2:a plats, internationella kategorin

Jarkko Etula

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

(Jämförelse av de sensiterande egenskaperna hos tre finländska bär i färgämnessensiterade solceller) 

Hela bidraget

Jarkko Etula, 20, studerar vid gymnasiet Kuopion Lyseon lukio.

Jarkko läste på internet om experimentell konstruktion av färgämnessensiterade solceller och ville bekanta sig närmare med dem: ”Jag var speciellt intresserad av solcellernas relativt låga konstruktionskostnader och hur fysikens och kemins analysmetoder förenas i deras funktionsprincip.”

Senare upptäckte Jarkko av en slump att bären i bärsaft innehåller en stor mängd av en viss sorts flavonoider, antocyaniner, som redan tidigare har använts som sensiteringsmedel i färgämnessensiterade solceller. Jarkko ville reda ut hur bär som vuxit här uppe i norr kunde fungera som billiga sensiteringsmedel och om det finns skillnader i deras sensiterande egenskaper.

”En del av experimenten utförde jag i kemilaboratoriet i min skola. Tillverkningen av solcellen och mätningen av dess effekt genomförde jag i samarbete med centret för nanovetenskap vid Jyväskylä universitet där jag handleddes av filosofie magister Liisa Antila.”

En färgsensiterad solcell är en förmånlig fotokemisk solcell som baserar sig på tunnfilms- och halvledarteknologi. Ljuskänsligheten hos en halvledare kan förbättras genom komplexering med ett ljuskänsligt sensiteringsmedel, t.ex. antocyanin som finns i vilda bär. I sitt arbete undersökte Jarkko jordgubbar, lingon och svarta vinbär. Antocyaninerna i bären extraherade han med etanol. Han gjorde en spektrofotometrisk mätning av etanolextraktet för att kunna reda ut antocyaninernas löslighet i etanol och uppskatta antocyaninhalten i extrakten.

Efter extraheringen använde han etanollösningen för respektive bär för att tillverka en titandioxidbaserad solcell. Han undersökte hur effektiva bären var som färgsensiteringsmedel genom att mäta förhållandet mellan ström och spänning i solcellen. Dessa mätresultat använde han för att uppskatta hur effektivt de olika cellerna omvandlade energi från ljus till elektricitet.

Enligt Jarkkos resultat gav etanolextraktet från svarta vinbär den bästa energiomvandlingseffektiviteten (0,0480 procent). Lingonets energiomvandlingseffektivitet var 0,0393 procent och jordgubbens 0,0277 procent. Resultatet förklaras av att etanolextraktet från svarta vinbär hade den högsta halten av antocyaniner under gällande förhållanden. Av de bär som Jarkko undersökte är således en etanollösning med svarta vinbär det optimala sensiteringsmedlet i en färgämnessensiterad solcell.

Utvärderarnas kommentarer

Färgsensiterade solceller är ett av dagens hetaste forskningsämnen och har bland annat gett Michael Grätzel, pionjären på området, det prestigefyllda Millenniumpriset. Ämnet är synnerligen utmanande i och med att cellerna styrs av flera svårkontrollerbara reaktioner och processer. I det här arbetet närmar man sig forskningen av egenskaperna hos ett färgämne med ett relativt enkelt men fungerande angreppssätt – genom att utnyttja naturens eget färgämne, antocyanin.

Arbetets teoretiska bakgrund beskrivs mycket ingående. Målen för forskningen redovisas på ett tydligt och välmotiverat sätt. De använda materialen, redskapen, metoderna och forskningsutrustningen beskrivs detaljerat och noggrant. Texten innehåller också korrekta litteraturhänvisningar. Även säkerhetsaspekterna lyfts fram.

Resultaten presenteras mycket åskådligt och konsekvent. Resultaten har tolkats utomordentligt väl och rapporteringen vittnar om vetenskaplig mognad. Arbetet innehåller också välgrundade resonemang om de externa faktorer som påverkar resultaten samt flera utvecklingsförslag som gör att man kan öka precisionen ytterligare. De slutsatser som dras är omfattande och läsaren övertygas om deras tillförlitlighet.

Texten är flytande, logiskt disponerad och felfri. Arbetet och utformningen är omsorgsfullt gjorda.

Skribentens intresse för ämnet framgår till exempel av den tid han har lagt ner på arbetet samt av de omfattande litteraturstudierna och ingående resonemangen om resultaten. Förhoppningsvis ger den här studien upphov till vidare utredningar om hur andra slags färgämnen beter sig samt om egenskaperna hos de övriga processerna i cellerna.

Jarkkos intressen: Krav Maga, simning, saxofon samt ljus- och ljudteknik för olika evenemang