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@gmail.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).

Hasil dan Diskusi

Pengukuran Kadar Fenolik Total

Penentuan kandungan fenolik total pada ekstrak daun jati belanda dan temu ireng dilakukan dengan menggunakan metode Folin-Ciocalteu, semua senyawa fenolik termasuk fenol sederhana dapat bereaksi dengan reagen Folin-Ciocalteu. Reaksi ini melibatkan oksidasi gugus fenolik (ROH) (Rohman, dkk., 2005). Prinsip metode Folin-Ciocalteu adalah reaksi oksidasi dan reduksi kolorimetrik untuk mengukur semua senyawa fenolik dalam sampel uji. Reduksi reagen Folin-Ciocalteu ini menghasilkan warna biru sesuai dengan kadar fenol total yang bereaksi. Kandungan senyawa fenolik pada ekstrak daun jati belanda dan temu ireng diukur dengan menggunakan spektrofotometer Elisa pada panjang gelombang 655 nm. Hasil yang diperoleh dinyatakan sebagai ekivalen asam galat (EAG/g sampel). Asam galat digunakan sebagai standar pengukuran dikarenakan asam galat merupakan senyawa polifenol yang terdapat dihampir semua tanaman (Santana, dkk., 2009).

            Penentuan kadar fenol dibuat kurva standar asam galat. Kurva standar dicari hubungan antara konsentrasi asam galat dengan absorbansinya. Penentuan konsentrasi fenolik pada sampel sebagai hasil nilai absorbansi sampel yang dihitung dengan analisis regresi linear. Selanjutnya hasil pengukuran total yang diperoleh dinyatakan dalam satuan mg GAE (Gallic acid Equivalent)/g sampel (Santana, dkk., 2009). Hasil pengujian terhadap nilai fenolik dari ekstrak daun jati belanda dan temu ireng dapat dilihat pada tabel 1.

Tabel 1. Kandungan fenolik total pada ekstrak sampel

Sampel	Kadar Fenolik Total (mg GAE/g sampel)
Daun jati belanda	93,214
Temu ireng	23,714

Berdasarkan Tabel 1. didapatkan nilai fenolik total yang dihasilkan dari ekstrak daun jati belanda sebesar 93,214 mg GAE/g, hasil tersebut cukup rendah  dibandingkan penelitian Kusumowati (2012) yang meneliti kandungan fenolik total daun jati belanda menghasilkan 95,465 mg GAE/g sampel. Pada ekstrak temu ireng didapatkan nilai total fenolik sebesar 23,714 mg GAE/g, nilai ini cukup rendah bila dibandingkan penelitian Sum (2006) yang meneliti kandungan fenolik total temu ireng menghasilkan 50,9 mg/g sampel. 

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 2.

Tabel 2. 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 2. 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 2 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.

Rohman. A., Sugeng, R. Dan Diah, U. 2005. Antioxidant Activities Total Phenolic And Flavonoid Contents Of Ethil Acetat extract Of Mengkudu (Morinda citrifolia. L) Fruits and Its Fractions. Fakultas Farmasi. Universitas Gajah Mada.

Santana, P. Budyati, R. Dan Afiandi, N. 2009. Pengukuran Kapasitas Antioksidan Menggunakan Metode DPPH dan Pengukuran Total Fenol. Laporan Praktikum. Evaluasi Nilai Komponen Pangan. Bogor: ITB.

Umar F. 2008. Optimasi Ekstraksi Flavonoid Total Daun Jati Belanda. Skripsi Tidak Diterbitkan. Bogor: 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).