ISSN: 1410-8917
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 13 (3) (2010): 101 - 108
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi Journal of Scientific and Applied Chemistry
Journal homepage: http://ejournal.undip.ac.id/index.php/ksa
Pembuatan Dye-Sensitized Solar Cell dengan Memanfaatkan Fotosensitizer Ekstrak Kol Merah ( Brassica oleracea var. capitata f.

## Rubra )
Laila Ika Anggraini a , Abdul Haris a* , Didik Setiyo Widodo a
a Analytical Chemistry Laboratory, Chemistry Department, Faculty of Sciences and Mathematics, Diponegoro University, Jalan Prof. Soedarto, Tembalang, Semarang 50275
* Corresponding author: a.haris@live.undip.ac.id A r t i c l e   I n f o

## A b s t r a c t
Keywords:
Dye Sensitized Solar Cell, TiO 2 , anthocyanin
A fabrication of Dye Sensitized Solar Cell using a red cabbage extract ( Brassica oleracea var, capitata f. Rubra ). Dye-Sensitized Solar Cell (DSSC) is one of the potential candidates of solar cells. The process of light absorption is performed by dye molecules and the process of  charge  separation  by  TiO 2 semiconductors.  The  natural  colouring  agent  used  was isolated  in  a  mixture  of  acetic  acid:  methanol:  water  and  then  continued  by  a phytochemical screening. The characterization of red cabbage extract was performed by Vis UV spectrometer and FTIR spectrometer and the TiO 2 thin layer characterization was accomplished by X-ray diffraction method and SEM (Scanning Electron Microscopy). The construction  of  solar  cells  used  was  in  a  sandwich  system.  The  efficiency  of  DSSC performance  was  obtained  by  measuring  the  voltage  and  current  generated  under different  conditions  i.e.  under  sunlight  and  indoors.  DSSC  component  characterization results  showed  that  the  red  cabbage  photosensitizer  was  a  phenolic  compound  of  the flavonoid  group.  The  presence  of  anthocyanin  content  was  indicated  by  a  maximum wavelength of 525 nm which was reinforced by the emergence of hydroxyl, benzene and carbonyl groups in infrared absorption. The TiO 2 thin layer had a surface morphology with a cavity size of approximately 220 nm, and a cross-sectional thickness of about 300 nm. While the TiO 2 thin layer diffractogram showed that TiO 2 had an anatase crystalline phase with a crystallite size of 17.366 nm. The maximum voltage and current generated under conditions under sunlight and indoors were 0.627 V; 0.065 x 10 -3 A and 0.152 V; 0.014 x 10 - 3 A. The efficiency of the solar cell system in this study were 0.003% and 0.000113%. The result of characterization of current and voltage showed the ability of conversion of light energy into electrical energy.

## A b s t r a k
Kata kunci: Dye Sensitized Solar
Cell, TiO 2 ,
antosianin.
Telah  dilakukan  penelitian  mengenai  pembuatan Dye  Sensitized  Solar  Cell dengan memanfaatkan ekstrak kol merah ( Brassica oleracea var. capitata f. Rubra ). Dye-Sensitized Solar  Cell (DSSC)  merupakan  salah  satu  kandidat  potensial  sel  surya,  proses  absorpsi cahaya dilakukan oleh molekul zat warna dan proses separasi muatan oleh semikonduktor TiO 2 . Zat warna alami yang digunakan diisolasi dalam campuran asam asetat:metanol:air dan  dilakukan screening fitokimia.  Karakterisasi  ekstrak  kol  merah  dilakukan  dengan spektrometer UV  Vis dan  spektrometer  FTIR.  Karakterisasi  lapis  tipis  TiO 2 dilakukan menggunakan  metode  difraksi  sinar-X  dan  SEM  ( Scanning  Electron  Microscopy ). Konstruksi  sel  surya  yang  digunakan  adalah  sistem sandwich .  Efisiensi  kinerja  DSSC diperoleh  melalui  pengukuran  voltase  dan  arus  yang  dihasilkan  pada  kondisi  yang berbeda  yakni  di  bawah  pancaran  sinar  matahari  dan  di  dalam  ruangan.  Hasil karakterisasi  komponen  DSSC  menunjukan  bahwa fotosensitizer ekstrak  kol  merah
merupakan  senyawa  fenolik  golongan  flavonoid.  Adanya  kandungan  antosianin ditunjukan  dengan  panjang  gelombang  maksimum  525  nm  dan  diperkuat  dengan munculnya gugus hidroksil, benzena dan karbonil pada serapan inframerah. Lapis tipis TiO 2 menunjukkan  morfologi  permukaan  dengan  ukuran  rongga  sekitar  220  nm,  dan ketebalan penampang lintang sekitar 300 nm. Sedangkan difraktrogram lapis tipis TiO 2 menunjukkan bahwa TiO 2 memiliki fasa kristalin anatase dengan ukuran kristal sebesar 17,366 nm. Voltase maksimum dan kuat arus maksimum yang dihasilkan pada kondisi di bawah pancaran sinar matahari dan di dalam ruangan masing-masing sebesar 0,627 V; 0,065.10 -3 A dan 0,152 V; 0,014.10 -3 A. Efisiensi yang dihasilkan sistem sel surya dalam penelitian ini masing-masing sebesar 0,003 % dan 0,000113 %. Hasil karakterisasi arus dan voltase memperlihatkan kemampuan konversi energi cahaya menjadi energi listrik.

## 1. Pendahuluan
Penggunaan  energi  melalui  sel  surya  merupakan salah  satu  alternatif  yang  potensial  dari  sekian  banyak sumber  energi  terbaharukan.  Sel  surya  bekerja menggunakan  energi  matahari  dengan  mengkonversi secara langsung radiasi matahari menjadi listrik. Seiring dengan  perkembangan  nanoteknologi,  sel  surya  secara bertahap  mulai  tergantikan  dengan  kehadiran  generasi terbaru, yaitu Dye-Sensitized Solar Cell (DSSC).
DSSC  diperkenalkan  pertama  kali  oleh  Michael Gratzel dan Brian O’Regan pada tahun 1991 dan dikenal dengan nama Sel Gratzel [1]. Pada DSSC absorpsi cahaya dan  separasi  muatan  listrik  terjadi  pada  proses  yang terpisah.  Absorpsi  cahaya  dilakukan  oleh  molekul  zat warna  yang  sensitif  terhadap  cahaya dan  separasi muatan oleh semikonduktor anorganik nanokristalin [2]. DSSC berbentuk  struktur sandwich ,  dua  elektroda  yaitu elektroda  TiO 2 tersensitisasi dye dan  elektroda  lawan terkatalisasi  mengapit  elektrolit  membentuk  sistem  sel fotoelektrokimia.  Dalam  aplikasi  DSSC,  TiO 2 harus memiliki  permukaan  luas  sehingga  zat  warna  yang teradsorpsi lebih banyak dan hasilnya akan meningkatkan arus listrik. Selain itu penggunaan bahan zat warna yang mampu menyerap spektrum cahaya yang lebar dan cocok dengan pita energi TiO 2 juga merupakan karakteristik yang penting.
Pada  awalnya, sensitizer yang  digunakan  dalam penelitian  Prairie dkk. [3]  adalah  zat  warna  rutenium. Namun  penggunaan  senyawa  kompleks  logam  dapat menyebabkan  pengaruh  negatif  pada  lingkungan.  Oleh karena itu, para peneliti mulai memanfaatkan senyawa- senyawa  yang  berasal  dari  alam  dalam  aplikasinya sebagai sensitizer DSSC. Penggunaan bahan-bahan alam ini  bertujuan  untuk  meminimalisasi  dampak  buruk terhadap  lingkungan  dan  menekan  biaya  produksi sehingga  dapat  dihasilkan  sel  surya  yang  murah  dan ramah lingkungan.
Ekstrak dye atau pigmen tumbuhan yang digunakan sebagai sensitizer dapat berupa ekstrak klorofil, karoten atau antosianin. Sensitizer yang pernah digunakan dalam sistem  DSSC  di  antaranya  buah  berry  [4],  senyawa antosianin  dalam  bunga  Rosella  [5],  strawberi  [6]  dan buah delima [7]. Zat warna alami tersebut telah terbukti mampu memberikan  efek fotovoltaic walaupun  efisiensi yang diberikan masih jauh lebih kecil dibandingkan zat warna  sintetik.  Meskipun  demikian,  zat  warna  organik
sangat kompetitif untuk dijadikan sensitizer karena biaya produksinya  yang  lebih  murah  dan  proses  isolasi  lebih mudah.
Kol  merah  ( Brassica  oleracea var. capitata  f.  Rubra ) merupakan  salah  satu  buah  yang  mengandung  pigmen antosianin dan belum banyak penelitian yang mengupas penggunaannya sebagai sensitizer . Warna merah pada kol merah  mengindikasikan  adanya  kandungan  pigmen antosianin  di  dalamnya,  sehingga  dapat  digunakan sebagai sensitizer .  Pada  penelitian  ini  dipilih  senyawa antosianin  dalam  ekstrak  kol  merah  sebagai  pewarna alternatif dari kompleks ruthenium.
Teknologi  pembuatan Dye-Sensitized  Solar  Cell (DSSC)  yang  dikembangkan  pada  penelitian  ini diharapkan  bisa  menjadi  studi  awal  untuk  penelitian lebih  lanjut  sehingga  menghasilkan  sel  surya  yang mempunyai  performansi  lebih  baik,  dapat  lebih memasyarakatkan Dye-Sensitized  Solar  Cell (DSSC) sebagai  alternatif  sel  surya  yang  murah  dan  ramah lingkungan.

## 2. Metode
Penelitian ini menggunakan bahan sebagai berikut: TiO 2 merck,  kol  merah, polyvinyl  alcohol (pva),  metanol proanalisis,  asam  asetat  proanalisis,  kalium  iodida  (ki) proanalisis, iodin (I 2 ) proanalisis. asetonitril proanalisis. serbuk  karbon,  isolasi,  akuades,  kertas  saring, alumunium  foil.  Alat  yang  akan  digunakan  sebagai berikut: Pipet volum 10 mL, 25 mL dan 50 mL, Peralatan gelas,  Batang  pengaduk,  Lumpang  porselain, Furnace, Spektrometer UV-Vis , Scanning Electron Microscopy (SEM) jeol jsm-6360 LA, Difraktometer sinar X pan analytical , Spektrofotometer  Inframerah  Thermo  Nicolet  Avatar 360,  Multimeter  Heles,  Potensiometer  Alpha  10k, Penjepit buaya, Kaca konduktif (TCO) jenis ITO ( Indium tin oxide ).

## Pembuatan Pasta TiO
2
Pada tahap ini TiO 2 dibuat dalam bentuk pasta agar bisa  dilapiskan  pada  substrat  kaca,  yaitu  dengan prosedur pembuatan sebagai berikut:
1. Polivinil Alkohol (PVA) ditambahkan sebanyak 10% berat  ke  dalam  air,  kemudian  diaduk  pada temperatur  80°C.  Suspensi  ini  akan  berfungsi sebagai binder dalam  pembuatan  pasta.  Suspensi
tersebut  ditambahkan  pada  bubuk  TiO 2 sebanyak kurang lebih 10% volume.
2. Derajat  viskositas  pasta  untuk  mendapatkan  pasta yang  optimal  didapatkan  dengan  mengatur banyaknya binder dan  juga  bila  diperlukan ditambahkan  juga  air  pada  campuran  binder  dan bubuk TiO 2 .
Deposisi TiO 2 pada Substrat Kaca Berkonduksi
1. Pada substrat kaca TCO yang telah dipotong menjadi ukuran 2,5 x 2,5 cm dibentuk area tempat TiO 2 dan dideposisikan  dengan  bantuan  isolasi pada  bagian kaca  yang  konduktif  sehingga  terbentuk  area sebesar  2  x  1,5  cm  dengan  ilustrasi  seperti  pada gambar 1. Isolasi ini juga berfungsi sebagai pengatur ketebalan pasta TiO 2 .
Gambar 1. Ilustrasi Skema Area Deposisi Pasta TiO 2
Pasta  TiO 2 dideposisikan  di  atas  area  yang  telah dibuat  pada  kaca  konduktif  dengan  metoda slip casting yaitu  dengan  bantuan  batang  pengaduk untuk  meratakan  pasta.  Kemudian  lapisan dikeringkan  selama  kurang  lebih  15  menit  dan dibakar  ( sintering ) dalam furnace pada  temperatur 450°C selama 30 menit.
Karakterisasi Lapis Tipis TiO 2
Karakterisasi  morfologi  dan  tebal  tampang  lintang lapis  tipis  TiO 2 dilakukan  dengan Scanning  Electron Microscopy (SEM) dan struktur kristal dari TiO 2 dianalisis dengan X-Ray Diffractometer.  Sedangkan gugus-gugus yang  terdapat  dalam  lapis  tipis  TiO 2 dianalisis  dengan spektrometri inframerah.

## Isolasi Zat Warna Alami
Sebanyak 20 gram kol merah dihaluskan kemudian ditambahkan metanol:asam asetat:air (25:4:21 perbandingan volume). Kemudian dimaserasi selama 24 jam  dan  wadah  ditutup  dengan  alumunium  foil  untuk meminimalkan  kontak  langsung  dengan  cahaya.  Lalu dilakukan  penyaringan  untuk  memperoleh  ekstrak  zat warna alami.

## Karakterisasi Zat Warna Ekstrak Kol Merah
Profil  absorpsi  zat  warna  ekstrak  kol  merah dianalisis  dengan  menggunakan  spektrometer UV-Vis dengan  panjang  gelombang  cahaya  pada  400  nm-700 nm. Sedangkan gugus-gugus fungsi yang terdapat dalam zat  warna  ekstrak  kol  merah  dianalisis  spektrometeri FTIR pada bilangan gelombang 4000-400 cm -1 .
Perendaman Zat Warna Kol Merah pada Lapis Tipis TiO 2
Lapisan TiO 2 direndam dalam larutan zat warna kol merah  ( Impatiens  balsamina )  selama  +30  menit
kemudian  lapisan  TiO 2 akan  menjadi  berwarna  ungu kemerahan.
Karakterisasi Serapan Inframerah Lapis Tipis TiO 2 dan Zat Warna Alami.
Ikatan  kimia  yang  terjadi  antara  TiO 2 -zat  warna ditunjukkan  dengan  munculnya  atau  hilangnya  pita serapan inframerah yang baru ketika zat warna teradsorp pada lapis tipis TiO 2.

## Pembuatan Larutan Elektrolit
Kalium Iodida (KI) sebanyak 0,83 g dilarutkan dalam 10 mL asetonitril kemudian diaduk sampai larut. Setelah itu  tambahkan  0,127  g  I 2 kedalam  larutan  tersebut  dan diaduk hingga larut sempurna.

## Pembuatan Elektroda Lawan
Polyvinyl  Alcohol (PVA)  sebanyak  10  %  berat ditambahkan ke dalam akuades, kemudian diaduk pada temperatur  80°C.  Suspensi  ini  akan  berfungsi  sebagai binder  dalam  pembuatan  pasta.  Kemudian  suspensi tersebut  ditambahkan  pada  serbuk  grafit.  Pasta  grafit dilapiskan  ke  substrat  kaca  pada  bagian  konduktif kemudian dipanaskan pada temperatur 450°C selama 10 menit agar grafit membentuk kontak yang baik sesama partikel grafit dan dengan substrat kaca konduktif.

## Pembuatan Konstruksi DSSC
Setelah  masing-masing  komponen  DSSC  berhasil dibuat  kemudian  dilakukan  perangkaian  konstruksi DSSC dengan langkah-langkah sebagai berikut:
Elektroda  kerja  TiO 2 kemudian  diletakkan  di  atas elektroda lawan  grafit  dengan  struktur sandwich dan masing-masing ujung diberi offset sebesar 0,2 cm untuk kontak  elektrik.  Kemudian  agar  struktur  sel  mantap dijepit dengan klip pada kedua sisi.
Gambar 2. Konstruksi sel surya
Larutan  elektrolit  kemudian  diteteskan  kira-kira sebanyak 2 tetes pada ruang antara kedua elektroda dan sel surya siap untuk diuji.

## Pengujian Sel Surya
Pada  sel  surya  yang  telah  dirangkai  dilakukan  dua jenis pengujian yaitu, pengujian langsung tegangan dan arus  yang  terukur  dari  sel  surya  dengan  menggunakan multimeter  Heles  pada  kondisi  pancaran  cahaya matahari langsung dan di dalam ruangan.
Pada  penelitian  ini  dilakukan  pembuatan Dye Sensitized  Solar  Cell dalam  skala  laboratorium  dengan memanfaatkan ekstrak kol merah ( Brassica oleracea var. capitata f. Rubra ) sebagai fotosensitizer . Karakteristik lapis
tipis  TiO 2 dilakukan  melalui  karakterisasi  morfologi permukaan  dan  penampang  lintang  lapis  tipis  TiO 2 dengan Scanning  Electron  Microscopy (SEM)  dan karakterisasi fase kristal lapis tipis TiO 2 dengan difraksi sinar  X.  Analisis  absorpsi  zat  warna  ekstrak  kol  merah menggunakan  spektrometri UV-Vis .  Sedangkan  untuk mengkaji  terjadinya  ikatan  antara  lapis  tipis  TiO 2 -zat warna  dilakukan  melalui  analisis  serapan  inframerah. Selain  itu  dilakukan  pengukuran  arus  dan  tegangan dengan  variasi  resistansi  untuk  memperoleh  efisiensi DSSC  pada  kondisi  di  dalam  ruangan  dan  di  bawah pancaran sinar matahari langsung.

## 3. Hasil dan Pembahasan

## Karakteristik Fase Kristal Lapis Tipis TiO
2
Analisis  dengan  metode  difraksi  sinar  X  dilakukan untuk  menentukan  fase  dan  ukuran  kristal  penyusun lapis tipis TiO 2 . Pada difraktrogram menunjukkan puncak pada 2 θ yaitu 25,409; 37,912; 48,163; 55,185; 62,825 dan diperoleh jarak antarbidang (d) sebesar 3,5026 Å; 2,371 Å; 1,888  Å;  1,663  Å;  1,478  Å.  Spektra  XRD  hasil  analisis kemudian dibandingkan dengan data standar primer TiO 2 dari  ICSD  ( Inorganic  Crystal  Structure  Database ).  Hasil yang  didapatkan  menunjukkan  bahwa  fase  kristal  TiO 2 hasil  XRD adalah anatase  setelah  dibandingkan dengan data  primer  TiO 2 yang  memiliki  puncak  2 θ pada  25,28; 37,80;  48,047;  55,058;  62,686.  Dengan  menggunakan persamaan  Scherrer  pada  indeks  bidang  miller  (101), ukuran kristal yang terhitung yaitu 17,366 nm.

## Gambar 3. Pola XRD elektroda TiO 2
Derajat  kristalinitas  sampel  ini  cukup  baik  dilihat dari  intensitas  puncak  difraksi  yang  tinggi  dan  tegas. Dengan derajat kristalinitas yang baik maka proses difusi elektron di TiO 2 akan lebih cepat. Struktur kristal anatase memiliki aktivitas  yang  paling baik  di  antara fasa rutile dan brookite [8].  Hal  tersebut  dikarenakan  transport muatan  pada  kristal anatase akan  lebih  mudah.  Luas permukaan  pada anatase mampu  menghasilkan  daya adsorpsi yang efektif terhadap molekul pewarna.

## Karakterisasi Morfologi Lapis Tipis TiO
2
Morfologi  permukaan  serta  tebal  tampang  lintang lapis  tipis  TiO 2 dapat  diketahui  melalui  analisis  SEM ( Scanning  Electron  Microscopy ).  Struktur  nanopori  TiO 2 merupakan  karaktersitik  penting  dalam  DSSC,  karena posisi dye akan  berada  pada  pori-pori  tersebut.  Hasil analisis  SEM  lapis  tipis  TiO 2 disajikan  pada  gambar  4.
Pada  perbesaran  yang  lebih  tinggi  terlihat  morfologi permukan  lapis  tipis  yang  berongga-rongga  (gambar 4b).
Gambar 4. Penampang lintang lapis tipis TiO 2 dengan pembesaran 1.000x (a) dan Morfologi permukaan lapis tipis TiO 2 dengan pembesaran 5.000x (b)
Rongga-rongga  tersebut  memiliki  ukuran  220  nm. Morfologi  lapis  tipis  yang  berongga-rongga  akan memperbesar  permukaan  lapis  tipis  TiO 2 sehingga  zat warna  dapat  teradsorpsi  secara  efektif  pada  rongga- rongga lapis tipis TiO 2 tersebut. Selain itu adanya rongga juga  bisa  mempermudah  penyebaran  larutan  elektrolit dalam lapis tipis TiO 2 elektroda kerja sel surya.

## Karakterisasi Serapan Inframerah Lapis Tipis TiO 2
Analisis dengan spektroskopi inframerah dilakukan dengan  tujuan  untuk  mengetahui  gugus-gugus fungsional  yang  ada  pada  serbuk  TiO 2 .  Dengan mengetahui gugus-gugus yang terdapat pada lapis tipis TiO 2 diharapkan kita dapat memprediksi ikatan maupun interaksi yang mungkin terjadi antara zat warna dengan permukaan lapis tipis TiO 2 . Pada gambar 5. memperlihat spektra FTIR pada lapis tipis TiO 2 sebelum tersensitisasi oleh zat warna. Spektra FTIR yang diperoleh menunjukan puncak  yang  lebar  pada  daerah  676,94-493,78  cm -1 diidentifikasikan sebagai kerangka kerja TiO 2 (Ti-O-Ti). Sementara  itu,  puncak  yang  muncul  pada  3417,86  cm -1 merupakan karakteristik gugus hidroksi.
Gambar 5. Spektra FTIR Lapis Tipis TiO 2
Ekstraksi Zat Warna dari Kol Merah ( Brassica oleracea var. capitata f. Rubra)
Penggunaan  pigmen  antosianin  pada  DSSC dikarenakan  kemampuan  antosianin  dalam  menyerap cahaya tampak dan sebagai donor elektron dalam proses transfer  elektron.  Pada  proses  maserasi,  cairan  penyari akan menembus dinding sel dan masuk ke dalam rongga
b a
sel  yang  mengandung  zat  aktif  .  Zat  aktif  akan  larut karena adanya perbedaan konsentrasi antara larutan zat aktif  di  dalam  sel  dan  di  luar  sel,  maka  larutan  yang terpekat  di  desak  keluar.  Peristiwa  tersebut  berulang sehingga  terjadi  keseimbangan  konsentrasi  antara larutan di luar dan di dalam sel.
Selama  proses  perendaman  dalam  campuran pelarut,  kontak  dengan  cahaya  diminimalisasi  untuk menghindari  kerusakan  gugus  kromofor  yang  terdapat pada  senyawa  antosianin  yang  digunakan  untuk berikatan dengan TiO 2 . Larutan pewarna hasil ekstraksi berwarna merah. Hal ini sejalan dengan penelitian Xavier dkk. [9]  bahwa  antosianin  akan  berwarna  kemerahan pada  suasana  asam  dan  berada  pada  bentuk kesetimbangan flavylium .

## Analisis Absorpsi Zat warna Kol Merah
Sumber  radiasi  sistem  DSSC  adalah  sinar  matahari yang  menghasilkan  spektra  lebih  banyak  di  daerah tampak  daripada  di  daerah  UV,  oleh  karena  itu dibutuhkan zat warna yang dapat menyerap pada daerah cahaya tampak. Analisis absorpsi cahaya oleh zat warna antosianin  pada  kol  merah  dilakukan  dengan spektrometri UV - Vis pada  rentang  panjang  gelombang 400 nm-700 nm.
Gambar 6. Grafik UV-Vis dye pada ekstrak kol merah
Gambar 6 memperlihatkan bahwa spektrum serapan ekstrak antonsianin cukup lebar yang mencakup dari pita biru  hingga  hijau  (450-570  nm)  dengan  panjang gelombang maksimum pada sekitar 525 nm. Oleh karena itu,  zat  warna  antosianin  pada  kol  merah  berwarna merah  karena  menyerap  spektrum  biru-hijau  dan memantulkan warna merah. Hal ini menandakan bahwa pigmen  antosianin  yang  ada  pada  kol  merah  dapat mengabsorbsi  cahaya  dengan  panjang  gelombang  yang masih dalam spektrum cahaya tampak.

## Karakterisasi Gugus Fungsional Zat warna Ekstrak Kol Merah
Analisis dengan spektroskopi inframerah dilakukan dengan  tujuan  untuk  mengetahui  gugus-gugus fungsional  yang  ada  pada  zat  warna  ekstrak  kol  merah sehingga  dapat  diperkirakan  ikatan  maupun  interaksi antara zat warna dengan permukaan TiO 2 .
Zat warna yang dapat digunakan sebagai sensitiser adalah  zat  warna  yang  dapat  teradsorpsi  dan  memiliki gugus  fungsional  yang  dapat  berikatan  secara  kimia dengan  permukaan  TiO 2 [4].  Kisi  Ti IV pada  permukaan TiO 2 akan  berikatan  dengan  gugus  C=O  dan – OH  pada antosianin yang digunakan sebagai zat warna. Zat warna utama yang terdapat pada kol merah adalah Cyanidin-3- diglucoside-5-glucoside [10]  yang  merupakan  senyawa fenolik  golongan  flavonoid.  Hal  ini  dibuktikan  pula dengan perlakuan screening fitokimia yang menunjukan uji positif terhadap senyawa fenolik golongan flavonoid. Senyawa  golongan  fenolik  tersusun  atas  satu  cincin benzena atau lebih dengan 1 atau lebih gugus hidroksil (- OH).
Spektra  FTIR  ekstrak  kol  merah  ditunjukan  pada gambar 4.6 muncul serapan pada 3444.27 cm -1 melebar kemungkinan  adanya  gugus  fungsi  OH  yang  dapat membentuk  suatu  ikatan  hidrogen.  Adanya  gugus  C=O ditunjukkan  oleh  pita  lebar  pada  daerah  1712,86  cm -1 . Gugus karbonil ini muncul karena adanya kesetimbangan senyawa antosianin yang berada dalam bentuk sianidin quinonoidal . Serapan 1015,79 cm -1 menunjukkan adanya gugus  C-O.  Pita  serapan  pada  1643.10  cm -1 merupakan serapan C=C alkena. Pita lebar 569,23 cm -1 menunjukkan subtitusi atom karbon tak jenuh. Sehingga serapan pada daerah  1643,10  cm -1 yang  didukung  adanya  serapan 569,23 cm -1 menunjukkan adanya gugus benzena.
Gambar 7. Spektra FTIR zat warna ekstrak kol merah
Karakterisasi Serapan Inframerah TiO 2 -Zat warna
Analisis  spektrometri  inframerah  terhadap  lapis tipis TiO 2 -zat warna dilakukan untuk mengetahui apakah serapan  yang  muncul  pada  lapis  tipis  TiO 2 -zat  warna menunjukkan terbentuknya suatu ikatan kimia pada Ti 4+ dengan zat warna. Ikatan kimia yang terjadi ditunjukkan dengan  munculnya  atau  hilangnya  pita  serapan  yang baru  antara  lapis  tipis  TiO 2 dan  zat  warna  kol  merah dengan campuran lapis tipis TiO 2 -zat warna.
Lapisan TiO 2 direndam dalam larutan zat warna kol merah  kemudian  lapisan  TiO 2 akan  menjadi  berwarna ungu kemerahan. Spektra lapis tipis TiO 2 -zat warna pada gambar 8 menunjukkan pita kuat di daerah 3450,17 cm -1 yang  merupakan  gugus  OH.  Sedangkan  pita  tajam 1644,90  cm -1 menunjukkan  rentangan  gugus  C=C.  Pita lebar 518,81 cm -1 menunjukkan subtitusi atom karbon tak jenuh. Sehingga serapan pada daerah 1644,90 cm -1 yang
didukung  adanya  serapan  518,81  cm -1 menunjukkan adanya  gugus  benzena.  Adanya  gugus  C=O  ditunjukkan oleh  pita  lebar  pada  daerah  1721,34  cm -1 .  Puncak  yang lebar pada daerah 689,15 cm -1 yang muncul pada spektrta FTIR diidentifikasikan sebagai kerangka kerja TiO 2 (Ti- O-Ti). Ikatan yang terjadi antara zat warna dengan TiO 2 merupakan  jembatan  yang  menghubungkan  zat  warna dengan  TiO 2 untuk  terjadinya  injeksi  elektron  dari  zat warna menuju pita konduksi pada TiO 2 . Oleh karena itu dengan terjadinya ikatan tersebut diharapkan zat warna kol merah dapat mensensitisasi TiO 2 .
Gambar 8. Spektra FTIR lapis tipis TiO 2 -zat warna
Tabel 1. Data pita serapan antara lapis tipis TiO 2 dan zat warna dengan lapis tipis TiO 2 -zat warna Bilangan gelombang (cm-1) Jenis vibrasi Lapis tipis TiO 2 Zat warna Lapis tipis TiO 2 -zat warna 3417,86  3444,27 3450,17 OH membentuk ikatan hidrogen - 1643,10 1644,90 C=C - 1712,86 1721,34 C=O - 1015,79 - C-O - 569,28 518,81 Subtitusi benzen 676,94- 493,78 - 689,15 Kerangka kerja TiO2 (Ti-O-Ti)
Ikatan  kimia  antara  zat  warna  dengan  TiO 2 kemungkinan terjadi antara gugus hidroksi dan karbonil pada cyanidin yang ada dalam ekstrak kol merah dengan ion  Ti(IV).  Mekanisme  reaksi  adsorpsi  zat  warna  pada permukaan TiO 2 dapat dilihat pada gambar 9.
Gambar 9. Adsorpsi zat warna pada permukaan TiO 2 [11]

## Penentuan Kinerja Sel Surya
Penentuan efisiensi DSSC dilakukan dengan metode kurva  arus  dan  tegangan.  Tujuan  penentuan  efisiensi DSSC adalah untuk mengetahui keefektifan satu susunan komponen  DSSC  dalam  mengubah  energi  matahari menjadi  energi  listrik  yang  dinyatakan  dalam  persen. Pada  penelitian  ini  pengukuran  dilakukan  di  dalam ruangan dan di bawah pancaran sinar matahari. Hal ini bertujuan  membandingkan  pengaruh  keberadaan  sinar matahari terhadap performansi sel surya.
Kinerja  sel  surya  tersensitisasi  zat  warna  sangat dipengaruhi  oleh  foton  yang  terabsorp  oleh  zat  warna dan konstruksi sel surya yang meliputi elektroda lawan, elektroda  kerja  dan  elektrolit.  Elektroda  kerja  dalam sistem  DSSC  merupakan  lapisan  TiO 2 tersensitisasi  zat warna yang dilapiskan di atas substrat kaca berkonduksi. Substrat  kaca  yang  digunakan  adalah  kaca  TCO ( Trnsparant  Conductive  Oxide )  yang  dilapisi indium  tin oxide (In 2 O 3 :Sn  atau  ITO).  Pada  penelitian  ini  substrat kaca yg digunakan berasal dari kaca LCD. Konstruksi sel surya  dibuat  dengan  sistem sandwich dengan  luas  aktif sel surya 1,5x 2 cm 2 .
Pengaruh  sinar  matahari  pada  kinerja  sel  surya tersensitisasi  zat  warna  ekstrak  kol  merah  terlihat dengan dihasilkannya arus listrik pada kondisi pancaran sinar  matahari  yang  lebih  tinggi  bila  dibandingkan dengan arus listrik yang dihasilkan pada kondisi di dalam ruangan.  Hal  ini  disebabkan  cahaya  matahari mempunyai intensitas cahaya yang lebih tinggi selain itu spektrum  cahaya  yang  dipancarkan  lebih  lebar.  Oleh karena  itu  cahaya  matahari  merupakan  sumber iluminansi  yang  paling  efektif  untuk  pengujian.  Kurva tegangan vs kuat  arus  sel  surya  pada  kondisi  pancaran sinar  matahari  (a)  dan  kondisi  di  dalam  ruangan disajikan pada gambar 10.
Gambar 10. Kurva V vs I sel surya pada kondisi pancaran sinar matahari (a) dan kondisi di dalam ruangan (b).
Tegangan  yang  dihasilkan  berasal  dari  perbedaan tingkat  energi  konduksi  elektroda  semikonduktor  TiO 2 dengan  potensial  elektrokimia  pasangan  elektrolit redoks  (I - /I 3 - ).  Sedangkan  arus  yang  dihasilkan  dari  sel surya  ini  terkait  langsung  dengan  jumlah  foton  yang terlibat  dalam  proses  konversi  dan  bergantung  pada intensitas penyinaran serta kinerja dye yang digunakan.
Tabel 2. Hasil pengukuran arus-voltase sel surya
Substrat DSSC V OC (V) I SC (I) X 10 -3 FF P MAX (W) η (%) pancaran sinar matahari 0,627 0,065 0,221 9,01 x 10 -6 3,003 x 10 -3 dalam ruangan 0,152 0,014 0,161 3,42 x 10 -7 1,13 x 10 -4
Keterangan: V OC = tegangan open circuit , I SC = arus short circuit , V MPP = tegangan saat daya maksimum, I MPP = arus saat daya maksimum, FF = Fill Factor , P MAX = daya maksimum yang dihasilkan dari sel, η = efisiensi sel surya.
Parameter sel surya yang didapatkan dari kurva I vs V disajikan dalam Tabel 2. Dari tabel terlihat bahwa sel surya dalam penelitian ini memiliki harga kerapatan arus listrik  (J sc )  yang  relatif  kecil.  Efisiensi  yang  dihasilkan pada kondisi di bawah sinar matahari sebesar 3,003 x 10 - 3 % dan pada kondisi di dalam ruangan sebesar 1,13 x 10 -4 %.
Nilai  efisiensi  yang  kecil  disebabkan  oleh beberapa faktor.  Kompetisi  antara  proses  injeksi  elektron  dari keadaan tereksitasi ke pita konduksi TiO 2 dengan proses rekombinasi yang tidak diinginkan sehingga menghasilkan arus yang kecil. Elektrolit yang digunakan mempunyai  waktu  penggunaan  yang  pendek  karena mudah rusak dan menguap karena panas. Hal ini sangat mempengaruhi efisiensi, karena proses donasi elektron kepada zat warna yang teroksidasi akibat injeksi elektron tidak  akan  berlangsung  maksimal,  sehingga  zat  warna tidak dapat kembali ke ke keadaan ground state . Selain itu sistem sandwich sel  surya  hanya  diletakkan  dengan menggunakan penjepit kertas sehingga ada kemungkinan  terjadi  penguapan  elektrolit  selama pengukuran  berlangsung.  Meskipun  kinerja  sel  surya ditentukan dengan material yang masih sederhana, akan tetapi  setidaknya  dalam  penelitian  ini  sudah  berhasil mengkonversi energi surya menjadi energi listrik

## 4. Kesimpulan
Hasil  karakterisasi  komponen  DSSC  menunjukan bahwa sensitizer ekstrak kol merah merupakan senyawa fenolik  golongan  flavonoid.  Adanya  kandungan antosianin  ditunjukan  dengan  panjang  gelombang maksimum  525  nm  dan  diperkuat  dengan  munculnya gugus  hidroksil,  benzena  dan  karbonil  pada  serapan inframerah.  Lapis  tipis  TiO 2 menunjukkan  morfologi permukaan dengan ukuran rongga sekitar 220 nm, dan ketebalan penampang lintang sekitar 300 nm. Sedangkan difraktrogram lapis tipis TiO 2 menunjukkan bahwa TiO 2 memiliki  fasa  kristalin  anatase.  DSSC  yang  dihasilkan dengan  memanfaatkan  ekstrak  kol  merah  sebagai sensitizer berhasil  mengkonversi  energi  surya  menjadi energi  listrik  dengan  efisiensi  pada  pancaran  sinar matahari  sebesar  3,003.  10 -3 %  dan  di  dalam  ruangan sebesar 1,13 x 10 -4 %.

## 5. Daftar Pustaka
[1]  Michael Gratzel, Photoelectrochemical cells, Nature , 414, 6861, (2001) 338-344
[2]  M Grätzel, AJ McEvoy, Principles and applications of dye  sensitized  nanocrystalline  solar  cells  (DSC), Asian J. Energ. Env , 5, (2004) 197-210
[3]  Michael  R.  Prairie,  Albert  Renken,  James  G. Highfield,  K.  Ravindranathan  Thampi,  Michael Grätzel,  A  fourier  transform  infrared  spectroscopic study of C02 methanation on supported ruthenium, Journal  of  Catalysis ,  129,  1,  (1991)  130-144 https://doi.org/10.1016/0021-9517(91)90017-X
[4]  Greg  P  Smestad,  Michael  Gratzel,  Demonstrating electron  transfer  and  nanotechnology:  a  natural dye-sensitized  nanocrystalline  energy  converter, J. Chem. Educ , 75, 6, (1998) 752
[5]  Khwanchit  Wongcharee,  Vissanu  Meeyoo,  Sumaeth Chavadej,  Dye-sensitized  solar  cell  using  natural dyes  extracted  from  rosella  and  blue  pea  flowers, Solar  Energy  Materials  and  Solar  Cells ,  91,  7,  (2007) 566-571 https://doi.org/10.1016/j.solmat.2006.11.005
[6]  I. Thaithae, Tipparach, U., dan Pukird, S, Effects of Natural  Dyes  On  The  Efficiency  Of  Dye  Sensitized TiO2  Nanocrystalline  Solar  Cells, Thai  Journal  of Physics , Series 3, 77, (2008)
[7]  PM  Sirimanne,  MKI  Senevirathna,  EVA  Premalal, PKDDP  Pitigala,  V  Sivakumar,  K  Tennakone, Utilization  of  natural  pigment  extracted  from pomegranate fruits as sensitizer in solid-state solar cells, Journal  of  Photochemistry  and  Photobiology  A: Chemistry , 177, 2, (2006) 324-327
[8]  Oana  Carp,  Carolien  L  Huisman,  Armin  Reller, Photoinduced reactivity of titanium dioxide, Progress in solid state chemistry , 32, 1, (2004) 33-177
[9]  Marcelo Fonseca Xavier, Toni Jefferson Lopes, Mara Gabriela  Novy  Quadri,  Marintho  Bastos  Quadri, Extraction of red cabbage anthocyanins: optimization  of  the  operation  conditions  of  the column  process, Brazilian  archives  of  Biology  and technology , 51, 1, (2008) 143-152
[10] Gordon  J  McDougall,  Stewart  Fyffe,  Pat  Dobson, Derek  Stewart,  Anthocyanins  from  red  cabbage –
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 13 (3) (2010): 101 – 108
stability  to  simulated  gastrointestinal  digestion, Phytochemistry , 68, 9, (2007) 1285-1294
[11]  Nerine J Cherepy, Greg P Smestad, Michael Grätzel, Jin  Z  Zhang,  Ultrafast  electron  injection: implications for a photoelectrochemical cell utilizing an anthocyanin dye-sensitized TiO2 nanocrystalline electrode, The Journal of Physical Chemistry B , 101, 45, (1997) 9342-9351