4/2010

Aurinkosähkön läpimurto lähestyy

Helge Lemmetyinen

Aurinkokennoissa tapahtuvia reaktioita tutkitaan nopealla
spektroskopialla, jonka mittaustarkkuus on jopa 100 femtosekuntia.

Aurinko säteilee maanpinnalle puolessatoista tunnissa sen energiamäärän minkä ihmiskunta kuluttaa vuodessa. Tutkijat ympäri maailmaa uskovatkin vahvasti aurinkoon tulevaisuuden energialähteenä. TTY:ssä aurinkoenergiatutkimusta tehdään tiiviissä kansainvälisessä yhteistyössä.

- Maailman ensimmäiset aurinkokennot valmistettiin 50 vuotta sitten. Niistä ajoista on otettu isoja kehitysaskelia, mutta paljon on vielä ratkaisematta. Suurin haaste on aurinkokennojen kehittäminen sellaisiksi, että niiden valmistaminen massatuotannolla on mahdollista, kertoo professori Helge Lemmetyinen TTY:n kemian ja biotekniikan laitokselta.

Maailman suurin teknologiapalkinto, Millennium-palkinto, myönnettiin viime keväänä sveitsiläiselle Michael Grätzelille. Hänen kehittämässään aurinkokennossa hinnan ja suorituskyvyn suhde on jo järkevällä tasolla.

- Palkinto meni oikeaan osoitteeseen! Sen myöntäminen kennotutkimukselle on myös kannanotto aurinkoenergian puolesta, kun etsitään uusia energialähteitä fossiilisten polttoaineiden tilalle, Lemmetyinen sanoo.

Helge Lemmetyisen valokemian ryhmä on tehnyt aurinkoenergiatutkimusta TTY:ssä jo 90-luvun puolivälistä lähtien. Tälläkin hetkellä ryhmässä on menossa seitsemän erilaista alan hanketta.

- Teemme perustutkimusta, mutta tähtäämme sovelluksiin. Siksi olemme mukana taloudellisesti edullisia ja tehokkaita aurinkokennoja kehittävässä kansainvälisessä tutkijayhteisössä, johon myös Grätzel ryhmineen kuuluu.

Yhteisössä raportoidaan tuloksista aktiivisesti, sillä ongelma on ratkaistavissa vain kansainvälisellä tutkimusyhteistyöllä. On kuin poimisimme marjoja yhteiseen vasuun, hän vertaa.

Fotoniikka on osa arkea

Aurinkokennotutkimus kuuluu fotoniikan alaan, jossa tutkimuskohteena on valon vuorovaikutus aineen kanssa, valon tuottaminen ja havaitseminen sekä sen kulun ohjaaminen. Fotoniikkaan luetaan optiikka ja optoelektroniikka.

Tyypillisiä fotoniikan sovelluksia aurinkopaneelien ja -kennojen lisäksi ovat esimerkiksi erilaiset näytöt, laserlaitteet, viivakoodinlukijat, CD- ja DVD-laitteet, optiset kuidut ja ledit.

Euroopan komissio on määritellyt fotoniikan Euroopan strategiseksi avainteknologiaksi. Fotoniikka, erityisesti nanorakenteisten materiaalien optisia ominaisuuksia tutkiva nanofotoniikka, on yksi nopeimmin kasvavista tieteenaloista.

TTY:ssä fotoniikkaa tutkitaan kemian ja biotekniikan laitoksella, fysiikan laitoksella sekä Optoelektroniikan tutkimuskeskuksessa (ORC).

Fotoniikan tutkimus fysiikan ja kemian laitoksilla on lähinnä perustutkimusta. ORC tekee tiivistä yhteistyötä teollisuuden kanssa ja pyrkii nopeisiin sovelluksiin. ORC:ssa kehitetään muun muassa puolijohdepohjaisia aurinkokennoja, joiden hyötysuhde on erittäin korkea.

Mallia luonnon omista mekanismeista

Tulevaisuudessa aurinkokennot keräävät kotitalouksien tarvitsemaa energiaa esimerkiksi rakennusten seinäelementeissä. Visio vaatii kehittämään vaihtoehtoja perinteisille piipohjaisille aurinkokennoille, joiden valmistaminen on kallista ja prosessi aikaa vievää.

Nykyisen tutkimuslinjan mukaisesti ratkaisua etsitään luonnonmukaisesta valon ja materiaalin vuorovaikutuksesta.

- Orgaanisista materiaaleista valmistetut kennot muuttavat auringon säteilyn sähkövirraksi jäljittelemällä fotosynteesiä eli kasvien yhteyttämistä. Tämä on myös väriaineella uutetun, titaanioksidista valmistetun Grätzel-kennon idea. Ratkaisu on lupaava, mutta kennoteknologia on vielä varhaisessa kehitysvaiheessa, Lemmetyinen kertoo.

Helge Lemmetyisen johtama uusin hanke, Uusia valoaktiivisia materiaaleja orgaanisiin aurinkokennoihin, sai keväällä Suomen Akatemialta 360 000 euron rahoituksen. Hankkeessa tutkitaan molekyylirakenteiden, valofysiikan ja valosähköilmiön keskinäisiä yhteyksiä. Tutkimukseen osallistuu Kioton yliopisto, jonka valokemian ryhmän kanssa Lemmetyisen ryhmä on tehnyt yhteistyötä pitkään.

- Olemme valmistaneet aurinkokennoja, joiden hyötysuhde on 6,5 prosenttia. Hankkeen tavoitteena on hyötysuhteen tuplaaminen, jolloin aurinkoenergia olisi jo kilpailukykyinen muiden energiamuotojen kanssa, Lemmetyinen sanoo. 

Tiesitkö, että...

Suomen Akatemiassa on meneillään Fotoniikka ja modernit kuvantamismenetelmät -tutkimusohjelma (2010-2013). Sen tavoitteena on nostaa fotoniikka Suomen kansainvälisesti parhaiten menestyvien tutkimusalojen joukkoon. Ohjelman kolmestatoista hankkeesta TTY on mukana kuudessa. Suomen Akatemia rahoittaa ohjelmassa myös kansainvälisiä yhteishankkeita. Professori Helge Lemmetyisen johtaman aurinkokennohankkeen lisäksi 360 000 euron rahoituksen sai TTY:n fysiikan laitoksen professorin Martti Kaurasen ryhmä aiheenaan metalli-dielektriset hybridimateriaalit ultranopeiden pulssien paikallista, ajallista ja spektraalista kontrollia varten. Tutkimuskumppanina sillä on tokiolainen laserinstituutti.


Teksti ja kuva: Päivi Eskelinen

Kerro kaverille
Ennätysmäärä insinöörejä ja arkkitehteja valmistuu TTY:ltä
Ennätysmäärä insinöörejä ja arkkitehteja valmistuu TTY:ltä
4/2010
Ennätysmäärä insinöörejä ja arkkitehteja valmistuu TTY:ltä
Roistoaallon prototyypin jäljillä
Roistoaallon prototyypin jäljillä
4/2010
Roistoaallon prototyypin jäljillä
CCS-menetelmä antaa jatkoaikaa hiilenpoltolle
CCS-menetelmä antaa jatkoaikaa hiilenpoltolle
4/2010
CCS-menetelmä antaa jatkoaikaa hiilenpoltolle
Pyörällä päästään Euroopassa - miksei Suomessakin?
Pyörällä päästään Euroopassa - miksei Suomessakin?
4/2010
Pyörällä päästään Euroopassa - miksei Suomessakin?
Putkien peruskorjauksen puolesta
Putkien peruskorjauksen puolesta
4/2010
Putkien peruskorjauksen puolesta
Kenian vesihuolto uudistuu TTY:n opeilla
Kenian vesihuolto uudistuu TTY:n opeilla
4/2010
Kenian vesihuolto uudistuu TTY:n opeilla
Professori Sirpa Jalkanen TTY-säätiön hallitukseen
Professori Sirpa Jalkanen TTY-säätiön hallitukseen
4/2010
Professori Sirpa Jalkanen TTY-säätiön hallitukseen
Professorit lahjoittivat TTY:n säätiöpääomaan
Professorit lahjoittivat TTY:n säätiöpääomaan
4/2010
Professorit lahjoittivat TTY:n säätiöpääomaan
Korkea opetuksen laatu ja huippututkimus edellyttävät investointeja
Korkea opetuksen laatu ja huippututkimus edellyttävät investointeja
4/2010
Korkea opetuksen laatu ja huippututkimus edellyttävät investointeja
Tiivistelmä rehtori Kivikosken avajaispuheesta
Tiivistelmä rehtori Kivikosken avajaispuheesta
4/2010
Tiivistelmä rehtori Kivikosken avajaispuheesta
 
4/2010
 
4/2010

Tampereen teknillinen yliopisto on teknologisen kehityksen tiennäyttäjä sekä tutkimusmaailman ja elinkeinoelämän yhteistyökumppani. Yliopistosta valmistuu haluttuja osaajia yhteiskunnan eri aloille.

Käyntiosoite:
Korkeakoulunkatu 10,
33720 Tampere

Postiosoite:
PL 527, 33101 Tampere

Puhelinvaihde:
03 311 511
ma–pe kello 8–16.15
kesällä ma–pe 8–15.45

Virallinen sähköpostiosoite:
tty.asiointi@tut.fi