Aikaerotteinen heijastus tuo lisää tietoa uusista aurinkokennomateriaaleista kuten perovskiiteista

Aurinkoenergia on tuulivoiman ohella tunnetuin uusiutuva energianlähde. Nykyisille piihin perustuville aurinkokennoille etsitään kuumeisesti edullisempia ja ympäristöystävällisempiä vaihtoehtoja. Uusista aurinkokennomateriaaleista lupaavimpia ovat perovskiitit, joiden potentiaali aurinkokennoissa huomattiin vasta vuonna 2009. Perovskiitit ovat jo saavuttaneet nykyisten kaupallisten piikennojen hyötysuhteen, vaikka niiden valmistus on paljon edullisempaa eikä vaadi harvinaisia tai uusiutumattomia raaka-aineita.

Koska perovskiittiaurinkokennojen optimisointi vaatii ymmärrystä niiden lukuisista eri ominaisuuksista, Pasanen tutkimusryhmineen alkoi tutkimaan niitä aikaerotteisella absorptiospektroskopialla, jolla mitataan viritystilan aiheuttamia muutoksia näytteen absorptiossa. Se on yleinen tekniikka uusien valoon liittyvien materiaalien karakterisoinnissa.

– Pian huomasimme, että perovskiitin viritystila ei muuttanut pelkästään näytteen absorptiota vaan myös sen heijastusta, mikä teki signaalin tulkitsemisesta tietyissä paikoin mahdotonta ilman heijastuksen huomioimista. Monissa aiemmissa tutkimuksissa heijastusta ei joko ollut otettu huomioon ollenkaan, mikä oli johtanut vääriin johtopäätöksiin, tai heijastusta oli mallinnettu yliyksinkertaisilla malleilla, jotka eivät soveltuneet useimpiin tilanteisiin tai olivat suorastaan virheellisiä, Hannu Pasanen kertoo.

Tutkimukselle muodostui siten kaksi tavoitetta: 1) uusien mallien kehittäminen aikaerotteisille heijastusmittauksille, ja 2) niiden hyödyntäminen perovskiittien ominaisuuksien tutkimiseksi.

– Moni havainnoistamme tyrmäsi aiempia teorioita perovskiittien toiminnasta, jotka pohjasivat virheellisiin analyysimalleihin, ja osa löydöistä oli täysin uutta informaatiota. Tutkimuksemme tuotti siten itse perovskiittien toimintaan liittyvän käytännön tiedon lisäksi tutkijoille uusia työkaluja mitata ja ymmärtää aurinkokennoissa tapahtuvia ilmiöitä, Pasanen kiteyttää.

Filosofian maisteri Hannu Pasasen luonnontieteelliseen alaan kuuluva väitöskirja Discovering Perovskite Photophysics with Transient Reflectance Spectroscopy tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa perjantaina 29.10.2021 kello 12 salissa Pieni Sali 1 (FA032), Korkeakoulunkatu 8. Vastaväittäjänä toimii professori Ivan Scheblykin Lundin yliopistosta. Kustoksena toimii professori Nikolai Tkachenko tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnasta.