Aurinkovoima on oleellinen osa päästövapaata energiantuotantoa nyt ja tulevaisuudessa. Nykyisellään maailmanlaajuinen aurinkovoimakapasiteetti on noin 1000 GW, ja alan tavoitteena on viisinkertaistaa kapasiteetti vuoteen 2030 mennessä.
Tällä hetkellä valtaosa kaikesta aurinkovoimasta tuotetaan perinteisillä piipaneeleilla. Erittäin korkean hyötysuhteen erityissovelluksiin käytetään yhdistepuolijohteista valmistettuja tehokkaita moniliitosaurinkokennoja, joita sovelletaan muun muassa avaruustekniikassa. Moniliitoskennoissa käytetään useammasta puolijohdeliitoksesta koostuvaa kerrosrakennetta, jolloin saadaan kerättyä energiaa piitä laajemmalta aallonpituusalueelta ja pienemmillä häviöllä. Yhteistä eri kennoratkaisuille on tarve hyödyntää niille osuva auringonvalo mahdollisimman hyvin.
– Sellaisenaan paljas puolijohteen pinta heijastaa jopa 30 % saapuvasta auringonvalosta, joka pienentää kokonaishyötysuhdetta. Tästä johtuen useimmissa aurinkokennoissa käytetään erilaisia heijastuksenestopinnoitteita, Jarno Reuna kertoo.
Väitöstutkimuksessaan Reuna on keskittynyt kehittämään heijastuksenestopinnoitteita nimenomaan korkean hyötysuhteen III–V moniliitoskennoille. Ne hyödyntävät auringonvaloa ultraviolettisäteilystä näkyvän aallonpituusalueen yli lähi-infrapunaan asti. Näin leveän spektrin hyödyntäminen vaatii laajakaistaisemman heijastuksenestopinnoitteen kuin perinteisillä pinnoitteilla voidaan saavuttaa. Väitöstutkimus on tehty osana ERC-rahoitettua AMETIST-projektia, jonka tavoitteena on ylittää 50 %:n hyötysuhde III–V moniliitoskennolla.
– Vaihtoehtoisina tapoina kehittää heijastuksenestopinnoitteita on lisätä ohutkalvokerrosten lukumäärää tai hyödyntää nanokuvioitua pintaa. Työssäni yhdistin nämä kaksi menetelmää, jolloin heijastusta saatiin matalammaksi entistä laajemmalta aallonpituusalueelta, hän toteaa.
Kehitetty konsepti on helposti skaalautuva ja tarpeeksi laajakaistainen yhä tehokkaammille moniliitosaurinkokennoille. Nanopinnoitteen kestävyysominaisuuksia on pyritty parantamaan ja niitä on tutkittu ja testattu yhteistyössä Tampereen yliopiston materiaaliopin Jäälaboratorion kanssa.
DI Jarno Reunan teknillisen fysiikan alaan kuuluva väitöskirja Advanced Functional Antireflection Coatings for Broadband Multijunction Solar Cells tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa perjantaina 2.12.2022 kello 12 Hervannan kampuksella Sähkötalo-rakennuksen salissa SA203 (S2) (Korkeakoulunkatu 3, 33720 Tampere). Vastaväittäjänä toimii emeritus professori Jouko Korppi-Tommola Jyväskylän yliopistosta. Kustoksena toimii professori Mircea Guina Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnasta.
Tutustu väitöskirjaan verkossa.
Kuva: Antti Tukiainen