Kuva: exposolar.org

Luonto opettaa orgaanisen aurinkokennon kehittäjiä

Kasvit yhteyttävät valoenergian avulla muuttaen auringonvalon uskomattoman tehokkaasti kemialliseksi energiaksi. Keinotekoinen fotosynteesi pyrkii matkimaan tätä ilmiötä. Sen avulla voidaan kehittää tehokkaampia orgaanisia aurinkokennoja, väittää Tampereen teknillisen yliopiston kemian ja biotekniikan laitoksella supramolekulaarisen valokemian tutkimusryhmässä tutkijana toimiva filosofian maisteri Kati Stranius.

Kasvit keräävät valon säteilyenergiaa ja muuttavat sen kemialliseksi energiaksi lehtivihreän avulla. Tämän monivaiheisen prosessin yksityiskohtainen tunteminen on tärkeää valoaktiivisten molekulaaristen sovellusten, kuten esimerkiksi orgaanisten aurinkokennojen, kehityksessä. Keinotekoinen fotosynteesi pyrkii matkimaan tätä ilmiötä synteettisten luovuttaja-vastaanottaja molekyylirakenteiden avulla.

Väitöskirjassaan Kati Stranius perehtyi luonnon fotosynteesin ja keinotekoisen fotosynteesin mekanismeihin. Hän tutki valoaktiivisiin supramolekulaarisiin sovelluksiin, esimerkiksi orgaanisiin aurinkokennoihin tarkoitettujen itsejärjestäytyvien luovuttaja-vastaanottaja -rakenteiden valokemiaa. Valokemia tutkii valosäteilyn aikaansaamia kemiallisia reaktioita, kuten energian ja elektronien siirtoreaktioita molekyylirakenteissa.

"Nämä erittäin nopeat reaktiot tapahtuvat tyypillisesti femto-ja pikosekunneissa ja niitä voidaan tutkia aikaerotteisen optisen spektroskopian avulla. Varsinaisissa sovelluksissa, kuten orgaanisissa aurinkokennoissa, nämä luovuttaja-vastaanottaja rakenteet tulisi pystyä kiinnittämään puolijohteen pintaan siten, että ne säilyttävät valokemialliset ominaisuutensa ja mahdollistavat varauksen erottumisen orgaaninen-puolijohde rajapinnalla", Stranius kertoo.

Väitöstyön keskeisimmät löydökset auttavat tutkijoita valmistamaan uusia orgaanisia molekyylirakenteita, jotka pystyvät toimimaan tehokkaasti valoenergian kerääjinä ja varauksen tuottajina. Lisäksi tulokset toivat arvokasta tietoa uudenlaisten väriherkistettyjen aurinkokennojen kehittämiseksi. Väriherkistetyssä aurinkokennossa titaanidioksidi nanopartikkelit päällystetään valoa absorboivalla väriaineella ja upotetaan elektrolyyttiliuokseen.

"Tällä tavalla valmistetut kennot ovat halvempia ja helpompia valmistaa kuin perinteiset piipohjaiset aurinkokennot", Stranius toteaa. "Luovuttaja-vastaanottaja rakenteiden käyttö näissä kennoissa johtaa monivaiheisiin valokemiallisiin reaktioihin, kuten luonnon fotosynteesissäkin. Monivaiheisten reaktioiden johdosta varauksen palautuminen hidastuu ja aurinkokennon tehokkuus voi parantua".

Filosofian maisteri Kati Straniuksen kemian alaan kuuluva väitöskirja Photochemistry of Self-Assembled Donor-Acceptor Architectures for Photoactive Supramolecular Devices ("Valoaktiivisiin supramolekulaarisiin sovelluksiin tarkoitettujen itsejärjestäytyvien luovuttaja-vastaanottaja rakenteiden valokemiaa") tarkastetaan Tampereen teknillisen yliopiston (TTY) luonnontieteiden tiedekunnassa keskiviikkona 26.11.2014 kello 12 alkaen Konetalon salissa K1702 (Korkeakoulunkatu 6, Tampere). Vastaväittäjänä toimii professori Beate Röder (Humboldt-Universität zu Berlin, Saksa). Tilaisuutta valvoo professori Nikolai Tkachenko TTY:n kemian ja biotekniikan laitokselta.

Väitöskirja on osoitteessa: http://URN.fi/URN:ISBN:978-952-15-3424-9

Teksti perustuu käytännössä suoraan TTY:n tiedotteeseen.


Juttuja samasta aiheesta