## PENGARUH WAKTU PERENDAMAN LAPISAN TIO 2 DALAM DYE EKSTRAK DAUN PACAR KUKU TERHADAP NILAI EFISIENSI DSSC
Israyanti, Iswadi dan Hernawati 1
1 Jurusan Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, UIN Alauddin Makassar Email: wadi.phys.uin@gmail.com , hernawati@uin-alauddin.ac.id
Abstract. This  study  is about  Dye  Sensitized  Solar  Cell  (DSSC)  which aims to determine the absorbance value of henna leaf extract (Lawsonia Inermis  L)  as  a  sensitizer  in  DSSC  and  find  out  how  the  effect  of immersion  time  of  TiO2  layer  on  the  efficiency  value  produced.  The method  used  to  make  the  extract  is  maceration  and  to  doping  TiO2 using the doctor blade method with an area of 1.5x1.5 cm. In this study UV-Vis testing was carried out to determine the absorbance value of dye henna  leaf  extract,  current  and  voltage  testing to  determine the  current and voltage values obtained from cells and SEM tests to determine the surface  structure  of  TiO2  layers.  The  absorbance  value  of  the  nail extract  leaf  extract  is  based  on  the  results  of  the  UV  Vis  test  which  is 0.077 which is located in an area with a wavelength of 663 nm. For the TiO2 coating immersion time obtained the lowest efficiency value of cells with  immersion  of  TiO2  layer  for  1  hour  which  is  0.0038%,  then immersion of TiO2 layer for 12 hours obtained efficiency value 0.0056% and soaking TiO2 layer for 24 hours obtained efficiency value 0.0083%
Keywords: DSSC, dye, absorption, doctor blade, efficiency.

## 1. PENDAHULUAN
Perkembangan  dibidang  teknologi  mengakibatkan  kebutuhan  manusia terhadap energi semakin meningkat, khususnya energi listrik. Peningkatan terhadap kebutuhan  energi  ini  berbanding  terbalik  dengan  ketersediaan  sumber  daya  yang ada.  Dimana  energi  yang  digunakan  selama  ini  berasal  dari  fosil  yang keberadaannya  semakin  berkurang  karena  proses  pembentukan  energi  ini memerlukan  waktu  sekitar  seratus  tahun  lamanya.  Salah  satu  faktor  yang mempengaruhi pertumbuhan jumlah penggunaan energi listrik adalah pertumbuhan penduduk.  Jumlah  penduduk  di  Indonesia  menurut  data  dari  Biro  Pusat  Statistik (BPS) diperkirakan berjumlah 231.000.000 jiwa pada tahun 2010 dan akan menjadi 293.000.000  pada  tahun  2035.  Rata-rata  pertumbuhan  jumlah  penduduk  berkisar 0,89%-1,24%  yang  tentunya  akan  berdampak  pada  penggunaan  berbagai  sumber daya  seperti  lahan  untuk  pemukiman,  untuk  pertanian,  industri,  dan  masih  banyak lagi.  Hal  ini  akan  meningkatkan  konsumsi  energi,  termasuk  energi  listrik  (Rohi, 2013).  Isu pemerataan akses  terhadap  listrik  juga perlu  menjadi  perhatian.  Sampai
pada tahun 2014 rasio elektrifikasi (rumah tangga yang teraliri listrik) masih berada di  angka  84,35  persen.  Masih  ada  15,65  persen  penduduk  Indonesia  yang rumahnya belum teraliri listrik (Gultom, 2017).
Oleh  karena  itu  diperlukan  alternatif  lain,  salah  satunya  dengan menggunakan energi matahari. Sel surya sebagai sumber energi, energi matahari ini sangat  memungkinkan  pemanfaatannya  di  Indonesia  karena  berada  di  garis khatulistiwa  sehingga  mendapat  sinar  matahari  yang  cukup  untuk  pengembangan solar cell . Seorang peneliti bernama Michael Gretzel telah berhasil mengembangkan sel  surya  yang  yang  dapat  mengubah  energi  matahari  menjadi  listrik  yang  dikenal sekarang  sebagau Dye  Sensitizer  Solar  Cell (DSSC)(Kristen,  2013).  Efek photovoltaic merupakan  fenomena  munculnya  tegangan  listrik  karena  adanya interaksi antara dua elektroda yang dihubungkan dibawah paparan cahaya matahari (Kiruba  Daniel,  2013).  Cahaya  matahari  ini  dapat  dikonversi  menjadi  energi  listrik menggunakan  sel  surya  dengan  cara  mengkonversi  secara  langsung  radiasi matahari  menjadi  energi  listrik  (Damayanti,  2014).  Sel  surya  berdasarkan  bahan pembutannya dibagi menjadi dua yaitu dengan menggunakan silikon sebagai bahan dan  DSSC  ( Dye  Sensitizer  Solar  Cell ).  Dalam  proses  pembuatannya,  DSSC membutuhkan lebih sedikit biaya dibandingkan dengan menggunakan silikon karena menggunakan  bahan  yang  diperoleh  dari  alam  (Supriyanto,  2014).  Dengan ketersediaan  bahan  dengan  jumlah  yang  melimpah  di  alam  maka  akan  sangat memungkinkan untuk energi matahari dimanfaatkan sebagai sumber energi alternatif sebagai  pengganti  energi  fosil  (Kristen,  2013).  DSSC  umumnya  memiliki  struktur lapisan  seperti sandwich yang  terdiri  atas  elektroda  kerja,  lapisan  TiO2  ( Titanium dioxida )  dan  elektroda  lawan  yang  telah  dilapisi  katalis.  Substrat  yang  digunakan sebagai tempat eletroda krja maupun elektroda lawan umumnya menggunakan kaca jenis ITO ( Indium tin oxida ) maupun kaca FTO ( Flourine-doped oxida ). Pada bagian pasta  TiO2  dilapisi  pewarna  atau dye dan  ditambahkan  larutan  elektrolit  diatas lapisan dye agar  reaksi  antara  sel  surya  dengan  sinar  matahari  lebih  cepat (Ardianto,  2015).  Dalam  DSSC,  pewarna  alami  yang  digunakan  sebagai  sensitizer berfungsi  untuk  menyerap  foton  dari  matahari  kemudian  mengubahnya  menjadi listrik  (Supriyanto,  2014).  Salah  satu  pewarna  yang  dapat  digunakan  sebagai sensitizer dalam sel surya ini berasal dari daun pacar kuku ( Lawsonia Inermis L ). Salah  satu  tanaman  yang  dikenal  memiliki  zat  warna  alami  adalah  pacar kuku.  Tanaman  ini  tumbuh  subur  di  iklim  tropis  seperti  Indonesia  dan  tidak  terlalu memerlukan  perawatan  yang  khusus  dalam  pertumbuhannya  (W,  Soraya,  2013) Warna  alami  dari  daun  pacar  kuku  ialah  tampak  kuning  jingga  setelah  diekstraksi, berdasarkan skala spektrum cahaya tampak, warna yang diserap adalah warna biru dan  biru  kehijauan  yang  memiliki  rentang  panjang  gelombang  sekitar  435-490  nm. Pada  saat cahaya polikromatis  mengenai  suatu zat,  maka  cahaya dengan  panjang gelombang  tertentu  saja  yang  akan  diserap.  Jika  zat  menyerap  cahaya  tampak (visibel)  atau  UV  maka  akan  terjadi  perpindahan  elektron  dari  keadaan  dasar menjadi keadaan tereksitasi (Prestiyana, 2010). Banyak penelitian mengenai DSSC yang  telah  dilakukan  sebelumnya,  seperti  yang  dilakukan  oleh  (Fitriya,  2016)  yang menggunakan  daun  tembakau  sebagai sensitizer dan  memvariasikan  waktu perendaman  lapisan  TiO 2 ,  kemudian  pada  penelitian  yang  dilakukan  oleh  (Yulia, 2016)  dengan  menggunakan  daun  pacar  kuku  sebagai  pewarna  alami  sebagai
sensitizer ,  dimana  pewarna  yang  digunakan  dari  ekstrak  daun  pacar  kuku  yang divariasikan  konsentrasinya.  Yang  membedakan  penelitian  sebelumnya  dengan penelitian ini adalah waktu yang digunakan untuk merendam lapisan TiO 2 pada dye dari  daun  pacar  kuku  divariasikan  agar  dapat  diketahui  bagaimana  pengaruh  dari waktu  perendaman  lapisan  TiO2  terhadap  nilai  efisiensi  yang  dihasilkan. Berdasarkan  uraian  di  atas,  maka  diharapkan  penelitian  dengan  judul  “ Pengaruh Waktu  Perendaman  Lapisan  TiO 2 dalam  Dye  Ekstrak  Daun  Pacar  Kuku  Terhadap Nilai  Efisiensi  DSSC ”  ini  diharapkan  dapat  memperoleh  nilai  efisiensi  yang  lebih besar dari penelitian sebelumnya.

## 2. METODE PENELITIAN

## Tahap Pembuatan Ekstrak
Mencuci  daun  pacar  kuku  menggunakan  air  kemudian  menghaluskan menggunakan  blender.  Serbuk  yang  dihasilkan  kemudian  ditimbang  70  gram  dan dimasukkkan  dalam  wadah  untuk  proses  dimaserasi  dengan  cara  direndam menggunakan  etanol  96%  selama  24  jam.  Hasil  rendaman  kemudian  disaring menggunakan  kain  penyaring  dan  corong,  selanjutnya  melalui  proses  evaporasi untuk memisahkan ekstrak dengan pelarut. Mengambil 1 ml dye dan dimasukkan ke dalam  tabung  reaksi  dan  ditambahkan  9  ml  etanol  (pengenceran).  Pada  kuvet  1 dimasukkan  etanol  sebagai  pembacaan  blangko  dan  kuvet  2  dimasukkan  larutan dye  hasil  pengenceran  sebagai  sampel  uji.  Kedua  kuvet  tersebut  kemudian dimasukkan ke dalam alat uji untuk melalui proses uji sampel.

## Tahap Pembuatan Pasta
Melarutkan 5 gram  bubuk  TiO 2 kedalam 20  ml aquades  dan diaduk  sampai proses pelarutan sempurna. Kemudian larutan dipanaskan hingga mendidih. Larutan kemudian  disaring  sampai  terbentuk  pasta  yang  akan  dilanjutkan  pada  proses deposisi.

## Pembuatan Lapisan TiO 2
Substrat  yang  digunakan  berupa  kaca  ITO  yang  sebelumnya  telah dibersihkan  menggunakan  etanol  dan  diukur  resistensinya  menggunakan multimeter.  Mendeposisikan  pasta  TiO 2 dengan  metode  doctor  blade  dan selanjutnya  melalui  proses  sintering  pada  suhu  450 o C  selama  30  menit.  Sampel kemudian  direndam  dalam  dye  selama  satu  jam.  Selama  proses  perendaman, wadah ditutup menggunakan aluminium foil. Kemudian dilakukan proses yang sama dengan waktu perendaman 12 dan 24 jam.

## Pembuatan Elektroda Karbon dan Larutan Elektrolit
Substrat  yang  digunakan  berupa  kaca  ITO  yang  sebelumnya  telah dibersihkan  menggunakan  etanol  dan  diukur  resistensinya  menggunakan multimeter. Bagian sisi konduktif kaca dipanaskan sampai terbentuk lapisan karbon. Pada  proses  pembuatan  larutan  elektrolit,  3  gram  Kalium  Iodida  dimasukkan kedalam  spoid.  Kemudian  ditambahkan  3  ml  larutan  iodin.  Hasil  pencampuran kemudian diaduk sampai terbentuk larutan homogen.

## Pembuatan Lapisan Sandwich DSSC
Menyusun  elektroda  sampel  dengan  elektroda  karbon  secara  offside kemudian  ditetesi  elektrolit  diantara  elektroda  sampel  dan  elektroda  karbon. Kemudian  dilanjutkan  pada  uji  arus  dan  tegangan  DSCC  untuk  mendapatkan parameter listrik meliputi Tegangan, arus, daya dan pencahayaan.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## Nilai Absorbansi
Hubungan  antara  panjang  gelombang  (nm)  terhadap  absorbansi  hasil pengamatan Spektroskopi UV-Vis ditunjukkan gambar berikut:
Gambar 1. Hasil pengujian spektrometer UV-Vis larutan dye ekstrak daun pacar kuku
Spektrum  absorbansi  ekstrak  daun  pacar  kuku  pada  penelitian  ini  diukur pada rentang panjang gelombang 300-800 nm. Grafik pada gambar 1 menunjukkan bahwa  tingkat  absorbansi  tertinggi  yaitu  0.077  yang  terletak  pada  daerah  dengan panjang  gelombang  663  nm  sedangkan  pada  penelitian  sebelumnya  yang  juga menggunakan dye ekstrak  daun  pacar  kuku  sebagai  sensitizer  (Yulia,  2016)  nilai absorbansi  tertinggi  yaitu  0.160  yang  terletak  pada  daerah  dengan  panjang gelombang 664 nm. Ini menunjukkan bahwa ekstrak daun pacar kuku bekerja pada cahaya  tampak  dengan  warna  yang  diserap  yaitu  warna  merah  (610-800  nm). Dengan  spektrum  yang  lebar,  jenis dye ini  bisa  menyerap  sebagian  besar  cahaya tampak  dari  matahari  sehingga baik  digunakan untuk  DSSC  ( Dye  Sensitized  Solar Cell ).

## Nilai Efisiensi
Gambar  2  (a)  menunjukkan  hubungan  antara  tegangan dan  kerapatan  arus pada sel dengan lapisan TiO 2 direndam selama 1 jam dengan luasan sel 2.25 cm 2 sehingga diperoleh hasil pengukuran yaitu Voc 0.104 V, Vmaks 0.087 V, kerapatan arus short  sircuit (Jsc)  0.008  mA/cm 2 .  Daya  maksimum  diperoleh  dari  perkalian antara J dan V pada masing-masing titik yang terdapat pada grafik diatas sehingga di  peroleh  nilai  daya  maksimum  yaitu  0.0012  mW/cm 2 .  Sehingga  diperoleh  nilai 0.6506  untuk fill  factor .  Selanjutnya  nilai-nilai  yang  diperoleh  ini  digunakan  untuk menghitung nilai efisiensi sehingga diperoleh nilai 0.003810202% untuk efisiensi dari sel dengan lama perendaman lapisan TiO 2 selama 1 jam.
a)
b)
Gambar 2. Grafik J-V perendaman lapisan TiO2 selama (a) 1 jam,
(b) 12 jam dan (c) 24 jam
Gambar  2  (b)  menunjukkan  bahwa  kerapatan  arus  dan  tegangan  yang diperoleh lebih besar dibandingkan dengan nilai kerapatan arus dan tegangan yang diperoleh  berdasarkan  grafik  2  (b)  Hal  ini  terlihat  dari  nilai  yang  diperoleh,  dimana nilai  untuk  Voc  0.238  V,  Vmaks  0.106  V,  kerapatan  arus short  sircuit (Jsc)  0.0073 mA/cm 2 ,  daya  maksimum  yaitu  0.0018  mW/cm 2 .  Sehingga  diperoleh  nilai  untuk fill factor yaitu 0.1941. berdasarkan nilai yang diperoleh tadi didapatkanlah nilai efisiensi untuk  sel  dengan  lama  perendaman  lapisan  TiO 2 selama  12  jam  yaitu  = 0.005637096 %.
Gambar 2 (c) menunjukkan bahwa Voc 0.238 V, Vmaks 0.127 V, kerapatan arus short  sircuit (Jsc)  0.0178  mA/cm 2 ,  daya  maksimum  yaitu  0.0027  mW/cm 2 . Selanjutnya untuk fill factor diperoleh nilai 0.2801. Sehingga diperoleh nilai efisiensi 0.0083% dari sel dengan lama perendaman lapisan TiO 2 selama 24 jam.
Berikut hasil pengujian arus dan tegangan DSSC dengan waktu perendaman lapisan TiO 2 yang  berbeda-beda  yakni  1  jam,  12  jam  dan  24  jam  perbedaan  nilai efisiensinya dapat dilihat pada tabel berikut:
Tabel 1. Hasil perhitungan efisiensi DSSC Lama perendaman lapisan TiO2 (Jam) Voc (V) Jsc (mA/cm 2 ) FF Η (%) 1 0,104 0,046222 0,650641 0,00381 12 0,238 0,105778 0,194139 0,005637 24 0,238 0,105778 0,280147 0,008343
Berdasarkan  tabel  diatas  dapat  diketahui  bahwa  nilai  efisiensi  maksimal diperoleh  dari  lapisan  TiO 2 dengan  lama  perendaman  24  jam  yaitu  0.008343%. Sedangkan  nilai  efisiensi  yang  diperoleh  pada  penelitian  sebelumnya  yang  juga menggunakan  dye  ekstrak  daun  pacar  kuku  sebagai  sensitizer  (Yulia,  2016) diperoleh efisiensi sebesar 0.0033264% dan (Fuadhi, 2009) diperoleh nilai efisiensi

## c)
0.00224%.  Nilai  efisiensi  yang  diperoleh  pada  penenlitian  ini  lebih  tinggi dibandingkan  dengan  penelitian  yang  dilakukan  oleh  (Yulia,  2016)  dan  (Fuadhi, 2009). Hal ini dapat disebabkan oleh perbedaan suhu dan lama waktu sintering yang digunakan.

## Morfologi Permukaan Lapisan TiO2 dengan Uji SEM
Tahap akhir dari penelitian ini adalah melakukan uji SEM ( Scanning Electron Microscopy )  untuk  mengetahui  morfologi  dari  masing-masing  lapisan  TiO2  yang telah  direndam  dalam dye ektrak  daun  pacar  kuku  dengan  variasi  waktu perendaman  1  jam,  12  jam  dan  24  jam.  Pengujian  SEM  dilakukan  dengan menggunakan SEM vega3 tescan. Berikut merupakan gambar hasil pengujian SEM dari lapisan TiO2 yang telah direndam dalam dye selama 1 jam, 12 jam dan 24 jam:
a) b)
c) a)
Gambar 3. Morfologi permukaan lapisan TiO 2 dengan: (a) waktu perendaman selama 1 jam perbesaran 1.000x; (b) waktu perendaman selama 1 jam perbesaran 5.000x; (c) waktu perendaman selama 12 jam perbesaran 1.000x; (d) waktu perendaman selama 12 jam perbesaran 5.000x; (e) waktu perendaman selama 24 jam perbesaran 1.000x; (f) waktu perendaman selama 24
jam perbesaran 5.000x
Hasil  morfologi  dengan  warna  terang  menunjukkan  TiO 2 sedangkan  warna putih  menunjukkan dye pada  permukaan  partikel-partikel  TiO 2 .  Hasil  permukaan lapisan  TiO 2 dengan  waktu  perendaman  selama  1  jam  pada  gambar  3  (a)  terlihat struktur  yang  kurang  merata  sehingga  menghasilkan  sedikit  rongga/pori,  kemudian pada hasil permukaan lapisan TiO 2 dengan waktu perendaman selama 12 jam pada strukturnya terdapat rongga sedikit lebih banyak dibandingkan dengan perendaman selama 1 jam seperti yang terlihat pada gambar 3  (c) dan hasil permukaan lapisan TiO2  dengan  waktu  perendaman  selama  24  jam  struktur  yang  dihasilkan  agak merata  sehingga  rongga  yang  dihasilkan  cukup  banyak  seperti  yang  tampak  pada gambar  3  (e).  Untuk  menghasilkan  arus  dan  tegangan  yang  efisien  pada  DSSC dibutuhkan kaca konduktif dengan nilai resistansi rendah. Selain itu, dibutuhkan pula struktur  lapisan  TiO 2 yang  merata  agar  menghasillkan  banyak  pori  yang  dapat menyerap  banyak dye sehingga  banyak  pula  elektron  yang  dapat  tereksitasi  ketika permukaan sel terpapar cahaya matahari.
e) ) a) f) ) a) d) ) d) ) a)

## 4. KESIMPULAN
Adapun kesimpulan dari hasil penelitian ini adalah:
1.  Nilai  absorbansi  pada  ekstrak  daun  pacar  kuku  sebagai  bahan  sensitizer  pada DSSC  diperoleh  nilai  yaitu  0.077  yang  terletak  pada  daerah  dengan  panjang gelombang 663 nm.
2.  Waktu  perendaman  lapisan  TiO2  berpengaruh  terhadap  nilai  efisiensi,  dimana nilai  efisiensi  terendah  diperoleh  dari  sel  dengan  perendaman  lapisan  TiO2 selama 1 jam yaitu 0.0038%, kemudian perendaman lapisan TiO2 selama 12 jam diperoleh  nilai  efisiensi  0.0056%  dan  perendaman  lapisan  TiO2  selama  24  jam diperoleh nilai efisiensi 0.0083%.

## DAFTAR PUSTAKA
Ardianto,  Rino  et  al.,  2015.  Jurnal  Keteknikan  Pertanian  Tropis  dan  Biosistem. Uji Kinerja Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) menggunakan Lapisan Capacitive Touchscreen  Sebagai  Substrat  dan  Ekstrak  Klorofil  Nannochloropsis  Sp. sebagai Dye Sensitizer dengan Variasi Ketebalan Pasta TiO 2 .
Anggraeni, Nuha Desi., 2008. “Analisa SEM (Scanning Electron Microscopy ) dalam Pemantauan  Proses  Oksidasi  Mag netite  Menjadi  Hematite.” Seminar Nasional  -  VII  Rekayasa  dan  Aplikasi  Teknik  Mesin  di  Industri (October 2014): 50 –56.
Alfanz, Rocky et al., 2015. “Rancang Bangun Penyedia Energi Listrik Tenaga Hibrida (PLTS-  PLTB- PLN)  Untuk  Membantu  Pasokan  Listrik  Rumah  Tinggal.” Setrum 4(2): 34 –42.
Dwi  Fahyuan,  Helga,  Faizar  Farid,  and  dan Sarina Pakpahan., 2015.  1  JoP Disain Prototipe  Sel  Surya  Dssc  (Dye  Sensitized  Solar  Cell)  Lapisan  Grafit/Tio  2 Berbasis Dye Alami Abstract [Title: Solar Cell Prototype Design Of Dssc (Dye Sensitized  Solar  Cell)  Graphite  Coating  /  Tio2  Based  On  Natural  Dye]  A Research  on  Solar  Cells  Prototype  Design  DSSC  Layer  Graphite  /  TiO2- Based Natural .
Fitria, Anisa et al., 2016. 3 Jom FTEKNIK Pembuatan Prototip Dye Sensitized Solar Cell  (DSSC)  Menggunakan  Dye  Ekstrak  Buah  Senduduk  (Melastoma Malabathricum  L)  Dengan  Variasi  Fraksi  Pelarut  Dan  Lama  Perendaman Coating TiO 2 .
Gultom,  Togar  Timoteus,  and  Masyarakat  Indonesia., 2017.  “Pemenuhan  Sumber Tenaga Listrik Di Indonesia.” 3(1).
Kristen, Universitas, and Satya Wacana. 2013. “Pembuatan Prototipe.” 4(1): 345–50.
Noly,  Ariza,  and  A  Metodologi  Penelitian., 2012.  “Sintesis  Dan  Karakterisasi  Sifat Magnetik Serbuk Barium M-Heksaferrit Dengan Doping Ion Zn Pada Variasi T emperatur Rendah.” 1(1): 52–54.
Rohi,  Daniel,  and  Jandy  E.Luik., “Kesadaran  Masyarakat  Surabaya  Untuk  Memiliki Gaya  Hidup  Ramah  Lingkungan,  Green  Living  melalui  Menghemat Penggunaan Energi Listrik.” : 1–17.
Sujatno, Agus, Rohmad Salam, and Arbi Dimyati Pusat Sains dan Teknologi Bahan Maju., 2015. “Studi Scanning Electron Microscopy (Sem) untuk Karakterisasi Proses Oxidasi Paduan Zirkonium.” Jurnal Forum Nuklir (JFN) 9(2): 44 –50.
Teknik,  Fakultas,  Universitas  Negeri  Surabaya., 2015.  “Pengaruh  Konsentrasi Mordan  Kapur  dengan  Zat  Warna  Daun  Pacar  Kuku  (  Lawsonia  Inermis  ) Kering  terhadap  Pewarnaan  Kain Knit  Cotton  Shella  Setiana  Juhrah  Singke Abs trak.” 04.
Triyati,  Oleh  Etty.,  1985. “Spektrofotometer  Ultra-Violet  dan  Sinar  Tampak  serta Aplikasinya da lam Oseanologi.” 1(1): 39–47.
W, Soraya Ratna., 2013. “Pembuatan Sediaan Pewarna Rambut dalam Bentuk Gel d ari Infus Pacar Kuku.” : 1–12.