Suomalaiskehitykseen perustuvat  pikimustat aurinkopaneelit ovat matkalla jo tutkimuksesta teollisuuteen. Aalto-yliopiston professori Hele Savinin tutkimusryhmän paneeleita on testattu laajalti eurooppalaisten yliopistojen ja yritysten yhteisessä Black-tutkimus- ja kehityshankkeessa.  Kennot kestivät myös tuotantovaiheen robottikäsittelyn.

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. Ryhmä sai myös 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 ja korostaa että teollisuuden jo käyttämässä mustassa piissä on yhä paljon parantamisen varaa”.

Savinin mukaan nanorakenteiden laakea muoto heikentää edelleen 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.

Savinin ryhmän mustassa piissä nanorakenteet ovat paljon syvempiä kuin teollisuuden käyttämässä mustassa piissä.

Näin kennoihin saadaan optisesti täydellinen, oikeasti pikimusta pinta. Sen 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 sanoo.

Huoli osoittautui turhaksi: kennot ja niistä valmistetut paneelit selvisivät tuotantolinjoilta vahingoittumattomina. Parhaat paneelit tuottavat sähköä yli 20 prosentin tehokkuudella. Tutkijat havaitsivat myös, että mustat kennot sietävät raaka-aineen epäpuhtauksia sinisiä standardikennoja paremmin ja ne myös säilyttävät tehonsa pidempään.

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.

TAUSTAA:  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.

Aalto-yliopiston väitöskirjatutkija Toni Pasanen esittelee Black-projektin päätulokset European Photovoltaic Solar Energy -konferenssissa Brysselissä syyskuun lopulla. Pasanen myös vastaanottaa konferenssissa palkinnon, joka myönnetään vaikuttavimmalle aurinkosähköalalla tehdylle tutkimustyölle.