Kati Miettunen (vas.) ja Armi Tiihonen (oik.) tutkivat tuoreita väriainekennoja ikääntymistesteihin käytetyllä ja kameramittauksiin soveltuvalla kennoalustalla.

 Kun aurinkokenno ikääntyy, menettää se myös tehoaan. Silloin se tuottaa vähemmän energiaa. Ikääntyvän aurinkokennon elektrolyytti vaalenee, jolloin sähköiset varaukset eivät enää liiku kennossa yhtä sutjakkaasti kuin uudessa kennossa. Ikääntymisen vaikutuksia voidaan kuitenkin torjua. Parhaimmillaan kennojen elinikä voidaan jopa kymmenkertaistaan.

Armi Tiihonen on tarkastellut tuoreessa väitöskirjassaan aurinkokennojen ikääntymistä ja käyttänyt valokuvausmenetelmää ikääntymisen aiheuttamien muutosten havaitsemiseen. Tiihosen mukaan kennojen ikääntymistä voidaan seurata hyvinkin tarkasti valokuvauksen avulla.

— Uusien väriaineherkistettyjen aurinkokennojen sekä perovskiittiaurinkokennojen ikääntymistä voidaan tarkastella nopealla matalan kynnyksen valokuvausmenetelmällä. Menetelmä havaitsee jo vähäisenkin perovskiitin hajoamisen, Tiihonen kertoo.

— Joissakin tapauksissa valokuvauksella voidaan korvata työläämpi röntgenkristallografiamittaus. Toisaalta valokuvauksen avulla voidaan tarkemmin valita röntgentutkimuksen ajankohta. Mikäli valokuvaus ei paljasta muutoksia kennoissa, on kennoja turha tutkia röntgenkuvauksella.

Valokuvausmenetelmä osoittautui myös luotettavammaksi kuin kennojen optiset mittaukset.

Värit paljastavat muutoksen

Aurinkokennojen valokuvausmenetelmä perustuu värimuutosten havainnointiin. Kennojen ikääntyessä sen värit muuttuva. Esimerkiksi voimakkaan keltaista jodia sisältävä elekrolyytti muuttuu ikääntyessään läpinäkyvämmäksi. Ikääntyvässä perovskiittikennossa taas tumman perovskiitin väri muuttaa kennon aikaisempaa keltaisemmaksi.

Värimuutoksia seuraamalla kennojen ikääntymisen vaikutuksen paljastuvat tehokkaasti. Lisäksi valokuvausmenetelmää voidaan hyödyntää aurinkokennojen teollisessa tuotannossa.

Väitöskirjatyössä analysoitiin myös käytössä olevien aurinkokennojen ikääntymistestit. Niissä havaittiin vakavia puutteita.

— Ikääntymismekanismin ymmärtäminen on erittäin tärkeää. Kennorakennetta ja elektrolyyttiä muokkaamalla olemme pystyneet jopa kymmenkertaistamaan aurinkokennojen eliniän, toteaa Aalto-yliopiston dosentti Kati Miettunen.

Tutkimuksessa mm. havaittiin aurinkokennojen ikääntymisen hidastuvan, kun varauksenkuljettajaa vaihdetaan. Jodielektrolyytit eivät olekaan kobolttia kestävämpiä, kuten tähän asti on uskottu.

— Tutkimme myös ympäristötekijöiden vaikutusta elektrolyytin vaalenemiseen ja kennojen ikääntymiseen, Tiihonen lisää.

Armi Tiihosen väitöskirjatyöhön voi tarkemmin tutustua täällä.

teksti Petri Sallinen / kuvat Valeriya Azovskaya

Väriaineherkistettyjä kennoja mittausalustalla.