Uusia aurinkokennoja ihmetellään. Kuva: Valeriya Azovskaya, Aalto Materials Platform

Mahtavaa: aurinkokennojen elinikä voidaan jopa kymmenkertaistaa

Aurinkosähkö kasvattaa osuuttaan maailman sähköntuotannossa kovaa vauhtia. Uusia materiaaleja etsitään koko ajan, mutta yhtä lailla olisi tärkeää pidentää kennojen käyttöikää; nyt osa niistä menettää hyötysuhdettaan varsin nopeasti, mikä tekee investoimisesta aurinkokennoihin vähemmän kannattavaa. Suomalaistutkimus haluaakin parantaa kennojen ikääntymisen mittaamista.

Otsikkokuvassa Kati Miettunen (vas.) ja Armi Tiihonen (oik.) tutkivat tuoreita väriainekennoja ikääntymistesteihin käytetyllä ja kameramittauksiin soveltuvalla kennoalustalla.

Heistä 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.

Perovskiittiaurinkokennoissa on valoa sieppaavana osana kiderakenne, joka koostuu perovskiitista, kalsiumtitanaattia sisältävästä mineraalista. Perovskiittia sisältävät aurinkokennot ovat hyvin lupaavia, koska niillä on saavutettu jopa yli  20 prosentin hyötysuhteita. 

Ne ovat tällä haavaa varsin kalliita, mutta niistä on mahdollista kehittäää hyvinkin edullisia versioita tulevaisuudessa.

Korkeampi hinta ei myöskään haittaisi niin paljoa, jos tuore suomalaistutkimus auttaisi osaltaan pidentämään kennojen ikää kenties jopa kymmenkertaiseksi.


Juttu jatkuu mainoksen jälkeen

”Perovskiittiaurinkokennoja ei ole aikaisemmin tutkittu nopealla, matalan kynnyksen valokuvausmenetelmällä", kertoo Tiihonen.

"Menetelmällä havaittiin jo vähäinenkin perovskiitin hajoaminen, minkä vuoksi valokuvaus voi joissain tapauksissa korvata sitä perusteellisemman ja työläämmän röntgenkristallografiamittauksen.”

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.

Kennojen ikääntyminen pitää ymmärtää paremmin

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 hieman yli 20 prosenttiin. 

Kun ja jos laadukkaammilla ikääntymistesteillä voisi vielä pidentää perovskiitti- ja väriainekennojen elinikää olennaisesti, saataisiin niistä hyviä ja edullisia vaihtoehtoja perinteisille aurinkokennoille.

*

Juttu perustuu Aalto-yliopiston tiedotteeseen. Kuva: Valeriya Azovskaya, Aalto Materials Platform.



Juttuja samasta aiheesta