Näin toimii maailmanennätyksen tehnyt aurinkokenno – animaatio

Aalto-yliopistossa kehitetty aurinkokenno on maailman paras mustaan piihin perustuva kenno. Siinä yhdistyvät kaksi Suomessa kehitettyä menetelmää, joista toinen on peräisin 70-luvulta saakka.

tekniikka
Aurinkokennon pinnassa oleva "nanokoon piikkimatto" saa valon jäämään kennolle.

Ensin on auringon valonsäde eli fotoni, joka matkaa halki avaruuden maapallon pinnalle. Aurinkopaneelissa fotoni pitäisi saada osumaan piihin tavalla, joka saa elektronit liikkeelle. Se on sitä aurinkosähköä.

Ensimmäinen haaste on saada fotonit oikeaan osoitteeseen. Etenkin silloin, kun fotoni tulee vinosti piin pinnalle, sillä on paha tapa kimmota omille teilleen. Valo siis heijastuu pois pinnalta.

Aalto-yliopistossa kehitetyn menetelmän ansioista piin pinta on kuin pienenpieni vuoristo tai piikkimatto. Tällöin vinostikin tulevat fotonit kimpoilevat seinämästä toiseen, eivätkä pääse karkaamaan yhtä helposti. Koska valoa ei juuri heijastu pois, kennon pinta näyttää mustalta.

– Me olemme keskittyneet optimoimaan heijastuksenestokerrointa ja se on tosi hyvä, kehuu Aalto-yliopiston tohtorikoulutettava Hannu Laine.

Sähkön syntyhetki on käsillä, kun fotoni osuu piin elektroniin. Jos fotonissa on tarpeeksi energiaa, se pistää elektronin liikkeelle. Mutta elektroneillakin on tapana lähteä harhailemaan.

Aalto-yliopiston ratkaisu ongelmaan juontaa juurensa 70-luvulla kehitettyyn suomalaiskeksintöön. Sen avulla “piikkimatto” saadaan kuorrutettua alumiinioksidilla, joka estää elektroneja karkaamasta taivaan tuuliin.

Kun elektronit on saatu liikkeelle piin pinnalta, ne pitää saada vielä kennolla kulkeviin johtimiin, jotka kokoavat elektroniliikenteen käyttökelpoiseksi sähkövirraksi. Tässä osuudessa palkitun tutkijan Hele Savinin työryhmällä on vielä tekemistä.

– Nyt meidän pitää ryhtyä hiomaan vielä loppukennon prosessia. Tällä heijastuksen estokertoimella pystytään pääsemään ehdottomasti yli 22 prosentin, vakuuttaa Laine.

Parhaat tehdasvalmisteiset paneelit muuttavat auringon valon energiasta 16 prosenttia sähköksi. Aalto-yliopiston laboratoriokennon tekemä mustien piikennojen maailmanennätys on 22 prosenttia. Kaikkien piikennojen maailmanennätykseen on matkaa vielä runsaat kolme prosenttiyksikköä.