1
Ketersediaan energi matahari di muka bumi sangat besar yakni mencapai 3x1024 J/tahun atau sekitar 10.000 kali lebih banyak dari energi yang dibutuhkan makhluk hidup secara global (Grätzel, 2001). Cahaya matahari menjadi salah satu sumber energi listrik yang potensial karena keberadaannya yang melimpah di muka bumi serta dapat digunakan secara bebas. Sejak Edmond Becquerel menemukan efek fotoelektrik tahun 1839, para peneliti mulai terinspirasi untuk melakukan konversi cahaya matahari menjadi energi listrik. Efek fotoelektrik ini diaplikasikan pada sel fotovoltaik atau sel surya. Sel surya adalah alat yang dapat mengkonversi energi cahaya menjadi energi listrik. Terdapat banyak macam dan jenis sel surya seperti yang dapat dilihat pada Tabel 1. Sel surya tersensitisasi zat warna atau Dye-sensitized solar cell (DSSC) adalah salah satu jenis sel surya yang banyak diteliti oleh para ilmuwan. M eskipun efisiensi masih jauh dibanding sel surya konvensional yang menggunakan silikon (Tabel 1), namun DSSC memiliki beberapa kelebihan dibanding sel surya jenis lain yaitu biaya produksi jauh lebih rendah dan pembuatannya lebih sederhana dibanding sel surya konvensional dari silikon kristalin.
Tabel 1.1 Performa Sel Surya Fotovoltaik dan Sel Surya Fotoelektrokim ia*
*(Grätzel, 2001)
Zat warna merupakan komponen penting DSSC yang bertindak sebagai penyerap foton cahaya tampak atau sensitiser sehingga semikonduktor TiO2 yang hanya bekerja pada daerah UV dapat bekerja pada daerah cahaya tampak. Sensitiser anorganik berupa zat warna kompleks logam transisi sintetis dilaporkan mempunyai stabilitas yang baik, contohnya kompleks rutenium polipiridil, osmium, logam porfirin (Kong et al, 2007). Sebagai sensitiser, zat warna kompleks ruthenium polipiridil mempunyai beberapa kelebihan yaitu serapan yang kuat pada panjang gelombang sinar tampak, waktu eksitasi yang lama, dan transfer muatan yang efisien dari logam ke ligan (Grätzel, 2003). M eskipun sudah terbukti efektif , tetapi tingginya biaya produksi (>$1000/g), keterbatasan bahan, dan efek samping yang ditimbulkan pada lingkungan menjadi hambatan ketika akan diimplementasikan dalam skala besar. Para peneliti kemudian mulai melakukan kajian penggunaan senyawa organik sebagai zat warna sensitiser yang lebih murah, mudah diperoleh dan diproduksi, serta ramah lingkungan. Senyawa organik, baik pigmen alami tumbuhan maupun zat warna sintetis organik, mempunyai keunggulan nilai koefisien ekstingsi molar yang tinggi sehingga akan
Tipe sel Efisiensi (%) Riset dan teknologi yang dibutuhkan
Sel M odul
Silikon kristalin 24 10-15 M emperbesar hasil, menurunkan biaya produksi dan kapasitas energi
Silikon multikristalin 18 9-12 M enurunkan biaya produksi dan pembuatan yang rumit
Silikon amorf 13 7 M enurunkan biaya produksi, meningkatkan volume produksi dan kestabilan
CuInSe2 19 12 M engganti Indium, mengga nti CdS,
memperbesar skala produksi M aterial nano
tersensitisasi zat warna (DSSC)
10-11 7 M eningkatkan efisiensi dan kestabilan terhadap temperature tinggi,
memperbesar skala produksi Sel fotoelektrokimia
bipolar AlGaAs/Si
19-20 - M engurangi biaya bahan, memperbesar skala produksi
meningkatkan absorbansi terhadap cahaya matahari, selain itu efisiensi sel menggunakan senyawa organik sebagai sensitiser dilaporkan telah mencapai 9,8% (Zhang et al., 2009). Zat warna yang digunakan adalah senyawa organik krom ofor sintetis dengan sepasang ikatan π terkonjugasi. Selain senyawa organik sintetis, senyawa organik dari alam juga dapat digunakan sebagai sensitiser pada DSSC. Pigmen alami tumbuhan seperti klorofil, karoten, dan antosianin yang diekstrak dari daun, bunga, buah maupun kulitnya dilaporkan dapat digunakan sebagai sensitiser pada DSSC (Zhou et al., 2011). Wang et a.l (2007), melakukan penelitian menggunakan klorofilin yang diisolasi dari rumput laut jenis Undaria pinnatifida untuk digunakan sebagai sensitiser pada DSSC dan efisiensi yang dihasilkan mencapai 4,6%. Sehingga berdasarkan penelitian Wang et al., diketahui bahwa klorofil mempunyai potensi sebagai sensitiser pada DSSC.
Klorofil adalah salah satu pigmen tumbuhan berwarna hijau yang banyak ditemukan pada daun. Tumbuhan berdaun hijau, misalnya daun bayam, diketahui mempunyai banyak kandungan klorofil baik klorofil a maupun klorofil b. Pada tumbuhan, klorofil termasuk pigmen fotosintesis yang berfungsi menyerap cahaya matahari kemudian mentransfer energi eksitasinya pada pusat reaksi, dimana terjadi pembentukan A TP dan penguraian air menjadi hidrogen dan oksigen (Bernardi dan Grossman, 2013). Fenomena ini dipelajari oleh Tribuchst dan Calvin (1971) yang pada akhirnya menyimpulkan bahwa klorofil dapat digunakan untuk mensensitisasi semikonduktor ZnO. Foton berhasil diubah menjadi arus listrik ketika elektron yang tereksitasi pada zat warna diinjeksikan pada semikonduktor celah pita lebar. Peristiwa klorofil yang mensensitisasi dan mengaktifkan semikonduktor sering dianalogikan dengan fotosintesis buatan.
Calvin (1972) menggunakan klorofil a tanpa dimodifikasi untuk mensensitisasi semikonduktor ZnO menghasilkan arus sebesar 10-7 A/cm2. Tidak terbentuknya ikatan antara sensitiser dan semikonduktor dapat menjadi salah satu sebab kecilnya arus yang dihasilkan karena kurang efektifnya transfer elektron dari klorofil ke semikonduktor. O leh karena itu, pada penelitian ini akan dilakukan modifikasi dengan menghidrolisis gugus phytil ester pada struktur klorofil sehingga terbentuk klorofilin yang mempunyai gugus karboksilat pada strukturnya (Kay dan Grätzel, 1993). Gugus karboksilat ini yang akan berikatan dengan TiO2 sehingga dapat berfungsi sebagai jembatan untuk injeksi elektron dan mengoptimalkan adsorpsi klorofilin pada permukaan TiO2.
Efisiensi DSSC ditentukan oleh kemampuan zat warna dalam mengabsorp energi cahaya matahari untuk kemudian dikonversi menjadi energi listrik. Peristiwa fotosintesis alami mempunyai efisiensi konversi energi mencapai hampir 100%. Proses tersebut dilakukan oleh photosystem I (PSI) dan photosystem II (PSII) yang dihubungkan oleh transport elektron di tengah kedua sistem membentuk rangkaian pola ‘zigzag’ (Liu et al., 2008). Akibat dari efek saling sinergis antara interaksi PSI dan PSII pada proses fotosintesis adalah kuantum efisiensinya mendekati 100%
1.2 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah :
1. M elakukan blending zat warna klorofilin dan xantofil untuk megetahui serapan zat warna hasil pencampurannya.
2. M engetahui karakter sensitisasi zat warna klorofilin, xantofil, dan hasil pencampurannya pada permukaan TiO2.
3. M enentukan aktivitas elektrokimia sensitiser ko-sensitisasi klorofilin dan xantofil serta zat warna tunggalnya pada lapis tipis TiO2 P25 dan fotoaktivitasnya pada sistem DSSC.
1.3 Manfaat Penelitian
M anfaat dari penelitian ini adalah :
1. M emberikan informasi mengenai ekstraksi klorofil dan derivatisasinya serta ekstraksi xantofil.
