Sveitsiläinen kemiantekniikan professori Michael Grätzel sai Millennium-teknologiapalkinnon väriherkistettyjen aurinkokennojen kehittämisestä vuonna 2010. Hänen kehittämänsä kolmannen sukupolven aurinkokennot tehdään huokeista materiaaleista ympäristöystävällisesti. Niiden valmistukseen ei myöskään tarvita monimutkaisia laitteita. Kennot voivat myös olla kevyitä, läpinäkyviä ja taipuisia.

Aalto-yliopiston professori Peter Lund on kehittämässä sovelluskohteita Grätzelin kennoille ja sitä seuraavalle aurinkokennojen sukupolvelle. Vaikka suuret aurinkopaneelit tehtäisiin vielä vuosikymmeniä nyt yleisesti käytetyillä piikennoilla, Grätzelin kennot ja niistä jo edelleen kehittyneet hyötysuhteeltaan paremmat perovskiittiset aurinkokennot alkavat tulla pian erilaisiin sovelluksiin.

”Olemme kehittämässä uuden sukupolven aurinkokennoja asennettavaksi vaatteisiin”, Lund kertoo.

Mahdollisesti jo aivan lähivuosina suomalaisissakin kaupoissa on takkeja, joiden kangaspinnasta osa on itse asiassa uuden sukupolven aurinkokennoa. Uudet kennot ovat ohuita ja taipuisa. Kankaaseen ommeltuina niillä voi esimerkiksi kerätä energiaa takin taskussa olevan kännykän lataamiseen.

Aallon laboratorioissa uuden sukupolven kennoja kehitetään myös erilaisten anturien tarpeisiin. Esineiden internet eli IoT tulee moninkertaistamaan eri puolilla olevien, ympäristöä seuraavien pienten antureiden määrän. Ne tarvitsevat energiaa samalla kun johtojen ja akkujen asentaminen on hankalaa ja kallista. Pienet uuden ajan aurinkokennot ratkaisevat ongelman.

”Uuden sukupolven aurinkokennot toimivat piikennoja paremmin, kun valoa on vähän. Joissain tapauksissa anturin kenno voi saada riittävästi valoa toimiakseen jo keinovalosta rakennuksen sisällä”, Lund kertoo.

Uuden sukupolven aurinkokennoja voidaan myös asentaa esimerkiksi rakennuselementteihin. Koska ne voidaan tehdä läpinäkyviksi, on mahdollista, että jopa ikkunan päällä on sähköä tuottava aurinkokennokalvo.

Aalto-yliopistossa tehty väriaineaurinkokenno on joustava ja ohut.

Aurinkosähkön käyttö lisääntyy nopeasti

Piikennoja tullaan käyttämään suurissa aurinkopaneeleissa vielä pitkään. Aurinkosähkön käyttö lisääntyy erittäin nopeasti nyt, kun sen hinta on tippunut alas. Monissa paikoissa maailmaa aurinkosähkö ilman tukiaisia on jo halvempaa kuin fossiilisilla polttoaineilla tuotettu sähkö. Piikennoilla voidaan teollisesti tehdä suuria määriä aurinkopaneeleita, joiden toiminnasta voidaan olla varmoja. Uuden sukupolven kennot eivät vielä toimi tarpeeksi varmasti suurikokoisina, jotta niitä kannattaisi tuottaa teollisesti suurissa sarjoissa. Muutaman vuosikymmenen päästä uuden sukupolven aurinkokennot tulevat silti korvaamaan myös piikennot isoissa paneeleissa, mikä tulee edelleen laskemaan aurinkosähkön hintaa.

Piikennoissa osa kennoon osuvasta valosta imeytyy piihin. Piihin siirtynyt valon energia irrottaa elektroneja ja luo sähkövirtaa. Samalla kun pii toimii elektronien lähteenä, se myös johtaa sähkövirtaa ulos kennosta.

Pieniä väriainekennoja pitkäaikaismittauksessa aurinkosimulaattorissa.

Grätzelin kennot ja petrovskiittiset kennot ovat osittain luonnon jäljittelyä. Grätzelin kennojen toimintaperiaate mukailee fotosynteesiä, vaikka perusperiaatteesta löytyy yhtymäkohtia myös perinteisiin piikennoihin. Kasveissa valo imeytyy lehtivihreähiukkasiin ja muuttaa niissä hiilidioksidia ja vettä hapeksi ja glukoosiksi, kasvin energiaksi. Grätzelin kennossa lehden rakenne on korvattu huokoisen titaanioksidin nanohiukkasrakenteella ja lehtivihreä nanohiukkasrakenteen päälle kiinnittyneillä väriainemolekyyleillä.

”Suomen Akatemia on ollut tärkein rahoituslähteemme”, Lund kertoo. Akatemian rahoitus sallii myös enemmän uusien vaihtoehtojen kokeilua kuin esimerkiksi yritysrahoitus, jossa epäonnistumisille on vähemmän tilaa ja jota saataessa ei kaikkia mahdollisuuksia uskalleta ennakkoluulottomasti kokeilla.

Lundin mukaan Suomen Akatemian rahoituksella on saatu paljon aikaan Aallossa kennoteknologian edistämisessä. Rahoituksen ansiosta suomalainen tutkimus on saatu niin kovaksi kansainvälisesti arvioituna, että Aallon tutkijat voivat tehdä yhteistyötä huippukumppaneiden kanssa. Aallon tutkijat tekevät yhteistyötä esimerkiksi aurinkokennot kehittäneen Michael Grätzelin tutkimusryhmän kanssa. Kovempaa osaamista tällä alalla ei juuri voi olla tarjolla, ja se puskee myös suomalaista tutkimusta edelleen eteenpäin.

Erityyppisiä väriaineaurinkokennoja testattavana. Kennoissa käytetty erilaisia  materiaaleja.

Teksti: Visa Noronen
Kuvat: Aalto-yliopisto

Lisätietoa Grätzelistä

Millennium-teknologiapalkinto on suomalainen, miljoonan euron arvoinen kunnianosoitus maailman huippuinnovaatioille, jotka parantavat ihmisten elämänlaatua ja edistävät kestävää kehitystä. Palkittavat teknologian innovaatiot ovat yhteiskunnallisesti erittäin vaikuttavia ja edistävät hyvinvointia jopa koko ihmiskunnan tasolla. Kansainvälinen Millennium-teknologiapalkinto jaetaan seuraavaksi 22. toukokuuta 2018.