Ennätyskennot sopivat pohjoisiin olosuhteisiin

Mustat piikennot pystyvät vangitsemaan auringon säteilyä matalasta kulmasta.

Uusi hyötysuhde-ennätys tehtiin yhteistyössä Universitat Politècnica de Catalunyan kanssa Aalto-yliopiston professori Hele Savinin vetämän ryhmän valmistamilla mustilla piikennoilla. Niiden pintaa peittää atomikerroskasvatuksella tehty ohutkalvo, joka estää varauksenkuljettajien eksymisen kennon nanorakenteisiin. Juuri tätä varauksenkuljettajien pintarekombinaatioksi kutsuttua ilmiötä on pidetty mustien piikennojen ongelmana ja niiden vaatimattoman hyötysuhteen syynä.

Todistaakseen ohutkalvolla tehdyn passivoinnin toimivuuden Savin ja hänen kollegansa käyttivät ennätyskennoissa pintarekombinaatiolle erittäin herkkää rakennetta: paksuja sormilomitettuja kennoja, joissa kontaktit ovat kennon takapuolella. Pinnan lähellä olevat auringonvalon fotonit saatiin niillä talteen ja muutettua sähköksi 96 prosentin todennäköisyydellä, kun tämä niin kutsuttu kvanttihyötysuhde on jäänyt mustissa kennoissa aikaisemmin reilusti alle 50 prosenttiin. Koko auringon spektrillä mustien kennojen hyötysuhde-ennätykseksi saatiin 22,1 prosenttia, joka on yli kolme prosenttiyksikköä parempi kuin ryhmän entinen ennätys 18,7 prosenttia.  Mittaukset sertifioitiin Fraunhoferin kalibrointilaboratoriossa, ja tulokset esiteltiin 18. toukokuuta 2015 Nature Nanotechnology -julkaisussa.

Pohjoisiin olosuhteisiin

Hele Savin korostaa, että aurinkokennoissa pitäisi tarkastella muutakin kuin hyötysuhdetta. Mustat piikennot pystyvät esimerkiksi vangitsemaan auringon säteilyä matalasta kulmasta, mitä ei oteta huomioon virallista hyötysuhdetta määritettäessä.  Siksi ne voivat tuottaa enemmän sähköä jo yhden päivän aikana.

Talvisessa Helsingissä mustat piikennot tuottavat perinteisiä kennoja selvästi enemmän sähköä.

”Tämä on etu varsinkin pohjoisessa, jossa aurinko paistaa ison osan vuodesta matalalta. Osoitimme, että talvisessa Helsingissä mustat piikennot tuottavat perinteisiä kennoja selvästi enemmän sähköä, vaikka niiden hyötysuhteet olisivat samat”, Savin kertoo.

Lähitulevaisuudessa ryhmä aikoo kokeilla mustan piin käyttöä myös muissa rakenteissa – erityisesti ohuissa ja monikiteisestä piistä valmistetuissa kennoissa.

”Ennätyskennomme on tehty boorilla saostetusta piistä, piistä, jonka ongelmana on epäpuhtauksista johtuva materiaalin heikkeneminen.  Fosforilla saostettuun piihin siirtymällä voimme varmasti parantaa hyötysuhdetta entisestään”, Savin kertoo tyytyväisenä.

Viime vuonna valmistettujen ennätyskennojen kehitys jatkuu yhteistyössä teollisuuden kanssa BLACK-nimisessä EU-projektissa.

”Parhaiden tutkimuksessa käyttämiemme kennojen pinta ala oli jo 9 cm2. Siitä on hyvä jatkaa kokonaisiin kiekkoihin ja aina teollisuusmittakaavaan asti.”

Lisätietoja:

Professori Hele Savin
[email protected]
puh. 050 541 0156

Julkaisu: 22.1% efficient black silicon solar cells with interdigitated back-contacts. Hele Savin, Päivikki Repo, Guillaume von Gastrow, Pablo Ortega, Eric Calle, Moises Garín and Ramon Alcubilla. Nature Nanotechnology.

Linkki julkaisuun http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2015.89.html