View
228
Download
4
Category
Preview:
Citation preview
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ii
HALAMAN PENGESAHAN
Skripsi dengan judul :
Pengaruh Fraksi Klorofil Spirulina sp terhadap SifatListrik 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.DNIP.19610223 198601 10001
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
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 spterhadap sifat listrik dengan struktur Dye Sensitized Solar Cell (DSSC). DSSCmerupakan sel surya fotoelektrokimia yang menggunakan energi cahaya untukreaksi kimia yang menghasilkan energi listrik. Susunan DSSC terdiri dari substratkaca FTO (Flourine doped Tin Oxide) yang dilapisi titanium dioksida, dye,larutan Iodine, dan kaca FTO yang dilapisi karbon dari grafit pensil kayu. DyeSensitizer yang digunakan adalah klorofil alami yang berasal dari ekstrakSpirulina sp. Optimasi dye dalam DSSC menggunakan fraksi yang diperoleh darihasil kromatografi yang digunakan yaitu Sp1, Sp2, dan Sp3. Pengukuran sifatlistrik dengan karakterisasi I-V dengan Keithley 2602A. Nilai Responsivitas untukDSSC dengan dye Sp1 sebesar 1,83x10-8 (A/[Watt/m2]), DSSC dengan dye Sp21,66x10-8 (A/[Watt/m2]), dan DSSC dengan dye Sp3 0,54x10-8 (A/[Watt/m2]).Hasilnya menunjukan bahwa fraksi klorofil Spirulina sp memiliki pengaruhterhadap sifat listrik dengan struktur DSSC.
Kata kunci : DSSC, fraksi klorofil, sifat listrik
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
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 SolarCell (DSSC) structured electrical properties have been investigated. DSSC is thetype of photoelectrochemistry solar cell which used solar energy to performchemistry reaction to produce electric energy. The structure of DSSC consist ofFTO (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 dyesensitizer is natural dye from extract of Spirulina sp. Chlorophyll fraction fromchromatografi separation which used is Sp1, Sp2, and Sp3. Measurement ofelectrical properties with I-V characterization with Keithley 2602A. Andresponsivity value for DSSC with dye Sp1 is 1,83x10-8 (A/[Watt/m2]), DSSC withdye 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 hasan influence on the electrical properties with DSSC structured .
Key words : DSSC, Chlrophyll fraction, electrical properties
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
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
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
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
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
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
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
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 TiO2 ................................................................. 7
2.2.3 Dye .......................................................................................... 7
2.2.3.1 Klorofil sebagai dye ............................................................ 8
2.2.3.2 Spirulina sp ........................................................................ 10
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
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 TiO2 ...................................... 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 Sp1, Sp2, dan Sp3 ........................... 30
Gambar 4.4. Grafik karakterisasi I-V pada Sp1, Sp2, dan Sp3 kondisi terang........... 34
Gambar 4.5. Grafik karakterisasi I-V pada Sp1, Sp2, dan Sp3 kondisi gelap ............. 35
Gambar 4.6. Pengukuran DSSC pada kondisi terang .............................................. 36
Gambar 4.7. Grafik karakterisasi I-V DSSC dengan dye Sp1.................................. 37
Gambar 4.8. Grafik karakterisasi I-V DSSC dengan dye Sp2.................................. 37
Gambar 4.9. Grafik karakterisasi I-V DSSC dengan dye Sp3.................................. 38
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
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 (Re) ................................................... 48
Lampiran 4 Struktur rutile TiO2 hasil XRD ............................................................. 49
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
2
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, Sp2 untuk warna hijau tidak pekat, dan Sp3 untuk 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 TiO2 pada kaca Fluorine doped Tin Oxide (FTO) menggunakan
metode slipcasting.
4. Karakteristik I-V fraksi klorofil Spirulina sp dengan struktur DSSC
dengan Keithley 2602A .
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
3
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.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
5
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
6
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
7
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 TiO2 memiliki 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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
8
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 bermacam-
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
9
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.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
10
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 )
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
11
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).
0ITI (2.5)
Hukum Beer menyatakan bahwa absorbansi cahaya berbanding lurus dengan
konsentrasi dan ketebalan media yang dinyatakan dalam Persamaan (2.6) (Ingle,
1988).
lcTLogIIA )()log(0
(2.6)
Sehingga diperoleh Persamaan (2.7) (Ingle, 1988).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
12
lcA
IIT 10100
(2.7)
Koefisien absorbsi α dapat diperoleh menggunakan Persamaan (2.8) (Ingle, 1988).
)ln(1ln1
0
TlI
Il
(2.8)
Keterangan :
A adalah absorbansi
adalah koefisien absorbansi (cm-1)
T adalah transmitansi
Io adalah 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 – E1 bersesuaian 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.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
13
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 E dan 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).
EJ (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).
AIJ (2.12)
Persamaan (2.11) digunakan untuk menentukan nilai medan listrik E pada
konduktor tersebut apabila diberi tegangan V (Tipler, 2001).
LVE (2.13)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
14
L merupakan panjang penampang dalam satuan meter.
Mengacu pada Persamaan (2.11), (2.12), dan (2.13) diperoleh Persamaan
(2.14).
LVJ.
(2.14)
Nilai tahanan R dari suatu konduktor dirumuskan oleh Persamaan (2.10) (Tipler,
2001).
IVR (2.15)
Berdasarkan Persamaan ( 2.14) dan ( 2.15) dapat diperoleh Persamaan (2.16).
AL
IV . (2.16)
Sehingga resistansi dapat juga dinyatakan sesuai Persamaan (2.17).
ALR .
(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).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
15
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)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
16
Keterangan : Re adalah Responsivitas (A/[Watt/m2])
ISC adalah Arus short circuit (Ampere)
Ee adalah Intensitas cahaya (Watt m-2)
Gambar 2.8. Karakteristik Kurva I-V Fotodioda (Supriyanto dkk, 2009)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
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.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
18
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 TiO2 pada 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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
19
4. Preparasi komponen- komponen DSSC
a. Pembuatan elektroda kerja
Kaca FTO, bubuk TiO2 dan etanol untuk membersihkan kaca
b. Pembuatan elektroda lawan
Kaca FTO, grafit dari pensil kayu
c. Larutan elektrolit Iodine
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
20
3.3. Diagram Penelitian
Secara umum alur penelitian ditunjukkan seperti gambar di bawah ini
Gambar 3.1. Diagram Alur Penelitian
PersiapanAlat dan Bahan
Isolasi klorofil Spirulina sp1. Ekstraksi2. Kromatografi
Karakteristik Dasar :1.UV-Vis2. I-V
Preparasi elektroda kerja1.Pembuatan suspensi TiO22. Deposisi TiO2 pada FTO3. Pemanasan
Preparasi larutan elektrolit
Preparasi elektroda lawan
Pengujian sifat listrik DSSC
Perangkaian DSSCTiO2/dye/elektrolit/karbon/TiO2
Analisa
Kesimpulan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
21
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
22
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 60oC. Evaporasi menghasilkan larutan klorofil yang lebih
kental dan pekat. Proses kromatografi ditunjukkan pada Gambar 3.4. Langkah
langkah pada tahap kromatografi adalah sebagai berikut :
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
23
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 Sp1 yang
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
24
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
25
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
Sp3 diukur 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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
26
3.3.5 Preparasi Elektroda Kerja
Elektroda kerja dibuat pada kaca konduktif FTO yang di atasnya
dideposisikan semikonduktor anorganik TiO2 rutile. 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
TiO2 dengan ukuran 1cm x 2cm. Sisi FTO ditempel dengan selotip sebagai
pembatas.
3. Pasta TiO2 yang 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.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
27
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)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
28
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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
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 TiO2 di atas
kaca FTO dengan metode slipcasting dan tahap pemanasan dengan hot plate serta
pengujian karakteristik dari TiO2, 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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
30
berwarna hijau pekat ditandai dengan label Sp1. Larutan dengan warna hijau yang
lebih cerah ditandai dengan label Sp2 dan larutan yang keluar setelahnya ditandai
dengan label Sp3 dengan warna hijau kekuning – kuningan.
Sp1 Sp2 Sp3
Gambar 4.2. Perbedaan Warna Hasil Kromatografi
4.2. Karakterisasi Optik dan Karakteristik I-V Dye Spirulina sp
4.2.1. Karakteristik OptikHasil absorbansi ketiga sampel klorofil Sp1, Sp2, dan Sp3 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 00 . 0
0 . 5
1 . 0
1 . 5
2 . 0
2 . 5
3 . 0
S p 1 S p 2 S p 3
Ab
s or b
an
s i
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 Sp1 , Sp2 , Sp3
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
31
Gambar 4.3 memperlihatkan grafik absorbansi larutan Spirulina sp pada ketiga
sampel Sp1, Sp2, dan Sp3 sebagai fungsi dari panjang gelombang (nm) yang diukur
dari panjang gelombang 400 nm hingga 800 nm. Hasil pengujian tersebut
memperlihatkan bahwa puncak absorbsi Sp1, Sp2, dan Sp3 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
SP1 Hijau pekat 664 1,26958
647 0,34449
SP2 Hijau muda 664 1,16946
667 0,20771
SP3 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. Sp1 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 Sp2 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 Sp3 pada panjang gelombang λ= 664
nm dengan nilai absorbansi sebesar 1,26958 dan pada panjang gelombang λ= 667
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
32
nm dengan nilai absorbansi sebesar 0,11497. Keseluruhan tipe puncak absorbansi
sampel tersebut melemah dari Sp1 hingga Sp3.
Pada Sp3 terjadi puncak absorbansi lebih rendah dari pada Sp1 dan Sp2. Pada
sampel ini menunjukkan kemampuan absorbansi yang lebih rendah dibanding Sp1
dan Sp2. Penurunan kemampuan absorbansi pada sampel ini dikarenakan kadar
klorofil Sp3 lebih rendah dibanding Sp1 dan Sp2. Meskipun kemampuan
mengabsorbsinya rendah namun pada sampel ini muncul konsistensi yakni dua
puncak pada spektrum absorbansinya. Sedangkan pada Sp2 dan Sp3 terjadi puncak
absorbansi dengan selisih yang sangat kecil, ini berarti kemampuan Sp1 dan Sp2
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 Sp1 diperoleh klorofil a sebesar 15,545 mg/L dan klorofil
b=0,756mg/L, sedangkan Sp2 diperoleh klorofil a sebesar 13,793mg/L dan klorofil
b=0,671mg/L, dan Sp3 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 Sp1
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
33
memiliki kandungan klorofil yang paling banyak sehingga Sp1 memiliki kemampuan
menyerap energi foton lebih baik daripada Sp2 dan Sp3. 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 Sp1 tidak begitu jauh dengan kandungan
klorofil a dan b pada Sp2, hal ini dikarenakan pada Sp1 dan Sp2 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 Sp1,
Sp2, dan Sp3 diperolah hasil seperti pada Gambar 4.4 pada kondisi terang.
Kemampuan absorbansi paling tinggi yang dimiliki sampel Sp1, menunjukkan hal
yang sama pada kemampuan Sp1 dalam menghasilkan arus. Perbandingan antar
sampel menunjukkan kemampuan sampel dalam mengalirkan arus. Dari hasil kurva
menunjukkan Sp1 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 Sp3 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.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
34
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100.00E+000
5.00E-009
1.00E-008
1.50E-008
2.00E-008
2.50E-008
Sp1 Sp2 Sp3
Arus
(Am
pere
)
Tegangan(Volt)
Gambar 4.4. Grafik karakterisasi I-V dye Sp1, Sp2, dan Sp3 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 Sp2 dan Sp3. 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.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
35
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100.00E+000
5.00E-009
1.00E-008
1.50E-008
2.00E-008
Sp1 Sp2 Sp3
Aru
s (A
mpe
re)
Tegangan (Volt)
Gambar 4.5. Grafik karakterisasi I-V pada Sp1, Sp2, dan Sp3 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 KlorofilSampel 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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
36
Tabel 4.3 menunjukkan peningkatan nilai konduktivitas larutan klorofil dari mulai
Sp3, Sp2, dan Sp1. 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/TiO2/dye/elektrolit/FTO. TiO2 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 Sp1, Sp2, dan Sp3.
Sehingga menghasilkan 3 buah DSSC, selanjutnya pada ketiga DSSC yang dibuat
dilakukan uji karakterisasi I-V pada kondisi gelap dan terang dengan Keithley 2602A.
Pada kondisi gelap yaitu dengan cara DSSC ditutup dengan kotak penutup,
sedangkan pada kondisi terang dilakukan dengan penyinaran OHP dengan intensitas
1235 Watt/m2 seperti pada Gambar 4.6.
Gambar 4.6. Pengukuran DSSC pada Kondisi Terang
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
37
Pada Gambar 4.7, 4.8, dan 4.9 ditunjukkan hasil pengukuran arus yang diberi
tegangan antara 0-2Volt. Kemampuan menghasilkan arus pada kondisi terang
menunjukkan peningkatan dibanding arus yang dihasilkan pada keadaan gelap.
Gambar 4.7 Grafik Karakterisasi I-V DSSC dengan Dye Sp1
Gambar 4.8 Grafik Karakterisasi I-V DSSC dengan Dye Sp2
-1.00E-04
-5.00E-05
0.00E+00
5.00E-05
1.00E-04
1.50E-04
2.00E-04
2.50E-04
3.00E-04
3.50E-04
4.00E-04
-1
Aru
s(A
mpe
re)
-1.50E-04
-1.00E-04
-5.00E-05
0.00E+00
5.00E-05
1.00E-04
1.50E-04
2.00E-04
2.50E-04
-1
Aru
s(A
mpe
re)
37
Pada Gambar 4.7, 4.8, dan 4.9 ditunjukkan hasil pengukuran arus yang diberi
tegangan antara 0-2Volt. Kemampuan menghasilkan arus pada kondisi terang
menunjukkan peningkatan dibanding arus yang dihasilkan pada keadaan gelap.
Gambar 4.7 Grafik Karakterisasi I-V DSSC dengan Dye Sp1
Gambar 4.8 Grafik Karakterisasi I-V DSSC dengan Dye Sp2
-1.00E-04
-5.00E-05
0.00E+00
5.00E-05
1.00E-04
1.50E-04
2.00E-04
2.50E-04
3.00E-04
3.50E-04
4.00E-04
0 1 2 3
Tegangan(Volt)
-1.50E-04
-1.00E-04
-5.00E-05
0.00E+00
5.00E-05
1.00E-04
1.50E-04
2.00E-04
2.50E-04
0 1 2 3
Tegangan (Volt)
37
Pada Gambar 4.7, 4.8, dan 4.9 ditunjukkan hasil pengukuran arus yang diberi
tegangan antara 0-2Volt. Kemampuan menghasilkan arus pada kondisi terang
menunjukkan peningkatan dibanding arus yang dihasilkan pada keadaan gelap.
Gambar 4.7 Grafik Karakterisasi I-V DSSC dengan Dye Sp1
Gambar 4.8 Grafik Karakterisasi I-V DSSC dengan Dye Sp2
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
38
Gambar 4.9 Grafik Karakterisasi I-V DSSC dengan Dye Sp3
Keterangan :
Pada ketiga grafik di atas menunjukkan karakteristik I-V pada ketiga sistem
DSSC yang dibuat dengan variasi dye, yaitu dengan Sp1, Sp2, dan Sp3. Perbandingan
secara umum DSSC yang bekerja paling maksimum adalah DSSC yang
menggunakan dye Sp1 . Begitu juga konsistensi ditunjukkan pada kondisi gelap pada
grafik di gambar di atas, DSSC yang mempunyai arus karakterisasi I-V adalah DSSC
yang menggunakan dye Sp1.
Kedua kurva dari masing masing DSSC yang telah dibuat menunjukkan
kenaikan arus ketika diberikan potensial maju, hal ini terjadi karena pada saat
tegangan bias mundur yang dipasang semakin mengecil, maka potensial penghalang
pada persambungan akan menurun sehingga menyebabkan pembawa mayoritas
melintasi persambungan. Pembawa - pembawa ini akan meningkatkan arus maju dan
menurunkan arus reverse ketika tegangan mendekati nol. Adanya penyinaran oleh
cahaya pada permukaan sampel akan meningkatkan pasangan elektron-hole di
-6.00E-05
-4.00E-05
-2.00E-05
0.00E+00
2.00E-05
4.00E-05
6.00E-05
8.00E-05
1.00E-04
-1 -0.5
Aru
s(A
mpe
re)
Kondisi terang
Kondisi gelap
38
Gambar 4.9 Grafik Karakterisasi I-V DSSC dengan Dye Sp3
Keterangan :
Pada ketiga grafik di atas menunjukkan karakteristik I-V pada ketiga sistem
DSSC yang dibuat dengan variasi dye, yaitu dengan Sp1, Sp2, dan Sp3. Perbandingan
secara umum DSSC yang bekerja paling maksimum adalah DSSC yang
menggunakan dye Sp1 . Begitu juga konsistensi ditunjukkan pada kondisi gelap pada
grafik di gambar di atas, DSSC yang mempunyai arus karakterisasi I-V adalah DSSC
yang menggunakan dye Sp1.
Kedua kurva dari masing masing DSSC yang telah dibuat menunjukkan
kenaikan arus ketika diberikan potensial maju, hal ini terjadi karena pada saat
tegangan bias mundur yang dipasang semakin mengecil, maka potensial penghalang
pada persambungan akan menurun sehingga menyebabkan pembawa mayoritas
melintasi persambungan. Pembawa - pembawa ini akan meningkatkan arus maju dan
menurunkan arus reverse ketika tegangan mendekati nol. Adanya penyinaran oleh
cahaya pada permukaan sampel akan meningkatkan pasangan elektron-hole di
-6.00E-05
-4.00E-05
-2.00E-05
0.00E+00
2.00E-05
4.00E-05
6.00E-05
8.00E-05
1.00E-04
-0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5
Tegangan(Volt)
Kondisi terang
Kondisi gelap
38
Gambar 4.9 Grafik Karakterisasi I-V DSSC dengan Dye Sp3
Keterangan :
Pada ketiga grafik di atas menunjukkan karakteristik I-V pada ketiga sistem
DSSC yang dibuat dengan variasi dye, yaitu dengan Sp1, Sp2, dan Sp3. Perbandingan
secara umum DSSC yang bekerja paling maksimum adalah DSSC yang
menggunakan dye Sp1 . Begitu juga konsistensi ditunjukkan pada kondisi gelap pada
grafik di gambar di atas, DSSC yang mempunyai arus karakterisasi I-V adalah DSSC
yang menggunakan dye Sp1.
Kedua kurva dari masing masing DSSC yang telah dibuat menunjukkan
kenaikan arus ketika diberikan potensial maju, hal ini terjadi karena pada saat
tegangan bias mundur yang dipasang semakin mengecil, maka potensial penghalang
pada persambungan akan menurun sehingga menyebabkan pembawa mayoritas
melintasi persambungan. Pembawa - pembawa ini akan meningkatkan arus maju dan
menurunkan arus reverse ketika tegangan mendekati nol. Adanya penyinaran oleh
cahaya pada permukaan sampel akan meningkatkan pasangan elektron-hole di
2.5
Kondisi terang
Kondisi gelap
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
39
daerah persambungan TiO2/dye/Iˉ/C. Pasangan electron-hole akan terpisah oleh
medan listrik yang kemudian akan berkontribusi terhadap peningkatan arus
Dye Sp1 yang memiliki puncak absorbansi lebih tinggi dibandingkan dengan
puncak absorbansi pada dye Sp2 dan Sp3, selain itu pada dye Sp1 memiliki warna
yang lebih pekat dibandingkan dengan dye Sp2, dan Sp3 yang cenderung lebih terang,
sehingga kemampuan untuk menyerap cahaya pun semakin tinggi. Namun arus yang
dihasilkan masih sangat kecil, yaitu dalam skala mikro dikarenakan elektron yang
tereksitasi dari dye ketika terjadi penyerapan cahaya hanya sedikit yang terakumulasi
pada substrat FTO.
Pada Gambar 4.10 dibawah menunjukkan grafik karakterisasi I-V perbandingan
DSSC tanpa elektrolit dengan DSSC menggunakan elektrolit pada kondisi terang
yaitu dengan diberikan pencahayaan lampu OHP dengan intensitas sebesar 1235
Watt/m2. Dari grafik tersebut dapat diketahui bahwa DSSC dengan menggunakan dye
Sp1 tanpa diberi elektrolit pada susunannya tidak memberikan kenaikan arus pada
saat tegangan naik, hal itu dikarenakan pada saat dye kehilangan elektron akibat
eksitasi elektron tidak ada yang menggantikan, sedangkan untuk DSSC yang diberi
larutan elektrolit pada susunannya menunjukkan kenaikan arus jika tegangan naik, hal
itu terjadi karena fungsi elektrolit pada susunan DSSC sendiri berfungsi untuk
menggantikan kehilangan elektron pada pita HOMO dari dye akibat eksitasi elektron
dari pita HOMO ke pita LUMO karena penyerapan cahaya tampak oleh dye. Selain
itu elektrolit juga dapat menerima elektron pada sisi elektroda lawan. Pada ketiga
DSSC yang dibuat dengan variasi fraksi dye yaitu, Sp1, Sp2, dan Sp3 tampak bahwa
DSSC dengan dye fraksi 1 atau Sp1 menunjukkan karakteristik I-V yang lebih tinggi
dibanding DSSC yang dibuat dengan dye Sp2, maupun Sp3. Hal tersebut dikarenakan
kandungan klorofil dari fraksi 1 lebih tinggi daripada kandungan klorofil dari fraksi 2
maupun fraksi 3. Namun pada ketiganya tetap terjadi kekonsistenan karakteristik
antara arus dan tegangan.
Selanjutnya untuk Gambar 4.11 menunjukkan grafik karakterisasi I-V
perbandingan DSSC tanpa elektrolit dengan DSSC menggunakan elektrolit pada
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
40
kondisi gelap, yaitu dengan ditutupi dengan kotak penutup, sama halnya dengan
Gambar 4.10, pada kondisi gelap ini juga untuk DSSC tanpa elektrolit juga tidak
menunjukkan kenaikan arus saat tegangan naik, kurva yang dibentuk cenderung
datar, tanpa ada kenaikan yang linier, sedangkan DSSC yang menghasilkan kenaikan
arus yang paling tinggi tetap terjadi pada DSSC dengan dye Sp1.
Gambar 4.10 Grafik Perbandingan DSSC tanpa Elektrolit dengan DSSC denganElektrolit pada Kondisi Terang
Gambar 4.11 Grafik Perbandingan DSSC tanpa Elektrolit dengan DSSC denganElektrolit pada Kondisi Gelap
-2.00E-04
-1.00E-04
0.00E+00
1.00E-04
2.00E-04
3.00E-04
4.00E-04
-1 -0.5 0 0.5 1 1.5
Aru
s(A
mpe
re)
Tegangan(Volt)
-1.00E-04
-5.00E-05
0.00E+00
5.00E-05
1.00E-04
1.50E-04
2.00E-04
2.50E-04
3.00E-04
3.50E-04
4.00E-04
-1 -0.5 0 0.5 1 1.5
Aru
s(A
mpe
re)
Tegangan(Volt)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
41
Keterangan :
Dari Gambar 4.10. diatas, kemudian dapat dihitung nilai Responsivitasnya dengan
menggunakan Persamaan (2.18) sebagai berikut :
Tabel 4.4 Nilai Responsivitas DSSCDSSC ISC (Ampere) Re
(A/[Watt/m2])
DSSC Sp1 2,26x 10-5 1,83x10-8
DSSC Sp2 2,05x10-5 1,66x10-8
DSSC Sp3 6,67x10-6 0,54x10-8
Dari Tabel diatas dapat diketahui bahwa nilai Responsivitas yang terbesar
dimiliki oleh DSSC dengan dye Sp1 yaitu sebesar 1,83x10-8 (A/[Watt/m2]). Hal itu
menunjukkan bahwa dye Sp1 yang memiliki puncak absorbansi tertinggi dan
karakteristik I-V yang paling tinggi dari fraksi lainnya mampu menghasilkan DSSC
dengan nilai responsivitas yang tertinggi. Maka dapat dikatakan bahwa fraksi dari
klorofil Spirulina sp memiliki pengaruh terhadap sifat listrik dengan susunan DSSC.
DSSC Sp1 dengan elektrolit
DSSC Sp2 dengan elektrolit
DSSC Sp3 dengan elektrolit
DSSC Sp1 tanpa elektrolit
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
42
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Dari penelitian yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Kemampuan absorbansi dari klorofil Spirulina sp yang digunakan sebagai
dye untuk Sp1 dengan puncak absorbansi sebesar 1,26958 pada λ =664 dan
0,34449 pada λ =647 , Sp2 sebesar 1,16946 pada λ =664 dan 0,20771 pada
λ =647, dan Sp3 sebesar 0,72854 pada λ =664 dan 0,11497 pada λ = 647
2. Karakteristik I-V dari klorofil Spirulina sp pada ketiga fraksi yaitu Sp1,
Sp2, dan Sp3 menunjukkan karakteristik peningkatan nilai arus secara
linier ketika tegangan dinaikkan. Nilai Konduktivitas larutan klorofil Sp1
untuk kondisi terang adalah sebesar (2,84 ±0,029) x 10-6 (Ωm)-1, Sp2 (2,30
±0,015) x 10-6 (Ωm)-1 , dan Sp3 (1,49 ±0,012) x 10-6 (Ωm)-1, sedangkan
untuk kondisi gelap adalah sebesar (2,75 ±0,016) x 10-6 (Ωm)-1, Sp2
(1,61±0,012) x 10-6 (Ωm)-1 , dan Sp3 (0,46 ±0,007) x 10-6 (Ωm)-1
3. Pengaruh fraksi klorofil dari ekstrak Spirulina sp terhadap sifat listrik
dengan struktur DSSC menunjukkan nilai Responsivitas terhadap cahaya
masing – masing 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 Sp3 0,54x10-8 (A/[Watt/m2])
5.2. Saran
1. Perlu dikaji mengenai pengaruh berbagai karakteristik komponen DSSC
terhadap performansi sel surya.
2. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai desain sel yang optimal
untuk menjaga performansi sel surya.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Recommended