Sähkövirta kiinteissä orgaanisissa valokennorakenteissa

Abstract

Aurinkokennot muuntavat valoenergiaa sähköksi. Viime vuosina on tutkittu mahdollisuutta valmistaa aurinkokenno orgaanisista aineista. Tällaiset kennot koostuvat yleensä metallisista elektrodeista ja niiden välissä olevista hyvin ohuista orgaanisista kerroksista. Epäorgaanisten aurinkokennojen eräs merkittävä ongelma ovat alusta asti olleet suuret valmistuskustannukset. Valmistuksessa käytettävät haitalliset aineet heikentävät myös epäorgaanisten kennojen taloudellisuutta. Diplomityössä käytetyt orgaaniset aineet eivät ole ympäristölle haitallisia, kun kenno saavuttaa elinkaarensa pään. Tavoitteena on, että orgaanisesta kennosta tulisi kevytrakenteinen, helposti muotoiltava ja sitä voisi käyttää pienimuotoiseen in situ energiantuotantoon missä tahansa eli energiantuotannosta tulisi hajautetumpaa. Orgaanisten kennojen hyötysuhteet ovat nousseet viime vuosina melko paljon, mutta ne eivät vielä ole epäorgaanisten piikennojen tasolla. Realistinen tavoite lähivuosina olisi saavuttaa 10 % hyötysuhteita. TTY:n kemian laitoksella on aikaisemmin tutkittu erilaisten monikerrosrakenteiden valosähköisiä ominaisuuksia mittaamalla valopulssin tuottamaa jännitettä ja sen purkautumista ajan suhteen. Näissä mittauksissa elektrodit on eristetty aktiivisista osista ja systeemi latautuu ja purkautuu kuten kondensaattori. Myös valovirtamittauksia on tehty jonkin verran vastaavilla rakenteilla. Valovirtamittauksissa elektrodeja ei eristetä ja elektronit lähtevät kiertämään ulkoiseen piiriin. Keskeisiä ongelmia aiemmissa mittauksissa ovat olleet kalvojen pienehköt absorbanssit sekä metallisten elektrodien ja orgaanisten kalvojen välisten rajapintojen heikko stabiilisuus ilmassa. Kenno voidaan valmistaa joko kiinteällä elektrodilla tai siten, että toisena elektrodina on elektrolyyttiliuos. On havaittu, että alumiinielektrodi toimii melko hyvin, mutta on erittäin epästabiili ilmassa. Myös elektrolyyttikennoilla on omat ongelmansa. Erilaisten kontaktia parantavien suojakerrosten käytöllä voidaan pidentää elinikää huomattavasti. Vielä ei tiedetä, saadaanko kennot kestämään reaaliolosuhteissa järkeviä aikoja.