## FABRIKASI SEL SURYA DENGAN MENGGUNAKAN BUAH SENDUDUK (MELASTOMA MALABATHRICUM) SEBAGAI SENSITIZER DAN PEMBUATAN NANOMATERIAL TIO 2 MENGGUNAKAN TEKNIK SOL-GEL
Hubertus Ngaderman, Ego Srivajawaty S , Yulia Fitri
Fisika, MIPA, Universitas Cenderawasih, Waena, Jayapura, 99351, Indonesia Universitas Cenderawasih, Waena, Jayapura, 99351, Indonesia e-mail: ngadermanh@gmail.com

## ABSTRACT
[Computation and modeling] The current solar cell technology is a technology developed by a process that is cheaper and easier in manufacturing. The solar cells sensitized by a dye below abbreviated writing that the DSSC is often also called Grätzel cells or whether the writing in Indonesian to be Sel Surya Berbasis Pewarna Tersensitisasi (SSPT).
DSSC is a potential candidate in as a third generation of solar cells (coming soon) because it does not require a material with a high degree of purity so that a low-cost production process. Dye used as a sensitizer can be either synthetic or natural. Metal-based organic dye complex ruthenium using synthetic (it is expensive), but it contains heavy metals that harm the environment. To reduce the cost of DSSC develops organic based on material  sensitizer.  DSSC  using  the  same  principles  for  the  process  of  photosynthesis  that  behave  as  a chlorophyll dye that absorbs light and produces carrier.
The effectiveness of DSSC is no doubt that reaching more than 10% but with using this expensive type which is ruthenium complex metal-based organic. It is necessary to study massive research, a material awareness survey that has good performance, environmental costs. In this study will be carried out using DSSC senduduk fruit  dye  (Melastoma  malabathricum)  manufacturing  and  oxide  semiconductors  are  nano  materials (nanocrystals) TiO 2 anatase gradually the solvotermal techniques.
Keywords: DSSC, dye, fruits senduduk, TiO 2

## 1. PENDAHULUAN
Cadangan energi utama berupa minyak dan gas bumi di seluruh dunia termasuk di Indonesia semakin  menipis.  Sel  surya  sebagai  suatu piranti  yang  berguna  untuk  mengkonversi cahaya  matahari  menjadi  listrik  adalah merupakan  salah  satu  jawaban  dari  masalah penyediaan energi yang baru dan terbarukan di masa  depan.  Sel  surya  anorganik  mempunyai efiiensi yang tinggi (Umeno et al, 1997) tetapi pengembangan  membutuhkan  investasi  besar dengan  fabrikasi  yang  sulit.  Beberapa  tahun terakhir  telah  dikembangkan  sel  surya  dengan bahan  organik.  Beberapa  yang  dikenal  adalah sel  surya  organik  (SSO)  dan  DSSC.  SSO  dan DSSC  mempunyai  potensi  sebagai  piranti pengkonversi  energi  yang  lebih  murah  dan mudah  dalam  fabrikasinya.  Selain  itu, rekayasaan hingga level molekuler dan sintesis bahan  semikonduktor  organik  juga  tidak terbatas, bahkan dapat diekstraksi dari tumbuh- tumbuhan yang dapat dibudidayakan (Singh et al, 2006).
Pengembangan  SSO  makin  pesat  karena dipicu oleh keberhasilan pengembangan divais LED  organik  (OLED)  yang  sudah  memasuki tahap  komersial.  SSO  lapisan  tipis  terdiri  dari beberapa  jenis  antara  lain  adalah  SSO  bulk (Monestier et al, 2007) dan SSO heterojunction (Yakimov,  2002)  sedangkan  DSSC  hanyalah satu  jenis  tetapi  material  dye,  semikonduktor oksida dan elektrolit yang bisa bervariasi. Riset ini terfokus pada  DSSC dengan menggunakan dye buah senduduk (Melastoma Malabathricum) dan semikonduktor oksidanya adalah nanomaterial (nanokristal) TiO 2 berfase anatase  dan  rutile  serta  elektrolitnya  adalah iodine (𝐼 − ) dan triiodide (𝐼 3 − ) .
DSSC  nanokristal  merupakan  Sel  Surya generasi ketiga (mendatang) hal ini dikarenakan ia  tidak  memerlukan  material  dengan  tingkat kemurnian  tinggi  sehingga  biaya  proses produksi  yang  rendah.  Dye  yang  digunakan sebagai sensitizer dapat berupa sintetik maupun alami.  Dye  sintetik  menggunakan  organik logam  berbasis  ruthenium  komplek  (jenis  ini
mahal),  selain  itu  berpengaruh  buruk  pada lingkungan. Untuk mengurangi biaya dikembangkan  DSSC  berbasis  organik  pada material  sensitizernya.  DSSC  menggunakan prinsip  yang  sama  dengan  proses  fotosintesis yaitu dye bertingkah laku seperti klorofil yang menyerap  cahaya  dan  memproduksi  pembawa (carrier). Efisiensi untuk DSSC tidak diragukan lagi yaitu mencapai di atas 10% tetapi dengan menggunakan  jenis  yang  mahal  itu  yaitu organik  logam  berbasis  ruthenium  komplek. Maka diperlukan penelitian yang secara besar- besaran  mencari,  menginvestigasikan  material sensitizer  yang  mempunyai  performansi  baik, murah dan aman bagi lingkungan.
Tujuan  penelitian  ini  adalah  membuat (fabrikasi)  DSSC  dengan  menggunakan  dye buah  senduduk  dan  semikonduktor  oksidanya adalah nanomaterial (nanokristal) TiO 2 dengan teknik  deposisi  spin  coating . Menentukan efisiensi berdasarkan eksperimen dan membuat pola  karakteristik 𝐼 − 𝑉 dan  efisiensi  juga berdasarkan modeling.

## 2. METODOLOGI PENELITIAN
Bahan-bahan  yang  digunakan  dalam penelitian ini meliputi kaca TCO ( Transparent Conductive  Oxide) ,  serbuk  TiO 2 (MERCK), triton,  etanol  75%,  aquades,  buah  senduduk . Peralatan  yang  digunakan  adalah  multi  meter digital,  magnetic stirrer,  hotplate,  penjepit kertas, penjepit buaya, beaker glass 25ml, pensil karbon,  pipet  tetes,  spatula,  batang  gelas (glasstirringrod),  timbangan  digital,  tisu,  spin coaster  SCS  6800  dan  Spektrofotometer  UV- Vis Genesys.
Bahan  dasar  dari  layer  oksida  ini  adalah semikonduktor  TiO 2 (Merck)  3,5  gram  yang dicampurkan dengan etanol sebanyak 15 ml di dalam  beaker  glass.  Campuran  ini  kemudian diletakkan  di  atas  stirrrerplate  yang  kemudian diaduk  rata  dengan  menggunakan  magnetic stirrer.  Untuk  membuat  larutan  dye  ekstrak buah  senduduk  dilakukan  dengan  menyiapkan buah  senduduk  secukupnya  dan  diletakkan kedalam gelas baker setelah itu digerus dengan menggunakan  mortar.  Setelah  itu  masukkan etanol 75% kedalam gelas beaker sebanyak 15
ml setelah itu diamkan selama 2 jam lalu kita pisahkan  dye  dengan  butiran-butiran  halus dengan  menggunakan  spin  coaster  SCS  6800 selama 2 menit.
Pengujian ini dilakukan dengan menggunakan  alat  Spektrofotometer  UV-Vis Genesys  yang  bertujuan  agar  peneliti mengetahui  daya  absorbansi  dari  buah senduduk. Untuk pendeposisian pasta TiO 2 dan karbon dilakukan dengan menyiapkan dua kaca TCO  yang  telah  dipotong  berbentuk  persegi dengan  ukuran  panjang  2  cm  dal  lebar  2  cm yang telah dicuci bersih dengan menggunakan etanol yang selanjutnya dibersihkan dengan tisu lalu  dikeringkan  dengan  hairdryer.  Setelah kering  taruh  kaca  TCO  diatas  tempat  bersih dengan posisi sisi konduktif menghadap keatas lalu beri lakban putih disetiap sisi sekitar 0,5 cm agar  pasta  yang  kita  teteskan  tidak  mengenai seluruh  permukaan  kaca.  Setelah  pastanya dioleskan  pada  kaca  secara  merata  lalu  kita tunggu  selama  5  menit  agar  pastanya  benar- benar  kering  setelah  pastanya  menempel  lalu kita  panaskan  dengan  menggunakan  alat hotplate  selama  15  menit  dengan  suhu  30 0 C untuk  kaca  TCO  yang  kedua  kita  lapiskan karbon dengan menggunakan pensil karbon.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil penelitian fabrikasi DSSC dye buah dan  nanokristal  TiO 2 dengan  teknik  deposisi spin coating adalah ditampilkan pada Gambar. Kurva  tersebut  lewat  melalui  empat  kuadran oleh karena itu daya tersebut bisa diekstrak dari divais  ini.  Kurva 𝐼 − 𝑉 secara  umum dihadirkan  oleh  Gambar  1  dan  invers  dari Karakteristik 𝐼 − 𝑉 pada  Gambar  2.  Intensitas awal  23 𝑊 𝑚 2 ⁄ ,  luasan  area  2,38 𝑐𝑚 2 ,  daya awal 0,05474watt, kuat arus maksimum (𝐼 𝑚𝑎𝑥 ) 0,056mA, tegangan maksimum (𝑉 𝑚𝑎𝑥 ) 88,6mV,  daya  maksimum (𝑃 𝑚𝑎𝑥 ) 0,0049616 watt,  arus  short  circuit (𝐼 𝑠𝑐 ) 0,098  mA  dan tegangan  open  circuit (𝑉 𝑜𝑐 ) 143,1mV  dan  Fill Factor  0,3537985.  Efisiensi  yang  diperoleh 9,06%.
Pencocokkan  karakteristik 𝐼 − 𝑉 dengan Metode Least Square. Dari kurva karakteristik ini maka dibuat persamaan.
Keterangan  kurva  di  atas  adalah 𝑓(𝑉 𝑖 ) mewakili  data; 𝑖 = 1, … , 𝑁 .  Pada  grafik  diatas jumlah  N  nya  adalah  3  data.  Polinomial 𝑝(𝑉) merupakan  fungsi  yang  dicocokkan  terhadap data 𝑓(𝑉 𝑖 ) .  Dalam  perumusan  sederhana tertulis:
p(V)= ∑ a j V j m j=0 (1)
Fungsi 𝑝(𝑉) ditentukan  dengan  mencari nilai 𝑎 𝑗 , dimana 𝑗 memiliki nilai 0, … , 𝑚 .
Untuk  mencari  nilai 𝑎 𝑗 maka  kita mengambil nilai dari 𝑓(𝑉) dan 𝑉 , ditulis:
∑ (∑ 𝑉 𝑖 𝑗+𝑘 𝑁 𝑖=1 ) 𝑎 𝑗 𝑚 𝑗=0 = ∑ 𝑓(𝑉 𝑖 )𝑉 𝑖 𝑘 𝑁 𝑖=1 (𝑘 = 0, … , 𝑚)                          (2)
Sesudah  itu  didefinisikan  nilai 𝑣 𝑘𝑗 dan 𝑖 𝑘 sebagai berikut:
𝑣 𝑘𝑗 ≡ ∑ 𝑉 𝑖 𝑗+𝑘 𝑁 𝑖=1 𝑖 𝑘 = ∑ 𝑓(𝑉 𝑖 )𝑉 𝑖 𝑘 𝑁 𝑖=1 (3)
maka  diperoleh  sebuah  sistem  persamaan linear:
∑ 𝑣 𝑘𝑗 𝑎 𝑗 𝑚 𝑗=0 = 𝑖 𝑘 (𝑘 = 0, … , 𝑚)                     (4)
Solusi dibawa dalam bentuk matriks untuk penyelesaiannya.
Jadi, 𝑎 𝑗 diperoleh sebagai solusi persamaan linear 𝑉𝐴 = 𝐼 . Tiga data 𝑓(𝑥) yaitu 𝑓(0,0046) = 0,000098 , 𝑓(0,0065) = 0,000069 dan 𝑓(0,0127) = 0,000026 . Fungsi 𝑝(𝑥) dapat  melukiskan  data  itu, 𝑝(𝑥) bukan linear. Jadi dicoba fungsi kuadratik:
𝑝(𝑉) = 𝑎 0 + 𝑎 1 𝑉 + 𝑎 2 𝑉 2 (5) Sistem persamaan linear untuk mencari 𝑎 𝑗 : Jadi,
𝑝(𝑉) = 0,02812𝑉 2 + 0,00141𝑉 − 0,000106  (6)
Fungsi kurva karakteristik 𝐼 − 𝑉 invers 𝑝(𝑉) = 0,000106 − 0,00141𝑉 − 0,02812𝑉 2 (7) Persamaan ini adalah persamaan karakteristik  arus  tegangan 𝐼 − 𝑉 real  dari DSSC ini.
Mengikuti pers (3.3)
I=I s e qV kT +I s -I L sama  dengan 𝐼 𝑠𝑐 0,098  mA  atau 98𝜇𝐴 .
Gambar 1 Karakteristik 𝐼 − 𝑉 . 𝜇𝐴 𝑉 Gambar 2 Karakteristik 𝐼 − 𝑉 kurva invers. 𝑉 𝜇𝐴 Gambar 4.3 Fungsi polinomial dari karakteristik 𝐼 − 𝑉 . 𝑝(𝑉) 𝑓(𝑉) 𝑉 𝑉 𝐴 = 𝐼 atau 𝑉𝐴 = 𝐼
𝑝(𝑉) = (0,02812𝑉 2 + 0,00141𝑉
− 0,000158)
−0,0000098                             (8) dengan mengurutkan sesuai dengan urutan kuadratik maka
"           𝑝(𝑉) = −(0,000158 − 0,00141𝑉 − 0,02812𝑉^2 )"
−0,0000098                             (9)
Menggunakan deret binomial yang diambil dari Mathematical  Methods  In  The  Physical Science Boas  M  L,  1983  maka  fungsi  kurva karakteristik diatas dapat ditulis:
𝑝(𝑉) = −10 −9 . 𝑎 (1 + 𝑉 + 1
2 𝑉 2 ) −0,0000098                          (10) 𝑎 adalah  nilai  yang  harus  bersesuaian dengan 𝑎
= 𝑒 𝑞/𝑘𝑇 (11) Jika  mengambil  hanya  suku  pertama  dari pers (9) maka
10 −9 . 𝑎 = 1,58. 10 −4 (12) dan 𝑎 = 1,58. 10 5 (13) oleh karena itu 𝑞 𝑘𝑇 = ln 1,58. 10 5 (14)
atau 𝑞 𝑘𝑇 = 1,61𝑉 −1
= 1,61volt −1 (15)
Jika 𝑘𝑇 memiliki  nilai 0,025𝑒𝑉 maka 𝑞 untuk  SS  ini  adalah 4,025. 10 −21 𝐶 . 𝐼 𝑠 adalah arus  saturasi 𝐼 𝑠 memiliki  nilai 1𝑛𝐴 atau 10 −6 𝑚𝐴 . Karena 𝐼 𝑠 nilainya terlalu kecil maka dapat  diabaikan  dalam  pers  (4.10). 𝐼 𝐿 sama dengan 𝐼 𝑠𝑐 bernilai 9,8. 10 −5 𝐴 .

## 4. KESIMPULAN
Dye  sintetik  mahal,  untuk  mengurangi biaya  dikembangkan  DSSC  berbasis  organik pada material sensitizernya dengan menggunakan  dye  buah  senduduk.  Fabrikasi DSSC  dengan  menggunakan  dye  buah  gowok dan semikonduktor TiO 2 dengan teknik deposisi
spin coating . Menentukan efisiensi berdasarkan eksperimen  dengan  cara  membuat  pola karakteristik 𝐼 − 𝑉 .  Bisa  juga  menentukan efisiensi berdasarkan modeling.
Hasil penelitian fabrikasi DSSC dye buah dan  nanokristal  TiO 2 dengan  teknik  deposisi spin  coating.  Intensitas  awal  23 𝑊 𝑚 2 ⁄ ,  daya awal 0,05474watt, kuat arus maksimum (𝐼 𝑚𝑎𝑥 ) 0,056mA, tegangan maksimum (𝑉 𝑚𝑎𝑥 ) 88,6mV,  daya  maksimum (𝑃 𝑚𝑎𝑥 ) 0,0049616 watt,  arus  short  circuit (𝐼 𝑠𝑐 ) 0,098  mA  dan tegangan  open  circuit (𝑉 𝑜𝑐 ) 143,1mV  dan  Fill Factor  0,3537985.  Efisiensi  yang  diperoleh 9,06%. Variabel dan parameter diatas diperoleh berdasarkan eksperimen dan diperoleh parameter mikroskopik yang paling khas yaitu muatan carrier (pembawa). Parameter ini tidak bisa  diperoleh  lewat  eksperimen  hanya  bisa diperoleh melalui komputasi dan pemodelan.
Perlu dilakukan penelitian lanjutan dengan menggunakan  metode  least  square  untuk mendapatkan  parameter  internal  yaitu  muatan carrier  dengan  ketepatan  perhitungan  yang tinggi. Penambahan lebih dari 3 data polinomial 𝑝(𝑉) adalah  salah  satu  cara.  Peneliti menghitung  besar  nilai 𝑘𝑇 ( 0,025𝑒𝑉 ) berdasarkan  perkalian  dari 𝑘 (konstanta Bolztman)  dan 𝑇 (suhu  kamar)  dimana  nilai mereka  adalah  parameter-parameter  ketetapan yang sudah baku. 𝑞 untuk pemodelan ini adalah
4,025. 10 −21 𝐶 , oleh karena itu perlu diadakan kajian yang berulang-ulang sehingga didapatkan besar nilai 𝑞 yang tidak lain adalah muatan carrier yang lebih valid.

## DAFTAR PUSTAKA
Boas M L, 1983. Mathematical Methods In The Physical Science . John Wiley and Sons, De Paul University.
Cullity,  B.  D . 2001. Elements  of  X-Ray Diffraction  3 th edition. Addison-Wesley Publishing Company.
DeVries.P.L. A First Course in Computational Physics. John Wiley and Sons.
Durst  R  W,  Wrolstad  R  E,  2005.
Characterization  and  Measurement  of Anthocyanins by UV – visible
Spectroscopy. Handbook  of analytical food chemistry. NewYork: John Wiley & Sons. Gretzel, Michael, Smestad, 1998. Demonstrating  electeron  Transfer  and nanotechnology A Natural Dye Sensitized nanocrystalline Energy Converter. Journal of Chemical Education. Jogiyanto H.M, 1998. Dasar-dasar Pemrograman Pascal . Andi Offset,Yogyakarta.
Kumara  M,  Prajitno  G,  2012. Studi  Awal Fabrikasi  Dye  Sensitized  Solar  Cell (DSSC) Dengan Menggunakan Ekstraksi Daun  Bayam  (Amaranthus  Hybridus)
Sebagai  Dye  Sensitizer  Dengan  Variasi Jarak  Sumber  Cahaya  Pada  DSSC. Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Nasori, 2012. Pengembangan dan fabrikasi Dye Sensitized  Solar  Cell  berbasis  jahe Merah Dengan  metode  deposisi  Spin Coating  dan  Docot  Blade .  Thesis, Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, ITS Surabaya.
Oregan,  Gratzel,    1991. A  low – Cost,  High Efficiency  Solar  Cell  Based  On  Dye Sensitized Colloidal  TiO 2 Films .  Nature Vol.353.
Puspita, Nurisma, 2012. Studi Awal Pembuatan Prototype  Dye  Sensitizer  Solar  Cell (DSSC) Menggunakan  ekstraksi  Rosella (Hibiscus  Sabdariffa)  Sebagai  Dye
Sensitizer Dengan variabel Luas permukaan lapisan TiO 2 . ITS Surabaya. Smestad,  Greg  P,  1998. Education  and  Solar Conversion:  Demonstrating  Electron Transfer. Solar  Energy  Materials  and Solar Cells.
Smestad, Greg P, Gratzel, 1998. Demonstrating Electron and Nanotechnology: A Natural Dye-Sensitized  Nanocrystalline  Energy
Converter. Journal of Chemical
Education.
Sze  S.M.,  2003. Physics  of  Semiconductor Devices 2nd  edition,  John  Wiley  and Sons.