Väitös kehittyneiden materiaalien ja fotoniikan alalta, DI Lassi Hällström

Väitöskirjan nimi: Computer simulations for designing green energy solutions

Tohtoriopiskelija: Lassi Hällström
Vastaväittäjä: Prof. Martijn Zwijnenburg, University College London, UK
Kustos: Prof. Ilkka Tittonen, Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu, elektroniikan ja nanotekniikan laitos

Väitöskirjassa tutkitaan tietokonesimulaatioita kahdesta erillisestä uusiutuvan energian tuotantomenetelmästä. Ensimmäinen on sähköntuotanto veden haihtumisesta seuraavasta vesivirtauksesta huokoisissa rakenteissa. Huokoisesta rakenteesta seuraa monifaasinen virtausdynamiikan ongelma, jossa sähköä tuottavan veden virtaus riippuu sekä materiaalin ominaisuuksista että toimintaympäristön olosuhteista. Väitöskirjassa osoitetaan, miten huolellisesti suunniteltu simulaatio voi paitsi toistaa kokeelliset tulokset joiden pohjalta malli on rakennettu, myös ennustaa käyttäytymistä, joka voidaan jälkeenpäin todentaa kokeellisesti. 

Toinen tutkimuskohde on valosähkökemiallinen vedyn tuotanto, jossa auringonvalo muunnetaan vedyksi yhdellä monoliittisella puolijohdekomponentilla ilman ulkoista sähköntuotantoa. Koska uusien materiaalien suunnittelussa ja elektrodien geometriassa hyödynnetään yhä enemmän nanokokoluokan ominaisuuksia, klassiseen fysiikkaan perustuvat mallit eivät ole enää tarkkoja. Väitöskirjassa tutkitaan klassisen teorian lisäksi puolijohde-elektrodien simuloimista kvanttimekaanisella formalismilla, jota on laajalti hyödynnetty aurinkokennojen ja transistorien simuloinnissa. Tutkimuksen tulokset osoittavat, että kyseistä mallia voidaan soveltaa valosähkökemiallisten laitteiden mallintamiseen, ja se kykenee tuottamaan merkittävästi parempia tuloksia kuin klassiseen fysiikkaan pohjautuvat menetelmät. 

Yleisesti väitöskirjassa esitetyt tutkimustulokset osoittavat, miten tietokonesimulaatiot voivat sekä auttaa ymmärtämään erilaisten energiantuotantolaitteiden toimintaa syvällisemmin, että tarjota kyvyn optimoida laitesuunnittelua tehokkuuden kasvattamiseksi. Tutkimuksen tuloksena syntyneitä tietokonemalleja voidaan hyödyntää sekä käytännönläheisessä tulevaisuuden energiantuotantomenetelmien suunnittelussa, että valosähkökemiallisen ilmiön ja huokoisten materiaalien perustutkimuksessa. 

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä): https://aaltodoc.aalto.fi/doc_public/eonly/riiputus/

Yhteystiedot:

Katso myös:
Sähkötekniikan korkeakoulun väitöskirjat: https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/53
Zoom pikaopas: https://www.aalto.fi/fi/palvelut/zoom-pikaopas