Tallinna Tehnikaülikoolis arendatav päikesepaneelide tehnoloogia põhineb monoterapulbril. Sellistes paneelis käitub iga üksik monokristall omaette fotoelemendi ehk päikesepatareina.

"Klassikaliste 1950ndatel alguse saanud räni-päikesepaneelide tootmine on jätkuvalt väga ressursi- ja energiamahukas. Meie oleme keskendunud päikesepaneelide uue põlvkonna, ehk ühendpooljuhtmaterjalide baasil valmistatud nn õhukesekileliste päikesepaneelide arendamisele," selgitas päikeseenergeetika materjalide teaduslabori juhataja vanemteadur Marit Kauk-Kuusik.

Lahtiseletatult koosneb õhukesekileline päikesepaneel õhukestest materjalikihtidest. Nende valmistamiseks peab kasutama väga hea päikesevalguse neelamisvõimega pooljuhtmaterjale. Praegu laialt kasutatavad päikesepaneelid põhinevad aga enamasti ränil, mille päikesevalguse neelamisvõime pole pooljuhis kuigi kõrge.

Seetõttu kasutavad Tallinna Tehnikaülikooli teadlased selle asemel hoopis pooljuhtühendit kesteriiti (Cu₂ZnSn(Se,S)₄). Materjal koosneb looduses laialt levinud ja mitte eriti kallitest keemilistest elementidest - vasest, tsingist, tinast, väävlist ja seleenist.

Eestis kasutatakse kesteriidi valmistamiseks maailmas ainulaadset monoterapulbertehnoloogiat. "Meie arendatav monoterapulbertehnoloogia eristub ülejäänud maailmas kasutatavatest sarnase struktuuriga päikesepaneelide tootmise tehnoloogiatest oma meetodi poolest," selgitas Kauk-Kuusk.

Üldiselt on levinud õhukesekileliste struktuuride valmistamiseks peamiselt vaakumaurustamise- või vaakumpihustustehnoloogiaid. Need on monoterapulbertehnoloogiast oluliselt kulukamad.

Pulbertehnoloogia puhul kuumutatakse spetsiaalses kamberahjus algkomponente esmalt 750 kraadi juures neli päeva. Saadud mass pestakse ja sõelutakse spetsiaalsetes masinates. Sünteesitud kõrgekvaliteediline mikrokristalne pulber - monoterapulber, lähebki kasutusse päikesepaneelide valmistamiseks.

Tekkinud monoterapulber koosneb iselaadsetest mikrokristallidest, mis moodustavad suures paneelis (kaetuna üliõhukese puhverkihiga) igaüks omalaadse miniatuurse päikesepatarei. See annab materjalile nn eelmise põlvkonna ehk räni baasil tehtud päikesepaneelidega võrreldes suured eelised. See on kerge, painduv, keskkonnasõbralik ning saab olla ka läbipaistev.

Kaks protsenti

Päikesepaneeli kvaliteedinäitajaks on selle efektiivsus. Tõhusus sõltub lisaks paneelis kasutatud materjalide omadustele ja päikesepatarei struktuurile ka päikesevalguse intensiivsusest, langemisnurgast ja temperatuurist.

Ideaalsed tingimused päikesepaneeli suurima efektiivsuse saavutamiseks on külmas päikselises mäestikus, mitte aga kuumas kõrbes. Mida kõrgem on temperatuur, seda väiksem on väljundpinge. Iga päikesepaneeli jaoks on võimalik välja arvutada maksimaalne teoreetiline efektiivsus, mida seni on olnud reaalsuses siiski paraku võimatu saavutada.

"Oleme oma arendustöös jõudnud punkti, kus kesteriitses absorbermaterjalis osaliselt vaske hõbedaga asendades on võimalik suurendada paneeli efektiivsust kaks protsenti. Vask on oma olemuselt väga liikuv, muutes päikesepaneeli töö seega ebastabiilsemaks," märkis Kauk-Kuusik. Vase ühe protsendi ulatuses hõbedaga asendamisega tõusis päikesepaneeli tõhusus 6,6 protsendilt 8,7 protsendini.

Arendatud tootmistehnoloogia on pilootprojektina kasutusel Eesti-Austria ühisettevõttes Crystalsol GmbH. Väljatöötatud tehnoloogial valmistatud päikesepaneelid masstootmisse jõudmiseks soovitakse viia nende efektiivsus 15 protsendini.

Uurimus ilmus ajakirjas Journal of Materials Chemistry A.