## STUDI AWAL PEMANFAATAN EKSTRAK WARNA TANAMAN TARUM (Indigofera tinctoria) SEBAGAI DYE UNTUK DSSC
Iswadi I Patunrengi 1 *, Aisyah 2 , A Nasyori 3 , Awaluddin I Perdana 4
1,3 Jurusan Fisika Fakultas Sains dan Teknologi UIN Alauddin Makassar Jl. Sultan Alauddin No. 63, Kabupaten Gowa, Sulawesi Selatan. 92113
2 Jurusan Kimia Fakultas Sains dan Teknologi UIN Alauddin Makassar Jl. Sultan Alauddin No. 63, Kabupaten Gowa, Sulawesi Selatan. 92113
4 Laboratorium Riset Fakultas Sains dan Teknologi UIN Alauddin Makassar Jl. Sultan Alauddin No. 63, Kabupaten Gowa, Sulawesi Selatan. 92113 *E-mail: wadi.phys.dept@uin-alauddin.ac.id
Abstrak: Sel  surya  berbasis  sensitiser  pewarna  (DSSC),  telah  mendapat perhatian  besar  untuk  diteliti  karena  mudah  untuk  disintesis  dan  fabrikasi, proses pembuatannya memerlukan biaya rendah, dan bahannya melimpah di alam.  Pewarna  alami  yang  diekstraksi  dari  tanaman Indigofera  tinctoria dipelajari  potensi  penggunaannya  sebagai  sensitiser  untuk  DSSC  ( Dye- Sensitized  Solar  Cell ) .  Dalam  penelitian ini,  pewarna  diekstraksi  dari  daun dengan  tiga  jenis  ekstrak  yang  berbeda  yaitu  ekstrak  segar,  kering  dan tradisional. TiO2 yang digunakan sebagai bahan aktif diaplikasikan dengan menggunakan  metode Doctor  Blade .  Pengukuran  tegangan  dan  arus dilakukan  di  luar  ruangan  di  bawah  iradiasi  matahari.  Spektrum  UV-Vis pewarna  menunjukkan  bahwa  ketiga  sampel  menunjukkan  jumlah  puncak serapan  yang  berbeda  tetapi  memiliki  panjang  gelombang  yang  sama  di wilayah sekitar 644 nm. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai efisiensi PCE  sampel  segar,  kering  dan  tradisional  adalah  masing-masing  sebesar 0,6%; 0,3%; 0,1%.
Kata Kunci: DSSC, efisiensi, Indigofera tinctoria , pewarna alami, iradiasi matahari

## PENDAHULUAN
el surya atau sering juga disebut fotovoltaik merupakan instrumen untuk mengubah energi matahari menjadi energi listrik. Sel surya telah berkembang hingga saat ini memasuki  generasi  ketiga,  namun  demikian  sel  surya  berbasis  silikon  masih mendominasi dari total sel atau panel yang beredar di pasaran (Green et al., 2020). Salah satu sel surya generasi ketiga adalah sel surya berbasis ekstrak ( dye ) dari tumbuhan. Sel surya ini disebut sebagai dye sensitized solar cell (DSSC) yang diperkenalkan pertama kali oleh Gratzel (2001) dengan ekstrak ( dye ) dapat diperoleh dari berbagai jenis tanaman baik  bunga,  buah,  daun  maupun  bagian  lain  yang  memiliki  zat  warna. Dye-sensitized solar cells (DSSCs) memiliki banyak kelebihan dibandingkan dengan sel surya lainnya, yakni biaya produksi yang sangat murah, mudah dalam sintesis dan karakterisasi, tidak bersifat  beracun  ( non-toxic )  dan  tersedia  melimpah  di  alam.  Ekstrak dye atau  pigmen yang  diperoleh  dari  tanaman  dapat  diklasifikasikan  menjadi  empat  bagian,  yaitu flavonoids, betalains, karotenoid, dan klorofil (Bhogaita et al., 2016). Penelitian sel surya berbasis  DSSC  telah  dilakukan  untuk  berbagai  jenis  ekstrak  warna  dengan  variasi efisiensi rendah hingga nilai PCE di atas 12 % (Green et al., 2017; Green et al., 2020).
Penelitian terbaru menunjukkan bahwa DSSC memiliki nilai effisiensi 11,9±0,4%,
S
10,7±0,4%, dan 8,8±0,3%, masing-masing untuk sel, mini-modul dan sub-modul (Green et al., 2020). Nilai efisiensi tersebut diperoleh dari ekstrak dye pada bagian yang berbeda dari  tumbuhan.  Sel  surya  berbasis  DSSC  dengan  ekstrak  warna  dari  buah  tumbuhan seperti  terung  ungu  (Risnah  et  al.,  2018),  pare  (Ramdhani  et  al.,  2019),  cabe  merah (Maming et al., 2017)  dan berbagai jenis lainnya (Attanayake et al., 2013). Sedangkan DSSC dengan ekstrak dari daun dan bunga seperti daun ketapang (Putri et al., 2017), daun jarak  (Tahir  et  al.,  2018),  putri  malu  (Patunrengi  et  al.,  2019),  bunga  bougenvil (Hernandez-Martinez et al., 2011) dan yang lainnya (Attanayake et al., 2013).
Sebagai  penelitian  awal,  tujuan  utama  riset  ini  adalah  untuk  mengetahui  potensi ekstrak daun tarum untuk digunakan sebagai dye sensitized pada sel surya berbasis DSSC. Sebagaimana diketahui bahwa ekstrak warna daun tarum ini telah lama digunakan oleh suku adat Kajang sebagai bahan pewarna (biru gelap) untuk pakaian adat mereka. Hasil penelitian ini akan menjadi basis data tambahan dalam dye untuk DSSC (Attanayake et al., 2013) dan merupakan penelitian DSCC pertama yang menggunakan tumbuhan tarum.

## METODE PENELITIAN

## Ekstraksi Daun Tarum
Tumbuhan  tarum  ( Indigofera  tinctoria )  (Gambar  1)  yang  digunakan  dalam penelitian berasal dari daerah adat Kajang Kabupaten Bulukumba. Ekstraksi tumbuhan tarum dibagi menjadi tiga jenis, yaitu ekstrak kering, ekstrak basah ( fresh ) dan ekstrak tradisional (sampel diambil langsung dari masyarakat Suku Kajang). Ekstraksi basah dan kering menggunakan pelarut etanol dan dilakukan di Laboratorium Kimia Organik UIN Alauddin Makassar.
Gambar 1. Tumbuhan tarum ( Indigofera tinctoria ); a. batang dan b. dye ekstraksi

## Fabrikasi Sel Surya
Kaca  semikonduktor  yang  digunakan  adalah  kaca  yang  telah  didoping  dengan titanium oksida (ITO glass ) dengan dimensi 0,7 cm x 2 cm x 2 cm dan resistansi 7 Ω - 9 Ω. Sebelum digunakan, kaca ITO dibersihkan dengan aquades. Pasta TiO2 diaplikasikan pada kaca dengan metode doctor blade dengang luasan 1 cm x 1 cm. Kaca TiO2 yang telah  didoping  dengan  pasta  TiO2  dibiarkan  mengering  kemudian  disintering  dengan magnetic  stirrer pada  suhu  400°C  selama  30  menit.  Pada  proses  ini  pasta  TiO2  akan mengalami perubahan warna dari putih menjadi coklat dan kembali putih. Saat TiO2 telah memutih maka bagian semikonduktor dari sel surya telah jadi dan siap untuk menyerap zat warna ( dye ).
Tiga sampel yang telah dipersiapkan diaduk dengan ultrasonik agar menjadi lebih homogen. Kaca ITO dengan pasta TiO2 yang telah disintering direndam di ketiga sampel dye dan dibiarkan hingga 24 jam. Proses berikutnya adalah membuat bagian konduktif dari sel surya. Bagian ini dibuat dengan menggunakan karbon yang dilapiskan pada kaca ITO, karbon dapat diperoleh dari pensil karbon atau dengan pembakaran. Setelah semua bagian selesai maka kaca ITO yang telah direndam dengan dye (bagian semikonduktor) disatukan  dengan  dengan  kaca  ITO  yang  telah  dilapisi  karbon  (bagian  konduktif) menggunakan penjepit sebagaimana yang ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Sel surya berbasis DSSC dengan dye daun Tarum ( Indigofera tinctoria ); a. Struktur DSSC dan b. DSSC dye daun Tarum

## Pengukuran
Selama  penelitian  dilakukan  beberapa  pengukuran  dengan  alat  intrumen  yang sesuai. Pertama, absorbansi dye dengan UV-VIS (UV-2600 Shimadzu) untuk mengetahui panjang  gelombang  efektif  dalam  menyerap  energi  matahari.  Kedua,  mengukur transmitansi  dengan  FTIR  (Prestige-21  Shimadzu)  untuk  mengetahui  komponen fungsional  grup  dari dye .  Ketiga,  SEM-EDX  (Joe  JSM-6510  LA)  untuk  mengetahui sistem mikro morfologi dari TiO2 dalam dyes pada kaca ITO. kemudian, XRD (Rigaku Miniflex2)  untuk  melihat  difraksi  dan  fase  TiO2  yang  digunakan  dalam  penelitian. Selanjutnya pengukuran arus dan tegangan dengan digital multi-meter (UX-369C) secara langsung  dengan  sinar  matahari.  Sebuah  potensiometer  digunakan  untuk  mengetahui degradasi  arus  singkat  dan  tegangan  dari  sel  surya.  Pada  saat  bersamaan  digunakan sunlightmete r (Lx 1330B-Lux 200k) untuk mengetahui insiden foton dari sinar matahari. Skema pengukuran penelitian diberikan ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Skematik pengukuran arus dan tegangan sel surya berbasis DSSC
Efisiensi sel surya dihitung dengan menggunakan persamaan (1)
𝜂 = 𝐼 𝑆𝐶 𝑉 𝑂𝐶 𝐹𝐹 𝑃 𝑖𝑛 (1)
Variabel  Isc,  V oc ,  FF,  dan P in pada  persamaan  (1)  merupakan  representasi  dari  arus singkat ( photocurrent short-circuit ), tegangan terbuka ( voltage open circuit ), fill factor , dan daya Input ( power input ).
Perhitungan Fill factor ditunjukkan pada persamaan (2)
𝐹𝐹 = 𝑉 𝑚𝑎𝑥 𝐼 𝑚𝑎𝑥 𝑉 𝑜𝑐 𝐼 𝑠𝑐 (2)
dimana 𝑉 𝑚𝑎𝑥 , 𝑑𝑎𝑛 𝐼 𝑚𝑎𝑥 merupakan tegangan dan arus per luasan dengan daya maksimum

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Absorbansi Spektrum Dye Daun Tarum (Indigofera tinctoria)
Absorbansi  tiga  sampel  yang  digunakan  dalam  penelitian  diperoleh  dari pengukuran UV-Vis. Bagian ini diperlukan untuk melihat sebaran nilai absorpsi optimal dari  sampel  sehingga  nilai  panjang  gelombang  pada  titik  optimum  tersebut  dapat diketahui. Puncak-puncak absorbansi dengan panjang gelombang yang bersesuaian akan menentukan  proses  absorbsi  cahaya  matahari  oleh  sel  surya.  Hasil  pengujian  UV-Vis disajikan pada Gambar 4.
Gambar 4. Spektrum UV-VIS dye daun tarum ( Indigofera tinctoria ); a. Sampel ekstrak kering, b. Sampel ekstrak segar, dan c. Sampel ekstrak tradisional
Gambar 4 menunjukkan nilai absorbansi tiga sampel dye yang diperoleh masing- masing dengan ekstrak yang berbeda, yaitu kering, segar dan tradisional. Secara umum semua sampel memberikan puncak absorbansi maksimum pada panjang gelombang yang sama  yakni  panjang  gelombang  664  nm  dengan  nilai  tertinggi  diberikan  oleh  sampel kering  sebesar  3,217  kemudian  ekstrak  tradisional  sebesar  2,141  dan  terakhir  ekstrak segar  sebesar  0,384.  Ekstrak  kering  memberikan  hasil  yang  belum  sempurna  karena sampel  masih  membutuhkan  pengenceran  lanjutan  sebelum  uji  UV-VIS.  Namun demikian terdeteksi 4 puncak pada sebaran panjang gelombang 360 nm hingga 800 nm dengan  nilai  maksimum  sebesar  6,041  pada  panjang  gelombang  365  nm.  Nilai  ini kemungkinan  masih  akan  mengalami  pergeseran  pada  uji  berikutnya  setelah pengenceran.  Sampel  segar,  meskipun  nilai  absorbansinya  tidak  terlalu  tinggi  namun memiliki nilai yang moderat dengan jumlah puncak yang terdeteksi sebanyak 6 puncak panjang gelombang. Absorbansinya menyebar pada panjang gelombang cahaya tampak mulai dari 406 nm hingga 800 nm. Sedangkan dye dengan ekstrak yang diambil langsung dari Suku Kajang memberikan nilai absorbansi tunggal pada rentang gelombang cahaya tampak. Meskipun tunggal namum memiliki puncak yang lebih baik dari sampel segar yakni  2,141  pada  panjang  gelombang  664,50  nm  dibandingkan  1,194  pada  panjang gelombang 406,50 nm untuk sampel segar. Sebagai penelitian awal, nilai-nilai tersebut sangat  signifikan  untuk  dijadikan  acuan  pada  pengembangan  penelitian  selanjutnya. Terutama sampel dengan ekstrak kering yang memiliki puncak absorbansi yang belum terdeteksi.  Secara  teoretis,  untuk  sel  surya  berbasis  DSSC,  semakin  banyak  puncak panjang gelombang yang terdeteksi maka semakin baik dalam konversi energinya.
Selain  uji  UV-VIS  pada  sampel dye ,  dipelukan  juga  uji  FTIR  untuk  melihat komponen fungsional kimia yang dikandung oleh dye dan persentase transmitansi yang dimiliki. Hasil uji transmitansi sampel dye ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 5. Transmitansi dari ekstrak tumbuhan tarum ( Indigofera tingtoria ); a. Ekstrak kering, b. Ekstrak segar dan c. Ekstrak tradisional.
Difraksi X-ray TiO 2 TiO 2 yang  digunakan  dalam  penelitian  diuji  dengan  XRD.  Data  ini  diperlukan untuk  melihat  fase  dan  karakteristik  dari  TiO 2 yang  akan  digunakan  sebagai  bagian semikonduktor  dari  DSSC.  Secara  teori,  TiO 2 dapat  memiliki  dua  fase  yang  berbeda yakni; rutile dan anatase. Difraksi TiO2 pada Gambar 6 menunjukkan bahwa TiO2 yang digunakan  dalam  penelitian  berada  pada  fase  anatase.  Hasil  ini  juga  menunjukkan karakteristik  TiO2  dalam  skala  nanometer  sedikit  heterogen.  Dalam  aplikasi  sel  surya berbasis  DSSC,  fase  anatase  memberikan  kualitas  yang  lebih  baik  dari  yang  lainnya karena secara tidak langsung berpengaruh terhadap efisiensi sel surya.
Gambar 6. Karakteristik X-ray dari titanium dioksida

## Karakteristik Sel Surya
Pengukuran arus, Jsc dan tegangan, Voc untuk ketiga DSSC dilakukan langsung di bawah matahari. Hasil yang diperoleh sedikit mengejutkan karena data yang diharapkan ternyata memiliki pergeseran yang unik. Hasil tersebut diperlihatkan pada Gambar 7.
Gambar 7. Kurva I-dari DSSC ekstrak tarum
DSSC sampel kering memberikan nilai arus maksimum sebesar 554 mV dan arus listrik sebesar 0,082 mA/cm 2 . Sedangkan DSSC dengan dye ekstrak segar memberikan nilai arus listrik sebesar 0,263 mA/cm 2 dengan tegangan 577 mV. Data arus dan tegangan
tertinggi diberikan oleh DSSC ekstrak tradisional yakni sebesar 0,397 mA/cm 2 dan 692 mV secara berurutan. Hal ini kontras dengan hasil UV-VIS  yang menunjukkan bahwa absorbansi tertinggi dimiliki oleh sampel tarum kering dengan jumlah puncak yang lebih banyak. Sedangkan DSSC dengan dye tradisional hanya memiliki puncak absorbansi 1 puncak saja. Perlu diketahui bahwa proses ekstraksi secara tradisional dilakukan dalam waktu yang lama sehingga kemungkinan mengalami fermentasi. Hasil ini mengisyaratkan adanya mekanisme yang pelu diteliti lebih lanjut. Karakteristik dari DSSC dapat dilihat pada Tabel 1.

## Tabel 1. Efisiensi DSSC sel surya
Jenis Sampel V oc (mV) J sc ( mA/cm 2 ) FF (%) P in (mW/cm 2 ) ƞ (%) IT Kering IT Segar IT Tradisional 0,545 0,577 0,692 0,082 0,263 0,379 0,28 0,29 0,27 12.21083 12.21083 12.21083 0,101 0,368 0,615
Tabel 1 menunjukkkan bahwa efisiensi tertinggi dari ketiga DSSC diberikan oleh ekstrak tarum secara tradisional dengan nilai 0,6 % dari fill factor sebesar 0,27%. Urutan kedua  terbesar  diberikan  oleh  DSSC  dengan  ekstrak  segar  sebesar  0,36%  dengan fill factor 0,29%.  DSSC  ekstrak  kering  memberikan  hasil  efisiensi  terkecil  yaitu  0,1  % dengan fill  factor 0,28%.  Hasil  ini  di  luar  ekspektasi  karena  nilai  absorbansi  ekstrak tradisional tidak terlalu baik dibandingkan dengan absorbansi sampel ekstrak kering dan ekstrak segar sebagaimana yang ditunjukkan pada Gambar 8. Hasil penelitian ini sedikit berbeda  dengan  beberapa  hasil  penelitian  sebelumnya  terhadap  beberapa  jenis  ekstrak tumbuhan seperti kulit terong ungu (Risnah et al., 2018), daun buah pare (Ramadhani et al., 2019), alga hijau (Lämmermann et al., 2018), serta bawang merah, cabe merah, dan Bayam (Ammar et al., 2019).
Gambar 8. Morfologi sel surya; a. IT Kering, b. IT segar, dan c. IT tradisional
Gambar 8 menunjukkan karakteristik morfologi dari TiO2 yang digunakan dalam penelitian  dan dye .  Secara  umum  sebaran  TiO2  yang  telah  direndam dye memiliki karakter sama untuk ketiga sampel DSSC. Namun DSSC dengan ekstrak tradisional lebih
homogen dan lebih teratur jarak antar partikelnya sehingga tidak memiliki lubang ( hole ) sebagaimana dua sampel yang lain. Morfologi ini menjadi alasan mengapa nilai efisiensi DSSC ekstrak tradisional lebih tinggi dari yang lainnya.

## KESIMPULAN
Penelitian  awal  pengembangan  DSSC  dari  ekstrak  tumbuhan  tarum  ( Indigofera tingtoria )  telah  dilakukan.  Berdasarkan  hasil  yang  diperoleh  dapat  disimpulkan  bahwa ketiga  jenis  ekstrak  sampel  memberikan  nilai  yang  berbeda.  Nilai  efisiensi  tertinggi diberikan  oleh  ekstrak  tradisional  sebesar  0,6%  kemudian  ekstrak  segar  dan  kering masing-masing  sebesar  0,3%  dan  0,1%.  Absorbansi  ekstrak  daun  tarum  memiliki beberapa  puncak  yang  tersebar  pada  panjang  gelombang  cahaya  tampak  dengan  nilai optimum berada pada panjang gelombang 664,50 nm. Sebagai penelitian awal maka data- data tersebut sangat bermanfaat untuk penelitian lebih lanjut.

## DAFTAR PUSTAKA
Ammar, A. M., H. S. H. Mohamed., M. M. K. Yousef., G. M. Abdel-hafez., A. S. Hassanien., & A. S. G. Khalil. (2019). Dye-Sensitized Solar Cells ( DSSCs ) Based on extracted natural dyes. Journal of Nanomaterials , 2019, 1-10. Doi. 10.1155/2019/1867271. Attanayake, I.,  C. De Silva., B. A. J. K. Premachandra., A. A. P. De Alwis., & G. K. R. Senadheera. (2013). Dye-sensitized solar cells: Using over 100 natural dyes as sensitizers. 2013 AIChE Annual Meeting. 5 November 2013.
Bhogaita, M., A. D. Shukla., & R. P. Nalini. (2016). Recent advances in hybrid solar cells based on natural dye  extracts  from  Indian  plant  pigment  as  sensitizers. Sol.  Energy ,  137,  212–224.  Doi. 10.1016/j.solener.2016.08.003.
Grätzel, M. (2001). Photoelectrochemical cells. Nature , 414, 338–344. Green, M. A., Y. Hishikawa., W. Warta., E. D. Dunlop., D. H. Levi., J. Hohl-Ebinger., & A. W. H. Ho- Baillie. (2017). Solar cell efficiency tables (version 50). Prog. Photovoltaics Res. Appl , 25(7): 668– 676. Doi. 10.1002/pip.2909.
Green, M. A.., E. D. Dunlop., J. Hohl-Ebinger., M. Yoshita., N. Kopidakis, & A. W. Y. Ho-Baillie. (2020).
Solar  cell  efficiency  tables  (Version  55). Prog.  Photovoltaics  Res.  Appl , 28(1),  3-15,  2020.  Doi. 10.1002/pip.3228.
Hernandez-Martinez, A. R., M. Estevez., S. Vargas., F. Quintanilla., & R. Rodriguez. (2011). New dye- sensitized solar cells obtained from extracted bracts of Bougainvillea glabra and Spectabilis betalain pigments  by  different  purification  processes. Int.  J.  Mol.  Sci ,  12(9),  5565–5576.  Doi. 10.3390/ijms12095565.
Lämmermann,  N.,  F.  Schmid-Michels.,  A.  Weißmann.,  L.  Wobbe.,  A.  Hütten.,  &  O.  Kruse.  (2018). Extremely  robust  photocurrent  generation  of  titanium  dioxide  photoanodes  bio-sensitized  with recombinant  microalgal  light-  harvesting  proteins. Scientific  Reports ,  9,  2109,  1–9.  Doi. 10.1038/s41598-019-39344-6.
Maming, M. S., A. Aisyah., S. Suriani., & I. Iswadi. (2017). Photosenzitizer dari fraksi metanol: N-Heksana buah cabe merah ( Capsiccum annum L.). Al-Kimia , 5(1), 31–38. Doi. 10.24252/al-kimia.v5i1.2846. Patunrengi, I. I., A. Aisyah., S. Sahara., N. Fuadi., Muarif., & Ardian. (2019). A new study of dye-sensitized solar cell from the extract of leaf, fruit, and mix of Mimosa pudica Linn. 1st International Conference on Science  and  Technology, ICOST 2019. 2-3 Mei 2019. Makassar:  Fakultas Sains & Teknologi UIN Alauddin Makassar. Doi. 10.4108/eai.2-5-2019.2284699.
Putri, K. A., A. Aisyah., S. Suriani., & I. Iswadi. (2017). Pengaruh kandungan senyawa pada ekstrak daun ketapang n-heksan, etil asetat, metanol dan campuran terhadap nilai efisiensi dye sensitized solar cell (DSSC). Al-Kimia , 5(2): 170–180. Doi. 10.24252/al-kimia.v5i2.3856.
Ramadhani, I., W. Febriya., S. Suriani., A. Aisyah., & I. Iswadi. (2019). A natural dye-sensitized from pare ( Bitter  gourd )  leaves  extracts  for  Dye-Sensitized  Solar  Cell  (Dssc). Al-Kimia ,  7(1),  17–24.  Doi. 10.24252/AL-KIMIA.V7I1.6309.
Risnah, I. A., A. Aisyah., I. Iswadi., & J. Saokani. (2018). The Photosensitizer from the basic dye extract
of  the  skin  fruit  of  eggplant  ( Solanum  melongena L.). Al-Kimia 6(1),  1–9.  Doi.  10.24252/AL- KIMIA.V6I1.4826. Tahir, D., W. Satriani., P. L. Gareso., & B. Abdullah. (2018). Dye sensitized solar cell (DSSC) with natural dyes  extracted  from  jatropha  leaves  and  purple  Chrysanthemum  flowers  as  sensitizer. Journal  of Physics: Conference Series , 979(1), 1-7. Doi. 10.1088/1742-6596/979/1/012056.