSC)
PENGARUH VARIASI PERENDAMAN ELEKTRODA KERJA TERHADAP KINERJA DYE
SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC) MENGGUNAKAN EKSTRAK DAUN JAMBU BIJI
(PSIDIUM GUAJAVA L.) SEBAGAI DYE SENSITILIZER
Nur Muhammad Baisuni
S1 Teknik Mesin Konversi Energi, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Surabaya
E-mail: [email protected]
Indra Herlamba Siregar
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Surabaya
E-mail: [email protected]
Abstrak
Telah dibuat fabrikasi Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) Menggunakan Ekstrak Daun Jambu Biji (Psidium
Guajava L.). Sel surya ini terdiri dari sepasang subtrat kaca berlapis bahan ITO (Indinium Thin Oxide) yang
saling berhadapan membentuk struktur sandwich. Kaca tersebut berperan sebagai elektroda kerja dan
elektroda karbon yang mengapit elektrolit polimer PEG (polyethylene glycol) yang mengandung kopel redoks
Iˉ/Iˉ3 yang kemudian dimodifikasi dengan cara prototype DSSC dilapisi Eva Film. Dua sel yang difabrikasi
memiliki luas 22 cm2. Pada elektroda kerja dideposisikan lapisan TiO2 dengan metode doctor blade serta
direndam pada dye daun jambu biji dengan memvariasi waktu perendaman, masing-masing direndam selama
24 jam, 36 jam dan 48 jam pada dye untuk mendapatkan waktu perendaman yang optimum. Sedangkan pada
elektroda karbon dilapisi lapisan karbon dari pensil 8B dan jelaga lilin. Sel-sel diukur menggunakan
multimeter dengan penyinaran menggunakan sumber cahaya sinar matahari pada pukul 11.30-13.00 dengan
rentang 5 menit dan penyinaran dengan sumber cahaya lampu halogen 220 Volt 500 Watt dengan intensitas
1226 W/m2 pada jarak 5 cm selama 20 menit dengan rentang 2 menit dan keduanya dilakukan selama 5 hari.
Hasil penelitian menunjukan bahwa efisiensi yang dihasilkan DSSC dengan menggunakan sumber cahaya
matahari, untuk waktu perendaman selama 36 jam menghasilkan efisiensi yang paling besar 0,14 %
dibandingkan waktu perendaman 48 jam dengan efisisiensi 0,028 % dan 24 jam dengan efisiensi 0,012 %.
Sedangkan efisiensi dengan menggunakan sumber cahaya lampu halogen menunjukkan perendaman selama
36 jam juga menghasilkan efisiensi paling besar 0,016 % dibandingkan waktu perendaman 24 jam dengan
efisiensi 0,015 % dan 48 jam dengan efisiensi 0,005 %.
Kata Kunci: DSSC, Daun Jambu Biji (Psidium Guajava L.), Perendaman, Efisiensi.
Abstract
Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) using guava leaf extract (Psidium Guajava L.) as dye sensitilizer
Have been fabricated. Solar cell consist of a pair glass subtrate with ITO (Indinium Thin Oxide)
material that facing each other to become sandwich structure type. The glass serves as working
electrode and carbon electrode that sandwiching PEG (polyethylene glycol) polymer electrolyte
containing a redox couple Iˉ/Iˉ 3 , and then DSSC coated with Eva Film. Two fabricated cells have an
active area of 22 cm2. The working electrode was deposited by TiO2 with doctor blade method and
soaked to dye guava leaf with variation of soaking time, each soaking for 24 hours, 36 hours, and 48
hours to get optimum soaking time. While the carbon electrode layered with 8B pencil and candle soot
layer. Two cells were tested by irradiation with source of the sun at 11:30 to 13:00 with a span of 5
minutes and irradiation with a halogen lamp 220 Volts and 500 Watt with intensity 1226 W / m2 at a
distance of 5 cm in 20 minutes with a span of 2 minutes and altogether spend for 5 days. The results
showed that the efficiency by DSSC of time soaking for 36 hours to produce the biggest 0,14 %
efficiency compared with 48 hours soaking time 0,028% efficiency and 24 hours with 0,012 %
efficiency. While the efficient of halogen light source 36 hours soaking time indicate 0,016 % biggest
efficiency also, compared with 24 hours soaking time 0,015 % efficiency and 48 hours soaking time
with 0,005 % efficiency.
Keyword : DSSC, Guava Leaf Extract (Psidium Guajava L.), Soaked, Efficiency
439
JTM. Volume 04 Nomor 03 Tahun 2016, Hal 439-449
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 (energi celah) lebar.
Dye dapat berupa dye alami maupun dye sintetis.
Dye sintesis umunya menggunakan organik logam
berbasis ruthenium komplek, black dye, N719, C101
dengan efisiensi ~ 11%. Sedangkan dye alami ini
berasal dari berbagai macam pigmen seperti
antosianin, klorofil, dan xantofil yang dapat diperoleh
dari bagian-bagian tumbuhan seperti daun, bunga,
buah maupun biji. Salah satu pertimbangan utama
adalah pemilihan dye yang optimal, adalah
bagaimana kemampuan absorbansi dye terhadap
cahaya. Sampel uji yang digunakan pada penelitian
ini berupa beberapa kandidat larutan dye yang terbuat
dari ekstrak daun jambu biji (Psidium guajava L.),
kulit jeruk (Citrus aurantium), buah paprika
(Capsicum annum L.), kluwek (Pangium edule), sawi
hijau (Brassica rapa var.) dan cabai merah (Dicaeum
maugei). Dari pengukuran spektrofotometer yang
dilakukan didapatkan panjang gelombang dan
absorbansi puncak spektrum UV-Vis tertinggi adalah
dye dari daun jambu biji dengan panjang gelombang
322-671 nm dan puncak absorbansi maksimalnya
sebesar 3,831 pada panjang gelombang 322 nm. Oleh
karena itu, pada penelitian ini dye alami sebagai
sensitizer yang digunakan adalah daun jambu biji
(Psidium guajava L.) karena memiliki intensitas
absorbsi yang relatif tinggi dibandingkan dengan
kandidat dye lainnya menandakan bahwa dye dari
ekstrak daun jambu memiliki kemampuan untuk
menyerap cahaya matahari yang paling baik dengan
kandidat dye yang lainnya.
PENDAHULUAN
Energi merupakan bagian terpenting dalam
kehidupan masyarakat karena hampir semua aktivitas
manusia membutuhkan energi. Total kebutuhan
energi di seluruh dunia mencapai 10 Terra Watt
(setara dengan 3 x 1020 Joule/tahun) dan diprediksi
jumlah ini akan terus meningkat hingga mencapai 30
Terra Wattt pada tahun 2030, sedangkan bahan bakar
fosil yang menjadi sumber energi terbesar terus
mengalami keterbatasan. Bahan bakar fosil saat ini
menyediakan mayoritas energi yang dikonsumsi oleh
seluruh dunia, kira-kira 82% dari seluruh sumber
energi (International Energy Agency, 2013). Sumber
energi terbesar yang tersedia di bumi adalah energi
radiasi yang diproduksi oleh reaksi nuklir yang
berasal dari matahari.
Alat untuk mengkonversi energi radiasi matahari
menjadi energi listrik salah satunya adalah sel surya.
Sel surya merupakan suatu mekanisme yang bekerja
berdasaarkan efek fotovoltaik dimana foton dari
radiasi matahari diserap kemudian dikonversikan
menjadi energi listrik di dalam bahan sebagai akibat
penyerapan cahaya dari bahan tersebut. Efek
fotovoltaik pertama kali ditemukan oleh Becquerel
pada tahun 1839. Becquerel mendeteksi adanya
tegangan foton ketika sinar matahari mengenai
elektroda pada larutan elektrolit. Pada tahun 1954,
trio Bell Laboratories, Chapin, Fuller dan Pearson,
menemukan sebuah fenomena p-n junction yang
dapat mengubah radiasi sinar matahari menjadi
tenaga listrik pertama kalinya dan material yang
dipergunakan yaitu berupa silikon (Si), namun
mahalnya biaya silikon membuat biaya konsumsinya
lebih mahal dari pada sumber energi fosil. Secara
umum, pengembangan teknologi sel surya di seluruh
dunia dihadapkan pada dua hal yaitu bagaimana
meningkatkan efisiensi sel surya semaksimal
mungkin, dan cara menurunkan harga sel surya. Sel
surya yang murah bisa dibuat dari bahan
semikonduktor
organik.
Hal
ini
karena
semikonduktor organik dapat disintetis dalam jumlah
besar. Meskipun demikian efesiensinya jauh dibawah
sel surya silikon.
Sel surya generasi ketiga yang berbasis
nanoteknologi
mulai
dikembangkan.
Sistem
fotovoltaik generasi ketiga ini dikembangkan oleh
Grätzel pada 1991 dengan sistem ini dinamakan sel
surya pewarna tersintesis atau DSSC (dye-sensitized
solar cell). Mekanisme ini menunjukkan absorbsi
optis dan proses pemisahan muatan melalui asosiasi
suatu sensitizer sebagai bahan penyerap cahaya
dengan suatu semikonduktor nanokristal yang
mempunyai bandgap lebar (Grätzel, 2003).
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. DSSC adalah sel surya fotoelektrokimia
sehingga menggunakan elektrolit sebagai medium
transport muatan. Berbeda dengan sel surya
Gambar 1. Prinsip Kerja DSSC
Prinsip kerja dari DSSC merupakan reaksi dari
transfer elektron seperti yang ditunjukkan secara
skematik pada Gambar 1. Proses pertama dimulai
dengan terjadinya eksitasi elektron pada molekul dye
yang terjadi akibat absorpsi foton dari cahaya
matahari. Kejadian ini memberikan energi yang
cukup kepada elektron untuk pindah menuju tingkat
energi yang lebih tinggi yaitu pita konduksi dari
cdxl
Pengaruh Variasi Perendaman Elektroda Kerja Terhadap Kinerja Dye Sensitized Solar Cell (DSSC)
TiO2. Kemudian elektron tersebut diinjeksikan pada
semikonduktor TiO2. Sehingga elektron mendapat
energi untuk mengalir keluar elektroda kerja menuju
elektroda karbon. Elektrolit sebagai media untuk
membawa elektron-elektron kembali ke dye yang
berasal dari elektroda karbon. Penelitian Henni Eka
Wulandari (2012), mengenai “Studi awal fabrikasi
Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) menggunakan
ekstrak bunga sepatu (hibiscus rosa sinensis l)
sebagai dye sensitilizer dengan variasi lama absorpsi
dye”. Dimana sel surya dianalisa menggunakan
sumber cahaya matahari dan lampu halogen dengan
variasi lama perendaman pada lapisan TiO2 yaitu 2
jam dan 24 jam, diperoleh hasil pengukuran tegangan
pada perendaman lapisan TiO2 kedalam larutan dye
selama 24 jam lebih baik dari pada perendaman 2 jam
namun keduanya sama-sama stabil sedangkan arus
yang dihasilkan keduanya sama-sama menurun. Dan
diketahui bahwa semakin lama perendaman lapisan
TiO2 pada dye maka kinerja sel semakin baik karena
intensitas yang diserap pada dye akan semakin
banyak sehingga berpengaruh juga pada arus
dihasilkan pada proses konversi. Oleh sebab itu, pada
penelitian ini dilakukan variasi perendaman elektroda
kerja dalam larutan ekstrak daun jambu biji (Psidium
Guajava L.) dengan tujuan untuk mengetahui lama
perendaman optimum yang dapat meningkatkan
kinerja DSSC.
METODE PENELITIAN
Gambar 2. Rancangan Penelitian
Variabel Penelitian
 Variabel Bebas
Variabel Bebas Variabel bebas merupakan variabel
yang mempengaruhi atau yang menjadi sebab
perubahannya atau timbulnya variabel terikat”
(Sugiyono, 2014). Variabel bebas dalam penelitian
ini adalah lama perendaman elektroda kerja yaitu
24 jam, 36 jam dan 48 jam.
 Variabel Terikat
Variabel terikat adalah variabel hasil, untuk
penelitian ini variabel terikat dalam adalah Arus
(I), Tegangan (V), Daya (P), DSSC dan Efisiensi
prototype DSSC.
 Variabel Kontrol
Variabel Kontrol adalah sesuatu yang dikontrol
agar penelitian tetap fokus pada masalah yang
diteliti. Variabel kontrol dalam penelitian ini
adalah Kaca ITO dengan resistan 14 𝝮/m2,
Campuran ekstrak daun jambu biji, Bahan
semikonduktor dibuat dari 𝑇𝑖𝑂2 fasa anatase 98%,
Konsentrasi senyawa cair yang digunakan untuk
membuat elektrolit gel PEG 1000, Katalis terbuat
dari arsiran pensil 8b merk steadler dan jelaga dari
lilin, dan hambatan potensiometer 250 KΩ.
441
JTM. Volume 04 Nomor 03 Tahun 2016, Hal 353-360
Dimana masing-masing variasi direndam pada
50 ml dye ekstrak daun jambu biji pada wadah
yang tertutup rapat untuk menghindari
terjadinya penguapan dye.
Instrumen Dan Alat Penelitian
Instrumen dan peralatan merupakan peralatan uji
yang digunakan untuk memperoleh data penulisan.
Instrumen dan peralatan yang digunakan dalam
penelitian ini adalah:
24 JAM
Gambar 4. Hasil Perendaman Dye
.
 Penetesan Elektrolit.
Elektrolit dibuat dengan mencampurkan 3 gr KI
ke dalam 5 ml iodine, sebagai pembuat gelnya
dicampurkan 6 gr PEG 1000 kedalam 6 ml
klorofom dan dicampurkan kedalam larutan
elektrolit yang sudah dibuat sebelumnya,
distrirrer selama 1 jam dengan temperatur
pemanasan 60°C agar PEG 1000 cepat larut
kedalam larutan tersebut.
Penetesan elektrolit
dilakukan setelah
perendaman elektroda kerja selesai dan komponen
pendukung lainnya siap untuk dibuat susunan
sandwich DSSC. Pada penelitian ini, larutan
elektrolit diteteskan sebanyak 3 tetes pada
elektroda kerja. Hal ini dilakukan untuk
mengindari rusaknya elektroda kabon pada saat
ditempel dengan elektroda karbon.
 Pembuatan Sandwich DSSC
Susunan lapisan DSSC berupa kaca ITO sebagai
subtrat yang dilapisi dengan pasta TiO2 dan
direndam oleh dye daun jambu biji yangg disebut
elektroda kerja ditetesi dengan larutan elektrolit
kemudian ditutup dengan kava yang sudah
dilapisi karbon yang disebut elektroda
pembanding. Kemudian susunan DSSC tersebut
dijepit dengan sebuah penjepit di kedua sisi kanan
dan kiri.
 Modifikasi Prothotype DSSC
Modifikasi yang dilakukan pada penelitian ini
yaitu dengan melapisi prototype DSSC dengan
eva film. Pelapisan eva film bertujuan untuk
menghindari penguapan pada elektrolit yang
dapat menurunkan performa DSSC, sehingga
dengan penambahan lapisan ini DSSC dapat
bertahan lebih lama. Susunan DSSC pada
penelitian ini yaitu backsheet, DSSC, dan Eva
Film. Pada penelitian ini menggunakan kaca
berukuran 5cm x 6cm sebagai backsheet. DSSC
diletakan diatas kaca yang sebelumnya sudah
dibersihkan, dimana pada masing-masing kutub
positif dan negatif DSSC dipasang kawat brush
untuk mengalirkan arus dan tegangan. Untuk
merekatkan kawat brush digunakan lem
conductive sehingga tidak akan menghambat
elektron atau meghambat dalam pengukuran.
Kemudian pelapisan eva film dilakukan dengan
menggunakan hairdryer agar lapisan eva film
dapat menempel pada kaca dana DSSC.
Gambar 3. Rangkaian Instrumen Penelitian
Posedur Kerja
 Persiapan
Tahap persiapan ini meliputi persiapan dan
pembersihan alat-alat untuk ekstraksi, pembuatan
pasta TiO2 dan pembersihan kaca ITO.
 Pembuatan Ekstrak
Larutan Dye dibuat dari ektraksi daun jambu biji
yang
dikeringkan
untuk
menghilangkan
kandungan kadar air pada daun jambu biji. Hasil
dari blender yang sudah didapat diti ditimbang
sebanyak 5 gr serbuk daun jambu biji, kemudian
serbuk daun jambu biji dimasukan kedalam botol
kimia untuk ditambahkan 25ml metanol dan
ditutup rapat untuk menghindari dye mengua dan
disimpan selama 24 Jam untuk memisahkan
ektraksi dengan endapan serbuk daun jambu biji.
Hasil ekstraksi yang digunakan
untuk perendaman elektroda kerja merupakan
hasil ektrak yang telah disaring menggunakan
kertas saring. Proses penyaringan sebaiknya
menggunakan 2 lapis kertas saring atau lebih
agar didapatkan ekstraksi yang bagus, karena
apabila terdapat endapan pada hasil ektraksi
maka akan berpengaruh pada performa DSSC.
 Pembuatan Elektroda Kerja
Elektroda kerja merupakan komponen yang
terdiri dari kaca ITO yang telah dideposisi pasta
TiO2 dengan metode doctor blade. Pembuatan
pasta pada penelitian ini, serbuk TiO2 sebanyak
6gr dicampur dengan 10 ml asam asetat dalam
gelas kimia. Campuran kemudian di stirer
menggunakan pengaduk magnetik dengan
kecepatan yang dikondisikan selama 30 menit
dan selanjutnya ditambahkan dengan 10 tetes
Triton X-100 dan distirer kembali dengan
kecepatan seperti sebelumnya selama 60 menit.
kemudian disimpan dalam botol kecil yang
tertutup rapat agar menghindari penguapan.
 Perendaman Lapisan TiO2
Proses perendaman elektroda kerja pada
penelitian ini dilakukan 3 macam variasi lama
perendaman yaitu lama perendaman 24 jam,
perendaman 36 jam dan perendaman 48 jam.
442
48 JAM
36 JAM
48 JAM
Pengaruh Variasi Perendaman Elektroda Kerja Terhadap Kinerja Dye Sensitized Solar Cell (DSSC)
Contoh perhitungan prototype DSSC dengan variasi
perendaman 36 jam mengunakan sumber cahaya
matahari seperti berikut:.
Setelah didapatkan hasil rata-rata dari tiap
pengukuran telah didapatkan Ir = 350,84 W/m2, Voc
= 224,5 mV dan Isc = 20,37 𝞵A
25
Gambar 5. Hasil prothotype DSSC
Pengujian Prototype DSSC:
Pengujian Prototype DSSC ini dilakukan pada pukul
11.30-13.00 WIB dengan rentang 5 menit pada
sumber cahaya matahari. Sedangkan pengukuran
dengan sumber cahaya lampu halogen dilakukan
dalam 20 menit dengan rentang 2 menit. Pengujian
prothotype DSSC dilakukan selama 5 hari berturutturut untuk mengetahui kinerja dari DSSC. Cara
pengujian yang dilakukan sama meskipun sumber
cahaya
berbeda
Langkah-langkah
pengujian
prototype DSSC sebagai berikut:
a. Siapkan prototype DSSC, multimeter yang telah
dirangkai dengan potensiometer 250 KΩ, sumber
cahaya dan peralatan lainnya
b. Ukur intensitas radiasi matahari dan lampu
halogen menggunakan solar power meter.
c. Letakkan prototype DSSC di bawah sinar
matahari atau sumber cahaya (lampu halogen)
dengan posisi bagian elektroda kerja menghadap
ke sinar matahari atau sumber cahaya (lampu
halogen)
d. Jepitkan 2 multimeter ke sisi prototype DSSC
yang diberi offset, dengan sisi positif (kabel
merah) dihubungkan pada elektroda kerja
sedangkan sisi negatif (kabel hitam) dihubungkan
pada counter-elektroda karbon.
e. Atur kedua multimeter untuk mendapatkan Arus
(𝜇𝐴) dan tegangan (𝑚𝑉) dari prototype DSSC
f. Lakukan secara bersamaan dengan ketiga
prototype DSSC
g. Amati hasil yang ada dan kemudian catat hasil
tersebut.
(X1, Y1) = (224.5 , 0)
(X2, Y2) = 20.37 , 0)
Isc
20
15
10
5
0
0
100
200
300
Voc
m=
𝑌2 − 𝑌1
𝑋2 − 𝑋1
=
224,5 −0
0− 20,37
= -0,0833
y = -0,0833x + 20,37
Tabel 1. Hasil perhitungan Vmax dan Imax DSSC
variasi 36 jam.
x (mV)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
y(μA)
20,36667
19,95017
19,53367
19,11718
18,70068
18,28419
17,86769
17,45119
17,0347
16,6182
16,2017
15,78521
15,36871
x.y
0
99,75085
195,3367
286,7577
374,0136
457,1046
536,0307
610,7918
681,3879
747,819
810,0852
868,1864
922,1227
Tabel 1. Lanjutan
x (mV)
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
115
120
125
130
135
140
145
150
155
160
165
Teknik Analisis Data
Teknik analisis data yang digunakan untuk
menganalisa data pada penelitian ini adalah statistika
deskriptif. Sehingga analisis data dilakukan dengan
cara menelaah data yang diperoleh dari eksperimen,
dimana hasilnya berupa data kuantitatif dalam bentuk
tabel dan ditampilkan dalam bentuk grafik. Langkah
selanjutnya
adalah
mendeskripsikan
atau
menggambarkan data tersebut sebagaimana adanya
dalam kalimat yang mudah dibaca, dipahami, dan
dipresentasikan sehingga pada intinya adalah sebagai
upaya memberi jawaban atas permasalahan yang
diteliti (Sugiyono, 2007:147).
Penggunaan metode statistik deskriptif bertujuan
agar dapat menggambarkan sifat suatu keadaan yang
sementara berjalan serta memeriksa sebab-sebab dari
gejala tertentu saat penelitian.
Perhitungan dan Analisa Data
443
y(μA)
14,95222
14,53572
14,11922
13,70273
13,28623
12,86973
12,45324
12,03674
11,62025
11,20375
10,78725
10,37076
9,95426
9,537764
9,121268
8,704772
8,288275
7,871779
7,455283
7,038787
6,62229
x.y
971,894
1017,5
1058,942
1096,218
1129,33
1158,276
1183,058
1203,674
1220,126
1232,412
1240,534
1244,491
1244,283
1239,909
1231,371
1218,668
1201,8
1180,767
1155,569
1126,206
1092,678
JTM. Volume 04 Nomor 03 Tahun 2016, Hal 353-360
170
175
180
185
190
195
200
205
210
215
220
225
230
235
240
244,5
6,205794
5,789298
5,372802
4,956305
4,539809
4,123313
3,706817
3,29032
2,873824
2,457328
2,040832
1,624335
1,207839
0,791343
0,374847
0
1054,985
1013,127
967,1043
916,9165
862,5637
804,046
741,3633
674,5157
603,5031
528,3255
448,983
365,4755
277,803
185,9656
89,96319
0
Diketahui : 𝑉𝑜𝑐 = 224,5mV
𝐼𝑠𝑐 = 20,37 𝞵A = 0,02037 mA
𝑉𝑚 = 120 mV
𝐼𝑚 = 10,37 𝞵A = 0,01037 mA
𝐼𝑟 = 350,84 𝑊/𝑚2
A = 0,0022 𝑚2
Sehingga FF bisa di dapat dengan cara sebagai
berikut:
 𝐹𝐹
=
𝐹𝐹
=
𝑉𝑚 𝑥 𝐼𝑚
𝑉𝑜𝑐 𝑥 𝐼𝑠𝑐
120𝑚𝑉 𝑥 0,01037 𝑚𝐴
224,5 𝑚𝑉 𝑥 0,02037 𝑚𝐴
3
461.00
2.691
4
413.00
3.499
5
388.00
3.800
6
349.00
3.827
7
322.00
3.831
Berdasarkan hasil uji spektrofotometer uv-vis dye
daun jambu biji mengasorb pada panjang gelombang
cahaya dengan rentang antara 322-671 nm. Dimana
nilai puncak absorbansi maksimum daun jambu biji
3,831 pada panjang gelombang 322 nm. Dapat dilihat
bahwa dye tersebut banyak menyerap panjang
gelombang sinar UV (Ultraviolet), yaitu panjang
gelombang yang dipancarkan oleh cahaya matahari
pada pagi hari dan sore hari yang memiliki rentang
panjang gelombang 100-400 nm. Selain menyerap
sinar UV, dye tersebut juga dapat menyerap panjang
gelombang visible, yaitu panjang gelombang yang
dipancarkan oleh sumber cahaya tampak, misalnya
dari cahaya lampu halogen yang memiliki rentang
panjang gelombang 360-500 nm. Oleh karena itu
pada penelitian ini dipilih cahaya matahari dan lampu
halogen sebagai sumber cahaya.
 Hasil Pengujian
Matahari
 Jadi,
𝜂=
=
Voc(mV)
0.0
0
𝑃𝐶𝑎ℎ𝑎𝑦𝑎
7,7 x 10−1 W
Cahaya
50.0
𝑃𝑀𝐴𝑋
1,24 x 10−3 W
Sumber
Hubungan Voc Terhadap Waktu
100.0
𝐹𝐹
= 0,24991
 𝑃𝑚𝑎𝑥 = 𝑉𝑜𝑐 𝑥 𝐼𝑠𝑐 𝑥 𝐹𝐹
𝑃max
= 224,5 𝑚𝑉 𝑥 0,02037 𝑚𝐴 𝑥 0,24991
𝑃𝑚𝑎𝑥 = 1,24 x 10-3 W
 𝑃𝐶𝑎ℎ𝑎𝑦𝑎 = 𝐼𝑟 × 𝐴
𝑃𝐶𝑎ℎ𝑎𝑦𝑎 = 350,83 𝑊/𝑚2 × 0,0022 𝑚2
𝑃𝐶𝑎ℎ𝑎𝑦𝑎 = 0,77 W
dengan
20
40
Hari Ke-1
Hari Ke-4
= 16,1 x 10-2 %
60
80
Waktu (menit)
Hari Ke-2
Hari Ke-5
100
Hari Ke-3
Gambar 7. Hubungan Tegangan Terhadap Waktu
pada variasi perendaman 24 jam Selama 5 Hari
Hasil dan Pembahasan
 Hasil Spektrofotometer UV-Vis Daun Jambu Biji
Hubungan Isc Terhadap Waktu
20.0
Isc
15.0
10.0
5.0
0
20
Hari Ke-1
Hari Ke-4
Gambar 6. Spektrum absorbansi dye daun jambu biji
40
60
Waktu (menit)
Hari Ke-2
Hari Ke-5
80
100
Hari Ke-3
Gambar 8. Hubungan Arus Terrhadap Waktu
pada Variasi Perendaman 24 jam Selama 5 Hari
Tabel 2. Tabel puncak absorbsi dye daun jambu biji
Panjang Gelombang
No
Absorbansi
(nm)
1
671.00
1.158
2
606.00
0.893
444
Pengaruh Variasi Perendaman Elektroda Kerja Terhadap Kinerja Dye Sensitized Solar Cell (DSSC)
Gambar 12. Hubungan Arus Terhadap Waktu
pada Variasi Perendaman 48 jam Selama 5 Hari
Hubungan Voc Terhadap Waktu
300.0
Daya Keluaran DSSC Menggunakan
Sumber Cahaya Lampu Halogen
Voc (mv)
250.0
Daya (W)
0.002
200.0
150.0
0
20
Hari Ke-1
Hari Ke-4
40
60
Waktu (menit)
Hari Ke-2
Hari Ke-5
80
0.0005
0
Hari Ke-3
0
1
2
3
4
5
Waktu (hari)
24 Jam
36 Jam
48 Jam
Gambar 13. Hubungan Daya DSSC terhadap
Waktu dengan Sumber Cahaya Matahari Selama
5 Hari.
Hubungan Isc TerhadapWaktu
30.0
Efisiensi DSSC dengan Pengukuran
Menggunakan Cahaya Matahari
20.0
0.200
10.0
Efisiensi (%)
Isc (μA)
0.001
100
Gambar 9. Hubungan Tegangan Terhadap
Waktu pada Variasi Perendaman 36 jam Selama
5 Hari
40.0
0.0015
0.150
0.0
0
20
40
60
Waktu (menit)
Hari Ke-1
80
0.100
100
0.050
Hari Ke-2
Hari Ke-3
0.000
Gambar 10. Hubungan Arus Terhadap Waktu
pada Variasi Perendaman 36 jam Selama 5 Hari
Hubungan Voc Terhadap Waktu
0
2
3
4
5
6
Waktu (hari)
24 Jam
350.0
36 Jam
48 Jam
Gambar 13. Hubungan Efisiensi DSSC terhadap
Waktu dengan Sumber Cahaya Matahari Selama
5 Hari.
Voc (mV)
250.0
150.0
Hasil
pengukuran
tegangan
dan
arus
menggunakan multimeter, diperoleh keluaran yang
tertinggi pada hari ke-2 hal ini disebabkan ketika
proses pengukuran dilakukan langsung dihari
pertama sandwich DSSC yang dibentuk belum
tercampur maksimal sehingga timbul proses
ketidakstabilan antar material dan komponen
material yang dipergunakan. Hasil tegangan dan arus
rata-rata selama 5 hari dengan menggunakan sumber
cahaya matahari untuk perendaman elektroda kerja
selama 36 jam (235,5 mV, 20,3 μA) lebih besar dari
pada perendaman ektroda kerja selama 48 jam (187
mV, 6,2 μA) dan perendaman elektroda kerja selama
24 jam (47,8 mV, 12,9 μA).
Daya rata-rata yang dihasilkan pada perendaman
selama 24 jam sebesar 1,54 x 10-4 W, daya rata-rata
yang dihasilkan pada perendaman 36 jam sebesar
12,2 x 10-4 W dan daya rata-rata yang dihasilkan
pada perendaman 48 jam sebesar 3,14 x 10 -4 W.
Efisiensi yang dihasilkan DSSC untuk elektroda
kerja yang direndam selama 24 jam, 36 jam dan 48
jam dengan menggunakan sumber cahaya matahari,
nilai efisiensi untuk waktu perendaman selama 36
jam menghasilkan efisiensi yang paling besar 14,2 x
50.0
0
20
40
60
Waktu (menit)
Hari Ke-1
Hari Ke-4
80
Hari Ke-2
Hari Ke-5
100
Hari Ke-3
Gambar 11. Hubungan Tegangan Terhadap
Waktu pada Variasi Perendaman 48 jam Selama
5 Hari
Hubungan Isc Terhadap Waktu
15.0
Isc (μA)
1
10.0
5.0
0.0
0
20
40
60
80
100
Waktu (menit)
Series1
Hari Ke-4
Hari Ke-2
Hari Ke-5
Hari Ke-3
445
JTM. Volume 04 Nomor 03 Tahun 2016, Hal 353-360
10-2 % dibandingkan waktu perendaman 48 jam
dengan efisisiensi 3,53 x 10-2 % dan 24 jam dengan
efisiensi 1.8 x 10-2 %.
Terlihat bahwa lama perendaman elektroda kerja
pada dye mempengaruhi voltase dan arus yang
dihasilkan, variasi perendaman 36 jam merupakan
lama perendaman yang optimum pada penelitian ini.
Hal ini karena dye yang mampu diabsorbsi oleh TiO2
memiliki batas maksimal untuk mengisi rongarongga yang terdapat pada TiO2. Semakin banyaknya
dye yang menempel pada lapisan TiO2 dan energi
foton yang diserap semakin banyak dan juga semakin
besar daya yang dimiliki oleh prototipe DSSC
tersebut. Tetapi apabila terlalu banyak dye yang
menempel pada lapisan TiO2 akan menyebabkan
lapisan TiO2 tertutup oleh dye, sehingga menghambat
laju dari elektron yang tereksitasi oleh dye menuju
elektroda seperti yang terjadi pada perendaman 48
jam, dimana pada perendaman 48 jam arus dan
tegangan yang dihasilkan lebih kecil dibandingkan
perendaman 36 jam. Penurunan keluaran arus dan
tegangan seiring lamanya perendaman juga
disebabkan karena sebagian besar lapisan TiO2
terdegradasi oleh larutan dye, sehingga TiO2
berfungsi untuk menampung elektron dari dye kurang
optimal karena kemampuan TiO2 untuk mengikat dye
kurang maksimal. Faktor cuaca mempengaruhi
intensitas penyinaran, saat musim hujan intensitas
penyinaran akan semakin kecil. Ketika matahari
cerah maka intensitasnya juga semakin besar.
 Hasil Pengujian dengan Sumber Cahaya
Lampu Halogen
Gambar 11. Hubungan Arus Terhadap Waktu
pada Variasi Perendaman 24 jam Selama 5 Hari
Hubungan Voc Terhadap Waktu
250.0
Voc (mV)
200.0
150.0
100.0
50.0
0
5
Hari Ke-1
Hari Ke-4
10
Waktu (menit)
Hari Ke-2
Hari Ke-5
15
20
Hari Ke-3
Gambar 11. Hubungan Tegangan terhadap
Waktu pada Variasi Perendaman 36 jam Selama
5 Hari
Hubungan Isc Terhadap Waktu
Isc (μA)
25.0
20.0
15.0
10.0
0
5
Hari Ke-1
Hari Ke-4
10
Waktu (menit)
Hari Ke-2
Hari Ke-5
15
20
Hari Ke-3
Gambar 11. Hubungan Arus Terhadap Waktu
pada Variasi Perendaman 36 jam Selama 5 Hari
Hubungan Voc Terhadap Waktu
100.0
200.0
Hubungan Voc Terhadap Waktu
80.0
Voc (mV)
Voc (mV)
90.0
70.0
60.0
50.0
0
5
Hari Ke-1
Hari Ke-4
10
Waktu (hari)
Hari Ke-2
Hari Ke-5
15
100.0
20
0
Hari Ke-3
10
Waktu (menit)
Hari Ke-2
Hari Ke-5
15
20
Hari Ke-3
Gambar 11. Hubungan Tegangan Terhadap
Waktu pada Variasi Perendaman 48 jam Selama
5 Hari
Hubungan Isc Terhadap Waktu
Hubungan Isc Terhadap Waktu
7.0
6.0
30.0
Isc (μA)
Isc (μA)
5
Hari Ke-1
Hari Ke-4
Gambar 11. Hubungan Tegangan Terhadap
Waktu pada Variasi Perendaman 24 jam Selama
5 Hari
40.0
150.0
20.0
5.0
4.0
3.0
10.0
0
5
Hari Ke-1
Hari Ke-4
10
Waktu (hari)
Hari Ke-2
Hari Ke-5
15
2.0
20
0
Hari Ke-3
5
10
15
20
Waktu (menit)
Hari Ke-1
Hari Ke-4
446
Hari Ke-2
Hari Ke-5
Hari Ke-3
Pengaruh Variasi Perendaman Elektroda Kerja Terhadap Kinerja Dye Sensitized Solar Cell (DSSC)
Gambar 11. Hubungan Arus Terhadap Waktu
pada Variasi Perendaman 48 jam Selama 5 Hari.
Berdasarkan data yang diperoleh membuktikan
bahwa lama perendaman 36 jam merupakan lama
perendaman optimum pada penelitian ini. Tetapi hasil
tegangan dan arus pada pengukuran dengan sumber
cahaya lampu halogen tidak setinggi hasil
pengukuran dengan sumber cahaya sinar matahari.
Hal ini disebabkan karena dye daun jambu biji
memiliki puncak absorbansi maksimal yaitu 3,831
yang berada pada panjang gelombang 322 nm,
dimana panjang gelombang tersebut berada didaerah
cahaya ultraviolet.
Daya Keluaran DSSC Menggunakan
Sumber Cahaya Lampu Halogen
0.0006
0.0004
0.0002
0
0
1
2
3
4
PENUTUP
Kesimpulan
1. Telah difabrikasi Dye Sensitized Solar Cell
(DSSC) Menggunakan Ekstrak Daun Jambu Biji
(Psidium Guajava L.) yang terdiri dari sepasang
subtrat kaca berlapis bahan ITO (Indinium Thin
Oxide) yang saling berhadapan membentuk
struktur sandwich. Kaca tersebut berperan sebagai
elektroda kerja dan elektroda karbon yang
mengapit elektrolit polimer PEG (polyethylene
glycol) 1000 yang mengandung kopel redoks
Iˉ/Iˉ3 yang kemudian dimodifikasi dengan cara
prototype DSSC dilapisi Eva Film. Dua sel yang
difabrikasi memiliki luas 22 cm2. Pada elektroda
kerja dideposisikan lapisan TiO2 dengan metode
doctor blade serta direndam pada dye daun jambu
biji dengan memvariasi waktu perendaman,
masing-masing direndam selama 24 jam, 36 jam
dan 48 jam pada dye. Sedangkan pada elektroda
karbon dilapisi lapisan karbon dari pensil 8B dan
jelaga lilin.
2. Dye klorofil dari ekstrak daun jambu biji
(Psidium Guajava L.) memiliki nilai panjang
gelombang 322-671 nm dan nilai puncak
absorbansi maksimum 3,831 pada panjang
gelombang 322 nm.
3. Hasil karakterisasi I-V dengan penyinaran cahaya
matahari menunjukkan bahwa prototipe sel surya
memiliki efisiensi 1,8 x 10-2 % untuk sampel
rendam 24 jam, 14,2 x 10-2 % untuk sampel
rendam 36 jam dan 3,5 x 10-2 % untuk sampel
dengan perendaman 48 jam. sedangkan dengan
menggunakan sumber cahaya lampu halogen
DSSC ini memiliki efisiensi sebesar 1,77 x 10 -2 %
untuk perendaman 24 jam, 1,84 x 10-2 % untuk
perendaman 36 jam, dan 6 x 10-3 % untuk
perendaman 48 jam.
5
Waktu (hari)
24 Jam
36 Jam
48 Jam
Gambar 14. Hubungan Daya DSSC terhadap
Waktu dengan Sumber Cahaya Lampu Halogen
Selama 5 Hari.
Efisiensi DSSC denganPengukuran
Menggunakan Cahaya Lampu
Halogen
0.030
Efisiensi (%)
Daya (W)
0.0008
0.020
0.010
0.000
0
1
2
3
4
5
Waktu (hari)
24 Jam
36 Jam
48 Jam
Gambar 14. Hubungan Efisiensi DSSC terhadap
Waktu dengan Sumber Cahaya Lampu Halogen
Selama 5 Hari.
Hasil
pengukuran
tegangan
dan
arus
menggunakan multimeter pada masing-masing
variasi perendaman elektroda yaitu 24 jam memiliki
tegangan rata-rata 81,1 mV dan arus rata-rata 23,4
μA, pada perendaman 36 jam memiliki tegangan ratarata 125,0 mV dan arus rata-rata 15,9 μA, dan
perendaman 48 jam memiliki tegangan rata-rata
134,8 mV dan arus rata-rata 4,8 μA.
Daya
yang
dihasilkan
DSSC
dengan
menggunakan sumber cahaya lampu halogen selama
5 hari.Daya rata-rata yang dihasilkan pada
perendaman selama 24 jam sebesar 4,77 x 10-4 W,
daya rata-rata yang dihasilkan pada perendaman 36
jam sebesar 4,99 x 10-4 W dan daya rata-rata yang
dihasilkan pada perendaman 48 jam sebesar 1,92 x
10-4 W.
Nilai efisiensi dengan menggunakan sumber
cahaya lampu halogen menunjukkan perendaman
selama 36 jam juga menghasilkan efisiensi paling
besar 1,84 x 10-2 % dibandingkan waktu perendaman
24 jam 1,77 x 10-2 % dan 48 jam dengan efisiensi 6 x
10-3 %. Ini menunjukan bahwa hubungan antara lama
waktu perendaman dan sumber cahaya dengan hasil
efisiensi saling mempengaruhi.
Saran
Untuk penelitian selanjutnya, disarankan beberapa
hal, diantaranya :
1. Sebaiknya dilakukan perendaman dye ekstrak
daun jambu biji pada lapisan TiO2 dengan
berbagai waktu diantara 36 jam hingga 48 jam
untuk mendapatkan waktu perendaman yang
optimum.
2. Ketebalan pada masing-masing lapisan TiO2 perlu
diperhatikan, dengan cara mencari teknik deposisi
447
JTM. Volume 04 Nomor 03 Tahun 2016, Hal 353-360
Hardjono Sastrohamidjojo, 1991, “Spektroskopi”,
Liberty: Yogyakarta
Pudjanarsa & Djati Nursuhud, 2013, “Mesin
Konversi energi”, Andi: Yogyakarta
Giancoli, C.Dauglas, 2001, “Fisika Edisi Kelima”.
Jakarta: Erlangga, hal 227.
O’regan dan Gratzel, M. 1996. A Low-Cost, High
Efficiency Solar Cell Based On DyeSensitized Colloidal Tio2 Films. Nature
Vol. 353. Issue 6346, 737.
Akhiruddin, Mahfuddin Zuhri, dan Irmasyah. 2007.
Penggunaan Kol
Merah
Sebagai
Fotosensitizer Pada Sel Surya TiO2
Nanokristal Ttersensitasi Dye. Jurnal
Fisika Indonesia No.2, Vol. 11
Eka, Henni Wulandari dan Prajitno Gontjang. 2012.
“Studi Awal Dye Sensitized Solar Cell
(DSSC) Menggunakan Ekstraksi Bunga
Sepatu (Hibiscus Rosa Sinensis L)
Sebagai Dye Sensitizer Dengan Variasi
Lama Perendaman Absorpsi Dye”.
Skripsi. Surabaya : Institut Teknologi
Sepuluh Nopember.
Nugrahawati, Dewi. 2012. “Fabrikasi Dye Sensitized
Solar Cell (DSSC) Menggunakan Mawar
Merah (Rosa Damascena Mill) Sebagai
Pewarna Alami Berbasis Antosianin”.
Skripsi. Surakarta : Universitas Sebelas
Maret.
Ginanjar Anung Hari Saputro, Made Rai Suci Shanti,
dan Adita Sutresno.2015. “Pengaruh
Waktu Perendaman TiO2 dalam Larutan
ekstrak Antosianin Koll Merah (Brassica
Oleracea Var.) pada Kinerja Prototipe
Dye-Sensitized Solar Cells”. Jurnal
Fisika No.1 Vol.11
Septina Wilman., et al., “Pembuatan Prototipe Solar
Cell Murah dengan Bahan OrganikInorganik (Dye-sensitized Solar Cell)”.
Laporan Akhir Penelitian Bidang Energi.
ITB.2007
Solaronix. How To Start With Dye Solar Cells.
(Online)
(http://www.solaronix.com/technology/g
uide Diakses pada 12 April 2016)
http//wanibesak.wordpress.com/2011/07/04/pengertia
n-dasar-spektrofotometer-vis-uv-uv-vis/
Diakses 12 April 2016
Sugiyono. 2014. Metode Penelitian Kuantitatif,
Kualitatif dan R&D. Alfabeta: Bandung.
Sugiyono. 2012. Statistika Untuk Penelitian.
Alfabeta: Bandung.
Sumaryanti, Utari, Supriyanto, A., Purnama, B.,
2011, “Karakterisasi Optik dan Listrik
Larutan Klorofil Spirulina sp. sebagai
Dye Sensitized Solar Cell”, Jurnal
Material dan Energi Indonesia, 1(1) ,
141- 147.
Tiwari,G.
N.
Dan
Dubey
Swapnil.2010.
Fundamentals of Photovoltaic Modules
yang lebih baik sehingga lapisan TiO2 yang
dihasilkan homogen.
3. Penambahan daya DSSC dilakukan dengan
menggabungkan DSSC dengan rangkaian seri
atau rangkaian paralel.
DAFTAR PUSTAKA
Thety, Ezonkanzo. 2013. Energi Matahari dan Bumi,
http//m.beritasatu.com diakses 02 maret
2016
O’regan and Gratzel, M, 1991, “A Low-Cost, High
Efficiency Solar Cell Based On DyeSensitized Colloidal TiO2 Films”, Nature
Vol.353. Issue 6346, 737.
Adhyaksa, Gede W. 2015. Status dan tantangan
kedepan dari Dye sensitized solar cell,
(online),
http//m.kompasiana.com
diakses 10 maret 2016
Amao, Y., Yamada, Y., Aoki, K., 2004, Journal of
Photochemistry and Photobiology A:
Chemistry, 164, 47-51
Delovita ginting, 2011,” Pembuatan Prototipe Dye
Sensitized Solar Cell Dengan Dye
Klorofil Bayam Merah
De Paoli, M., dan Longo, C., 2003. Dye-Sensitized
Solar Cell : A Succesfull Combination of
Materials. Journal Brazillian Chem
Society, Vol 14, No 6, hal. 889-901.
E. Barnoy, et al., The Potential Of Natural,
Photosynthetics Pigments to Improve
The Effeciency of Dye-Sensitized Solar
Cells, Thesis M. Sc, University of
Maryland, 2011.
Greg P. Smestad,2002, “ Optoelectronics of Solar
Cells”, SPIE PRESS.
Handini, Wulandari. 2008. Performa Sel Surya
Tersensitasi Zat Pewarna (DSSC)
Berbasis ZnO Dengan Variasi Tingkat
Pengisian Dan Besar Kristalit 𝑇𝑖𝑂2 .
Skripsi tidak diterbitkan. Depok :
Universitas Indonesia.
Harborne. J. B. 1973. Phytochemical Method.
London : Chapman and Hall, Ltd. P. 49188
Hikmah, Irmayatul dan Prajitno Gontjang. 2015.
“Pengaruh Penggunaan Gel-Electrolyte
Pada Prototipe Dye Sensitized Solar Cell
(DSSC) Berbasis 𝑇𝑖𝑂2 Nanopartikel
Dengan Ekstrak Murbei (Morus) Sebagai
Dye Sensitizer Pada Substrak Kaca ITO
”. Jurnal Sains dan Seni ITS Vol. 4.
http://esdm.go.id/berita/323-energi-baru-danterbarukan/6071-potensi-energi-baruterbarukan-indonesia-cukup-untuk-100tahun-.html, Diakses 10 maret 2016
http://www.biologi-sel.com/2013/10/kandungandaun-jambu-biji.html?m=1 Diakses 21
maret 2016
https://id.wikipedia.org/wiki/Jambubiji
Diakses 21
maret 2016
448
Pengaruh Variasi Perendaman Elektroda Kerja Terhadap Kinerja Dye Sensitized Solar Cell (DSSC)
and Their Applications. Royal Society of
Chemistry
Wolfbauer, G., et al., 2001,”A channel flow cell
system specifically designed to test the
efficiency of redox shuttles in dye
sensitized solar cells”, Solar Energy
Materials & Solar Cells, 70,85-101.
Yulika, Deni. 2014. Variasi Teknik Deposisi Lapisan
𝑇𝑖𝑂2 Untuk Meningkatkan Efisiensi
Dye-Sensitized Solar Cell. Skripsi tidak
diterbitkan.
Surakarta:
Universitas
Sebelas Maret.
Zamrani R.A., Pembuatan Dan Karakterisasi
Prototipe Dye Sensitized Solar Cell
(DSSC) Menggunakan Ekstraksi Kulit
Buah Manggis Sebagai Dye Sensitizer
Dengan Metode Doctor Blade
449