Helsingin yliopistossa rakennetaan ohutkalvoja uudentyyppisiin halidiperovskiittiaurinkokennoihin. Työn alla ovat myös kalvojen valmistamiseen sopivat atomikerroskasvatus- eli ald-prosessit.
Tutkijoiden tähtäimessä ovat entistä edullisemmat aurinkokennot ja mahdollisuus integroida kennoja erilaisiin esineisiin.
Markkinoita hallitsevat toistaiseksi piipohjaiset aurinkokennot. Perovskiittikennot ovat kaupallistamisen kynnyksellä, ja osa kennovalmistajista arvioi niistä tulevan valtavirtaa parissa vuosikymmenessä.
”Uudentyyppiset aurinkokennot voivat olla läpinäkyviä, joten niitä voidaan asentaa vaikkapa ikkunoihin. Ne ovat myös taipuisia, joka lisää käyttömahdollisuuksia”, kertoo vanhempi yliopistonlehtori Marianna Kemell tiedotteessa.
Kemell vetää Suomen Akatemian rahoittamaa tutkimushanketta.
Halidiperovskiittien yleinen kemiallinen kaava on ABX3, jossa A on alkalimetalli tai amiini, B tina tai lyijy ja X halidi. Yhdisteistä tutkituin on metyyliammoniumlyijyjodidi CH3NH3PbI3.
Halidiperovskiittikennoilla on jo saavutettu korkeita hyötysuhteita, mutta pullonkaulana ovat olleet kennojen stabiiliusongelmat ja teollisen mitan tuotantotekniikoiden puute.
Läpimurto metallijodideilla
Atomikerroskasvatuksen avulla valmistettuja pinnoitteita käytetään noin 30 prosentissa piipohjaisista aurinkopaneeleista.
Professori Mikko Ritalan johtaman Helsingin yliopiston ald-ryhmän tulokset lupailevat, että menetelmä sopii myös perovskiittikennoihin.
Atomikerroskasvatuksella tuotetun pinnoitteen etu on, että se muodostaa tasaisen ja kattavan kerroksen myös epätasaiselle alustalle.
Väitöskirjatutkija Georgi Popov paneutui halidiperovskiitteihin jo gradussaan.
”Me löysimme sopivat kemikaalit ja saimme kehitettyä reaktion, jolla onnistuimme ensimmäistä kertaa kasvattamaan metallijodidipinnoitteen”, Popov kertoo.
Ensimmäinen onnistunut kokeilu tehtiin lyijyjodidilla, josta saatiin jatkoreaktiolla CH3NH3PbI3-perovskiittia. Tutkimusartikkeli julkaistiin Chemistry of Materials -lehdessä.
Myöhemmin ryhmä kehitti ald-prosessit myös cesiumjodidille ja CsPbI3-perovskiitille. Nämäkin tulokset julkaisi Chemistry of Materials.
Atomic Layer Deposition as key enabler of scalable and stable perovskite solar cells -hanke jatkuu vuoteen 2024. Kemellin ja Popovin lisäksi projektissa työskentelevät väitöskirjatutkija Alexander Weiss ja graduntekijä Mariia Terletskaia.
(Kuva Riitta-Leena Inki) Tutkijat Georgi Popov (vas.), Marianna Kemell, Alexander Weiss ja Mariia Terletskaia työnsä äärellä.
Lue myös:
