Uutiset

Maailman ensimmäiset pikimustat aurinkopaneelit selvisivät tulikokeesta – matka tutkimuksesta teollisuuteen sujui vauhdilla

Talvivalonkin nappaavia paneeleita testattiin eurooppalaisten yliopistojen ja yritysten yhteisessä tutkimus- ja kehityshankkeessa.
Musta aurinkokenno

 

Pikimustat kennot ja niistä valmistetut paneelit selvisivät tuotantolinjoilta vahingoittumattomina.. Kuva: Hele Savinin tutkimusryhmä / Aalto-yliopisto

Vuonna 2011 Aalto-yliopiston professori Hele Savinin vetämä tutkimusryhmä keksi yhdistää nanorakenteen ja atomikerroskasvatuksen mustissa aurinkokennoissa. Neljä vuotta myöhemmin ryhmä rikkoi nanorakenteisten aurinkokennojen hyötysuhde-ennätyksen ja sai rahoituksen BLACK-hankkeelle, jonka tarkoituksena oli kehittää ja testata ennätyskennoja ja niistä tehtyjä aurinkopaneeleita teollisuuden tuotantolinjoilla.

Nyt yhdessä eurooppalaisten kumppaniyliopistojen ja teollisuuden kanssa toteutettu hanke on saatu päätökseen lupaavin tuloksin – ja otollisella hetkellä.

”Ajoituksemme osui nappiin – tänä vuonna musta pii on todella lyönyt läpi aurinkosähköteollisuudessa”, Savin kertoo ja korostaa että teollisuuden jo käyttämässä mustassa piissä on yhä paljon parantamisen varaa. Sen nanorakenteiden laakea muoto heikentää materiaalin optisia ominaisuuksia eli kykyä vangita valoa – joten siitä valmistetut kennotkaan eivät ole täysin mustia. Tämän vuoksi laakea nanorakenne vaatii toimiakseen erillisen heijastusta estävän kerroksen.

Savinin ryhmän valmistamassa mustassa piissä nanorakenteet ovat paljon syvempiä kuin teollisuuden käyttämässä mustassa piissä. Näin kennoihin saadaan optisesti täydellinen, oikeasti pikimusta pinta. Pintaa peittävä, atomikerroskasvatuksella tehty ohutkalvo takaa, että valon synnyttämät elektronit eivät pääse karkaamaan, mikä myös parantaa kennon hyötysuhdetta.

Robottien kourissa

Vaikka kennot olivat osoittaneet toimivuutensa laboratoriossa, niiden laskeminen tuotantolinjalle jännitti tutkijoita.

”Meitä huoletti, miten hauras rakenne selviäisi massatuotannosta ja etenkin robottien käsittelystä. Pelkäsimme, että viimeistään moduulivaiheen laminointi saattaisi murskata nanorakenteen”, Savin sanoo.

Huoli osoittautui turhaksi: kennot ja niistä valmistetut paneelit selvisivät tuotantolinjoilta vahingoittumattomina. Parhaat paneelit tuottavat sähköä yli 20 prosentin tehokkuudella. Tutkijat havaitsivat myös, että mustat kennot sietävät raaka-aineen epäpuhtauksia sinisiä standardikennoja paremmin ja ne myös säilyttävät tehonsa pidempään.

 

Teollisella tuotantolinjalla valmistettu kenno, joka ei tarvitse erillistä heijastusta estävää pinnoitetta. Kuva: Hele Savinin tutkimusryhmä / Aalto-yliopisto

Teollisen valmistuksen aloittaminen edellyttää myös kilpailukykyistä hintaa. Savinin mukaan teollisuuden käyttämä musta pii on jo kustannustehokas vaihtoehto.

”Syvien nanorakenteiden valmistaminen on kalliimpaa, mutta alustavat laskelmat osoittavat, että lopputuotteen suurempi teho riittää kompensoimaan eron.”

Syvän nanorakenteen ansiosta Savinin ryhmän kennot pystyvät nappaamaan fotonit myös hyvin alhaisesta tulokulmasta. Käytännössä tämä tarkoittaa, että kennot tuottavat sähköä pidemmän aikaa päivästä ja myös pimeinä vuodenaikoina.

Väitöskirjatutkija Toni Pasanen esittelee projektin päätulokset European Photovoltaic Solar Energy -konferenssissa Brysselissä syyskuun lopulla. Pasanen myös vastaanottaa konferenssissa palkinnon, joka myönnetään vaikuttavimmalle aurinkosähköalalla tehdylle tutkimustyölle.

BLACK-hanke oli osa Solar-ERANET-verkostoa, ja sitä rahoittivat EU ja Business Finland. Projektissa olivat mukana Universitat Politècnica de Catalunya Espanjasta, Solar World Innovations GmbH Saksasta sekä suomalaisyrityksistä Beneq, Naps Solar Systems, Cencorp, Okmetic ja Fortum.

Lisätietoja:

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

Toni P. Pasanen et al., ”Industrial applicability of AR-coating-free black silicon”, 35th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, September 24-28, 2018, Brussels, Belgium

Toni P. Pasanen et al., ”Elimination of light-induced degradation by black silicon” 35th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, September 24-28, 2018, Brussels, Belgium

Chiara Modanese et al., ” Dry-etched black silicon: A cost-effective production route for PERC solar cells”,  35th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, September 24-28, 2018, Brussels, Belgium

Toni P. Pasanen et al. “Black silicon significantly enhances phosphorus diffusion gettering”, Scientific Reports, 8, 1991:1–6 (2018).

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lue lisää uutisia

Book shelves in the library full of books
Yhteistyö, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Kurssikirjojen kirjoittaja ja tiedekirjailija – tiesitkö, että olet oikeutettu lainauskorvaukseen?

Kaikki tekijät, jotka ovat kirjoittaneet tekstiä teokseen, jota lainataan kirjastoista, ovat oikeutettuja lainauskorvaukseen.
Learning Centre graphics
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Aalto-sähköpostiosoite käyttöön Aalto-Primossa

Aalto-yliopiston opiskelijat ja henkilökunta voivat jatkossa käyttää Aalto-Primossa vain Aalto-sähköpostiosoitettaan.
Tilannekuvia siitä, miten hiukkaset muuttavat muotoaan prosessin eri vaiheissa niitten alkuperäisestä jakautumisesta lopputulokseen. Kuva: Aalto-yliopisto
Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Tutkijat keksivät, miten jäljitellä veden ja tuulen tapaa siirtää materiaaleja

Hiukkaset siirtyvät tärinälevyllä haluttuun muotoon energiakentän ja älykkään algoritmin avulla. Tulevaisuudessa menetelmää voisi hyödyntää esimerkiksi solujen lajittelussa sekä uusissa valmistusteknologioissa.
Frank Martela
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Talousmittarit eivät riitä – Suomi tarvitsee koetun hyvinvoinnin kunnianhimoista mittaamista

Bruttokansantuotteen kaltaisten talousmittarien ja hiilidioksidipäästöjen kaltaisten ympäristömittarien rinnalle tarvitaan hyvinvoinnin suorempaa mittaamista, kirjoittaa Frank Martela.