2/2017

Kestävää, edullista, joustavaa

Suomen Akatemian tutkijatohtori Paola Vivo kehittää Hybrid Nano -hankkeessaan aurinkokennoja, jotka ovat edullisia ja niin joustavia, että niitä voitaisiin valmistaa vaikka kankaalle. Kaupallistamisen haasteena ollut kestävyys paranee tutkijoiden käsissä kovaa vauhtia.

Paola Vivo

 

Puhdastilatamineisiin sonnustautunut Suomen Akatemian tutkijatohtori Paola Vivo pitelee kädessään mittausvalmista perovskiittiiaurinkokennoa. – Tutkijan työssä on parasta se, että pääsee tarttumaan haasteisiin ja ratkaisemaan ongelmia. Ei ole tylsiä päiviä, Vivo sanoo.

 

KUKA? Paola Vivo (s. 1980)

  • Koulutus:
    Tekniikan tohtori 2010, Tampereen teknillinen yliopisto
    Luonnontieteiden maisteri 2005, Universita’ degli Studi di Napoli Federico II, Italia
  • Syntynyt Napolissa, Italiassa. Asuu Lempäälässä perheensä kanssa.
  • Harrastukset:
    “Kesäisin nautin erilaisista ulkoilma-aktiviteeteista Suomen kauniilla maaseudulla. Talvisin harrastan mieluummin sisälajeja, kuten pianonsoittoa ja lukemista.”
 

Hybrid Nano -tutkimustiimin puhdastilalaboratorioon TTY:llä ei marssita noin vain: nanoteknologiaa kehitettäessä pölyn on pysyttävä poissa. Siispä päälle asuntonäytöiltä tutut tossut ja haalarit. Myssy, hengityssuoja, päällystossukat, kumihanskat.

– Laita vielä huppu päähän, opastaa tutkijatohtori Paola Vivo ja lähtee esittelemään tutkimustaan.

Vuodesta 2013 pyörineen Hybrid Nano -projektin keskiössä on ollut hybridiaurinkokennojen kehittäminen orgaanisista ja epäorgaanisista materiaaleista. Hybrid Nanon sisällä Paola Vivo päätti vuonna 2015 keskittyä kehittämään perovskiittiaurinkokennoja (PSC), jotka ovat viime vuosina olleet aurinkokennomaailman kuumimpia aiheita. Tutkijat ympäri maailmaa työskentelevät niiden parissa ja kehitys on nopeaa.

– Perovskiittikennot ovat aurinkokennoteknologian merkittävin läpimurto sitten 1970-luvun. Muutamassa vuodessa niiden hyötysuhde on saatu nousemaan parista prosentista lähelle nykyisten piikennojen tasoa, jopa yli 22 prosenttiin, Vivo sanoo.

Pituutta elinkaareen

Puhdastiloissa Vivo yhteistyökumppaneineen valmistaa PSC-kennoja alusta lähtien ja tutkii keinoja parantaa niiden vakautta ja kokeiden toistettavuutta. Materiaalina metallihalidiperovskiitilla on poikkeuksellisia optoelektronisia ominaisuuksia, kuten voimakas fotoluminesenssi. Lisäksi perovskiittikennot ovat tehokkaita, kevyitä, joustavia ja piihin verrattuna hyvin edullisia.

– Kääntöpuolena on perovskiitin huono kestävyys. Sen elinkaari on usein alle vuoden, mikä on toistaiseksi vaikeuttanut käytännön sovellusten kehittämistä. Haaveenani on onnistua tekemään näistä aurinkokennoista yhtä vakaita kuin perinteiset piikennot, Vivo sanoo.

Vivon tutkimustyön apuna on ollut yhteistyökumppaneita Åbo Akademista, Aalto-yliopistosta ja eurooppalaisista avainryhmistä, ja heidän avullaan onkin onnistuttu valmistamaan erittäin hyviä perovskiittikennoja. Niiden korkein hyötysuhde on jo 15 prosenttia ja kestävyyskin on parantunut erittäin paljon.

– Tuloksemme ovat erittäin hyviä ja kilpailukykyisiä monien muiden ryhmien kanssa, etenkin kun otetaan huomioon, että meillä on käytössämme melko yksinkertaiset ympäröivässä ilmassa toimivat laitteistot eikä vakuumilaitteistoa. Kosteus on suurin haaste PSC-kennojen valmistuksessa ja sen poistaminen tehokkaammilla laitteilla auttaisi perovskiitin kiteytymisprosessin kontrolloinnissa ja kennon tehokkuuden parantamisessa. Odotan innolla, että TTY:llekin saadaan uudet laitteistot tähän tarkoitukseen – täällähän on jo aurinkokennotutkijoiden käytössä huipputason keinoaurinko, Vivo sanoo.

Kosteutta tosiaan on ilmassa. Suojavaatteiden kanssa pyrkii kameran etsinkin huurtumaan.

Puhdastilojen tarkoille suojatoimille on pölyn lisäksi toinenkin syy: PSC-kennojen valmistuksessa käytetään lyijyä, joka on myrkyllistä. Vivo kuitenkin uskoo, että lyijyongelmaan keksitään pian ratkaisu.

– Olen lukenut julkaisuja tutkimuksista, joissa on kehitelty lyijylle korvaavia aineita tai kapseloitu lyijy siten, ettei se pääse karkuun rakenteesta. Näillä ratkaisuilla ei vielä saada aikaan yhtä tehokkaita kennoja kuin lyijyn avulla, mutta asiaa työstetään koko ajan.

Reppu lataa akut

Uuden PSC-teknologian erilaiset käytännön sovellukset kiehtovat Paola Vivoa. Hän on käynyt eri alojen yrityksissä keskustelemassa perovskiittikennojen sovellusmahdollisuuksista. Kunhan PSC-kennojen kestävyyshaasteet on selätetty, vain mielikuvitus on rajana niiden käytölle.

Perovskiittikennot ovat erityisen hyödyllisiä sellaisissa tehokkuutta vaativissa sovelluksissa, joihin piikennot eivät pysty.

 

– Kennoja on mahdollista valmistaa edullisesti hyvin monenlaisille pinnoille. Vaikka t-paitoihin! Minulla on esimerkiksi hybridikennoja käyttävä reppu, jonka avulla voi ulkona auringossa kulkiessaan vaikkapa ladata kännykkänsä, Vivo kertoo.

Kännykän akun lataaminen voi kuulostaa pieneltä asialta, ja onnistuuhan se piipohjaisilta aurinkokennoiltakin. Perovskiittikennot ovat kuitenkin erityisen hyödyllisiä sellaisissa tehokkuutta vaativissa sovelluksissa, joihin piikennot eivät pysty. Yksi tällainen käytännön sovellus voisi olla vaikkapa rakennuksiin integroitava aurinkoenergiateknologia. Paola Vivo onkin hyvin innostunut kolmannen polven aurinkokennojen mahdollisuuksista tulevaisuudessa.

– Aurinko tuottaa tunnissa sellaisen määrän ilmaista, puhdasta, uusiutuvaa energiaa, että se riittäisi maapallon tarpeisiin koko vuodeksi. On kiinnostavaa olla mukana kehittämässä teknologiaa, jolla tuota energiaa voidaan valjastaa entistä tehokkaammin.

Hybrid organic-inorganic nanostructures for solar cell applications (Hybrid Nano)

Paola Vivo

 

Valmistuksen loppuvaiheissa kennot varastoidaan yön yli kuivailmakaapissa.

 

  • Rahoittaja: Suomen Akatemia
  • Kolmivuotinen hanke vuosina 2013–2017
  • Projektin vetäjä Suomen Akatemian tutkijatohtori Paola Vivo
  • Julkaistu 13 vertaisarvioitua julkaisua arvostetuissa kansainvälisissä lehdissä ja kolme diplomityötä
  • Jatkossa: kehitteillä erittäin vakaita perovskiittikennoja älykkäiden kaupunkien ja teollisuuden käyttöön.
 

Teksti: Sanna Kähkönen
Kuvat: Mika Kanerva

 
Kerro kaverille
CoreLab vauhdittaa rakennusalan digiloikkaa
CoreLab vauhdittaa rakennusalan digiloikkaa
2/2017
CoreLab vauhdittaa rakennusalan digiloikkaa
Kuinka saada esineiden internetin laitteet ja sovellukset ymmärtämään toisiaan?
Kuinka saada esineiden internetin laitteet ja sovellukset ymmärtämään toisiaan?
2/2017
Kuinka saada esineiden internetin laitteet ja sovellukset ymmärtämään toisiaan?
Lisää kaasua teollisen internetin kehittämiseen
Lisää kaasua teollisen internetin kehittämiseen
2/2017
Lisää kaasua teollisen internetin kehittämiseen
Digitaalisuus auttaa ymmärtämään teollisuuden prosesseja
Digitaalisuus auttaa ymmärtämään teollisuuden prosesseja
2/2017
Digitaalisuus auttaa ymmärtämään teollisuuden prosesseja
Tampere tuottaa tulevaisuuden kovimmat osaajat
Tampere tuottaa tulevaisuuden kovimmat osaajat
2/2017
Tampere tuottaa tulevaisuuden kovimmat osaajat
Robotiikasta uusi pääaine
Robotiikasta uusi pääaine
2/2017
Robotiikasta uusi pääaine
Itseoppivat laskennalliset aivomallit avuksi keinoälyn kehitykseen
Itseoppivat laskennalliset aivomallit avuksi keinoälyn kehitykseen
2/2017
Itseoppivat laskennalliset aivomallit avuksi keinoälyn kehitykseen
Yrityskylästä reseptejä maailmanvalloitukseen
Yrityskylästä reseptejä maailmanvalloitukseen
2/2017
Yrityskylästä reseptejä maailmanvalloitukseen

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