DAFTAR ISI Halaman Persetujuan i Pernyataan ii Penghargaan iii Abstrak v Abstract vi
Daftar Isi vii
Daftar Tabel x
Daftar Gambar xi
Daftar Lampiran xiii
Bab 1. Pendahuluan 1.1. Latar Belakang 1 1.2. Rumusan Masalah 4 1.3. Batasan Masalah 5 1.4. Tujuan Penelitian 5 1.5. Manfaat Penelitian 5 1.6. Tempat Penelitian 5 1.7. Sistematika Penelitian 6
Bab 2. Tinjauan Pustaka
2.1. Hemigraphis colorata 7
2.1.1. Flavonoid 8
2.2. Sel Surya Fotovoltaik 11
2.2.1. Prinsip Kerja Sel Surya Konvensional Silikon 11
2.2.2. Performansi Sel Surya 13
2.2.2.1. Karakteristik I-V Fotovoltaik 13 2.2.2.2. Fill Factor dan Efisiensi Kuantum 14
2.3. Dye-Sensitized Solar Cell 15
2.3.1. Umum 15
2.3.2. Struktur DSSC 15
2.3.3. Prinsip Kerja DSSC 17
2.3.4. Material DSSC 20
2.3.4.1. Substrat DSSC 20
2.3.4.2. Layer Oksida Nanopori DSSC 20
2.3.4.3. Elektrolit 23
2.3.4.4. Katalis Counter Elektroda 23
2.3.4.5. Zat Pewarna (Dyes) 24
2.3.5. Flavonoid sebagai dye 24
2.3.6. Perakitan DSSC 26
2.3.6.1. Persiapan Substrat 26
2.3.6.2. Persiapan Larutan TiO2 dan Counter Elektroda 27
2.3.6.4. Annealing dan Sintering Titania Elektroda 30 2.3.6.5. Ekstraksi Dye dan Pewarnaan Titania Elektroda 31 2.3.6.6. Menumpuk Elektroda dan Penambahan Elektrolit 31
2.4. Karakterisasi DSSC 31
2.4.1. Spektrofotometer UV-Vis 32
2.4.2. Karakterisasi FTIR 32
Bab 3. Metode Penelitian
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian 34
3.2 Peralatan dan Bahan Penelitian 34
3.2.1. Peralatan 34
3.2.1.1. Preparasi Larutan Dye 34
3.2.1.2. Pembuatan Transparent Conducitive Glass (TCO) 35 3.2.1.3. Preparasi Pasta Oksida TiO2 35
3.2.1.4. Preparasi Larutan Elektrolit 35 3.2.1.5. Preparasi Counter Elektroda Karbon 36
3.2.1.6. ASSEMBLY DSSC 36
3.2.1.7. Pengujian Karakterisasi Gugus Fungsi Ekstrak
Hemigraphis colorata 37
3.2.1.8. Pengujian Absorbsi Dye 37
3.2.1.9. Pengujian Sel Surya 37
3.2.2. Bahan 37
3.3 Prosedur Penelitian 38
3.3.1. Preparasi Sampel 38
3.3.1.1. Preparasi Larutan Dye 38
3.3.1.2. Pembuatan Transparent Conducitve Glass (TCO) 38 3.3.1.3. Preparasi Pasta Oksida TiO2 40
3.3.1.4. Preparasi Larutan Elektrolirt 40 3.3.1.5. Preparasi Counter Elektroda Karbon 41
3.3.2. ASSEMBLY DSSC 42
3.3.3. Pengujian DSSC 43
3.3.3.1. Pengujian Karakterisasi Gugus Fungsi Ekstrak
Hemigraphis colorata 43
3.3.3.2. Pengujian Absorbsi Dye 43
3.3.3.3. Pengujian Sel Surya 44
3.4 Diagram Alir Penelitian 45
Bab 4. Hasil dan Pembahasan
4.1. Hasil Analisis Ekstrak Daun Hemigraphis colorata 46 4.1.1. Hasil Analisis Gugus Fungsi Ekstrak Daun Hemigraphis
colorata 46
4.1.2. Hasil Analisis Absorbsi Dye Hemigraphis colorata 48
4.2. Karakterisasi I-V Sel Surya 50
Bab 5. Kesimpulan dan Saran
5.1. Kesimpulan 57
Daftar Pustaka 59
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
Tabel
1.1 Penelitian DSSC yang Pernah Dilakukan Sebelumnya 3
2.1 Sifat Berbagai Golongan Flavonoid 9
2.2 Efisiensi DSSC TiO2 dengan Berbagai Macam Dye 22
2.3 Ciri Spektrum Golongan Flavonoid Utama 24
4.1 Identifikasi Gugus Fungsi dari Ekstrak Daun Hemigraphis colorata 47 4.2 Performansi Dye Sensitized Solar Cell dengan Menggunakan Ekstrak
Daun Hemigraphis colorata dengan Variabel Jarak Sumber Cahaya dengan DSSC dan Variabel Substrat yang Digunakan 53 4.3 Pengukuran Tegangan dan Arus Keluaran DSSC di bawah Cahaya
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
Gambar
2.1 Sambang Getih (Hemigraphis colorata (Hall).F) 7
2.2 Kerangka Dasar Senyawa Flavonoid 9
2.3 Struktur Sel Surya Silikon p-n Junction 12
2.4 Skema Kerja Sel Surya Silikon 13
2.5 Karakteristik Kurva I-V pada Sel Surya 13
2.6 Struktur Dye Sensitized Solar Cell 16
2.7 Susunan Sandwich Layer dar DSSC 17
2.8 Ilustrasi Proses Fotokatalis 18
2.9 Skema Kerja dari DSSC 18
2.10 Struktur Kristal dari TiO2 Anatase 21
2.11 Spektrum Cahaya Matahari 22
2.12 Struktur Sianidin 25
2.13 Beberapa Cara Memperisapkan Counter Elektroda 27
2.14 Doctor-blade Technique 28
2.15 Electro-spinning Technique 29
2.16 Susunan elektroda yang akan dilapisi 29
2.17 Screen Printing Technique 30
3.1 (a) Pengambilan Ekstrak Daun Hemigraphis colorata 38 (b) Penyaringan dye yang telah disimpan selama 24 jam 38 3.2 Kaca preparat yang telah menjadi Kaca Konduktif ataupun Substrat TCO
handmade 39
3.3 (a) Pembuatan Binder dengan Menggunakan Hot Plate dan Magnetic
Stirrer 40
(b) Pembuatan Pasta TiO2 dalam Mortar 40
3.4 Larutan Elektrolit yang Disimpan dalam Botol Tetes 41 3.5 Substrat TCO handmade yang telah dilapisi Counter Elektroda Karbon 41 3.6 Desain Lapisan Pasta TiO2 pada Substrat TCO handmade 42
3.7 (a) Kedua Substrat Siap untuk disatukan dan menjadi Sel Surya 43
(b) Sel Surya siap untuk diuji 43
3.8 Pengujian Karakterisasi Absorbsi Dye dengan menggunakan Shimadzu UV-Visible Recording Spectrophotometer UV-160A 43 3.9 Skema Rangkaian Listrik Pengujian Sel Surya 44 3.10 (a) Pengujian Sel Surya di bawah Cahaya Lampu Pijar 44 (b) Pengujian Sel Surya di bawah Cahaya Matahari 44 3.11 Diagram Alir Penelitian Pembuatan DSSC 45 4.1 Spektrum FT-IR dari Ekstrak Daun Hemigraphis colorata 46 4.2 Grafik UV-Vis dari Dye Ekstrak Daun Hemigraphis colorata dengan
Pelarut Methanol 48
4.3 Grafik UV-Vis dari Dye Ekstrak Daun Hemigraphis colorata dengan
4.3a Kurva Karakteristik I-vs-V untuk DSSC dengan perendaman ½ jam dan
menggunakan substrat TCO homemade 50
4.3b Kurva Karakteristik I-vs-V untuk DSSC dengan perendaman 1 jam dan
menggunakan substrat TCO homemade 51
4.3c Kurva Karakteristik I-vs-V untuk DSSC dengan perendaman 2 jam dan
menggunakan substrat TCO homemade 51
4.3d Kurva Karakteristik I-vs-V untuk DSSC dengan perendaman 2 jam dan menggunakan substrat ITO dari Sigma-Aldrich 52
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul Halaman
Lampiran
1 Grafik dan Data hasil FT-IR dari Ekstrak daun Henigraphis colorata 63
2 Tabel Daerah Gugus Fungsi pada IR 64
3 Tabel Data UV Vis dari Dye Ekstrak Daun Hemigraphis colorata dengan
Pelarut Methanol 65
4 Grafik UV Vis dari Dye Ekstrak Daun Hemigraphis colorata dengan
Pelarut Methanol 65
5 Tabel Data UV Vis dari Dye Ekstrak Daun Hemigraphis colorata dengan
Pelarut Ethanol 66
6 Grafik UV Vis dari Dye Ekstrak Daun Hemigraphis colorata dengan
Pelarut Ethanol 66
7 Kurva Karakteristik I-V DSSC 67
8 Perhitungan Fill Factor, Daya Maksimum, dan Efisiensi dari DSSC 73
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Banyak ditemukan menjalar dimana-mana dan sanggup bertahan dalam di bawah terik matahari sepanas apapun membuat daun Hemigraphis colorata menarik perhatian untuk diteliti. Kebanyakan daun Hemigraphis colorata banyak tumbuh menjalar di halaman rumah, terkadang tumbuh dengan sendirinya. Adapula yang sengaja ditanam dan dijadikan tanaman hias di taman-taman karena warnanya yang menarik dan pertumbuhannya yang cepat. Daunnya berwarna sedikit hijau danmerah keungunan sehingga menimbulkan sebuah pertanyaan bagaimanakah kiranya warna dari ekstrak daun ini. Kemudian ketika daun dipetik dan dihancurkan dengan tangan menghasilkan dan meninggalkan warna ungu kegelapan pada tangan. Dari situ, terpikirlah untuk mengkarakterisasi daun
Hemigraphis colorata menjadi dye sebagai pewarna dan fotosensitizer pada dye sensitized solar cell yang sekarang ini banyak dikembangkan dengan
menggunakan dye berbahan organik.
Sambang getih (Hemigraphis colorata) adalah tanaman yang biasa ditemukan tumbuh liar atau ditanam di halaman dan taman-taman sebagai tanaman hias. Tanaman ini mempunyai batang berbaring dan merayap, bulat, becabang, beruas-ruas serta berwarna ungu. Daun tunggal, bertangkai, letak berhadapan, helaian daun bentuknya bulat telur, ujung runcing, pangkal romping, tepi bergerigi, pertulangan menyirip, permukaan atas warnanya merah ungu mengkilap agak keabu-abuan, bagian bawah berwarna merah anggur,berambut,panjang sekitar 11 cm, lebar 4-6 cm (Dalimartha, 2003).
Sambang getih (Hemigraphis colorata) mempunyai kandungan kimia antara lain, daun mengandung flavonoid, tanin, steroid, terpenoid dan kalium, begitupun batang mengandung saponin. Dan biasanya daun sambang getih sering digunakan di bidang farmasi (Dalimartha, 1999).
Flavonoid merupakan senyawa polifenol sehingga bersifat kimia senyawa fenol yaitu agak asam dan dapat juga larut dalam basa, dan karena merupakan
senyawa polihidroksida (gugus hidroksil) maka juga bersifat polar sehingga dapat larut dalam pelarut polar seperti methanol, ethanol, aseton, air, butanol, dimetil sulfoksida, dimetil formadida. Disamping itu, dengan adanya gugus glikosida yang terikat pada gugus flavonoid sehingga cenderung menyebabkan flavonoid mudah larut dalam air. Oleh karena itu, ekstrak daun Hemigraphis colorata mempunyai peluang untuk digunakan sebagai dye pada dye sensitized solar cell (DSSC).
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. Berbeda dengan sel surya 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 lebar. Penggunaan semikonduktor dengan band gap lebar akan memperbanyak elektron yang mengalir dari pita konduksi ke pita valensi, karena dengan band gap lebar tersebut akan membuat ruang reaksi fotokatalis dan absorbsi oleh dye akan menjadi lebih banyak atau dengan kata lain spektrum absorbsi menjadi lebar.
Salah satu semikonduktor ber-bandgap lebar yang sering digunakan yaitu
Titanium Dioxide (TiO2). TiO2 mempunyai band gap (energi celah) sebesar 3,2 –
3,8 eV. TiO2 juga sering digunakan karena inert, tidak berbahaya, dan
semikonduktor yang murah, selain memiliki karakteristik optik yang baik. Namun, untuk aplikasinya dalam DSSC, TiO2 harus memiliki permukaan yang
luas sehingga dye yang terabsorbsi lebih banyak yang hasilnya akan meningkatkan arus. Selain itu, penggunaan bahan dye yang mampu menyerap spektrum cahaya yang lebar dan cocok dengan pita energi TiO2 juga merupakan
karakteristik yang penting (Sasaki dkk, 2008).
Sebelumnya telah banyak dilakukan penelitian mengenai DSSC dengan variasi bahan serta dye yang digunakan. Adapun penelitian-penelitian tersebut dapat kita lihat pada Tabel 1.1 berikut ini.
Tabel 1.1 Penelitian DSSC yang pernah dilakukan sebelumnya
Tahun Peneliti Spesifikasi DSSC Hasil
2007 Wei Hao Lai, dkk
(Taiwan)
Dye : Rhoeo spatticea
Counter elektrode : Au (Emas)
Voc = 0,496 V Isc = 10,9mA η = 1,49% Akhiruddin Maddu, dkk (IPB)
Dye : Ekstrak Kol Merah
Counter elektrode : lempengan karbon
Elektrolit Gel PEG
Voc = 510 mV
Isc = 7,2 μA
η = 0,055%
2010 A.R. Hernandez, dkk (Mexico)
Dye : Ekstrak Bunga Bougenville
Voc = 0,26 V
Isc = 2,327 mA
η = 0,49%
Chang, dkk Dye : Ekstrak Buah Ipomoea V = 540 mV I = 0,914 mA/cm2
η = 0,25%
Chang, dkk Dye : Ekstrak Daun Bayam V = 550 mV I = 0,467 mA/cm2
η = 0,131%
Pancaningtyas (ITS)
Dye : Ekstrak Buah Manggis V = 340,4 mV I = 0,22 mA/cm2
η = 0,039%
2012 Nadeak (ITS) Dye : Ekstrak Buah Naga
Counter elektrode : Pd/Au
V = 562 mV I = 0,307 mA
η = 0,089%
Lia Muliani, dkk (LIPI-ITB)
Dye : N719 (Ruthenium Dye)
Counter elektroda : Platina
Elektrolit : Larutan HSE (produk Dyesol)
Voc = 0,632 V
Isc = 0,532 mA
η = 0,121%
2013 Nafi’, dkk Dyes : Ekstrak Buah Terung
Belanda
V = 593,1 mV I = 0,356 mA
η = 0,0469%
(Prosiding Semirata FMIPA UNLAM, UNP) Hitam I = 468 μA η = 0,405%
Dan masih banyak penelitian lainnya dengan berbagai variasi bahan dye, mulai dari dye alami hingga dye termodifikasi telah banyak dibuat sebagai dye pada DSSC.
Pada penelitian ini, akan dikarakterisasikan ekstrak daun Hemigraphis
colorata sebagai dye pada pembuatan dye sensitized solar cell. Dalam hal ini,
layer oksida berbahan semikonduktor yang akan dipakai merupakan TiO2 dan
dilapiskan dengan metode doctor blade yang sudah biasa dilakukan pada penelitian dye sensitized solar cell sebelumnya. Hanya saja substrat untuk dye
sensitized solar cell akan dibuat sendiri dengan menggunakan metode yang
pernah dilakukan oleh Wulandari Handini pada tahun 2008. Diaman kaca ITO sebagai substrat dibuat dengan larutan konduktif berbahan SnCl4.5H2O dan
dopant Sb2O3 (Handini, 2008). Oleh karena itu, diharapkan penelitian
karakterisasi ekstrak daun Hemigraphis colorata sebagai dye pada dye sensitized
solar cell ini dapat menghasilkan sebuah solar cell yang baik dan nantinya dapat
dikembangkan lebih lanjut untuk dipabrikasi.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang masalah sebelumnya, maka penulis merumuskan beberapa hal yang menjadi masalah dalam penelitian ini, diantaranya:
1. Bagaimana memaksimalkan kerja dari dye menggunakan ekstrak daun
Hemigraphis colorata sehingga dihasilkan DSSC dengan tegangan yang
melebihi dari penelitian yang sudah ada ?
2. Bagaimana memaksimalkan pemakaian intensitas cahaya pada saat mengaplikasikan DSSC namun tetap dihasilkan DSSC dengan tegangan melebihi dari penelitian yang sudah ada ?
1.3 Batasan Masalah
Untuk mendapatkan suatu hasil penelitian dari permasalahan yang ditentukan, maka perlu ada pembatasan masalah penelitian :
1. Pada pembuatan dye sensitized solar cell digunakan ekstrak daun
Hemigraphis colorata dan layer oksida berbahan serbuk TiO2.
2. TiO2 dilapiskan pada TCO menggunakan metode doctor blade pada pabrikasi
DSSC.
3. Larutan konduktif dilapiskan pada kaca biasa menggunakan metode spray
coating.
1.4 Tujuan Penelitian
Sebagai tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian:
1. Menghasilkan dye dengan bahan baru yaitu ekstrak daun Hemiraphis colorata dalam pembuatan Dye-Sensitized Solar Cell (DSSC) skala laboratorium yang dapat mengkonversi energi matahari menjadi energi listrik dengan tegangan keluaran yang dihasilkan melebihi hasil sebelumnya.
2. Mengkarakterisasi sifat dari ekstrak daun Hemigraphis colorata sebagai dye pada Dye-Sensitized Solar Cell (DSSC).
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat yang dapat diambil dari penelitian:
1. Memberikan pengetahuan tentang potensi ekstrak daun Hemigraphis colorata sebagai dye pada Dye-Sensitized Solar Cell.
2. Mengurangi ketergantungan terhadap energi fosil.
1.6 Tempat Penelitian
Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Kimia Analisis dan Laboratorium Pengembangan Pendidikan Teknologi Kimia Industri (PTKI) Medan, Laboratorium Penelitian Fakultas Farmasi USU, Laboratorium Fisika Zat Padat FMIPA USU.
1.7 Sistematika Penelitian
Sistematika penulisan pada masing-masing bab adalah sebagai berikut:
Bab I Pendahuluan
Bab ini mencakup latar belakang penelitian, batasan masalah yang akan diteliti, tujuan penelitian, manfaat penelitian, tempat penelitian, dan sistematika penulisan.
Bab II Tinjauan Pustaka
Bab ini membahas tentang landasan teori yang menjadi acuan untuk proses pengambilan data, analisa data serta pembahasan.
Bab III Metodologi Penelitian
Bab ini membahas tentang peralatan dan bahan penelitian, diagram alir penelitian dan prosedur penelitian.
Bab IV Hasil dan Pembahasan
Bab ini membahas tentang data hasil penelitian dan analisa data yang diperoleh dari penelitian.
Bab V Kesimpulan dan Saran
Bab ini berisikan tentang kesimpulan yang diperoleh dari penelitian dan memberikan saran untuk penelitian yang lebih lanjut.
