Aurinkoenergia ja väriainekennot
17.11.2010
Aalto-yliopistossa tutkitaan kustannustehokasta tapaa aurinkoenergian hyödyntämiseen.
Noin neljännes maailman väestöstä on sähkön ulottumattomissa. Aurinkoenergiaa, ihanteellisen hiilivapaata, uusiutuvaa energiamuotoa on käytettävissä maailman jokaisessa kolkassa. Suurimmat aurinkoenergian käyttömahdollisuudet ovat alueilla, joissa energiankulutus kasvaa voimakkaimmin. Aurinkopaneelien leviämistä vaikeuttaa eniten paneelien kalliit valmistusmenetelmät. Nykyinen aurinkokennoissa käytettävä lasialusta ei ole kaikkein helpoimpia käsiteltäviä.
Teknillisessä korkeakoulussa on vuodesta 2002 kehitetty sähköä tuottavia väriaineaurinkokennoja. Kehitystyössä pyritään tuottamaan edullisista materiaalista valmistettavia kennoja, joiden valmistaminen lisäksi käy helpoilla menetelmillä. Kennot voidaan lisäksi valmistaa taipuisille alustoille. Kennojen toiminta perustuu säädeltävän nanomateriaalin käyttöön.
Professori Peter Lundin johtamissa uusiutuvien energialähteiden tutkimusyksikössä on tutkittu muun muassa energian talteenoton tehoon vaikuttavan titaanidioksidikerroksen optimaalista koostumusta. Lisäksi tutkimusyksikkö on selvittänyt kennojen pysyvyyteen vaikuttavia seikkoja.
Sähköä näissä rakenteeltaan kerrosvoileipää muistuttavissa väriaineaurinkokennoissa syntyy, kun nanokokoisten titaanidioksidipartikkelien pintaan kiinnittyneet väriainemolekyylit virittyvät auringon säteilyn fotonien osuessa niihin. Elektronit siirtyvät titaanidioksidikerrokseen, josta virta kulkee metalli-, muovi- tai lasialustan kautta ulkoiseen piiriin hyödynnettäväksi sähköksi.
Tekniikan tohtori Kati Miettusen aurinkokennotutkimus on vienyt nopeasti alan huipulle.
Miettunen tutki vuonna 2009 valmistuneessa väitöstyössään väriainekennon alustamateriaaleja kohteenaan ruostumaton teräs. Hänen tutkimusryhmässään työskentelee neljä jatko-opiskelijaa ja muutama diplomityöntekijä.
- Tutkimme nyt terästä keveämpiä ja taipuisampia materiaaleja kennojen alustaksi. Lisäksi testaamme muovin soveltuvuutta metallielektrodin vastapariksi. Muovia tutkimme, koska valoon reagoiva aine on elektrodien välissä. Toisen kennoseinän pitää olla läpinäkyvä, sillä jostain valon pitää päästä kennon sisään, Miettunen kertoo.
- Tutkimme myös minkälainen metalli kestäisi kennossa mahdollisimman pitkään. Olemme kokeilleet eri metalleja sekä valo- että vastaelektrodina. Jo pari hyvää ja toimivaa metallia on löytynyt.
- Oleellinen osa työn menestymistä on ollut uusien, edullisten tutkimusmenetelmien kehittäminen. Niistä olemme saaneet tosi hyvää palautetta kollegoilta maailmalla.
Miettusen aurinkoenergiasta väitelleitä tutkijakollegoita ovat Janne Halme ja Minna Toivola, jotka omissa väitöskirjatutkimuksissaan ovat kehittäneet kennojen valmistustekniikkaa sekä selvittäneet mikä rajoittaa taipuisien väriaineaurinkokennojenhyötysuhdetta.
- Aalto-yliopiston tenure trackit tulivat kannaltani loistosaumaan, Miettunen kertoo urasuunnitelmista. Mutta ensin hän on lähdössä vuodeksi Lontooseen Imperial Collegeen työskentelemään alan huippujen kanssa. Lontoossa yksi tulevista kollegoista on Dr. Brian O’Regan, joka on toinen väriaineurinkokennon alkuperäisistä kehittijöistä professori Michael Grätzelin ohella. Professori Michael Grätzelille myönnettiin väriherkistettyjen aurinkokennojen tutkimuksesta vuoden 2010 Millenium-teknologiapalkinto.
Lisätietoa:
Teksti: Eeva Pitkälä
Kuva: Janne Halme
