Väitös teknillisen fysiikan alalta, M.Sc. Azimatu Fangnon

Teknologisen kehityksen myötä energiantarpeemme kasvaa. Fossiiliset polttoaineet ovat tällä hetkellä suurin energianlähteemme, mikä on kestämätöntä ja merkittävä tekijä kasvihuoneilmiössä. Valtavan energiantarpeen täyttämiseksi meidän tulee etsiä kestävämpiä, edullisempia ja ympäristöystävällisempiä energianlähteitä. Kaikista uusiutuvan energian lähteistä aurinkoenergia on lupaavin johtuen suuresta määrästä auringon säteilyä maan pinnoilla. Edistääksemme aurinkoenergian käyttöönottoa meidän tulee tutkia kestäviä ja edullisia materiaaleja, jotka kykenevät sitomaan riittävästi auringon säteilyä. Perovskiitteja on tutkittu viimeisen vuosikymmenen aikana aurinkokennokäytössä ja ne ovat osoittautuneet lupaaviksi materiaaleiksi aurinkokennoteknologian kehittämiseksi.

Tämän tutkimuksen aiheena on mallinnuskäytännön määritteleminen tehokkaille ja vakaille perovskiittiaurinkokennoille. Perovskiittimateriaaleilla on todettu olevan piipohjaisiin aurinkokennoihin vertautuva korkea hyötysuhde. Ne ovat myös edullisia, kestäviä ja helppoja valmistaa matalissa lämpötiloissa. Nämä lupaavat aurinkokennomateriaalit kärsivät kuitenkin rakenteellisesta heikentymisestä altistuessaan kosteudelle, korkeille lämpötiloille ja hapelle. Tässä väitöskirjassa esittelen mallinnuskäytännön, joka tähtää perovskiittipintojen suojaamiseen näiltä olosuhteilta käyttäen suojaavaa pinnoitetta ja pitäen samalla hyötysuhteen korkeana. Tutkimus käsittää lupaavien pinnoitteiden tunnistamista ja tähtää perovskiittipintojen ja pinnoitteiden rajapintojen parempaan ymmärtämiseen. Työni esittelee yleisesti tunnettujen metallioksidien lisäksi epäorgaanisia materiaaleja, jotka tarjoamansa suojan lisäksi toimivat myös varausta kuljettavina materiaaleina aurinkokennoissa. Pintatutkimuksissa löysin perinteisten pintarakennemallien ohella vakaita uudelleenjärjestyneitä rakenteita. Pintojen ja rajapintojen tutkimuksissa ei esiintynyt energiaraossa olevia tiloja. Tulos on hyvä, sillä energiaraon tilat voivat johtaa ei-radiatiiviseen varausten uudelleenyhdistymiseen, mikä voi pienentää hyötysuhdetta. Toinen mielenkiintoinen tulos liittyy pinnoitteiden ominaisuuksien muuttumiseen rajapinnalla. Tämän työn havainnot toimivat lähtökohtana adsorbaattien ja kidevirheiden tutkimukselle tulevaisuudessa sekä perovskiittisten aurinkokennojen rajapintojen suunnittelulle.

Vastaväittäjä on professori Cesare Franchini, University of Vienna, Itävalta

Kustos on professori Patrick Rinke, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, teknillisen fysiikan laitos

Väittelijän yhteystiedot: [email protected], +358465415234

Väitöstilaisuus järjestetään kampuksella (Ekonominaukio 1, sali V002) ja Zoomissa. Linkki tilaisuuteen

Väitöskirja on julkisesti nähtävillä 10 päivää ennen väitöstä Aalto-yliopiston julkaisuarkiston verkkoriiputussivulla.

Elektroninen väitöskirja