DAFTAR ISI - Karakterisasi Ekstrak Daun Hemigraphis colorata Sebagai Dye Pada Dye Sensitized Solar Cell

Teks penuh

(1)

DAFTAR ISI

Daftar Lampiran xiii

Bab 1. Pendahuluan

1.1.Latar Belakang 1

1.2.Rumusan Masalah 4

1.3.Batasan Masalah 5

1.4.Tujuan Penelitian 5

1.5.Manfaat Penelitian 5

1.6.Tempat Penelitian 5

1.7.Sistematika Penelitian 6

Bab 2. Tinjauan Pustaka

2.1.Hemigraphis colorata 7

2.1.1.Flavonoid 8

2.2.Sel Surya Fotovoltaik 11

2.2.1.Prinsip Kerja Sel Surya Konvensional Silikon 11

2.2.2.Performansi Sel Surya 13

2.2.2.1. Karakteristik I-V Fotovoltaik 13 2.2.2.2. Fill Factor dan Efisiensi Kuantum 14

2.3.Dye-Sensitized Solar Cell 15

2.3.1.Umum 15

2.3.2.Struktur DSSC 15

2.3.3.Prinsip Kerja DSSC 17

2.3.4.Material DSSC 20

2.3.4.1. Substrat DSSC 20

2.3.4.2. Layer Oksida Nanopori DSSC 20

2.3.4.3. Elektrolit 23

2.3.4.4. Katalis Counter Elektroda 23

2.3.4.5. Zat Pewarna (Dyes) 24

2.3.5.Flavonoid sebagai dye 24

2.3.6.Perakitan DSSC 26

2.3.6.1. Persiapan Substrat 26

2.3.6.2. Persiapan Larutan TiO2 dan Counter Elektroda 27

(2)

2.3.6.4. Annealing dan Sintering Titania Elektroda 30 2.3.6.5. Ekstraksi Dye dan Pewarnaan Titania Elektroda 31 2.3.6.6. Menumpuk Elektroda dan Penambahan Elektrolit 31

2.4.Karakterisasi DSSC 31

2.4.1.Spektrofotometer UV-Vis 32

2.4.2.Karakterisasi FTIR 32

Bab 3. Metode Penelitian

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian 34

3.2 Peralatan dan Bahan Penelitian 34

3.2.1.Peralatan 34

3.2.1.1. Preparasi Larutan Dye 34

3.2.1.2. Pembuatan Transparent Conducitive Glass (TCO) 35 3.2.1.3. Preparasi Pasta Oksida TiO2 35

3.2.1.4. Preparasi Larutan Elektrolit 35 3.2.1.5. Preparasi Counter Elektroda Karbon 36

3.2.1.6. ASSEMBLY DSSC 36

3.2.1.7. Pengujian Karakterisasi Gugus Fungsi Ekstrak

Hemigraphis colorata 37

3.2.1.8. Pengujian Absorbsi Dye 37

3.2.1.9. Pengujian Sel Surya 37

3.2.2.Bahan 37

3.3 Prosedur Penelitian 38

3.3.1.Preparasi Sampel 38

3.3.1.1. Preparasi Larutan Dye 38

3.3.1.2. Pembuatan Transparent Conducitve Glass (TCO) 38 3.3.1.3. Preparasi Pasta Oksida TiO2 40

3.3.1.4. Preparasi Larutan Elektrolirt 40 3.3.1.5. Preparasi Counter Elektroda Karbon 41

3.3.2.ASSEMBLY DSSC 42

3.3.3.Pengujian DSSC 43

3.3.3.1. Pengujian Karakterisasi Gugus Fungsi Ekstrak

Hemigraphis colorata 43

3.3.3.2. Pengujian Absorbsi Dye 43

3.3.3.3. Pengujian Sel Surya 44

3.4 Diagram Alir Penelitian 45

Bab 4. Hasil dan Pembahasan

4.1.Hasil Analisis Ekstrak Daun Hemigraphis colorata 46 4.1.1.Hasil Analisis Gugus Fungsi Ekstrak Daun Hemigraphis

colorata 46

4.1.2.Hasil Analisis Absorbsi Dye Hemigraphis colorata 48

4.2.Karakterisasi I-V Sel Surya 50

Bab 5. Kesimpulan dan Saran

5.1.Kesimpulan 57

(3)

Daftar Pustaka 59

(4)

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

Tabel

1.1 Penelitian DSSC yang Pernah Dilakukan Sebelumnya 3

2.1 Sifat Berbagai Golongan Flavonoid 9

2.2 Efisiensi DSSC TiO2 dengan Berbagai Macam Dye 22

2.3 Ciri Spektrum Golongan Flavonoid Utama 24

4.1 Identifikasi Gugus Fungsi dari Ekstrak Daun Hemigraphis colorata 47 4.2 Performansi Dye Sensitized Solar Cell dengan Menggunakan Ekstrak

Daun Hemigraphis colorata dengan Variabel Jarak Sumber Cahaya dengan DSSC dan Variabel Substrat yang Digunakan 53 4.3 Pengukuran Tegangan dan Arus Keluaran DSSC di bawah Cahaya

(5)

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

Gambar

2.1 Sambang Getih (Hemigraphis colorata (Hall).F) 7

2.2 Kerangka Dasar Senyawa Flavonoid 9

2.3 Struktur Sel Surya Silikon p-n Junction 12

2.4 Skema Kerja Sel Surya Silikon 13

2.5 Karakteristik Kurva I-V pada Sel Surya 13

2.6 Struktur Dye Sensitized Solar Cell 16

2.7 Susunan Sandwich Layer dar DSSC 17

2.8 Ilustrasi Proses Fotokatalis 18

2.9 Skema Kerja dari DSSC 18

2.10 Struktur Kristal dari TiO2 Anatase 21

2.11 Spektrum Cahaya Matahari 22

2.12 Struktur Sianidin 25

2.13 Beberapa Cara Memperisapkan Counter Elektroda 27

2.14 Doctor-blade Technique 28

2.15 Electro-spinning Technique 29

2.16 Susunan elektroda yang akan dilapisi 29

2.17 Screen Printing Technique 30

3.1 (a) Pengambilan Ekstrak Daun Hemigraphis colorata 38 (b) Penyaringan dye yang telah disimpan selama 24 jam 38 3.2 Kaca preparat yang telah menjadi Kaca Konduktif ataupun Substrat TCO

handmade 39

3.3 (a) Pembuatan Binder dengan Menggunakan Hot Plate dan Magnetic

Stirrer 40

(b) Pembuatan Pasta TiO2 dalam Mortar 40

3.4 Larutan Elektrolit yang Disimpan dalam Botol Tetes 41 3.5 Substrat TCO handmade yang telah dilapisi Counter Elektroda Karbon 41 3.6 Desain Lapisan Pasta TiO2 pada Substrat TCO handmade 42

3.7 (a) Kedua Substrat Siap untuk disatukan dan menjadi Sel Surya 43

(b) Sel Surya siap untuk diuji 43

3.8 Pengujian Karakterisasi Absorbsi Dye dengan menggunakan Shimadzu UV-Visible Recording Spectrophotometer UV-160A 43 3.9 Skema Rangkaian Listrik Pengujian Sel Surya 44 3.10 (a) Pengujian Sel Surya di bawah Cahaya Lampu Pijar 44 (b) Pengujian Sel Surya di bawah Cahaya Matahari 44 3.11 Diagram Alir Penelitian Pembuatan DSSC 45 4.1 Spektrum FT-IR dari Ekstrak Daun Hemigraphis colorata 46 4.2 Grafik UV-Vis dari Dye Ekstrak Daun Hemigraphis colorata dengan

Pelarut Methanol 48

4.3 Grafik UV-Vis dari Dye Ekstrak Daun Hemigraphis colorata dengan

(6)

4.3a Kurva Karakteristik I-vs-V untuk DSSC dengan perendaman ½ jam dan

menggunakan substrat TCO homemade 50

4.3b Kurva Karakteristik I-vs-V untuk DSSC dengan perendaman 1 jam dan

menggunakan substrat TCO homemade 51

4.3c Kurva Karakteristik I-vs-V untuk DSSC dengan perendaman 2 jam dan

menggunakan substrat TCO homemade 51

(7)

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Judul Halaman

Lampiran

1 Grafik dan Data hasil FT-IR dari Ekstrak daun Henigraphis colorata 63

2 Tabel Daerah Gugus Fungsi pada IR 64

3 Tabel Data UV Vis dari Dye Ekstrak Daun Hemigraphis colorata dengan

Pelarut Methanol 65

4 Grafik UV Vis dari Dye Ekstrak Daun Hemigraphis colorata dengan

Pelarut Methanol 65

5 Tabel Data UV Vis dari Dye Ekstrak Daun Hemigraphis colorata dengan

Pelarut Ethanol 66

6 Grafik UV Vis dari Dye Ekstrak Daun Hemigraphis colorata dengan

Pelarut Ethanol 66

7 Kurva Karakteristik I-V DSSC 67

8 Perhitungan Fill Factor, Daya Maksimum, dan Efisiensi dari DSSC 73

(8)

BAB I PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Banyak ditemukan menjalar dimana-mana dan sanggup bertahan dalam di bawah terik matahari sepanas apapun membuat daun Hemigraphis colorata menarik perhatian untuk diteliti. Kebanyakan daun Hemigraphis colorata banyak tumbuh menjalar di halaman rumah, terkadang tumbuh dengan sendirinya. Adapula yang sengaja ditanam dan dijadikan tanaman hias di taman-taman karena warnanya yang menarik dan pertumbuhannya yang cepat. Daunnya berwarna sedikit hijau danmerah keungunan sehingga menimbulkan sebuah pertanyaan bagaimanakah kiranya warna dari ekstrak daun ini. Kemudian ketika daun dipetik dan dihancurkan dengan tangan menghasilkan dan meninggalkan warna ungu kegelapan pada tangan. Dari situ, terpikirlah untuk mengkarakterisasi daun Hemigraphis colorata menjadi dye sebagai pewarna dan fotosensitizer pada dye

sensitized solar cell yang sekarang ini banyak dikembangkan dengan

menggunakan dye berbahan organik.

Sambang getih (Hemigraphis colorata) adalah tanaman yang biasa ditemukan tumbuh liar atau ditanam di halaman dan taman-taman sebagai tanaman hias.

Tanaman ini mempunyai batang berbaring dan merayap, bulat, becabang, beruas-ruas serta berwarna ungu. Daun tunggal, bertangkai, letak berhadapan, helaian daun bentuknya bulat telur, ujung runcing, pangkal romping, tepi bergerigi, pertulangan menyirip, permukaan atas warnanya merah ungu mengkilap agak keabu-abuan, bagian bawah berwarna merah anggur,berambut,panjang sekitar 11 cm, lebar 4-6 cm (Dalimartha, 2003).

Sambang getih (Hemigraphis colorata) mempunyai kandungan kimia antara lain, daun mengandung flavonoid, tanin, steroid, terpenoid dan kalium, begitupun batang mengandung saponin. Dan biasanya daun sambang getih sering digunakan di bidang farmasi (Dalimartha, 1999).

(9)

senyawa polihidroksida (gugus hidroksil) maka juga bersifat polar sehingga dapat larut dalam pelarut polar seperti methanol, ethanol, aseton, air, butanol, dimetil sulfoksida, dimetil formadida. Disamping itu, dengan adanya gugus glikosida yang terikat pada gugus flavonoid sehingga cenderung menyebabkan flavonoid mudah larut dalam air. Oleh karena itu, ekstrak daun Hemigraphis colorata mempunyai peluang untuk digunakan sebagai dye pada dye sensitized solar cell (DSSC).

DSSC merupakan salah satu kandidat potensial sel surya generasi mendatang, hal ini dikarenakan tidak memerlukan material dengan kemurnian tinggi sehingga biaya proses produksinya yang relatif rendah. Berbeda dengan sel surya konvensional dimana semua proses melibatkan material silikon itu sendiri, pada DSSC absorbsi cahaya dan separasi muatan listrik terjadi pada proses yang terpisah. Absorbsi cahaya dilakukan oleh molekul dye, dan separasi muatan oleh inorganik semikonduktor nanokristal yang mempunyai band gap lebar. Penggunaan semikonduktor dengan band gap lebar akan memperbanyak elektron yang mengalir dari pita konduksi ke pita valensi, karena dengan band gap lebar tersebut akan membuat ruang reaksi fotokatalis dan absorbsi oleh dye akan menjadi lebih banyak atau dengan kata lain spektrum absorbsi menjadi lebar.

Salah satu semikonduktor ber-bandgap lebar yang sering digunakan yaitu Titanium Dioxide (TiO2). TiO2 mempunyai band gap (energi celah) sebesar 3,2 –

3,8 eV. TiO2 juga sering digunakan karena inert, tidak berbahaya, dan

semikonduktor yang murah, selain memiliki karakteristik optik yang baik. Namun, untuk aplikasinya dalam DSSC, TiO2 harus memiliki permukaan yang

luas sehingga dye yang terabsorbsi lebih banyak yang hasilnya akan meningkatkan arus. Selain itu, penggunaan bahan dye yang mampu menyerap spektrum cahaya yang lebar dan cocok dengan pita energi TiO2 juga merupakan

karakteristik yang penting (Sasaki dkk, 2008).

(10)

Tabel 1.1 Penelitian DSSC yang pernah dilakukan sebelumnya

Tahun Peneliti Spesifikasi DSSC Hasil

2007 Wei Hao Lai, dkk

(Taiwan)

Dye : Rhoeo spatticea

Counter elektrode : Au (Emas)

Voc = 0,496 V

Dye : Ekstrak Kol Merah

Counter elektrode : lempengan karbon

Elektrolit Gel PEG

Voc = 510 mV

Isc= 7,2 μA

η = 0,055%

2010 A.R. Hernandez, dkk (Mexico)

Dye : Ekstrak Bunga

Bougenville

Counter elektrode : Pd/Au

V = 562 mV I = 0,307 mA

η = 0,089% Lia Muliani, dkk

(LIPI-ITB)

Dye : N719 (Ruthenium Dye)

Counter elektroda : Platina

(11)

(Prosiding Semirata FMIPA

UNLAM, UNP)

Hitam I = 468 μA

η = 0,405%

Dan masih banyak penelitian lainnya dengan berbagai variasi bahan dye, mulai dari dye alami hingga dye termodifikasi telah banyak dibuat sebagai dye pada DSSC.

Pada penelitian ini, akan dikarakterisasikan ekstrak daun Hemigraphis colorata sebagai dye pada pembuatan dye sensitized solar cell. Dalam hal ini,

layer oksida berbahan semikonduktor yang akan dipakai merupakan TiO2 dan

dilapiskan dengan metode doctor blade yang sudah biasa dilakukan pada penelitian dye sensitized solar cell sebelumnya. Hanya saja substrat untuk dye sensitized solar cell akan dibuat sendiri dengan menggunakan metode yang

pernah dilakukan oleh Wulandari Handini pada tahun 2008. Diaman kaca ITO sebagai substrat dibuat dengan larutan konduktif berbahan SnCl4.5H2O dan

dopant Sb2O3 (Handini, 2008). Oleh karena itu, diharapkan penelitian

karakterisasi ekstrak daun Hemigraphis colorata sebagai dye pada dye sensitized solar cell ini dapat menghasilkan sebuah solar cell yang baik dan nantinya dapat

dikembangkan lebih lanjut untuk dipabrikasi.

1.2Rumusan Masalah

Berdasarkan uraian latar belakang masalah sebelumnya, maka penulis merumuskan beberapa hal yang menjadi masalah dalam penelitian ini, diantaranya:

1. Bagaimana memaksimalkan kerja dari dye menggunakan ekstrak daun Hemigraphis colorata sehingga dihasilkan DSSC dengan tegangan yang

melebihi dari penelitian yang sudah ada ?

(12)

1.3Batasan Masalah

Untuk mendapatkan suatu hasil penelitian dari permasalahan yang ditentukan, maka perlu ada pembatasan masalah penelitian :

1. Pada pembuatan dye sensitized solar cell digunakan ekstrak daun Hemigraphis colorata dan layer oksida berbahan serbuk TiO2.

2. TiO2 dilapiskan pada TCO menggunakan metode doctor blade pada pabrikasi

DSSC.

3. Larutan konduktif dilapiskan pada kaca biasa menggunakan metode spray coating.

1.4 Tujuan Penelitian

Sebagai tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian:

1. Menghasilkan dye dengan bahan baru yaitu ekstrak daun Hemiraphis colorata dalam pembuatan Dye-Sensitized Solar Cell (DSSC) skala laboratorium yang dapat mengkonversi energi matahari menjadi energi listrik dengan tegangan keluaran yang dihasilkan melebihi hasil sebelumnya.

2. Mengkarakterisasi sifat dari ekstrak daun Hemigraphis colorata sebagai dye pada Dye-Sensitized Solar Cell (DSSC).

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat yang dapat diambil dari penelitian:

1. Memberikan pengetahuan tentang potensi ekstrak daun Hemigraphis colorata sebagai dye pada Dye-Sensitized Solar Cell.

2. Mengurangi ketergantungan terhadap energi fosil.

1.6 Tempat Penelitian

Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Kimia Analisis dan Laboratorium Pengembangan Pendidikan Teknologi Kimia Industri (PTKI) Medan, Laboratorium Penelitian Fakultas Farmasi USU, Laboratorium Fisika Zat Padat

(13)

1.7 Sistematika Penelitian

Sistematika penulisan pada masing-masing bab adalah sebagai berikut:

Bab I Pendahuluan

Bab ini mencakup latar belakang penelitian, batasan masalah yang akan diteliti, tujuan penelitian, manfaat penelitian, tempat penelitian, dan sistematika penulisan.

Bab II Tinjauan Pustaka

Bab ini membahas tentang landasan teori yang menjadi acuan untuk proses pengambilan data, analisa data serta pembahasan.

Bab III Metodologi Penelitian

Bab ini membahas tentang peralatan dan bahan penelitian, diagram alir penelitian dan prosedur penelitian.

Bab IV Hasil dan Pembahasan

Bab ini membahas tentang data hasil penelitian dan analisa data yang diperoleh dari penelitian.

Bab V Kesimpulan dan Saran

Figur

Grafik UV-Vis dari Dye Ekstrak Daun Hemigraphis colorata dengan

Grafik UV-Vis

dari Dye Ekstrak Daun Hemigraphis colorata dengan p.5
Tabel 1.1 Penelitian DSSC yang pernah dilakukan sebelumnya

Tabel 1.1

Penelitian DSSC yang pernah dilakukan sebelumnya p.10

Referensi

Memperbarui...