Nanopaper Transparan pada Aplikasi Solar Cell

Bagikan Artikel ini di:

Cellulose merupakan polimer alam yang banyak terdapat di bumi. Dalam kayu, rantai-rantai selulose bergabung membentuk serat primer. Beberapa serat primer selanjutnya bergabung membentuk serat mikro. Serat ini ternyata memiliki sifat yang unik. Beberapa penelitian dilakukan untuk mengoptimalkan sifat-sifat serat cellulose dalam ukuran nano yang dikenal dengan nanofibrillar cellulose atau NFC. Dikenal juga dengan cellulose nanofibril (CNF).

Salah satu keunggulan cellulose adalah sustainable sehingga dapat menjamin keberlanjutannya. Selain itu, dibandingkan dengan plastik yang berbasis petroleum, penggunaan cellulose akan lebih ramah lingkungan. Penelitian yang dilakukan oleh Prof. Liangbing Hu dari University of Maryland USA mendorong aplikasi NFC ini sebagai kertas transparan, kertas baterai ataupun komponen membrane pemisah minyak dan air.

Pada kertas yang disinari dengan cahaya. NFC memberikan sifat transparan pada kertas sedangkan MFC memberikan efek haze pada kertas. Semakin kecil ukuran serat (semakin nano) maka semakin transparan dan efek haze semakin berkurang, demikian juga sebaliknya. Sifat transparan kertas dapat diukur dari seberapa banyak kertas tersebut meneruskan cahaya atau dikenal dengan transmittance. Semakin transparan maka % transmittance akan semakin tinggi. Sedangkan efek haze adalah efek pembiasan cahaya karena adanya interferensi cahaya oleh struktur pori, diameter serat, perbedaan indeks bias dari serat [1] dan packing density [2]. Efek haze dapat dilihat pada Gambar 1 dan bentuk dari kertas transparan dapat dilihat pada Gambar 2 [1]. Karekter ini dapat dimanfaatkan pada pelapis solar cell yang membutuhkan transmittance tinggi sekaligus mampu menimbulkan efek haze.  Efek haze ini akan memberikan efisiensi cahaya yang lebih tinggi karena cahaya akan menyebar mengenai setiap permukaan solar cell [2]. Karena pada aplikasi solar cell diperlukan 5 transmittance dan efek haze yang keduanya tinggi maka perlu adanya optimasi atau rekayasa teknik agar kedua sifat itu dapat dimiliki.

Gambar 1 (a) transmittance cahaya dan (b) transmittance haze dari kertas transparan pada kandungan NFC dalam kertas yang berbeda-beda (100%, 80%, 50% 20% dan 0%); efek cahaya yang mengalami scattering dari substrate: (c) PET; (d) kertas transparan yang dibuat dari NFC murni; (e) kertas transparan yang mengandung 50% NFC; (f) kertas transparan tanpa NFC. Perlu dicatat bahwa diameter laser adalah 0,4 mm dan jarak antara kertas dan target sebesar 30 cm. Diameter maksimum dari lingkaran konsentris pada target adalah 14,5 cm [1]
Gambar 2 Foto dari kertas transparan yang dibuat dari MFC yang ditreatmen menggunakan TEMPO dan/atau NFC, dengan kandungan NFC sebesar (a) 100%, (b) 80%, (c) 50%, (d) 20%, dan (e) 0%, dan (f) kertas biasa [1]


Pada kertas yang dibuat dengan campuran NFC dan MFC yang ditreatment dengan TEMPO menunjukkan bahwa semakin tinggi kandungan NFC maka kertas akan semakin transparan namun efek haze yang ditimbulkan akan semakin rendah.  Fabrikasi NFC dan MFC (mikrofibrillar cellulose) yang telah ditreatment menggunakan TEMPO menunjukkan bahwa kertas transparan dengan kadar 100% MFC menunjukkan % transmittance (pada panjang gelombang lebih besar dari 400 nm) yang hampir sama dengan NFC (> 90%) namun % haze yang jauh berbeda (20% untuk NFC murni, 30% untuk kandungan NFC 80% dan 60% untuk tanpa NFC)[1]. Penelitian ini menunjukkan bahwa treatment TEMPO pada MFC akan meningkatkan efek transparan pada MFC namun masih memiliki sifat efek haze. Akan tetapi efek haze ini jauh lebih kecil dibandingkan dengan MFC tanpa treatmen TEMPO yaitu sekitar 80% [1].

Pada kertas hybride yang dibentuk dari MFC dan NFC dengan konsep bilayer menunjukkan besarnya transmittance yang hampir sama dengan PET. Akan tetapi, PET tidak memberikan efek haze sehingga kurang cocok untuk pelapis solar cell [3]. Konsep bilayer yaitu dengan membuat kertas berlapis, lapis pertama MFC dan lapis kedua NFC. Pada 60% NFC diperoleh % transmittance sekitar 80% (sama dengan PET) dan efek haze sekitar 70%. Rekayasa hybrid memberikan peningkatan optimasi peningkatan performa untuk aplikasi pelapis solar cell dengan % transmittance dan efek haze yang cukup tinggi.

Referensi:

[1] Fang, Z., Zhu, H., Bao, W., Preston, C., Liu, Z., Dai, J., Li, Y., Hu, L., Energy Environ. Sci., 2014, 7, 3313-3319 doi:10.1039/c4ee02236j

[2] Zhu, H., Parvinian, S., Preston, C., Vaaland, O., Ruan, Z., Hu, L., Nanoscale, 2013, 5, 3787-3792 doi:10.1039/c3nr00520h

[3] Fang, Z., Zhu, H., Preston, C., Han, X., Li, Y., Lee, S., Chai, X., Chen, G., Hu, L., J. Mater. Chem. C, 2013, 1, 6191-6197 doi:10.1039/c3tc31331j

     
Abdul Halim

Abdul Halim

Menamatkan program ST dan MT di Jurusan Teknik Kimia ITS. Sedang menempuh PhD di University of Tsukuba. Meneliti pemanfaatan bio-nanomaterial untuk pengolahan limbah cair.

Ayo Ajukan Pertanyaaan :)