POTENSI EKSTRAK DAUN JATI BELANDA (Guazuma ulmifolia Lamk) DAN
EKSTRAK TEMU IRENG (Curcuma aeruginosa Roxb) PADA PEMBUATAN SEL
SURYA PEWARNA TERSENSITISASI (SSPT)
RIZQI MUNANDHAR
JURUSAN KIMIA UNIVERSITAS
BRAWIJAYA
Email :
munandharrizqi@mail.com
Pendahuluan
Pertumbuhan populasi penduduk, perkembangan
industri dan perkembangan teknologi menyebabkan pemenuhan kebutuhan energi
semakin meningkat. Energi yang dihasilkan sampai saat ini masih bersumber dari
sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui, sehingga kemungkinan besar
ketersediaan energi akan berkurang baik dalam waktu dekat maupun waktu lambat.
Hal tersebut terjadi karena kebutuhan terhadap energi yang tidak terbatas
sementara ketersediaan energi yang dihasilkan terbatas, sehingga dibutuhkan
solusi-solusi baru untuk menciptakan sebuah alternatif sumber energi yang
terbarukan, praktis, murah dan ramah lingkungan.
Solusi masalah dapat diatasi apabila manusia memanfaatkan
secara optimal sumberdaya alam lainnya yang bisa dieksploitasi terus menerus
namun bisa diperbaharui. Angin, arus laut, panas bumi, dan sinar matahari
adalah sumber daya alam yang bagus untuk mengatasi masalah ketersediaan energi,
terutama sinar matahari (Baskoroadi, 2011). Suplai energi matahari yang
diterima oleh permukaan bumi sebenarnya sangat luar biasa besarnya yaitu
mencapai 3 × 1024 joule pertahun. Jumlah energi sebesar itu setara dengan
10.000 kali konsumsi energi di seluruh dunia saat ini. Oleh karena itu, sinar
matahari merupakan alternatif sumber energi yang dapat dikembangkan melalui
konversi energi cahaya menjadi energi listrik secara langsung atau efek
fotovoltaik dengan sistem sel surya. Dengan kata lain, jika permukaan bumi
ditutup sebesar 0,1 % menggunakan piranti sel surya yang memiliki efisiensi 10
% sudah mampu untuk menutupi kebutuhan energi listrik di seluruh dunia saat
ini. Perkembangan yang pesat dari industri sel surya pada tahun 2004 telah
mencapai tingkat 1000 MW (Brian, 2010).
Sel Surya Pewarna Tersensitisasi
(SSPT) menggunakan dye sebagai
pembangkit elektron. Dye yang digunakan dalam sel surya dapat berasal dari
bahan anorganik atau bahan organik. SSPT dengan dye berbahan
organik maupun anorganik ini mempunyai harga perakitan relatif lebih murah dibandingkan sel
surya yang terbuat dari silikon. Hal ini dikarenakan dye pada SSPT dapat berasal dari bahan alam
(Hardian, 2010). Sebagai perbandingan, sel surya pewarna tersensitisasi terbaru lapisan
tipis material nano TiO2 mampu menghasilkan efisiensi 11 %, dengan
harga yang 6 kali lebih murah
dari pada sel surya yang dibuat dari material
kristalin, sedangkan efisiensi material kristalin hanya selisih 4 kali yakni
41 % (Janseen dan Wienk, 2010).
Penelitian sel surya tersensitisasi dye ekstrak antosianin bunga kol merah yang telah
dilakukan oleh Maddu dkk. (2007) menghasilkan daya 2,8 ´ 10-3 mW dan 3,67 ´ 10-3 mW, pada variasi perendaman 1 dan 24 jam dengan illuminasi cahaya matahari. Penelitian Wijayanti (2010), Sel surya yang tersensitisasi dye klorofil bayam telah menghasilkan daya sekitar 1,49 ´ 10-2 mW dengan pengiluminasi cahaya sebesar 1050 lux. Penelitian Rahmawati (2011), dengan sensitisasi dye antosianin ekstrak antosianin strawberi menghasilkan daya 7,16 ´ 10-5 mW dan 8,8 × 10-5 mW pada variasi perendaman 24 jam dan 48 jam, dengan illuminasi cahaya matahari.
Berdasarkan syarat penggunaan dye, daun jati belanda (Guazuma
ulmifolia Lamk) dan temu ireng (Curcuma aeruginosa Roxb)
berpotensi sebagai dye pada pembuatan sel surya pewarna
tersensitisasi (SSPT).
Metode pengambilan ekstrak
daun jati belanda dan temu ireng dengan metode ekstraksi maserasi menggunakan
pelarut etanol (Umar, 2008).
Diskusi dan Hasil
Pengujian Sel
Surya Pewarna Tersensitisasi (SSPT)
Prototipe SSPT yang telah
dibuat, diukur dengan menempatkan kutub positif multimeter pada elektroda kerja
dan kutub negatif pada counter elektroda. Selanjutnya diuji
dengan menggunakan cahaya lampu halogen yang mempunyai daya sebesar 0,4488
Watt/m2. Lampu halogen di arahkan tegak lurus terhadap permukaan sel
surya dengan jarak 20 cm. Penggunaan cahaya lampu halogen dikarenakan cahaya
yang dihasilkan memiliki intensitas yang relatif stabil setiap waktu. Parameter
yang digunakan dalam pengukuran sel surya pewarna tersensitisasi (SSPT) adalah
tegangan (volt) dan arus (ampere). Pengukuran dilakukan sebanyak tiga kali
dengan variasi pengukuran volt-ampere-volt. Hasil pengukuran dari SSPT sebagai
ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel1. Hasil
pengukuran daya dan efisiensi pada SSPT
|
Lama
Perendaman
|
Daya
(mW)
|
Efisiensi
(h) %
|
||
|
Daun
Jati Belanda
|
Temu
Ireng
|
Daun
Jati Belanda
|
Temu
Ireng
|
|
|
0
menit
|
11,8 ´ 10-4
|
11,8 ´ 10-4
|
1,75 ´ 10-1
|
1,75 ´10-1
|
|
10
menit
|
46,8 ´ 10-4
|
27,3 ´ 10-4
|
6,95 ´ 10-1
|
4,06 ´ 10-1
|
|
1 jam
|
123,1 ´ 10-4
|
58,4 ´ 10-4
|
18,28 ´ 10-1
|
8,66 ´10-1
|
|
24
jam
|
33,1 ´ 10-4
|
21,6 ´ 10-4
|
4,91 ´ 10-1
|
3,21 ´ 10-1
|
|
48
jam
|
12,8 ´ 10-4
|
18,3 ´ 10-4
|
1,90 ´ 10-1
|
2,72 ´ 10-1
|
Tabel 1. menunjukkan bahwa sel surya pewarna tersensitisasi
(SSPT) bekerja dengan menghasilkan energi listrik, sedangkan untuk
proses yang terjadi di dalam sel surya dirangkum pada persamaan (1-5). Dye (D)
menyerap sebuah foton mengakibatkan elektron tereksitasi dari level HOMO (Highest
Occupied Molecular Oebital) ke LUMO (Lowest Unoccupied Molecular
Orbital) pada molekul dye. Dye tereksitasi
(D*) menginjeksi sebuah elektron kedalam pita konduksi (CB) semikonduktor (TiO2)
yang berada sedikit lebih tinggi daripada level konduksi TiO2.
Elektron tersebut melintasi melewati partikel-partikel TiO2 menuju
kontak belakang berupa lapisan konduktif transparan FTO (Flour Tin Oxide),
selanjutnya ditransfer melewati rangkaian luar menuju elektroda lawan. Elektron
masuk kembali kedalam sel dan mereduksi sebuah donor teroksidasi (I+)
yang ada di dalam elektrolit. Dye teroksidasi (D+)
akhirnya menerima sebuah elektron dari donor terseduksi (I3-)
dan tergenerasi kembali menjadi molekul awal (D). Rangkaian reaksi kimia di
dalam SSPT adalah sebagai berikut (Maddu, dkk (2007) :
D + cahaya → D* (1)
D* + TiO2 →
e- (TiO2) + D+(2)
D* → D (3)
D+ + e- (TiO2)
→ D + TiO2(4)
2D+ + 3I- →
2D + I3- (5)
Tegangan yang dihasilkan oleh sel surya pewarna tersensitisasi dye berasal
dari perbedaan tingkat energi konduksi elektroda semikonduktor TiO2 dengan
potensial elektrokimia pasangan elektrolit redoks (I-/I3-).
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 1 dengan menggunakan dye daun jati belanda diperoleh
nilai efisiensi maksimum pada lama perendaman 1 jam yaitu sebesar 18,28 ´ 10-1 % dengan
daya sebesar 123,1 ´ 10-4 mW. Sedangkan dengan
menggunakan dye temu ireng diperoleh nilai efisiensi maksimum
pada lama perendaman 1 jam yaitu sebesar 8,66 ´ 10-1 % dengan
daya sebesar 58,4 ´ 10-4 mV. Berdasarkan hasil
pengukuran kadar fenolik, terdapat korelasi yang erat antara kadar fenolik
total ekstrak daun jati belanda dan temu ireng dengan efisiensi pengujian SSPT.
Semakin tinggi nilai kadar fenolik total maka semakin tinggi efisiensi yang
dihasilkan oleh SSPT. Hal ini disebabkan senyawa fenolik dalam daun jati
belanda dan temu ireng terdiri dari struktur-struktur aromatis dan gugus-gugus
hidroksil sehingga akan memudahkan terjadinya delokalisasi elektron, semakin
banyak jumlah gugus hidroksil maka akan terdapat banyak elektron yang tidak
berpasangan yang dapat digunakan sebagai sumber elektron yang dieksitasi. Daun
jati belanda dan temu ireng berpotensi sebagai dye dalam
pembuatan SSPT, apabila dibandingkan sistem sel surya tersensitisasi dye pertama
kali yang dikembangkan Gratzel (2013) dengan nilai efisiensi konversi mencapai
10-11 %.
Daftar Pustaka
Gratzel, M. 2003. Review: Dye Sensitized Solar Cell. Journal
photochemistry and photobiology. vol 4. 145-153.
Janseen R. Wienk, M. 2010. Organic and polymer solar cells 3Y280. Department of Chemical Engineering and Chemistry
and Department of Applied Physics, TU/e Sping.
Maddu, A. Zuhri. M. Irmansyah. 2007. Penggunaan Ekstrak Antosianin Kol
Merah Sebagai Fotosensitizer Pada Sel Surya TiO2 Nanokristal Tersensitisasi Dye. Makara Teknologi ITB,
Vol. 11. No. 2. Hal. 78-84.
Rahmawati, A. S. 2011. Pembuatan dan Karakterisasi Sel Surya
Titanium Dioksida Sensitisasi Dye Antosianin dari Ekstrak Buah Strawberry. Skripsi Tidak
Diterbitkan. Bogor: Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam Institut Pertanian Bogor.
Wijayanto, N. 2012. Cadangan
Minyak Menipis (Online). http://www.seputar- indonesia.com. (diunduh pada tanggal 4 Juli 2012).
Tidak ada komentar:
Posting Komentar