Vuonna 2011 Aalto-yliopiston professori Hele Savinin vetämä tutkimusryhmä keksi yhdistää nanorakenteen ja atomikerroskasvatuksen mustissa aurinkokennoissa.
Neljä vuotta myöhemmin ryhmä rikkoi nanorakenteisten aurinkokennojen hyötysuhde-ennätyksen ja sai rahoituksen BLACK-hankkeelle, jonka tarkoituksena oli kehittää ja testata ennätyskennoja ja niistä tehtyjä aurinkopaneeleita teollisuuden tuotantolinjoilla.
Nyt yhdessä eurooppalaisten kumppaniyliopistojen ja teollisuuden kanssa toteutettu hanke on saatu päätökseen lupaavin tuloksin ja otollisella hetkellä.
– Ajoituksemme osui nappiin – tänä vuonna musta pii on todella lyönyt läpi aurinkosähköteollisuudessa, Savin kertoo Aalto-yliopiston tiedotteessa ja korostaa, että teollisuuden jo käyttämässä mustassa piissä on yhä paljon parantamisen varaa.
– Sen nanorakenteiden laakea muoto heikentää materiaalin optisia ominaisuuksia eli kykyä vangita valoa, joten siitä valmistetut kennotkaan eivät ole täysin mustia. Tämän vuoksi laakea nanorakenne vaatii toimiakseen erillisen heijastusta estävän kerroksen, Savin selvittää.
Savinin ryhmän valmistamassa mustassa piissä nanorakenteet ovat paljon syvempiä kuin teollisuuden käyttämässä mustassa piissä. Näin kennoihin saadaan optisesti täydellinen, oikeasti pikimusta pinta. Pintaa peittävä, atomikerroskasvatuksella tehty ohutkalvo takaa, että valon synnyttämät elektronit eivät pääse karkaamaan, mikä myös parantaa kennon hyötysuhdetta.
Vaikka kennot olivat osoittaneet toimivuutensa laboratoriossa, niiden laskeminen tuotantolinjalle jännitti tutkijoita.
– Meitä huoletti, miten hauras rakenne selviäisi massatuotannosta ja etenkin robottien käsittelystä. Pelkäsimme, että viimeistään moduulivaiheen laminointi saattaisi murskata nanorakenteen, Savin kertoo.
Kennot ja niistä valmistetut paneelit selvisivät tuotantolinjoilta vahingoittumattomina. Parhaat paneelit tuottavat sähköä yli 20 prosentin tehokkuudella.
Teollisen valmistuksen aloittaminen edellyttää myös kilpailukykyistä hintaa. Savinin mukaan teollisuuden käyttämä musta pii on jo kustannustehokas vaihtoehto.
– Syvien nanorakenteiden valmistaminen on kalliimpaa, mutta alustavat laskelmat osoittavat, että lopputuotteen suurempi teho riittää kompensoimaan eron.
Syvän nanorakenteen ansiosta Savinin ryhmän kennot pystyvät nappaamaan fotonit myös hyvin alhaisesta tulokulmasta. Käytännössä tämä tarkoittaa, että kennot tuottavat sähköä pidemmän aikaa päivästä ja myös pimeinä vuodenaikoina.
Väitöskirjatutkija Toni Pasanen esittelee projektin päätulokset European Photovoltaic Solar Energy -konferenssissa Brysselissä syyskuun lopulla. Hän myös vastaanottaa konferenssissa palkinnon, joka myönnetään vaikuttavimmalle aurinkosähköalalla tehdylle tutkimustyölle.
BLACK-hanke oli osa Solar-ERANET-verkostoa ja sitä rahoittivat EU ja Business Finland. Projektissa olivat mukana Universitat Politècnica de Catalunya Espanjasta, Solar World Innovations GmbH Saksasta sekä suomalaisyrityksistä Beneq, Naps Solar Systems, Cencorp, Okmetic ja Fortum.
