Tutkijat löysivät uuden menetelmän tehostaa perovskiittiaurinkokennojen toimintaa

Aalto-yliopistossa kehitetty menetelmä pohjaa aiempiin läpimurtoihin, jotka ovat parantaneet vakiintuneilla painomenetelmillä valmistettujen perovskiittiaurinkokennojen (CPSC) tehokkuutta ja käyttöikää. Tutkimustulokset mahdollistavat aurinkokennotyypin tehokkuuden kehittämisen edelleen.

Perovskiittiaurinkokennot ovat aurinkokennoja, joiden valoa sieppaava osa koostuu lyijyhalidista, jolla on perovskiitin kiderakenne. Perovskiittikennoja tutkitaan maailmalla intensiivisesti, sillä niistä etsitään vaihtoehtoa paljon energiaa kuluttavalle piikennojen valmistukselle.

Uudessa menetelmässä perovskiittikennot altistettiin 40-asteiselle lämmölle uunissa, jossa ilmankosteus pidettiin 70 prosentin (±5 prosenttia) tasolla. Tällainen ympäristö yleensä heikentää perovskiittiaurinkokennojen ominaisuuksia. Tässä tapauksessa käsittely kuitenkin johti yllättävään perovskiittikiteiden kasvuun. Perovskiittikiteet sitovat luonnostaan auringonvaloa ja tuottavat sitä kautta sähköä.

“Valosähköiset ominaisuudet paranivat huomattavasti, ja yleinen hyötysuhde parani lähes 45 prosenttia”, kertoo Suomen Akatemian tutkijatohtori Ghufran Hashmi.

”Ghufran Hashmi oli kiinnostunut mahdollisista muutoksista perovskiittiaurinkokennojen atomirakenteessa. Aalto-yliopiston Nanomikroskopiakeskuksen huipputasoisen röntgensirontalaitteiston avulla pystyimme tarkkailemaan perovskiittikerroksen kiderakennetta ennen käsittelyä ja sen jälkeen”, kertoo koedatan keruussa avustanut tohtori Ulla Vainio teknillisen fysiikan laitokselta.

Tutkimusryhmä ei kuitenkaan lopettanut siihen, vaan tutki perovskiittiä myös pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM). ”SEM-kuvat tukivat aiempia röntgensirontalaitteistolla tehtyjä havaintoja asteittaisesta kiteiden kasvusta altistuksen aikana”, kertoo tohtori Teemu Sarikka konetekniikan laitokselta.

Fysiikan jatko-opiskelija Teemu Myllymäen tehtävänä oli tarkastaa, tapahtuiko perovskiittikiderakenteessa kosteuden aiheuttamia kemiallisia muutoksia kosteus-lämpöympäristössä. Tutkimustyössään hän hyödynsi Fourier-muunnettua infrapunaspektroskopiaa (FTIR). ”Tuoreen ja käsitellyn kennon välillä ei ollut havaittavissa juuri lainkaan eroa valoa imevän perovskiittikerroksen kemiallisessa rakenteessa, mikä tukee tämän uuden käsittelymenetelmän käytettävyyttä”, hän raportoi.

Aurinkokennot ovat osa nopeasti kasvavaa uuden sukupolven edullisten aurinkosähköjärjestelmien alaa. Aalto yliopiston tutkimusryhmä teki yhteistyötä sveitsiläisen Solaronix-yrityksen sekä École polytechnique fédérale de Lausannen (EPFL) teknillisen yliopiston kanssa. ”Solaronixilta saimme näytteet, ja EPFL:n tutkija tri Ibrahim Dar auttoi tärkeissä prosesseissa, jotka ovat kriittisiä tämän edullisen aurinkokennoteknologian onnistuneelle kaupallistamiselle”, sanoo Ghufran Hashmi.

Tuloksista kerrotaan tarkemmin Journal of Materials Chemistry A -julkaisussa.
Tutkimuksen päärahoittaja oli Suomen Akatemia.

Aalto-yliopiston tutkimusryhmä oli mukana kehittämässä HTE-käsiteltyjä, hiilipohjaisia painettuja perovskiitti-aurinkokennoja. Vasemmalta oikealle: Teemu Myllymäki, Ghufran Hashmi, Ulla Vainio, Teemu Sarikka.  Kuva Nonappa.

Tutkimusartikkeli: S. G. Hashmi, D. Martineau, M. I. Dar, T. T. T. Myllymäki, T. Sarikka, U. Vainio, S. M. Zakeeruddin ja M. Grätzel. High performance carbon-based printed perovskite solar cells with humidity assisted thermal treatment. Journal of Materials Chemistry A. DOI: 10.1039/C7TA04132B.

Lisätiedot:
Syed Ghufran Hashmi
Suomen Akatemian tutkijatohtori
Aalto-yliopisto, teknillisen fysiikan laitos
p. 045 1199233
[email protected]