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

Lisää tästä aiheesta

Nanocellulose bicycle Photo: Eeva Suorlahti
Yhteistyö, Tiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Tulevaisuuden kestäviä elämäntapoja esillä Otaniemessä

Yksi Helsinki Design Weekin päätapahtumista, Designs for a Cooler Planet, esittelee Aalto-yliopiston monialaisia tulevaisuuden ratkaisuja, kuten nanoselluloosapolkupyörän, mikrobikuulokkeet ja Ioncell-vaatteita.
Photoactive rod-like virus bundle schematic
Tiedotteet, Tutkimus ja taide, Yliopisto Julkaistu:

Virukset ja väriaineet voidaan valjastaa vedenpuhdistukseen

Aalto-yliopiston tutkijat kehittivät uuden tavan luoda viruspohjaisia materiaaleja. Tulevaisuudessa niitä voidaan hyödyntää muun muassa nanolääketieteessä ja ympäristöteknologiassa.
Kuvituskuva, jonka pohjana käytetty visualisointia eduskuntavaaleihin liittyvistä aihetunnisteista
Tiedotteet Julkaistu:

Suomalaiset jakoivat innottomasti bottien vaaleihin liittyviä tviittejä

Bottien yritykset vaikuttaa kevään vaaleihin jäivät vähäiseksi, paljastuu ELEBOT-hankkeen loppuraportista. Botit keskustelivat suhteessa tavallisia käyttäjiä enemmän tietyistä teemoista.
breakben aivomittausanturi kuvaaja marko havu
Tiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Aivokuvantamistekniikoiden yhdistelmä voi tarkentaa syöpädiagnostiikkaa

BREAKBEN-hankkeessa luodaan pohjaa entistä tarkemmalle aivokuvantamiselle.
  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu