Tulevaisuuden puolijohdemateriaaleista valmistettavilla moniliitosaurinkokennoilla päästään selvästi suurempaan tehokkuuteen kuin perinteisillä piikennoilla.
Väitöstutkija Riku Isoaho on rakentanut työssään puolijohdeliitoksia, joiden avulla on mahdollista saavuttaa yli 50 prosentin hyötysuhde.
Moniliitoskennoissa auringonvalo jaetaan usealle, eri materiaaleista valmistetuille alikennolle, jotka hyödyntävät eri aallonpituuskaistoja.
Parhailla moniliitoskennoilla valo muuntuu jo nykyään sähköksi jo 47 prosentin hyötysuhteella. Hyötysuhdetta voidaan kasvattaa entisestään lisäämällä liitosten määrää kennon rakenteessa. Se vaatii kuitenkin uusia puolijohdemateriaaleja.
Riku Isoaho lisäsi kehittämiinsä III–V-puolijohdemateriaaleihin laimeina pitoisuuksina typpeä.
Tällaisilla materiaaleilla on kapea energia-aukko, jonka ansiosta niistä tehtyjä aurinkokennoliitoksia voidaan käyttää matalaenergisen lähi-infrapunasäteilyn hyödyntämiseen energiatuotannossa.
Askelmerkit jatkoa varten paikallaan
”Typen lisääminen III–V-puolijohteisiin johtaa helposti myös tiettyjen materiaaliominaisuuksien heikentymiseen. Mitä enemmän typpeä näihin puolijohteisiin lisätään, sitä suuremmiksi haasteet kasvavat”, Isoaho kertoo.
Perinteisesti III–V-puolijohteiden typpipitoisuus on ollut kolme, neljä prosenttia, mutta Isoaho onnistui haasteista huolimatta nostamaan luvun kahdeksaan prosenttiin. Tämä mahdollisti 0,7 elektronivoltin energia-aukon saavuttamisen.
”Parhaita työssä kehitettyjä pienen energia-aukon alikennoja voitaisiin periaatteessa jo nyt käyttää osana kuusiliitoskennoja, joiden avulla olisi mahdollista saavuttaa 50 prosentin kennohyötysuhde keskitetyn valon sovelluksissa”, Isoaho sanoo.
”Tällaisen moniliitosaurinkokennon käytännön toteuttaminen vaatii vielä jatkokehitystä, mutta askelmerkit ovat jo paikallaan.”
Moniliitosaurinkokennoja hyödynnetään avaruussovelluksissa, kuten satelliiteissa, sekä keskitetyn valon sovelluksissa maanpäällisessä energiantuotannossa. Teknologia ei kuitenkaan ole vielä taloudellisesti kilpailukykyinen.
(Kuva Antti Tukiainen) Riku Isoahon väitöskirja Narrow Bandgap (0.7–0.9 eV) Dilute Nitride Materials for Advanced Multijunction Solar Cells tarkastetaan Tampereen yliopistossa 16.11.2022.
