PENGGUNAAN EKSTRAK PIGMEN KULIT BUAH MANGGIS...
31
31
PENGGUNAAN EKSTRAK PIGMEN KULIT BUAH MANGGIS (Garnicia mangostana L.) SEBAGAI ZAT PEKA CAHAYA TiO2-NANO PARTIKEL DALAM DYE-SENSITIZED SOLAR
CELL (DSSC)
Hardani, Hendra, Muh. Iman Darmawan, Cari, Agus Supriyanto
Ilmu Fisika, Universitas Sebelas Maret, Surakarta Email (contact person); danylastchild07@gmail.com
ABSTRAK
DSSC (Dye-sensitized solar cells) adalah suatu devais yang mampu mengubah energi matahari menjadi energi listrik dengan memanfaatkan dye (pewarna) sebagai sensitizer dan material semikonduktor sebagai elektroda kerja-nya (foto-anoda). Pada penelitian ini telah berhasil dibuat elektroda foto-anoda berbahan titanium dioksida (TiO2) ukuran nanopartikel berbentuk film tebal (thick film) yang dideposisikan diatas gelas transparan konduktif FTO (fourine doped-tin oxide) dengan metode spin coating, suatu metode percepatan larutan pada substrat yang diputar. Foto-anoda TiO2 kemudian diaplikasikan sebagai elektroda kerja pada DSSC dengan dye kulit buah manggis (Garnicia mangostana L.) sebagai sensitizer. Dari hasil pengujian menggunakan solar simulator AM 1.5G (100 mW/cm2) didapatkan bahwa volume prekursor TiO2 mempengaruhi unjuk kerja sel surya DSSC dan diperoleh overall conversion efficiency mencapai 0,09 % dengan tegangan open circuit (Voc) sebesar 0,53 V, rapat arus short circuit (Jsc) sebesar 0,34 mA dengan fill factor (FF) 2,5 x 10-6.
Kata kunci: dye-sensitized solar cell (DSSC), sensitizer, Fourine doped-tin oxide (FTO)
1. PENDAHULUAN
Energi merupakan kebutuhan yang sangat penting dalam memenuhi segala bentuk
kebutuhan hidup di dunia, sehingga
kebutuhan energi di dunia semakin hari
semakin meningkat. Oleh sebab itu,
pencarian sumber energi alternatif yang
dapat diperbaharui (renewable), murah dan
ramah lingkungan menjadi tuntutan yang tidak dapat ditunda lebih lama lagi saat ini sehubungan dengan menyusutnya cadangan bahan bakar fosil secara siginifikan dalam beberapa tahun belakangan ini, serta efek rumah kaca dan pemanasan global yang ditimbulkan selama proses pengunaannya. Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM) Republik Indonesia memperkirakan cadangan minyak bumi di tanah air hanya mencukupi untuk 18 tahun ke depan, sementara gas bumi dan batubara masing-masing hingga 61 dan 147 tahun ke depan [1]. Salah satu energi alternatif yang mempunyai potensi sangat besar namun belum dimanfaatkan secara maksimal adalah
sel surya (photovoltaic/solar cell) yang
mampu mengkonversi sinar matahari secara
langsung menjadi energi listrik. DSSC
berbeda dengan sel surya komersial berbasis silikon, dimana pada sel surya DSSC ini terjadi pemisahan antara fungsi penyerapan
cahaya dengan transport pembawa
muatannya [2]. DSSC memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan sel surya komersial berbasis silikon diantaranya murah,
pembuatannya mudah, serta memiliki
efisiensi tinggi walau pada intensitas cahaya yang kurang [3]. Komponen-komponen didalam DSSC pada umumnya terdiri dari elektroda kerja berupa elektroda foto-anoda dari bahan semikonduktor (misalkan: TiO2
dan ZnO), dye sebagai sensitizer yang
menyerap cahaya matahari, pasangan redox berupa triodide/iodide, dan counter elektroda berbahan Platina (Pt). Sedangkan kelemahan dari sel surya berbasis silikon tidak hanya
harganya yang mahal, juga spektrum
penyerapan terlalu sempit. Diketahui
distribusi energi dari sinar matahari terdiri sekitar 4% ultraviolet dan cahaya tampak 96%. Spektrum utama penyerapan sel surya silikon adalah ultraviolet dan ungu. Ini menunjukkan sel surya silikon tidak dapat
menggunakan hampir 96% energi dari
cahaya matahari [4]. Upaya untuk
memperluas spektrum serapan dari daerah ultraviolet hingga wilayah cahaya tampak
sekarang diaplikasikan sebagai Dye
Sensitized Solar Cell [5], dimana pewarna dapat membantu DSSC untuk memperluas spektrum penyerapan [6].
Prosiding Mathematics and Sciences Forum 2014 ISBN 978-602-0960-00-5
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
32
[FISIKA]
Kesulitan teknis pengembangan DSSC untuk memperpanjang masa pakai DSSC dan meningkatkan penyerapan kuantitas cahaya matahari, karena pewarna organik dengan mudah akan busuk. Semua pertanyaan untuk
dye adalah sangat menarik dan layak untuk
dipelajari [7]. Penelitian menyajikan beberapa data eksperimen dari berbagai bahan alam
yang dapat digunakan sebagai bahan
sensitizer. Analisis bahan dilakukan pada sifat optik dan listrik bahan organik dari ekstrak
wortel (daucus carota), buah melinjo
(Genetum genemon) dan kulit buah manggis (Garnicia mangostana). Hasil ekstrak dari bahan alam yang digunakan dalam penelitian menunjukkan absorbansi kisaran 320-450 nm. Metode yang umum digunakan untuk
membuat thick film TiO2 adalah dengan
melapiskan pasta nanopartikel TiO2 di atas gelas transparan konduktif (gelas FTO)
menggunakan metode doctor blade / Slip
Casting. Namun metode ini memiliki
kelemahan, sulit mendapatkan film dengan ketebalan yang konsisten. Pada penelitian ini
menggunakan metode spin coating, dengan
metode ini terbukti menghasilkan film dengan
ketebalan terkontrol dan memiliki
homogenitas tinggi serta proses yang simpel
[8]. Ketebalan film yang terkontrol
memungkinkan untuk mendapatkan film
dengan pengulangan yang konsisten. Untuk mendapatkan DSSC dengan effisiensi tinggi
ketebalan film pada elektroda foto-anoda TiO2
yang optimum karena ketebalan film ini mempengaruhi proses penyerapan cahaya (ligh absorption) [9].
2. EKSPERIMEN
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh dari ekstrak kulit buah manggis
(Garnicia mangostana L.) terhadap
peningkatan effisiensi sel surya berbasis DSSC dan mengetahui karakterisasi sifat listrik dari ekstrak kulit buah manggis (Garnicia mangostana L.). Ekstraksi diuraikan pada sub bagian berikut.
2.1 Ekstraksi Pewarna Alami
Bahan-bahan yang hendak diekstraksi
dibersihkan dengan air, kemudian sebanyak 25 gram masing-masing bahan dihaluskan dengan mortal dan setelah halus tiap bahan
dicampur 50 ml etanol diaduk selama 30
menit 200 rpm menggunakan vortex stirrer
pada suhu kamar. Setelah diaduk kemudian didiamkan selama 24 jam dan disaring menggunakan kertas saring Whatman no. 42.
Setelah penyaringan simpan larutan dalam wadah tertutup dan terlindung dari sinar matahari.
2.2 Analisis Penyerapan
Kandungan tiap-tiap bahan hasil ekstraksi
dianalisa menggunakan Spectrofotometer UV
Visible shimadzhu 1601 PC untuk
menentukan sifat absorbansi bahan. Rentang
panjang gelombang analisis penyerapan
spektrum di cahaya tampak 300 – 800 nm.
dari hasil pengukuran sifat absorbansi
kemudian diketahui jenis kandungan dye dari
bahan alam.
2.3 Konduktivitas bahan
Pengukuran konduktivitas menggunakan
Elkahfi 100/IV-Meter dilakukan dalam
keadaan gelap dengan menutup semua bagian wadah menggunakan aluminium foil dan di bawah penyinaran menggunakan
sumber cahaya lampu halogen 100 mW/cm2
dan energi intensitas 680.3 W/m2. Lampu
halogen digunakankarena memiliki spektrum
penuh yang mirip cahaya tampak dengan sinar matahari. Dari hasil pengukuran I-V
kemudian ditentukan konduktivitas (σ)
bahan. Untuk menentukan konduktivitas
larutan organik dapat menggunakan
persamaan: penampang permukaan daerah elektroda (m2).
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian menggunakan bahan alam seperti wortel, buah melinjo kulit merah dan kulit buah manggis diekstrak menggunakan etanol dengan perbandingan tetap 1 gram bahan alam 2 ml pelarut. Kemudian diuji absorbansi
menggunakan Spectrofotometer UV Visible
shimadzhu 1601 PC dan pengukuran
Arus-Tegangan menggunakan I-V meter/elkahfi
100 dari I-V untuk mengetahui nilai
konduktivitas elektrolit.
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PENGGUNAAN EKSTRAK PIGMEN KULIT BUAH MANGGIS...
33
100 200 300 400 500 600 700 800 900
Absorbansi
Gbr 1. Absorbansi berbagai ekstrak bahan alam melinjo, wortel, dan manggis
menggunakan Spectrofotometer UV Visible
shimadzhu 1601 PC.
Gbr 1 menunjukkan bahwa perbandingan tetap antara berbagai bahan alam dan pelarut menghasilkan absorbansi yang berbeda. Gbr 1.1 juga menunjukkan spektrum pewarna diekstrak dari berbagai bahan alam memiliki spektrum penyerapan yang berkisar 320 – 580 nm, sedangkan untuk nilai konduktivitas dari elektrolit dapat di lihat pada Gbr di konduktivitas dari elektrolit pada arus terang lebih besar dari pada arus gelap.
4. KESIMPULAN
1. Pengukuran dan analisis penyerapan
spektrum pewarna alam ekstrak dari wortel, melinjo dan kulit manggis telah dilakukan dengan perbandingan massa
bahan alam dan volume pelarut dijaga
tetap. Hasil penelitian menunjukkan
bahwa pewarna diekstrak dari bahan alam tersebut memiliki spektrum penyerapan di panjang gelombang antara 320 – 580 nm.
2. Pengukuran I-V Meter/Elkahfi digunakan
sumber tegangan sama sebesar 9 volt menghasilkan arus listrik dari larutan elektrolit lebih besar. Arus dalam keadaan
gelap memberikan 3.21 x 10-5 mA,
sedangkan pada keadaan terang
memberikan 3.46 x 10-5 mA.
3. Hasil pengukuran absorbansi mulai yang
terbesar sampai terkecil yaitu berturut-turut dari ekstrak wortel, kulit melinjo warna merah dan kulit buah manggis. Hal ini menjadikan bahan organik perlu untuk
di selidiki sebagai bahan sensitizer DSSC.
4. Efisiensi yang tertinggi dihasilkan oleh
ekstrak kulit manggis sebesar 0,09%, sedangkan ekstrak wortel 0,05% dan ekstrak kulit melinjo 0,03% .
UCAPAN TERIMAKASIH
Peneliti mengucapkan terimakasih kepada pengelola Laboratorium MIPA UNS Surakarta dan dukungan dari LPPM hibah pasca UNS Surakarta dengan No. 301A/ UN27/ PN/ 2014.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Teguh Priyambodo, Pembangkit Listrik
Tenaga Surya: Memecah Kebuntuan
Kebutuhan Energi Nasional dan Dampak
Pencemaran Lingkungan, URL:
http://www.chem-istry.
org/?sect=artikel&ext=114 (Diakses 15 Juli 2014).
[2] Hagfeldt A., Didriksson B., Palmqwist T.,Lindstrom H., Sodergren S., Rensmo H. And Lindquist S-E, Solar Energy Mater. And Solar Cells (1994), Verification of high efficiencies for the Gratzel-cell. A 7% efficient solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films,Vol. 31, pp 481 – 488.
[3] Ma T., Akiyama M., Abe E., and Imai I, Nano Letters (2005), High-efficiency dye-sensitized solar cell based on a nitrogen-doped nanostructured titania electrode, Vo. 5, pp 2543 – 2547.
[4] 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
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
34
[FISIKA]
Mechanics, December 21-22, 2007, ISU,
Kaohsiung, Taiwan, R.O.C.
[5] Grätzel, M., 2006. Photovoltaic
performance and long-term stability of
dye-sensitized meosocopic solar cells. Elsevier: C.
R. Chimie 9 (2006) 578–583.
[6] Grätzel, M., 2003. Dye-sensitized solar
cells. Journal of Photochemistry and
Photobiology C: Photochemistry Reviews 4 (2003) 145–153
[7] Kalyanasundaram K., Gra¨tzel M., 1998,
Applications of functionalized transition metal complexes in photonic and optoelectronic
devices, Coordination Chemistry Reviews, 77 (1998) 347 – 414
[8] Purwanto A., Widiyandari H., and Jumari A., Thin solid Film (2012), Fabrication of high performance fluorine doped–tin oxide film using flame-assisted spray deposition, Vol. 520 pp. 2092–2095.
[9] Agarwala S., Kevin M., Wong A.S.W., Peh C.K.N., Thavasi V., and Ho G. W., ACS
Applied Materials & Interfaces (2010),
Mesophase ordering of TiO2 film with high surface area and strong lihgt harvesting for dye-sensitized solar cell, Vol. 2, pp 1844 – 1850.
