Bab IV Hasil Penelitian dan Diskusi
IV.3 Analisis Pengaruh Tingkat Keasaman Pelarut dan Penambahan
Gambar IV.5 Pola difraksi sinar X TiO2 nanopartikel setelah dilakukan proses kalsinasi pada temperatur 450oC selama 1 jam
Tabel IV.1 Perbandingan nilai puncak intensitas kurva I-2ϴ kristal TiO2 nanopartikel hasil eksperimen dengan nilai puncak intensitas kurva I-2ϴ kristal
TiO2 nanopartikel standar untuk fase anatase dan rutil
No 2ϴ Rutil Intensitas Eksperimen Intensitas Standarda No 2ϴ Anatase Intensitas Eksperimen Intensitas Standardb 1 27,51 3 80 1 25,28 96 100 2 36,04 1 60 2 37,93 19 24 3 39,31 2 4 3 48,38 6 40 4 41,19 1 30 4 53,89 10 28 5 44,14 4 12 5 55,3 6 24 6 54,23 4 100 7 56,78 1 30
a. PDF Card No.: 00-001-0562 Quality:B b. PDF Card No.: 00-001-1292 Quality:B
Setelah dilakukan klarifikasi dengan JCPD no. 21-1272 dan standar di atas, terlihat bahwa struktur kristal yang terbentuk adalah partikel TiO2 anatase murni.
IV.3 Analisis Pengaruh Tingkat Keasaman Pelarut dan Penambahan Koadsorpsi Asam Asetat 2% pada Natural Dye Fotosensitizer Antosianin terhadap Performansi DSSC dengan Fotoelektrode TiO2
Nanopartikel
Gambar IV.6 di bawah menunjukkan spektra absorpsi UV-Vis antosianin Ipomea pescaprea pada kondisi netral, asam dan penambahan asam asetat. Penambahan asam asetat yang bersifat polar mengakibatkan terjadinya pergeseran merah puncak absorpsi spektra disebabkan adanya interaksi gugus polar molekul dye
0 20 40 60 80 100 120 10 20 30 40 50 60 In te n si ty ( C P S ) 2ϴ TiO2 Anatase (101) (103) (200) (105) (100)
51
dengan pelarut dan meningkatkan intensitas absorpsi gelombang (Tadesse dkk, 2012; Hemalatha dkk, 2012; Hao dkk, 2005). Selain itu, keberadaan koadsorpsi pada molekul dye mampu meningkatkan ikatan dengan TiO2 (Kumara dkk, 2005; Calogero dkk, 2008). Ekstrak Ipomea pescaprea menggunakan etanol pada pH 6,9 dan pH 1,5 serta penambahan asam asetat pada pelarut menghasilkan puncak absorpsi berturut-turut pada 512 nm, 512 nm, dan 526 nm. Absorpsi gelombang tersebut mengindikasikan kandungan antosianin pada Ipomea pescaprea (Calogero dkk, 2008; Wongchare dkk, 2007).
Gambar IV.6 Spektrum absorpsi natural dye antosianin Ipomea pescaprea untuk ekstraksi etanol pada (a) netral pH 6,7, (b) asam pH 1,5, dan (c) asam pH 1,5 + koadsorpsi asam asetat 2%
Pada gambar IV.7 di bawah deprotonasi antosianin quinonoidal akan terbentuk lebih banyak seiring dengan peningkatan pH (Calogero dkk, 2008). Pada pH kurang dari 2 antosianin berada dalam bentuk antosianin flavylium (Tadesse dkk, 2012). Perubahan tersebut berdampak pada peningkatan ikatan dye dengan TiO2 dan peningkatan kondensasi gugus hidroksil pada antosianin (Abe dkk, 2000; Martinez dkk, 2011).
Gambar IV. 7 Keseimbangan pembentukan antosianin flavylium dan antosianin quinonoidal pada larutan dan berikatan dengan TiO2 (Tadesse dkk, 2012)
Berdasarkan hasil pengukuran rapat arus dan tegangan menggunakan solar simulator, diperoleh karakteristik
dan tabel IV.2 di bawah
Gambar IV.8 Kurva rapat arus antosianin 1,5, dan (c)
Tabel IV.2 Pengaruh tingkat keasaman dan koadsorpsi terhadap efisiensi DSSC dengan fotosensitizer nat
Pelarut Etanol
Etanol
Etanol + koadsorpsi
Pada gambar IV.8 dan tabel IV.1 di atas terlihat bahwa penambahan asam asetat 2% ada fotosensitizer meningkatkan efisiensi se
peningkatan intensitas absorpsi gelombang yang dianalisis melalui spektrofotometer UV
efisiensi sel sebesar 0,08%.
Berdasarkan hasil tersebut dapat dianalisis terdapat mempengaruhi diantaranya t
potensial pita konduksi semikonduktor. Potensial kinetik transfer muatan
pita konduksi semikonduktor bergantung pada nilai pH pelarut adalah -0,156 V untuk TiO Pada pH 7 diperoleh potensial p
pH 1,5 diperoleh potensial pita konduksi TiO 0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 1,600 P h ot oc u rr en t (m A .c m -2) 52
pengukuran rapat arus dan tegangan menggunakan solar simulator, diperoleh karakteristik J-V DSSC seperti dijelaskan pada gamb
dan tabel IV.2 di bawah ini:
Kurva rapat arus-tegangan DSSC tersensitisasi natura antosianin Ipomea pescaprea pada (a) netral pH 6,7, (b) 1,5, dan (c) asam pH 1,5 + koadsorpsi asam asetat 2%
Pengaruh tingkat keasaman dan koadsorpsi terhadap efisiensi DSSC dengan fotosensitizer natural dye antosianin Ipomea pescaprea
pH Jsc (mA/cm2) Voc (V) FF (%) 6,7 0,667 0,499 48,8% 1,5 0,921 0,466 44,6% 1,5 1,346 0,393 37,7%
Pada gambar IV.8 dan tabel IV.1 di atas terlihat bahwa penambahan asam asetat ada fotosensitizer meningkatkan efisiensi sel sebesar 0,02% sebanding dengan peningkatan intensitas absorpsi gelombang yang dianalisis melalui spektrofotometer UV-Vis. Serta penambahan pelarut asam mampu meningkatkan efisiensi sel sebesar 0,08%.
Berdasarkan hasil tersebut dapat dianalisis terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi diantaranya tingkat keasaman fotosensitizer tersebut
pita konduksi semikonduktor. Potensial tersebut dipengaruhi oleh kinetik transfer muatan yang secara langsung mengatur kinerja devais. pita konduksi semikonduktor yang dijelaskan melalui persamaan bergantung pada nilai pH pelarut E(cb) = Eo – 0,06pH (V vs. NHE)
156 V untuk TiO2 anatase (Kalyanasundaram dkk 1998; Sun, 2009) Pada pH 7 diperoleh potensial pita konduksi TiO2 -0,576 (V vs. NHE)
pH 1,5 diperoleh potensial pita konduksi TiO2 -0,246 (V vs. NHE). Pada kondisi 0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 1,600 0,000 0,200 0,400 0,600 Potential (V) (c) asam + koadsorpsi (b) asam (a) netral
pengukuran rapat arus dan tegangan menggunakan solar DSSC seperti dijelaskan pada gambar IV.8
atura dye
pH 6,7, (b) asam pH 2%
Pengaruh tingkat keasaman dan koadsorpsi terhadap efisiensi DSSC Ipomea pescaprea FF (%) (%) 8% 0,45% 6% 0,53% 7% 0,55%
Pada gambar IV.8 dan tabel IV.1 di atas terlihat bahwa penambahan asam asetat l sebesar 0,02% sebanding dengan peningkatan intensitas absorpsi gelombang yang dianalisis melalui Vis. Serta penambahan pelarut asam mampu meningkatkan
beberapa faktor yang fotosensitizer tersebut menentukan dipengaruhi oleh proses yang secara langsung mengatur kinerja devais. Potensial dijelaskan melalui persamaan Nernstein 06pH (V vs. NHE) dimana Eo anatase (Kalyanasundaram dkk 1998; Sun, 2009). (V vs. NHE) dan pada (V vs. NHE). Pada kondisi
53
asam, koefisien difusi elektron lebih besar dibandingkan pada kondisi netral sehingga laju injeksi elektron lebih besar (Lee dkk, 2011; Kalyanasundaram dkk, 1998). Laju yang diakibatkan adanya elektronik coupling antara LUMO dan pita konduksi TiO2 tersebut membuat level fermi pada semikonduktor dan potensial redoks elektrolit berkurang seiring dengan kehadiran H+. Peningkatan tersebut akan mempercepat proses injeksi elektron, sehingga meningkat pula arus listrik yang dihasilkan (Sun, 2009). Penurunan level fermi membuat tegangan sirkuit terbuka Voc berkurang sedikit demi sedikit seiring peningkatan kadar keasaman (Kalyanasundaram dkk, 1998). Selain itu, jumlah rapat keadaan akseptor muatan meningkat seiring dengan peningkatan kadar keasaman yang berdampak pada meningkatnya laju injeksi elektron. Peningkatan tersebut akan meningkatkan densitas arus pendek Jsc yang dihasilkan oleh devais (Durrant dkk, 2008). Hal itu terbukti dengan peningkatan nilai densitas arus pendek sebesar 0,254 mA/cm2 dan terjadi penurunan tegangan sirkuit terbuka sebesar 0,033 V pada kondisi asam. Sebaliknya berkurangnya kadar ion asam pada fotosensitizer dapat meningkatkan energi pita konduksi. Selain itu, keberadaan gugus koadsorpsi mampu mengurangi terjadinya rekombinasi muatan dan meningkatkan injeksi elektron sehingga berdampak pada meningkatnya densitas arus pendek sebesar 0,452 mA/cm2 setelah ditambahkan gugus koadsorpsi asam asetat 2% (Kumara dkk, 2005).