## FABRIKASI SEL SURYA TERSENSITASI ZAT WARNA ALIZARIN RED S

## BERBASIS TIO 2 - NANOTUBE BERBENTUK SERBUK YANG DIPEROLEH DARI TEKNIK RAPID BREAKDOWN ANODIZATION (RBA)
Linda J Kusumawardani 1 dan  Jarnuzi Gunlazuardi 2
1 Program Studi Kimia FMIPA Universitas Pakuan
2 Departemen Kimia, Universitas Indonesia, Depok 16424, Indonesia. Email : linda.wardani.lk@gmail.com

## ABSTRACT
TiO 2 semiconductor is a material that can be expected to play an important role to solve the energy  crisis  problem  through  the  utilization  of  solar  energy  based  on  photovoltaic  devices. Dye sensitized Solar Cells (DSSC) is a cheaper alternative to silicon-based photovoltaic cells. In  this  study,  TiO 2 nanotube  powder  is  using  for  the  DSSC  fabrication  process  which  is produced by Rapid Breakdown Anodization (RBA) technique. Alizarin red S is also used as a sensitizer and the counter electrode is prepared from a deposition of 5 mM H 2 PtCl 6 solution as  a  Pt  particle  on  a  fluorine-doped  tin  oxide  (FTO)  glass  substrate.  TiO 2 /  FTO  in  DSSC system characterized by FESEM, obtained TiO 2 film thickness about 1,6-1,7 μm and UV-Vis Spectrophotometer.  Testing  the  efficiency  value  is  measured  by  linear  method  Sweep Voltametry  using  potentiostat.  The  efficiency  of  converting  light  energy  to  electric  current obtained is 2.63% and open circuit voltage is 361 mV.
Key  words : DSSC,  Rapid  Breakdown  Anodization  (RBA),  Anodization,  TiO 2 ,  TiO 2 Nanotube- Powder

## PENDAHULUAN
Dari  hasil  penelitian  yang  dilakukan oleh  Grätzel  pada  tahun  2003  telah diperkenalkan salah satu jenis photovoltaic cell yang selanjutnya lebih popular dikenal dengan  istilah  sel  surya  tersensitasi  zat warna  ( Dye  Sensitized  Solar  Cell ,  DSSC). Sejauh  ini,  telah  banyak  penelitian  yang dilakukan  untuk  memperbaiki  kinerja DSSC.  Salah  satunya  adalah  penelitian mengenai bentuk morfologi TiO 2 . Nanostruktur  satu  dimensi  TiO 2 dengan berbagai  morfologi  seperti nanotube , nanorod ,  dan nanowire. Dari  hasil penelitian  terhadap  bentuk  morfologi  TiO 2 terutama  dalam  aplikasi  DSSC.  TiO 2 dengan bentuk nanotube memiliki keuntungan yang lebih tinggi dibandingkan dengan  TiO 2 partikel.  Fabrikasi  morfologi nanotube  TiO 2 saat  ini  telah  banyak dilakukan  dengan  teknik  anodisasi  pada substrat  logam  Ti  (plat)  untuk  selanjutnya dapat  digunakan  dalam  aplikasi  DSSC. Namun,  teknik  anodisasi  pada  plat  Ti  atau
Ti  foil  pada  aplikasi  DSSC  memiliki keterbatasan, yaitu logam Ti yang ada pada TiO 2 nanotube dapat mengakibatkan hubungan  arus  pendek  pada  perangkat. Selain hal tersebut, keberadaan Ti foil yang buram  disalah  satu  sisi  pada  perangkat listrik optis DSSC memerlukan pencahayaan belakang ( Back Illumination ).
Hal  ini  dapat  mengurangi  konversi  cahaya menjadi  arus  listrik  dikarenakan  elektroda counter Pt pada sistem sebagian memantulkan  cahaya.  Selain  itu,  yodium dalam  elektrolit  menyerap  foton  pada  area sinar UV. Oleh karena itu, untuk mengatasi keterbatasan  hal  tersebut  maka  sintesis TiO 2 nanotube dibuat dalam bentuk serbuk, yang  selanjutnya  dapat  dilakukan coating pada substrat yang diinginkan.
J  Kusumawardani, et.al (2016)  telah melaporkan  hasil  sintesis  TiO 2 nanotube serbuk  dengan  metode Rapid  Breakdown Anodization (RBA).  Hasil  penelitiannya menyebutkan  bahwa  titanium  serbuk  yang dihasilkan  memiliki  sifat  dan  karakteristik
optis yang baik dan memiliki potensi untuk dimanfaatkan sebagai material fotokatalisis maupun  sebagai  fotovoltaik  sel.  Oleh karena  itu,  pada  penelitian  ini  sumber serbuk  titania  yang  digunakan  dalam fabrikasi  DSSC  adalah  hasil  sintesis  dari teknik  RBA  dengan  mengacu  teknik sintesis  yang  telah  dilakukan  tersebut, kemudian Alizarin  Red.S merupakan  zat warna digunakan sebagai sensitizer. Keberhasilan fabrikasi DSSC ini dilakukan dengan perhitungan terhadap nilai efisiensi yang  dihasilkan  dari  pengukuran  tegangan open  circuit (Voc)    dan  arus  yang dihasilkan  (Isc)  menggunakan  potensiostat dengan metode Linier Sweep Voltametry.

## BAHAN DAN METODE
Plat  Titanium  dengan  ketebalan  0,8  mm sebagai  sumber  pembuatan  TiO 2 diperoleh dengan teknik RBA pada beda potensial 15 V. Pt  Foil  bertindak  sebagai  elekroda  pendukung (CE),    0,15  M  HClO 4 (p.a)  sebagai  larutan elektrolit. Proses sintesis dilakukan berdasarkan  prosedur  yang  telah  dilakukan oleh  J  Kusumawardani,  et.al  (2016).  Plat  Ti yang  akan  digunakan  sebelumnya  sudah dilakukan  pengamplasan  oleh  kertas  abrasif 400  cc  dan  1500  cc  dan  dilakukan  pencucian dengan  Etanol,  Aseton,    Isopropil  Alkohol, Akuades.
Material  lainnya  yang  digunakan untuk  fabrikasi  DSSC  adalah  Kalium Iodida  (KI),  Iod  (I 2 ),  Zat  warna Alizarin Red  S ,  Asam  Asetat  0,2  %,  Triton  X-100, Kawat  Pt,  H 2 PtCl 6 ,  ,  Kaca  FTO  dengan hambatan jenis < 11 Ω/cm 2 .

## Preparasi Elektroda Pendukung Platina
Kaca  FTO  dengan  ukuran  2  x  1,5  cm dibersihkan dalam etanol dengan cara sonifikasi  selama  2  jam.    Setelah  itu  bagian penghantar  dari  kaca  FTO  dilapisi  dengan  5 mM  larutan  H 2 PtCl 6 dalam  2-propanol  dengan cara  diteteskan  ke  atas  permukaan  kaca. Selanjutnya  kaca  dibiarkan  beberapa  menit sampai kering kemudian dipanaskan pada suhu 450˚C  selama  15  menit,  kemudian  dinginkan hingga suhu ruang.

## Fabrikasi Perangkat DSSC
TiO 2 diimobilisasi pada substrat kaca FTO dengan teknik doctor blade . Kemudian  dilakukan  penyerapan  warna  ke dalam  lapisan  titanium  dioksida  dengan perendaman  dalam dye selama  16-20  jam. Setelah  penyerapan  zat  warna  ke  dalam TiO 2 selesai. FTO/TiO 2 / Dye dicuci dengan etanol,  kemudian  dikeringkan  pada  udara terbuka  selama  beberapa  menit.  Setelah kering  FTO  yang  telah  terlapisi  TiO 2 / Dye diberi spacer .  Spacer  yang  digunakan adalah parafilm untuk mencegah terjadinya kontak  antara  FTO  dengan  elektroda counter (Pt). Spacer dibentuk sama dengan ukuran kaca FTO yang pada bagian tengah dilubangi  untuk  FTO/TiO 2 / Dye dengan ukuran  1  x  1  cm.  Selanjutnya  perakitan DSSC  dalam  bentuk sandwich dilakukan dengan : Single cell DSSC disusun menjadi struktur sandwich dengan  menambahkan elektrolit  I - /I 3- ,  Sel  ditutup  dengan  kaca konduktif FTO dan hasilnya dijepit dengan klip,  Melakukan  pengukuran  kinerja  sel dengan lampu halogen.

## Karakterisasi
TiO 2 hasil  immobilisasi  pada  substrat kaca  dikarakterisasi  dengan  Spektrofotometer UV-Vis  DRS  dan  FESEM.  Setelah  dilakukan coating dengan zat warna, sistem dikarakterisasi kembali menggunakan Spektrofotometer UV-Vis DRS.
Selanjutnya,  perangkat  DSSC  yang sudah difabrikasi  diukur tegangan dan arusnya menggunakan potensiostat EDAQ untuk menghitung  nilai  efisiensinya,  dengan  cara menempatkan  DSSC  dalam  kotak  reaktor dengan  sumber  cahaya  lampu  halogen  dengan daya  150  watt  dengan  pengaturan  jarak  antara system DSSC dengan lampu halogen sejauh 10 cm.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakterisasi FTO/TiO 2 /Alizarin dengan

## Spektrfotometer UV-Vis DRS
DSSC  yang  disusun  dalam  bentuk sandwich  dapat  dilihat  pada  Gambar  1. DSSC  yang  telah  diperoleh  tersebut
kemudian dikarakterisasi dengan
spektrofotometer  UV-Vis  DRS  untuk membandingkan  serapan  yang  diperoleh dari antara kaca non penghantar, kaca FTO, elektroda  yang  dibuat  antara  pasta  TiO 2 / FTO dan setelah dilakukan coating dengan zat  warna  (FTO/  TiO 2 / Dye ).  Pengukuran ini dilakukan pada setiap tahapan pembuatan  DSSC,  baik,  yaitu  dimulai  dari kaca  FTO  sebelum  dilakukan  pelapisan TiO 2 ,  setelah  dilakukan  pelapisan  dan setelah ditambahkan zat warna.
Dari  hasil  pengukuran  pada  Gambar  2 dilaporkan serapan pada kaca non penghantar,
FTO, FTO/TiO 2 dan FTO/TiO 2 / Dye terdapat perbedaan diantara ketiganya.
Hasil  pembacaan  serapan  antara FTO/TiO 2 / Alizarin  Red  S dapat  dilihat pada  Gambar  5.  Terlihat  perbedaaan searapan yang terjadi antara FTO/TiO 2 dan FTO/TiO 2 /Alizarin,  dimana  setelah  proses dip  coating dengan  zat  warna  terbentuk serapan  pada  panjang  gelombang  400-600 nm, hal ini menunjukan adanya pergeseran panjang  gelombang  ke  arah  daerah  sinar tampak  ( red  shift )  karena Alizarin  Red  S tersebut  telah  berikatan  dengan  TiO 2 . Ikatan  yang  terjadi  antara  TiO 2 dengan Alizarin  Red  S adalah  gugus  hidroksilat pada Alizarin Red S akan berikatan dengan TiO 2 .
Gambar 1 . Susunan DSSC Disusun Sandwich
Gambar 2 . Spekra UV-Vs DRS dari Kaca Non Penghantar, FTO, Elektroda Anodik
TiO 2 dengan dan tanpa Zat Warna sebagai Sensitizer
Gambar 3 . Hasil Imobilisasi TiO 2 serbuk pada Substrat Kaca pada Perbesaran 50.000 X menggunakan FESEM
Sedangkan ketebalan lapisan film TiO 2 yang terimobilisasi pada substrat kaca FTO berkisar  antara  1,603  –  1,784  µm,  dapat dilihat pada Gambar 3.

## Pengukuran Efisiensi DSSC
Efisiensi  sel  DSSC  dapat  dihitung dengan  mengukur  tegangan  open  circuit (Voc)    dan    arus    yang    dihasilkan    (Isc).
Pengukuran menggunakan potensiostat dilakukan dengan menghubungkan plug elektroda  kerja  ke  bagian  TCO/TiO2/Dye, sedangkan  plug  lainnya  dihubungkan  pada elektrodapendukung pada  DSSC.  Kemudian sel  DSSC  dimasukkan  ke  ruang  penyinaran yang
didalamnya  sudah  terpasang  lampu  pijar
sebagai ganti cahaya matahari. Pengukuran  dilakukan  menggunakan  teknik Linear Sweep Voltammetry (LSV) .
Pengukuran  pada  penelitian  ini  dilakukan dengan  menggunakan    alat    potensiostat, dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Proses Pencahayaan Saat Penngukuran Arus dan Tegangan Open
Circuit .
Berdasarkan  hasil  sintesis  terhadap  TiO 2 nanotube  yang  dilakukan,  aplikasi  sel DSSC  dilakukan dengan pengukuran mengguakan teknik LSV pada potensiostat, didapatkan    kurva    arus    (I)    -    tegangan (V)    yang    optimal    seperti    terlihat    pada Gambar  4.  Pengukuran  DSSC  juga dilakukan dengan pengukuran pada pencahayaan  depan  dan  pencahayaan belakang.
Gambar  5.  Hal  ini  dilakukan  untuk melihat perbedaan efisiensi yang dihasilkan pada  saat  iluminasi  dilakukan  pada  bagian depan/ front ,  yaitu  cahaya  mengenai  TiO 2 terlebih  dahulu  dan  pada  bagian  belakang/ back ,  yaitu  saat  cahaya  dikenai  pada elektroda  Pt  terlebih  dahulu.  Pada  kondisi short  circuit ,  arus  maksimum  atau  arus short  circuit  (Jsc)  dihasilkan.    Sedangkan pada  kondisi open  circuit tidak  ada  arus yang dapat mengalir sehingga tegangannya maksimum, disebut
tegangan open-circuit (Voc).  Titik    pada kurva  I-V  yang  menghasilkan  arus  dan tegangan    maksimum    disebut  titik  daya maksimum (MPP = Maximum Point Power atau Pmax).
Gambar 5 . Kurva I-V sel DSSC dengan Sumber Cahaya Lampu Halogen 150 Watt
Dari  hasil  pengukuran  efisiensi  DSSC menggunakan  potensiostat    diperoleh  nilai efisiensi  yang  cukup  baik,  yaitu  sebesar 2,63%,  dengan  nilai  tegangan  open  circuit sebesar  361  mV  pada  luas  area  aktif sebesar 1 cm 2 dan intensitas lampu halogen sebesar 0,5999 mW/cm 2 .
Hasil  pengukuran  yang  berbeda  juga ditunjukan saat proses pecahhayaan dilakukan pada bagian depan dan belakang. Hal  ini  dilakukan  untuk  membandingkan perbedaan arah iluminasi, dapat disimpulkan  bahwa  pencahayaan  depan memberikan  nilai  efisiensi  yang  lebih tinggi  dibandingkan  dengan  pencahayaan belakang.  Ringkasan  Hasil  Pengukuran Efisiensi DSSC dapat dilihat pada Gambar 6 dan Tabel 1.

## Gambar 6. Kurva Perbandingan I-V sel DSSC Pada Posisi Pencahayaan yang Berbeda (Depan dan Belakang)
Hasil  pengukuran  yang  berbeda juga  ditunjukan  saat  proses  pecahhayaan dilakukan pada bagian depan dan belakang.
Hal  ini  dilakukan  untuk  membandingkan perbedaan arah iluminasi,
dapat disimpulkan  bahwa  pencahayaan  depan memberikan  nilai  efisiensi  yang  lebih tinggi  dibandingkan  dengan  pencahayaan belakang.  Ringkasan  Hasil  Pengukuran Efisiensi DSSC dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Hasil Pengukuran Efisiensi DSSC
Kondisi Iluminasi η Pencahayaan Depan 2,63 % Pencahayaan Belakang 1,10%

## SIMPULAN
Fabrikasi  DSSC  berbasis  sampel TiO 2 Nantube berbentuk  serbuk  dan  zat warna Alizarin  Red  S sebagai sensitizer telah  berhasil  dilakukan,  dengan  nilai efisiensi  yang  cukup  baik  yaitu  sebesar 2,63% dengan tegangan open sirkuit (Voc) yang  dihasilkan  sebesar  361  mV.  Selain itu,  pada  penelitian  ini  nilai  efisiensi  pada pencahayaaan  depan  DSSC  juga  lebih tinggi dibandingkan pencahayaan belakang. Sehingga, Teknik Rapid
Breakdown Anodization (RBA) merupakan alternatif  teknik  sintesis  TiO 2 nanotube serbuk yang mudah, cepat dan sederhana.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih kepada  Dr.  Jarnuzi  Gunlazuardi  yang  telah memberikan supervisi selama penelitian berlangsung  serta  bantuan  finansial  untuk penelitian ini dari awal hingga akhir.

## DAFTAR PUSTAKA
Byranvand,M.  Malekshahi.,  Bazargan,  M. H., Kharat,  A. Nemati.  (2012). The Method  For  Preparing  Anatase Titania  Nanoparticles:  Application to  Flexible  Dye  Sensitized  Solar Cells. Proceedings of the
4thInternational Conference on Nanostructures (ICNS4) 12-14
March, 2012, Kish Island, I.R. Iran
Chen,Peter.,  Brillet,  Jeremie.,  Bala,  Hari., Wang,  Peng.,  Zakeeruddin  Shaik M.,    Gratzel,  Michael.  (2009). Solid-state dye-sensitized solar cells using TiO 2 nanotube arrays on FTO glass. Journal of Materials Chemistry DOI: 10.1039/b905196a Elsanousi, Ammar., Elamin, Nazar., Elhouri,  Sawsan.,  Abdallah,Amel. (2013). Highly Ordered TiO 2 Nanotubes and Their
Application to Dye Sensitized Solar Cells.  Journal  of  Applied  and
Industrial  Sciences,  April,  2013,  1 (1): 39-42
Fahim,Narges  F.,  Sekino,  Tohru.  (2011). Anodic  TiO2  nanotubes  powder and its application in dye-sensitized solar  cells.  J  Nanopart  Res  (2011) 13:6409–6418 DOI 10.1007/s11051-011-0393-0
Handoyo,  Henry.  (2013). Sel  Surya
Tersensitasi  Zat  Warna  Berbasis TiO 2 yang  Dimodifikasi  Dalam Konfigurasi Tabung. Tesis Departemen
Kimia-Universitas Indonesia.
J  Kusumawardani.,  Tribidasari,  Ivandini., Gunlazuardi,  Jarnuzi.  (2016).  Studi Preparasi  TiO 2 Nanotube  Serbuk dengan  Teknik  Rapid  Breakdown Anodization. Ekologia ,  Vol.  16 No.1, April 2016:1-10
Karlsson,  Karl  Martin.  (2011).  Design,
Synthesis and Properties of OrganicSensitizers for Dye Sensitized  Solar  Cells.  Doctoral Thesis- Royal Institute of Technology  ISBN  978-91-7415- 954-7 Kalyanasundaram,  K  (ed).  (2010).  Dye- sensitized solar cellss,
fundamental  sciences  chemistry.
EPFL Press. Swiss
Purwanti,  Asef.  (2012).  Studi  Pembuatan TiO 2 nanotube  dengan  Teknik Anodisasi  Pada  Plat  Titanium  dan
Aplikasinya untuk Sel Surya Tersensitasi  Zat  Warna  (DSSC). Skripsi Departemen Kimia- Universitas Indonesia. Regonini,D., Bowen, C.R.,  Jaroenworaluc,
A.,    Steven  ,R.  (2013).    A    review of    growth  mechanism,    structure and  crystallinity  of  anodized TiO 2 nanotubes. Article in Press. Materials Science and Engineering