Väitös

Väitös: Reaktionopeuksien tuntemus auttaa uusien aurinkokennojen kehittämisessä

Maapallon lämpenemisen rajoittamiseksi ihmiskunnan hiilidioksidipäästöt on nollattava nopeasti. Jotta ilmastotavoitteisiin päästään, tarvitaan uusiutuvia ja hiilineutraaleja energiantuotantomuotoja. Kirsi Virkki tarkasteli väitöstyössään aurinkokennoissa tapahtuvien kemiallisten reaktioiden nopeuksia uusien aurinkokennojen kehittämiseksi.

Aurinko säteilee maapallolle moninkertaisesti sen määrän energiaa, jonka ihmiskunta tarvitsee. Aurinkokennot ovatkin yksi lupaavimmista päästöttömän energian tuotantomuodoista. Ne soveltuvat erityisesti pienvoimaloiksi ja vaikeapääsyisille alueille. Uusien aurinkokennojen kehitystyössä on tärkeää tuntea kennoissa tapahtuvat kemialliset reaktiot tarkkaan. Diplomi-insinööri Kirsi Virkki on väitöskirjassaan tutkinut näiden valon aikaansaamien reaktioiden nopeuksia.

– Kun ymmärrämme näiden kemiallisten reaktioiden mekanismin syvällisellä tasolla, voimme kehittää aina vain tehokkaampia aurinkokennoja, Virkki sanoo.

Michael Grätzel sai Millennium-teknologiapalkinnon väriaineherkistettyjen aurinkokennojen keksimisestä vuonna 2010. Virkki tutki samankaltaisia rakenteita kuin väriaineherkistetyissä aurinkokennoissa käytetään. Hän keskittyi erityisesti ftalosyaniini-väriaineisiin.

– Ftalosyaniinit ovat hyvin kestäviä ja soveltuvat siten loistavasti aurinkokennoissa käytettäviksi. Haittapuolena on kuitenkin yksittäisen väriainemolekyylien pakkautuminen yhteen, mikä heikentää kennojen toimintaa. Keskityin erityisesti siihen, miten tätä ftalosyaniinimolekyylien kimppuuntumista voidaan vähentää, Virkki kertoo.

Virkki tutki kahta erilaista menetelmää pakkautumisen vähentämiseksi, ja niiden vaikutuksia aurinkokennoreaktioiden nopeuksiin eli kinetiikkaan.

– Pakkautumisen vähentäminen todella kasvattaa aurinkokennojen hyötysuhteita, kun otetaan huomioon kennon itseensä imemä valon määrä. Tämä tieto ohjaa uusien aurinkokennoväriaineiden kehittämistä, Virkki tiivistää.

Kirsi Virkki (32) on kotoisin Savonlinnasta ja työskentelee tutkijana Tampereen yliopiston Kemia ja edistyneet materiaalit -tutkimusryhmässä.

Diplomi-insinööri Kirsi Virkin kemian alaan kuuluva väitöskirja Photoinduced Charge Transfer Processes at Organic-Semiconductor Interfaces tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa perjantaina 24.5.2019 klo 12.00 Festia-rakennuksen auditoriossa Pieni Sali 1. Vastaväittäjänä toimii Associate Professor Maria Abrahamsson Chalmersin teknillisestä yliopistosta Göteborgista. Tilaisuutta valvoo professori Nikolai Tkachenko Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnasta.

Väitöskirjaan voi tutustua osoitteessa http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-1102-5.