(Daun Lidah Mertua). - HFI DIY

Ashari Bayu Prasada / Studi Fabrikasi Dye Sensitized Solar Cells (DSSC) Menggunakan Ekstrak
Sansevieria Trifasciata (Daun Lidah Mertua)
51
Studi Fabrikasi Dye Sensitized Solar Cells (DSSC) Menggunakan
Ekstrak Sansevieria Trifasciata (Daun Lidah Mertua)
Ashari Bayu Prasada, Hardani, Cari, Agus Supriyanto
Universitas Sebelas Maret, Surakarta
Jalan Ir. Sutami 36A Kentingan, Surakarta 57126
e-mail: [email protected]
Abstrak – Dye Sensitized Solar Cells (DSCC) merupakan salah satu dari sel listrik fotokimia yang terdiri dari
fotoelektroda, pewarna, elektrolit dan counter elektroda. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakterisasi sifat
optik dan listrik ekstrak Sansevieria Trifasciata (Daun Lidah Mertua). Selain itu, penelitian ini juga bertujuan untuk
mengetahui pengaruh ekstrak Sanseviera Trifasciata (Daun Lidah Mertua) terhadap peningkatan efisiensi sel surya
berbasis Dye Sensitized Solar Cells (DSSC). Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Material FMIPA UNS. Uji
absorbansi menggunakan Spektrofotometer UV Visible Lambda 25 dan uji karakterisasi arus dan tegangan (I-V)
menggunakan Keithley 2602A. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pewarna alami dari ekstrak daun lidah mertua
memiliki absorbansi maksimum pada panjang gelombang 434 nm dan 666 nm. Hasil ini menjadikan Sansevieria
Trifasciata (Daun Lidah Mertua) perlu untuk diselidiki sebagai bahan sensitizer DSSC.
Kata kunci: Dye Sensitized Solar Cells (DSSC), Sansevieria Trifasciata (Daun Lidah Mertua)
Abstract – Dye Sensitized Solar Cells (DSCC) is one of the electric photochemical cells which consist of photoelectrode,
dyes, electrolytes, and counter electrode. This study aims to determine the optical properties and electrical
characterization of Sansevieria trifasciata (Lidah Mertua Leaves) extracts. In addition, this study also aims to know the
effects of Sanseviera trifasciata (Lidah Mertua Leaves) extracts to increase the efficiency of a solar cells based on Dye
Sensitized Solar Cells (DSSC). This research was conducted at the Laboratory of Material Science Faculty UNS. The
absorbance test is measured using UV Visible Spectrophotometer Lambda 25 when the test of characterization of current
and voltage (I-V) using a Keithley 2602A. Results Indicates that the natural dye from the Lidah Mertua leaves extracts
has a maximum absorbance at a wavelength of 434 nm and 666 nm. This result makes Sansevieria trifasciata (Lidah
Mertua Leaves) need to be investigated as a potential sensitizer DSSC.
Keywords: Dye Sensitized Solar Cells (DSSC), Sansevieria Trifasciata (Lidah Mertua Leaves)
I. PENDAHULUAN
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 lapis tipis
dan yang ketiga sel surya organik (Dye Sensitized Solar
Cells). Sel surya konvensional berupa sambungan p-n
junction 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
sebagai sel surya dengan dye sensitizer dari bahan
organik dapat dikembangkan berbiaya murah serta
fabrikasi murah [1].
DSSC berbeda dengan sel surya komersial berbasis
silikon, dimana pada sel surya DSSC ini terjadi
pemisahan antara fungsi penyerapan cahaya dengan
transport pembawa muatannya [2]. Keunggulan DSSC
dibandingkan dengan sel surya komersial berbasis
silikon diantaranya murah, pembuatannya mudah, serta
memiliki efisiensi tinggi walau pada intensitas cahaya
yang kurang [3]. DSSC merupakan sel surya
fotoelektrokimia sehingga digunakan elektrolit sebagai
medium transport muatan. DSSC terbagi menjadi
beberapa bagian yang terdiri dari nanopori TiO2, molekul
dye yang teradsorpsi di permukaan TiO2 dan katalis yang
semuanya dideposisi diantara dua kaca konduktif.
Struktur DSSC nampak seperti Gambar 1.
Gambar 1. Struktur Dye-Sensitized Solar Cells (DSSC)
Pada dasarnya prinsip kerja DSSC mengkonversi
energi cahaya ke listrik dalam skala molekular dalam
bentuk reaksi dari transfer elektron. Proses pertama
dimulai dengan terjadinya eksitasi elektron pada dye
akibat absorbsi foton. Dimana ini merupakan salah satu
peran dari sifat TiO2. Ketika foton dari sinar matahari
Prosiding Pertemuan Ilmiah XXIX HFI Jateng & DIY, Yogyakarta 25 April 2015
ISSN : 0853-0823
Ashari Bayu Prasada / Studi Fabrikasi Dye Sensitized Solar Cells (DSSC) Menggunakan Ekstrak
Sansevieria Trifasciata (Daun Lidah Mertua)
52
menimpa elektroda kerja pada DSSC, energi foton
tersebut diserap oleh dye yang melekat pada permukaan
TiO2. Sehingga dye mendapatkan energi untuk tereksitasi.
Dye tereksitasi membawa energi dan diinjeksikan ke pita
konduksi pada TiO2. TiO2 berperan sebagai akseptor
elektron. Molekul dye yang ditinggalkan kemudian dalam
keadaan teroksidasi. Selanjutnya elektron akan ditransfer
melewati rangkaian luar menuju elektroda pembanding
(ektroda yang mengandung lapisan karbon). Elektrolit
(pasangan iodide dan triodide) yang bertindak sebagai
mediator elektron sehingga dapat menghasilkan proses
siklus dalam sel. Ion Triodide menangkap elektron yang
berasal dari rangkaian luar dengan bantuan molekul
karbon sebagaai katalis. Elektron tereksitasi masuk
kembali ke dalam sel dan dibantu oleh karbon sehingga
dapat bereaksi dengan elektrolit yang menyebabkan
penambahan ion iodide pada elektron. Kemudian satu ion
iodide pada elektrolit mengantarkan elektron yang
membawa energi menuju dye teroksidasi. Elektrolit
menyediakan elektron pengganti untuk molekul dye
teroksidasi. Sehingga dye kembali ke keadaan awal.
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 3. Grafik Karakteristik I-V DSSC [4]
Performa sel surya adalah kemampuan sel surya
mengkonversi cahaya menjadi energi listrik. Gambar 3.
Merupakan kurva karakteristik I-V yang menunjukkan
kemampuan sel dalam memproduksi tegangan dan arus.
Pada gambar tersebut diperlihatkan tegangan open circuit
(Voc), arus short circuit (Isc), tegangan maksimum, arus
maksimum dan fill factor. Saat kondisi short circuit (Isc),
sel akan menghasilkan arus short circuit. Saat kondisi
open circuit tidak ada arus yang mengalir sehingga
tegangannya akan menjadi maksimum atau disebut
dengan tegangan open circuit. Fill Factor merupakan
ukuran kualitas performa sel surya [8].
Fill Factor (FF) merupakan suatu ukuran kuantitatif
kualitas suatu sel surya, serta merupakan ukuran luas
persegi kurva I-V, Fill Factor dapat diperoleh
menggunakan persamaan (1):
FF =
(1)
Daya maksimum yang dihasilkan sel surya
diperoleh melalui persamaan (2):
Gambar 2. Prinsip Kerja DSSC [4]
DSSC tidak terlepas dari Dye (Pewarna), dalam hal ini
pewarna memiliki peranan penting sebagai penyerap
cahaya matahari dan mengubahnya menjadi energi listrik.
Pada penelitian yang pernah dilakukan, pewarna dari
senyawa ruthenium complex dapat mencapai efisiensi 1112% [5]. Namun, jumlah pewarna ruthenium complex
terbatas dan harganya cukup mahal. Dengan alasan
tersebut, penelitian berkembang ke arah pencarian
pewarna alami yang diekstrak dari bunga, daun dan buahbuahan [6]. Pewarna alami yang digunakan sebagai
sensitizer pada DSSC tergolong ramah lingkungan,
pembuatannya pun mudah dan murah meskipun lifetimenya rendah [7]. Beberapa penelitian menggunakan bahan
dari platinum (Pt) sebagai elektroda lawan pada DSSC.
Pada penelitian ini, akan digunakan platinum (Pt) sebagai
elektroda lawan pada DSSC berbahan organic ekstrak
Sansevieria Trifasciata (Daun Lidah Mertua).
dapat
Pmaks = Voc × Isc × FF
(2)
Efisiensi ( ) yang dihasilkan sel surya dapat diperoleh
melalui persamaan (3):
=
=
(3)
Efisiensi sel surya merupakan perbandingan kuantitatif
dari daya maksimum yang dihasilkan sel (Pmaks) dengan
daya dari cahaya yang datang (Pin) dapat ditentukan
dengan persamaan (3).
II. METODE PENELITIAN
TiO2 yang digunakan dalam penelitian ini adalah
Titanium (IV) Oxide, anatase Titanium dioxide powder,
99,8% trace metals basis. TiO2 sebanyak 0,5 gr
dilarutkan dalam 2 ml etanol absolut diaduk selama 30
menit menggunakan vortex stirrer. TiO2 dilapiskan di
atas kaca konduktif Fluorine Tin Oxide (FTO) dengan
luasan pendeposisian 2cm x 1,5cm menggunakan metode
slip casting. Lapisan TiO2 yang sudah terdeposisi
dipanaskan pada suhu 5000C selama 60 menit diatas hot
Prosiding Pertemuan Ilmiah XXIX HFI Jateng & DIY, Yogyakarta 25 April 2015
ISSN : 0853-0823
Ashari Bayu Prasada / Studi Fabrikasi Dye Sensitized Solar Cells (DSSC) Menggunakan Ekstrak
Sansevieria Trifasciata (Daun Lidah Mertua)
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
1. Hasil Uji Spektrofotometer UV-Visible Lambda 25
pada Dye Lidah Mertua dan Lapisan TiO2
Pengukuran spektrum absorbansi dilakukan dengan
cara mengambil dye yang telah direndam selama 24 jam
dengan campuran pelarut ethanol kemudian diukur
dengan Spektrofotometer UV-Visible Lambda 25 dengan
rentang panjang gelombang yang digunakan antara 200800 nm. Kemudian lapisan TiO2 yang telah dideposisikan
di atas permukaan kaca FTO juga diukur dengan
menggunakan Spektrofotometer UV-Visible Lambda 25
untuk mengetahui spektrum absorbansi terhadap panjang
gelombang cahaya tampak. Berdasarkan hasil uji,
masing-masing ditunjukkan pada gambar di bawah ini:
absorbansi maksimumnya masing-masing adalah 5,141
dan 2,845. Kemudian absorbansi maksimum lapisan TiO2
berada pada panjang gelombang = 315 nm dengan nilai
absorbansi maksimumnya adalah 2,690. Absorbansi dye
(pewarna) lidah mertua menunjukkan bahwa bahan
tersebut mampu bekerja pada rentang absorbansi cahaya
tampak (visible light) sehingga pewarna yang diekstrak
dari daun lidah mertua ini mampu menyerap energi sinar
matahari dengan baik dan mampu memaksimalkan
kinerja dari DSSC.
Karakterisasi arus-tegangan (I-V) adalah suatu
metode untuk mengetahui seberapa besar kemampuan
DSSC dapat mengkonversi cahaya menjadi energi listrik.
Pengukuran dengan menggunakan Keithley 2602A
dilakukan pada keadaan gelap dan terang yaitu di bawah
penyinaran lampu halogen dengan intensitas 1000 W/m2.
Hasil pengujian arus dan tegangan dengan perendaman
selama 24 jam ditunjukkan pada gambar di bawah ini:
Uji Keithley Dye Lidah Mertua
0.0025
0.002
0.0015
0.001
0.0005
Arus (A)
plate. Dalam penelitian ini digunakan dye dari ekstrak
daun lidah mertua (Sansevieria Trifasciata), 40 gr daun
lidah mertua dihaluskan menggunakan mortar sampai
halus. Daun lidah mertua yang sudah halus dilarutkan
dalam 50 ml etanol sambil diaduk selama 60 menit 200
rpm menggunakan vortex stirrer pada suhu kamar.
Setelah diaduk kemudian didiamkan selama 24 jam dan
disaring menggunakan kertas saring Filter Paper 103.
Setelah penyaringan, simpan larutan dalam wadah
tertutup dan terlindung dari sinar matahari.
Konstruksi DSSC yang digunakan adalah sistem
sandwich. Elektroda kerja berupa kaca konduktif FTO
yang telah dilapisi TiO2 yang sudah direndam dengan dye
daun lidah mertua. Elektroda lawan berupa kaca
konduktif FTO yang telah dilapisi lapisan tipis pt
(Hexachloroplatinic (IV) acid 10%). Elektrolit terbuat
dari I2/KI yang dilarutkan dalam PEG yang kemudian
ditetesi diantara elektroda lawan dan elektroda kerja
diberikan pembatas berupa keyboard protector agar tidak
terjadi hubungan arus pendek. Elektroda kerja dan
elektroda lawan yang telah ditetesi elektrolit kemudian
ditumpuk dan dijepit menggunakan clipboard. Sandwich
DSSC kemudian dikarakterisasi arus dan tegangannya.
53
0
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
-0.0005
-0.001
Arus Gelap
Arus Terang
-0.0015
Tegangan (V)
Gambar 5. Grafik karakterisasi I-V Dye Lidah Mertua
Dari Gambar 3. menunjukkan karakterisasi I-V nilai
konduktivitas dari elektrolit pada arus terang lebih besar
daripada arus gelap. Efisiensi yang dihasilkan oleh DSSC
yang menggunakan ekstrak Sansevieria Trifasciata
(Daun Lidah Mertua) disajikan pada tabel di bawah ini:
Grafik Absorbansi Dye dan TiO2
8
Dye Lidah Mertua
TiO2
6
Tabel 1. Efisiensi Ekstrak Daun Lidah mertua pada
perendaman 24 jam
Karakteristik
Hasil
Voc
317 mV
Isc
303 A
Absorbansi
4
2
0
-2
-4
200
300
400
500
600
Panjang Gelombang (nm)
700
Vmax
Imax
800
Efisiensi
177 mV
208 A
0,0124%
Gambar 4. Grafik Absorbansi Dye dan TiO2
Hasil Karakterisasi spektrum absorbansi pada
Gambar 2. Memperlihatkan bahwa absorbansi maksimum
ekstrak daun lidah mertua berada pada panjang
gelombang = 434 nm dan = 666 nm sedangkan nilai
IV. KESIMPULAN
Dari hasil pembahasan dapat disimpulkan bahwa:
1. Pewarna dari ekstrak daun lidah mertua (Sansevieria
Trifacsiata) memiliki nilai absorbansi maksimum
pada panjang gelombang = 434 nm dan = 666 nm,
Prosiding Pertemuan Ilmiah XXIX HFI Jateng & DIY, Yogyakarta 25 April 2015
ISSN : 0853-0823
Ashari Bayu Prasada / Studi Fabrikasi Dye Sensitized Solar Cells (DSSC) Menggunakan Ekstrak
Sansevieria Trifasciata (Daun Lidah Mertua)
54
yang menunjukkan bahwa pewarna tersebut mampu
bekerja pada rentang absorbansi cahaya tampak
sehingga dapat digunakan sebagai pewarna alami
dalam DSSC.
2. Efisiensi yang dihasilkan oleh pewarna yang diekstrak
dari daun lidah mertua (Sansevieria Trifasciata)
adalah 0,0124%. hal ini menunjukkan bahwa
pemberian Pt (Hexachloroplatinic (IV) acid 10%)
pada elektroda lawan memberikan performa yang
lebih baik pada DSSC karena berfungsi sebagai
katalis dalam mempercepat reaksi redoks dengan
elektrolit.
UCAPAN TERIMA KASIH
Peneliti mengucapkan terima kasih kepada pengelola
Laboratorium Fisika Material Fakultas MIPA UNS
Surakarta dan dukungan dari LPPM Hibah Pascasarjana
UNS tahun 2014.
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
J. Halme, Dye-Sensitized nanostructured and organic
photovoltaic cells: technical review and preliminary test,
M.A. thesis, Helsinky University of Technology, 2002.
S. Agustini, D.D. Risanti dan D. Sawitri, Fabrikasi Dye
Sensitized Solar Cell (DSSC) Bersadarkan Fraksi Volume
TiO2 Anatase-Rutile dengan Garnicia mangostana dan
Rhoeo Spathacea sebagai Dye Fotosensitizer, vol. 2,
no. 2, 2013, pp. B-131-B-136.
H. Zhou, W. Liqiong, G. Yurong and M. Tingli, DyeSensitized Solar Cells Using 20 Natural Dyes As
Sensitizers, Journal of Photochemistry and Photobiology
A Chemistry, 2011, pp. 188-194.
J.K. Lee and Y. Mengjin, Progress In Light Harvesting
and Charge Injection of Dye-Sensitized Solar Cells,
Material Science and Engineering B 176, 2011, pp. 11421160.
Cari, Nurussaniah, Biosandi, Anita, A. Supriyanto dan R.
Suryana, Studi Penggunaan Poly(3-Hexylthiophene)
P3HT dan Grafit Terhadap Kinerja Solar Cells, vol. 3,
no. 1, 2013.
PUSTAKA
[1]
[2]
[3]
V. Ekasari, G. Yudoyono, Fabrikasi DSSC dengasn Dye
Ekstrak Jahe Merah (Zingiber Officinale Linn Var.
Rubrum) Variasi Larutan TiO2 Nanopartikel Berfase
Anatase dengan Teknik Pelapisan Spin Coating, vol. 2,
no. 1, 2013, pp. B-15-B-20.
A. Hagfeldt, B. Didriksson, T. Palmqwist, H. Lindstrom
and S. Lindsquist, Solar Energy Matter and Solar Cells
Verification of high efficiencies for the Gratzel-cell a 7%
efficient solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2
films, vol. 5, 1994, pp. 481-488.
M. Akiyama, E. Abe and I. Imai, High efficiency dyesensitized solar cell based on a nitrogen doped
nanostructured titania electrode, vol. 5, 2005, pp. 25432547.
Tanya Jawab
Ayi Bahtiar, Unpad
?Alasan Penggunaan lidah mertua sebagai dye?
Ashari Bayu P, UNS
@Lidah mertua dipilih sebagai dye (pewarna) karena
banyak mengandung pigmen klorofil dan juga lidah
mertua ini lebih banyak menyerap sinar matahari, dengan
banyak foton yang diserap, maka dektron pada dye lebih
banyak mendapatkan energi untuk teleksitasi pada proses
siklus DSSC
.
Prosiding Pertemuan Ilmiah XXIX HFI Jateng & DIY, Yogyakarta 25 April 2015
ISSN : 0853-0823