Uusista puolijohdemateriaaleista joustavia ja edullisia aurinkokennoja

Paola Vivo vetää Hybrid Solar Cells -tutkimusryhmää Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa. Ryhmä pyrkii löytämään entistä ympäristöystävällisempiä ja tehokkaampia materiaaleja ja ratkaisuja aurinkosähkön valjastamiseen. Ryhmän tutkijat kehittävät mm. hybridiaurinkokennoja orgaanisista ja epäorgaanisista materiaaleista.

Aurinkokennojen tärkein valmistusmateriaali on tehokkaaksi tunnettu pii. Halidi-pervoskiittimateriaalit ovat edullinen vaihtoehto piille, ja Paola Vivo uskoo niissä piilevän valtavasti potentiaalia. Vivo on tutkinut perovskiittimateriaalien optoelekronisia ominaisuuksia ja niiden hyödyntämistä aurinkokennoissa viime vuosien ajan.

– Perovskiitti-aurinkokennot (PSC) ovat aurinkokennoteknologian merkittävin läpimurto sitten 1970-luvun. Vaikka ne löydettiin vasta muutamia vuosia sitten, niiden hyötysuhde on saatu kasvatettua jo yli 25 prosenttiin, joka lähentelee piikennojen tasoa. Ne ovat osoittautuneet myös tehokkaiksi, kevyiksi ja joustaviksi materiaaleiksi, Vivo sanoo.

Perovskiitti-aurinkokenno taipuu ranteeseen ja kodin julkisivuun

Halidi-perovskiitti-puolijohteilla on monia poikkeuksellisia optoelektronisia ominaisuuksia. Materiaalina ne taipuvat monille pinnoille, jopa kankaalle. Jos perovskiittikennojen vakautta onnistutaan kehittämään ja valmistusaineena käytettävälle myrkylliselle lyijylle löydetään vaihtoehto, niitä voidaan käyttää myös pienelektroniikan kuten älykellojen sekä IoT-sensorien voimanlähteenä. Talon julkisivua peittävä lähes huomaamaton aurinkokenno voi sekin olla tulevaisuudessa arkipäivää.

– Perovskiitin läpinäkyvyyttä ja väriä voidaan muuntaa kemiallisesti, joten sitä voitaisiin hyödyntää myös rakennuksiin integroituna pintana, joka on huomaamaton mutta silti täyttää jatkuvasti kasvavan energiantarpeen, Vivo pohtii.

Perovskiitistä valmistettuja aurinkokennoja ei vielä voi ostaa kaupasta. Perovskiitteja kehittävien yhtiöiden mukaan on kuitenkin mahdollista, että perovskiittikennoja saapuu markkinoille jo vuonna 2021.

Perovskiittiaurinkokennoissa ja niiden prosessoinnissa käytetään myrkyllistä lyijyä. Ryhmä on onnistunut suunnittelemaan jo useita lyijyttömiä perovskiittimateriaaleja, joita testataan parhaillaan. Ryhmä on äskettäin julkaissut uutta tina-germaniumseosta käsittelevän artikkelin arvostetussa tieteellisessä Angewandte Chemie -lehdessä. 

Apulaisprofessori haluaa tutkijaryhmänsä maailmanmaineeseen

Paola Vivo on juuri nimitetty materiaalitieteen ja ympäristötekniikan apulaisprofessoriksi (tenure track). Vivo näkee uuden urakuvion mahdollisuutena edistää perovskiittiaurinkokennojen tutkimusta.

– Apulaisprofessuuri antaa mahdollisuuden laajentaa tutkimusryhmää ja täydentää laitekantaamme. Tavoitteeni on nostaa ryhmämme kansainvälisesti tunnetuksi kestävien, vakaiden ja tehokkaiden aurinkosähköratkaisujen kehittäjinä, Vivo summaa.

Tulevaisuudessa Vivo haluaisi panostaa aurinkokennojen valmistusmateriaalin korkean hyötysuhteen lisäksi sen mekaaniseen vakauteen. Mekaanista kestävyyttä olisi hänen mukaan tarpeen tutkia jo aurinkokennolaitteiden suunnitteluvaiheessa.

– Materiaalin mekaaninen vakaus antaa vihjeitä siitä, millaisille pinnoille se sopii. Uusien materiaaliyhdistelmien löytämiseksi on tarpeen myös hyödyntää entistä enemmän tietokoneavusteisia menetelmiä kokeellisen tutkimuksen ohella, Paola Vivo pohtii.

Lisätiedot

Paola Vivo
puh. 044 340 7081
paola.vivo [at] tuni.fi (paola[dot]vivo[at]tuni[dot]fi)

Teksti: Anna Aatinen
Paola Vivon kuva: Jonne Renvall