Abstrak— Sel  surya  adalah  peralatan  yang  dapat  mengubah energi  matahari  menjadi  energi  listrik  dengan  menggunakan efek  photovoltaic.  Desain  dan  konstruksi  dari  solar  cell mengalami  perkembangan  seiring  dengan  berkembangnya teknologi saat ini, hingga pada tahun 1991 ditemukan DSSC (Dye Sensitized  Solar  Cell).  Sampai  saat  ini  bahan  yang  umum digunakan sebagai dye pada pembuatan DSSC adalah ruthenium complex yang berharga mahal dan sulit untuk disintesa. Karena itu  perlu  dilakukannya  penelitian  tentang  penggunaan  bahan lain yang murah dan mudah untuk disintesa sebagai bahan dye, karena  itu  perlu  diadakan  pengujian  terhadap  performa  yang dihasilkan  dari  DSSC  dengan  bahan  dye  tersebut  dan  apa  saja variabel  yang  mempengaruhinya.  Metode  penelitian  yang digunakan adalah studi eksperimental terhadap prototype DSSC dengan  variasi  bahan  dye  sensitizer  dari  ekstrak  kulit  manggis (Garcinia  mangostana), ekstrak  daun  bayam  (Amaranthus hybridus  l.) ekstrak  buah  naga  merah  (Hylocereus  polyrhizus). Pengujian prototype DSSC dilakukan dengan cara menyinarinya menggunakan  cahaya  lampu  halogen  yang  diatur  tegangannya menggunakan sebuah dimmer untuk mengendalikan temperatur dari  lampu,  sehingga  lampu  tersebut  menghasilkan  variasi tintensitas  cahaya  sebesar  29 W/m 2 ,  36 W/m 2 dan  49 W/m 2 . Selanjutnya pengujian dilakukian dengan cara yang sama, tetapi dengan  ditambahkan  pendingin  berupa  air  yang  mengalir dibawah permukaan prototype DSSC. Penilitian ini menghasilkan  kesimpulan  bahwa  semakin  tinggi  intensitas cahaya,  maka  semakin  tinggi  Pmax  yang  dihasilkan  oleh prototype.  Semakin  bertambah  temperatur  pencahayaan  maka semakin  berkurang  performa  dari  prototype  DSSC.  Efisiensi yang  paling  besar  dihasilkan  oleh  prototype  dengan  bahan  dye dari  ekstrak  kulit manggis  pada  intensitas  29  W/m 2 sebesar 0,73%,Pendinginan  yang  diberikan  kepada  prototype  mampu memperbaiki  efisiensi  dari  prototype  DSSC  yang  dibuat  akan tetapi tidak signifikan.
Kata  Kunci— buah  naga  merah,  daun  bayam,  DSSC,  kulit manggis, performa DSSC, temperatur.

## I. PENDAHULUAN
NERGI  adalah  salah  satu  tantangan  yang  kita  hadapi pada  abad  21  ini.  Berdasarkan  survey  yang  dilakukan oleh Professor Ricards Smalley dari Rice University mengenai masalah terbesar  yang akan dihadapi  manusia untuk 50 tahun mendatang,  ternyata  energi  menduduki  peringkat  pertama. Cadangan sumber energi fosil di seluruh dunia terhitung sejak 2002  yaitu 40  tahun untuk minyak, 60  tahun untuk gas alam, dan  200  tahun  untuk  batu  bara.  Dengan  keadaan  semakin menipisnya sumber energi fosil tersebut, di dunia sekarang ini
terjadi  pergeseran  dari  penggunaan  sumber  energi  tak terbaharui menuju sumber energi yang terbaharui. Dari sekian banyak  sumber  energi terbaharui  seperti  angin,  biomass  dan hydro power, penggunaan energi melalui solar cell / sel surya merupakan  alternatif  yang  paling  potensial.  Hal  ini dikarenakan  jumlah  energi  matahari  yang  sampai  ke  bumi sangat  besar,  sekitar  700  Megawatt  setiap  menitnya.  Bila dikalkulasikan,  jumlah  ini  10.000  kali  lebih  besar  dari  total konsumsi energi dunia.
Sel  surya  adalah  peralatan  yang  dapat  mengubah  energi matahari  menjadi  energi  listrik  dengan  menggunakan  efek photovoltaic.  Efek  photovoltaic    merupakan  fenomena munculnya  tegangan  listrik  akibat  adanya  kontak  dua elektroda  yang  dihubungkan  dengan  sistem  padatan  atau cairan dibawah paparan energi cahaya.  Sel surya berdasarkan perkembangan  teknologi  saat  ini  dan  bahan    pembuatannya dapat  dibedakan  menjadi  tiga  yaitu  pertama,  sel  surya  yang terbuat  dari  silikon  tunggal,  dan  silikon  multi  kristal.  Kedua, sel surta tipe  lapis  tipis  (thin  film solar  cell)  dan  yang ketiga sel  surya  organik  (Dye  Sensitized  Solar  Cell).  Sel  surya konvensional  berupa  sambungan  p-n  junction  yang  terbuat dari  bahan semikonduktor  seperti silikon,  masih mahal  untuk dikembangkan  karena  menggunakan  teknologi  yang  canggih untuk  memproduksinya.  Hingga  sampai  ditemukan  oleh Gratzel  yaitu sel surya organik,  DSSC (Dye  Sentisizer Solar Cell) sebagai sel surya yang menggunakan dye sensitizer dari bahan  organik  yang  banyak  ditemukan  di  lingkungan  sekitar yang  dapat  secara  langsung  dikembangkan  dengan    biaya murah serta mudah fabrikasinya.
Performa  dari  sebuah  solar  cell  mempengaruhi  besar tidaknya  arus  listrik  yang  dihasilkan,  performa  tersebut  bisa ditentukan dari beberapa hal, yang utama adalah efisiensi dan fill factor dari solar cell tersebut, dimana kedua parameter ini bisa  dipengaruhi  oleh  banya  faktor,  dari  konstruksi  solar  cell itu  sendiri  maupun faktor  dari  luar.  Pada  penelitian sebelumnya  belum  diketahui  secara  jelas  faktor  –faktor  apa saja  yang  bisa  mempengaruhi  performa dari  DSSC,  terutama faktor dari luar seperti intensitas cahaya, temperatur dan faktor lainnya.  Perlu  dilakukannya  penelitian  atau  percobaan  untuk bisa  mengetahui  faktor-faktor  apa  saja  yang  bisa mempengaruhi  performa  dari  sebuah  DSSC,  supaya  bisa dilakukan karakterisasi terhadap DSSC menyesuaikan dengan performanya  dan  bisa  dilakukan  pengembangan  dan pengoptimalan terhadap desain dan fabrikasinya.
Studi Eksperimental Pengaruh Intensitas Cahaya terhadap Performa DSSC ( Dye Sensitized Solar Cell ) dengan Ekstrak Buah dan Sayur sebagai Dye Sensitizer
Khoiruz Zadit Taqwa dan Bambang Arip Dwiyantoro Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail :bambangads@me.its.ac.id
E

## II. METODE PENELITIAN

## A.    Prosedur Pembuatan Prototype DSSC Persiapan
Pembersihan  kaca  substrat dengan  ultrasonic  cleaner seperti pada Gambar 1. Supaya  kaca terbebas dari  material- material    yang    tidak  mampu  dibersihkan  dengan  air  saja. Bersih tidaknya kaca ITO mempengaruhi hasil pengujian dari sampel yang akan dilapiskan pada kaca substrat.
Pembuatan Pasta TiO 2 Pasta TiO 2 dibuat dari 4 gram serbuk TiO 2 berfase 98,5% anatase dan 1,5% rutile yang dihaluskan terlebih dahulu dalam mortar,  kemudian  ditambahkan  15  ml  larutan  asam  asetat diaduk selama 30 menit dan ditambahkan 10 tetes triton X-100 sambil  diaduk  selama  60  menit  Pasta  TiO 2 dideposisikan diatas  kaca  konduktif  ITO  dengan  metode  Spin  Coating. Sebelum  dilakukan  pendeposisian,  dilakukan  terlebih  dahulu uji  resistansi  sisi  konduktif  kaca  ITO  dengan  menggunakan multimeter  seperti  pada  Gambar  2(a),  selanjutnya  kaca  ITO yang  telah  disiapkan  diletakkan  diatas  alat  Spin  Coating dengan  bagian  sisi  konduktif  berada  di  bagian  atas  seperti pada Gambar 2 (b).

## Pembuatan Elektroda Pembanding
Sebuah pensil berjenis 6B  digosokkan secara merata pada kaca yang dipakai sebagai substrat seperti pada Gambar 3 (a). Kemudian  dibakar  dengan  menggunakan  api  dari  lilin sehingga  didapatkan  lapisan  karbon  seperti  pada  Gambar  3 (b).

## Pembuatan Ekstrak Dye
Untuk membuat dye ekstrak kulit manggis dan bayam [1]- [2], potong kecil-kecil kemudian dimasukkan ke oven dengan suhu  105 ˚ C  selama  24  jam,  setelah  kering  disaring  dan diambil sebanyak 50 gr, kemudian tambahkan 105 ml aquades dan  21  ml ethanol ,  aduk  selama  10  menit  kemudian  saring. Untuk  membuat  dye ekstrak  buah  naga  merah [3],  tumbuk buah naga  merah dalam mortar kemudain ambil  sebanyak  50 gr dan  campurkan  50  ml aquades dan  21  ml ethanol dan saring  menggunakan  kertas  saring. Kemudian  rendam  kaca substrat  yang  sudah  dilapisi  pasta  TiO 2 di  dalam  larutan dye selama 30 menit seperti pada Gambar 4.

## Penyusunan Lapisan Sandwich
Tetesi kaca subtrat yang sudah dilapisi dye dengan larutan elektrolit  yang  terbuat  dari  kalium  iodine  dan  iodine  dengan cara  diteteskan  sebanyak  2  tetes  (setara  0,2  ml)  seperti  pada Gambar 5(a).  Setelah  selesai  kemudian  lapisan  tersebut ditutup  dengan  kaca  yang sudah  dilapisi  oleh  karbon  sebagai elektroda pembanding,  kemudian  dijepit  menggunakan  klip seperti pada Gambar 5(b).

## B.    Prosedur Pengujian Pengujian Karakteristik I-V
Rangkai alat seperti pada Gambar 6. Chek terlebih dahulu berapa  nilai  hambatan  yang  dimiliki  oleh  potentiometer menggunakan  ampermeter.  Kemudian  hambatan  tersebut dibagi  menjadi  10  sampai  20  kali  putaran  potentiometer  dan diberikan  tanda  pada  setiap  putaran.  Selanjutrnya  rangkaian tersebut  disambungkan  pada  prototype  yang  akan  diuji,  arus dan  tegangan  yang  keluar  saat  potentiometer  belum  diputar dicatat.  Kemudian  potentiometer  diputar  dari  titik  putar  satu sampai akhir, dan dicatat arus dan tegangan yang keluar pada setiap putaran.
Gambar 1.  Pembersihan kaca ITO menggunakan ultrasonic cleaner
Gambar  2  (a)  Pengetesan  sisi  konduktif  dari  kaca  ITO  (b)  pelapisan  TiO2
menggunakan metode spin coating
(a) (b) (a) (b)
Gambar 3. (a) Pensil 2B digosokkan pada sisi kaca konduktif (b) Lapisan karbon dibakar diatas lilin
Gambar 4.  Kaca yang sudah dilapisi larutan TiO2 direndam dalam larutan dye
(a) (b)
Gambar 5. (a) Pelapisan elektrolit pada lapisan elektroda kerja (b) Lapisan sandwich DSSC yang sudah jadi.

## Pengujian Terhadap Variasi Intensitas Cahaya
Susunan alat untuk pengujian prototype DSSC ditunjukkan oleh Gambar 7. pertama-tama lampu halogen dihubungkan ke listrik  melalui dimmer ,  kemudian  ketinggian  dari  lampu halogen  diatur  hingga  mendapatkan  nilai  P cahaya yang homogen, diukur menggunakan pyranometer , dan mendapatkan temperatur permukaan prototype yang homogen, diukur  menggunakan  termometer  digital.  Setelah  didapatkan temperatur  permukaan  yang  stabil  selanjutnya  dicatat temperatur  kemudian arus dan  tegangan  yang dihasilkan oleh prototype setiap  20  detik  sampai  pada  temperatur  maksimum masing-masing intensitas.  Langkah  tersebut  diulang  kembali dengan mengalirkan pendingin berupa air dibawah permukaan prototype .

## III. HASIL DAN DISKUSI

## A.    Uji Karakteristik I-V Prototype DSSC
Hasil  dari  pengujian  karakteristik  I-V  pada  setiap prototype DSSC dengan bahan dye yang berbeda dapat dilihat pada Gambar 8, pada gambar tersebut terlihat bahwa trendline grafik  yang  dihasilkan  oleh prototype DSSC  dengan  bahan dye dari  ekstrak kulit  manggis,  bahan dye ekstrak  buah  naga merah,  dan  bahan dye ekstrak  daun  bayam  sudah menunjukkan kesesuaian dengan kurva karakteristik I-V pada solar  sel. Prototype DSSC  dengan  bahan dye ekstrak  kulit manggis  menghasilkan  arus  maksimum  sebesar  53  μA, tegangan  maksimum  sebesar  503  mV. Prototype DSSC dengan  bahan dye ekstrak  buah  naga  merah  menghasilkan arus maksimum  sebesar 19  μA, tegangan maksimum  sebesar 280  mV. Prototype DSSC  dengan  bahan dye ekstrak  daun bayam  menghasilkan  arus  maksimum  sebesar  38,8  μA, tegangan maksimum sebesar 317 mV.

## B.     Hasil Uji Variasi Intensitas Cahaya Pengujian Tanpa Pendingin
Berdasarkan  grafik  yang  ditunjukkan  pada  Gambar  9-11 dapat  dilihat  bahwa  trend  grafik  adalah  semakin  tinggi temperatur  semakin  rendah  arus  yang  dihasilkan,  dan sebaliknya  tegangan  yang  dihasilkan  semakin  tinggi,  dapat
Gambar 6.  Susunan alat pengujian karakateristik I-V prototype DSSC
Gambar. 7.  Skema susunan alat uji
Gambar. 8.  Grafik karakteristik I-V pada setiap prototype DSSC. 0 10 20 30 40 50 60 0 100 200 300 400 500 600 I ( μ A ) V (mV) Dye Ekstrak Buah Naga Dye Ekstrak Daun Bayam Dye Ekstrak Kulit Manggis (a) (b)
Gambar 9.  Output  yang  dihasilkan  oleh prototype DSSC  kulit  manggis dengan variasi intensitas cahaya berupa (a) Arus dan (b) Tegangan
40 80 120 160 200 20 30 40 50 60 70 I (μ A ) T(˚C) Intensitas 29 W/m2 Intensitas 36 W/m2 Intensitas 49 W/m2 440 460 480 500 520 540 20 30 40 50 60 70 V ( m V ) T(˚C) Intensitas 29 W/m2 Intensitas 36 W/m2
Intensitas 49 W/m2
dilihat  pula  bahwa  semakin  tinggi  intensitas  cahaya  semakin tinggi temperatur  maksimum  pada  permukaan prototype juga semakin tinggi arus dan tegangan yang dihasilkan.
Menurut  Chen  dan  Wei  [4]  temperatur  akan mengakibatkan perubahan pada resistansi suatu benda, dimana semakin tinggi temperatur maka semakin tinggi pula resistansi benda  tersebut,  hal  ini  akan  menyebabkan  menurunnya  besar arus dan tegangan yang dikeluarkan oleh solar cell akibat dari resistansi yang semakin besar. Hubungan pengaruh temperatur terhadap  besar  tegangan  dan  arus  pada  solar  cell semikonduktor  dijelaskan  oleh  persamaan  matematis  berikut [5]:
        T k E A
I g oc . exp . (1)
dimana  V oc adalah  tegangan  maksimum  yang  diperoleh  saat open sircuit, I oc adalah arus open sircuit, E g adalah band gab energy  dari  semikonduktor,  dan α adalah  koefisien absorbsi.menurut  persamaan  (1) semakin  tinggi  temperatur
maka  semakin  tinggi  hambatan  dan  akan  menurunkan  arus yang dihasilkan.
Dari keluaran hasil pengujian pada prototype DSSC berupa arus  dan  tegangan  bisa  dicari  tegangan  maksimum  yang dihasilkan oleh prototype , dengan persamaan [6]:
mp mp I V P   max (2)
dimana V mp adalah tegangan maksimum yang dihasilkan, dan I mp adalah  arus  maksimum  yang  dihasilkan  oleh prototype , cara menentukannya adalah dengan cara melihat hasil grafik I- V  seperti  pada  Gambar  12.  Berdasarkan  perhitungan  dari persamaan (2) didapatkan hasil berupa grafik daya maksimum pada  setiap  intensitas  yang ditunjukkan oleh  Gambar  13,  dan dapat  dilihat  bahwa  semakin  tinggi  intensitas  maka  semakin tinggi daya maksimum yang dihasilkan oleh prototype DSSC. Setelah  mendapatkan  daya  maksimum,  selanjutnya dihitung efisiensi dari prototype dengan persamaan [3] :
cahaya P
P max   (3)
(a)

## (b)
Gambar.  10.  Output  yang  dihasilkan  oleh prototype DSSC  daun  bayam dengan variasi intensitas cahaya berupa (a) Arus dan (b) Tegangan 40 80 120 160 200 20 30 40 50 60 70 I (μ A ) T (˚C) Intensitas 29 W/m2 Intensitas 36 W/m2 Intensitas 49 W/m2 420 440 460 480 500 520 540 20 30 40 50 60 70 V ( m V ) T(˚C) Intensitas 29 W/m2 Intensitas 36 W/m2 Intensitas 49 W/m2 (a) (b)
Gambar 11.  Output  yang  dihasilkan  oleh prototype DSSC  buah  naga  merah dengan variasi intensitas cahaya berupa (a) Arus dan (b) Tegangan
40 80 120 160 20 30 40 50 60 70 I ( μ A ) T(˚C) Intensitas 29 W/m2 Intensitas 36 W/m2 Intensitas 49 W/m2 460 480 500 520 20 30 40 50 60 70 V ( m V ) T(˚C) Intensitas 29 W/m2 Intensitas 36 W/m2
Intensitas 49 W/m2
dimana P cahaya adalah  daya yang  masuk prototype ,  kemudian didapatkan  grafik  efisiensi  seperti  pada  gambar  14,  dapat dilihat  bahwa semakin  tinggi  intensitas  semakin  tinggi temperatur  maksimum pada  permukaan prototype DSSC, dan efisiensi prototype DSSC  kulit  manggis lebih  tinggi  daripada
prototype DSSC  daun  bayam  dan  lebih  tinggi  dari prototype DSSC buah naga merah.

## IV. KESIMPULAN
Dari  penelitian  tentang  pengaruh  intensitas  cahaya terhadap performa dari DSSC, didapatkan kesimpulan sebagai berikut :
1. Telah  berhasil  dibuat prototype DSSC  dengan  bahan dye dari  ekstrak  kulit  manggis,  ekstrak  buah  naga  merah,  dan ekstrak  daun  bayam,  dibuktikan  dengan  terbentuknya kurva karakteristik I-V dari masing-masing prototype . 2. Prototype dengan  bahan dye dari  ekstrak  kulit  manggis memiliki efisiensi sebesar 0,73% pada intensitas 29 W/m 2 , 0,64% pada intensitas 36 W/m 2 , dan 0,52% pada intensitas 49  W/m 2 ,  kemudian prototype dengan  bahan dye dari ekstrak daun bayam memiliki efisiensi sebesar 0,64% pada temperatur 29 W/m 2 , 0,57% pada intensitas 36 W/m 2 , dan 0,49%  pada  intensitas  49  W/m 2 ,  dan  bahan dye ekstrak buah  naga  merah  memiliki  efisiensi  sebesar  0,58  %  pada intensitas  29  W/m 2 ,  0,50%  pada  intensitas  36  W/m 2 ,  dan 0,42% pada intensitas 49 W/m 2 .

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis K.Z.T mengucapkan terima kasih kepada Direktorat Pendidikan Diniyah dan Pondok Pesantren, Ditjen Pendidikan Islam  Kementrian  Agama  Republik  Indonesia  yang  telah memberikan  dukungan  finansial  melalui  Program  Beasiswa Santri Berprestasi tahun 2009-2013.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Rahman,  H.  2013.  “Pengaruh  Pemberian Space (Bantalan)  untuk Mendapatkan  Kestabilan  Arus  dan  Tegangan  Prototipe  DSSC dengan Ekstraksi Kulit Buah Manggis ( Garcinia Mangostana L.) sebagai Dye Sensitizer”.  Tugas  Akhir. Intitut  Teknologi  Sepuluh  Nopember. Surabaya
[2] Kumara,  M.S.W. 2012.  “Studi  Awal  Fabrikasi Dye  Sensitized  Solar Cell (DSSC)  dengan  Menggunakan  Ekstraksi  Daun  Bayam ( Amaranthus Hybridus L. )  sebagai Dye Sensitizer dengan Variasi Jarak Sumber Cahaya pada DSSC”. Jurnal Ilmiah. Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Surabaya
[3] Nasukhah,  A.T. 2013.” Fabrikasi  dan  Karakterisasi  Dye  Sensitized Solar Cell (DSSC) dengan Menggunakan Ekstraksi Daging Buah Naga Merah  ( Hylocereus  Polyrhizus )  sebagai Dye  Sensitizer ”. Thesis. Insititut Teknologi Sepuluh Nopember. Surabaya
[4] Ting,  C.C. dan    Chao,  W.S. 2010. “Measuring  Temperature Dependence of Photoelectric Conversion Efﬁciency with Dye-Sensitized Solar Cells“ . Jurnal of Measurement 43, Hal. 1623–1627
[5] Singh,  P.  dan Ravindra,  N.M. 2012.  “ Temperature  Dependence  of Solar Cell Performance - An Analysis ”. Jurnal of Solar Energy Material 101, Hal. 36-45
[6] Maddu,  A.M.,  Zuhri,  dan  Irmansyah. 2007.  “Penggunaan  Ekstrak Antosianin  Kol  Merah  sebagai  Fotosentizer  pada  Sel  Surya  TiO 2 Nanokristal  Tersentisasi  Dye” . Departemen  Fisika FMIPA.  Institut Pertanian Bogor. Bogor
Gambar  12.  Contoh  grafik  I-V  dari prototype dengan  bahan dye dari ekstrak kulit manggis dengan perbedaan intensitas cahaya. 0 10 20 30 40 50 60 70 0 100 200 300 400 500 600 I (μ A ) V(mV) Intensitas 29 W/m2 Intensitas 36 W/m2 Intensitas 49 W/m2 P max = V mp x I mp
Gambar 13.  Contoh  grafik  I-V  dari prototype dengan  bahan dye dari ekstrak kulit manggis dengan perbedaan intensitas cahaya.
6E-05 7E-05 8E-05 9E-05 0.0001 20 30 40 50 P m ax ( W at t) Intensitas Cahaya (W/m 2 ) Kulit Manggis Daun Bayam Buah Naga T = 48˚C T = 54˚C T = 48˚C T = 48˚C T = 54˚C T = 54˚C T = 65˚C T = 65˚C T = 65˚C
Gambar 14.  Grafik  perbandingan  Efisiensi  Masing-masing prototype DSSC pada setiap intensitas cahaya
0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 20 30 40 50 Intensitas Cahaya (W/m 2 ) Ekstrak Kulit Manggis Ekstrak Daun Bayam Ekstrak Buah Naga T = 48˚C T = 54˚C T = 65˚C T = 48˚C T = 54˚C T = 65˚C T = 48˚C T = 54˚C T = 65˚C