3D-tulostuksen hyödyntäminen aurinkokennojen valmistuksessa

Abstract

Aurinkoenergian merkityksen kasvaessa aurinkokennojen kehittäminen on edennyt usein eri tavoin. Aurinkokennojen valmistukseen käytetään uusia materiaaleja, kuten perovskiittia ja titaanioksidia. Materiaalien lisäksi aurinkokennojen valmistustavat ovat kehittyneet, joista viimeisimpiä on lisäävä valmistus eli 3D-tulostus. 3D-tulostuksen edut, kuten materiaalihukan vähentäminen ja valmistuksen joustavuus, mahdollistavat pienillä erillä tehokkaampien aurinkokennojen valmistamisen halvemmalla. 3D-tulostamalla on mahdollista valmistaa aurinkokennojen eri komponentteja, kuten aktiivisia kerroksia ja elektrodeja. Mustesuihkutulostuksen avulla pystytään valmistamaan kolmikationiperovskiittikerroksia perovskiittiaurinkokennoihin. Kaksifotonipolymeroinnin avulla pystytään taas tulostamaan titaanioksidi ohutkalvoja, joiden valonsirontaa tuottavat rakenteet parantavat aurinkokennon valovirtaa 25 %: a. Elektrodeja pystytään taas valmistamaan FDMtulostustekniikalla, joka mahdollistaa monipuolisten elektrodirakenteiden tekemisen. Poikkeavat elektrodirakenteet kasvattavat elektrodipinta-alaa ja näin ollen myös aurinkokennojen tehokkuutta. Aurinkokennojen 3D-tulostuksella on sekä etuja että haasteita. 3D-tulostamalla pystytään valmistamaan monipuolisia ja kevyempiä rakenteita, jotka mahdollistavat laajemmat käyttömahdollisuudet. Valmistusprosessin helppo muokattavuus mahdollistaa aurinkokennojen kustomoinnin ja tilaustuotannon, jolloin aurinkokennoja voidaan muokata vastaamaan käyttökohteen vaatimuksia. 3D-tulostuksen tulostustarkkuus, valmistuksen skaalattavuus ja aurinkokennojen vakaus kuuluvat taas haasteisiin. Huono pinnanlaatu heikentää aurinkokennojen hyötysuhdetta, ja mahdolliset kiderakenteen muutokset heikentävät tulostettujen aurinkokennojen kestävyyttä. 3D-tulostuksen avulla kehitetään myös uudenlaisia innovaatioita aurinkoenergia-alalle. Tulostamalla valmistettavat valonkeskittäjät ottavat talteen suuremman määrän auringon valoa ja keskittävät sen pienemmälle alueelle. Lisäksi niillä on mahdollista ottaa talteen sironnutta valoa. 3D-tulostetut aurinkokennopuut varastoivat aurinkoenergian lisäksi myös muita energianlähteitä, kuten tuulesta syntyvää kineettistä energiaa ja ulkotilan lämpötilan lämpöenergiaa. 3D-tulostettujen aurinkokennojen kehittäminen edistyy jatkuvasti, mutta käyttölaajuus on toistaiseksi melko vähäinen