1

BAB I PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Saat ini panel sel surya telah dikenal khalayak sebagai salah satu sumber pembangkit energi listrik yang ramah lingkungan dan dapat diaplikasikan dalam kehidupan sehari-hari. Sel surya atau sel photovoltaic merupakan sebuah alat semikonduktor yang memakai prinsip dioda p-n junction (sebuah penggabungan dua semikonduktor dengan tipe p dan tipe n). Penggabungan itu mampu menghasilkan energi listrik saat cahaya matahari menyinari alat semikonduktor. Efek perubahan itu disebut efek photovoltaic. Cara kerja sel surya murni memanfaatkan teori cahaya sebagai partikel. Salah satu contoh pengaplikasian sel surya ialah pada lampu lalu lintas yang ada di setiap persimpangan jalan. Contoh lainnya, lampu-lampu pada papan iklan di sentra-sentra jalan protokol serta menara BTS juga memanfaatkan energi sinar matahari. Meski ramah lingkungan, biaya pengembangan dan pemasangan sel surya terbilang masih mahal. Karena itu tidak heran jika teknologi tersebut hanya bisa dimanfaatkan oleh beberapa pihak yang memiliki modal besar, seperti pihak swasta atau perusahaan BUMN. Biaya terbesar biasanya untuk pembuatan bahan silikon dan film anti-reflektif. Untuk itu beberapa penelitian mencoba mencari bahan semikonduktor lainnya sebagai pengganti, salah satunya oksida seng atau yang dikenal dengan ZnO nanopartikel. Dengan mengkreasikan film antireflektif dari zinc oxide di dalam sel surya, ongkos pembuatannya bisa ditekan.

ZnO nanopartikel adalah material semikonduktor yang menghasilkan luminisens biru sampai hijau-kuning yang cukup efisien. Sifat ini menjadikan ZnO sebagai material yang sangat potensial bagi pengembangan sumber cahaya putih (white light sources). Karena strukturnya yang kovalen, material oksida biasa disebut dengan keramik. Dalam bentuk lapisan tipisnya, material oksida ini transparan terhadap cahaya dikarenakan band gap-nya

2

yang moderate. Sifat konduktifnya (lebih tepatnya semikonduktif) diaplikasikan untuk transparent conducting oxide (TCO) pada layar LCD, LED, electrochromic windows (jendela yang bisa mengatur dirinya menjadi transparan-gelap) hingga lapisan pertama pada sel surya lapis tipis. Nanopartikel ZnO dapat dibuat dengan metode reaksi pada kondisi solid (solid-state reaction), metode sintesis dengan teknik aerosol, dan metode larutan-cair (liquid-solution). Reaksi pada kondisi padat dilakukan pada temperature tinggi memiliki keuntungan antara lain ZnO yang dihasilkan memiliki kemurnian dan kristalinitas yang baik. Tetapi ZnO yang dibuat dengan metode reaksi pada kondisi padat menghasilkan partikel dengan ukuran besar dan morfologi tidak teratur. Metode lainnya adalah dengan teknik aerosol. Dalam metode ini material/prekusor dicampur pada larutan pada level atomic. Dengan metode ini dapat diperoleh partikel berukuran nano dengan struktur berbentuk simetri heksagonal. Kelebihan metode ini adalah waktu yang diperlukan untuk memperoleh serbuk ZnO lebih singkat, akan tetapi membutuhkan energi yang besar dan resiko yang cukup tinggi karena menggunakan media pemanasan/pembakaran. Selain itu ukuran serta morfologi partikel ZnO yang dihasilkan kurang seragam, tergantung sempurna atau tidaknya pembakaran di setiap titik yang di-spray. Oleh karena itu, metode larutan-cair (liquid-solution) seperti sol-gel, hydrothermal, mikroemulsi, dan presipitasi telah diaplikasikan untuk membuat serbuk ZnO berukuran nanometer. Keuntungan dari metode ini adalah pengaturan morfologi serta ukuran ZnO yang cukup baik dan seragam, juga sudah berbentuk koloid, sehingga mudah untuk diambil lapisan tipisnya. Selain itu tidak membutuhkan banyak energi, dan prosesnya mudah dan aman dilakukan.

Salah satu metode sederhana untuk menghasilkan partikel ZnO dengan diameter di bawah 10 nm adalah hidrolisis zinc asetat yang pertama kali dikenalkan oleh Spanhel dan Anderson (1991). Dalam metode ini, ZnO koloid diproduksi dalam larutan etanol, dan diameter partikel ZnO yang dihasilkan dapat mencapai hingga di bawah 3 nm (saat mencampur prekursor).

3

I.2 Perumusan Masalah Dari uraian latar belakang di atas, maka dapat

dirumuskan permasalahan yang akan diselesaikan adalah melakukan eksperimen untuk preparasi lapisan film ZnO-silika nanokomposit dengan metode sol-gel sederhana dengan menambahkan silika dari bahan waterglass dan mengambil lapisan film tipisnya dengan teknik dip coating, serta mengetahui pengaruh perubahan konsentrasi larutan prekursor yang dalam penelitian ini digunakan LiOH.H2O dan Zn(CH3COO)2.2H2O, terhadap hasil coating lapisan film ZnO-silika nanokomposit yang dihasilkan.

I.3. Batasan Penelitian Penelitian ini menggunakan metode sol-gel untuk

preparasi film ZnO-silika nanokomposit, dengan peralatan utama yang terdiri dari peralatan distilasi, kolom resin anion dan kation, peralatan coating. Prekusor yang digunakan dalam penelitian ini adalah Zn(CH

3COO)

2.2H

2O, etanol, LiOH.H

2O, dan waterglass.

Sedangkan untuk teknik dip coating, substrat yang digunakan adalah kaca preparat.

I.4. Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk preparasi film ZnO-Silika

nanokomposit dengan metode sol-gel dan trapping dalam waterglass yakni berupa sol silika dan mengambil lapisan film tipisnya dengan teknik dip coating sederhana yang selanjutnya dimanfaatkan sebagai film anti-reflektif pada sel surya.

I.5. Manfaat Penelitian Dengan penelitian ini diharapkan dapat mengetahui pengaruh penggunaan sol silika sebagai media trapping film ZnOsilika nanokomposit dengan berbagai variabel yang dalam penelitian ini digunakan variabel konsentrasi Zn(CH3COO)2.2H2O dan LiOH.2H2O kemudian membandingkannya sehingga diperoleh kondisi terbaik dalam mendapatkan lapisan film ZnO-silika nanokomposit, yang

4

diharapkan mampu menekan biaya pembuatan film anti-reflektif sel surya yang mahal, dengan memanfaatkan koloid nanopartikel ZnO sebagai pengganti silikon dan titanium oksida.

I.6 Penelitian Terdahulu Penelitian sebelumnya adalah tentang sintesis koloid

nanopartikel dengan cara hidrolisis zinc acetate yang pertama kali dikenalkan oleh Spanhel dan Anderson (1991). Dalam metode ini, ZnO kolloid diproduksi dalam larutan etanol, dan diameter partikel ZnO yang dihasilkan dapat mencapai hingga di bawah 3 nm (saat mencampur precursor). Trapping ZnO dengan matriks silika sebelumnya telah diteliti oleh Abdullah (2004) dengan menggunakan prekursor TEOS (tetraethoxysilane). Sedangkan untuk teknik pengambilan lapisan film tipisnya digunakan metode dip coating sederhana dengan memanfaatkan perputaran jarum pada jam dinding. Substrat yang telah dililiti benang yang terhubung dengan jarum jam dinding dicelupkan ke dalam koloid nanopartikel. Kemudian tertarik perlahan dengan kecepatan 1 cm/jam. Nantinya diharapkan koloid nanopartikel tersebut membentuk lapisan film tipis di permukaan substrat. Pemanfaatan lapisan film tipis ZnO sebagai sel surya juga telah direkomendasikan oleh Ergin (2009), yang menyebutkan bahwa ZnO sangat cocok apabila digunakan sebagai pelengkap sel surya karena sifat-sifat optikalnya yang sangat mendukung.