PENGARUH PENCAMPURAN DYE ALAMI ANTOSIANIN, … · Jurnal Fisika dan Aplikasinya (JFA) edisi Januari...
Transcript of PENGARUH PENCAMPURAN DYE ALAMI ANTOSIANIN, … · Jurnal Fisika dan Aplikasinya (JFA) edisi Januari...
ii
PENGARUH PENCAMPURAN DYE ALAMI
ANTOSIANIN, KURKUMIN, DAN KLOROFIL
TERHADAP KINERJA DYE SENSITIZED SOLAR CELL
(DSSC)
Disusun oleh :
MAYA DWI FISTIANI
M0213055
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian
persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
MARET 2017
iii
iv
v
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual Skripsi saya yang berjudul
“PENGARUH PENCAMPURAN DYE ALAMI TERHADAP KINERJA DYE
SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC)” adalah hasil kerja saya dan sepengetahuan
saya hingga saat ini isi Skripsi tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau
ditulis oleh orang lain atau materi yang telah diajukan untuk mendapatkan gelar
kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan Tinggi lainnya kecuali
telah dituliskan di daftar pustaka Skripsi ini dan segala bentuk bantuan telah ditulis
di bagian ucapan terima kasih. Isi Skripsi ini boleh dirujuk atau difotokopi secara
bebas tanpa harus memberitahu penulis.
Surakarta, Maret 2017
Maya Dwi Fistiani
vi
MOTTO
“Sesungguhnya Allah tidak mengubah keadaan suatu kaum sampai mereka
mengubah keadaan diri mereka sendiri”
(QS. [13] : 11)
vii
PERSEMBAHAN
Karya ini saya persembahkan untuk :
1. Bapak, Ibu, dan keluarga besar atas segala bentuk dukungan dan doa yang
telah diberikan kepada penulis.
2. Keluarga besar Material Research Group
3. Teman-teman seperjuangan Entitas Mahasiswa Fisika 2013 (EMF’13)
viii
Pengaruh Pencampuran Dye Alami Antosianin, Kurkumin, dan Klorofil
terhadap Kinerja Dye Sensitized Solar Cell (DSSC)
MAYA DWI FISTIANI
Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sebelas Maret
ABSTRAK
Penelitian ini mengkaji pengaruh pencampuran dye alami terhadap kinerja
DSSC. Pencampuran dye bertujuan untuk memperlebar daerah serapan dye alami.
Dye yang digunakan adalah antosianin, kurkumin, dan klorofil. Antosianin
diekstraksi dari kol merah, kurkumin dari kunyit, sedangkan klorofil dari daun
bayam. Komposisi dye campuran divariasikan dengan perbandingan volume
larutan antosianin:kurkumin dan antosianin:klorofil masing-masing 25%:75%,
50%:50%, dan 75%:25%. Karakterisasi sifat optik dan fotovoltaik I-V diukur
menggunakan spektrofotometer UV-Vis dan Keithley I-V meter. Hasil karakterisasi
UV-Vis menunjukkan bahwa campuran dye memiliki serapan panjang gelombang
yang lebih lebar dibandingkan dengan dye tunggal. Hasil karakterisasi I-V
menunjukkan bahwa campuran antosianin-kurkumin dapat meningkatkan efisiensi
DSSC pada perbandingan 25%:75% dengan efisiensi sebesar 0,07%. Campuran
antosianin-klorofil belum mampu meningkatkan efisiensi DSSC karena penurunan
absorbansi yang cukup drastis.
Kata kunci : DSSC, campuran dye, antosianin, kurkumin, klorofil.
ix
The Effect of Anthocyanin, Curcumin, and Chlorophyll Natural Dyes
Mixture on The Performance of Dye Sensitized Solar Cells (DSSC)
MAYA DWI FISTIANI
Physics Department, Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Sebelas Maret University
ABSTRACT
This research investigated the effect of natural dyes mixture on the
performance of DSSC. The dyes mixture aim to widen the light absorption region
of natural dye. The natural dyes were used from anthocyanin, curcumin, and
chlorophyll. The anthocyanin extracted from red cabbage, curcumin from turmeric,
and chlorophyll from spinach leaves. The composition variations of
anthocyanin:curcumin and anthocyanin:chlorophyll dyes mixture by volume ratios
of 25%:75%, 50%:50%, and 75%:25%, respectively. The optical properties and
photovoltaic I-V characteristic were characterized using UV-Vis spectrophotometer
and Keithley I-V meter. The absorption spectra showed that the dyes mixture had
wider absorption wavelength than to one dye. I-V characteristic showed that
anthocyanin-curcumin mixture dyes enhaced the efficiency of DSSC at a volume
rasio 25%:75% with efficiency 0,07%. The dyes mixture of anthocyanin-
chlorophyll mixture did not enhance DSSC efficiency because of absorbance
decreasing drastically.
Keywords : DSSC, dye mixture, anthocyanin, curcumin, chlorophyll.
x
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan
hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan Skripsi sebagai
bagian dari syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Sains. Skripsi ini memuat hasil
penelitian yang telah penulis lakukan terkait pengembangan Dye Sensitized Solar
Cell (DSSC) dengan judul “PENGARUH PENCAMPURAN DYE ALAMI
TERHADAP KINERJA DYE SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC)”.
Dalam penyusunan maupun penulisan Skripsi ini tidak terlepas dari peran
serta dari berbagai pihak, maka dari itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Ibu, ayah, dan adik yang telah memberikan doa, motivasi, dan
dukungannya.
2. Simbah Tukiyem dan Sinem yang telah memberikan doa dan dukungan.
3. Kakakku, Ita Fistifa Ekawati, yang telah memberikan doa, motivasi, dan
saran dalam penulisan Skripsi ini.
4. Ibu Dr. Yofentina Iriyani, S.Si., M.Si. selaku pembimbing akademik yang
telah membimbing, memotivasi, dan memberikan arahan.
5. Bapak Dr. Fahru Nurosyid, S.Si., M.Si. selaku pembimbing pertama yang
senantiasa memberikan dukungan, bimbingan, dan saran dalam proses
awal hingga pengerjaan Skripsi ini berakhir.
6. Bapak Dr. Agus Supriyanto, S.Si., M.Si. selaku pembimbing kedua yang
telah memberikan dukungan dan bimbingan dalam pengerjaan Skripsi ini.
7. Mbak Dinasti, Mbak Endang, Anggit, Sistha, dan rekan-rekan Material
Research Group lainnya yang telah memberikan dukungan dan bantuan
dalam proses penelitian.
8. Mbak Nor Shalina, Naila, Luluk, serta teman-teman seperjuangan Entitas
Mahasiswa Fisika 2013 (EMF’13) yang senantiasa memberikan doa,
dukungan, semangat, dan bantuan.
Semoga Allah SWT senantiasa memberikan balasan rahmat kepada kalian semua.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan Skripsi ini masih jauh dari
sempurna, namun penulis berharap bahwa Skripsi ini akan memberikan manfaat
xi
bagi kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi, khususnya di bidang sel surya
DSSC.
Surakarta, Maret 2017
Penulis
xii
PUBLIKASI
Sebagian Skripsi saya yang berjudul “PENGARUH PENCAMPURAN DYE
ALAMI ANTOSIANIN, KURKUMIN, DAN KLOROFIL TERHADAP
KINERJA DYE SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC)” telah dipublikasikan pada
Jurnal Fisika dan Aplikasinya (JFA) edisi Januari 2017 Volume 13 Nomer 1 dengan
judul jurnal “Pengaruh Komposisi Campuran Antosianin-Klorofil sebagai
Fotosensitizer terhadap Efisiensi Dye Sensitized Solar Cell (DSSC)”.
xiii
DAFTAR ISI
HALAMAN SAMPUL ................................................................................... ii
HALAMAN PERSETUJUAN ...................................................................... iii
HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................ iv
PERNYATAAN .............................................................................................. v
MOTTO .......................................................................................................... vi
PERSEMBAHAN ........................................................................................... vii
ABSTRAK ...................................................................................................... viii
ABSTRACT .................................................................................................... ix
KATA PENGANTAR .................................................................................... x
PUBLIKASI .................................................................................................... xii
DAFTAR ISI ................................................................................................... xiii
DAFTAR TABEL .......................................................................................... xvi
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xvii
DAFTAR SIMBOL ........................................................................................ xix
BAB I PENDAHULUAN ..................................................................................1
1.1. Latar Belakang Masalah ...................................................................1
1.2. Batasan Masalah ...............................................................................2
1.3. Rumusan Masalah ............................................................................3
1.4. Tujuan Penelitian ..............................................................................3
1.5. Manfaat Penelitian ............................................................................3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................4
2.1. Sel Surya ..........................................................................................4
2.2. Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) ...................................................4
2.2.1. Struktur DSSC ........................................................................4
2.2.2. Mekanisme Kerja DSSC ........................................................5
2.2.3. Material DSSC .......................................................................6
2.2.3.1. Substrat ......................................................................6
2.2.3.2. Semikonduktor TiO2 ..................................................6
2.2.3.3. Antosianin sebagai Dye .............................................6
xiv
2.2.3.4. Kurkumin sebagai Dye ..............................................8
2.2.3.5. Klorofil sebagai Dye ..................................................9
2.2.3.6. Elektrolit ....................................................................11
2.2.3.7. Elektroda Lawan ........................................................11
2.3. Metode Spin Coating ........................................................................12
2.4. Karakterisasi DSSC ..........................................................................13
2.4.1. Karakterisasi Ultraviolet Visible (UV-Vis) ............................13
2.4.2. Karakterisasi Arus – Tegangan (I-V) .....................................13
BAB III METODE PENELITIAN ..................................................................16
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ..........................................................16
3.2. Alat dan Bahan .................................................................................16
3.2.1. Alat yang Akan Digunakan dalam Penelitian ........................16
3.2.2. Bahan yang Akan Digunakan dalam Penelitian .....................17
3.3. Prosedur Penelitian ...........................................................................17
3.3.1. Preparasi Substrat ...................................................................19
3.3.2. Pembuatan Pasta TiO2 dan Deposisi Lapisan TiO2 ................20
3.3.2.1. Pembuatan Pasta TiO2 ................................................20
3.3.2.2. Deposisi Lapisan TiO2 ...............................................20
3.3.3. Ekstraksi Dye..........................................................................21
3.3.3.1. Ekstraksi Antosianin ..................................................21
3.3.3.2. Ekstraksi Kurkumin ...................................................21
3.3.3.3. Ekstraksi Klorofil .......................................................22
3.3.4. Absorpsi Larutan Dye ke Lapisan TiO2..................................23
3.3.5. Karakterisasi UV-Vis .............................................................23
3.3.6. Deposisi Platina pada Elektroda Lawan .................................24
3.3.7. Assembly DSSC ......................................................................24
3.3.8. Karakterisasi I-V .....................................................................25
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ..........................................................26
1.1. Karakteristik Optik ...........................................................................26
1.1.1. Absorbansi Dye Campuran Antosianin-Kurkumin ................26
1.1.2. Absorbansi Dye Campuran Antosianin-Klorofil ...................27
xv
1.2. Karakteristik Listrik .........................................................................29
1.2.1. Karakteristik I-V DSSC dengan Dye Campuran Antosianin-
Kurkumin ...............................................................................29
1.2.2. Karakteristik I-V DSSC dengan Dye Campuran Antosianin-
Klorofil ..................................................................................31
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................33
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................34
LAMPIRAN .......................................................................................................38
xvi
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1. Parameter-parameter DSSC campuran dye antosianin-kurkumin .....30
Tabel 4.2. Parameter-parameter DSSC campuran dye antosianin-klorofil .........32
xvii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Mekanisme kerja DSSC .................................................................5
Gambar 2.2. Struktur kimia antosianin ...............................................................7
Gambar 2.3. Struktur kimia antosianin pada berbagai pH ..................................7
Gambar 2.4. Absorbansi antosianin ....................................................................8
Gambar 2.5. Struktur kimia kurkumin ................................................................8
Gambar 2.6. Struktur kurkumin pada berbagai kondisi ......................................9
Gambar 2.7. Absorbansi kurkumin .....................................................................9
Gambar 2.8. Struktur kimia klrorofil ..................................................................10
Gambar 2.9. Bentuk turunan klorofil karena degradasi ......................................10
Gambar 2.10. Absorbansi klorofil .......................................................................11
Gambar 2.11. Tahap-tahap proses spin coating ..................................................12
Gambar 2.12. Karakteristik I-V sel surya saat penyinaran ..................................14
Gambar 3.1. Alur penelitian ................................................................................18
Gambar 3.2. Substrat berupa kaca FTO ..............................................................19
Gambar 3.3. Alat ultrasonic cleaner ...................................................................19
Gambar 3.4. Proses stirring pasta TiO2 ..............................................................20
Gambar 3.5. Pola pelapisan TiO2 pada substrat kaca FTO .................................20
Gambar 3.6. Proses ekstraksi dye antosianin
(a) Proses penyaringan ..................................................................21
(b) Proses evaporasi dengan rotary evaporator ............................21
Gambar 3.7. Proses ekstraksi dye kurkumin
(a) Proses penyaringan ..................................................................22
(b) Proses evaporasi dengan rotary evaporator ............................22
Gambar 3.8. Proses ekstraksi dye kurkumin
(a) Proses penyaringan ..................................................................22
(b) Alat rotary evaporator .............................................................22
Gambar 3.9. UV-Visible Spectrophotometer Lambda 25....................................23
Gambar 3.10. Pola pelapisan karbon pada elektroda lawan ................................24
Gambar 3.11. Contoh sampel DSSC hasil assembly..........................................24
xviii
Gambar 3.12. Keithley I-V Meter 2602A ............................................................25
Gambar 4.1. Absorbansi campuran larutan dye antosianin-kurkumin ................26
Gambar 4.2. Absorbansi campuran larutan dye antosianin-klorofil ...................27
Gambar 4.3. Karakteristik I-V DSSC dengan campuran dye antosianin-
kurkumin ........................................................................................29
Gambar 4.4. Karakteristik I-V DSSC dengan campuran dye antosianin-
klorofil ...........................................................................................31
xix
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Satuan
𝐴 Absorbansi -
𝜀 Koefisien molar -
𝑐 Konsentrasi Mol/liter
𝑙 Tebal Meter (m)
𝑇 Transmitansi -
𝐼𝑡 Intensitas yang diteruskan Watt per meter
kuadrat (W/m2)
𝐼0 Intensitas masuk Watt per meter
kuadrat (W/m2)
𝐼 Arus Ampere (A)
𝐼𝑆𝐶 Arus short-circuit Ampere (A)
𝑉 Tegangan Volt (V)
𝑉𝑂𝐶 Tegangan open-circuit Volt (V)
𝑉𝑚𝑎𝑥 Tegangan maksimum Volt (V)
𝑃𝑚𝑎𝑥 Daya maksimum Watt (W)
𝑎 Luasan Meter kuadrat (m2)
FF Fill Factor -
𝜂 Efisiensi Persen (%)