PENGARUH FRAKSI KLOROFIL SPIRULINA SP TERHADAP SIFAT LISTRIK DENGAN STRUKTUR DYE SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC)

(1)

i

PENGARUH FRAKSI KLOROFIL SPIRULINA SP

TERHADAP SIFAT LISTRIK DENGAN STRUKTUR

DYE SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC)

Disusun Oleh :

FITRIA HASTAMI

M0207004

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagian

persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET

JANUARI, 2012

commit to user

(2)

ii

HALAMAN PENGESAHAN

Skripsi dengan judul :

Pengaruh Fraksi Klorofil Spirulina sp terhadap Sifat Listrik dengan Struktur Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) Yang ditulis oleh :

Nama : Fitria Hastami

NIM : M0207004

Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan penguji pada :

Hari : Selasa

Tanggal : 3 Januari 2012

Dewan Penguji

1. Dr. Yofentina Iriani, S.Si., M.Si ……….

NIP.19711227 199702 2 001

2. Sorja Koesuma, S.Si., M.Si ……….

NIP.19720801 200003 1 001

3. Dr. Agus Supriyanto, S.Si., M.Si ……….

NIP.19690826 199903 1 001

4. Dr. Eng. Risa Suryana, S.Si., M.Si ……….

NIP.19710831 200003 1 005

Disahkan Oleh : Ketua Jurusan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta

Ketua Jurusan Fisika

Ahmad Marzuki, S.Si.,Ph.D NIP.19610223 198601 10001

(3)

iii

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual dari skripsi saya yang berjudul “Pengaruh Fraksi Klorofil Spirulina sp terhadap Sifat Listrik dengan Struktur Dye Sensitized Solar Cell (DSSC)” adalah hasil kerja keras dan sepengetahuan saya. Dalam skripsi ini tidak berisi tentang materi yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain serta materi yang telah diajukan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret Surakarta ataupun di Perguruan Tinggi lainnya kecuali telah dituliskan dalam daftar pustaka skripsi ini dan segala bentuk bantuan dari semua pihak telah ditulis.

Surakarta, 3 Januari 2012 Penulis

Fitria Hastami

(4)

iv ABSTRAK

PENGARUH FRAKSI KLOROFIL SPIRULINA SP TERHADAP SIFAT LISTRIK DENGAN STRUKTUR DYE SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC)

Fitria Hastami

Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret

Telah dilakukan penelitian mengenai pengaruh fraksi klorofil Spirulina sp terhadap sifat listrik dengan struktur Dye Sensitized Solar Cell (DSSC). DSSC merupakan sel surya fotoelektrokimia yang menggunakan energi cahaya untuk reaksi kimia yang menghasilkan energi listrik. Susunan DSSC terdiri dari substrat kaca FTO (Flourine doped Tin Oxide) yang dilapisi titanium dioksida, dye, larutan Iodine, dan kaca FTO yang dilapisi karbon dari grafit pensil kayu. Dye

Sensitizer yang digunakan adalah klorofil alami yang berasal dari ekstrak Spirulina sp. Optimasi dye dalam DSSC menggunakan fraksi yang diperoleh dari

hasil kromatografi yang digunakan yaitu Sp1, Sp2, dan Sp3. Pengukuran sifat listrik dengan karakterisasi I-V dengan Keithley 2602A. Nilai Responsivitas untuk DSSC dengan dye Sp1 sebesar 1,83x10-8 (A/[Watt/m2]), DSSC dengan dye Sp2 1,66x10-8 _(A/[Watt/m2_{]), dan DSSC dengan dye Sp}

3 0,54x10-8 (A/[Watt/m2]). Hasilnya menunjukan bahwa fraksi klorofil Spirulina sp memiliki pengaruh terhadap sifat listrik dengan struktur DSSC.

Kata kunci : DSSC, fraksi klorofil, sifat listrik

(5)

v ABSTRACT

THE INFLUENCE OF CHLOROPHYLL FRACTIONS OF SPIRULINA SP ON DYE SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC) STRUCTURED

ELECTRICAL PROPERTIES Fitria Hastami

Departement of Physics. Faculty of Science Sebelas Maret University

The influence of chlorophyll fractions Spirulina sp on Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) structured electrical properties have been investigated. DSSC is the type of photoelectrochemistry solar cell which used solar energy to perform chemistry reaction to produce electric energy. The structure of DSSC consist of FTO (Flourine doped Tin Oxide) as a glass substrat with titanium dioxide film, dye, electrolyte Iˉ, and FTO glass with carbon catalyst. Dye which used as dye sensitizer is natural dye from extract of Spirulina sp. Chlorophyll fraction from chromatografi separation which used is Sp1, Sp2, and Sp3. Measurement of electrical properties with I-V characterization with Keithley 2602A. And responsivity value for DSSC with dye Sp1is 1,83x10-8(A/[Watt/m2]), DSSC with dye Sp2 is 1,66x10-8 (A/[Watt/m2]), and DSSC with dye Sp3 is 0,54x10-8 (A/[Watt/m2_{]). The result showed that the fraction of chlorophyll Spirulina sp has} an influence on the electrical properties with DSSC structured .

Key words : DSSC, Chlrophyll fraction, electrical properties

(6)

vi

MOTTO DAN PERSEMBAHAN

Allah, tidak ada Tuhan melainkan Dia Yang Hidup kekal lagi terus menerus mengurus (Makhluk-Nya); tidak mengantuk dan tidak tidur . Kepunyaan-Nya apa yang dilangit dan di bumi, Siapakah yang dapat memberi syafa’at di sisi Allah tanpa izin-Nya?Allah mengetahui apa apa yang dihadapan mereka dan di belakang mereka, dan mereka tidak mengetahui apa apa dari ilmu Allah melainkan apa yang di kehendaki-Nya. Kekuasaan Allah meliputi langit dan bumi. Dan Allah tidak merasa berat memlihara keduanya, dan Allah Maha Tinggi Lagi Maha Besar

( QS AL-Baqarah 255)

Don’t be afraid of missing opportunities. Behind every failure is an opportunity somebody wishes they had missed.

( Lily Tomlin )

Berkat Rahmat Allah SWT, dapat saya persembahkan skripsi ini untuk :

Bapak Mochtar Sardi dan Ibu Rahayu Tercinta Maria, mbak lina, mas yudhi Almamater Universitas Sebelas Maret

vi

( Lily Tomlin )

vi

( Lily Tomlin )

(7)

vii

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur penulis panjatkan atas kehadirat Allah SWT, atas rahmat, hidayah, serta inayahNya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul

Pengaruh Fraksi Klorofil Spirulina sp terhadap Sifat Listrik dengan Struktur Dye Sensitized Solar Cell (DSSC). Sebagai salah satu syarat meraih

gelar sarjana Sains di jurusan Fisika FMIPA UNS.

Dalam penyusunan skripsi ini, penulis mendapatkan bimbingan, bantuan , dan dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu pada kesempatan ini perkenankanlah penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada :

1. Bapak Dr. Agus Supriyanto,S.Si., M.Si selaku pembimbing I 2. Bapak Dr. Eng. Risa Suryana, S.Si., M.Si selaku pembimbing II 3. Bapak Mochtar Sardi dan Ibu Rahayu atas do’a, dukungan,

semangatnya

4. Maria, mbak lina, mas yudhi ,mbak novi, mas abdul, ponakan mungilku azhar, terima kasih support nya

5. Nugroho, Sisil, imel, wulan, atas motivasi dan semangatnya 6. Teman – teman tim material organik.

7. Teman teman angkatan 2007

8. Adik - adik dan kakak - kakak tingkat, terima kasih sudah menjadi teman dan motivasiku

Semoga Allah SWT melimpahkan rahmatNya untuk kita semua. Amin. Penulis sadar bahawa skripsi ini jauh dari sempurna, maka kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapakan. Akhir kata semoga Skripsi ini bermanfaat.

Surakarta, 3 Januari 2012

vii

KATA PENGANTAR

semangatnya

vii

KATA PENGANTAR

semangatnya

(8)

viii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN PENGESAHAN ... ii

HALAMAN PERNYATAAN... iii

HALAMAN ABSTRAK ... iv

HALAMAN ABSTRACT... v

HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN... vi

KATA PENGANTAR... vii

DAFTAR ISI ... viii

DAFTAR TABEL ... xi

DAFTAR GAMBAR... xii

DAFTAR LAMPIRAN... xiv

BAB I PENDAHULUAN... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah... 2

1.3 Batasan Masalah... 2

1.4 Tujuan Penelitian... 3

1.5 Manfaat Penelitian... 3

BAB II LANDASAN TEORI...… .... 4

2.1 DSSC... …….4

2.1.1 Prinsip Kerja DSSC ... ... 4

2.2 Material DSSC ... 6

2.2.1 Substrat ... 6

2.2.2 Semikonduktor TiO

2

... 7

2.2.3 Dye ... 7

2.2.3.1 Klorofil sebagai dye ... 8

2.2.3.2 Spirulina sp ... 10

commit to user

(9)

ix

2.2.3.3 Kandungan Klorofil ... 10

2.2.3.4 Karakterisasi Sifat Optik dan Sifat Listrik... 11

2.2.3.4.1 Karakterisasi Sifat Optik... 11

2.2.3.4.2 Karakterisasi Sifat Listrik ... 13

2.2.4 Elektrolit... 14

2.2.5 Elektroda lawan ... 15

2.3 Responsivitas Fotodioda ... 15

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 17

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ... 17

3.2 Alat dan Bahan ... 17

3.2.1 Alat Penelitian ... 17

3.2.2 Bahan Penelitian ... 18

3.3 Diagram Alur Penelitian ... 20

3.3.1 Persiapan ... 21

3.3.2 Isolasi dye klorofil ... 21

3.3.2.1 Ekstraksi Spirulina sp... 21

3.3.2.2 Kromatografi... 22

3.3.3 Karakterisasi Optik Dye Spirulina sp ... 24

3.3.4 Karakterisasi I-V larutan klorofil ... 25

3.3.5 Preparasi Elektroda Kerja... 26

3.3.6 Preparasi Larutan Elektrolit... 26

3.3.7 Preparasi Elektroda Lawan... 27

3.3.8 Perangkaian DSSC... 27

3.3.9 Pengujian Karakteristik I-V DSSC ... 28

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 29

4.1 Isolasi dye klorofil Spirulina sp... 29

4.2 Karakterisasi Optik dan Karakterisasi I-V Dye ... 30

4.2.1 Karakteristik Optik Dye klorofil Spirulina sp... 30

4.2.2 Kandungan Klorofil Spirulina sp ... 32

commit to user

(10)

x

4.2.3 Karakterisasi I-V Larutan Klorofil Spirulina sp ... 33

4.3 Pengukuran Sifat Listrik Fraksi Klorofil Spirulina Sp dengan struktur

DSSC ... 36

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 42

5.1 Kesimpulan... 42

5.2 Saran ... 42

DAFTAR PUSTAKA... 43

LAMPIRAN... 46

(11)

xi

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 4.1. Nilai puncak absorbansi larutan klorofil ... 31

Table 4.2. Kandungan klorofil masing masing sampel Spirulina sp... 32

Tabel 4.3. Tabel konduktivitas dye klorofil Spirulina sp... 35

Tabel 4.4. Nilai Responsivitas DSSC ... 41

(12)

xii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Struktur dan komponen DSSC ... 5

Gambar 2.2. Prinsip kerja dari DSSC ... 6

Gambar 2.3. Struktur anatase (a) dan rutile (b) pada TiO

2

... 7

Gambar 2.4. Struktur molekuler klorofil ... 8

Gambar 2.5. Spektrum absorbs cahaya tampak klorofil a dan klorofil b ... 9

Gambar 2.6. Skema Hukum Lambert-Beer... 11

Gambar 2.7. Struktur Iodine... 14

Gambar 3.1. Diagram penelitian... 20

Gambar 3.2. Bubuk Spirulina sp ... 21

Gambar 3.3. Ekstraksi klorofil Spirulina sp... 22

Gambar 3.4. Kolom kromatografi dan statif ... 23

Gambar 3.5. UV-Vis Spectrophotometer Lambda 25 ... 24

Gambar 3.6. Elkahfi 100 I-V Meter ... 26

Gambar 3.7. Larutan elektrolit ... 27

Gambar 3.8. Perangkaian DSSC dengan struktur berlapis (sandwich) ... 28

Gambar 3.9. Solar Power Meter 1333R dan Keithley 2602A ... 28

Gambar 4.1. Larutan hasil ekstraksi ... 29

Gambar 4.2. Perbedaan warna hasil kromatografi ... 30

Gambar 4.3. Grafik absorbansi larutan klorofil Sp

1

, Sp

2

, dan Sp

3

... 30

Gambar 4.4. Grafik karakterisasi I-V pada Sp

1

, Sp

2

, dan Sp

3

kondisi terang... 34

Gambar 4.5. Grafik karakterisasi I-V pada Sp

1

, Sp

2

, dan Sp

3

kondisi gelap... 35

Gambar 4.6. Pengukuran DSSC pada kondisi terang ... 36

Gambar 4.7. Grafik karakterisasi I-V DSSC dengan dye Sp

1

... 37

Gambar 4.8. Grafik karakterisasi I-V DSSC dengan dye Sp

2

... 37

Gambar 4.9. Grafik karakterisasi I-V DSSC dengan dye Sp

3

... 38

(13)

xiii

Gambar 4.10. Grafik perbandingan DSSC tanpa elektrolit dan DSSC dengan

elektrolit pada kondisi terang ... 40

Gambar 4.11. Grafik perbandingan DSSC tanpa elektrolit dan DSSC dengan

elektrolit pada kondisi gelap ... 40

(14)

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1 Perhitungan kandungan klorofil untuk masing masing fraksi... 46

Lampiran 2 Perhitungan konduktivitas larutan klorofil Spirulina sp ... 47

Lampiran 3 Perhitungan nilai Responsivitas (R

e

) ... 48

Lampiran 4 Struktur rutile TiO

2

hasil XRD... 49

(15)

1 BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah

Perkembangan paling berarti dalam penelitian sel surya adalah penemuan sel surya yang menggunakan pewarna tersensitasi atau Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) oleh Michael Grätzel pada 1991. Dye Sensitizer berasal dari dua kata yaitu, dye dan sensitization. Dye merupakan molekul pigmen atau senyawa kimia yang dapat menyerap cahaya, sensitization merupakan proses yang membuat sel surya menjadi peka terhadap cahaya. Sel surya ini disebut juga dengan sel Grätzel, yaitu jenis sel surya yang melibatkan proses absorbsi optis dan proses pemisahan muatan karena keberadaan sensitizer sebagai materi penyerap cahaya dengan semikonduktor berpita lebar yang memiliki struktur morfologi nanokristalin.

Pada DSSC terjadi proses injeksi yaitu proses transfer elektron dari molekul

dye ke daerah pita konduksi semikonduktor yang terjadi karena adanya absorbsi

cahaya (Agot et.al; 2001). Lapisan dye berfungsi sebagai absorber sinar matahari yang utama sehingga menghasilkan aliran elektron. Proses penyerapan cahaya matahari oleh sel surya nanokristal titanium dioksida (TiO2) tersensitasi dye menyerupai mekanisme fotosintesis pada daun tumbuhan dengan klorofil sebagai

dye-nya. Dye yang digunakan sebagai sensitizer dapat berupa dye sintesis maupun dye alami. DSSC komersial dengan dye sintesis jenis ruthenium complex telah

mencapai efisiensi 10% (Gratzel, 2003). Namun karena jumlahnya yang terbatas dan harganya yang relatif mahal. Maka perlu adanya alternatif lain sebagai pengganti dye jenis ini yaitu dye alami.

Salah satu penelitian terbaru menyatakan bahwa larutan klorofil dari

Spirulina sp telah memenuhi karakteristik sebagai dye pada DSSC (Sumaryanti,

2010). Syarat agar dye mampu berfungsi sebagai sensitizer adalah bahan tersebut mampu menjadi medium transfer pembawa muatan listrik sebagai akibat foton yang diserap (Supriyanto dkk, 2009). Maka dari itu dalam penelitian ini

(16)

menggunakan dye alami dari klorofil Spirulina sp yang di ekstrak menggunakan metode kromatografi.

1.2. Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah yang telah dikemukakan, maka dapat dirumuskan beberapa masalah sebagai berikut :

1. Bagaimana kemampuan absorbansi dari fraksi klorofil Spirulina sp yang akan digunakan sebagai dye?

2. Bagaimana karakteristik I-V dari fraksi klorofil Spirulina sp yang akan digunakan sebagai dye?

3. Bagaimana pengaruh fraksi klorofil Spirulina sp terhadap sifat listrik dengan struktur DSSC?

1.3. Batasan Masalah

Beberapa batasan perlu diberikan agar permasalahan yang akan dibahas menjadi terarah. Batasan tersebut adalah sebagai berikut :

1. Dye pada penelitian ini merupakan fraksi klorofil dari ekstrak Spirulina sp hasil pemisahan kromatografi sebanyak 3 fraksi, yaitu Sp1 untuk warna hijau pekat, Sp2untuk warna hijau tidak pekat, dan Sp3untuk warna hijau kekuning-kuningan.

2. Karakteristik optik meliputi absorbansi menggunakan UV-Vis Spectrometer Lambda 25 dan karakterisasi listrik I-V dengan Elkahfi 100 I-V meter.

3. Deposisi TiO2pada kaca Fluorine doped Tin Oxide (FTO) menggunakan metode slipcasting.

4. Karakteristik I-V fraksi klorofil Spirulina sp dengan struktur DSSC dengan Keithley 2602A .

(17)

1.4.Tujuan Penelitian

Adapun tujuan penelitian yang ingin dicapai dalam penyusunan tugas akhir ini adalah:

1. Mengetahui kemampuan absorbansi dari fraksi klorofil Spirulina sp yang akan digunakan sebagai dye.

2. Mengetahui karakteristik I-V dari fraksi klorofil Spirulina sp yang akan digunakan sebagai dye.

3. Mengetahui pengaruh fraksi klorofil Spirulina sp terhadap sifat listrik dengan struktur DSSC.

1.5. Manfaat Penelitian

Dari penelitian yang dilakukan, dapat diperoleh manfaat sebagai berikut : 1. Mengkaji pembuatan DSSC sebagai sarana alternatif energi terbarukan. 2. Mengetahui prinsip kerja sel surya tersensitasi zat warna.

3. Teknologi pembuatan DSSC yang dikembangkan pada penelitian ini dapat menjadi studi awal untuk penelitian lebih lanjut sehingga menghasilkan sel surya yang mempunyai kinerja lebih baik.

(18)

4 BAB II

LANDASAN TEORI

2.1. DSSC (Dye-Sensitized Solar Cell)

Dye Sensitized Solar Cell (DSSC), pertama kali ditemukan oleh Michael

Gratzel pada tahun 1991, kemudian menjadi salah satu topik penelitian yang dilakukan intensif oleh peneliti di dunia. DSSC disebut juga terobosan pertama dalam teknologi sel surya sejak sel surya silikon. Penemuan Gratzel tersebut berhubungan dengan penerapan prinsip efisiensi kompleks ruthenium untuk mengaktifkan semikonduktor oksida, yang sangat sensitif di daerah cahaya tampak (visible region). DSSC terdiri dari sebuah elektroda kerja, sebuah elektroda lawan dan sebuah elektrolit. Zat warna dari ruthenium complexs melekat pada pori nanokristal dari film semikonduktor, misalnya TiO2 yang merupakan elektroda kerja. Selain itu digunakan kaca konduktif platina sebagai elektroda lawan dan larutan I3-/I-sebagai elektrolit (Halme, 2002). DSSC atau Sel

Gratzel ini sangat menjanjikan karena pembuatannya tidak membutuhkan peralatan yang rumit. Efisiensi DSSC dengan dye ruthenium (II) polypyridyl

complex mencapai 10% (Gratzel, 2003)

2.1.1. Prinsip Kerja DSSC

Prinsip kerja sel surya jenis DSSC pada dasarnya melibatkan tiga komponen utama, yaitu elektroda kerja yang berfungsi untuk menyerap foton dan membangkitkan elektron bebas, elektroda lawan, dan elektrolit yang berfungsi sebagai penghubung kedua jenis elektroda tersebut. Elektroda kerja merupakan lapis tipis TiO2 pada substrat kaca transparan. Energi cahaya yang diterima oleh DSSC mengakibatkan tereksitasinya elektron dari pita HOMO (High Occupied

Molecular Orbital) ke pita LUMO (Low Unoccupied Molecular Orbital) karena

adanya perbedaan tingkat energi dari pita konduksi semikonduktor TiO2 yang lebih rendah dibandingkan dengan orbital LUMO pada dye, maka akan

(19)

menyebabkan terjadinya perpindahan elektron dari orbital LUMO dye ke pita konduksi dari semikonduktor dan selanjutnya ke kaca konduktif (Natalita, 2011)

Gambar 2.1. Struktur dan Komponen DSSC (Gratzel, 2003)

Absorbsi cahaya dari DSSC dilakukan oleh molekul dye dan separasi muatan oleh injeksi elektron dari dye pada TiO2 di permukaan elektrolit semikonduktor. Dengan struktur pori yang nano maka permukaan dari TiO2 menjadi luas sehingga memperbanyak dye yang terabsorbsi dan akan meningkatkan efisiensi (O’Regan dan Gratzel, 1991). Saat penyusunannya, molekul dye menjadi sebuah lapisan dye yang tebal. Lapisan tersebut mampu meningkatkan kemampuan optik DSSC. Kontak langsung antara molekul dye dengan permukaan elektroda semikonduktor dapat memisahkan muatan dan berkontribusi pada pembangkit arus.

Prinsip kerja DSSC digambarkan dengan Gambar 2.2. Pada dasarnya prinsip kerja dari DSSC merupakan reaksi dari transfer elektron. Proses pertama dimulai dengan terjadinya eksitasi elektron pada molekul dye akibat absorbsi foton. Elektron tereksitasi dari ground state (D) ke excited state (D*).

+ → ∗ _(2.1)

Elektron dari exited state kemudian langsung terinjeksi menuju conduction

band (ECB) titania sehingga molekul dye teroksidasi (D+). Dengan adanya donor

(20)

elektron oleh elektrolit ( ) maka molekul dye kembali ke keadaan awalnya (ground state) dan mencegah penangkapan kembali elektron dye yang teroksidasi.

2 + 3 → + 2 (2.2)

Gambar 2.2. Prinsip Kerja dari DSSC (Natalita, 2011)

Setelah mencapai elektrode TCO, elektron mengalir menuju elektroda lawan melalui rangkaian eksternal. Dengan adanya katalis pada elektroda lawan, elektron diterima pada proses sebelumnya, berkombinasi dengan elektron membentuk iodide ( ).

+ 2 → 3 (2.3)

Iodide ini digunakan untuk mendonor elektron kepada dye yang teroksidasi,

sehingga terbentuk suatu siklus transport elektron. Dengan siklus ini terjadi konversi langsung dari cahaya matahari menjadi listrik.

2.2. Material DSSC 2.2.1. Substrat

Substrat yang digunakan dalam DSSC pada umumnya yaitu jenis TCO (Transparent Conductive Oxide) yang merupakan kaca transparan konduktif. Material Substrat pada DSSC memiliki fungsi sebagai badan dari sel surya, dan lapisan konduktifnya berfungsi tempat mengalirnya muatan. Material yang sering digunakan adalah Fluorine doped Tin Oxide ( FTO ) dan Indium Tin Oxide (ITO), hal ini dikarenakan pada proses pelapisan material pada substrat diperlukan proses

(21)

sintering pada suhu 400-500°C dan material tersebut merupakan pilihan tepat karena tidak mengalami defect pada rentang temperatur tersebut.

2.2.2. Semikonduktor TiO2

TiO2 merupakan material semikonduktor tipe-n yang mempunyai ukuran partikel antara 10-50 nm. TiO2 memiliki peran penting dalam pemanfaatan fotoenergi karena memiliki daya oksidatif dan stabilitas yang tinggi terhadap fotokorosi, selain itu harganya relatif murah , mudah didapat, dan tidak beracun (Gratzel, 2003). TiO2 mempunyai kemampuan untuk menyerap dye lebih banyak karena didalamnya terdapat rongga dan ukurannya dalam nano, sehingga disebut nanoporous. Struktur TiO2memiliki tiga bentuk, yaitu rutile, anatase, dan brukit. Rutile dan anatase cukup stabil, sedangkan brukit sulit ditemukan, biasanya brukit terdapat didalam mineral dan sulit untuk dimurnikan (Soleh, 2002).

Gambar 2.3. Struktur Anatase (a) dan Rutile (b) (Soleh, 2002)

2.2.3. Dye

Molekul dye berfungsi melakukan absorbsi cahaya pada permukaan TiO2. Sejauh ini dye yang digunakan dapat berupa dye sintesis maupun dye alami. DSSC komersial dengan penggunaan dye sintesis jenis ruthenium complexs memiliki efisiensi sebesar 10% (Gratzel, 2003), namun karena jumlahnya yang terbatas dan harganya yang mahal membuat adanya alternatif penggunaan dye alami yang dapat di ekstrak dari bagian tumbuhan seperti daun, bunga, atau buah (Maddu dkk, 2007). Zat warna yang dihasilkan oleh tumbuhan tersebut telah

(22)

terbukti mampu memberikan efek fotovoltaik walaupun efisiensi yang dihasilkan masih sangat kecil dibanding zat warna sintesis, namun demikian zat warna dari bahan organik sangat kompetitif untuk dijadikan fotosensitizer karena biaya produksi yang murah dan proses isolasi yang mudah (Anggraini, 2009).

2.2.3.1. Klorofil sebagai Dye

Ekstrak atau pigmen tumbuhan yang digunakan sebagai fotosensitizer pada daerah visible dapat berupa ekstrak klorofil (Amoa, 2003). Klorofil merupakan pigmen utama tumbuhan yang berfungsi untuk menyerap cahaya dan mengubahnya menjadi energi kimia yang dibutuhkan dalam mereduksi karbondioksida menjadi karbohidrat dalam proses fotosintesis. Zat ini terdapat pada kloroplas dalam jumlah yang banyak serta mudah untuk di ekstraksi kedalam pelarut aseton (Harbone, 1996). Klorofil memiliki struktur seperti pada gambar berikut

Gambar 2.4. Struktur Molekuler Klorofil (Shakhashiri, 2010)

Secara kimia semua klorofil mengandung satu inti porfirin (tetrapinol) dengan satu atom magnesium yang terikat kuat ditengahnya dan satu rantai samping dihidrokarbon panjang (fitil) tergabung melalui gugus asam karboksilat. Didalam tumbuhan sekurang-kurangnya terdapat lima jenis klorofil. Semua memiliki struktur dasar yang sama, tetapi memiliki sifat sesuai dengan rantai samping yang terikat pada sebelah kanan atas inti porfirin yang

(23)

macam. Klorofil a memiliki rantai samping dengan gugus metal dan klorofil b memiliki rantai samping dengan gugus aldehid. Klorofil a dan b terdapat pada tumbuhan tingkat tinggi seperti lumut dan paku-pakuan, sedangkan klorofil c, d, dan e hanya ditemukan dalam alga.

Gambar 2.5. Spektrum Absorbsi Cahaya Tampak Klorofil a dan Klorofil b (Larkum, 2003)

Pengubahan energi radiasi matahari (cahaya) menjadi energi kimia terjadi mula-mula karena eksitasi rangsangan elektron. Ini dapat diartikan secara sederhana dengan pemindah elektron dari orbit dasar (paling dekat dengan inti) ke orbit 1 atau 2 yang menjadi inti. Atom berada pada keadaan paling stabil bila elektron menempati garis orbit yang paling dekat dengan inti (keadaan energi paling kecil atau posisi dasar elektron). Karena garis orbit tempat mengorbitnya sangat definit, hanya gelombang cahaya dengan kandungan energi (kuanta atau foton) tertentu yang dapat menghasilkan transisi elektron. Kuanta cahaya yang memiliki energi yang lebih besar atau lebih rendah tidak efektif. Cahaya biru dan merah dari sinar matahari merupakan yang paling efektif menghasilkan transisi elektron. Hanya gelombang cahaya tertentu yang aktif dalam proses fotosintesis. Bagian radiasi yang aktif dalam fotosintesis yang dikenal dengan istilah

photosynthetic active radiation (PAR) adalah cahaya nampak yang terletak pada

panjang gelombang 400-700 nm.

(24)

2.2.3.2. Spirulina sp

Spirulina sp adalah sejenis tumbuhan air yang hanya memiliki satu sel dan

tumbuh didalam air yang beralkali. Air yang beralkali memiliki Ph lebih dari 8. Klasifikasi Spirulina sp menurut Bold & Wyne (1978) adalah sebagai berikut : Kingdom : Protista Divisi : Cyanophyta Kelas : Cyanophyceae Ordo : Nostocales Famili : Oscilatoriaceae Genus : Spirulina Spesies : Spirulina sp

Spirulina sp mengandung beberapa pigmen fotosintesis, yaitu klorofil a dan

b, xantofil, beta karoten, echinenone, mixoksantofil, zeaxanthin, canthaxanthin,

diatoxantin, trihidroksi echinenone, beta-cryptoxantin, oscillaxanthin,

diatoxanthin, phycobiliprotein c-phycocyanin dan allophycocyanin. Pigmen

fotosintesis yang mendominasi Spirulina sp adalah klorofil a, klorofil b dan beta karoten. Klorofil a memiliki spektrum absorbsi yang stabil. Hal ini dikarenakan adanya konjugasi diantara ikatan rangkapnya (Lehninger, 1982). Spirulina sp memiliki kandungan klorofil lebih tinggi dibandingkan alfalfa yaitu sejenis legume yang paling kaya dengan klorofil, sekurang-kurangnya 4 kali lebih tinggi daripada sayur-sayuran biasa (Fikri, 2007). Bentuk tubuh Spirulina sp yang menyerupai benang merupakan rangkaian sel yang berbentuk silindris dengan dinding sel yang tipis, berdiameter 1-12 mm.

2.2.3.3. Kandungan Klorofil

Pengukuran klorofil a dan klorofil b dapat dilakukan dengan menentukan serapan langsung pada berbagai panjang gelombang. Nilai serapan larutan pada tiap panjang gelombang dapat diukur memakai UV- Vis Spektrofotometer Lambda

25. Adapun untuk mengetahui kandungan konsentrasi klorofil menggunakan

persamaan (Porra et.al; 1989 )

(25)

Chl-a =12.25 × A , − 2.55 × A ,

Chl-b=20.31 × A , − 4.91 × A , (2.4)

2.2.3.4. Karakterisasi Sifat Optik dan Listrik 2.2.3.4.1. Karakterisasi Sifat Optik

Berkas cahaya yang dikenakan pada sebuah materi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.6 akan mengalami tiga hal yaitu absorbsi, refleksi, dan transmisi.

Gambar 2.6. Skema Hukum Lambert-Beer (Ingle, 1988)

Hukum Lambert menyatakan bahwa berkas cahaya datang yang diabsorbsi oleh suatu materi tidak bergantung pada intensitasnya. Hukum Lambert ini hanya berlaku jika di dalam material tidak ada reaksi kimia ataupun proses fisis yang dapat dipicu oleh berkas cahaya datang tersebut. Intensitas cahaya yang di absorbsi oleh material tersebut dapat dituliskan dalam persamaan (2.5) (Ingle, 1988).

0

I T

I   (2.5)

Hukum Beer menyatakan bahwa absorbansi cahaya berbanding lurus dengan konsentrasi dan ketebalan media yang dinyatakan dalam Persamaan (2.6) (Ingle, 1988). lc T Log I I A log( ) ( )  0 (2.6)

Sehingga diperoleh Persamaan (2.7) (Ingle, 1988).

(26)

lc A I I T _ _₁₀ _₁₀ 0 (2.7)

Koefisien absorbsi α dapat diperoleh menggunakan Persamaan (2.8) (Ingle, 1988). ) ln( 1 ln 1 0 T l I I l _        (2.8) Keterangan : A adalah absorbansi



adalah koefisien absorbansi (cm-1₎ T adalah transmitansi

Ioadalah daya cahaya datang (W.m-2)

I adalah daya cahaya keluar (W.m-2₎

c adalah konsentrasi molar (mol. l-1₎

l adalah tebal media (cm)

Absorbsi cahaya oleh suatu molekul merupakan suatu bentuk interaksi antara gelombang cahaya atau foton dan atom atau molekul. Energi cahaya diserap oleh atom atau molekul dan digunakan oleh elektron di dalam atom atau molekul tersebut untuk bertransisi ke tingkat energi yang lebih tinggi. Persamaan (2.9) (Beiser, 1999) menyatakan bahwa absorbsi hanya terjadi jika selisih kedua tingkat energi elektronik tersebut ΔE = E2– E1bersesuaian dengan energi cahaya

atau foton yang datang.

ΔE = Efoton

(2.9) Probabilitas absorbsi bergantung pada kerapatan elektron pada tingkat energi pita konduksi dan pita valensi serta tingkat energi cahaya yang datang. Jika energi cahaya yang datang lebih besar dari celah pita energi, maka koefisien absorbsi akan makin besar pula. Koefisien absorbsi berguna dalam penentuan besarnya pembangkitan pasangan elektron dan hole akibat adanya penyinaran.

(27)

2.2.3.4.2. Karakterisasi Sifat Listrik

Besarnya resistansi dari suatu larutan dapat diukur menggunakan metode

two point probe dengan menggunakan alat Elkahfi 100 I-V Meter . Pada metode

ini terdapat dua probe, yaitu satu probe arus dan satu probe tegangan. Probe pertama berfungsi untuk mengalirkan arus listrik dan probe yang lain untuk mengukur tegangan listrik ketika probe-probe tersebut dikenakan pada sampel. Dari variasi perubahan tegangan yang diberikan, akan diperoleh perubahan arus yang diukur sehingga besarnya resistansi berdasarkan nilai tegangan dan arusnya. Nilai resistansi sangat dipengaruhi oleh elektroda. Resistansi yang terukur merupakan resistansi total antara resistansi larutan klorofil dan resistansi elektroda. Bahan konduktor yang baik mempunyai nilai konduktivitas tinggi, sedangkan untuk bahan isolator, konduktivitasnya rendah karena tingginya resistivitas. Besarnya resistivitas berbanding terbalik dengan konduktivitas, dan hubungannya ditunjukkan dengan Persamaan (2.10) (Tipler, 2001).





 1 (2.10)

 merupakan konduktivitas (Ωm)-1_dan__{adalah resistivitas (Ωm).}

Medan listrik Edan rapat arus J akan dihasilkan pada suatu konduktor apabila konduktor tersebut dialiri arus, dimana besarnya rapat arus sebanding dengan kuat medan listrik dalam konduktor dan secara matematik dirumuskan oleh Persamaan (2.11) (Tipler, 2001).

E

J  (2.11)

J adalah rapat arus yang menunjukkan besarnya aliran muatan (I) pada suatu

konduktor persatuan luas (A), dan dinyatakan dengan Persamaan (2.12) (Tipler, 2001).

A I

J  (2.12)

Persamaan (2.11) digunakan untuk menentukan nilai medan listrik E pada konduktor tersebut apabila diberi tegangan V (Tipler, 2001).

L V

E (2.13)

(28)

L merupakan panjang penampang dalam satuan meter.

Mengacu pada Persamaan (2.11), (2.12), dan (2.13) diperoleh Persamaan (2.14). L V J .   _(2.14)

Nilai tahanan R dari suatu konduktor dirumuskan oleh Persamaan (2.10) (Tipler, 2001).

I V

R (2.15)

Berdasarkan Persamaan ( 2.14) dan ( 2.15) dapat diperoleh Persamaan (2.16).

A L I

V



.

 (2.16)

Sehingga resistansi dapat juga dinyatakan sesuai Persamaan (2.17).

A L

R



. (2.17)

Nilai resistansi berbanding lurus terhadap resistivitas bahan dan panjang resistor dan berbanding terbalik dengan luas penampang yang tegak lurus arah aliran arus. Persamaan (2.10) menunjukkan bahwa resistivitas berbanding terbalik dengan konduktivitas. Dengan konduktivitas kecil maka larutan itu lebih bersifat resistan (penghambat listrik) dan sebaliknya bila konduktivitas suatu bahan itu besar maka resistansi bahan tersebut akan kecil.

2.2.4. Elektrolit

Larutan elektrolit yang digunakan pada sistem DSSC berfungsi untuk menggantikan kehilangan elektron pada pita HOMO dari dye akibat eksitasi elektron dari pita HOMO (High Occupied Molecular Orbital) ke pita LUMO (Low Unoccupied Molecular Orbital) karena penyerapan cahaya tampak oleh dye. Elektrolit juga dapat menerima elektron pada sisi elektroda lawan. Pada umumnya pembuatan sel DSSC menggunakan pasangan elektrolit I- dan I3- sebagai

elektrolit, karena sifatnya yang stabil dan mempunyai reversibilitas yang baik (Wang et.al; 2005).

(29)

Gambar 2.7. Struktur Iodine (Wang et.al; 2005).

2.2.5. Elektroda lawan

Katalis dibutuhkan untuk mempercepat kinetika reaksi proses reduksi

triiodide pada TCO (Transparant Conductive Oxide). Platina merupakan material

yang umum digunakan sebagai katalis pada berbagai aplikasi, dan juga sangat efisien dalam aplikasinya pada DSSC. Walaupun platina memiliki kemampuan katalistik yang tinggi, namun platina merupakan material yang mahal, maka sebagai alternatif dikembangkan elektroda lawan berupa karbon sebagai lapisan katalis. Karena luas permukaannya yang tinggi elektroda lawan karbon mempunyai keaktifan reduksi triiodide yang menyerupai elektroda platina.

2.3. Responsivitas Fotodioda

Responsivitas merupakan sebuah ukuran dari sensitivitas yang memperhitungkan daerah aktif dari fotodioda. Salah satu metode standar yang digunakan untuk menentukan responsivitas dari fotodioda adalah dengan membagi arus short circuit (ISC) dengan intensitas cahaya dari sumber lampu yang

digunakan. Arus short circuit (ISC) merupakan arus pada saat tegangan nol.

Sedangkan intensitas cahaya dari suatu sumber cahaya dapat diukur dengan menggunakan Solar Power Meter .

Nilai responsivitas sendiri diperoleh dari kurva I-V seperti Gambar 2.8. Pada saat diberikan tegangan, maka akan menghasilkan arus tertentu. Persamaan untuk menghitung nilai responsivitas sendiri adalah

= (2.18)

(30)

Keterangan : Re adalah Responsivitas (A/[Watt/m2])

ISCadalah Arus short circuit (Ampere)

Eeadalah Intensitas cahaya (Watt m-2)

Gambar 2.8. Karakteristik Kurva I-V Fotodioda (Supriyanto dkk, 2009)

(31)

17

BAB III

METODE PENELITIAN 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian

Metode Penelitian yang digunakan adalah metode eksperimen. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Material Jurusan Fisika FMIPA UNS untuk tahap ekstraksi serta preparasi dan pengujian sifat listrik DSSC, Laboratorium Jurusan Kimia FMIPA UNS untuk tahap kromatografi, Laboratorium MIPA Terpadu FMIPA UNS untuk karakterisasi XRD TiO2. Penelitian dilaksanakan dari bulan Juni – November 2011.

3.2. Alat dan Bahan 3.2.1. Alat Penelitian

Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah: 1. Isolasi dye klorofil Spirulina sp

a. Ekstraksi

Tabung erlenmeyer 250 ml digunakan pada proses ekstraksi sebagai wadah, Neraca analitik Metler Toledo digunakan untuk menimbang bahan yang akan di ekstrak ( Spirulina sp), Magnetic stirer digunakan untuk mengaduk larutan dalam tabung reaksi, Gelas ukur 250 ml digunakan untuk mengukur aseton, corong digunakan untuk mempermudah menuangkan larutan pada wadah lain, pipet tetes digunakan untuk mengambil larutan dari dalam botol.

b. Kromatografi

Satu set kolom kromatografi, digunakan untuk memisahkan klorofil

Spirulina sp dari pigmen fotosintesis yang ikut larut pada proses

ekstraksi, gelas beker digunakan untuk menampung larutan hasil kromatografi yang terpisah menjadi beberapa fraksi, kompresor udara mini digunakan untuk memampatkan tekanan udara pada kolom agar proses turunnya larutan lebih cepat.

(32)

2. Alat uji karakterisasi fraksi Spirulina sp

UV-Visible Spectrophotometer Lambda 25, untuk mengukur absorbansi

pada masing - masing fraksi hasil kromatografi, Elkahfi 100 I-V Meter, untuk mengetahui karakteristik arus dan tegangan larutan klorofil. 3. Alat uji karakterisasi XRD

X-Ray Diffraction Bruker D8 Advance (XRD), untuk mengidentifikasi

struktur kristal TiO2. 4. Alat preparasi DSSC

Hot Plate IKAR _{C-MAG HS7 untuk pengaduk larutan dan pemanas,}

supaya larutan tercampur rata digunakan magnetic stirrer, spatula untuk mengambil bubuk dan mendeposisi TiO2pada kaca FTO

5. Pengujian sifat listrik DSSC

Lampu OHP (Over Head Projector) untuk lampu iluminasi, Keithley

2602A System Source Meter untuk mengetahui karakteristik I-V, Solar Power Meter 1333R untuk mengukur intensitas cahaya.

3.2.2. Bahan Penelitian

Bahan yang digunakan dalam penelitian adalah: 1. Isolasi dye klorofil Spirulina sp

a. Ekstraksi

Bubuk Spirulina sp, sebagai bahan ekstrak, aseton sebagai pelarut pigmen klorofil, kertas saring Whatman no.42 untuk menyaring larutan ekstrak, alumunium foil untuk melindungi larutan agar tidak terjadi kontak langsung dengan cahaya matahari, tissue secukupnya sebagai bahan pembersih.

b. Kromatografi N-Heksan, silica gel 2. Uji karakterisasi absorbansi

Fraksi hasil kromatografi, yaitu Sp1, Sp2,dan Sp3. 3. Uji fabrikasi X-Ray Diffraction (XRD)

Bubuk TiO2

(33)

4. Preparasi komponen- komponen DSSC a. Pembuatan elektroda kerja

Kaca FTO, bubuk TiO2dan etanol untuk membersihkan kaca b. Pembuatan elektroda lawan

Kaca FTO, grafit dari pensil kayu

c. Larutan elektrolit Iodine

(34)

3.3. Diagram Penelitian

Secara umum alur penelitian ditunjukkan seperti gambar di bawah ini

Gambar 3.1. Diagram Alur Penelitian Persiapan

Alat dan Bahan Isolasi klorofil Spirulina sp

1. Ekstraksi 2. Kromatografi

Karakteristik Dasar : 1.UV-Vis

2. I-V

Preparasi elektroda kerja 1.Pembuatan suspensi TiO2 2. Deposisi TiO2pada FTO 3. Pemanasan

Preparasi larutan elektrolit Preparasi elektroda lawan

Pengujian sifat listrik DSSC Perangkaian DSSC TiO2/dye/elektrolit/karbon/TiO2

Analisa Kesimpulan

(35)

3.3.1. Persiapan

Tahap persiapan ini meliputi mempersiapkan dan membersihkan semua alat yang akan digunakan mengetahui pengaruh fraksi klorofil Spirulina sp terhadap sifat listrik dengan struktur DSSC.

3.3.2. Isolasi Dye Klorofil 3.3.2.1. Ekstraksi Spirulina sp

Proses isolasi terdiri dari ekstraksi klorofil Spirulina sp, kemudian dilakukan proses kromatografi. Spirulina sp yang digunakan berupa bubuk sebanyak 50 gram. Pada pembuatan larutan ekstraksi Spirulina sp yang digunakan sebagai pelarut adalah aseton sebanyak 250 ml. Aseton digunakan karena memiliki sifat polar, yaitu tidak dapat bereaksi dengan komponen-komponen lainnya yang diisolasi. Selain itu aseton juga memiliki sifat – sifat yang spesifik seperti hanya mengisolasi atau melarutkan zat-zat yang diinginkan, mempunyai titik didih rendah dan dapat dihilangkan dengan teknik pemanasan yang sederhana.

Bubuk klorofil yang telah dicampur pelarut diaduk menggunakan Hot Plate

IKAR _{C-MAG HS7 dengan kecepatan putar 100 rpm selama 30 menit dan}

menggunakan magnetic stirrer. Pengadukan ini bertujuan untuk memisahkan larutan dengan endapan bubuk klorofil. Kemudian hasilnya disaring menggunakan kertas Whatman no. 42. Ukuran porikertas Whatman no. 42 sebesar 450 nm akan menahan komponen terlarut yang lebih besar dari ukuran pori kertas, sehingga diperoleh larutan klorofil dengan ukuran komponen terlarut yang homogen.

Gambar 3.2. Bubuk Spirulina sp

(36)

Tahap ekstraksi seperti pada gambar 3.3 dengan langkah-langkah sebagai berikut: 1. Bubuk Spirulina sp ditimbang menggunakan neraca digital Metler Toledo. 2. Aseton diambil dengan gelas ukur sebanyak 250ml.

3. Bubuk Spirulina sp yang sudah ditimbang di larutkan dengan aseton ke dalam tabung erlenmeyer.

4. Larutan tersebut diaduk menggunakan magnetic stirrer dengan kecepatan 100 rpm selama 30 menit sampai semua bubuk Spirulina sp larut.

5. Larutan disaring dengan kertas saring whatman no. 42 supaya sisa bubuk

Spirulina sp tertinggal.

6. Hasil ekstraksi klorofil Spirulina sp disimpan dalam botol yang tertutup rapat dan dilapisi aluminium foil agar tidak terjadi kontak dengan cahaya matahari.

Gambar 3.3. Ekstraksi Klorofil Spirulina sp

3.3.2.2. Kromatografi

Larutan hasil ekstraksi kemudian dikromatografi untuk memisahkan fraksi warna larutan klorofil. Selain itu, proses kromatografi bertujuan untuk menghasilkan larutan klorofil yang bersih dari endapan bubuk klorofil. Sebelum proses kromatografi dilakukan, larutan hasil ekstraksi diuapkan menggunakan evaporator untuk mengurangi kadar pelarut. Proses evaporasi dilakukan pada tekanan kamar dan suhu 60o_{C. Evaporasi menghasilkan larutan klorofil yang lebih} kental dan pekat. Proses kromatografi ditunjukkan pada Gambar 3.4. Langkah langkah pada tahap kromatografi adalah sebagai berikut :

(37)

1. Kolom kromatografi dan kompresor mini dipasang pada statif.

2. Silica gel dimasukkan ke dalam kolom kromatografi sampai batas yang ditentukan (3/4 dari tinggi labu kolom Erlenmeyer).

3. N-Heksana dituangkan ke dalam kolom kromatografi.

4. Pompa udara dinyalakan sampai tidak ada gelembung dalam campuran

silica gel dan N-Heksana.

5. Pompa udara kemudian dimatikan dan larutan hasil ekstraksi klorofil

Spirulina sp dimasukkan di atas campuran silica gel dan N-Heksana dalam

kolom kromatografi.

6. Pompa udara dinyalakan kembali sampai klorofil yang dalam penelitian ini berwarna hijau turun sampai ujung kolom dan terpisah dalam 3 warna yang berbeda.

7. Masing – masing klorofil hasil kromatografi ditampung sesuai perbedaan warna.

8. Klorofil hasil kromatografi atau disebut fraksi 1 ditandai dengan Sp1yang merupakan larutan dengan warna hijau pekat yang turun pertama kali, Sp2 (fraksi 2) merupakan cairan berikutnya berwarna hijau tetapi tidak pekat, dan Sp3 (fraksi 3) untuk cairan berikutnya yang memiliki warna hijau kekuning-kuningan.

Gambar 3.4. Kolom Kromatografi dan Statif

(38)

3.3.3. Karakterisasi Optik Dye Spirulina sp

Karakterisasi optik dye klorofil ini diperoleh dengan menguji nilai absorbansi dye klorofil tersebut, menggunakan UV-Visible Spectrophotometer

Lambda 25 dengan variasi masing – masing fraksi klorofil hasil kromatografi.

Pengujian larutan klorofil dilakukan untuk mengetahui fraksi klorofil hasil kromatografi mana yang mempunyai kemampuan absorbansi lebih tinggi. Semua sampel diuji untuk mengetahui spektrum masing-masing sampel. Larutan dimasukkan pada kuvet hingga kuvet terisi minimal tiga per empat tinggi kuvet (5ml). Pembanding sampel adalah aseton, itu dikarenakan aseton adalah pelarut yang digunakan pada saat ekstraksi.

Larutan Spirulina sp diuji absorbansinya dengan Spektrometer UV-Visible

Spectrophotometer Lambda 25. Langkah awal melakukan UV-Vis yaitu

menghidupkan mesin UV-Visible Spectrophotometer Lambda 25 dan komputer dengan menyalakan tombol on. Pada program dipilih parameter abs yang artinya absorbansi. Sebelum melakukan proses pengukuran absorbansi dilakukan baseline terlebih dahulu. Baseline saat pengukuran larutan dilakukan dengan meletakkan kuvet berisi aseton. Baseline dilakukan pada panjang gelombang 400 – 800 nm. Pada rentang panjang gelombang tersebut, klorofil secara alami efektif menyerap cahaya pada panjang gelombang saat berlangsungnya proses fotosintesis.

Gambar 3.5. UV-Visible Spectrophotometer Lambda 25

(39)

3.3.4 Karakterisasi I-V Larutan Klorofil

Karakterisasi I-V Larutan klorofil dilakukan dengan metode two point probe menggunakan alat Elkahfi 100 I-V Meter. Sampel larutan klorofil Sp1, Sp2, dan Sp3diukur dalam kondisi gelap dan terang untuk mendapatkan data respon sampel terhadap cahaya. Tahapan pengukuran yang dilakukan adalah sebagai berikut :

a. Elkahfi 100 I-V Meter dinyalakan dengan menghubungkan kontak daya alat pada stavolt yang sudah terhubung dengan sumber tegangan.

b. Elkahfi 100 I-V Meter dihubungkan dengan PC melalui sambungan kabel USB ke Serial RS232.

c. Aplikasi Elkahfi 100 I-V Meter dijalankan pada komputer.

d. Kabel untuk mengukur sampel disambung pada port current in dan

voltage out yang ada pada panel antarmuka alat.

e. Kabel dari port current in dan voltage out dihubungkan. Kabel merah dihubungkan ke kedua elektroda sampel, sedangkan kabel hitam saling dihubungkan.

f. Program pengukuran pada aplikasi alat yang sudah dijalankan di komputer dijalankan dengan memilih setting untuk menentukan port yang digunakan, memilih view kemudian I-V Characteristic dan pilih I-V

Measurement.

g. Data hasil pengukuran disimpan dengan memilih save as.

h. Langkah a sampai f diulangi dengan perlakuan sampel diberi cahaya dan pada kondisi gelap.

Gambar 3.6. Elkahfi 100 I-V Meter

(40)

3.3.5 Preparasi Elektroda Kerja

Elektroda kerja dibuat pada kaca konduktif FTO yang di atasnya dideposisikan semikonduktor anorganik TiO2rutile. Semikonduktor tersebut akan diendapkan di atas kaca konduktif FTO dengan metode slipcasting. Sebelumnya terlebih dahulu dibuat pasta TiO2. Dalam pembuatan pasta TiO2 dibutuhkan bubuk TiO2 sebanyak 3,5gr dan etanol 95% sebanyak 14ml lalu di aduk dengan

Hot Plate IKAR _{C-MAG HS7 dengan kecepatan 300 rpm selama 30 menit dan}

menggunakan magnetic stirrer. Setelah pasta TiO2 siap, dilakukan langkah – langkah sebagai berikut :

1. Pada kaca FTO, sebelum dilakukan deposisi TiO2 terlebih dahulu dicari bagian yang bersifat konduktif.

2. Pada kaca konduktif FTO ukuran 2cm x 5cm dibentuk area pendeposisi TiO2dengan ukuran 1cm x 2cm. Sisi FTO ditempel dengan selotip sebagai pembatas.

3. Pasta TiO2yang telah disiapkan sebelumnya, diletakkan di atas permukaan kaca FTO yang tidak berselotip, kemudian pasta tersebut diratakan secara halus dengan spatula. Ketebalan lapisan TiO2 yang dideposisi sesuai dengan tebal selotip yang digunakan.

4. Setelah deposisi, selotip diangkat secara perlahan dan lapisan dibiarkan pada suhu ruang agar mengering. Agar deposisi TiO2 menjadi lebih baik, elektroda ini di sintering pada temperatur 150°C selama 10 menit dengan

Hot Plate IKAR_{C-MAG HS7. Kemudian didinginkan hingga mencapai suhu}

kamar. Elektroda yang dibuat sebanyak 3 sampel, masing – masing untuk variasi dye Sp1, Sp2, dan Sp3.

3.3.6 Preparasi Larutan Elektrolit

Larutan Elektrolit yang digunakan dalam penelitian ini adalah pasangan redoks Iodine dan Triiodide.

(41)

Gambar 3.7. Larutan Elektrolit

3.3.7 Preparasi Elektroda Lawan

Elektroda lawan untuk DSSC dapat dibuat dari kaca konduktif yang diatasnya dilapisi karbon (C) karena mudah dan biayanya yang murah. Fungsi karbon sebagai katalis untuk mempercepat reaksi pada DSSC. Karbon yang digunakan berasal dari grafit pensil kayu. Sama seperti pada pembuatan elektroda kerja, pada pembuatan elektroda lawan, terlebih dahulu mencari bagian kaca FTO yang konduktif, lalu dibuat ukuran 1 cm x 2 cm, setelah itu dibuat lapisan karbon dengan pensil grafit kayu.

3.3.8 Perangkaian DSSC

Setelah semua komponen siap, kemudian dilakukan perangkaian DSSC yaitu elektroda kerja yang sudah disiapkan direndam dalam ekstrak dye klorofil

Spirulina sp masing – masing pada Sp1, Sp2, dan Sp3 selama 24 jam. Setelah

elektroda kerja siap, kemudian ditetesi elektrolit. Selanjutnya elektroda lawan diletakkan di atas elektroda kerja dengan struktur berlapis (sandwich) lalu dijepit dengan binder klip setelah itu DSSC siap untuk diuji.

Gambar 3.8. Perangkaian DSSC dengan Struktur Berlapis (sandwich)

(42)

3.3.9 Pengujian Karakteristik I-V DSSC

Pengujian karakteristik I-V fraksi klorofil dengan struktur DSSC dilakukan saat kondisi gelap dan terang. Hal ini akan menunjukkan ada tidaknya sifat fotokonduktivitas DSSC. Pada kondisi terang menggunakan pencahayaan dari lampu OHP (Over Head Projector) dengan intensitas sebesar 1235 Watt/m2_, sedangkan untuk kondisi gelap ditutup dengan kotak penutup. Pengukuran intensitas cahaya dilakukan dengan Solar Power Meter 1333R dan pengujian dilakukan dengan menggunakan Keithley 2602A yang ditunjukkan pada Gambar 3.9.

Gambar 3.9. Solar Power Meter 1333R dan Keithley 2602A

(43)

29 BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Penelitian terhadap pengaruh fraksi klorofil Spirulina sp terhadap sifat listrik

dengan struktur DSSC telah dilakukan. Penelitian ini meliputi isolasi dye klorofil

dari ekstrak Spirulina sp, pengujian karakteristik sifat optik dan sifat listrik pada dye

klorofil hasil kromatografi, pembuatan elektroda kerja dengan deposisi TiO

2

di atas

kaca FTO dengan metode slipcasting dan tahap pemanasan dengan hot plate serta

pengujian karakteristik dari TiO

2

, pembuatan elektroda lawan dengan menggosokkan

grafit pensil kayu, perangkaian DSSC, dan pengukuran sifat listrik DSSC.

4.1. Isolasi Dye Klorofil

Proses ekstraksi pada Spirulina sp menunjukkan hasil ekstraksi berupa larutan

berwarna hijau pekat ditunjukkan pada Gambar 4.1. Warna hijau pekat hasil

ekstraksi memenuhi syarat bahwa Spirulina sp mampu menjadi zat pewarna (dye)

klorofil.

Gambar 4.1. Larutan Hasil Ekstraksi

Selanjutnya untuk hasil kromatografi dari penelitian ini didapatkan 3 larutan

dye ditunjukkan pada Gambar 4.2. Larutan klorofil yang keluar lebih dulu dan

(44)

berwarna hijau pekat ditandai dengan label Sp

1

. Larutan dengan warna hijau yang

lebih cerah ditandai dengan label Sp

2

dan larutan yang keluar setelahnya ditandai

dengan label Sp

3

dengan warna hijau kekuning – kuningan.

Sp

1

Sp

2

Sp

3

Gambar 4.2. Perbedaan Warna Hasil Kromatografi

4.2. Karakterisasi Optik dan Karakteristik I-V Dye Spirulina sp

4.2.1. Karakteristik Optik

Hasil absorbansi ketiga sampel klorofil Sp

1

, Sp

2

, dan Sp

3

dari hasil isolasi

Spirulina sp ditunjukkan pada Gambar 4.3

4 0 0 4 5 0 5 0 0 5 5 0 6 0 0 6 5 0 7 0 0 7 5 0 8 0 0 0 .0 0 .5 1 .0 1 .5 2 .0 2 .5 3 .0 S p1 S p2 S p3 A b so rb a n si P a n ja n g g e lo m b a n g ( n m )

Gambar 4.3. Grafik absorbansi larutan klorofil Spirulina sp untuk Sp

1

, Sp

2

, Sp

3

(45)

Gambar 4.3 memperlihatkan grafik absorbansi larutan Spirulina sp pada ketiga

sampel Sp

1

, Sp

2

, dan Sp

3

sebagai fungsi dari panjang gelombang (nm) yang diukur

dari panjang gelombang 400 nm hingga 800 nm. Hasil pengujian tersebut

memperlihatkan bahwa puncak absorbsi Sp

1

, Sp

2

, dan Sp

3

terjadi pada interval λ yang

sama yaitu 400-450nm yang merupakan puncak klorofil a. Puncak kedua muncul

pada interval 600-625nm, karakteristik absorbansi yang ditunjukkan pada puncak

kedua merupakan klorofil b. Selanjutnya pada rentang panjang gelombang

650-700nm muncul puncak yang merupakan karakteristik puncak klorofil a. Karakteristik

puncak - puncak hasil eksperimen menunjukkan konsistensi terhadap spektrum

absorbansi klorofil sesuai referensi pada Gambar 2.5

Tabel 4.1. Nilai Puncak Absorbansi Larutan Klorofil

Sampel

Warna

Panjang

Gelombang

(nm)

Absorbansi

SP

1

Hijau pekat

664 1,26958

647 0,34449

SP

2

Hijau muda

664 1,16946

667 0,20771

SP

3

Hijau

kekuning-kuningan

664 0,72854

667 0,11497

Pada Gambar 4.3 dan Tabel 4.1 dapat diamati dengan jelas puncak absorbansi

yang terbentuk. Sp

1

diserap pada panjang gelombang λ= 664 nm dengan nilai

absorbansi sebesar 1,26958 dan pada panjang gelombang λ= 647 nm dengan nilai

absorbansi sebesar 0,34449, untuk Sp

2

diserap pada panjang gelombang λ= 664 nm

dengan nilai absorbansi sebesar 1,16946 dan pada panjang gelombang λ= 667 nm

dengan nilai absorbansi sebesar 0,20771 dan Sp

3

pada panjang gelombang λ= 664

nm dengan nilai absorbansi sebesar 1,26958 dan pada panjang gelombang λ= 667

commit to user

(46)

nm dengan nilai absorbansi sebesar 0,11497. Keseluruhan tipe puncak absorbansi

sampel tersebut melemah dari Sp

1

hingga Sp

3

.

Pada Sp

3

terjadi puncak absorbansi lebih rendah dari pada Sp

1

dan Sp

2

. Pada

sampel ini menunjukkan kemampuan absorbansi yang lebih rendah dibanding Sp

1

dan Sp

2

. Penurunan kemampuan absorbansi pada sampel ini dikarenakan kadar

klorofil Sp

3

lebih rendah dibanding Sp

1

dan Sp

2

. Meskipun kemampuan

mengabsorbsinya rendah namun pada sampel ini muncul konsistensi yakni dua

puncak pada spektrum absorbansinya. Sedangkan pada Sp

2

dan Sp

3

terjadi puncak

absorbansi dengan selisih yang sangat kecil, ini berarti kemampuan Sp

1

dan Sp

2

dalam mengabsorbsi juga memiliki selisih yang kecil.

4.2.2. Kandungan Klorofil Spirulina sp

Dari perhitungan menggunakan rumus dari Persamaan (2.4) serta hasil kurva

absorbansi maka diperoleh nilai kandungan klorofil masing-masing sampel secara

kuantitatif dapat dihitung pada Tabel 4.2

Tabel 4.2 Kandungan Klorofil masing-masing Fraksi Spirulina sp.

Sampel

Klorofil a (mg/L) Klorofil b (mg/L)

Sp

1

15,545

0,756

Sp

2

13,793

0,671

Sp

3

8,62

0,419

Tinggi puncak absorbansi berhubungan dengan kandungan klorofil yang

terlarut. Dari Tabel, untuk Sp

1

diperoleh klorofil a sebesar 15,545 mg/L dan klorofil

b=0,756mg/L, sedangkan Sp

2

diperoleh klorofil a sebesar 13,793mg/L dan klorofil

b=0,671mg/L, dan Sp

3

kandungan klorofil a yg diperoleh sebesar 8,62 mg/L dan

klorofil b=0,419 mg/L.

Nilai absorbansi molekul klorofil akan mempengaruhi jumlah kandungan

klorofil masing-masing sampel. Dari Tabel 4.2 di atas dapat diketahui bahwa Sp

1

(47)

memiliki kandungan klorofil yang paling banyak sehingga Sp

1

memiliki kemampuan

menyerap energi foton lebih baik daripada Sp

2

dan Sp

3

. Sampel yang memiliki

kandungan klorofil optimum berarti memiliki jumlah molekul penyerap foton

maksimal. Energi foton tersebut dapat dikonversi menjadi energi listrik pada aplikasi

sel surya. Kandungan klorofil a dan b pada Sp

1

tidak begitu jauh dengan kandungan

klorofil a dan b pada Sp

2

, hal ini dikarenakan pada Sp

1

dan Sp

2

tersebut memiliki

tinggi puncak absorbansi dengan selisih yang kecil juga sperti dibahas pada Tabel

4.1. 4.2.3. Karakterisasi I-V Larutan Klorofil Spirulina Sp

Perbedaan kemampuan larutan klorofil dalam mengabsorbsi cahaya

mempengaruhi kemampuannya dalam mengalirkan elektron. Hal ini ditunjukkan pada

hasil pengujian I-V larutan. Pada pengukuran sifat listrik larutan klorofil untuk Sp

1

,

Sp

2

, dan Sp

3

diperolah hasil seperti pada Gambar 4.4 pada kondisi terang.

Kemampuan absorbansi paling tinggi yang dimiliki sampel Sp

1

, menunjukkan hal

yang sama pada kemampuan Sp

1

dalam menghasilkan arus. Perbandingan antar

sampel menunjukkan kemampuan sampel dalam mengalirkan arus. Dari hasil kurva

menunjukkan Sp

1

menghasilkan arus yang paling tinggi dari pada sampel yang lain.

Hal ini menunjukkan bahwa fraksi klorofil terlarut menentukan konduktivitas larutan.

Pada saat diberi cahaya arus meningkat perlahan. Perbandingan antara pengujian

setiap sampel adalah pada Sp

3

kurva cenderung linier dan menghasilkan arus yang

kecil dibanding sampel lainnya. Pengujian sifat listrik larutan ketiga sampel

menunjukkan bahwa pada kondisi gelap arus naik secara perlahan namun cenderung

konstan yakni pada saat tegangan 0 - 9V.

(48)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0.00E+000 5.00E-009 1.00E-008 1.50E-008 2.00E-008 2.50E-008 Sp₁ Sp₂ Sp3 Ar us (A m per e) Tegangan(Volt)

Gambar 4.4. Grafik karakterisasi I-V dye Sp

1

, Sp

2

, dan Sp

3

pada kondisi terang

Selanjutnya hasil pengukuran pada kondisi gelap ditunjukkan pada Gambar 4.5.

Gambar 4.5 merupakan perbandingan setiap sampel pada kondisi gelap. Teramati

dengan jelas karakteristik peningkatan arus secara linier dilanjutkan eksponensial

ketika tegangan dinaikkan. Arus yang muncul pada kondisi gelap pada sampel Sp3

lebih kecil dibandingkan dengan sampel Sp

2

dan Sp

3

. Hasil ini mengidentifikasikan

bahwa klorofil berperan sebagai fotosensitizer sehingga terdapat arus. Pengujian sifat

listrik larutan ketiga sampel menunjukkan bahwa pada kondisi gelap arus naik secara

perlahan namun cenderung konstan yakni pada saat tegangan 0-9V.

(49)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0.00E+000 5.00E-009 1.00E-008 1.50E-008 2.00E-008 Sp1 Sp₂ Sp₃ A ru s (A m pe re ) Tegangan (Volt)

Gambar 4.5. Grafik karakterisasi I-V pada Sp

1

, Sp

2

, dan Sp

3

pada kondisi gelap

Perbedaan kemampuan larutan klorofil dalam mengabsorbsi cahaya pada

kondisi gelap dan terang

mempengaruhi kemampuannya dalam mengalirkan

elektron. Hal ini ditunjukkan pada hasil pengujian I-V larutan. Pada Gambar 4.4. dan

Gambar 4.5 menunjukkan karakteristik tegangan dan arus yang lebih tinggi pada

keadaan terang dibandingkan dalam keadaan gelap.

Pengukuran sifat listrik menunjukkan hasil yang berbeda saat di ukur pada

keadaan gelap dan terang. Karakteristik ini menunjukkan sifat fotosensitizer klorofil

sebagai dye pada DSSC (Sumaryanti, 2011)

Tabel 4.3 Nilai Konduktivitas Larutan Klorofil

Sampel

σ' ± ∆σ(Ωm)

-1 Kondisi Terang

σ' ± ∆σ(Ωm)

-1

Kondisi Gelap

Sp

1

(2,84 ±0,029) x 10

-6

(2,75 ±0,016) x 10

-6

Sp

2

(2,30 ±0,015) x 10

-6

(1,61±0,012) x 10

-6

Sp

3

(1,49 ±0,012) x 10

-6

(0,46 ±0,007) x 10

-6

commit to user

(50)

Tabel 4.3 menunjukkan peningkatan nilai konduktivitas larutan klorofil dari mulai

Sp

3

, Sp

2

, dan Sp

1

. Semakin pekat suatu larutan klorofil mengindikasikan semakin

banyak jumlah klorofil terdeposit. Jumlah klorofil terdeposit sebanding dengan

peningkatan kemampuan absorbsi larutan klorofil. Kemampuan absorbsi klorofil

yang semakin meningkat menyebabkan banyaknya pembawa muatan tereksitasi.

Eksitasi terjadi karena pembawa muatan memperoleh tambahan energi dari cahaya.

4.3. Pengukuran Sifat Listrik Fraksi Klorofil Spirulina sp dengan Struktur

DSSC

Hasil perangkaian DSSC dengan sistem struktur berlapis (sandwich) dengan

susunan FTO/TiO

2

/dye/elektrolit/FTO. TiO

2

yang dipakai pada rangkaian DSSC

berstruktur rutile sesuai dengan hasil XRD yang terdapat pada lampiran 3. Dye yang

digunakan merupakan variasi dari ketiga fraksi klorofil yaitu Sp

1

, Sp

2

, dan Sp

3