commit to user
STUDI KAJIAN DYE KANDUNGAN BETA-KAROTEN DAN
OPTIMASINYA SEBAGAI DYE SENSITIZED SOLAR CELLS(DSSC)
TESIS
Disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Magister
Program Studi Ilmu Fisika
Oleh
BOISANDI
NIM S911108002
PROGRAM STUDI ILMU FISIKA
PROGRAM PASCASARJANA
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
commit to user
i
PERNYATAAN ORIENTASI DAN PUBLIKASI TESIS
Saya menyatakan dengan sebenarnya bahwa:
1. Tesis yang berjudul: “STUDI KAJIAN DYE KANDUNGAN BETA-KAROTEN
DAN OPTIMASINYA SEBAGAI DYE SENSITIZED SOLAR CELLS
(DSSC)” ini adalah karya penelitian saya sendiri bebas plagiat, serta tidak terdapat
karya yang pernah diajukan orang lain untuk memperoleh gelar akademik serta
tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan orang lain
kecuali secara tertulis digunakan sebagian acuan dalam naskah ini dan disebut
dalam sumber acuan serta daftar pustaka. Apabila di kemudian hari terbukti
terdapat plagiat dalam karya ilmiah ini, maka saya sedia menerima sanksi sesuai
ketentuan peraturan perundang-undangan (Permendiknas No. 17, tahun 2010)
2. Publikasi sebagian atau keseluruhan isi Tesis pada jurnal atau forum ilmiah lain
harus seijin dan menyertakn tim pembimbing sebagai author dan PPs UNS sebagai
institusinya. Apabila dalam waktu sekurang-kurangnya satu semester (enm bulan
sejak pengesahan Tesis) saya tidak melakukan publikasi dari sebagian atau
keseluruhan Tesis ini, maka Prodi Ilmu Fisika PPs-UNS berhak
mempublikasikannya pada jurnal ilmuyah pada jurnal ilmiyah yang diterbitkan
oleh Prodi Ilmu Fisika PPs-UNS. Apabila saya melakukan pelanggaran dari
ketentuan publikasi ini, maka saya bersedia mendapatkan sanksi akademik yang
berlaku.
Surakarta, 6 Januari 2014 Materai Rp 6.000
commit to user
iv
DAFTAR ISI
Pernyataan Orientasi Dan Publikasi Tesis ………
Kata Pengantar .………...……
1.1Latar Belakang Masalah ……….
1.2Batasan Masalah ……….………..
1.3 Rumusan Masalah ………...……….
1.4Tujuan Penelitian ………
1.5Manfaat Penelitian ……….
BAB II LANDASAN TEORI
2.1Sel Surya ……….
2.1.1 Prinsip Operasi Persambungan p-n………..
commit to user
2.4.1.4Efisiensi Konversi Foto Listrik ………
2.4.2 Pengukuran Sifat Optik …….………...
2.4.3 Konduktivitas Listrik ...
BAB III METODE PENELITIAN
3.1Tempat dan Waktu Penelitian ………..….……….
3.2Diagram Penelitian ……….….…...
3.3Persiapan ……….….…...
3.4Ekstraksi DyeOrganik alam ……….…….……….
3.5Karakterisasi DyeOrganik Alam ………
3.5.1 Karakterisasi Optik (Spektrum Absorbansi) ……….
3.5.2 Karakterisasi Listrik (Fotokonduktivitas) ………..………...
commit to user
vi
3.9 Karakterisasi Arus-Tegangan (I-V) DSSC ...
3.9.1 Pengujian Dengan Rangkaian ...
3.9.2 Pengujian Dengan Keithley 2600A ...
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Karakteristik Optik (Spektrum Absorbansi)...
4.2. Karakteristik Listrik (Fotokonduktivitas) ...
4.3 Fabrikasi Dye-Sensitized Solar Cell (DSSC) ..………...
4.4 Karakteristik Arus-Tegangan (I-V) DSSC …………...….……….
4.4.1 Optimasi Pelarut Ekstraksi dan Rendaman Lapisan ………
4.4.2 Optimasi Rendaman Melinjo Alam Menggunakan Pelarut Etanol
………...
4.4.3 Optimasi Temperatur Anil Lapisan ………..
4.4.4 Pengaruh Elektroda Grafit Terhadap Arus-Tegangan (I-V) DSSC .…..
4.4.5 Perbandingan Dye-Melinjo Dengan Beta-Karoten Pada DSSC…..…..
BAB V ESIMPULAN DAN SARAN
commit to user
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Pita energi pembawa muatan mayoritas semikonduktor tipe-p
dan tipe-n………...
Gambar 2.2. (a) Skema persambungan p-n dan (b) Diagram pita energi
dalam kesetimbangan termal ……….
Gambar 2.3 Skema aliran muatan persambungan p-n di bawah
pencahayaan ….………….…...
Gambar 2.4 Perubahan ukuran partikel anatase dan rutil sebagai fungsi
dari temperatur anil .…….………...
Gambar 2.5 Skema fotoeksitasi yang diikuti oleh deeksitasi pada
permukaan semikonduktor ….……...
Gambar 2.6 Struktur beta-karoten………..…
Gambar 2.7 Skema operasi DSSC berbasis dye ruthenium (N3) ……...
Gambar 2.8 Tipikal kurva arus-tegangan (I-V) DSSC …...………...
Gambar 2.9 Rangkaian ekivalen yang disederhanakan untuk DSSC dengan
memperhitungkan resistansi seri ( dan resistensi shunt
( ………
Gambar 2.10 Skema hukum Lambet-Beer memperlihatkan penurunan
energi radiasi akibat penyerapan .………...
Gambar 3.1 Diagram alir tahapan penelitian DSSC berbahan dye organik
alam …..………...
Gambar 3.2 Skema pengukuran arus-tegangan (I-V) menggunakan
commit to user
ix
ElKahfi 100/I-V meter …….……….……… Gambar 3.3 Skema rangkaian arus dan tegangan menggunakan
Amperemeter( ), Voltmeter( ) dan variabel resistor dalam
karakterisasi arus-tegangan (I-V) DSSC ………...…..
Gambar 3.4 Skema pengukuran arus-tegangan (I-V) DSSC kondisi terang dengan menggunakan Keithley 2600A …….….……
Gambar 4.1 Spektrum absorbansi dye organik alam dalam pelarut
N-heksan ………...……….………
Gambar 4.2 Spektrum absorbansi dye dari kulit merah buah melinjo dalam konsentrasi berbeda ...…………...………...
Gambar 4.3 Spektrum absorbansi dye-melinjo dan beta-karoten …………
Gambar 4.4 Spektrum absorbansi anatase ………..
Gambar 4.5 Spektrum absorbansi anatase/dye-melinjo dan spektrum
absorbansi anatase/beta-karoten ...….…..……….……
Gambar 4.6 Kurva arus-tegangan (I-V) dari dye-melinjo dan beta-karoten
keadaan gelap dan di bawah penyinaran Lampu halogen
intensitas 100 ...
Gambar 4.7 Kurva arus-tegangan DSSC terhadap lama rendaman lapisan
commit to user
x
Gambar 4.9 Kurva arus-tegangan (I-V) DSSC terhadap lama rendaman lapisan ke dalam dye-melinjo menggunkan pelarut etanol …………...
Gambar 4.10 Kurva arus-tegangan (I-V) DSSC terhadap lama rendaman melinjo alam dalam pelarut etanol ………...……..
Gambar 4.11 Kurvaarus-tegangan (I-V) DSSC terhadap variasi temperatur anil lapisan ……….…………...
Gambar 4.12 Pengaruh elektroda grafit terhdap arus-tegangan (I-V) DSSC
...
Gambar 4.13 Kurva arus-tegangan (I-V) DSSC menggunakan dye
beta-karoten ………...
Gambar 4.14 Kurvaarus-tegangan (I-V) DSSC berbahan dyebeta-karoten
menggunakan Keithly type 2600A pengkuran di bawah
cahaya putih (lampu Xenon intensitas 100 )
………
Gambar 4.15 Kurva arus-tegangan (I-V) DSSC berbahan dye-melinjo
menggunakan Keithly type 2600A pengukuran di bawah
cahaya putih (lampu Xenon intensitas 100 ) ……...
Gambar 4.16 Kurva arus-tegangan (I-V) DSSC perbandingan dye-melinjo
dan beta-karoten menggunakan Keithly type 2600A
pengukuran di bawah cahaya putih (lampu Xenon intensitas
100 ) ………...
43
47
48
50
52
53
54
commit to user
Lampiran II Pengaruh pengeringan melinjo alam terhadap konduktivitas
dye-melinjo keadaan gelap dan terang (di bawah pencahayaan lampu
halogen intensitas 100 ) ……….
Lampiran III Pengujian metode arus dan tegangan menggunakan sel surya
silikon ………...
Lampiran IV Optimasi pelarut dan rendaman lapisan ……...………….….
Lampiran V Optimasi rendaman melinjo alam menggunakan pelarut etanol ...
Lampiran VI Optimasi temperatur anil lapisan …………..……….
Lampiran VII Pengaruh elektroda grafit terhadap arus dan tegangan DSSC ……
Lampiran VIII Pengaruh konsentrasi beta-karoten dalam pelrut etanol terhadap
arus-tegangan (I-V) DSSC...
Lampiran IX Pengukuran arus-tegangan (I-V) DSSC berbahan beta-karoten
menggunakan Keithly type 2600A ………...
Lampiran X Pengukuran arus-tegangan (I-V) DSSC berbahan dye-melinjo
menggunakan Keithly type 2600A………….……….…………....
Lampiran XI Kandungan karotenoidtotal ………
commit to user
vii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Nama Semi-sistematis karotenoid ………...
Tabel 2.2 Pelarut organik ………...
Tabel 4.1 Puncak spektrum absorbansi dye organik alam dan warna larutan
dalam N-heksan ………..
Tabel 4.2 Gradien kurva arus-tegangan dan konduktivitas dye organik alam dalam gelap dan terang ………...………...
Tabel 4.3 Pengaruh pengeringan kulit buah melinjo terhadap konduktivitas
dye-melinjo………...
Tabel 4.4 Optimasi pelarut ekstraksi dan rendaman lapisan …………
Tabel 4.5 Pengaruh lama rendaman melinjo alam kedalam pelarut etanol
terhadap arus-tegangan (I-V) DSSC ...
Tabel 4.6 Pengaruh temperatur anil lapisan terhadap arus-tegangan
DSSC……...
Tabel 4.7 Pengaruh elektroda grafit terhdap arus-tegangan (I-V) DSSC…...
Tabel 4.8 DSSC berbahan dye beta-karoten dengan konsentrasi berbeda ….
Tabel 4.9 Komponen DSSC………..
12
13
34
38
40
44
47
49
51
52
commit to user
1
Boisandi. S911108002. 2014. Studi Kajian Dye Kandungan Beta-Karoten Dan Optimasinya Sebagai Dye Sensitized Solar Cells (DSSC).Tesis. Pembimbing I:
Drs. Cari, M.A, M.Sc, Ph.D, II: Dr. Agus Supriyanto M.Si. Program Studi Ilmu Fisika, Program Pascasarjana, Universitas Sebelas Maret Surakarta.
ABSTRAK
Dye sensitized solar cell (DSSC) dapat menawarkan baik fleksibilitas maupun transparansi dengan biaya produksi lebih murah dari sel surya jenis silikon. Susunan DSSC dalam penelitian terdiri dari FTO/ /dye/elektrolit/Grafit/FTO. Penelitian bertujuan memperoleh sifat optik (spektrum absorbansi) dan listrik (fotokonduktivitas) dye organik alam yang mengandung beta-karoten serta karakteristik arus-tegangan (I-V) DSSC. Uji sifat optik menggunakan
Spectrophotometer UV Visible 1601 PC, uji kelistrikan menggunakan Elkahfi 100/I-V meter dan karakterisasi I-V DSSC menggunakan Keithley Type 2600A. Spektrum absorbansi dan fotokonduktivitas optimum dihasilkan oleh dye dari kulit merah buah melinjo (kemudian disebut dye-melinjo). Hasil penelitian menunjukkan spektrum absorbansi dye-melinjo maupun beta-karoten terletak di rentang cahaya tampak kisaran 380-550 dengan puncak absorbansi dye-melinjo 449 dan 474 mendekati puncak beta-karoten 450 dan 477 . Karakteristik listrik (I-V) dari dye dalam penelitian meningkat linear di bawah pencahayaan. Selisih konduktivitas ( σ) dye-melinjo keadaan gelap dan di bawah pencahayaan sebesar 9,61 10-7 sedangkan beta-karoten sebesar 9,62 10-7 . Krakterisasi I-V DSSC berbahan dye-melinjo menghasilkan
sebesar 196 ; = 199 ; FF = 0,28; dan sebesar 1,05×10-2 %.
Sedangkan DSSC berbahan beta-karoten diperoleh = 307 ; = 215
; FF = 0,21; dan = 1,38 10-2 %. Secara keseluruhan dye-melinjo
dapat menjadi alternatif menarik sebagai dye sensitizer.
Kata kunci: Dye Sensitized Solar cell (DSSC), beta-karoten, melinjo (Gnetum gnemon), .
I. PENDAHULUAN
Tenaga surya merupakan salah satu sumber energi terbarukan yang berlimpah
dan dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan listrik. Sel surya jenis silikon telah
digunakan sebagai pembangkit listrik tenaga surya dan sel surya dapat dengan
mudah disebarkan untuk memenuhi kebutuhan listrik bahkan ke daerah terpencil.
Fabrikasi yang sulit menjadikan biaya produksi sel surya jenis silikon menjadi
tinggi sehingga menjadi kendala untuk digunakan oleh masyarakat luas.
commit to user
2
silikon amorf. DSSC umumnya terdiri dari konduktor oksida transparan ( ) dilapisi titanium dioksida ( ) dengan pewarna (dye), elektroda lawan, dan elektrolit mengandung pasangan redoks iodida/triiodida yang dapat dipersiapkan
dengan tehnik sederhana.
DSSC berbahan dye organik ruthenium komplek telah dilaporkan mencapai efisiensi 11,1% (Chiba, dkk. 2006), namun biaya produksi dye ruthenium masih relatif tinggi sehingga mendorong pengembangan dyesensitizer baru. Dye organik alam dapat menawarkan biaya produksi lebih rendah, ramah lingkungan, teknik
persiapan sederhana dan ketersediaan berlimpah yang merupakan alternatif
menarik sebagai dyesensitizer.
DSSC menggunakan dye karotenoid telah diselidiki oleh Gao, dkk. (2000), dari pencahayaan selama 1 jam arus hampir konstan menunjukkan bahwa
karotenoid terikat stabil pada pasangan elektroda/elektrolit dan diperoleh
IPCE 34%. Karnjanawipagul, dkk. (2010) melaporkan metode sederhana dan cepat untuk menentukan spektrum absorbansi beta-karoten melalui metode
spektrofotometri, karena pigmen dapat menyerap radiasi daerah cahaya tampak (400-600 .
Kendala utama dalam DSSC berbahan dye organik alam yaitu stabilitas dye
organik alam relatif singkat yang disebabkan rentan oleh panas matahari dan
efisiensi sel masih jauh lebih rendah dari sel surya jenis silikon maupun DSSC
berbahan dye ruthenium. Dalam upaya untuk mencari sumber dye organik alam yang optimum baik spektrum absorbansi maupun konduktivitas listrik, studi
penelitian mengupayakan pembuatan DSSC berbahan dye-melinjo sebagai dye sensitizer dikombinasikan dengan semikonduktor anatase sebagai fotoelektroda, elektrolit sebagai media transfer elektron, dan elektroda lawan
menggunakan grafit.
1.1Tujuan Penelitian
commit to user
3
1. Mendapatkan karakteristik spektrum absorbansi dye yang mengandung beta-karoten dari ekstraksi berbagai bahan organik alam yang akan digunakan sebagai sensitizer.
2. Mendapatkan karakteristik listrik dye yang mengandung beta-karoten dari ekstraksi berbagai bahan organik alam yang akan digunakan sebagai
sensitizer.
3. Memperoleh karakteristik arus-tegangan (I-V) DSSC terhadap optimasi pelarut ekstraksi dye-melinjo yang mengandung beta-karoten dan pengaruh lama rendaman lapisan dalam dye, pengaruh lama rendaman melinjo alam dalam pelarut etanol, pengaruh temperatur anil lapisan , dan pengaruh
penambahan grafit pada elektroda lawan.
II LANDASAN TEORI
1. Prinsip Operasi DSSC
Skema operasi DSSC secara umum disajikan pada Gambar (2.7).
Gambar 2.1 Skema operasi DSSC berbasis dye ruthenium ( ) (Calandra, dkk.
2010).
commit to user
4
konduktor elektronik (Wei, 2010). Siklus operasi DSSC digambarkan pada Gambar (2.1). Prinsip fotovoltaik dan proses reaksi redoks sebagai berikut
(Calandra, dkk. 2010):
D + h D* Eksitasi (2.1)
D* + D+ + ( ) Injeksi elektron (2.2a)
D+ D Reaksi deaktivasi (2.3b)
2D+ + 3 2D + Regenerasi (2.3a)
D+ + ( ) D + Rekombinasi (2.3b) + (katalis) 3 direduksi menjadi (2.4a)
+ ( ) 3 + Rekombinasi (2.4b)
Di bawah pencahayaan dengan frekuensi menyebabkan dye tereksitasi D* (Persamaan 2.1). Dye dipilih sedemikian rupa sehingga keadaan tereksitasi terletak di atas pita konduksi ( partikel . Dalam kondisi ini, injeksi
elektron ke semikonduktor dapat terjadi (2.2a), bersaing dengan reaksi
deaktivasi (2.4b). Pada elektroda , dye teroksidasi diregenerasi oleh dari elektrolit dalam reaksi (2.3a), sementara pada elektroda lawan, direduksi
menjadi dalam reaksi (2.4a) dan harus efektif bersaing dengan keadaan
rekombinasi (2.4b), (2.4b) yang menurunkan produksi arus. Dengan kata lain,
diproduksi pada elektroda dan dikonsumsi pada elektroda lawan dan dengan
demikian berdifusi melintasi elektrolit dengan arah yang bersesuaian (Gambar
2.1).
II METODE PENELITIAN
Pelaksanaan penelitian di boratorium material fisika Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam (MIPA) dan laboratoriun terpadu MIPA Universitas
Sebelas Maret Surakarta. Penelitian berlangsung selama september 2012 hingga
Agustus 2013. Penelitian menggunakan metode eksperimen. Kegiatan penelitian
meliputi karakterisasi sifat optik (spektrum absorbansi), sifat listrik
commit to user
5
3.1Diagram Penelitian
Diagram penelitian secara umum sebagai berikut:
Gambar 3.1 Diagram alir tahapan penelitian DSSC berbahan dye organik alam.
IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian ini bertujuan unttuk mengetahui karakteristik sifat optik (spektrum
absorbansi) dan sifat listrik (fotokonduktivitas) dye organik alam yang
mengandung beta-karoten dan optimasi pelarut dye yang kemudian digunakan sebagai sensitizer dalam DSSC. Analisis dilakukan pada sifat optik, sifat listrik
dye organik alam dan karakteristik arus-tegangan (I-V) DSSC.
4.1.Karakteristik sifat Optik (Spektrum Absorbansi)
Dye organik alam dianalisa menggunakan Spectrofotometer UV Visible shimadzhu 1601 PC. Pengukuran dilakukan dalam rentang spektrum cahaya tampak yang sesuai dengan serapan karotenoid.
Persiapan Alat dan Bahan
Ekstraksi dye organik alam
Deposisi dengan Slip casting
Pembuatan Elektrolit DSSC
Deposisi lapisangrafit dengan slip casting
Fabrikasi DSSC
Karakterisasi
UV-Vis dan I-V
Karakterisasi UV-Vis
Karakterisasi I-V DSSC
Analisis dan Kesimpulan Dihasilkan larutan Dye Alam
commit to user
6
Gambar 4.1 Spektrum absorbansi dye organik alam dalam pelarut N-Heksan Gambar 4.1 menunjukkan spektrum absorbansi berbagai dye organik alam dalam perbandingan konsentrasi tetap yaitu 1 gram bahan alam/2 N-heksan.
Dari Gambar (4.1), puncak spektrum absorbansi dye organik alam dan warna larutan dalam N-heksan disajikan dalam Tabel 4.1.
Tabel 4.1 Puncak spektrum absorbansi dye organik alam dan warna larutan dalam N-heksan
Sumber dye ( ) Warna dye dalam N-heksan Kulit merah buah melinjo 449, 474 Orange
Buah tomat 444, 470, 501 Orange
Kulit orange buah melinjo 441, 469 Orange
Wortel 447 475 Kuning
Biji jagung 447, 474 Kuning
Buah labu kuning/waluh 443, 472 Kuning
commit to user
7
warna larutan dye ditunjukkan oleh Tabel (4.1). Rentang spektrum absorbansi, puncak absorbansi( ) dan warna larutan dye menunjukkan semua dye organik alam dalam penelitian mengandung karotenoid.
Dari Gambar (4.1), konstantaabsorbansi paling besar dihasilkan oleh kulit
merah buah melinjo (dye-melinjo). Hasil ini memberikan informasi bahwa kandungan karotenoid dalam buah melinjo kulit merah lebih tinggi daripada tomat, kulit orange buah melinjo, wortel, jagung, dan labu kuning/waluh. Gambar
(4.2) menunjukkan variasi konsentrasi dye-melinjo menghasilkan konstanta absorbansi yang berbeda. Semakin besar konsentrasi dye-melinjo maka semakin besar pula konstantaabsorbansi.
Gambar 4.2 Spektrum absorbansi anatase/dye-melinjo dan spektrum absorbsi anatase/beta-karoten.
Gambar 4.2. menyajikan spektrum absorbansi lapisan /dye-melinjo dan
/beta-karoten. Dye ditanamkan dengan rendaman lapisan ke dalam dye
selama I hari. Gambar (4.5) menunjukkan spektrum absorbansi dan dye
saling melengkapi dari ultraviolet hingga cahaya tampak serta menunjukkan
commit to user
8
4.2. Karakteristik sifat Listrik (fotokonduktivitas) dye-melinjo
Pengukuran arus-tegangan (I-V) dye organik alam dilakukan menggunakan metode dua elektroda. Pengukuran dilakukan untuk mengtahui respon I-V dye
organik alam dalam keadaan gelap dan di bawah pencahayaan lampu halogen
intensitas 100 . Lampu halogen digunakan karena memiliki spektrum
mirip dengan sinar matahari (Lin, dkk. 2007).
Hasil pengukuran spektrum absorbansi dan konduktivitas menunjukkan
bahwa seluruh dye organik alam dalam penelitian ini dimungkinkan sebagai dye sensitizer untuk DSSC. Namun dye-melinjo dipilih sebagai dye sensitizer karena menghasilkan konstanta absorbsi dan konduktivitas paling besar yang diharapkan
memberikan efek sensitizer lebih tinggi.
Gambar 4.3 Kurva arus-tegangan (I-V) dari dye-melinjo dan beta-karoten
keadaan gelap dan di bawah pencahayaan Lampu halogen intensitas 100 .
Kulit buah melinjo yang telah halus kemudian dikeringkn dengan cara
dianginkan selama 24 jam. Pengeringan kulit buah melinjo bertujuan untuk
commit to user
9
(0,3 /1 N-heksan). Konduktivitas dye-melinjo dan beta-karoten disajikan dalam tabel 4.3.
Tabel 4.2 Pengaruh pengeringan kulit buah melinjo terhadap konduktivitas dye-melinjo
Dye
Konduktivitas, ( )
(Gelap) (Terang) Selisih konduktivitas gelap dan terang ( )
terhadap peningkatan konduktivitas dye-melinjo. Konduktivitas dye-melinjo
sebelum kulit melinjo dikeringkan sebesar 4,82 10-9 dan setelah
dikeringkan menjadi 9,61 10-7 . Baik dye-melinjo maupun beta-karoten memperlihatkan karakteristik listrik yang mendekati yaitu kurva arus-tegangan (I-V) dari masing-masing dye meningkat linier terhadap pencahayaan (Gambar 4.3) dan nilai dye-melinjo mendekati beta-karoten yaitu dye-melinjo
sebesar 9,61 10-7 dan beta-karoten sebesar 9,62 10-7 .
4.3 Fabrikasi Dye-Sensitized Solar Cell (DSSC)
Dye-melinjo dipilih sebagai sensitizer karena menghasilkan konstanta
absorbansi dan konduktivitas paling terbesar. Persiapan alat dan bahan, metode fabrikasi DSSC, dan metode dalam karakterisasi I-V telah dijelaskan dalam Bab III. Hasil pengukuran arus-tegangan (I-V) dan optimasi DSSC disajikan sebagai berikut.
4.4Karakteristik arus dan tegangan (I-V) DSSC
Parameter untuk mengevaluasi kinerja DSSC dalam penelitian ini adalah
commit to user
10
pendek ( ), tegangan rangkaian terbuka ( ), dan fill factor (FF). Parameter
, , dan FF dapat diekstraksi dari kurva I-V DSSC. Sebagai pendahuluan,
metode arus tegangan digunakan dalam menentukan , , FF dan dari
DSSC berbahan alam dye-melinjo dan beta-karoten yaitu dengan membentuk rangkaian listrik seperti ditunjukkan Gambar (3.3.a). Pengukuran I-V DSSC
dilakukan di bawah sumber pencahayaan intensitas . Arus-tgangan (I-V) diperoleh terhadap perubahan tahanan resistor. Keithly type 2600A juga digunakan untuk menentukan karakteristik I-V DSSC.
Penelitian mengamati pengaruh dari beberapa perlakuan komponen DSSC
diantaranya: optimasi pelarut ekstraksi dan rendaman lapisan , optimasi lama
rendaman melinjo alam menggunakan etanol dalam proses ekstraksi, dan optimasi
temperatur anil lapisan yang kemudian disajikan dalam bentuk kurva I-V
dan tabel.
Gambar 4.4 Kurva I-V DSSC berbahan dye beta-karoten menggunakan Keithly type 2600A pengkuran di bawah cahaya putih (lampu Xenon intensitas 100 ).
Pengukuran DSSC menggunakan Keithly type 2600A di bawah lampu Xenon intensitas 100 ditunjukkan oleh Gambar (4.4) dan Gambar (4.5).
commit to user
11
diperoleh = 307 , = 215 , FF = 0,21, dan = 1,38 10-2%. Sedangkan dari Gambar (4.5), DSSC berbahan alam dye-melinjo menghasilkan
sebesar 196 , = 199 FF = 0,28 dan sebesar 1,05 × 10-2 %.
Gambar 4.5 Kurva I-V DSSC berbahan dye-melinjo menggunakan Keithly type 2600A pengukuran di bawah cahaya putih (lampu Xenon intensitas
100 ).
Gambar 4.6 Kurva I-V DSSC perbandingan dye-melinjo dan beta-karoten
commit to user
12
Perbandingan karakteristik I-V DSSC, dye-melinjo, dan beta-karoten disajikan dalam tabel 4.3.
Tabel 4.3 Komponen DSSC
Dye
Elektroda
kerja Elektrolit Electroda
lawan ( ) proses ekstraksi dye-melinjo tanpa pemurnian sehingga bahan yang tidak berperan dalam meningkatkan sifat optik dan listrik ikut terlarut dalam proses ekstraksi
misalnya lemak yang terkandung dalam melinjo. Selain itu, menjadi sulit untk
menjaga konsentrasi kandungan dye-melinjo dalam pelarut dikarenakan tingkat kematangan yang berbeda dari kulit merah buah melinjo.
Banyak faktor yang mempengaruhi kinerja DSSC. Beberapa parameter meliputi pelarut pengekstrak, sifat dye, pori dan ketebalan lapisan , sifat dari garam elektrolit dan elektroda lawan. Dengan kata lain, kualitas material
menentukan kinerja DSSC. Dalam penelitian ini, efisiensi DSSC berbahan dye-melinjo masih rendah terutama dan FF yang rendah. Nilai-nilai efisiensi
commit to user
13
(fotokonduktivitas) dye dari berbagai organik alam dapat digunakan sebagai
sensitizer. Kulit merah dari buah melinjo (dye-melinjo) menjadi pilihan sebagai
sensitizer DSSC karena menghasilkan spektrum absorbansi dan fotokonduktivitas paling besar dari bahan organik alam lainnya dalam penelitian. Secara khusus
dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Spektrum absorbsi baik dye-melinjo maupun beta-karoten terletak di rentang cahaya tampak kisaran 380-520 dengan puncak absorbansi dye-melinjo
449 dan 474 mendekati puncak beta-karoten pada 450 dan 477 , sehingga dapat diketahui bahwa dye-melinjo mengandung beta-karoten.
2. Selisih konduktivitas ( ) dye-melinjo keadaan gelap dan di bawah pencahayaan sebesar 9,61 10-7 , mendekati beta-karoten
sebesar 9,62 10-7 . Baik dye-melinjo maupun beta-karoten
memperlihatkan karakteristik arus-tegangan (I-V) dari masing-masing dye
meningkat linear di bawah pencahayaan.
3. DSSC berbahan dye-melinjo menghasilkan sebesar 190 ; = 199
; FF = 0,28 dan sebesar 1,05 × 10-2 %. Sedangkan DSSC
berbahan beta-karoten diperoleh = 307 ; = 215 ; FF = 0,21; dan = 1,38 10-2%.
5.2 Saran
Berdasarkan kesimpulan yang diperoleh, diajukan saran sebagai berikut:
1. Diperlukan analisis untuk menentukan jenis dan konsentrasi tiap karotenoid
dari kuli merah buah melinjo sehingga sifat optik dan listrik masing masing
karotenoid dapat diidentifikasi.
2. Untuk sel surya yang lebih efisien diperlukan rentang spektrum absorbsi dye
yang luas. Oleh karena itu penelitian lebih lanjut perlu dilakukan untuk
memperluas spektrum absorbsi beta-karoten yang bisa dialkukan dengan kombinasi spektrum dye saling melengkapi.
commit to user
14
meningkatkan stabilitas beta-karoten yang mungkin dikombinasikan dengn bahan organik lain yang lebih stabil.
DAFTAR PUSTAKA
Calandra P., Calogero G., Sinopoli A., and Gucciardi P G., 2010, Metal Nanoparticles and Carbon-Based Nanostructures as Advanced Materials for Cathode Application in Dye-Sensitized Solar Cells (Review Article), Hindawi Publishing Corporation, International Journal of Photoenergy, Volume 2010, Article ID 109495, 15 pages, doi:10.1155/2010/109495.
Gardjito M., Murdiati A., Aini N., 2006, Mikroenkapsulasi β-karoten Buah Labu Kuning dengan Enkapsulan Whey dan Karbohidrat, Jurnal Teknologi Pertanian, 2(1): 13-18, Agustus 2006, ISSN 1858-2419.
Kalyanasundaram K., Gratzel M., 1998,Applications of functionalized transition metal complexes in photonic and optoelectronic devices, Coordination Chemistry Reviews, 177 (1998) 347–414.
Lin T-W., Lin J-R., Tsai S-Y., Lee J-N., dan Ting C-C., 2007, Absorption Spectra Analysis of Natural Dyes for Applications in Dye-Sensitized Nano Solar Cells, The 31st National Conference on Theoretical and Applied Mechanics. ISU, Kaohsiung, Taiwan: December 21-22, 2007.
Narayan M R., 2012, Dye sensitized solar cells based on natural photosensitizers,
Renewable and Sustainable Energy (Reviews), 16 (2012) 208– 215.
Wei D., 2010, Dye Sensitized Solar Cells, International Journal of Molecular Sciences, 2010, 11, 1103-1113; doi:10.3390/ijms11031103.
commit to user
xii
Boisandi. S911108002. 2013.Studi Kajian Dye Kandungan Beta-Karoten Dan Optimasinya Sebagai Dye Sensitized Solar Cells (DSSC). Tesis. Prmbimbing I: Drs. Cari, M.A, M.Sc, Ph.D, II: Dr. Agus Supriyanto M.Si. Program Studi Ilmu Fisika, Program Pascasarjana, Universitas Sebelas Maret Surakarta.
ABSTRAK
Dye sensitized solar cell (DSSC) dapat menawarkanbaik fleksibilitas maupun transparansi dengan biaya produksi lebih murah dari sel surya jenis silikon. Susunan DSSC dalam penelitian terdiri dari FTO/ /dye/elektrolit/Grafit/FTO. Penelitian bertujuan memperoleh sifat optik (spektrum absorbansi) dan listrik (fotokonduktivitas) dye organik alam yang mengandung beta-karoten serta karakteristik arus-tegangan (I-V) DSSC. Uji sifat optik menggunakan
Spectrophotometer UV Visible 1601 PC, uji kelistrikan menggunakan Elkahfi 100/I-V meter dan karakterisasi I-V DSSC menggunakan Keithley Type 2600A. Spektrum absorbansi dan fotokonduktivitas optimum dihasilkan oleh dye dari kulit merah buah melinjo (kemudian disebut dye-melinjo). Hasil penelitian menunjukkan spektrum absorbansi dye-melinjo maupun beta-karoten terletak di rentang cahaya tampak kisaran 380-550 dengan puncak absorbansi dye-melinjo 449 dan 474 mendekati puncak beta-karoten 450 dan 477 . Karakteristik listrik (I-V) dari dye dalam penelitian meningkat linear di bawah pencahayaan. Selisih konduktivitas ( ) dye-melinjo keadaan gelap dan di bawah pencahayaan sebesar 9,61 10-7 sedangkan beta-karoten sebesar
10-7 . Krakterisasi I-V DSSC berbahan dye-melinjo menghasilkan
sebesar 196 ; = 199 ; FF = 0,28; dan sebesar 1,05×10-2 %.
Sedangkan DSSC berbahan beta-karoten diperoleh = 307 ; = 215
; FF = 0,21; dan = 1,38 10-2%. Secara keseluruhan dye-melinjo
dapat menjadi alternatif menarik sebagai dye sensitizer.
commit to user
xiii
Boisandi. S911108002. 2013. The study of dye containing of Beta-Carotene and dye optimization as Dye-sensitized Solar Cells (DSSC). Thesis. Advisor I: Drs. Cari, M.A, M.Sc, Ph.D, II: Dr. Agus Supriyanto M.Si. Program Studi Ilmu Fisika, Program Pascasarjana, Universitas Sebelas Maret Surakarta.
ABSTRACT
Dye-sensitized solar cell (DSSC) can offer both flexibility and transparency at the cost of production is cheaper than silicon solar cells. The composition of the DSSC in this study consisted of FTO/TiO2/dye/electrolite/Graphite/FTO. This
research aims to obtain optical properties (spectrum absorption) and electricity properties (photoconductivity) from natural dye containing of beta-carotene and current-voltage (I-V) characteristics of the DSSC.Test optical properties, electrical properties, and I-V characterization of the DSSC using UV Visible Spectrophotometer 1601 PC, Elkahfi 100/IV meter and Keithley type 2600A, respectively. Optimum absorption spectra and photoconductivity generated by the dye from red skin of melinjo fruit (then called dye-melinjo).This study shown the absorption spectra of dye-melinjo and beta-carotene in the range of 380-550 nm with a peak absorption of dye-melinjo 449 and 474 nm which is similar to peak of the wave the beta-karoten on 450 and 477 nm. Electrical characteristics (I-V) of the dye increased linearly under illumination.Difference conductivity in the dark
and irradiation (Δσ) dye-melinjo is 9.61 × 10-7 .while Δσ the beta -carotene is 9.62 × 10-510-7 .I-V characteristic DSSC from dye-melinjo obtained 199 mV; = 199 μA/cm2; FF = 0.28; and = 1,05 × 10-2%. The DSSC from beta-carotene obtained = 307 mV; = 215 μA/cm2; FF = 0.21; and = 1.38 10-2, respectively.Overall, the dye-melinjo could be attractive alternative as a dye sensitized.
