2. sija, kansainvälinen sarja

Jarkko Etula

Comparison of three Finnish berries as sensitizers in a dye-sensitized solar cell

(Kolmen suomalaisen marjan herkistinominaisuuksien vertaaminen väriaineherkistetyssä aurinkokennossa)

Kilpailutyö

Jarkko Etula, 20, opiskelee Kuopion Lyseon lukiossa.

Jarkko luki Internetistä väriaineherkistettyjen aurinkokennojen kokeellisesta kokoamisesta, ja halusi perehtyä niihin tarkemmin: ”Minua kiinnostivat erityisesti kennojen suhteellisen edulliset kokoamiskustannukset ja tapa, jolla fysiikan ja kemian analyysimenetelmät yhdistyivät niiden toimintaperiaatteessa.”

Tämän jälkeen Jarkko huomasi sattumalta marjamehusta, että marjat sisältävät paljon eräitä flavonoideja, antosyaaneja, joita on käytetty jo aiemmin herkistiminä väriaineherkistetyissä aurinkokennoissa. Jarkko halusi selvittää, miten juuri täällä pohjoisessa kasvaneet marjat toimisivat edullisina herkistiminä ja olisiko niiden herkistinominaisuuksissa eroja.

”Osan kokeellisista tutkimuksista toteutin kouluni kemian laboratoriossa. Aurinkokennon valmistamiseen ja sen tehon mittaukseen liittyvät työt toteutin yhteistyössä Jyväskylän yliopiston nanotieteiden keskuksen kanssa, jossa minua ohjasi filosofian maisteri Liisa Antila.”

Väriherkistetty aurinkokenno on edullinen fotokemiallinen aurinkokenno, joka perustuu ohutkalvo- ja puolijohdeteknologiaan. Puolijohteen valoherkkyyttä voidaan parantaa kompleksoimalla siihen valoaktiivinen herkistin, esimerkiksi luonnon marjojen sisältämä antosyaani. Jarkko tutki työssään mansikkaa, puolukkaa ja mustaherukkaa. Tutkimusta varten hän uutti marjojen sisältämät antosyaanit etanolilla. Etanoliuutteesta hän teki spektrofotometrisen mittauksen, jolla selvitti eri marjojen antosyaanien liukoisuutta etanoliin ja arvioi uutteiden antosyaanipitoisuutta.

Uuton jälkeen hän käytti kunkin marjan etanoliliuosta titaanidioksidipohjaisen aurinkokennon valmistamiseen. Hän tutki eri marjojen tehokkuutta väriherkistimenä mittaamalla valmistetun kennon virran ja jännitteen suhdetta. Näitä mittaustuloksia hän käytti edelleen arvioidakseen eri kennojen energianmuuntotehokkuutta valosta sähköksi.

Jarkon tulosten mukaan paras energianmuuntotehokkuus (0,0480 %) saatiin mustaherukan etanoliuutteella. Puolukan energianmuuntotehokkuusarvo oli 0,0393 % ja mansikan taas 0,0277 %. Tulos selittyy sillä, että käytetyissä olosuhteissa mustaherukan etanoliuute sisälsi eniten antosyaaneja. Jarkon tutkimista marjoista mustaherukan koostumuksesta saatu etanoliliuos on siis optimaalisin herkistin väriherkistettyyn aurinkokennoon.

Arvioijien kommentit

Väriherkistetyt aurinkokennot ovat yksi tämän hetken kuumimpia tutkimusaiheita, mikä näkyy muun muassa alan pioneerin, Michael Grätzelin, saamasta Millenium-palkinnosta. Aihe on erittäin haastava, koska kyseisten kennojen toimintaa ohjaavat lukuisat, vaikeasti hallittavat reaktiot ja prosessit. Tässä työssä on ansiokkaasti lähestytty väriaineen ominaisuuksien tutkimusta melko yksinkertaisesta, joskin kokeellisesti toimivasta lähtökohdasta, luonnon oman väriaineen, antosyaanin, hyödyntämisestä.

Työn teoreettinen tausta kuvataan hyvin perusteellisesti. Tutkimuksen tavoitteet esitetään selkeästi ja perustellusti. Työssä käytetyt materiaalit, välineet, menetelmät ja tutkimuslaitteet kuvataan yksityiskohtaisesti ja huolellisesti. Myös asianmukaiset viitteet kirjallisuuteen mainitaan. Turvallisuusnäkökulmatkin huomioidaan.

Tulokset esitetään erittäin havainnollisesti ja johdonmukaisesti. Tulosten tulkinta on erinomaista ja raportointi hyvin tieteellisesti kypsää. Työ sisältää myös ansiokasta pohdintaa tuloksiin vaikuttavista ulkoisista tekijöistä sekä useita kehittämisehdotuksia, joiden avulla tulosten tarkkuutta voi parantaa entisestään. Tutkimuksessa saavutetut johtopäätökset ovat laajat ja lukija vakuuttuu niiden luotettavuudesta.

Teksti on sujuvaa, johdonmukaisesti jäsenneltyä ja virheetöntä. Työ on viimeistelty huolellisesti ulkoasua myöten.

Tekijän kiinnostus aiheeseen näkyy esimerkiksi tutkimukseen käytetyssä ajassa, laajassa kirjallisuuteen perehtymisessä ja tulosten perinpohjaisessa pohdinnassa. Toivottavasti tämä tutkimus poikii lisäselvityksiä muunlaisten väriaineiden käyttäytymisestä sekä muiden kennoissa ilmenevien prosessien ominaisuuksista.

Jarkon harrastukset: Krav Maga, uinti, saksofoni ja erilaisten tapahtumien valo- ja ääniteknologian toteutus