UJI STABILITAS CURCUMIN SEBAGAI NATURAL DYE UNTUK PHOTOSENSITIZER PADA DYE SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC)

(1)

UJI STABILITAS CURCUMIN SEBAGAI NATURAL

DYE UNTUK PHOTOSENSITIZER PADA DYE

SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC)

SKRIPSI

Ditujukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

Oleh :

Yuda Virgantara Agustia I0410035

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2016

(2)

HALAMAN PENGESAHAN

UJI STABILITAS CURCUMIN SEBAGAI NATURAL

DYE UNTUK PHOTOSENSITIZER PADA DYE

SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC)

Oleh:

Yuda Virgantara Agustia NIM. I0410035

Telah dinyatakan memenuhi syarat Pada tanggal 20 Juni 2016 Kepala Program Studi Teknik Mesin

Program Sarjana UNS

Dr. Eng. Syamsul Hadi, S.T., M.T.

NIP. 19710615 1998021 002 Komisi

Pembimbing Nama Tanda Tangan Tanggal

Pembimbing I Dr. Techn. Suyitno, S.T., M.T.

NIP. 19740902 2001121 002

____________ ____________

Pembimbing II Zainal Arifin, S.T., M .T.

NIP. 19730308 2000031 001

(3)

ABSTRAK

Yuda Virgantara Agustia

NIM: I0410035

Pewarna alami, curcumin, diekstrak dari Curcuma longa dengan metode ekstraksi maserasi. Pewarna tersebut selanjutnya digunakan sebagai sensitizer pada dye-sensitized solar cell (DSSC) dengan pemurnian menggunakan metode kolom kromatografi. Pewarna tersebut ditambahkan unsur Cu dari CuSO4.5H2O

untuk meningkatkan stabilitas dan meningkatkan efisiensi dari DSSC. Krakteristik dari pewarna tersebut di pelajari. Efisiensi konversi arus nya adalah 0,259% untuk pewarna Cu-curcumin, yang 1,4 kali dari pewarna curcumin. Arus short-circuit (Jsc), tegangan open-circuit (Voc), dan fill factor dari DSSCs dari pewarna

Cu-curcumin berturut-turut sebagai berikut 0,658 mA/cm2, 630 mV, dan 0,62.

Pengujian stabilitas juga dilakukan dengan temperatur 50°C pada 100 jam dan 200 jam. Stabilitas DSSC berpewarna Cu-curcumin lebih baik dibandingkan dengan DSSC berpewarna curcumin. Efisiensi sel surya berpewarna Cu-curcumin adalah 0,179% pada 100 jam dan 0,046% pada 200 jam. Maka dari itu penambahan unsur Cu pada pewarna curcumin menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi dan stabilitas yang lebih baik dari pada pewarna curcumin.

Kata kunci: pewarna alam, curcumin, dye-sensitized solar cell, kestabilan,

(4)

ABSTRACT

Yuda Virgantara Agustia

NIM: I0410035

The natural dye, curcumin, was extracted from Curcuma longa by using a maceration extraction methode. It was used as a sensitizer in a dye-sensitized solar cell (DSSC) with purification using column chromatography methode. The dye was modified by Cu from CuSO4.5H2O for increasing the stabilization and

the conversion efficiency. The characteristics of the dye were studied. The current conversion efficiency was 0.259% for the Cu_curcumin dye, which was 1.4 times of the bare curcumin dye. The short circuit current density (Jsc), open circuit voltage (Voc), and fill factor of the DSSC by using the Cu-curcumin dye were 0.658 mA/cm2, 630 mV, and 0.62 respectively. The test of stabilitation had done on the temperature of 50°C for 100 hours and 200 hours. The stability of DSSC which used the Cu-curcumin dye was better than that of used the curcumin dye. The efficiency of DSSC using the Cu-curcumin dye was 0.179% at 100 hours and 0.046% at 200 hours. Therefore, the modification of Cu on the curcumin dye results in slightly higher conversion efficiency and the better stability than the bare curcumin dye.

Keywords: the natural dye, curcumin, DSSC, the stabilazation, the current

(5)

MOTTO

MAN JADDA WA JADA

Siapa yang bersunggung – sungguh, akan berhasil Hai orang – orang yang beriman

Jadikanlah sabar dan shalatmu sebagai penolongmu, Sesungguhnya Allah beserta orang – orang yang sabar. ( Al – Baqarah : 153 )

Harus konsisten dalam menekuni bidang disiplin ilmu yang anda pelajari.

Korena konsisten anda bisa seperti saya. (B.J. Habibie)

If you think you can so you can

If you think you can’t so you never can (Yuda Virgantara Agustia)

Berusaha itu penting sedangkan berdo’a itu wajib

Usaha dan berdo’a adalah keutamaan jalan kita untuk sukses (Yuda Virgantara Agustia)

(6)

HALAMAN PERSEMBAHAN

Bismillahirrohmanirohim, Alhamdulillahirrobilalamin.

Dengan rahmat Allah yang Maha Pengasih lagi Maha Penyayang. Penuh rasa syukur saya persembahkan karya ini untuk... Kedua orang tua saya, bapak dan ibu, atas limpahan do’a dan kasih sayang yang tak terhingga, serta selalu memberikan yang terbaik.

Kedua kakak saya yang tak pernah lelah memberikan motivasi selama proses awal perkulihan hingga penulisan skripsi ini. Bapak Dr. techn. Suyitno S.T.,M.T. dan Bapak Zainal Arifin S.T., M.T. yang telah memberi bimbingan, kedisiplinan, dan pengalaman bekerja manjalan projek-projek.

Sahabat MEKATRO (Mesin Angkatan Rong Ewu Sepuluh) sebagai teman menuntut ilmu dan cerita di bangku perkuliahan. Semoga kita semua menjadi insyinyur – insyinyur muda penerus bangsa yang sukses. Aamiiin.

Keluarga besar UKM INKAI UNS (Unit Kegiatan Mahasiswa Institut Karate-Do Indonesia Universitas Sebelas Maret Surakarta), sebagai keluarga sekaligus tempat menempa diri menjadii pribadi yang lebih baik untuk menyongsong masa depan. Semoga UKM INKAI UNS selalu menjadi tempat menempa yang terbaik untuk mahasiswa UNS selamanya dan menghasilkan karateka – karateka yang memiliki integritas tinggi, tangguh, dan rendah hati yang menjunjung nilai – nilai karate serta sumpah karate.

Dan seseorang yang spesial, Shara Maharani, yang mengisi kekosongan hati dengan memberikan suntikan semangat, selalu ada suka maupun duka, serta mengingatkanku untuk tak bermalas-malasan.

(7)

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur atas kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya kepada penulis sehingga mampu menyelesaikan penyusunan skripsi dengan judul “Uji Stabilitas Curcumin sebagai Natural Dye untuk Photosensitizer pada Dye Sensitized Solar Cell (DSSC)”. Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan jenjang pendidikan strata satu (S1) di jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih atas segala bantuan dan perhatian selama melaksanakan riset dan penyusunan skripsi kepada:

 Allah SWT atas ridhoNya telah menghendaki terselesaikannya skripsi ini  _{Bapak dan Ibu serta seluruh anggota keluarga yang selalu memberikan}

dukungan penuh secara moral dan materi

 Bapak Dr. techn. Suyitno, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing I dan Bapak Zainal Arifin, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing II yang telah memberikan inspirasi dan bimbingan dalam menyelesaikan penulisan skripsi ini

 Bapak Dr. eng. Syamsul Hadi, S.T., M.T., Bapak Agung Tri Wijayanta, M.Eng., Ph.D., dan Bapak R. Lulus Lambang S.T., M.T. selaku dosen penguji yang telah memberikan koreksi dalam setiap detail hasil penelitian agar menjadi lebih baik

 Seluruh Dosen Teknik Mesin yang telah memberikan ilmu, inspirasi, dan motivasi selama menjalani proses perkuliahan

 Rekan seperjuangan MEKATRO (Teknik Mesin Angkatan 2010) atas bantuan dukungan semangat dan motivasinya selama ini, semoga selalu diberi kumudahan dan kesuksesan karir

 Keluarga Besar UKM INKAI UNS yang telah memberi warna hidup dan pengalaman luar biasa semasa kuliah, semoga UKM INKAI UNS semakin besar dan selalu jaya

(8)

 Catur, Dedi, Dewi, Adi, Jordie, Aryo, Aris, Bambang, Pak Basuki, Pak Subur, dan mas Ratno yang selalu siap menemani jam ektra malam di Laboratorium

 Shara Maharani yang tak pernah lelah untuk selalu memberi dukungan, mengingatkan, dan mendoakan ku untuk menyelesaikan skripsi ini

 Semua pihak yang telah membantu dalam proses pembuatan skripsi ini, walaupun penulis tidak bisa menyebutkan satu persatu, tetapi kontribusi anda sekalian sangat berarti.

Penulis telah berusaha memberikan hasil yang terbaik dan penulis berharap semoga skripsi ini bisa bermanfaat serta menambah wawasan bagi yang membacanya. Penulis juga menyadari masih terdapat banyak kekurangan oleh karena itu saran dan kritik yang membangun penulis harapkan untuk menghasilkan karya berikutnya yang lebih baik lagi.

Surakarta.

(9)

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i HALAMAN PENGESAHAN ... ii ABSTRAK ... iii ABSTRACT ... iv MOTTO ...v HALAMAN PERSEMBAHAN ... vi

KATA PENGANTAR ... vii

DAFTAR ISI... ix

DAFTAR GAMBAR ... xii

DAFTAR TABEL... xiii

BAB I PENDAHULUAN...1

1.1. Latar Belakang...1

1.2. Perumusan Masalah ...3

1.3. Batasan Masalah ...4

1.4. Tujuan dan Manfaat Penelitian ...4

1.5. Sistematika Penulisan ...4

BAB II KAJIAN PUSTAKA...6

2.1. Tinjauan Pustaka...6

2.1.1. Jenis zat pewarna...6

2.1.2. Pewarna alami sebagai sensitizer DSSC...8

2.1.3. Parameter yang berpengaruh pada kualitas natural dye sebagai sensitizer DSSC ...9

2.1.4. Curcumin sebagai sensitizer DSSC...11

2.1.5. Mekasnisme degradasi curcumin ...12

2.2. Dasar Teori...13

2.2.1. Dye-sensitized solar cell (DSSC)...13

2.2.2. Cara kerja DSSC ...14

2.2.3. Karakteristik DSSC ...14

(10)

3.3. Bahan ... ... 17

3.4. Diagram Alir Penelitian ...19

3.5. Uji Stabilitas Warna dan DSSC ... 21

3.6. Variasi Pengujian ... 22

BAB IV HASIL PENELITIAN ...24

4.1. Uji Karakteristik Pewarna pada 0 jam ...23

4.2. Uji Karakteristik Pewarna padaDSSC dengan kondisi 0 jam...26

4.2. Uji Durability Pewarna pada DSSC...28

BAB V PENUTUP...32

5.1. Kesimpulan ...32

5.2. Saran ...32

DAFTAR PUSTAKA ...34

(11)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Struktur molekul zat pewarna alami untuk sensitizer: (a) Xanthophyll, (b) Antosianin, dan (c) Curcumin (Hemalatha, K.V., et

al., 2012) ... 1

Gambar 1.2. Model ikatan zat pewarna alami dengan semikonduktor: a) ikatan ester, b) ikatan chelating, dan c) ikatan jembatan bidentate (Ooyama, Y. and Harima, Y., 2012)... 2

Gambar 2.1. Struktur macam-macam ruthenium dye... 6

Gambar 2.2. Rumus struktur curcumin (a) bentuk Keto (b) bentuk Enol (Kim, H.-J., et al., 2013)... 7

Gambar 2.3. Rumus struktur antosianin (Mateus, N., 2009)... 7

Gambar 2.4. (a) Delphinidine dan cyanidine pada ekstrak bunga rosella (b) Ternatin pada ekstrak bunga blue pea (Wongchareea, K., et al., 2006). ... 8

Gambar 2.5. Struktur kimia: (a) cyanin (b) nasunin (Calogero, G. and Marco, G.D., 2008) ... 10

Gambar 2.6. Spektrum penyerapan cahaya dari bunga rosella pada semikonduktor TiO2: (a) ekstrak menggunakan air, setelah dirakit; (b) ekstrak menggunakan air, setelah 3 jam disinari simulasi cahaya matahari; (c) ekstrak menggunakan etanol, setelah dirakit; (d) ekstrak dengan etanol, setelah 3 jam disinari simulasi cahaya matahari (Wongchareea, K., et al., 2006) ... 11

Gambar 2.7. Skema perkembangan sensitizer DSSC ... 12

Gambar 2.8. Reaksi Hidrolisis Curcumin ... 13

Gambar 2.9. Struktur DSSC ... 14

Gambar 2.10.Skema kerja dari DSSC ... 15

(12)

Gambar 4.1. UV-Vis Spectrophotometry pewarna curcumin dan Cu-curcumin... 23 Gambar 4.2. FT-IR spectrophotometry pewarna curcumin dan Cu-curcumin ... 23 Gambar 4.3. Ikatan chelating pewarna curcumin (a) dan Cu-curcumin (b) dengan

TiO2 ... 24 Gambar 4.4. Tingkat energi HOMO-LUMO pewarna curcumin dan Cu-curcumin . 25 Gambar 4.5. Kurva I-V dari DSSC dengan pewarna curcumin dan Cu-curcumin.... 27 Gambar 4.6. UV-Vis spectrophotometry dari curcumin dye pada (a) 0 jam, (b)

100 jam, dan (c) 200 jam ... 29 Gambar 4.7. FT-IR spectrophotometry pewarna curcumin dan Cu-curcumn

setelah perlakuan 100 jam dan 200 jam ... 30 Gambar 4.8. Cyclic voltametry pewarna curcumin dan Cu-curcumin setelah

perlakuan 0 jam, 100 jam, dan 200 jam ... 30 Gambar 4.9. Kurva I-V dari DSSC berpewarna curcumin dan Cu_curcumin

(13)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Berbagai jenis pewarna alami untuk DSSC ...9

Tabel 3.1. Variasi pengujian...23

Tabel 4.1. Cyclic voltammetry pewarna curcumin dan Cu-curcumin ...26

Tabel 4.2. Hasil uji solar simulator ...27

Tabel 4.3. Kinerja sel surya dengan pewarna curcumin setelah diberi perlakuan 100 dan 200 jam ...28

Tabel 4.4. Prosentase penurunan kinerja sel surya setelah diberi perlakuan 100 dan 200 jam ...28

Tabel 4.5. Cyclic voltametry dari pewarna curcumin dan Cu-curcumin pada 100 jam...31

Tabel 4.6. Cyclic voltametry dari pewarna curcumin dan Cu-curcumin pada 200 jam...31