Uudenlaisten aurinkokennojen elinikä voidaan jopa kymmenkertaistaa väitöstutkimuksen menetelmillä

Uudenlaiset aurinkokennot menettävät tehoaan, koska niiden ikääntyessä elektrolyytti vaalenee, ja sähköiset varaukset eivät liiku kennossa enää kunnolla.
Kati Miettunen (vas.) ja Armi Tiihonen (oik.) tutkivat tuoreita väriainekennoja ikääntymistesteihin käytetyllä ja kameramittauksiin soveltuvalla kennoalustalla. Kuva: Valeriya Azovskaya, Aalto Materials Platform.

Armi Tiihonen väitteli Aalto-yliopistolla 6.4.2018 uudenlaisten väriaineherkistettyjen ja perovskiittiaurinkokennojen ikääntymiseen liittyvistä tekijöistä. Väitöskirjassa on kehitetty keinoja aurinkokennojen eliniän lisäämiseen sekä esitetty, miten ikääntymistestejä voisi parantaa.

”Perovskiittiaurinkokennoja ei ole aikaisemmin tutkittu nopealla, matalan kynnyksen valokuvausmenetelmällä. Menetelmällä havaittiin jo vähäinenkin perovskiitin hajoaminen, minkä vuoksi valokuvaus voi joissain tapauksissa korvata sitä perusteellisemman ja työläämmän röntgenkristallografiamittauksen”, kuvailee tohtorikoulutettava Armi Tiihonen.

Röntgenkristallografiamittauksen ajankohta voidaan valita valokuvaustulosten perusteella. Jos kuvaamalla ei havaita muutoksia kennoissa, niiden röntgenkristallografiamittausta voi lykätä. Valokuvaamalla voi myös saada jopa luotettavamman tuloksen kuin esimerkiksi optisilla mittauslaitteilla.

Menetelmä perustuu värimuutoksiin, joita ikääntyminen usein aiheuttaa kennossa. Esimerkiksi väriainekennoissa, joissa on voimakkaan keltaista jodia sisältävää elektrolyyttiä, ikääntyminen muuttaa elektrolyyttiä läpinäkyvämmäksi. Samoin perovskiittikennoissa tumman perovskiitin hajoaminen muuttaa kennoa keltaisemmaksi. Kun muutokset mitataan, ikääntymistä voidaan seurata kvantitatiivisesti.

Valokuvaus voi olla hyödyllistä molempien aurinkokennotyyppien teollisessa tuotannossa, koska kuvaamalla havaitaan kennojen ikääntymismuutokset nopeasti ja edullisesti.

Väitöstyössä on analysoitu laajasti perovskiitti- ja väriaineherkistettyjen aurinkokennojen ikääntymistestejä, joissa ilmeni vakavia puutteita. Tutkimus sisältää myös keinoja kasvattaa kennojen elinikää hidastamalla elektrolyytin vaalenemista.

”Ikääntymismekanismin ymmärtäminen on erittäin tärkeää. Kennorakennetta ja elektrolyyttiä muokkaamalla olemme pystyneet jopa kymmenkertaistamaan aurinkokennojen eliniän”, painottaa dosentti Kati Miettunen.

Tutkimuksessa vertailtiin jodi- ja kobolttielektrolyyttejä, ja havaittiin ikääntymisen hidastuvan varauksenkuljettajaa vaihtamalla. Jodielektrolyytit eivät olekaan kobolttia kestävämpiä, kuten on uskottu.

”Tutkimme ympäristötekijöiden vaikutusta elektrolyytin vaalenemiseen ja kennojen ikääntymiseen. Epäpuhtauksien, kuten veden, vähentäminen tai UV-valon suodattaminen ovat tärkeitä, mutta niistä saatu hyöty jäi oletettua pienemmäksi”, lisää Tiihonen.

Väriainekennoilla on laajat sovellusmahdollisuudet, sillä niitä voidaan tehdä monista eri materiaaliyhdistelmistä ja useissa väreissä. Perovskiittikennot taas herättävät innostusta nopean kehityksensä vuoksi: niiden hyötysuhde on vuosikymmenessä jo lähes kymmenkertaistunut noin 20 prosenttiin.

Armi Tiihonen, Kati Miettunen, Janne Halme ja Peter Lund ovat tutkimustyönsä ohessa aktiivisesti esittäneet parannusehdotuksia alan tutkimukseen. Viimeksi he ovat julkaisseet vastineen Science-lehdessä, jossa he esittävät, että nykyistä laadukkaammilla ikääntymistesteillä voisi pidentää perovskiitti- ja väriainekennojen elinikää.

Lisätietoja:

Armi Tiihonen
Tohtorikoulutettava
Aalto-yliopisto
[email protected]
p. 050 4683431

Kati Miettunen
Dosentti
Aalto-yliopisto
[email protected]
p. 050 3441729                 

Väitöskirja

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lisää tästä aiheesta

Aalto-yliopiston vesitutkimus
Tiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Suomalaisyrityksistä maailman vesivastuullisimmat – uusi tiekartta näyttää suunnan

Aalto-yliopiston, Luonnonvarakeskuksen ja VTT:n maa- ja metsätalousministeriön rahoituksella laatiman tiekartan tavoitteena on, että suomalaisyritykset ovat vuonna 2030 vesivastuullisimpia maailmassa.
Illustration on beige background: two students painting a big yellow lightbulb.
Tiedotteet, Opinnot Julkaistu:

Hae Aalto Thesis -projektiin: HSL - Ohjelmistotuotanto 2.0!

Aalto Thesis -ohjelman projektihaku maistereille on auki. Lue lisää HSL:n projektista ja hae mukaan!
Tiina Tuurnala, Alumna of the Year 2019, School of Engineering
Nimitykset, Tiedotteet Julkaistu:

Tiina Tuurnala Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulun Vuoden alumni 2019

”Nykyinen tehtäväni on mahtava näköalapaikka, jossa voin yhdessä muiden toimijoiden kanssa tehdä työtä kohti nollapäästöistä merenkulkua.”
Materiaali pohjautuu keväällä järjestettyyn kiiteltyyn luentosarjaan. Tekijät toivovat mukaan erityisesti nuoria, sillä heidän arjessaan sosiaalinen media on tiiveimmin mukana ja neljännes nuorista on joutunut kiusatuksi somessa.
Tiedotteet Julkaistu:

Ilmainen opiskelupaketti someilmiöistä: Mitä jokaisen tulisi tietää verkkohäiriköinnistä, someriippuvuudesta ja valeuutisista?

Materiaali pohjautuu kiiteltyyn luentosarjaan. Tekijät toivovat mukaan erityisesti nuoria, sillä heidän arjessaan sosiaalinen media on tiiveimmin mukana ja neljännes nuorista on joutunut kiusatuksi somessa.