Väitös (materiaalitekniikka): DI Aleksi Kamppinen

DI Aleksi Kamppinen esittää väitöskirjansa ”Computational Simulations of Perovskite Solar Cell Technologies under Varying Operation Conditions” julkisesti tarkastettavaksi Turun yliopistossa perjantaina 22.5.2026 klo 12.00 (Turun yliopisto, Publicum, Mauno Koivisto -luentosali (Pub1), Assistentinkatu 7, Turku).

Vastaväittäjänä toimii professori, tohtori Wolfgang Tress (ZHAW Zurich University of Applied Sciences, Sveitsi) ja kustoksena professori, TkT Kati Miettunen (Turun yliopisto). Tilaisuus on englanninkielinen. Väitöksen alana on materiaalitekniikka.

Tiivistelmä väitöstutkimuksesta:

Aurinkoenergialla ennustetaan olevan merkittävä rooli tulevaisuuden vähähiilisessä energiajärjestelmässä. Nykyään kaupallisessa käytössä olevien piiaurinkokennojen kehitys tulee väistämättä hidastumaan ja lopulta pysähtymään niiden lähestyessä teoreettista maksimihyötysuhdettaan. Perovskiittiaurinkokennot ovat lupaava ryhmä uudentyyppisiä aurinkokennoja, joiden kehityksellä pyritään tuottamaan entistä tehokkaampia ja toisaalta eri sovelluksiin sopivia aurinkokennoja.

Perovskiitit ovat ryhmä samankaltaisen kristallirakenteen omaavia materiaaleja. Joidenkin perovskiittien on havaittu toimivan erityisen hyvin aurinkokennoissa. Perovskiitit ovat mielenkiintoisia materiaaleja muun muassa siksi, että niiden ominaisuuksia voi muuttaa kemiallista koostumusta muuttamalla. Ominaisuuksien muokattavuuden myötä perovskiitteja voi hyödyntää erilaisissa aurinkokennosovelluksissa, ja niitä voidaan myös pyrkiä optimoimaan sovelluskohtaisesti. Perovskiitteja voidaan esimerkiksi hyödyntää niin yksi- kuin moniliitosaurinkokennoissa sekä erilaisissa ympäristöissä, sisätiloista vaihteleviin ulko-olosuhteisiin ja avaruuteen asti.

Tässä väitöskirjassa tutkittiin perovskiittien ja perovskiittimuunnosten hyödyntämistä aurinkokennojen valoa absorboivana materiaalina erilaisissa olosuhteissa, mukaan lukien sisäolosuhteissa ja erilaisissa ulko-olosuhteissa. Perovskiittien siirtyessä kohti kaupallista käyttöä on tärkeää ymmärtää materiaalien ominaisuuksien ja ympäröivien olosuhteiden yhteisvaikutukset aurinkokennojen toiminnalle. Tutkimus koostui laskennallisista simulaatioista optisia, sähköisiä ja lämpömalleja hyödyntämällä.

Ensimmäisessä osajulkaisussa raportoitiin kahden sisäaurinkokennoihin lupaavan perovskiittimuunnoksen optiset ominaisuudet ja niihin perustuvat optiset rajat virrantuotannolle ja hyötysuhteelle. Tulokset osoittavat optisten rajojen olevan huomattavasti nykyisiä kokeellisia tuloksia korkeammat. Mitattuja ominaisuuksia voidaan edelleen hyödyntää teknologian jatkokehityksessä. Seuraavat osajulkaisut mallinsivat perovskiittiaurinkokennojen ja -paneelien lämmöntuottoa ja toimintalämpötilaa erilaissa ulko-olosuhteissa. Perovskiittipaneelin toimintalämpötilan ennustettiin esimerkiksi olevan noin 7 celsius-astetta vertailukelpoista piipaneelia alhaisempi viiteolosuhteissa. Toimintalämpötila on merkittävä tekijä aurinkopaneelien todellisen sähköntuotannon kannalta, koska paneelien hyötysuhde tyypillisesti heikkenee niiden lämpötilan noustessa. Viimeinen osajulkaisu tarkasteli perovskiittikennon kerrospaksuuksia rakenteen optimoimiseksi. Sovellettuja metodeja ja saatuja tuloksia voidaan hyödyntää tulevaisuudessa perovskiittipohjaisten aurinkokennojen kehityksessä olosuhdekohtaisesti.