Tallinna tehnikaülikooli (TTÜ) päikeseenergeetika materjalide teaduslaboris on juba aastaid uuritud kesteriiti kui üht lootustandvat ja keskkonnahoidlikku päikesepatareide absorbermaterjali. Eelmisel aastal tõusis see uurimisrühm enda väljatöötatud kesteriidiga maailma tippu, sest suutis esimesena suurendada selle materjali kasuteguri rekordilise 12 protsendini. Kesteriidi uurimisest, päikeseenergeetika suundumustest ja noore teadlase elust on TTÜ materjali- ja keskkonnatehnoloogia instituudi direktori professor Maarja Grossberg-Kuusega vestelnud Horisondi peatoimetaja Ulvar Käärt. Fotod: Vallo Kruuser
Aastavahetuse eel vahetasid Eesti noorte teaduste akadeemia (ENTA) presidendi rolli Eesti teaduste akadeemia (ETA) liikme staatuse vastu. Mida ETA endast kujutab? Kas see on üks elitaarne klubi või mis?
Mina näen ETA-t eelkõige ikkagi ühiskondlikku rolli täitva organisatsioonina. See koondab ju meie olulisemate teadusvaldkondade esindajaid, kes oskavad vajaduse korral omal alal riigiasutustele head nõu anda. Samas on akadeemiku ülesanne hoida kogu aeg ka teaduse lippu kõrgel ja tutvustada laiemalt enda uurimisala.
Minu jaoks selle rollivahetusega asjad väga palju ei muutu, sest juba ENTA-s sai teha palju teavitustööd ning osaleda mitmesugustes ekspertkomisjonides. Ühe asjana tahaksin nüüd kindlasti seista selle eest, et juuniorid ja seeniorid teeksid senisest rohkem koostööd ja meil oleks ühiseid ettevõtmisi. ENTA ja ETA on siiani kahjuks tegutsenud üsna eraldi.
Tuleme akadeemia radadelt TTÜ-sse sinu kodulaborisse ehk päikeseenergeetika materjalide teaduslaborisse. See on silma paistnud kesteriidi uurimisega.
Siin on minu teadlaskarjäär alguse saanud ning minu teadustöö on keerelnud just päikeseenergeetika materjalide, sealhulgas kesteriidi ümber. Taustalt olen füüsik ja ka päikseenergeetika tehnoloogiate arenduses olen olnud just selles rollis. Ma ei ole tehnoloog ega valmistanud materjale ja pannud neid päikeseelemendiks kokku. Mina olen keskendunud neis materjalides esinevate defektide uurimisele ehk püüdnud neid silmas pidades leida võimalusi, kuidas mõjutada materjalide omadusi.
Aga tõesti, kui meie labor töötab välja mõne uue päikesepaneeli tehnoloogia, siis alustame absorbermaterjali valmistamisest ja lõpetame töö lõpliku seadme kokkupanemisega. Kõike teeme ise.
Neljast levinud elemendist ehk vasest, tsingist, tinast ja väävlist monoterapulbertehnoloogia abil kokku küpsetatud kesteriit (Cu2ZnSnS4) ja sellest valmistatud monoterakihtpäikesepatareid on meil endiselt teadustöö keskmes. Oleme selle lootustandva absorbermaterjali kasuteguriga püstitanud maailmarekordi: eelmisel aastal toimus läbimurre ja meil õnnestus tõsta selle materjali kasutegur 12 protsendini. See on kümmekonna aasta töö vili, häbeneda pole midagi!
Milliste sammudega see kasuteguri kasvatamine on käinud?
See töö on kulgenud justkui treppi mööda: kui kasuteguriga on toimunud väike läbimurre, siis sellele on järgnenud seisakuperiood, kuni lõpuks on jälle tulnud murdepunkt. Iga niisuguse hüppega on kasutegur suurenenud ühe-kahe protsendi võrra. Selle taga on tavaliselt mõned tehnoloogilised nipid.
Nimelt, kesteriidi valmistamisel tekib selles tahes-tahtmata ka soovimatuid koostisosasid. Kasuteguri tõstmiseks tuleb leida viis, kuidas „võõrkehade“ teket vältida või siis neist lahti saada. Näiteks tuleb uurida, kas nende ühendite teket saab vältida, kui muuta kesteriidi valmistamistingimusi. Või kui need soovimatud ühendid on juba tekkinud, siis tuleb nende kõrvaldamiseks leida sobiv järeltöötlusviis: termotöötlus või keemiline söövitus.
Teisalt tuleb uurida ka seda, kas materjali elektroonseid omadusi on võimalik parandada defektide kaudu. Iga defekt kipub ju tekitama päikeseelemendis mingisuguse kao ja seepärast on oluline osata nende teket juhtida.
Lisaks, kui vaatame väikest päikeseelementi, siis see on justkui kihiline võileib, kus üksteisega puutuvad kokku eri materjalid. Ka see mängib kasuteguri puhul oma rolli, mis kihid on omavahel kokku pandud ja mis toimub nende kokkupuutepindadel. Tähtis on, et me ei kaotaks seal laengukandjaid ning võimalikult paljud neist jõuaks vooluringi.