Program Studi Kimia - Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Sunan Kalijaga Vol. 2, No. 2, 2019 ISSN 2654-3737 (print), ISSN 2654-556X (online) Indonesian Journal of Materials Chemistry IJMC Vol 2. No.2 , 2019, 61-66 | 61 This publication is licensed under a Sintesis dan Karakterisasi ZnO:Zr Melalui Metode Sol-Gel dengan Variasi Pelarut serta Uji Kinerjanya untuk Dye Sensitized Solar Cell Afia Ana Fadila*, Didik Krisdiyanto Program Studi Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta Jl. Marsda Adisucipto Yogyakarta 55281 Telp. +62-274-540971 Email: ifaazizahh@gmail.com* Abstrak. Nanopartikel ZnO:Zr untuk semikonduktor DSSC telah disintesis melalui metode sol-gel dengan prekursor berupa Zn(CH3COO)2.2H2O dan ZrOCl2.8H2O. Doping Zr pada ZnO adalah sebesar 1%. Sintesis tersebut menggunakan pelarut berbeda, yaitu H2O, metanol, etanol dan isopropanol. Selanjutnya dilakukan studi terhadap struktur kristal berdasarkan karakterisasi menggunakan x-ray diffaction (XRD), energi celah pita (Eg) berdasarkan karakterisasi menggunakan spektrofotometer UV-Visibel dengan metode absorption spektrum fitting (ASF) dan morfologi ZnO:Zr dengan scanning electron microscopy (SEM) serta uji kinerja DSSC yang menggunakan ZnO:Zr hasil sintesis sebagai semikonduktor berdasarkan nilai tegangan yang dihasilkan. Berdasarkan analisis dengan XRD, difraktogram yang diperoleh sesuai dengan difraktogam standar ZnO heksagonal dengan pergeseran nilai 2θ menjadi lebih kecil sehingga nilai parameter kisi kristal heksagonal (a, c, dan L) material lebih besar dari parameter kisi kristal standar ZnO. Hal tersebut mengindikasikan terjadinya penyisipan Zr4+ yang jari-jari ioniknya lebih besar dari Zn2+ sehingga jarak antar atom dalam kisi kristal semakin besar tanpa mengubah struktur heksagonal ZnO. Nilai rata-rata parameter kisi kristal ZnO:Zr heksagonal yang berupa a, c dan L berturut-urut adalah 3,30 Å, 5,19 Å dan 10,04 Å. Berdasarkan data dari karakterisasi dengan spektrofotometer UV-Visibel yang diolah dengan metode ASF diketahui Eg ZnO:Zr yang dihasilkan dari penggunaan pelarut H2O, metanol, etanol dan isopropanol berturut-urut adalah 3,267 eV, 3,162 eV, 3,100 eV dan 3,176 eV. Eg tersebut mengkonfirmasi terjadinya penyisipan Zr4+ dalam kisi kristal karena nilainya lebih kecil dari Eg ZnO tanpa doping (3,34 eV). Citra SEM ZnO:Zr hasil sintesis menunjukkan bahwa penggunaan pelarut yang semakin tidak polar menghasilkan partikel dengan ukuran yang lebih kecil. Adapun urutan kinerja DSSC dari yang terbaik berdasarkan nilai tegangannya adalah DSSC yang menggunakan ZnO:Zr hasil sintesis dengan pelarut etanol (44,96 mV), air (42,41 mV), metanol (42,05 mV) dan isopropanol (35,89 mV). Kata kunci: DSSC, ZnO:Zr, nanopartikel, doping, pelarut berbeda, sol-gel. Pendahuluan ZnO merupakan semikonduktor yang cukup menarik untuk diaplikasikan pada berbagai hal seperti dye sensitized solar cell (DSSC) karena dapat menjadi konduktor listrik yang baik jika didoping dengan atom yang sesuai (Moezzi et al., 2012). ZnO memiliki energi celah pita sebesar 3,37 eV dan energi eksitasi sebesar 60 meV pada temperatur ruang. Mobilitas elektron ZnO cukup tinggi dan struktur pita elektroniknya sama dengan TiO2 (Marimuthu et al., 2016). Selain itu, ZnO dapat diperoleh dalam berbagai morfologi berukuran nano melalui sintesis dengan metode rendah biaya seperti metode berbasis larutan dan metode sol-gel. Morfologi tersebut seperti nanosheet, anowire, nanoflower, nanotube dan nanobelt yang memiliki karakteristik berbeda sehingga memberi pengaruh berbeda terhadap kinerja DSSC (Apostolopoulou et al., 2015; Saurdi et al., 2014). Metode Penelitian Sintesis dan deposisi ZnO:Zr Zn(CH3COO)2.2H2O dan ZrOCl2.8H2O dilarutkan dalam pelarut lalu diaduk selama 2 jam pada 60°C. Selama pengadukan tersebut larutan ditambah monoetanolamin lalu didiamkan hingga mencapai temperatur ruang kemudian dideposisikan pada kaca ITO. Sebelum deposisi, kaca ITO terlebih dahulu dibersihkan secara ultrasonik dengan etanol lalu dibilas dengan etanol serta akuades kemudian dikeringkan. Larutan yang telah disiapkan dilapiskan pada kaca ITO secara spin coating lalu dipanaskan pada 150°C selama 10 menit. Pelapisan dan pemanasan tersebut diulang hingga diperoleh lapis tipis dengan ketebalan yang cukup. Lapis tipis dikalsinasi pada 500°C selama 1 jam Karakterisasi ZnO:Zr ZnO:Zr hasil sintesis yang terdeposisi pada subtrat kaca ITO dikarakterisasi dengan XRD untuk mengetahui struktur kristalnya, spektrofotometer ultraviolet-visible reflaktansi untuk mengetahui energi celah pitanya dan SEM untuk mengetahui morfologinya. Ekstraksi zat warna Serbuk daun kelor direndam dalam pelarut aseton yang ditambahkan HCl 5% (dalam akuades) dengan perbandingan 1:10 (bahan/pelarut). Perendaman dilakukan selama 24 jam pada temperatur 4°C dalam botol gelap. Campuran kemudian disaring dengan kertas Whatman No. 42 dan filtrat yang diperoleh diukurabsorbansinya dengan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang 400-800 nm. Pembuatan elektroda kerja ZnO:Zr dipanaskan pada 80°C kemudian segera direndam dalam larutan zat warna selama 24 jam. Setelah dierendam, elekroda kerja dibilas dengan akuades dan aseton untuk