2/2018

Millennium-palkitulla ALD-teknologialla tehdään huipputehokkaita aurinkokennoja

TAF:n Millennium-teknologiapalkinto myönnettiin tänä vuonna suomalaiselle keksijälle, fyysikko Tuomo Suntolalle ohutkalvojen atomikerroskasvatuksen eli ALD-menetelmän kehittämisestä. ALD on tutkijoiden käytössä myös TTY:llä esimerkiksi huipputehokkaiden, taipuisien aurinkokennomateriaalien kehityksessä.

Jesse Saari

 

Tohtorikoulutettava Jesse Saari valmistaa TTY:n ALD-reaktorilla titaanidioksidi- ja alumiinioksidiohutkalvoja aurinkoenergiasovelluksiin.

 

Tekniikan Akatemia -säätiö TAF:n Millennium-teknologiapalkinnon sai tänä vuonna suomalaisfyysikko Tuomo Suntola, jonka kehittämä ALD-menetelmä (Atomic Layer Deposition) on maailmanlaajuisessa käytössä nanoteknologian alalla. Suntola nimitettiin Tampereen teknillisen yliopiston dosentiksi vuonna 1976.

ALD-menetelmällä voidaan kasvattaa erittäin tasaisia ja tarkkarajaisia ohutkalvoja sellaisten materiaalien pinnoille, joita hyödynnetään monissa arkipäivän sovelluksissa, kuten CD-soittimissa, kuituoptisista tietoliikennejärjestelmissä, viivakoodinlukijoissa, materiaalien työstölaitteissa, tutkissa, sensoreissa ja mobiiliteknologiassa – jopa hopeakoruissa estämässä niiden tummenemista.

Millennium-teknologiapalkinto

Kansainvälinen Millennium-teknologiapalkinto jaettiin Helsingissä 22.5.2018. Millennium-teknologiapalkinto on suomalainen, joka toinen vuosi jaettava miljoonan euron kunnianosoitus uraauurtavalle teknologiselle innovaatiolle, joka parantaa ihmisten elämänlaatua ja edistää kestävää kehitystä. Palkittavien innovaatioiden tulee olla yhteiskunnallisesti vaikuttavia, kaupallisesti elinvoimaisia ja ihmiskunnan hyvinvointia edistäviä. Lisää palkinnosta ja palkitusta TAF:n sivuilla >>

 

– Nykyään ALD-ohutkalvoja tarvitaan erityisesti mikro- ja optoelektroniikan komponenttien valmistuksessa, koska komponenttien mittasuhteet pienenevät pakkaustiheyden kasvaessa. Tietokoneiden muistipiireissä on kyettävä käyttämään erittäin tarkkoja rajapintoja, jotta komponentit toimivat luotettavasti. Vastaavia pienten kohteiden pinnoitekerroksia tarvitaan myös optiikassa, sensoreissa ja aurinkokennoissa, pintatieteen tutkimusryhmän johtaja, professori Mika Valden TTY:n fotoniikan laboratoriosta selittää.

Valden tutkimusryhmineen työskentelee TTY:llä muun muassa juuri ALD-teknologian parissa.

– ALD-ohutkalvoja on hyödynnetty TTY:llä vuodesta 2014 lähtien, jolloin silloisessa pintatieteen laboratoriossa otettiin käyttöön suomalaisen valmistajan, Picosun Oy:n, suunnittelema ALD-reaktori. ALD-reaktori hankittiin osana suurempaa tutkimuslaitteistokokonaisuutta Suomen Akatemian ja TTY:n yhdessä myöntämällä rahoituksella, Valden kertoo.

ALD:n toiminta perustuu ohutkalvon alkuaineita sisältävien yhdisteiden tuomiseen vuorottain pinnalle, missä ne reagoivat keskenään muodostaen ohutkalvorakenteen.

– Menetelmän erikoisuutena on sen hallittavuus. Menetelmässä ohutkalvon kasvu on pintaohjattu prosessi eli kerrosrakenne kasvaa toisen päälle vasta, kun alla oleva kerros on valmis. Näin saavutetaan erittäin tasaisia kerrosrakenteita, jotka mukautuvat pinnan muotoihin äärimmäisen tarkasti eli konformaalisesti myötäillen pinnan kolmiulotteista rakennetta, Valden selittää.

Aurinkokennomateriaalit uusi avaus

ALD:llä valmistettuja ohutkalvoja kasvatetaan eri tiedekuntien tutkimusryhmille, mutta aktiivisimmat käyttäjät löytyvät luonnontieteiden tiedekunnasta kemian ja biotekniikan laboratoriosta sekä erityisesti fotoniikan laboratoriosta.

Aurinkokennomateriaaleja

 

ALD:llä valmistettuja taipuisia aurinkokennomateriaaleja.

 

– ALD:llä kasvatetut ohutkalvot ovat materiaaliominaisuuksiltaan ainutlaatuisia. Samanlaisia ohutkalvorakenteita ei voida valmistaa millään muilla menetelmillä. Lisäksi reaktorin kasvatusolosuhteita muuttamalla voimme valmistaa samasta ohutkalvosta erilaisia kiderakenteita ja räätälöidä näin niiden ominaisuudet sovelluksiin sopiviksi, Mika Valden sanoo.

– Menetelmän avulla olemme saavuttaneet uudenlaista tarkkuutta nanomateriaalien ominaisuuksien, rakenteen ja valmistuksen välisten riippuvuuksien hallintaan, mistä ovat kiinnostuneet TTY:n tutkimusryhmien lisäksi myös optiikan alan ja materiaalitekniikan alan yritykset.

Aivan uusina avauksina ALD-ohutkalvojen hyödyntämisessä toimivat TTY:llä valmistettavat aurinkokennomateriaalit, joissa sähköenergian tuottamisen sijaan tuotetaankin vetyä ja hiilivety-yhdisteitä vedestä ja hiilidioksidista käyttämällä auringonvaloa sekä kahta valoaktiivista materiaalia.

– Näin auringonvalon energia saadaan varastoitua vedyn tai hiilivety-yhdisteiden kemialliseksi
sidosenergiaksi. Näiden aurinkokennomateriaalin pinnat suojataan ALD-ohutkalvolla niiden toiminnallisuuden optimoimiseksi, Valden toteaa.

Teksti: Mika Valden ja Sanna Kähkönen
Kuvat: Valtteri Pönkkä ja pintatieteen tutkimusryhmä

 
Kerro kaverille
Sydän sykkii kuoppalevyllä
Sydän sykkii kuoppalevyllä
2/2018
Sydän sykkii kuoppalevyllä
Jos vaalit uniaikaasi, et ota
Jos vaalit uniaikaasi, et ota
2/2018
Jos vaalit uniaikaasi, et ota
Kokeessa kone kuulee tarkemmin kuin sinä
Kokeessa kone kuulee tarkemmin kuin sinä
2/2018
Kokeessa kone kuulee tarkemmin kuin sinä
Leikkaussalihenkilökunta altistuu haitallisille määrille pienhiukkasia
Leikkaussalihenkilökunta altistuu haitallisille määrille pienhiukkasia
2/2018
Leikkaussalihenkilökunta altistuu haitallisille määrille pienhiukkasia
TTY sijoittaa vastuullisesti
TTY sijoittaa vastuullisesti
2/2018
TTY sijoittaa vastuullisesti
Ihminen ratkaisee uudessa Tampereen yliopistossa
Ihminen ratkaisee uudessa Tampereen yliopistossa
2/2018
Ihminen ratkaisee uudessa Tampereen yliopistossa
Tietokone bakteerien sisälle
Tietokone bakteerien sisälle
2/2018
Tietokone bakteerien sisälle
Laitelahjoitus tukee lääketieteen tekniikan opetusta
Laitelahjoitus tukee lääketieteen tekniikan opetusta
2/2018
Laitelahjoitus tukee lääketieteen tekniikan opetusta
Lisää laitteita, lisää dataa – ja kriittisiä tutkimusongelmia
Lisää laitteita, lisää dataa – ja kriittisiä tutkimusongelmia
2/2018
Lisää laitteita, lisää dataa – ja kriittisiä tutkimusongelmia
Aamun ensi ajatus: Let’s do it!
Aamun ensi ajatus: Let’s do it!
2/2018
Aamun ensi ajatus: Let’s do it!
Keitä professorimme ovat?
Keitä professorimme ovat?
2/2018
Keitä professorimme ovat?

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