PENENTUAN EFISIENSI DYE SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC) MENGGUNAKAN EKSTRAK BUAH KAKTUS ( Opuntia elatior Mill.)
[Determination of Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) Efficiency Used Cactus Fruit Extract ( Opuntia elatior Mill.)]
Christianto Pasunu 1* , Ruslan 1 , Hardi Ys. 1
1) Jurusan Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Tadulako, Palu Jl. Soekarno Hatta Km.9, Kampus Bumi Tadulako Tondo Palu, Telp. 0451- 422611
*)Coresponding author: christianto.pasunu@gmail.com
Diterima  6 Agustus 2017, Disetujui 20 Oktober 2017

## ABSTRACT
Dye  Sensitized  Solar  Cells  (DSSC)  research  by  using  cactus  fruit  extract  ( Opuntia  elatior Mill.)  has been done. The objectives of the research are to determine the highest efficiency of submersion time and  Dye  pH  treatments  of  cactus  fruit  extract  (Opuntia  elatior  Mill.).  This  research  was  used  a Complete  Random  Design  (CRD)  method  whereas  the  submersion  time  of  the  worked  electrode  on five extents of treatments are 6,12,18, 24, 30 hours and Dye pH on four extents of treatments are 1, 3, 5, and 7. The result showed that the optimum time at 12 hours with the Dye pH at 3 has resulted in the highest efficiency of 0.105.
Keywords: Cactus fruit extract, Opuntia elatior Mill, efficiency, DSSC.

## ABSTRAK
Telah  dilakukan  penelitian  tentang  penentuan  efisiensi Dye  Sensitized  Solar  Cell (DSSC) menggunakan  ekstrak  buah  kaktus  ( Opuntia  elatior Mill.).  Tujuan  penelitian  ini  untuk  menentukan waktu  perendaman  dan  pH  pewarna  dari  ekstrak  buah  kaktus  ( Opuntia  elatior Mill.)  yang menghasilkan  efisiensi  tertinggi.  Penelitian  ini  menggunakan  metode  Rancangan  Acak  Lengkap (RAL) yang terdiri atas 2 perlakuan yaitu waktu perendaman elektroda kerja pada lima taraf perlakuan yaitu  6,  12,  18,  24,  30  jam  dan  pH  pewarna  pada  empat  taraf  perlakuan  yaitu  1,  3,  5,  7.  Hasil penelitian  menunjukkan  bahwa  waktu  perendaman  elektroda  kerja  selama  12  jam  pada  larutan pewarna  dengan pH 3 menghasilkan  efisiensi tertinggi sebesar 0,1052.
Kata kunci: Ekstrak Buah Kaktus, Opuntia elatior Mill , efisiensi, DSSC.

## LATAR BELAKANG
Energi  di  dunia  dari  masa  ke  masa memiliki ketersediaan yang semakin menipis,  termasuk  pada  ketersedian  energi listrik  yang  berasal  dari  sumber  energi konvensional,  seperti  bahan  bakar  minyak (Prasetyowati,  2012).  Pemanfaatan  energi terbarukan  melalui solar  cell atau  sel  surya merupakan  alternatif  yang  paling  potensial. Energi  surya  dapat  dikonversi  menjadi energi listrik. Teknologi ini telah dikembangkan  oleh  Gratzel  dan  dikenal dengan  sebuta Dye  Sensitized  Solar  Cell (DSSC) (Kumara dan Gontjang, 2012).
DSSC  dibuat  dalam  bentuk  planar (flat) dan memiliki struktur seperti sandwich , yang  bagian-bagiannya  terdiri  dari  substrat gelas dengan lapisan Tranparent Conductive    Oxide (TCO),  lapisan  titanium oksida  (TiO 2 )  nanopori,  pewarna  ( dye ), larutan  elektrolit,  mediator  redoks  dan elektroda lawan ( counter electrode ) (Handoyo, 2013).
Cara    kerja  DSSC  mirip  dengan proses fotosintesis yang terjadi pada klorofil daun.  Proses  pada  DSSC  dimulai  ketika pewarna  ( dye  sensitizer )  (S)  terkena paparan  cahaya  tampak  (berupa  foton) yang  mengakibatkan  elektron    pewarna tereksitasi  dari  kondisi  ground  state,  S  ke posisi  excited  state  S*.  Elektron  yang tereksitasi diinjeksikan kedalam pita konduksi  (CB)  titanium  dioksida  sehingga elektron pewarna  mengalami oksidasi (S+). Elektron  yang  diinjeksikan  akan  mengalir melalui  rangkaian  partikel  TiO 2 menuju lapisan konduktif transparan (TCO),
selanjutnya  elektron  ditransfer  menuju counter electrode (elekroda lawan melewati) rangkaian  luar.  Pewarnna  yang  teroksidasi segera  direduksi  kembali  ke  keadaan semula  ( ground  state )    dengan  adanya donor  elektron  dari  larutan  elektrolit  iodida. Bila  tidak  ada  mediator  redoks  yang mencegah  dan  dengan  cepat  mereduksi pewarna yang teroksidasi (S + ), rekombinasi dengan  elektron  dari  lapisan  TiO 2 akan terjadi,  tanpa  ada photocurrent yang terukur.  Elektron  yang  mencapai  elektrode lawan  melalui  sirkuit  luar  mereduksi  Iodide yang  teroksidasi  (I - ),  sehingga  terbentuk siklus  transport  elektron  dari  pewarna  dan mediator redoks (Handoyo, 2013).
Jumlah  molekul  pewarna  yang  dapat diserap  oleh  lapisan  TiO 2 juga  menjadi salah  satu  aspek  yang  berpengaruh  pada performa  DSSC.  Semakin  banyak    molekul pewarna    yang    terserap    maka    semakin besar  pula    penyerapan    foton  yang  dapat dilakukan    oleh    DSSC.    Banyaknya molekul  pewarna    yang    terserap    pada lapisan TiO 2 dipengaruhi  oleh dipping  time atau    waktu    perendaman    lapisan    TiO 2 pada  elektroda    kerja    dalam    larutan pewarna (Maulina dkk., 2014).
Kaktus  menghasilkan  buah  berwarna kuning,  merah  dan  putih  berdasarkan kombinasi  dari  dua  pigmen  batalain, Betanin ungu-merah dan betaxantin kuning- oranye.  Senyawa  betalain  mengandung gugus  karboksilat  (COOH - )  yang    mana gugus  tersebut  berpotensi untuk berikatan dengan    logam.  Gugus    karboksilat  yang melekat  pada  permukaan  amfoter  oksida
TiO 2 dapat  menjadikan  pewarna    lebih efisien. Pewarna yang mengandung senyawa  betalain  cenderung menggunakan pH  yang  bersifat  asam,  sebab  keadaan basa akan menyebabkan kerusakan senyawa betalain.
Variasi  waktu  perendaman  elektroda kerja  pada  pewarna  alami  antosianin  dari kulit  buah  manggis  menunjukan  waktu perendaman  optimum  adalah  24  jam, dengan  variasi  6,  12,  18,  24  jam  diperoleh efisiesi  berturut-turut  0,147,  0,204,  0,010 dan  0,592  (Maulina  dkk.  2014).  DSSC menggunakan  ekstrak  betalain  dari  bunga bugenfil  merah  sebagai sensitizer pewarna alami  pada  skala    pH    1,23,  3,0  dan  5,7 dengan  air  sebagai  pelarut  dalam  ekstraksi pewarna.  DSSC  dari  ekstrak  pewarna dengan  pH  3,0  memiliki  densitas  arus cahaya  tertinggi  (Isah et  al. ,  2014).  DSSC menggunakan  ekstrak  betalain  dari  akar  bit merah    sebagai  sensitizer  pewarna  alami dengan  menggunakan  3  variasi  pelarut yaitu air, metanol dan etanol. Efisiensi yang di peroleh dengan menggunakan pelarut air pada  pH  2,  3  dan  6  berturut-turut  adalah 0,070,  0,010  dan  0,008.  pH  optimum penelitian  ini  adalah  2  (Dumbravă et  al , 2012).
Pemanfaatan solar cell atau sel surya sebagai  energi  terbarukan merupakan alternatif  yang  paling  potensial.  Konfigurasi DSSC dibuat dalam bentuk planar (flat) dan memiliki  struktur  seperti sandwich ,  yang bagian-bagiannya  terdiri  dari  substrat  gelas dengan  lapisan Tranparent    Conductive Oxide (TCO), lapisan titanium oksida (TiO 2 )
nanopori,  pewarna  ( dye ),    larutan  elektrolit, mediator  redoks  dan    elektroda  lawan ( counter electrode ) (Handoyo, 2013).
Jumlah  molekul  pewarna  yang  dapat diserap  oleh  lapisan  TiO 2 juga  menjadi salah  satu  aspek  yang  berpengaruh  pada performa  DSSC.  Semakin  banyak    molekul pewarna    yang    terserap    maka    semakin besar  pula    penyerapan    foton  yang  dapat dilakukan    oleh    DSSC.    Banyaknya molekul  dye  yang  terserap  pada  lapisan TiO 2 dipengaruhi    oleh dipping    time atau waktu    perendaman    lapisan    TiO 2 pada elektroda    kerja    dalam    larutan    pewarna (Maulina dkk. 2014).

## METODE PENELITIAN Bahan dan Peralatan
Adapun bahan yang digunakan dalam penelitian  ini  adalah  buah  kaktus  ( Opuntia elatior Mill.),  Etanol  96%, Titanium  dioksida (TiO 2 ),  akuades,  HCl  1  M,  Kalium  Iodida, Iodine,  asetonitril,  P olietilen  glikol  (PEG), kaca TCO, aluminium foil dan pensil 2 B.
Peralatan  yang  digunakan  berupa pompa  vakum,  blender,  Spektrofotometer UV-Vis,  neraca  analitik,  FTIR  dan  alat-alat gelas yang umum digunakan dalam laboratorium kimia.

## Prosedur Kerja

## Preparasi Zat Warna
Buah  kaktus  ( Opuntia  elatior Mill.) yang  matang  dibersihkan  dari  duri  dan kotoran  yang  melekat  pada  buah  dengan cara dicuci dengan air mengalir. Buah yang telah  bersih  dikupas  lalu  daging  buah dihancurkan  dengan  menggunakan  blender
selama 10 menit sampai diperoleh jus buah kaktus.  Filtrat  dan  residu  dipisahkan menggunakan  penyaring  vacum.  Filtrat yang diperoleh digunakan sebagai pewarna untuk penelitian  DSSC.
Perakitan DSSC (Penentuan Waktu Perendaman Terbaik)
Semua  komponen  DSSC  berhasil dibuat kemudian dilakukan perakitan, dengan  langkah-langkah  sebagai  berikut:
Pada  kaca  TCO  yang  telah    dipotong menjadi  ukuran  2,0  x  2,0  cm  dibentuk  area tempat  TiO 2 dideposisikan  dengan  bantuan selotif  yang    juga  berfungsi  sebagai pengatur  ketebalan  pasta  TiO 2 sehingga terbentuk  ukuran  1  x  1    cm . Pasta  TiO 2 dideposisikan diatas area yang telah dibuat pada  kaca  konduktif  dengan  bantuan batang  pengaduk  untuk  meratakan  pasta. Kemudian lapisan dikeringkan selama kurang  lebih  15  menit  lalu  ditanur  pada temperatur 450ºC selama 30 menit kemudian  suhu  tanur  diturunkan  secara perlahan hingga mencapai suhu 70 o C. Kaca berlapis  TiO 2 dikeluarkan  dari  tanur,  lalu didinginkan  pada  suhu  kamar..  Lapisan TiO 2 kemudian  direndam  dalam  zat  warna ekstrak  kaktus  dengan  variasi  waktu perendaman 6, 12, 18, 24 dan 30 jam, pada proses  ini  terjadi  adsorpsi  betalain  ke permukaan  TiO 2 .  Zat  warna  yang  berlebih dicuci  dengan  etanol  95%  dan  dikeringkan pada  udara  terbuka.  Sebanyak  3  tetes elektrolit    diteteskan  pada  elektroda  kerja kemudian  elektroda  karbon  diletakkan  di atas  lapisan  TiO 2 dengan  masing-masing
ujung elektroda diklip menggunakan penjepit kertas.

## Perakitan DSSC (Penentuan pH Pewarna Optimum)
DSSC  dibuat  dengan  variasi  pH  zat warna  pada  pH  1,  3,  5  dan  7  dengan menggunakan  waktu  perendaman  terbaik dari  hasil  pengukuran  efisiensi  DSSC dengan varasi waktu perendaman.

## Pengujian Arus dan Tegangan DSSC
Gambar 1  Rangkaian Pengukuran
Karakteristik I-V

## Gambar 2 Rangkaian Pengukuran Voc dan Isc
Sel  surya  yang  dihasilkan  diukur karakteristik  arus  tegangan  (I-V)  dengan merangkaian sebuah voltmeter (V), amperemeter  (A)  dan  potensiometer  untuk mengatur  hambatan  di  dalam  rangkaian
(Gambar  1  dan  2).  Sumber  cahaya  yang digunakan berasal dari lampu proyektor 400 W  dengan  intensitas  135.000  lux  atau 20,196  mV/cm 2 (1  lux  =  0,0001496
mW/cm 2 ).

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Karakteristik Zat Warna
Hasil  analisis  spektrofotometer  UV- Vis  sebagaimana  Gambar  3  menunjukan spektrum  serapan  ekstrak  buah  kaktus ( Opuntia  elatior Mill)  cukup  lebar  dari  400- 590  nm  dengan  panjang  gelombang maksimum 535 nm. Pada panjang gelombang  535  nm  warna  yang  terlihat adalah  warna  ungu  kemerahan  (Kumara dan  Gontjang,  2012),  yang  mengandung senyawa betalain  (Dumbravă et  al ,  2012).
Berdasarkan indentifikasi warna dan selang serapan  UV-Vis  tersebut  diduga  bahwa ekstrak  buah  kaktus  ( Opuntia  elatior Mill) mengandung senyawa betalain.

## Gambar 3 Rangkaian Pengukuran
Serapan  pada  panjang  gelombang 400-590  nm  diharapkan  dapat  menyerap sebagaian  besar  cahaya  tampak  dari  sinar matahari.  Ekstrak    buah    kaktus    dapat menyerap    spektrum    cahaya  tampak sehingga dapat digunakan sebagai
pewarna terfotosensitisasi ( dye photesensitizer )  pada DSSC.
Efisiensi  DSSC  pada  variasi  waktu perendaman
Perendaman selama 12 jam menghasilkan Voc sebesar 258 mV dan Isc sebesar 0,0284 mV (Tabel 1). Hasil tersebut lebih  baik  daripada  penelitian  Choirul  M (2013) yang menggunakan tinta sotong dan ekstrak  teh  hitam  sebagai  pewarna,  waktu perendaman  terbaik  tinta  sotong  adalah  1 jam  dengan  Voc  sebesar  96,4  mV  dan  Isc sebesar 0,00243 mA.
Tabel  1 Hasil  pengujian  DSSC  dengan variasi waktu perendaman
Ekstrak  teh  hitam  memiliki  waktu perendaman terbaik selama 24 jam dengan Voc  sebesar  107,3  mV  dan  Isc  sebesar 0,0008 mA. Perendaman selama 18,24 dan 30  jam  secara  bertahap  terjadi  penurunan arus  dan  tegangan  yang  dihasilkan.  Hal  ini karena  pewarna yang  mampu  diabsorbsi oleh  TiO 2 memiliki  batas  maksimal  untuk mengisi rongga-rongga yang terdapat pada  TiO 2 .  Ekstrak  zat  warna  yang  yang berlebihan  dapat  menghambat  elektron menuju elektroda. Penurunan keluaran arus dan tegangan seiring lamanya perendaman juga  disebabkan  karena  sebagian  besar lapisan  TiO 2 terdegradasi  oleh  larutan pewarna,  sehingga  TiO 2 yang  berfungsi untuk  menampung  elektron  dari  pewarna
kurang  optimal  karena  kemampuan  TiO 2 untuk mengikat pewarna kurang maksimal.

## Efisiensi DSSC pada variasi pH pewarna ekstrak kaktus
Pewarna  dengan  pH  1  diperoleh  Isc sebesar  251,5  mV  dan  Isc  sebesar  0,0246 mA.  Pada  pH  3  terjadi  peningkatan  Voc yang  diperoleh  sebesar  277,5  mV  dengan Isc  sebesar  0,0327  mA.  Pewarna  dengan pH  5  mengalami  penurunan  tegangan  dan arus  yang  dihasilkan  dengan  Voc  sebesar 217,5  mV  dan  Isc  sebesar  0,0138  mA. Pewarna  dengan  pH  7  menghasilkan tegangan  dan  arus  yang  sangat  kecil dengan  Voc  sebesar  201  mV  dan  Isc sebesar 0,0073 mA. Pewarna dengan pH 3 memiliki  warna  ekstrak  kaktus  yang  sama dengan  warna  awal  ektrak  kaktus  sebelum ditambahkan  buffer  untuk  menggeser  pH pewarna.  Intensitas  warna  pada  pH  1  lebih tinggi  dari  pada  warna  pada  pH  5  maupun pH  7.  Intensitas  warna  dapat  berpengaruh pada penyerapan foton dari cahaya matahari  sehingga  mempengaruhi  proses eksitasi elektron dari pewarna.
Tabel 2 Hasil pengujian DSSC dengan variasi pH

## KESIMPULAN
Berdasarkan  penelitian  yang  telah dilakukan,  dapat  disimpulkan  bahwa  Waktu perendaman terbaik DSSC yang mengunakan  pewarna  ekstrak  buah  kaktus
( Opuntia  elatior Mill)  adalah  selama  12  jam dengan  efisiensi  sebesar  0,0862.  Waktu perendaman  12  jam  pH  larutan  pewarna ekstrak  buah  kaktus  ( Opuntia  elatior Mill) yang menghasilkan efisiensi tertinggi adalah pH 3 dengan efisiensi sebesar 0,1052.

## DAFTAR PUSTAKA
Choirul,  U.  M.,  Hastuti,  E.  2013.  Pengaruh Lama Perendaman Terhadap Efisiensi Sel  Surya  Tersensitisasi  Dye  Dari Tinta  Sotong  Dan  Ekstrak  Teh  Hitam.
Jurnal Neutrino. 5 (2). 73-79.
Dumbravă  A,  Enache  C  I.  Oprea,  A. Georgescu  I.,  M.  A.  Gîrţu.  2012. Toward  A  More  Efficient  Utilisation  Of Betalains  As  Pigments  For  Dye- Sensitized  Solar  Cells . Digest  Journal of  Nanomaterials  and  Biostructures .
7(1):339 – 351.
Handoyo,  H.  2013.  Sel  Surya  Tersensitasi
Zat  Warna Berbasis Tio 2 Yang Dimodifikasi Dalam Konfigurasi Tabung . ( Tesis) .  Depok:  Universitas Indonesia.
Isah    Kasim  Uthman,  Umar  Ahmadu,
Adamu  Idris.  2014.  Betalain  Pigments As  Natural  Photosensitizers  For  Dye- Sensitized  Solar  Cells:  The  Effect  Of Dye Ph On The Photoelectric
Parameters .  Mater  Renew  Sustain
Energy . DOI10.1007/s40243-014-
0039-0. 1-5.
Kumara  M.S.W.,  Gontjang.  P.  2012.    Studi
awal fabrikasi dye sensitized solar cell (DSSC) dengan menggunakan
ekstraksi  daun    bayam  ( Amaranthus hybridus l.)  sebagai  dye  sensitizer dengan  variasi  jarak  sumber  cahaya pada  DSSC.  Surabaya  :  Institut Teknologi Surabaya November.
Maulina  A,  Hardeli,    Bahrizal.  2014.
Preparasi  Dye  Sensitized  Solar  Cel

## Menggunakan Ekstrak Antosianin Kulit
Buah  Manggis (Garcinia  Mangostana L ). Jurnal Sainstek. VI (2): 158-167.
Prasetyowati, Rita. 2012. Sel Surya
Berbasis  Titania  Sebagai  Sumber Energi  Listrik  Alternatif.    P rosiding Seminar Nasional Penelitian, Pendidikan  dan  Penerapan  MIPA Universitas Negeri Yogyakarta .
Yogyakarta, 2 Juni 2012. Hlm 1-6.