Uudenlaisten aurinkokennojen ikääntymistutkimuksessa suuria puutteita

06.02.2018

Aalto-yliopiston tutkijat havaitsivat, että vain murto-osa testeistä on tehty useammalla kennolla ja oikeissa käyttöolosuhteissa.

Perovskiittikennojen, ja kuvassa olevien väriaineaurinkokennojen, ikääntymistutkimuksissa riittävän suuri näytteiden määrä on osa laatua. Kuva: Valeria Azovskaya, Materials Platform, Aalto-yliopisto.

Perovskiitti- ja väriaineherkistetyistä aurinkokennoista on kaavailtu energiatehokkaampia ja edullisempia haastajia nykyisille piistä valmistetuille kennoille. Haastajakennojen kehitys on toistaiseksi painottunut hyötysuhteen tutkimiseen ja sen parantamiseen, vaikka myös kennojen stabiliteetti eli elinikä vaikuttaa merkittävästi niiden yleistymiseen.

Aalto-yliopiston tutkijat analysoivat 261 perovskiitti- ja väriaineaurinkokennolle tehtyä ikääntymistestiä. Niissä tutkittiin kennojen ikääntymistä eli hyötysuhteen laskua ajan kanssa. Testien raportoinnista ja toteutuksesta löydettiin suuria puutteita.

”Noin joka toisessa ikääntymistutkimuksessa oli julkaistu vain yhden kennon tiedot. Vain yhtä kennoa tutkimalla ei saada tarpeeksi kattavaa dataa, jotta materiaaleja voisi luotettavasti vertailla”, kertoo tohtoriopiskelija Armi Tiihonen.

Tutkijat löysivät ikääntymistutkimuksista muitakin puutteita. Valossa toteutetuista ikääntymistesteistä peräti 52 prosenttia jätti kertomatta UV-valon intensiteetin. UV-valo on merkittävä rasite useimmille kennotyypeille. Näkyvän ja UV-valon intensiteetti, ilman kosteus ja lämpötila oli ilmoitettu vain kolmanneksessa tehdyistä tutkimuksista.

Ikääntymistesteistä noin puolet oli tehty vain pimeässä. Vain 15 oli toteutettu ulkona, ja kolme testiä tehty moduuleilla eli useamman yhteen kytketyn kennon kokonaisuuksilla, vaikka erityisesti kennojen kaupallistaminen edellyttäisi moduulien testaamista niiden käyttöolosuhteissa.

Ala kaipaa uskallusta ja tiiviimpää yhteistyötä

Tutkijoiden mukaan puutteellisesti raportoidut tutkimusolosuhteet vähentävät tulosten luotettavuutta ja hidastavat haastaja-aurinkokennojen kehitystä. Tutkijat toivovatkin, että alalta löytyisi jatkossa uskallusta toteuttaa ikääntymistestejä myös olosuhteissa, jotka vastaavat kennojen tulevaa käyttöä sähköntuotannossa.

“Ala kaipaa kipeästi yhteisiä standardeja. Laadukkaat, hyvin raportoidut ja standardisoidut testit vahvistavat myös teollisuuden ja investoijien luottamusta teknologioihin”, sanoo työtä ohjannut dosentti Kati Miettunen.

Tutkijat tekivät analyysin pohjalta tarkistuslistan kaikista hyvän ikääntymistutkimuksen osa-alueista, kuten testausolosuhteiden huomioimisesta ja ikääntymistestien aikana suoritettavista mittauksista.

“Tutkimuksissa pitäisi esimerkiksi aina määritellä jo etukäteen, kuinka paljon kennoja tarvitaan tilastollisesti pätevän tutkimustuloksen aikaansaamiseksi”, sanoo Tiihonen.

Lisäksi tutkijat ehdottavat tutkimusalan yhteistä konferenssisarjaa, jossa määriteltäisiin ikääntymistutkimukselle yhteiset pelisäännöt ja standarditestit. Tämä vaatii tiivistä yhteistyötä alan toimijoiden kesken. Esimerkiksi piikennotutkimuksessa standardit ovat peräisin kaupallisilta tahoilta, kun taas uudempien orgaanisten eli muun muassa johtavista polymeereistä valmistettujen aurinkokennojen osalta ne on määritelty tutkimusryhmien yhteistyönä.

“Tutkimuksemme on samalla avoin kutsu keskusteluun, toivomme että yhteistyö kansainvälisen tutkijayhteisön kesken tulee lisääntymään”, Tiihonen lisää.

Tutkimusryhmään kuuluivat Armi Tiihosen ja Kati Miettusen lisäksi Janne Halme, Sakari Lepikko, Aapo Poskela ja Peter Lund. Artikkeli on julkaistu energia-alan arvostetuimmassa Energy & Environmental Science – lehdessä.

Lisätietoja:

Armi Tiihonen
Tohtorikoulutettava
Aalto-yliopisto
armi.tiihonen@aalto.fi
p. 050 4683431

Kati Miettunen
Dosentti
Aalto-yliopisto
kati.miettunen@aalto.fi
p. 050 3441729                                

Artikkeli: Critical analysis on the quality of stability studies of perovskite and dye solar cells