Aalto-yliopisto

Hiilipohjaiset radikaalit ovat tulevaisuuden aurinkokennoteknologiaa

Jaa

Kansainvälisen tutkimusryhmän löydös on merkittävä askel kohti kevyitä, joustavia ja energiatehokkaita aurinkokennoja.

Moderni rakennus, jossa on värikkäitä, aurinkokennoista koostuvia ikkunoita.
Tutkimus avaa uuden polun ohutkalvoteknologialle ja kevyille aurinkokennoille: niitä voidaan valmistaa joustavina ja värillisinä esimerkiksi ikkunoihin tai puettavaan elektroniikkaan. Petri Murto / Aalto-yliopisto

Aalto-yliopiston, Cambridgen yliopiston ja muiden kansainvälisten kumppaneiden yhteistutkimuksessa on osoitettu, että hiilipohjaisista orgaanisista radikaaleista voidaan valmistaa uudenlaisia puolijohteita, jotka muuttavat kaiken absorboidun valon sähkövarauksiksi.

Orgaaniset radikaalit – eli hiilipohjaiset molekyylit, joissa on pariton elektroni – voivat toimia puolijohteina sellaisenaan, ilman että sähkövarausten muodostuminen ja johtavuus vaatisi kahden eri materiaalin tarkkaa rakennetta, kuten tavanomaisissa orgaanisissa aurinkokennoissa.

Juuri tuo yksinäinen elektroni tekee radikaaleista erityisen hyviä sähkövarauksen kuljettajia. Kun radikaaleja sisältävä ohutkalvo altistetaan valolle, syntyy varauksia, jotka erottuvat toisistaan täydellisellä, 100 prosentin hyötysuhteella – toisin sanoen kaikki absorboitu valo voidaan muuntaa sähköiseksi varaukseksi.

Elektroniikkamarkkinoita hallitseva pii on erinomainen puolijohde, mutta sillä on myös selkeitä haittoja: pii on raskasta, jäykkää ja haurasta. Perinteiset piipohjaiset aurinkokennot painavat jopa 20 kiloa. Pii on myös läpinäkymätöntä, joten sitä on vaikeaa integroida visuaalisena elementtinä esimerkiksi ikkunoihin, puettavaan elektroniikkaan tai biologiseen ympäristöön.

Tulokset avaavat kokonaan uuden polun ohutkalvoteknologialle ja kevyille aurinkokennoille: niitä voidaan valmistaa joustavina ja värillisinä esimerkiksi ikkunoihin tai puettavaan elektroniikkaan.

“Teknologiasta saadaan energiatehokasta, kun sähkövarauksia voidaan tuottaa ilman energiahävikkiä radikaalipohjaisten puolijohteiden avulla”, kertoo akatemiatutkija Petri Murto. Murto siirtyi Aaltoon Cambridgen yliopistosta ja perusti oman ryhmän akatemiatutkijana kemian ja materiaalitieteen laitoksella syksyllä 2024.

Orgaaniset puolijohteet voidaan valmistaa vain 100 nanometrin kerroksina, jolloin koko kenno voi painaa pinta-alan mukaan vain satoja grammoja. Materiaalia voidaan taivuttaa ja muokata, sekä valmistaa eri väreissä esimerkiksi ikkunoihin integroitavia aurinkopaneeleja varten. Orgaanisen ohutkalvon tuotanto on myös helposti skaalattavissa ja radikaalimateriaalit tuovat uuden lähestymistavan kennojen energiatehokkuuden parantamiseksi.

”Tutkimus on jatkoa aiemmalle yhteistyölle Cambridgen yliopiston kanssa, kun kehitimme materiaaleja LED-sovelluksiin ja huomasimme, että tietynlaiset radikaalit käyttäytyvät odottamattomalla tavalla ollessaan läheisessä kontaktissa keskenään. Tämä ilmiö osoittautui radikaalielektronien siirtymiseksi molekyylistä toiseen sen sijaan, että ne olisivat sitoutuneina, kuten aiemmin luultiin. Uusin tutkimuksemme hyödyntää juuri tätä ilmiötä,” Murto selittää.

Petri Murto kehitti tutkimuksessa käytetyt synteettiset orgaaniset molekyylit yhteistyössä Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulun ja Cambridgen yliopiston kanssa. Nämä materiaalit muodostivat perustan, jolla koe voitiin toteuttaa ja jolla radikaalien erityisominaisuudet pystyttiin osoittamaan käytännössä.

Tutkimus on äskettäin julkaistu arvostetussa Nature Materials -lehdessä.

Avainsanat

Yhteyshenkilöt

Petri Murto
Akatemiatutkija, Aalto-yliopisto
petri.h.murto@aalto.fi

Kuvat

Kaavakuva yksinäisen radikaalielektronin siirtymisestä molekyylien välillä valon avulla.
Kuvassa sähkövaraus muodostuu kun valon avulla viritetty yksinäinen radikaalielektroni siirtyy molekyylistä toiseen ja kulkee pariutuen aina uuden radikaalielektronin kanssa.
Petri Murto / Aalto-yliopisto
Lataa
Moderni rakennus, jossa on värikkäitä, aurinkokennoista koostuvia ikkunoita.
Tutkimus avaa uuden polun ohutkalvoteknologialle ja kevyille aurinkokennoille: niitä voidaan valmistaa joustavina ja värillisinä esimerkiksi ikkunoihin tai puettavaan elektroniikkaan.
Petri Murto / Aalto-yliopisto
Lataa

Linkit

Tietoa julkaisijasta

Aalto-yliopistossa tiede ja taide kohtaavat tekniikan ja talouden. Rakennamme kestävää tulevaisuutta saavuttamalla läpimurtoja avainalueillamme ja niiden yhtymäkohdissa. Samalla innostamme tulevaisuuden muutoksentekijöitä ja luomme ratkaisuja maailman suuriin haasteisiin. Yliopistoyhteisöömme kuuluu noin 13 000 opiskelijaa ja yli 4 500 työntekijää, joista 400 on professoreita. Kampuksemme sijaitsee Espoon Otaniemessä.

aalto.fi

facebook.com/aaltouniversity

bsky.app/profile/aalto.fi

youtube.com/aaltouniversity

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 Aalto-yliopisto

Aalto-yliopiston tutkijat YK:n COP30-ilmastokokouksessa9.10.2025 10:45:00 EEST | Tiedote

Tarvitsetko asiantuntijahaastateltavaa ilmastoon liittyvistä teemoista? Aalto-yliopiston tutkijoiden ja professorien asiantuntemus on käytettävissä ennen YK:n ilmastokokousta ja sen aikana. Tutkijoitamme osallistuu myös kokoukseen Brasiliassa. Energiamurros Mika Järvinen (professori) taitaa energiamurroksen ison kuvan: minkä pitää muuttua ja miten. Hän keskittyy tutkimuksessaan hiilidioksidin talteenottoon, vedyn tuotantoon eri menetelmillä, sekä kestävien polttoaineiden valmistukseen. Opetuksessaan Järvinen keskittyy muun muassa uusiutuvan energian tuottamiseen tuuli- ja aurinkovoimalla. Järvinen on myös juuri julkaissut aiheesta laajan suosion saaneen oppikirjan, ja osaa esittää monimutkaiset asiat ymmärrettävästi. Järvinen on paikalla ilmastokokouksessa Brasiliassa 10.–16.11. Hänet tavoittaa numerosta +358 40 754 2171 ja sähköpostista mika.jarvinen@aalto.fi Rakentamisen tulevaisuus Matti Kuittinen (professori) tutkii kestävää rakentamista. Hänen johtamansa tutkimusryhmä tutkii sitä,

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
World GlobeA line styled icon from Orion Icon Library.HiddenA line styled icon from Orion Icon Library.Eye