Ympäristöä säästävien ja hiilineutraalien energianlähteiden tutkimuksesta ja tuotekehityksestä on tullut tärkeää käynnissä olevan energiakriisin ja ilmaston lämpenemisen vuoksi. Väitöskirjassaan DI Jesse Saari tutki atomikerroskasvatettuja titaanidioksidiohutkalvoja, jotka voivat merkittävästi parantaa valosähkökemiallisten aurinkopolttoaineiden tuottamisessa käytettävien materiaalien kestävyyttä ja siten auttaa uusiutuvia energialähteitä hyödyntävän energiateknologian käyttöönotossa.

Houkutteleva tapa varastoida aurinkoenergiaa on auringonvalolla tehtävä veden tai hiilidioksidin elektrolyysi. Sen avulla voidaan tuottaa aurinkopolttoaineita kuten metanolia. Tutkimuksessaan Jesse Saari keskittyi titaanidioksidiohutkalvojen rakenteeseen, ominaisuuksiin ja käyttöön suojaavana pinnoitteena valoa absorboiville materiaaleille, joita hyödynnetään aurinkopolttoaineiden tuotannossa. Titaanidioksidiohutkalvot valmistettiin menetelmällä, joka tunnetaan nimellä atomikerroskasvatus.

– Inspiraatio valosähkökemialliseen aurinkopolttoaineiden tuotantoon on peräisin luonnosta, jossa kasvit varastoivat fotosynteesin avulla auringon energiaa sokerien kemiallisiin sidoksiin. Atomikerroskasvatusmenetelmä tarjoaa korkealaatuisia nanomittakaavan ohutkalvoja, jotka ovat ihanteellisia suojaamaan kaksi- tai kolmiulotteisia kappaleita, Saari valaisee aihettaan.

Tulevaisuudessa aurinkopolttoaineita voitaisiin tuottaa esimerkiksi valosähkökemiallisella aurinkopolttoainereaktorilla, joka on hiilineutraali ja kustannustehokkaampi ratkaisu kuin valmistusmenetelmät, jotka hyödyntävät fossiilisia raaka-aineita kuten esimerkiksi maakaasua. Valosähkökemiallisten aurinkopolttoainereaktorien kehitys on kuitenkin vielä vasta alkuvaiheessa ja erityisesti reaktoreissa käytettävien materiaalien kestävyyttä tarvitsee parantaa.

Atomikerroskasvatus, alun perin suomalaisen fyysikon ja Millennium-palkitun tekniikan tohtori Tuomo Suntolan kehittämä tekniikka, on nykyisin esimerkiksi mikroelektroniikassa laajasti käytetty ohutkalvojen kasvatusmenetelmä. Atomikerroskasvatuksella valmistettuja titaanidioksidiohutkalvoja pidetään lupaavimpina vaihtoehtoina valosähkökemiallisten kennojen komponenttien suojaamiseen, mutta ohutkalvojen ominaisuuksia tarvitsee vielä optimoida aurinkopolttoainereaktorien valmistuksen mahdollistamiseksi.

– Olen iloinen mahdollisuudesta tehdä tutkimusta liittyen atomikerroskasvatukseen, jota yleisesti pidetään yhtenä merkittävimpänä suomalaisena nanoteknologian keksintönä, Saari kertoo.

Saari on vuodesta 2013 lähtien työskennellyt Tampereen yliopiston pintatieteen tutkimusryhmässä tutkien atomikerroskasvatusmenetelmällä valmistettujen ohutkalvojen ominaisuuksia. Saari teki myös opinnäytetyönsä samasta aiheesta.

Diplomi-insinööri Jesse Saaren fysiikan alaan kuuluva väitöskirja Defect, Phase, and Interface Engineering of Titanium Dioxide Thin Films Grown by Atomic Layer Deposition for Solar Fuel Production tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa perjantaina 9. joulukuuta.

Aamuset-kaupunkimedia (AKM)