Karakteristik Nanopartikel ZnO-Cu sebagai Bahan Semikonduktor pada DSSC Bahan Alam

Characteristics of Nanoparicle ZnO-Cu as Semiconductor Materials in Natural Material DSSC

Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) merupakan panel surya generasi ketiga yang peka terhadap pewarna sintetis maupun alami. Diantara pewarna alami, ekstrak dari murbei hitam dan daun kelor merupakan sensitizer yang efektif karena kandungan antosianin, klorofil, dan nilai efisiensi. Dalam upaya meningkatkan efisiensi, nanopartikel ZnO-Cu dipilih sebagai bahan semikonduktor pada DSSC. Nanopartikel ZnO-Cu dapat disintesis menggunakan ekstrak kulit nanas sebagai bioreduktor dengan memanfaatkan senyawa fitokimianya. Oleh karena itu, pada penelitian ini dilakukan untuk (1) mendeskripsikan karakteristik nanopartikel ZnO-Cu sebagai bahan semikonduktor dan larutan dye ekstrak buah murbei hitam dan daun kelor sebagai sensitizer pada DSSC, dan (2) menganalisis nilai efisiensi DSSC menggunakan semikonduktor nanopartikel ZnO-Cu dan larutan dye-sensitizer ekstrak buah murbei hitam dan daun kelor. Metode pembuatan nanopartikel ZnO-Cu menggunakan green synthesis yang hasilnya dikarakterisasi XRD, SEM-EDX, Uv-Vis, Voltametri siklik, EIS, dan solar simulator. Hasil penelitian menunjukkan nanopartikel ZnO-Cu memiliki karakteristik sebagai bahan semikonduktor pada DSSC antara lain: berfasa wurtzit heksagonal dengan morfologi bulat bersisik, ukuran rata-rata butir ≤100 nm, celah pita energi yang berkisar 3.00-2.59 eV, dan nilai konduktivitas berkisar 83 x 10^-3 - 106 x 10^-3 S/cm. Larutan pewarna ekstrak murbei hitam dan daun kelor menunjukkan puncak serapan antosianin dan klorofil pada 536 nm dan 663 nm, dengan energi HOMO-LUMO dan celah pita yaitu –4.77 eV, –5.21 eV, dan 2.8 eV. DSSC dengan fotoanoda ZnO-Cu5% memiliki nilai efisiensi tertinggi sebesar 1,7% bila dibandingkan dengan ZnO-Cu1% dan 10% sebesar 0.96% dan 1.32%.

Kata kunci: Nanopartikel ZnO-Cu, murbei hitam, daun kelor, DSSC

Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) is a third generation solar panel that is sensitive to synthetic and natural dyes. Among natural dyes, extracts from black mulberry and Moringa leaves are effective sensitizers due to their anthocyanin, chlorophyll, and high efficiency values. In an effort to increase efficiency, ZnO-Cu nanoparticles were chosen as the semiconductor material in DSSCs. ZnO-Cu nanoparticles can be synthesized using pineapple peel extract as a bioreductor by utilizing its phytochemical compounds. Therefore, this study aims to (1) describe the characteristics of ZnO-Cu nanoparticles as a semiconductor material and dye solution of black mulberry fruit extract and moringa leaves as a sensitizer in DSSC, and (2) analyze the efficiency value of DSSC using ZnO-Cu semiconductor nanoparticles and dye-sensitizer solution of black mulberry fruit extract and moringa leaves. The method of making ZnO-Cu nanoparticles using green synthesis whose results are characterized by XRD, SEM-EDX, Uv-Vis, cyclic voltammetry, EIS, and solar simulator. The results showed that ZnO-Cu nanoparticles have characteristics as semiconductor materials in DSSCs, among others: hexagonal wurtzite phase with round scaly morphology, average grain size ≤100 nm, band gap energy ranging from 3.00-2.59 eV, and conductivity values ranging from 83 x 10-3 - 106 x 10-3. The dye solutions of black mulberry and moringa leaf extracts showed anthocyanin and chlorophyll absorption peaks at 536 nm and 663 nm, with HOMO-LUMO energies and band gaps of –4.77 eV, –5.21 eV, and 2.8 eV, respectively. DSSC with ZnO-Cu5% photoanode has the highest efficiency value of 1.7% when compared to ZnO-Cu1% and 10% at 0.96% and 1.32%.

Keywords: ZnO-Cu nanoparticles, black mulberry, moringa leaf, DSSC.