Helsingin yliopiston tutkijat kehittävät halidiperovskiittiaurinkokennoissa tarvittavia ohutkalvoja ja niihin sopivia ALD-prosesseja. Tarkoitus on tuoda entistä edullisempia aurinkokennoja ja mahdollistaa niiden integrointi myös erilaisiin esineisiin ja kohteisiin – jopa läpinäkyvinä.
Helsingin yliopiston väitöskirjatutkija Georgi Popov teki ollessaan kemian maisteriopiskelijana rohkean valinnan ja otti pro gradun aiheekseen halidiperovskiitit ja niiden atomikerroskasvatuksen. Epäilijöitäkin riitti, sillä aiempaa tutkimustietoa ei juuri ollut.
’’Me löysimme sopivat kemikaalit ja saimme kehitettyä reaktion, jolla onnistuimme ensimmäistä kertaa kasvattamaan metallijodidipinnoitteen. Pystyimme näyttämään, että tätä voi oikeasti tehdä atomikerroskasvatuksella’’, kertoo Georgi Popov.
Ensimmäinen onnistunut kokeilu tehtiin Popovin mukaan lyijyjodidilla, josta saatiin jatkoreaktiolla CH3NH3PbI3-perovskiittia- tutkimusartikkeli julkaistiin vertaisarvioidussa tieteellisessä lehdessä (Chemistry of Materials (LINKKI) ja myöhemmin kehitimme ALD-prosessit myös cesiumjodidille ja CsPbI3-perovskiitille (LINKKI, tutkimusartikkeli).
Atomikerroskasvatuksella eli ALD:llä tuotettuja pinnoitteita käytetään jo noin kolmasosassa piipohjaisista aurinkopaneeleista. Esimerkiksi professori Mikko Ritalan johtaman Helsingin yliopiston ALD-ryhmän tulokset ovat lupaavia sen suhteen, että ALD soveltuu myös perovskiittiaurinkokennoihin. Sillä tuotetun pinnoitteen etuna on se, että se muodostaa tasaisen ja kattavan kerroksen myös epätasaiselle alustalle.
’’Jos jossain vaiheessa ruvetaan tekemään tandem-aurinkokennoja, joissa on yhdistetty piikenno ja perovskiittikenno, niin me tiedämme miten sitä perovskiittia tehdään. Me kehitämme niitä reseptejä ja sitä kemiaa, millä saadaan kasvatettua perovskiittia’’, sanoo Popov.
Tulevaisuuden uudentyyppiset aurinkokennot voivat olla myös läpinäkyviä, joten niitä voidaan asentaa vaikkapa ikkunoihin. ’’Ne ovat myös taipuisia, joka lisää käyttömahdollisuuksia’’, sanoo vanhempi yliopistonlehtori Marianna Kemell, joka vetää Helsingin yliopistossa Suomen Akatemian rahoittamaa tutkimusprojektia.
Vaikka halidiperovskiittiaurinkokennoilla on saavutettu korkeita hyötysuhteita, niiden yleistymisen pullonkauloina ovat olleet kennojen stabiiliusongelmat ja teollisen mittakaavan tuotantotekniikoiden puute. Toisaalta perovskiittiaurinkokennot ovat jo kaupallistamisen kynnyksellä ja niiden arvioidaan olevan jo valtavirtaa parin vuosikymmenen kuluttua.
Suomen Akatemian rahoittama tutkimusprojekti Atomikerroskasvatus skaalattavien ja stabiilien perovskiittiaurinkokennojen keskeisenä mahdollistajana (engl. Atomic Layer Deposition as key enabler of scalable and stable perovskite solar cells)jatkuu vuoteen 2024. Marianna Kemellin ja Georgi Popovin lisäksi projektissa työskentelevät väitöskirjatutkija Alexander Weiss ja graduntekijä Mariia Terletskaia.
Kuva: Uusia materiaaleja valmistetaan ALD-reaktorissa. Kuvassa ALD-tutkimusryhmän jäsenet Georgi Popov (vas.), Marianna Kemell, Alexander Weiss ja Mariia Terletskaia Helsingin yliopistosta. Kuvaaja Riitta-Leena Inki.