## PEMBUATAN SEL SURYA TERSENSITASI PEWARNA (SSTP) LAPISAN
TiO 2 /GRAFIT DARI EKSTRAK KELOPAK BUNGA ROSELLA, BERAS KETAN HITAM, DAN UBI JALAR UNGU
Nurhidayah 1* , Sri Rahayu Alfitri Usna 1 , Suwarni 1 , M. Ficky Afrianto 1 , Faizar Farid 2
1 Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Jambi
2 Program Studi Kimia Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Jambi Email: 1 nurhidayah@unja.ac.id

## Abstrak
Telah dilakukan pembuatan Sel Surya Tersensitasi  Pewarna (SSTP) dengan elektroda kerja yang terbuat dari campuran TiO2  dan 14% grafit  yang selanjutnya  ditulis sebagai  TiO2:C14%.Koloid  TiO2:C14% dideposisikan pada substrat kaca  konduktifFluorine Doped Tin Oxide(FTO) dengan metode sol-gel-spin coating pada kecepatan 1500 rpm selama 50 detik. Kemudian lapisan ini direndam selama 24 jam dalam  pewarna(dye) yang diambil  dari ekstrak kelopakbunga  rosella  (hibiscus sabdariffa), beras ketan  hitam(oryza  sativa) dan  ubi jalar ungu(ipomoea  batatas).  Untuk  mengkarakterisasi  bahan  pembentuk  sel  surya  dilakukan  uji  XRD  dan  SEM.    Uji  efisiensi  sel  surya tersensitasi zat warna dihitung dengan menggunakan rangkaian karakteristik kurva IV. Dari hasil yang diperoleh dye dari ekstrak kelopak bunga rosella memiliki nilai efisiensi tertinggi dibanding dyeberas ketan hitam dan dyeubi jalar ungu yaitu 3 x 10 -3 %.
Kata Kunci: SSTP, dye, rosella,TiO2, spin coating, XRD, efisiensi.
Abstract
[Title: Febrication of TiO2/Graphite-layer based Dye Sensitized Sollar Cells (DSSC) Using Natural Dye Extracted from Rosella Petals, Black Glutinous Rice and Purple Sweet Potato] Fabrication of Dye-Sensitized Solar Cells (DSSC) using working  electrodes  composed  of  a  mixture  of  TiO2  and  14%  of  graphite,  which  then  denoted  as  TiO2:C14%,  has  been  done.  The TiO2:C14% colloid was deposited on a conductive Fluorine Doped Tin Oxide (FTO) glass substrate by using sol-gel-spin coating at the speed of 1500 rpm for 50 seconds. This thin layer was then immersed for 24 hours in different dye solutions extracted from Rosella petals (hibiscus sabdariffa), black glutinous rice (oryza sativa) and purple sweet potato (ipomoea batatas). Composition materials used to fabricate the solar cells were characterized by using x-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscope (SEM). The power conversion efficiency (PCE) of the solar cells was measured by using a set of I-V characteristic circuit. The result showed that the highest PCE of 3 x 10 -3 % was obtained from the cells based on dye extracted from rosella petals compared to those from black glutinous rice and purple sweet potato.
Keywords: DSSC, dye, rosella, TiO2, spin coating, XRD, efficiency.

## PENDAHULUAN
Energi  mempunyai  peranan  penting  dalam memenuhi  segala  kebutuhan  hidup  di  dunia. Pesatnya perkembangan industri membuat kebutuhan  energi  juga  semakin    meningkat. Penyediaan  energi  saat  ini  masih  bergantung  pada minyak, gas bumi dan berbagai sumber bahan bakar fosil  lainnya  yang  memiliki  dampak  yang  signifikan terhadap lingkungan. Saat ini, data mencatat bahwa lebih dari 40 juta ton dari efek gas rumah kaca yang berasal dari pembakaran bahan bakar fosil dilepaskan ke  udara  setiap  tahunnya  [1].  Seiring  dengan berkurangnya  cadangan  bahan  bakar  fosil  secara siginifikan  dalam  beberapa  tahun  belakangan  ini, serta  efek  rumah  kaca  dan  pemanasan  global  yang ditimbulkan selama proses pengunaannya, pencarian sumber  energi  alternatif  yang  dapat  diperbaharui ( renewable ),  murah  dan  ramah  lingkungan  menjadi fokus  utama  dalam  mengatasi  permasalahan  energi dunia  saat  ini.  Dari  sekian  banyak  sumber  energi
yang dapat diperbaharui seperti angin, biomassa dan hydro  power ,  penggunaan  energi  alternatif  yang mempunyai  potensi  sangat  besar  namun  belum dimanfaatkan  secara  maksimal  adalah  energi matahari  atau  yang  lebih  dikenal  sebagai  sel  surya ( photovoltaic )  yang  mampu  mengkonversi  sinar matahari secara langsung menjadi energi listrik tanpa menimbulkan  emisi  gas  rumah  kaca  dan  polutan lainnya. Salah satu jenis sel surya yang banyak diteliti adalah  tipe  Sel  Surya  Tersensitasi  Pewarna  (SSTP) organik  yang  lebih  dikenal  dengan Dye  Sensitized Solar Cell (DSSC).Kelebihan tipe sel surya ini adalah teknologi berbiaya rendah, fabrikasi yang mudah dan tidak  membutuhkan  teknologi  tinggi.  Berbeda dengan sel surya konvensional, SSTP adalah sel surya fotoelektrokimia  yang  menggunakan  elektrolit sebagai medium transport muatan.
Pada  umumnya  komponen-komponen  di dalam  SSTP  terdiri  dari  elektroda  kerja  berupa elektrodafoto-anoda  dari  bahan  semikonduktor
Gambar 1. Struktur Sel Surya TersenstitasiPewarna
(SSTP)
(misalkan:  TiO 2 dan  ZnO), dye sebagai ( sensitizer )bahan  aktif  yang  menyerap  cahaya matahari dan membangkitkan pasangan elektron-
hole  serta  berperan  dalam  proses  transport pembawa  muatan  dalam  divais  sel  surya, sertapasangan  redoks  berupa triodide/iodide ,  dan counter elektroda  berbahan platina (Pt) seperti yang terlihat  pada  Gambar  1.Bahan dye dapat  diperoleh dari bahan-bahan alami seperti ekstrak buah-buahan atau  bisa  juga  dari  bahan  polimer.  Pewarna  ( dye ) dapat membantu memperluas spektrum penyerapanSSTPtidak hanya pada panjang gelombang  cahaya  ultraviolet  namun  juga  pada cahaya  tampak  [3].  Penggunaan dye dari  ekstrak bunga rosela dan ubi jalar ungu telah dilakukan pada penelitian  terdahulu  [4].  Efisiensi  maksimum  yang dihasikan  SSTP  dengan  menggunakan dye tersebut masing-masing sebesar 0,3% dan 0,1%.
Terdapat  berbagai  faktor  yang  dapat mempengaruhi  kinerja  sel  surya  organis  SSTP seperti  jenis dye ,  elektroda,  ketebalan  sel,  luas permukaan TiO 2 :C14%: dye :elektrolit dan mobilitas pembawa  muatan  [5].  Semakin  besar  luas permukaan  lapisan  aktif  maka  intensitas  elektron yang  tereksitasi  antara  TiO 2 : dye serta  transfer  hole antara dye :eletrolit akan semakin tinggi.
Prinsip  kerja  dari  SSTP  merupakan  reaksi dari  transfer  elektron  seperti  yang  terlihat  pada Gambar  2.  Elektrolit  yang  digunakan  pada  SSTP terdiri  dari  iodida  (I - )  dan  triiodida  (I 3 - )  sebagai pasangan  redoks  dalam  pelarut.  Proses  pertama dimulai  dengan  terjadinya  eksitasi  elektron  pada molekul dye akibat  absorpsi  foton.  Elektron tereksitasi  dari  keadaan ground  state (D)  ke excited state (D * ) D + cahaya → D* (1)
Gambar 2. Skema kerja dari SSTP(IEA, 2016)
Proses kedua terjadi pada elektroda negatif (anoda),  yaitu    pada  lapisan  TiO 2 dimana  elektron tereksitasi  (D*)  kemudian  terinjeksi  menuju  pita konduksi (E CB ) TiO 2 sehingga dye teroksidasi (D + ).
D * + TiO 2 → e - (TiO 2 ) + D + (2)
Dengan  adanya  donor  elektron  oleh  elektrolit  (I - ) maka  molekul dye kembali  ke  keadaan  awalnya ( ground  state) dan  mencegah  penangkapan  kembali elektron oleh dye yang teroksidasi. D + + 3I - → D + I 3 - (3)
Proses  ketiga,  setelah  mencapai  elektroda ITO,  elektron  mengalir  menuju counter-elektrode yang  berperan  sebagai  elektroda  positif  (katoda) melalui  rangkaian  eksternal.  Proses  selanjutnya, dengan adanya katalis pada counter-elektrode , elektron diterima oleh elektrolit sehingga hole yang terbentuk pada  elektrolit  (I 3 - ),  akibat  donor  elektron  pada proses sebelumnya, berekombinasi dengan elektron membentuk iodida (I - ).
I 3 - + 2e - → 3I - (4)
Proses terakhir, iodida ini digunakan untuk mendonor  elektron  kepada dye yang  teroksidasi, sehingga  terbentuk  suatu  siklus  transport  elektron. Dengan  siklus  ini  terjadi  konversi  langsung  dari cahaya matahari menjadi listrik[6].

## METODE PENELITIAN
Pembuatan Koloid TiO 2 :14%C Koloid TiO 2 /grafit dipersiapkan terlebih dahulu dengan  cara  menambahkan  4  g  polivinil  alkohol (PVA)  ke  dalam  20  ml  air  aquades  lalu  diaduk dengan magnetic  stirrer hingga  merata  selama  10 menit pada suhu 80 ºC. Kemudian ditambahkan 2 g serbuk TiO 2 ke dalam larutan tadi dan diaduk selama 40  menit  pada  suhu  yang  sama  hingga  terbentuk koloid/pasta.  Koloid  lalu  didinginkan  hingga mencapai suhu ruang. Selanjutnya ditambahkan 14% serbuk  grafit  sebagai  pengotor  yang  sebelumnya
telah dilarutkan ke dalam 1 ml aquades. Kemudian diaduk  secara  perlahan  dan  dibiarkan  selama  10 menit.
Deposisi Koloid TiO 2 :C14%
Koloid  TiO2:C14%  diteteskan  diatas  substrat FTO  dengan  permukaan  konduktif  berada  pada bagian  atashingga  merata.  Selanjutnya  substat  FTO diletakkan  diatas  sampel  holder spin  coater dengan kecepatan putar 1500 rpm selama 50 detik. Setelah lapisan  kering,  selotip  diangkat  secara  perlahan- lahan.  Kemudian,  lapisan  TiO2:C14%  disintering pada suhu 200 o C selama 20 menit. Preparasi Larutan Dye Dye antosianin  diekstrak  dari  bunga  rosela, beras ketan hitam dan ubi jalar ungu.Masing-masing sampel  diambil  sebanyak  20  g  dan  dipotong  kecil- kecil,  digerus  dengan  mortar  hingga  halus, selanjutnya  direndam  (maserasi)  di  dalam  pelarut yang terdiri dari 25 ml  metanol, 4 ml asam asetat, dan  20  ml  aquades  selama  24  jam.  Selama perendaman,  larutan  ekstrak  antosianin  harus disimpan di tempat gelap. Setelah direndam selama 24  jam,  selanjutnya  ekstrak dye antosianin  disaring menggunakan  kertas  saring  dan  disimpan  dalam botol gelap yang dibungkus rapat dengan alumunium foil.
Absorbsi  Larutan Dye ke  Dalam  Lapisan TiO2:C14%
Larutan  ekstrak dye dari  bunga  rosela,  beras ketan ungu dan ubi jalar ungukemudian diteteskan di atas substrat kaca FTO yang telah dideposisi dengan lapisan TiO 2 :C14% hinggakering. Kemudian sampel dikeringkan  lagi  dengan hot  plate selama  10  menit pada suhu 80 o C. Preparasi Counter Elektroda Karbon Counter elektroda  karbon diperoleh dari batang pensil  2B  ( faber  castle ).  Pensil  2B  diarsirkan  pada bagian  konduktif  FTO  yang  telah  ditutup  selotip hingga merata, kemudian kaca dibakar di atas nyala lilin  dengan  posisi  arsiran  menghadap  api. Pembakaran  dilakukaan  hingga  jelaga  api  menutupi permukaan konduktifFTO.

## Preparasi Elektrolit
Sebanyak 7 gr PEG dilarutkan ke dalam 25 ml kloroform  hingga  berbentuk  gel.  Pada  saat  yang bersamaan  di  tempat  lain  dibuat  larutan  elektrolit dari pencampuran 8,3 gr KI dan 1,26 gr I 2 . Kedua larutan  kemudian  dicampurkan  dan  diaduk menggunakan magnetic  stirrer selama  60  menit  pada suhu  80 o C  hingga  homogen.    Larutan  yang terbentuk disimpan dalam botol yang sudah bungkus almunium foil.
Perakitan ( Assembly )
Sel surya DSSC dirakit dengan cara meletakkan substrat  terlapis  TiO 2 :C14%: dye pada  bidang  datar dengan permukaan yang telah dilapisi  TiO 2 dan dye menghadap  ke  atas,  kemudian  di  atasnya  diletakan elektrolit padat dan substrat FTO yang telah dilapisi karbon  sehingga  membentuk  struktur sandwich dimana di masing-masing ujung diberi offset sebesar 0,5  cm  untuk  kontak  elektrik.  Kemudian  sampel dijepit dengan klip pada kedua sisi agar strukturnya lebih  mantapdan  sel  surya  siap  diuji  untuk mengetahui efisiensi dari perhitungan kurva I-V.

## Karakterisasi dan Pengujian
Struktur  kristal,  ukuran  kristal  dan  informasi lainnya  dikarakterisasi  dengan  menggunakan X-Ray Diffraction (XRD).  Untuk  melihat  morfologi  lapisan digunakan  mikroskop  elektron, Scanning  Electron Mycroscope (SEM).  Pengujian  photovoltaik  dari  sel surya  DSSC  dilakukan  dengan  cara  melakukan pengukuran arus dan tengangan untuk melihat kurva karakteristik  I-V.  Skema  pengukuran  ditunjukkan seperti Error!  Reference  source  not  found. 1 Potensiometer  digunakan  sebagai  hambatan  yang nilainya  bisa  divariasikan.  Pengukuran  karakteristik I-V  dilakukan  dibawah  penyinaran  cahaya  matahari secara  langsung  pada  tengah  hari  yang  cerah  di kampus UNJA Mendalo.
Gambar 3. Skema rangkaian untuk pengukuran efisiensisel surya

## HASIL DAN PEMBAHASAN Karakterisasi XRD
Berdasarkan  karakterisasi  menggunkanan XRD  dapat  dilihat  pola  difraksi  yang  telah dicocokkan  dengan database terlihat  memiliki puncak-puncak  pada  sudut  2 θ disekitar  25 o ,  36 o , 37 o , 38 o , 48 o , 53 o , 55 o , 62 o , 63 o , 68 o , 70 o , 75 o , 76 o dan 83 o yang sesuai dengan fase anatase berdasarkan data  JCPDS  No.83-2243.  Puncak-puncak  tersebut bersesuaian  dengan  orientasi  Kristal  pada  bidang (011),  (013),  (004),  (112),  (020),  (015),  (121),
(123),  (024),  (116),  (220),  (125),  (031),  (224). Puncak tertinggi dimiliki orientasi bidang (011).
Tampak terlihat semua puncak dimiliki fase antase  dengan  struktur  kristal  tetragonal,  namun masih  terdapat  satu  puncak  asing  yang  tidak terdeteksi dalam struktur kristal karena mempunyai struktur  amorf.  Puncak  asing  ini  diduga  unsur karbon  yang tidak tercampur secara  homogen  pada saat  pembuatan                koloid  TiO 2 :C14%  .Dengan derajat  kristalinitas  yang  baik  maka  proses  difusi elektron di TiO 2 akan lebih cepat yang implikasinya proses  transfer  elektron  untuk  DSSC  secara keseluruhan  akan  lebih  tinggi  sehingga  akan meningkatkan efisiensi sel surya. Hasil pola difraksi lapisan  TiO 2 /grafit/dye  rosella  ditunjukkan  pada Gambar 4.
Gambar 4. Hasil XRD lapisan TiO 2 /grafit/dye rosella

## Karakterisasi SEM
Struktur  morfologi  permukaan  lapisan TiO 2 :C14%  dapat  dianalisis  dari  hasil  karakterisasi menggunakan Scanning  Electron  Microscope (SEM) JSM-6510  dengan  10.000  kali  perbesaranseperti yang terlihat pada Gambar 5. Butiran dengan warna terang  merupakan  partikelTiO 2 dan  butiran berwarna gelapdiindikasikan sebagai partikel karbon. Hasil SEM dari morfologi permukaan pada Gambar 5.a.  memperlihatkan  adanya  penumpukan  butiran yang  mengindikasikan  kurang  meratanya  koloid TiO 2 :C14% yang terlapisi pada substrat. Sementara ukuran partikel TiO2 juga bervariasi dari 0,097 μ m hingga  0,394 μ m  dengan  rata-rata  ukuran partikelnya adalah 0,218 μ m. Ukuran partikel yang cukup besar dan beragam dapat mempengaruhi nilai band gap TiO2 dan menurunkan kemampuan TiO2 dalam menyerap dye yang berakibat pada penurunan nilai  efisiensi.  Selain  itu  ukuran  partikel  yang beragam  juga  menyebabkan  kekasaran  morfologi permukaan, hal ini dapat menyebabkan terhambatnya  proses  transport  elektron  dan meningkatkan hamburan foton yang datang sehingga berpengaruh  pada  proses  interaksi  foton  dengan
lapisan  TiO2:C14%:dye.Karakterisasi  SEM  juga dilakukan  untuk  mengukur  ketebalan  penampang melintang  lapisan  TiO2:C14%  seperti  yang ditunjukkan  pada  Gambar  5.b.  Terlihat  bahwa lapisan  TiO 2 /C14%  memiliki  ketebalan  rata-rata sebesar64,23 μ m.  Nilai  yang  diperoleh  dari karakterisasi  SEM  ini  menunjukkan  ketebalan  yang cukup besar yang dapat mempengaruhi kemampuan TiO2 dalam menyerap foton.
Gambar5. Hasil Scanning Electron Microscope (SEM): a.morfologi permukaan dan b. tampangmelintang lapisan TiO 2 /C14%

## Karakteristik Arus Tegangan (I-V)
Parameter rapat arus short  circuit (J sc )  yang berhubungan dengan arus yang dihasilkan persatuan luas  permukaan  TiO2:C14%: dye: elektrolit,  nilai daya  pengisi  atau Fill  Factor  (FF) serta  efisiensi  sel surya  ( η )  dapat  dihitung  dengan  menggunakan persamaan berikut:
(i) (ii)
(iii)
Keterangan:
=  rapat arus short circuit
=  arus short circuit )
A   = luas penampang lapisan aktif TiO 2 /C14%: dye :eketrolit ( FF = Fill Factor = arus maksimum ( ) = tegangan maksimum (mV ) = tegangan open circuit (mV ) = nilai efisiensi (%) = daya energi matahari yang masuk ke dalam sel (watt)
= daya energi listrik yang dihasilkan (watt)
Dengan  menggunakan  Persamaan  (i)  hingga Persamaan  (iii)  maka  diperoleh  parameter- parameter  performansi  sel  surya  seperti  rapat  arus short  circuit,  J sc ,  tegangan  open  circuit  V oc , Fill Factor FF  dan  effisiensi  yang  ditabulasikan  pada Tabel 1. berikut.
Tabel  1.  Hasil  pengukuran  parameter  rapat  arus short circuit (J sc ), Fill Factor (FF) dan effisiensi (  )
Berdasarkan data Tabel 1 diatas dapat dilihat bahwa efisiensi tertinggi ditunjukkan pada penggunaan dye ekstrak  bunga  rosella  yaitu  sebesar  3  x  10 -3 %. Secara umum nilai efisiensi dari penelitian ini masih tergolong  rendah.  Hal  ini  dapat  disebabkan  karena ukuran  partikel  TiO2  yang  cukup  besar  dan  kuran seragam, lapisan TiO2:C14% yang tidak homogeny serta ketebalan lapisan yang terbentuk.

## SIMPULAN
1. Sel  surya  organik  berbasis  TiO 2 :14%  grafit dengan  penambahan dye :  rosela,  ubi  jalar  ungu, dan beras ketan hitam telah berhasil dibuat.
2. Hasil  XRD  menunjukkan  bahwa  semua  puncak memiliki  fase  antase  dengan  struktur  kristal tetragonal.
3. Berdasarkan  karakerisasi  SEM  ketebalan  yang besar  dapat  mempengaruhi  kemampuan  TiO 2 dalam  menyerap  foton,  sehingga  efisiensi  yang dihasilkan lebih tinggi.
4. Berdasarkan hasil pengukuran karakteristik kurva I-V  nilai  efisiensi  tertinggi  diperoleh  pada  jenis dye bunga rosella.

## DAFTAR PUSTAKA
J. Canadell, C. le Qu´er´e, M.  Raupach, C. Field, E. Buitenhuis, P. Ciais, T. Conway, N. Gillet, R.  Houghton  and  G.  Marland,  USA:  Proc. Natl. Acad. Sci, 2007.
M. Gratzel and C. Chimie, pp. 578-583, 2006.
M.  Gratzel,  "Photochemistry  Reviews," Journal  of Photochemistry  and  Photobiology, pp.  145-153, 2003.
Fahyuan,  H.,Samsidar.,  Farid,  F.,  Heriyanti.,
Napitupulu.  S  .,  Pakpahan,  S.,  2015.  Disain Prototipe Sel Surya Dssc (Dye Sensitized Solar Cell) Lapisan Grafit/Tio2 Berbasis Dye Alami. Journal Online of Physics . 1 :5-11.
Hardali,  Suwardani,  Riky,  T.  Fernando,  Maulidis and  S.  Ridwan,  "Dye  Sensitized  SOlar  Cells (DSSC) Bebrbasis Nanopori TiO2 Menggunakan  Antosianin  dari  Berbagai Sumber Alami," in Semirata FMIPA , Lampung, 2013.
Hardali,  Suwardani,  Riky,  T.  Fernando,  Maulidis and  S.  Ridwan,  "Dye  Sensitized  SOlar  Cells (DSSC) Bebrbasis Nanopori TiO2 Menggunakan  Antosianin  dari  Berbagai Sumber Alami," in Semirata FMIPA , Lampung, 2013.
G. W. P. Adhyaksa, "Status dan Tantangan kedepan dari  Dye  Sensitized  Solar  Cell,"  5  Januari 2010.[Online].Available:https://www.kompa siana.com/debalitech/status-dan-tantangan- kedepan-dari-dye-sensitized-solar-cell_ 54ff4efea333112b4a50fe25.
R.  Purwanto  and  G.  Prajitno,  "Variasi  Kecepatan dan  Waktu  Pemutaran  Spin  Coating  dalam Pelapisan  TiO2  untuk  Pembuatan  dan Karakterisasi Prototipe DSSC dengan Ekstraksi Kulit  Manggis  (Garcinia  Mangostana)  sebagai Dye Sensitizer," Jurnal Sains dan Seni Pomits , p.
2, 2013.
T. Priyambodo, "Pembangkit Listrik Tenaga Surya:
Memecah  Kebuntuan  Kebutuhan  Energi Nasional dan Dampak Pencemaran
Lingkungan,"  15  Juli  2014.  [Online]. Available:http://www.chemistry.org/?sect= artikel&ext=114.
US.EIA,  "International  Energy  Data  and  Analysis," Indonesia, 2015.