Aalto-uliopistossa on valmistettu ns. mustaan piihin perustuvia aurinkokennoja, joiden hyötysuhden yltää maailmanennätyslukemiin. Professori Hele Savinin johtaman tiimin valmistamissa kiekoissa päästiin 22,1 prosentin hyötysuhteeseen. Uusi tehtiin yhteistyössä Universitat Politècnica de Catalunyan kanssa.
Mustien piikennojen pintaa peittää atomikerroskasvatuksella tehty ohutkalvo, joka estää varauksenkuljettajien eksymisen kennon nanorakenteisiin. Juuri tätä varauksenkuljettajien pintarekombinaatioksi kutsuttua ilmiötä on pidetty mustien piikennojen ongelmana ja niiden vaatimattoman hyötysuhteen syynä.
Todistaakseen ohutkalvolla tehdyn passivoinnin toimivuuden Savin ja hänen kollegansa käyttivät ennätyskennoissa pintarekombinaatiolle erittäin herkkää rakennetta: paksuja sormilomitettuja kennoja, joissa kontaktit ovat kennon takapuolella. Pinnan lähellä olevat auringonvalon fotonit saatiin niillä talteen ja muutettua sähköksi 96 prosentin todennäköisyydellä, kun tämä niin kutsuttu kvanttihyötysuhde on jäänyt mustissa kennoissa aikaisemmin reilusti alle 50 prosenttiin.
Tulokset ovat erittäin lupaavia. Koko auringon spektrillä mustien kennojen hyötysuhde-ennätykseksi saatiin 22,1 prosenttia, joka on yli kolme prosenttiyksikköä parempi kuin ryhmän entinen ennätys 18,7 prosenttia. Mittaukset sertifioitiin Fraunhoferin kalibrointilaboratoriossa, ja tulokset esiteltiin eilen Nature Nanotechnology -julkaisussa.
Hele Savin korostaa, että aurinkokennoissa pitäisi tarkastella muutakin kuin hyötysuhdetta. Mustat piikennot pystyvät esimerkiksi vangitsemaan auringon säteilyä matalasta kulmasta, mitä ei oteta huomioon virallista hyötysuhdetta määritettäessä. Siksi ne voivat tuottaa enemmän sähköä jo yhden päivän aikana. Esimerkiksi talvisessa Helsingissä mustat piikennot tuottavat perinteisiä kennoja selvästi enemmän sähköä.
Lähitulevaisuudessa ryhmä aikoo kokeilla mustan piin käyttöä myös muissa rakenteissa – erityisesti ohuissa ja monikiteisestä piistä valmistetuissa kennoissa. Viime vuonna valmistettujen ennätyskennojen kehitys jatkuu yhteistyössä teollisuuden kanssa BLACK-nimisessä EU-projektissa.
Professori Savinin mukaan parhaiden tutkimuksessa käytettyjen kennojen pinta ala oli jo 9 neliösenttiä. Kokonaisiin kiekkoihin tutkijoilla on siis vielä matkaa.