## KARAKTERISTIK SIFAT OPTIK LAPISAN TIPIS MATERIAL PCBM HIBRID KLOROFIL Spirulina sp. DENGAN METODE SPIN COATING
Nanik Widiastuti, Risa Suryana, Agus Supriyanto
Laboratorium Material Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret Jl. Ir. Sutami No 36A Surakarta E-mail: nanikw17@gmail.com

## INTISARI
Telah dilakukan karakterisasi sifat optik untuk bahan sel surya dengan bahan organik dan turunan fulleren [6,6]- phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM) yang menggunakan klorofil alam Spirulina sp. dan PCBM yang dibuat  dengan  menggunakan  pelarut  chlorobenzena. Fabrikasi  lapisan  aktif  sel  surya  organik  menggunakan metode spin coating dengan kecepatan putar 2500 rpm dan lama waktu putar 40 detik dengan suhu pemanasan 75 o C Variasi  dilakukan  pada  konsentrasi  larutan  yaitu  0,1%  ,  0,5%  ,  1%  .  Karakterisasi  optik  menunjukkan spektrum  absorbansi  klorofil  terjadi  pada  panjang  gelombang  430  nm  dan  675  nm, sedangkan  untuk  PCBM spektrum  absorbansi  muncul  pada  panjang  gelombang  350-400  nm.  Pengujian  sifat optik  menggunakan spektrometer  uv-visible  lamda 25  dapat  diketahui  nilai  absorbansi  dengan  konsentrasi  1%  menunjukan  nilai absorbansi yang terbaik dari pada yang lainnya.

## Kata kunci: absorbansi, PCBM, klorofil, spin coating

## I. PENDAHULUAN
Penelitian  sel surya  yang  saat  ini  sedang  berkembang  adalah  menggunakan  material  organik  dan  polimer terkonjugasi.  Polimer  terkonjugasi  memiliki  elektron-p  yang  terdelokalisasi  sehingga  mampu  menyerap  sinar matahari,  membentuk  pembawa-pembawa  muatan,  mentransport  muatan-muatan  tersebut  dan  menghasilkan listrik. Penelitian dengan polimer terkonjugasi sangat berkembang pesat karena menawarkan proses pembuatan yang  berbiaya  murah,  sederhana  dan  dapat  dihasilkan  efisiensi  konversi  yang  tinggi [1]. Selain  polimer konjugasi, bahan molekul semikonduktor organik juga dapat diaplikasikan sebagai bahan aktif sel surya, klorofil banyak dikembangkan sebagai sel surya generasi ketiga, baik sebagai DSSC maupun sel surya organik (SSO).
Penelitian terbaru menyatakan bahwa larutan klorofil dari Spirulina sp. telah memenuhi karakteristik sebagai bahan aktif pada sel surya [2] Syarat agar bahan tersebut sebagai bahan aktif sel surya yaitu bahan tersebut harus mampu menjadi medium transfer pembawa muatan listrik akibat foton yang diserap [3].
Kegiatan yang dilakukan pada penelitian ini adalah karakterisasi sifat optik yang berupa absorbansi material PCBM hibrid klorofil  sebagai  bahan  untuk  bahan  sel  surya  organik  dengan  nilai  serapan  cahaya  pada  daerah cahaya tampak.
PCBM merupakan turunan fulleren, yaitu bahan akseptor elektron dalam hubungannya dengan bahan donor elektron  seperti klorofil  ataupun  polimer  lainya[4].  PCBM  mempunyai  rumus  molekul  C 72 H 72 O 2 dengan  berat molekul sebesar 910.88 g mol − 1 dengan struktur seperti pada Gambar 1. Ini menunjukkan mirip kristal-packing C60  yang  menghasilkan  mobilitas  elektron  tinggi,  dibandingkan  dengan fulleren lainnya  yang  memiliki  sifat elektronik  yang  sama,  namun  penyerapan  secara  signifikan  lebih  tinggi  koefisien  terutama  pada  panjang gelombang yang lebih pendek.
Gambar 1. Struktur PCBM (Fenil C61butiyric acid methylester)[5].
Klorofil  merupakan  komponen utama  sebagai photosensitiser pada  proses  fotosintesis  dari  tumbuhan  hijau [6]. Klorofil  bertindak  sebagai  pengabsorbsi  energi  dari  sinar  matahari,  sehingga  ia  berubah  menjadi  molekul yang berenergi tinggi, yang dapat melepaskan elektron dari molekul air dan photon dari oksigen Ada beberapa jenis  klorofil  yang  dijumpai  sebagai  hasil  fotosintetik,  tetapi  jenis  yang  umum  dijumpai  pada  tanaman  tingkat tinggi adalah klorofil a dan b [7].

## Gambar 2. Spektrum absorbansi klorofil a dan klorofil b [8].
Gambar  2 menunjukan  spektrum  absorbansi  dari  larutan  klorofil  dari  kedua  jenis  klorofil,  baik  klorofil  a maupun  klorofil  b  memiliki  serapan  cahaya  pada  panjang  gelombang  400  nm - 490  nm  dan  pada  rentang panjang gelombang 620 nm sampai 680 nm. Kandungan konsentrasi klorofil dengan spektrum serapan dipelajari untuk optimasi dilakukan guna mendapatkan larutan yang sesuai untuk optimasi sel surya organik.

## II. METODE PENELITIAN
Penelitian  meliputi  pembuatan  larutan  PCBM  menggunakan  pelarut  klorobenzen  dengan  tiga macam konsentrasi (0,1% , 0,5%, dan 1%), sedangkan klorofil yang digunakan adalah klorofil Spirulina Sp. Bahan aktif PCBM  dan  klorofil  dicampur, kemudian  ditumbuhkan  dengan  menggunakan  metode spin  coating.  Adapun substrat  yang  digunakan  berukuran  2  x  1  cm 2 dan sebelum  digunakan  untuk  pendesposisian  substrat  terlebih dahulu dibersihkan dengan ultrasonic cleaner. Campuran larutan PCBM dengan klorofil didesposisikan dengan kecepatan  putar  2500  rpm  selama  40  detik,  kemudian  dianeling  dengan  suhu  75 o C  selama  60  detik.  Hasil fabrikasi  lapisan  tersebut  diuji  karakteristik  sifat  optik  berupa  absorbansi dengan  menggunakan  alat spectrometer  uv – vis  lamda  25 dengan  rentang  panjang  gelombang  300 – 800  nm. Dari  hasil  pengujian  sifat optik tersebut, dilakukan perbandingan untuk mengetahui pengaruh konsentrasi.

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Klorofil  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  yaitu Spirulina sp. dengan  warna  hijau  kekuning-kuningan. Absorbansi menyatakan kemampuan suatu bahan dalam menyerap cahaya. Bahan organik mampu mengabsorbsi cahaya  sebab  bahan  organik  mengandung  elektron  valensi  yang  dapat  dieksitasi  ke  tingkat  energi  yang  lebih tinggi. Salah satu bahan organik tersebut adalah klorofil, dan bahan ini dapat dimanfaatkan sebagai bahan aktif sel surya.
Gambar  3  menunjukan  karakteristik  sifat  optik  klorofil  terdapat  dua  puncak  absorbansi,  puncak  yang pertama  pada  panjang  gelombang  430  nm  dan  puncak  ke  dua  pada  panjang  gelombang  675  nm. Cahaya matahari  diserap  oleh  molekul-molekul  klorofil  dalam  bentuk  energi  foton  yang  digunakan  oleh  elektron- elektron  untuk  bertransisi  ke  tingkat  energi  yang  lebih  tinggi.  Cahaya  yang  datang  akan  digunakan  untuk membawa  elektron  sehingga  terjadi  proses  eksitasi  elektron-elektron  ke  tingkat  yang  lebih  tinggi.  Semakin banyak  cahaya  yang  diserap  maka  semakin  banyak  aliran  elektron.semakin  banyak  elektron  yang  tereksitasi, sehingga  material  yang  memiliki  kandungan  klorofil  terbanyak  akan  mampu  menyerap  foton  cahaya  secara maksimal dan menghasilkan listrik secara maksimal.
Larutan  PCBM    dibuat  dengan  melarutkan  PCBM  dengan  pelarut  klorobenzen  selama  30  menit  dengan konsentrasi 0,1%; 0,5% dan 1%. Larutan tersebut kemudian diuji sifat optik menggunakan spectrometer uv-vis lamda 25 dengan range panjang gelombang 300-800 nm.
400 500 600 700 800 0 1 2 3 4 5 a b so rb a n si panjang gelombang
Gambar 3. Spektrum absorbansi klorofil.
300 400 500 600 700 800 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,1% 0,5% 1% a b so rb a n si panjang gelom bang

## Gambar 4. Spektrum absorbansi pcbm dengan variasi konsentrasi.
Gambar 4 menunjukkan spektrum absorbansi PCBM dan konsentrasi, dengan rata- rata puncak berada pada panjang  gelombang 350  nm. Pada  konsentrasi  0,1% diperoleh absorbansi sebesar 0,07  dan untuk  konsentrasi 0,5%  absorbansi sama dengan 0,08, sedangkan pada konsentrasi 1% absorbansinya lebih besar dari yang lainya yaitu  0,1. Dari  grafik disimpulkan bahwa  PCBM  dengan  konsentrasi  1%  memiliki  kemampuan  mengabsorbsi cahaya lebih besar daripada yang lainnya.
Pada  larutan  klorofil  dan  PCBM    yang  dicampur  dengan  perbandingan  1:1  hingga  homogen  dilakukan uji sifat optik.
300 400 500 600 700 800 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,1% 0,5% 1% abs or bans i panjang gelombang
Gambar 5. Spektrum absorbansi klorofil blend PCBM dengan variasi konsetrasi.
Gambar  5 menunjukan  kemampuan  absorbansi  cenderung  bertambah  setelah  ditambahkan  klorofil pada konsentrasi  0,1%  nilai  absorbansinya  0,14  dan  pada  konsentrasi  0,5%  nilai  absorbansinya  0,24  serta  pada konsentrasi  1%  nilai  absorbansinya  0,42  dan  berada  pada pada  panjang  gelombang  350  nm, ini  karena  energi cahaya yang diserap oleh klorofil akan menggerakan elektron sehingga elektron bergerak ketingkat energi yang lebih  tinggi.  Satu- satunya  foton  yang  diserap  adalah  foton  yang  memiliki  energi  yang  besarnya  sama  dengan selisih  energi  antara  keadaan  dasar  dan  keadaan  tereksitasi  dan  selisih  energi  ini berbeda  dari  satu  atom  atau molekul . Hasil pengukuran absorbansi dapat ditunjukan pada Tabel I.
Tabel I. Hasil pengukuran absorbansi.
Konsentrasi Absorbansi PCBM Absorbansi PCBM blend klorofil 0,1% 0,07 0,14 0,5% 0,08 0,24 1% 0,1 0,42
Dengan  demikian  molekul  tertentu  menyerap  foton  yang  sesuai  dengan  panjang  gelombang  tertentu. Dari grafik  tersebut  juga  menunjukkan  bahwa PCBM blend klorofil dengan  konsentrasi  1%  memiliki  kemampuan mengabsorbsi  cahaya  lebih  besar  daripada  yang  lainnya.  Hal  tersebut  sesuai  dengan  hukum  Lambert-Beer dimana absorbansi cahaya berbanding lurus dengan tingkat konsentrasinya

## KESIMPULAN
Hasil  yang  diperoleh menunjukkan bahwa  semakin  tinggi  konsentrasi absorbansi cahayanya  juga  akan semakin tinggi. Pada penelitian ini konsentrasi 1% memiliki absorbansi yang lebih tinggi dibandingkan yang lainnya.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada UNS  karena  penelitian  ini  didukung  dari  dana  hibah  penelitian unggulan UNS tahun 2014.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Bahtiar,  A.,  Aprilia,  A.,  Fitrilawati, 2011 ,  “ Sel Surya  Polimer. State  of  art dan  progres penelitiannya  di Universitas Padjajaran ”, Jurnal Material dan Energy Indonesia, 1(1) , 7-14.
[2] Sumaryanti,  Utari, Supriyanto, A., Purnama, B., 2011, “Karakterisasi  Optik  dan  Listrik  Larutan  Klorofil Spirulina sp. sebagai Dye Sensitized Solar Cell ”, Jurnal Material dan Energi Indonesia, 1(1) , 141- 147.
[3] Supriyanto, A., Kusminarto, Triyana, K., Roto, Salleh, M.M., Umar, A.A., 2010 , “ Photosensitizing Effect of Porphyrin Films as Organic Photodetector ”, Journal of Materials Science and Engineering, 4(8), 40-44.
[4] Chotimah., Triyana, K., Kartini, I., 2012, “ Efek  Intensitas  Cahaya  terhadap  Efisiensi  Konversi  Daya  Sel Surya Organik Bulk Heterojunction Berbasis Poly(3 hexylthiophene) dan Phenyl C61 butyric Acid Methylester, Prosiding Pertemuan Ilmiah XXVI HFI Jateng & DIY, Purworejo, 14 April 2012.
[5] Hummelen,  J.C.,  Knight,  B.  W.,  Lepeq,  F.,  Wudl,  F.;  Yao,  J.;  Wilkins,  C.L.,  1995, “ Preparation  and Characterization  of  Fulleroid  a nd  Methanofullerene  Derivatives”, Journal  of  Organic  Chemistry 60(3), 532 – 538.
[6] Amao, Y., Yamada, Y., Aoki, K., 2004, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 164, 47-51.
[7] Sastrawan, R., 2006, “ Photovoltaic Modules of Dye Solar Cells, ” Dissertation at University of Freiburg.
[8] Larkum, A.W.D., Kuhl, M., 2005, Trends in Plant Science, 10(8).