VTT: Kuvioidut, taipuisat aurinkopaneelit osaksi sisustusta ja esineiden ulkonäköä

​Teknologian tutkimuskeskus VTT kehitti ja hyödynsi ensimmäisenä painotekniikkaan perustuvaa massavalmistusmenetelmää, jolla voidaan valmistaa kuvioituja orgaanisia aurinkopaneeleja. Kuviointi parantaa energiaa keräävien paneelien käyttömahdollisuuksia rakennusten sisä- ja ulkotilojen pinnoilla. VTT tutkii myös painotekniikan soveltuvuutta epäorgaanisista perovskiitti-materiaaleista valmistettujen aurinkopaneelien massavalmistukseen.

Uusi massavalmistusmenetelmä tarjoaa mahdollisuuden luoda orgaanisista aurinkopaneeleista (OPV, organic photovoltaics) sisustuspintoja, joilla kerätään sisätilan valaistuksesta tai auringonvalosta energiaa erilaisille pienlaitteille sekä ympäristöstä tietoa kerääviin sensoreihin. Paneeleja voidaan sijoittaa esimerkiksi ikkuna- ja seinäpinnoille sekä koneisiin, laitteisiin ja mainostauluihin. Tähän asti orgaanisiin aurinkopaneeleihin on onnistuttu kuvioimaan vain vaatimatonta raitaa.

VTT:n syväpaino- ja silkkipainotekniikoilla valmistettava aurinkopaneeli on vain noin 0,2 mm paksu ja se sisältää elektrodit ja polymeerikerrokset, joissa valonkeruu tapahtuu. Painoväreillä kalvoon voidaan lisätä graafinen kerros parantamaan ulkonäköä.

VTT on osoittanut menetelmän toimivuuden omassa pilot-yksikössään kaupallisesti saatavissa olevilla materiaaleilla. VTT kaupallistaa tätä valmistusteknologiaa eri toimijoiden kanssa ja etsii aktiivisesti uusia loppusoveltajia.

Tutkijat testasivat menetelmän toimivuuden painamalla lehdenmuotoisia aurinkokennoja. Yhden lehden aktiivinen pinta-ala on 0,0144 m2ja sisältää johdotukset sekä dekoratiivisen osan. 200:sta aurinkokennolehdestä saadaan neliömetrin verran aktiivista aurinkopaneelipintaa, joka tuottaa sähkövirtaa 3,2 ampeeria ja jonka teho on 10,4 wattia Välimeren korkeudella (ks. kuva).

Taipuisat OPV-kennot

Orgaaniset aurinkopaneelit ovat taipuisia ja keveitä, mutta niiden hyötysuhde on alhaisempi verrattuna perinteisiin taipumattomiin piipohjaisiin aurinkokennoihin. Aurinkopaneelit valmistetaan silkki- ja syväpainomenetelmiin perustuvilla painokoneilla rullalta-rullalle-tekniikalla, mikä mahdollistaa tuotteiden nopean massatuotannon: parhaimmillaan painokone voi tuottaa kerroksellista kalvoa 100 metriä minuutissa. Aurinkokennojen valmistus on edullista, materiaalien kulutus vähäistä ja käytön jälkeen orgaaniset aurinkopaneelit voidaan kierrättää.

Orgaanisten aurinkokennojen markkinat ovat kehittymässä ja läpimurtoa markkinoille odotetaan kolmen vuoden kuluessa. Paneelin käyttöikä on muutamia vuosia mikä on moneen sovellukseen riittävä.

VTT kehittää epäorgaanisten perovskiitti-aurinkopaneelien rullalta-rullalle-valmistusmenetelmiä

VTT selvittää parhaillaan, miten rullalta-rullalle-painomenetelmät soveltuvat myös epäorgaanisten, perovskiitti-materiaaleista valmistettujen aurinkopaneelien valmistukseen. Ensimmäiset laboratoriossa liuosprosesseilla valmistetut perovskiitti-aurinkokennotulokset ovat olleet lupaavia. Suorituskyky on orgaanista aurinkokennoa noin 5 kertaa parempi ja hinnaltaan materiaali noin 10 kertaa halvempi.

Vapaasti kuvioitavat dekoratiiviset orgaaniset aurinkokennot keräävät energiaa myös sisävalaisusta. Painettujen aurinkokennojen valmistusmenetelmät ovat kustannustehokkaita ja materiaalit voidaan kierrättää käytön jälkeen. Tulevaisuudessa uudet materiaalit, kuten perovskiitti-aurinkokenno, voidaan valmistaa samoilla menetelmillä kustannustehokkuuden kasvaessa.

Valon käyttäminen tiedonsiirtoon

VTT kehittää myös menetelmää valon hyödyntämiseksi langattomassa tiedonsiirrossa käyttämällä aurinkokennoja datan vastaanottoon. Tämä avaa uusia mahdollisuuksia painettujen aurinkokennojen hyödyntämiseksi esimerkiksi Internet of Things (IoT) -tyyppisissä sovelluksissa, joissa laitteet voivat myös kerätä tarvitsemansa energian valosta. Ensimmäiset tulokset ovat olleet erittäin lupaavia.

Mediamateriaali (kuvat Antti Veijola):

Kuva 1:

Kuva 2

VTT:n kehittämällä menetelmällä voidaan valmistaa kuvioituja orgaanisia aurinkopaneeleja. Noin 0,2 mm paksu aurinkopaneeli sisältää elektrodit ja polymeerikerrokset, joissa valonkeruu tapahtuu. Painovärien avulla voidaan parantaa kalvon ulkonäköä.

Lisätietoja:

VTT
Tapio Ritvonen, tiimipäällikkö
tapio.ritvonen@vtt.fi, puh.+358 400915114

Lisätietoja VTT:stä:

Olli Ernvall
Viestintäjohtaja
puh. 040 840 0288
olli.ernvall@vtt.fi
www.vtt.fi

Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy on Pohjoismaiden johtava tutkimus- ja teknologiayhtiö. Tuotamme tutkimuksen ja tiedon kautta asiantuntijapalveluja kotimaisille ja kansainvälisille asiakkaillemme ja kumppaneillemme, liike-elämälle ja julkiselle sektorille. Käytämme 4.000.000 tuntia vuodessa aivovoimaa teknologisten edistysaskelien kehittämiseen.

Avainsanat: