Väitös: Aurinkokennojen toimintaa voidaan parantaa edistyksellisten valmistusmenetelmien avulla
Aurinkosähkö on tärkeä kestävää kehitystä tukeva energiantuotannon muoto. III‒V-puolijohdemateriaaleja sisältävät moniliitosaurinkokennot mahdollistavat perinteisiä piikennoja korkeammat hyötysuhteet, sillä niillä on mahdollista yltää jopa 50 prosentin hyötysuhteeseen. Väitöstutkimuksessaan diplomi-insinööri Marianna Vuorinen kehitti edistyksellisiä valmistusprosesseja laimeita typpiyhdisteitä sisältäville moniliitosaurinkokennoille, jotta niiden toimintaa voitaisiin parantaa.
Aurinkoenergian hyödyntäminen on yksi keskeisimmistä kestävän kehityksen ratkaisuista maailman kasvavaan energiankulutukseen. Tällä hetkellä piikennot ovat kaupallisesti merkittävin aurinkosähköteknologia. Niillä on kuitenkin omat rajoitteensa esimerkiksi saavutettavissa olevan maksimihyötysuhteen sekä sovelluskohteiden suhteen.
Tampereen yliopiston Optoelektroniikan tutkimuskeskuksessa on tutkittu vaihtoehtoista aurinkokennoteknologiaa, nimittäin III‒V-puolijohdemateriaaleista koostuvia moniliitosaurinkokennoja. Kyseisen teknologian avulla onkin saavutettu aurinkokennojen maailmanennätyshyötysuhteet, yltäen yli 47 prosenttiin. Nämä aurinkokennot soveltuvat materiaaliominaisuuksiensa puolesta myös haastavampiin olosuhteisiin, kuten avaruuteen satelliittien energiantuotantoon. Toinen moniliitoskennojen tyypillinen sovelluskohde on maanpäälliset auringonvaloa keskittävät systeemit.
– Moniliitosaurinkokennojen potentiaali korkeampien hyötysuhteiden saavuttamisessa perustuu päällekkäisiin liitoksiin, jotka on optimoitu hyödyntämään auringon säteilyn eri alueita. Tavoitteena on muuntaa auringonvalon sisältämästä energiasta sähköksi suurempi osa kuin mitä perinteisillä yhden liitoksen sisältävillä piikennoilla on mahdollista, Marianna Vuorinen selittää.
Uudet materiaalisysteemit tarvitsevat valmistusprosessien kehittämistä
Vuorisen väitöstutkimus keskittyy edistyksellisiin moniliitoskennoihin, jotka sisältävät niin kutsuttuja laimeita typpimateriaaleja. Nämä mahdollistavat auringonvalon hyödyntämisen myös auringon säteilyn alueilla, joilla olemassa olevat materiaalit joko eivät ole tarpeeksi tehokkaita tai niitä ei pystytä integroimaan moniliitoskennorakenteisiin.
– Jotta kyseiset aurinkokennot voisivat toimia parhaalla mahdollisella tavalla ja lopulta tuottaa mahdollisimman korkean hyötysuhteen, niiden valmistusprosessit on optimoitava tehohäviöiden minimoimiseksi. Uusien materiaalisysteemien kehittäminen vaatii aina myös valmistusprosessien muokkaamista, ja juuri tähän väitöstyöni liittyy. Mitä enemmän erilaisia puolijohdemateriaaleja aurinkokennot sisältävät, sitä haasteellisempaa niiden prosessoinnista tulee, Vuorinen toteaa.
Yksityiskohdilla on merkitystä
Väitöstyössä tutkittavien kennokomponenttien prosessointi tapahtuu tarkasti valvotuissa olosuhteissa puhdastilalaboratoriossa, jossa säädellään esimerkiksi ilmankosteutta sekä mahdollisia epäpuhtaushiukkasia. Moniliitoskennojen valmistus tapahtuu perinteisin puolijohdeprosessoinnissa käytettävin menetelmin, vaikkakin menetelmiä pitää muokata jokaiselle kennorakenteelle sopiviksi tavoitesuorituskyvyn saavuttamiseksi.
– Käytännössä kennokomponenttien prosessointi pitää sisällään erilaisten rakenteiden valmistamista hyödyntämällä kuviointia ja ohutkalvorakenteita. Valmistus vaatii äärimmäistä tarkkuutta, sillä kuvioiden yksityiskohdat ovat pienimmillään muutaman mikrometrin luokkaa, mikä vastaa murto-osaa hiuksen paksuudesta. Lisäksi kennojen toiminta on erityisen herkkä erilaisille valmistusvirheille. Tästä syystä yksi pölyhiukkanenkin saattaisi huonontaa valmistusprosessia merkittävästi, Vuorinen tarkentaa.
Rakennuspalikoita puolijohdekomponenttien valmistamiseen
Vuorisen väitöstutkimus keskittyy erityisesti yhden keskeisen prosessointimenetelmän, märkäsyövytyksen, optimointiin laimeille typpiyhdistepuolijohteille ja niitä sisältäville moniliitosaurinkokennoille. Lisäksi väitöstyössä on kehitetty valmistusprosessi uudenlaiselle, edistykselliselle sähköiselle kontaktille. Näitä rakennuspalikoita voidaan soveltaa moniliitoskennojen lisäksi myös muun tyyppisten laitteiden valmistamisessa.
– Valmistusprosessien optimoinnissa keskeistä oli löytää prosessointimenetelmät, jotka soveltuvat yhteen kaikkien aurinkokennojen sisältämien materiaalien kanssa. Kokonaisuudessaan väitöstutkimus onkin ollut hyvin poikkitieteellistä, sillä siinä yhdistyy tietämys erityisesti fysiikan, kemian sekä materiaalitieteiden alalta, Vuorinen täsmentää.
Väitöstutkimuksensa valmistuttua Vuorinen jatkaa työskentelyä puolijohdeprosessoinnin parissa teollisuudessa.
Väitöstilaisuus perjantaina 29. marraskuuta
Diplomi-insinööri Marianna Vuorisen fysiikan alaan kuuluva väitöskirja Advanced Processing of III‒V Multijunction Solar Cells tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa perjantaina 29.11.2024 kello 12 Hervannan kampuksella Konetalon auditoriossa K1702 (Korkeakoulunkatu 6, Tampere). Vastaväittäjänä toimii professori Markku Sopanen Aalto-yliopistosta. Kustoksena toimii professori Mircea Guina Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnasta.
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Mediapalveluarkisin 10-15
Puh:+358294520800viestinta.tau@tuni.fiKuvat
Linkit
Tampereen yliopisto
Tampereen yliopisto kytkee yhteen tekniikan, terveyden ja yhteiskunnan tutkimuksen ja koulutuksen. Teemme kumppaniemme kanssa yhteistyötä, joka perustuu vahvuusalueillemme sekä uudenlaisille tieteenalojen yhdistelmille ja niiden soveltamisosaamiselle. Luomme ratkaisuja ilmastonmuutokseen, luontoympäristön turvaamiseen sekä yhteiskuntien hyvinvoinnin ja kestävyyden rakentamiseen. Yliopistossa on 22 000 opiskelijaa ja henkilöstöä yli 4 000. Rakennamme yhdessä kestävää maailmaa.
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Tampereen yliopisto
Väitös: Oikea-aikainen ohjaus luo turvallisuutta lennonjohtajien koulutuksessa23.4.2025 10:59:36 EEST | Tiedote
Lennonjohtajat ovat vastuullisia ammattilaisia, joiden tehtävänä on varmistaa lentoliikenteen sujuvuus ja turvallisuus. Yhteiskuntatieteiden maisteri Inka Koskela tarkastelee väitöskirjassaan lennonjohtajien koulutusta ja siihen liittyvää ohjaustoimintaa vuorovaikutuksen näkökulmasta. Tutkimus osoittaa ohjauksen merkityksen koulutustilanteissa, joissa harjoitellaan monimutkaisia työtehtäviä turvallisuuskriittisissä olosuhteissa.
Väitös: Valta-asema selittää presidentin kansansuosiota Euroopan puolipresidentiaalisissa maissa23.4.2025 10:18:54 EEST | Tiedote
YTM Maarika Kujanen tutki väitöskirjassaan presidentin suosiota ja julkista asemaa Euroopan puolipresidentiaalisissa maissa. Kujasen tutkimustulokset osoittavat, että presidentin heikompi valta-asema selittää paitsi presidentin korkeampaa suosiota suhteessa muihin poliittisiin instituutioihin myös sitä, missä määrin presidentin suosio reagoi poliittisessa ympäristössä tapahtuviin muutoksiin. Toisaalta myös puoluepoliittisella ulottuvuudella sekä presidentin ja pääministerin välisellä vuorovaikutuksella on merkitystä, eikä presidentin suosiollinen asema päivänpolitiikan ulkopuolella suojele valtaoikeuksiltaan heikompiakaan presidenttejä loputtomasti.
Väitös: Opettajat ovat keskeisessä roolissa oppilaiden opiskeluinnon tukemisessa – myös vertaisilla ja vanhemmilla on vaikutusta23.4.2025 08:15:00 EEST | Tiedote
Kasvatustieteen maisteri Pihla Rautanen tutki väitöskirjassaan alakoululaisten opiskeluunsa kokemaa sosiaalista tukea opettajalta, vertaisilta ja vanhemmilta sekä tuen yhteyksiä oppilaiden opiskeluintoon. Koulutyön kokeminen itselle tärkeäksi ja innostavaksi vahvistaa oppimista ja myönteisiä suhteita opettajiin ja vertaisiin koulussa. Sillä voi olla kauaskantoisia vaikutuksia myös myöhempään osallisuuteen yhteiskunnassa aikuisena.
Altistuminen myrkyllisille metalleille sota-alueilla vaarantaa lapsen varhaista kehitystä22.4.2025 11:05:04 EEST | Tiedote
Edistynyt sotateknologia altistaa siviilejä useille myrkyllisille metalleille. Uusi psykologian alan tutkimus antaa näyttöä siitä, että äidin ja vastasyntyneen altistuminen myrkyllisille metalleille sotaoloissa vaarantaa lasten motorista, kognitiivista ja emotionaalista kehitystä. Koska imetystä ensimmäisten kuukausien aikana pidetään yleisesti suotuisana lapsen terveydelle, tutkijoita kiinnosti myös imetyksen rooli metallialtistuksessa ja sen yhteydessä kehitysongelmiin.
Pasi Toivonen Tampereen yliopiston journalistiikan työelämäprofessoriksi16.4.2025 13:07:09 EEST | Tiedote
Toimittaja ja tuottaja Pasi Toivonen on valittu Tampereen yliopiston journalistiikan työelämäprofessoriksi lukuvuodelle 2025–2026. Pitkän uran Yleisradiossa tehnyt Toivonen aloittaa tehtävässä elokuussa 2025.
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme