BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.3 Metode Penelitian
3.3.1. Prosedur penelitian
3.3.1.4. Ekstraksi Larutan Dye
Pewarna antosianin diperoleh dari bubuk mawar merah (Rosa damascena Miil) yang sudah dikeringkan. Bubuk mawar merah (Rosa damascena Miil) diekstraksi menggunakan pelarut organik. Pelarut organik yang digunakan merupakan kombinasi dari ethanol, asam citrat, dan aquades, dengan perbandingan volume 5 : 1 : 4. Mawar merah (Rosa damascena Miil) di keringkan, kemudian dihaluskan menggunakan blender, 10 gram bubuk mawar merah (Rosa damascena Miil) dilarutkan dalam pelarut organik (10 ml ethanol, 2 ml asam citat, dan 8 ml aquades) menggunakan magnetik stirer dengan suhu pemanasan 60 oC selama 30 menit. Setelah dilarutkan, larutan tersebut direndam (maserasi) selama ± 24 jam. Setelah proses maserasi, filtrat padat disaring dengan kertas saring merk Whatman no.42. Dye hasil penyaringan disimpan dalam botol tertutup alumunium foil untuk mencegah terjadinya evaporasi dan degradasi,
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
31
serta disimpan dalam suhu dingin agar tidak membusuk. Gambar 3.6 menunjukkan hasil filtrasi larutan dye mawar merah (Rosa damascena Mill).
Gambar 3. 6 Larutan Dye Mawar Merah (Rosa damascena Mill) 3.3.1.5. Preparasi elektrolit
Potassium iodide (KI) sebanyak 0,8 gram (0,5 M) dicampur kedalam 10 ml polyethylene glycol kemudian diaduk, selanjutnya kedalam larutan tersebut ditambahkan Iodine (I2) sebanyak 0,127 gram (0,05 M). Larutan elektrolit yang sudah jadi, disimpan dalam botol tertutup.
3.3.1.6. Pembuatan Pasta Carbon
1. Bubuk carbon 3,5 gram ditetesi 15 ml isopropanol sambil diaduk menggunakan stirer magnetik selama ± 30 menit hingga larutan larut, kemudian di sonikasi menggunakan sonicator supaya larutan homogen.
2. Larutan diaduk kembali menggunakan stirer magnetik hingga larutan homogen dan sedikit mengental (Gambar 3. 7).
Gambar 3. 7 Pasta Carbon
commit to user 3.3.1.7. Preparasi deposisi lapisan tipis Carbon
1. Kaca FTO sebelum ditetesi larutan carbon dicari bagian yang bersifat konduktif, kemudian masing-masing diberi pembatas dengan selotip (ketebalan selotip 50 µm), panjang sisi 1,0 cm membentuk persegi. Dengan ilustrasi gambar seperti Gambar 3. 8.
2. Pasta carbon diteteskan di atas kaca FTO, kemudian dilakukan slip casting dengan menggunakan mortir/penggilingan yang berupa spatula.
3. Setelah kering selotip dilepaskan dari kaca FTO.
4. Kaca FTO yang telah dilapisi larutan TiO2 tersebut dipanaskan dengan proses dehidrolisis pada suhu 180°C selama 10 menit. Kemudian kaca FTO yang telah dilapisi TiO2 didiamkan hingga dingin.
Gambar 3. 8 Ilustrasi Skema Area Deposisi Pasta Carbon 3.3.1.8. Fabrikasi DSSC
Konstruksi sel surya yang digunakan adalah sistem sandwich dengan urutan:
elektroda kerja yang telah terlapisi dye – spacer/gasket (screen proyektor)- larutan elektrolit - elektroda lawan. penggunaan spacer bertujuan agar tidak terjadi short pada sel DSSC (Yang-Shian, et.al., 2007). Kontak pada sel dibuat dengan menggunakan penjepit buaya pada tepi elektroda lawan dan elektroda kerja.
Dengan ilustrasi gambar seperti Gambar 3. 9.
Gambar 3. 9 Ilustrasi sandwich DSSC
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
33
3.4. Teknik Analisa Data
3.4.1. Karakterisasi Absorbansi Dye Mawar Merah (Rosa damascena Mill) dan Absorbansi Lapisan TiO2 yang Telah direndam
Mawar merah yang telah diekstraksi menjadi larutan dye, diuji absorbansinya menggunakan Spektrofotometer UV-Visible Lambda 25. Panjang gelombang yang digunakan antara 350-800 nm dan lebar slit yang digunakan sebesar 2 nm. Selain itu lapisan TiO2 yang telah direndam pada dye dengan variasi waktu perendaman diuji Uv-Vis.
Gambar 3. 10 Spektrofotometer UV-Visible Lambda 25
Pada spektrofotometer UV, sinar kontinyu dihasilkan oleh lampu muatan hidrogen atau deuterium, sedangkan sinar Visibel dihasilkan oleh lampu wolfram.
Panjang gelombang cahaya UV-Vis berada pada kisaran 180-800 nm. Prinsip dari spektroskopi UV-Vis adalah terjadinya transisi elektronik yang disebabkan penyerapan sinar UV-Vis yang mampu mengeksitasi elektron dari orbital yang kosong. Pada umumnya transisi yang paling mungkin adalah transisi pada tingkat tertinggi (HOMO) ke orbital molekul yang kosong pada tingkat terendah (LUMO).
Absorbansi terjadi ketika foton bertumbukan langsung dengan atom-atom pada material dan kehilangan energi pada elektron atom. Foton mengalami perlambatan ada juga yang berhenti saat masuk pada material. Energi foton yang diserap oleh atom, kemudian digunakan oleh elektron didalam atom tersebut untuk bertransisi ke tingkat energi elektronik yang lebih tinggi. Absorbsi menyatakan besarnya cahaya yang diserap oleh lapisan tipis dari total cahaya
commit to user
yang disinarkan. Adsorbansi suatu senyawa pada suatu panjang gelombang tertentu bertambah dengan semakin banyaknya molekul yang mengalami transisi.
Pada penelitian ini, akan dilakukan uji absorbansi pada masing-masing sampel yaitu variasi perendaman, dimana rentang panjang gelombang yang digunakan antara 350 nm hingga 800 nm. Sehingga akan diperoleh nilai absorbansinya.
3.4.2. Karakterisasi Struktur Kristal Dan Ukuran Kristal TiO2
Penentuan struktur kristal dan ukuran partikel nanopori TiO2 menggunakan metode difraksi sinar X dengan alat XRD Bruker D8 Advance. XRD Bruker menggunakan radiasi Cu Kα1 (1,5406 Å) pada tegangan 40 kV, dan arus sebesar 40 mA. Hasil difraktometer dibandingkan dengan data JCPDS TiO2.
Gambar 3.11 XRD Bruker D8 Advance
Pada penelitian ini bubuk TiO2 yang telah disintesis dilakukan uji XRD untuk mengetahui struktur kristal serta ukuran butir dari bubuk TiO2 yang telah disintesis. Untuk menentukan struktur kristal dapat dicari dengan mengetahui data hasil uji XRD yang berupa sudut 2θ serta intensitasnya. Sudut-sudut tersebut kemudian dicocokkan dengan data base JCPDS, sehingga diperoleh struktur kristal dan bidang-bidangnya. Sedangkan untuk menentukan ukuran kristal dapat diketahui dengan cara menentukan FWHM (Full-Width Half Maximum) terlebih
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
35
dahulu. Data dari uji XRD dicari nilai FWHM-nya, kemudian ukuran kristal dapat dicari dengan menggunakan rumus Scherrer.
3.4.3. Karakterisasi Morfologi TiO2
Untuk melihat morfologi bubuk TiO2 yang dihasilkan, dilakukan uji karakterisasi menggunakan (Scanning Electron Microscopy) SEM. Selain untuk melihat morfologi dari bubuk TiO2, uji karakterisasi ini juga dapat digunakan untuk menghitung ukuran bubuk TiO2. Pada penelitian ini menggunakan SEM FEI yang berada di gedung MIPA Terpadu.
3.4.4. Karakterisasi Arus dan Tegangan Sel Surya dengan rangkaian
Pada uji karakteristik ini, performansi sel surya dapat dilihat melalui pengukuran arus dan variasi tegangan. Rangkaian pengukuran pada konstruksi sel surya dilakukan menggunakan potensiometer 250 kΩ dan 3 buah multimeter digital. Pengukuran dilakukan dengan penyinaran pada lampu halogen 800 Watt.
Dengan intensitas cahaya lampu 262,2 W/m2. Skema pengujian ditunjukkan pada Gambar 3.12.
Gambar 3.12 Gambar Skema Rangkain Uji I-V
3.4.5. Karakterisasi Arus dan Tegangan Sel Surya dengan I-V meter Keithley 2400 Source Meter
Konfirmasi kuantitatif efek sensitisasi zat warna alami pada lapis tipis TiO2 sel surya dilakukan melalui pengukuran arus yang dihasilkan sistem sel surya pada tegangan yang divariasi. Intensitas cahaya yang digunakan dalam penelitian ini yaitu sebesar 1599 W/m2. Sistem sel surya dalam hal ini bertindak seperti dioda. Sistem sel surya dikatakan mati jika arus yang dihasilkan sistem saat tegangan 0 (Isc) bernilai nol. Dalam sel surya berbasis sensitiser zat warna, hal ini
commit to user
berarti bahwa dalam sistem tersebut tidak terjadi aliran elektron yang bisa menghasilkan arus listrik. Kinerja sel surya ini sangat dipengaruhi oleh konstruksi sistem sel surya itu sendiri, seperti elektroda kerja (working electrode), elektroda lawan (counter electrode) dan larutan elektrolit yang digunakan. Selain itu kinerja alat ukur juga bisa mempengaruhi pengukuran kinerja sel surya.
Gambar 3.13 Gambar Alat I-V meter Keithley 2400 Source Meter
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
37 BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Pada penelitian ini dilakukan kajian tentang Fabrikasi Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) menggunakan mawar merah (Rosa damascena Mill) sebagai pewarna alami berbasis anthosianin. Pada bagian ini akan disajikan tentang karakterisasi bubuk TiO2 dengan suhu kalsinasi 600oC pada bagian awal, dilanjutkan analisa lapisan tipis TiO2 pada suhu dehidrolisis 450oC, kemudian kajian sensitisasi lapis tipis TiO2 oleh zat warna alami selanjutnya kinerja sel surya lapis tipis TiO2 tersensitisasi zat warna Dye Sensitized Solar Cell (DSSC).
4.1. Karakterisasi Bubuk TiO2 dengan X-Ray Diffraction (XRD)
Karakterisasi menggunakan X-Ray Diffraction (XRD) berfungsi untuk menentukan fase, ukuran kristal, dan struktur kristal pada semikonduktor bubuk TiO2 yang telah dibuat. Gambar 4.1 menunjukkan karakterisasi XRD pada pola difraksi bubuk TiO2 dengan suhu calsinasi 600oC. Menurut Latifah (2011), bubuk TiO2 pada suhu kalsinasi 600oC memiliki jumlah partikel dengan bentuk kristal anatase yang paling banyak, meskipun sedikit mengandung kristal rutile, sehingga bagus digunakan dalam pembutan sel surya. Oleh karena itu, pada penelitian ini digunakan suhu penahan calsinasi 600oC.
Bubuk TiO2 disintesis dengan menggunakan metode sol-gel, dengan bantuan block copolymer/Pluronic P2243-250G. Proses sol-gel merupakan teknik pengendapan larutan kimia (sol) yang bertindak sebagai prekursor untuk suatu jaringan terpadu (gel) sehingga mengandung fase cair dan padat. Akan tetapi fase gel memiliki bentuk amorf yang belum terbentuk struktur kristal, sehingga perlu diberikan perlakuan panas pada temperatur tinggi, sedangkan untuk membentuk struktur kristal anatase diperlukan temperatur dengan rentang 400oC-700oC (Han, et.al., 2008).
commit to user
Gambar 4.1 Karakterisasi XRD pada Pola Difraksi Bubuk TiO2 dengan Suhu Calsinasi 600oC
Pengujian bubuk TiO2 menggunakan XRD Bruker D8 Advance. Untuk karakterisasi TiO2 dengan XRD digunakan sinar-X (X-ray) dengan panjang gelombang Cu 0.15406 nm. Analisis dilakukan dengan membandingkan puncak – puncak pada sampel dengan puncak-puncak standar dari JCPDS database anatase dan JCPDS database rutile (Lampiran 1)
.
Bubuk TiO2 yang telah disintesis memiliki kristalinitas yang baik, dan tajam. Dengan kristalinitas yang baik. maka proses difusi elektron pada TiO2 akan lebih cepat, sehingga akan meningkatkan efisiensi sel surya (Arifin, 2011).
Pelarutan TiCl4 dalam larutan alkohol mengakibatkan sistem menjadi asam.
Larutan dengan sistem pelarut ethanol memiliki derajat keasaman yang lebih tinggi dibandingkan sistem pelarut methanol, karena dengan meningkatnya jumlah atom karbon maka kecenderungan grup alkoxy untuk menggantikan Cl menjadi lebih rendah sehingga lebih banyak Cl yang ada dalam sistem (Wilman, 2007). Pada penelitian ini. pelarut yang digunakan untuk melarutkan TiCl4 adalah ethanol, sehingga dihasilkan fase bi-kristal yaitu anatase dan rutile (Gambar 4. 1).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
39
Hasil ini sesuai dengan penelitian Wilman (2007), dimana dengan bertambahnya jumlah atom karbon pada pelarut maka sistem akan menjadi lebih asam, dengan keadaan ini cenderung untuk membentuk fasa rutile.
Pola difraksi pada Gambar 4.1, menunjukkan puncak tertinggi memiliki sudut 2θ sebesar 25,4009. Rentang sudut ini berdasarkan JCPDS database anatase dan JCPDS database rutile, merupakan fase kristal anatase dengan bidang (101). Fase kristal TiO2 yang paling efektif sebagai lapis tipis sel surya adalah anatase (Septina, 2006). Keberadaan fase anatase akan menjadikan semikonduktor mempunyai aktivitas fotokatalitik yang baik, sementara fase rutile akan membuat semikonduktor stabil sebagaimana sifat yang dimiliki oleh TiO2 rutile. Meskipun demikian, adanya campuran anatase dan rutile sangat menguntungkan bagi konstruksi sel surya karena keberadaan rutile dalam lapis tipis TiO2juga bisa memperkecil kemungkinan rekombinasi elektron yang berada pada pita konduksi. Oleh karena itu. lapis tipis TiO
2 yang dihasilkan dalam penelitian ini diharapkan cukup baik sebagai substrat zat warna untuk sistem DSSC. Data hasil XRD menunjukkan besarnya jarak antar bidang (d) kristal pada masing-masing bidang ( Tabel 4.1 ), nilai jarak antar bidang (d) pada penelitian ini sesuai dengan data JCPDS database anatase dan JCPDS database rutile.
Tabel 4.1. Jarak Antar Bidang dan Fase bubuk TiO2 yang Disintesis
2 Ɵ h,k,l Ɵ Sin Ɵ Fase
commit to user
Gambar 4. 2 menunjukkan bubuk TiO2 yang telah disensitasi, bubuk TiO2
tersebut berwarna putih. Hal ini menunjukkan bahwa tidak ada residu karbon, sehingga kristalinitasnya tinggi. Menurut Han, et.al., (2008), pembuatan bubuk TiO2 diatas suhu 400oC menyebabkan material-material organik hilang akibat adanya pemanasan pada temperatur tinggi, sehingga kemampuan absorbsi di daerah ultraviolet (UV) meningkat seiring dengan tingginya suhu kalsinasi, begitu juga dengan ukuran partikelnya juga akan semakin besar. Dengan menggunakan persamaan Scherrer (Septina, 2006) nilai ukuran kristal TiO2 pada fase anatase dengan bidang (101) sebesar 46,67 nm. Ukuran ini relatif lebih besar jika dibandingkan dengan hasil sintesis TiO2 yang dibuat oleh Timuda (2001) yaitu sebesar 27,040 nm. Hal ini disebabkan pada saat setelah sintesis bubuk TiO2 tidak dilakukan proses penghalusan. jika dilakukan penghalusan secara manual mengakibatkan kerusakan pada struktur kristal TiO2.
Semua bahan kristalin, baik logam maupun non logam, mempunyai karakteristik pertumbuhan butir. Laju pertumbuhan tergantung sekali pada suhu.
Kenaikan suhu berakibat meningkatnya energi getaran termal, yang kemudian mempercepat difusi atom melalui batas butir. Difusi atom terjadi karena kenaikan suhu kalsinasi, sehingga atom-atom akan bergetar dengan energi termal yang lebih besar, hal ini mengakibatkan material yang tidak homogen akan menjadi homogen yaitu letak atom-atom lebih teratur melalui proses difusi (Lawrence, 1994).
Gambar 4.2 Bubuk TiO2 Setelah dikalsinasi 600oC
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
41
Parameter kisi dapat diketahui dengan menggunakan metode analitik, Parameter kisi dapat ditentukan dengan nilai sudut yang bersesuaian, dimana jika menentukan parameter kisi a maka indeks Miller pada l = 0, dan jika parameter kisi c maka indeks Miller pada l 0. Fase anatase dan rutile pada bubuk TiO2
memiliki sistem kristal tetragonal dengan sumbu a = b c dan = = = 90.
Parameter kisi TiO2 dalam fase anatase berdasarkan data JCPDS yaitu a = 3,785 Å dan c = 9,513 Å. Sedangkan fase rutile berdasarkan data JCPDS yaitu a = 4,593 Å dan c = 2,959 Å. Nilai parameter kisi a dari penelitian ini, ditunjukkan dalam Tabel 4.2, sedangkan parameter kisi c ditunjukkan pada Tabel 4.3, dimana nilai tersebut mendekati nilai parameter kisi pada data JCPDS.
Tabel 4.2. Parameter kisi a pada bubuk TiO2 yang dikalsinasi pada suhu 600oC
h.k.l Fase kristal a(Å)
200 Anatase 3,771
110 Rutile 4,565
Tabel 4.3. Parameter kisi c pada bubuk TiO2 yang dikalsinasi pada suhu 600oC
h.k.l Fase kristal c (Å)
101 Anatase 9,445
101 Rutile 2,951
4.2. Analisis Morfologi Bubuk TiO2
Analisa morfologi lapisan tipis TiO2 pada substrat kaca menggunakan alat Scanning Electron Microscopy (SEM) yang bekerja berdasarkan prinsip scan sinar elektron pada permukaan sampel, yang selanjutnya informasi yang didapatkan diubah menjadi gambar. Dari gambar ini kemudian diolah menggunakan CorelDraw X4 untuk mendapatkan ukuran partikel TiO2 yang telah
commit to user
dilapiskan pada kaca konduktiv (TCO) setelah dilakukan proses dehidrolisis pada suhu 450oC, serta dianalisis morfologi dari lapisan TiO2 setelah proses dehidrolisis.
Lapis tipis TiO2 dibuat dari serbuk TiO2 yang sudah mengalami beberapa perlakuan, antara lain penambahan surfaktan pada proses pembuatan suspensi dan proses pemanasan pada hot plate. Adanya proses pemanasan dehidrolisis yang ditujukkan untuk meningkatkan daya lekat lapis tipis pada substrat kaca. Hal ini, diperkirakan mengakibatkan pemampatan kristal. Hasil SEM lapis tipis TiO2 pada suhu dehidrolisis 450oC disajikan pada Gambar 4.3.
(a) (b)
Gambar 4.3. a. Morfologi Permukaan Lapis Tipis TiO2 perbesaran 103 X b. Morfologi Permukaan Lapis Tipis TiO2 perbesaran 500 X Secara visual lapis tipis TiO2 hasil metode slip-casting menunjukkan morfologi permukaan yang tidak homogen dan tidak rata, hal ini disebabkan kurang halusnya bubuk TiO2 yang digunakan. Setelah dilakukan furnace, bubuk TiO2 yang dihasilkan tidak dilakukan proses penggerusan (penghalusan), karena akan merusak kekristalan TiO2. Selain itu viskositas larutan TiO2 yang digunakan dalam proses pembuatan pasta TiO2 mempengaruhi kekuatan mekanik lapisan TiO2, apabila viskositas yang digunakan terlalu tinggi maka kemungkinan terjadi retakan pada lapis tipis TiO2 juga menjadi tinggi (Zico, 2010). Metode yang digunakan dalam deposisi larutan TiO2 juga mempengaruhi hasil lapisan, dengan menggunakan metode slip-casting mengakibatkan kurang ratanya lapisan yang
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
43
dihasilkan. Oleh karena itu perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mencari teknik deposisi yang digunakan agar permukaan lapis tipis TiO2 lebih rata.
Pada perbesaran yang lebih tinggi terlihat morfologi permukaan lapis tipis yang berongga (Gambar 4.3. b), morfologi lapis tipis yang berongga akan memperbesar luas permukaan lapis tipis TiO2. Hal ini memberikan keuntungan saat adsorpsi zat warna, yaitu zat warna bisa teradsorpsi secara efektif pada rongga-rongga lapis tipis TiO2tersebut. Selain itu adanya rongga-rongga tersebut bisa mempermudah penyebaran larutan elektrolit dalam lapis tipis TiO2 elektroda kerja sel surya (Septina, 2006).
Pada Gambar 4.3. a serta 4.3. b, terlihat partikel-partikel beraglomerasi (bergerombol/bergabung), ditunjukkan dengan struktur partikel yang bersambung dengan partikel yang lain (close-packed particles). Hal ini disebabkan perlakuan proses dehidrolisis pada temperatur tinggi yang menyebabkan proses difusi atom menjadi lebih cepat (Lawrence, 1994), sehingga partikel akan cenderung membentuk aglomerasi yang lebih besar.
Berdasarkan hasil SEM dapat diketahui ukuran partikel TiO2 setelah dilakukan proses dehidrolisis pada suhu 450oC diatas hotplate. Dengan menggunakan CorelDraw X4 diperoleh ukuran butir TiO2 berdiameter rata-rata sebesar 0,092± 0,015 nm.
4.3. Karakteristik Absorbansi dye dan Lapisan Tipis TiO2 yang Telah Direndam
TiO2 meskipun stabil tetapi memiliki band gap energi yang lebar (dari penelitian 3,2 eV). Sehingga titanium dioksida tidak menyerap cahaya tampak, tetapi hanya menyerap radiasi UV. Absorbsi UV olehnya dapat menyebabkan terjadinya radikal hidroksil yang menyebabkan pigment sebagai fotokatalis.
Keterbatasan sifat semikonduktor TiO2 dapat diatasi dengan memodifikasi permukaan atau struktur semikonduktor. Penggunaan bahan pewarna (sensitizer) merupakan salah satu cara untuk memperbaiki sifat semikonduktor dengan meningkatkan kisaran respon panjang gelombang visibel dari bahan semikonduktor (Setiya, 2005).
commit to user
Sebelum digunakan sebagai sensitizer. ekstrak antosianin terlebih dahulu diuji spektrum absorbsinya menggunakan Spektrofotometer UV-Visible Lambda 25. Spektrum absorbansi diukur pada rentang panjang gelombang 350 nm – 800 nm. Spektrum absorbansi masing-masing diukur untuk dye antosianin dalam bentuk larutan ethanol / asam citrat / aquades (5 : 1 : 4) dan pada lapisan TiO2. Hasil karakterisasi spektrum absorbansi (Gambar 4.5) memperlihatkan bahwa spektrum serapan ekstrak antonsianin cukup lebar yang mencakup dari pita violet hingga kuning (430-576 nm) dengan panjang gelombang maksimum (λmax) pada sekitar 530 nm. Hal ini bersesuaian dengan warna ekstrak yang kemerahan (Gambar 4.4).
Gambar 4.4 Ekstrak dye dengan Warna Merah dan Lapisan TiO2 yang direndam
Gambar 4. 5 Spektrum Absorbansi dye mawar merah (Rosa damascena Mill)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
45
Gambar 4.6 Spektrum Absorbansi Dye dan Lapisan TiO2 dengan Variasi Waktu Perendaman
Gambar 4.6, terlihat bahwa lamanya perendaman mempengaruhi nilai absorbansi.
Hal ini disebabkan karena semakin lama waktu perendaman semakin tinggi konsentrasi molekul antosianin yang teradsorpsi pada permukaan partikel TiO2.
Gambar 4.5 dan gambar 4.6, terlihat bahwa spektrum absorbansi dye antosianin pada lapisan TiO2 mengalami pergeseran akibat perubahan warna dye antosianin setelah teradsorbsi pada lapisan TiO2 (dari warna kemerahan menjadi keunguan). Perubahan warna ini sebagai akibat terjadinya ikatan antara kromofor dye dari antosianin dengan Ti (IV) dari TiO2, dimana sebuah ion OH- dari Ti (IV) berikatan dengan sebuah ion H+ dari dye antosianin membentuk satu molekul H2O. Serapan (adsorbsi) pada permukaan TiO2 ini membentuk quinoidal yang mengakibatkan permukaan TiO2 terlihat menjadi berwarna ungu dan hanya sedikit mengandung bentuk flavilium (sebagai penyebab warna merah). Semakin lama perendaman maka warna lapisan semakin gelap (ungu tua). Sedangkan nilai absorbans dipengaruhi oleh kandungan antosianin yang ada dalam larutan dan yang terserap (terabsorbsi) pada permukaan TiO2, dimana kandungan antosianin sebanding dengan cahaya yang diserap.
commit to user
4.4. Karakteristik Arus–Tegangan Sel Surya dengan Rangkaian
Untuk mengetahui kinerja sel surya dilakukan pengukuran karakteristik arus-tegangan (I-V) pada kondisi tersinari dengan menggunakan sumber cahaya lampu Halogen 24 watt dengan intensitas 262,2 W/m2, dan dengan mengatur hambatan yang digunakan. Adapun rangkaian yang digunakan seperti pada Gambar 4.7.
Gambar 4.7 Rangkaian Pengujian sel DSSC
Dengan memvariasi nilai hambatan maka akan diperoleh nilai arus dan tegangan yang dihasilkan dari sel surya tersebut. Pada penelitian ini dilakukan variasi perendaman, sehingga dapat diketahui bagaimana pengaruh perendaman terhadap efisiensi sel surya yang dibuat. Dari pengujian rangkaian didapatkan hasil arus. tegangan. dan nilai efisiensi (Tabel 4.4).
Tabel 4.4 Efisiensi Sel Surya dengan Variasi Perendaman dengan Rangkaian Waktu
perendaman Voc (v)
Isc
(μA) EF (%) EF
1 jam 0,29 2,7 0,00086 (8,6±4,3)x10-4
12 jam 0,39 5,9 0,0036 (3,6±1,8)x10-3
24 jam 0,4 6,5 0,0037 (3,7±1,8)x10-3
36 jam 0,4 14 0,0077 (7,7±0,38)x10-2
Hasil karakterisasi arus-tegangan sel surya ditunjukkan pada Gambar 4.8, masing-masing untuk sel yang direndam dye antosianin selama 1 jam, 12 jam, 24 jam dan 36 jam. Kedua kurva arus-tegangan yang diperoleh menunjukkan pola
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
47
yang belum sempurna, dimana kurva I-V untuk perendaman 12 jam dengan 24 jam hampir sama, meskipun nilai Voc pada waktu perendaman 24 jam lebih tinggi dibandingkan dengan perendaman 12 jam. Hasil kurva I-V ini masih lebih baik daripada yang diperoleh oleh Latifah, (2007). Hal ini ini dikarenakan pada sel surya Latifah. (2007) sumber cahaya yang digunakan berupa cahaya matahari.
Cahaya matahari intensitasnya tidak tetap, setiap jam berbeda-beda tergantung cuaca pada hari tersebut. Sedangkan pada penelitian ini menggunakan sumber cahaya dari sinar lampu halogen. Lampu ini biasanya digunakan sebagai sumber cahaya tampak, lampu ini menghasilkan cahaya tampak dalam daerah panjang gelombang 350-2500 nm. Tampak juga bahwa kurva untuk sampel yang direndam selama 36 jam lebih tinggi daripada yang direndam dye selama 1 jam, 12 jam, dan 24 jam, hal ini mengindikasikan bahwa kinerja sel dengan perendaman dye lebih lama memiliki performa lebih baik.
Gambar 4.8 Kurva I-V sel Surya dengan Variasi Waktu Perendaman 4.5. Karakteristik Arus–Tegangan Sel Surya dengan I-V meter Keithley
Sistem sel surya dalam pengujian ini bertindak seperti dioda, yang memiliki sifat menyearahkan (rectifying) arus bolak-balik. Sistem sel surya dikatakan mati, apabila arus yang dihasilkan sistem saat tegangan 0 (Isc) bernilai nol, ini menandakan bahwa dalam sistem tersebut tidak terjadi aliran elektron yang bisa menghasilkan arus listrik. Hal ini akibat sambungan semikonduktor tipe-p dan
commit to user
tipe-n, apabila semikonduktor tipe-p disentuhkan dengan semikonduktor tipe-n
tipe-n, apabila semikonduktor tipe-p disentuhkan dengan semikonduktor tipe-n